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　Molecular and Cell Biology of Membrane Ttraffic
教授
柴崎 芳一
Professor Yoshikazu SHIBASAKI
専門分野： 分子細胞生物学
研究内容： 細胞内小胞輸送。　細胞の小胞輸送など膜ダイナミクスに重要な分子の動きを時間的、空間的調節に注目しその機構を解析する。
    　■Pickup publications
　■原著論文

細胞内小胞輸送の分子細胞生物学的研究

細胞内膜輸送（membrane traffic）のダイナミズム

　 細胞内は膜に囲われた区画に分かれており、生体膜はそれらの間の輸送に際してダイナミックな変化を示す。細胞膜受容体はエンドサイトーシス経路に入り、あるものはリサイクル、あるものは分解される。一方、細胞内で合成される蛋白はゴルジ、分泌小胞を経て細胞外にいたるエクソサイトーシス経路をたどる。　”membrane traffic” と呼ばれるこの過程を解析することは生命を理解するために必須であると同時に”membrane traffic”の異常による病態の解明につながる。

膜における機能分子の活性化―脂質と蛋白の相互作用

　 膜のダイナミックは変化に、膜分子と細胞質分子の相互作用が重要であるため、私たちの研究室は膜脂質とそれと相互作用する蛋白に注目している。　この調節は細胞内で時間的に調節されているとともに特定部位でおこるためのシグナルが必要である。我々はこのシグナルが膜脂質イノシトールであることをつきとめ、そこから膜が変形して管状構造をとることを示した（図参照）。さらにイノシトールは膜の活性化された部位のアクチンなど細胞骨格調節も制御しているのでこれらを含め解析している。

バイオイメージング

　 細胞内の位置、運動変化をとらえる重要な手法として画像解析を行っている。具体的には低分子量G蛋白質、イノシトールリン酸化酵素（PIP5K）、コート関連蛋白などを対象に、その遺伝子操作、細胞への発現、細胞分画などを駆使し、生細胞で分子動態を解析していく。

 

図１．細胞内膜管状化の経過


Pickup publications

Phosphatidylinositol-4-phosphate 5-kinase gamma is associated with cell-cell junction in A431 epithelial cells.

　細胞―細胞接着にアクチン重合が関与することが示唆されていたが、それを引き起こす機構は不明であった。 イノシトールとそのリン酸化酵素が、細胞―細胞接着面に実際局在し、接着を破壊すると局在も消失することを示し、アクチン重合が関与することを支持する論文。

原著論文
Akiyama, C., Shinozaki-Narikawa, N., Kitazawa, T., Hamakubo, T., Kodama, T., Shibasaki, Y.
Phosphatidylinositol-4-phosphate 5-kinase gamma is associated with cell-cell junction in A431 epithelial cells.
Cell Biology International, 29, 514-520 (2005)

Phosphatidylinositol 4,5-Bisphosphate Induces Actin Stress-fiber Formation and Inhibits Membrane Ruffling in CV1 Cells

　 ストレスファイバー、ラフリングなどアクチンが形成する特徴的な構造につき、リン酸化イノシトール（PIP2）がどのように作用するかを解析した論文。

原著論文
Yamamoto M., Hilgemann D.H., Feng S., Bito H., Ishihara H., Shibasaki Y., and Yin H.L.
Phosphatidylinositol 4,5-Bisphosphate Induces Actin Stress-fiber Formation and Inhibits Membrane Ruffling in CV1 Cells
J. Cell Biol. 152: 867-876, (2001)

Type I&alpa; phosphatidylinositol-4-phosphate 5-kinase mediates Rac-dependent actin assembly.

