哺乳類細胞を用いたオートファゴソーム形成機構の解析

• Project/Area Number: 21677002
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (S)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Cell biology
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: 水島 昇 Tokyo Medical and Dental University, 医歯(薬)学総合研究科, 教授 (10353434)
• Project Period (FY): 2009 – 2013
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥46,280,000 (Direct Cost: ¥35,600,000、Indirect Cost: ¥10,680,000); Fiscal Year 2011: ¥29,120,000 (Direct Cost: ¥22,400,000、Indirect Cost: ¥6,720,000); Fiscal Year 2010: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000); Fiscal Year 2009: ¥8,840,000 (Direct Cost: ¥6,800,000、Indirect Cost: ¥2,040,000)
• Keywords: オートファジー / オートファゴソーム / 小胞体 / PI3キナーゼ / ULK1 / At14 / Atg2 / p62 / Atg14

Research Abstract

これまでに哺乳類オートファゴソーム形成に関わるAtg因子を多数同定してきた。そこで、本年度はそれらを5つのモジュールに分類してその遺伝学的階層構造を決定した。その結果、ULK1-Atg13-FIP200-Atg101複合体が小胞体の一部にまず局在化し、それに依存してクラスIIIPI3キナーゼ複合体であるAtg14-Beclin 1-Vps34-Vps15がリクルートされることが判明した。その下流では、PI3Pのエフェクターと考えられるDFCP1、WIPI-1、さらに膜伸長因子であると考えられるAtg12-Atg5-Atg16L複合体とLC3-PEがリクルートされる。さらに小胞体膜タンパク質であるVMP1の解析結果を踏まえて、オートファゴソーム形成部位は小胞体の微小ドメインであることを提唱した。
さらにこれらの関連をもとにして、オートファジーの選択的基質であるp62がどのステップでオートファジー関連構造体にリクルートされるかを検討した。従来はp62がオートファゴソーム膜のLC3と直接結合することがその認識機構であると考えられてきたが、今回の解析からp62はLC3を含むほとんどのAtg因子に非依存的にオートファゴソーム形成部位に集積しうることが明らかとなった。さらに哺乳類Atg9もこの部位に一過的に集積することを見いだした。各因子の変異細胞の電子顕微鏡解析を含めながら、オートファゴソーム形成部位の超微形態学的・生化学的解析を進めている。

