ミトコンドリアの密集・分散が自身の活性に及ぼす影響

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25440065
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 太田 善浩 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10223843)
• 研究分担者: 高橋 卓也 立命館大学, 生命科学部, 教授 (70262102)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: ミトコンドリア / ATP合成 / 活性酸素種 / 密集

研究実績の概要

ミトコンドリアは、エネルギー産生や細胞死に関わる機能を持つ細胞内器官であり、適切な制御が必要とされている。細胞内では移動・変形をしており、その分布や形態は不均一であり、また、活性も不均一であることが知られている。そこで本研究では、「ミトコンドリアの密集は、形成される電気化学的プロトン勾配を大きくするため、ATP合成の効率化と活性酸素種の発生抑制につながる」という仮説を立て、その検証を目的とする。膜器官が自ら作り出したイオン勾配を利用して行う活動は、ミトコンドリアに限らず他の細胞内器官やバクテリアから多細胞生物の細胞に至るまで広範囲に行われており、本研究の成果には多くの方面への波及効果が期待できる。
本研究の結果、以下のことが分かった。１）計算機シミュレーションにより、ミトコンドリアは密集すると、ミトコンドリア周囲の水素イオン濃度が高まりやすい、２）実際に計測すると、トコンドリアにより1個当たりのATP合成速度が増加し、活性酸素種の発生量が抑制される、３）密集したミトコンドリアでは、内部の水素イオン濃度が低下しやすい、４）細胞膜を穏やかに壊してミトコンドリアを取り出すと、損傷を受けていないミトコンドリアを取り出すことができる。
よって本研究の成果は次の2点となる。１）ミトコンドリアは密集することで、くみ上げた水素イオンを効率的に利用し、ATP合成の効率化と活性酸素発生の低下を実現する、２）無傷の単離ミトコンドリア用いると、1ミトコンドリア内のATP濃度増大など、従来の単離ミトコンドリアでが計測できなかった現象が計測できる。

研究成果

• [雑誌論文] ダメージの少ないミトコンドリア 単離法 (2016)
  • 著者名/発表者名: 柴田貴弘，山下紗季，加藤 薫，太田善浩
  • 雑誌名: 生物物理 巻: 56 ページ: 112－115
  • DOI: 10.2142/biophys.56.112
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Partial Contribution of Mitochondrial Permeability Transition to t-Butyl Hydroperoxide-induced Cell Death (2016)
  • 著者名/発表者名: Shi X, Osaki H, Matsunomoto Y, Fujita C, Shinohe D, Ashida N, Choi H, Ohta Y.
  • 雑誌名: Biochemistry and Biophysics Reports 巻: to be assigned ページ: to be assigned
  • DOI: 10.1016/j.bbrep.2016.05.005
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Analysis of mitochondrial mechanical dynamics using a confocal fluorescence microscope with a bent optical fibre (2015)
  • 著者名/発表者名: Li Y, Honda S, Iwami K, Ohta Y, Umeda N.
  • 雑誌名: Journal of Microscopy 巻: 260 ページ: 140-151
  • DOI: 10.1111/jmi.12277
  • 査読あり
• [雑誌論文] Isolation of mitochondria by gentle cell membrane disruption, and their subsequent characterization (2015)
  • 著者名/発表者名: Shibata T, Yamashita S, Hirusaki K, Katoh K, Ohta Y.
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun. 巻: 463 ページ: 563-568
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2015.05.095
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Significant correlation between refractive index and activity of mitochondria: single mitochondrion study (2015)
  • 著者名/発表者名: Haseda K, Kanematsu K, Noguchi K, Saito H, Umeda N, Ohta Y.
  • 雑誌名: Biomed Opt Express 巻: 6 ページ: 859-869
  • DOI: 10.1364/BOE.6.000859
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] 細胞の非突起領域におけるミトコンドリア移動の画像解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 杉本 雄生、太田 善浩
  • 学会等名: 日本生物物理学会関東支部会 第５回2015年度支部会
  • 発表場所: 桐生地域地場産業振興センター(群馬県桐生市）
  • 年月日: 2016-03-10 – 2016-03-11
• [学会発表] ミトコンドリアの密集が活性に及ぼす影響の単一ミトコンドリア計測 (2016)
  • 著者名/発表者名: 矢野口 聡、太田 善浩
  • 学会等名: 日本生物物理学会関東支部会 第５回2015年度支部会
  • 発表場所: 桐生地域地場産業振興センター(群馬県桐生市）
  • 年月日: 2016-03-10 – 2016-03-11
• [学会発表] 単離ミトコンドリアによる H2O2発生の計測 (2016)
  • 著者名/発表者名: 倉岡 遊正、小野島 匠、太田 善浩
  • 学会等名: 日本生物物理学会関東支部会 第５回2015年度支部会
  • 発表場所: 桐生地域地場産業振興センター(群馬県桐生市）
  • 年月日: 2016-03-10 – 2016-03-11
• [学会発表] 穏やかな細胞膜損傷により単離したミトコンドリアの特性評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 柴田 貴弘 , 山下 紗季 , 加藤 薫 , 太田 善浩
  • 学会等名: 第88回日本生化学会大会
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [学会発表] 隠宅となミトコンドリアは単離できるか？ (2015)
  • 著者名/発表者名: 柴田 貴弘 , 山下 紗季 , 加藤 薫 , 太田 善浩
  • 学会等名: 第15回日本ミトコンドリア学会年会
  • 発表場所: 福井県国際交流会館（福井県福井市）
  • 年月日: 2015-11-19 – 2015-11-20
• [学会発表] 超解像光学顕微鏡観察によるミトコンドリア単離法の検討 (2015)
  • 著者名/発表者名: 柴田 貴弘、山下 紗季、加藤 薫、太田 善浩
  • 学会等名: 日本バイオイメージング学会第２４回学術集会
  • 発表場所: 東京理科大学 葛飾キャンパス（東京都葛飾区）
  • 年月日: 2015-09-26 – 2015-09-28
• [学会発表] Single mitochondrion imaging of ATP concentration changes in the matrix. (2015)
  • 著者名/発表者名: Yamashita S, Shibata T, Hirusaki K, Katoh K, Ohta Y.
  • 学会等名: 第５３回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 金沢大学・角間キャンパス（石川県金沢市）
  • 年月日: 2015-09-13 – 2015-09-15
• [学会発表] Super-resolution Imaging of Isolated Mitochondria with Structured Illumination Microscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: Shibata T, Yamashita S, Hirusaki K, Katoh K, Ohta Y.
  • 学会等名: 第５３回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 金沢大学・角間キャンパス（石川県金沢市）
  • 年月日: 2015-09-13 – 2015-09-15
• [備考] 東京農工大学・大学院工学府生命工学専攻・太田研究室
  • URL: http://web.tuat.ac.jp/~ohta/index.html