皮質アクチン網と細胞膜間で働く分泌顆粒開口放出の分子機構

• 研究課題/領域番号: 20K15742
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分43030:機能生物化学関連
• 研究機関: 群馬大学
• 研究代表者: 王 昊 群馬大学, 生体調節研究所, 助教 (70775874)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 中途終了 (2020年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2020年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: インスリン / Rab27 / ミオシン / 細胞膜 / 調節性分泌 / 分泌顆粒 / 皮質アクチン

研究開始時の研究の概要

多細胞生物においては、外界の刺激に応じてホルモンなどの生理活性物質を細胞外に放出して、細胞間の機能調節を行う仕組みがある。分泌細胞は、あらかじめ分泌顆粒という細胞内の袋に生理活性物質を貯蔵しているが、外界刺激に素早く反応するためには、分泌顆粒を細胞の境界となる細胞膜近くに待機させる必要がある。本研究では、この仕組みを解明することによって、インスリン分泌がうまくいかずに起こる糖尿病などの病態の解明を行う。

研究実績の概要

申請者らは、調節性分泌経路で働く単量体GTPase Rab27のエフェクターmelanophilinが、膵β細胞周辺部のインスリン顆粒膜に局在し、malanophilin遺伝子機能欠失変異を有するleadenマウスが、インスリン分泌低下による耐糖能異常を示すことを見出した。単離した膵β細胞にEGFPで蛍光標識したインスリンを発現させ、細胞膜直下の顆粒動態を全反射顕微鏡で観測したところ、leadenマウス細胞においては、あらかじめ細胞膜にドッキングしていた顆粒からの開口放出数は野生型細胞と変わらなかったが、細胞内部から細胞膜直下に現れ、細胞膜への安定的ドッキングを介さずにそのまま膜融合するタイプの開口委放出数が特異的に減少していた。この所見は、melanophilinをノックダウンしたヒト膵β細胞においても認められた。次に申請者は、melanophilinが、これまで知られているRab27a, myosin-Vaのほかに、細胞膜上の膜融合装置syntaxin-4に結合することを見出した。これら分子と結合できない変異型は、野生型melanophilinと異なり、leadenβ細胞におけるインスリン分泌障害を回復させることができなかった。Melanophilinは、他のSNARE蛋白質と結合し、膜融合を引き起こすことができる、開放構造をとるsyntaxin-4とCa2+依存性に結合し、このことが安定的な細胞膜ドッキングを介さずに迅速な開口放出を引き起こす分子機序であることが示唆された。以上は、本年度、米国糖尿病学会が発行するDiabetes誌に掲載された。

研究成果

• [雑誌論文] Melanophilin accelerates insulin granule fusion without predocking to the plasma membrane. (2020)
  • 著者名/発表者名: Wang H, Mizuno K, Takahashi N, Kobayashi E, Shirakawa J, Terauchi Y, Kasai H, Okunishi K, Izumi T.
  • 雑誌名: Diabetes 巻: 69 号: 12 ページ: 2655-2666
  • DOI: 10.2337/db20-0069
  • 査読あり
• [雑誌論文] Exophilin-5 regulates allergic airway inflammation by controlling IL-33-mediated Th2 responses (2020)
  • 著者名/発表者名: Katsuhide Okunishi, Hao Wang, Maho Suzukawa, Ray Ishizaki, Eri Kobayashi, Miho Kihara, Takaya Abe, Jun-ichi Miyazaki, Masafumi Horie, Akira Saito, Hirohisa Saito, Susumu Nakae, Tetsuro Izumi
  • 雑誌名: Journal of Clinical Investigation 巻: - 号: 7 ページ: 3919-3935
  • DOI: 10.1172/jci127839
  • NAID: 40022605127
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Rab27エフェクター蛋白質メラノフィリンは、細胞膜にドッキングしていないインスリン顆粒からの開口放出を促進させる (2020)
  • 著者名/発表者名: 王 昊、水野 広一、奥西 勝秀、泉 哲郎
  • 学会等名: 第63回日本糖尿病学会年次学術集会
• [学会発表] Exophilin-5 regulates IL-33-mediated Th2 responses (2020)
  • 著者名/発表者名: Katsuhide Okunishi, Hao Wang, Maho Suzukawa, Ray Ishizaki, Susumu Nakae, and Tetsuro Izumi
  • 学会等名: The 15th International Symposium of the Institute Network for Biomedical Science
  • 国際学会
• [学会発表] ALK-7: a validated target for the treatment of obesity (2020)
  • 著者名/発表者名: Yun Bu, Min Zhao, Maureen Fredericks, Marishka Cannell, Yossi Dagon, Connor Emdin, Katsuhide Okunishi, Hao Wang, Dianne Sako, Roselyne Castonguay, Rajasekhar N.V.S. Suragani, Sekar Kathiresan, Asya Grinberg, John Knopf, R. Scott Pearsall, Ravindra Kumar, and Tetsuro Izumi
  • 学会等名: ADA’s 80th Scientific Sessions
  • 国際学会
• [備考] 糖尿病・肥満症の基礎医学研究 群馬大学生体調節研究所 遺伝生化学分野 泉研究室
  • URL: http://molend.showa.gunma-u.ac.jp/
• [備考] 群馬大学生体調節研究所
  • URL: https://www.imcr.gunma-u.ac.jp/