ERマーカーのcalreticulinが細胞表面にあると、マクロファージの貪食のマーカーになる？ (Nature Communications 2018年8月10日号掲載論文)

論文abst全訳メモ

結論から言うと、マクロファージによる生きた細胞の検出・認識が細胞表面のcalreticulinというたんぱく質を目印に行われることを示した論文。

 

本日は「Programmed cell removal by calreticulin in tissue homeostasis and cancer (組織恒常性と癌におけるカルレチキュリンによるプログラムされた細胞除去）」という論文で、米国 Institute for Stem Cell Biology and Regenerative Medicine, Stanford University の Irving L. Weissman のグループによる研究。（論文サイトへのlink→*1）

 

f:id:k_sudachi:20200413211721p:plain
sCRT: soluble calreticulin
mCRT: membrane calreticulin(?)
このfigはNature Communicationsのこちらのページより引用です。

 

カルレティキュリンが、細胞の外に出ることがすごく驚きです！生物学的な意義も大きそうです。

 

 

興味を持たれた方はabstractもどうぞ。

Macrophage-mediated programmed cell removal (PrCR) is a process essential for the clearance of unwanted (damaged, dysfunctional, aged, or harmful) cells. The detection and recognition of appropriate target cells by macrophages is a critical step for successful PrCR, but its molecular mechanisms have not been delineated. Here using the models of tissue turnover, cancer immunosurveillance, and hematopoietic stem cells, we show that unwanted cells such as aging neutrophils and living cancer cells are susceptible to “labeling” by secreted calreticulin (CRT) from macrophages, enabling their clearance through PrCR. Importantly, we identified asialoglycans on the target cells to which CRT binds to regulate PrCR, and the availability of such CRT-binding sites on cancer cells correlated with the prognosis of patients in various malignancies. Our study reveals a general mechanism of target cell recognition by macrophages, which is the key for the removal of unwanted cells by PrCR in physiological and pathophysiological processes.

(私訳と勝手な注釈) 

マクロファージを介するプログラムされた細胞除去（PrCR）は、（損傷、機能不全、老化、または有害な、などに起因する）不要な細胞のクリアランスに不可欠なプロセスである。マクロファージによる適切な標的細胞の検出と認識は、PrCRを成功させるための重要なステップであるが、その分子メカニズムは明らかにされていない。ここでは、組織ターンオーバー、がん免疫監視、造血幹細胞のモデルを用いて、老化した好中球や生きたがん細胞などの不要な細胞が、マクロファージによる「分泌型カルレティキュリン（CRT）」の「標識」を受けやすく、これによりPrCRによるクリアランスが起こることが示されました。重要なことに、著者らはCRTがPrCRを制御するために結合する標的細胞上のアシアログリカン(糖鎖)を同定し、そのようなCRT結合部位が癌細胞上に存在するかどうかが、様々な悪性腫瘍の患者の予後と相関していることが示されました。本研究は、マクロファージによる標的細胞認識の一般的なメカニズムを明らかにしたものであり、これがPrCRによる不要な細胞の除去の鍵を握っていることを明らかにした。

*1:https://www.nature.com/articles/s41467-018-05211-7

今週見た中で面白そうな論文（2020年4月第2週）

-週刊-気になった論文のブックマーク

4月6日から4月12日の間で読んだ/積読したおもしろそうな論文のメモ。

 

 

 

４月１１日 コカイン中毒に関する新しいメカニズム（４月１０日号 Science 掲載論文） | AASJホームページ

The AMPK-MFN2 Axis Regulates MAM Dynamics and Autophagy Induced by Energy Stresses. - PubMed - NCBI

Mitochondrial translation and dynamics synergistically extend lifespan in C. elegans through HLH-30 | Journal of Cell Biology | Rockefeller University Press

PGAM5 knockdown alleviates neuronal injury after traumatic brain injury through Drp1-mediated mitochondrial dysfunction. - PubMed - NCBI

ESCRT-III and ER-PM contacts maintain lipid homeostasis. - PubMed - NCBI

Mitochondrial-nuclear heme trafficking is regulated by GTPases in control of mitochondrial dynamics and ER contact sites. - PubMed - NCBI

ER-PM conetact欠損時にsynthetic lethal になる変異の探索 (Molecular Biology of the Cell 2020年4月8日号掲載論文)

論文abst全訳メモ

結論から言うと、ER-PM接触部位を欠く酵母株の合成致死変異体をスクリーニングしてESCRT-III を同定した論文。

 