　細胞内アクチン重合は多くの因子により調節されているが、この論文では低分子量G蛋白Racによる調節を解析した。 血小板活性化時に急激なアクチン重合が起こるが、イノシトールリン酸化酵素がその中間で働き、産物のPIP2がアクチン重合端に結合しているキャッピング蛋白を外すことが一つの機構であることを示した。

原著論文
Tolias KF, Hartwig JH, Ishihara H, Shibasaki Y, Cantley LC, Carpenter CL
Type Iα phosphatidylinositol-4-phosphate 5-kinase mediates Rac-dependent actin assembly.
Current Biology 10:153-6, (2000)

Type I phosphatidylinositol-4-phosphate 5-kinases. Cloning of the third isoform and deletion/substitution analysis of members of this novel lipid kinase family.

　イノシトールは細胞膜に存在し、３つのリン酸化部位を持ち、これを単独または組み合わせにより７つのリン酸化イノシトールを生成する。　それぞれの分子は特異的分子を結合してそれぞれ特異的なシグナルを下流に伝える。５位のリン酸化を行う酵素phosphatidylinositol 5-kinaseのいくつかのアイソフォームのクローニングとその解析の論文。

原著論文
Ishihara H, Shibasaki Y, Kizuki H, Wada T, Yazaki Y, Asano T, Oka Y
Type I phosphatidylinositol-4-phosphate 5-kinases. Cloning of the third isoform and deletion/substitution analysis of members of this novel lipid kinase family.
J. Biol. Chem. 273(15): 8741-8, (1998)

Massive actin polymerization induced by phosphatidylinositol-4-phosphate 5-kinase in vivo.

　細胞運動、小胞輸送など細胞のダイナミックな運動を支配するアクチンについては種々の調節因子が知られてきた。　この論文では、これまでシグナリングの前駆体と思われていたイノシトールが、そのリン酸化酵素phosphatidylinositol 5-kinaseによりリン酸化イノシトール（PIP2）となり、in vivoで細胞内アクチン重合を促進し、新しいアクチン調節因子として多くの細胞機能に働いていることを示した。

原著論文
Shibasaki Y., Ishihara H., Kizuki N., Asano T., Oka Y., Yazaki Y. Massive actin polymerization induced by phosphatidylinositol-4-phosphate 5-kinase in vivo. J. Biol. Chem. 272 7578-7581 (1997)


原著論文

  1. Akiyama, C., Shinozaki-Narikawa, N., Kitazawa, T., Hamakubo, T., Kodama, T., Shibasaki, Y.
    Phosphatidylinositol-4-phosphate 5-kinase gamma is associated with cell-cell junction in A431 epithelial cells.
    Cell Biology International 29, 514-520 (2005)

  2. Urano Y, Hayashi I, Isoo N, Reid PC, Shibasaki Y, Noguchi N, Tomita T, Iwatsubo T, Hamakubo T, Kodama T.
    Association of active gamma -secretase complex with lipid rafts.
    J Lipid Res., 46, 904-912 (2005)

  3. Arioka, M., Satoru Nakashima, S., Shibasaki, Y., and Kitamoto, K.
    Dibasic amino acid residues at the carboxy-terminal end of kinase homology domain participate in the plasma membrane localization and function of phosphatidylinositol 5-kinase ・
    Biochem. Biophis. Res Commun. 　319：456-463　　(2004)

  4. Yamamoto M., Hilgemann D.H., Feng S., Bito H., Ishihara H., Shibasaki Y., and Yin H.L.
    Phosphatidylinositol 4,5-Bisphosphate Induces Actin Stress-fiber
    Formation and Inhibits Membrane Ruffling in CV1 Cells
    J. Cell Biol. 152: 867-876, (2001)

  5. Bito H., Furuyashiki T., Ishihara H., Shibasaki Y., Ohashi K., Mizuno K., Maekawa M., Ishizaki T., Narumiya S.
    A critical role for a Rho-associated kinase, p160ROCK, in determining axon outgrowth in mammalian CNS neurons.
    Neuron 26: 431-441, (2000)

  6. Itoh, T., Ishihara, H., Shibasaki Y., Oka, Y., Takenawa, T.
    Autophosphorylation of type I phosphatidylinositol phosphate kinase regulates its lipid kinase activity.
    J. Biol. Chem. 275:19389-19394, (2000)

