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Articles by Vladimir I. Titorenko in JoVE

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エレクトロスプレーイオン化質量分析法を用いて酵母Lipidomeの定量評価


JoVE 1513 8/21/2009

Department of Biology, Concordia University

我々は調査 - スキャンエレクトロスプレーイオン化質量分析(ESI / MS)を用いて酵母で数々の脂質の種を識別するための新しい定量的な脂質メタボロームの手法を説明します。このメソッドは、現在、脂質の同定と定量脂質の様々な分子形態を解決する能力で、感度、およびスピードで利用できるメソッドを超えています。

Other articles by Vladimir I. Titorenko on PubMed

アシルCoAオキシダーゼはヤロウィアlipolyticaののペルオキシソームにHeteropentameric、補酵素を含有する複合体としてインポートされます

アシルCoAオキシダーゼ(AOX)の5つのアイソフォーム、Aox5pに指定されたAox1pは、酵母Yarrowia lipolyticaののペルオキシソームマトリックス内の各アイソフォームのいずれかのポリペプチド鎖を含む443-kDのheteropentameric複合体を構成。 AOX複合体のアセンブリは、細胞質ゾルで行われ、ペルオキシソームへの輸入の前に。 AOX複合体の標的ペルオキシソームはperoxin Pex5p、機械を対象とするマトリックスタンパク質の成分を欠く変異体では廃止されています。ペルオキシソームへのAOXの複合体のインポートはペルオキシソームチオラーゼのオリゴマーおよびインポートを仲介する細胞質シャペロンPex20pが関与していません。 Aox2pとAox3pは、細胞質ゾルにおけるAOXの複合体の形成に極めて重要な役割を果たすとの複合体のアセンブリを促進する上で相互に置き換えることができます。 in vitroでは、これらのサブユニットは、AOXの複合体の分解遅らせるとその再構築の効率を高める。 Aox2pもAox3pどちらも複合体の他のコンポーネントによって補因子FADの取得が必要となります。我々は、細胞質ゾルにおけるAOX複合体のAox2pとAox3pアシストアセンブリは、その輸入ペルオキシソームへと複雑なのない成分はモノマーとしてペルオキシソームマトリックスに浸透することはできませんそのために必須であることを証拠を提供しています。

C. Elegansのペルオキシソーム関連遺伝子のRNA干渉:ヒトペルオキシソーム疾患のための新しいモデル

遺伝子の転写後サイレンシングRNA介在干渉(RNAi)は、線虫(Caenorhabditis elegans)の開発のための様々なペルオキシソーム酵素とペルオキシン​​の重要性を評価するために、酵母とヒトでの各自の役割に線虫ではこれらのタンパク質の役割を比較するために使用されていました。人間のATP-結合カセットハーフトランスポーター、酵素alkyldihydroxyacetonephosphateシンターゼとデルタ(3,5)-Δ(2,4)-dienoylアセチルCoAイソメラーゼ、ペルオキシソーム膜およびマトリックスタンパク質の受容体(Pex19pとPex5pの虫対応)と、マトリックスタンパク質(Pex13pおよびPex12p)のドッキングと転機械のコンポーネントは、C. elegansの開発が不可欠である。予期せず、脂肪酸のアシルCoAシンテターゼ媒介活性化、脂肪酸のα-およびβ-酸化、過酸化水素のintraperoxisomal分解、ペルオキシン​​Pex1p、Pex2p、とPex6pのRNAiサイレンシングは、Cには明らかな影響を及ぼさなかった。elegansの開発。 RNAiを介して機能的な遺伝子ノックアウトの説明した分析は、人間のペルオキシソーム疾患の根底にある分子的および生理学的欠陥を研究する貴重なモデル系として、線虫C. elegansの使用のための基礎を提供します。

