Elucidation of the integrated cellular network for mitochondrial biogenesis

线粒体生物发生的整合细胞网络的阐明

• 批准号: 15H05705
• 负责人: ENDO Toshiya
• 金额: $ 290.62万
• 依托单位: Kyoto Sangyo University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Specially Promoted Research
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015 至 2021
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15H05705/
• 关键词: ミトコンドリア; TOM複合体; SAM複合体; タンパク質輸送; 脂質輸送; コンタクトサイト; ERMES; Msp1; GETシステム; オルガネラ; 生体膜; クライオ電子顕微鏡; TIM23複合体; Tom40; Upsタンパク質

本研究では, サイトゾルからミトコンドリアへのタンパク質の輸送, および膜間の脂質の輸送を中心に, ミトコンドリアが細胞内でいかに作られるかという根源的問題の分子機構を統合的に理解することをめざしてきた。タンパク質の交通については, ミトコンドリア外膜で小分子やタンパク質の通り道を提供するバレル型構造の膜タンパク質(βバレル型膜タンパク質)の構造形成と外膜への挿入を担う, 必須トランスロケータ, SAM複合体の構造情報取得をめざした。そして、SAM複合体の、構成サブユニット(タンパク質)が異なる二つの複合体について、高分解能立体構造を決定することに成功した(Natureに発表)。得られた構造に基づき, SAM複合体がプレイスホルダーとしての構成タンパク質(Sam50とMdm10)および基質のβバレルタンパク質を入れ替えながら、基質のバレル構造形成を促し、外膜に組み込む新規の仕組み(βバレルスイッチモデル)を明らかにすることができた。細菌の外膜にも進化的に近い組み込み装置(BAM複合体)があるが、それとは組込みの仕組みがかなり異なることもわかった。βバレル型膜タンパク質の構造形成と膜への組込みという、膜タンパク質生合成に関する基本原理の理解を大きく進める、インパクトのある結果となった。ミトコンドリア外膜でタンパク質の品質管理に関わるAAAタンパク質のMsp1について, Msp1はミトコンドリアに誤配送されたテイルアンカー(TA)膜タンパク質を外膜から引き抜いてERに送り, ERで分解するか, 配送のやり直しをするかが決まることを見出していた。今回さらに, これまで用いていたモデルタンパク質だけでなく, 本来ERに存在するFrt1でもミトコンドリアに誤配送されると, Msp1によるミトコンドリアからERへの再配送が起こることを見出した。細胞内リン脂質輸送を解析する新しい実験系の構築を行い, 脂肪滴やペルオキシソームからミトコンドリアへのリン脂質輸送経路があることを見出した。またSplit-GFPを用いたオルガネラ間コンタクトサイトの可視化技術を改良し, オルガネラ間コンタクトサイトの動態を定量的に解析できる実験系の構築を行った。この実験系を駆使することで, 様々な細胞ストレスによって複数のオルガネラコンタクトサイトが動的に変化することを見出した。さらにミトコンドリア内で合成される2量体リン脂質, カルジオリピン合成の初期ステップに関与する酵素Tam41の立体構造を解明し, Tam41が脂質二重膜に部分的に埋まり, ホスファチジン酸をCDP-ジアシルグリセロールに変換する分子機構を明らかにした。

