Regulatory mechanisms of protein-protein interactions acting as a mitophagy initiation site

• Project Area: Multimode autophagy: Diverse pathways and selectivity
• Project/Area Number: 20H05324
• 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: Osaka University
• Principal Investigator: 岡本 浩二 大阪大学, 大学院生命機能研究科, 准教授 (40455217)
• 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: ミトコンドリア / オートファジー / タンパク質間相互作用 / 生物発光 / スプリットルシフェラーゼ

Outline of Research at the Start

従来、オートファジーは大規模かつ非特異的な分解システムとして認識されてきたが、特定のタンパク質やオルガネラの選択的分解にも重要な役割を果たしていることが理解されつつある。とりわけ、ミトコンドリアを特異的に丸ごと分別・除去する機構は「マイトファジー」と呼ばれ、ミトコンドリアの量や品質を管理するシステムとして脚光を浴びているが、その詳細な仕組みは未だ多くの謎に包まれている。本研究では、出芽酵母をモデルに用い、マイトファジーの初期段階において、ミトコンドリア分解の選択性と活性を規定するタンパク質間相互作用に着目し、その制御機構を分子レベルで解明することを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

ミトコンドリアを特異的に分別・除去する仕組みは「マイトファジー」と呼ばれ、選択的オートファジーの一つとして知られている。マイトファジーは生物種を超えて保存された基本的な仕組みであり、その破綻はミトコンドリアおよび細胞の恒常性を損なう。近年、数多くの研究から、マイトファジーと様々な疾患との関連が明白となる一方、病態を理解するのに不可欠な分子機構や生理機能は未だ多くの謎に包まれている。本研究では、出芽酵母をモデルに用いて、マイトファジーの初期段階において重要な役割を果たす分別標識タンパク質Atg32と、分解基質を隔離するオートファゴソームの形成に必要なオートファジーマシナリーの鍵タンパク質Atg8およびAtg11との相互作用に焦点を絞り、その作用機序を明らかにすることを目的とする。これまでの研究で、非侵襲的な定量アッセイ系NanoBiT (32-11）を確立した。これを用いて、オートファジーに必須なタンパク質キナーゼAtg1欠損細胞において、Atg32-Atg11相互作用およびAtg32のリン酸化が低下することを見出している。当該年度においては、NanoBiT (32-8）を確立し、Atg32-Atg8相互作用の解析を行なった。その結果、Atg32のAtg8結合モチーフ近傍のセリン残基がAtg32-Atg8相互作用に重要であること、Atg32のリン酸化およびマイトファジーに寄与することがわかった。また、Atg1がこれらのセリン残基をリン酸化することも明らかとなった。さらに、Atg1はAtg8およびAtg11と相互作用することが知られているが、これらの相互作用を障害すると、マイトファジーが部分的に低下した。以上の知見から、Atg1がAtg8およびAtg11を介してAtg32をリン酸化し、マイトファジーに寄与していると考えられる。

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

• [Int'l Joint Research] グローニンゲン大学(オランダ)
• [Int'l Joint Research] オーフス大学(デンマーク)
• [Int'l Joint Research] ジョンズホプキンス大学(米国)
• [Int'l Joint Research] グローニンゲン大学(オランダ)
• [Int'l Joint Research] ジョンズホプキンス大学(米国)
• [Journal Article] The GET pathway serves to activate Atg32-mediated mitophagy by ER targeting of the Ppg1-Far complex (2023)
  • Author(s): Onishi Mashun、Kubota Mitsutaka、Duan Lan、Tian Yuan、Okamoto Koji
  • Journal Title: Life Science Alliance Volume: 6 Issue: 4 Pages: e202201640-e202201640
  • DOI: 10.26508/lsa.202201640
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] An overview of the molecular mechanisms of mitophagy in yeast (2022)
  • Author(s): Schuster Ramona、Okamoto Koji
  • Journal Title: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects Volume: 1866 Issue: 11 Pages: 130203-130203
  • DOI: 10.1016/j.bbagen.2022.130203
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The protein N-terminal acetyltransferase A complex contributes to yeast mitophagy via promoting expression and phosphorylation of Atg32 (2021)
  • Author(s): Kubota Mitsutaka、Okamoto Koji
  • Journal Title: The Journal of Biochemistry Volume: 170 Issue: 2 Pages: 175-182
  • DOI: 10.1093/jb/mvab068
  • NAID: 40022722295
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mitochondrial dynamics and degradation in the oleaginous yeast Lipomyces starkeyi (2021)
  • Author(s): Duan Lan、Okamoto Koji
  • Journal Title: Genes to Cells Volume: 26 Issue: 8 Pages: 627-635
  • DOI: 10.1111/gtc.12875
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mitochondrial clearance: mechanisms and roles in cellular fitness (2021)
  • Author(s): Onishi Mashun、Okamoto Koji
  • Journal Title: FEBS Letters Volume: 595 Issue: 8 Pages: 1239-1263
  • DOI: 10.1002/1873-3468.14060
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Regulatory mechanisms of mitophagy in yeast (2021)
  • Author(s): Liu Yang、Okamoto Koji
  • Journal Title: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects Volume: 1865 Issue: 5 Pages: 129858-129858
  • DOI: 10.1016/j.bbagen.2021.129858
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular mechanisms and physiological functions of mitophagy (2021)
  • Author(s): Onishi Mashun、Yamano Koji、Sato Miyuki、Matsuda Noriyuki、Okamoto Koji
  • Journal Title: The EMBO Journal Volume: 40 Issue: 3 Pages: 1-1
  • DOI: 10.15252/embj.2020104705
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Selective autophagy of intracellular organelles: Recent research advances (2021)
  • Author(s): Li Wen、He Pengcheng、Huang Yuge、Li Yi-Fang、Lu Jiahong、Li Min、Kurihara Hiroshi、Luo Zhuo、Meng Tian、Onishi Mashun、Ma Changle、Jiang Lei、Hu Yongquan、Gong Qing、Zhu Dongxing、Xu Yiming、Liu Rong、Liu Lei、Yi Cong、Zhu Yushan、Ma Ningfang、Okamoto Koji、Xie Zhiping、Liu Jinbao、He Rong-Rong、Feng Du
  • Journal Title: Theranostics Volume: 11 Issue: 1 Pages: 222-256
  • DOI: 10.7150/thno.49860
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Atg1キナーゼは出芽酵母の選択的ミトコンドリア分解の起点形成に働く (2022)
  • Author(s): 劉 洋、結城 詩央里、小迫 英尊、岡本 浩二
  • Organizer: 酵母遺伝学フォーラム第55回研究報告会
• [Presentation] ミトコンドリアを無標識で可視化する (2021)
  • Author(s): 岡本 浩二、藤井 奏子、宮崎 淳
  • Organizer: 第20回日本ミトコンドリア学会年会
• [Presentation] 巨大脂肪滴を形成する油脂酵母Lipomyces starkeyiのミトコンドリア分解 (2021)
  • Author(s): Duan Lan、岡本 浩二
  • Organizer: 酵母遺伝学フォーラム第54回研究報告会
• [Presentation] Endoplasmic reticulum-related pathways act in mitochondrial clearance (2021)
  • Author(s): Koji Okamoto
  • Organizer: 第73回日本細胞生物学会大会
  • Invited
• [Remarks] 研究室紹介サイト（研究科ホームページ内）
  • URL: https://www.fbs.osaka-u.ac.jp/ja/research_group/detail/8
• [Remarks] 研究室ホームページ
  • URL: https://www.fbs.osaka-u.ac.jp/labs/okamoto/index.html