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2022 年度 実績報告書

細胞内タンパク質の多重局在とその制御機構の解明

計画研究

研究領域マルチファセット・プロテインズ:拡大し変容するタンパク質の世界
研究課題/領域番号 20H05929
研究機関京都産業大学

研究代表者

遠藤 斗志也  京都産業大学, 生命科学部, 教授 (70152014)

研究分担者 松本 俊介  九州大学, 農学研究院, 助教 (70704295)
研究期間 (年度) 2020-11-19 – 2025-03-31
キーワードMsp1 / Spf1 / TAタンパク質 / Nアンカータンパク質 / ミトコンドリア / ER
研究実績の概要

われわれは,タンパク質の配送にはやり直し(校正)機構が存在すること,すなわちミトコンドリア外膜のAAA-ATPアーゼのMsp1がミトコンドリア外膜に誤配送された膜タンパク質を検出して引き抜き,ER膜に送り,ERで分解するか配送をやり直すかが決まることを見出した。本研究では,Msp1による「誤配送の校正」の発見に基づき,ERやペルオキソソームのような他のオルガネラでも同様の誤配送の校正があるのかどうかを明らかにしようとしている。
ER膜にはMsp1とは別のタイプ(P-type)のATPアーゼであるSpf1(ヒトではATP13A1)が存在し,これが酵母で欠損するとミトコンドリア外膜のタンパク質(TAタンパク質と一部のNアンカータンパク質)がERに誤局在することを見出した。さらにプロモーターによる発現スイッチ法を使って,誤配送基質の発現をオフにしてからSpf1の発現を誘導すると,誤配送されたミトコンドリア外膜タンパク質がERから減少し,ミトコンドリアへの局在が回復することが分かった。これらの局在の変化は,Spf1欠損に伴うERストレス誘導やエルゴステロールのオルガネラ間分布の変化による二次的影響に由来するものではないことを確認した。また,ミトコンドリアのNアンカータンパク質のうち,正しい局在にSpf1の機能を必要とする要件を検討し,他のタンパク質との複合体形成能が1つの要件であることを見出した。分担研究者はクライオ電顕を用いた単粒子解析によって,耐熱性酵母とゼブラフィッシュ由来Msp1の立体構造を決定した。その結果,Msp1は各サブユニットがらせん階段状にアセンブリーしたホモヘキサマーを形成し,ヘキサマー中心のリングに結合した基質模倣ペプチドの認識機構が明らかとなった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

これまでの研究で以下のことが明らかになった。(1)Msp1によってミトコンドリア外膜から引き抜かれた誤配送テイルアンカー(TA)タンパク質がERに移動すること,この移動にはサイトゾルのシャペロンGet3とそのER上の受容体Get1/2(合わせてGETシステムと呼ぶ)が関わることを明らかにした。(2)ERのATPアーゼであるSpf1が欠損するとミトコンドリア外膜のTAタンパク質や一部のNアンカータンパク質がERに誤局在し,Spf1を発現するとミトコンドリアへの正常な局在が回復することを見出した。ミトコンドリアのNアンカータンパク質のうち,Spf1が欠失するとERに誤局在するものとしないものを調べたところ,Nアンカータンパク質はミトコンドリア上でオリゴマーを作るタンパク質は,ERに誤局在しないことを見出した。これらの結果から,いったんミトコンドリアに局在したタンパク質が何らかの仕組みで引き抜かれることが,ERへの誤局在に重要であることが示唆された。(3)新規合成された一部のミトコンドリア外膜タンパク質は,Spf1が欠損するとER膜に一時的に蓄積することが観察された。一時的なERへの蓄積はSpf1の発現により減少した。これらの結果は,一部の新規合成ミトコンドリア外膜タンパク質のミトコンドリアへの標的化にも,ERのSpf1が何らかの形で関与する可能性を示している。(4)分担研究者はクライオ電子顕微鏡を用いた単粒子解析によって,耐熱性酵母とゼブラフィッシュ由来Msp1の可溶性領域の立体構造決定に成功した。構造解析の結果、Msp1はサブユニットがらせん階段状に集合したホモヘキサマーを形成していた。耐熱性酵母由来Msp1についてはオープン型の構造,ゼブラフィッシュ由来Msp1についてはオープン型とクローズ型の構造が得られた。

