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2020 年度 実施状況報告書

新規タンパク質分解機構GOMEDの生理機能解析

研究課題

研究課題/領域番号 19K07382
研究機関東京医科歯科大学

研究代表者

山口 啓史  東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 助教 (50644241)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワードオートファジー / ゴルジ / 神経変性 / Wipi3
研究実績の概要

Golgi membrane-associated degradation pathway (GOMED)は、ゴルジ体から細胞外や細胞膜に輸送されるタンパク質の輸送が障害を受けたときに、行き場を失ったタンパク質を分解する機構であり、酵母から哺乳動物まで保存され、真核生物共通の機能であると考えられる。膵b細胞が低血糖に曝された時には、分泌され損なったインスリンの分解をGOMEDが担うことや、GOMEDを欠損したマウスでは神経変性疾患が生じていることから、GOMEDが生体内において、重要な生理的機能を有していることを示している。これまでに、(1) 出芽酵母、哺乳動物の両者において、Wipi3が新規オートファジーを制御する分子として同定することができた。また、(2) 出芽酵母Wipi3欠損株および哺乳動物Wipi3を欠損したマウス線維芽細胞に対して電子顕微鏡観察を行った。その結果、Wipi3が新規オートファジーのステップにおいて、隔離膜形成過程を制御していることを見出した。また、(3) Wipi3が細胞質からゴルジ体に細胞内局在を変化させ、隔離膜形成を行っていることを明らかにすることができた。さらに、(4) 脳特異的Wipi3欠損マウスを作製し解析した結果、Wipi3を欠損したマウスでは神経変性疾患様症状を呈することを見出した。従来型オートファジーに必須のAtg7欠損マウス脳においても神経変性疾患様症状が見られるが、各欠損マウス脳の細胞の微細構造を比較すると、オルガネラの異常部位が異なることが判明した。このことから、Atg5/7依存的オートファジーとWipi3依存的GOMEDは、脳における生理機能部位が異なることが明らかとなり、両オートファジーの使い分けがみられることがわかった。以上の成果をまとめ、Nature communications誌に発表した。

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

本申請では、(1) GOMED必須分子Wipi3の機能解析、(2) 膵b細胞におけるGOMEDの欠損から生じる細胞障害機序の解析、(3) GOMEDが重要な役割を担っている分泌細胞の同定の3つの方向から、GOMEDの分子機構の全体像、生理的役割の解明を目指している。(1) Wipi3の機能解析に関しては、Wipi3が隔離膜形成を制御していることを見出し、翻訳後修飾分子や相互作用分子も明らかにしつつあり、概ね予定通り研究は進行している。(2) 膵b細胞におけるGOMEDの欠損から生じる細胞障害機序の解析に関しては、Wipi3欠損膵b細胞株では、低グルコース負荷時おいて細胞内にインスリンが蓄積していることを見出しており、より詳細な検討を加えるため、マウスレベルでの実験を行う必要がある。(3) GOMEDが重要な役割を担っている分泌細胞の同定に関しては、Wipi3のfloxマウスを作製に成功し、分泌制御にGOMEDが関与することが想定される細胞に特異的なcreマウスと交配し、表現型を解析する予定である。順調に実験が進めば、GOMEDが重要な役割を担っている分泌細胞を同定できる見通しである。

今後の研究の推進方策

(1)Wipi3の機能解析に関しては、Wipi3の翻訳後修飾およびWipi3との相互作用分子も見出しており、GOMEDのシグナル伝達機構を構築していく予定である。(2) 膵b細胞におけるGOMEDの欠損から生じる細胞障害機序の解析に関しては、Wipi3欠損膵b細胞株では、低グルコース負荷時おいて細胞内にインスリンが蓄積していることを見出している。より詳細な検討を加えるため、Wipi3 floxマウスとRip-Cre マウスを交配させ、グルコース応答性を評価する予定である。(3) GOMEDが重要な役割を担っている分泌細胞の同定に関しては、Wipi3のfloxマウスと分泌制御にGOMEDが関与することが想定される細胞に特異的なcreマウスと交配し、表現型を解析する予定である。

次年度使用額が生じた理由

4月から6月前半まで、約2.5ヶ月間は、90%研究削減の指示が大学より出ており、細胞株やマウスの維持のみしかできず、予定していた物品等の購入を見合わせた。研究削減時期に行う予定であった検体数の追加(細胞、マウス実験共にサンプル数の追加)を、今年度行うことにより、最終目標を達成する。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2021 2020

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 3件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Wipi3 is essential for alternative autophagy and its loss causes neurodegeneration2020

    • 著者名/発表者名
      Yamaguchi Hirofumi、Honda Shinya、Torii Satoru、Shimizu Kimiko、Katoh Kaoru、Miyake Koichi、Miyake Noriko、Fujikake Nobuhiro、Sakurai Hajime Tajima、Arakawa Satoko、Shimizu Shigeomi
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 11 ページ: -

    • DOI

      10.1038/s41467-020-18892-w

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Identification of a phosphorylation site on Ulk1 required for genotoxic stress-induced alternative autophagy2020

    • 著者名/発表者名
      Torii Satoru、Yamaguchi Hirofumi、Nakanishi Akira、Arakawa Satoko、Honda Shinya、Moriwaki Kenta、Nakano Hiroyasu、Shimizu Shigeomi
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 11 ページ: -

    • DOI

      10.1038/s41467-020-15577-2

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Association Between Atg5-independent Alternative Autophagy and Neurodegenerative Diseases2020

    • 著者名/発表者名
      Honda Shinya、Arakawa Satoko、Yamaguchi Hirofumi、Torii Satoru、Tajima Sakurai Hajime、Tsujioka Masatsune、Murohashi Michiko、Shimizu Shigeomi
    • 雑誌名

      Journal of Molecular Biology

      巻: 432 ページ: 2622~2632

    • DOI

      10.1016/j.jmb.2020.01.016

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Autophagy involvement in oncogenesis2020

    • 著者名/発表者名
      Torii Satoru、Honda Shinya、Murohashi Michiko、Yamaguchi Hirofumi、Shimizu Shigeomi
    • 雑誌名

      Cancer Science

      巻: 111 ページ: 3993~3999

    • DOI

      10.1111/cas.14646

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Wipi3 is essential for alternative autophagy and its loss causes neurodegeneration2021

    • 著者名/発表者名
      山口啓史
    • 学会等名
      2019年度・2020年度難治疾患研究所研究発表会
  • [学会発表] 新規オートファジー制御分子の機能解析2020

    • 著者名/発表者名
      山口啓史、荒川聡子、清水重臣
    • 学会等名
      第12回オートファジー研究会
  • [学会発表] The membrane origin of mitophagy after enucleation in red blood cell.2020

    • 著者名/発表者名
      Satoko Arakawa, Shinya Honda, Hirofumi Yamaguchi and Shigeomi Shimizu
    • 学会等名
      International Symposium for Female Researchers in Chromatin Biology (ISFRCB) 2020 (Satellite Symposium of the 43rd MBSJ), Session 2 “Scientific talks by young female researchers in epigenetics”
    • 国際学会
  • [学会発表] オルタナティブ・オートファジーの生理機能解析と通常型との機能分担についての解明2020

    • 著者名/発表者名
      荒川聡子・山口啓史・清水重臣
    • 学会等名
      マルチモードオートファジー 第2回班会議

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公開日: 2021-12-27  

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