2026/08/14 更新

写真a

ムラタ マサユキ
村田 昌之
MURATA MASAYUKI
所属
総合研究院 細胞制御工学研究センター 特任教授
職名
特任教授
外部リンク

学位

  • 理学博士 ( 京都大学 )

研究キーワード

  • オルガネラ

  • 細胞ストレス

  • エンドソ-ム

  • エキソサイトーシス

  • 小胞輸送

  • 膜融合

  • 可視化

  • GFP

  • GFP可視化

  • 小胞体

  • セミインタクト細胞

  • ゴルジ体

  • エンドサイトーシス

  • mRNA

  • 生体シュミレーション

  • 蛍光共鳴エネルギ-移動

  • 細胞周期

  • 極性小胞輸送

  • 翻訳制御

  • 再構成

  • 細胞内小胞輸送

  • シグナル伝達

  • 膜タンパク質

  • 核移行

  • ABCトランスポーター

  • 小胞体ストレス

  • リン酸化

  • リソソ-ム

  • 細胞極性形成

  • 細胞極性

研究分野

  • ライフサイエンス / 細胞生物学

  • ライフサイエンス / 生物物理学

経歴

  • 東京大学 大学院・総合文化研究科   教授

    2003年 - 2011年

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論文

  • Protein covariation networks for elucidating ferroptosis inducer mechanisms and potential synergistic drug targets

    Rina Kunishige, Yoshiyuki Noguchi, Naomi Okamoto, Lei Li, Akito Ono, Masayuki Murata, Fumi Kano

    Communications Biology   8 ( 1 )   2025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:Springer Science and Business Media LLC  

    Abstract

    In drug development, systematically characterizing a compound’s mechanism of action (MoA), including its direct targets and effector proteins, is crucial yet challenging. Network-based approaches, unlike those focused solely on direct targets, effectively detect a wide range of cellular responses elicited by compounds. This study applied protein covariation network analysis, leveraging quantitative, morphological, and localization features from immunostained microscopic images, to elucidate the MoA of AX-53802, a novel ferroptosis inducer. From the candidate targets extracted through network analysis, GPX4 was verified as the direct target by validation experiments. Additionally, aggregates involving GPX4, TfR1, and F-actin were observed alongside iron reduction, suggesting a ferroptosis defense mechanism. Furthermore, combination therapies targeting GPX4 and FAK/Src were found to enhance cancer cell death, and MDM2, ezrin, and cortactin were identified as potential ferroptosis inhibitor targets. These findings highlight the effectiveness of network-based approaches in uncovering a compound’s MoA and developing combination therapies for cancer.

    DOI: 10.1038/s42003-025-07886-3

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    その他リンク: https://www.nature.com/articles/s42003-025-07886-3

  • BMP4-SMAD1/5/9-RUNX2 pathway activation inhibits neurogenesis and oligodendrogenesis in Alzheimer's patients' iPSCs in senescence-related conditions. 国際誌

    Daiki Nakatsu, Rina Kunishige, Yuki Taguchi, Naeko Shinozaki-Narikawa, Kishiko Osaka, Kayo Yokomizo, Mami Ishida, Shunsuke Takei, Shoko Yamasaki, Keita Hagiya, Kotaro Hattori, Tadashi Tsukamoto, Masayuki Murata, Fumi Kano

    Stem cell reports   18 ( 5 )   1246 - 1246   2023年5月

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  • BMP4-SMAD1/5/9-RUNX2 pathway activation inhibits neurogenesis and oligodendrogenesis in Alzheimer's patients’ iPSCs in senescence-related conditions

    Daiki Nakatsu, Rina Kunishige, Yuki Taguchi, Naeko Shinozaki-Narikawa, Kishiko Osaka, Kayo Yokomizo, Mami Ishida, Shunsuke Takei, Shoko Yamasaki, Keita Hagiya, Kotaro Hattori, Tadashi Tsukamoto, Masayuki Murata, Fumi Kano

    Stem Cell Reports   18 ( 3 )   688 - 705   2023年3月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1016/j.stemcr.2023.01.004

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  • 蛋白質の細胞内局在情報を活用したシグナル伝達経路分析手法の開発

    野口 誉之, 加納 ふみ, 米谷 信彦, 岩本 智沙子, 山崎 聖子, 大坪 洋介, 中津 大貴, 國重 莉奈, 村田 昌之

    日本薬学会年会要旨集   142年会   28PO1 - 09   2022年3月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:(公社)日本薬学会  

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  • Targeted protein degradation by Trim-Away using cell resealing coupled with microscopic image-based quantitative analysis. 国際誌

    Rina Kunishige, Masayuki Murata, Fumi Kano

    Frontiers in cell and developmental biology   10   1027043 - 1027043   2022年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    "Trim-Away" technology enables rapid degradation of endogenous proteins without prior modification of protein-coding genes or mRNAs through delivery of antibodies that target proteins of interest. Although this approach can be readily applied to almost any cytosolic protein, strategies for cytosolic antibody delivery have been limited to microinjection or electroporation, which require skill-dependent operation or specialized equipment. Thus, the development of antibody delivery methods that are convenient, scalable, and preferably do not require detachment of adherent cells is required to extend the versatility of the Trim-Away method. Here, we developed a cell resealing technique optimized for Trim-Away degradation, which uses the pore-forming toxin streptolysin O (SLO) to permeabilize the cell membrane and delivered the antibodies of interest into HEK293T, HeLa, and HK-2 cell lines. We demonstrated the ability of Trim-Away protein degradation using IKKα and mTOR as targets, and we showed the availability of the developed system in antibody screening for the Trim-Away method. Furthermore, we effectively coupled Trim-Away with cyclic immunofluorescence and microscopic image-based analysis, which enables single-cell multiplexed imaging analysis. Taking advantage of this new analysis strategy, we were able to compensate for low signal-to-noise due to cell-to-cell variation, which occurs in the Trim-Away method because of the heterogenous contents of the introduced antibody, target protein, and TRIM21 in individual cells. Therefore, the reported cell resealing technique coupled with microscopic image analysis enables Trim-Away users to elucidate target protein function and the effects of target protein degradation on various cellular functions in a more quantitative and precise manner.

    DOI: 10.3389/fcell.2022.1027043

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  • p52Shc regulates the sustainability of ERK activation in a RAF-independent manner 査読 国際誌

    Ryo Yoshizawa, Nobuhisa Umeki, Akihiro Yamamoto, Mariko Okada, Masayuki Murata, Yasushi Sako

    Molecular Biology of the Cell   mbc.E21 - 01   2021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)   出版者・発行元:American Society for Cell Biology (ASCB)  

    p52SHC (SHC) and GRB2 are adaptor proteins involved in the RAS/MAPK (ERK) pathway mediating signals from cell-surface receptors to various cytoplasmic proteins. To further examine their roles in signal transduction, we studied the translocation of fluorescently-labeled SHC and GRB2 to the cell surface, caused by the activation of ERBB receptors by heregulin (HRG). We simultaneously evaluated activated ERK translocation to the nucleus. Unexpectedly, the translocation dynamics of SHC were sustained when those of GRB2 were transient. The sustained localization of SHC positively correlated with the sustained nuclear localization of ERK, which became more transient after SHC knockdown. SHC-mediated PI3K activation was required to maintain the sustainability of the ERK translocation regulating MEK but not RAF. In cells overexpressing ERBB1, SHC translocation became transient, and the HRG-induced cell fate shifted from a differentiation to a proliferation bias. Our results indicate that SHC and GRB2 functions are not redundant, but that SHC plays the critical role in the temporal regulation of ERK activation.

    DOI: 10.1091/mbc.e21-01-0007

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  • Microscopic image-based covariation network analysis for actin scaffold-modified insulin signaling

    Yoshiyuki Noguchi, Fumi Kano, Nobuhiko Maiya, Chisako Iwamoto, Shoko Yamasaki, Yosuke Otsubo, Daiki Nakatsu, Rina Kunishige, Masayuki Murata

    iScience   24 ( 7 )   102724 - 102724   2021年7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.isci.2021.102724

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  • Applications of cell resealing to reconstitute microRNA loading to extracellular vesicles. 国際誌

    Yuki Sonoda, Fumi Kano, Masayuki Murata

    Scientific reports   11 ( 1 )   2900 - 2900   2021年2月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    MicroRNAs (miRNAs) are cargo carried by extracellular vesicles (EVs) and are associated with cell-cell interactions. The response to the cellular environment, such as disease states, genetic/metabolic changes, or differences in cell type, highly regulates cargo sorting to EVs. However, morphological features during EV formation and secretion involving miRNA loading are unknown. This study developed a new method of EV loading using cell resealing and reconstituted the elementary miRNA-loading processes. Morphology, secretory response, and cellular uptake ability of EVs obtained from intact and resealed HeLa cells were comparable. Exogenously added soluble factors were introduced into multivesicular endosomes (MVEs) and their subsequent secretion to the extracellular region occurred in resealed HeLa cells. In addition, miRNA transport to MVEs and miRNA encapsulation to EVs followed a distinct pathway regulated by RNA-binding proteins, such as Argonaute and Y-box binding protein 1, depending on miRNA types. Our cell-resealing system can analyze disease-specific EVs derived from disease model cells, where pathological cytosol is introduced into cells. Thus, EV formation in resealed cells can be used not only to create a reconstitution system to give mechanistic insight into EV encapsulation but also for applications such as loading various molecules into EVs and identifying disease-specific EV markers.

    DOI: 10.1038/s41598-021-82452-5

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  • Biphasic spatiotemporal regulation of GRB2 dynamics by p52SHC for transient RAS activation.

    Ryo Yoshizawa, Nobuhisa Umeki, Akihiro Yamamoto, Masayuki Murata, Yasushi Sako

    Biophysics and physicobiology   18   1 - 12   2021年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    RTK-RAS-MAPK systems are major signaling pathways for cell fate decisions. Among the several RTK species, it is known that the transient activation of ERK (MAPK) stimulates cell proliferation, whereas its sustained activation induces cell differentiation. In both instances however, RAS activation is transient, suggesting that the strict temporal regulation of its activity is critical in normal cells. RAS on the cytoplasmic side of the plasma membrane is activated by SOS through the recruitment of GRB2/SOS complex to the RTKs that are phosphorylated after stimulation with growth factors. The adaptor protein GRB2 recognizes phospho-RTKs both directly and indirectly via another adaptor protein, SHC. We here studied the regulation of GRB2 recruitment under the SHC pathway using single-molecule imaging and fluorescence correlation spectroscopy in living cells. We stimulated MCF7 cells with a differentiation factor, heregulin, and observed the translocation, complex formation, and phosphorylation of cell signaling molecules including GRB2 and SHC. Our results suggest a biphasic regulation of the GRB2/SOS-RAS pathway by SHC: At the early stage (<10 min) of stimulation, SHC increased the amplitude of RAS activity by increasing the association sites for the GRB2/SOS complex on the plasma membrane. At the later stage however, SHC suppressed RAS activation and sequestered GRB2 molecules from the membrane through the complex formation in the cytoplasm. The latter mechanism functions additively to other mechanisms of negative feedback regulation of RAS from MEK and/or ERK to complete the transient activation dynamics of RAS.

    DOI: 10.2142/biophysico.bppb-v18.001

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  • The cell resealing technique for manipulating, visualizing, and elucidating molecular functions in living cells

    Rina Kunishige, Fumi Kano, Masayuki Murata

    Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects   1864 ( 2 )   129329 - 129329   2020年2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:Elsevier {BV}  

    DOI: 10.1016/j.bbagen.2019.03.015

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  • Changes in the asymmetric distribution of cholesterol in the plasma membrane influence streptolysin O pore formation 査読

    Fumihiko Ogasawara, Fumi Kano, Masayuki Murata, Yasuhisa Kimura, Noriyuki Kioka, Kazumitsu Ueda

    Scientific Reports   9 ( 1 )   2019年12月

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    出版者・発行元:Springer Nature  

    DOI: 10.1038/s41598-019-39973-x

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  • Pyk2-dependent phosphorylation of LSR enhances localization of LSR and tricellulin at tricellular tight junctions. 査読

    Daiki Nakatsu, Fumi Kano, Naeko Shinozaki-Narikawa, Masayuki Murata

    PLOS ONE   14 ( 10 )   e0223300   2019年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1371/journal.pone.0223300

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  • Phosphatidylinositol-3-phosphate-mediated actin domain formation linked to DNA synthesis upon insulin treatment in rat hepatoma-derived H4IIEC3 cells. 国際誌

    Fumi Kano, Masayuki Murata

    Biochimica et biophysica acta. Molecular cell research   1866 ( 5 )   793 - 805   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)  

    Phosphatidylinositol-3-phosphate (PI3P) is a lipid that accumulates in the early endosomal membrane, and acts as a scaffold to recruit proteins that contain a PI3P-binding domain, such as the FYVE domain. In this study, we examined the effect of PI3P depletion on the insulin response in rat hepatoma-derived H4IIEC3 cells. We found that insulin treatment induced the transient formation of an actin domain structure, a mesh-like tangled network of actin filaments where phosphorylated Akt, endosomal proteins, and PI3P accumulated. Actin domain formation was repressed by the depletion of PI3P by SAR405, an inhibitor of the class III PI3 kinase, Vps34, by the inhibition of PI3P function by the competitive binding of an excess amount of GST-fused 2xFYVE protein to intracellular PI3P, and by the use of diabetic model cells, in which PI3P was depleted. SAR405 did not affect the phosphorylation level of Akt, and the transcriptional regulation of gluconeogenic and cholesterol synthetic genes after insulin treatment. Interestingly, insulin-induced DNA synthesis was specifically inhibited by SAR405, cytochalasin B, and also in diabetic model cells. These results suggest that PI3P is required for the formation of actin domains, which affected a signaling pathway downstream of Akt associated with DNA synthesis in H4IIEC3 cells.

    DOI: 10.1016/j.bbamcr.2019.02.005

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  • Semi-Intact Cell System for Reconstituting and Analyzing Cellular Golgi Dynamics. 国際誌

    Fumi Kano, Masayuki Murata

    Results and problems in cell differentiation   67   233 - 250   2019年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Morphology of Golgi apparatus changes frequently and diversely depending on various cellular conditions and these changes correlate with the balance between membrane inflow and outflow at the Golgi via vesicular transports. In a previous study, we introduced a semi-intact cell system suitable for the reconstitution of morphological changes that organelles undergo as well as the vesicular transport between them. Semi-intact cells are cells that have undergone plasma membrane permeabilization by the cholesterol-dependent pore-forming cytolysin, streptolysin O (SLO). Permeabilization enables the introduction of various molecules into the cells, as well as the substitution of the original cytosol with an exogenously made cytosol prepared from cells in various stages of cell cycle, differentiation, and disease progression. Coupled with a green fluorescent protein(GFP)-visualization technique, this cell-based system enables the analysis of the molecular mechanisms underlying biological processes that are highly dependent on the integrity of the intracellular architecture. In this chapter, we present a variety of reconstitution assays concerning biological reactions pertaining to the Golgi apparatus.

