膜脂質リモデリングを介する細胞自律的な温度適応機構の解明

2021 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 21K05391
• 研究機関: 京都薬科大学
• 研究代表者: 長尾 耕治郎 京都薬科大学, 薬学部, 准教授 (40587325)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 温度 / 脂質 / 脂肪酸不飽和化酵素

研究実績の概要

温度は生体分子の分子運動、構造、反応性を支配する根源的な物理量であり、細胞内外の温度変化は細胞増殖や物質代謝、情報伝達など幅広い細胞機能に影響を与える。このため、温度変化を感知し、その変化へと適応することが細胞機能を維持するために重要である。生体膜を構成するリン脂質は温度変化の影響を最も強く受ける生体分子の一つである。温度が低下するとリン脂質の分子運動が低下するため、生体膜は密に充填された流動性の低い状態へと変化する。しかし、細胞はリン脂質の脂肪酸鎖における不飽和脂肪酸（二重結合を含む脂肪酸）の割合を増加させることで、生体膜の流動性を高め、低温環境でも生体膜の物性と機能を維持することが出来る。このため、脂肪酸に二重結合を導入する脂肪酸不飽和化酵素は温度適応において重要な酵素であると考えられている。しかし、その分子機構については不明な点が多く残されていた。本研究により、低温曝露時に脂肪酸不飽和化酵素はミトコンドリアにおける不飽和脂肪酸含有リン脂質を増加させることで、クリステ構造の再編を伴うF1Fo-ATPaseの多量体形成の制御を介して、ミトコンドリアにおける熱産生を細胞自律的に活性化することが明らかになった。

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

膜脂質のリモデリングを介する新たな温度調節機構を明らかにした。

今後の研究の推進方策

脂肪酸不飽和化酵素の遺伝子発現制御、翻訳後修飾、細胞内局在制御へ温度変化が与える影響を評価することにより、細胞が脂肪酸不飽和化酵素を介してどのようにして温度変化へと応答するのかを明らかにする。

次年度使用額が生じた理由

これまでの研究により、温度変化への応答におけるミトコンドリアの重要性が示された。このため、2021年度はミトコンドリア以外のオルガネラでの解析よりもミトコンドリアでの解析を優先した。このため、繰り越した予算を用いて、2022年度にミトコンドリア以外での解析を進める予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Cell-autonomous control of intracellular temperature by unsaturation of phospholipid acyl chains (2022)
  • 著者名/発表者名: Akira M, Nagao K, Sakaguchi R, Kida K, Hara Y, Mori Y, Okabe K, Harada Y, Umeda M
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 38 ページ: 110487
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2022.110487
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Extreme deformability of insect cell membranes is governed by phospholipid scrambling (2021)
  • 著者名/発表者名: Shiomi A, Nagao K, Yokota N, Tsuchiya M, Kato U, Juni N, Hara Y, Mori MX, Mori Y, Ui-Tei K, Murate M, Kobayashi T, Nishino Y, Miyazawa A, Yamamoto A, Suzuki R, Kaufmann S, Tanaka M, Tatsumi K, Nakabe K, Shintaku H, Yesylevsky S, Bogdanov M, Umeda M
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 35 ページ: 109219
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2021.109219
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 脂肪酸不飽和化酵素に依存した細胞内温度の制御機構 (2021)
  • 著者名/発表者名: 長尾 耕治郎, 村上 光, 梅田 眞郷
  • 学会等名: 日本膜学会第43年会