哺乳動物におけるミクロオートファジーを介した細胞内タンパク質の分解機構

• 研究領域: マルチモードオートファジー：多彩な経路と選択性が織り成す自己分解系の理解
• 研究課題/領域番号: 20H05307
• 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: 向井 康治朗 東北大学, 生命科学研究科, 助教 (90767633)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円); 2021年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2020年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
• キーワード: ミクロオートファジー

研究開始時の研究の概要

ミクロオートファジーはリソソーム膜が直接細胞質成分を取り込む機構を指す。酵母においてはペルオキシソーム、脂肪滴、核などがミクロオートファジーを介して分解されることが報告され、解析が進んでいるが、哺乳動物におけるミクロオートファジーの研究は限られている。本研究では、CRISPR-Cas9ゲノムワイドスクリーニング、超解像ライブイメージング、プロテオミクス解析を駆使することで、哺乳動物細胞におけるミクロオートファジーの分子機構及び生物学的意義を明らかにすることを目指す。

研究実績の概要

超解像ライブイメージング、及び電子顕微鏡解析を用いて、ミクロオートファジーが起きている瞬間、及び基質が分解される過程を可視化することを目指した。モデル気質としてmRuby3タグを付加したSTINGを利用し、mRuby3-STINGがリソソーム内腔へ取り込まれる瞬間を可視化した。その結果、mRuby3-STINGはLamp1-EGFPで可視化したリソソームに直接取り込まれることを超解像ライブイメージング及び電子顕微鏡解析から明らかにすることができた。さらに、リソソームに近接しているSTING陽性の膜の形態を観察したところ、興味深いことにSTINGは直径約100nm前後の小胞のクラスター上に局在していることがわかり、リソソームがこのSTING陽性小胞の塊を取り込んでいると考えられた。また、Rab11やトランスフェリン受容体などのリサイクリングエンドソームタンパク質の一部もSTINGリガンド刺激依存的にリソソームに取り込まれていたことから、このミクロオートファジー過程はリサイクリングエンドソーム由来の小胞をリソソームが取り込む過程であることが示唆された。

現在までの達成度 (段落)