    DOI: 10.1007/978-3-030-23173-6_10

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  • The first successful observation of in-cell NMR signals of DNA and RNA in living human cells 査読

    Yudai Yamaoki, Ayaka Kiyoishi, Masayuki Miyake, Fumi Kano, Masayuki Murata, Takashi Nagata, Masato Katahira

    Physical Chemistry Chemical Physics   20 ( 5 )   2982 - 2985   2018年2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:Royal Society of Chemistry  

    DOI: 10.1039/c7cp05188c

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  • LLO-mediated Cell Resealing System for Analyzing Intracellular Activity of Membrane-impermeable Biopharmaceuticals of Mid-sized Molecular Weight. 国際誌

    Masataka Murakami, Fumi Kano, Masayuki Murata

    Scientific reports   8 ( 1 )   1946 - 1946   2018年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Cell-based assays have become increasingly important in the preclinical studies for biopharmaceutical products such as specialty peptides, which are of interest owing to their high substrate specificity. However, many of the latter are membrane impermeable and must be physically introduced into cells to evaluate their intracellular activities. We previously developed a "cell-resealing technique" that exploited the temperature-dependent pore-forming activity of the streptococcal toxin, streptolysin O (SLO), that enabled us to introduce various molecules into cells for evaluation of their intracellular activities. In this study, we report a new cell resealing method, the listeriolysin O (LLO)-mediated resealing method, to deliver mid-sized, membrane-impermeable biopharmaceuticals into cells. We found that LLO-type resealing required no exogenous cytosol to repair the injured cell membrane and allowed the specific entry of mid-sized molecules into cells. We use this method to introduce either a membrane-impermeable, small compound (8-OH-cAMP) or specialty peptide (Akt-in), and demonstrated PKA activation or Akt inhibition, respectively. Collectively, the LLO-type resealing method is a user-friendly and reproducible intracellular delivery system for mid-sized membrane-impermeable molecules into cells and for evaluating their intracellular activities.

    DOI: 10.1038/s41598-018-20482-2

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  • Cell resealing technique: From reconstitution to cell editing

    Masayuki Murata, Fumi Kano

    Seikagaku   90 ( 4 )   433 - 443   2018年

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Japanese Biochemical Society  

    DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2018.900433

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  • Establishment and phenotyping of disease model cells created by cell-resealing technique 査読

    Fumi Kano, Yoshiyuki Noguchi, Masayuki Murata

    Scientific Reports   7 ( 1 )   2017年12月

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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: 10.1038/s41598-017-15443-0

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    その他リンク: http://www.nature.com/articles/s41598-017-15443-0

  • Pyruvate kinase M1 interacts with A-Raf and inhibits endoplasmic reticulum stress-induced apoptosis by activating MEK1/ERK pathway in mouse insulinoma cells. 国際誌

    Yuta Horiuchi, Daiki Nakatsu, Fumi Kano, Masayuki Murata

    Cellular signalling   38   212 - 222   2017年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Apoptotic death of pancreatic β cells is a major cause of type 2 diabetes mellitus (T2D) progression. Two isoforms of pyruvate kinase, PKM1 and PKM2, have been reported to participate in cell death in several cell types; however, little is known about their causal pathways in pancreatic β-cell death. We examined whether the suppression of PKM1 or PKM2 affects endoplasmic reticulum (ER) stress-induced apoptosis in a pancreatic β-cell line, MIN6, and Beta-TC-6 and found that knockdown of PKM1, but not of PKM2, leads to the induction of ER stress-induced apoptosis in these cells. We also investigated the mechanism by which PKM1 inhibits ER stress-induced apoptosis. We confirmed that PKM1 interacts with A-Raf, an upstream regulator of the MEK/ERK pathway, and that this interaction contributes to MEK1 phosphorylation by A-Raf. PKM1 knockdown suppresses the phosphorylation of MEK, ERK, and caspase-9 (Thr125), which is phosphorylated by the MEK/ERK pathway, thereby inhibiting the cleavage and activation of caspase-9. Thus, PKM1 knockdown activates the caspase-9/caspase-3 pathway under ER stress conditions and leads to apoptosis.

    DOI: 10.1016/j.cellsig.2017.07.017

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  • Novel prosurvival function of Yip1A in human cervical cancer cells: constitutive activation of the IRE1 and PERK pathways of the unfolded protein response. 国際誌

    Yuki Taguchi, Yuta Horiuchi, Fumi Kano, Masayuki Murata

    Cell death & disease   8 ( 3 )   e2718   2017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)  

    Cancer cells are under chronic endoplasmic reticulum (ER) stress due to hypoxia, low levels of nutrients, and a high metabolic demand for proliferation. To survive, they constitutively activate the unfolded protein response (UPR). The inositol-requiring protein 1 (IRE1) and protein kinase RNA-like ER kinase (PERK) signaling branches of the UPR have been shown to have cytoprotective roles in cancer cells. UPR-induced autophagy is another prosurvival strategy of cancer cells, possibly to remove misfolded proteins and supply nutrients. However, the mechanisms by which cancer cells exploit the UPR and autophagy machinery to promote survival and the molecules that are essential for these processes remain to be elucidated. Recently, a multipass membrane protein, Yip1A, was shown to function in the activation of IRE1 and in UPR-induced autophagy. In the present study, we explored the possible role of Yip1A in activation of the UPR by cancer cells for their survival, and found that depletion of Yip1A by RNA interference (RNAi) induced apoptotic cell death in HeLa and CaSki cervical cancer cells. Intriguingly, Yip1A was found to activate the IRE1 and PERK pathways of the UPR constitutively in HeLa and CaSki cells. Yip1A mediated the phosphorylation of IRE1 and also engaged in the transcription of PERK. The activation of these signaling pathways upregulated the expression of anti-apoptotic proteins and autophagy-related proteins. These events might enhance resistance to apoptosis and promote cytoprotective autophagy in HeLa and CaSki cells. The present study is the first to uncover a key prosurvival modulator, Yip1A, which coordinates IRE1 signaling with PERK signaling to support the survival of HeLa and CaSki cervical cancer cells.

    DOI: 10.1038/cddis.2017.147

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  • Single-molecule fluorescence imaging of RalGDS on cell surfaces during signal transduction from Ras to Ral.

    Ryo Yoshizawa, Nobuhisa Umeki, Masataka Yanagawa, Masayuki Murata, Yasushi Sako

    Biophysics and physicobiology   14   75 - 84   2017年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    RalGDS is one of the Ras effectors and functions as a guanine nucleotide exchange factor for the small G-protein, Ral, which regulates membrane trafficking and cytoskeletal remodeling. The translocation of RalGDS from the cytoplasm to the plasma membrane is required for Ral activation. In this study, to understand the mechanism of Ras-Ral signaling we performed a single-molecule fluorescence analysis of RalGDS and its functional domains (RBD and REMCDC) on the plasma membranes of living HeLa cells. Increased molecular density of RalGDS and RBD, but not REMCDC, was observed on the plasma membrane after EGF stimulation of the cells to induce Ras activation, suggesting that the translocation of RalGDS involves an interaction between the GTP-bound active form of Ras and the RBD of RalGDS. Whereas the RBD played an important role in increasing the association rate constant between RalGDS and the plasma membrane, the REMCDC domain affected the dissociation rate constant from the membrane, which decreased after Ras activation or the hyperexpression of Ral. The Y64 residue of Ras and clusters of RalGDS molecules were involved in this reduction. From these findings, we infer that Ras activation not merely increases the cell-surface density of RalGDS, but actively stimulates the RalGDS-Ral interaction through a structural change in RalGDS and/or the accumulation of Ral, as well as the GTP-Ras/RalGDS clusters, to induce the full activation of Ral.

    DOI: 10.2142/biophysico.14.0_75

    PubMed

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  • Reconstitution of the targeting of Rab6A to the Golgi apparatus in semi-intact HeLa cells: A role of BICD2 in stabilizing Rab6A on Golgi membranes and a concerted role of Rab6A/BICD2 interactions in Golgi-to-ER retrograde transport 査読

    Mariko Matsuto, Fumi Kano, Masayuki Murata

    BIOCHIMICA ET BIOPHYSICA ACTA-MOLECULAR CELL RESEARCH   1853 ( 10 )   2592 - 2609   2015年10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.bbamcr.2015.05.005

    Web of Science

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  • Translocation of forkhead box O1 to the nuclear periphery induces histone modifications that regulate transcriptional repression of PCK1 in HepG2 cells. 国際誌

    Tamaki Arai, Fumi Kano, Masayuki Murata

    Genes to cells : devoted to molecular & cellular mechanisms   20 ( 4 )   340 - 57   2015年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Forkhead box O1 (FOXO1) is an important target for insulin. It is widely accepted that insulin-induced phosphorylation of FOXO1 by Akt leads to its nuclear exclusion and results in the inhibition of FOXO1-mediated transcription of the gluconeogenic gene phosphoenolpyruvate carboxykinase 1 (PCK1) in hepatocytes. However, many results that contradict this model have accumulated. Here, we provide a new mechanism for insulin-dependent repression of FOXO1-mediated transcription. We showed insulin-induced translocation of endogenous Ser256-phosphorylated FOXO1, which is essential for regulation of FOXO1-mediated transcription, from nuclear speckles to the nuclear periphery. This insulin-dependent translocation of FOXO1 regulated transcriptional repression of PCK1 concomitant with the formation of the FOXO1-euchromatic histone-lysine N-methyltransferase2 (EHMT2) complex and histone modifications of the PCK1 promoter region. Notably, our results suggest that FOXO1 uses nucleoporin 98 kDa NUP98 for this transcriptional regulation. These results provide a new insight into various FOXO1-mediated transcriptional regulation and FOXO1-mediated essential biological pathways.

    DOI: 10.1111/gtc.12226

    PubMed

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  • Rab2A is a pivotal switch protein that promotes either secretion or ER-associated degradation of (pro)insulin in insulin-secreting cells. 国際誌

    Taichi Sugawara, Fumi Kano, Masayuki Murata

    Scientific reports   4   6952 - 6952   2014年11月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Rab2A, a small GTPase localizing to the endoplasmic reticulum (ER)-Golgi intermediate compartment (ERGIC), regulates COPI-dependent vesicular transport from the ERGIC. Rab2A knockdown inhibited glucose-stimulated insulin secretion and concomitantly enlarged the ERGIC in insulin-secreting cells. Large aggregates of polyubiquitinated proinsulin accumulated in the cytoplasmic vicinity of a unique large spheroidal ERGIC, designated the LUb-ERGIC. Well-known components of ER-associated degradation (ERAD) also accumulated at the LUb-ERGIC, creating a suitable site for ERAD-mediated protein quality control. Moreover, chronically high glucose levels, which induced the enlargement of the LUb-ERGIC and ubiquitinated protein aggregates, impaired Rab2A activity by promoting dissociation from its effector, glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH), in response to poly (ADP-ribosyl)ation of GAPDH. The inactivation of Rab2A relieved glucose-induced ER stress and inhibited ER stress-induced apoptosis. Collectively, these results suggest that Rab2A is a pivotal switch that controls whether insulin should be secreted or degraded at the LUb-ERGIC and Rab2A inactivation ensures alleviation of ER stress and cell survival under chronic glucotoxicity.

    DOI: 10.1038/srep06952

    PubMed

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  • JNK1/2-dependent phosphorylation of angulin-1/LSR is required for the exclusive localization of angulin-1/LSR and tricellulin at tricellular contacts in EpH4 epithelial sheet

    Daiki Nakatsu, Fumi Kano, Yuki Taguchi, Taichi Sugawara, Takashi Nishizono, Kiyotaka Nishikawa, Yukako Oda, Mikio Furuse, Masayuki Murata

    GENES TO CELLS   19 ( 7 )   565 - 581   2014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)  

    DOI: 10.1111/gtc.12158

    Web of Science

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  • PPARγ-induced PARylation promotes local DNA demethylation by production of 5-hydroxymethylcytosine. 査読

    Fujiki K, Shinoda A, Kano F, Sato R, Shirahige K, Murata M

    Nature communications   4   2262   2013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)  

    DOI: 10.1038/ncomms3262

    Web of Science

    PubMed

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  • Hydrogen peroxide depletes phosphatidylinositol-3-phosphate from endosomes in a p38 MAPK-dependent manner and perturbs endocytic transport and signal transduction in pathogenic cells

    Masayuki Murata, Fumi Kano

    Hydrogen Peroxide: Detection, Applications and Health Implications   128 - 152   2013年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:論文集(書籍)内論文   出版者・発行元:Nova Science Publishers, Inc.  

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  • 2P308 セミインタクト細胞リシール技術による細胞内への分子導入と病態モデル細胞構築への応用(28.バイオエンジニアリング,ポスター,日本生物物理学会年会第51回(2013年度))

    Noguchi Yoshiyuki, Horiuchi Yuta, Nakatsu Daiki, Kano Fumi, Murata Masayuki

    生物物理   53 ( 1 )   S210   2013年

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    記述言語:英語   出版者・発行元:一般社団法人 日本生物物理学会  

    DOI: 10.2142/biophys.53.S210_1

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  • セミインタクト細胞リシール法を用いた「病態モデル細胞」作製とその疾患研究への応用

    村田 昌之, 加納 ふみ

    化学と生物   50 ( 7 )   510 - 517   2012年7月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:Japan Society for Bioscience, Biotechnology, and Agrochemistry  

    正常および病態の網羅的マイクロアレイ解析やプロテオーム解析が進み,多数の疾患関連遺伝子やタンパク質が抽出され,その細胞内機能や病態との関連が遺伝子改変マウスなどを用い盛んに研究されようとしている.しかし,その網羅的解析によって抽出される遺伝子・タンパク質の数は膨大であり,創薬・診断研究の現場では,動物個体を使用した前臨床研究におけるコストと時間のパフォーマンスの増大のため,リード化合物のスクリーニングやその副作用・作用機序研究における「細胞アッセイ」の重要性はますます増大してきている.しかし,現行の細胞アッセイの多くは「正常細胞」を使用したものであり,「病態環境」における細胞機能のかく乱の分子解析や,病態状態を示す細胞を利用した創薬スクリーニングを実践することが難しいのが現状である.本総説では,この「病態環境」を再現した細胞アッセイ系として,セミインタクト細胞リシール法を用いて作製した「病態モデル細胞」とその利用法を紹介するとともに,この誕生したばかりのツールの利点と,その克服すべき問題点と今後の展望について概説する.

    DOI: 10.1271/kagakutoseibutsu.50.510

    CiNii Books

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    その他リンク: https://jlc.jst.go.jp/DN/JALC/10006703508?from=CiNii

  • PKCδ and ε regulate the morphological integrity of the ER-Golgi intermediate compartment (ERGIC) but not the anterograde and retrograde transports via the Golgi apparatus. 国際誌

    Taichi Sugawara, Daiki Nakatsu, Hiroaki Kii, Nobuhiko Maiya, Atsuhiro Adachi, Akitsugu Yamamoto, Fumi Kano, Masayuki Murata

    Biochimica et biophysica acta   1823 ( 4 )   861 - 75   2012年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    The ER-Golgi intermediate compartment (ERGIC) is an organelle through which cargo proteins pass and are being transferred by either anterograde or retrograde transport between the endoplasmic reticulum (ER) and the Golgi apparatus. We examined the effect of 80 different kinase inhibitors on ERGIC morphology and found that rottlerin, a PKCδ inhibitor, induced the dispersion of the perinuclear ERGIC into punctate structures. Rottlerin also delayed anterograde transport of vesicular stomatitis virus G protein (VSVG) from the ER to the Golgi and retrograde transport of cholera toxin from cell surface to the ER via the Golgi. RNA interference revealed that knockdown of PKCδ or ε resulted in the dispersion of the ERGIC, but unexpectedly did not inhibit VSVG and cholera toxin transport. We also found that rottlerin depolarized the mitochondrial membrane potential, as does carbonylcyanide-p-trifluoromethoxyphenylhydrazone (FCCP), an uncoupler, and demonstrated that a decrease in the intracellular adenosine triphosphate (ATP) levels by rottlerin might underlie the block in transports. These results suggest that PKCδ and ε specifically regulate the morphology of the ERGIC and that the maintenance of ERGIC structure is not necessarily required for anterograde and retrograde transports.

