Elucidation of gradient sensing mechanism in chemotactic signaling system

阐明趋化信号系统中的梯度传感机制

• 批准号: 19H00982
• 负责人: 上田 昌宏
• 金额: $ 28.7万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19H00982/
• 关键词: 走化性; 三量体Gタンパク質; GPCR; 適応; 細胞性粘菌; 三量体G蛋白質; アレスチン; １分子イメージング

真核細胞の走化性は細胞性粘菌からヒト白血球に至るまでシグナル伝達の分子基盤とメカニズムがよく保存されている．粘菌細胞は走化性のモデル生物であることから，走化性シグナル伝達の仕組みに関する知見が多く得られてきた．我々は，粘菌細胞を研究対象として走化性誘引物質のセンサーであるGPCR-三量体G蛋白質（G蛋白質）に注目し，その機能解析を進めてきた．結果，三量体G蛋白質のシグナル伝達反応には少なくとも３つの機構があり，走化性誘引物質の応答濃度の異なるレンジで働くことがわかってきた．低濃度領域では高親和性GPCRによるG蛋白質の活性化によってシグナルが伝達され，中濃度領域ではG蛋白質の細胞質-細胞膜間局在制御によってシグナルが伝達され，高濃度領域では低親和性GPCRとG蛋白質の複合体形成によってシグナルが伝達される．これにより，細胞の走化性応答が10の5乗から6乗倍の広い濃度にわたって可能になっている．これまでの研究により，低濃度領域でのG蛋白質の活性化には，GAPとして働くRGSsや非受容体型GEFであるRic8が関与することが明らかになった．中濃度領域でのG蛋白質の細胞質-細胞膜間局在制御には，細胞質において三量体G蛋白質と複合体を形成するGip1が中心的に働くことがわかった．さらに，高濃度領域での走化性シグナルには，低親和性GPCRとG蛋白質の複合体形成に加えてG蛋白質非依存経路のアレスチンが関与することが明らかになった．以上のように，G蛋白質の様々な反応を組み合わせた勾配認識機構と応答濃度レンジ拡張機構について理解が深まった．走化性のGPCRシグナリングは真核生物で広く保存されていることから，他の細胞種においても同様の制御機構が働く可能性が示唆される．

真核细胞趋化信号转导的分子基础和机制从盘基网柄菌到人类白细胞都非常保守。由于粘菌细胞是趋化性的模型生物，因此已经获得了许多关于趋化信号转导机制的知识。我们以粘菌细胞为研究对象，重点研究了趋化传感器GPCR-三聚体G蛋白（G蛋白），并对其进行了功能分析。结果发现，三聚体G蛋白信号转导反应至少存在三种机制，它们在不同的趋化剂反应浓度范围内起作用。在低浓度下，信号通过高亲和力 GPCR 激活 G 蛋白来传递；在中等浓度下，通过控制 G 蛋白在细胞质到细胞膜的定位来传递信号；在高浓度下，通过激活 G 蛋白来传递信号。 G 蛋白通过高亲和力 GPCR 进行传递，并且在高浓度下，通过高亲和力 GPCR 激活 G 蛋白来传递信号。这使得细胞趋化反应能够在从 10 到 6 次方的广泛浓度范围内发生。先前的研究表明，作为GAP的RGS和非受体型GEF的Ric8在低浓度下参与G蛋白的激活。我们发现Gip1与细胞质中的三聚体G蛋白形成复合物，在控制中间浓度的G蛋白的细胞质-细胞膜定位方面发挥着核心作用。此外，研究表明，高浓度的趋化信号不仅涉及低亲和力 GPCR 和 G 蛋白之间的复合物形成，而且还涉及不依赖于 G 蛋白的途径中的抑制蛋白。如上所述，我们加深了对结合G蛋白各种反应的梯度识别机制和响应浓度范围扩展机制的理解。趋化 GPCR 信号在真核生物中广泛保守，表明类似的调节机制可能在其他细胞类型中发挥作用。

项目成果

Roles of Gip1 and Ric8 in activation of heterotrimeric G proteins for eukaryotic chemotaxis

Gip1 和 Ric8 在异源三聚体 G 蛋白激活真核趋化中的作用

• 发表时间: 2020
• 作者: 上村 陽一郎;上田 昌宏
• 通讯作者: 上田 昌宏

総論 生命システムにおけるゆらぎの階層性

一般讨论 生命系统波动的层次结构

• 发表时间: 2023
• 作者: 上田 昌宏

１分子イメージングの全自動化と大規模解析への応用

单分子成像全自动化及大规模分析应用

• 发表时间: 2023
• 作者: 廣島通夫; 上田昌宏
• 通讯作者: 上田昌宏

Comparative Analysis of Single-Molecule Dynamics of TRPV1 and TRPV4 Channels in Living Cells

活细胞中 TRPV1 和 TRPV4 通道单分子动力学的比较分析

• DOI: 10.3390/ijms22168473
• 发表时间: 2021
• 影响因子: 5.6
• 作者: Kuwashima Yutaro;Yanagawa Masataka;Abe Mitsuhiro;Hiroshima Michio;Ueda Masahiro;Arita Makoto;Sako Yasushi
• 通讯作者: Sako Yasushi

A sub-population of Dictyostelium discoideum cells shows extremely high sensitivity to cAMP for directional migration

盘基网柄菌细胞亚群对 cAMP 定向迁移表现出极高的敏感性

• DOI: 10.1016/j.bbrc.2021.03.095
• 发表时间: 2021
• 作者: Ohtsuka; D.; Ota; N.; Amaya; S.; Matsuoka; S.; Tanaka; Y.;Ueda; M.
• 通讯作者: M.