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2018 年度 実施状況報告書

プロトンポンプが関与するオルガネラ輸送の原理の解明

研究課題

研究課題/領域番号 18K06661
研究機関岩手医科大学

研究代表者

中西 真弓  岩手医科大学, 薬学部, 教授 (20270506)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード分泌リソソーム / 骨吸収 / V-ATPase / プロトンポンプ / Rab7 / Rab27 / オルガネラ輸送
研究実績の概要

これまでに我々は、V(液胞型)-ATPaseのプロトン輸送路を形成するa3イソフォームが、破骨細胞への分化に伴い、GDP型Rab7と結合することでRab7をリソソームへリクルートすることを示唆した。その後GDP型Rab7はGEF(GTP/GDP交換因子)により活性化され、微小管に沿ったリソソームの輸送が開始すると考えられる。
Rab7を後期エンドソームへ回収するGEFとしてMon1/Ccz1が知られている。そこで、a3とGDP型Rab7の結合に対するMon1やCcz1の影響を検討するために、HEK293T細胞にMon1あるいはCcz1をFLAG-a3、V5-Rab7と共発現させ、FLAG抗体で免疫沈降した。免疫沈降されるRab7の量は、Ccz1の共発現では変わらなかったが、Mon1の発現により増加した。また、a3とRab7の結合複合体には、Mon1やCcz1が含まれていることを明らかにした。破骨細胞の分泌リソソームにおいて、Mon1/Ccz1がa3と結合することによりリクルートされている可能性がある。現在、a3を欠損した破骨細胞を用いて、Mon1やCcz1の分泌リソソームへのリクルートにa3が関与しているか否かを検討している。
さらに、分泌リソソームの輸送において、V-ATPaseが形成する酸性環境が果たす役割について検討した。V-ATPaseの阻害剤であるバフィロマイシンA1の存在下では、分泌リソソームの輸送は起きなかった。この阻害剤は、GDP型Rab7とa3の結合や、Rab7の活性化には影響しなかったが、GTP型Rab7のリソソームへの局在を阻害した。V-ATPaseが形成する酸性環境は、活性型Rab7が安定してリソソームへ局在するために必要であると考えられる。
こうした研究により、V-ATPaseが関与する分泌リソソームの機構の全容解明に近づきつつある。

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

本研究課題の目的の1つは、破骨細胞における分泌リソソームの細胞内輸送の機構解明である。H30年度の我々の研究成果は、分泌リソソームの輸送におけるMon1/Ccz1や酸性環境の関与を示唆するものであり、分泌リソソームのメカニズムの全容解明に大きく近づいたと考えている。
一方で、破骨細胞での知見をもとに、オルガネラ輸送におけるV-ATPaseの普遍的機能の解明を目指しているが、H30年度はそこまで研究を発展させることはできなかった。
以上の状況により、おおむね順調な進展とした。

今後の研究の推進方策

破骨細胞における分泌リソソームの分子機構の解明を目指して、Mon1/Ccz1が分泌リソソームに局在するか否か、局在するのであれば、その局在にa3が必要であるかを検討する。また、Mon1/Ccz1やa3の変異体を作製して、結合様式を解析する。
転移能の高いがん細胞において、a3が形質膜に高発現していることが報告されており、分泌リソソームと同様の機構が機能している可能性がある。メラノーマや乳がん細胞などについて、この可能性を検討する。
オルガネラ輸送におけるV-ATPaseの普遍的機能の解明を目指して、a1やa2イソフォームもa3と同様にRabファミリーと結合してオルガネラ輸送に関与するのか、具体的にどのような現象において関与するのかを検討する。

次年度使用額が生じた理由

H30年度は、a3とGEFが結合することを免疫沈降実験により発見したため、結合関連の実験を精力的に進めた。それに伴い、高価な分化誘導試薬を必要とする破骨細胞への分化誘導実験が予定より少なくなり、研究費の繰り越しが生じた。
今年度は、H30年度に実施できなかった分化誘導実験も併せて行う予定なので、繰り越し分の研究費も併せて使用する。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Proton pumping V-ATPase inhibitor bafiromycin A1 affects Rab7 lysosomal localization and abolishes anterograde trafficking of osteoclast secretpry lysosomes.2019

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto, N., Nakanishi-Matsui, M.
    • 雑誌名

      Biochem. Biophys. Res Commun.