  7. Tolias KF, Hartwig JH, Ishihara H, Shibasaki Y, Cantley LC, Carpenter CL
    Type I? phosphatidylinositol-4-phosphate 5-kinase mediates Rac-dependent actin assembly.
    Current Biology 10:153-6, (2000)

  8. Tolias KF, Rameh LE, Ishihara H, Shibasaki Y, Chen J, Prestwich GD, Cantley LC, Carpenter CL
    Type I phosphatidylinositol-4-phosphate 5-kinases synthesize the novel lipids phosphatidylinositol3,5-bisphosphate and phosphatidylinositol 5-phosphate.
    J. Biol. Chem. 273(29): 18040-6, (1998)

  9. Ishihara H, Shibasaki Y, Kizuki H, Wada T, Yazaki Y, Asano T, Oka Y
    Type I phosphatidylinositol-4-phosphate 5-kinases. Cloning of the third isoform and deletion/substitution analysis of members of this novel lipid kinase family.
    J. Biol. Chem. 273(15): 8741-8, (1998)

  10. Shibasaki Y., Ishihara H., Kizuki N., Asano T., Oka Y., Yazaki Y.
    Massive actin polymerization induced by phosphatidylinositol-4-phosphate 5-kinase in vivo.
    J. Biol. Chem. 272 7578-7581 (1997)

  11. Murata T., Katagiri H., Ishihara H., Shibasaki Y., Asano T., Toyada Y., Pekiner B., Pekinar C., Miwa I., and Oka Y.
    Co-localization of glucokinase with actin filaments
    FEBS Letters. 406 109-113 (1997)

  12. Katagiri, H., Asano, T., Inukai, K., Ogihara, T., Ishihara, H., Shibasaki, Y., Murata, T., Terasaki, J., Kikuchi, M., Yazaki, Y., and Oka, Y.
    Roles of phosphatidylinositol 3-kinase and Ras on insulin-stimulated glucose transport in 3T3-L1 adipocytes
    Am. J. Physiol. 272, E326-E331, (1997)

  13. Ishihara H., ShibasakiY., Kizuki N., Katagiri H., Yazaki Y., Asano T., Oka Y.
    Cloning of cDNAs encoding two isoforms of 68kDa Type I phosphatidylinositol-4-phoshate 5-kinase.
    J.Biol.Chem. 271 23611-23614 (1996)

  14. Shibasaki Y., Ishihara H., Kikuchi M., Yazaki Y.
    ATP dependent priming and ATP independent insulin secrerion from permeabilized MIN6 cells
    Diabetes 45, 243 (1996)

  15. Katagiri H., Asano T., Ishihara H., Inukai K., Shibasaki Y., Kikuchi M., Yazaki Y., Oka Y.
    Overexpression of catalytic subunit p110a of phosphatidylinositol 3-kinase increases glucose transport activity with translocation of glucose transporters in 3T3-L1 adipocytes.
    J.Biol.Chem. 271, 16987-16990 (1996)

  16. Shibasaki Y., T. Asano, J-L.Lin, K. Tsukuda, H. Katagiri, H. Ishihara, Y. Yazaki, Y. Oka
    Two glucose transporter isoforms are sorted differentially and are expressed in distinct cellular compartments.
    Biochem.J. 281, 829-834 (1992)

  17. Kajio H., Kobayashi T., Hara M., Nakanishi K., Sugimoto T., Murase T., Akanuma Y., Kosaka K., Shibasaki Y., Kasuga M., Yamada N., Yazaki Y.
    Islet amyloid polypeptide (IAPP) gene analysis in a Japanese diabetic with marked islet amyloid deposition.
    Diabetes Res. Clin. Pract. 15 : 45-48 (1992)