    DOI: 10.1016/j.bbamcr.2012.01.007

    PubMed

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  • Hydrogen peroxide depletes phosphatidylinositol-3-phosphate from endosomes in a p38 MAPK-dependent manner and perturbs endocytosis. 国際誌

    Fumi Kano, Tamaki Arai, Mariko Matsuto, Hanako Hayashi, Moritoshi Sato, Masayuki Murata

    Biochimica et biophysica acta   1813 ( 5 )   784 - 801   2011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)  

    Phosphatidylinositol-3-phosphate (PI3P) is a lipid that is enriched specifically in early endosomes. Given that early endosomes containing PI3P act as a microdomain to recruit proteins that contain a PI3P-binding domain (FYVE domain), the equilibrium between the production and degradation of PI3P influences a variety of processes, including endocytosis and signal transduction via endosomes. In the study reported herein, we have developed a novel analytical method to quantify the amount of PI3P in endosomes by introducing a GST-2xFYVE protein probe into semi-intact cells. The GST-2xFYVE probe was targeted specifically to intracellular PI3P-containing endosomes, which retained their small punctate structure, and allowed the semi-quantitative measurement of intracellular PI3P. Using the method, we found that treatment of HeLa cells with H(2)O(2) decreased the amount of PI3P in endosomes in a p38 MAPK-dependent manner. In addition, H(2)O(2) treatment delayed transport through various endocytic pathways, especially post-early endosome transport; the retrograde transport of cholera toxin was especially dependent on the amount of PI3P in endosomes. This article is part of a Special Issue entitled: 11th European Symposium on Calcium.

    DOI: 10.1016/j.bbamcr.2011.01.023

    PubMed

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  • 3K1148 セミインタクト細胞リシール技術を用いた病態モデル細胞構築(細胞生物的課題3,第49回年会講演予稿集)

    Kano Fumi, Horiuchi Yuta, Murata Masayuki

    生物物理   51   S145   2011年

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    記述言語:英語   出版者・発行元:一般社団法人 日本生物物理学会  

    DOI: 10.2142/biophys.51.S145_5

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  • 1SF-05 Establishment of semi-intact cell resealing technique : Insights into intracellular logistics and signal transductions under disease state(1SF Progress in the understanding of intracellular signaling networks of molecules,The 49th Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan)

    村田 昌之, Kano Fumi

    生物物理   51   S5   2011年

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    記述言語:英語   出版者・発行元:一般社団法人 日本生物物理学会  

    DOI: 10.2142/biophys.51.S5_4

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  • EpH4細胞におけるタイト結合形成のキナーゼ制御メカニズムの解析およびビジュアルスクリーニング(Visual screening and analysis for kinase-regulated mechanisms of tight junction formation in EpH4 cells)

    中津 大貴, 菅原 太一, 安達 淳博, 加納 ふみ, 古瀬 幹夫, 村田 昌之

    日本生化学会大会・日本分子生物学会年会合同大会講演要旨集   83回・33回   1P - 0426   2010年12月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:(公社)日本生化学会  

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  • Golgi-associated GSK3 beta regulates the sorting process of post-Golgi membrane trafficking 査読

    Atsuhiro Adachi, Fumi Kano, Takashi Tsuboi, Morihisa Fujita, Yusuke Maeda, Masayuki Murata

    JOURNAL OF CELL SCIENCE   123 ( 19 )   3215 - 3225   2010年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1242/jcs.063941

    Web of Science

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  • An Orally Applicable Shiga Toxin Neutralizer Functions in the Intestine To Inhibit the Intracellular Transport of the Toxin 査読

    Miho Watanabe-Takahashi, Toshio Sato, Taeko Dohi, Noriko Noguchi, Fumi Kano, Masayuki Murata, Takashi Hamabata, Yasuhiro Natori, Kiyotaka Nishikawa

    INFECTION AND IMMUNITY   78 ( 1 )   177 - 183   2010年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1128/IAI.01022-09

    Web of Science

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  • 1P202 1C1240 セミインタクト細胞とそのリシール技術を用いたメンブレンダイナミクス研究(細胞生物的課題(接着,運動,骨格,伝達,膜),口頭発表,第48回日本生物物理学会年会)

    Kano Fumi, Arai Tamaki, Matsuto Mariko, Murata Masayuki

    生物物理   50 ( 2 )   S55   2010年

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    記述言語:英語   出版者・発行元:一般社団法人 日本生物物理学会  

    DOI: 10.2142/biophys.50.S55_1

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  • 2P207 Mitochondria morphology was regulated by GSK3β(The 48th Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan)

    Adachi Atsuhiro, Kano Fumi, Murata Masayuki

    生物物理   50 ( 2 )   S119   2010年

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    記述言語:英語   出版者・発行元:一般社団法人 日本生物物理学会  

    DOI: 10.2142/biophys.50.S119_1

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  • Intracellular Phospholipase A(1)gamma(iPLA(1)gamma) Is a Novel Factor Involved in Coat Protein Complex I- and Rab6-independent Retrograde Transport between the Endoplasmic Reticulum and the Golgi Complex 査読

    Morikawa Rei K, Aoki Junken, Kano Fumi, Murata Masayuki, Yamamoto Akitsugu, Tsujimoto Masafumi, Arai Hiroyuki

    JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY   284 ( 39 )   26620 - 26630   2009年9月

  • Yip1A regulates the COPI-independent retrograde transport from the Golgi complex to the ER

    Fumi Kano, Shinobu Yamauchi, Yumi Yoshida, Miho Watanabe-Takahashi, Kiyotaka Nishikawa, Nobuhiro Nakamura, Masayuki Murata

    Journal of Cell Science   122 ( 13 )   2218 - 2227   2009年7月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1242/jcs.043414

    Scopus

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  • Visual screening and analysis for kinase-regulated membrane trafficking pathways that are involved in extensive beta-amyloid secretion. 国際誌

    Atsuhiro Adachi, Fumi Kano, Takaomi C Saido, Masayuki Murata

    Genes to cells : devoted to molecular & cellular mechanisms   14 ( 3 )   355 - 69   2009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)  

    Membrane trafficking is an important cellular process that enables the precise localization of membrane proteins. The disturbance of membrane trafficking results in various disease states. To explore systematically the defects in trafficking pathways that cause these disturbances or disease states, we developed an automated high-throughput fluorescence-based imaging system and carried out visual screening for kinase-regulated trafficking pathways of the cation-independent mannose 6-phosphate receptor (CI-M6PR) in HeLa cells. As the result of our visual screening, which examined the effect of kinase inhibitors and a kinase siRNA library, we identified five kinases (CDC42BPB, PRKACA, PRKACG, GSK3 beta and CSNK2A1) that regulate CI-M6PR trafficking. Moreover, we focused on Alzheimer's disease (AD) to study the relationship between the five kinases and a disease state. Notably, two trafficking pathways, which were regulated by PRKACG and GSK3 beta, respectively, induced high levels of secretion of Abeta, the hallmark of AD. In addition, we found that the modulation of GSK3 beta activity affected the microtubule plus end tracking function of cytoplasmic linker protein-associating protein 2 and resulted in the perturbation of BACE1 localization/trafficking and extensive A beta secretion. Our systems provide new approaches for the analysis of spatially-regulated membrane trafficking and related disease states.

    DOI: 10.1111/j.1365-2443.2008.01274.x

    PubMed

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  • The ABCA1 Q597R mutant undergoes trafficking from the ER upon ER stress 査読

    Arowu R. Tanaka, Fumi Kano, Kazumitsu Ueda, Masayuki Murata

    BIOCHEMICAL AND BIOPHYSICAL RESEARCH COMMUNICATIONS   369 ( 4 )   1174 - 1178   2008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.bbrc.2008.03.018

    Web of Science

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  • Identification of PCBP2, a facilitator of IRES-mediated translation, as a novel constituent of stress granules and processing bodies. 国際誌

    Ken Fujimura, Fumi Kano, Masayuki Murata

    RNA (New York, N.Y.)   14 ( 3 )   425 - 31   2008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)  

    Recent advances in microscopic techniques have shed light on the roles of specific subcellular structures in the regulation of gene expression. One such structure is the stress granule (SG), which is engaged in stress-triggered translational arrest by sequestering pre-initiation complexes of translation. Recent studies revealed the spatial, compositional, and functional linkage of the SG to the processing body (P-body), another cytoplasmic structure that has been implicated in mRNA degradation and siRNA- or miRNA-mediated gene silencing. In this study, we report that PCBP2, a facilitator of IRES (Internal Ribosomal Entry Site)-mediated translation, is a novel constituent of the SG and P-body. Immunofluorescence studies revealed that while PCBP2 is diffusely distributed throughout the nucleoplasm and the cytoplasm, the protein is enriched in a subset of P-bodies under normal conditions. Upon exposure to heat and arsenic stress, PCBP2 became predominantly accumulated at the SG, but was still present in Dcp1a-positive P-bodies. Live-cell imaging revealed the dynamic association of PCBP2-enriched P-bodies and the SG, and FRAP experiments demonstrated that PCBP2 actively moves in and out of the SG and P-body. Taken together, these results suggest that PCBP2 shuttles between the cytoplasm and the two structures under stress. We propose that PCBP2 may be involved in stress-induced remodeling of mRNP complexes and that it may also play a role in the rapid transition of certain silenced mRNAs into a translationally active state. Additionally, given the property of PCBP2 as a nuclear-cytoplasmic shuttling protein, PCBP2 may play a role in directly targeting nascent mRNPs to specific P-bodies for storage.

    DOI: 10.1261/rna.780708

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  • Dual localization of the RNA binding protein CUGBP-1 to stress granule and perinucleolar compartment. 国際誌

    Ken Fujimura, Fumi Kano, Masayuki Murata

    Experimental cell research   314 ( 3 )   543 - 53   2008年2月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    The mRNA-binding protein CUGBP-1 is a multi-faceted factor, involved in a wide range of biological processes including splicing, translation initiation and mRNA degradation. Here we show that CUGBP-1 is a novel constituent of stress granule (SG), the translational silencing machinery assembled in response to environmental stress. CUGBP-1 was rapidly routed to SGs upon exposure to a variety of environmental stress, and actively shuttles between the nucleus and SGs. The linker domain located between the second and third RNA recognition motifs (RRMs) was found to be essential for the recruitment of CUGBP-1 to SGs. Importantly, we discovered that the linker domain is also required to direct CUGBP-1 to another subcellular structure, perinucleolar compartment (PNC). These results demonstrate the dynamic behavior of CUGBP-1 during stress response and that the linker region, in concert with RRMs, plays a significant role in defining its subcellular localization and dynamics.

    DOI: 10.1016/j.yexcr.2007.10.024

    PubMed

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  • Modulation of SRF-dependent gene expression by association of SPT16 with MKL1 査読

    Takanori Kihara, Fumi Kano, Masayuki Murata

    EXPERIMENTAL CELL RESEARCH   314 ( 3 )   629 - 637   2008年2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.yexcr.2007.10.004

    Web of Science

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  • Reconstitution of Golgi disassembly by mitotic Xenopus egg extract in semi-intact MDCK cells. 査読

    Fumi Kano, Katsuya Takenaka, Masayuki Murata

    Methods in molecular biology (Clifton, N.J.)   322   357 - 365   2006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)  

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  • EGF signalling amplification induced by dynamic clustering of EGFR 査読 国際誌

    Ichinose J, Murata M, Yanagida T, Sako Y

    Biochemical and Biophysical Research Communications   324 ( 3 )   1143 - 1149   2004年11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.bbrc.2004.09.173

    Web of Science

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  • Cdc2 kinase-dependent disassembly of endoplasmic reticulum (ER) exit sites inhibits ER-to-Golgi vesicular transport during mitosis

    Fumi Kano, Arowu R. Tanaka, Shinobu Yamauchi, Hisao Kondo, Masayuki Murata

    Molecular Biology of the Cell   15 ( 9 )   4289 - 4298   2004年9月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1091/mbc.E03-11-0822

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  • Activation of mammalian unfolded protein response is compatible with the quality control system operating in the endoplasmic reticulum. 国際誌

    Satomi Nadanaka, Hiderou Yoshida, Fumi Kano, Masayuki Murata, Kazutoshi Mori

    Molecular biology of the cell   15 ( 6 )   2537 - 48   2004年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Newly synthesized secretory and transmembrane proteins are folded and assembled in the endoplasmic reticulum (ER) where an efficient quality control system operates so that only correctly folded molecules are allowed to move along the secretory pathway. The productive folding process in the ER has been thought to be supported by the unfolded protein response (UPR), which is activated by the accumulation of unfolded proteins in the ER. However, a dilemma has emerged; activation of ATF6, a key regulator of mammalian UPR, requires intracellular transport from the ER to the Golgi apparatus. This suggests that unfolded proteins might be leaked from the ER together with ATF6 in response to ER stress, exhibiting proteotoxicity in the secretory pathway. We show here that ATF6 and correctly folded proteins are transported to the Golgi apparatus via the same route and by the same mechanism under conditions of ER stress, whereas unfolded proteins are retained in the ER. Thus, activation of the UPR is compatible with the quality control in the ER and the ER possesses a remarkable ability to select proteins to be transported in mammalian cells in marked contrast to yeast cells, which actively utilize intracellular traffic to deal with unfolded proteins accumulated in the ER.

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  • [Visualization of life of proteins]. 査読

    Yamauchi S, Murata M

    Tanpakushitsu kakusan koso. Protein, nucleic acid, enzyme   49   933 - 934   2004年5月

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:7 Suppl  

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  • The localization and phosphorylation of p47 are important for Golgi disassembly-assembly during the cell cycle. 国際誌

    Keiji Uchiyama, Eija Jokitalo, Mervi Lindman, Mark Jackman, Fumi Kano, Masayuki Murata, Xiaodong Zhang, Hisao Kondo

    The Journal of cell biology   161 ( 6 )   1067 - 79   2003年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    In mammalian cells, the Golgi apparatus is disassembled at the onset of mitosis and reassembled at the end of mitosis. This disassembly-reassembly is generally believed to be essential for the equal partitioning of Golgi into two daughter cells. For Golgi disassembly, membrane fusion, which is mediated by NSF and p97, needs to be blocked. For the NSF pathway, the tethering of p115-GM130 is disrupted by the mitotic phosphorylation of GM130, resulting in the inhibition of NSF-mediated fusion. In contrast, the p97/p47 pathway does not require p115-GM130 tethering, and its mitotic inhibitory mechanism has been unclear. Now, we have found that p47, which mainly localizes to the nucleus during interphase, is phosphorylated on Serine-140 by Cdc2 at mitosis. The phosphorylated p47 does not bind to Golgi membranes. An in vitro assay shows that this phosphorylation is required for Golgi disassembly. Microinjection of p47(S140A), which is unable to be phosphorylated, allows the cell to keep Golgi stacks during mitosis and has no effect on the equal partitioning of Golgi into two daughter cells, suggesting that Golgi fragmentation-dispersion may not be obligatory for equal partitioning even in mammalian cells.

    PubMed

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  • VCIP135, a novel essential factor for p97/p47-mediated membrane fusion, is required for Golgi and ER assembly in vivo. 国際誌

    Keiji Uchiyama, Eija Jokitalo, Fumi Kano, Masayuki Murata, Xiaodong Zhang, Benito Canas, Richard Newman, Catherine Rabouille, Darryl Pappin, Paul Freemont, Hisao Kondo

    The Journal of cell biology   159 ( 5 )   855 - 66   2002年12月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    NSF and p97 are ATPases required for the heterotypic fusion of transport vesicles with their target membranes and the homotypic fusion of organelles. NSF uses ATP hydrolysis to dissociate NSF/SNAPs/SNAREs complexes, separating the v- and t-SNAREs, which are then primed for subsequent rounds of fusion. In contrast, p97 does not dissociate the p97/p47/SNARE complex even in the presence of ATP. Now we have identified a novel essential factor for p97/p47-mediated membrane fusion, named VCIP135 (valosin-containing protein [VCP][p97]/p47 complex-interacting protein, p135), and show that it binds to the p97/p47/syntaxin5 complex and dissociates it via p97 catalyzed ATP hydrolysis. In living cells, VCIP135 and p47 are shown to function in Golgi and ER assembly.

