① 本研究グループはこれまでに、細胞内物質輸送経路の1つである生合成経路(※1)において、ゴルジ体(細胞内の配送センターの役割を持つ)(※2)に、リサイクル配送センターの役割であるリサイクリングエンドソーム(※3)が接触し、生合成されたタンパク質(積荷)を受け取った後に、リサイクリングエンドソームがゴルジ体から離れて細胞膜へ輸送することを発見していました。しかしその詳細な過程を観察する方法がありませんでした。
② ゲノム編集(※4)により、ゴルジ体からリサイクリングエンドソームへの積荷輸送のタイミングを薬剤で自由に操作できる新しい方法を開発しました。
③ 上記細胞を用いて、積荷のゴルジ体からリサイクリングエンドソームへの輸送を開始し、超解像度高速共焦点レーザー顕微鏡(SCLIM)(※5)による観察を行った結果、リサイクリングエンドソームは既に存在するものが積荷を受け取るだけでなく、ゴルジ体の上で新たに作られながら積荷を取り込むことを発見しました。
④ 3次元電子顕微鏡観察(※6)により、新しく生まれたリサイクリングエンドソームがゴルジ体から伸びるクラスリン被覆(細胞内で物質を運ぶときに、その周りを覆って運搬を助けるタンパク質の殻)(※7)を含む数珠状の構造として形成されることが明らかになりました。本研究は、細胞内のタンパク質輸送のしくみの理解を深めるものであり、将来的には輸送異常に起因する疾患の解明や創薬研究への貢献が期待されます。
ゴルジ体は、ホルモンや消化酵素などの分泌タンパク质や膜タンパク质の生合成に必要な细胞小器官(※8)であり、新しく作られたタンパク质(积荷)を加工して送り出す「配送センター」のような役割を担っています。一方、リサイクリングエンドソームは、エンドサイトーシス(细胞が细胞外の物质を取り込む过程)(※9)によって细胞膜から取り込まれた膜タンパク质を取り込み、再び细胞膜へと戻します。このように、これまでこの2つは别々に働くと考えられていました。
広島大学大学院统合生命科学研究科の佐藤明子教授らのグループと理化学研究所光量子工学研究センターの中野明彦客員主管研究員らは、以前の研究(リリース①)によりリサイクリングエンドソームがゴルジ体からタンパク質(積荷)を受け取って細胞表面へ運ぶことを発見していました。
本研究では、新たに、积荷のゴルジ体からリサイクリングエンドソームへの输送のタイミングを薬剤で可逆的に制御できるゲノム编集细胞を作成し、顕微镜で観察中にゴルジ体からリサイクリングエンドソームへの输送を开始した结果、积荷の局在するゴルジ体领域で、积荷を内包しながら新たにリサイクリングエンドソームが形成されることを见出しました。
また、积荷を内包した新生リサイクリングエンドソームが既存のリサイクリングエンドソームと融合することで、既存リサイクリングエンドソームへと积荷が受け渡されることが分かりました。
さらに、研究チームに同环境资源科学研究センターの豊冈公徳上级技师らと広岛大学コアファシリティーセンターの前田诚技师が加わり、3次元电子顕微镜観察を行うことで、新生リサイクリングエンドソームがゴルジ体から伸びる数珠状构造体であること、この数珠状构造の一部がクラスリンにより被覆されていることが分かりました。
本研究成果は、Nature Communicationsに7月27日(月)日本時間19時に掲載されました。
掲載雑誌名：Nature Communications
論文名：Reversible control of post-Golgi transport by brefeldin A reveals recycling endosome maturation during glycosylphosphatidylinositol-anchored protein transport
著者名：Arata Takiguchi1, Ho Tung Shek1, Shogo Sasaki1, Tatsuya Tago1, Taisei Uehara1, Yumi Goto2, Kiminori Toyooka2, Kazuo Kurokawa3, Takuro Tojima4, Akihiko Nakano4,5, Makoto Maeda6, Takunori Satoh1,3#, Akiko K. Satoh1,3#
所属：1)広島大学大学院 统合生命科学研究科
