生体膜の非対称性を制御するＰ４－ＡＴＰａｓｅのメンブレントラフィックにおける役割

• 研究領域: 細胞内ロジスティクス：病態の理解に向けた細胞内物流システムの融合研究
• 研究課題/領域番号: 23113714
• 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: 京都大学
• 研究代表者: 申 惠媛 京都大学, 薬学研究科(研究院), 准教授 (10345598)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2013-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円); 2012年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2011年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
• キーワード: メンブレントラフィック / 脂質二重層 / 脂質非対称性 / P4-ATPase / リン脂質

研究実績の概要

脂質二重層の非対称性の調節は、メンブレントラフィック、細胞運動、神経突起形成など様々な生理活性に必要であるが、その分子機構はほとんどわかっていない。本研究では、脂質二重層の時空間的な脂質の組成変化をもたらすP4-ATPase（flippase）のメンブレントラフィックにおける調節機構を明らかにすることを目的とした。
ヒトのすべてのP4-ATPaseをクローニングし細胞内局在を明らかにし、P4-ATPaseの局在にはシャペロン様のタンパク質であるCDC50が必要であることを明らかにした。まずエンドソームに局在するP4-ATPaseに注目した。このP4-ATPaseがトランスフェリンのエンドソームから細胞膜へのリサイクリング経路に必要であることを明らかにした。これはヒトのP4-ATPaseがメンブレントラフィックへの関与を示唆する初めての結果である。
一方、ゴルジ体に局在するP4-ATPaseの結合タンパク質を同定した結果、膜を変形させるタンパク質やコートタンパク質などのメンブレントラフィックに関与するタンパク質の同定に成功した。さらに、このP4-ATPaseはマンノース-6-リン酸受容体のゴルジ体からの輸送経路に関与することを明らかにした。そこでこの輸送経路におけるP4-ATPaseとその結合タンパク質の調節機構の解明を進めている。
P4-ATPaseのflippase活性を測定するアッセイ系を確立し、種々のP4-ATPaseのflip活性および基質特異性を決定した。興味深いことに、遺伝病の原因であるP4-ATPaseの基質特異性がこれまでの知見と異なることを見出し、遺伝病由来の変異体の細胞内局在、酵素活性を解析した。これらの成果は病態のメカニズムの解明に大きく寄与すると期待している。

現在までの達成度 (段落)

