金沢大学　超然プロジェクト×先魁プロジェクト×自己超克プロジェクト

 ミトコンドリアは細胞内のパワープラントとして働く細胞小器官であり、エネルギー産生や代謝、シグナル伝達などの重要な役割を担っている。そのため、ミトコンドリアの恒常性維持は細胞の機能発現の基盤であり、ミトコンドリア生合成を制御する仕組みに大きな注目が集まっている。本申請課題では、ミトコンドリアを構成する「タンパク質の品質管理」と「膜形態の維持」にフォーカスし、これらの制御を担うタンパク質群の１分子ダイナミクス解析を行う。ナノメートルの空間分解能とミリ秒の時間分解能にてタンパク質の動きを測定可能な高速原子間力顕微鏡（HS-AFM）を適用することで、従来の測定技術では解析不可能だったタンパク質像を捉え、これまでの常識を覆す新規のタンパク質機能を同定する。
 細胞にはミトコンドリア機能を維持するための様々な制御システムが備わっている。たとえば、ミトコンドリアに取り込まれたタンパク質はシャペロンによって仕分けられ、目的地に組み込まれ、役目を終えるとプロテアーゼによって分解される。このようなタンパク質の一生涯を調節する仕組みはタンパク質品質管理機構と呼ばれ、その主役はミトコンドリア内在のシャペロンやプロテアーゼである。一方、膜構造にも品質管理システムが備わっており、ミトコンドリア膜はダイナミックに分裂と融合を繰り返すことで網目状に発達している。その主役は細胞質やミトコンドリア膜に局在する複数種のGTPaseタンパク質であり、分裂と融合の均衡が保たれることで膜形態が維持されている。
 本研究ではミトコンドリア品質管理システムの主役であるシャペロン、プロテアーゼ、GTPaseが実際に動く姿を可視化するため、それぞれの主役が担当するミトコンドリア内現象をin vitroで再構成し、HS-AFMによる１分子動画解析を行う。ミトコンドリアで働くタンパク質の動作を次々と解明することで、ミトコンドリア生合成を制御する新しい概念を創出する。