ミトコンドリアの進化の多様性

2012 年度 実績報告書

• 研究領域: マトリョーシカ型進化原理
• 研究課題/領域番号: 23117005
• 研究機関: 国立感染症研究所
• 研究代表者: 野崎 智義 国立感染症研究所, 寄生動物部, 部長 (60198588)
• 研究分担者: 橋本 哲男 筑波大学, 生命環境科学研究科(系), 教授 (50208451) ; 黒田 誠 国立感染症研究所, 病原体ゲノム解析研究センター, センター長 (80317411)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: ミトコンドリア / 嫌気 / 輸送 / 分裂 / 進化

研究実績の概要

多様な生態・環境の中で独自に進化を遂げたミトコンドリアの構成・タンパク質輸送・機能とその祖先（由来）を解明し、ミトコンドリアの独自進化が宿主に授けた能力・依存を理解することにより、ミトコンドリアの「マトリョーシカ型進化原理」を確立する。具体的には、嫌気的環境に適応した赤痢アメーバのマイトソームへの輸送・分裂・機能の分子機構と進化の系譜を解明する。本年度は特に赤痢アメーバのマイトソームへのタンパク質輸送の分子機構を解明することに成功した。マイトソームの外膜タンパク質であるTom40を標識したタンパク質を発現する赤痢アメーバ形質転換体から免疫沈降法で複合体を精製し、質量分析により、Tom60と名付けて新規タンパク質を同定した。更にTom60のマイトソームへの局在を免疫電子顕微鏡および細胞分画・イムノブロットにより証明した。更に、マイトソームマトリクスタンパク質がインビトロでTom60と直接的に、間接的に結合することを証明した。本研究成果は高度に機能分化したミトコンドリアにおいて、新規の受容体・輸送体が機能することを示した最初の例であり、真核生物・オルガネラの進化の理解に対して大きなインパクトをもっている。更に、多様な生態・環境に適応したカルペディオモナス様生物を含む複数種類の自由生活性嫌気性原生生物を材料として、EST, ゲノム解析を継続した。

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

当初のマイトソームへのタンパク質輸送機構に関して新たなコンポーネントを同定し、機能を証明するなど、インパクトの高い成果を挙げた。また自由生活性原生生物のEST, genome情報も確実に獲得されている。これらのマイトソームの解析や赤痢アメーバのマイトソームの分裂に係る分子の機能解析等に関しては３年次以降の仮題となる。

今後の研究の推進方策

赤痢アメーバの高度変異ミトコンドリアであるマイトソームへのタンパク質輸送の分子機構をより深く理解することを目的として、外膜および内膜のスーパー複合体を獲得する方法を確立する。赤痢アメーバにプロテインAを付加したATPスルフリラーゼを発現させ、免疫グロブリンで免疫沈降法により膜輸送に関与するスーパー複合体を分離精製する。精製された複合体のコンポーネントを質量分析により同定し、個別のタンパク質の機能を解析したい。また、膜の輸送体であることが予測されるβバレル型タンパク質をゲノムから同定し、局在・機能を明らかにする。膜タンパク質の機能解析は、コムギ胚芽無細胞タンパク質合成系を用いて、リポソーム上にβバレル型タンパク質を発現させ、通過する基質などを同定する。また、嫌気的原生生物群フォルニカータ生物3種および自由生活性EntamoebaのESTデータを、バイオインフォマティクス・分子系統解析によりさまざまな生物種のデータと比較解析し、嫌気的エネルギー代謝経路、オルガネラへのタンパク質移送機構などの分子進化に関する知見を得る予定である。CLO-NY0171に関しゲノム解析を行う。Dysnectes brevis および CLO-NY0171 のMRO関連タンパク質の局在について、遺伝子導入が可能な Trichomonas vaginalis, Giardia intestinalis の系を用いて検討する。また、バクテリア混在下で両生物種のMROを精製するための方法論的検討を行う。新規発見されたEntamoebaのドラフトゲノム情報を補完するためのゲノム構造マッピングを行い、総合的な赤痢アメーバ・ゲノム情報そして基盤構築を目指す。内在する細菌とウィルス等の存在を網羅的に検出し、共生関係についてその意義を代謝を中心に検討する。

