細胞の自己タンパク質分解システム・オートファジーの分子機構と生体における役割

• Project/Area Number: 15032256
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: National Institute of Genetics
• Principal Investigator: 吉森 保 国立遺伝学研究所, 細胞遺伝研究系, 教授 (60191649)
• Project Period (FY): 2003 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥7,200,000 (Direct Cost: ¥7,200,000); Fiscal Year 2004: ¥4,200,000 (Direct Cost: ¥4,200,000); Fiscal Year 2003: ¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000)
• Keywords: オートファジー / 分解 / A群レンサ球菌 / 赤痢菌 / 自然免疫 / 神経変性疾患 / リソソーム / 微小管 / タンパク質分解 / Atg5 / フォールディング異常病 / α_1アンチトリプシン / 病原性細菌 / エンドソーム

Research Abstract

細胞を構成するタンパク質の大部分は、最終的にオートファジーによりリソソームに運ばれ分解・再利用されている。オートファジーは細胞の代謝回転などに重要であるばかりでなく、発生・分化や様々な疾患とも密接に関係すると考えられている。タンパク質の一生を演出する分子基盤とその破綻を理解する上でオートファジーの実態を知ることは極めて重要であるが、その分子機構や生理的病理的意義には不明の点が多い。本研究では、オートファジーを担うオルガネラ・オートファゴソームの膜動態とフォールディング異常病や病原性細菌の細胞内侵入等の疾患におけるオートファジーの意義を明らかにすることを目指した。本年度は、細胞内に侵入したA群レンサ球菌をオートファジーが効率よく捕獲除去することを報告した。本菌は、ストレプトリシンOの作用でエンドソームから細胞質に進出する。それが引き金となってオートファジーが誘導され、菌特異的な捕獲と分解が起こる。オートファジー不能細胞では、菌は増殖し細胞外に出て感染を拡大する。一方赤痢菌も細胞質に現れるが、IcsBという蛋白質を分泌することでオートファジーによる捕獲を免れることも分かった。これらの結果は、オートファジーが細胞成分のみならず異物分解も行い一種の自然免疫として機能していることを初めて示すものである。またマウスが生まれた直後深刻な飢餓に陥り、それを克服して生き残るにはオートファジーが必要なことを示した。さらに細胞内で凝集し神経変性疾患の原因となる長いポリグルミタン鎖が、オートファジーを誘導することを、セミインタクト細胞を用いたアッセイ系で明らかにした。オートファゴソームが、微小管依存的に移動し、リソソームとkiss-and-run方式で融合することを見いだした。

Research Products

• [Journal Article] Escape of Intracellular Shigella from Autophagy (2005)
  • Author(s): Ogawa M, Yoshimori T, Suzuki T, Sagara H, Mizushima N, Sasakawa
  • Journal Title: Science 307 Pages: 727-731
• [Journal Article] Inhibition of Macroautophagy Triggers Apoptosis (2005)
  • Author(s): Boya P, Gonzalez-Polo R-A, Casares N, Perfettini J-L, Dessen P, Larochette N, Metivier D, Meley D, Souquere S, Yoshimori T, Pierron G, Codogno P, Kroemer G
  • Journal Title: Mol.Cell.Biol. 25 Pages: 1025-1040
• [Journal Article] Endothelial nitric oxide synthase antisense (NOS3AS) gene encodes an autophagy-related protein (APG9-like2) highly expressed in trophoblast (2005)
  • Author(s): Yamada T, Carson A R, Caniggia I, Umebayashi K, Yoshimori T, Nakabayashi K, Scherer S W
  • Journal Title: J.Biol.Chem. 10 Pages: 1074-1074
• [Journal Article] In vivo analysis of autophagy in response to nutrient starvation using transgenic mice expressing a fluorescent autophagosome marker (2004)
  • Author(s): Mizudhims N, Yamamoto A, Matsu M, Yoshimori T, Ohsumi Y
  • Journal Title: Mol.Biol.Cell 15 Pages: 1101-1111
• [Journal Article] Coronavirus Replication Complex Formation Utilizes Components of Cellular Autophagy (2004)
  • Author(s): Prentice E W, Jerome G, Yoshimori T, Mizushima N, Denison M R.
  • Journal Title: J.Biol.Chem. 279 Pages: 10136-10141
• [Journal Article] LC3, GABARAP and GATE16 localize to autophagosomal memberane depending on form-II formation. (2004)
  • Author(s): Kabeya Y, Mizushima N, Hitani-Okamoto S, Ohsumi Y, Yoshimori T.
  • Journal Title: J.Cell Sci. 117 Pages: 2805-2812
• [Journal Article] Mammalian class E Vps proteins, SBP1 and mVps2/CHMP2A, interact with and regulate the function of an AAA-ATPase SKD1/Vps4B (2004)
  • Author(s): Fujita H, Umezuki Y, Imamura K, Ishikawa D, Uchimura S, Nara A, Yoshimori T, Hayashizaki Y, Kawai J, Ishidoh K, Tanaka Y, Himeno M.
  • Journal Title: J.Cell Sci. 117 Pages: 2997-3009
• [Journal Article] Alfy, a novel FYVE domain-containing protein associated with protein granules and autophagic membranes (2004)
  • Author(s): Birkeland H C G, Simonsen A, Gillooly D J, Mizushima N, Kuma A, Yoshimori T, Slagsvold T, Brech A, Stenmark H
  • Journal Title: J.Cell.Sci. 117 Pages: 4239-4251
• [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 defenses 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
• [Publications] Saeki K, Hong Z, Nakatsu M, Yoshimori T, 他: "Insulin-dependent signaling regulates azurophil granule-selective macroautophagy in human myeloblastic cells."J.Leukoc.Biol.. 74. 1108-1116 (2003)
• [Publications] Ohashi M, Mizushima N, Kabeya Y, Yoshimori T.: "Localization of Mammalian NAD(P)H Steroid Dehydrogenase-like Protein on Lipid Droplets."J.Biol.Chem. 278. 36819-36829 (2003)
• [Publications] Katoh K, Shibata H, Suzuki H, Nara A, Ishidoh K, Kominami E, Yoshimori T 他: "The ALG-2-interacting protein Alix associates with CHMP4b, a human homologue of yeast Snf7 that is involved in multivesicular body sorting."J.Biol.Chem. 278. 39104-39113 (2003)
• [Publications] Kanazawa C, Morita E, Yamada M, Ishii N, Miura S, Asao H, Yoshimori T 他: "Effects of deficiencies of STAMs and Hrs, mammalian class E Vps proteins, on receptor downregulation"Biochem.Biophys.Res.Commun.. 309. 848-856 (2003)
• [Publications] Yamakami M, Yoshimori T, Yokosawa H.: "Tom 1, a VHS domain-containing protein, interacts with Tollip, ubiquitin, and clathrin"J.Biol.Chem. 278. 52865-52872 (2003)
• [Publications] Mizushima N, Yamamoto A, Matsui M, Yoshimori T, 他: "In vivo analysis of autophagy in response to nutrient starvation using transgenic mice expressing a fluorescent autophagosome marker"Mol.Biol.Cell. 15. 1101-1111 (2004)
• [Publications] Yoshimori T, 他(共著): "Autophagy"Eurekah.com. 204-210 (2003)