膜脂質リモデリングを介する細胞自律的な温度適応機構の解明

• 研究課題/領域番号: 21K05391
• 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38030:応用生物化学関連
• 研究機関: 京都薬科大学
• 研究代表者: 長尾 耕治郎 京都薬科大学, 薬学部, 准教授 (40587325)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: Phospholipid / リン脂質 / 温度 / 脂質 / 脂肪酸不飽和化酵素 / Temperature / Drosophila

研究開始時の研究の概要

温度変化に応答したDESAT1の制御機構およびDESAT1に依存した膜脂質のリモデリングが温度適応において果たす役割を明らかにする。さらに、DESAT1の制御機構の最上流を解明することにより、細胞が温度変化を感知する機構の解明も目指す。このように、本研究では細胞が膜脂質のリモデリングを介して細胞自律的に温度変化へと適応する機構の全貌解明を目指す。

研究成果の概要

温度は生体分子の分子運動、構造、反応性を支配する根源的な物理量であり、細胞内外の温度変化は細胞増殖や物質代謝、情報伝達など幅広い細胞機能に影響を与える。このため、温度変化へと適切に適応することが細胞機能を維持するために重要である。本研究では、ショウジョウバエ培養細胞を用いて、リン脂質の化学構造と熱産生機構との連関について、解析を進めた。その結果、低温曝露時に脂肪酸不飽和化酵素がミトコンドリアにおける不飽和脂肪酸含有リン脂質を増加させることで、クリステ構造の再編を伴うATP合成酵素の多量体形成と酵素活性の制御を介して、ミトコンドリアにおける熱産生を細胞自律的に活性化す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

生物にとって温度はその生存や機能に重要である。このため、生物が自身の温度を制御することはその恒常性を維持するために重要である。このため、本研究において明らかにした細胞自律的な細胞内温度の制御機構は幅広い生命機能や疾患の理解に寄与すると考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Regulation of thermoregulatory behavior by commensal bacteria in <i>Drosophila</i> (2022)
  • 著者名/発表者名: Suito Takuto、Nagao Kohjiro、Juni Naoto、Hara Yuji、Sokabe Takaaki、Atomi Haruyuki、Umeda Masato
  • 雑誌名: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 巻: 86 号: 8 ページ: 1060-1070
  • DOI: 10.1093/bbb/zbac087
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cellular function of (a)symmetric biological membranes (2022)
  • 著者名/発表者名: Nagao Kohjiro、Umeda Masato
  • 雑誌名: Emerging Topics in Life Sciences 巻: 7 号: 1 ページ: 47-54
  • DOI: 10.1042/etls20220029
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cell-autonomous control of intracellular temperature by unsaturation of phospholipid acyl chains (2022)
  • 著者名/発表者名: Murakami A., Nagao K., Sakaguchi R., Kida K., Hara Y., Mori Y., Okabe K., Harada Y., Umeda M.
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 38 号: 11 ページ: 110487-110487
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2022.110487
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Extreme deformability of insect cell membranes is governed by phospholipid scrambling (2021)
  • 著者名/発表者名: Shiomi A., Nagao K., Yokota N., Tsuchiya M., Kato U., Juni N., Hara Y., Mori M.X., Mori Y., Ui-Tei K., Murate M., Kobayashi T., Nishino Y., Miyazawa A., Yamamoto A., Suzuki R., Kaufmann S., Tanaka M., Tatsumi K., Nakabe K., Shintaku H., Yesylevsky S., Bogdanov M., Umeda M.
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 35 号: 10 ページ: 109219-109219
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2021.109219
  • NAID: 120007052731
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] リン脂質のリモデリング解析から迫る細胞機能の理解 (2023)
  • 著者名/発表者名: 長尾 耕治郎
  • 学会等名: 日本膜学会「第45年会」・「膜シンポジウム2023」合同大会
• [学会発表] リン脂質分子を介する “しなやかな” 細胞応答 (2023)
  • 著者名/発表者名: 長尾 耕治郎
  • 学会等名: 第97回日本薬理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] ショウジョウバエ細胞におけるリン脂質の構造と分布の制御 (2022)
  • 著者名/発表者名: 長尾耕治郎
  • 学会等名: 第95回日本生化学会大会
• [学会発表] 脂肪酸不飽和化酵素に依存した細胞内温度の制御機構 (2021)
  • 著者名/発表者名: 長尾 耕治郎, 村上 光, 梅田 眞郷
  • 学会等名: 日本膜学会第43年会