細胞内温度センシングとエネルギー代謝制御機構の解明

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Integrative understanding of biological phenomena with temperature as a key theme
• Project/Area Number: 15H05930
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 梅田 真郷 京都大学, 工学研究科, 教授 (10185069)
• Project Period (FY): 2015-06-29 – 2020-03-31
• Keywords: 生理学 / 体温調節 / 脂質 / エネルギー代謝 / 昆虫

Outline of Annual Research Achievements

温度は、生命活動の源となるエネルギー産生を担う生化学反応に最も強く影響を及ぼす要因の一つであり、生物は環境温の変動に呼応して個体のエネルギー代謝を変化させる多様な仕組みを獲得して来ている。同様の機構は様々な動物細胞においても認められ、環境温が低下してもミトコンドリアのエネルギー代謝レベルを一定に保つ代償機構が働くことが明らかにされている。しかし、個々の細胞がどのようにして細胞内の温度を感知し、ミトコンドリアのエネルギー代謝レベルを変化させるのか、その分子機構は依然不明である。
脂肪酸不飽和化酵素は、環境温の変動に敏感に応答してその発現が変化し、脂質分子の脂肪酸鎖に二重結合を挿入することにより細胞膜の流動性や物性を一定に保ち、恒流動性応答において中心的な役割を担う分子である。申請者らは、動物のエネルギー代謝と体温調節行動を結ぶ分子経路を明らかにする過程で、ショウジョウバエにおけるΔ9脂肪酸不飽和化酵素DESAT1がミトコンドリアのエネルギー代謝制御さらには個体の体温調節行動にも深く関わることを見出した。本研究では、DESAT1の発現・エネルギー代謝制御機構を詳細に解析することにより、細胞内の温度センシングとエネルギー代謝を連関する分子機構の解明を目指す。
本年度は、ショウジョウバエ細胞におけるDESAT1の発現制御機構に着目して解析を進めた。その結果、DESAT1タンパク質の発現量の制御が脂質二重膜の流動性に応答したタンパク質分解機構により行われていることが明らかとなった。また、温度変化に応答した細胞内Ca2+濃度変化がシグナルとなり、DESAT1の発現制御がなされていることが示された。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

温度変動に呼応したDESAT1の発現制御にタンパク質分解機構が関与することが明らかとなった。さらに、DESAT1分解が細胞内Ca2+濃度変化がシグナルとなることを見出し、タンパク質分解に関与するプロテザーゼを特定する糸口が得られた。

Strategy for Future Research Activity

細胞内温度センシングとDESAT1発現制御に関わる分子群を検索する目的で、まず内在性のDESAT1遺伝子の破壊細胞株を樹立する。同破壊株にレポーターとなるDESAT1タンパク質あるいはDESAT1プロモーター領域を導入した細胞株を樹立し、細胞の低温・高温曝露ならびにミトコンドリア脱共役剤処理等により局所的に温度変動を誘導した際のDESAT1タンパク質及び遺伝子発現を制御する分子群を、全遺伝子を網羅したRNA干渉ライブラリーのスクリーニングにより同定する。特に、DESAT1の遺伝子発現誘導に関与するプロテアソーム経路、転写制御経路、細胞内温度センサーとして働くと想定される小胞体に着目して、DESAT1の発現制御に関わる細胞内温度センサーを特定し、核-細胞質間の分子輸送・転写制御機構の詳細な解析により温度センサーとDESAT1の発現制御を結ぶ分子経路を特定する。

Research Products

• [Journal Article] Evaluation of aegerolysins as novel tools to detect and visualize ceramide phosphoethanolamine, a major sphingolipid in invertebrates. (2015)
  • Author(s): Bhat, H. B., Ishitsuka, R., Inaba, T., Murate, M., Abe, M., Makino, A., Kohyama-Koganeya, A., Nagao, K., Kurahashi, A., Kishimoto, T., Tahara, M., Yamano, A., Nagamune, K., Hirabayashi, Y., Juni, N., Umeda, M., Fujimori, F., Nishibori, K., Yamaji-Hasegawa, A., Greimel, P., Kobayashi, T.
  • Journal Title: FASEB.J. Volume: 29 Pages: 3920-3934
  • DOI: 10.1096/fj.15-272112
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 膜脂質ダイナミクスを介する細胞機能の制御機構 (2016)
  • Author(s): 梅田真郷
  • Organizer: 日本膜学会「第38年会」
  • Place of Presentation: 早稲田大学(東京）
  • Year and Date: 2016-05-10
  • Invited
• [Presentation] 質を介するエネルギー代謝と温度調節行動の制御機構 (2016)
  • Author(s): 梅田真郷
  • Organizer: 第93回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター(札幌）
  • Year and Date: 2016-03-24
  • Invited
• [Presentation] 生体膜脂質と温度感受性システム (2016)
  • Author(s): 梅田真郷
  • Organizer: 第36回白金シンポジウム
  • Place of Presentation: 北里大学薬学部(東京）
  • Year and Date: 2016-02-27
  • Invited
• [Presentation] 生体膜におけるリン脂質分子の運動と機能 (2015)
  • Author(s): 梅田真郷
  • Organizer: 第53回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 金沢大学(金沢）
  • Year and Date: 2015-09-13
  • Invited
• [Presentation] 呼吸とエネルギー代謝：昆虫の秘密から学ぶ (2015)
  • Author(s): 梅田真郷
  • Organizer: 第19回酵素ダイナミクス研究会
  • Place of Presentation: 東京女子医科大学(東京）
  • Year and Date: 2015-09-12
  • Invited
• [Presentation] symmetric transbilayer distribution of membrane phospholipids is disrupted by constitutive activation of phospholipid scramblase in insect cells. (2015)
  • Author(s): Masato Umeda
  • Organizer: Lipids, Molecular & Cellular Biology of Gordon Research Conference
  • Place of Presentation: Waterville Valley（USA）
  • Year and Date: 2015-07-26
  • Int'l Joint Research