オートファジーを担うApgシステム

• Project/Area Number: 12146206
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Tokyo Metropolitan Organization for Medical Research (2004); Okazaki National Research Institutes (2000-2003)
• Principal Investigator: 水島 昇 (2003-2004) 財団法人東京都医学研究機構, 東京都臨床医学総合研究所, 副参事研究員 (10353434); 野田 健司 (2000-2002) 岡崎国立共同研究機構, 基礎生物学研究所, 助手 (00290908)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 阪井 康能 京都大学, 大学院・農学研究科, 助教授 (60202082)
• Project Period (FY): 2000 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥39,900,000 (Direct Cost: ¥39,900,000); Fiscal Year 2004: ¥10,200,000 (Direct Cost: ¥10,200,000); Fiscal Year 2003: ¥9,300,000 (Direct Cost: ¥9,300,000); Fiscal Year 2002: ¥10,200,000 (Direct Cost: ¥10,200,000); Fiscal Year 2001: ¥10,200,000 (Direct Cost: ¥10,200,000)
• Keywords: オートファージー / マクロオートファジー / ミクトオートファジー / ペキソファジー / ユビキチン様タンパク質 / 酵母 / 飢餓 / タンパク質凝集体 / オートファジー / ミクロオートファジー / Atg8修飾系 / GRAMドメイン / 液胞 / 出芽酵母 / メタノール資化性酵母 / ユビキチン / Apg8

Research Abstract

オートファジーの活性をモニターしうるGFP-LC3(酵母Atg8ホモログ)トランスジェニックマウスの解析によって、マウスにおいては出生直後に全身で非常に活発なオートファジーが誘導されることを明らかにした。そこで、この生直後のオートファジーの栄養学的な意義をAtg5ノックアウトマウスを用いて検討した。APG5-/-産仔は出生後24時間以内に全例死亡する。この主な理由はミルクの摂取が非常に悪いためであった。しかし帝王切開後絶食という栄養条件をそろえた条件でも、野生型が平均21時間生存するところ、KOマウスは平均12時間で死亡した。このKOマウスの早期の死亡は経胃管栄養によって部分的に抑制された。さらにKOマウスでは血中および組織内のアミノ酸濃度が有意に低下しており、細胞内は低エネルギー状態にあった。このことから、経胎盤栄養が途絶えることによる生直後の飢餓を凌ぐためには、一過性に誘導されるオートファジーによるアミノ酸供給が重要であることが示唆された。また、このAtg5ノックアウトマウスに由来する線維芽細胞を用いて、オートファジーが細胞内侵入細菌の分解や、アポトーシス抑制時の細胞しなどの多彩な生理機能を有していることを明らかにした。
一方、メタノール資化性酵母を用いたApgの解析においては、ペキソファジー特異的に必要な新分子Atg24を同定した。Atg24はイノシトール3リン酸結合部位であるPXドメインを持つが、MIPAと呼ばれる新生膜の形成やペキソファゴソーム形成には不要で、ペキソファゴソームと液胞の融合に必要であった。今後は、PpAtg8を用いて新生膜の形成・液胞膜の変形などを追跡し、様々なAtg分子の機能・時空制御機構について明らかにしていく予定である。

Research Products

• [Journal Article] Escape of intracellular Shigella from autophagy (2005)
  • Author(s): Ogawa, M., Yoshimori, T., Suzuki, T., Sagara, H., Mizushima, N., Sasakawa, C.
  • Journal Title: Science 307 Pages: 727-731
• [Journal Article] A Sorting Nexin PpAtg24 Regulates Vacuolar Membrane Dynamics During Pexophagy Via Binding to Phosphatidylinositol-3-phosphate. (2005)
  • Author(s): Ano Y., Hattori T, Oku M, Mukaiyama H, Baba M, Ohsumi Y, Kato N, Sakai Y.
