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プロトンポンプの構造的多様性により制御されるオルガネラ輸送の包括的理解

研究課題

研究課題/領域番号 23K21360
補助金の研究課題番号 21H02627 (2021-2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2021-2023)
応募区分一般
審査区分 小区分47030:薬系衛生および生物化学関連
研究機関岩手医科大学

研究代表者

中西 真弓  岩手医科大学, 薬学部, 教授 (20270506)

研究分担者 關谷 瑞樹  岩手医科大学, 薬学部, 准教授 (70509033)
後藤 奈緒美 (松元奈緒美)  国際医療福祉大学, 基礎医学研究センター, 助教 (80403971)
Wu Yibo  国立研究開発法人理化学研究所, 生命医科学研究センター, 上級研究員 (50811618)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2024年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2023年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2022年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
キーワードプロトンポンプ / オルガネラ輸送 / 分泌リソソーム / 破骨細胞 / インスリン分泌 / 液胞型ATPase / 骨吸収 / Rabタンパク質 / 神経伝達物質の分泌
研究開始時の研究の概要

継続課題のため、記入しない。

研究実績の概要

本研究では、プロトンポンプV-ATPaseの構造的多様性により制御されるオルガネラ輸送の原理の解明を目指し、骨代謝、血糖値調節、神経細胞の情報伝達、歯牙形成などにおいて特徴的なオルガネラ輸送を取り上げ、V-ATPaseのaイソフォームが果たす役割を解明する。
我々は、骨吸収を担う破骨細胞の分泌リソソームのa3イソフォームが、リソソームの輸送調節因子であるRab7やその活性化因子であるMon1-Ccz1と複合体を形成し、これらの因子を分泌リソソームにリクルートすることを示した。令和5年度は、a3とMon1-Ccz1の結合を解析し、各々の結合部位を同定した。また、結合状態を詳細に解明する目的で、構造解析を目指し結合部位のリコンビナントタンパク質の発現・精製を進めている。
インスリン顆粒は、グルコース刺激により細胞膜へ向かって移動し、刺激が解除されると細胞の内側に向かって移動する。我々はこれまでに、a2が内向き輸送に必須であること、インスリン顆粒の輸送調節因子であるRab27、および、その活性化因子とも結合することを示した。令和5年度は、a2の発現を抑制して内向き輸送を阻害すると、インスリンの分泌量が上昇することを見出した。a2が関与する内向き輸送は、インスリン分泌の調節に重要であると考えられる。また、a3は、グルコース濃度が上昇する際のインスリン顆粒の外向き輸送に関与することを示した。
またこれまでに、歯牙を形成するエナメル芽細胞におけるODAM分泌にa3が関与することを示した。令和5年度は、Rab27が分泌リソソームに局在するためにa3が必須であることを明らかにした。この知見は、エナメル芽細胞におけるODAM分泌の分子機構の解明につながる。以上のように各オルガネラ輸送の分子機構を解明することにより、V-ATPaseが制御するオルガネラ輸送の共通原理の解明に近づいている。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究では、骨代謝、血糖値調節、神経細胞の情報伝達など重要な生命現象における特徴的オルガネラ輸送を取り上げ、V-ATPaseのaイソフォームに注目して分子機構を解明する。さらに、解明した各分子機構を俯瞰して、オルガネラ輸送の共通原理に到達することを目指している。
破骨細胞における分泌リソソームやインスリン分泌におけるV-ATPaseの役割と分子機構は順調に解明しつつあり、その成果を論文や学会で報告している。神経細胞の分泌小胞の軸索輸送に関する研究は遅れ気味であるが、一方で、新たに立ち上げた共同研究により、エナメル芽細胞のODAM分泌におけるV-ATPaseの役割を明らかにしつつある。これは本研究開始時には想定していなかった成果である。そこで、全体としておおむね順調と評価した。

