膜透過型オートファジーの制御機構

• Project Area: Multimode autophagy: Diverse pathways and selectivity
• Project/Area Number: 19H05710
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: National Center of Neurology and Psychiatry
• Principal Investigator: 株田 智弘 国立研究開発法人国立精神・神経医療研究センター, 神経研究所 疾病研究第四部, 室長 (70535765)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥66,820,000 (Direct Cost: ¥51,400,000、Indirect Cost: ¥15,420,000); Fiscal Year 2023: ¥13,130,000 (Direct Cost: ¥10,100,000、Indirect Cost: ¥3,030,000); Fiscal Year 2022: ¥13,130,000 (Direct Cost: ¥10,100,000、Indirect Cost: ¥3,030,000); Fiscal Year 2021: ¥13,130,000 (Direct Cost: ¥10,100,000、Indirect Cost: ¥3,030,000); Fiscal Year 2020: ¥13,130,000 (Direct Cost: ¥10,100,000、Indirect Cost: ¥3,030,000); Fiscal Year 2019: ¥14,300,000 (Direct Cost: ¥11,000,000、Indirect Cost: ¥3,300,000)
• Keywords: オートファジー / DUMP / タンパク質分解 / RNA分解 / 膜透過型オートファジー / 細胞内分解 / 核酸分解 / RNautophagy / 神経変性疾患 / ポリグルタミン病

Outline of Research at the Start

本研究では領域計画研究のうち、膜透過型オートファジーにおける核酸及びタンパク質などのリソソーム膜透過の分子機構とその制御機構解明を担当する。リソソーム膜を直接透過する経路について核酸をモデル基質として、膜透過の分子機構・制御機構の解明、生理機能解明を目標とする。さらに、タンパク質のリソソーム膜透過機構解明も目指すとともに、他の生体分子に関しても膜透過型オートファジーの基質となる可能性について検討を行う。本研究で得られる情報を全計画班と共有することにより領域の目標である「細胞内リソソーム分解全体の統合的理解」を推進する。

Outline of Annual Research Achievements

核酸分解系については、RNautophagy/DNautophagy (RDA)におけるRNAのリソソーム内への輸送の際にRNA helicaseが関与するかどうか検討するため、RDAに関与するRNA helicaseの探索を行なった。リソソーム膜タンパク質のプロテオミクス情報からリソソームに存在するhelicaseを選択し、siRNAを用いたノックダウン (KD)・スクリーニングを行なった。その結果、KDにより細胞内RNA分解が抑制される分子が2種類あり、クロロキンを併用した実験結果から、1種類がリソソームにおけるRNA分解に関与することがわかった。さらに、SIDT2 KO MEFにおいてKDによるRNA分解抑制効果がないことから、このRNA helicase がRDAにおいて機能することを見いだした。
タンパク質分解系については、基質タンパク質のリソソーム内への輸送に関与するSIDT2以外の分子を探索した。alpha-synucleinやTau を基質としたTet-offシステムによる分解アッセイを用いた。今回、neuro2a細胞における過剰発現により基質タンパク質分解を促進する分子を1種類 (ここではDUMP1と呼ぶ)見いだした。共焦点顕微鏡解析では、DUMP1の過剰発現により、基質のリソソームへの移行が促進された。Atg13 KO neuro2a細胞においても、DUMP1の過剰発現により、基質のタンパク質分解が促進された。また、(野生型) neuro2a細胞におけるDUMP1の過剰発現時には、マクロオートファジー活性化のマーカーであるLC-3IIの量に変化はなかった。以上の結果から、DUMP1はマクロオートファジー以外のオートファジー経路を活性化すると考えられた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

核酸分解系、タンパク質分解系ともに計画通り研究が進展した。

Strategy for Future Research Activity

SIDT2がどのように基質をリソソーム内に輸送しているのかを明らかにするため研究を推進する。

Research Products

• [Journal Article] Nucleic acid uptake occurs independent of lysosomal acidification but dependent on ATP consumption during RNautophagy/DNautophagy (2023)
  • Author(s): Contu Viorica Raluca、Sakai Ryohei、Fujiwara Yuuki、Kabuta Chihana、Wada Keiji、Kabuta Tomohiro
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 644 Pages: 105-111
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2022.12.090
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Guidelines for the use and interpretation of assays for monitoring autophagy (4th edition)1 (2021)
  • Author(s): Daniel J Klionsky、Shu Aizawa、Amal Kamal Abdel-Aziz、Sara Abdelfatah、Mahmoud Abdellatif、Asghar Abdoli、Steffen Abel、Hagai Abeliovich、Marie H Abildgaard、Yakubu Princely Abudu、Abraham Acevedo-Arozena、Iannis E Adamopoulos、Khosrow Adeli、Timon E Adolph、Annagrazia Adornetto、Elma Aflaki、Galila Agam et al.
  • Journal Title: Autophagy Volume: 17 Issue: 1 Pages: 1-382
  • DOI: 10.1080/15548627.2020.1797280
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cytosolic domain of SIDT2 carries an arginine-rich motif that binds to RNA/DNA and is important for the direct transport of nucleic acids into lysosomes (2020)
  • Author(s): Hase Katsunori、Contu Viorica Raluca、Kabuta Chihana、Sakai Ryohei、Takahashi Masayuki、Kataoka Naoyuki、Hakuno Fumihiko、Takahashi Shin-Ichiro、Fujiwara Yuuki、Wada Keiji、Kabuta Tomohiro
  • Journal Title: Autophagy Volume: NO Issue: 11 Pages: 1-15
  • DOI: 10.1080/15548627.2020.1712109
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Discovery of a protein uptake pathway in lysosomes (2020)
  • Author(s): Fujiwara Yuuki、Contu Viorica Raluca、Kabuta Chihana、Ogawa Megumu、Fujita Hiromi、Kikuchi Hisae、Sakai Ryohei、Hase Katsunori、Suzuki Mari、Koyama-Honda Ikuko、Inoue Michio、Oya Yasushi、Inoue Yukiko U.、Inoue Takayoshi、Takahashi Ryosuke、Nishino Ichizo、Wada Keiji、Noguchi Satoru、Kabuta Tomohiro
  • Journal Title: bioRxiv Volume: -
  • DOI: 10.1101/2020.08.11.245688
  • Open Access
• [Journal Article] Molecular mechanisms of RNautophagy and DNautophagy (2019)
  • Author(s): 株田 智弘、Contu Viorica Raluca
  • Journal Title: 生化学 Volume: 91 Issue: 5 Pages: 620-625
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2019.910620
  • ISSN: 0037-1017
  • Year and Date: 2019-10-25
• [Presentation] ATP-dependent uptake of proteins by lysosomes (2022)
  • Author(s): Tomohiro Kabuta
  • Organizer: The 10th International Symposium on Autophagy
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] リソソームによる新しいタンパク質分解機構 (2020)
  • Author(s): 株田智弘
  • Organizer: 第93回日本生化学会大会 シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 新しい膜透過型オートファジーの分子機構 (2019)
  • Author(s): 株田智弘
  • Organizer: 第92回日本生化学会大会
  • Invited
• [Book] 医学のあゆみ「オートファジー-分子機構・生物学的意義・疾患との関わりー」 (2020)
  • Author(s): 株田智弘
  • Total Pages: 5
  • Publisher: 医歯薬出版
• [Patent(Industrial Property Rights)] 標的ポリペプチド分解誘導剤 (2020)
  • Inventor(s): 株田智弘、他5名
  • Industrial Property Rights Holder: 国立研究開発法人 国立精神・神経医療研究センター
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2020