Research Products

• [Journal Article] p62 targeting to the autophagosome formation site requires self-oligomerization but not LC3 binding. (2011)
  • Author(s): Itakura, E
  • Journal Title: J.Cell Biol. Volume: 192 Pages: 17-27
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] オートファジーの分子機構と生理機能 (2011)
  • Author(s): 貝塚剛志
  • Journal Title: 血液内科 Volume: 62 Pages: 127-134
• [Journal Article] Characterization of autophagosome formation site by a hierarchical analysis of mammalian Atg proteins (2010)
  • Author(s): Itakura, E.
  • Journal Title: Autophagy Volume: 6 Pages: 764-776
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ttil and Tel2 are critical factors in mammalian target of rapamycin complex assembly. (2010)
  • Author(s): Kaizuka, T
  • Journal Title: J.Biol.Chem. Volume: 285 Pages: 20109-20116
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dynein- and activity-dependent retrograde transport of autophagosomes in neuronal axons. (2010)
  • Author(s): Katsumata, K.
  • Journal Title: Autophagy Volume: 6 Pages: 378-386
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A comprehensive glossary of autophagy-related molecules and processes. (2010)
  • Author(s): Klionsky, D.J.
  • Journal Title: Autophagy. Volume: 6 Pages: 438-448
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Methods in mammalian autophagy research. (2010)
  • Author(s): Mizushima, N.
  • Journal Title: Cell Volume: 140 Pages: 313-326
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The role of the Atg1/ULK1 complex in autophagy regulation. (2010)
  • Author(s): Mizushima, N.
  • Journal Title: Curr Opin Cell Biol. Volume: 22 Pages: 132-139
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] オートファゴソーム形成に関わるリン脂質 (2010)
  • Author(s): 板倉英祐
  • Journal Title: 実験医学 Volume: 28 Pages: 3279-3284
• [Journal Article] Dynein- and activity-dependent retrograde transport of autophagosomes in neuronal axons. (2010)
  • Author(s): Katsumata, K.
  • Journal Title: Autophagy 6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Autophagyの分子機構とその生物学的意義 (2010)
  • Author(s): 渡邉(浅野)貴子
  • Journal Title: Diabetes Frontier 21 Pages: 36-40
• [Journal Article] Atg101, a novel mammalian autophagy protein interacting with Atg13. (2009)
  • Author(s): Hosokawa, N.
  • Journal Title: Autophagy 5 Pages: 973-979
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A receptor for eating mitochondria. (2009)
  • Author(s): Ishihara, N
  • Journal Title: Dev.Cell 17 Pages: 1-2
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Atg14 and UVRAG : Mutually exclusive subunits of mammalian Beclin 1-PI3K complexes. (2009)
  • Author(s): Itakura, E.
  • Journal Title: Autophagy 5 Pages: 534-536
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] オートファジーを駆動するシグナリング
  • Author(s): 貝塚剛志
  • Journal Title: 実験医学 Volume: 印刷中
• [Presentation] Hierarchical Relationships among Mammalian Atg Proteins (2011)
  • Author(s): Noboru Mizushima
  • Organizer: Keystone symposium on Autophagy
  • Place of Presentation: Whistler, Canada
• [Presentation] どんどん入れ替わっている私達の体 ～新鮮さを保つ秘密～ (2010)
  • Author(s): 水島昇
  • Organizer: BMB2010(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>・市民公開講座「広がる生命科学の世界-体作りから病気の克服まで-」
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2010-12-11
• [Presentation] Keima, a lysosomal proteases-resistant and pH-sensitive GFP-like protein, enables the visualization of autophagy (2010)
  • Author(s): Hiroyuki Katayama
  • Organizer: 第62回日本細胞生物学会年会
  • Place of Presentation: Osaka
• [Presentation] Mammalian autophagosome formation sites and autophagy proteins (2010)
  • Author(s): Eisuke Itakura
  • Organizer: 第10回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: Sapporo
• [Presentation] Mammalian Atg2s associate with autophagic isolation membrane and lipid droplet, and are essential for autophagosome formation (2010)
  • Author(s): Anoopkumar Gopi Velikkakath
  • Organizer: BMB2010(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
• [Presentation] Recruitment of p62 to the autophagosome formation site is dependent on self-oligomerization but not on interaction with LC3 (2010)
  • Author(s): Eisuke Itakura
  • Organizer: BMB2010(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
• [Presentation] p62 recruitment to autophagosomes (2010)
  • Author(s): Noboru Mizushima
  • Organizer: NCI Workshop on Autophagy in Cancer Initiation and Progression
  • Place of Presentation: Bethesda, USA
• [Presentation] Molecular mechanism of autophagy induction and autophagosome formation in mammalian cells (2009)
  • Author(s): Noboru Mizushima
  • Organizer: The EMBO Conference on Autophagy : Cell Biology, Physiology and Pathology
  • Place of Presentation: Monte Verita, Switzerland
  • Year and Date: 2009-10-19
• [Presentation] Molecular mechanism of autophagy regulation (2009)
  • Author(s): Noboru Mizushima
  • Organizer: The 4th International Congress on Stress Responses in Biology and Medicine
  • Place of Presentation: Sapporo
• [Presentation] 哺乳類オートファジータンパク質の階層構造 (2009)
  • Author(s): 板倉英祐
  • Organizer: 第82回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 神戸
• [Presentation] 哺乳類ULK1-Atg13-FIP200複合体の新たな構成因子Atg101の発見 (2009)
  • Author(s): 細川奈生
  • Organizer: 第82回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 神戸
• [Remarks]
  • URL: http://www.tmd.ae.jp/med/phy2/phy2-J.html
• [Remarks]