新生鎖テイルアンカー型タンパク質（TA）の輸送・膜挿入と品質管理

2014 年度 実績報告書

• 研究領域: 新生鎖の生物学
• 研究課題/領域番号: 26116007
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 藤木 幸夫 九州大学, カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所, 特任教授 (70261237)
• 研究分担者: 田村 茂彦 九州大学, 基幹教育院, 教授 (90236753)
• 研究期間 (年度): 2014-06-27 – 2019-03-31
• キーワード: オルガネラ / 機能発現制御 / 蛋白質 / 脂質 / 脳神経疾患

研究実績の概要

分子内C末端に1つ存在する膜貫通領域により脂質膜にアンカーされるテイルアンカー型タンパク質(TA) は、リボゾームで翻訳された後サイトゾルを介して直接各オルガネラ標的膜へ輸送される。最近の研究により、TAの翻訳後輸送はその局在先によって異なる分子機構を必要とし、TA の運命決定はより上流のリボソームでの新生鎖翻訳段階において品質管理を含めた形で実行されることが示されつつある。しかし、その実態は不明であり喫緊の課題として、本研究では、TAをモデルとした新生鎖の運命決定機構の分子メカニズムの解明を目的とする。
H26年度はC末膜貫通ドメインに含まれる局在化シグナルの認識および翻訳速度の調節などの解析の基盤となる実験系の構築を試み、無細胞翻訳系と中性条件下でのSDS-PAGEの組み合わせることで翻訳途上の新生鎖TAの検出が可能となった。また、小胞体局在性TAやペルオキシソーム局在性TAのC末膜貫通領域に疎水性度の変化などを導入した種々のモデルTAを作製し、上記無細胞翻訳系により解析を行ったところ、あるペルオキシソーム局在性TAの翻訳速度が遅延していることを強く示唆する結果を得た。小胞体局在性TAは、翻訳後TRC複合体を介してその標的化因子であるTRC40へ受け渡され、小胞体へ標的化されることが見出されている。In vivoの解析により、ペルオキシソーム局在性TAがBag6を含むTRC複合体による認識を回避して標的化因子であるPex19pと結合することが明らかになりつつある。

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

新生鎖TAの運命決定機構の分子メカニズムを解明するための基盤となる、新生鎖TAの翻訳速度解析実験系を構築できた。さらなる条件検討を重ね、本解析系の高感度化や簡略化を進めることにより、様々な翻訳速度や運命決定に関与する候補タンパク質因子群の検討が可能とすべく改善を行っている。また、小胞体局在性TAの輸送に関わるTRC複合体の構成因子など研究材料の調整と整備も進んでいる。

今後の研究の推進方策

各オルガネラ局在性TA をモデルとして、C末膜貫通ドメインに含まれる局在化シグナルの認識、および翻訳速度の調節や新生鎖のフォールディングを含めたタンパク質の品質保証システムなどの実態解明を目指す。上記無細胞翻訳系に種々のモデルTAを様々な条件で翻訳、発現させ、モデルTAのC末膜貫通領域付近のどのようなアミノ酸配列が選別輸送および品質管理への仕分けに決定的な情報となっているのかを詳細に検討する。また、Bag6を含むTRC複合体やその関連因子の添加、除去などにより、新生鎖TA の認識および翻訳速度調節および品質管理システムにおける役割を明らかにする。またこれらモデルTAを用いた解析は動物培養細胞に発現させたin vivoにおいても実施し、細胞内局在化およびタンパク質安定性との関連を検討する。
H26年度の研究により、ペルオキシソーム局在性TAが標的化因子であるPex19pと結合する際には、Bag6を含むTRC複合体による認識を回避させている可能性が示唆された。上記無細胞翻訳系や動物培養細胞を用いたin vivoでの結合実験などを組み合わせて、小胞体局在性TAとペルオキシソーム局在性TAがそれぞれの標的化因子へどのようにして振り分けられるのか、その優先順位や選択性を決定する分子機構を明らかにする。また、Pex19p と相互作用してTRC複合体との結合等に関与するサイトゾル因子の同定も行う。

