公募研究班員
A02  選別輸送ゾーンの解析

繊毛内と細胞質を隔てるトランジション・ゾーンの構築様式と選択的タンパク質透過機構

中山和久
京都大学大学院 薬学研究科

研究概要

ヒトのほぼ全ての細胞に存在するオルガネラである繊毛は、光や機械的刺激(液体流動など)、発生シグナル(ヘッジホッグなど)の受容と伝達、神経伝達などに関与する。繊毛に局在する特定の受容体やイオンチャネルなどがシグナルの受容や伝達を媒介する。タンパク質の特異的な繊毛内局在を可能にするのが拡散障壁として機能するトランジション・ゾーン(Transition Zone: TZ)である。TZ は繊毛へのタンパク質の選択的な出入りを制御する。
TZ は少なくとも26 種類のタンパク質によって構築され、これらのタンパク質が異常になると、多岐にわたる症状を呈する繊毛病(Meckel 症候群(MKS)、ネフロン癆(NPHP)など)を発症する。本研究では、特定のタンパク質だけを選択的に通過させるTZに関して、ⒶTZ 構成タンパク質間の相互作用解析によるTZ 構築様式、およびⒷTZ 構成タンパク質のKO 細胞や繊毛病型変異を有するノックイン(KI)細胞におけるTZ 構築の破綻機構の解明を目指す。このような研究によって、これまではブラックボックスであった遺伝子型(分子レベル)と表現型(細胞レベル)を明確に関連づけて、TZ の異常に起因する繊毛病発症の分子基盤の解明を目指す。
分子基盤解明の際には、私たちが独自に開発したり改良したりした『観るだけでわかるタンパク質間相互作用解析法(VIP アッセイ)(原著論文5)、『改良型CRISPR/Cas9 ゲノム編集法』(原著論文4)、『超々解像イメージング技術』(論文投稿中)を駆使した多角的なアプローチを取る。

代表的な原著論文

  1. Tsurumi, Y., Hamada, Y., Katoh, Y., and Nakayama, K. (2019) Interactions of the dynein-2 intermediate chain WDR34 with the light chains are required for ciliary retrograde protein trafficking. Mol. Biol. Cell 30, 658-670.
  2. Funabashi, T., Katoh, Y., Okazaki, M., Sugawa, M., and Nakayama, K. (2018) Interaction of heterotrimeric kinesin-II with IFT-B-connecting tetramer is crucial for ciliogenesis. J. Cell Biol. 217, 2867-2876.
  3. Takahara, M., Katoh, Y., Nakamura, K., Hirano, T., Sugawa, M., Tsurumi, Y., and Nakayama, K. (2018) Ciliopathy-associated mutations of IFT122 impair ciliary protein trafficking but not ciliogenesis. Hum. Mol. Genet. 27, 516-528.
  4. Katoh, Y., Michisaka, S., Nozaki, S., Funabashi, T., Hirano, T., Takei, R., and Nakayama, K. (2017) Practical method for targeted disruption of cilia-related genes by using CRISPR/Cas9-mediated homology-independent knock-in system. Mol. Biol. Cell 28, 898-906.
  5. Katoh, Y., Nozaki, S., Hartanto, D., Miyano, R., and Nakayama, K. (2015) Architectures of multisubunit complexes revealed by a visible immunoprecipitation assay using fluorescent fusion proteins. J. Cell Sci. 128, 2351-2362.

総説

  1. Nakayama, K. and Katoh, Y. (2020) Architecture of the IFT ciliary trafficking machinery and interplay between its components. Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol. 55, in press (DOI: 10.1080/10409238.2020.1768206).
  2. Katoh, Y., Nakamura, K., and Nakayama, K. (2018) Visible immunoprecipitation (VIP) assay: a simple and versatile method for visual detection of protein-protein interactions. Bio-protocol 8, e2687.
  3. Nakayama, K. and Katoh, Y. (2018) Ciliary protein trafficking mediated by IFT and BBSome complexes with the aid of kinesin-2 and dynein-2 motors. J. Biochem. 163, 155-164.
  4. 加藤洋平, 中山和久 (2017) “観るだけでわかるタンパク質間相互作用解析法(VIPアッセイ)”を活用した繊毛内タンパク質輸送複合体IFT-Bの構築様式の解明. 生化学, 89, 273-277.