膜融合のin vitro再構成によるミトコンドリア外膜融合機構の解明

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細胞内のエネルギー生産工場として機能するミトコンドリアは、融合・分裂によりその形態を制御する動的な細胞小器官である。融合・分裂は形態のみならず、ミトコンドリアの多彩な機能の制御に必須の現象であるが、融合・分裂に中心的な役割を持つGTP加水分解タンパク質（GTPase）がどのように機能するのか？その詳細については不明な点が多く残されている。これまでに精製タンパク質と、人工脂質二重膜小胞（リポソーム）を用いた膜融合反応の試験内再構成により、ミトコンドリア内膜融合の分子機構解明に努めてきた。本研究では哺乳動物のミトコンドリア外膜融合GTPase mitofusin(Mfn)の膜融合における膜結合・膜融合の駆動力、分子機構を明らかにするために、詳細解析を行っている。令和4年度は、令和3年度に確立したMfn2による膜融合の試験管内再構成を使い、膜融合反応の詳細解析を行った。まず膜融合におけるGTP加水分解の寄与を解析した。Mfn2による膜融合は、GTPを加えた時にのみ観察され、GDP及びGTP非加水分解アナログを加えた時には観察されなかった。培養細胞や単離ミトコンドリアを用いた先行研究と同様に、Mfn2による膜融合は、GTP加水分解に依存することを示した。またミトコンドリア内膜融合GTPase OPA1とは異なり、融合する両側の膜にMfn2が含まれる場合に、有意な膜融合が観察された。続いて、膜融合反応における脂質膜組成の解析を行った。Mfn2はミトコンドリア以外にも、小胞体に局在し、ミトコンドリアと小胞体の繋留に機能することが報告されている。小胞体膜をモデルとしたリポソームに、Mfn2を挿入したところ、GTP存在下でも膜融合の著しい低下が観察された。これらの結果から、Mfn2による膜融合は、GTP加水分解及び、脂質膜の脂質組成に依存することが分かった。