細胞内のタンパク質ターゲティングに関する新しい知見

真核細胞は、多くの生き物を作り出していて、細胞内でタンパク質を適切な場所に送るシステムを発展させてきたんだ。このタンパク質は、時には細胞の内部の液体である細胞質で作られて、特定の場所にターゲットを絞る必要がある。ほとんどのタンパク質は一つの場所に行くけど、いくつかは二つ以上の場所に到達できる。例えば、フマラーゼやアコニターゼのような特定の酵素は、ミトコンドリアと細胞質、さらには核の中にも見つかることがあるよ。

#タンパク質の二重ターゲティング

いくつかのタンパク質は、ミトコンドリアとペルオキシソームのように、二つの異なる場所に到達できるんだ。この二つの細胞の部分は、すごくコミュニケーションを取っていて、接触点を通じて密接に繋がっているんだ。重要なタンパク質の一つ、Pex11はペルオキシソームの分裂を始めるのを助けて、もう一つのタンパク質Mdm34と相互作用する。この相互作用は、ミトコンドリアとペルオキシソームの間に接触点を作るのを助けるよ。さらに、ペルオキシソームは、アセチル-CoA合成という重要なプロセスに関与しているミトコンドリアの部分の近くにあるんだ。これが、これらの小器官がお互いの機能に依存していることを示しているんだ。

研究では、Fzo1やPex34のような特定のタンパク質がミトコンドリアとペルオキシソームの間に繋がりを作るのを助けることもわかっている。ミトコンドリアとペルオキシソームは、それぞれの分裂に関与するいくつかのタンパク質を共有していて、その中にはFis1というタンパク質も含まれている。Fis1は、様々な種類の細胞のミトコンドリアとペルオキシソームの膜の両方に見つかるのが特徴だよ。

#Fis1のミトコンドリアとペルオキシソームの分裂での役割

Fis1は、もう一つのアダプタタンパク質Mdv1と協力して、Dnm1というタンパク質を募集するのを助ける。Dnm1は、これらの小器官の分裂の最終段階で重要な役割を果たしているんだ。興味深いことに、哺乳類の類似のタンパク質もミトコンドリアとペルオキシソームの両方に現れることがわかっている。

これらの小器官の分裂に問題があると、様々な病気と関連しているから、Fis1のようなタンパク質がどのように作られ、目的地に送られるのかをもっと学ぶことは大事なんだ。

科学者たちは、テールアンカー（TA）タンパク質が細胞の分泌経路に到達する仕組みを解明したけど、これらのタンパク質がどのようにミトコンドリアに向かうのかはあまり知られていない。研究によれば、タンパク質の特定の特徴、構造や電荷が正しいターゲティングに重要なんだ。

#タンパク質のターゲティングの経路

ペルオキシソームのTAタンパク質には、Pex19とPex3というタンパク質が関与する特定の経路がある。ペルオキシソームターゲティングシグナルを持つ新しいTAタンパク質は、細胞質でPex19によって認識され、Pex3との相互作用を通じてペルオキシソームに届けられる。驚くことに、Pex19が不足すると、ミトコンドリアのFis1のレベルさえも減少することが示唆されていて、Pex19がミトコンドリアのTAタンパク質の生合成にも関与している可能性があるんだ。

これらのTAタンパク質がミトコンドリアやペルオキシソームにどのように到達するかについては少し理解が進んでいるけど、二重局在を持つタンパク質がどのように調節されているのかの詳細はまだよくわかっていないんだ。

#二重分布に影響を与える因子のハイスループットスクリーニング

タンパク質がミトコンドリアとペルオキシソームの両方にターゲットされる仕組みを学ぶために、研究者たちはベーカリーヨーストでタグ付けされたTAタンパク質を使用したハイスループットビジュアルスクリーニングを行った。彼らは、YNL144Cという未特定の遺伝子を削除すると、Fis1の局在が変わることを発見した。この遺伝子は現在Mpf1と名付けられている。他のタンパク質、Tom70とTom71もFis1の分布に影響を与えていた。Mpf1またはこの二つのパラログのいずれかを失うと、より多くのFis1がペルオキシソームに送られることがわかったんだ。

研究者たちはさらにMpf1を調査し、ミトコンドリアの表面で不安定であること、Tom70とTom71の存在によって制御されていることがわかった。全体的に、彼らの発見は、Fis1と別のタンパク質Gem1を両方の小器官に分配するのを調整する上でのMpf1、Tom70、Tom71の役割を強調したんだ。

#ビジュアルスクリーニングと分布フェノタイピング

ハイスループットビジュアルスクリーニングによって、科学者たちはTAタンパク質の分布に影響を与える他のタンパク質を見つけることができたんだ。いくつかのタンパク質が特定されたけど、多くの変化はしばしばミトコンドリアやペルオキシソームの正常な機能や形に問題があったことに関連していた。だから、研究者たちは、ペルオキシソームやミトコンドリアの正常な外観や数を混乱させないタンパク質だけに焦点を当てた。

彼らは三つのタンパク質を特定した：未特定のタンパク質Mpf1、そしてパラログのTom70とTom71。これらが欠如すると、Fis1がよりペルオキシソームに局在する原因となった。さらに調べた結果、この影響はFis1だけに限らず、Gem1でも同様のパターンが観察されたんだ。

