蛋白質老化におけるRab活性制御の分子機構の解析

• 研究領域: 脳タンパク質老化と認知症制御
• 研究課題/領域番号: 17H05682
• 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: 東北大学
• 研究代表者: 福田 光則 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (50311361)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 10,660千円 (直接経費: 8,200千円、間接経費: 2,460千円); 2018年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2017年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
• キーワード: 低分子量Gタンパク質Rab / ALS/FTD / 膜輸送 / Rab panel / スクリーニング / Rabエフェクター / ALS2 / C9ORF72 / 低分子量G蛋白質Rab / グアニンヌクレオチド交換因子 / ALS / 神経疾患 / エキソソーム

研究実績の概要

低分子量Gタンパク質Rabは小胞輸送（膜輸送）の普遍的制御因子であり、その名前の由来通り、特に脳組織での発現が高い。これまでRabやその制御因子の変異により20種類を超えるヒトやマウスの遺伝病が報告されており、その多くが神経疾患の症状を呈する。しかし、これらの分子がどのような小胞輸送経路に関与し、神経機能を制御しているかは未だ不明な点が多い。本研究では、筋萎縮性側索硬化症（ALS）の原因遺伝子産物の一つであるALS2が、Rab活性化に関わるVps9ドメインを含むことに着目し、ALS2の基質Rabの同定と神経機能におけるRab活性化の意義の解明を目指した。これまでの解析で、ALS2が既知の基質であるRab5に加え、Rab17の活性化にも関与することを明らかにし、それらのノックダウンにより海馬神経細胞の神経突起の伸長や形態形成が阻害されることを見出している。また、ALS2と候補Rabのノックアウト細胞株の作製にも取り組み、Rab5が細胞の増殖・生存に必須であることを明らかにした。ALS2をノックアウトしたSH-SY5Y細胞（ヒト神経芽細胞腫）では増殖能が著しく損なわれたが、HeLa細胞のノックアウトでは特に影響が見られなかったことから、ALS2は特定の細胞種（例えば、特定の神経細胞）でRab5の活性化を通して細胞外からの物質の取り込み（マクロピノサイトーシスなど）に関与し、細胞の生存に必須の役割を果たすことが強く示唆される。

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Pasteur Institute(フランス)
• [国際共同研究] University of Oxford(英国)
• [国際共同研究] Augusta University(米国)
• [雑誌論文] Rab10 regulates tubular endosome formation through KIF13A and KIF13B motors. (2019)
  • 著者名/発表者名: Etoh, K. and Fukuda, M.
  • 雑誌名: J. Cell Sci. 巻: 132
  • DOI: 10.1242/jcs.226977
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cytoplasmic control of Rab family small GTPases through BAG6 (2019)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Toshiki、Minami Setsuya、Tsuchiya Yugo、Tajima Kazu、Sakai Natsumi、Suga Kei、Hisanaga Shin‐ichi、Ohbayashi Norihiko、Fukuda Mitsunori、Kawahara Hiroyuki
  • 雑誌名: EMBO reports 巻: 20 号: 4
  • DOI: 10.15252/embr.201846794
  • NAID: 120007127921
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The BLOC-3 subunit HPS4 is required for activation of Rab32/38 GTPases in melanogenesis, but its Rab9 activity is dispensable for melanogenesis. (2019)
  • 著者名/発表者名: Ohishi, Y., Kinoshita, R., Marubashi, S., Ishida, M. and Fukuda, M.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 294 号: 17 ページ: 6912-6922
  • DOI: 10.1074/jbc.ra119.007345
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rab7 knockout unveiled regulated autolysosome maturation induced by glutamine starvation (2018)
  • 著者名/発表者名: Kuchitsu Y, Homma Y, Fujita N, Fukuda M
  • 雑誌名: Journal of Cell Science 巻: 印刷中 号: 7
  • DOI: 10.1242/jcs.215442
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular mechanisms of Streptococcus pneumoniae-targeted autophagy via pneumolysin, Golgi-resident Rab41, and Nedd4-1-mediated K63-linked ubiquitination (2018)
  • 著者名/発表者名: Ogawa M, Matsuda R, Takada N, Tomokiyo M, Yamamoto S, Shizukusihi S, Yamaji T, Yoshikawa Y, Yoshida M, Tanida I, Koike M, Murai M, Morita H, Takeyama H, Ryo A, Guan JL, Yamamoto M, Inoue JI, Yanagawa T, Fukuda M, Kawabe H, Ohnishi M
  • 雑誌名: Cellular Microbiology 巻: e12846 号: 8
  • DOI: 10.1111/cmi.12846
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] LRRK2 and its substrate Rab GTPases are sequentially targeted onto stressed lysosomes and maintain their homeostasis (2018)
  • 著者名/発表者名: Eguchi Tomoya、Kuwahara Tomoki、Sakurai Maria、Komori Tadayuki、Fujimoto Tetta、Ito Genta、Yoshimura Shin-ichiro、Harada Akihiro、Fukuda Mitsunori、Koike Masato、Iwatsubo Takeshi
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 115 号: 39
  • DOI: 10.1073/pnas.1812196115
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Rab11a-Rab8a cascade regulate the formation of tunneling nanotubes through vesicle recycling. (2018)
  • 著者名/発表者名: Zhu, S., Bhat, S., Syan, S., Kuchitsu, Y., Fukuda, M. and Zurzolo, C.