本日は「ESCRT-III and ER-PM contacts maintain lipid homeostasis (ESCRT-IIIとER-PM間MCSが脂質のホメオスタシスを維持する）」という論文で、米国 Weill Institute for Cell and Molecular Biology and Department of Molecular Biology and Genetics, Cornell University の Scott D. Emr のグループ（どういったラボ？→*1）による研究。（論文サイトへのlink→*2）

 

トランスポゾンによる変異のスクリーニングに関してはこちら。

tenure5.vbl.okayama-u.ac.jp

 

興味を持たれた方はabstractもどうぞ。

Eukaryotic cells are compartmentalized into organelles by intracellular membranes. While the organelles are distinct, many of them make intimate contact with one another. These contacts were first observed in the 1950’s, but only recently have the functions of these contact sites begun to be understood. In yeast, the ER makes extensive inter-membrane contacts with the plasma membrane (PM), covering ∼40% of the PM. Many functions of ER-PM contacts have been proposed, including: non-vesicular lipid trafficking, ion transfer, and as signaling hubs. Surprisingly, cells that lack ER-PM contacts grow well, indicating that alternative pathways may be compensating for the loss of ER-PM contact. In order to better understand the function of ER-PM contact sites we used saturating transposon mutagenesis to identify synthetic lethal mutants in a yeast strain lacking ER-PM contact sites. The strongest hits were components of the ESCRT complexes. The synthetic lethal mutants have low levels of some lipid species but accumulate free fatty acids and lipid droplets. We found that only ESCRT-III components are synthetic lethal, indicating that Vps4 and other ESCRT complexes do not function in this pathway. These data suggest that ESCRT-III proteins and ER-PM contact sites act in independent pathways to maintain lipid homeostasis.

(私訳と勝手な注釈) 

真核生物の細胞は、細胞内膜によって細胞小器官に区画化されています。真核細胞の細胞小器官は細胞内膜によって区画されていますが、小器官の多くは互いに接触しています。これらの接触は1950年代に初めて報告されましたが、これらの接触部位の機能が解明され始めたのは最近のことです。酵母では、小胞体は形質膜（PM）と広範囲の膜間接触を行っており、PMの約40％を覆っています。ER-PM間MCSの機能として、これまでに小胞性脂質輸送、イオン輸送、シグナル伝達のハブとしての機能など、多くの機能が提案されてきました。驚くべきことに、ER-PMコンタクトを欠いた細胞は通常通り成長することから、代替経路がER-PMコンタクトの損失を補っている可能性が示唆されています。ER-PM接触部位の機能をよりよく理解するために、著者らはトランスポゾン突然変異誘発法を用いて、ER-PM接触部位を欠く酵母株の合成致死変異体を同定しました。最も強くヒットしたのはESCRT複合体の構成要素でした。合成致死変異体は、いくつかの脂質種のレベルは低いが、遊離脂肪酸と脂質滴を蓄積していた。ESCRT-IIIの成分のみが合成致死変異体であることがわかり、Vps4や他のESCRT複合体がこの経路では機能していないことが示された。これらのデータは、ESCRT-IIIタンパク質とER-PM接触部位が脂質の恒常性を維持するために独立した経路で作用していることを示唆している。

*1:--- The Emr lab studies the regulation of cell signaling pathways by phosphoinositide kinases, vesicle-mediated transport reactions, and selective ubiquitin modifications. ---https://emr.wicmb.cornell.edu/ より。もともとESCRTⅢを中心に研究しているグループのようです。

*2:https://www.molbiolcell.org/doi/10.1091/mbc.E20-01-0061

今週見た中で面白そうな論文（2020年4月第1週）

-週刊-気になった論文のブックマーク

3月30日から4月5日の間で読んだ/積読したおもしろそうな論文のメモ。

 

Mitochondrial fragmentation enables localized signaling required for cell repair | Journal of Cell Biology

細胞膜ダメージ→局所的なミトコンドリアの断片化→局所的なRhoAの活性化とアクチン重合 (Journal of Cell Biology 2020年4月1日号掲載論文) - 海を渡りたい柑橘系大学生。

 

「ERストレス」「ERでの折りたたみ不全たんぱく質の品質管理」の文脈で見かけたことのあるERADがER-mito間のMCSを制御してるっていう話っぽいです

ERAD affect ER-mt contact sites, and alter organelle dynamics | Science

 

 

Organellar Contacts of Milk Lipid Droplets. - PubMed - NCBI

Lipid homeostasis in mitochondria. - PubMed - NCBI

Reactive oxygen species (ROS) as pleiotropic physiological signalling agents | Nature Reviews Molecular Cell Biology

