選択的核膜分子輸送の基盤となる液滴のナノ動態と機能化メカニズムの解明

• 研究課題/領域番号: 23K23476
• 補助金の研究課題番号: 22H02209 (2022-2023)
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 基金 (2024); 補助金 (2022-2023)
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分37020:生物分子化学関連
• 研究機関: 金沢大学
• 研究代表者: WONG W・R 金沢大学, ナノ生命科学研究所, 教授 (30464035)
• 研究分担者: 羽澤 勝治 金沢大学, 新学術創成研究機構, 准教授 (40622460)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2026-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2024年度)
• 配分額: 17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円); 2025年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2024年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 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: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
• キーワード: 核膜孔複合体 / 超解像顕微鏡 / 高速AFM / 液液相分離 / ウイルス / 核膜孔 / ナノ動態 / 液―液相分離

研究開始時の研究の概要

核-細胞質を結ぶ唯一の輸送孔である核膜孔は、その内部に相分離から成る液滴を形成し、細胞増殖やウイルス感染応答にともなうすべてのDNA情報ネットワークを選択的に制御する。申請者らは、核膜孔を構成するタンパク質の発現異常により、核-細胞質間分子輸送が破綻し、がん悪性化や免疫応答異常に繋がることを明らかにしてきた。病態で変化する分子輸送の仕組みを理解するには、核膜孔内部の液滴の状態と機能相関の解明が必要である。本研究では、申請者らが確立してきた独自のイメージング技術により、選択的核膜分子輸送システムの基盤となる相分離のナノ動態と機能化メカニズムを解明する。

研究実績の概要

核膜孔複合体（NPC: Nuclear Pore Complex）は、核内DNAへの唯一の分子輸送経路である核膜孔を形成するタンパク質複合体で、核と細胞質の間の分子輸送を調節し、DNA情報ネットワークを選択的に制御します。NPCは約30種類のヌクレオポリン（NUPs）で構成されており、その中にはフェニルアラニンーグリシン（FG）リピート配列を持つ特定のNUPs（FG-NUPs）が含まれます。これらのFGリピート配列は特定の構造を持たず、FGリピートを介した分子間相互作用が相分離を引き起こし、核膜孔内部に液滴を形成します。申請者は、溶液中の試料をナノスケールで観察可能な高速AFM（原子間力顕微鏡）を用いて、世界で初めてFG-NUPsが形成する核膜孔内部の液滴を可視化することに成功しました。また、申請者らは病態制御におけるNPCの機能調節メカニズムの研究を進め、細胞の環境や状態に応じて核膜孔の組成が変化し、その機能が高度化することを明らかにしました。具体的には、がん病態に特異的なFG-NUPsの発現量や翻訳後修飾が、核膜孔を介した核-細胞質間の輸送選択性を変化させ、がん病態の進行を助長する遺伝子発現パターンを確立することが示されています。しかし、液滴は動的な高次構造体であり、その安定性は環境に大きく依存します。試料の調製が難しいことに加え、相分離を調べるための技術基盤が整備されていないため、生命現象の中核である選択的核膜分子輸送における液滴の動態や機能メカニズム、さらには病態に伴う液滴の変化については依然として多くの謎が残っています。本研究では、核膜孔の作動原理の基盤となる相分離の理解を深めるために、核膜孔内部に形成される液滴のナノ構造動態とその機能との相関を解明します。2022年に我々の研究成果については、Cells, BBRC, JEV誌に発表した。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

核膜孔を構成するタンパク質の発現異常が、核-細胞質間の分子輸送を崩し、がんの悪性化や免疫応答の異常につながることを私たちは明らかにしてきました。論文を発表したことで、研究は大筋で順調に進んでいると判断しました。