    PubMed

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  • S2J3 セミインタクト細胞系を利用した小細胞・ゴルジ体のダイナミクス解析(オルガネラ:そのダイナミクスから見た機能発現戦略,シンポジウム,日本生物物理学会第40回年会)

    村田 昌之

    生物物理   42 ( 2 )   S10   2002年

     詳細を見る

    記述言語:日本語   出版者・発行元:一般社団法人 日本生物物理学会  

    DOI: 10.2142/biophys.42.S10_2

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  • MEK and Cdc2 kinase are sequentially required for Golgi disassembly in MDCK cells by the mitotic Xenopus extracts 査読

    F Kano, K Takenaka, A Yamamoto, K Nagayama, E Nishida, M Murata

    JOURNAL OF CELL BIOLOGY   149 ( 2 )   357 - 368   2000年4月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1083/jcb.149.2.357

    Web of Science

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  • Reconstitution of brefeldin A-induced Golgi tubulation and fusion with the endoplasmic reticulum in semi-intact Chinese hamster ovary cells 査読

    Kano F, Sako Y, Tagaya M, Yanagida T, Murata M

    Molecular Biology of the Cell   11 ( 9 )   3073 - 3087   2000年

  • 細胞内小胞輸送における膜小胞化・膜融合のメカニズム

    村田 昌之, 大橋 正人

    生物物理   34 ( 4 )   1 - 6   1994年7月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:一般社団法人日本生物物理学会  

    DOI: 10.2142/biophys.34.137

    CiNii Books

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    その他リンク: https://jlc.jst.go.jp/DN/JALC/00080668237?from=CiNii

  • 膜融合ペプチドの機能的・構造的特徴

    村田 昌之

    膜   19 ( 4 )   221 - 230   1994年

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:THE MEMBRANE SOCIETY OF JAPAN  

    Membrane fusion plays a crucial role in intracellular vesicular transport, intercellular fusion and viral infectivity. The fusion reaction has been supposed to underlie the following three steps ; (i) specific docking of two membranes, (ii) perturbation of lipid bilayer at fusion point (s) and formingfusion pore (s), (iii) dilation of fusion pore (s). For the intracellular membrane fusion in membrane trafficking pathways, the recent convergence of genetic and biochemical approaches has led to the identification of a number of proteins that involved in specific docking of two membranes (step (i)). However, the details in step (ii) have not been clarified. In this review, I will focus on putative "fusion peptide" of viral fusogenic proteins as an activator of the step (ii). Through the works on the fusion of liposomes mediated by several synthetic peptides that are derived from the fusion peptide of influenza virus hemagglutinin, we found that the fusion is triggered when the peptides become more hydrophobic under fusion-competent conditions, and also found that the common structural features of the fusogenic peptides is not "amphiphilic helical structure". The amphiphilic peptides appearto require other factor (s) to cause fusion. I propose that uneven distribution of the side-chain bulkiness of peptide in ordered structure is important factor for fusion active peptide.

    DOI: 10.5360/membrane.19.221

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    その他リンク: https://jlc.jst.go.jp/DN/JALC/00080699958?from=CiNii

  • 「細胞装置」 としての膜融合タンパク質 - はじまったばかりの膜融合タンパク質研究 -

    菱田 竜一, 村田 昌之

    生物物理   32 ( 5 )   17 - 23   1992年9月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:一般社団法人日本生物物理学会  

    Protein-mediated membrane fusion plays a crucial role in the eukaryotic world. Especially, steps such as endocytosis and exocytosis require strongly regulated and coordinated fusion events. The fusion protein, however, is still not identified in spite of increased sophistication of cell-free assay systems for measuring the intracellular fusions because "multi-subunit" protein complex seems to be involved in the fusions. In this review we describe some of our physicochemical approaches for searching and understanding the "fusion machinery" in living cells.

    DOI: 10.2142/biophys.32.249

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    その他リンク: https://jlc.jst.go.jp/DN/JALC/00079021418?from=CiNii

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MISC

  • In-cell NMR法を用いたヒト生細胞内のDNAおよびRNAの構造とダイナミクスの解析

    山置 佑大, 永田 崇, 清石 彩華, 三宅雅之, 加納 ふみ, 村田 昌之, 片平 正人

    第57回NMR討論会 札幌コンベンションセンター(札幌市), 2018.9.18-20   2018年9月

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究発表ペーパー・要旨(全国大会,その他学術会議)  

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  • ブルセラ・アボルタス菌の細胞内増殖を制御する新規宿主因子Yip1A

    田口 由起, 加納 ふみ, 村田 昌之

    生化学   88 ( 1 )   139 - 143   2016年2月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本生化学会  

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    その他リンク: http://search.jamas.or.jp/link/ui/2016293344

  • JNK依存的なangulin-1/LSRのリン酸化は、上皮細胞シートに形成される三細胞接着点への、angulin-1/LSR及びtricellulinの保持に必須である

    中津 大貴, 加納 ふみ, 田口 由起, 菅原 太一, 西園 貴志, 西川 喜代孝, 小田 裕香子, 古瀬 幹夫, 村田 昌之

    日本細胞生物学会大会講演要旨集   66回   141 - 141   2014年5月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:(一社)日本細胞生物学会  

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  • Expression of the peroxisome proliferator activated receptor gamma gene is repressed by DNA methylation in visceral adipose tissue of mouse models of diabetes

    Fujiki, Katsunori, Kano, Fumi, Shiota, Kunio, Murata, Masayuki

    BMC BIOLOGY   7   38   2009年7月

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  • Selective localization of PCBP2 to cytoplasmic processing bodies

    Ken Fujimura, Jun Katahira, Fumi Kano, Yoshihiro Yoneda, Masayuki Murata

    BIOCHIMICA ET BIOPHYSICA ACTA-MOLECULAR CELL RESEARCH   1793 ( 5 )   878 - 887   2009年5月

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  • 小胞輸送で結ばれた哺乳動物細胞オルガネラの膜創成機構

    加納 ふみ, 安達 淳博, 村田 昌之

    膜   33 ( 1 )   24 - 31   2008年1月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本膜学会  

    Organelles are connected and exchange proteins and lipids each other by vesicular transport, while maintaining their specific morphology and components during interphase. At the onset of mitosis, the balance of vesicular transport between organelles is disturbed, resulting in the drastic change of organelle morphology. To understand the coupling mechanisms between organelle morphology and vesicular transport, we developed the reconstitution systems for the Golgi disassembly, the disruption and reformation of the endoplasmic reticulum (ER), mitotic disruption of ER exit sites, and vesicular ...

    DOI: 10.5360/membrane.33.24

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  • 新展開を見せるオルガネラ膜創成の分子機構

    村田 昌之

    膜   33 ( 1 )   1 - 1   2008年1月

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    記述言語:日本語  

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  • 2P206 セミインタクト細胞における転写因子ATF4翻訳過程の再構成系の確立(細胞生物的課題(接着・運動・骨格・伝達・膜),ポスター発表,第45回日本生物物理学会年会)

    加納 ふみ, 日原 さえら, 谷本 博一, 村田 昌之

    生物物理   47 ( 1 )   S164   2007年11月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:日本生物物理学会  

    DOI: 10.2142/biophys.47.S164_3

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  • 2P205 細胞ストレス下におけるATF-4-GADD34 feedback loopのkinetics解析(細胞生物的課題(接着・運動・骨格・伝達・膜),ポスター発表,第45回日本生物物理学会年会)

    谷本 博一, 加納 ふみ, 村田 昌之

    生物物理   47 ( 1 )   S164   2007年11月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:日本生物物理学会  

    DOI: 10.2142/biophys.47.S164_2

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  • オルガネラ形態変化と細胞内小胞輸送の細胞周期依存的なカップリング

    加納 ふみ, 村田 昌之

    蛋白質核酸酵素   52 ( 11 )   1344 - 1350   2007年9月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:共立出版  

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  • セミインタクト細胞を用いた細胞内ネットワークの可視化解析

    加納 ふみ, 安達 淳博, 村田 昌之

    顕微鏡   42 ( 2 )   143 - 145   2007年7月

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    出版者・発行元:日本顕微鏡学会  

    DOI: 10.11410/kenbikyo2004.42.143

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  • 1SB06 細胞分裂時におけるオルガネラダイナミクス(細胞内微小ドメインの生物物理 : 細胞の統合的理解に向けて)

    加納 ふみ, 村田 昌之

    生物物理   45 ( 1 )   S4   2005年10月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本生物物理学会  

    DOI: 10.2142/biophys.45.S4_1

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  • セミインタクト細胞を用いた細胞内イベントの可視化解析(理論/実験技術)

    山内 忍, 田中 亜路, 加納 ふみ, 村田 昌之

    生物物理   45 ( 3 )   153 - 156   2005年5月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本生物物理学会  

    DOI: 10.2142/biophys.45.153

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  • 2P192 哺乳動物細胞における小胞体ネットワーク構造の細胞周期依存的なダイナミクス(I) : 小胞体膜切断過程(細胞生物的課題 : 接着・運動・骨格・伝達・膜)

    田中 亜路, 加納 ふみ, 近藤 久雄, 山内 忍, 細川 暢子, 永田 和宏, 村田 昌之

    生物物理   44 ( 1 )   S157   2004年11月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本生物物理学会  

    DOI: 10.2142/biophys.44.S157_4

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  • 2P193 哺乳動物細胞における小胞体ネットワーク構造の細胞周期依存的なダイナミクス(II) : 小胞体膜融合過程(細胞生物的課題 : 接着・運動・骨格・伝達・膜)

    加納 ふみ, 近藤 久雄, 山内 忍, 田中 亜路, 細川 暢子, 永田 和宏, 村田 昌之

    生物物理   44 ( 1 )   2004年11月

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    出版者・発行元:日本生物物理学会  

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  • 2P191 小胞体からのタンパク質輸送はER exit siteの形成・分解に依存する(細胞生物的課題 : 接着・運動・骨格・伝達・膜)

    山内 忍, 加納 ふみ, 田中 亜路, 近藤 久雄, 村田 昌之

    生物物理   44 ( 1 )   S157   2004年11月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本生物物理学会  

    DOI: 10.2142/biophys.44.S157_3

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  • セミインタクト細胞系を用いたタンパク質ネットワーク可視化解析技術の開発 (第21回 バイオテクノロジー シンポジウム 予稿集) -- (ポスターセッションの部 細胞内ネットワークのダイナミズム解析技術開発)

    村田 昌之, 加納 ふみ, 佐甲 靖志

    バイオテクノロジ-シンポジウム予稿集   21   189 - 192   2003年11月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:バイオテクノロジ-開発技術研究組合  

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  • 蛍光1分子観察による上皮成長因子受容体とアダプター分子間相互作用様式の解析

    森松 美紀, 太田 康友, 村田 昌之, 柳田 敏雄, 佐甲 靖志

    生物物理   43 ( 1 )   S102   2003年8月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本生物物理学会  

    DOI: 10.2142/biophys.43.S102_1

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  • セミインタクト細胞における上皮成長因子(EGF)受容体活性化増幅過程の蛍光1分子観察

    一ノ瀬 純也, 佐甲 靖志, 村田 昌之, 柳田 敏雄

    生物物理   43 ( 1 )   2003年8月

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    出版者・発行元:日本生物物理学会  

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  • 1N0930 セミインタクト細胞における上皮成長因子(EGF)受容体リン酸化増幅過程の蛍光1分子観察(12.細胞生物学的課題,一般演題,日本生物物理学会第40回年会)

    一ノ瀬 純也, 佐甲 靖志, 村田 昌之, 柳田 敏雄

    生物物理   42 ( 2 )   S80   2002年10月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本生物物理学会  

    DOI: 10.2142/biophys.42.S80_3

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  • 哺乳動物細胞オルガネラの細胞周期依存的ダイナミクス

    田中 亜路, 加納 ふみ, 村田 昌之

    生物物理   42 ( 3 )   116 - 121   2002年5月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本生物物理学会  

    At the onset of mitosis, each organelle in a mammalian cell must be inherited accurately by two daughter cells. Recent advances in GFP visualization techniques and in genetic approaches have made it possible to understand the dynamic behavior of organelle during their inheritance and to identify the intracellular machinery required for accurate inheritance. Extensive studies have revealed that the inheritance strategies used by each organelle are not stochastic and passive but are rather controlled by the molecules, which are needed for membrane fusion/vesiculation in intracellular membrane...

    DOI: 10.2142/biophys.42.116

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  • 2P091EGF受容体のリン酸化とその増幅の1分子観察

    一ノ瀬 純也, 佐甲 靖志, 村田 昌之, 柳田 敏雄

    生物物理   41 ( 1 )   S118   2001年9月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本生物物理学会  

    DOI: 10.2142/biophys.41.S118_3

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  • 3P213セミインタクト細胞を用いたER-ゴルジ体小胞輸送の解析

    加納 ふみ, 村田 昌之

    生物物理   41 ( 1 )   S212   2001年9月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本生物物理学会  

    DOI: 10.2142/biophys.41.S212_1

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  • 2P092上皮成長因子受容体とアダプター分子の相互作用の1分子計測

    太田 康友, 森松 美紀, 佐甲 靖志, 村田 昌之, 柳田 敏雄

    生物物理   41 ( 1 )   S118   2001年9月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本生物物理学会  

    DOI: 10.2142/biophys.41.S118_4

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  • 3P212セミインタクト細胞を用いた小胞体の細胞周期依存的なダイナミクスの再構成

    村田 昌之, 加納 ふみ, 近藤 久雄, 細川 暢子, 永田 和宏

    生物物理   41 ( 1 )   S211   2001年9月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本生物物理学会  

    DOI: 10.2142/biophys.41.S211_4

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  • 実験講座 細胞内イベントを操作するセミインタクト細胞系--新しいナノテクノロジーの基盤デバイスとして

    加納 ふみ, 村田 昌之

    生体の科学   52 ( 4 )   340 - 346   2001年7月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:金原一郎記念医学医療振興財団  

    DOI: 10.11477/mf.2425902527

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  • 1S17 動物細胞におけるタンパク質細胞内輸送のビジュアル化と再構成

    村田 昌之

    日本生物工学会大会講演要旨集   13   21 - 21   2001年

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本生物工学会  

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    その他リンク: http://search.jamas.or.jp/link/ui/2003123223

  • セミインタクト細胞とGFPを用いた細胞内トラフィックのモニタリングとマニピュレーション(<特集>GFPを用いた細胞内モニタリング)

    加納 ふみ, 村田 昌之

    生物工学会誌 : seibutsu-kogaku kaishi   78 ( 9 )   392 - 397   2000年9月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:公益社団法人日本生物工学会  

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  • メンブレントラフィックス研究の視点から細胞・オルガネラの形態形成を観る (特集 小胞輸送から細胞の形態形成を探る--注目を浴びるトポバイオジェネシスの世界)

    村田 昌之

    細胞工学   19 ( 7 )   982 - 986   2000年7月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:秀潤社  

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  • 膜の動きを観て,操作する--GFPとセミインタクト細胞を用いたトポバイオジェネシス研究 (特集 小胞輸送から細胞の形態形成を探る--注目を浴びるトポバイオジェネシスの世界)

    加納 ふみ, 村田 昌之

    細胞工学   19 ( 7 )   1023 - 1029   2000年7月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:秀潤社  

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  • 1PA056 ブレフェルジンAが誘導するゴルジ体のチューブ構造形成およびER膜との融合過程の全再構成

    加納 ふみ, 佐甲 靖志, 宮本 善一, 柳田 敏夫, 多賀谷 光男, 永山 國昭, 村田 昌之

    生物物理   39 ( 1 )   S47   1999年9月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本生物物理学会  

    DOI: 10.2142/biophys.39.S47_4

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  • ゴルジ体のバイオジェネシス : 極性細胞でのin situ biochemistry & biophysics(<特集>細胞の膜系構築)

    加納 ふみ, 村田 昌之

    生物物理   39 ( 1 )   29 - 33   1999年1月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本生物物理学会  

    In mammalian cells, especially in polarized cells, the Golgi apparatus plays a crucial role in the intracellular sorting and directional-transport of proteins and lipids. The dynamic nature of the apparatus is underscored by the cell cycle-dependent redistribustion and coalesce near the restricted pericentriolar and apical locarlzation in polarized cells. Cytoskeletons might be involved in the dynamic nature, the characteristic shape and the intracellular position of the Golgi apparatus. However, the precise mechanisms of the Golgi-positioning and of the maintenance of its shape in polarize...