酵母Yarrowia Lipolyticaのでペルオキシソーム部門はペルオキシソーム内部からの信号によって制御されている

私たちは細胞小器官の分裂のための珍しいメカニズムについて説明します。酵母Yarrowia lipolyticaのでは、唯一の成熟したペルオキシソームにはマトリックスタンパク質の完全なセットが含まれています。これらの成熟したペルオキシソームは、多段階の経路のいくつかの未熟ペルオキシソーム小胞から組み立てる。経路に沿って異なる未熟な中間体にマトリックスタンパク質の異なるサブセットの段階的な輸入は、マトリックスから膜に、ペルオキシソームタンパク質、アシルCoAオキシダーゼ(AOX)の再分配を引き起こす。 AOXの大幅な再分配は、成熟したペルオキシソームで発生します。成熟したペルオキシソームの内部では、AOXの膜結合型プールはPex16p、負の経路の初期の中間体の分裂を調節する膜結合タンパク質と相互作用する。この相互作用は、それによって成熟したペルオキシソームは分裂することができ、Pex16pの負の作用を阻害する。

ペルオキシソーム:セル内からオーケストレーションの重要な発達の決定

ペルオキシソームは、脂質代謝と過酸化水素の解毒におけるその役割のために長い間知られています。しかし、成長の証拠は、この細胞小器官も細胞内シグナル伝達コンパートメントとして、細胞内から特定の発達の意思決定を調整組織のプラットフォームとしても機能することができますビューをサポートしています。このレビューはペルオキシソームの開発、分化、形態形成のプロセスを調節するために採用し、批判的にペルオキシソームは、これらのプロセスを促進することによって、いくつかの分子メカニズムを評価する様々​​な戦略を強調しています。

ペルオキシソームターゲティングシグナル2型のコンセンサス配列の新しい定義

線虫Caenorhabditis elegansを除くすべての生物は、ペルオキシソームターゲティングシグナル2型(PTS2)を含むペルオキシソームタンパク質のインポートシステムを持っていることが示されている。このアミノ末端ノナペプチドための現在受け入れられているコンセンサス配列は、 - (R / K)(L / V / I)X(5)(H / Q)(L /) - 。いくつかの線虫タンパク質は、ヒトメバロン酸キナーゼのオルソログ(CeMeK)は、哺乳動物のペルオキシソームにPTS2の標的にされることが知られている酵素を含む推定PTS2モチーフが含まれています。我々はCeMeKの遺伝子をクローニングした(オープンリーディングフレームY42G9A.4)とCeMeKおよびオープンリーディングフレームD1053.2とW10G11.11でエンコードされたそれらのアミノ末端に推定PTS2sを持つ2つの他のタンパク質の細胞内局在を調べた。すべての3つのタンパク質は線虫C.elegansはPTS2依存ペルオキシソームタンパク質のインポートを欠いているという知見を確認し、拡張し、細胞質ゾルに局在する。 D1053.2とW10G11.11によってコードされるタンパク質の推定PTS2sは、現在のPTS2コンセンサス配列が広すぎることを示唆し、酵母または哺乳動物細胞におけるペルオキシソームへのターゲティングに機能しませんでした。 2再評価PTS2コンセンサス配列につながった機能と非機能的なPTS2s両方で利用可能な実験データの解析:-R(L / V / I / Q)XX(L / V / I / H)(L / S / G / )X(H / Q)(L / A) - 、一方、PTS2の最も一般的な変形を記述する - (R / K)(L / V / I / Q)XX(L / V / I / H / Q) (L / S / G / / K)X(H / Q)(L / A / F) - 本質的にPTS2のすべてのバリエーションを説明しています。これらはPTS2コンセンサス配列が可能ペルオキシソームタンパク質として、未知の細胞内局在タンパク質の同定を容易にする再定義しました。