今後の研究の推進方策

今後も申請書の計画通りに進める予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Crafty mimicry grants nuclear pore entry to HIV (2024)
  • 著者名/発表者名: Lim Keesiang、Hazawa Masaharu、Wong Richard W.
  • 雑誌名: Cell Host & Microbe 巻: 32 号: 4 ページ: 441-442
  • DOI: 10.1016/j.chom.2024.03.004
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] An Efficient Method for Isolating and Purifying Nuclei from Mice Brain for Single-Molecule Imaging Using High-Speed Atomic Force Microscopy (2024)
  • 著者名/発表者名: Qiu Yujia、Sajidah Elma Sakinatus、Kondo Sota、Narimatsu Shinnosuke、Sandira Muhammad Isman、Higashiguchi Yoshiki、Nishide Goro、Taoka Azuma、Hazawa Masaharu、Inaba Yuka、Inoue Hiroshiら
  • 雑誌名: Cells 巻: 13 号: 3 ページ: 279-279
  • DOI: 10.3390/cells13030279
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cell-compatible isotonic freezing media enabled by thermo-responsive osmolyte-adsorption/exclusion polymer matrices (2023)
  • 著者名/発表者名: Kato Yui、Matsuda Yuya、Uto Takuya、Tanaka Daisuke、Ishibashi Kojiro、Ishizaki Takeru、Ohta Akio、Kobayashi Akiko、Hazawa Masaharu、Wong Richard W.、Ninomiya Kazuaki、Takahashi Kenji、Hirata Eishu、Kuroda Kosuke
  • 雑誌名: Communications Chemistry 巻: 6 号: 1 ページ: 260-260
  • DOI: 10.1038/s42004-023-01061-7
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Super-enhancer trapping by the nuclear pore via intrinsically disordered regions of proteins in squamous cell carcinoma cells (2023)
  • 著者名/発表者名: Hazawa M, Ikliptikawati DK, Iwashima Y, Lin DC, Jiang Y, Qiu Y, Makiyama K, Matsumoto K, Kobayashi A, Nishide G, Keesiang L, Yoshino H, Minamoto T, Suzuki T, Kobayashi I, Meguro-Horike M, Jiang YY, Nishiuchi T, Konno H, Koeffler HP, Hosomichi K, Tajima A, Horike SI, Wong RW.
  • 雑誌名: Cell Chemical Biology 巻: － 号: 4 ページ: 792-804.e7
  • DOI: 10.1016/j.chembiol.2023.10.005
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Chiral and nematic phases of flexible active filaments (2023)
  • 著者名/発表者名: Dunajova Zuzana、Mateu Batirtze Prats、Radler Philipp、Lim Keesiang、Brandis Dorte、Velicky Philipp、Danzl Johann Georg、Wong Richard W.、Elgeti Jens、Hannezo Edouard、Loose Martin
  • 雑誌名: Nature Physics 巻: 19 号: 12 ページ: 1916-1926
  • DOI: 10.1038/s41567-023-02218-w
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Nanoscopic Elucidation of Spontaneous Self-Assembly of Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) Open Reading Frame 6 (ORF6) Protein (2023)
  • 著者名/発表者名: Nishide Goro、Lim Keesiang、Tamura Maiki、Kobayashi Akiko、Zhao Qingci、Hazawa Masaharu、Ando Toshio、Nishida Noritaka、Wong Richard W.
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry Letters 巻: 14 号: 38 ページ: 8385-8396
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.3c01440
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Nuclear transport surveillance of p53 by nuclear pores in glioblastoma (2023)
  • 著者名/発表者名: Ikliptikawati Dini Kurnia、Hirai Nozomi、Makiyama Kei、Sabit Hemragul、Kinoshita Masashi、Matsumoto Koki、Lim Keesiang、Meguro-Horike Makiko、Horike Shin-ichi、Hazawa Masaharu、Nakada Mitsutoshi、Wong Richard W.
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 42 号: 8 ページ: 112882-112882
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2023.112882
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Nanoscopic Assessment of Anti-SARS-CoV-2 Spike Neutralizing Antibody Using High-Speed AFM. (2023)
  • 著者名/発表者名: Keesiang Lim, Goro Nishide, Elma Sakinatus Sajidah, Tomoyoshi Yamano, Yujia Qiu, Takeshi Yoshida, Akiko Kobayashi, Masaharu Hazawa, Toshio Ando, Rikinari Hanayama, Richard W Wong
  • 雑誌名: Nano letters 巻: 23 号: 2 ページ: 619-628
  • DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c04270