今後の研究の推進方策

昨年度に引き続き,Spf1欠失株におけるミトコンドリア外膜タンパク質の局在の撹乱が,発現を回復したSpf1だけでなく,ERに人為的に局在化させたMsp1によっても回復できるかどうかを調べる。Msp1のN端膜貫通(TM)配列を,ミトコンドリア,ER, ペルオキシソームのNアンカー型膜タンパク質のTM配列に置き換えたタンパク質を作製し,Spf1欠失株におけるミトコンドリア外膜タンパク質のERへの誤局在がどのように影響を受けるかを調べる。
Spf1欠失株において,一部のミトコンドリア外膜タンパク質はERに誤局在する。このERへの誤局在に関与する因子を検索する。ミトコンドリアからERに移行するのであれば,ミトコンドリアからの引き抜きを担うタンパク質候補としてMsp1を検討する。また引き抜かれたタンパク質のERへの移行に関わる因子の候補としてGETシステムのGet1, Get2/3を検討する。ER-ミトコンドリアコンタクト部位を形成するERMES複合体などの関与も検討する。ミトコンドリアを経由せずにERに誤局在する可能性については,SRPの関与を検討する。
ERに誤局在したミトコンドリア外膜タンパク質は,Spf1を発現するとミトコンドリアに移行する。この移行過程に関与する因子の検索を行う。GETシステムを構成するGet1,ER-ミトコンドリアコンタクト部位を形成するERMES複合体などの関与を検討する。またER-SURFに関わる因子の関与も検討する。
分担研究者は,得られたMsp1のクライオ電顕構造をもとに,変異体の機能解析を行い,基質認識機構を明らかにする。そして,酵母発現系より膜貫通配列を含むMsp1全長とモデル基質(Pex15Δ30)複合体を調製し,クライオ電子顕微鏡を用いた構造解析を進める。

  • 研究成果

    (52件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (12件) (うち国際共著 2件、 査読あり 12件) 学会発表 (38件) (うち国際学会 8件、 招待講演 11件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] University of Freiburg/University of Bonn(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      University of Freiburg/University of Bonn
  • [雑誌論文] Chemical inhibition of phosphatidylcholine biogenesis reveals its role in mitochondrial division2024

    • 著者名/発表者名
      Shiino H, Tashiro S, Hashimoto M, Sakata Y, Hosoya T, Endo T, Kojima H, Tamura Y.
    • 雑誌名

      iScience

      巻: 27 ページ: 109189

    • DOI

      10.1016/j.isci.2024.109189

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Two domains of Tim50 coordinate translocation of proteins across the two mitochondrial membranes2023

    • 著者名/発表者名
      Genge MG, Roy Chowdhury S, Dohnalek V, Yunoki K, Hirashima T, Endo T, Dolezal P, Mokranjac D
    • 雑誌名

      Sci Alliance

      巻: 6 ページ: e202302122

    • DOI

      10.26508/lsa.202302122

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] TIM23 facilitates PINK1 activation by safeguarding against OMA1-mediated degradation in damaged mitochondria2023

    • 著者名/発表者名
      Akabane S, Watanabe K, Kosako H, Yamashita SI, Nishino K, Kato M, Sekine S, Kanki T, Matsuda N, Endo T, Oka T.
    • 雑誌名

      Cell Rep.

      巻: 42 ページ: 11254

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2023.112454

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Path unveiled for protein entry into chloroplasts.2023

    • 著者名/発表者名
      Hirashima T, Endo T.
    • 雑誌名

      Nature

      巻: 615 ページ: 222-224

    • DOI

      10.1038/d41586-023-00539-7

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A multipoint guidance mechanism for β-barrel folding on the SAM complex.2023

    • 著者名/発表者名
      Takeda H, Busto JV, Lindau C, Tsutsumi A, Tomii K, Imai K, Yamamori Y, Hirokawa T, Motono C, Ganesan I, Wenz LS, Becker T, Kikkawa M, Pfanner N, Wiedemann N, Endo T.
    • 雑誌名

      Nat Struct Mol Biol.

      巻: 30 ページ: 265-271

    • DOI

      10.1038/s41594-022-00897-2

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Proofreading of protein localization mediated by a mitochondrial AAA-ATPase Msp12023

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto S, Endo T.
    • 雑誌名

      J Biochem.