  • 雑誌名: J. Cell Sci. 巻: 131
  • DOI: 10.1242/jcs.215889
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Revisiting Rab7 functions in mammalian autophagy: Rab7 knockout studies. (2018)
  • 著者名/発表者名: Kuchitsu, Y. and Fukuda, M.
  • 雑誌名: Cells 巻: 7 号: 11 ページ: 215-215
  • DOI: 10.3390/cells7110215
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rab5 activation on macropinosomes requires ALS2, and subsequent Rab5 inactivation through ALS2 detachment requires active Rab7. (2018)
  • 著者名/発表者名: Morishita S, Wada N, Fukuda M, Nakamura T.
  • 雑誌名: FEBS Letter 巻: 593 号: 2 ページ: 230-241
  • DOI: 10.1002/1873-3468.13306
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rab20, a novel Rab small GTPase that negatively regulates neurite outgrowth of PC12 cells. (2018)
  • 著者名/発表者名: Oguchi, M. E., Etoh, K. and Fukuda, M.
  • 雑誌名: Neurosci. Lett. 巻: 662 ページ: 324-330
  • DOI: 10.1016/j.neulet.2017.10.056
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Parkinson’s disease-linked DNAJC13 mutation aggravates α-synuclein-induced neurotoxicity through perturbation of endosomal trafficking. (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshida S, Hasegawa T, Suzuki M, Sugeno N, Kobayashi J, Ueyama M, Fukuda M, Ido-Fujibayashi A, Sekiguchi K, Ezura M, Kikuchi A, Baba T, Takeda A, Mochizuki H, Nagai Y and Aoki M.
  • 雑誌名: Hum Mol Genet. 巻: 27 号: 5 ページ: 823-836
  • DOI: 10.1093/hmg/ddy003
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] C9orf72 and RAB7L1 regulate vesicle trafficking in amyotrophic lateral sclerosis and frontotemporal dementia. (2017)
  • 著者名/発表者名: Aoki, Y., Manzano, R., Lee, Y., Dafinca, R., Aoki, M., Douglas, A. G. L., Varela, M. A., Sathyaprakash, C., Scaber, J., Barbagallo, P., Vader, P., Mager, I., Ezzat, K., Turner, M. R., Ito, N., Gasco, S., Ohbayashi, N., El-Andaloussi, S., Takeda, S., Fukuda, M., Talbot, K. and Wood, M. J. A.
  • 雑誌名: Brain 巻: 140 号: 4 ページ: 887-897
  • DOI: 10.1093/brain/awx024
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] TBC1D12 is a novel Rab11-binding protein that modulates neurite outgrowth of PC12 cells. (2017)
  • 著者名/発表者名: Oguchi, M. E., Noguchi, K. and Fukuda, M.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 12 号: 4 ページ: e0174883-e0174883
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0174883
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The RAB2B-GARIL5 Complex Promotes Cytosolic DNA-Induced Innate Immune Responses (2017)
  • 著者名/発表者名: Takahama Michihiro、Fukuda Mitsunori、Ohbayashi Norihiko、Kozaki Tatsuya、Misawa Takuma、Okamoto Toru、Matsuura Yoshiharu、Akira Shizuo、Saitoh Tatsuya
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 20 号: 12 ページ: 2944-2954
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2017.08.085
  • NAID: 120007134819
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The GTPase Rab43 controls the anterograde ER-Golgi trafficking and sorting of GPCRs. (2017)
  • 著者名/発表者名: Li, C., Wei, Z., Fan, Y., Huang, W., Su, Y., Li, H., Dong, Z., Fukuda, M., Khater, M. and Wu, G.