  • Journal Title: Mol.Biol.Cell 16 Pages: 446-457
• [Journal Article] A role of Bcl-2 family of proteins in non-apoptotic programmed cell death dependent on autophagy genes (2004)
  • Author(s): Shimizu, S., Kanaseki, T., Mizushima, N., Mizuta, T., Arakawa-Kobayashi, S., Thompson, C.B., Korsmeyer, S.J., Tsujimoto, Y
  • Journal Title: Nat.Cell Biol. 12 Pages: 1221-1228
• [Journal Article] Role of autophagy during the early neonatal starvation period (2004)
  • Author(s): Kuma, A., Hatano, M., Matsui, M., Yamamoto, A., Nakaya, H., Yoshimori, T., Ohsumi, Y., Tokuhisa, T., Mizushima, N
  • Journal Title: Nature 432 Pages: 1032-1036
• [Journal Article] Autophagy defends cells against invading group A Streptococcus (2004)
  • Author(s): Nakagawa, I., Amano, A., Mizushima, N., Yamamoto, A., Yamaguchi, H., Kamimoto, T., Nara, A., Funao, J., Nakata, M., Tsuda, K., Hamada, S., Yoshimori, T
  • Journal Title: Science 306 Pages: 1037-1040
• [Journal Article] The crystal structure of microtubule-associated protein light chain 3, a mammalian homologue of Saccharomyces cerevisiae Atg8 (2004)
  • Author(s): Sugawara K, Suzuki NN, Fujioka Y, Mizushima N, Ohsumi Y, Inagaki F
  • Journal Title: Genes Cells 9 Pages: 611-618
• [Journal Article] LC3, GABARAP and GATE16 localize to autophagosomal membrane depending on form-II formation. (2004)
  • Author(s): Kabeya Y, Mizushima N, Yamamoto A, Oshitani-Okamoto S, Ohsumi Y, Yoshimori T.
  • Journal Title: J Cell Sci. 117 Pages: 2805-2812
• [Journal Article] 新生児は出生に伴う飢餓をオートファジーで乗り越える (2004)
  • Author(s): 久万亜紀子, 水島昇
  • Journal Title: 細胞工学 24 Pages: 48-49
• [Journal Article] Tow ubiquitin-like conjugation systems essential for autophagy (2004)
  • Author(s): Ohsumi, Y., Mizushima, N.
  • Journal Title: Semin.Cell Dev.Biol. 15 Pages: 231-236
• [Journal Article] オートファジーを伴う細胞死 (2004)
  • Author(s): 水島昇
  • Journal Title: 実験医学 22 Pages: 1577-1583
• [Journal Article] Methods for monitoring autophagy (2004)
  • Author(s): Mizushiman, N.
  • Journal Title: Int.J.Biochem.Cell Biol 36 Pages: 2491-2502
• [Publications] Kabeya Y, Mizushima N, Yamamoto A, Oshitani-Okamoto S, Ohsumi Y, Yoshimori T.: "LC3,GABARAP and GATE16 localize to autophagosomal membrane depending on form-II formation."Journal of Cell Science. (In press). (2004)
• [Publications] Mizushima N, Yamamoto A, Matsui M, Yoshimori T., Ohsumi Y.: "In vivo analysis of autophagy in response to nutrient starvation using transgenic mice expressing a fluorescent autophagosome marker"Molecular Biology of the Cell. 15. 1101-1111 (2004)
• [Publications] Qu X, Yu J, Bhagat G, Furuya N, Hibshoosh H, Troxel A, Rosen J, Eskelinen EL, mizushima N, Ohsumi Y, Cattoretti G, Levine B: "Promotion of tumorigenesis by heterozygous disruption of the beclin 1 autophagy gene"Journal of Clinical Investigation. 112. 1809-1820 (2003)
