ミトコンドリアへの膜蛋白質の標的化と外膜・内膜への組み込み機構

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13308034
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 三原 勝芳 九州大学, 大学院・医学研究院, 教授 (40029963)
• 研究分担者: 石原 直忠 九州大学, 大学院・医学研究院, 助手 (10325516) ; 小宮 徹 九州大学, 大学院・医学研究院, 助手 (40304802) ; 阪口 雅郎 九州大学, 大学院・医学研究院, 助教授 (30205736)
• キーワード: ミトコンドリア / 蛋白質輸送 / 膜透過 / 前駆体蛋白質 / 膜蛋白質 / シグナル認識

研究概要

ミトコンドリア(Mt)を中心とする膜蛋白の標的化と挿入機構について以下の事柄を明らかにした。
外膜蛋白の標的化と挿入:膜内配向性の異なるMt外膜蛋白質TOM20(N-末アンカー型)とTOM5(C-末アンカー型)のMtへの標的化と膜挿入について培養細胞系ならびにin vitro系を用いて解析し、TOM20についてはN-末の膜結合領域(TMD)とその直後の塩基性アミノ酸によって標的化の特異性が決定されることを明らかにした。TMDはSRPによって認識されるが直後の塩基性アミノ酸クラスターがSRPの機能を阻害し、結果的にMtへの輸送が起きる。TOM5についても詳細な解析を行いC-末のTMDとその直後の塩基性アミノ酸の重要性を明らかにした。現在これらの標的化シグナルを認識する細胞質側の因子について解析を進めている。TOM輸送因子解析:(1)ラット肝臓MtのTOM複合体には蛋白質輸送チャネルの主要因子であるTOM40に加えTOM22と未知因子OM10、OM7.5、OM5が含まれる。このうちOM5のクローニングを行い解析を続けている。(2)外膜透過チャネルの主役TOM40のリコンビナントを、チャネル活性ならびに前駆体結合活性を持つ形で精製することに成功した。この標品は電子顕微鏡で約20オングストロームの孔を持つ80オングストロームの粒子として観察され、現在、精製標品について結晶化を進めている。(3)ラット外膜受容体TOM70とTOM22を同定した。ポリトピック内膜蛋白質の内膜挿入:Mtに局在すると報告されているポリトピツクな内膜蛋白質NHE-6について解析を行ったが、報告と異なり(予期に反して)ERを経由して分泌系オルガネラ膜に局在することを明らかにした。現在確かにMt内膜に局在するポリトピック膜蛋白質preATMについてその局在化機構の解析を続けている。その他:Mt-DNAにコードされる蛋白質の内膜組み込み機構、シナプトタグミン2のER組み込みシグナルの解析などをおこなった。ミトコンドリア(Mt)を中心とする膜蛋白の標的化と挿入機構について以下の事柄を明らかにした。外膜蛋白の標的化と挿入:膜内配向性の異なるMt外膜蛋白質TOM20(N-末アンカー型)とTOM5(C-末アンカー型)のMtへの標的化と膜挿入について培養細胞系ならびにin vitro系を用いて解析し、TOM20についてはN-末の膜結合領域(TMD)とその直後の塩基性アミノ酸によって標的化の特異性が決定されることを明らかにした。TMDはSRPによって認識されるが直後の塩基性アミノ酸クラスターがSRPの機能を阻害し、結果的にMtへの輸送が起きる。TOM5についても詳細な解析を行いC-末のTMDとその直後の塩基性アミノ酸の重要性を明らかにした。現在これらの標的化シグナルを認識する細胞質側の因子にっいて解析を進めている。TOM輸送因子解析:(1)ラツト肝臓MtのTOM複合体には蛋白質輸送チャネルの主要因子であるTOM40に加えTOM22と未知因子OM10、OM7.5、OM5が含まれる。このうちOM5のクローニングを行い解析を続けている。(2)外膜透過チャネルの主役TOM40のリコンビナントを、チャネル活性ならびに前駆体結合活性を持つ形で精製することに成功した。この標品は電子顕微鏡で約20オングストロームの孔を持つ80オングストロームの粒子として観察され、現在、精製標品について結晶化を進めている。(3)ラット外膜受容体TOM70とTOM22を同定した。ポリトピック内膜蛋白質の内膜挿入:Mtに局在すると報告されているポリトピツクな内膜蛋白質NHE6について解析を行ったが、報告と異なり(予期に反して)ERを経由して分泌系オルガネラ膜に局在することを明らかにした。現在確かにMt内膜に局在するポリトピック膜蛋白質preATMについてその局在化機構の解析を続けている。その他:Mt-DNAにコードされる蛋白質の内膜組み込み機構、シナプトタグミン2のER組み込みシグナルの解析などをおこなった。

研究成果

• [文献書誌] M.Ii et al.: "Insertion of mitochondrial DNA-encoded F_1F_0-ATPase subunit 8 across the mitochondrial inner membrane in vitro"J.Biol.Chem.. 276. 24704-24712 (2001)
• [文献書誌] Y.Kida et al.: "Amino acid residues before the hydrophobic region which are critical for membrane translocation of the N-terminal domain of synaptotagmin II"FEBS Lett.. 507. 341-345 (2001)
• [文献書誌] S.Yoshimura et al.: "Direct targeting of cis-Golgi matrix proteins to the Golgi apparatus"J.Cell Sci.. 114. 4105-4115 (2001)
• [文献書誌] E.Miyazaki et al.: "NHE6 protein possesses a signal peptide destined for endoplasmic reticulum membrane and localizes in secretory organelles of the cell"J.Biol.Chem.. 276. 49221-49227 (2001)
• [文献書誌] C.Horie et al.: "Characterization of the signal that directs the C-tail anchored proteins to the mammalian mitochondrial outer membrane"Mol.Biol.Cell. 13(in press). (2002)
• [文献書誌] H.Suzuki et al.: "Characterization of rat TOM70 as a receptor of the preprotein translocase of the mitochondrial outer membrane"J.Cell Sci.. 115(in press). (2002)