  • 雑誌名: Cell Rep. 巻: 21 号: 4 ページ: 1089-1101
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2017.10.011
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] グルタミン飢餓により誘導されるオートリソソームの成熟現象の発見 (2018)
  • 著者名/発表者名: 朽津芳彦、本間悠太、藤田尚信、福田光則
  • 学会等名: 日本生化学会東北支部 第84回例会
• [学会発表] 筋細胞の再構成に伴い形成される管状リソソームの形成機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 村川直柔、福田光則、藤田尚信
  • 学会等名: 日本生化学会東北支部 第84回例会
• [学会発表] 神経ネットワークにおける低分子量GTPase Rabの役割：Rabの機能不全と神経変性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 福田光則
  • 学会等名: 第59回日本神経学会学術大会シンポジウム“How neurons keep calm and carry on: roles of quality control in neurodegenerative diseases”
  • 招待講演
• [学会発表] Rab7 knockout unveiled regulated autolysosome maturation induced by glutamine starvation. (2018)
  • 著者名/発表者名: 朽津芳彦、本間悠太、藤田尚信、福田光則
  • 学会等名: 第70回日本細胞生物学会大会・第51回発生生物学会合同大会
• [学会発表] The small GTPase Rab10 regulates the formation of tubular endosomes through its novel effectors KIF13A/B. (2018)
  • 著者名/発表者名: 衛藤貫、福田光則
  • 学会等名: 第70回日本細胞生物学会大会・第51回発生生物学会合同大会
• [学会発表] Rab knockout projects unveil new insight into functions of Rabs in membrane traffic. (2018)
  • 著者名/発表者名: 福田光則
  • 学会等名: 第70回日本細胞生物学会大会・第51回発生生物学会合同大会シンポジウム「オルガネラバイオロジー・リローディッド」
  • 招待講演
• [学会発表] ショウジョウバエを用いた筋細胞特異的なオルガネラ形成機構の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 村川直柔、福田光則、藤田尚信
  • 学会等名: 日本筋学会第４回学術集会
• [学会発表] グルタミン飢餓によりオートリソソームの成熟が促進される現象の発見 (2018)
  • 著者名/発表者名: 朽津芳彦、本間悠太、藤田尚信、福田光則
  • 学会等名: 第91回日本生化学会大会
• [学会発表] 筋細胞リモデリングに伴い形成される管状リソソームネットワークのダイナミクスの解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 村川直柔、福田光則、藤田尚信
  • 学会等名: 第11回オートファジー研究会
• [学会発表] 筋細胞に見られるオートファジー依存的な管状リソソームネットワーク (2018)
  • 著者名/発表者名: 藤田尚信、村川直柔、福田光則
  • 学会等名: 第11回オートファジー研究会
• [学会発表] Role of Rab small GTPases in neurite outgrowth and differentiation. (2018)
  • 著者名/発表者名: Mitsunori Fukuda
  • 学会等名: A symposium in honor of Sumiko Mochida “Forefront of Neurotransmitter Release and Calcium Channel Signaling”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Autolysosome maturation induced by glutamine starvation. (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiko Kuchitsu and Mitsunori Fukuda
  • 学会等名: Neoprotein biology - From synthesis to trafficking
  • 国際学会
• [学会発表] Comprehensive knockout analysis of the Rab family small GTPases in MDCK cells. (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuta Homma, Riko Kinoshita, Yoshihiko Kuchitsu, Paulina S. Wawro, Soujiro Marubashi, Mai E. Oguchi, Morie Ishida, Naonobu Fujita and Mitsunori Fukuda
  • 学会等名: The 2018 ASCB/EMBO meeting
  • 国際学会
• [学会発表] リサイクリングエンドソームに局在する新規 Rab11 結合タンパク質TBC1D12 は神経突起伸長を制御する (2017)
  • 著者名/発表者名: 小口舞、野口憲太、福田光則
  • 学会等名: 日本生化学会東北支部 第83回例会
• [学会発表] 神経突起伸長を負に制御する新規低分子量Gタンパク質Rabの探索 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小口舞、衛藤貫、福田光則
  • 学会等名: 第69回日本細胞生物学会大会
• [学会発表] 変異DNAJC13はエンドソーム輸送障害を介してαシヌクレイン神経毒性を増強する (2017)
  • 著者名/発表者名: 長谷川隆文、吉田隼、鈴木マリ、菅野直人、小林潤平、福田光則、藤林明美、関口清俊、江面道典、菊池昭夫、武田篤、望月秀樹、永井義隆、青木正志
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
• [学会発表] ALS2結合タンパク質Rab30は、神経細胞においてエンドソームゴルジ体間の輸送に関与する (2017)
  • 著者名/発表者名: 大友麻子、松井香奈、小野寺和歌奈、杉山純也、石田智之、白川涼平、佐藤海、三井駿、野崎昌久、小野鈴花、福田光則、秦野伸二
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
• [学会発表] Rab small GTPases are key players for neurite outgrowth and differentiation. (2017)
  • 著者名/発表者名: Mitsunori Fukuda
  • 学会等名: Seminar in the National Center of Neurology and Psychiatry
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] C9ORF72 is a novel Rab7L1/29-binding protein that regulates intracellular membrane traffic. (2017)
  • 著者名/発表者名: Mitsunori Fukuda and Yoshitsugu Aoki
  • 学会等名: The 2nd International Symposium of “Brain Protein Aging and Dementia Control”
  • 国際学会
• [備考] 東北大学大学院生命科学研究科膜輸送機構解析分野
  • URL: https://www.lifesci.tohoku.ac.jp/research/teacher/detail.html?id=1724