24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

24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] Mitosis-Coupled, Microtubule-Dependent Clustering of Endosomal Vesicles around Centrosomes (2013)
  • 著者名/発表者名: Takatsu, H., Katoh, Y., Ueda, T., Waguri, S., Murayama, T., Takahashi, S., Shin, H.-W. &Nakayama, K.
  • 雑誌名: Cell Structure and Function 巻: 38 号: 1 ページ: 31-41
  • DOI: 10.1247/csf.12028
  • NAID: 130004053889
  • ISSN: 0386-7196, 1347-3700
  • 査読あり
• [雑誌論文] EFA6 activates Arf6 and participates in its targeting to the Flemming body during cytokinesis (2013)
  • 著者名/発表者名: Tomoko Ueda, Ayako Hanai, Tomomi Takei, Keiji Kubo, Minako Ohgi, Hiroyuki Sakagami, Senye Takahashi, Hye-Won Shin, Kazuhisa Nakayama
  • 雑誌名: FEBS Letters 巻: in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanisms of membrane curvature generation in membrane traffic (2012)
  • 著者名/発表者名: Shin, H.-W., Takatsu, H., and Nakayama, K.
  • 雑誌名: Membranes 巻: 2 号: 1 ページ: 118-133
  • DOI: 10.3390/membranes2010118
  • NAID: 120004025602
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural basis for Arf6-MKLP1complex formation on the Flemming body responsible for cytokinesis. (2012)
  • 著者名/発表者名: Makyio, H., Ohgi, M., Takei, T., Takahashi, S., Takatsu, H., Katoh, Y., Hanai, A., Ueda, T., Kanaho, Y., Xie, Y., Shin, H.-W., Kamikubo, H., Kataoka, M., Kawasaki, M., Kato, R., Wakatsuki, S. & Nakayama, K.
  • 雑誌名: EMBO J 巻: 31 号: 11 ページ: 2590-2603
  • DOI: 10.1038/emboj.2012.89
  • NAID: 120004161052
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rab11 regulates exocytosis of recycling vesicles at the plasma membrane. (2012)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, S., Kubo, K., Waguri, S., Yabashi, A., Shin, H.-W., Katoh, Y. & Nakayama, K.
  • 雑誌名: J. Cell Sci., 1 巻: 125 ページ: 4049-4057
  • DOI: 10.1242/jcs.102913
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural basis for membrane binding specificity of the Bin/Amphiphysi n/Rvs (BAB) domain of Arfaptin-2 determined by Aril GTPase. (2012)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, et al
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 287 号: 30 ページ: 25478-25489
  • DOI: 10.1074/jbc.m112.365783
  • 査読あり
• [雑誌論文] ゴルジ体以降の小胞輸送における低分子量GTPaseとBARドメインタンパク質の役割 (2012)
  • 著者名/発表者名: 申 惠媛、満 智秋、中山 和久
  • 雑誌名: 生化学 巻: 84 ページ: 785-790
  • NAID: 10031122385
• [雑誌論文] ARF1 and ARF3 Are Required for the Integrity of Recycling Endosomes and the Recycling Pathway (2012)
  • 著者名/発表者名: Kondo, Y., Hanai, A., Nakai, W., Katoh, Y.,Nakayama, K. & Shin, H.-W.
  • 雑誌名: Cell Structure and Function 巻: 37 号: 2 ページ: 141-154
  • DOI: 10.1247/csf.12015
  • NAID: 130004137585
  • ISSN: 0386-7196, 1347-3700
  • 査読あり
• [雑誌論文] Arfaptins are localized to the trans-Golgi by interaction with Arl1, but not Arfs. (2011)
  • 著者名/発表者名: Man, Z., Kondo, Y., Koga, H., Umino, H., Nakayama, K. & Shin, H.-W.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 286 号: 13 ページ: 11569-11578
  • DOI: 10.1074/jbc.m110.201442
  • 査読あり
• [雑誌論文] Distinct roles of Rab11 and Arf6 in the regulation of Rab11-FIP3/Arfophilin-1 localization in mitotic cells (2011)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, S., Takei, T., Koga, H., Takatsu,H., Shin, H.-W. & Nakayama, K.
  • 雑誌名: Genes Cells 巻: 16 号: 9 ページ: 938-950
  • DOI: 10.1111/j.1365-2443.2011.01538.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] ATP9B, a P4-ATPase (a putative aminophospholipid translocase), localizes to the trans-Golgi network in a CDC50-independent manner. (2011)
  • 著者名/発表者名: Takatsu, H., Baba, K., Shima, T., Umino, H., Kato, U., Umeda, M., Nakayama, K. & Shin, H.-W.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 286 号: 44 ページ: 38159-38167
  • DOI: 10.1074/jbc.m111.281006
  • 査読あり
• [雑誌論文] GBF1-Arf-COPI-ArfGAP-mediated Golgi-to-ER Transport Involved in Regulation of Lipid Homeostasis (2011)
  • 著者名/発表者名: Takashima, K., Saitoh, A., Hirose, S., Nakai, W., Kondo, Y., Takasu, Y., Kakeya, H., Shin, H.-W. & Nakayama, K8.
  • 雑誌名: Cell Structure and Function 巻: 36 号: 2 ページ: 223-235
  • DOI: 10.1247/csf.11035
  • NAID: 130004137571
  • ISSN: 0386-7196, 1347-3700
  • 査読あり
• [学会発表] メンブレントラフィックにおけるリン脂質フリッパーゼの機能 (2013)
  • 著者名/発表者名: 申 惠媛
  • 学会等名: 第86回日本生化学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県）
  • 年月日: 2013-09-11
  • 招待講演
• [学会発表] Membrane remodeling in post-Golgi trafficking (2013)
  • 著者名/発表者名: 申 惠媛
  • 学会等名: 第65回日本細胞生物学会大会
  • 発表場所: ウインクあいち（愛知県）
  • 年月日: 2013-06-19
  • 招待講演
• [学会発表] 生体膜の脂質非対称性を調節するP4-ATPaseのゴルジ体以降の小胞輸送経路における機能解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 海野 寛之
  • 学会等名: 第85回日本生化学会大会
  • 発表場所: 福岡国際会議場（福岡県）
  • 年月日: 2012-12-14
• [学会発表] 生体膜の非対称性を制御するP4-ATPaseの小胞輸送における機能 (2012)
  • 著者名/発表者名: 申 惠媛
  • 学会等名: 第34回生体膜の薬物の相互作用シンポジウム
  • 発表場所: 京都大学薬学部（京都府）
  • 年月日: 2012-11-15
• [学会発表] Functional analysis of the small GTPase Arf6 during Cytokinesis (2011)
  • 著者名/発表者名: 正親 美菜子
  • 学会等名: 第63回日本細胞生物学会大会
  • 発表場所: 北海道大学（北海道）
• [学会発表] Arfaptins localize to the trans-Golgi in an Arl1-dependent manner and deform Golgi membranes (2011)
  • 著者名/発表者名: 満 智秋
  • 学会等名: 第63回日本細胞生物学会大会
  • 発表場所: 北海道大学（北海道）
• [学会発表] Regulation of lipid droplet formation by Golgi-to-ER membrane traffic (2011)
  • 著者名/発表者名: 高島 皓平
  • 学会等名: 第63回日本細胞生物学会大会
  • 発表場所: 北海道大学（北海道）
• [学会発表] Functional analysis of class I and classII ARF small GTPases in membrane traffic. (2011)
  • 著者名/発表者名: 中井 和香
  • 学会等名: 第63回日本細胞生物学会大会
  • 発表場所: 北海道大学（北海道）
• [学会発表] ゴルジ体に局在する低分子量GTPase ARFの機能の再考 (2011)
  • 著者名/発表者名: 申 惠媛
  • 学会等名: 第84回日本生化学会大会
  • 発表場所: 京都国際会館（京都府）
  • 招待講演
• [学会発表] ゴルジ体‐小胞体間のタンパク質輸送による脂肪滴形成の調節 (2011)
  • 著者名/発表者名: 高島 皓平
  • 学会等名: 第84回日本生化学会大会
  • 発表場所: 京都国際会館（京都府）
• [学会発表] 脂質二重層の非対称性を調節するP4-ATPaseのメンブレントラフィックにおける役割 (2011)
  • 著者名/発表者名: 島 孝弘
  • 学会等名: 第84回日本生化学会大会
  • 発表場所: 京都国際会館（京都府）
• [学会発表] メンブレントラフィックにおけるP4-ATPase、ATP9Bの機能解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 高津 宏之
  • 学会等名: 第84回日本生化学会大会
  • 発表場所: 京都国際会館（京都府）
• [備考]
  • URL: http://www.pharm.kyoto-u.ac.jp/physchem/