病変型mtDNAの選別・浄化におけるマイトファジー関連膜動態の役割

• 研究領域: オートファジーの集学的研究：分子基盤から疾患まで
• 研究課題/領域番号: 16H01209
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 久留米大学
• 研究代表者: 石原 直忠 久留米大学, 分子生命科学研究所, 教授 (10325516)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 9,620千円 (直接経費: 7,400千円、間接経費: 2,220千円); 2017年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2016年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
• キーワード: ミトコンドリア / 品質管理 / 膜融合 / 呼吸 / 脂質 / 細胞・組織 / 蛋白質 / オルガネラ分裂 / mtDNA / オートファジー

研究実績の概要

ミトコンドリアは融合と分裂を介した動的な動きの中でその機能が維持されている。この動きはミトコンドリアの品質を管理し正常に機能させるために重要だと考えられているが、その制御の分子機構及び意義はまだ十分には理解されていない。そこで本研究では、ミトコンドリアダイナミクスの意義の再検討を行い、オートファジーを介したミトコンドリア品質管理の基本原理の理解を目指して研究を進めている。
これまでに、ミトコンドリアが失活すると内膜融合因子OPA1が分解され融合活性を失うことを見い出している。そこでOPA1のミトコンドリア品質管理への関与を詳細に解析した。OPA1をカイコ幼虫発現系を用いて発現させ、ミトコンドリア品質管理への関与を試験管内及び培養細胞を用いて詳細に調べたところ、カルジオリピンがOPA1による膜融合に必須であることを見出した。OPA1を持たないミトコンドリアは、正常なミトコンドリアと融合可能であること、即ちOPA1の抑制だけでは障害ミトコンドリアの選別・排除には不十分であることが明らかになった。これらの結果から、OPA1と膜脂質の両面の変化からミトコンドリア品質が検知・選別されていることがわかった。
さらに、オートファジー関連遺伝子Atgを用いて、ミトコンドリアの膜融合を検出する新たな実験系を構築した。その解析から、小胞体から漏出するカルシウムイオンがMfnによるミトコンドリア融合を抑制しすることで、ミトコンドリアがマイトファジー分解に効率よく導かれることがわかった。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Uncoupled mitochondria quickly shorten along their long axis to form indented spheroids, instead of rings, in a fission-independent manner. (2018)
  • 著者名/発表者名: Miyazono Yoshihiro, Shingo Hirashima, Naotada Ishihara, Jingo Kusukawa, Kei-ichiro Nakamura, and Keisuke Ohta
  • 雑誌名: Scientific Report 巻: 8 号: 1 ページ: 350-350
  • DOI: 10.1038/s41598-017-18582-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] PARL paves the way to apoptosis. (2017)
  • 著者名/発表者名: N. Ishihara and K. Mihara.
  • 雑誌名: Nat. Cell Biol. 巻: 19 号: 4 ページ: 263-265
  • DOI: 10.1038/ncb3504
  • 国際共著
• [雑誌論文] Aclarubicin, an anthracycline anti-cancer drug, fluorescently contrasts mitochondria and reduces the oxygen consumption rate in living human cells (2017)
  • 著者名/発表者名: Iihoshi Haruka、Ishihara Takaya、Kuroda Shogo、Ishihara Naotada、Saitoh Hisato
  • 雑誌名: Toxicology Letters 巻: 277 ページ: 109-114
  • DOI: 10.1016/j.toxlet.2017.06.006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Expression and purification of recombinant human L-OPA1 using BmNPV bacmid-silkworm expression system (2017)
  • 著者名/発表者名: Ban Tadato、Ishihara Naotada
  • 雑誌名: Protocol Exchange 巻: -
  • DOI: 10.1038/protex.2017.053
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Cell-free mitochondrial fusion assay detected by specificprotease reaction revealed Ca2+ as regulator of mitofusin dependent mitochondrial fusion (2017)
  • 著者名/発表者名: Ishihara N, Maeda M, Ban T, Mihara K.
  • 雑誌名: J Biochem 巻: 印刷中 ページ: 287-294
  • DOI: 10.1093/jb/mvx029
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three-dimensional analysis of somatic mitochondrial dynamics in fission-deficient injured motor neurons using FIB/SEM (2017)
  • 著者名/発表者名: Tamada H, Kiryu-Seo S, Hosokawa H, Ohta K, Ishihara N, Nomura M, Mihara K, Nakamura KI, Kiyama H
  • 雑誌名: Jounral of Comparative Neurology 巻: 印刷中 号: 11 ページ: 1-14
  • DOI: 10.1002/cne.24213
  • NAID: 120006343671
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] マイトファジーによるミトコンドリアの品質管理：どこまで明らかになったのか？ (2017)
  • 著者名/発表者名: 石原直忠
  • 雑誌名: 実験医学 巻: 35 ページ: 2563-257
• [雑誌論文] ミトコンドリア形態変化の生理的意義 (2017)
  • 著者名/発表者名: 伴 匡人、尾上 健太、石原 直忠
  • 雑誌名: 医学のあゆみ 巻: 260 ページ: 18-23
