オートファジーによる細胞内タンパク質の品質管理

• Project/Area Number: 17028056
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University (2006); Tokyo Metropolitan Organization for Medical Research (2005)
• Principal Investigator: 水島 昇 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 教授 (10353434)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 原 太一 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 助手 (00392374)
• Project Period (FY): 2005 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥12,600,000 (Direct Cost: ¥12,600,000); Fiscal Year 2006: ¥6,300,000 (Direct Cost: ¥6,300,000); Fiscal Year 2005: ¥6,300,000 (Direct Cost: ¥6,300,000)
• Keywords: オートファジー / ユビキチン / タンパク質品質管理 / タンパク質凝集体 / 封入体

Research Abstract

オートファジーはリソソームを分解の場とする非特異的なバルク分解システムである。昨年度に続き、基底レベルのオートファジーの細胞内浄化作用について検討した。オートファゴソーム形成に必須なAtg5を全身で欠損するマウスは出生直後に深刻な栄養不良に陥り致死となるが、このマウスは出生時にすでに肝や一部の神経細胞内にユビキチン陽性封入体が蓄積していることが判明した。そこでより進んだステージの解析の目的に、神経特異的Atg5ノックアウトマウスを作製した。このマウスは生直後の栄養飢餓には問題なく耐えることができるが、生後4週目より進行性の運動障害(失調性歩行やfoot clasping reflexなど)を呈するようになった。病理組織学的解析では神経系広範囲にわたる神経細胞内封入体形成、軸索腫大、および大脳皮質錐体細胞や小脳プルキンエ細胞の脱落を認めた。
オートファジーが欠損した際に、どのような形状のユビキチン化タンパク質が蓄積してくるかを検討した。まず全身の組織で約30%がノックアウトとなるようなモザイクマウスの肝をユビキチン抗体で染色したところ、KO細胞で蓄積しているのは凝集体だけではなく、細胞質全体のユビキチン化タンパク質であることが判明した。さらに成獣の肝細胞で誘導的にAtg5遺伝子をノックアウトする実験を行ったところ、最初に現れる異常は細胞質全体のユビキチン化タンパク質であり、遅れて凝集体が出現することがわかった。つまり、オートファジーの直接の基質は凝集体そのものではなく、むしろ可溶性のタンパク質であると考えられた。
以上のことから、誘導されるオートファジーは飢餓適応として重要であるが、基底レベルの恒常的オートファジーは生理的な状態での細胞内全体の品質管理機構として、特に神経細胞や肝細胞では変性を抑制する重要な細胞機能であると考えられた。

Research Products

• [Journal Article] LC3, an autophagosome marker, can be incorporated into protein aggregates independent of autophagy : Caution in the interpretation of LC3 localization (2007)
  • Author(s): Kuma, A. et al.
  • Journal Title: Autophagy (印刷中)
• [Journal Article] The role of mammalian autophagy in protein metabolism (2007)
  • Author(s): Mizushima, N.
  • Journal Title: P. JPN Acad. B-Phys 82 Pages: 39-46
  • NAID: 130000093911
• [Journal Article] ALIS are stress-induced-protein storage compartments for substrates of the proteasome and autophagy (2006)
  • Author(s): Szeto, J. et al.
  • Journal Title: Autophagy 2 Pages: 189-199
• [Journal Article] Suppression of basal autophagy in neural cells causes neurodegenerative disease in mice (2006)
  • Author(s): Hara, T. et al.
  • Journal Title: Nature 441 Pages: 885-889
• [Journal Article] Intracellular inclusions containing mutant alpha 1-antitrypsin ∠ are propagated in the absence of autophagic activity. (2006)
  • Author(s): Kamimoto, T. et al.
  • Journal Title: J. Biol. Chem 281 Pages: 4467-4476
• [Journal Article] Intracellular quality control autophagy : How does autophagy prevent neurodegeneration? (2006)
  • Author(s): Mizushima, N. et al.
  • Journal Title: Autophagy 2 Pages: 302-304
• [Journal Article] 神経細胞内浄化機構としてのオートファジー (2006)
  • Author(s): 原太一 他
  • Journal Title: 細胞工学 25 Pages: 644-645
• [Journal Article] オートファジーの生理学 : タンパク質代謝システムとしての役割 (2006)
  • Author(s): 水島昇
  • Journal Title: 医学のあゆみ 216 Pages: 509-513
• [Journal Article] Organelle degradation during the lens and erythroid differentiation is independent of autophagy (2006)
  • Author(s): Matsui, M., Yamamoto, A., Kuma, A., Ohsumi, Y., Mizushima, N.
  • Journal Title: Biochem.Biophys.Res.Commun. 339 Pages: 485-489
• [Journal Article] Bcl-2 Antiapoptotic Proteins Inhibit Beclin 1-Dependent Autophagy. (2005)
  • Author(s): Pattingre, S., Tassa, A., Qu, X., Garuti, R., Huan Liang, X., Mizushima, N., Packer, M., Schneider, M.D., Levine, B.
  • Journal Title: Cell 122 Pages: 927-939
• [Journal Article] Autophagic cell death of pancreatic acinar cells in serine protease inhibitor kazal type 3-deficient mice. (2005)
  • Author(s): Ohmuraya, M., Hirota, M., Araki, M., Mizushima, N., Matsui, M., Mizumoto, T., Haruna, K., Kume, S., Takeya, M., Ogawa, M., Araki, K., Yamamura, K.
  • Journal Title: Gastroenterology 129 Pages: 696-705
• [Journal Article] Impairment of starvation-induced and contitutive autophagy in Atg7-deficient mice. (2005)
  • Author(s): Komatsu, M., Waguri, S., Ueno, T., Iwata, J., Murata, S., Tanida, I., Ezaki, J., Mizushima, N., Ohsumi, Y., Uchiyama, Y., Kominami, E., Tanaka, K., Chiba, T.
  • Journal Title: J.Cell Biol. 169 Pages: 425-434
• [Journal Article] The pleiotropic role of autophagy : from protein metabolism to bactericide. (2005)
  • Author(s): Mizushima, N.
  • Journal Title: Cell Death Differ, 12 Pages: 1535-1541
• [Journal Article] オートファジーの代謝生理学的意義 (2005)
  • Author(s): 水島昇, 久万亜紀子
  • Journal Title: 細胞工学 24 Pages: 567-571
  • NAID: 10029094534
• [Journal Article] オートファジー:細胞の新生戦略 (2005)
  • Author(s): 水島昇
  • Journal Title: 蛋白質核酸酵素 50 Pages: 393-402
  • NAID: 40006730324
• [Journal Article] Intracellular inclusions containing mutant alpha 1-antitrypsin Z are propagated in the absence of autophagic activity
  • Author(s): Kamimoto, T., Shoji, S., Hidvegi, T., Mizushima, N., Umebayashi, K., Perlmutter, D.H., Yoshimori, T.
  • Journal Title: J.Biol.Chem (印刷中)
• [Journal Article] オートファジーの生理学:タンパク質代謝システムとしての役割
  • Author(s): 水島昇
  • Journal Title: 医学のあゆみ (印刷中)
• [Book] Transgenic models of autophagy (2006)
  • Author(s): Mizushima N
  • Publisher: Wiley- VCH