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

基本信息

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

项目摘要

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。

这项研究旨在提供对细胞内如何产生线粒体的基本问题的分子机制的综合理解，重点是蛋白质从细胞质到线粒体的转运以及膜之间的脂质。关于蛋白质的传输，我们旨在获取SAM复合体的结构信息，SAM综合体是一种基本的转运剂，该信息负责结构形成和插入枪管形膜蛋白（β-桶形膜蛋白），该膜蛋白（β-桶形膜蛋白）提供了小分子和蛋白质通过线粒体外膜和插入外膜的传递。然后，它成功地确定具有不同组成亚基（蛋白质）（自然发表）的SAM复合物的高分辨率三维结构。基于获得的结构，我们能够阐明一种新的机制（β-桶开关模型），其中SAM复合物作为占位符替代组成蛋白（SAM50和MDM10）作为占位符，以及底物的β-桶蛋白，从而促进了底物的桶形结构并将其融合到外膜骨架中。细菌的外膜也具有进化的嵌入装置（BAM复合物），但还发现整合机制与之完全不同。这是一个有影响力的结果，它极大地促进了人们对膜蛋白生物合成的基本原理的理解，例如结构性β-桶型膜蛋白的形成及其整合到膜中。关于MSP1，在线粒体外膜中涉及蛋白质质量控制的AAA蛋白，MSP1发现是否决定是否提取是否提取尾锚（TA）膜蛋白，这些膜蛋白已被误导至线粒体从外膜中误导到线粒体，并将其发送给ER，并将其发送给ER和Re do re the Er-ecompons of the eR或ReDesign或ReDesign。此外，我们发现，不仅迄今为止使用的模型蛋白使用，而且最初存在于ER中的FRT1被错误地传递到线粒体上，从而导致MSP1从线粒体重新递送到ER。我们已经构建了一个新的实验系统来分析细胞内磷脂转运，发现从脂质液滴和过氧化物酶体到线粒体有一条途径。此外，我们使用拆分GFP改进了实用GFP的可视化技术，并构建了一个实验系统，该系统允许对跨加工队间接触位点的动力学进行定量分析。通过充分利用该实验系统，我们发现由于各种细胞应力，多个细胞器接触位点动态改变了。 Furthermore, we clarified the three-dimensional structure of Tam41, which is involved in the initial step in the synthesis of cardiolipin, a dimeric phospholipid synthesized in mitochondria, and revealed the molecular mechanism by which Tam41 is partially buried in the lipid bilayer and converts phosphatidic acid to CDP-diacylglycerol.