研究成果

• [雑誌論文] Cysteine protease-binding protein family 6 mediates the trafficking of amylases to phagosomes in the enteric protozoan Entamoeba histolytica (2013)
  • 著者名/発表者名: Furukawa, A., Nakada-Tsukui, K., and Nozaki, T
  • 雑誌名: Inf. Immun 巻: 81 ページ: 1820-1829
  • DOI: 10.1128/IAI.00915-12
  • 査読あり
• [雑誌論文] Iron sulfur clusters, their biosythesis and biological functions in protozoan parasites (2013)
  • 著者名/発表者名: Ali, V. and Nozaki, T
  • 雑誌名: Adv. Parasiol 巻: in press ページ: in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] Novel TPR-containing subunit of TOM complex functions as cytosolic receptor for Entamoeba mitosomal transport (2013)
  • 著者名/発表者名: Makiuchi T, Mi-Ichi F, Nakada-Tsukui K, *Nozaki T
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 3 ページ: 1129
  • DOI: 10.1038/srep01129
  • 査読あり
• [雑誌論文] Canine distemper virus with the intact C protein has the potential to replicate in human epithelial cells by using human nectin4 as a receptor (2012)
  • 著者名/発表者名: Otsuki N, Sekizuka T, Seki F, Sakai K, Kubota T, Nakatsu Y, Chen S, Fukuhara H, Maenaka K, Yamaguchi R, Kuroda M, Takeda M
  • 雑誌名: Virology 巻: 435(2) ページ: 485-92
  • DOI: 10.1016/j.virol.2012.10.033
  • 査読あり
• [雑誌論文] Genetic analysis of non-hydrogen sulfide-producing Salmonella enterica serovar Typhimurium and Infantis isolates in Japan (2012)
  • 著者名/発表者名: Sakano C, Kuroda M, Sekizuka T, Ishioka T, Morita Y, Ryo A, Tsukagoshi H, Kawai Y, Inoue N, Takada H, Ogaswara Y, Nishina A, Shimoda MA, Kozawa K, Oishi K, Kimura H
  • 雑誌名: J Clin Microbiol 巻: vol. 51 no. 1 ページ: 328-330
  • DOI: 10.1128/JCM.02225-12
  • 査読あり
• [雑誌論文] Epidemic myalgia in adults associated with human parechovirus type 3 infection, yamagata, Japan, 2008 (2012)
  • 著者名/発表者名: Mizuta K, Kuroda M, Kurimura M, Yahata Y, Sekizuka T, Aoki Y, Ikeda T, Abiko C, Noda M, Kimura H, Mizutani T, Kato T, Kawanami T, Ahiko T
  • 雑誌名: Emerg Infect Dis 巻: 18 ページ: 1787-1793
  • DOI: 10.3201/eid1811.111570
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pathogenic characterization of a cervical lymph node derived from a patient with Kawasaki disease (2012)
  • 著者名/発表者名: Katano H, Sato S, Sekizuka T, Kinumaki A, Fukumoto H, Sato Y, Hasegawa H, Morikawa S, Saijo M, Mizutani T, *Kuroda M
  • 雑誌名: Int J Clin Exp Pathol 巻: 5 ページ: 814-823
  • 査読あり
• [雑誌論文] Biochemical and functional characterization of novel NADH kinase in the enteric protozoan parasite Entamoeba histolytica (2012)
  • 著者名/発表者名: Jeelani G, Husain A, Sato D, Soga T, Suematsu M, *Nozaki T
  • 雑誌名: Biochimie 巻: 2013 Feb ページ: 309-19
  • DOI: 10.1016/j.biochi.2012.09.034
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dramatic Increase in Glycerol Biosynthesis upon Oxidative Stress in the Anaerobic Protozoan Parasite Entamoeba histolytica (2012)
  • 著者名/発表者名: Husain A, Sato D, Jeelani G, Soga T, *Nozaki T
  • 雑誌名: PLoS Negl Trop Dis 巻: 6 ページ: e1831
  • DOI: 10.1371/journal.pntd.0001831
  • 査読あり
• [雑誌論文] Guidelines for the use and interpretation of assays for monitoring autophagy (2012)
  • 著者名/発表者名: Klionsky DJ et al
  • 雑誌名: Autophagy 巻: 8 ページ: 445-544
  • DOI: PMID:22966490
  • 査読あり
• [雑誌論文] RY-Coding and Non-Homogeneous Models Can Ameliorate the Maximum-Likelihood Inferences From Nucleotide Sequence Data with Parallel Compositional Heterogeneity (2012)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa SA, Inagaki Y, *Hashimoto T
