2024/03/29 更新

写真b

オカ トシヒコ
岡 敏彦
OKA Toshihiko
*大学が定期的に情報更新している項目(その他は、researchmapの登録情報を転載)
所属*
理学部 生命理学科
理学研究科 生命理学専攻 博士課程後期課程
理学研究科 生命理学専攻 博士課程前期課程
職名*
教授
学位
博士(理学) ( 東京大学 )
研究テーマ*
  • 細胞小器官(オルガネラ)はそれぞれ固有の機能と形態をもっている。オルガネラの機能は細胞の生存にとって必須だが、オルガネラの形態は細胞やオルガネラの機能にとってどのような役割があるのか?この命題を、細胞内のエネルギー産生の場であるミトコンドリアに着目し、分子生物学や生化学的手法を用いて、その膜形態の形成と制御機構を理解することで、オルガネラ形態の生理的意義の解明をめざしている。

  • 学内職務経歴*
    • 2012年4月 - 現在 
      理学部   生命理学科   教授
    • 2012年4月 - 現在 
      理学研究科   生命理学専攻 博士課程前期課程   教授
    • 2012年4月 - 現在 
      理学研究科   生命理学専攻 博士課程後期課程   教授
     

    研究分野

    • ライフサイエンス / 細胞生物学

    経歴

    • 2012年4月 - 現在 
      立教大学   理学研究科 生命理学専攻博士課程前期課程   教授

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    • 2012年4月 - 現在 
      立教大学   理学研究科 生命理学専攻博士課程後期課程   教授

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    • 2012年4月 - 現在 
      立教大学   理学部 生命理学科   教授

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    学歴

    • 1991年4月 - 1994年3月 
      東京大学   理学系研究科   植物学専攻

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      国名: 日本国

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    • 1989年4月 - 1991年3月 
      東京大学   理学系研究科   植物学専攻

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      国名: 日本国

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    • 1985年4月 - 1989年3月 
      九州大学   理学部   生物学科

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      国名: 日本国

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    論文

    • Neuronal MML-1/MXL-2 regulates systemic aging via glutamate transporter and cell nonautonomous autophagic and peroxidase activity

      Tatsuya Shioda, Ittetsu Takahashi, Kensuke Ikenaka, Naonobu Fujita, Tomotake Kanki, Toshihiko Oka, Hideki Mochizuki, Adam Antebi, Tamotsu Yoshimori, Shuhei Nakamura

      Proceedings of the National Academy of Sciences120 ( 39 )   2023年9月18日

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      掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Proceedings of the National Academy of Sciences  

      Accumulating evidence has demonstrated the presence of intertissue-communication regulating systemic aging, but the underlying molecular network has not been fully explored. We and others previously showed that two basic helix–loop–helix transcription factors, MML-1 and HLH-30, are required for lifespan extension in several longevity paradigms, including germlineless Caenorhabditis elegans . However, it is unknown what tissues these factors target to promote longevity. Here, using tissue-specific knockdown experiments, we found that MML-1 and its heterodimer partners MXL-2 and HLH-30 act primarily in neurons to extend longevity in germlineless animals. Interestingly, however, the downstream cascades of MML-1 in neurons were distinct from those of HLH-30. Neuronal RNA interference (RNAi)-based transcriptome analysis revealed that the glutamate transporter GLT-5 is a downstream target of MML-1 but not HLH-30. Furthermore, the MML-1-GTL-5 axis in neurons is critical to prevent an age-dependent collapse of proteostasis and increased oxidative stress through autophagy and peroxidase MLT-7, respectively, in long-lived animals. Collectively, our study revealed that systemic aging is regulated by a molecular network involving neuronal MML-1 function in both neural and peripheral tissues.

      DOI: 10.1073/pnas.2221553120

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    • TIM23 facilitates PINK1 activation by safeguarding against OMA1-mediated degradation in damaged mitochondria 査読有り

      Shiori Akabane, Kiyona Watanabe, Hidetaka Kosako, Shun-ichi Yamashita, Kohei Nishino, Masahiro Kato, Shiori Sekine, Tomotake Kanki, Noriyuki Matsuda, Toshiya Endo, Toshihiko Oka

      Cell Reports   112454 - 112454   2023年5月

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      担当区分:責任著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

      DOI: 10.1016/j.celrep.2023.112454

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    • Localization of myoglobin in mitochondria: implication in regulation of mitochondrial respiration in rat skeletal muscle 査読有り 国際誌

      Rikuhide Koma, Tsubasa Shibaguchi, Claudia Pérez López, Toshihiko Oka, Thomas Jue, Hisashi Takakura, Kazumi Masuda

      Physiological Reports9 ( 5 ) e14769   2021年3月

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      記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Wiley  

      Mitochondria play a principal role in metabolism, and mitochondrial respiration is an important process for producing adenosine triphosphate. Recently, we showed the possibility that the muscle-specific protein myoglobin (Mb) interacts with mitochondrial complex IV to augment the respiration capacity in skeletal muscles. However, the precise mechanism for the Mb-mediated upregulation remains under debate. The aim of this study was to ascertain whether Mb is truly integrated into the mitochondria of skeletal muscle and to investigate the submitochondrial localization. Isolated mitochondria from rat gastrocnemius muscle were subjected to different proteinase K (PK) concentrations to digest proteins interacting with the outer membrane. Western blotting analysis revealed that the PK digested translocase of outer mitochondrial membrane 20 (Tom20), and the immunoreactivity of Tom20 decreased with the amount of PK used. However, the immunoreactivity of Mb with PK treatment was better preserved, indicating that Mb is integrated into the mitochondria of skeletal muscle. The mitochondrial protease protection assay experiments suggested that Mb localizes within the mitochondria in the inner membrane from the intermembrane space side. These results strongly suggest that Mb inside muscle mitochondria could be implicated in the regulation of mitochondrial respiration via complex IV.

      DOI: 10.14814/phy2.14769

      PubMed

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      その他リンク: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full-xml/10.14814/phy2.14769

    • The mitochondrial inner membrane protein LETM1 modulates cristae organization through its LETM domain 査読有り

      Seiko Nakamura, Aiko Matsui, Shiori Akabane, Yasushi Tamura, Azumi Hatano, Yuriko Miyano, Hiroshi Omote, Mizuho Kajikawa, Katsumi Maenaka, Yoshinori Moriyama, Toshiya Endo, Toshihiko Oka

      Communications Biology3 ( 1 )   2020年12月

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      担当区分:責任著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Springer Science and Business Media LLC  

      Abstract

      LETM1 is a mitochondrial inner membrane protein that is required for maintaining the mitochondrial morphology and cristae structures, and regulates mitochondrial ion homeostasis. Here we report a role of LETM1 in the organization of cristae structures. We identified four amino acid residues of human LETM1 that are crucial for complementation of the growth deficiency caused by gene deletion of a yeast LETM1 orthologue. Substituting amino acid residues with alanine disrupts the correct assembly of a protein complex containing LETM1 and prevents changes in the mitochondrial morphology induced by exogenous LETM1 expression. Moreover, the LETM1 protein changes the shapes of the membranes of in vitro-reconstituted proteoliposomes, leading to the formation of invaginated membrane structures on artificial liposomes. LETM1 mutant proteins with alanine substitutions fail to facilitate the formation of invaginated membrane structures, suggesting that LETM1 plays a fundamental role in the organization of mitochondrial membrane morphology.

      DOI: 10.1038/s42003-020-0832-5

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      その他リンク: http://www.nature.com/articles/s42003-020-0832-5

    • In vitro synthesis of the human calcium transporter Letm1 within cell-sized liposomes and investigation of its lipid dependency 査読有り

      Okamura, K, S. Matsushita, Y. Kato, H. Watanabe, A. Matsui, T. Oka, T. Matsuura

      J. Biosci. Bioeng.127 ( 5 ) 544 - 548   2019年5月

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      記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

      DOI: 10.1016/j.jbiosc.2018.11.003

      PubMed

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    • Concentration of mitochondrial DNA mutations by cytoplasmic transfer from platelets to cultured mouse cells. 査読有り

      Ishikawa, K, K. Kobayashi, A. Yamada, M. Umehara, T. Oka, K. Nakada

      PLOS ONE   2019年

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      記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

      DOI: 10.1371/journal.pone.0213283

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    • Inactivation of cardiolipin synthase triggers changes in mitochondrial morphology 査読有り

      Matsumura, A, Higuchi, J, Watanabe, Y, Kato, M, Aoki, K, Akabane, S, Endo, T, Oka, T

      FEBS Letters592 ( 2 ) 209 - 218   2018年1月1日

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      担当区分:責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Wiley Blackwell  

      Mitochondrial tubular structures are maintained by a balance between membrane fusion and fission that is regulated by various factors, including Drp1 and mitofusin/fzo-1. Here we report the role of cardiolipin (CL) synthase in the regulation of mitochondrial morphology. Knockdown of CL synthase induced mitochondrial elongation in nematode and human cells. Knockdown of both nematode cardiolipin synthase and drp-1 or fzo-1 suggested that knocking down CL synthase decreases mitochondrial division. Mass spectrometric analysis of human CL synthase-knocked down cells revealed a decreased amount of CL and an accumulation of phosphatidylglycerol, a CL precursor. Knockdown of other genes involved in CL synthesis did not influence mitochondrial morphology. Thus, mitochondrial elongation may result from the accumulation of phosphatidylglycerol rather than decreased CL.

      DOI: 10.1002/1873-3468.12948

      Scopus

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    • Structural insights into ubiquitin phosphorylation by PINK1 査読有り 国際誌

      Okatsu, K, Y. Sato, K. Yamano, N. Matsuda, L. Negishi, A. Takahashi, A. Yamagata, S. Goto-Ito, M. Mishima, Y. Ito, T. Oka, K. Tanaka, S. Fukai

      Sci. Rep.8 ( 1 ) 10382 - 10382   2018年

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      記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

      DOI: 10.1038/s41598-018-28656-8

      PubMed

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    • Molecular basis of selective mitochondrial fusion by heterotypic action between OPA1 and cardiolipin. 査読有り 国際誌

      Tadato Ban, Takaya Ishihara, Hiroto Kohno, Shotaro Saita, Ayaka Ichimura, Katsumi Maenaka, Toshihiko Oka, Katsuyoshi Mihara, Naotada Ishihara

      Nature cell biology19 ( 7 ) 856 - 863   2017年7月

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      記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

      Mitochondria are highly dynamic organelles that undergo frequent fusion and fission. Optic atrophy 1 (OPA1) is an essential GTPase protein for both mitochondrial inner membrane (IM) fusion and cristae morphology. Under mitochondria-stress conditions, membrane-anchored L-OPA1 is proteolytically cleaved to form peripheral S-OPA1, leading to the selection of damaged mitochondria for mitophagy. However, molecular details of the selective mitochondrial fusion are less well understood. Here, we showed that L-OPA1 and cardiolipin (CL) cooperate in heterotypic mitochondrial IM fusion. We reconstituted an in vitro membrane fusion reaction using purified human L-OPA1 protein expressed in silkworm, and found that L-OPA1 on one side of the membrane and CL on the other side are sufficient for fusion. GTP-independent membrane tethering through L-OPA1 and CL primes the subsequent GTP-hydrolysis-dependent fusion, which can be modulated by the presence of S-OPA1. These results unveil the most minimal intracellular membrane fusion machinery. In contrast, independent of CL, a homotypic trans-OPA1 interaction mediates membrane tethering, thereby supporting the cristae structure. Thus, multiple OPA1 functions are modulated by local CL conditions for regulation of mitochondrial morphology and quality control.

