2019 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Toward an integrative understanding of functional zones in organelles |
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| Project/Area Number |
17H06419
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
森 和俊 京都大学, 理学研究科, 教授 (70182194)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
尾野 雅哉 国立研究開発法人国立がん研究センター, 研究所, 研究員 (00270900)
西頭 英起 宮崎大学, 医学部, 教授 (00332627)
片桐 豊雅 徳島大学, 先端酵素学研究所(プロテオ), 教授 (60291895)
名黒 功 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 准教授 (80401222)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2022-03-31
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| Keywords | オルガネラ・ゾーン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
［森］ATF6の選別輸送ゾーンについては、ATF6が一般分泌タンパク質とは別の経路でゴルジ体へ運ばれる様子を超解像ライブイメージングにより可視化した。また、ATF6の活性化に必要な因子のゲノムワイドsiRNAスクリーニングを行い(名黒との共同研究)、複数のヒット遺伝子を得た。タンパク質分解ゾーンについては、メダカ組織のプロテオーム解析により、SEL1L欠損により発現が上昇する分子を同定した(尾野との共同研究)。さらに、糖タンパク質分解を制御するEDEM2のマンノシダーゼ活性を生化学的に検出することに成功した(清水班矢木との領域内共同研究)。
［片桐］ゴルジ体小胞体間シャトルによるIRE1活性化機構の解明研究において、昨年度樹立した内在性IRE1糖鎖修飾特異的認識抗体を用いて、小胞体ストレス時における糖鎖修飾IRE1の経時的なゴルジ体集積を確認した。また、糖鎖修飾IRE1のゴルジ体―小胞体シャトルゾーンの解明のために、分泌タンパク質LGAL3BPに着目し、尾野との共同研究にてゴルジ体局在糖転移酵素によるLGAL3BPのオートクライン制御を通じた乳がん細胞増殖機構を明らかにした(Int J Oncol, 2020)。
［西頭］ミトコンドリア-小胞体連携ゾーン研究において、尾野、清水（領域代表）との共同研究により、褐色脂肪細胞における小胞体ストレスセンサーPERKを介したミトコンドリア機能制御の分子メカニズムを明らかに発表した（Life Sci. Alliance, 2020）。具体的には、細胞分化依存的にミトコンドリア-小胞体接触領域が増大し、β3アドレナリン受容体刺激的な熱産生に重要な役割を担うことを証明した。小胞体分解ゾーン研究では、ERpQCに必須な分子Derlinの結合分子としてトランスロコン構成因子Sec61βを同定し、その役割を明らかにした（投稿準備中）。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
［森］ATF6の細胞内輸送を超解像ライブイメージングにより可視化する系を確立できたことで、ATF6選別輸送ゾーンの存在を示すデータが蓄積しつつある。また、ATF6の活性化に必要な因子の候補を複数同定できており、ATF6選別輸送ゾーンの形成や制御の分子機構解明に向けた解析も順調に進んでいる。タンパク質分解ゾーンについては、HRD1とgp78のシングルノックアウト細胞およびダブルノックアウト細胞の樹立を完了し、各分解ゾーンの形成や基質分解への影響を解析している。また、数十nmオーダーの分解能を有するSTORM観察の最適化を行なっている。
［片桐］小胞体品質管理に関わる選別輸送ゾーンの研究では、糖鎖修飾IREIの小胞体―ゴルジ体間輸送関連分子同定のために、IRE1ノックアウト乳がん細胞を樹立後に、IRE1-HAタグを恒常的に発現する乳がん細胞を樹立し、IRE1-HAの小胞体局在を確認した。また、昨年度樹立した内在性IRE1糖鎖修飾特異的認識抗体を用いて、各タイプの乳がん由来組織における糖鎖修飾IRE1の発現確認を行い、現在、多数症例における発現と臨床病理学的所見との相関解析を進めている。
［西頭］ミトコンドリア-小胞体連携ゾーン研究においては、PERKのミトコンドリアストレス依存的リン酸化の細胞内局在を可視化することに成功している。また、PERKリン酸化酵素の同定に取り組んでおり、PERK結合分子の中から数個のキナーゼに絞り込んだところである。小胞体分解ゾーン研究では、ERpQCにおいてトランスロコン構成因子Sec61βがストレス時にmRNA量を制御することと、Sec61β欠損により細胞質内にストレス顆粒が惹起されることを見出しており、現在はその詳細なメカニズムとSec61βがmRNAを制御する細胞内局在の可視化を試みている。
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| Strategy for Future Research Activity |
［森］ATF6の選別輸送ゾーンについては、siRNAスクリーニングで得られたヒット遺伝子のノックダウン効果を確かめ、ATF6との相互作用の有無、一般タンパク質輸送への寄与、遺伝子破壊細胞の表現型などを調べ、ヒット遺伝子がコードするタンパク質の機能を明らかにする。タンパク質分解ゾーンについては、各ゾーン特異的な分解基質の同定をプロテオーム解析(尾野との共同研究)により進めるとともに、STORMを用いた超解像観察により、各ゾーン構成分子の局在パターンの違いについて詳細に明らかにする。
［片桐］小胞体品質管理に関わる選別輸送ゾーンの研究では、糖鎖修飾された分泌タンパク質LGAL3BPと糖鎖修飾されたUPRセンサーIRE1のゴルジ体―小胞体選別輸送ゾーンの違いを可視化する。また、糖鎖修飾IREIの小胞体―ゴルジ体間輸送関連分子について、ショットガンプロテオーム（尾野との共同研究）およびゲノムワイドRNAiスクリーニング（名黒との共同研究）により同定し、その分子との相互作用および小胞体―ゴルジ体間シャトルの可視化を目指す。さらに、IRE1糖鎖修飾部位変異体ノックイン細胞の樹立から、IRE1糖鎖修飾のGRP78シャペロン活性および局在変化への影響について検討する。
［西頭］ミトコンドリア-小胞体連携ゾーン研究では、PERKをミトコンドリアストレスによってリン酸化するキナーゼの活性化メカニズムと、下流へシグナルを伝達する応答ゾーンの可視化を目指す。さらに、名黒とのイメージングアナライザーを用いた共同研究により、褐色脂肪細胞においてゾーン形成に必要な分子の同定を目指す。小胞体分解ゾーン研究では、ERpQCがmRNAを制御する分子メカニズムを生化学的に解明し、その分子機構の細胞内局在をERADとの比較において明らかにする。
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Research Products