• [Publications] Sugawara, K., Suzuki, NN., Fujioka, Y., Mizushima, N., Ohsumi, Y., Inagaki, F.: "Crystallization and preliminary X-ray analysis of LC3-I."Acta Crystallogr.D Biol.Crystallogr.. 59. 1464-1465 (2003)
• [Publications] Shitaral, H., Sato, A., Hayashi, J., Mizushima, N., Yonekawa, H., Taya, C.: "Simple method of zygosity identification in transgenic mice by real-time quantitative PCR."Transgenic Research. (In press). (2004)
• [Publications] Hiroyuki Mukaiyama, Misuzu Baba, Masako Osumi, Yoshinori Ohsumi, Nobuo Kato, Yasuyoshi Sakai.: "Modification of a Ubiquitine-like Protein Paz2 Conduced Micropexophagy through Formation of a Novel Membrane Structure."Molecular Biology of the Cell. 15・1. 58-70 (2004)
• [Publications] Daniel J.Klionsky, James M.Cregg, William A.Dunn, Jr., Scott D.Emr, Yasuyoshi Sakai, Ignaco V.Sandoval, Andrei Sibirny, Suresh Subramani, Michael Thumm, marten Veenhuis, Yoshinori Ohsumi.: "A Unified Nomenclature for Yeast Autophagy-Related Genes."Developmental Cell. 5. 539-545 (2003)
• [Publications] Masahide Oku, Dirk Warnecke, Takeshi Noda, Frank Muller, Ernst Heinz, Hiroyuki Mukaiyama, Nobuo Kato, Yasuyoshi Sakai: "Peroxisome degradation requires catalytically active sterol glucosyltransferase with a GRAM domain."EMBO Journal. 22・13. 3231-3241 (2003)
• [Publications] 久万亜紀子, 水島 昇: "生細胞におけるオートファゴソーム形成の可視化"生体の科学. 54・4. 523-537 (2003)
• [Publications] 水島 昇: "動物細胞および個体におけるオートファジー"実験医学. 22・2. 261-267 (2004)
• [Publications] 水島 昇: "オートファジーによるバルク分解とそのモニター方法"神経研究の進歩. 48・1. 97-109 (2004)
• [Publications] 水島 昇: "タイプ2細胞死:オートファジーを伴う細胞死の検証"臨床免疫. 41・2. 167-174 (2004)
• [Publications] 阪井康能: "酵母ペルオキシソームの生合成と分解の分子機構"実験医学. 21・14. 1912-1916 (2003)
• [Publications] 阪井康能, 奥 公秀: "ステロール配糖体が果たす生物機能"細胞工学. 23・9. 992-993 (2003)
• [Publications] 阪井康能: "オルガネラ分解の分子機構:ミクロペキソファジーに必要なPAZ遺伝子群の機能と新生膜構造体"生体の科学. 54・6. 540-547 (2003)
• [Publications] 向山博幸, 加藤暢夫, 阪井康能: "メタノール資化性酵母Pichia pastorisのペキソファジーを支配するPAZ遺伝子群の同定とユビキチン様タンパクPaz2及びその修飾系の解析"応用微生物研究協議会誌. 1・2. 90-96 (2003)
• [Publications] 奥 公秀, 加藤暢夫, 阪井康能: "メタノール資化性酵母Pichia pastorisのペキソファジーの一細胞可視化による動態解析及びPaz4/Ugt51ステロールグルコシド合成酵素の役割"応用微生物研究協議会誌. 1・2. 97-102 (2003)
• [Publications] Hamasaki M, Noda T, Ohsumi Y.: "The early seretory pathway contributes to autophagy in yeast"Cell Struct. Funct. (印刷中). (2003)
• [Publications] Hanaoka H, Noda T, Shirano Y, Kato T, Hayashi H, Shibata D, Tabata S, Ohsumi Y.: "Leaf senescence and starvation-induced chlorosis are accelerated by the disruption of an Arabidopsis autophagy gene"Plant Physiol. 129. 1181-1193 (2002)
• [Publications] H Mukaiyama, M Oku, M Baba, T Samizo, AT.Hammond, B.S.Glick, N Kato, Y Sakai: "Paz2 and 13 oher PAZ gene products regulate vacuolar engulfment of peroxisomes during micropexophagy"Genes to Cells. 7(1). 75-90 (2002)
• [Publications] 阪井康能, 向山博幸: "ミクロオートファジーの分子解剖とユビキチン様タンパク質Paz2の新しい機能"細胞工学. 21(6). 618-622 (2002)