      DOI: 10.1038/ncb3560

      PubMed

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    • Constitutive Activation of PINK1 Protein Leads to Proteasome-mediated and Non-apoptotic Cell Death Independently of Mitochondrial Autophagy 査読有り

      Shiori Akabane, Kohei Matsuzaki, Shun-ichi Yamashita, Kana Arai, Kei Okatsu, Tomotake Kanki, Noriyuki Matsuda, Toshihiko Oka

      JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY291 ( 31 ) 16162 - 16174   2016年7月

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      担当区分:責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:AMER SOC BIOCHEMISTRY MOLECULAR BIOLOGY INC  

      Phosphatase and tensin homolog-induced putative kinase 1 (PINK1), a Ser/Thr kinase, and PARKIN, a ubiquitin ligase, are causal genes for autosomal recessive early-onset parkinsonism. Multiple lines of evidence indicate that PINK1 and PARKIN cooperatively control the quality of the mitochondrial population via selective degradation of damaged mitochondria by autophagy. Here, we report that PINK1 and PARKIN induce cell death with a 12-h delay after mitochondrial depolarization, which differs from the time profile of selective autophagy of mitochondria. This type of cell death exhibited definite morphologic features such as plasma membrane rupture, was insensitive to a pan-caspase inhibitor, and did not involve mitochondrial permeability transition. Expression of a constitutively active form of PINK1 caused cell death in the presence of a pan-caspase inhibitor, irrespective of the mitochondrial membrane potential. PINK1-mediated cell death depended on the activities of PARKIN and proteasomes, but it was not affected by disruption of the genes required for autophagy. Furthermore, fluorescence and electron microscopic analyses revealed that mitochondria were still retained in the dead cells, indicating that PINK1-mediated cell death is not caused by mitochondrial loss. Our findings suggest that PINK1 and PARKIN play critical roles in selective cell death in which damaged mitochondria are retained, independent of mitochondrial autophagy.

      DOI: 10.1074/jbc.M116.714923

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    • PKA Regulates PINK1 Stability and Parkin Recruitment to Damaged Mitochondria through Phosphorylation of MIC60 査読有り

      Shiori Akabane, Midori Uno, Naoki Tani, Shunta Shimazaki, Natsumi Ebara, Hiroki Kato, Hidetaka Kosako, Toshihiko Oka

      MOLECULAR CELL62 ( 3 ) 371 - 384   2016年5月

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      担当区分:責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:CELL PRESS  

      A mitochondrial kinase, PTEN-induced putative kinase 1 (PINK1), selectively recruits the ubiquitin ligase Parkin to damaged mitochondria, which modifies mitochondria by polyubiquitination, leading to mitochondrial autophagy. Here, we report that treatment with an adenylate cyclase agonist or expression of protein kinase A (PKA) impairs Parkin recruitment to damaged mitochondria and decreases PINK1 protein levels. We identified a mitochondrial membrane protein, MIC60 (also known as mitofilin), as a PKA substrate. Mutational and mass spectrometric analyses revealed that the Ser528 residue of MIC60 undergoes PKA-dependent phosphorylation. MIC60 transiently interacts with PINK1, and MIC60 downregulation leads to a reduction in PINK1 and mislocalization of Parkin. Phosphorylation-mimic mutants of MIC60 fail to restore the defect in Parkin recruitment in MIC60-knocked down cells, whereas a phosphorylation-deficient MIC60 mutant facilitates the mitochondrial localization of Parkin. Our findings indicate that PKA-mediated phosphorylation of MIC60 negatively regulates mitochondrial clearance that is initiated by PINK1 and Parkin.

      DOI: 10.1016/j.molcel.2016.03.037

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    • Unconventional PINK1 localization to the outer membrane of depolarized mitochondria drives Parkin recruitment 査読有り

      Kei Okatsu, Mayumi Kimura, Toshihiko Oka, Keiji Tanaka, Noriyuki Matsuda

      JOURNAL OF CELL SCIENCE128 ( 5 ) 964 - 978   2015年3月

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      記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:COMPANY OF BIOLOGISTS LTD  

      Dysfunction of PTEN-induced putative kinase 1 (PINK1), a Ser/Thr kinase with an N-terminal mitochondrial-targeting sequence (MTS), causes familial recessive parkinsonism. Reduction of the mitochondrial membrane potential limits MTS-mediated matrix import and promotes PINK1 accumulation on the outer mitochondrial membrane (OMM) of depolarized mitochondria. PINK1 then undergoes autophosphorylation and phosphorylates ubiquitin and Parkin, a cytosolic ubiquitin ligase, for clearance of damaged mitochondria. The molecular basis for PINK1 localization on the OMM of depolarized mitochondria rather than release to the cytosol is poorly understood. Here, we disentangle the PINK1 localization mechanism using deletion mutants and a newly established constitutively active PINK1 mutant. Disruption of the MTS through N-terminal insertion of aspartic acid residues results in OMM localization of PINK1 in energized mitochondria. Unexpectedly, the MTS and putative transmembrane domain (TMD) are dispensable for OMM localization, whereas mitochondrial translocase Tom40 (also known as TOMM40) and an alternative mitochondrial localization signal that resides between the MTS and TMD are required. PINK1 utilizes a mitochondrial localization mechanism that is distinct from that of conventional MTS proteins and that presumably functions in conjunction with the Tom complex in OMM localization when the conventional N-terminal MTS is inhibited.

      DOI: 10.1242/jcs.161000

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    • A dimeric pink1-containing complex on depolarized mitochondria stimulates parkin recruitment 査読有り

      Kei Okatsu, Midori Uno, Fumika Koyano, Etsu Go, Mayumi Kimura, Toshihiko Oka, Keiji Tanaka, Noriyuki Matsuda

      Journal of Biological Chemistry288 ( 51 ) 36372 - 36384   2013年12月20日

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      記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

      Parkinsonism typified by sporadic Parkinson disease is a prevalent neurodegenerative disease. Mutations in PINK1 (PTENinduced putative kinase 1), a mitochondrial Ser/Thr protein kinase, or PARKIN, a ubiquitin-protein ligase, cause familial parkinsonism. The accumulation and autophosphorylation of PINK1 on damaged mitochondria results in the recruitment of Parkin, which ultimately triggers quarantine and/or degradation of the damaged mitochondria by the proteasome and autophagy. However, the molecular mechanism of PINK1 in dissipation of the mitochondrial membrane potential (ΔΨm) has not been fully elucidated. Here we show by fluorescence-based techniques that the PINK1 complex formed following a decrease in ΔΨm is composed of two PINK1 molecules and is correlated with intermolecular phosphorylation of PINK1. Disruption of complex formation by the PINK1 S402A mutation weakened Parkin recruitment onto depolarized mitochondria. The most disease-relevant mutations of PINK1 inhibit the complex formation. Taken together, these results suggest that formation of the complex containing dyadic PINK1 is an important step for Parkin recruitment onto damaged mitochondria. © 2013 by The American Society for Biochemistry and Molecular Biology.

      DOI: 10.1074/jbc.M113.509653

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    • Fis1 acts as a mitochondrial recruitment factor for TBC1D15 that is involved in regulation of mitochondrial morphology. 査読有り 国際誌

      Kenta Onoue, Akihiro Jofuku, Reiko Ban-Ishihara, Takaya Ishihara, Maki Maeda, Takumi Koshiba, Takashi Itoh, Mitsunori Fukuda, Hidenori Otera, Toshihiko Oka, Hiroyoshi Takano, Noboru Mizushima, Katsuyoshi Mihara, Naotada Ishihara

      Journal of cell science126 ( Pt 1 ) 176 - 85   2013年1月1日

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      記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

      In yeast, C-tail-anchored mitochondrial outer membrane protein Fis1 recruits the mitochondrial-fission-regulating GTPase Dnm1 to mitochondrial fission sites. However, the function of its mammalian homologue remains enigmatic because it has been reported to be dispensable for the mitochondrial recruitment of Drp1, a mammalian homologue of Dnm1. We identified TBC1D15 as a Fis1-binding protein in HeLa cell extracts. Immunoprecipitation revealed that Fis1 efficiently interacts with TBC1D15 but not with Drp1. Bacterially expressed Fis1 and TBC1D15 formed a direct and stable complex. Exogenously expressed TBC1D15 localized mainly in cytoplasm in HeLa cells, but when coexpressed with Fis1 it localized to mitochondria. Knockdown of TBC1D15 induced highly developed mitochondrial network structures similar to the effect of Fis1 knockdown, suggesting that the TBC1D15 and Fis1 are associated with the regulation of mitochondrial morphology independently of Drp1. These data suggest that Fis1 acts as a mitochondrial receptor in the recruitment of mitochondrial morphology protein in mammalian cells.

      DOI: 10.1242/jcs.111211

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    • PINK1 autophosphorylation upon membrane potential dissipation is essential for Parkin recruitment to damaged mitochondria 査読有り

      Kei Okatsu, Toshihiko Oka, Masahiro Iguchi, Kenji Imamura, Hidetaka Kosako, Naoki Tani, Mayumi Kimura, Etsu Go, Fumika Koyano, Manabu Funayama, Kahori Shiba-Fukushima, Shigeto Sato, Hideaki Shimizu, Yuko Fukunaga, Hisaaki Taniguchi, Masaaki Komatsu, Nobutaka Hattori, Katsuyoshi Mihara, Keiji Tanaka, Noriyuki Matsuda

      NATURE COMMUNICATIONS3   2012年8月

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      記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:NATURE PUBLISHING GROUP  

      Dysfunction of PINK1, a mitochondrial Ser/Thr kinase, causes familial Parkinson's disease (PD). Recent studies have revealed that PINK1 is rapidly degraded in healthy mitochondria but accumulates on the membrane potential (Delta Psi m)-deficient mitochondria, where it recruits another familial PD gene product, Parkin, to ubiquitylate the damaged mitochondria. Despite extensive study, the mechanism underlying the homeostatic control of PINK1 remains unknown. Here we report that PINK1 is autophosphorylated following a decrease in Delta Psi mm and that most disease-relevant mutations hinder this event. Mass spectrometric and mutational analyses demonstrate that PINK1 autophosphorylation occurs at Ser228 and Ser402, residues that are structurally clustered together. Importantly, Ala mutation of these sites abolishes autophosphorylation of PINK1 and inhibits Parkin recruitment onto depolarized mitochondria, whereas Asp (phosphorylation-mimic) mutation promotes mitochondrial localization of Parkin even though autophosphorylation was still compromised. We propose that autophosphorylation of Ser228 and Ser402 in PINK1 is essential for efficient mitochondrial localization of Parkin.

