2021 Fiscal Year Annual Research Report
Uncovering the secrets of lipid-transporting ABC proteins
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18H05269
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
植田 和光 京都大学, 高等研究院, 特定教授 (10151789)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
木村 泰久 京都大学, 農学研究科, 准教授 (10415143)
笠井 倫志 岐阜大学, 糖鎖生命コア研究所, 特任准教授 (20447949)
古寺 哲幸 金沢大学, ナノ生命科学研究所, 教授 (30584635)
中津 亨 和歌山県立医科大学, 薬学部, 教授 (50293949)
木下 政人 京都大学, 農学研究科, 准教授 (60263125)
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| Project Period (FY) |
2018-06-11 – 2023-03-31
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| Keywords | ABC蛋白質 / ABCA1 / コレステロール / 細胞内輸送 / Aster / 細胞膜ー小胞体コンタクトサイト |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ABCA1は細胞中の過剰なコレステロールをHDLとして排出するだけでなく、細胞膜中のコレステロールを脂質二重層内層から外層へ輸送（フロップ）し、細胞膜内層のコレステロール濃度を低く保っていることを私たちはすでに報告した。しかし、細胞膜コレステロールの不均一な配向に関しては議論が分かれているだけでなく、その生理的意味は不明な点がいまだ多く残されている。本年度は、ER膜に存在するコレステロール輸送体であるAster-AとABCA1の協調的な働きを解析することで、ABCA1のコレステロールフロップ活性の生理的意味を明らかにすることを目指した。
まず、GFP-Aster-A安定発現HeLa細胞を樹立し、細胞膜内層のコレステロールが増加した際のGFP-Aster-AのPM-ER contact siteへのリクルートを顕微鏡観察によって評価した。その結果、GFP-Aster-A安定発現HeLa細胞にMβCD-コレステロール複合体を用いてコレステロールを添加すると、GFP-Aster-AがPM-ER contact siteに迅速にリクルートされる様子が観察された。また、細胞膜外層においてコレステロールに富む膜ドメイン（ラフト）を形成しているスフィンゴミエリンをスフィンゴミエリナーゼ(SMase)処理によって分解した際にも同様の現象が観察された。しかし、 ABCA1を一過的に発現させるとSMase処理をしてもGFP-Aster-AがPM-ER contact siteにリクルートされなくなった。また、ABCA1と同様にコレステロールフロップ活性をもつABCG1を一過的に発現させた細胞においてもSMase処理によるGFP-Aster-Aのリクルートが抑制された。これらの結果は、ABCA1が細胞膜中でコレステロールをフロップすることによってAster-Aによる細胞膜からERへのコレステロール輸送を調節しており、ACBA1とAster-Aが協調的に働くことによって、細胞膜のコレステロール濃度変化を小胞体がモニターすることを可能にしていることを示している。（現在revise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
ABCA1はいわゆる善玉コレステロールとして知られるHDL産生に必須なトランスポーターとして見つかり、血中のHDL量と動脈硬化のリスクが逆相関することから、HDLの量や質が生理的に重要であると言われてきた。しかし、ABCA1の異常は炎症、免疫、糖尿病、癌などの病理学的な悪影響だけでなく、細胞増殖や移動などにも影響を与えることが報告され、HDL産生とこれらの現象がどのように関係するのか不明であった。本年度の研究から、ABCA1の生理的役割がHDL産生だけでなく、細胞内コレステロール恒常性の鍵を握っており、その異常が分化シグナルや増殖シグナルなどの破綻を引き起こす可能性がわかってきた。本研究は、コレステロールの生理的役割を根本から見直す必要を示唆しており、細胞生物学だけでなく、医学分野など多方面に影響を与える可能性がある。さらに、クライオEM解析によって、ABCA1の構造解析が進展し、ABCA1によるHDL産生メカニズムを構造に基づいて議論できる可能性が出てきた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の研究では、ACBA1とAster-Aが協調的な働きをスフィンゴミエリナーゼ添加など非生理的な処理を用いて解析したが、令和４年度はさらにLDLコレステロール添加など生理的な処理条件で検討し、ACBA1とAster-Aが協調的な働きの重要性を明らかにする。また、これまでにABCA1がHDL産生時に二量体化することを報告したが、その生理的意味を明らかにするとともに、構造に基づいてABCA1の作用メカニズムを議論することによって、ABCA1のコレステロール恒常性維持における生理的役割の全体像を明らかにする。
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