Atd6L-Rab複合体による隔離膜形成機構の解明

• Project/Area Number: 19044003
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 福田 光則 Tohoku University, 大学院・生命科学研究科, 教授 (50311361)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 伊藤 敬 東北大学, 大学院・生命科学研究科, 助教 (50373270)
• Project Period (FY): 2007 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥7,200,000 (Direct Cost: ¥7,200,000); Fiscal Year 2008: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2007: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000)
• Keywords: オートファジー / オートファゴソーム / 隔離膜 / Rab / Atg16L / 蛋白質分解 / LC3 / 膜輸送

Research Abstract

オートファジー(自食)は真核生物に普遍的に見られる生理現象で、ユビキチン/プロテアソーム経路とは異なるタイプのタンパク質分解経路として近年注目を集めている。オートファジーは、二重膜構造を持つ隔離膜が伸長し、細胞質やオルガネラなどをとり囲み(オートファゴソームの形成)、ここにリソソームが融合することにより内容物が消化・分解される。オートファジーは非常にダイナミックな膜(小胞)輸送過程を伴うにも関わらず、隔離膜やオートファゴソームの膜の由来は全く分かっていない。そこで本研究課題では、真核生物に普遍的な膜輸送の制御因子である低分子量G蛋白質Rabに着目し、オートファゴソームの膜形成に関与するRabアイソフォームの同定を試みた。本年度は、NIH3T3細胞の細胞抽出液からGST pull-down法によりRab33Bが隔離膜の伸長に必須の役割を果たすAtg16LとGTP依存的に結合することを見いだした。興味深いことに、Atg16LのRab33B結合部位はAtg16Lの中央部分のcoiled-coil領域であり、この領域を細胞に過剰発現させるとオートファジーが強く阻害されることが明らかとなった(MOl. Biol. Cell(2008)19 : 2916-2925)。また、Rab33Bの活性化型固定化変異体の発現によりオートファジーが抑制されることも見いだした。この成果は、オートファジー制御因子(Atg)と膜輸送制御因子(Rab)が直接リンクする初めての事例であり(Autophagy(2008)4 : 824-826)、今後Atg16LのRabエフェクターとしての機能と、Atg16L-Rab33B複合体のオートファジーにおける役割をさらに検討していく予定である。