      巻: 173 ページ: 265-271

    • DOI

      10.1093/jb/mvac097

    • 査読あり
  • [雑誌論文] テイルアンカー型膜タンパク質のオルガネラ局在化における配送校正機構2023

    • 著者名/発表者名
      松本俊介
    • 雑誌名

      生化学

      巻: 95 ページ: 17-28

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dissociation of ERMES clusters plays a key role in attenuating the endoplasmic reticulum stress2022

    • 著者名/発表者名
      Kakimoto-Takeda Y, Kojima R, Shiino H, Shinmyo M, Kurokawa K, Nakano A, Endo T, Tamura Y.
    • 雑誌名

      iScience

      巻: 25 ページ: 105362

    • DOI

      10.1016/j.isci.2022.105362

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Structural overview of the translocase of the mitochondrial outer membrane complex2022

    • 著者名/発表者名
      Araiso Y, Endo T.
    • 雑誌名

      Biophys Physicobiol.

      巻: 19 ページ: e19002

    • DOI

      10.2142/biophysico.bppb-v19.0022

    • 査読あり
  • [雑誌論文] GET pathway mediates transfer of mislocalized tail-anchored proteins from mitochondria to the ER2022

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto S, Ono S, Shinoda S, Kakuta C, Okada S, Ito T, Numata T, Endo T.
    • 雑誌名

      J Cell Biol.

      巻: 221 ページ: e202104076

    • DOI

      10.1083/jcb.202104076

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Role of the TOM Complex in Protein Import into Mitochondria: Structural Views2022

    • 著者名/発表者名
      Araiso Y, Imai K, Endo T.
    • 雑誌名

      Annu Rev Biochem.

      巻: 91 ページ: 379-703

    • DOI

      10.1146/annurev-biochem-032620-104527

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 膜タンパク質の局在化における配送校正機構2022

    • 著者名/発表者名
      松本俊介
    • 雑誌名

      化学と生物

      巻: 60 ページ: 496-498

    • 査読あり
  • [学会発表] ミトコンドリア膜透過装置TOM複合体の一分子動態解析(2023

    • 著者名/発表者名
      小林 菜々子,九笹 加菜,Romain Amyot,今井 大達,川合 志朋,今井 湧太,稲津 明広,今井 賢一郎,古寺 哲幸, 遠藤 斗志 也,荒磯 裕平
    • 学会等名
      第46回日本分子生物学会年会
  • [学会発表] ミトコンドリアの外膜タンパク質ポリンを介したmtDNA維持機構の解析2023

    • 著者名/発表者名
      後藤千穂,篠田沙緒里,阪上春花,張春明,遠藤斗志也
    • 学会等名
      第46回日本分子生物学会年会
  • [学会発表] オルガネラ膜におけるATPaseを介した膜タンパク質の局在制御機構(シンポジウム ミトコンドリア研究の新たな視点 -1分子動態から多細胞相互作用まで-)2023

    • 著者名/発表者名
      小野鈴花,松本俊介,遠藤斗志也
    • 学会等名
      第46回日本分子生物学会年会
    • 招待講演
  • [学会発表] ホスファチジルコリン合成阻害剤PCiBの単離とミトコンドリア分裂への影響2023

    • 著者名/発表者名
      椎野浩也,橋本美智子,細谷孝充,遠藤斗志也,小島宏達,田村康
    • 学会等名
      第31回山形分子生物学セミナー
  • [学会発表] 人工テザリングタンパク質による酵母小胞体-ミトコンドリア間コンタクトサイトの機能的相補2023

    • 著者名/発表者名
      平嶋孝志,齊藤知加,河野 慎,遠藤斗志也
    • 学会等名
      第96回日本生化学会大会
  • [学会発表] オーキシンデグロン法を用いた出芽酵母におけるペルオキシソーム膜タンパク質の局在解析2023

    • 著者名/発表者名
      小暮佳希,小野鈴花,岡田悟,沼田倫征,遠藤斗志也,松本俊介
    • 学会等名
      第96回日本生化学会大会
  • [学会発表] ミトコンドリア外膜上の品質管理に関わるAAA-ATPアーゼMsp1の機能構造解析2023

    • 著者名/発表者名
      稲本大輝,沼田倫征,遠藤斗志也,松本俊介
    • 学会等名
      第96回日本生化学会大会
  • [学会発表] 障害ミトコンドリアにおけるTIM23を介した新たなPINK1活性化機構(シンポジウム ミトコンドリア機能の強靱化 J ~そのメカニズムと介入操作~)2023