細胞膜ダメージ→局所的なミトコンドリアの断片化→局所的なRhoAの活性化とアクチン重合 (Journal of Cell Biology 2020年4月1日号掲載論文)

論文abst全訳メモ

結論から言うと、細胞膜に穴が開いたときに、局所的にミトコンドリアが断片化する→ミトコンドリアがカルシウムイオンを取り込む→カルシウムを多く取り込んだミトコンドリアがROSを発生→発生したROSが（恐らくRhoAを酸化することで）RhoAを活性化し、アクチンのポリマー化を誘導することで細胞膜のリモデリングを助け、細胞膜損傷治癒を行う、ということを提唱した論文。

 

本日は「Mitochondrial fragmentation enables localized signaling required for cell repair (ミトコンドリアの断片化は細胞修復に必要な局所的なシグナル伝達を可能にする）」という論文で、米国 children's national health system center for genetic medicine research の Jyoti K. Jaiswal のグループ（どういったラボ？→*1）による研究。（論文サイトへのlink→*2）

 

細胞膜に傷がつき穴が開くと、カルシウムが流入します。その損傷箇所で局所的な応答をする仕組みが存在すると考えられていましたが、詳細は不明でした。この論文では、細胞膜に穴が開いたところを基点にミトコンドリアが断片化することが明らかとなり、その意義が局所的なシグナル伝達であることが示唆されました。

 

個人的にクリアにならなかった、複雑で面白い、もっと勉強しないとなぁと思った点↓

  • ミトコンドリアの断片化をDrp1 KOで阻害すると細胞膜損傷時のミトコンドリアでのカルシウムの取り込みと維持の両方が抑圧されることが明らかになったが、どうして断片化したミトコンドリアはカルシウムを取り込みやすい＆そのカルシウムが排出されにくいのだろうか？断片化した方が体積あたりの表面積は大きいのでCa取り込みチャネルの効果が大きく反映される？体積が小さくなるのでカルシウムは少し入ってくるだけで濃度が上がる？
  • カルシウム濃度が上がるとミトコンドリアからROSが産生される（これは先行研究でも既知）けれど、過剰なカルシウムは電子伝達系の電子の流れを滞らせることでROSの産生を促すのだろうか？
  • 先行研究で、RhoAのシステイン残基が酸化されることでRhoAが活性化するという報告があるらしいのだけれど、どういう機序でRhoAは活性化するのだろうか？
  • レーザーダメージによる細胞膜損傷という手法が使われているが、なぜレーザーダメージによって穴が開くのだろうか？熱？この手法は筋肉で起きる膜損傷をどこまで再現できているのだろうか？

 

興味を持たれた方はabstractもどうぞ。

Plasma membrane injury can cause lethal influx of calcium, but cells survive by mounting a polarized repair response targeted to the wound site. Mitochondrial signaling within seconds after injury enables this response. However, as mitochondria are distributed throughout the cell in an interconnected network, it is unclear how they generate a spatially restricted signal to repair the plasma membrane wound. Here we show that calcium influx and Drp1-mediated, rapid mitochondrial fission at the injury site help polarize the repair response. Fission of injury-proximal mitochondria allows for greater amplitude and duration of calcium increase in these mitochondria, allowing them to generate local redox signaling required for plasma membrane repair. Drp1 knockout cells and patient cells lacking the Drp1 adaptor protein MiD49 fail to undergo injury-triggered mitochondrial fission, preventing polarized mitochondrial calcium increase and plasma membrane repair. Although mitochondrial fission is considered to be an indicator of cell damage and death, our findings identify that mitochondrial fission generates localized signaling required for cell survival.

(私訳と勝手な注釈) 

細胞膜損傷は致死的なカルシウムの流入を引き起こすが、細胞は創傷部位を標的とした局所修復反応を行うことで生き延びる。損傷後数秒のオーダーでのミトコンドリアのシグナル伝達がこの応答を可能にする。しかし、ミトコンドリアは細胞全体に分布しているため、どのようにして空間的に制限されたシグナルを生成し、細胞膜の傷を修復するのかは不明であった。本研究では、カルシウムの流入とDrp1が介在する損傷部位でのミトコンドリアの迅速な分裂が、局所的な修復反応を可能にすることを示している。傷害部位付近のミトコンドリアの分裂は、これらのミトコンドリアにおけるカルシウムの取り込みと高濃度カルシウム状態の維持を促進し、細胞膜修復に必要な局所的なROSの産生を可能にする。Drp1ノックアウト細胞およびDrp1アダプタータンパク質MiD49を欠損した患者細胞では、傷害をトリガーとしたミトコンドリアの分裂が起こらず、ミトコンドリアのカルシウム増加と局所的な細胞膜修復がキャンセルされる。ミトコンドリア分裂は細胞の損傷や細胞死の指標と考えられているが、これらの知見は、ミトコンドリア分裂が細胞の生存に必要な局所的なシグナルを生成していることを明らかにした。