      巻: 510 ページ: 421-426

    • DOI

      0.1016/j.bbrc.2019.01.118.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Proton-pumping F-ATPase plays an important role in Streptococcus mutans under acidic conditions.2019

    • 著者名/発表者名
      Sekiya, M., Izumisawa, S., Iwamoto-Kihara, A., Yang, F., Shimoyama, Y., Sasaki, M., Nakanishi-Matsui, M.
    • 雑誌名

      Arch. Biochem. Biophys.

      巻: 666 ページ: 46-51

    • DOI

      10.1016/j.abb.2019.03.014.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Vacuolar-type ATPase: A Proton Pump to Lysosomal Trafficking.2019

    • 著者名/発表者名
      Futai, M., Sun-Wada, G.H., Wada, Y., Matsumoto, N., Nakanishi-Matsui, M.
    • 雑誌名

      Proc. Jpn. Acad., Ser. B

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Essential Role of the a3 Isoform of V-ATPase in Secretory Lysosome Trafficking via Rab7 Recruitment2018

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto, N., Sekiya, M., Tohyama, K., Ishiyama-Matsuura E., Sun-Wada, G.H., Wada, Y., Futai, M., Nakanishi-Matsui, M.
    • 雑誌名

      Sci. Rep.

      巻: 8 ページ: 6701

    • DOI

      10.1038/s41598-018-24918-7.

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Design and Synthesis of Curcumin Analogues that Inhibit Osteoclastogenesis2019

    • 著者名/発表者名
      菅原葵、大橋暁香、、小川智、後藤奈緒美、中西(松井)真弓、河野富一
    • 学会等名
      日本化学会第99春季年会2019
  • [学会発表] 口腔レンサ球菌の酸性環境におけるプロトン輸送 ATPase の役割2019

    • 著者名/発表者名
      関谷瑞樹、高坂未星、伊藤槻、櫻直也、 泉澤信太郎、楊帆、岩本(木原)昌子、石河太知、下山佑、 佐々木実、中西(松井)真弓
    • 学会等名
      日本薬学会第139年会
  • [学会発表] 新規なクルクミン類縁体の合成と破骨細胞への分化抑制2019

    • 著者名/発表者名
      菅原葵、大橋暁香、小川智、後藤奈緒美、中西(松井)真弓、河野富一
    • 学会等名
      日本薬学会第139年会
  • [学会発表] プロトン輸送 ATPase 阻害剤は歯周病菌 P. gingivalis の増殖を阻害する2018

    • 著者名/発表者名
      關谷瑞樹、下山佑、石河太知、高橋歩実、小田原大樹、佐々木実、二井將光、中西(松井)真弓
    • 学会等名
      第84回日本生化学会東北支部例会・シンポジウム
  • [学会発表] V-ATPase a3アイソフォームのリソソーム輸送における機能2018

    • 著者名/発表者名
      松元奈緒美、關谷瑞樹、遠山稿二郎、石山(松浦)絵里、和田(孫)戈虹、和田洋、二井將光、中西(松井)真弓
    • 学会等名
      第84回日本生化学会東北支部例会・シンポジウム
  • [学会発表] Essential role of proton pumping F-ATPase in acid tolerance of Streptococcus mutans2018

    • 著者名/発表者名
      Mizuki Sekiya, Shintaro Izumisawa, Aki Kushigeta, Masato Haga, Yu Shimoyama, Minoru Sasaki, Shigenobu Kimura, Yuka Sasaki, Atsuko Iwamoto-Kihara, Mayumi Nakanishi-Matsui
    • 学会等名
      IUBMB SEOUL
    • 国際学会
  • [学会発表] プロトン輸送 F-ATPase 阻害剤によるStreptococcus mutans の耐酸性の低下2018

    • 著者名/発表者名
      關谷瑞樹、泉澤信太郎、櫛桁安生、芳賀雅人、下山佑、石河太知、佐々木実、佐々木由香、岩本(木原)昌子、中西(松井)真弓
    • 学会等名
      第91回日本生化学会大会
  • [学会発表] V-ATPase a3アイソフォームは破骨細胞の分泌リソソームの細胞内輸送に必須である2018

    • 著者名/発表者名
      松元奈緒美、関谷瑞樹、遠山稿二郎、石山(松浦)絵里、和田(孫)戈虹、和田洋、二井將光、中西(松井)真弓
    • 学会等名
      第41回日本分子生物学会年会

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公開日: 2019-12-27  

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