オートファゴソーム形成を支える膜動態の解析

• Project/Area Number: 20687009
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Functional biochemistry
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology (2009-2011); National Institute for Basic Biology (2008)
• Principal Investigator: 中戸川 仁 Tokyo Institute of Technology, その他 (90414010)
• Project Period (FY): 2008 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥25,220,000 (Direct Cost: ¥19,400,000、Indirect Cost: ¥5,820,000); Fiscal Year 2011: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2010: ¥9,490,000 (Direct Cost: ¥7,300,000、Indirect Cost: ¥2,190,000); Fiscal Year 2009: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2008: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
• Keywords: オートファジー / 膜輸送と輸送タンパク質 / 生体膜形成 / 蛋白質分解 / 細胞内膜動態 / タンパク質分解 / ユビキチン様蛋白質 / 脂質修飾

Research Abstract

オートファジーは、栄養飢餓をはじめとする様々な生命現象に深く関わる細胞内分解・リサイクリングシステムである。オートファジーには、被分解物を隔離し、分解の場であるリソソームあるいは液胞に輸送するためのオートファゴソームと呼ばれる二重膜胞の新規構築が必須であるが、そのメカニズムは未だ謎に包まれている。本研究では、オートファゴソーム形成に必須のAtg因子の中から、膜動態に直接関わると考えられる機能未知の因子に着目し、オートファゴソーム形成のメカニズムの解明に突破口を開くことを目的としている。昨年度までの研究により、機能未知のタンパク質複合体構成因子Atg2およびAtg18を欠いた細胞内に、オートファゴソーム膜の中間体と考えられる膜構造が蓄積することを見出した。本年度は、この膜構造の形成機構を解析し、同膜構造がpre-autophagosoma 1 structureと呼ばれる液胞近傍の構造体で他のAtgタンパク質の協調的な働きにより形成されることを明らかにした。また、Atg2の発現を可逆的にコントロールできる細胞株を構築し、同膜構造の蓄積がAtg2の再発現により解消されることを示し、同膜構造が真にオートファゴソーム膜の中間体であることを裏付ける結果を得た。さらに、同膜構造を細胞破砕液より大量に単離する手法を確立し、その質量分析によるタンパク質・脂質組成の決定や電子顕微鏡による形態観察に取り組むことを可能とした。