    DOI: 10.2142/biophys.39.29

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  • セミインタクトMDCK細胞を用いたゴルジ体再構築系の確立 -イリマキノン依存的ゴルジ体の形態変化の研究-

    村田 昌之, 加納 ふみ, 永山 國昭

    日本分子生物学会年会プログラム・講演要旨集   21   485 - 485   1998年12月

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    記述言語:日本語  

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  • セミインタクトMDCK細胞を用いた細胞周期依存的ゴルジ体の形態形成機構

    加納 ふみ, 竹中 克也, 永山 國昭, 西田 栄介, 村田 昌之

    日本分子生物学会年会プログラム・講演要旨集   21   485 - 485   1998年12月

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    記述言語:日本語  

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  • ブレフェルジンAが誘導するゴルジ体のチューブ構造の形成

    加納 ふみ, 永山 國昭, 村田 昌之

    生物物理   38 ( 2 )   S47   1998年9月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本生物物理学会  

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  • 細胞情報伝達を制御する形質膜ドメイン・カベオラの構築機構

    村田 昌之, Simons Kai

    生物物理   37   S8   1997年10月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:一般社団法人日本生物物理学会  

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  • 3S12 セミインタクト極性細胞を用いたゴルジ体の再構築

    加納 ふみ, 魚住 拓也, 永山 国昭, 村田 昌之

    生物物理   37 ( 2 )   S197   1997年9月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本生物物理学会  

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  • 細胞極性と小胞輸送 (特集 生物のかたちを決める細胞極性)

    村田 昌之, 加納 ふみ

    細胞工学   15 ( 12 )   1732 - 1739   1996年12月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:秀潤社  

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  • IA-8 時間分解顕微蛍光法による細胞接着タンパク質の集合の研究

    楠見 明弘, 佐甲 靖志, 村田 昌之, 辻 明彦

    日本組織細胞化学会総会プログラムおよび抄録集   ( 29 )   52 - 52   1988年10月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本組織細胞化学会  

    DOI: 10.2142/biophys.29.4_211

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  • IA-9 時間分解顕微蛍光法による培養細胞中の膜小胞の融合の研究

    村田 昌之, 佐甲 靖志, 辻 明彦, 楠見 明弘

    日本組織細胞化学会総会プログラムおよび抄録集   ( 29 )   53 - 53   1988年10月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本組織細胞化学会  

    DOI: 10.2142/biophys.29.4_211

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  • IB-7 時間分解顕微蛍光光度計の開発と細胞膜研究への応用

    楠見 明弘, 辻 明彦, 村田 昌之, 佐甲 靖志, 吉沢 明康, 早川 毅

    日本組織細胞化学会総会プログラムおよび抄録集   ( 28 )   46 - 46   1987年11月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本組織細胞化学会  

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共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 超解像蛍光抗体法による共変動ネットワーク解析法の開発

    研究課題/領域番号:19216848  2019年 - 2021年

    科学技術振興機構  戦略的な研究開発の推進/未来社会創造事業/探索加速型

    村田 昌之

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    低・中分子・バイオ医薬品の上市には、正常または病態の細胞内環境で実際に働く薬剤標的の同定や、その作用・副作用を細胞内の蛋白質ネットワークの頑健性・撹乱として捉え、その制御の鍵分子(群)の精密な機能同定が必要不可欠になってきている。われわれのグループは、①「超解像蛍光プローブ技術」を利用した高精度蛍光抗体法、②高精度細胞染色画像ビッグデータを用い、蛋白質の性質・挙動変化の時間同調性をもとに作成する共変動蛋白質ネットワーク解析技術、③マルチオミクス解析とのデータ統合による形態情報を特長とする新規ネットワーク解析と数理モデルなどによるネットワークの検証技術、④そこから抽出される鍵蛋白質の正常・病態モデル細胞内での超解像・長時間イメージング技術などの実験的検証、により上記課題を解決し、汎用的で、日本発の技術を統合した世界に類を見ない創薬支援プラットフォームを創成し、創薬・細胞医薬の精緻化とスピード化を目指す。

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  • 新規リシール細胞技術を用いた複数タンパク質・膜不透過性中分子の細胞内導入法の開発

    研究課題/領域番号:17H05870  2017年4月 - 2019年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  新学術領域研究(研究領域提案型)

    村田 昌之

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    配分額:13000000円 ( 直接経費:10000000円 、 間接経費:3000000円 )

    われわれは、細胞膜を透過性にして細胞質交換を可能にした「セミインタクト細胞リシール技術」を開発し、細胞内への生体物質導入法や導入した物質の様々な細胞内生命現象への影響などを光学顕微鏡下で可視化解析するマルチスケール解析を中心とした様々な解析システムを構築している。この細胞内操作技術は、多種類のタンパク質成分や膜不透過性の(天然)化合物・低分子化合物・中分子(特殊機能ペプチドや機能性核酸など)を、同時に定量的に細胞内に導入することが可能であり、かつオルガネラや細胞骨格の構造とトポロジーが保持されているため、導入されたタンパク質(群)の様々な動的平衡状態を「真の細胞環境内に近い状態で」計測できる。今年度は、研究計画に沿って、2種類の細胞内導入法(SLO型及びLLO型リシール法)を構築し、その最適化と性能比較を行った。その結果、2種類のリシール法を用い、膜不透過性の低分子・中分子・タンパク質・細胞質など、広いサイズ範囲の物質を、細胞質依存的に(SLO型)、細胞質非依存的に(LLO型)に細胞内に導入するシステムを完成させることができた。また、導入した物質の細胞機能に与える影響を生化学的に検定すル様々な生化学的・細胞生物学的手法の加え、導入物質によって影響を受ける細胞の「状態」変化を、細胞内のタンパク質分子ネットワーク(正確には、共変動分子ネットワーク)として記述するための解析手法(マルチスケール解析法)の応用環境の整備も行った。さらに、SLO型リシール法を用いて作成した、正常または病態モデル細胞に対し、LLO型リシール法を使って様々な低分子・中分子を追加導入することで、低分子・中分子を病態環境でスクリーニングし構造・機能解析するシステムも構築した。これら知見を基に、2種類のリシール法の性能・特長を比較し、幾つかの和文・英文の総説として発表した。

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  • リシール細胞技術を用いた複数タンパク質の細胞内導入法とその局在化法の開発

    研究課題/領域番号:15H01631  2015年4月 - 2017年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  新学術領域研究(研究領域提案型)

    村田 昌之

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    配分額:10400000円 ( 直接経費:8000000円 、 間接経費:2400000円 )

    われわれは、細胞膜を透過性にして細胞質交換を可能にした「セミインタクト細胞リシール技術」を開発し、細胞内への生体物質導入法や導入した物質の様々な細胞内生命現象への影響などを光学顕微鏡下で可視化解析するシステムを構築している。この細胞内操作システムは、多種類のタンパク質成分や膜不透過性の(天然)化合物を、同時に定量的に細胞内に導入することが可能であり、かつオルガネラや細胞骨格の構造とトポロジーが保持されているため、導入されたタンパク質(群)の様々な動的平衡状態を「真の細胞環境内に近い状態で」計測できる。昨年度までに、in cell NMR測定に必要と思われる浮遊状態の細胞(基質からトリプシン処理により遊離させたHeLa細胞、T細胞系の株化細胞や個体から調製した血球系細胞など)をターゲットにしたリシール細胞法の基本プロトコルを作成した。今年度は、その基本プロトコルをさらに進化させ、(1)リシール操作後の細胞のviabilityや生存率の向上を目指す条件検討を行った。その結果、リシール効率及び生存率を飛躍的に増加させる化合物を数種類発見した。当該化合物の作用機序を解明することで,リシール操作に必要な細胞質成分の探索系を構築した。この他、(2)解析対象となるタンパク質や生体分子を導入したリシール細胞に、後から膜不透過性の中分子を、簡単にしかもリシール細胞にダメージを与えない状態で導入する新規の中分子導入法法を開発した。(3)これら膜不透過性中分子の細胞内での機能解析を生化学的手法または光学顕微鏡下の単一細胞レベルで定量的に解析する基本解析プロトコルを構築した。

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  • 疾患遺伝子探索用の病態モデル細胞作成・解析技術の開発

    研究課題/領域番号:12103568  2012年 - 2014年

    科学技術振興機構  産学が連携した研究開発成果の展開/研究成果展開事業/先端計測分析技術・機器開発プログラム/一般領域/要素技術タイプ

    村田 昌之

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    先端計測技術をサポートする新規の細胞側システムと、その作製をサポートするデバイスを開発します。提案者が開発したセミインタクト細胞リシール法を用い、病態細胞質環境をもつ「病態モデル細胞」を作製します。その細胞システムを用い、時系列的な遺伝子解析を行うことにより、病態発現「初期」に動く遺伝子群を同定し、細胞機能攪乱を指標にその遺伝子機能を検定します。最終的に、汎用性のある創薬・診断支援システムとしての「病態モデル細胞」の開発を目指します。

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  • 細胞質交換法を駆使した神経分化過程及び病態時のミトコンドリア形態制御機構の解明

    研究課題/領域番号:23657124  2011年 - 2012年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  挑戦的萌芽研究

    村田 昌之

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    配分額:3900000円 ( 直接経費:3000000円 、 間接経費:900000円 )

    本研究では、ラット視交叉上核腹外側部由来の神経細胞株・N14.5の分化過程や神経変性疾患におけるミトコンドリア形態を「(セミインタクト細胞)リシール法」を駆使して分析的に可視化再構成し、「神経細胞分化過程や病態環境下での」ミトコンドリア形態制御機構の分子基盤として、GSK3β/AktのキナーゼネットワークによるDrp1のリン酸化制御があることを明らかにした。また、分化または病態におけるミトコンドリア形態及び機能研究にセミインタクト細胞リシール法が有用であることを示した。

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  • アミロイドβペプチドの産生亢進を誘起する細胞内ロジスティクス攪乱機構の解明

    研究課題/領域番号:21113504  2009年 - 2010年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  新学術領域研究(研究領域提案型)

    村田 昌之

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    配分額:6240000円 ( 直接経費:4800000円 、 間接経費:1440000円 )

    タンパク質の細胞内局在の攪乱は、細胞恒常性の攪乱(=病態)を誘起する。申請者は、スライドグラス型の「生細胞アレイチップ作成・アッセイ自動化装置」と「チップ自動可視化装置」を構築し、タンパク質の細胞内局在の攪乱(=病態)を誘起する「キナーゼ(群)」を、ヒトキナーゼsiRNAライブラリーから網羅的に可視化スクリーニングする「キナーゼネットワーク可視化解析システム」を構築している。本解析システムを用い、リソソーム酵素の輸送に関わるカチオン非依存性マンノース6リン酸受容体の細胞内局在を攪乱(=病態)するキナーゼ群を、ヒトキナーゼsiRNAライブラリーから網羅的に可視化スクリーニングした。そのうちの一つGSK3βの活性低下やその基質タンパク質である微小管結合タンパク質CLASP2の脱リン酸化が、ポストゴルジ輸送を撹乱し、アルツハイマー病の原因因子であるアミロイドβペプチド(Aβ)の産生を亢進させることを明らかにした。今年度は、そのポストゴルジ輸送攪乱の原因として、GSK3βの活性低下により脱リン酸化したCLASP2がゴルジ体から解離することで、(i)ゴルジ体の断片化、(ii)CLASP2による微小管(+)端動態の撹乱、(iii)ゴルジ体由来微小管中心の形成の撹乱、が同時に生起することで、Aβのプロセッシング酵素であるBACE1の細胞内輸送が撹乱され、エンドソーム内で基質であるAβ前駆ペプチド(APP)とBACE1が共局在化してAPP→Aβへのプロセッシングが活性化されるというモデルを提唱できた。

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  • セミインタクト上皮細胞を用いたタイトジャンクション構造形成制御メカニズムの解明

    研究課題/領域番号:19657057  2007年 - 2008年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  萌芽研究

    村田 昌之

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    配分額:3500000円 ( 直接経費:3500000円 )

    マウス・クローディン(CL3)依存的な細胞-細胞間接着を撹乱するキナーゼ阻害剤を網羅的に可視化スクリーニングした。そのため、上皮系培養細胞・Eph4にクローディン-YFP(CL3-YFP)を恒常的に発現するstable transfectan t (Eph4-CL3-YFP)を樹立した。96wellプレートの各wellに、コンフルエントに培養したEph4-CL3-YFP細胞に対し、10μM及び100μMの二種類の濃度のキナーゼ阻害剤ライブラリー(90種類のキナーゼ阻害剤のライブラリー)を、1時間または3時間、37℃でインキュベーションした後の細胞間接着(網目状の細胞接着像)の様子を観察した。観察にはINCell Analyzer (GEヘルスケア社)を用い、各wellから任意の5点を選択し、画像の取得及び解析に供した(ハイスループット可視化スクリーニング)。又、同時に、CL3-YFPの裏打ちタンパク質・ZO-1(内在性)の様子を間接蛍光抗体法により観察し、CL3-YFPの画像と並び比べることにより真に細胞接着のみが撹乱するキナーゼ阻害剤を抽出することができた。その結果、CL3/ZO-1構造の両構造が撹乱を受けるキナーゼ阻害剤(PKC阻害剤を含む9種類)、CL3構造のみが攪乱するキナーゼ阻害剤(1種類)、ZO-1構造のみが撹乱するキナーゼ阻害剤(5種類)を得た。さらに、これらの阻害剤に対し、キナーゼ阻害剤処理濃度、処理時間などを様々に変化させ、共焦点レーザー顕微鏡を用いて細胞接着部分を詳細に観察・検討した結果、細胞-細胞間接着のみに効果を示し、かつ、細胞-基質間接着に影響を与えないキナーゼ阻害剤として、CL3/ZO-1の両構造共に攪乱する阻害剤2種、CL3構造のみ攪乱するもの1種、ZO-1構造のみ攪乱するもの2種を絞り込むことができた。

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  • ER exit sitesの構造形成・機能発現制御機構の解明

    研究課題/領域番号:18050010  2006年 - 2007年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  特定領域研究

    村田 昌之, 加納 ふみ

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    配分額:6600000円 ( 直接経費:6600000円 )

    ER exit sites(ERES)は、小胞体(ER)からゴルジ体へ向かう輸送小胞の形成プラットフォームである。われわれは先行研究により、膜タンパク質であるYip1AをERESのマーカー膜タンパク質とし、M期におけるERES構造体分解の制御機構を明らかにしている。しかし、本研究実施の過程で、Yip1AはGFP-tag依存的にERESの存在し、多くはゴルジ体に局在化することを発見した。そこで、本研究では、ゴルジ体におけるYip1Aの機能探索を中心に研究を進めた。そのため、小胞体-ゴルジ体間の小胞輸送(順行輸送と逆行輸送)をゴルジ体に局在化するGT-GFP(ガラクトシルトランスフェラーゼのGFP融合タンパク質)をプローブとしFRAP法を用いてそのキネティックスを含めて定量的に解析する手法を構築した。次に、セミインタクト細胞内で細胞質依存的に生起する小胞体→ゴルジ体間輸送(順行輸送)とゴルジ体→小胞体間輸送(逆行輸送)素過程を分割してアッセイする方法を構築した。次に、Yip1Aの細胞質ドメインのペプチド領域(N末から1-109番目)及び(1-65番目)部分のGST融合タンパク質を調製し、細胞質とともにセミインタクトCHO細胞に加えて順行・逆行輸送アッセイを行った。その結果、興味深いことに、逆行輸送のみがそれらペプチドにより有意に阻害されることが判った。これは、Yip1Aの細胞質側ドメインが細胞質またはゴルジ体表面の輸送装置に作用して、ゴルジ体からのGT-GFPの逆行輸送を競争的に阻害したことを意味する。この他にも、この細胞質ペプチド領域は、VTC/ERGICからのp58の逆行輸送を阻害しなかったこと,RNAi法によりHeLa細胞の内在性のYip1AをノックダウンするとShigatoxinのエンドソーム→ゴルジ体→小胞体の逆行輸送が阻害されることなどから、Yip1Aはゴルジ体からのCOPI依存的な逆行輸送に関わることを示唆する結果を得た(論文投稿中)。