    • 著者名/発表者名
      赤羽しおり,遠藤斗志也,岡敏彦
    • 学会等名
      第96回日本生化学会大会
    • 招待講演
  • [学会発表] オルガネラ膜タンパク質局在化の新原理(シンポジウム オルガネラ・ライフ・サイクル)2023

    • 著者名/発表者名
      遠藤斗志也
    • 学会等名
      第96回日本生化学会大会
    • 招待講演
  • [学会発表] Making of mitochondria from proteins and lipids2023

    • 著者名/発表者名
      Toshiya Endo
    • 学会等名
      Walter Neupert Lecture
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Machineries that mediate and regulate mitochondrial protein trafficking2023

    • 著者名/発表者名
      Toshiya Endo
    • 学会等名
      SFD International Conference
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 細胞内多重局在タンパク質Hfd1の細胞内局在におけるC末端疎水性領域の役割2023

    • 著者名/発表者名
      小西雄大,阪上春花,竹田弘法,遠藤斗志也
    • 学会等名
      第75回細胞生物学会大会
  • [学会発表] ATPaseを介したミトコンドリア-ERにおける膜タンパク質の再配送機構2023

    • 著者名/発表者名
      小野鈴花,松本俊介,遠藤斗志也
    • 学会等名
      第69回生化学会近畿支部例会
  • [学会発表] ミトコンドリアへ輸送される核コードRNAの探索技術の開発と生理学的意義の解析2023

    • 著者名/発表者名
      篠田沙緒里,坂本智昭,木村成介,遠藤斗志也
    • 学会等名
      第21回日本ミトコンドリア学会年会
  • [学会発表] タンパク質の交通が制御するミトコンドリアプロテオスタシスの解明2022

    • 著者名/発表者名
      遠藤斗志也
    • 学会等名
      タンパク質研究シンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] ミトコンドリア膜透過装置TOM複合体の高速原子間力顕微鏡解析2022

    • 著者名/発表者名
      小林菜々子,九笹加菜,今井大達,川合志朋,槙野愛実,稲津明広,古寺哲幸,遠藤斗志也 荒磯裕平
    • 学会等名
      第45回日本分子生物学会年会
  • [学会発表] ミトコンドリア膜透過装置TIM23はPINK1複合体のメンバーとして、脱分極で誘導されるPINK1分解を抑制する2022

    • 著者名/発表者名
      赤羽しおり,渡邊聖菜,小迫英尊,松田憲之,遠藤斗志也,岡敏彦
    • 学会等名
      第45回日本分子生物学会年会
  • [学会発表] 細胞内多重局在タンパク質Hfd1とTOM複合体の相互作用形態の探索2022

    • 著者名/発表者名
      小西雄大,阪上春花,竹田弘法,遠藤斗志也
    • 学会等名
      第45回日本分子生物学会年会
  • [学会発表] Spf1が調節するミトコンドリア-ER間における膜タンパク質の再配送機構2022

    • 著者名/発表者名
      小野鈴花,遠藤斗志也
    • 学会等名
      第45回日本分子生物学会年会
  • [学会発表] Pathways and machineries that mediate and regulate mitochondrial protein trafficking2022

    • 著者名/発表者名
      Toshiya Endo
    • 学会等名
      ISF Workshop: Mitochondria Past and Present - Evolution, Proteostasis, Dynamics and Disease
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] リン脂質合成輸送阻害剤を用いたミトコンドリア・小胞体間における新規リン脂質輸送因子の探索2022

    • 著者名/発表者名
      椎野 浩也, 橋本 美智子, 細谷 孝充, 遠藤 斗志也, 田村 康
    • 学会等名
      第95回日本生化学会大会
  • [学会発表] 膜タンパク質局在化における配送校正機構の解明2022

    • 著者名/発表者名
      松本俊介,小野鈴花,遠藤斗志也
    • 学会等名
      第95回日本生化学会大会
    • 招待講演
  • [学会発表] 出芽酵母におけるミトコンドリア膜間部タンパク質のインポート調節機構2022

    • 著者名/発表者名
      阪上春花,遠藤斗志也
    • 学会等名
      第95回日本生化学会大会
  • [学会発表] 小胞体-ミトコンドリア間接触部位を形成する酵母ERMES複合体の最小機能単位2022