  18. Katagiri H., Asano T., Shibasaki Y., Lin J-L., Tsukuda K., Ishihara H., Akanuma Y., Takaku F., Oka Y.
    Substitution of leucine for tryptophan 412 does not abolish cytochalasin B labeling but markedly decreases the intrinsic activity of GLUT1 glucose transporter.
    J. Biol. Chem. 266: 7769-7773. (1991)

  19. Asano T., Shibasaki Y., Lin J-L., Tsukuda K., Katagiri H., Ishihara H., Yazaki Y., Oka Y.
    Expression of the GLUT1 glucose transporter increases thymidine uptake in Chinese hamster ovary cells at low glucose concentrations.
    Cancer Res. 51: 4450-4454. (1991)

  20. Lin J-L., Asano T., Shibasaki Y., Tsukuda K., Katagiri H., Ishihara H., Takaku F., Oka Y.
    Altered expression of glucose transporter isoforms with aging in rats-selective decrease in GLUT4 in the fat tissue and skeletal muscle.
    Diabetologia 34: 477-482. (1991)

  21. Shimano H., Fukazawa C., Shibasaki Y., Mori N., Gotoda T., Harada K., Shimada M., Yamada N.,Yazaki Y., Takaku F.
    The effect of apo E secretion on lipoprotein uptake in transfected cells.
    Biochim. Biophys. Acta 1086 : 245-254. (1991)

  22. Ishihara H., Asano T., Katagiri H., Lin J-L., Tukuda K., Shibasaki Y., Yazaki Y., Oka Y.
    The glucose transport activity of GLUT1 is markedly decreased by substitution of a single amino acid with a different charge at residue 415.
    Biochem. Biophis. Res Commun. 176: 922-930 (1991)

  23. Komuro I., Katoh Y., Kaida T., Shibasaki Y., Kurabayashi M., Hou E., Yazaki Y.
    Mechanical loading stimulates cell hypertrophy and specific gene expression in cultured rat cardiac myocytes.
    J. Biol. Chem. 266: 1265-1268 (1991)

  24. Shibasaki Y., Sakura H., Takaku F., Kasuga M.
    Insulin enhancer binding protein has helix-loop-helix structure.
    Biochem. Biophys. Res Commun. 170: 314-321. (1990)

  25. Shibasaki M., Shibasaki Y., Asano T., Kajio H., Akanuma Y., Takaku F., Oka Y.
    Overexpression of glucose transporter modulates insulin biosynthesis in insulin producing cell line.
    FEBS lett. 270: 105-107. (1990)

  26. Oka Y., Asano T., Shibasaki Y., Lin J-L., Tsukuda K., Katagiri H., Akanuma Y., Takaku F.
    C-terminal truncated glucose transporter is locked into an inward-facing form without transport activity.
    Nature 345 : 550-553. (1990)

  27. Kurabayashi M., Komuro I., Shibasaki Y., Tsuchimochi H., Takaku F., Yazaki Y.
    Functional identification of the transcriptional regulatory elements within the promoter region of the human ventricular myosin alkali light chain gene.
    J. Biol. Chem. 265: 19271-19278 (1990)

  28. Komuro I., Kaida T., Shibasaki Y., Kurabayashi M., Katoh Y., Hoh E., Takaku F., Yazaki Y.
    Stretching cardiac myocytes stimulates protooncogene expression.
    J. Biol. Chem. 265: 3595-3598. (1990)

  29. Komuro I., Shibasaki Y., Kurabayashi M., Takaku F., Yazaki Y.
    Molecular cloning of gene sequences from rat heart rapidly responsive to pressure overload.
    Circulation Res. 66: 979-985 (1990)

  30. Oka Y., Asano T., Shibasaki Y., Lin J-L., Tsukuda K., Akanuma Y., Takaku F.
    Increased liver glucose-transporter protein and mRNA in Streptozocin-induced diabetic rats.
    Diabetes 39: 441-446. (1990)

  31. Yamamoto-Honda R., Koshio O., Tobe K., Shibasaki Y., Momomura K., Odawara M., Kadowaki T., Takaku F., Akanuma Y., Kasuga M.
    Posporylation state and biological function of a mutant human insulin receptor Val 996.
    J. Biol. chem. 265: 14777-14783. (1990)