研究成果

• [雑誌論文] The peroxin Pex14p is the key component for coordinated autophagic degradation of mammalian peroxisomes by direct binding to LC3-II (2015)
  • 著者名/発表者名: Jiang, L., Hara-Kuge, S., Yamashita, S., and *Fujiki, Y.
  • 雑誌名: Genes to Cells 巻: 20 ページ: 36-49
  • DOI: 10.1111/gtc.12198
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Pex11p mediates peroxisomal proliferation by promoting deformation of the lipid membrane (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, Y., Niwa, H., Honsho, M., Itoyama, A., and *Fujiki,Y.
  • 雑誌名: Biology Open 巻: ― ページ: in press
  • DOI: in press
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Molecular basis for peroxisome biogenesis disorders (2014)
  • 著者名/発表者名: *Fujiki, Y., Okumoto, K., Mukai, S., and Tamura, S.
  • 雑誌名: In: Brocard, C. and Hartig, A. (eds) Molecular machines involved in peroxisome biogenesis and maintenance, Springer-Verlag, Wien, Austria 巻: ― ページ: 91-110
  • DOI: 10.1007/978-3-7091-1788-0_5
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Molecular complex coordinating peroxisome morphogenesis (2014)
  • 著者名/発表者名: *Fujiki, Y., Itoyama, A., Abe, Y., and Honsho, M.
  • 雑誌名: In: Brocard, C. and Hartig, A. (eds) Molecular machines involved in peroxisome biogenesis and maintenance, Springer-Verlag, Wien, Austria 巻: ― ページ: 391-401
  • DOI: 10.1007/978-3-7091-1788-0
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Very-long-chain polyunsaturated fatty acids accumulate in phosphatidylcholine of fibroblasts from patients with Zellweger syndrome and acyl-CoA oxidase1 deficiency (2014)
  • 著者名/発表者名: Abe, Y., Honsho, M., Nakanishi, H., Taguchi, R., and *Fujiki, Y.
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular and Cell Biology of Lipids 巻: 1841 ページ: 610-619
  • DOI: 10.1016/j.bbalip.2014.01.001
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Distinct modes of ubiquitination of peroxisome-targeting signal type 1 (PTS1)-receptor Pex5p regulate PTS1 protein import (2014)
  • 著者名/発表者名: Okumoto, K., Noda, H., and *Fujiki, Y.
  • 雑誌名: The Journal of Biological Chemistry 巻: 289 ページ: 14089-14108
  • DOI: 10.1074/jbc.M113.527937
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Mild reduction of plasmalogens causes rhizomelic chondrodysplasia punctata: Functional characterization of a novel mutation (2014)
  • 著者名/発表者名: Noguchi, M., Honsho, M., Abe, Y., Toyama, R., Niwa, H., Sato, Y., Ghaedi, K., Rahmanifar, A., Shafeghati, Y., and *Fujiki, Y.
  • 雑誌名: Journal of Human Genetics 巻: 59 ページ: 387-392
  • DOI: 10.1038/jhg.2014.39
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The membrane peroxin PEX3 induces peroxisome-ubiquitination-linked pexophagy (2014)
  • 著者名/発表者名: Yamashita, S., Abe, K., Tatemichi, Y., and *Fujiki, Y.
  • 雑誌名: Autophagy 巻: 10 ページ: 1549-1564
  • DOI: 10.4161/auto.29329
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Peroxisome biogenesis in mammalian cells (2014)
  • 著者名/発表者名: *Fujiki, Y., Okumoto, K., Mukai, S., Honsho, M., and Tamura, S.
  • 雑誌名: Frontiers in Physiology 巻: 5 ページ: Article 367
  • DOI: 10.3389/fphys.2014.00307
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Cul4A-DDB1-Rbx1 E3 ligase controls the quality of the PTS2 receptor Pex7p (2014)
  • 著者名/発表者名: Miyauchi-Nanri, Y., Mukai, S., Kuroda, K., and *Fujiki, Y.