令和3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

令和3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] University of California, San Francisco(米国)
• [雑誌論文] Lysosomal vesiculophagy terminates STING signalling (2022)
  • 著者名/発表者名: Kuchitsu Yoshihiko、Mukai Kojiro、Takaada Yuki、Shinojima Ayumi、Hamano Shiori、Uematsu Rei、Ogawa Emari、Suzuki Takehiro、Dohmae Naoshi、Uemura Takefumi、Arai Hiroyuki、Waguri Satoshi、Taguchi Tomohiko
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: - ページ: 485012-485012
  • DOI: 10.1101/2022.03.20.485012
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Specific association of TBK1 with the trans-Golgi network following STING stimulation (2022)
  • 著者名/発表者名: Kemmoku Haruka、Kuchitsu Yoshihiko、Mukai Kojiro、Taguchi Tomohiko
  • 雑誌名: Cell Structure and Function 巻: 47 号: 1 ページ: 19-30
  • DOI: 10.1247/csf.21080
  • NAID: 130008158062
  • ISSN: 0386-7196, 1347-3700
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A cell-free assay implicates a role of sphingomyelin and cholesterol in STING phosphorylation (2021)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Kanoko、Niki Takahiro、Ogawa Emari、Fumika Kiku、Nishioka Yu、Sawa Masaaki、Arai Hiroyuki、Mukai Kojiro、Taguchi Tomohiko
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 号: 1 ページ: 11996-11996
  • DOI: 10.1038/s41598-021-91562-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A Role of Phosphatidylserine in the Function of Recycling Endosomes (2021)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa Junya、Uchida Yasunori、Mukai Kojiro、Lee Shoken、Matsudaira Tatsuyuki、Taguchi Tomohiko
  • 雑誌名: Frontiers in Cell and Developmental Biology 巻: 9 ページ: 783857-783857
  • DOI: 10.3389/fcell.2021.783857
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Aberrant localization of CDC42 C-terminal variants to the Golgi apparatus drives pyrin inflammasome-dependent autoinflammation (2021)
  • 著者名/発表者名: Nishitani-Isa, M., Mukai, K., Honda, Y., Nihira, H., Tanaka, T., Shibata, H., Kodama, K., Hiejima, E., Izawa, K., Kawasaki, Y., Osawa, M., Katata, Y., Onodera, S., Watanabe, T., Kure, S., Takita, J., Ohara, O., Saito, M. K., Nishikomori, R., Taguchi, T., Sasahara, Y., and Yasumi, T.
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: - ページ: 458902-458902
  • DOI: 10.1101/2021.09.03.458902
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] STING Operation at the ER/Golgi Interface (2021)
  • 著者名/発表者名: Taguchi Tomohiko、Mukai Kojiro、Takaya Eiko、Shindo Ruri
  • 雑誌名: Frontiers in Immunology 巻: 12 ページ: 1629-1629
  • DOI: 10.3389/fimmu.2021.646304
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Homeostatic regulation of STING by retrograde membrane traffic to the ER (2021)
  • 著者名/発表者名: Mukai Kojiro、Ogawa Emari、Uematsu Rei、Kuchitsu Yoshihiko、Kiku Fumika、Uemura Takefumi、Waguri Satoshi、Suzuki Takehiro、Dohmae Naoshi、Arai Hiroyuki、Shum Anthony K.、Taguchi Tomohiko
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12 号: 1 ページ: 61-61
  • DOI: 10.1038/s41467-020-20234-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Implications of cholesterol and sphingomyelin in STING phosphorylation by TBK1 (2021)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Kanoko、Niki Takahiro、Ogawa Emari、Fumika Kiku、Nishioka Yu、Sawa Masaaki、Arai Hiroyuki、Mukai Kojiro、Taguchi Tomohiko
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: - ページ: 435550-435550
  • DOI: 10.1101/2021.03.15.435550
• [雑誌論文] A defect in COPI-mediated transport of STING causes immune dysregulation in COPA syndrome (2020)
  • 著者名/発表者名: Deng Zimu、Chong Zhenlu、Law Christopher S.、Mukai Kojiro、Ho Frances O.、Martinu Tereza、Backes Bradley J.、Eckalbar Walter L.、Taguchi Tomohiko、Shum Anthony K.
  • 雑誌名: Journal of Experimental Medicine 巻: 217 号: 11 ページ: 2128-2135
  • DOI: 10.1084/jem.20201045
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 自然免疫分子STINGの小胞体局在維持機構とその破綻に起因する疾患 (2021)
  • 著者名/発表者名: 向井康治朗,小川笑満里,植松黎,朽津芳彦,菊史佳,植村武文,和栗聡,鈴木健裕,堂前直,新井洋由,SHUM Anthony K,田口友彦
  • 学会等名: 日本細胞生物学会大会(Web) 2021年
• [学会発表] Homeostatic regulation of STING by retrograde membrane traffic to the ER (2021)
  • 著者名/発表者名: Kojiro Mukai,Anthony K. Shum,Tomohiko Taguchi
  • 学会等名: ASBMB Annual Meeting 2021
  • 国際学会
• [学会発表] 自然免疫分子 STING シグナルの収束機構 (2020)
  • 著者名/発表者名: 朽津_芳彦、高阿田_有希、向井_康治朗、田口_友彦
  • 学会等名: 第７２回日本細胞生物学会大会
• [学会発表] 自然免疫分子 STING は trans-Golgi network において下流キナーゼ TBK1 をリクルートする (2020)
  • 著者名/発表者名: 見目_悠、向井_康治朗、田口_友彦
  • 学会等名: 第７２回日本細胞生物学会大会
• [学会発表] 光クロスリンク技術を用いた自然免疫分子 STING の結合タンパク質の探索 (2020)
  • 著者名/発表者名: 進藤_瑠璃、樋野_展正、土井_健史、向井_康治朗、田口_友彦
  • 学会等名: 第７２回日本細胞生物学会大会
• [学会発表] リン酸化 STING を認識するモノクローナル抗体の作製 (2020)
  • 著者名/発表者名: 高橋_花乃子、湯本_瑛亮、高谷_英子、進藤_瑠璃、高阿田_有希、篠島_あゆみ、堀口_雛、朽津_芳彦、向井_康治朗、田口_友彦
  • 学会等名: 第７２回日本細胞生物学会大会
• [学会発表] ホスファチジルイノシトール -4 リン酸(PI4P)近傍タンパク質の解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 倪_申_、向井康治朗、鈴木_健裕、堂前_直、新井_洋由、田口_友彦、河野望
  • 学会等名: 第７２回日本細胞生物学会大会
• [学会発表] 細胞内物質輸送異常が引き起こす STING の活性化に起因する自己炎症性疾患 (2020)
  • 著者名/発表者名: 向井_康治朗、小川_笑満里、朽津_芳彦、新井_洋由、田口_友彦
  • 学会等名: 第７２回日本細胞生物学会大会
• [学会発表] 自然免疫分子STINGの小胞体局在性維持機構とその破綻に起因する遺伝性自己炎症性疾患 (2020)
  • 著者名/発表者名: 向井康治朗、小川笑満里、朽津芳彦、植村武文、和栗聡、鈴木健裕、堂前直、新井洋由、Anthony K. Shum、田口友彦
  • 学会等名: 第93回日本生化学会大会
• [図書] The Lipid (2021)
  • 著者名/発表者名: 向井 康治朗
  • 総ページ数: 7
  • 出版者: (株)メディカルレビュー社
  • ISBN: 9784779224430
• [図書] 実験医学 (2021)
  • 著者名/発表者名: 向井 康治朗
  • 総ページ数: 5
  • 出版者: (株)羊土社
  • ISBN: 9784758125444