ゴルジ体から小胞体への逆行輸送を正確かつ効率的に達成する分子機構の解明

• 研究課題/領域番号: 20K06650
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分44010:細胞生物学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 黒川 量雄 国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究センター, 専任研究員 (40333504)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2020年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
• キーワード: ゴルジ体 / 4Dライブイメージング / 小胞体 / 積荷受容体 / 逆行輸送 / COPI / ゴルジ体シス槽 / 多色4次元イメージング / 積荷タンパク質

研究開始時の研究の概要

真核細胞には、微小な膜構造により積荷となるタンパク質を目的地へと輸送する機構（膜交通）がある。そこには、新たに合成された積荷を目的地へと順行輸送する機構とともに、誤って運ばれた積荷や、ゴルジ体で働く酵素を絶えず本来働くべき場所へと戻す逆行輸送の機構も存在する。ではどのように多様なタンパク質を見分けて、順行および逆行輸送するのであろうか。本研究では、小胞体ゴルジ体間で順行・逆行輸送を制御している積荷受容体に焦点を当て、多色同時高時空間分解能4Dイメージングと出芽酵母の分子機能変異株の利用を組み合わせたアプローチで、タンパク質を正確に逆行輸送する制御機構の解明を目指している。

研究成果の概要

本研究課題では、ゴルジ体から小胞体への逆行輸送機構の解明を目指し、積荷受容体Emp24とゴルジ体シス槽、ERESの多色同時4Dライブイメージング解析をおこなった。Emp24は、ゴルジ体シス槽がERESに接触している間に、速やかにシス槽へ順行輸送された。Emp24は、その後、シス槽からERESへと速やかに逆行輸送され、ゴルジ体シス槽がERESに接触する間（ハグアンドキスアクション）に、積荷受容体の順行と逆行の両輸送が達成されることを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究課題では、生きた細胞内の複数の分子の4D動態を捉える多色同時高時空間分解能4Dイメージングと出芽酵母の自由度の高い遺伝学とを組み合わせた研究手法を進めることで、膜交通の新たなモデルを提案する結果を得ることができた。

