| 研究課題/領域番号 |
22K05430
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
田村 茂彦 九州大学, 基幹教育院, 教授 (90236753)
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| 研究分担者 |
藤木 幸夫 兵庫県立大学, 理学研究科, 特任教授 (70261237)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| キーワード | ペルオキシソーム / 酸化ストレス / リン酸化 |
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| 研究実績の概要 |
本課題研究は細胞内小器官の一つであるペルオキシソームをモデルオルガネラとし、膜を隔てたタンパク質輸送とその機能制御システムの全容を分子レベルで明らかにすること、さらにはその機能制御不全により引き起こされる障害の分子メカニズム解明を目的としている。これまでに我々は細胞分裂期特異的に、そして過酸化水素などの酸化ストレスにさらされることで、ペルオキシソーム膜透過輸送装置の主要な構成因子であるPex14がリン酸化され、抑制的な制御機構により主にカタラーゼ輸送能が低下することを報告している。この時BAKの活性化およびペルオキシソームへの移行によりペルオキシソーム内のカタラーゼが排出される可能性も見出している。さらに、遺伝性の聴覚障害を有する患者の病因遺伝子変異がPex26の点変異置換に起因し、この患者由来の線維芽細胞では見かけ上のペルオキシソーム形成は正常であるが新たに翻訳されたマトリックスタンパク質の輸送効率は低下していることを報告している。つまりこの症例では、細胞環境の変化に応答した量的・質的な代謝亢進の必要性に対して正常に対応できず、抗酸化作用を有するプラスマローゲンを含む代謝産物の供給が不十分なため、まず聴覚に関連した細胞が障害を受けることを推測した。一方、ミトコンドリアにおける酸化ストレス障害の増加がBAKの活性化を誘導し老人性難聴を発症させることが他の研究グループによっても報告されている。つまり、本研究ではBAKの活性化によるカタラーゼなどの酵素の排出によってペルオキシソーム代謝能の低下が引き起こされ、聴覚障害の病因となる可能性を考えた。
これらの知見をもとに本研究では、過度な酸化ストレスにさらされた状態では上記の酸化ストレス耐性戦略が優先され、本来のペルオキシソーム代謝が抑制されることで後天的に神経系の細胞に障害が生じるという新たな可能性を考えて研究を展開している。
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| 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
R4年度は、上記の概要にて述べたようなペルオキシソームマトリックスタンパク質の輸送抑制だけでなく、既に内腔へ輸送されたタンパク質を積極的にペルオキシソーム外へ排出・再配置するシステムについて解析を行うとともに、BAKの作用メカニズム解明のための実験系構築を目的として研究を行った。
まず、カタラーゼ再配置において酸化ストレスへの応答性が高い細胞の選択を行った。その結果、過酸化水素およびパラコートの両者に対してマトリックスタンパク質の再配置が顕著に観察されたのはヒト骨肉腫由来のU2OS細胞であり、マウス脳由来のグリア前駆細胞であるOS3細胞でも弱いながらも応答が観察された。一方、HeLa細胞ではパラコートに対してのみ排出・再配置が観察されたが、他の細胞種では顕著な応答は観察されなかった。この細胞内局在変化は細胞分画とウェスタンブロッティングによる生化学的な解析からも示すことができている。細胞によってそれぞれ応答性に違いが見られることは非常に興味深いが、今後はU2OS細胞を主な研究対象として進めることとした。
また、Pex13が欠損することでPex14がミトコンドリアに誤局在している欠損症患者由来の細胞ではPex13の機能を回復させるとPex14の局在がペルオキシソームへ回復してくること、そして密度勾配遠心およびセミインタクト細胞を用いた解析からミトコンドリアとペルオキシソーム間の物質輸送を仲介する膜小胞の存在を示唆することができた。この実験系を用いることで、BAKをミトコンドリアからペルオキシソームへ移行させるための、新たなオルガネラ間ネットワークの同定につながると考えている。上記２通りの研究アプローチにより、マトリックスタンパク質を排出・再配置するメカニズム解明に向けた実験系構築の分子基盤を得るに至り計画通りに課題研究を進めることができている。
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| 今後の研究の推進方策 |
R5年度はこれまでに得られた研究成果をさらに発展させるため、U2OS細胞における酸化ストレス応答とペルオキシソームマトリックスタンパク質の排出・再配置の分子メカニズム解明を目指す。この時、U2OS細胞だけでなく神経系での応答を検証するためにマウス脳由来のグリア前駆細胞であるOS3細胞をグリア細胞に分化誘導した後の酸化ストレス応答を解析する。さらに、酸化ストレスに応答してペルオキシソーム代謝機能が実際に抑制されることを生化学的に検証する必要があり、BAKに依存したマトリックスタンパク質の再配置メカニズム解明とともに解析を進める。また、マウス個体レベルでの解析として、コンディショナルKOマウスを用いた実験系を再び立ち上げ、後天的なペルオキシソーム代謝障害がもたらす神経系、特に聴神経への影響を詳細に解析することでさらに発展させるべく研究を進める。
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