• [Publications] T Nakagawa, T Mizumura, H Mukaiyama, T Miyaji, H Yurimoto, N Kato, Yi Sakai, N Tomizuka: "Physiological Role of the second alcohol oxidase gene MOD2 in the Methylotrophic Growth of Pichia methanolica"Yeast. 19. 1067-1073 (2002)
• [Publications] Noda T, Suzuki K, Ohsumi Y: "Yeast autophagosomes : de novo formation of a membrane structure"TRENDS IN CELL BIOLOGY. 53-9. 231-235 (2002)
• [Publications] Hirofumi Horiguchi, Hiroya Yurimoto, Nobuo Kato, Yasuyoshi Sakai.: "Antioxidant System within Yeast Peroxisome : Biochemical and Physiological Characterization of CbPmp20 in the Methylotrophic Yeast Candida boidinii"J.Biol.Chem.,. 276(17). 14279-14288 (2001)
• [Publications] Hirofumi Horiguchi, Hiroya Yurimoto, Toh- Kheng Goh, Tomoyuki Nakagawa, Nobuo Kato, Yasuyoshi Sakai.: "Peroxisomal Catalase in the Methylotrophic Yeast Candida boidinir : Transport Efficiency and Metabolic Significance"J.Bacteriol. 183(21). 6372-6383 (2001)
• [Publications] Hiroyuki Mukaiyama, Masahide Oku, Takeshi Samizo, Adam T.Hammond, Benjamin S.Glick, Nobuo Kato, Yasuyoshi Sakai.: "Paz2 and 13 oher PAZ gene products regulate vacuolar engulfment of peroxisomes during micropexophagy"Genes to Cells. 7(1). 75-90 (2002)
• [Publications] Suzuki K, Kirisako T, Kamada Y, Mizushima N, Noda T, Ohsumi Y: "The pre-autophagosomal structure organized by concerted functions of APG genes is essential for autophagosome formation"EMBO J.. 20(21). 5971-5981 (2002)
• [Publications] Ishihara N, Hamasaki M, Yokota S, Suzuki K, Kamada Y, Kihara A, Yoshimori T, Noda T, Ohsumi Y: "Autophagosome requires specific early Sec proteins for its formation and NSF/SNARE for vacuolar fusion"Mol Biol Cell. 12(11). 3690-3702 (2000)
• [Publications] Shintani T, Suzuki K, Kamada Y, Noda T, Ohsumi Y.: "Apg2p functions in autophagosome formation on the perivacuolar structure"J Biol Chem. 276(32). 30452-30460 (2001)
• [Publications] Kirisako,T.,Ichimura,Y.,Okada,H.,Kabeya,Y.,Mizushima,N.,Yoshimori,T.,Ohsumi,M.,Noda,T.OhsumiY: "Reversible modification regulares the memrane-binding state of Apg8/Aut7 essential for autophagy and the cytoplasm to vacuole targeting pathway"J.Cell Biol. 151. 263-276 (2000)
• [Publications] Ichimura,Y.,Kirisako,T.,Takao,T.,Satomi,Y.,Shimonishi,Y.,Isihara,N.,Mizushima,N.,Tanida,I.,Komnami,E.,Ohsumi,M.,Noda,T.Ohsumi,Y: "A ubiquitin-like system mediates protein lipidation"Nature. 408. 488-492 (2000)
• [Publications] Kihara,A.,Noda,T.,Ishihara,N.and Ohsumi,Y.: "Two distinct Vps34 Ptdlns 3-kinase Complexes functionin autophagy and CPY sorting in Saccharomyces cevisiae"J.Cell. Biol. 152. 519-530 (2001)
• [Publications] Noda,T,Ohsumi Y,Klionsky DJ: "The yeast vacuole, a paradigm for plant biologist?"Annual Plant Review. 5. 1-19 (2000)
• [Publications] 阪井康能: "オルガネラ分解戦略としてのオートファジーとその分子機構:メタノール資化性酵母のミクロペキソファジーをモデルとして."実験医学. 19. 300-305 (2001)