  • 雑誌名: Evol Bioinform Online 巻: 8 ページ: 357-371
  • DOI: 10.4137/EBO.S9017
  • 査読あり
• [雑誌論文] Metabolic profiling of the protozoan parasite Entamoeba invadens revealed activation of unpredicted pathway during encystation (2012)
  • 著者名/発表者名: Jeelani G, Sato D, Husain A, Escueta-de Cadiz A, Sugimoto M, Soga T, Suematsu M, *Nozaki T
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 7 ページ: e37740
  • DOI: 10.1371/journal.pone. 0037740
  • 査読あり
• [雑誌論文] Separate origins of group I introns in two mitochondrial genes of the katablepharid Leucocryptos marina (2012)
  • 著者名/発表者名: Nishimura Y, Kamikawa R, Hashimoto T, Inagaki Y
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 7 ページ: e37307
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0037307
  • 査読あり
• [雑誌論文] Corynebacterium ulcerans 0102 carries the gene encoding diphtheria toxin on a prophage different from the C. diphtheriae NCTC 13129 prophage (2012)
  • 著者名/発表者名: Sekizuka T, Yamamoto A, Komiya T, Kenri T, Takeuchi F, Shibayama K, Takahashi M, Kuroda M, Iwaki M
  • 雑誌名: BMC Microbiol 巻: 12 ページ: 72
  • DOI: 10.1186/1471-2180-12-72
  • 査読あり
• [雑誌論文] A novel class of cysteine protease receptors that mediate lysosomal transport (2012)
  • 著者名/発表者名: Nakada-Tsukui K, Tsuboi K, Furukawa A, Yamada Y, *Nozaki T
  • 雑誌名: Cell Microbiol 巻: 14 ページ: 1299-1317
  • DOI: 10.1111/j.1462-5822. 2012.01800.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Plasmodium apicoplast genome: conserved structure and close relationship of P. ovale to rodent malaria parasites (2012)
  • 著者名/発表者名: Arisue N, Hashimoto T, Mitsui H, Palacpac NM, Kaneko A, Kawai S, Hasegawa M, Tanabe K, Horii T
  • 雑誌名: Mol Biol Evol 巻: 29 ページ: 2095-2099
  • DOI: 10.1093/molbev/mss082
  • 査読あり
• [雑誌論文] Novel protein-protein interactions between Entamoeba histolyticad-phosphoglycerate dehydrogenase and phosphoserine aminotransferase (2012)
  • 著者名/発表者名: Mishra V, Kumar A, Ali V, Nozaki T, Zhang KY, Bhakuni V
  • 雑誌名: Biochimie 巻: 94 ページ: 1676-1686
  • DOI: 10.1016/j.biochi.2012. 02.028
  • 査読あり
• [雑誌論文] Novel transmembrane receptor involved in phagosome transport of lysozymes and beta-hexosaminidase in the enteric protozoan Entamoeba histolytica (2012)
  • 著者名/発表者名: Furukawa A, Nakada-Tsukui K, *Nozaki T
  • 雑誌名: PLoS Pathog 巻: 8 ページ: e1002539
  • DOI: 10.1371/journal.ppat.1002539
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multisite performance evaluation of an enzyme-linked immunosorbent assay for detection of Giardia, Cryptosporidium, and Entamoeba histolytica antigens in human stool (2012)
  • 著者名/発表者名: Christy NC, Hencke JD, Escueta-De Cadiz A, Nazib F, von Thien H, Yagita K, Ligaba S, Haque R, Nozaki T, Tannich E, Herbein JF, Petri WA Jr
  • 雑誌名: J Clin Microbiol 巻: 50 ページ: 1762-1763
  • DOI: 10. 1128/JCM.06483-11
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multigene phylogenies of diverse Carpediemonas-like organisms identify the closest relatives of 'amitochondriate' diplomonads and retortamonads (2012)
  • 著者名/発表者名: Takishita K, Kolisko M, Komatsuzaki H, Yabuki A, Inagaki Y, Cepicka I, Smejkalova P, Silberman JD, Hashimoto T, Roger AJ, Simpson AG
  • 雑誌名: Protist 巻: 163 ページ: 344-355
  • DOI: 10.1016/j.protis.2011.12.007
  • 査読あり
• [雑誌論文] Detection of a possible bioterrorism agent, Francisella sp., in a clinical specimen by use of next-generation direct DNA sequencing (2012)