今後の研究の推進方策

プロトンポンプV-ATPaseに注目して、破骨細胞における分泌リソソーム、膵β細胞におけるインスリン分泌、神経細胞における分泌小胞輸送、およびエナメル芽細胞におけるリソソーム輸送の分子機構の解析を進める。
1、破骨細胞の分泌リソソームの輸送に関わるV-ATPaseのa3イソフォームとMon1-Ccz1の結合様式を解析する。分泌リソソームに局在するa3イソフォームは、小胞輸送調節因子であるRab7やその活性化因子であるMon1-Ccz1と複合体を形成する。今後は、この結合について詳細な情報を得るため、結合部位をリコンビナントタンパク質として発現・精製し、結晶構造解析やクライオ電顕による立体構造の解明に取り組む。
2、膵β細胞のインスリン顆粒は、グルコース刺激により細胞膜へ向かって移動し、刺激が解除されると細胞の内側に向かって逆向きに移動する。これまでに、V-ATPaseのa2イソフォームが、この内向き輸送に必要であること、a2をノックダウンすると刺激解除後もインスリン分泌が抑制できないこと、また、インスリン顆粒の輸送調節因子であるRab27と結合することを見出した。さらに、a3をノックダウンするとグルコース刺激後の外向き輸送が抑制されることも見出した。今後は、a3が関与する内向き輸送の分子機構を解明する。
3、これまでに、エナメル芽細胞の分泌リソソームによるODAMの分泌に、Rab27とともにa3が関与することを示した。今後は、a3KO培養細胞などを用いて、Rab27の局在に対するa3の影響などを検討し、ODAM分泌の分子メカニズムの解明を目指す。
4、神経細胞における分泌顆粒の軸索輸送にRab27が関与することが示唆された。今後は、分泌顆粒に局在するaイソフォームを同定し、神経由来の培養細胞を用いて、軸索輸送におけるV-ATPaseの役割を解析する。

報告書

(3件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2024 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 1件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Role of the Cytosolic Domain of the a3 Subunit of V-ATPase in the Interaction with Rab7 and Secretory Lysosome Trafficking in Osteoclasts2024

    • 著者名/発表者名
      M.Nakanishi-Matsuia , N. Matsumoto , G-H Sun-Wada , Y. Wada
    • 雑誌名

      Biological & Pharmaceutical Bulletin

      巻: 47 号: 1 ページ: 339-344

    • DOI

      10.1248/bpb.b23-00833

    • ISSN
      0918-6158, 1347-5215
    • 年月日
      2024-01-31
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] F-type proton-pumping ATPase mediates acid tolerance in <i>Streptococcus mutans</i>2023

    • 著者名/発表者名
      Sekiya Mizuki、Ikeda Kazuya、Yonai Ayaka、Ishikawa Taichi、Shimoyama Yu、Kodama Yoshitoyo、Sasaki Minoru、Nakanishi-Matsui Mayumi
    • 雑誌名

      Journal of Applied Microbiology

      巻: 134 号: 4

    • DOI

      10.1093/jambio/lxad073

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Foreword2022

    • 著者名/発表者名
      M. Nakanishi-Matsui
    • 雑誌名

      Biological & Pharmaceutical Bulletin

      巻: 45 号: 10 ページ: 1403-1403

    • DOI

      10.1248/bpb.b22-ctf4510

    • ISSN
      0918-6158, 1347-5215
    • 年月日
      2022-10-01
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] V-ATPase a3 Subunit in Secretory Lysosome Trafficking in Osteoclasts2022

    • 著者名/発表者名
      M. Nakanishi-Matsui, N. Matsumoto
    • 雑誌名

      Biological & Pharmaceutical Bulletin

      巻: 45 号: 10 ページ: 1426-1431

    • DOI

      10.1248/bpb.b22-00371

    • ISSN
      0918-6158, 1347-5215
    • 年月日
      2022-10-01
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The lysosomal V-ATPase a3 subunit is involved in localization of Mon1-Ccz1, the GEF for Rab7, to secretory lysosomes in osteoclasts2022

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto Naomi、Sekiya Mizuki、Sun-Wada Ge-Hong、Wada Yoh、Nakanishi-Matsui Mayumi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 号: 1 ページ: 8455-8455

    • DOI

      10.1038/s41598-022-12397-w

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Glycoprotein nonmetastatic melanoma protein B regulates lysosomal integrity and lifespan of senescent cells2022

    • 著者名/発表者名
      Suda Masayoshi、Shimizu Ippei、Katsuumi Goro、Hsiao Chieh Lun、Yoshida Yohko、Matsumoto Naomi、Yoshida Yutaka、Katayama Akihiro、Wada Jun、Seki Masahide、Suzuki Yutaka、Okuda Shujiro、Ozaki Kazuyuki、Nakanishi-Matsui Mayumi、Minamino Tohru
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 号: 1 ページ: 6522-6522

    • DOI

      10.1038/s41598-022-10522-3

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 破骨細胞における分泌リソソーム輸送の分子機構 - リソソームのプロトンポンプによる小胞輸送因子のリクルート2022

    • 著者名/発表者名
      松元奈緒美、中西(松井)真弓
    • 雑誌名

      生体の科学

      巻: 73 ページ: 207-211

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Senolytic vaccination improves normal and pathological age-related phenotypes and increases lifespan in progeroid mice2021