      DOI: 10.1038/ncomms2016

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    • KLP6: a newly identified kinesin that regulates the morphology and transport of mitochondria in neuronal cells 査読有り

      Kousuke Tanaka, Yoshimi Sugiura, Ryohei Ichishita, Katsuyoshi Mihara, Toshihiko Oka

      JOURNAL OF CELL SCIENCE124 ( 14 ) 2457 - 2465   2011年7月

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      担当区分:責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:COMPANY OF BIOLOGISTS LTD  

      Mitochondria utilize diverse cytoskeleton-based mechanisms to control their functions and morphology. Here, we report a role for kinesin-like protein KLP6, a newly identified member of the kinesin family, in mitochondrial morphology and dynamics. An RNA interference screen using Caenorhabditis elegans led us to identify a C. elegans KLP-6 involved in maintaining mitochondrial morphology. We cloned a cDNA coding for a rat homolog of C. elegans KLP-6, which is an uncharacterized kinesin in vertebrates. A rat KLP6 mutant protein lacking the motor domain induced changes in mitochondrial morphology and significantly decreased mitochondrial motility in HeLa cells, but did not affect the morphology of other organelles. In addition, the KLP6 mutant inhibited transport of mitochondria during anterograde movement in differentiated neuro 2a cells. To date, two kinesins, KIF1B alpha and kinesin heavy chain (KHC; also known as KIF5) have been shown to be involved in the distribution of mitochondria in neurons. Expression of the kinesin heavy chain/KIF5 mutant prevented mitochondria from entering into neurites, whereas both the KLP6 and KIF1B alpha mutants decreased mitochondrial transport in axonal neurites. Furthermore, both KLP6 and KIF1B alpha bind to KBP, a KIF1-binding protein required for axonal outgrowth and mitochondrial distribution. Thus, KLP6 is a newly identified kinesin family member that regulates mitochondrial morphology and transport.

      DOI: 10.1242/jcs.086470

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    • Characterization of the mitochondrial protein LETM1, which maintains the mitochondrial tubular shapes and interacts with the AAA-ATPase BCS1L 査読有り

      Shoko Tamai, Hiroshi Iida, Sadaki Yokota, Tomoko Sayano, Shoko Kiguchiya, Naotada Ishihara, Jun-Ichi Hayashi, Katsuyoshi Mihara, Toshihiko Oka

      JOURNAL OF CELL SCIENCE121 ( 15 ) 2588 - 2600   2008年8月

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      担当区分:責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:COMPANY OF BIOLOGISTS LTD  

      LETM1 is located in the chromosomal region that is deleted in patients suffering Wolf-Hirschhorn syndrome; it encodes a homolog of the yeast protein Mdm38 that is involved in mitochondrial morphology. Here, we describe the LETM1-mediated regulation of the mitochondrial volume and its interaction with the mitochondrial AAA-ATPase BCS1L that is responsible for three different human disorders. LETM1 is a mitochondrial inner-membrane protein with a large domain extruding to the matrix. The LETM1 homolog LETM2 is a mitochondrial protein that is expressed preferentially in testis and sperm. LETM1 downregulation caused mitochondrial swelling and cristae disorganization, but seemed to have little effect on membrane fusion and fission. Formation of the respiratory-chain complex was impaired by LETM1 knockdown. Cells lacking mitochondrial DNA lost active respiratory chains but maintained mitochondrial tubular networks, indicating that mitochondrial swelling caused by LETM1 knockdown is not caused by the disassembly of the respiratory chains. LETM1 was co-precipitated with BCS1L and formation of the LETM1 complex depended on BCS1L levels, suggesting that BCS1L stimulates the assembly of the LETM1 complex. BCS1L knockdown caused disassembly of the respiratory chains as well as LETM1 downregulation and induced distinct changes in mitochondrial morphology.

      DOI: 10.1242/jcs.026625

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    • Identification of a novel protein MICS1 that is involved in maintenance of mitochondrial morphology and apoptotic release of cytochrome c 査読有り

      Toshihiko Oka, Tomoko Sayano, Shoko Tamai, Sadaki Yokota, Hiroki Kato, Gen Fujii, Katsuyoshi Mihara

      MOLECULAR BIOLOGY OF THE CELL19 ( 6 ) 2597 - 2608   2008年6月

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      担当区分:責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:AMER SOC CELL BIOLOGY  

      Mitochondrial morphology dynamically changes in a balance of membrane fusion and fission in response to the environment, cell cycle, and apoptotic stimuli. Here, we report that a novel mitochondrial protein, MICS1, is involved in mitochondrial morphology in specific cristae structures and the apoptotic release of cytochrome c from the mitochondria. MICS1 is an inner membrane protein with a cleavable presequence and multiple transmembrane segments and belongs to the Bi-1 super family. MICS1 down-regulation causes mitochondrial fragmentation and cristae disorganization and stimulates the release of proapoptotic proteins. Expression of the anti-apoptotic protein Bcl-XL does not prevent morphological changes of mitochondria caused by MICS1 down-regulation, indicating that MICS1 plays a role in maintaining mitochondrial morphology separately from the function in apoptotic pathways. MICS1 overproduction induces mitochondrial aggregation and partially inhibits cytochrome c release during apoptosis, regardless of the occurrence of Bax targeting. MICS1 is cross-linked to cytochrome c without disrupting membrane integrity. Thus, MICS1 facilitates the tight association of cytochrome c with the inner membrane. Furthermore, under low-serum condition, the delay in apoptotic release of cytochrome c correlates with MICS1 up-regulation without significant changes in mitochondrial morphology, suggesting that MICS1 individually functions in mitochondrial morphology and cytochrome c release.

      DOI: 10.1091/mbc.E07-12-1205

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    • An RNAi screen for mitochondrial proteins required to maintain the morphology of the organelle in Caenorhabditis elegans 査読有り

      Ryohei Ichishita, Kousuke Tanaka, Yoshimi Sugiura, Tomoko Sayano, Katsuyoshi Mihara, Toshihiko Oka

      JOURNAL OF BIOCHEMISTRY143 ( 4 ) 449 - 454   2008年4月

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      担当区分:責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:OXFORD UNIV PRESS  

      Mitochondria are dynamic organelles that frequently divide and fuse together, resulting in the formation of intracellular tubular networks. In yeast and mammals, several factors including Drp1/Dnm1 and Mfn/Fzo1 are known to regulate mitochondrial morphology by controlling membrane fission or fusion. Here, we report the systematic screening of Caenorhabditis elegans mitochondrial proteins required to maintain the morphology of the organelle using an RNA interference feeding library. In C. elegans body wall muscle cells, mitochondria usually formed tubular structures and were severely fragmented by the mutation in fzo-1 gene, indicating that the body wall muscle cells are suitable for monitoring changes in mitochondrial morphology due to gene silencing. Of 719 genes predicted to code for most of mitochondrial proteins, knockdown of >80% of them caused abnormal mitochondrial morphology, including fragmentation and elongation. These findings indicate that most fundamental mitochondrial functions, including metabolism and oxidative phosphorylation, are necessary for maintenance of the tubular networks as well as membrane fission and fusion. This is the first evidence that known mitochondrial activities are prerequisite for regulating the morphology of the organelle. Furthermore, 88 uncharacterized or poorly characterized genes were found in the screening to be implicated in mitochondrial morphology.

      DOI: 10.1093/jb/mvm245

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    • Mitotic Phosphorylation of Dynamin-related GTPase Drp1 Participates in Mitochondrial Fission 査読有り

      Naoko Taguchi, Naotada Ishihara, Akihiro Jofuku, Toshihiko Oka, Katsuyoshi Mihara

      Journal of Biological Chemistry282 ( 15 ) 11521 - 11529   2007年4月

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      掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

      DOI: 10.1074/jbc.m607279200

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    • Identification and Characterization of a New Tom40 Isoform, a Central Component of Mitochondrial Outer Membrane Translocase 査読有り

      J.-y. Kinoshita, K. Mihara, T. Oka

      Journal of Biochemistry141 ( 6 ) 897 - 906   2007年3月27日

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      担当区分:責任著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Oxford University Press (OUP)  

      DOI: 10.1093/jb/mvm097

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    • A novel insertion pathway of mitochondrial outer membrane proteins with multiple transmembrane segments 査読有り

      Otera H, Taira Y, Horie C, Suzuki Y, Suzuki H, Setoguchi K, Kato H, Oka T, Mihara K

      Journal of Cell Biology179 ( 7 ) 1355 - 1363   2007年

    • Identification of a novel protein that regulates mitochondrial fusion by modulating mitofusin (Mfn) protein function 査読有り

      Yuka Eura, Naotada Ishihara, Toshihiko Oka, Katsuyoshi Mihara

      Journal of Cell Science119 ( 23 ) 4913 - 4925   2006年12月1日

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      掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:The Company of Biologists  

      Mitofusin proteins 1 and 2 (Mfn1 and Mfn2, respectively) of the mammalian mitochondrial outer membrane are homologues of Drosophila FZO and yeast Fzo1, and both are essential for GTP-dependent mitochondrial fusion. We identified a 55-kDa Mfn-binding protein named MIB. It is a member of the medium-chain dehydrogenase/reductase protein superfamily, and has a conserved coenzyme-binding domain (CBD). The majority of MIB is localized in the cytoplasm but a small amount is associated with mitochondria. Exogenous expression of MIB in HeLa cells induced mitochondrial fragmentation, which was prevented by coexpression of Mfn1, suggesting a functional interaction of MIB with Mfn proteins; the GGVG sequence in the CBD of MIB is essential for its function. By contrast, MIB knockdown resulted in growth arrest of the cells, although apoptotic sensitivity was not affected by either its knockdown or its overexpression. Furthermore, MIB knockdown induced a large extension of mitochondrial network structures. By contrast, a double knockdown of MIB and Mfn1 resulted in mitochondrial fragmentation and reversal of the growth arrest, the morphology and growth phenotype induced by knockdown of Mfn1 alone, again suggesting that MIB modulates Mfn1 function. Together, these findings suggest that MIB is essential for cellular function by regulating mitochondrial membrane dynamics in cooperation with Mfn proteins.

      DOI: 10.1242/jcs.03253

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    • IntraGolgi distribution of the Conserved Oligomeric Golgi (COG) complex 査読有り

      Eliza Vasile, Toshihiko Oka, Maria Ericsson, Nobuhiro Nakamura, Monty Krieger

      Experimental Cell Research312 ( 16 ) 3132 - 3141   2006年10月

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      掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

      DOI: 10.1016/j.yexcr.2006.06.005

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    • Regulation of mitochondrial morphology through proteolytic cleavage of OPA1 査読有り

      Naotada Ishihara, Yuu Fujita, Toshihiko Oka, Katsuyoshi Mihara

      The EMBO Journal25 ( 13 ) 2966 - 2977   2006年7月12日

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      掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Wiley  

      DOI: 10.1038/sj.emboj.7601184

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    • Subunit Architecture of the Conserved Oligomeric Golgi Complex 査読有り

      Daniel Ungar, Toshihiko Oka, Eliza Vasile, Monty Krieger, Frederick M. Hughson

      Journal of Biological Chemistry280 ( 38 ) 32729 - 32735   2005年9月

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      掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

      DOI: 10.1074/jbc.m504590200

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    • Genetic Analysis of the Subunit Organization and Function of the Conserved Oligomeric Golgi (COG) Complex 査読有り

      Toshihiko Oka, Eliza Vasile, Marsha Penman, Carl D. Novina, Derek M. Dykxhoorn, Daniel Ungar, Frederick M. Hughson, Monty Krieger

      Journal of Biological Chemistry280 ( 38 ) 32736 - 32745   2005年9月

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      掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

      DOI: 10.1074/jbc.m505558200

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    • The COG and COPI Complexes Interact to Control the Abundance of GEARs, a Subset of Golgi Integral Membrane Proteins 査読有り

      Toshihiko Oka, Daniel Ungar, Frederick M. Hughson, Monty Krieger

      Molecular Biology of the Cell15 ( 5 ) 2423 - 2435   2004年5月

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      掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:American Society for Cell Biology (ASCB)  

      The conserved oligomeric Golgi (COG) complex is a soluble hetero-octamer associated with the cytoplasmic surface of the Golgi. Mammalian somatic cell mutants lacking the Cog1 (ldlB) or Cog2 (ldlC) subunits exhibit pleiotropic defects in Golgi-associated glycoprotein and glycolipid processing that suggest COG is involved in the localization, transport, and/or function of multiple Golgi processing proteins. We have identified a set of COG-sensitive, integral membrane Golgi proteins called GEARs (mannosidase II, GOS-28, GS15, GPP130, CASP, giantin, and golgin-84) whose abundances were reduced in the mutant cells and, in some cases, increased in COG-overexpressing cells. In the mutants, some GEARs were abnormally localized in the endoplasmic reticulum and were degraded by proteasomes. The distributions of the GEARs were altered by small interfering RNA depletion of ϵ-COP in wild-type cells under conditions in which COG-insensitive proteins were unaffected. Furthermore, synthetic phenotypes arose in mutants deficient in both ϵ-COP and either Cog1 or Cog2. COG and COPI may work in concert to ensure the proper retention or retrieval of a subset of proteins in the Golgi, and COG helps prevent the endoplasmic reticulum accumulation and degradation of some GEARs.