    • 著者名/発表者名
      平嶋孝志,齊藤知加,河野 慎,遠藤斗志也
    • 学会等名
      第95回日本生化学会大会
  • [学会発表] Identification of nuclear-encoded RNAs in mitochondria2022

    • 著者名/発表者名
      Saori Shinoda, Tomoaki Sakamoto, Seisuke Kimura, Toshiya Endo
    • 学会等名
      EMBO Workshop on New Challenges in Protein Translocation across Membranes
    • 国際学会
  • [学会発表] Analysis of the import regulatory mechanism of mitochondrial IMS protein2022

    • 著者名/発表者名
      Haruka Sakaue, Toshiya Endo
    • 学会等名
      EMBO Workshop on New Challenges in Protein Translocation across Membranes
    • 国際学会
  • [学会発表] Membrane protein quality control in mitochondria and the ER by Msp1 and Spf12022

    • 著者名/発表者名
      Suzuka Ono, Shunsuke Matsumoto, Toshiya Endo
    • 学会等名
      EMBO Workshop on New Challenges in Protein Translocation across Membranes
    • 国際学会
  • [学会発表] Protein machineries in transport and re-transport of mitochondrial proteins2022

    • 著者名/発表者名
      Toshiya Endo
    • 学会等名
      EMBO Workshop on New Challenges in Protein Translocation across Membranes
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Identification of nuclear-encoded RNAs in mitochondria2022

    • 著者名/発表者名
      Saori Shinoda, Tomoaki Sakamoto, Seisuke Kimura, Toshiya Endo
    • 学会等名
      第23回日本RNA学会年会
  • [学会発表] ミトコンドリアに輸送される新規核コードRNAの網羅的探索2022

    • 著者名/発表者名
      篠田 沙緒里、坂本 智昭、木村 成介、遠藤 斗志也
    • 学会等名
      第74回日本細胞生物学会大会
  • [学会発表] コエンザイムQ生合成経路におけるER局在型の酵母アルデヒドデヒドロゲナーゼHfd1の関与2022

    • 著者名/発表者名
      小西 雄大、阪上 春花、竹田 弘法、遠藤 斗志也
    • 学会等名
      第74回日本細胞生物学会大会
  • [学会発表] Protein machineries that make and maintain mitochondria2022

    • 著者名/発表者名
      Toshiya Endo
    • 学会等名
      Mitochondria and Friends 2.0: Scientific Symposium Dedicated to the Memory of Walter Neupert
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 高速原子間力顕微鏡解析によって明らかになったミトコンドリアタンパク質搬入ゲート TOM 複合体の構造とダイナミクス2022

    • 著者名/発表者名
      九笹 加菜、小林 菜々子、今井 大達、槙野 愛実、稲津 明広、古寺 哲幸、遠藤 斗志也 、荒磯 裕平
    • 学会等名
      第22回日本蛋白質科学会年会
  • [学会発表] ミトコンドリア外膜に誤配送されたテイルアンカー型タンパク質の配送校正機構2022

    • 著者名/発表者名
      松本俊介,小野鈴花,遠藤斗志也
    • 学会等名
      第22回日本蛋白質科学会年会
    • 招待講演
  • [学会発表] 酵母アルデヒドデヒドロゲナーゼHfd1の細胞内局在の分子機構2022

    • 著者名/発表者名
      小西雄大,阪上春花,竹田弘法,遠藤斗志也
    • 学会等名
      第68会日本生化学会近畿支部例会
  • [学会発表] ミトコンドリアの存在量を調節する分子機構の解明2022

    • 著者名/発表者名
      川上航平,後藤美稀,遠藤斗志也,田村康
    • 学会等名
      日本生化学会東北支部第88回例会
  • [学会発表] リン脂質合成輸送阻害剤を用いたミトコンドリアー小胞体間におけるリン脂質輸送機構の解析2022

    • 著者名/発表者名
      椎野浩也,橋本美智子,細谷孝充,遠藤斗志也,田村康
    • 学会等名
      日本生化学会東北支部第88回例会
  • [学会発表] テイルアンカー型タンパク質の局在化における配送校正機構の解析2022

    • 著者名/発表者名
      松本俊介
    • 学会等名
      令和4年度日本生化学会 九州支部例会(WEB開催)
  • [備考] Endo Lab

    • URL

      https://endolab.jp/wp/

URL: 

公開日: 2024-12-25  

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