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A01-4

小胞体膜連携ゾーンを介した脂質輸送
研究代表者
花田賢太郎
国立感染症研究所　品質保証・管理部

研究概要

小胞体で生合成された各種の膜脂質はそれぞれに異なるオルガネラへと移動していますが、どのようにしてそのような移動が起こるのかは長い間不明でした。しかし、小胞体で合成されたセラミドをスフィンゴミエリン（SM）に変換させるゴルジ体領域へと選別輸送する分子マシーンCERTを私たちが発見したことを契機として、その作動原理が明らかになってきました。すなわち、異なるオルガネラが極近距離に配置された細胞内亜領域（膜接触部位：membrane contact sites, MCS）においてCERTのような脂質転移タンパク質（lipid transfer proteins; LTPs）が効率的にオルガネラ間の脂質輸送を実行していることが様々な生物種、多様な脂質種で広く明らかになってきたのです。しかし、オルガネラゾーンの一種であるMCSの形成と制御の詳細な機序は今でも不明のままです。そこで、本領域研究において私たちは以下のことを目指します。小胞体-ゴルジ体連携ゾーン形成に関与する遺伝子を幅広く同定し、それら遺伝子の果たす役割を明らかにします。また、CERTの機能をコンロトールする機序を明らかにします。これらの解析においては分担者の加藤が得意とする超解像度顕微鏡観察を駆使し、さらに、植物細胞における脂質輸送を研究する分担者の下嶋とも連携して、動植物の間に共通するような脂質輸送の作動や制御の仕組みを明らかにすることも目指します。水に溶けない低分子化合物である脂質を細胞内のような水環境下において的確に移動させている生命体の驚異的な働きの全体像が本計画班の研究から浮かび上がってくると期待されます。