      DOI: 10.1091/mbc.e03-09-0699

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    • From Lysosomes to the Plasma Membrane 査読有り

      Takao Toyomura, Yoshiko Murata, Akitsugu Yamamoto, Toshihiko Oka, Ge-Hong Sun-Wada, Yoh Wada, Masamitsu Futai

      Journal of Biological Chemistry278 ( 24 ) 22023 - 22030   2003年6月

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      掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

      DOI: 10.1074/jbc.m302436200

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    • Characterization of a mammalian Golgi-localized protein complex, COG, that is required for normal Golgi morphology and function 査読有り

      Daniel Ungar, Toshihiko Oka, Elizabeth E. Brittle, Eliza Vasile, Vladimir V. Lupashin, Jon E. Chatterton, John E. Heuser, Monty Krieger, M. Gerard Waters

      Journal of Cell Biology157 ( 3 ) 405 - 415   2002年4月29日

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      掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Rockefeller University Press  

      Multiprotein complexes are key determinants of Golgi apparatus structure and its capacity for intracellular transport and glycoprotein modification. Three complexes that have previously been partially characterized include (a) the Golgi transport complex (GTC), identified in an in vitro membrane transport assay, (b) the ldlCp complex, identified in analyses of CHO cell mutants with defects in Golgi-associated glycosylation reactions, and (c) the mammalian Sec34 complex, identified by homology to yeast Sec34p, implicated in vesicular transport. We show that these three complexes are identical and rename them the conserved oligomeric Golgi (COG) complex. The COG complex comprises four previously characterized proteins (Cog1/ldlBp, Cog2/ldlCp, Cog3/Sec34, and Cog5/GTC-90), three homologues of yeast Sec34/35 complex subunits (Cog4, -6, and -8), and a previously unidentified Golgi-associated protein (Cog7). EM of ldlB and ldlC mutants established that COG is required for normal Golgi morphology. “Deep etch” EM of purified COG revealed an ∼37-nm-long structure comprised of two similarly sized globular domains connected by smaller extensions. Consideration of biochemical and genetic data for mammalian COG and its yeast homologue suggests a model for the subunit distribution within this complex, which plays critical roles in Golgi structure and function.

      DOI: 10.1083/jcb.200202016

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    • V-o and V-1 subunit isoforms of mouse vacuolar proton ATPase V1Vo 査読有り

      GH Sun-Wada, T Yoshimizu, Y Murata, T Oka, Y Wada, M Futai

      FASEB JOURNAL16 ( 4 ) A154 - A154   2002年3月

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      記述言語:英語   出版者・発行元:FEDERATION AMER SOC EXP BIOL  

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    • Structure and properties of isoforms of mouse vacuolar proton ATPase subunits

      GH Sun-Wada, T Yoshimizu, Y Murata, T Oka, Y Wada, M Futai

      MOLECULAR BIOLOGY OF THE CELL12   251A - 251A   2001年11月

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      記述言語:英語   出版者・発行元:AMER SOC CELL BIOLOGY  

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    • a4, a Unique Kidney-specific Isoform of Mouse Vacuolar H+-ATPase Subunit a 査読有り

      Toshihiko Oka, Yoshiko Murata, Miwako Namba, Takao Yoshimizu, Takao Toyomura, Akitsugu Yamamoto, Ge-Hong Sun-Wada, Naotaka Hamasaki, Yoh Wada, Masamitsu Futai

      Journal of Biological Chemistry276 ( 43 ) 40050 - 40054   2001年10月

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      掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

      DOI: 10.1074/jbc.m106488200

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    • Four Subunit a Isoforms ofCaenorhabditis elegans Vacuolar H+-ATPase 査読有り

      Toshihiko Oka, Takao Toyomura, Kenta Honjo, Yoh Wada, Masamitsu Futai

      Journal of Biological Chemistry276 ( 35 ) 33079 - 33085   2001年8月

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      掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

      DOI: 10.1074/jbc.m101652200

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    • Requirement of V-ATPase for Ovulation and Embryogenesis inCaenorhabditis elegans 査読有り

      Toshihiko Oka, Masamitsu Futai

      Journal of Biological Chemistry275 ( 38 ) 29556 - 29561   2000年9月

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      掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

      DOI: 10.1074/jbc.m002756200

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    • Upstream Regions Directing Heart-Specific Expression of the GATA6 Gene During Mouse Early Development 査読有り

      G.-H. Sun-Wada, S. Manabe, T. Yoshimizu, C. Yamaguchi, T. Oka, Y. Wada, M. Futai

      Journal of Biochemistry127 ( 4 ) 703 - 709   2000年4月1日

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      掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Oxford University Press (OUP)  

      DOI: 10.1093/oxfordjournals.jbchem.a022660

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    • Three Subunit a Isoforms of Mouse Vacuolar H+-ATPase 査読有り

      Takao Toyomura, Toshihiko Oka, Chie Yamaguchi, Yoh Wada, Masamitsu Futai

      Journal of Biological Chemistry275 ( 12 ) 8760 - 8765   2000年3月

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      掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

      DOI: 10.1074/jbc.275.12.8760

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    • Disruption of clh-1, a chloride channel gene, results in a wider body of Caenorhabditis elegans 査読有り

      Mark I.R Petalcorin, Toshihiko Oka, Makoto Koga, Ken-ichi Ogura, Yoh Wada, Yasumi Ohshima, Masamitsu Futai

      Journal of Molecular Biology294 ( 2 ) 347 - 355   1999年11月

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      掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

      DOI: 10.1006/jmbi.1999.3241

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    • A pair of invertedly repeated genes in Chlamydomonas reinhardtii encodes a zygote-specific protein whose expression is UV-sensitive 査読有り

      Hidenobu Uchida, Lena Suzuki, Toyoaki Anai, Koji Doi, Hiroyoshi Takano, Hirofumi Yamashita, Toshihiko Oka, Shigeyuki Kawano, Ken-Ichi Tomizawa, Tamotsu Kawazu, Haruko Kuroiwa, Tsuneyoshi Kuroiwa

      Current Genetics36 ( 4 ) 232 - 240   1999年10月13日

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      掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Springer Science and Business Media LLC  

      DOI: 10.1007/s002940050495

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      その他リンク: http://link.springer.com/article/10.1007/s002940050495/fulltext.html

    • Identification of SEC12, SED4, Truncated SEC16, and EKS1/HRD3 as Multicopy Suppressors of ts Mutants of Sari GTPase 査読有り 国際誌

      Y. Saito, T. Yamanushi, T. Oka, A. Nakano

      Journal of Biochemistry125 ( 1 ) 130 - 137   1999年1月1日

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      記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Oxford University Press (OUP)  

      The yeast SAR1 gene encodes a low-molecular-weight GTPase which is essential for the formation of transport vesicles from the endoplasmic reticulum (ER). To understand how the Sar1p function is regulated in its GTPase cycle, we searched for multicopy suppressors of sar1 temperature-sensitive mutants and identified SEC12, SED4, truncated SEC16, and EKS1. EKS1 turns out to be identical to HRD3, which was independently isolated as a gene implicated in the degradation of an HMG-CoA reductase isozyme, Hmg2p. In this paper, we show that the product of EKS1/HRD3 is a type-I transmembrane glycoprotein and resides in the ER. The eks1/hrd3 disrupted cells are normal in growth and transport of cargo proteins, but missecrete BiP (Kar2p). The overexpression of EKS1/HRD3, which stabilizes Hmg2p, did not affect the stability of wild-type or mutant Sar1p or any early Sec proteins we examined. These results suggest that the role of Eks1p/Hrd3p is not involved in the ER protein degradation in general but rather required for the maintenance of the ER membrane functions. The novel genetic interactions unveiled between SAR1, SEC12, SEC16, and SED4 will provide useful information as to how the complex machinery of vesicle budding operates.

      DOI: 10.1093/oxfordjournals.jbchem.a022249

      PubMed

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    • Identification and Cloning of Rat Galectin-2: Expression Is Predominantly in Epithelial Cells of the Stomach 査読有り

      Toshihiko Oka, Seiko Murakami, Yoichiro Arata, Jun Hirabayashi, Ken-Ichi Kasai, Yoh Wada, Masamitsu Futai

      Archives of Biochemistry and Biophysics361 ( 2 ) 195 - 201   1999年1月

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      掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

      DOI: 10.1006/abbi.1998.0968

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    • Identification of the copper chaperone, CUC-1, in<i>Caenorhabditis elegans</i>: tissue specific co-expression with the copper transporting ATPase, CUA-1 査読有り

      Tokumitsu Wakabayashi, Norihiro Nakamura, Yoshihiro Sambongi, Yoh Wada, Toshihiko Oka, Masamitsu Futai

      FEBS Letters440 ( 1-2 ) 141 - 146   1998年11月27日

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      掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Wiley  

      DOI: 10.1016/s0014-5793(98)01431-8

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    • Activities of Mutant Sar1 Proteins in Guanine Nucleotide Binding, GTP Hydrolysis, and Cell-Free Transport from the Endoplasmic Reticulum to the Golgi Apparatus 査読有り

      Y. Saito, K. Kimura, T. Oka, A. Nakano

      Journal of Biochemistry124 ( 4 ) 816 - 823   1998年10月1日

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      掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Oxford University Press (OUP)  

      DOI: 10.1093/oxfordjournals.jbchem.a022185

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    • Multiple Genes for Vacuolar-type ATPase Proteolipids inCaenorhabditis elegans 査読有り

      Toshihiko Oka, Ryuji Yamamoto, Masamitsu Futai

      Journal of Biological Chemistry273 ( 35 ) 22570 - 22576   1998年8月

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      掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

      DOI: 10.1074/jbc.273.35.22570

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    • Three vha Genes Encode Proteolipids ofCaenorhabditis elegans Vacuolar-type ATPase 査読有り

      Toshihiko Oka, Ryuji Yamamoto, Masamitsu Futai

      Journal of Biological Chemistry272 ( 39 ) 24387 - 24392   1997年9月

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      掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

      DOI: 10.1074/jbc.272.39.24387

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    • Caenorhabditis elegans cDNA for a Menkes/Wilson Disease Gene Homologue and Its Function in a Yeast CCC2 Gene Deletion Mutant 査読有り