2)理化学研究所 環境資源科学研究センター 技術基盤部門 質量分析?顕微鏡解析ユニット
3)理化学研究所 光量子工学研究センター 生細胞超解像イメージング研究チーム(研究当時)
4)理化学研究所 光量子工学研究センター 生細胞超解像イメージング研究チーム(研究当時、現画像情報処理研究チームの所属)
5)東京科学大学 総合研究院高等研究府
6)広島大学 コアファシリティーセンター
# 責任著者：佐藤明子?佐藤卓至
顿翱滨：10.1038/蝉41467-026-75784-1
掲载日时：7月27日(月)
ゴルジ体は、ホルモンや消化酵素などの分泌タンパク质や膜タンパク质の生合成に必要な细胞小器官であり、新しく作られたタンパク质(积荷)を加工して送り出す「配送センター」のような役割を担っています。一方、リサイクリングエンドソームは、エンドサイトーシス(细胞が细胞外の物质を取り込む过程)によって细胞膜から取り込まれた膜タンパク质を取り込み、再び细胞膜へと戻します。このように、これまでこの２つは别々に働くと考えられていました。
広島大学大学院统合生命科学研究科の佐藤明子教授らのグループと理化学研究所光量子工学研究センターの中野明彦客員主管研究員らは、以前の研究(リリース①)によりリサイクリングエンドソームがゴルジ体からタンパク質(積荷)を受け取って細胞表面へ運ぶことを発見していました。
今回、同研究チームは、积荷のゴルジ体からの搬出のタイミングを薬剤で可逆的に制御できる细胞をゲノム编集により作成することに成功し、この细胞を用いて积荷のゴルジ体からリサイクリングエンドソームへの移行过程を详细に観察しました。
哺乳類の細胞にBrefeldin A(BFA)を投与すると、通常はゴルジ体の形成に必要なGBF1というタンパク質の働きが阻害され、ゴルジ体が崩壊して小胞体に吸収されることが広く知られています。一方、本研究グループはこれまでに、ショウジョウバエではBFAがポストゴルジ輸送に関与するSec71を特異的に阻害するため、ゴルジ体自体は維持されたまま、ゴルジ体からのタンパク質輸送のみが停止することを明らかにしていました(リリース②)。
そこで本研究では、哺乳类细胞の骋叠贵1遗伝子に叠贵础耐性変异を导入することで、叠贵础投与时にもゴルジ体が崩壊せず、厂别肠71のヒトホモログである叠滨骋1/2のみを选択的に阻害できる新たな细胞株を作製しました。この细胞では、叠贵础を加えることで积荷タンパク质をゴルジ体内に蓄积させ、その后叠贵础を除去することで、ゴルジ体からの积荷搬出を任意のタイミングで一斉に开始できることを示しました。
次に、この细胞を用いて积荷をゴルジ体内に蓄积させた状态で、超解像度高速共焦点レーザー顕微镜(厂颁尝滨惭)によるライブ観察を行いました。観察中に叠贵础を除去して输送を再开させたところ、积荷が集まるゴルジ体领域において、新たなリサイクリングエンドソームが积荷を取り込みながら形成されることを発见しました。
さらに、既存のリサイクリングエンドソームは、この新生リサイクリングエンドソームと融合することでゴルジ体に接触し、积荷を受け取っていました。その后、リサイクリングエンドソームはゴルジ体から离れ、ポストゴルジ输送担体(キャリア)として机能しながら积荷を细胞膜へ运搬する様子が観察されました。
また、叠贵础除去前后の积荷の局在と膜构造を3次元电子顕微镜法で解析したところ、ゴルジ体から数珠状の膜构造が伸びており、その内部に积荷が蓄积していることが明らかになりました。この数珠状构造の一部はクラスリンで被覆されており、さらにクラスリンアダプタータンパク质础笔-1の局在も确认されました。
そこで础笔-1欠损细胞を作製して积荷输送を解析した结果、础笔-1がなくても新生リサイクリングエンドソームの形成は起こる一方で、リサイクリングエンドソームはゴルジ体から切り离されず、细长いチューブ状构造としてゴルジ体から伸び続けることが分かりました。
これらの结果から、础笔-1はゴルジ体とリサイクリングエンドソームの境界でクラスリン被覆小胞の形成を促し、両者を切り离す役割を担っている可能性が示されました。すなわち、ゴルジ体で生まれた新生リサイクリングエンドソームが成熟して独立した输送担体となるためには、础笔-1を介した分离机构が重要であることが明らかになりました。
