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2023 年度 実施状況報告書

エンド-リソソームシステムによるGタンパク質共役型受容体の分解・再利用機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 22K06133
研究機関東京理科大学

研究代表者

十島 二朗  東京理科大学, 先進工学部生命システム工学科, 教授 (00333831)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
キーワードGPCR / エンドサイトーシス / リサイクリング / ゴルジ体 / エンドソーム
研究実績の概要

細胞膜上の受容体はリガンドの結合により活性化されると、エンドサイトーシスにより細胞内へと取り込まれる。その後、取り込まれた受容体は不活性化され、リソソームで分解、もしくはリサイクル経路により細胞膜へ運ばれ再利用される。Gタンパク質共役受容体(GPCR)も、同様にエンドサイトーシスにより不活性化されるが、その基本的な分子機構には不明な点が多い。本研究は、以前に単離することに成功したGPCRのエンドサイトーシス機構に異常のある出芽酵母変異体について、責任遺伝子がコードするタンパク質の機能解析により、GPCRのエンドサイトーシスの諸過程を制御する分子機構を解明することを目的とする。特に、GPCRの分解・リサイクルの基本的な分子機構を解明し、それを新しいGPCR作用薬開発の基盤とすることを目的とする。これらの目的について、昨年度は、①GPCRがクラスリン小胞に取り込まれる分子機構、②GPCRのクラスリン小胞から初期エンドソームへの輸送機構、③GPCRの初期エンドソームでのリサイクリング機構、④GPCRの初期-後期エンドソームへ輸送におけるRabタンパクの機能解析、の4つの課題について研究を実施した。この中で、①については細胞膜の主要構成成分の一つであるホスファチジルイノシトールリン酸(PI(4)P, PI(4,5)P2)がエンドサイトーシスされたGPCRの細胞膜へのリサイクリングに重要な役割を果たしていることを明らかにした。②③については、GPCRが初期エンドソームから分解経路に輸送される過程におけるアクチン骨格、融合タンパク質の役割を明らかにした。さらに、④についてはGPCRがエンドサイトーシスされる際に、ポストゴルジ体輸送経路を介して低分子量Gタンパク質Rab5を活性化される分子機構ことを明らかにした。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

研究計画にあげた4つの課題について、①については、ホスファチジルイノシトールリン酸(PI(4)P, PI(4,5)P2)を特異的に標識する蛍光マーカーを用いて、野生型細胞および変異体について調べた。この結果、GPCRの輸送に異常が見られる幾つかの変異体でPI(4)Pの局在、もしくは産生量が変化していることを見出した。また、PI4キナーゼ変異体では初期エンドソームの成熟過程に異常があることを明らかにした。この研究成果については、昨年欧文雑誌JCS誌に発表している。②については、細胞内に取り込まれたクラスリン小胞のアクチン骨格を介した輸送機構について解析を進めた。ペルオキシソームにアクチン重合促進因子を異所的に発現させることにより、本来形成されない場所でのアクチンフィラメントの形成を誘導した結果、興味深いことにペルオキシソーム部位でのエンドサイトーシス小胞の集積を引き起こすことができることを明らかにした。③については、GPCRのリサイクリング経路を特異的に標識することができる蛍光マーカーの作製に成功した。この新規蛍光マーカーを用いて、ゴルジ体内の特定領域がリサイクリング経路の制御において重要なはたらきをしていることを明らかにした。さらに、④については、GPCRが初期エンドソームから分解経路へと輸送される過程における、Rab5の活性化機構を明らかにした。特に、ゴルジ体からエンドソームへの輸送小胞のアダプター分子が重要な役割を果たしており、アダプタータンパク質のEnt3, Ent5やAP1複合体が小胞へのRab5の活性化因子(GEF)であるVps9pのリクルートが重要であることを明らかにした。この成果についてはJCS誌に発表している。