この研究は、観察された変化が断片的なミトコンドリアの誤解釈によるものではないことを確認した。異なるタンパク質のレベルと分布が正確に測定され、Mpf1、Tom70、Tom71がこれらの小器官へタンパク質が送られる新しい役割を持っていることに焦点を当てたんだ。

#候補の役割を確認するための細胞内分画化

さらなる確認のために、研究者たちは細胞内分画化を行って、ミトコンドリアをペルオキシソームから分離した。特定の成長媒介を使用してペルオキシソームの成長を誘導し、細胞を採取して分析した。異なる遠心分離技術を用いることで、成功裏に二つの小器官を分離することができたんだ。

野生型細胞でFis1の分布を調べたところ、約70%がミトコンドリアに見つかったけど、Mpf1やTom71が欠如した細胞ではこの分布が変わって、ミトコンドリアのFis1が減少し、ペルオキシソームのFis1が増加した。このことは、両方のタンパク質が分配バランスを確認する役割を果たしていることを示唆しているんだ。両方の遺伝子を二重削除すると、さらに少ない影響が見られたので、代償的なメカニズムが働くかもしれないね。

#Tom70とTom71の違い

Tom71はTom70の menos abundantなパラログで、特有の機能について疑問を呼んでいるんだ。以前の仮定では、両方のタンパク質が重複した役割を持っているかもしれないと言われていたけど、結果はTom71がFis1の分布に特有の影響を持っていて、Tom70が完全に置き換えることができないことを示唆している。

これをさらに探るために、科学者たちは異なる菌株でそれぞれのタンパク質を過剰発現させて、Fis1の分布にどう影響するかを評価した。Tom70を過剰発現させると、Mpf1が欠けている細胞でFis1の分布が効果的に修正されたけど、Tom71はTom71が欠けた細胞で過剰発現させても部分的しか修正しなかった。この独特さは、Tom71がFis1の分布にTom70の存在だけでは補えない方法で寄与しているかもしれないことを示唆しているんだ。

#Mpf1の細胞成長への寄与を評価

Mpf1は未特定のタンパク質だから、その欠如が酵母細胞の成長にどう影響するかを調べた。彼らは、Mpf1が欠けている細胞が豊富な媒体を使ったときに正常な細胞と同じように成長することに気づいた。でも、オレイン酸だけが唯一の炭素源の場合、Mpf1がない細胞の方がMpf1がある細胞よりうまく成長した。これは、ペルオキシソーム内のFis1分子の濃度が高くなり、これらの小器官の数が増え、オレイン酸をよりよく活用できるようになったからかもしれないね。

#Mpf1の安定性と局在を調査

研究者たちは、Mpf1が細胞内で素早く分解されることを発見して、もしそれがそんなに不安定なら、なぜ生産されるのかという疑問が生まれた。主要な因子がなかったとしても、Mpf1はまだミトコンドリアの表面に到達していたので、他の因子がこの過程を媒介しているかもしれないことを示唆しているんだ。

Mpf1の細胞内局在を調べたところ、主にミトコンドリアに関連付けられているけど、内因性網にも見られたよ。免疫蛍光顕微鏡のような技術を使って、この局在がさらに確認された。また、Mpf1はミトコンドリアが処理されるときにプロテアーゼ酵素に対して敏感であることが確認されて、外側のミトコンドリア表面に存在していることが分かったんだ。

#Mpf1のレベルに対するTom70とTom71の役割

研究者たちは、Tom70やTom71がMpf1を安定させるのに役立つかどうかを評価した。彼らは、Tom70とTom71が両方とも欠けているとMpf1のレベルが著しく減少したことを発見して、これらのタンパク質とMpf1の存在との関連を示しているんだ。彼らの除去はMpf1の安定性には影響を与えなかったけど、Mpf1の全体的なレベルは大幅に下がったので、Tom70とTom71がないとMpf1遺伝子の転写が減少している可能性があるよ。

#Mpf1のプレクストリンホモロジードメインを調査

Mpf1はプレクストリンホモロジードメイン（PHドメイン）を持っていることで知られていて、研究者たちはその潜在的な役割を理解しようとしていた。彼らは、PHドメインに変異を作成して、Mpf1の安定性や局在に影響を及ぼすかを確認したんだ。驚くことに、この変異型のMpf1は、位置を変えずに安定性が向上したことを示し、変異が特定の分解経路との相互作用を邪魔した可能性があることを示唆しているんだ。

#結論

要するに、この研究では、TAタンパク質、特にFis1とGem1をミトコンドリアとペルオキシソームに分配するのを調整するのに役立つ三つのタンパク質、Tom70、Tom71、Mpf1が特定されたことを示している。Tom71の独自の役割と、Mpf1の不安定な性質が顕著な発見だったんだ。この研究は、これらのタンパク質の機能について新しい洞察を提供していて、細胞生物学における彼らの役割についてのさらなる探求の道を開いているよ。こうしたプロセスを理解することで、特にミトコンドリアとペルオキシソームの関係に関する幅広い細胞機能を明らかにする助けになるんだ。