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  • セミインタクト細胞系を用いたアグリソーム形成機構の可視化解析

    研究課題/領域番号:17028009  2005年 - 2006年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  特定領域研究

    加納 ふみ, 村田 昌之

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    配分額:6000000円 ( 直接経費:6000000円 )

    細胞内コレステロール排出活性を持つABCタンパク質ABCA1の一アミノ酸置換変異体ABCA1-QRは通常は小胞体に留まったままだが、小胞体ストレスに敏感に反応して小胞体を離脱し形質膜へと輸送されることを見出した。実際、ABCA1-QR-GFPを恒常的に発現しているstable transfectant(HEK-QR)に小胞体ストレス(DTT処理又はタプシガルジン処理など)を負荷したところ、小胞体に蓄積していたQR-GFPはおおよそ30分以内で核周縁領域に移行し蓄積する様子が観察された。つまり、小胞体に蓄積しERAD経路を取って分解されていたQR-GFPは、小胞体ストレス負荷により通常の小胞輸送経路を取って細胞形質膜へと輸送されるており、同一の膜タンパク質が小胞体内でERAD経路と小胞輸送経路を選別しうることが明らかとなった。そこで、申請者は小胞体ストレス依存的なQR-GFPの小胞体からの輸送に関わるキナーゼの網羅的同定を試みた。始めに20種類のキナーゼ阻害剤をHEK-QRに作用させた上で小胞体ストレスを負荷し、ジアシルグリセロールキナーゼおよびGSK3beta阻害剤などによって輸送が阻害されることを明らかにした。さらに、阻害剤の結果に基づいて当研究室が保持する細胞チップ自動作成装置を用いて網羅的キナーゼRNAiを行い、数種類のキナーゼが小胞体ストレス依存的なABCA1-QRの輸送に関与することを見つけた。今後はこのキナーゼ群の関与の確認、および詳細な分子メカニズムの同定を行う予定である。

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  • セミインタクト細胞を駆使した細胞ストレス応答ネットワークの定量的可視化解析

    研究課題/領域番号:17017012  2005年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  特定領域研究

    村田 昌之, 加納 ふみ

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    配分額:6500000円 ( 直接経費:6500000円 )

    本研究では、細胞膜を透過性にした「セミインタクト細胞」に、ストレスにさらされた細胞から調製した細胞質を導入し、ストレス負荷時に翻訳が活性化される転写因子ATF4の発現の可視化・再構成を行い、ストレス依存的な翻訳制御の分子機構を明らかにすることを目的とした。先ず、1)ATF4mRNAを恒常的に発現する細胞株の樹立した。2)生細胞におけるATF4-GFPのストレス応答反応の可視化した。CHO-ATF4細胞に小胞体ストレス(タプシガルジン、DTT処理など)や酸化ストレスを負荷することにより、ATF4-GFPがストレス依存的に翻訳され、核内に移行することを確認した。この細胞株のATF4mRNA量はストレス負荷時、ストレスのない場合においても殆ど変化していないことをRT-PcRやノーザンプロットにより確認した。3)セミインタクト細胞を用いたストレス依存的ATF4-GFPの翻訳制御の可視化・再構成系の構築した。CHO-ATF4細胞をセミインタクト細胞処理し、小胞体ストレス(タプシガルジンやDTT等)を負荷したCHO細胞(WT)より調製した細胞質を添加し、ATF4-GFPの翻訳制御の再構成を試みた。その結果、ストレス負荷細胞質依存的にATF4-GFPが翻訳され、かつそれが核内に効率よく輸送されることを確認できた。ATF4-GFPは分子量約70kDaでの転写因子であり、例え発現したとしてもセミインタクト細胞の穴より細胞外へ拡散してゆくことが危惧されていたが、非常に効率よく核に移行することより、本再構成アッセイ系が翻訳制御の可視化再構成系として十分使用できること、また、セミインタクト細胞内では転写因子のような核移行する分子は何らかの方法で(恐らく微小管依存的に)核にターゲットできることが明らかとなった。これらの結果より、各種ストレス依存的な翻訳制御ネットワークの可視化解析を行う準備ができた。

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  • セミインタクト細胞系を利用した細胞ストレス応答に関わる翻訳制御機構の解明

    研究課題/領域番号:16657053  2004年 - 2005年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  萌芽研究

    村田 昌之, 加納 ふみ

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    配分額:3100000円 ( 直接経費:3100000円 )

    本研究では小胞体ストレスや酸化ストレス等の多様な細胞ストレス付加によって翻訳制御を受けている転写因子ATF4の翻訳制御機構を明らかにするため、ストレス依存的に細胞質内にできてくるストレスグラヌルとATF4のmRNAの相互作用について研究を行った。目的のmRNAを生きた細胞内で可視化するためMS2-tag法を利用した。ATF4、アクチン及び膜タンパク質CD4のmRNAの3‘末端にMS2-配列を挿入したプラスミドとGFP-MS2融合タンパク質のプラスミドをCHO細胞に通常の方法で同時にtransfectionした。この時、GFP-MS"タンパク質には核移行シグナルを挿入し、細胞質内でMS2-tag付きmRNAと結合できなかったGFP-MS2は核へ移行し、細胞質内のmRNAが観察しやすいように工夫した。その結果、生きたCHO細胞内において、ATF4、アクチン及びCD4のmRNAの動態を可視化することに成功した。興味深いことに、アクチンmRNAは細胞底面の周縁部のアクチンフィラメントに沿って局在し、ストレス負荷時にもその局在に影響はなかった。ATF4-mRNAは細胞質全体に散在していたが、ストレス負荷によってもその局在に変化はなかった。これに反し、CD4-mRNAは、ストレス負荷により局在を細胞質からストレスグラニュルに大きく変化させた。これらの結果より、ストレス負荷時に翻訳活性化されるATF4は、細胞質に残り、通常翻訳抑制を受けるCD4等のタンパク質はストレスグラニュルにmRNAが集積し翻訳阻害されると予想された。アクチン等ストレス負荷によって翻訳制御を受けないタンパク質も、そのmRNAの局在を変化させない仕組みがあることが判った。このmRNAの可視化システムは、mRNAのストレスグラニュル局在化による翻訳制御メカニズム解明のための基本アッセイ系となることが判った。

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  • セミインタクト細胞を用いたVero毒素の輸送・毒性現機構の可視化解析

    研究課題/領域番号:16044209  2004年 - 2005年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  特定領域研究

    村田 昌之, 西川 喜代孝

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    配分額:6200000円 ( 直接経費:6200000円 )

    Vero毒素(O-157毒素)は細胞のエンドサイトーシス経路によって細胞内に取り込まれ、リソソーム経路を回避しながらゴルジ体へと移行し、さらに分泌経路を遡り小胞体(ER)内へ移行する。そして、小胞体内腔から毒素活性のあるAサブユニットが細胞質へ移行することで毒性を発揮する。その輸送経路・制御機構を明らかにすることは毒性発現の予防や疫学的見地から有用であるばかりか、本来、厳格な選別機構で制御されているはずのエンドサイトーシスとエキソサイトーシス経路の曖昧さと両者のクロスロードを制御する分子機構を明らかにできる。本研究では、細胞膜を一部透過性にしたセミインタクト細胞系と細胞内小胞輸送可視化技術を駆使して、哺乳動物細胞における外来細胞毒素(Vero毒素)の細胞内進入機構とその毒性発現制御機構を明らかにすることを目的とした。本年度までに、Vero毒素をリコンビナントタンパク質として大腸菌により大量調製する系を確立した。生細胞内輸送過程を追跡するためCy2標識したを蛍光標識毒素をプローブとして細胞内輸送過程追跡に用いた。その結果、毒素受容体を持つVero生細胞における蛍光標識毒素の細胞内輸送過程(細胞膜→エンドソーム→ゴルジ体→小胞体)を可視化することに成功した。さらに、後期エンドソーム→TGN間の輸送過程をより詳細に検討する目的で、マンノース6リン酸受容体(cation-dependent)のGFP融合タンパク質(GFP-Man6-P受容体)の細胞内動態の可視化と輸送キネティックスの解析法の樹立した。また、セミインタクトVero細胞を用い、蛍光標識毒素及びGFP-Man6-P受容体の細胞内移行過程の可視化再構成し、毒素及びGFP-Man6-P受容体の後期エンドソーム→ゴルジ体(TGN)間輸送過程を細胞質依存的に再構成することができた。

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  • 小胞体の機能と制御のダイナミクス

    研究課題/領域番号:15GS0310  2003年 - 2007年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  学術創成研究費

    森 和俊, 村田 昌之, 佐藤 隆史

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    配分額:537940000円 ( 直接経費:413800000円 、 間接経費:124140000円 )

    哺乳動物において小胞体ストレスは、3つのユビキタスな小胞体膜貫通型タンパク質(IRE1,PERK,ATF6)によって感知され、情報伝達される。IRE1経路とPERK経路については既にノックアウトマウスが作製され、その生理的意義や役割がかなりよく解析されている。本研究によってATF6αおよびATF6βのノックアウトマウスが解析されたことで、3つの主要経路についてノックアウトマウスが出揃った。
    ATF6αおよびATF6βのダブルノックアウトは極めて早い時期に(胎生8.5日以前)胎生致死となった。これは上記情報伝達分子の中で最も早い致死の表現型である。ATF6αは、小胞体シャペロンの転写誘導だけでなく、小胞体関連分解構成因子の転写誘導にも必要であった。これまでPERKのノックアウトが小胞体シャペロンの発現量を低下させることが報告されていたが、本研究によってPERKのノックアウトがATF6の活性化に影響を及ぼすことを明らかにした。以前米国のグループが、ATF6αおよびATF6βのRNA干渉を行っても何も影響が出ないと報告していたが、これが誤りであり、むしろ3つ主要経路のうちATF6経路が最も重要であることを証明することができた。
    IRE1経路やPERK経路とは異なり、ATF6はそれ自身で小胞体ストレスの感知から核内での転写活性化まで実行する。ATF6の活性化機構を解析し、認識部位の同定を通してエスコートタンパク質の存在を示すとともにジスルフィド結合の還元(酸化的環境の小胞体で起こる)という極めて興味深い発見をした。
    ATF6が小胞体におけるタンパク質の品質管理に関与するタンパク質の転写制御に特化した転写因子であり、哺乳動物のような高等動物になって初めてUPRにおける機能を獲得したという本研究の成果は、小胞体ストレス応答の進化を考える上で極めて貴重な資料となった。

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  • 小胞体ストレスに対する小胞輸送システムによる防御機構の網羅的解析

    研究課題/領域番号:15032257  2003年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  特定領域研究

    村田 昌之

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    配分額:4200000円 ( 直接経費:4200000円 )

    われわれが独自に開発してきた「セミインタクト細胞系」及び「細胞内タンパク質動態可視化技術」を駆使し、小胞体ストレスに応答する細胞内小胞輸送の影響を研究し下記の結果を得た。ABCトランスポーターの一種ABCA1の変異体QRは、従来の活性発現場所である形質膜へは移行せず、小胞体内に蓄積することが知られている。1.QRのGFP融合タンパク質(QR-GFP)を恒常的に発現しているHEK293細胞株(以下、HEK(QR))を構築し、細胞内挙動をタイムラプス装置を持った共焦点レーザー顕微鏡で観察したところ、網目状の典型的な小胞体ネットワークに蓄積していることが判った。2.この細胞に還元剤(DTT)やタプシガルジン(Tg)などよる小胞体ストレスを付加すると、QR-GFPは小胞体から速やかに放出され核近傍のオルガネラに移行した。更にインキュベーションを続けるとQR-GFPのシグナルは形質膜にも観察された。細胞生物学的研究により、小胞体ストレスによってQR-GFPが通常の分泌経路を通り小胞輸送によって形質膜まで運ばれることを確認した。3.通常、小胞体ストレス不可により、小胞体-ゴルジ体間輸送は阻害される(VSVGts045蛋白質の輸送で確認)が、QR-GFPはむしろストレス応答的に開始されるacuteな反応であることが判った。4.この輸送は、{小胞体-ゴルジ体間輸送を阻害するBFAにより阻害されることより、COPI依存的な輸送であることも明らかにした。5.興味深いことに、この輸送は、ARF1ドミナントネガティブ蛋白質(通常の輸送は阻害される)によって活性化されることが判った。6.この輸送経路はセミインタクト細胞系では小胞体ストレスの有無にかかわらず進行した。これらのことより、この小胞輸送は、小胞体の小胞形成過程におけるQR-GFPの小胞内積み込みの為の選別過程での制御によるものであることが明らかになったため、現在、その細胞質因子、小胞体内腔の因子についてその制御に関わる因子を探索中である。

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  • セミ・インタクト細胞を利用した情報伝達分子システムの再構成と1分子反応解析

    研究課題/領域番号:15013234  2003年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  特定領域研究

    佐甲 靖志, 村田 昌之

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    配分額:4500000円 ( 直接経費:4500000円 )

    細胞増殖信号を処理する細胞内分子システムEGF-Ras-MAPKシステムは、細胞増殖信号を処理する細胞内分子システムである。このシステムの内、新規遺伝子発現に至るメインストリーム、すなわちEGFと受容体の結合から、低分子量G蛋白質Rasの活性化、MAPキナーゼカスケードの情報伝達をへてERKが核移行するまでを再構成することを目的とし研究を行った。
    1)セミ・インタクト細胞システムの最適化
    StreptolysinO処理により調製したセミ・インタクト細胞内でEGFによるEGF受容体のリン酸化を指標として、情報伝達反応が、非処理細胞と同様に起こるような処理法の最適化をおこなった。セミ・インタクト細胞内に外来タンパク質が効率よく導入されることを確認した。
    2)タイパク質発現系、標識法の確立
    再構成系の要素となる各種情報伝達蛋白質を蛍光標識、精製するための発現系の構築を行った。EGF-Ras-MAPKシステムの構成要素であるMEK,ERKの蛍光蛋白質融合体の作製と培養細胞における発現の確認を行おこない、両蛍光蛋白質融合体が正常な局在と分子間相互作用を示すことが確認できた。CFP-MEK1とYFP-ERK2を共発現したHeLa細胞にEGF信号が入ると、細胞質に局在していたERKが核へ局在変化する。単独発現系ではMEKは細胞質、ERKは核内に発現し、共発現系(無刺激時)では、両蛋白質とも細胞質に局在した。これは、静止時の細胞ではERKとMEKが複合体を形成して、ERKの核移行が抑えられていることによる。セミ・インタクト系の実験でタンパク質濃度を制御するために、MEK,ERKの大腸菌発現系を構築し、MEK,YFP-ERKの精製法を確立した。

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  • 小胞体ストレスに対する小胞輸送システムによる防御機構の網羅的解析

    研究課題/領域番号:14037271  2002年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  特定領域研究

    村田 昌之

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    配分額:4000000円 ( 直接経費:4000000円 )