今後の研究の推進方策

①GPCRがクラスリン小胞に取り込まれる分子機構については細胞膜およびゴルジ体膜におけるPI(4)Pの機能をさらに詳しく解析する。具体的には、細胞膜のPI(4)P産生を抑制した際の、GPCRのクラスリン小胞への取り込みへの影響を解析する。②GPCRのクラスリン小胞から初期エンドソームへの輸送機構については高速超解像蛍光顕微鏡を用いて、クラスリン小胞がエンドソームに輸送される過程について詳細に解析する。また、アクチン骨格形成に異常のある変異体について、小胞過程への影響を調べる。さらに、小胞融合に関わる係留タンパク質、SNAREタンパク質の変異体についても同様に調べ、クラスリン小胞-エンドソーム間の輸送・融合に必要な因子を同定する。③GPCRの初期エンドソームでのリサイクリング機構については、エンドソームの酸性化がRab6、GARP複合体、レトロマー複合体などの機能にどのような影響を与えるかについて解析する。④GPCRの初期-後期エンドソームへ輸送におけるRabタンパクの機能解析については、Rab5との物理的、遺伝学的相互作用について解析し、GPCRが初期エンドソームから分解・再利用経路へと輸送される機構を明らかにする。

  • 研究成果

    (21件)

すべて 2023

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (19件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Distinct role of TGN-resident clathrin adaptors for Vps21p activation in the TGN?endosome trafficking pathway2023

    • 著者名/発表者名
      Nagano Makoto、Aoshima Kaito、Shimamura Hiroki、Siekhaus Daria Elisabeth、Toshima Junko Y.、Toshima Jiro
    • 雑誌名

      Journal of Cell Science

      巻: 136 ページ: -

    • DOI

      10.1242/jcs.261448

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] The yeast endocytic early/sorting compartment exists as an independent sub-compartment within the trans-Golgi network2023

    • 著者名/発表者名
      Toshima Junko Y、Tsukahara Ayana、Nagano Makoto、Tojima Takuro、Siekhaus Daria E、Nakano Akihiko、Toshima Jiro
    • 雑誌名

      eLife

      巻: 12 ページ: -

    • DOI

      10.7554/eLife.84850

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 出芽酵母におけるエンドサイトーシス経路のイメージング解析2023

    • 著者名/発表者名
      十島二朗, 十島純子
    • 学会等名
      第24回酵母合同シンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] エンドサイトーシス経路における初期TGN区画による積荷選別とRab5局在区画の形成機構2023

    • 著者名/発表者名
      十島二朗, 長野真, 戸島拓郎, 中野明彦, 十島純子
    • 学会等名
      第75回日本細胞生物学会
    • 招待講演
  • [学会発表] N結合型糖鎖による酵母Rab5ホモログVps21活性化機構の解明2023

    • 著者名/発表者名
      島村洋輝, 大森唯史, 長野真, 十島純子, 十島二朗
    • 学会等名
      第46回日本分子生物学会年会
  • [学会発表] 出芽酵母を用いたヒトケモカインCCL2Bの活性化およびエンドサイトーシスの解析2023

    • 著者名/発表者名
      江川友季子, 小出万柚, 島村洋輝, 長野真, 十島純子, 十島二朗
    • 学会等名
      第46回日本分子生物学会年会
  • [学会発表] エンドサイトーシス経路と分泌経路による膜小胞輸送の関係性2023

    • 著者名/発表者名
      近藤聡香, 額賀滉矢, 島村洋輝, 長野真, 十島純子, 十島二朗
    • 学会等名
      第46回日本分子生物学会年会
  • [学会発表] 塩基性両親媒性薬剤のエンドサイトーシス経路に与える影響の解析2023

    • 著者名/発表者名
      鈴木大智, 嶋夏槻, 山田啓史, 野﨑龍, 島村洋輝, 長野真, 十島純子, 十島二朗
    • 学会等名
      第46回日本分子生物学会年会
  • [学会発表] 酵母Eps15ホモログPan1pによるエンドサイトーシス中後期過程の制御機構の解析2023

