リソソームを介した生命金属動態制御とシグナル伝達

• 研究領域: 「生命金属科学」分野の創成による生体内金属動態の統合的研究
• 研究課題/領域番号: 20H05508
• 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: 複合領域
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 船戸 洋佑 大阪大学, 微生物病研究所, 助教 (60505775)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 中途終了 (2020年度)
• 配分額: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円); 2020年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
• キーワード: 酸性適応 / リソソーム / 亜鉛 / PRL

研究開始時の研究の概要

本研究ではリソソームから放出された亜鉛がシグナルとして働く仕組みと、その医学生物学的意義を明らかにする。がん悪性化に関わるPRLの高発現でlysosomal exocytosisを介して酸性環境下でも細胞が盛んに増殖できるようになること、及び本現象にリソソームから亜鉛を排出する分子が必須であるとわかっている。リソソームからの亜鉛放出がシグナルとして酸性適応を促す仕組みを明らかにするとともに、がん細胞の酸性環境適応等における重要性を明らかにする。

研究実績の概要

本研究ではリソソームによる生命金属動態の制御について、特にリソソームから放出された亜鉛がシグナルとして働く仕組みを明らかにすることを目標としていた。その中でも本年度の研究では、PRLによる酸性環境への適応にリソソームから亜鉛を排出する分子TRPML1およびZIP3が必須であると遺伝学的スクリーニングから明らかにされたことを踏まえ、実際にPRL高発現により亜鉛がリソソームから放出されているのか、またそれがPRL依存的なlysosomal exocytosisの活性化に重要であるのかを確認した。亜鉛感受性の蛍光蛋白質peZinCh-2を用いてのイメージング解析を行ったところ、想定通りPRL高発現細胞でシグナルが増加しており、細胞内亜鉛レベルの上昇が確認された。また亜鉛のキレーターTPENの培地中への添加により、PRL依存的なlysosomal exocytosis、そして酸性適応が抑制されていた。これらの実験結果より、PRL高発現によるTRPML1やZIP3を介したリソソームからの亜鉛放出を介してlysosomal exocytosisと酸性適応が惹起されていることが判明した。さらに、放出された亜鉛のターゲットとなる蛋白質を同定すべく、領域内の田村博士らが開発した亜鉛近傍蛋白質ラベル化プローブAIZin-2を用いた実験も行っている。このプローブを添加した細胞の溶解液をウェスタンブロットで解析したところ、PRL高発現細胞のサンプルで特異的に検出される蛋白質を複数見つけており、質量分析により同定にも成功している。これらの蛋白質の中にリソソームから放出された亜鉛に応答し、lysosomal exocytosisを活性化させた分子が含まれている可能性が想起され、今後その解析を進めてゆくことでその仕組みが明らかになると期待される。

現在までの達成度 (段落)

令和2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2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] Magnesium efflux from Drosophila Kenyon cells is critical for normal and diet-enhanced long-term memory (2020)
  • 著者名/発表者名: Wu Yanying、Funato Yosuke、Meschi Eleonora、Jovanoski Kristijan D、Miki Hiroaki、Waddell Scott
  • 雑誌名: eLife 巻: 9
  • DOI: 10.7554/elife.61339
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Oncogenic PRL Protein Causes Acid Addiction of Cells by Stimulating Lysosomal Exocytosis. (2020)
  • 著者名/発表者名: Yosuke Funato, Atsushi Yoshida, Yusuke Hirata, Osamu Hashizume, Daisuke Yamazaki, Hiroaki Miki
  • 雑誌名: Developmental cell 巻: 55 号: 4 ページ: 387-397
  • DOI: 10.1016/j.devcel.2020.08.009
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] PRL3 pseudophosphatase activity is necessary and sufficient to promote metastatic growth (2020)
  • 著者名/発表者名: Kozlov Guennadi、Funato Yosuke、Chen Yu Seby、Zhang Zhidian、Illes Katalin、Miki Hiroaki、Gehring Kalle
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 295 号: 33 ページ: 11682-11692
  • DOI: 10.1074/jbc.ra120.014464
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Excessive Mg 2+ Impairs Intestinal Homeostasis by Enhanced Production of Adenosine Triphosphate and Reactive Oxygen Species (2020)
  • 著者名/発表者名: Osamu Hashizume , Yosuke Funato , Daisuke Yamazaki, Hiroaki Miki
  • 雑誌名: Antioxid Redox Signal . 巻: - 号: 1 ページ: 20-34
  • DOI: 10.1089/ars.2019.7951
  • 査読あり
• [雑誌論文] Control of Protein Function Through Oxidation and Reduction of Persulfidated States (2020)
  • 著者名/発表者名: E Doka, T Ida, M Dagnell, Y Abiko, N C Luong, N Balog, T Takata, B Espinosa, A Nishimura, Q Cheng, Y Funato, H Miki, J M Fukuto, J R Prigge, E E Schmidt, E S J Arner, Y Kumagai, T Akaike, P Nagy
  • 雑誌名: Sci Adv 巻: 6 号: 1 ページ: 8358-8358
  • DOI: 10.1126/sciadv.aax8358
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] がん細胞の酸性環境への新規適応機構「acid addiction」の発見 (2020)
  • 著者名/発表者名: 船戸 洋佑, 橋爪 脩, 吉田 篤, 本田 茉子, 山崎 大輔, 三木 裕明
  • 学会等名: 第93回日本生化学会大会
• [学会発表] CNNMによるマグネシウムの輸送とその医学生物学的重要性 (2020)
  • 著者名/発表者名: 船戸 洋佑, 橋爪 脩, 吉田 篤, 山崎 大輔, 三木 裕明
  • 学会等名: 2020年度生理研研究会『上皮膜輸送の多様性・調和機構を基盤とする異分野融合研究の創出』
  • 招待講演