      Y. Sambongi, T. Wakabayashi, T. Yoshimizu, H. Omote, T. Oka, M. Futai

      Journal of Biochemistry121 ( 6 ) 1169 - 1175   1997年6月1日

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      掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Oxford University Press (OUP)  

      DOI: 10.1093/oxfordjournals.jbchem.a021711

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    • Characterization of Yeast sar1 Temperature-Sensitive Mutants, Which Are Defective in Protein Transport from the Endoplasmic Reticulum 査読有り

      T. Yamanush, A. Hirata, T. Oka, A. Nakano

      Journal of Biochemistry120 ( 2 ) 452 - 458   1996年8月1日

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      掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Oxford University Press (OUP)  

      DOI: 10.1093/oxfordjournals.jbchem.a021432

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    • The Rat Intrinsic Factor Gene: Its 5′-Upstream Region and Chief Cell-Specific Transcription1 査読有り

      Masatomo Maeda, Seikyo Asahara, Tsuyoshi Nishi, Sotaro Mushiake, Toshihiko Oka, Shoichi Shimada, Tsutomu Chiba, Masaya Tohyama, Masamitsu Futai

      The Journal of Biochemistry117 ( 6 ) 1305 - 1311   1995年6月

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      掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Oxford University Press (OUP)  

      DOI: 10.1093/oxfordjournals.jbchem.a124859

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    • Identification of the Promoter Region of the Human Histamine H2-Receptor Gene 査読有り

      T. Nishi, T. Koike, T. Oka, M. Maeda, M. Futai

      Biochemical and Biophysical Research Communications210 ( 2 ) 616 - 623   1995年5月

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      掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

      DOI: 10.1006/bbrc.1995.1703

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    • Mutational Analysis of the Sar1 Protein, a Small GTPase Which Is Essential for Vesicular Transport from the Endoplasmic Reticulum1 査読有り

      Akihiko Nakano, Hideshi Otsuka, Mami Yamagishi, Eiichi Yamamoto, Keitaro Kimura, Shuh-ichi Nishikawa, Toshihiko Oka

      The Journal of Biochemistry116 ( 2 ) 243 - 247   1994年8月

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      掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Oxford University Press (OUP)  

      DOI: 10.1093/oxfordjournals.jbchem.a124513

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    • Inhibition of GTP hydrolysis by Sar1p causes accumulation of vesicles that are a functional intermediate of the ER-to-Golgi transport in yeast 査読有り

      Toshihiko Oka, Akihiko Nakano

      Journal of Cell Biology124 ( 4 ) 425 - 434   1994年

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      記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Rockefeller University Press  

      The SAR1 gene product (Sar1p), a 21-kD GTPase, is a key component of the ER-to-Golgi transport in the budding yeast. We previously reported that the in vitro reconstitution of protein transport from the ER to the Golgi was dependent on Sar1p and Sec12p (Oka, T., S. Nishikawa, and A. Nakano. 1991. J. Cell Biol. 114:671-679). Sec12p is an integral membrane protein in the ER and is essential for the Sar1 function. In this paper, we show that Sar1p can remedy the temperature-sensitive defect of the sec12 mutant membranes, which is in the formation of ER-to-Golgi transport vesicles. The addition of Sar1p promotes vesicle formation from the ER irrespective of the GTP- or GTPγS- bound form, indicating that the active form of Sar1p but not the hydrolysis of GTP is required for this process. The inhibition of GTP hydrolysis blocks transport of vesicles to the Golgi and thus causes their accumulation. The accumulating vesicles, which carry Sar1p on them, can be separated from other membranes, and, after an appropriate wash that removes Sar1p, are capable of delivering the content to the Golgi when added back to fresh membranes. Thus we have established a new method for isolation of functional intermediate vesicles in the ER-to-Golgi transport. The sec23 mutant is defective in activation of Sar1 GTPase (Yoshihisa, T., C. Barlowe, and R. Schekman. 1993. Science (Wash. DC). 259:1466-1468). The membranes and cytosol from the sec23 mutant show only a partial defect in vesicle formation and this defect is also suppressed by the increase of Sar1p. Again GTP hydrolysis is not needed for the suppression of the defect in vesicle formation. Based on these results, we propose a model in which Sar1p in the GTP-bound form is required for the formation of transport vesicles from the ER and the GTP hydrolysis by Sar1p is essential for entering the next step of vesicular transport to the Golgi apparatus.

      DOI: 10.1083/jcb.124.4.425

      Scopus

      PubMed

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    • Reconstitution of GTP-binding Sar1 protein function in ER to Golgi transport. 査読有り

      Toshihiko Oka, Shuh-ichi Nishikawa, Akihiko Nakano

      Journal of Cell Biology114 ( 4 ) 671 - 679   1991年8月15日

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      担当区分:責任著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Rockefeller University Press  

      In the yeast secretory pathway, two genes SEC12 and SAR1, which encode a 70-kD integral membrane protein and a 21-kD GTP-binding protein, respectively, cooperate in protein transport from the ER to the Golgi apparatus. In vivo, the elevation of the SAR1 dosage suppresses temperature sensitivity of the sec12 mutant. In this paper, we show cell-free reconstitution of the ER-to-Golgi transport that depends on both of these gene products. First, the membranes from the sec12 mutant cells reproduce temperature sensitivity in the in vitro ER-to-Golgi transport reaction. Furthermore, the addition of the Sar1 protein completely suppresses this temperature-sensitive defect of the sec12 membranes. The analysis of Sar1p partially purified by E. coli expression suggests that GTP hydrolysis is essential for Sar1p to execute its function.

      DOI: 10.1083/jcb.114.4.671

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    MISC

    • Insights into the regulation of mitochondrial functions by PKA-mediated phosphorylation. 招待有り 国際誌

      Shiori Akabane, Toshihiko Oka

      Journal of biochemistry   2023年9月29日

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      記述言語:英語  

      Cyclic AMP (cAMP) - protein kinase A (PKA) signaling is a highly conserved pathway in eukaryotes and plays a central role in cell signaling cascades in response to environmental changes. Elevated cAMP levels promote the activation of PKA, which phosphorylates various downstream proteins. Many cytosolic and nuclear proteins, such as metabolic enzymes and transcriptional factors, have been identified as substrates for PKA, suggesting that PKA-mediated regulation occurs predominantly in the cytosol. Mitochondrial proteins are also phosphorylated by PKA, and PKA-mediated phosphorylation of mitochondrial proteins is considered to control a variety of mitochondrial functions, including oxidative phosphorylation, protein import, morphology, and quality control. In this review, we outline PKA mitochondrial substrates and summarize the regulation of mitochondrial functions through PKA-mediated phosphorylation.

      DOI: 10.1093/jb/mvad075

      PubMed

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    • PKAはMIC60のリン酸化を介してPINK1とParkinによるミトコンドリア品質管理を制御する 招待有り

      赤羽しおり, 岡 敏彦

      実験医学   2016年

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      記述言語:日本語   掲載種別:記事・総説・解説・論説等(商業誌、新聞、ウェブメディア)  

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    • ミトコンドリア形態異常と疾患 招待有り

      岡 敏彦

      医学のあゆみ   2015年

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      記述言語:日本語   掲載種別:記事・総説・解説・論説等(商業誌、新聞、ウェブメディア)  

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    • Regulation and Physiologic Functions of GTPases in Mitochondrial Fusion and Fission in Mammals 招待有り

      Naotada Ishihara, Hidenori Otera, Toshihiko Oka, Katsuyoshi Mihara

      ANTIOXIDANTS & REDOX SIGNALING19 ( 4 ) 389 - 399   2013年8月

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      記述言語:英語   掲載種別:書評論文,書評,文献紹介等   出版者・発行元:MARY ANN LIEBERT, INC  

      Significance: Mitochondria are double membrane-bound organelles with tubular network structures that are essential for oxidative ATP production and play pivotal roles in regulating calcium homeostasis and apoptosis. Furthermore, mitochondria produce large amounts of reactive oxygen species that are fatal to cellular functions through uncoupled respiration. These organelles dynamically change their morphology by frequent fusion and fission, and three types of high molecular weight GTPase proteins have been identified as core components of the fusion and fission machineries. Recent Advances: Here, we review recent advances in the study of mitochondrial fission and fusion GTPases and their physiologic roles in mammalian cells. The regulation of mitochondrial dynamics coupled with a quality control system is essential for cellular homeostasis, development, and tissue differentiation. Defects of these mechanisms cause various disorders, including neurodegenerative diseases, such as Parkinson's disease, Huntington's disease, and Alzheimer's disease. Critical Issues: Although a significant amount of relevant data has accumulated on the regulation of mammalian mitochondrial fusion and fission, mechanistic molecular details and cellular functions still remain insufficiently defined. Future Directions: Elucidating the physiologic roles of mitochondrial fusion and fission in highly differentiated cells using tissue-specific knockout mice remains a challenge for the future.

      DOI: 10.1089/ars.2012.4830

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    • ミトコンドリア膜構造変化とアポトーシス制御 招待有り

      大寺秀典, 岡 敏彦

      細胞工学   2010年

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      記述言語:日本語   掲載種別:記事・総説・解説・論説等(商業誌、新聞、ウェブメディア)  

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    • Retrograde transport on the COG railway 招待有り

      D Ungar, T Oka, M Krieger, FM Hughson

      TRENDS IN CELL BIOLOGY16 ( 2 ) 113 - 120   2006年2月

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      記述言語:英語   掲載種別:書評論文,書評,文献紹介等   出版者・発行元:ELSEVIER SCIENCE LONDON  

      The conserved oligomeric Golgi (COG) complex is essential for establishing and/or maintaining the structure and function of the Golgi apparatus. The Golgi apparatus, in turn, has a central role in protein sorting and glycosylation within the eukaryotic secretory pathway. As a consequence, COG mutations can give rise to human genetic diseases known as congenital disorders of glycosylation. We review recent results from studies of yeast, worm, fly and mammalian COG that provide evidence that COG might function in retrograde vesicular trafficking within the Golgi apparatus. This hypothesis explains the impact of COG mutations by postulating that they impair the retrograde flow of resident Golgi proteins needed to maintain normal Golgi structure and function.

      DOI: 10.1016/j.tcb.2005.12.004

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    • A railroad switch in mitochondrial protein import 招待有り

      T Oka, K Mihara

      MOLECULAR CELL18 ( 2 ) 145 - 146   2005年4月

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      記述言語:英語   掲載種別:その他   出版者・発行元:CELL PRESS  

      Chacinska et al. (2005) recently clarified how translocation machineries of the mitochondrial outer and inner membranes cooperate to correctly sort preproteins destined for the mitochondrial matrix and inner membrane.

      DOI: 10.1016/j.molcel.2005.03.022

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    • Multi-component protein complexes and Golgi membrane trafficking 招待有り

      T Oka, M Krieger

      JOURNAL OF BIOCHEMISTRY137 ( 2 ) 109 - 114   2005年2月

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      記述言語:英語   掲載種別:書評論文,書評,文献紹介等   出版者・発行元:JAPANESE BIOCHEMICAL SOC  

      Several large cytosolic protein complexes with multiple components have been proposed to play key roles in mediating or controlling membrane trafficking. Among these complexes, TRAPP, COG and GARP/VFT have been implicated in multiple steps of Golgi membrane trafficking. The importance of these complexes for Golgi function has been established using in vitro biochemical assays and yeast and mammalian somatic cell genetics. Furthermore, mutations in the genes encoding subunits of either TRAPP or the COG complex have been shown to be responsible for human genetic disorders. We here review recent studies exploring the structures and functions of these three oligomeric complexes.