  • 雑誌名: Biochemical Journal 巻: 463 ページ: 65-74
  • DOI: 10.1042/BJ20130861
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] AAA peroxins and their recruiter Pex26p modulate the interactions of peroxins involved in peroxisomal protein import (2014)
  • 著者名/発表者名: Tamura, S., Matsumoto, N., Takeba, R., and *Fujiki, Y.
  • 雑誌名: The Journal of Biological Chemistry 巻: 289 ページ: 24336-24346
  • DOI: 10.1074/jbc.M114.588038
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Mechanistic insight into peroxisomal protein import (2015)
  • 著者名/発表者名: Shigehiko Tamura, Kanji Okumoto, Naomi Matsumoto,Yuri Shirahama, Ryota Takeba, and Yukio Fujiki
  • 学会等名: EMBO Conference: Mechanisms and regulation of protein translocation
  • 発表場所: Hotel Valamar Lacroma,Dubrovnik, Croatia
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-25
  • 招待講演
• [学会発表] The role of peroxisomes in lipid metabolism (2015)
  • 著者名/発表者名: Yukio Fujiki, Yuichi Abe and Masanori Honsho
  • 学会等名: This 6th international conference on Phospholipase A2 and Lipid Mediators (PLM2015)
  • 発表場所: Keio Plaza Hotel, Tokyo, Japan
  • 年月日: 2015-02-10 – 2015-02-12
  • 招待講演
• [学会発表] ペルオキシソーム局在型Miro1バリアントの同定とその機能解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 奥本寛治、小野立晃、下村紋子、外山隆介、藤木幸夫
  • 学会等名: 第37回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（横浜市）
  • 年月日: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [学会発表] D-アミノ酸酸化酵素（DAO)の細胞内局在異常による細胞毒性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 福留久美子、阿部雄一、本庄雅則、藤木幸夫
  • 学会等名: 第37回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（横浜市）
  • 年月日: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [学会発表] Molecular complex coordinating peroxisome morphogenesis in mammalian cells (2014)
  • 著者名/発表者名: Yukio Fujiki, Akinori Itoyama, Yuichi Abe, and Masanori Honsho
  • 学会等名: 第87回日本生化学会大会
  • 発表場所: 国立京都国際会館・グランドプリンスホテル京都（京都市）
  • 年月日: 2014-10-15 – 2014-10-18
  • 招待講演
• [学会発表] 新生鎖テイルアンカー型タンパク質の運命決定・膜局在化機構 (2014)
  • 著者名/発表者名: 八木田悠一、劉玉瓊、奥本寛治、藤木幸夫
  • 学会等名: 第87回日本生化学会大会
  • 発表場所: 国立京都国際会館・グランドプリンスホテル京都（京都市）
  • 年月日: 2014-10-15 – 2014-10-18
  • 招待講演
• [学会発表] エーテルリン脂質プラスマローゲン依存的なコレステロールの生合成 (2014)
  • 著者名/発表者名: 本庄雅則, 藤木幸夫
  • 学会等名: 第87回日本生化学会大会
  • 発表場所: 国立京都国際会館・グランドプリンスホテル京都（京都市）
  • 年月日: 2014-10-15 – 2014-10-18
• [学会発表] PEX14欠損マウスにおける大脳皮質の形態とリン脂質の解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 阿部雄一、伊藤竜太、中山啓子、丸谷寿裕、本庄雅則、藤谷昌司、山下俊英、中山敬一、藤木幸夫
  • 学会等名: 第87回日本生化学会大会
  • 発表場所: 国立京都国際会館・グランドプリンスホテル京都（京都市）
  • 年月日: 2014-10-15 – 2014-10-18
• [学会発表] ペルオキシソーム膜透過装置複合体の同定とマトリックスタンパク質輸送の分子メカニズム解明 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小川智大、田村茂彦、藤木幸夫
  • 学会等名: 第87回日本生化学会大会
  • 発表場所: 国立京都国際会館・グランドプリンスホテル京都（京都市）
  • 年月日: 2014-10-15 – 2014-10-18
• [学会発表] The peroxin Pex14p is the key component for coordinating autophagic degradation of mammalian peroxisomes by directly binding to LC3-II (2014)
  • 著者名/発表者名: Li Jiang, Sayuri Kuge, Shun-ichi Yamashita, Yukio Fujiki
  • 学会等名: 第87回日本生化学会大会
  • 発表場所: 国立京都国際会館・グランドプリンスホテル京都（京都市）
  • 年月日: 2014-10-15 – 2014-10-18
• [図書] Encyclopedia of Life Sciences: Protein Import into Peroxisomes: the principles and methods of studying (version 2.0). (2015)
  • 著者名/発表者名: *Fujiki, Y., Okumoto, K., and Honsho, M.
  • 総ページ数: in press
  • 出版者: John Wiley & Sons, Chichester, UK