動的エルゴステロールとペルオキシソーム膜におけるセラミドリッチドメインはペルオキシソーム核融合のために編成プラットフォームとして

我々は異常なエルゴステロールと酵母ペルオキシソームの膜におけるセラミドリッチ(ECR)のドメインを記述します。彼らのスフィンゴ脂質成分の性質や膜二重層全体の珍しい分布を含め、これらの界面活性剤耐性ドメインのいくつかの重要な機能は、明らかに原形質膜で十分に特徴付けられ、界面活性剤不溶性の脂質ラフトからそれらを区別します。 2 ATPアーゼ、Pex1pとPex6pと同様に、ホスホイノシチドとGTP-結合タンパク質、ECRドメインの細胞質面と一時的に関連付け含むペルオキシソームタンパク質の異なったセット。これらのタンパク質のすべてが未熟なペルオキシソーム胞P1とP2、成熟した、代謝的に活性なペルオキシソームの形成につながる多段階の合成経路における最古の中間体の融合が不可欠です。ペルオキシソーム融合はPex1p、Pex6p、およびECRドメインから細胞質ゾルへの放出に続いて、膜の界面​​活性剤可溶性部分へのホスファチジルイノシトール-4,5 - ビスリン酸結合タンパク質の横方向の動きに依存します。我々のデータは、ECRのドメインを持つ一時的に関連付け多ペルオキシソーム融合機械の多段階の組織再編のためのモデルをお勧めします。

ペルオキシソーム:ペルオキシソーム膜系とERの役割

ペルオキシソームは、長い間小胞の流れの分泌とエンドサイトーシス経路の外側に存在し、半自律型の静的、および均一な細胞内小器官として表示されている。しかし、成長の証拠は、実際には小胞体に由来する動的な細胞内膜系を構成するペルオキシソームビューをサポートしています。このレビューはペルオキシソーム内膜システムを介して膜に囲まれたキャリアの流れを調整するための進化的に多様な生物によって使用される様々な戦略を強調し、批判的に、この多段階プロセスのダイナミクスと分子機構を評価します。

酵母Yarrowia Lipolyticaののペルオキシソーム膜の脂質および脂質ドメイン

生体膜は脂質成分のユニークで非常に多様な組成を持っています。現時点では、膜結合タンパク質と脂質の細胞内輸送を編成することにより、各オルガネラ膜のユニークな分子組成を維持するために、膜脂質と脂質ドメインが細胞小器官の構造的な整合性と機能を調節する方法の部分的にしか理解している、および制御生体膜で生成された多数のシグナル伝達分子の定常状態レベル。他のオルガネラ膜、ペルオキシソームを囲む単一の脂​​質二重層と同様に、脂質代謝におけるその重要な役割のために知られている細胞小器官は、ユニークな脂質組成を持ち、独特のアセンブリには、脂質とタンパク質のいくつかのコンポーネントを開催しています。このレビューはペルオキシソーム膜の脂質および脂質ドメインが酵母Yarrowia lipolyticaのではペルオキシソームのアセンブリとメンテナンスのプロセスを制御する方法についての我々の知識の最近の進歩を強調しています。我々は批判的にペルオキシソーム膜の制御を介して脂質成分のこの分野における将来の研究のためのこれらの多段階のプロセスと輪郭の方向の分子機構を評価します。

翻訳伸長因子1-αの過剰産生(eEF1A)は、トランスレーショナルを介して読み出すスルー·ポリモルファPex3変異体におけるペルオキシソームの欠陥を抑制します

真核生物では、伸長因子1-α(eEF1A)は、翻訳の伸長段階で必要になります。我々は、細胞eEF1Aの一部はメチロトローフ酵母ポリモルファからペルオキシソームの精製と共局在することを観察した。我々は、eEF1Aをエンコードする2つの遺伝子を(TEF1とTEF2)を単離しており、これが恒常的に発現されています。我々は、eEF1Aの過剰産生がPEX3ため削除された株では観察されなかったH. polymorphaのpex3-1変異体、ペルオキシソームの欠損表現型を抑制することを観察した。 pex3-1対立遺伝子は、抑制効果は、リードスルー翻訳の結果であることを示唆していることにより、アミノ酸242の後Pex3pを切り捨てる、UGAの変異にUGGを含んでいます。この仮説を、PEX3ヌル変異体におけるpex3-1遺伝子自体(その現在未翻訳部分を含む)を部分的に復元されたペルオキシソームの過剰発現と一致しています。この株でTEF2その後の共同の過剰発現は完全にそのペルオキシソーム欠損を復元し、おそらくリードスルー翻訳を介して、フルレングスPex3pの主要な量が形成された。