*1:--- Jyoti researches the cellular mechanism of disease and develop novel treatment approaches. One of his current project is to study the 'Role of mitohondria in repairing injured cells.' ---https://www.researchgate.net/lab/Jyoti-K-Jaiswal-Lab より

*2:https://rupress.org/jcb/article/219/5/e201909154/151605/Mitochondrial-fragmentation-enables-localized

PM-ERテザリング分子の同定 (Current Biology 2005年7月12日号掲載論文)

論文abst全訳メモ

結論から言うと、IP3RによるCa放出の後に、storeのCaを流入させる現象に必要なたんぱく質をsiで網羅的に探した（2304種類）結果、STIM1, 2が同定された、という論文。

 

本日は「STIM Is a Ca2+ Sensor Essential for Ca2+-Store-Depletion-Triggered Ca2+ Influx (STIMはERにおけるCa2+枯渇をトリガーとした細胞内へのCa2+流入に不可欠なCa2+センサーである）」という論文で、米国 Department of Molecular Pharmacology, Stanford University Medical School の Tobias Meyer のグループによる研究。（論文サイトへのlink→*1）

 

 

興味を持たれた方はabstractもどうぞ。

Ca2+ signaling in nonexcitable cells is typically initiated by receptor-triggered production of inositol-1,4,5-trisphosphate and the release of Ca2+ from intracellular stores [1]. An elusive signaling process senses the Ca2+ store depletion and triggers the opening of plasma membrane Ca2+ channels [2, 3, 4, 5]. The resulting sustained Ca2+ signals are required for many physiological responses, such as T cell activation and differentiation [6]. Here, we monitored receptor-triggered Ca2+ signals in cells transfected with siRNAs against 2,304 human signaling proteins, and we identified two proteins required for Ca2+-store-depletion-mediated Ca2+ influx, STIM1 and STIM2 [7, 8, 9]. These proteins have a single transmembrane region with a putative Ca2+ binding domain in the lumen of the endoplasmic reticulum. Ca2+ store depletion led to a rapid translocation of STIM1 into puncta that accumulated near the plasma membrane. Introducing a point mutation in the STIM1 Ca2+ binding domain resulted in prelocalization of the protein in puncta, and this mutant failed to respond to store depletion. Our study suggests that STIM proteins function as Ca2+ store sensors in the signaling pathway connecting Ca2+ store depletion to Ca2+ influx.

(私訳と勝手な注釈) 

非興奮性細胞におけるCa2+シグナル伝達は、通常、受容体をトリガーとしたイノシトール-1,4,5,5-三リン酸の産生と細胞内貯蔵 (ER) からのCa2+の放出によって開始される [1]。シグナル伝達プロセスがCa2+貯蔵の枯渇を感知して、細胞膜Ca2+チャネルの開通を誘発することが知られているが、その全貌は不明である [2, 3, 4, 5]。その反応の後に生じる持続的なCa2+シグナルは、T細胞の活性化や分化など多くの生理的応答に必要とされる[6]。本論文では、2,304個のヒトシグナル伝達タンパク質に対するsiRNAをトランスフェクトした細胞において、受容体をトリガーとしたCa2+シグナルをモニターし、Ca2+ストア (ER) におけるCa2+枯渇に依存するCa2+流入に必要な2つのタンパク質、STIM1とSTIM2を同定した[7, 8, 9]。これらのタンパク質は、小胞体の内腔においてCa2+結合サイトと見られるドメインを持つ単一の膜貫通領域を持っている。Ca2+貯蔵量の枯渇は、STIM1のpuncta (dot状に小さく集積した状態) への急速な転座をもたらし、それは細胞膜の近くに蓄積した。STIM1のCa2+結合ドメインに点変異を導入すると、puncta内にタンパク質が局在化し、この変異体はCa2+貯蔵量の枯渇に応答できなくなった。本研究は、STIMタンパク質がCa2+ストア枯渇とCa2+流入をつなぐシグナル伝達経路において、Ca2+ストアセンサーとして機能していることを示唆している。