    小胞体(ER)ストレスに対する哺乳動物細胞の小胞輸送システムの応答とそのダイナミズムを明らかにするため、われわれが独自に開発した「セミインタクト細胞系」及び「細胞内タンパク質動態可視化技術」をカップルさせたアッセイ系を駆使し下記の結果を得た。細胞の脂質代謝に関わるABCトランスポータの一つABCA1とその変異タンパク質(QR)のGFP融合タンパク質を恒常的に発現しているHEK細胞株を樹立しそれらタンパク質の動態を可視化解析した。その結果、ABCA1は細胞形質膜へ輸送され機能するが、QRはER内腔に留まりERのERAD経路によってプロテアソーム分解されることを見いだした(プロテアソーム阻害剤存在下でのQRのアグリソーム形成)。興味深いことに、QRは特定の細胞外ストレス(還元剤添加など)により、ERAD系から逃れ、通常の小胞輸送経路に乗ってゴルジ体→形質膜へと輸送されることを発見した。しかも、この輸送は、通常の分泌タンパク質が利用するCOPII小胞を介してERからERGIC(ER-Golgi中間構造体)を経由してゴルジ体、形質膜まで運ばれた。このER→ゴルジ体小胞輸送とERAD経路の選択の制御因子をセミインタクト細胞系などを用いて調べたところ、small GTP結合タンパク質の一つでるARF1のGTP活性化フォームが増加することによりERAD経路から小胞輸送経路へのスイッチが行われることを見いだした。これらの結果は、ERストレスが今まで知られていたERAD経路やUPD経路を活性化するだけでなく、新しく小胞輸送の活性化によって蓄積したタンパク質を細胞外へ先ずは吐き出すという回避経路を併せ持つこと、その制御には、ARF1またはCOPIと言うゴルジ層板間やゴルジ体→ERの逆行輸送に関わるとされる分子が関わっていることを強く示唆した。

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  • GFPトランスジェニックマウスを用いた生物時計の可視化と再構成

    研究課題/領域番号:13878136  2001年 - 2002年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  萌芽研究

    村田 昌之

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    配分額:2000000円 ( 直接経費:2000000円 )

    哺乳類の概日リズム(サーカディアンリズム)発振の分子メカニズムを明らかにするため、マウス時計遺伝子mPer遺伝子上流配列(プロモーター領域を含む)にレポーター遺伝子としてd1-GFP遺伝子(改変型GFP)を繋いだ遺伝子(mPer-d1-GFP)を作成し、mPer-d1-GFP遺伝子を持ったトランスジェニックマウスを作成した。d1-GFPとは、哺乳類細胞内で半減期約1時間で分解を受ける改変型のGFPである。そのため、mPer遺伝子を発現する臓器の細胞内で、約一時間だけ蛍光を発することができる。つまり、トランスジェニックマウスのSCNニューロン及びmPer遺伝子を発現している臓器(の細胞)は、概日リズムと同期して蛍光を発することになる。作成したトランスジェニックマウスの初期培養SCNニューロンは、自家蛍光が強いがそれをバックグラウンドとして周期的な(概日リズムに対応した)蛍光を発することを確認した。今回の研究期間中には、マウスの作成、その系統維持。初代培養細胞での概日リズム確認までを行った。この間に、いろいろな時計関連遺伝子が同定されまたその遺伝子産物間の相互作用などが次々と明らかのなってきている。今後、これら同定された遺伝子産物のGFP融合タンパク質(または、GFP変異体融合タンパク質、CFP,YFPなど)を無細胞系タンパク質発現系を用いて発現・精製し、セミインタクトSCN細胞を用いた単一細胞レベルでの「時計」の再構成系を構築する予定である。現在、共同研究により、gene chipを用いた時計遺伝子の網羅的解析と変動遺伝子の抽出、抽出遺伝子産物の無細胞タンパク質発現系を用いた発現システムの構築を進めている。

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  • メタノール酵母細胞内動態のビジュアル化とソーティング・エンジニアリング

    研究課題/領域番号:12460149  2000年 - 2002年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    阪井 康能, 村田 昌之, 由里本 博也, 加藤 暢夫

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    配分額:12800000円 ( 直接経費:12800000円 )

    1. メタノール資化性酵母におけるオルガネラ動態のビジュアル化と応用機能開発
    (1)代謝及び蛋白質輸送機能
    メタノール酵母に発達しているペルオキシソーム代謝、特に抗酸化代謝機能に関わる2つの蛋白質、カタラーゼとPmp20について、その生理生化学的機能を明らかにした。特にPmp20については、ペルオキシソームに局在するペルオキシレドキシンとして過酸化脂質を基質としたグルタチオンペルオキシダーゼであることを初めて明らかにし、カタラーゼの持つ抗酸化反応との差異を明確にした(J.Biol.Chem,276,14279)。また、これらの蛋白質のペルオキシソームへの局在化効率には差があることを示し、その差は局在化シグナルとそのレセプターとの相互作用の強さに依存していることがわかった(J.Bacteriol.,183,6372他)
    (2)ペルオキシソーム分解の分子機構
    ペルオキシソームの発達した細胞をその不要な培地に移すとペルオキシソームが選択的に分解される。この過程を2重蛍光染色法により1細胞で追跡することにより、液胞が分断化しながらペルオキシソームを包み込みこんで行くことを明らかにした。さらにその過程を支配する20以上のPAZ遺伝子を同定しペルオキシソーム分解の分子モデルを提出した(Genes Cells,7,75他)。
    (3)蛋白質生産系への開発と応用
    蛋白質やペルオキシソーム分解に関わるPEP4及びPRB1遺伝子をCandida boidiniiiからクローニングして高蛋白質生産用の宿主を創生した。さらに臨床診断酵素として有用なペルオキシソーム酵素であるD-アミノ酸オキシダーゼの高生産に成功した(Biosci, Biotechnol.Biochem.,65,627;ibid.,66 628)。
    平成13年度に予定されていた本研究は、申請者が基盤研究(S)を受けることになったため、辞退することになった。しかしながら、その決定通知を受け取るより以前の段階において、上記成果を論文発表するための図表作製に必要な消耗品として、本研究費の一部を充当することになった。

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  • 動物細胞小胞輸送変異株とセミインタクト細胞を用いたサイトーシスの分子機構の解明

    研究課題/領域番号:10215209  1998年 - 2001年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  特定領域研究(B)

    村田 昌之, 大橋 正人

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    配分額:34500000円 ( 直接経費:34500000円 )

    エンドサイトーシス後期過程に異常のあるCHO変異株群を樹立し、解析を進めている。本年度は、変異株のひとつ、LEX2株で、コレステロール生合成の後期過程に関わる酵素のひとつに異常があることにより、細胞内遊離コレステロールレベルが低下し、後期エンドソームでの分子選別に異常が生じていることを突き止めた。そして、(1)後期エンドソーム多胞体からのゴルジ方向への分子選別にコレステロールが必須であること、(2)この分子選別過程に、多胞体構造の再構築が重要な役割をもつと考えられること、を示した。また、エキソサイトーシス経路の分子メカニズム解明を目的とし、「GFP可視化技術」と形質膜を一部透過性にした「セミインタクト細胞系」をカップルさせた顕微測光アッセイシステム確立した。本年度は、本システムを用い光学顕微鏡下の単一細胞内でGFP融合タンパク質の輸送及びGFP標識オルガネラのダイナミクスを定量的に解析し、かつ生化学的に関連因子を探索し次の結果を得た。(1)細胞分裂期(M期)におけるCHO細胞のゴルジ体、小胞体(ER)の形態変化と両オルガネラ間の小胞輸送ダイナミクスが密接に関係していることを発見した。(2)M期初期では、ER→ゴルジ体間の順行輸送がcdc2キナーゼ依存的に停止するが、逆行輸送はむしろ活性化されることが判った。(3)この原因の一つとしてtransitional ER(tER : ERからゴルジ体へ向かう輸送小胞が出芽するプラットフォーム)の形成がcdc2キナーゼ依存的に破壊されることを生細胞、セミインタクト細胞系を用いて明らかにした。M期において、このtERの形成が阻害されることによって、順行輸送は停止し、逆行輸送は活性化される結果、M期初期にゴルジ体の一部がERへ吸収されM期ゴルジ体が消失することを明らかにした。

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  • VIP17を核としたゴルジ体輸送小胞への輸送物質組込の新エスコート蛋白質の同定

    研究課題/領域番号:10172235  1998年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  特定領域研究(A)

    村田 昌之

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    配分額:2300000円 ( 直接経費:2300000円 )

    極性細胞内の小胞輸送におけるVIP17等の蛋白質の機能を研究するための新規な細胞内小胞輸送アッセイ系を確立した。まず、ゴルジ体局在化シグナルを持つガラクトシルトランスフェラーゼと緑色蛍光蛋白質(GFP)との融合蛋白質(GFP-GT)を、恒常的に発現しているCHO細胞・MDCK細胞を得た。蛍光性膜蛋白質(GFP-GT)をプローブとすることにより、共焦点レーザー蛍光顕微鏡・超高感度ビデオ付き蛍光顕微鏡。エバネセント蛍光顕微鏡下で、「単一」の細胞内のGFP-GTの輸送過程を経時的に追跡できた。また、フォトカウントシステムを用い、小胞体→ゴルジ体間の輸送のキネティックスを「定量的」に解析することができた。この結果、輸送小胞には少なくとも3種類の小胞があり、それぞれが微小管依存的にダイナミックに動く様子が世界で初めて観察できた。また、ストレプトリシンO(SLO)を用いて形質膜を部分的に透過性にしたセミインタクト細胞内で、この輸送過程を、ATP再生系とL5178Y細胞の細胞質を用い再構成することに成功した。セミインタクト細胞内での輸送過程を上記顕微鏡システムを用いて追跡・解析した結果、小胞体からゴルジ体への輸送過程をATP-依存的な過程、ATP-細胞質-依存的な過程の、少なくとも2つの素過程にdissectionすることができた。また、輸送に関わる中間体としてダンベル状の大きさ約0.3-0.5μmの輸送小胞が頻繁に観察され、ATPをdepletionした場合、その数は激減した。この中間体が、今まで報告されている「intermediate compartment」又は「pre-Golgi structure」である可能性が高い。この再構成システムを用いることにより、それぞれの過程に関与する細胞質因子や、輸送中間体(小胞)のダイナミクスを制御する因子の検索が可能となった。

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  • メタノール酵母単膜系オルガネラ形成の分子機構とソーティング・エンジニアリング

    研究課題/領域番号:09460156  1997年 - 1999年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    阪井 康能, 村田 昌之, 由里本 博也, 加藤 暢夫

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    配分額:13800000円 ( 直接経費:13800000円 )

    メタノール資化性酵母は、真核細胞性の異種遺伝子発現系として広く利用されている微生物である。一方、本酵母をメタノールを炭素源として培養すると、単膜系オルガネラの一つであるペルオキシソームが菌体体積の80%に至るまで発達する。このような理由から、本申請者は、メタノール資化性酵母のペルオキシソームが、過酸化水素を発生して細胞毒性を及ぼす臨床診断用酵素などの有用タンパク質を、膜内にパッケージングして蓄積する場所として極めて魅力的であると考えた。このように、細胞内タンパク質輸送系を、有用タンパク質生産のために操作する技術を、本研究の申請書において"ソーティング・エンジニアリング"と名付け、本技術の構築に向けた基礎研究を行った。同時に、ペルオキシソームは、ヒトを含む全ての真核生物に広く存在するオルガネラである。ペルオキシソームを形成できない遺伝病の存在により、このオルガネラの形成について分子レベルで理解するための研究が近年、活発に進められている。そこで、メタノール資化性酵母を用いたペルオキシソームへのタンパク質輸送とオルガネラ分解の分子機構解明に向けての研究を同時に行った。本研究では、1)毒性有用タンパク質のペルオキシソーム内における大量蓄積法の確立に成功し、2)ペルオキシソームへのタンパク質集積機能と分解機構の分子基盤の解明に関する研究を行った。そして、2つの異なった側面からのアプローチにより、異種遺伝子発現において広く利用できる、"ソーティング・エンジニアリング"という新たな概念の構築に成功した。

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  • 細胞極性形成に伴うゴルジ体のトポバイオジェネシスの分子メカニズムの研究

    研究課題/領域番号:09878165  1997年 - 1998年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  萌芽的研究

    村田 昌之

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    配分額:1900000円 ( 直接経費:1900000円 )

    セミインタクト極性細胞内で、細胞周期依存的なのゴルジ体の小胞化・リアッセンブリー過程の再構成系を確立した。まず、ゴルジ体局在化シグナルを持つ膜蛋白質とGFPとの融合蛋白質を恒常的に発現しているMDCK細胞株を樹立した。ポリカーボネートトランスウエル上で培養したこのMDCK細胞をストレプトリシンO(SLO)で処理し、形質膜を部分的に透過性にしたセミインタクト細胞を作成した。この細胞に、イリマキノン(IQ)を作用させ、ゴルジ体を小胞化させた(IQ依存的小胞化過程)。次に、IQをよく洗い流し、新たに外部よりL5178Y細胞の細胞質とエネルギー再生系(ATP再生系)を加えて小胞化したゴルジ体の核周囲へのリアッセンブリーを再構成した(リアッセンブリー過程)。この再構成系を用い、小胞化過程・リアッセンブリー過程それぞれを2つの素過程にdissectionすることに成功した。次に、それぞれの過程のキネティックスを解析するため「morphometric analysis法」を開発し、中間状態としてゴルジ体が大きめの小胞に分裂し、細胞質中に分散する状態(punctated Golgi membarane)を同定できた、また、それぞれの素過程に必要な因子・阻害剤を検索した結果、ゴルジ体の小胞化前期過程には三量体G蛋白質、リアッセンブリー後期過程にはsmall GTP結合蛋白質の関与を示唆する結果を得た。セミインタクトMDCK細胞に、M期カエル卵抽出液を用いることによってもIQの場合と同様にゴルジ体を小胞化させることに成功した。この過程も、2つの素過程にdissectionできATP再生系を必要とすることが判った。また細胞分裂時に活性化されるキナーゼに対する阻害剤を用いた実験より、過程前期はMAPキナーゼキナーゼ(MEK)が、そして過程後期にはcdc2キナーゼが段階的に効いていることが判った。この再構成系の確立によって、今後、ゴルジ体の細胞周期依存的なグイナミクスの研究とそれぞれの素過程に必要な因子の検索が可能になった。

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  • ゴルジ体の極性輸送子胞への輸送物質の組込に関わる新規エスコート蛋白質の同定-VIP17-脂質の弱い相互作用を指標にした新探索法の開発-

    研究課題/領域番号:09276237  1997年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  重点領域研究

    村田 昌之

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    配分額:2400000円 ( 直接経費:2400000円 )

    我々は、イヌ腎臓上皮由来の培養極性細胞であるMDCK(Madin-Darby canine kidney)細胞のトランスゴルジネットワーク(TGN)での蛋白質・脂質の選別と小胞への組み込みに関わるソーター蛋白質の同定とその選別メカニズムを、TGN由来の分泌小胞膜蛋白質VIP17の細胞内機能解明を中心に研究している。今年度は、(1)極性細胞というコンテクストの中で分子の種々の機能を生化学的に探るため、連鎖球菌の酵素感受性毒素Streptolysin O(SLO)を用いて形質膜を部分的に透過性にした「セミインタクト細胞系」を完成した。これを用い、イリマキノン(海綿の代謝産物)により引き起こされた細胞分裂時におけるゴルジ体の小胞・断片化->再集合を、L5187Y培養細胞質とATP再生系を用い再構成することができた。(2)多重蛍光顕微鏡解析装置を開発した。本装置により、光学顕微鏡下で培養細胞・セミインタクト細胞の形態変化・カルシウム濃度変化・膜電位変化・pH変化等とともに、「細胞内の局在」で生起するイベント(蛋白質相互作用、膜動過程など)を高空間分解能・高時間分解能で定量化し、イメージングできる。今年度は、蛍光標識短鎖セラミド(C5-DMB-セラミド)を用い、生細胞中のゴルジ体からの分泌小胞形成の定量的アッセイ法を確立した。