ペルオキシソーム内部からの信号はペルオキシソーム膜のリモデリングを促進することにより、その事業を開始

我々はペルオキシソーム分裂を提供してタンパク質や脂質のチームの空間的および時間的再編のダイナミクスを定義します。ペルオキシソームは、それが脂質代謝に関与するマトリックスタンパク質の完全なセットを取得した後にのみ、部門の有能なになります。マトリックスタンパク質とペルオキシソームをオーバーロードすると、マトリックスから膜に、アシルCoAオキシダーゼ(AOX)、脂肪酸β酸化酵素の移転を促進します。 Pex16p、ペルオキシソームに必要な膜関連peroxinにAOXの結合は、膜にホスファチジン酸とジアシルグリセロール(DAG)の生合成を開始します。 DAGのこれらの2つの脂質の形成とその後の2層間の運動はペルオキシン​​Pex10pおよびPex19p、ダイナミンのようGTPアーゼVps1pと、ペルオキシソーム表面上の複数のアクチン細胞骨格タンパク質との複合体のアセンブリを開始します。このタンパク質チームはその結果ペルオキシソーム分裂の端末のステップを実行すると、膜の分裂を促進します。

ER由来のペルオキシソーム内膜系の時空間ダイナミクス

最近の研究では、ペルオキシソームはmulticompartmental内膜系を構成しているという証拠を提供してきました。システムは、ERに特定のペルオキシソーム膜タンパク質を標的とpreperoxisomalキャリアを経由して小胞体からの出口を形成し始める。これらのキャリアはペルオキシソーム膜およびマトリックスタンパク質の全体の補数を含む代謝活性ペルオキシソームに多段階の成熟を受けています。各ステップで、タンパク質のサブセットのインポートおよび特定の膜脂質の取り込みは、ペルオキシソーム内膜系の異なった、より成熟したコンパートメントの形成をもたらす。個々のペルオキシソームの区画は、分割のいずれかまたはいくつかのラウンドを受けることによって増殖する。ここで、我々は進化的に多様な生物がペルオキシソーム内膜システムのコンパートメントの形成、成熟、および除算を調整するために使用する様々な戦略を議論する。我々はまた、批判的に、これらのプロセスを支配する分子·細胞メカニズムを評価する最も重要な未解決の問題を概説し、今後の研究の方向性を示唆している。

年代順に老化酵母の代謝史カロリー制限の効果

高齢化は、非常に複雑で多因子プロセスです。我々は、多細胞真核生物では細胞の老化のメカニズムを研究するモデルとして、酵母Saccharomyces cerevisiaeを使用しています。システムの観点から高齢化の本質的な複雑さに対処するため、老化のプロセスの統合モデルを構築するために、我々は年代順に老化酵母の代謝歴史上、カロリー制限(CR)、低カロリーの食事療法の効果を検討した。我々は、CRがミトコンドリア、ミトコンドリアプロテオームの多数のタンパク質や代謝産物の細胞内レベル、炭水化物と脂質代謝、interorganellar代謝流量、活性酸素種の濃度、ミトコンドリアの形態、本質的な酸化還元プロセスの変化加齢に伴う動態をどのように影響するか調べミトコンドリア内膜では、カルジオリピン、ミトコンドリアDNAの変異は、ミトコンドリア核様体の力学、ミトコンドリア制御アポトーシスに対する感受性、およびストレス耐性の頻度。長寿命のCR酵母と短命の非CR酵母の代謝履歴の比較に基づいて、我々は、酵母が繁殖成熟する前に代謝とオルガネラダイナミクスの食事固有のパターンを設計することによって、長期的な生存能力を定義し提案する。したがって、我々のデータが時系列老化酵母でその寿命を示唆しては代謝能と細胞小器官の組織は、非増殖状態に前のエントリに、ダイエットに固有の方法で、開発のレベルでプログラムされています。