Research Products

• [Journal Article] The NMR structure of the autophagy-related protein Atg8. (2010)
  • Author(s): Kumeta H, Watanabe M, Nakatogawa H, Yamaguchi M, Ogura K, Adachi W, Fuljioka Y, Noda NN, Ohsumi Y, Inagaki F.
  • Journal Title: J.Biomol.NMR Volume: 47 Pages: 237-241
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Autophagy-related protein (Atg) 8-family interacting motif in Atg3 mediates the Atg3-Atg8 interaction and is crucial for the cytoplasm-to-vacuole targeting pathway. (2010)
  • Author(s): Yamaguchi M, Noda NN, Nakatogawa H, Kumeta H, Ohsumi Y, Inagaki F.
  • Journal Title: J.Biol.Chem. Volume: 285 Pages: 29599-29607
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The dimeric coiled-coil structure of Saccharomyces cerevisiae Atg16 and its functional significance in autophagy (2010)
  • Author(s): Fujioka Y, Noda NN, Nakatogawa H, Ohsumi Y, Inagaki F
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry 285 Pages: 1508-1515
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dynamics and diversity in autophagy mechanisms : lessons from yeast (2009)
  • Author(s): Nakatogawa H, Suzuki S, Kamada Y, Ohsumi Y
  • Journal Title: Nature Reviews Molecular Cell Biology 10 Pages: 458-467
  • NAID: 120006581981
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural basis of target recognition by Atg8/LC3 during selective autophagy (2008)
  • Author(s): Noda NN
  • Journal Title: Genes to Cells 12 Pages: 1211-1218
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Physiological pH and acidic phospholipids contribute to substrate specificity in lipidation of Atg8 (2008)
  • Author(s): Oh-oka K
  • Journal Title: The Journal of Biological Chemistry 283 Pages: 21847-21852
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Lipidation of Atg8 : How is substrate specificity determined without a canonical E3 enzyme (2008)
  • Author(s): Nakatogawa H
  • Journal Title: Autophagy 4 Pages: 911-913
• [Journal Article] Starved cells eat ribosomes (2008)
  • Author(s): Nakatogawa H
  • Journal Title: Nature Cell Biology 10 Pages: 505-507
• [Journal Article] 出芽酵母のオートファジー-分子機構研究の最前線 (2008)
  • Author(s): 中戸川仁
  • Journal Title: 蛋白質核酸酵素増刊「メンブレントラフィックの奔流」大野博司, 吉森保編 53 Pages: 2099-2105
• [Journal Article] オートファジー (2008)
  • Author(s): 中戸川仁
  • Journal Title: 蛋白質核酸酵素増刊「キーワード : 蛋白質の一生」遠藤斗志也, 小椋光, 永田和宏, 森和俊, 田口英樹, 吉田賢右編 53 Pages: 913-914
• [Journal Article] 細胞質の隔離と輸送に特化したオルガネラ : オートファゴソームの構築機構 (2008)
  • Author(s): 中戸川仁
  • Journal Title: 膜 33 Pages: 2-8
  • NAID: 10020130357
• [Presentation] Atg4 regenerates Atg8 lipidated on inappropriate membranes (2010)
  • Author(s): Nakatogawa H, Ohsumi Y
  • Organizer: 第33回日本分子生物学会年会・第83回日本生化学会大会合同大会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2010-12-10
• [Presentation] Identification and characterization of a novel autophagy-related membrane structure (2010)
  • Author(s): Nakatogawa H, Ohsumi Y
  • Organizer: 1st Sino-Japan Symposium on Autophagy
  • Place of Presentation: Xi'an, China
  • Year and Date: 2010-10-15
• [Presentation] Identification and characterization of an autophagosomal membrane precursor (2010)
  • Author(s): Nakatogawa H, Ohsumi Y
  • Organizer: The 3rd International Symposium on Protein Community
  • Place of Presentation: 奈良
  • Year and Date: 2010-09-14
• [Presentation] Molecular mechanism of autophagosome biogenesis inferred from analysis of the lipidated ubiquitin-like protein Atg8 (2010)
  • Author(s): Nakatogawa H, Ohsumi Y
  • Organizer: 第27回内藤コンファレンス 生体膜ダイナミクスと脂質生物学[I]
  • Place of Presentation: 札幌
  • Year and Date: 2010-06-30
• [Presentation] Analysis of an Atg8-PE containing structure : Capturing a precursor of the autophagosomal membrane (2010)
  • Author(s): 中戸川仁, 大隅良典
  • Organizer: Keystone Symposium on Molecular Basis for Biological Membrane Organization and Dynamics
  • Place of Presentation: 米国ユタ州ソルトレイクシティー
  • Year and Date: 2010-01-12
• [Presentation] オートファゴソーム形成に必須のユビキチン様タンパク質Atg8の細胞内フラックスの解析 (2009)
  • Author(s): 中戸川仁、大隅良典
  • Organizer: 第82回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 神戸市
  • Year and Date: 2009-10-24
• [Presentation] Analyses of Atg8-PE-containing structures involved in autophagosome formation (2009)
  • Author(s): 中戸川仁, 大隅良典
  • Organizer: 5th International Symposium on Autophagy
  • Place of Presentation: 大津市
  • Year and Date: 2009-09-25
• [Presentation] Atg8の解析から探るオートファゴソームの膜の由来 (2008)
  • Author(s): 中戸川仁
  • Organizer: 第31回日本分子生物学会年会・第81回日本生化学会大会合同大会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2008-12-12
• [Presentation] ユビキチン様蛋白質Atg8に結合する脂質分子の解析 (2008)
  • Author(s): 大岡杏子
  • Organizer: 第31回日本分子生物学会年会・第81回日本生化学会大会合同大会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2008-12-12
• [Presentation] Atg8の解析から探るオートファゴソームの膜の起源 (2008)
  • Author(s): 中戸川仁
  • Organizer: 酵母遺伝学フォーラム第41回研究報告会
  • Place of Presentation: 札幌
  • Year and Date: 2008-09-11
• [Remarks]
  • URL: http://www.ohsumilab.aro.iri.titech.ac.jp/