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  • 細胞膜ドメイン・カベオラ構造体の形態形成と機能発現メカニズムの研究

    研究課題/領域番号:08458211  1996年 - 1997年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    村田 昌之

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    配分額:7000000円 ( 直接経費:7000000円 )

    カベオリン(VIP21)は、カベオラの細胞質側にある「被覆」の構成タンパク質のコンポーネントと考えられている21KDaの膜内在性タンパク質である。最近、カベオリン自身が、カベオラに集積する多くの細胞内情報伝達に関わる蛋白質(非受容体型Src-family Kinase、ヘテロ三量体Gタンパク質、内皮型一酸化合成酵素(eNOS)、rab5や他の低分子量Gタンパク質など)と直接相互作用することが明らかにされてきた。つまり、カベオリンはカベオラ「細胞膜デバイス」構築のための「鍵となる分子」となってきた。
    本研究では、カベオラ「細胞膜デバイス」のもう一つのkey moleculeであるコレステロールに注目し、カベオリンとコレステロールとの相互作用を明らかにすることにより、カベオラ「細胞膜デバイス」の形態形成メカニズムを明らかにすることを目的とした。そのため、E.coli.に発現させたカベオリンとイヌ肺より生化学的に精製したそれの脂質膜への再構成に成功し、カベオリンがコレステロール結合タンパク質であり、このコレステロール分子の結合がカベオリンの細胞膜上でのoligomerization(つまり、カベオラの被覆構造形成に)に不可欠であることを示した。また、上記の研究をとおし、カベオリンの極性細胞内輸送やカベオラの極性細胞内の機能研究のために必要な、新規の分子細胞生物学的、細胞生物物理学的手法の開発を合わせて行うことができた。例えば、オワンクラゲ緑色蛍光蛋白質(green fluorescence protein :GFP)とカベオリンの融合蛋白質を利用した蛍光性蛋白質の細胞内挙動研究の手法開発、「セミインタクト細胞」を用いた細胞内小胞輸送アッセイ系、ゴルジ体のダイナミクス研究系等がそれである。今後、細胞内の蛋白質の機能研究に、これらの研究手法が重要な役割を果たすことは確実である。

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  • MDCK細胞における極性輸送小胞と形質膜との融合装置の探索

    研究課題/領域番号:07680716  1995年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  一般研究(C)

    村田 昌之

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    配分額:1900000円 ( 直接経費:1900000円 )

    イヌ腎臓上皮細胞であるMDCK細胞のapical形質膜とトランスゴルジネットワーク(TGN)由来の分泌小胞との膜融合に関わるタンパク質を探索するため、次の方法でタンパク質をスクリーニングした。Apical輸送小胞とbasolateral輸送小胞とを、Simonsらの方法でMDCK細胞より単離した。これらのタンパク質組成を二次元電気泳動法により調べ、両者に共通に存在するタンパク質をピックアップした。これらは、両小胞の共通機能である膜融合・膜小胞化などに関係している可能性が大きい。特に、その中でも膜タンパク質は、膜融合・膜小胞化機能に関する細胞装置の基幹となるタンパク質である可能性が大きい。二次元電気泳動ゲルより、膜タンパク質の一つ(VIP17)に注目し、microsequencing・oligo合成・PCR法によってMDCKのcDNAライブラリーよりVIP17のcDNAをクローニングした。VIP17は、膜四回貫通部位を持つ膜タンパク質(proteolipid)であった。ホモロジー検索の結果、ヒトTリンパ球の形質膜タンパク質であるMALや、ラットシュワン細胞のミエリン膜に局在するM14のホモログであった。また、HA-tagを付けたVIP17をMSCK細胞に発現させ、その細胞の内局在を間接螢光抗体法により調べた結果、VIP17-HAtagは、apocal、basolateral形質膜とapica輸送小胞に局在していることが分かった。現在、正確な細胞内局在とその細胞内機能(特に膜融合機能)を研究する目的で、VIP17の融合タンパク質・合成ペプチド・精製タンパク質を抗原とした抗VIP17モノクローナル抗体を作成中である。また同時に、蛍光性セラミドによるTGN由来小胞の蛍光ラベル化を試み、部分的に形質膜をpermeableにしたMDCK細胞を利用した形質膜-輸送小胞の膜融合アッセイ系を作っている。

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  • 新しい蛍光ラベル化リガンドを用いたエンドサイトーシス研究とその素過程変異株の分離

    研究課題/領域番号:04808044  1992年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  一般研究(C)

    村田 昌之

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    配分額:1300000円 ( 直接経費:1300000円 )

    本研究は、真核細胞のエンドサイトーシス過程における細胞内輸送に関与する細胞側因子(細胞装置)を分子遺伝学的に同定し、その分子機構解明を目的としている。本年度は、エンドサイトーシス素過程の内、特に、後期エンドソームからリソソームへのリガンド(低密度リポタンパン質)の移行過程(リガンドのソーティング)に変異を持つ細胞を簡便、迅速に効率よく分取するため、また、そのようにして得た変異「生」細胞中のLDLの分解を定量的にアッセイするための方法を確立できた。具体的には、低密度リポタンパク質(LDL)内にNBD-リノール酸エステル(NBD-LE)とR18(ローダミン系脂質アナログ)を再構成法により封入し、受容体媒体エンドサイトーシスによりCHO細胞に取り込ませた。この時、エンドソーム内のLDLではNBD-LEとR18に蛍光共鳴エネルギー移動(RET)が生起していて2つの蛍光強度化(NBD/R18)は小さい。しかし、リソソーム内に移行してLDLが分解されると、2つの蛍光色素間の相対的距離が大きくなり、RETが解消し、[NBD/R18]の値が大きくなる。蛍光ラベルしたLDLを取り込ませ、その細胞をNBDとR18の蛍光を同時に蛍光測光可能なセルソータを用いて分析すれば、個々の細胞の蛍光はそれから得られる蛍光強度比[NBD/R18]の値に対応して、2次元モニター上に個々の点としてプロットされる。[NBD/R18]のプロットの分布の仕方で、LDLの後期エンドソームよりリソソームへの移行の程度が定量的に解析できた。[NBD/R18]の値が小さい1つのプロットは、つまり、RETが解消されていない細胞1個に相当するので、これをセルソータにより分取すれば、この条件でのこの輸送過程に変異を持つ変異株を生きたまま分離することが可能である。これとは別にコレステロール生合成阻害剤であるプラバスチンとプロモデオキシウリジンを用いたネガティブ選択法により、LDLの細胞内での分解に異常を持つT41細胞を、CHO-K1細胞を野生株として得ることに成功したが、このT41内のLDLの分解の遅さを上記セルソータを用いた方法で定量的に解析できた。
    今後は、このような変異株の分取を本方法にて行い、その分子遺伝学研究を進めたい。

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  • 細胞のエンドサイトーシスを利用した膜融合を用いるドラッグデリバリー

    研究課題/領域番号:04205070  1992年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  重点領域研究

    大西 俊一, 村田 昌之, 佐藤 智, 伊藤 忠直

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    配分額:1600000円 ( 直接経費:1600000円 )

    我々はすでに、エンドサイトーシスを利用した細胞質内物質導入法に用いる人工ウイルスに必要不可欠な「酸性での」膜融合活性を有するペプチドE5の合成に成功し、ペプチドの「両親媒性ヘリカル構造」が膜融合活性発現に必要不可欠であることを明らかにしている。本年度は、さらに新しいペプチド(E5NN,E5CN,E5CC,E5P)を設計、合成した。それらはE5ペプチドをプロトタイプとし、それぞれ異なるα-ヘリックス含量を持つ両親媒性ペプチドである。これらによる中性リン脂質リポソームの膜融合活性、赤血球溶血活性、CDスペクトルなどによる脂質膜との相互作用を調べた結果、ペプチドがもつ両親媒性ヘリカル構造は膜構造にperturbationをおこしたり、bindingしたりすることには必要であるが、膜融合活性には必要十分な構造でないことがわかった。我々は、これらfusion-activeなペプチドに必要なもう一つのfactorとして、α-ヘリカルなペプチドを構成するアミノ酸の側鎖のbulkinessのペプチド1次構造上の不均一な分布に注目した。アミノ酸側鎖のbulkinessの目安として、各残基のsolvent-accessible surface area(A^2)を用い、この値をα-ヘリックスをとった時のペプチドのhelical wheel図上にプロットすると、fusion-activeなペプチド(E5,E5CN)のそれは、大きな残基と小さな残基が円周上に不均一に分布し、ペプチド表面が″rough″であるが、fusion-inactiveなペプチド(E5NN)のそれは、″smooth″であることが判った。″rough″なペプチドは、ヘリックスをとりながらもその表面は完全できれいな両親媒性ではなく、ペプチドが結合した膜界面でdynamicに動き、膜をより一層乱し、融合に導くと考えられる。これに対し″smooth″なペプチドは、チャネルを作ったりporeをつくり、膜(中)上で安定に存安し、界面を乱し膜融合をおこす程にはならないと考えられる。

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  • 時間分解蛍光装置と共焦点顕微鏡を用いる細胞のエンドサイトーシスの研究

    研究課題/領域番号:03404074  1991年 - 1993年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  一般研究(A)

    伊藤 忠直, 大西 俊一, 佐藤 智, 村田 昌之, 伊藤 忠直

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    配分額:30700000円 ( 直接経費:30700000円 )

    1.単一の細胞レベルでのエンドサイトーシス過程を測定するための時間分解共焦点蛍光顕微鏡装置の試作:共焦点蛍光顕微鏡(LSM10)にパルスレーザー光を導き入れるための取り入れ口と、試料からの蛍光をシンクロスキャンストリークカメラのカメラベッドに導くための取り出し口を設置し、我々が先に開発した時間分解顕微蛍光装置を共焦点レーザー顕微鏡に組み込んだシステムを組み立てた。この装置によりx,y軸のみならずz軸(深さ)方向においても1μm程度の空間分解能をももって、細胞内でのエンドサイトーシスの動的過程を研究できる可能性が開けた。
    2.自動細胞分取装置(セルソーター)と蛍光性リガンドを用いたエンドサイトーシス過程の非破壊的測定方法の確立:蛍光性リガンドを用い、エンドゾームからライソゾームへの移動過程で蛍光スペクトルが変化することを利用して、セルソータによるエンドゾーム・リソソーム輸送過程を、細胞を破壊することなく定量的に解析する方法を確立した。この方法を用いて、低密度リポタンパク質のエンドゾームからライソゾームへの輸送には、細胞内のタンパク質のリン酸化が関与されていることをはじめて明らかにした。
    3.エンドサイトーシス過程に変異を持つ変異株細胞の分取:変異誘発剤で処理したチャイニーズハムスター卵母細胞に蛍光性LDLを取り込ませ、上記の2の方法により、エンドゾームからライソゾームの輸送過程に変異をもつ細胞を分取し、株化した。そして共焦点蛍光顕微鏡、細胞分画法を用いて変異部位を特定した結果、エンドサイトーシス経路と、トランスゴルジネットワークからライソゾームのsorting経路とが重なる点において変異が生じていることが示唆された。

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  • 細胞のエンドサイト-シスを利用した膜融合を用いるドラッグデリバリ-

    研究課題/領域番号:03205066  1991年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  重点領域研究

    大西 俊一, 村田 昌之, 伊藤 忠直

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    配分額:1800000円 ( 直接経費:1800000円 )

    インフルエンザウイルスの膜融合活性タンパク質(HAタンパク質)の活性部位を模した酸性pHー依存的膜融合活性ペプチド(HAペプチド)及び、そのアナログペプチド数種を合成し、タンパク質・核酸・薬剤等を封入したリポソ-ム表面に吸着・共有結合させた擬似インフルエンザウイルス(以下人工ウイルス)を調製すれば、細胞のエンドサイト-シスを利用したエンドソ-ム経由の全く新しい細胞内物質導入法の開発ができる。本年度は、人工ウイルスのkey pointとなる弱酸性pH(<6.0)での膜融合活性及び、赤血球溶活性などのbiomembraneに対する活性を有する酸性ペプチド(E5,E5L)を合成し、蛍光法・電顕観察を中心とした物理化学的手法により、融合活性に必要不可欠なペプチドの機能モチ-フを研究した。その結果、HAペプチドのN末端10残基程が活性発現に必要な両親媒性ヘリカル構造をつくる為の「核」となっていることを明らかにした。
    また、培養細胞に取り込まれた人工ウイルスの挙動をリアルタイムに近い時間スケ-ルでモニタ-することは、今後の人工ウイルス改良に必要不可欠である。本年度は、リポソ-ムを蛍光共鳴エネルギ-移動(RET)を起こす2種の蛍光性脂質(エネルギ-供与体;NBDーPE,エネルギ-受容体;R_<18>)でラベルし、COSー1細胞に非特異的にエンドサイト-シスさせ、高感度ビデオ付き蛍光顕微鏡などで追跡することができた。また、リポソ-ムがエンドソ-ムやリソソ-ムで破壊されたり、それらの膜と融合すると、蛍光性脂質がそれらエンドソ-ムの膜上で拡散、RETが解消し、エネルギ-供与体(NBDーPE)の蛍光強度が増加し蛍光寿命が長くなることを、時間分解顕微蛍光法やセルソ-タを駆使し、単一細胞内での挙動を定量的に測光、追跡できた。

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  • 細胞のエンドサイト-シスを利用した膜融合を用いるドラッグデリバリ-

    研究課題/領域番号:02205062  1990年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  重点領域研究

    大西 俊一, 村田 昌之, 佐藤 智, 伊藤 忠直

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    配分額:3000000円 ( 直接経費:3000000円 )

    薬物・核酸・タンパク質を封入したリポソ-ム表面に、弱酸性pH(<6.0)領域でのみ膜融合活性を持つペプチドを結合させた人工ウイルスを調製し、細胞のエンドサイト-シスを利用した効率の良い、細胞にダメ-ジの少ないドラッグデリバリ-システムの開発を目的とし、本年度は次の(1)(2)の結果を得た。
    (1)人工ウイルス表面のfusogenとして最も重要な弱酸性pHで正確に膜融合活性が制御できるペプチドを、インフルエンザウイルスの膜融合タンパク質(HAタンパク質)の活性部位を模したHAーペプチドをプロトタイプとして5種合成した。これらペプチドによる中性リン脂質(egg PC)よりなるリポソ-ムの融合活性を測定し、また、ペプチドとリポソ-ム・赤血球膜などとの相互作用を円二色性偏光など物理化学的手法を用いて研究した。その結果、各ペプチドは至適pHを5.0付近に持ち、pH6.0以下でのみ効率の良い膜融合活性・赤血球溶血活性などを持つことが判った。また、活性の無い中性pHにおいても強くリポソ-ムの膜表面に結合していること、酸性でのペプチド中の酸性アミノ酸残基のプロトン化と、それによるペプチドの疎水性の増加がペプチドのヘリックス含量を増加させ、活性発現の引金となることなども判った。
    これらのことより、今後、fusogenとなるペプチドは「両親媒性ヘリカル構造」を基本構造とする酸性ペプチドとして設計すればよいことが示された。
    (2)人工ウイルスの生きた培養細胞内での挙動を経時的に追跡する手法の確立は、設計された人工ウイルスの検定に必要不可欠である。我々は、セルソ-タ、時間分解顕微蛍光法などを利用し、培養CHO細胞にエンドサイト-シスさせた蛍光性リポソ-ムを用いて、蛍光の共鳴エネルギ-移動効率の変化により、そのリポソ-ムの細胞内エンドソ-ム、リポソ-ム内での分解・融合の程度を顕微鏡下に生きた細胞を観察しながら定量的に測定する方法を開発した。

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