代表的な原著論文

  1. Yamaji, T., Hanamatsu, H., Sekizuka, T., Kuroda, M., Ohnishi, M., Furukawa, J., Yahiro, K., and Hanada, K. (2019) A CRISPR screen using subtilase cytotoxin identifies SLC39A9 as a glycan-regulating factor, iScience, 15, 407-420. doi: 10.1016/j.isci.2019.05.005
  2. Yamaji, T., Sekizuka, T., Kuroda, M., and Hanada, K. (2019) A CRISPR screen identifies LAPTM4A and TM9SF proteins as glycolipid-regulating factors, iScience, 11, 409-424. | DOI:org/10.1016/j.isci.2018.12.039.
  3. Nakao, N., Ueno, M., Sakai, S., Egawa, D., Hanzawa, H., Kawasaki, S., Kumagai, K., Suzuki, M., Kobayashi, S., and Hanada, K. (2019) Natural ligand-nonmimetic inhibitors to the lipid transfer protein CERT, Comms. Chem. 2, Article no 20. doi: 10.1038/s42004-019-0118-3 (N.N., M.U., and S.S. are co-first authors. S.K. and K.H. are co-correspondence)
  4. Sugiki, T., Egawa, D., Kumagai, K., Kojima, C., Fujiwara, T., Takeuchi, K., Shimada, I., Hanada, K., and Takahashi, H. (2018)　Phosphoinositide binding by the PH domain in ceramide transfer protein (CERT) is inhibited by hyperphosphorylation of an adjacent serine-repeat motif. J. Biol. Chem., 293(28), 11206-11217. (T.S. and D.E. are co-first authors. K.H. and H.T. are co-correspondence)
  5. Otsuki, N., Sakata, M., Saito, K., Okamoto, K., Mori, Y., Hanada, K., Takeda, M. (2018) Both sphingomyelin and cholesterol in the host cell membrane are essential for Rubella virus J. Virol., 92, e01130-17. (K.H. and M.T. are co-correspondence. This article was selected as Spotlight of the issue)
  6. Yamaji, T., Horie, A., Tachida, Y., Sakuma, C., Suzuki, Y., Kushi, Y., and Hanada, K. (2016) Role of intracellular lipid logistics in the preferential usage of very long chain-ceramides in glucosylceramide. Int. J. Mol. Sci. 17, 1761
  7. Kumagai, K., Kawano-Kawada, M., and Hanada, K. (2014) Phosphoregulation of the ceramide transport protein CERT at serine 315 in the interaction with VAMP-associated protein (VAP) for inter-organelle trafficking of ceramide in mammalian cells. J. Biol. Chem. 289, 10748-10760
  8. Yamaji, T., and Hanada, K. (2014) Establishment of HeLa cell mutants deficient in sphingolipid-related genes by using TALENs. PLoS One 9, e88124
  9. Sugiki, T., Takeuchi, K., Yamaji, T., Takano, T., Tokunaga, Y., Kumagai, K., Hanada, K., Takahashi, H., and Shimada, I. (2012) Structural basis for the Golgi-association by the pleckstrin homology domain of the ceramide trafficking protein CERT. J. Biol. Chem. 287, 33706-33718
  10. Yamaji, T., Nishikawa, K., and Hanada, K. (2010) Transmembrane BAX inhibitor motif containing (TMBIM) family proteins perturb a trans-Golgi network enzyme, Gb3 synthase, and reduces Gb3 biosynthesis. J. Biol. Chem. 285, 35505-35518
  11. Tomishige, N., Kumagai, K., Kusuda, J., Nishijima, M., and Hanada, K. (2009) Casein kinase Igamma2 down-regulates trafficking of ceramide in the synthesis of sphingomyelin. Mol. Biol. Cell 20, 348-357
  12. Kudo, N., Kumagai, K., Tomishige, N., Yamaji, T., Wakatsuki, S., Nishijima, M., Hanada, K., and Kato, R. (2008) Structural basis for specific lipid recognition by CERT responsible for nonvesicular trafficking of ceramide. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105, 488-493
  13. Kumagai, K., Kawano, M., Shinkai-Ouchi, F., Nishijima, M., and Hanada, K. (2007) Inter-organelle trafficking of ceramide is regulated by phosphorylation-dependent co-operativity between the PH and START domains of CERT. J. Biol. Chem. 282, 17758-17766
  14. Kawano, M., Kumagai, K., Nishijima, M., and Hanada, K. (2006) Efficient trafficking of ceramide from the endoplasmic reticulum to the Golgi apparatus requires a VAMP-associated protein-interacting FFAT motif of CERT. J. Biol. Chem. 281, 30279-30288
  15. Hanada, K., Kumagai, K., Yasuda, S., Miura, Y., Kawano, M., Fukasawa, M., and Nishijima, M. (2003) Molecular machinery for non-vesicular trafficking of ceramide. Nature 426, 803-809

総説

  1. Kumagai, K., and Hanada, K. (2019) Structure, functions, and regulation of CERT, a lipid-transfer protein for the delivery of ceramide at the ER-Golgi membrane contact sites (invited review), FEBS Let, in press. (K.K. and K.H. are co-correspondence) doi:10.1002/1873-3468.13511
  2. Hanada, K. (2018) Lipid transfer proteins rectify inter-organelle flux and accurately deliver lipids at membrane contact sites (Invited review). J. Lipid Res., 59(8), 1341-1366.
  3. 花田賢太郎 (2015) オルガネラ膜接触部位は狭さを活用するナノ機能場：オルガネラ間脂質輸送タンパク質からみえてきたこと、実験医学、33, 2560-2566
  4. Yamaji, T., and Hanada, K. (2015) Sphingolipid metabolism and interorganellar transport: localization of sphingolipid enzymes and lipid transfer proteins. Traffic 16, 101-122
  5. Hanada, K., and Voelker, D. (2014) Interorganelle trafficking of lipids: preface for the thematic review series. Traffic 15, 889-894
  6. Hanada, K. (2014) Co-evolution of sphingomyelin and the ceramide transport protein CERT. Biophys. Acta 1841, 704-719
  7. Hanada, K., Kumagai, K., Tomishige, N., and Yamaji, T. (2009) CERT-mediated trafficking of ceramide. Biochim. Biophys. Acta 1791, 684-691