      DOI: 10.1093/jb/mvi024

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    • Oligosaccharide specificity of galectins: a search by frontal affinity chromatography

      Jun Hirabayashi, Tomomi Hashidate, Yoichiro Arata, Nozomu Nishi, Takanori Nakamura, Mitsuomi Hirashima, Tadasu Urashima, Toshihiko Oka, Masamitsu Futai, Werner E.G Muller, Fumio Yagi, Ken-ichi Kasai

      Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects1572 ( 2-3 ) 232 - 254   2002年9月

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      出版者・発行元:Elsevier BV  

      DOI: 10.1016/s0304-4165(02)00311-2

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    • Luminal acidification of diverse organelles by V-ATPase in animal cells

      M. Futai, T. Oka, G. Sun-Wada, Y. Moriyama, H. Kanazawa, Y. Wada

      Journal of Experimental Biology203 ( 1 ) 107 - 116   2000年1月1日

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      出版者・発行元:The Company of Biologists  

      Eukaryotic cells contain organelles bounded by a single membrane in the cytoplasm. These organelles have differentiated to carry out various functions in the pathways of endocytosis and exocytosis. Their lumina are acidic, with pH ranging from 4.5 to 6.5. This article describes recent studies on these animal cell organelles focusing on (1) the primary proton pump (vacuolar-type H(+)-ATPase) and (2) the functions of the organelle luminal acidity. We also discuss similarities and differences between vacuolar-type H(+)-ATPase and F-type ATPase. Our own studies and interests are emphasized.

      DOI: 10.1242/jeb.203.1.107

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    • Diverse Roles of Single Membrane Organelles: Factors Establishing the Acid Lumenal pH

      M. Futai, T. Oka, Y. Moriyama, Y. Wada

      Journal of Biochemistry124 ( 2 ) 259 - 267   1998年8月1日

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      出版者・発行元:Oxford University Press (OUP)  

      DOI: 10.1093/oxfordjournals.jbchem.a022105

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    • Purification and assay of yeast Sarlp

      Keitarou Kimura, Toshihiko Oka, Akihiko Nakano

      Small GTPases and Their Regulators Part C: Proteins Involved in Transport   41 - 49   1995年

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      出版者・発行元:Elsevier  

      DOI: 10.1016/s0076-6879(95)57008-x

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    • 酵母における小胞体-ゴルジ体間の小胞輸送

      岡 敏彦, 中野明彦

      新生化学実験講座第6巻生体膜と膜輸送下   615 - 623   1992年

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    共同研究・競争的資金等の研究

    • ミトコンドリア外シグナルによるミトコンドリア品質管理の制御機構

      日本学術振興会  科学研究費助成事業 

      岡 敏彦

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      2020年4月 - 2023年3月

      課題番号:20H03257

      配分額:17810000円 ( 直接経費:13700000円 、 間接経費:4110000円 )

      ミトコンドリアは多彩な細胞機能を担っており,その機能は細胞により様々な調節を受けている。特に,オートファジーを介した障害を受けたミトコンドリアの排斥は,ミトコンドリア品質管理として,近年,その詳細な分子メカニズムが明らかになってきた。私達は,PINK1/Parkinを介したミトコンドリアの品質管理が,cAMP/PKA経路によるリン酸化修飾で調節されることを証明した。これにより,様々なミトコンドリア外のシグナル経路が品質管理を調節する可能性が示された。本研究では,ミトコンドリア外シグナルによるミトコンドリア品質管理調節機構の分子メカニズムの全体像の理解を目指す。令和3年度は,次の2点について研究を進めた。
      1.ミトコンドリア外膜上におけるヘキソキナーゼの機能を解析するために,3種類のアイソフォーム(HK1, HK2, HK4)を用いて,その酵素活性と細胞内局在の関連性を蛍光抗体法により解析した結果,HK1はミトコンドリアに,HK4は細胞質に,HK2はミトコンドリアと細胞質に局在することが明らかとなった。さらに,酵素活性を失ったHK2変異体は,ミトコンドリア局在を示さなかったことから,酵素活性に依存したミトコンドリアへの標的化機構が示唆された。
      2.ヘキソキナーゼアイソフォームHK2のタンパク質複合体の形成に関わる因子を検索するために,ミトコンドリアの脱分極に依存してヘキソキナーゼに結合するタンパク質の同定を試みたが,まだ特異的なタンパク室の同定には至っていない。

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    • リン酸化修飾によるミトコンドリア機能と品質管理の制御機構

      日本学術振興会  科学研究費助成事業 

      岡 敏彦

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      2017年4月 - 2020年3月

      課題番号:17H03676

      配分額:17420000円 ( 直接経費:13400000円 、 間接経費:4020000円 )

      障害を受け膜電位が低下したミトコンドリアのオートファジーによる排斥は,ミトコンドリア品質管理として近年注目を浴びている。しかし,ミトコンドリア品質管理が細胞からどのように調節されているかは不明な点が多く残る。私達は,リン酸化修飾を介したミトコンドリアの機能制御と品質管理に着目し,ミトコンドリアタンパク質のリン酸化反応の場所やリン酸化酵素PKAの触媒サブユニットアイソフォームの細胞内局在を明らかにした。また,解糖系酵素のミトコンドリア品質管理への関与も示した。

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    • PINK1によるミトコンドリアの形態制御と機能調節

      日本学術振興会  科学研究費助成事業 

      岡 敏彦

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      2014年4月 - 2017年3月

      課題番号:26440106

      配分額:5200000円 ( 直接経費:4000000円 、 間接経費:1200000円 )

      ミトコンドリアは細胞の主要なATP産生の場であり,その機能とダイナミックな形態変化の関連は,近年注目されている。私達は線虫と動物細胞を用いて,ミトコンドリアの品質管理を制御するPINK1が①ミトコンドリア形態も制御していること,及び②ネクローシス様の細胞死を引き起こすことを見出した。特に,PINK1による細胞死は既存のメカニズムとは異なる機構で引き起こされており,パーキンソン病におけるドーパミン作動性神経の変性との関連性も興味深い。

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    • 再構成系を用いたミトコンドリア分裂機構の解析

      日本学術振興会  科学研究費助成事業 

      三原 勝芳, 岡 敏彦, 大寺 秀典

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      2012年4月 - 2014年3月

      課題番号:24657138

      配分額:4160000円 ( 直接経費:3200000円 、 間接経費:960000円 )

      ミトコンドリア(Mt)は融合と分裂によって頻繁に構造を変化させる。融合には外膜のMfn1,Mfn2と内膜のOPA1が、分裂には細胞質のDrp1が関与している。今回はDrp1がMtに集積して分裂を実行する過程を解析し(1)分裂には外膜Mffに加えMid49, Mid51がDrp1受容体として機能するがMffが最も主要な受容体であることを明らかにした。(2)Mff-KOマウスを作成。Drp1-KOマウスよりも早く初期胚で死亡する。受容体機能に加え重要な機能を持つことが推測された。3)Drp1がmtDMA分配に関連する、心筋の配列形成に必須である、肝臓での欠失はNASHを発症することを明らかにした。

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    • ミトコンドリア形態と細胞内運搬の制御機構

      日本学術振興会  科学研究費助成事業 

      岡 敏彦

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      2011年 - 2013年

      課題番号:23570232

      配分額:5460000円 ( 直接経費:4200000円 、 間接経費:1260000円 )

      本研究では,線虫体壁筋のミトコンドリア形態を指標に,その制御に関わるキネシンKLP-6 を同定した。HeLa細胞やマウス神経芽細胞においても,KLP6がミトコンドリア形態,特にミトコンドリア輸送に働くことを示した。
      また,ミトコンドリア内膜タンパク質LETM1を用いて,人工リポソーム上に膜陥入構造を再構成した。これにより,ミトコンドリアのクリステ構造を詳細に検討できる手法を確立できた.

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    • ミトコンドリアダイナミクスの制御機構

      日本学術振興会  科学研究費助成事業 

      三原 勝芳, 大寺 秀典, 石原 直忠, 岡 敏彦

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      2010年 - 2012年

      課題番号:22370071

      配分額:18850000円 ( 直接経費:14500000円 、 間接経費:4350000円 )

      (1)ミトコンドリア(Mt)の分裂に関わる細胞質の因子Drp1のノックアウト(KO)マウスの作成に始めて成功し、全身Drp1-KOならびに神経Drp1-KOマウスの個体ならびに細胞での表現系の解析を行った。さらに肝臓、膵臓beta-細胞、心筋、卵巣でのDrp1-KOマウスを作製し解析を行っている。
      (2)Mt外膜上のDrp1受容体は不明で会ったが我々は従来考えられていたFis1ではなく新規な外膜蛋白質Mffが受容体として働くことを始めて明らかにした。
      (3)神経のMt軸索輸送に関わる新規な因子KLP6の同定に成功した。
      (4) Rab-GAPタンパク質TBC1D15がその受容体であることを明らかにした。
      (5) rp1の機能を抑制するとマトリクス内のmDNA-タンパク質複合体のサイズが増大する現象を見いだし、これがクリステ構造を安定化することでアポトーシスを抑制することを見出した。

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    • ミトコンドリア分裂・融合因子の作動機序

      日本学術振興会  科学研究費助成事業 

      三原 勝芳, 岡 敏彦, 大寺 秀典

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      2010年 - 2011年

      課題番号:22020026

      配分額:6400000円 ( 直接経費:6400000円 )

      ミトコンドリア(Mt)は外膜、内膜2枚の膜に囲まれ細胞における好気的ATP産生、アポトーシス、カルシウムシグナリングなどに関わる真核細胞に必須のオルガネラであり、細胞の環境や病態に応じて融合・分裂を介してダイナミックに形態を変化させるが、この動態の調節は細胞の生と死に重要な役割を果たす。この調節には4つの高分子量GTPaseが主要な因子として関与する;細胞質に局在しMtにリクルートされてMt分裂を行うDrp1、外膜の融合に関わるMfn1とMfn2、ならびに内膜の融合とクリステ構造維持に関わる膜間部のOPA1(内膜結合)である。本申請は哺乳類Mtの融合・分裂の分子機構を明らかにすることを目的とし、平成23年度は以下の事柄を明らかにした。
      (1)Mtの分裂に関わる細胞質の因子Drp1の全身Drp1-KOならびに神経Drp1-KOマウスの作成に続いて肝臓、膵臓β細胞、心筋、卵巣でのDrp1-KOマウスを作製し解析を行っている。膵臓β細胞では2型糖尿病の、心筋では心筋梗塞の症状を示しまた卵巣では卵の分裂停止を惹起することが明らかになった(投稿準備中)。(2)Mt外膜上のDrp1受容体の実態は長らく不明であったが、我々は従来考えられていたFis1ではなく新規な外膜蛋白質MffがDrp1受容体として働くことを明らかにし現在反応機構解析を行っている。(3)Mffの高次機能を解明する目的でMff-KOマウスの作成に着手しES細胞を胚盤胞に注入しキメラマウスを作成する段階に到っている。

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    • ミトコンドリア形態制御因子の網羅的検索とその機能解析

      日本学術振興会  科学研究費助成事業 

      岡 敏彦

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      2008年 - 2010年

      課題番号:20570185

      配分額:4940000円 ( 直接経費:3800000円 、 間接経費:1140000円 )