Research Products

• [Journal Article] The Atg16L complex specifies the site of LC3 lipidation for membrane biogenesis in autophagy. (2008)
  • Author(s): Fujita, N., Itoh, T., Omori, H., Fukuda, M., Noda, T. & Yoshimori, T.
  • Journal Title: Mol. Biol. Cell 19 Pages: 2092-2100
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Golgi-resident small GTPase Rab33B interacts with Atg16L and modulates autophagosome formation (2008)
  • Author(s): Itoh, T., Fujita, N., Kanno, E., Yamamoto, A., Yoshimori, T. & Fukuda, M.
  • Journal Title: Mol. Biol. Cell 19 Pages: 2916-2925
  • NAID: 120001820942
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Direct link between Atg protein and small GTPase Rab : Atgl6L functions as a potential Rab33 effector in mammals (2008)
  • Author(s): Fukuda, M. & Itoh, T.
  • Journal Title: Autophagy 4 Pages: 824-826
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synaptotagmin VII splice variants α, β, and δ are expressed in pancreatic β-cells and regulate insulin exocytosis. (2008)
  • Author(s): Gauthier, B.R., Duhamel, D.L., Iezzi, M, Theander, S., Saltel, F., Fukuda, M., Wehrle-Haller, B. & Wollheim. C.B.
  • Journal Title: FASEB J. 22 Pages: 194-206
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] JNK mediates Syt4 localization to mature secretory vesicles and enhances Ca^<2+>-evoked release. (2008)
  • Author(s): Mori, Y., Higuchi, M., Hirabayashi Y., Fukuda, M. & Gotoh, Y.
  • Journal Title: EMBO J. 27 Pages: 76-87
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Confusion in the nomenclature of synaptotagmins V and IX: which is which? (2008)
  • Author(s): Fukuda, M. & Sagi-Eisenberg, R.
  • Journal Title: Calcium Binding Proteins 3 Pages: 1-3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synaptotagmin VII modulates the kinetics of dense-core vesicle exocytosis in PC12 cells. (2007)
  • Author(s): Tsuboi, T. & Fukuda, M.
  • Journal Title: Genes Cells 12 Pages: 511-519
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Up-regulation of ras-GAP genes is reversed by a MEK inhibitor and doxorubicin in ν-Ki-ras transformed NIH/3T3 fibroblasts. (2007)
  • Author(s): Hashii, M., Fukuda M., Nomura, H., Ito, N., Takahashi, H., Hattori, S., Mikoshiba, K., Noda, M. & Higuchi, Y.
  • Journal Title: Biochem. Biophys. Res. Commun. 356 Pages: 374-380
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rab10, a target of the AS160 Rab GAP, is required for insulin-stimulated translocation of GLUT4 to the adipocyte plasma membrane. (2007)
  • Author(s): Sano, H., Eguez, L., Teruel, M.N., Fukuda, M., Chuang, T.D., Chavez, J.A., Lienhard, G.E. & McGraw, T.E.
  • Journal Title: Cell Metab. 5 Pages: 293-303
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synaptotagmin (Syt) IX is an essential determinant for protein sorting to secretory granules in mast cells. (2007)
  • Author(s): Haberman, Y., Ziv, I., Gorzalczany, Y., Hirschberg, K., Mittleman, L., Fukuda, M. & Sagi-Eisenberg, R.
  • Journal Title: Blood 109 Pages: 3385-3392
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synaptotagmin I binds intestinal epithelial NHE3 and mediates cyclic AMP-and Ca^<2+>-induced endocytosis by recruitment of AP2 and clathrin. (2007)
  • Author(s): Musch, M.W., Arvans, D.L., Walsh-Reitz, M.M., Uchiyama, K., Fukuda, M. & Chang, E.B.
  • Journal Title: Am. J. Physiol. Gastrointest. Liver Physiol. 292
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Proteomic analysis of insulin secretory granules. (2007)
  • Author(s): Brunner, Y., Coute, Y., Iezzi, M., Foti, M., Fukuda, M., Hochstrasser, D., Wollheim, C.B. & Sanchez, J.-C.
  • Journal Title: Mol. Cell. Proteomics 6 Pages: 1007-1017
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cholesterol controls lipid endocytosis through rabll. (2007)
  • Author(s): Takahashi, M., Murate, M., Fukuda, M., Sato, S.B., Ohta, A. & Kobayashi, T.
  • Journal Title: Mol. Biol. Cell 18 Pages: 2667-2677
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spatial segregation of degradation-and recycling-trafficking pathways in COS-1 cells. (2007)
  • Author(s): Misaki, R., Nakagawa, T., Fukuda, M., Taniguchi, N. & Taguchi, T.
  • Journal Title: Biochem. Biophys. Res. Commun. 360 Pages: 580-585
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Myosin Vb is required for trafficking of cystic fibrosis transmembrane conductance regulator in Rablla-specific apical recycling endosomes in polarized human airway epithelial cells. (2007)
  • Author(s): Swiatecka-Urban, A., Talebian, L., Kanno, E., Moreau-Marquis, S., Coutermarsh, B., Hansen, K., et. al.
  • Journal Title: J. Biol. Chem. 282 Pages: 23725-23736
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] メラニン色素輸送の分子メカニズム (2007)
  • Author(s): 福田光則
  • Journal Title: 太陽紫外線防御研究委員会学術報告 17 Pages: 45-49
• [Journal Article] Rabファミリータンパク質による膜輸送制御の特異性と多様性 (2007)
  • Author(s): 福田光則
  • Journal Title: 生化学 79 Pages: 1046-1051
  • NAID: 10019995765
• [Presentation] Role of small GTPase Rab27A and its effectors in regulated exocytosis. (2008)
  • Author(s): Fukuda, M.
  • Organizer: The 1st International Conference of Tohoku Neuroscience GCOE "from Genes to Development and Behavior"
  • Place of Presentation: Zao
  • Year and Date: 2008-01-23
• [Presentation] TBCドメインを含む新規Rab3A-GAPのスクリーニング (2007)
  • Author(s): 石橋弘太郎、菅野栄子、伊藤敬、福田光則
  • Organizer: 第30回日本分子生物学会年会・第80回日本生化学会大会 合同大会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2007-12-13
• [Presentation] 低分子量Gタンパク質Rab27Aによる膜輸送制御の分子基盤の解明 (2007)
  • Author(s): 福田光則
  • Organizer: 第30回日本分子生物学会三菱化学奨励賞授賞講演
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2007-12-12
• [Presentation] Regulation of secretory vesicle exocytosis by Rab small GTPases. (2007)
  • Author(s): Fukuda, M.
  • Organizer: International Symposium on Membrane Traffic
  • Place of Presentation: Awaji
  • Year and Date: 2007-11-29
• [Presentation] Rab4 negatively regulates CFTR expression in the plasma membrane in human airway epithelial cells. (2007)
  • Author(s): Fukuda, M. & Swiatecka-Urban, A.
  • Organizer: The 20th Annual North American Cystic Fibrosis Conference
  • Place of Presentation: Anaheim, USA
  • Year and Date: 2007-10-05
• [Presentation] シナプトタグミン7による調節性分泌制御機構の可視化解析 (2007)
  • Author(s): 坪井貴司、福田光則
  • Organizer: 第30回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2007-09-11
• [Presentation] 低分子量Gタンパク質Rab27とエフェクター分子による分泌小胞輸送の制御機構 (2007)
  • Author(s): 福田光則
  • Organizer: 第40回日本発生生物学会・第59回日本細胞生物学会合同大会・ミニシンポジウム
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2007-05-28
• [Presentation] 肌や髪の毛が黒くなる仕組みーメラニン色素は動く! (2007)
  • Author(s): 福田光則
  • Organizer: 東北大学大学院生命科学研究科春期講習会
  • Place of Presentation: 弘前
  • Year and Date: 2007-04-21
• [Book] "Rab27による分泌小胞の輸送制御メカニズム", ブレインサイエンスレビュー2008 (2008)
  • Author(s): 福田光則
  • Publisher: 財団法人 ブレインサイエンス振興財団
• [Remarks]
  • URL: http://www.lifesci.tohoku.ac.jp/teacher/neuro/t_fukuda.html