*1:https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(05)00570-1?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS0960982205005701%3Fshowall%3Dtrue#%20

ER膜上ドメインの存在とMCSにおける意義 (PNAS 2020年3月16日号掲載論文)

論文abst全訳メモ

結論から言うと、細胞が低張で膨潤した際に、ER及び他のオルガネラが巨大小胞の形に転移することを示し、その系を利用して、
［ERとmito, lipid droplet, endosome, PMとのコンタクトサイト］はLo ドメインを基点に形成され、［ERとlyso, peroxisomeとのコンタクトサイト］はLdドメインを基点に形成される、
ということを示した論文。

 

本日は「ER membranes exhibit phase behavior at sites of organelle contact (ER膜はオルガネラ接触部位で相状態の挙動を示す[*「相状態」というとよく分からないかもしれませんが、「膜は一様ではなく、特定の要素で定義されるドメインがある」くらいの意味だと思います]）」という論文で、Janelia Research Campus, HHMI の Arnold Y. Seo 及び Jennifer Lippincott-Schwartz のグループによる研究。（論文サイトへのlink→*1）

 

 

違うオルガネラが異なるドメインとinteractするというのは、認識テザリングたんぱく質が鍵と鍵穴のような関係になっているのでしょうか？面白いですね。

 

興味を持たれた方はabstractもどうぞ。

The endoplasmic reticulum (ER) is the site of synthesis of secretory and membrane proteins and contacts every organelle of the cell, exchanging lipids and metabolites in a highly regulated manner. How the ER spatially segregates its numerous and diverse functions, including positioning nanoscopic contact sites with other organelles, is unclear. We demonstrate that hypotonic swelling of cells converts the ER and other membrane-bound organelles into micrometer-scale large intracellular vesicles (LICVs) that retain luminal protein content and maintain contact sites with each other through localized organelle tethers. Upon cooling, ER-derived LICVs phase-partition into microscopic domains having different lipid-ordering characteristics, which is reversible upon warming. Ordered ER lipid domains mark contact sites with ER and mitochondria, lipid droplets, endosomes, or plasma membrane, whereas disordered ER lipid domains mark contact sites with lysosomes or peroxisomes. Tethering proteins concentrate at ER–organelle contact sites, allowing time-dependent behavior of lipids and proteins to be studied at these sites. These findings demonstrate that LICVs provide a useful model system for studying the phase behavior and interactive properties of organelles in intact cells.

(私訳と勝手な注釈) 

小胞体（小胞体）は、分泌タンパク質や膜タンパク質の合成部位であり、細胞内のあらゆる小器官と接触し、高度に制御された方法で脂質や代謝物を交換している。小胞体がどのようにして「他の小器官とのナノスケールのMCS形成・配置」を含めた多様な機能を空間的に分離しているのかは明らかになっていない。本研究では、細胞を低張で膨潤させる[*浸透圧によって水分が細胞に流入し、細胞が膨張する]ことで、ER及びその他のオルガネラがmicrometer-scale large intracellular vesicles（マイクロメートルスケールの大細胞内小胞）（LICVs）に変換され、小器官の局所的なテザリング分子を介して、内腔内のタンパク質含有量を保持し、互いに接触部位を維持することを実証した。冷却すると、ER由来のLICVは、異なる脂質の組成からなるliquid-ordered (Lo) microdomainsに相分離するが、これは温めると可逆的である。Lo microdomains（秩序化されたER脂質ドメイン）は、ERとミトコンドリア、lipid droplet、エンドソーム、またはendosomeとの接触部位を示すのに対し、Ld microdomains（無秩序化されたER脂質ドメイン）は、リソソソームまたはペルオキシソームとの接触部位を示す。本研究により、脂質とタンパク質の時間依存的な挙動を調べることができるようになった。これらの知見は、LICVがインタクトな細胞内の小器官の相挙動や相互作用特性を研究するための有用なモデルシステムになることを示している。

 

本筋と関係ない余談1：
論文読みのブログ更新に間隔が開いてしまいました！それでも昔の自分なら理由をつけて論文読みoutputの更新をストップしていたと思います。過去に全くそれと同じ失敗と挫折をしたので、間をあけつつも更新再開できるメンタルになってます。やっぱり、最速で小さな失敗を積み重ねることこそが、成功への一番の近道なんだなぁと感じております。

本筋と関係ない余談2：
Google翻訳から、DeepLを使うように変えてみます！どれくらい手間が変わったか、今後レポートしてみます！

*1:https://www.pnas.org/content/early/2020/03/13/1910854117