• [雑誌論文] D-Glutamate is metabolized in the heart mitochondria. (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Ariyoshi, M. Katane, K. Hamase, Y. Miyoshi, M. Nakane, A. Hoshino, Y. Okawa, Y. Mita, S. Kaimoto, M. Uchihashi, K. Fukai, K. Ono, S. Tateishi, D. Hato, R. Yamanaka, S. Honda, Y. Fushimura, E. Iwai-Kanai, N. Ishihara, M. Mita, H. Homma, and S. Matoba.
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 7 号: 1 ページ: 43911-43911
  • DOI: 10.1038/srep43911
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Distinct types of protease systems are involved in homeostasis regulation of mitochondrial morphology via balanced fusion and fission. (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Saita, T. Ishihara, M.Maeda, S. Iemura, T. Natsume, K. Mihara and N. Ishihara.
  • 雑誌名: Genes Cells. 巻: 21 号: 1 ページ: 408-424
  • DOI: 10.1038/srep28331
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Synaptic dysfunction, memory deficits and hippocampal atrophy due to ablation of mitochondrial fission in adult forebrain neurons. (2016)
  • 著者名/発表者名: B. Oettinghaus, J. Schulz, L. Restelli, C. Savoia, A. Schmidt, K. Schmitt, A. Grimm, L. Morè, J. Hench, M. Tolnay, A. Eckert, P. D'Adamo, P. Franken, N. Ishihara, K. Mihara, J. Bischofberger, L. Scorrano, S. Frank.
  • 雑誌名: Cell Death Differ. 巻: 23 号: 1 ページ: 18-28
  • DOI: 10.1038/cdd.2015.39
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] ミトコンドリアのダイナミクスとその生理機能 (2016)
  • 著者名/発表者名: 太田 あずさ、伴 匡人、石原 直忠
  • 雑誌名: 脳21 巻: 19 ページ: 211-216
• [学会発表] Molecular basis of selective mitochondrial fusion by heterotypic action between OPA1 and cardiolipin (2017)
  • 著者名/発表者名: Tadato Ban and Naotada Ishihara
  • 学会等名: International Symposium on Autophagy,
  • 国際学会
• [学会発表] ミトコンドリアの動的な形態制御とその個体における生理的意義 (2017)
  • 著者名/発表者名: 石原 直忠
  • 学会等名: 日本卵子学会
  • 招待講演
• [学会発表] Selective mitochondrial fusion by heterotypic action between OPA1 and cardiolipin (2017)
  • 著者名/発表者名: Tadato Ban, Katsuyoshi Mihara and Naotada Ishihara
  • 学会等名: EuroMit
  • 国際学会
• [学会発表] Selective mitochondrial fusion by heterotypic action between OPA1 and cardiolipin (2017)
  • 著者名/発表者名: Tadato Ban and Naotada Ishihara
  • 学会等名: EMBO workshop, Mitochondrial quality control.
  • 国際学会
• [学会発表] ミトコンドリアのダイナミックな構造変化と筋組織形成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 石原直忠
  • 学会等名: 日本宇宙生物学会
  • 招待講演
• [学会発表] ミトコンドリアの膜とゲノムの協調的な形態制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 伴匡人、石原孝也、太田あずさ、石原直忠
  • 学会等名: 第３９回日本分子生物学会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2016-11-30
• [学会発表] ミトコンドリアの膜とmtDNAのダイナミクスを制御する因子の探索 (2016)
  • 著者名/発表者名: 石原 孝也、石原 直忠
  • 学会等名: 第３９回日本分子生物学会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2016-11-30
• [学会発表] OPA1プロテオリポソームによるミトコンドリア内膜融合機構の解明 (2016)
  • 著者名/発表者名: 伴匡人、石原直忠
  • 学会等名: 第89回日本生化学会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2016-09-27
• [学会発表] ミトコンドリアのGTPaseタンパク質による融合と分裂の制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 石原直忠、河野裕翔、太田あずさ、伴匡人、石原孝也
  • 学会等名: 第89回日本生化学会大会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2016-09-26
  • 招待講演
• [学会発表] ミトコンドリアの融合と分裂のバランス制御とその分子機構 (2016)
  • 著者名/発表者名: 石原直忠、伴匡人、河野裕翔、石原孝也
  • 学会等名: 第68回日本細胞生物学会大会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2016-06-16
• [学会発表] 個体内でのミトコンドリアの融合と分裂の意義 (2016)
  • 著者名/発表者名: 石原 直忠
  • 学会等名: 第16回日本抗加齢医学会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2016-06-11
  • 招待講演