研究成果

• [国際共同研究] University of Seville/Institute de Biomedica de Seville(スペイン)
• [国際共同研究] Institute of Protein Biochemistry(イタリア)
• [国際共同研究] University of Geneva/University of Fribourg(スイス)
• [国際共同研究] University of Seville/Instituto de Biomedicina de Sevilla(スペイン)
• [雑誌論文] Dissociation of ERMES clusters plays a key role in attenuating the endoplasmic reticulum stress (2022)
  • 著者名/発表者名: Kakimoto-Takeda Yuriko、Kojima Rieko、Shiino Hiroya、Shinmyo Manatsu、Kurokawa Kazuo、Nakano Akihiko、Endo Toshiya、Tamura Yasushi
  • 雑誌名: iScience 巻: 25 号: 11 ページ: 105362-105362
  • DOI: 10.1016/j.isci.2022.105362
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Quality-controlled ceramide-based GPI-anchored protein sorting into selective ER exit sites (2022)
  • 著者名/発表者名: Rodriguez-Gallardo Sofia、Sabido-Bozo Susana、Ikeda Atsuko、Araki Misako、Okazaki Kouta、Nakano Miyako、Aguilera-Romero Auxiliadora、Cortes-Gomez Alejandro、Lopez Sergio、Waga Miho、Nakano Akihiko、Kurokawa Kazuo、Muniz Manuel、Funato Kouichi
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 39 号: 5 ページ: 110768-110768
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2022.110768
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Assay for dual cargo sorting into endoplasmic reticulum exit sites imaged by 3D Super-resolution Confocal Live Imaging Microscopy (SCLIM) (2021)
  • 著者名/発表者名: Rodriguez-Gallardo Sofia、Kurokawa Kazuo、Sabido-Bozo Susana、Cortes-Gomez Alejandro、Perez-Linero Ana Maria、Aguilera-Romero Auxiliadora、Lopez Sergio、Waga Miho、Nakano Akihiko、Muniz Manuel
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 16 号: 10 ページ: e0258111-e0258111
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0258111
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Golgi maturation-dependent glycoenzyme recycling controls glycosphingolipid biosynthesis and cell growth via GOLPH3. (2021)
  • 著者名/発表者名: Riccardo Rizzo, Domenico Russo, Kazuo Kurokawa, Alfredo Budillon, Franck Perez, Seetharaman Parashuraman, Yusuf A Hannun, Akihiko Nakano, Daniela Corda, Giovanni D’Angelo and Alberto Luini et al.,.
  • 雑誌名: The EMBO Journal 巻: 40 号: 8
  • DOI: 10.15252/embj.2020107238
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cargo sorting zones in the trans-Golgi network visualized by super-resolution confocal live imaging microscopy in plants (2021)
  • 著者名/発表者名: Shimizu Yutaro、Takagi Junpei、Ito Emi、Ito Yoko、Ebine Kazuo、Komatsu Yamato、Goto Yumi、Sato Mayuko、Toyooka Kiminori、Ueda Takashi、Kurokawa Kazuo、Uemura Tomohiro、Nakano Akihiko
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12 号: 1 ページ: 1901-1901
  • DOI: 10.1038/s41467-021-22267-0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 超解像ライブイメージング顕微鏡SCLIMの開発とSCLIMによるゴルジ体タンパク質輸送機構の解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 黒川量雄, 宮代大輔, 中野明彦
  • 雑誌名: レーザー研究 巻: 49
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tricalbins are required for nonvesicular ceramide transport at ER-Golgi contacts and modulate lipid droplet biogenesis. (2020)
  • 著者名/発表者名: Atsuko Ikeda, Philipp Schlarmann, Kazuo Kurokawa, Akihiko Nakano, Howard Riezman, and Kouichi Funato.
  • 雑誌名: iScience 巻: 23 号: 10 ページ: 101603-101603
  • DOI: 10.1016/j.isci.2020.101603
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Ceramide chain length-dependent protein sorting into selective endoplasmic reticulum exit sites. (2020)
  • 著者名/発表者名: Sofia Rodriguez-Gallardo, Kazuo Kurokawa, Susana Sabido-Bozo, Alejandro Cortes-Gomez, Atsuko Ikeda, Valeria Zoni, Auxiliadora Aguilera-Romero, Ana Maria Perez-Linero, Sergio Lopez, Miho Waga, Misako Araki, Miyako Nakano, Howard Riezman, Kouichi Funato, Stefano Vanni, Akihiko Nakano, Manuel Muñiz.
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 6 号: 50
  • DOI: 10.1126/sciadv.aba8237
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Recycling endosomes attach to the trans-side of Golgi stacks in Drosophila and mammalian cells (2020)
  • 著者名/発表者名: Fujii Syara、Kurokawa Kazuo、Inaba Ryota、Hiramatsu Naoki、Tago Tatsuya、Nakamura Yuri、Nakano Akihiko、Satoh Takunori、Satoh Akiko K.
  • 雑誌名: Journal of Cell Science 巻: 133 号: 4 ページ: 236935-236935
  • DOI: 10.1242/jcs.236935
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sec71 separates Golgi stacks in Drosophila S2 cells. (2020)
  • 著者名/発表者名: Syara Fujii, Kazuo Kurokawa, Tatsuya Tago, Ryota Inaba, Arata Takiguchi, Akihiko Nakano, *Takunori Satoh, and *Akiko K Satoh.
  • 雑誌名: Journal of Cell Science 巻: 133 号: 24
  • DOI: 10.1242/jcs.245571
  • 査読あり
• [雑誌論文] Live-cell Imaging by Super-resolution Confocal Live Imaging Microscopy (SCLIM): Simultaneous Three-color and Four-dimensional Live Cell Imaging with High Space and Time Resolution. (2020)
  • 著者名/発表者名: Kazuo Kurokawa and Akihiko Nakano
  • 雑誌名: Bio-Protocol 巻: 10 号: 17
  • DOI: 10.21769/bioprotoc.3732
  • 査読あり
• [学会発表] 4Dライブイメージングによる小胞体，ゴルジ体の積荷タンパク質輸送機構の解明 (2020)
  • 著者名/発表者名: 黒川量雄
  • 学会等名: 第93回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] ミトコンドリア- 小胞体間結合因子ERMES 複合体クラスターの解離がER ストレス軽減に寄与する (2020)
  • 著者名/発表者名: 柿元百合子，小島理恵子，新名真夏，黒川量雄，中野明彦，遠藤斗志也，田村康
  • 学会等名: 第72回日本細胞生物学会大会
• [学会発表] 小胞体における積荷タンパク質選別輸送機構 (2020)
  • 著者名/発表者名: 黒川量雄，Sofia Gallardo，Manuel Muniz，中野明彦
  • 学会等名: 第72回日本細胞生物学会大会
• [学会発表] 膜交通関連オルガネラの減数分裂に伴う再構成 (2020)
  • 著者名/発表者名: 須田恭之，舘川宏之，黒川量雄，中野明彦，入江賢児
  • 学会等名: 第72回日本細胞生物学会大会
• [備考] 理化学研究所・光量子工学研究センター・生細胞超解像イメージング研究チーム
  • URL: http://www.riken.jp/research/labs/rap/live_cell_superresolution_img/