    • 著者名/発表者名
      Suda M、Shimizu I、Katsuumi G、Yoshida Y、Hayashi Y、Ikegami R、Matsumoto N、Yoshida Y、Mikawa R、Katayama A、Wada J、Seki M、Suzuki Y、Iwama A、Nakagami H、Nagasawa A、Morishita R、Sugimoto M、Okuda S、Tsuchida M、Ozaki K、Nakanishi-Matsui M、Minamino T
    • 雑誌名

      Nature Aging

      巻: 1 号: 12 ページ: 1117-1126

    • DOI

      10.1038/s43587-021-00151-2

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 食道がん高リスク因子となる口腔内レンサ球菌 Streptococcus anginosus における プロトン輸送 A型 ATPaseの役割2024

    • 著者名/発表者名
      小宅真由、關谷瑞樹、村松美音、山口友聖、下山佑、石河太知、古玉芳豊、佐々木実、中西(松井)真弓
    • 学会等名
      日本薬学会第144年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 食道がん高リスク因子となる Streptococcus anginosus のプロトン輸送 F 型 ATPase による耐酸性機構2024

    • 著者名/発表者名
      關谷瑞樹、小原優良、村松美音、山口 友聖、石河太知、下山佑、古玉芳豊、佐々木実、中西(松井) 真弓
    • 学会等名
      日本薬学会第144年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] V-ATPase a サブユニットを介したインスリン分泌小胞の輸送2023

    • 著者名/発表者名
      關谷瑞樹、松元奈緒美、高橋巌、花坂 智人、荒木信、那谷耕司、中西(松井)真弓
    • 学会等名
      第96回日本生化学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 成熟期エナメル芽細胞の酸性環境構築メカニズムの解明と破骨細胞との比較細胞学2023

    • 著者名/発表者名
      大津勇人、池崎晶二郎、後藤(松元)奈緒美、中西(松井)真弓、依田浩子、大島勇人、原田英光
    • 学会等名
      第128回日本解剖学会総会・全国学術集会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 破骨細胞の分泌リソソーム輸送における液胞型プロトンポンプATPaseの役割2023

    • 著者名/発表者名
      中西(松井)真弓、松元奈緒美
    • 学会等名
      第128回日本解剖学会総会・全国学術集会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 虫歯菌 Streptococcus mutans のプロトン輸送 ATPase による耐酸性メカニズム2023

    • 著者名/発表者名
      関谷瑞樹、池田一弥、米内文香、下山佑、石河太知、古玉芳豊、佐々木実、中西(松井)真弓
    • 学会等名
      日本薬学会第143年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] プロトンポンプV-ATPaseのa3サブユニットによる小胞輸送関連因子Mon1-Ccz1の分泌リソソームへのリクルート2022

    • 著者名/発表者名
      1.後藤(松元)奈緒美、關谷瑞樹、和田(孫)戈虹、和田洋、河上裕、中西(松井)真弓
    • 学会等名
      第12回国際医療福祉大学学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 破骨細胞において、分泌リソソームに局在する V-ATPase の a3 サブユニットは、Rab7のGEFであるMon1-Ccz1をリクルートする2022

    • 著者名/発表者名
      松元奈緒美、關谷瑞樹、和田(孫)戈虹、和田洋、中西(松井)真弓
    • 学会等名
      第95回日本生化学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] インスリン分泌小胞の輸送における V-ATPase a サブユニットの役割2022

    • 著者名/発表者名
      關谷瑞樹、松元奈緒美、高橋巌、荒木信、那谷耕司、中西(松井)真弓
    • 学会等名
      第95回日本生化学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 口腔レンサ球菌 Streptococcus anginosus のプロトン輸送 ATPase による耐酸性発現メカニズム2022

    • 著者名/発表者名
      關谷瑞樹、村松美音、山口友聖、下山佑、石河太知、古玉芳豊、佐々木実、中西(松井)真弓
    • 学会等名
      日本薬学会第142年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Molecular mechanism underlying osteoclast secretory lysosomes mediated by vacuolar-type ATPase.2021

    • 著者名/発表者名
      M. Nakanishi-Matsui, N. Matsumoto, M. Sekiya
    • 学会等名
      第44回 日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Role of V-ATPase a3 isoform in secretory lysosome trafficking in osteoclasts.2021

    • 著者名/発表者名
      M. Nakanishi-Matsui
    • 学会等名
      V-ATPase Summit
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Streptococcus anginosus F型プロトン輸送 ATPase の酸性環境における役割2021

    • 著者名/発表者名
      關谷瑞樹、山口友聖、村松美音、高坂未星、村上幸汰、下山佑、石河太知、古玉芳豊、河野貴久子、矢野志緒、佐々木実、中西(松井)真弓
    • 学会等名
      第94回 日本生化学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

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