The molecular mechanism of TORC1-regulated micronucleophagy

• Project Area: Multimode autophagy: Diverse pathways and selectivity
• Project/Area Number: 20H05317
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Shizuoka University
• Principal Investigator: 丑丸 敬史 静岡大学, 理学部, 教授 (50262788)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000); Fiscal Year 2021: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2020: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
• Keywords: TORC1 / オートファジー / ヌクレオファジー / ミクロオートファジー / ミクロヌクレオファジー / rDNA / 核小体 / ラパマイシン / 栄養源飢餓 / マクロオートファジー / マクロヌクレオファジー / ESCRT

Outline of Research at the Start

TORC1不活性化後にNVJの液胞膜上にESCRTがリクルートされ、それによりミクロヌクレオファジーが誘導されることが想定される。本研究では、TORC1不活性化後の液胞膜上でのESCRT-0の形成動態を調べる一方で、TORC1によるリン酸化制御がESCRT-0のリクルートにどのように影響を及ぼすかを解明する。TORC1の下流には様々なキナーゼ（Sch9, Rim15等）、及びフォスファターゼ（PP2A, Sit4等）が存在し、これらの働きにより下流の因子のリン酸化・脱リン酸化が制御される。具体的にはESCRT-0のリン酸化制御の有無とそのシグナル伝達機構を解明する。