長寿の調節における脂肪滴の新規機能

成長の証拠は、LDS(脂肪滴)が細胞内シグナル伝達コンパートメントとして真核細胞で多くの重要なプロセスの編成編成するプラットフォームとしても役立つことができる動的な細胞内小器官であるという見方をサポートしています。それは、LDS-閉じ込められた堆積と中性脂質の脂肪分解が多真核生物と酵母の寿命を定義することが明らかになった。私たちは、LDを寿命の調節に再生すると、これらの動的なオルガネラコンパートメントが多細胞真核生物と酵母の老化プロセスを制御することによって、いくつかの分子機構を提案することが重要な役割を支持する証拠を要約しています。

化学遺伝学的スクリーニングは、変調ハウスの寿命保証プロセスにより、TORに依存しない方法で酵母年表寿命を延ばすアンチエイジング化合物としてはリトコール酸を識別します

年代順に老化酵母で、寿命はカロリー制限(CR)食事やいくつかの小さな分子を投与することによって拡張することができます。これらの寿命延長の介入が適応ラパマイシン標的(TOR)とcAMP /プロテインキナーゼカロリーの可用性の厳しい管理下にある(のcAMP / PKA)シグナル伝達経路をターゲットにしています。我々は、脂質代謝と関係なく利用できるカロリー数の寿命を調節する調節するハウスキーピング長寿経路を標的とすることでCRの下で酵母の時系列的な寿命を向上させる小分子の化学遺伝学的スクリーニングを設計しました。私たちの画面はこのような分子の一つとして、リトコール酸(LCA)を識別します。我々は年代順に老化酵母におけるLCAの寿命延長の効果の根底にある2つのメカニズムを明らかにした。 1つのメカニズムはカロリーの可用性に依存しない方法で動作し、適応TORおよびcAMP / PKA経路と重ならないようにハウスキーピング寿命保証経路のLCA-支配変調を含みます。他のメカニズムは、非CR条件下で酵母の寿命を拡張し、PKAの未知のアンチエイジングの可能性のLCA·ドリブン·マスキングで構成されています。我々は、酸化や熱応力のミトコンドリア、強化抵抗の酸化還元プロセスを抑制ミトコンドリア制御アポトーシス、核およびミトコンドリアの強化安定性を変化させること、LCAは、ミトコンドリアの断片化を減衰させ、抑制する脂質誘導性壊死によるハウスキーピング寿命保証経路を調節するという証拠を提供するDNA。

Xenohormetic、Ecosystemicレベルでの寿命を駆動するHormeticと増殖抑制セレクティブ軍

我々は最近、リトコール酸(LCA)、胆汁酸は、酵母の寿命を拡張することがわかった。哺乳類とは異なり、酵母は、胆汁酸を合成していません。そこで我々は哺乳動物で環境中に放出された胆汁酸として化学物質が酵母に長寿の利点を提供する信号と、おそらく、生態系内の他の種の種間作用することができることを提案する。

ペルオキシソーム代謝と細胞の老化

脂肪酸酸化、anaplerotic代謝、過酸化水素の売上高におけるペルオキシソームの重要な役割は十分に確立されています。最近の知見は、細胞小器官によって支配これらおよび他の関連する生化学的プロセスはまた、細胞の老化を調節するのに重要な役割を果たしていることを示唆している。このレビューの目的は、ペルオキシソーム代謝が実際に複製し、真核細胞の暦年齢を定義するのに役立ちますことを示す証拠を要約し、モデルに統合することです。このモデルでは、ペルオキシソーム活性酸素種(ROS)は細胞小器官の生合成と機能を変更し、ペルオキシソームおよび他の細胞のコンパートメントの間に存在する動的な通信ネットワークの変化を誘発すると見られている。低レベルで、ペルオキシソームROSは細胞内の抗老化プログラムをアクティブ化します。特定のしきい値を超える濃度では、プロアンチエイジングコースがトリガされます。

