新規カリウム汲み出しポンプによる小胞体カルシウムシグナリング制御機構の解明

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20K07258
• 研究機関: 富山大学
• 研究代表者: 藤井 拓人 富山大学, 学術研究部薬学・和漢系, 助教 (50567980)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: カリウムポンプ / P型ATPase / 小胞体 / Ca2+シグナリング

研究実績の概要

小胞体は、Ca2+の貯蔵庫であり、小胞体からのCa2+放出は生体活動・維持に重要な様々なシグナルを誘導する。近年、小胞体からの Ca2+ 放出には、小胞体膜を介したK+輸送の重要性が示唆されている。本研究では、我々が小胞体においてK+-ATPase（K+ポンプ）として機能することを見出した「ER-ATPase（論文発表前のため仮称）」の生理機能を明らかにすることを目的とした。本年度は、小胞体のCa2+ホメオスタシスとER-ATPaseによるK+輸送機能との関連について検討した。Fura2-AMを用いたCa2+イメージングにおいて、小胞体のCa2+貯蔵レベルが、ER-ATPaseノックダウン細胞では有意に亢進し、過剰発現細胞では低下した。興味深いことに、ER-ATPaseのK+輸送機能が低下する変異体の過剰発現細胞では有意な変化は見られなかった。また、ER-ATPaseをノックダウンさせることでERストレスが生じ、細胞増殖が有意に阻害されることを見出した。この細胞増殖の抑制は、ER-ATPaseの野生型をトランスフェクションすることで回復したが、K+輸送が低下する変異体をトランスフェクションしても回復しなかった。以上の結果から、ER-ATPaseのK+輸送は小胞体のCa2+ホメオスタシス制御に関与しており、その異常によりERストレスが惹起されることが示唆された。また、ER-ATPaseのがん細胞における機能解析を行う過程において、Na+,K+-ATPaseの阻害剤である強心配糖体ががん細胞の解糖系を阻害することを見出した。さらに、本研究においてER-ATPaseと機能連関することを明らかにしたATP13A2がH+,K+-ATPaseとして機能することを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Polycystic kidney disease 2-like 1 channel contributes to the bitter aftertaste perception of quinine. (2023)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Shimizu, Takuto Fujii, Keisuke Hanita, Ryo Shinozaki, Yusaku Takamura, Yoshiro Suzuki, Teppei Kageyama, Mizuki Kato, Hisao Nishijo, Makoto Tominaga, Hideki Sakai
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 13 ページ: 4271
  • DOI: 10.1038/s41598-023-31322-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Activation of mouse Otop3 proton channels by Zn2+ (2023)
  • 著者名/発表者名: Takuto Fujii, Takahiro Shimizu, Yukino Kaji, Mizuki Katoh, Hideki Sakai
  • 雑誌名: Biochemical and biophysical research communications 巻: 658 ページ: 55-61
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2023.03.066
• [雑誌論文] Parkinson's disease-associated ATP13A2/PARK9 functions as a lysosomal H+,K+-ATPase. (2023)
  • 著者名/発表者名: Takuto Fujii, Shushi Nagamori, Pattama Wiriyasermkul, Shizhou Zheng, Asaka Yago, Takahiro Shimizu, Yoshiaki Tabuchi, Tomoyuki Okumura, Tsutomu Fujii, Hiroshi Takeshima, Hideki Sakai
  • 雑誌名: Nature communications 巻: 14 ページ: 2174
  • DOI: 10.1038/s41467-023-37815-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cardiac glycosides stimulate endocytosis of GLUT1 via intracellular Na+,K+-ATPase α3-isoform in human cancer cells (2022)
  • 著者名/発表者名: Takuto Fujii, Mizuki Katoh, Manami Ootsubo, Oanh T T Nguyen, Mayumi Iguchi, Takahiro Shimizu, Yoshiaki Tabuchi, Yasuharu Shimizu, Hiroshi Takeshima, Hideki Sakai
  • 雑誌名: Journal of Cellular Physiology 巻: 237 ページ: 2980-2991
  • DOI: 10.1002/jcp.30762
  • 査読あり
• [学会発表] Pathophysiological function of the sodium pump abnormally expressed in intracellular vesicles of gastrointestinal cancer cells (2023)
  • 著者名/発表者名: 藤井拓人, 加藤瑞希, 清水貴浩, 酒井秀紀
  • 学会等名: 日本生理学会第100回記念大会
• [学会発表] 強心配糖体によるグルコース輸送体GLUT1の動態変化を介したがん細胞解糖系抑制機構 (2023)
  • 著者名/発表者名: 藤井拓人, 加藤瑞希, 清水貴浩, 酒井秀紀
  • 学会等名: 日本薬学会 第143年会
• [学会発表] 細胞内の小胞体に発現する新規K+ポンプの生理機能解明. (2022)
  • 著者名/発表者名: 三浦基, 藤井拓人, 清水貴浩, 酒井秀紀.
  • 学会等名: 日本薬学会北陸支部第134回例会
• [学会発表] リソソームにおけるカチオンポンプの新規生理機能. (2022)
  • 著者名/発表者名: 藤井拓人, 永森收志, Wiriyasermkul Pattama, 田渕圭章, 清水貴浩, 竹島浩, 酒井秀紀.
  • 学会等名: 生理研研究会「細胞の局所コミュニティ研究会」
• [学会発表] 強心配糖体は細胞内Na+,K+-ATPaseを標的としてヒトがん細胞におけるGLUT1依存性のグルコース取り込みおよび解糖系を抑制する. (2022)
  • 著者名/発表者名: 藤井拓人, 加藤瑞希, 清水貴浩, 田渕圭章, 清水康晴, 竹島浩, 酒井秀紀.
  • 学会等名: 第96回日本薬理学会年会
• [学会発表] がん細胞におけるNa+,K+-ATPaseとCl-チャネルの新規病態生理機能. (2022)
  • 著者名/発表者名: 藤井拓人, 清水貴浩, 酒井秀紀.
  • 学会等名: 第96回日本薬理学会年会
• [学会発表] がん細胞特異的小胞を標的としたグルコース輸送体の動態制御機構. (2022)
  • 著者名/発表者名: 藤井拓人, 加藤瑞希, 清水貴浩, 田渕圭章, 清水康晴, 竹島浩, 酒井秀紀.
  • 学会等名: 生理研研究会「上皮膜輸送と細胞極性形成機構の統合的理解を目指して」
• [備考] 富山大学薬学部薬物生理学研究室
  • URL: http://www.pha.u-toyama.ac.jp/phaphy1/index-j.html