Our Research-Nuclear pore complex (NPC)


 

Traffic inside a cell is as intricate as rush hour near any metropolitan area. But drivers know how to follow the roadways and signs to reach their destinations. How do diverse cellular proteins ‘read’ molecular signposts to find their way? How does the nuclear pore gatekeeper control the trafficking of proteins, RNAs and viruses?

細胞内は大都市圏近郊のラッシュ時間のように混みあっていますが、例えば自動車の運転手は、どの道をどのように通れば目的地に到着するのかをわかっています。目的地に到着するためには標識が目印になります。細胞内の運転手である多種多様なタンパク質は、どのようにこの標識を「読む」のでしょうか。どのように核膜孔のゲートキーパーはタンパク質やRNA、ウイルスなどの交通整理をしているのでしょうか。

1) NPC peripheral structural dynamics /核膜孔複合体周辺の構造ダイナミクス  

2) NPC and its related diseases /核膜孔複合体、核輸送およびその関連疾患

3) Virus invasion routes to NPC /核膜孔複合体へのウイルス侵入ルート


 

 Selected research outputs in Kanazawa University  

 

   
2021, discovered SARS-Co-V-2 spike protein dynamics via HS-AFM
J Extracell Vesicles  (IF 25.841)
   
2021  discovered Histone 2A involution by DNA inchworming
 J. Phys. Chem. Lett. (IF 6.475)
   
2021 discovered TPR plays key roles in nucleophagy in brain tumors patients
Autophagy
 (IF 16.016)
2020 visualized Influenza HA protein docking to exosome via HS-AFM
Nano Letters
(IF 11.189)
2020 visualized nuclear pore FG filaments in phase separation state via HS-AFM
Biomaterials
(IF 12.479)
2020 discovered KPNA4 oncogenic signaling during nuclear pore trafficking
Oncogene (IF 9.867)
2018 discovered nuclear pore protein Nup62 trafficking transcription factor p63.
EMBO Rep. (IF 8.807)
2017 visualized nano dynamics of nuclear pore in cancer cell with HS-AFM
ACS Nano
(IF 15.881)
2013 discovered the mitotic roles of nuclear pore protein RanBP2/Nup358
Cell Death Dis. (IF8.469)
2010 discovered the mitotic roles of nuclear pore protein Nup88
Molecular Cancer  (IF 27.401)
2008  discovered the mitotic roles of nuclear pore protein RAE1 with Cohesin/SMC1
PNAS (IF 11.205)

 

What did we discover?

I set up a lab in Kanazawa University to investigate  the Nuclear pore complex (NPC) in 2008.

After a decade investigating, our laboratory explored additional functions of NPCs beyond nuclear transport and found that nucleoporins Rae1, Tpr, Nup358, Nup62, Nup58, and Nup88 play critical roles in maintaining spindle bipolarity, centrosome and mid-body homeostasis during cell division. For instance, we provided several lines of evidence that the phosphorylation of the cohesin subunit, SMC1, stimulates binding to mitotic Rae1, a phenomenon recently confirmed by others to form part of a mechanism of antimitotic catastrophe in early tumorigenesis. We found that nuclear pore protein Nup62 trafficking transcription factor p63 and importins (KPNA4) oncogenic signaling during nuclear pore trafficking. In 2012, we first showed that the nuclear pore protein, Tpr, involved in autophagy, which affects ependymoma in humans. Using high-speed atomic force microscopy (HS-AFM), we recently showed that FG-Nups are in a liquid–liquid phase separated (LLPS) state in which rapid and transient intermediates of FG filaments and sometimes co-exist with a central plug during conformational changes in cancer cells and organoids. The real-time HS-AFM images also suggested that the NPC central channel has a moist cobweb-like structure. We are now interested in how different Nups proteins interact with the genome and perform important roles in regulation of gene expression; and how different types of viruses are transported into the cell and hijacking the nuclear pores.

 


 私たちは何を発見したのでしょうか?

2008年、私は金沢大学に赴任し核膜孔複合体(NPC)の研究を行う研究室を立ち上げました。 NPCは核と細胞質を隔てる膜=核膜を貫く穴を形作るもので、核―細胞質間の物質輸送を制御しています。この12年間 (体重が12kg以上増えただけではありません )、私たちの研究室ではNPCの核―細胞質間の物質輸送以外の機能を探求しました。

    NPCは約30種類のヌクレオポリンと呼ばれるタンパク質から構成されています。私たちは、ヌクレオポリンRae1・Tpr・Nup358/RanBP2・Nup62・Nup58・Nup88が、細胞分裂期に紡錘体の二極化や中心体・中間体の恒常性の維持に重要な役割を果たすことを明らかにしました。例えば、私は、細胞分裂のために複製された染色体をつなぎとめる役割があるコヒーシンのサブユニットの一つ、SMC1のリン酸化が、細胞分裂期にRae1との結合を促進することを見出しました。この現象は最近、腫瘍形成初期における抗有糸分裂カタストロフィー機構の一部であることが他の研究者によって確認されました。また、私たちは、扁平上皮がんにおいて、ヌクレオポリンNup62がリン酸化されることにより転写因子p63が核内に輸送されること、また核内輸送タンパク質KPNA4の高発現ががんを促進するメカニズムを発見しました。 2012年に、私たちは核膜孔タンパク質Tprがオートファジーに関与することを見出し、そして最近、このTpr−オートファジー経路が、脳腫瘍の一つである上衣腫形成に関わることを明らかにしました。また、私たちは高速原子間力顕微鏡(HS-AFM)を用いて、がん細胞やオルガノイドのNPCが、液-液相分離状態(LLPS)を形成することを明らかにしました。また、リアルタイムのHS-AFM画像から、NPCの中心はクモの巣状の構造であることが示唆されました。現在は、Nupsタンパク質がどのようにゲノムと相互作用し、遺伝子発現の制御において重要な役割を果たすか ? また、さまざまな種類のウイルスやその構成タンパク質がどのように細胞内を移動し、NPCをハイジャックしているのかにも興味を持っています。  

 

 


Research interview:

[In English]

Bio-AFM Frontier Research Center”, T. Uchihashi T. Ando R. Wong T. Fukuma 

Impact pp. 23-25, 2017

 

[In Japanese]

放送局:北陸放送番組:「ココカラ」

内容:Richard Wong教授が自ら,自身の研究内容について紹介します。 動画は下記をクリックして頂ければご覧いただけます。

[ 2019-08-28 【細胞の命運を握る、ナノポアの謎に迫る!】 ]

外国人として、私の日本語はそれほどネイティブではありません。頑張りましたので、どうぞお楽しみください 。