寿命を制御ハウス経路の検索

ノーマル神経細胞を温存しながらリトコール胆汁酸は選択的に、神経芽細胞腫細胞を殺す

高齢化は癌の主要なリスク要因の一つである。癌の発症は、薬理学と食事アンチエイジング介入によって延期することができます。我々は最近、リトコール酸(LCA)が寿命を拡張している老化の酵母細胞のモデルに見られる。ここで我々が​​いることを示し、人間の神経細胞の初代培養の細胞毒性はありません濃度で、LCAは、神経芽細胞腫(NB)の細胞株(2)-M17、SK-N-SH、SK-N-MCIXCとLAN-1と殺す。される(2)-M17、SK-N-SHおよびSK-N-MCIXC細胞では、LCA抗腫瘍効果は、アポトーシス細胞死によるものである。対照的に、LAN-1細胞のLCAトリガ死はアポトーシスによって引き起こされていません。 LCAの低濃度のミトコンドリアによって制御される過酸化水素誘発性アポトーシス細胞死に(2)-M17とSK-N-MCIXC細胞で感作しながら、これらのLCAの濃度は、細胞死のような形に耐性ヒト神経細胞の初代培養を行います。 LCAは、ミトコンドリア外膜透過性とイニシエーターカスパーゼ-9の活性化だけでなく、外因性(死受容体)により駆動される内因性(ミトコンドリア)アポトーシス細胞死の経路だけでなく、引き金となることによって、(2)BE-M17と、SK-N-MCIXC細胞株を殺すイニシエーターのカスパーゼ-8の活性化を伴うアポトーシスの経路。これらのデータに基づいて、我々は、培養ヒトNB細胞におけるLCAの強力かつ選択的な抗腫瘍効果のメカニズムを提案する。また、LCAは、ヒト乳癌培養およびラットグリオーマ細胞を死滅させるという我々の発見は、異なる組織や生物由来の癌細胞の広範な抗腫瘍効果を有することを意味します。

ダイナミクスとリポ多糖脂質滴形成の調節(LPS)刺激ミクログリア

脂質滴(LDS)は、多くの細胞プロセスに関与し、中性脂質の豊富なオルガネラである。よく知られた例は、このようなグラム陰性細菌由来のリポポリサッカライド(LPS)などの炎症誘発性刺激による活性化により白血球におけるそれらの蓄積である。脳内の炎症時にLDとLD-関連タンパク質の役割は、しかし、不明である。我々は今、そのダイナミクスとミクログリアの規制は、脳内の居住者の免疫細胞を研究している。我々はミクログリアのLPS処理がLDのそれらに蓄積し、LDのサイズの増大につながることがわかります。 LDのこの誘導はtriacsin C、トリグリセリド生合成の阻害剤により廃止された。 LPSは強くc-Jun N末端キナーゼ(JNK)およびp38 MAPKのストレスシグナル伝達経路を活性化し、時間依存的にLD-関連タンパク質perilipin-2(ADRP)の発現を増加させた。免疫染色では、LPS処理ミクログリアにおけるperilipin-2は主にLDのと共局在することを示した。 p38のα/β(SB203580)およびPI3K/Akt経路(LY294002)の阻害剤ではなく、JNK(SP600125)のことは、LPS誘導性LDの蓄積を減少させ、perilipin-2のLPSの活性化効果を排除した。さらに、細胞質ホスホリパーゼA(2)(cPLA(2)-α)、アラキドン酸のリリースの主要な酵素は、LPS誘発レーザと共局在。これらの観​​察結果は、LDを活性化ミクログリアでエイコサノイド合成において重要な役割を果たしていることを示唆している、彼らはLPS誘導性LD蓄積におけるp38α/βの潜在的な役割に脳やポイントの炎症性細胞におけるLDの規制に新たな洞察を提供する。総称して、我々の調査結果は、LDの形成とperilipin-2の誘導は、中枢神経系の炎症のミクログリアマーカーかもしれないことを示唆している。

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