This research is conducted at the Center for Transport of Lipids Between Membranes, The molecular structure of the root of the problem is the molecular structure of the intracellular structure and the understanding of the integration.については, Mitsubishi outer membrane and small molecule やタンパク性の通り道を provide するバレル type structure The structure of the membrane membrane (β-lar type membrane membrane) is formed by inserting the outer membrane into the membrane, It is necessary to acquire トランスロケータ and SAM complex structural information.そして, SAM complex, サブユニット(タンパクquality) がisoなる二つの complexについて, high resolution energy three-dimensional structure をdetermine することにsuccessful した(Natureに発List). Get the structure of the structure and the basis of it, SAM complex がプレイスホルダーとしての constitutes タンパク性(Sam50とMdm10) および matrix のβバレルタンパク性を入れ　えながら, matrix のバレルstructural formation をpromote し, adventitia に group み込む新码のShizumi (βバレルスイッチモデル)を明らかにすることができた. The outer membrane of bacteria has evolved and the device (BAM complex) of the close group has evolved.るが、それとは组込みの士组みがかなり同なることもわかった. β バレル type membrane タンパク性のstructural formation と membrane への组込みという, membrane タンパク性生合The understanding of the basic principles of Chengに关するを大きく入める、インパクトのあるRESULTSとなった.ミトコンドリアOuter film quality control quality control quality control AAA quality control Msp1 quality control, Msp1はミトコンドリアにMisdeliveryされたテイルアンカー(TA) film タンパクquality をOuter film からinducing きいてERに发り, ER is broken down, and delivery is done straight away. This time I'm going to use it, I'm going to use it again, Originally, ER existed and FRT1 was shipped by mistake, Msp1によるミトコンドリアからERへのRe-deliveryが开こることを见出した. Analysis of intracellular lipid transport and the construction of a new system, Fat droplet やペルオキシソームからミトコンドリアへのリンlipid delivery経路があることを见出した.またSplit-GFP was improved using いたオルガネラ马コンタクトサイトのvisualization technology,オルガネラ间コンタクトサイトのdynamicをquantitativeにanalyticできる実験systemのconstructを行った.この実験组を駆使することで,様々なcellストレスによってpluralのオルガネラコンタクトサイトが的に変化することを见出した.さらにミトコンドリアでSynthesized される2-volume リン lipid, The initial stage of the synthesis of カルジオリピンのステップに关 and the three-dimensional structure of the enzyme Tam41 are revealed, and the burying of the lipid double membrane part of Tam41 is revealed.ホスファチジン acid をCDP-ジアシルグリセロールに変change するmolecule structure を明らかにした.

项目成果

Cytosolic Hsp70 and Hsp40 chaperones enable the biogenesis of mitochondrial β-barrel proteins.

• DOI: 10.1083/jcb.201712029
• 发表时间: 2018-09-03
• 期刊: The Journal of cell biology
• 作者: Jores T;Lawatscheck J;Beke V;Franz-Wachtel M;Yunoki K;Fitzgerald JC;Macek B;Endo T;Kalbacher H;Buchner J;Rapaport D
• 通讯作者: Rapaport D

The mitochondrial inner membrane protein LETM1 modulates cristae organization through its LETM domain

• DOI: 10.1038/s42003-020-0832-5
• 发表时间: 2020-03
• 期刊: Communications Biology
• 影响因子: 5.9
• 作者: Seiko Nakamura;Aiko Matsui;Shiori Akabane;Y. Tamura;Azumi Hatano;Yuriko Miyano;H. Omote;M. Kajikawa;K. Maenaka;Y. Moriyama;T. Endo;T. Oka

Nonvesicular Phospholipid transort via mitochondria

通过线粒体的非囊泡磷脂转运

• 发表时间: 2016
• 作者: 古田詩唯奈;小島理恵子;田村康;遠藤斗志也;Ueda M;Yasushi Tamura
• 通讯作者: Yasushi Tamura

Inactivation of cardiolipin synthase triggers changes in mitochondrial morphology

• DOI: 10.1002/1873-3468.12948
• 发表时间: 2018-01-01
• 期刊: FEBS LETTERS
• 影响因子: 3.5
• 作者: Matsumura, Ayaka;Higuchi, Jun;Oka, Toshihiko
• 通讯作者: Oka, Toshihiko

ミトコンドリア外膜トランスロケータTOM複合体の構造・機能研究

线粒体外膜易位蛋白TOM复合物的结构和功能研究

• 发表时间: 2018
• 作者: 荒磯裕平;包明久;松本俊介;柚木芳;吉川雅英;遠藤斗志也
• 通讯作者: 遠藤斗志也