      ミトコンドリアの形態形成・維持に働く因子を網羅的に検索するため、線虫を用いてRNA干渉法により、ほぼ全てのミトコンドリアタンパク質遺伝子と分子モーター遺伝子をスクリーニングした。その結果、新規遺伝子MICS1とKLP6を見出しそれぞれがミトコンドリアの内膜構造維持と細胞内移動に働くことを明らかにした。

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    • メンブレンモルフォテクノロジー(膜形態工学)-ひだ状人工膜の構築を目指して

      日本学術振興会  科学研究費助成事業 

      岡 敏彦

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      2008年 - 2010年

      課題番号:20200058

      配分額:29900000円 ( 直接経費:23000000円 、 間接経費:6900000円 )

      細胞内には固有の形態を持つ様々なオルガネラがあり、その形態は細胞の種類、外的環境、細胞周期などの条件により大きく変化する。本研究では、実際にオルガネラの形態を決める要因(管状、球状、ひだ状)の一つであるひだ状膜構造を人工膜上に再構成することで、その膜環境で働くタンパク質の機能をより生理的な条件下で解析し、また生体膜の物性を詳細に検討することを目指した。これらの成果により、オルガネラ形態の機能的意味の手掛かりを得たいと考えた。
      ミトコンドリア内膜が陥入し折りたたまれた膜構造(クリステ構造)に必須なタンパク質LETM1を用い、人工膜リボソーム上に折りたたみ構造の再構成を試み、球状のリボソーム膜が多重に内側に落ち込んだ構造体を再構成することに成功した。

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    • ミトコンドリア外膜の生合成と分裂・融合の分子機構

      日本学術振興会  科学研究費助成事業 

      三原 勝芳, 岡 敏彦, 大寺 秀典

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      2008年 - 2010年

      課題番号:20059024

      配分額:7000000円 ( 直接経費:7000000円 )

      ミトコンドリア(Mt)は外膜、内膜2枚の膜に囲まれ細胞における好気的なATP産生、アポトーシス、カルシウムシグナル伝達などに関わる必須のオルガネラである。本申請は特にインターフェースとして様々な機能が集積しているMtの外膜に焦点を絞り、外膜を構成する蛋白質のMtへの配送、蛋白質輸送装置による外膜蛋白質の外膜への組み込み、ならびに外膜の分裂融合装置によるMt膜ダイナミクスの制御機構を明らかにすることを目的とし、以下の事柄を明らかにした。
      (1)ミトコンドリアDNAにコードされる蛋白質のマトリクス側から内膜への組み込みに関わる因子OXA1を同定し、この内膜組み込みの機構を明らかにした。さらに最初の膜貫通領域の直上に膜間部へのエクスポートに必須な領域があることを見いだした。(2)高分子量GTPase Drp1は通常細胞質に分布し、Mt表面にリクルートされてのMtの分裂に関わる因子であるがその生理的な重要性は不明であった。我々はDrp1遺伝子のノックアウトマウス作成に初めて成功し、個体ならびに細胞レベルでの表現形の解析を行なった。その結果Drp1は神経のシナプス形成に必須であることを明らかにした。(3)Mtの軸索輸送に関わる新規な因子KLP6の同定に成功した。
      (4) Mt外膜上のDrp1受容体は不明であったが我々は従来推定されていたFis1ではなくMffと呼ばれる外膜因子が受容体として働くことを初めて明らかにした。

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    • ミトコンドリア外膜タンパク質のプロテアソーム分解とその生理的役割

      日本学術振興会  科学研究費助成事業 

      岡 敏彦, 大寺 秀典

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      2007年 - 2008年

      課題番号:19044033

      配分額:6100000円 ( 直接経費:6100000円 )

      1) ミトコンドリア上でのユビキチン化Tom20とその制を因子の解析
      Tom20はTom22非存在下でミトコンドリア膜上でのユビキチン化されていた。プロテアソーム阻害剤存在下で、ユビキチン化Tom20はミトコンドリア膜上に蓄積しており、膜から引き抜かれる際のどのような因子が必要かを検討したとこと、小胞体での膜タンパク質分解に関与するp97は必要でなかった。
      2) 低酸素条件下でのTom20の分解
      筋繊維ではTom20が虚血(低酸素条件下)で特異的に分解される報告がある。培養細胞においても、ガスパックにより酸素を減らすことでTom20の分解が促進されることを確認している。この分解がプロテアソーム依存であるのかを検討したが、この分解はプロテアソーム阻害剤により阻害されなかった。
      3) Tom20をユビキチン化する酵素
      これまでミトコンドリア機能に影響を与えることが知られているMarchV/MITOLや新規タンパク質MAPL/MULANなどのミトコンドリアユビキチンリガーゼは、Tom20の分解に関与しないことがこれまでの私たちの研究で明らかとなった。さらに今回、酵母Mdm30p(F-boxタンパク質)の相同遺伝子であるFbx3やCullinもまた、RNA干渉法ではTom20の分解への影響は見られなかった。

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    • 様々な酸性環境を作り出す液胞型ATPaseの役割と機能

      日本学術振興会  科学研究費助成事業 

      岡 敏彦

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      2001年 - 2001年

      課題番号:13680784

      配分額:2200000円 ( 直接経費:2200000円 )

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    • 線虫における液胞型ATPaseの役割とクロライドイオンによる調節

      日本学術振興会  科学研究費助成事業 

      岡 敏彦

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      1999年 - 2000年

      課題番号:11780445

      配分額:2200000円 ( 直接経費:2200000円 )

      本年度の研究行なった。具体的には以下の示す。
      1)新たな線虫V-ATPase遺伝子の同定
      本研究では、V-ATPaseの作り出す多様な酸性環境の役割を明らかにするために、複数存在するV-ATPaseサブユニットのアイソフォームに着目し、アイソフォームが酸性環境の多様性にどう影響しているかを理解しようとしている。そのために、線虫でアイソフォーム遺伝子の欠損変異体の作成、解析を行い、その構築している酸性環境を同定することを目指している。そのために、線虫のデータベースより、V-ATPaseサブユニットaに似たESTクローンを検索し、4種類のクローンを同定した。ESTクローンと5'-RACE法で得られたPCR産物の塩基配列を決定し、全長のcDNAの配列を明らかにした。これかV-ATPaseサブユニットaイソフォーム遺伝子(vha-5,vha-6,vha-7,unc-32)は、それぞれ873,865,966,894アミノ酸残基より成るタンパク質をコードしていた。
      2)線虫V-ATPase変異体の構築
      平成12年度は、新らたに同定したV-ATPaseサブユニット遺伝子)の欠損変異体の構築を目指した。まず2本鎖RNA(dsRNA)を用いたRNA interference法により一時的にvha遺伝子の発現を遮断し、目的とする欠損変異体の表現型を解析した。vha-5遺伝子のdsRNAを成虫に導入することにより、その子孫が2令幼虫期で死滅したことから、vha-5遺伝子が線虫の3令幼虫への発生に重要な役割を担っていることが示唆された。また、vha-6やunc-32遺伝子のdsRNAを導入すると、1令幼虫や胚の段階で発生が押さえられ死滅することが分かった。vha-7遺伝子のdsRNA導入では子孫に何の変化も見られなかった。これら原因としては、それぞれの発生段階で特異的なサブユニット構成のV-ATPaseの活性が必要とされていることが推定される。現在は、これら遺伝子の機能欠損による致死の原因を分子レベルで検討中である。

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    • 胃におけるGATA転写因子の制御機構とクロライドイオン輸送の解析

      日本学術振興会  科学研究費助成事業 

      岡 敏彦

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      1998年 - 1999年

      課題番号:09780575

      配分額:1800000円 ( 直接経費:1800000円 )

      本年度の研究行なった。具体的には以下の示す。
      1、 転写囚子GATA-GTlまたはGATA-GT2と相互作用するタンパク質の検索
      融合タンパク質を用いた因子の検索:GATA-GTl、GATA-GT2と直接的に相互作用するタンパク質を調べるために、HA(ヘマグルチニン)タグを付けたGATA-GTlまたはGATA-GT2との融合タンパク質を大腸菌で大量に調製した。そのれら融合タンパク質をプローブとして、胃粘膜組織より調製したcDNAライブラリーの発現系を用いて、相互作用するタンパク質の分離を行なった。スクリーニングにより複数の陽性クローンを分離し、その塩基配列の決定した。幾つかの新規のクローンの中に、ノーザンブロットなどにより組織特異的発現が観察されるものがあった。現在は酵母Two-hybrid法滋を用いて相互作用に必要な領域を検討中である。
      2、 胃におけるクロライドイオンの輸送とそのチャンネルの同定
      胃のクロライドチャンネルを同定するために、アフリカツメガエルの卵を用いた発現クローニングを行なった。胃粘膜より調製したcDNAをアフリカツメガエルの卵に打ち込み、クロライドイオンの透過を電気生理学的に測定したが、これまでに特異的なクローンは得られていない。胃粘膜のcDNAの再調製と測定感度について再度検討しなおしたが、チャンネル活性を示すクローンは同定できなかった。

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    • 高等植物における液胞形成の制御と組織構築

      日本学術振興会  科学研究費助成事業 

      和田 洋, 岡 敏彦, 表 弘志

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      1998年 - 1998年

      課題番号:10182208

      配分額:3000000円 ( 直接経費:3000000円 )

      液胞はその内部を酸性に保ち,液胞膜を介した化学浸透圧的エネルギー差を利用して代謝産.物・無機イオンを輸送する.高等植物の液胞膜を介した化学浸透圧エネルギー差は,H^+-ATPase,H^+-PPaseの二種のイオンポンプの機能による,本研究では、高等植物の形態・組織構築に果たす液胞の生理的機能を明らかに.する研究の一環としてオルガネラ酸性化の制御機構に焦点を結び,細胞基質と液胞のイオン環境の調節を分子レベルで解析する系の構築を進めた.シロイヌナズナの液胞膜H^+-PPaseのcDNA(AVP3)をライブラリーから取得し,これを出芽酵母の構成的かつ強発現性プロモータの下流において出芽酵母に導入した.細胞分画法・蛍光抗体法の両手法で,66-kDaのシロイヌナズナH^+-PPaseが出芽酵母の液胞に発現されることを確認した.この形質転換酵母より液胞膜小胞を単離し,ATP(出芽酵母内在性のH^+-ATPaseを駆動する),およびPPi(シロイヌナズナH^+-PPKSeを駆動する)依存に形成されるpH差.膜電位差を色素の蛍光クエンチングを指標に測定した.ATPase、PPaseの両者をもつ液胞膜小胞は,ATPもしくはPPi単独でH^+輸送を駆動したときよりも,ATP+PPiで駆動した場合の方が,大きなpH差を形成するが,一方,膜電位差は大きくは変わらない.このことは,液胞膜のイオン環境の制御には,膜電位差が重要な,おそらく制限的な因子として作用していることを示している.

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    • マラリア原虫における細胞内小胞輸送の分子機構

      日本学術振興会  科学研究費助成事業 

      和田 洋, 岡 敏彦, 表 弘志

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      1998年 - 1998年

      課題番号:10166204

      配分額:1700000円 ( 直接経費:1700000円 )

      マラリア原虫の血球内生育サイクルにおいて,エンドサイトーシス・エクソサイトーシスといった細胞膜と細胞内小器官膜との間の小胞輸送過程が,原虫のエネルギー獲得と物質の取り込みに必須な役割を果たす.したがって,小胞輸送過程の分子機構の解明は,マラリア原虫の生育生理を理解する上で極めて重要であるのみならず,マラリア制圧に向けた新奇の戦略を構想する点においても重要である.しかしながら,本生物の細胞内小胞輸送の分子機構はほとんど明らかにされていない.細胞内小胞輸送に直接的に関与する分子として,N-ethylmaleimide sensitive fusion protcin(NSF)がPlasmodium falciparumのゲノム上に存在することを,Genomedatabaseの検索の結果,明らかにした.この分子の機能を,まず,出芽酵母発現系を用いて解析することを考え,酵母発現ベクターに遺伝子断片を組み込むことを進めている.しかしながら,Plasmodiumの遺伝子のAT-richである特性のため,通常の遺伝子操作法では特異的遺伝子断片の取得と同定が困難であり,現在のところ酵母での発現にまで至っていない.

