細胞生命科学研究室

Laboratory of Cellular Life Science

教授
石原直忠 (Naotada ISHIHARA)
mail naotada@bio.sci.osaka-u.ac.jp
助教
石原孝也 (Takaya ISHIHARA)
mail takaya@bio.sci.osaka-u.ac.jp
研究分野

分子細胞生物学

所属

理学研究科

ロケーション

豊中

研究内容

 ミトコンドリアは細菌の共生を起源とした細胞小器官です。ミトコンドリアは酸素呼吸によるエネルギー生産、代謝、細胞死制御などの多様な機能を介して、病態や老化などの高次生命機能に関与しています。生細胞観察を行うと、細長く枝分かれしたミトコンドリアが、細胞内で活発に動き、「分裂」と「融合」を繰り返す様子を観察できます。また、ミトコンドリアはその内部に自身の遺伝子(mtDNA)を持っており、その細胞内での配置や形態が動的に変動する様子を観察できます。しかし、これらのミトコンドリア構造の動的特性の分子詳細と、その役割に関してはまだ未解明な点が多く残されています。  私達の研究グループでは、哺乳動物細胞のミトコンドリアの形と動き、特にミトコンドリアの分裂と融合、またmtDNAの動態に着目して研究を進めています。

哺乳動物ミトコンドリアの融合反応

 私達はミトコンドリアを蛍光蛋白質で標識し生細胞観察を行うことで、ミトコンドリアは頻繁に融合し、その内容物を交換できることを見出しています。ミトコンドリア融合の詳細を理解するために、精製したタンパク質を用いた生化学的・生物物理学的解析や、哺乳動物培養細胞の生細胞観察を行っています。ミトコンドリアの活性に伴い融合活性が制御され「働きの悪いミトコンドリアを排除」 する、ミトコンドリアの品質管理機構を見出しています。

ミトコンドリア分裂の生体内での機能

 ミトコンドリアは細菌の共生を起源にしたオルガネラですが、哺乳動物では細菌型の分裂装置は失われ、共生後に新たな分裂システムを獲得しました。私達はミトコンドリア分裂因子の欠損マウスを構築することで、個体内での高次生命機能を解析しています。初期発生や神経細胞内においてミトコンドリアの適切な配置が必要であること、卵子の機能維持にも重要であることなどがわかってきました。

ミトコンドリアDNAのダイナミクス

ヒトでは、細胞あたり数百コピー以上の環状のmtDNAを保持しています。私達はmtDNAのライブイメージング系を構築しており、ミトコンドリアの膜とDNAは協調的に制御されていること、mtDNAの配置が心筋の成長など個体レベルでも重要な役割を持つことなどを明らかにしています。このmtDNAの個体内での遺伝様式を知ることは、病気や老化におけるミトコンドリアの役割を知るうえで重要な意味を持つのではないかと考えて研究を進めています。

図0 哺乳動物細胞のミトコンドリア マウス線維芽細胞を染色して蛍光顕微鏡で観察すると、長い枝分かれしたミトコンドリアと内部のDNAの顆粒状の分布が観察できる。(赤:ミトコンドリア、緑:核とミトコンドリアのDNA、青:微小管)

図1 ミトコンドリアの2重膜の融合と分裂のモデル図

図2 生きた細胞の中のミトコンドリア融合を蛍光顕微鏡で可視化した実験

参考文献

T. Ban et al, Molecular basis of selective mitochondrial fusion by heterotypic action between OPA1 and cardiolipin. Nature Cell Biol. 19 , 856 - 863 (2017)

T. Ishihara et al, Dynamics of mtDNA nucleoids regulated by mitochondrial fission is essential for maintenance of homogeneously active mitochondria during neonatal heart development. Mol. Cell. Biol. 35 , 211 - 223 (2015)

O. Udagawa et al, Mitochondrial fission factor Drp1 maintains oocyte quality via dynamic rearrangement of multiple organelles. Curr. Biol. 24 , 2451 - 2458 (2014)

R. Ban-Ishihara et al, Dynamics of nucleoid structure regulated by mitochondrial fission contributes to cristae reformation and release of cytochrome c. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 110 , 11863 - 11868 (2013)

N. Ishihara et al, Mitochondrial fission factor Drp1 is essential for embryonic development and synapse formation in mice. Nature Cell Biol. 11 , 958 - 966 (2009)

N. Ishihara et al, Regulation of mitochondrial morphology through proteolytic cleavage of OPA1. EMBO J. 25 , 2966 - 2977 (2006)

連絡先

〒560-0043 大阪府豊中市待兼山町1-1
大阪大学大学院 理学研究科 生物科学専攻

こちらのHPもご覧ください
http://mitochondria.jp/

https://www.bio.sci.osaka-u.ac.jp/dbs01/re-paper-temp.php?id=100

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