    • 著者名/発表者名
      錦織礼実, 宮野慶子, 吉田奈央, 長野真, 十島純子, 十島二朗
    • 学会等名
      第46回日本分子生物学会年会
  • [学会発表] 出芽酵母におけるエンドサイトーシスの初期/選別区画形成の分子機構の解明2023

    • 著者名/発表者名
      土田渚紗, 額賀滉矢, 島村洋輝, 長野真, 十島純子, 十島二朗
    • 学会等名
      第46回日本分子生物学会年会
  • [学会発表] N結合型糖鎖による酵母Rab5ホモログVps21活性化機構の解明2023

    • 著者名/発表者名
      島村洋輝, 大森唯史, 長野真, 十島純子, 十島二朗
    • 学会等名
      第96回日本生化学会大会
  • [学会発表] ヒトケモカインCCL2の発現精製と出芽酵母を用いた活性測定法の開発2023

    • 著者名/発表者名
      江川友季子, 小出万柚, 三浦悠一郎, 長野真, 十島純子, 十島二朗
    • 学会等名
      第96回日本生化学会大会
  • [学会発表] 酵母Eps15ホモログPan1pとEpsinホモログEnt1p/2pによるアクチンを介したクラスリン被覆小胞の輸送機構2023

    • 著者名/発表者名
      錦織礼実, 宮野慶子, 吉田奈央, 長野真, 十島純子, 十島二朗
    • 学会等名
      第96回日本生化学会大会
  • [学会発表] エンドサイトーシス経路の変異による分泌経路へ与える影響の解析2023

    • 著者名/発表者名
      近藤聡香, 額賀滉矢, 島村洋輝, 長野真, 十島純子, 十島二朗
    • 学会等名
      第96回日本生化学会大会
  • [学会発表] 出芽酵母におけるエンドサイトーシスの初期/選別区画の形成機構の解明2023

    • 著者名/発表者名
      土田渚紗, 額賀滉矢, 島村洋輝, 長野真, 十島純子, 十島二朗
    • 学会等名
      第96回日本生化学会大会
  • [学会発表] アンカーアウェイ法を用いたCOPI/COPII小胞輸送の阻害によるエンドサイトーシスへの影響の解析2023

    • 著者名/発表者名
      村田奈菜子,島村洋輝, 長野真, 十島純子, 十島二朗
    • 学会等名
      第96回日本生化学会大会
  • [学会発表] ポストゴルジ輸送を介した酵母Rab5ホモログVps21p活性化機構の解明2023

    • 著者名/発表者名
      島村洋輝, 大森唯史, 長野真, 十島純子, 十島二朗:
    • 学会等名
      第75回日本日本細胞生物学会年会
  • [学会発表] ゴルジ体PI4キナーゼPik1p, Frq1pによるポストゴルジ体輸送経路を介したエンドサイトーシス経路の制御2023

    • 著者名/発表者名
      栗原里璃子, 福田駿介, 青嶋海斗, 長野真, 十島純子, 十島二朗
    • 学会等名
      第75回日本日本細胞生物学会年会
  • [学会発表] 出芽酵母におけるRhoファミリータンパク質とBni1pによるアクチンケーブルの形成機構の解明2023

    • 著者名/発表者名
      工藤伽那子, 新貝創, 石川百花, 長野真, 十島純子, 十島二朗
    • 学会等名
      第75回日本日本細胞生物学会年会
  • [学会発表] ポストゴルジ輸送を介した酵母Rab5ホモログVps21p活性化機構の解明2023

    • 著者名/発表者名
      高橋渚, 長野真, 島村洋輝, 十島純子, 十島二朗
    • 学会等名
      第75回日本日本細胞生物学会年会
  • [学会発表] 出芽酵母ホスファチジルセリンフリッパーゼによるリサイクリング経路の制御機構の解析2023

    • 著者名/発表者名
      落合憧由美, 伊藤卓馬, 島村洋輝, 長野真, 十島純子, 十島二朗
    • 学会等名
      第75回日本日本細胞生物学会年会

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公開日: 2024-12-25  

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