  • 著者名/発表者名: Kuroda M, Sekizuka T, Shinya F, Takeuchi F, Kanno T, Sata T, Asano S.
  • 雑誌名: J Clin Microbiol 巻: 50 ページ: 1810-1812
  • DOI: 10.1128/JCM.06715-11
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification of Kudoa septempunctata as the causative agent of novel food poisoning outbreaks in Japan by consumption of Paralichthys olivaceus in raw fish (2012)
  • 著者名/発表者名: Kawai T, Sekizuka T, Yahata Y, Kuroda M, Kumeda Y, Iijima Y, Kamata Y, Sugita-Konishi Y, Ohnishi T
  • 雑誌名: Clin Infect Dis 巻: 54 ページ: 1046-1052
  • DOI: 10.1093/cid/cir1040
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transcriptional and functional analysis of trifluoromethionine resistance in Entamoeba histolytica (2012)
  • 著者名/発表者名: Penuliar GM, Furukawa A, Nakada-Tsukui K, Husain A, Sato D, *Nozaki T.
  • 雑誌名: J Antimicrob Chemother 巻: 67, ページ: 375-386
  • DOI: 10.1093/jac/dkr484
  • 査読あり
• [雑誌論文] Glu-108 is essential for subunit assembly and dimer stability of D-phosphoglycerate dehydrogenase from Entamoeba histolytica (2012)
  • 著者名/発表者名: Mishra V, Kumar A, Ali V, Nozaki T, Zhang KY, Bhakuni V
  • 雑誌名: Mol Biochem Parasitol 巻: 181 ページ: 117-124
  • DOI: 10.1016/j.molbiopara.2011. 10.008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Role of conserved active site tryptophan-101 in functional activity and stability of phosphoserine aminotransferase from an enteric human parasite (2012)
  • 著者名/発表者名: Mishra V, Kumar A, Ali V, Nozaki T, Zhang KY, Bhakuni V
  • 雑誌名: Amino Acids 巻: 43 ページ: 483-491
  • DOI: 10.1007/s00726-011-1105-x
  • 査読あり
• [学会発表] A novel beta barrel transporter in the mitosome of Entamoeba histolytica (2013)
  • 著者名/発表者名: Nozaki, T
  • 学会等名: XVII Seminar on Amebiasis 2013
  • 発表場所: Merida, Mexico
  • 年月日: 2013-03-01 – 2013-03-05
• [学会発表] 寄生生物ミトコンドリアの特性～嫌気環境下における多様化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 野崎智義
  • 学会等名: J-mit, “Mitochondrial Diversity: shall we find out her multiple faces” (日本ミトコンドリア学会)
  • 発表場所: Tsukuba, Ibaraki
  • 年月日: 2012-12-19 – 2012-12-21
• [学会発表] Evolution of the mitochondria under anaerobic conditions: Function and import machinery of the highly divergent mitochondrion-related organelle in Entamoeba histolytica (2012)
  • 著者名/発表者名: Nozaki, T
  • 学会等名: Joint International Tropical Medicine Meeting
  • 発表場所: Bangkok, Thailand
  • 年月日: 2012-12-12 – 2012-12-14
• [学会発表] Evolution of the mitochondria under anaerobic conditions: Function and import machinery of the highly divergent mitochondrion-related organelle in the parasitic protozoan Entamoeba histolytica (2012)
  • 著者名/発表者名: Nozaki, T
  • 学会等名: The 11th Awaji International Forum on Infection and Immunity
  • 発表場所: Awaji, Japan
  • 年月日: 2012-09-11 – 2012-09-14
• [学会発表] Mitosomal transport system in Entamoeba histolytica (2012)
  • 著者名/発表者名: Nozaki, T
  • 学会等名: Protist 2012, International Society of Evolutionary Protistology Meeting
  • 発表場所: Oslo, Norway
  • 年月日: 2012-07-29 – 2012-08-03
• [学会発表] Evolution of function and import machinery of the mitochondria under anaerobic conditions: Highly divergent mitochondrion-related organelles in the parasitic protozoan Entamoeba histolytica (2012)
  • 著者名/発表者名: Nozaki, T
  • 学会等名: Mito 21012
  • 発表場所: Heraklion, Greece
  • 年月日: 2012-05-09 – 2012-05-13
• [備考] マトリョーシカ型進化原理
  • URL: http://www.matryoshka-evolution.jp/
• [備考] 国立感染症研究所寄生動物部
  • URL: http://www.nih.go.jp/niid/ja/from-para.html