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Spatiotemporal tracking of small extracellular vesicle nanotopology in response to physicochemical stresses revealed by HS-AFM. (2022)
  • 著者名/発表者名: Elma Sakinatus Sajidah, Keesiang Lim, Tomoyoshi Yamano, Goro Nishide, Yujia Qiu, Takeshi Yoshida, Hanbo Wang, Akiko Kobayashi, Masaharu Hazawa, Firli R P Dewi, Rikinari Hanayama, Toshio Ando, Richard W Wong
  • 雑誌名: Journal of extracellular vesicles 巻: 11 号: 11 ページ: 12275-12275
  • DOI: 10.1002/jev2.12275
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Inhibition of Canonical Wnt Signaling Promotes Ex Vivo Maintenance and Proliferation of Hematopoietic Stem Cells in Zebrafish (2022)
  • 著者名/発表者名: Kimura Koki、Yamamori Shiori、Hazawa Masaharu、Kobayashi-Sun Jingjing、Kondo Mao、Wong Richard W、Kobayashi Isao
  • 雑誌名: Stem Cells 巻: 40 号: 9 ページ: 831-842
  • DOI: 10.1093/stmcls/sxac044
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Discovery of a Novel Aminocyclopropenone Compound That Inhibits BRD4-Driven Nucleoporin NUP210 Expression and Attenuates Colorectal Cancer Growth (2022)
  • 著者名/発表者名: Kondo Hiroya、Mishiro Kenji、Iwashima Yuki、Qiu Yujia、Kobayashi Akiko、Lim Keesiang、Domoto Takahiro、Minamoto Toshinari、Ogawa Kazuma、Kunishima Munetaka、Hazawa Masaharu、Wong Richard W.
  • 雑誌名: Cells 巻: 11 号: 3 ページ: 317-317
  • DOI: 10.3390/cells11030317
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] NSP9 of SARS-CoV-2 attenuates nuclear transport by hampering nucleoporin 62 dynamics and functions in host cells (2022)
  • 著者名/発表者名: Makiyama Kei、Hazawa Masaharu、Kobayashi Akiko、Lim Keesiang、Voon Dominic C.、Wong Richard W.
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 586 ページ: 137-142
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2021.11.046
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Nano imaging of genomic modality in nuclear pore territories (2023)
  • 著者名/発表者名: Richard Wong
  • 学会等名: The 4th “Genome Modality” Annual meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Nano-imaging of the SARS-CoV-2 virus invasion path towards to the nuclear pore (2023)
  • 著者名/発表者名: Richard Wong
  • 学会等名: The 20th International Microscopy Congress
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 宿主の核膜孔輸送系をウィルスが乗っ取る仕組みをナノスケールで解明 (2023)
  • 著者名/発表者名: Richard Wong
  • 学会等名: 第96回日本生化学会大会シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Nano assessment of how viruses hijack host nuclear transport systems (2023)
  • 著者名/発表者名: Richard Wong
  • 学会等名: 学術変革領域A クロススケール新生物学 第3回領域会議
  • 招待講演
• [学会発表] Nano assessment of how viruses hijack the host nuclear pore (2023)
  • 著者名/発表者名: Richard Wong
  • 学会等名: 第23回日本蛋白質科学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] Nano imaging of genomic modality in nuclear pore territories (2022)
  • 著者名/発表者名: Richard Wong
  • 学会等名: 学術変革領域A 2022年度 ゲノムモダリティ領域会議
  • 招待講演
• [学会発表] Nano imaging of nuclear pore dynamics in cancer cells (2022)
  • 著者名/発表者名: Richard Wong
  • 学会等名: 第95回日本生化学会大会シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] クロススケール核膜孔内選択的分子輸送システムの解明とその破綻 (2022)
  • 著者名/発表者名: Richard Wong
  • 学会等名: 学術変革領域A クロススケール新生物学 第２回領域会議
  • 招待講演
• [学会発表] 核膜孔テリトリーにおけるゲノムモダリティ (2022)
  • 著者名/発表者名: Richard Wong
  • 学会等名: 第74回日本細胞生物学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] Phase separation mediated super enhancer trapping by nuclear pore proteins in cell fate determination (2022)
  • 著者名/発表者名: 羽澤 勝治，Richard Wong
  • 学会等名: 第74回日本細胞生物学会大会シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Nuclear pore tethers cell-type specific genes ensuring its expression and cell identity (2022)
  • 著者名/発表者名: 羽澤 勝治，Richard Wong
  • 学会等名: 第95回日本生化学会大会シンポジウム
  • 招待講演