  32. Miyazaki J., Araki K., Yamato E., Ikegami H., Asano T., Shibasaki Y., Oka Y., Yamamura K.
    Establishment of a pancreatic beta cell that retains glucose-inducible insulin secretion: special reference to expression of glucose transporter isoforms.
    Endocrinology 127: 126-132. (1990)

  33. Odawara, Kadowaki, Yamamoto, Shibasaki, Shibasaki Y., Tobe H., Accili D., Bevins C., Mikami Y., Matsuura N., Akanuma Y., Takaku F., Taylor S.I., Kasuga M.
    Human diabetes associated with a mutation in the tyrosine kinase domain of the insulin receptor.
    Science, 245, 66-68, (1989)

  34. Asano T., Shibasaki Y., Lin J-L., Akanuma Y., Takaku F., Oka Y.
    The nucleotide sequence of cDNA for a mouse liver-type glucose transporter protein.
    Nucleic Acids Res. 17: 6386 (1989)

  35. Komuro I., Kurabayashi M., Shibasaki Y., Takaku F., Yazaki Y.
    Molecular cloning and characterization of a Ca-Mg-dependent adenosine triphosphatase from rat cardiac sarcoplasmic reticulum.
    J. Clin. Invest. 83: 1102-1108 (1989)

  36. Mitani K., Sato Y., Kobayashi Y., Shibasaki Y., Kasuga M., Inaba T., Hayashi Y., Miura Y., Miyazono K., Hirai H., Urabe A., Takaku F.
    Heterogeneity in the breakpoints of chromosome 19 among acute leukemic patients with the t(11;19)(q23;p13) translocation.
    American J. Hematology. 31: 253-257. (1989)

  37. Kanazawa Y., Noda M., Shibasaki Y., Awata T., Oka Y., Kasuga M.
    Molecular abnormality of insulin biosynthesis.
    Molecular biology of the beta cell and its applications. 655-658. (1989)

  38. Asano, Shibasaki,Y., Kasuga M., Kanazawa Y., Takaku F., Akanuma Y., Oka Y.
    Cloning of a rabbit brain glucose transporter cDNA and alteration of glucose transporter mRNA during tissue developement.
    Biochem. Biophys. Res. commum. 154: 1204-1211 (1988)

  39. Oka, Asano, Shibasaki, Kasuga M., Kanazawa Y., Takaku F.
    Studies with antipeptide antibody suggest the presence of at least two types of glucose transporter in rat brain and adipocyte.
    J. Biol. Chem. 263, 13432-13439, (1988)

  40. Kanazawa Y., Awata T., Shibasaki Y., Takaku F.
    Polymorphism of insulin gene area in Japanese: relationship with insulin-dependent and non-insulin dependent diabetes.
    Biomed. Biochem. Acta 47: 317-321 (1988)

  41. Matsumoto, Aburatani, Shibasaki, Kodama T., Takaku F., Itakura H.
    Cloning and regulation of rat apolipoprotein B mRNA.
    Biochem. Biophys. Res. Comm. 142: 92-99. (1987)

  42. Shibasaki Y., Kawakami, Kanazawa Y., Akanuma Y., Takaku F.
    Posttranslational cleavage of proinsulin is blocked by a point mutation in familial hyperproinsulinemia.
    J. Clin. Invest. 76, 378-380 (1985)

  43. Awata T., Shibasaki Y., Hirai H., Okabe T., Kanazawa Y., Takaku F.
    Restriction fragment length polymorphism of the insulin gene region in Japanese diabetic and non-diabetic subjects.
    Diabetologia. 28: 911-913. (1985)

  44. Kanazawa Y., Awata T., Shibasaki Y., Akanuma Y., Takaku F.
    Alteration of beta-cell function in different diabetic status.
    Exp. Clin. Endocrinol. 84: 346-351 (1984)