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    • ATP駆動型プロトントランスポーターとCI-チェンネルの構造・機能・協関

      日本学術振興会  科学研究費助成事業 

      二井 將光, 岡 敏彦

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      1997年 - 1997年

      課題番号:09257228

      配分額:1800000円 ( 直接経費:1800000円 )

      ATPの分解によって駆動されるプロトントランスポーターとクロライドチャネルについて詳細な研究を展開し、以下にまとめた主な成果を得た。
      1)F_0F_1ATPaseのプロトン・チャネル部分であるF_0部分を精製し、リポソームに埋め込み原子力間顕微鏡によって観察した。その結果、直径約130Åで中央部に深さが約18Åのくぼみがある構造を観察した。原子力間顕微鏡の限界を考慮し、この構造がF_0であることを確認した。さらにF_0を形成しているサブユニットの一つであるaサブユニットについて膜外にあると推定される四個所に対応するSite-directed抗体を作成し、F_0部分に関する反応性を検討した。これらの結果から3種のサブユニットからなるF_0部分のモデルを提出した。
      2)リソソーム、エンドソームに局在する液胞型プロトンポンプが膀胱の最表層の細胞に存在することを示した。このポンプが実際に尿を酸性化していることを示した。
      3)線虫においては3つの遺伝子(vha1,vha2,vha3)が液胞型プロトン・ポンプ(液胞型ATPase)のプロトン・チャネルをコードしていること、これらが線虫の発生に伴なってStage-Specificに、しかも細胞特異的に発現しているを示した。さらに線虫に存在するClC型のクロライドチャネルに対応するcDNAをすべてクローン化し、これらの機能を解析した。

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    • 胃壁細胞におけるプロトンポンプの転写機構とクロライドイオン輸送の解析

      日本学術振興会  科学研究費助成事業 

      岡 敏彦

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      1996年 - 1996年

      課題番号:08780587

      配分額:1000000円 ( 直接経費:1000000円 )

      本年度の研究行なった。具体的には以下の示す。
      1、転写因子GATA-GT1またはGATA-GT2と相互作用するタンパク質の検索
      融合タンパク質を用いた因子の検索:GATA-GT1、GATA-GT2と直接的に相互作用するタンパク質を調べるために、HA(ヘマグルチニン)タグを付けたGATA-GT1またはGATA-GT2との融合タンパク質を大腸菌で大量に調製した。そのれら融合タンパク質をプローブとして、胃粘膜組織より調製したcDNAライブラリーの発現系を用いて、相互作用するタンパク質の分離を行なっている。現在までに、複数の陽性クローンを分離できた。さらに、この方法によって分離されたクローンの塩基配列の決定を進めるとともに、ノーザンブロットなどを用いて得たクローンを選別していく予定である。
      2、胃におけるクロライドイオンの輸送とそのチャンネルの同定
      胃のクロライドチャンネルを同定するために、アフリカツメガエルの卵を用いた発現クローニングを行なった。胃粘膜より調製したcDNAをアフリカツメガエルの卵に打ち込み、クロライドイオンの透過を電気生理学的に測定したが、現在までにこの方法により、特異的なクローンは得られていない。今後は、胃粘膜のcDNAの再調製と測定感度について再度検討しなおし、チャンネルを同定を進めていく予定である。

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    • ATP駆動型プロトントランスポーターとCl^-チャンネルの構造・機能・協関

      日本学術振興会  科学研究費助成事業 

      二井 將光, 岡 敏彦

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      1996年 - 1996年

      課題番号:08268232

      配分額:1500000円 ( 直接経費:1500000円 )

      ATPによって駆動される、H^+トランスポーターについて詳細な研究を展開した。本年度は特に、液胞型ATPaseとF型ATPaseを中心に以下の成果を得た。
      (1)F型ATPaseのプロトン輸送路サブユニットの1つである、アブユニットaの膜を横切るトポロジーを決定した。また、原子間力顕微鏡(AFM)によってFoの全体的な構造を明らかにした。
      (2)液胞型ATPaseのプロトン輸送路を形成しているサブユニットの遺伝子が、線虫には3種存在していること、発現に細胞特異的性があることを示した。液胞型ATPaseと協同して、液胞系オルガネラ内部pHを調節しているCl^-チャネルに関して線虫を中心に研究を進め、遺伝子およびcDNAをクローン化し、欠失動物を作製した。
      (3)液胞型ATPaseが膀胱の最外層の細胞の形質膜に存在し、膀胱内部を酸性化していることを明らかにした。

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    • H^+ATPaseによるH^+輸送調節機構

      日本学術振興会  科学研究費助成事業 

      二井 將光, 岡 敏彦, 三本木 至宏, 表 弘志

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      1995年 - 1996年

      課題番号:07458159

      配分額:7300000円 ( 直接経費:7300000円 )

      ATPを分解するエネルギーと共役してH^+を輸送する膜酵素(H^+ATPase)、およびH^+の電気化学的ポテンシャル差を駆動力としてATPを合成する膜酵素(ATP合成酵素)は、生物における最も基本的な酵素として細胞機能を支えている。これらの酵素は、共通の性質からプロトン輸送性ATPaseと総括されている。
      本研究では、これらプロトン輸送性ATPaseのうちF_OF_1型ATPaseと液胞型ATPaseに注目し化学反応機構とH^+輸送の共役機構を、分子レベルで明らかにすることを究極の目的として研究を始めた。ATP合成酵素の活性中心は、主に大腸菌のATP合成酵素を研究対象として系統的な変異導入の研究から、βサブユニットのLys-155、Thr-156、Glu-181およびArg-182の残基が触媒中心を形成していることを示した。さらに、同じβサブユニットのGlu-185残基がATP合成酵素の共同性のために必須の残基であることを示した。ATP合成酵素の化学反応とH^+輸送とエネルギー共役において主要な役割を担っているのはγサブユニットであることを示した。γサブユニットのアミノ末端側ヘリックスと、カルボキシル末端側ヘリックスに存在する3つの領域が、エネルギー共役において相互作用していることが明らかになった。
      ATP合成酵素のH^+輸送経路はF_Oとよばれ、a、b、cの3種のサブユニットがa1b2c10-12のように複数個づつ集合して作られている。各種の部位に特異的な抗体を作り、これを用いてaサブユニットの構造を解析した。その結果aサブユニットが膜を6回横切っており、アミノ末端とカルボキシル末端がともにF_1側を向いていることを示した。さらに精製したF_Oを、AFM(原子間力顕微鏡)により観察した。その結果、10ケのcサブユニットが集合してリング状の構造を作り、その外側にbサブユニットとaサブユニットが位置しているH^+輸送路のモデルを提出した。
      各種の脂溶性カチオンのATP合成酵素、液胞型ATPaseに対する効果を調べた。Chloropromazine、Quinacrine Mustard、およびDequaliniumはいずれもATP合成酵素と液胞型ATPaseの両方を阻害した。バフィロマイシン類似物質であるコンカナマイシンが液胞型ATPaseを阻害すること、この阻害によってMHCclassII分子による抗原の提示が阻害されることを示した。

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    • プロトンポンプの胃壁細胞における特異的転写と細胞内輸送機構の解析

      日本学術振興会  科学研究費助成事業 

      岡 敏彦

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      1995年 - 1995年

      課題番号:07780536

      配分額:1000000円 ( 直接経費:1000000円 )

      転写因子GATA-GT1またはGATA-GT2と相互作用するタンパク質の検索を目的として、本年度の研究行なった。具体的には以下の示す。
      1、融合タンパク質を用いた因子の検索:GATA-GT1、GATA-GT2と直接的に相互作用するタンパク質を調べるために、HA(ヘマグルチニン)タグを付けたGATA-GT1またはGATA-GT2との融合タンパク質を大腸菌で大量に調製した。そのれら融合タンパク質をプローブとして、胃粘膜組織より調製したcDNAライブラリーの発現系を用いて、相互作用するタンパク質の分離を行なっている。現在までに、2つの陽性クローンを分離できた。さらに、この方法によるクローンの分離を進めるとともに現在得ているクローンについても詳細に解析していく予定である。
      2、酵母two-hybrid法を用いた因子の検索:GATA-GT1、GATA-GT2と直接的に相互作用するタンパク質を調べるために、酵母GAL4のDNA結合ドメインとGATA-GT1又はGATA-GT2との融合タンパク質を酵母内で発現させ、それに結合しうる因子をtwo-hybrid法により検索した。現在、胃粘膜組織より調製したcDNAライブラリーの調製が終わり、スクリーニングを開始した。今後、このスクリーニングにより得たクローンをさらに解析してゆき、GATA-GT1、GATA-GT2の転写活性化の機構に関与している因子の役割を明らかにしていく。

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    • ATP合成酵素におけるATP合成(分解)反応とH^+輸送の共役機構

      日本学術振興会  科学研究費助成事業 

      二井 將光, 岡 敏彦, 岩本 昌子, 森山 芳則, 田村 茂彦

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      1993年 - 1994年

      課題番号:05454630

      配分額:6400000円 ( 直接経費:6400000円 )

      ATP合成酵素は、呼吸鎖の形成するH^+の電気化学的ポテンシャル差を駆動力として、ADPとPi(リン酸)からATPを合成する酵素である。本研究はATP合成酵素による化学反応(ATP合成/分解)とH^+輸送の共役機構を分子レベルで明らかにすることを主な目的とした。
      大腸菌のATP合成酵素に注目し、生化学的手法に加えて、本研究では変異の導入とその抑圧変異の分離という遺伝生化学的手法を駆使した。あるアミノ酸置換変異の効果は他のアミノ酸置換によって抑圧された場合、二つのアミノ酸残基が相互作用している可能性が高い。このアプローチを繰り返すことによって、近傍にあるアミノ酸残基を同定することができると考える。得られた主な成果は以下のように要約される。(1)本酵素の活性中心を持つβサブユニットの変異株および各変異を抑圧する変異株を系統的に分離し、活性中心を形成するGlu-181、Arg-182、Lys-155、Thr-156、Ser-174などのアミノ酸残基を明らかにした。(2)H^+輸送路の一部を形成すると考えられるαサブユニットの膜を貫通する部分の変異株と対応する抑圧株を分離し膜貫通部分の構造とH^+輸送路を明らかにした。(3)ATP合成酵素を、通常の大腸菌膜のタンパクの30%まで大量生産する株を構築し、この株を用いH^+輸送路を大量に精製し2次元結晶化の予備実験を終了した。(4)特にβサブユニットに注目し、γサブユニットとの相互作用を解析し、βArg-52がγサブユニットのカルボキシル末端部分を相互作用をしていることを示した。(5)γサブユニット変異によりATP合成/分解とH^+輸送が脱共役している株を解析し、γサブユニットがプロトンゲートとして機能していることを明らかにした。

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