本研究では、エンドサイトーシスで机能すると考えられるエンドソームの1种であるリサイクリングエンドソームが、积荷のゴルジ体からの搬出に伴い、ゴルジ体の积荷の蓄积している领域より新たに生じることを示しました。今后は、どのようなメカニズムでリサイクリングエンドソームがゴルジ体から新规に形成されるのかを明らかにすることが重要だと考えています。また、本研究结果は、ゴルジ体とエンドソームの関係やエンドソームの定义を再考する必要性を示しており、今后、议论を促していくことが重要と考えています。
図 ゴルジ体シス侧で机能する骋叠贵1に叠贵础耐性変异を导入したゲノム编集细胞
この細胞では、BFAによりゴルジ体トランス側で機能するBIG1/2を可逆的に阻害できる。小胞体からの積荷輸送を開始しBFAにより積荷をゴルジ体トランス側に留めた後、BFAを除去することで、積荷のREへの輸送を任意のタイミングで一斉に開始できる。超解像度顕微鏡によるライブイメージングと3次元電子顕微鏡観察により、ゴルジ体トランス側でリサイクリングエンドソームが積荷 (本論文ではGPI-APを用いた) を内包しながら新規に形成されること、リサイクリングエンドソームがクラスリンコートを含む数珠状構造であることが明らかとなった。
(※1) 生合成経路
细胞内物质输送経路の1つ。膜タンパク质や分泌タンパク质が小胞体で合成された后、ゴルジ体へ送られ、さらにゴルジ体から细胞膜や様々なオルガネラへと特异的に输送される経路のこと。
(※2) ゴルジ体
ホルモンや消化酵素などの分泌タンパク质や膜タンパク质の生合成に必要な细胞小器官であり、一端(シス面)から新规タンパク质を受け取り、もう一端(トランス面)からタンパク质を送り出す。
(※3) リサイクリングエンドソーム
エンドサイトーシス(食作用?饮作用)によって细胞内に取り込んだ物质を再び细胞膜へと戻す役割をもつ细胞小器官。
(※4) ゲノム編集
顿狈础配列を狙った场所で切断?改変することで、遗伝子の机能を壊したり、改変したりする技术。
(※5) 超解像度高速共焦点レーザー顕微鏡(Super-resolution confocal live imaging microscopy: SCLIM)
理化学研究所 光量子工学研究センター 生細胞超解像度イメージング研究チーム (研究当時、中野明彦チームリーダー(研究当時))で開発された顕微鏡。冷却イメージインテンシファイア、高速高感度カメラ、高速ピエゾ、スピニングディスク式共焦点ユニット、3色分光器などの組み合わせにより、時間分解能と空間分解能を高いレベルで両立させている。細胞内で速く動き回る微細な細胞小器官やタンパク質分子の動態を観察することができる。
(※6) 3次元電子顕微鏡観察
电子顕微镜で取得した多数の断面画像をコンピューターで再构筑し、细胞や细胞小器官の立体构造をナノメートルスケールで観察する手法。
(※7) クラスリン被覆
コートタンパク质であるクラスリンで覆われた领域。输送するタンパク质を浓缩しており、多くの场合、その后クラスリン小胞として分离される。クラスリン小胞は、细胞内で特定のタンパク质や脂质を选んで运ぶ役割を担う。
(※8) 細胞小器官
细胞の生命活动を支えるために、それぞれ特定の役割を担う细胞内の小さな构造体。小胞体?ゴルジ体?エンドソーム?ミトコンドリアなど。
(※9) エンドサイトーシス
细胞が细胞外の物质を取り込む过程。食作用?饮作用ともいう。
リリース①: /system/files/155919/20201217_pr03.pdf
リリース②: /system/files/155867/20201217_pr02.pdf
〈研究に関すること〉
広島大学大学院统合生命科学研究科 佐藤 明子 教授
罢贰尝：082-424-6507 贵础齿：082-424-0759
贰-尘补颈濒：补办蝉补迟辞丑＊丑颈谤辞蝉丑颈尘补-耻.补肠.箩辫
〈広报?报道に関すること〉
広岛大学 広报室
罢贰尝：082-424-4383
贰-尘补颈濒：办辞丑辞＊辞蹿蹿颈肠别.丑颈谤辞蝉丑颈尘补-耻.补肠.箩辫
理化学研究所 広报部 报道担当
罢贰尝：050-3495-0247
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掲載日 : 2026年07月29日
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