(29 results)
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[Journal Article] ER-resident sensor PERK is essential for mitochondrial thermogenesis in brown adipose tissue.2020
Author(s)
Kato H, Okabe K, Miyake M, Hattori K, Fukaya T, Tanimoto K, Beini S, Mizuguchi M, Torii S, Arakawa S, Ono M, Saito Y, Sugiyama T, Funatsu T, Sato K, Shimizu S, Oyadomari S, Ichijo H, Kadowaki H, Nishitoh H
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Journal Title
Life Sci. Alliance
Volume: 3
Pages: e201900576
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] ASK1 promotes uterine inflammation leading to pathological preterm birth.2020
Author(s)
Yoshikawa, M., Iriyama, T., Suzuki, K., Sayama, S., Tsuruga, T., Kumasawa, K., Nagamatsu, T., Homma, K., Naguro, I., Osuga, Y., Ichijo, H. and Fujii, T.
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Journal Title
Sci. Rep.,
Volume: 10
Pages: 1887
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Genome-wide siRNA screening reveals that DCAF4-mediated ubiquitination of optineurin stimulates autophagic degradation of Cu/Zn superoxide dismutase.2020
Author(s)
Homma, K., Takahashi, H., Tsuburaya, N., Naguro, I., Fujisawa, T. and Ichijo, H.
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Journal Title
J. Biol. Chem.
Volume: 295
Pages: 3148-3158
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Identification of two novel breast cancer loci through large-scale genome-wide association study in the Japanese population.2019
Author(s)
Low SK, Chin YM, Ito H, Matsuo K, Tanikawa C, Matsuda K, Saito H, Sakurai-Yageta M, Nakaya N, Shimizu A, Nishizuka SS, Yamaji T, Sawada N, Iwasaki M, Tsugane S, Takezaki T, Suzuki S, Naito M, Wakai K, Kamatani Y, Momozawa Y, Murakami Y, Inazawa J, Nakamura Y, Kubo M, Katagiri T, Miki Y.
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Journal Title
Sci Rep.
Volume: 9
Pages: 17332
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Trans-omics Impact of Thymoproteasome in Cortical Thymic Epithelial Cells.2019
Author(s)
Ohigashi I, Tanaka Y, Kondo K, Fujimori S, Kondo H, Palin AC, Hoffmann V, Kozai M, Matsushita Y, Uda S, Motosugi R, Hamazaki J, Kubota H, Murata S, Tanaka K, Katagiri T, Kosako H, Takahama Y.
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Journal Title
Cell Rep.
Volume: 26
Pages: 2901-2916
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] NOX1-Dependent mTORC1 Activation via S100A9 Oxidation in Cancer Stem-like Cells Leads to Colon Cancer Progression.2019
Author(s)
Ohata, H., D. Shiokawa, Y. Obata, A. Sato, H. Sakai, M. Fukami, W. Hara, H. Taniguchi, M. Ono, H. Nakagama and K. Okamoto
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Journal Title
Cell Rep
Volume: 28
Pages: 1282-1295
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Upregulation of IGF2R evades lysosomal dysfunction-induced apoptosis of cervical cancer cells via transport of cathepsins.2019
Author(s)
Takeda, T., M. Komatsu, F. Chiwaki, R. Komatsuzaki, K. Nakamura, K. Tsuji, Y. Kobayashi, E. Tominaga, M. Ono, K. Banno, D. Aoki and H. Sasaki
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Journal Title
Cell death & disease
Volume: 10
Pages: 876
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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