Outline of Annual Research Achievements

出芽酵母で栄養源飢餓により誘導されるヌクレオファジー（核を分解するオートファジー）では核小体タンパク質が選択的に分解されるが、核小体内にあるrDNA領域も含め染色体DNAは分解されない。ミクロヌクレオファジーにおいて、この分解は液胞と核の接触部（NVJ）が液胞内に陥入し取り込まれることにより起こる。研究代表者は、分解される核小体タンパク質はNVJに近寄り、分解されないrDNAは凝縮しつつ核小体タンパク質から分離してNVJより遠ざかることを見出した。本研究では、NVJがこの染色体・核小体の核内配置を制御する分子基盤を明らかにすることを目的とした。
研究代表者は、NVJに対しての核小体タンパク質とrDNAの定方向性の運動性がコンデンシンとHmo1依存的なrDNA凝縮と、CLIP/cohibin依存的なrDNAの核内膜繋留を必要とすることを明らかにしていた。NVJを欠く変異株ではミクロヌクレオファジーに加え、核内イベントであるrDNA凝縮も消失した（Tasnin et al. 2021）。このことは、液胞が核外からNVJを介して核小体リモデリングを指令することを示す。さらに、NVJ局在性タンパク質を網羅的に調べた結果、rDNA凝縮に必要な因子として既知のNvj1に加えてMdm1を同定した（Sharmin et al. 2021）。
一方、分裂期のrDNA凝縮に必要なCdc14フォスファターゼとトポイソメラーゼIIが、飢餓誘導性にも必要であることを見出した（Mostofa et al. 2021）。しかし、間期細胞を用いたところ、飢餓誘導性のrDNA凝縮はコンデンシン非依存性であること、しかしながらHmo1、Cdc14、Rpd3ヒストン脱アセチル化酵素、CLIP/cohibinは必要とすることを明らかにした（Takeichi et al. 2022）。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] The PI3 kinase complex II-PI3P-Vps27 axis on vacuolar membranes is critical for microautophagy induction and nutrient stress adaptation (2022)
  • Author(s): Most Naoshia Tasnin, Kisara Ito, Haruko Katsuta, Tsuneyuki Takuma, Tasnuva Sharmin, and Takashi Ushimaru
  • Journal Title: Journal of Molecular Biology Volume: 434 Issue: 2 Pages: 167360-167360
  • DOI: 10.1016/j.jmb.2021.167360
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] nterphase chromosome condensation in nutrient-starved conditions requires Cdc14 and Hmo1, but not condensin, in yeast (2022)
  • Author(s): Yuri Takeichi, Tsuneyuki Takuma, Kotaro Ohara, Most Naoshia Tasnin, and Takashi Ushimaru
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 611 Pages: 46-52
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2022.04.078
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Vacuolar fragmentation promotes fluxes of microautophagy and micronucleophagy but not of macroautophagy (2022)
  • Author(s): Tsuneyuki Takuma and Takashi Ushimaru
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 614 Pages: 161-168
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cdc14 protein phosphatase and topoisomerase II mediate rDNA dynamics and nucleophagic degradation of nucleolar proteins after TORC1 inactivation (2021)
  • Author(s): Mostofa Md. Golam、Morshed Shamsul、Mase Satoru、Hosoyamada Shun、Kobayashi Takehiko、Ushimaru Takashi
  • Journal Title: Cellular Signalling Volume: 79 Pages: 109884-109884
  • DOI: 10.1016/j.cellsig.2020.109884
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The vacuole controls nucleolar dynamics and micronucleophagy via the NVJ (2021)
  • Author(s): Tasnin Most Naoshia、Takuma Tsuneyuki、Sharmin Tasnuva、Morshed Shamsul、Ushimaru Takashi
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 550 Pages: 158-165
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2021.02.141
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Sorting nexin Mdm1/SNX14 regulates nucleolar dynamics at the NVJ after TORC1 inactivation (2021)
  • Author(s): Sharmin Tasnuva、Takuma Tsuneyuki、Morshed Shamsul、Ushimaru Takashi
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 552 Pages: 1-8
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2021.03.033
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Cdc14 phosphatase downmodulates ESCRT-0 complex formation on vacuolar membranes and microautophagy after TORC1 inactivation (2021)
  • Author(s): Tasnuva Sharmin, Shamsul Morshed, Most Naoshia Tasnin, Tsuneyuki Takuma, and Takashi Ushimaru
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 561 Pages: 158-164
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2021.05.021
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] TORC1 inactivation promotes APC/C-dependent mitotic slippage in yeast and human cells (2021)
  • Author(s): Chihiro Yamada, Aya Morooka, Seira Miyazaki, Masayoshi Nagai, Satoru Mase, Kenji Iemura, Most Naoshia Tasnin, Tsuneyuki Takuma, Shotaro Nakamura, Shamsul Morshed, Naoki Koike, Md. Golam Mostofa, Muhammad Arifur Rahman, Tasnuva Sharmin, Haruko Katsuta, Kotaro Ohara, Kozo Tanaka, and Takashi Ushimaru
  • Journal Title: iScience Volume: 25 Issue: 2 Pages: 103675-103675
  • DOI: 10.1016/j.isci.2021.103675
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] ESCRT machinery plays a role in microautophagy in yeast (2020)
  • Author(s): Morshed Shamsul、Tasnin Most Naoshia、Ushimaru Takashi
  • Journal Title: BMC Molecular and Cell Biology Volume: 21 Issue: 1 Pages: 70-70
  • DOI: 10.1186/s12860-020-00314-w
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] NVJが制御する核小体局在移動とミクロヌクレオファジー (2021)
  • Author(s): 丑丸 敬史、Most Naoshia Tasnin、Tasnuva Sharmin、Md. Golam Mostofa
  • Organizer: 第73回日本細胞生物学会大会
  • Invited
• [Presentation] 飢餓下の出芽酵母における複数のNVJが核小体リモデリングに及ぼす影響の解析 (2021)
  • Author(s): 宅間恒行、丑丸敬史
  • Organizer: 酵母遺伝学フォーラム第54回研究報告会
• [Presentation] 出芽酵母M期における飢餓誘導性rDNA凝縮の分析 (2021)
  • Author(s): 大原公太郎、武市有莉、丑丸敬史
  • Organizer: 酵母遺伝学フォーラム第54回研究報告会
• [Presentation] 液胞による染色体動態制御とヌクレオファジー誘導 (2020)
  • Author(s): 丑丸 敬史
  • Organizer: 第198回酵母細胞研究会例会
  • Invited
• [Presentation] ミクロヌクレオファジーによる選択的核内物質の分解 (2020)
  • Author(s): 丑丸 敬史, Golam Mostofa, Shamsul Morshed
  • Organizer: 第72回日本細胞生物学会大会
  • Invited
• [Presentation] ヌクレオファジーにおけるnucleus-vacuole junction (NVJ)の機能の解析 (2020)
  • Author(s): 丑丸敬史、Most Naoshia Tasnin
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会
• [Presentation] Hmo1はG1期細胞におけるTORC1不活性化により誘導されるrDNA凝縮を促進する (2020)
  • Author(s): 武市有莉、宅間恒行、西川雄路、丑丸敬史
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会
• [Remarks] 丑丸研究室
  • URL: https://wwp.shizuoka.ac.jp/ushimaru-lab/