リソソームミクロオートファジーによるエンドソーム分解機構
Publicly Offered Research
| Project Area | Multimode autophagy: Diverse pathways and selectivity |
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| Project/Area Number |
22H04631
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Biological Sciences
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
向井 康治朗 東北大学, 生命科学研究科, 助教 (90767633)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥9,490,000 (Direct Cost: ¥7,300,000、Indirect Cost: ¥2,190,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
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| Keywords | ミクロオートファジー / リソソーム |
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| Outline of Research at the Start |
ミクロオートファジーはリソソーム膜が直接細胞質成分を取り込む機構を指す。酵母においてはペルオキシソーム、脂肪滴、核などがミクロオートファジーを介して分解されることが報告されているが、哺乳動物におけるミクロオートファジーの知見は限られている。本研究では、ミクロオートファジー機構においてリソソームが細胞内の膜構造を認識して分解する分子機構、及びその生物学的意義を明らかにすることを目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
ミクロオートファジーはリソソーム膜が直接細胞質成分を取り込む機構を指す。酵母においてはペルオキシソーム、脂肪滴、核などがミクロオートファジーを介して分解されることが報告されているが、哺乳動物におけるミクロオートファジーの知見は限られている。
これまでに、我々は細胞内物質輸送による自然免疫応答分子STINGの活性制御機構を明らかにしてきたが、その解析の中で、STINGがミクロオー トファジーによって分解されることを示唆する予備結果を得た。興味深いことに、この過程はリサイクリングエンドソーム由来の小胞の集まり をリソソームが直接貪食する機構であった。本研究ではSTINGをミクロオートファジーのモデル基質として利用し、遺伝学的スクリーニング、 超解像ライブセルイメージング、プロテオミクス解析を駆使することで、リソソームが細胞内の膜構造を認識して分解する分子機構、及びその 生物学的意義を明らかにすることを目指す。
今年度はGFP-STINGの刺激依存的な分解を指標にしたsiRNAスクリーニングにより、ミクロオートファジーに必要な遺伝子を同定した。 超解像ライブイメージング、及び電子顕微鏡解析を用いて、STINGがリソソームによって包み込まれる瞬間、及び分解される過程の可視化を試みた。その結果、超解像顕微鏡解析によりリソソームとSTINGの動態を生細胞内で可視化し、STING陽性の膜構造がリソソーム に包み込まれる瞬間を捉えた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
今年度はGFP-STINGの刺激依存的な分解を指標にしたsiRNAスクリーニングにより、ミクロオートファジーに必要な遺伝子としてESCRT複合体遺伝子、Tsg101およびVps4を同定した。Tsg101およびVps4を発現抑制した細胞では、刺激後ゴルジ体を通過した後のSTINGがリソソームに取り込まれず、細胞質中に蓄積していることを見出した。さらに、Tsg101の発現抑制およびレスキュー実験から、Tsg101のユビキチン認識ドメインがSTINGのミクロオートファジー分解に必要であることを見出した。また、興味深いことに、STING陽性の膜構造がリソソームに取り込まれる際に、リサイクリングエンドソームタンパク質であるトランスフェリン受容体やRab11の一部がリソソームに取り込まれていることを見出した。この結果から、リソソームによるミクロオートファジーはオルガネラ膜構造を分解する能力を有すると考えられた (Kuchitsu et al., Nat Cell Bilo 2023)。以上の結果は哺乳動物におけるミクロオートファジーに関して新しい知見をもたらすものでることから、当初の計画以上に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在STINGのミクロオートファジー分解の分子機構として、STINGのユビキチン化がミクロオートファジーに必要である可能性を見出している。そこで次年度以降は、ユビキチン化修飾に着目してミクロオートファジーの分子機構を明らかにする。具体的には、STINGのユビキチン鎖の結合様式の同定、およびおE3リガーゼの同定を目指す。E3リガーゼに関しては、ハイスループットスクリーニングを行うためにSTINGの分解量を指標にしたマルチウェルプレートベースのアッセイ系の構築を進めている。
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Report
(1 results)
Research Products
(5 results)
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[Journal Article] STING signalling is terminated through ESCRT-dependent microautophagy of vesicles originating from recycling endosomes.2023
Author(s)
Kuchitsu Y, Mukai K, Uematsu R, Takaada Y, Shinojima A, Shindo R, Shoji T, Hamano S, Ogawa E, Sato R, Miyake K, Kato A, Kawaguchi Y, Nishitani-Isa M, Izawa K, Nishikomori R, Yasumi T, Suzuki T, Dohmae N, Uemura T, Barber GN, Arai H, Waguri S, Taguchi T.
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Journal Title
Nature Cell Biology
Volume: 25
Issue: 3
Pages: 453-466
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] Lysosomal vesiculophagy terminates STING signalling2022
Author(s)
Yoshihiko Kuchitsu, Kojiro Mukai, Yuki Takaada, Ayumi Shinojima, Shiori Hamano, Rei Uematsu, Emari Ogawa, Takehiro Suzuki, Naoshi Dohmae, Takefumi Uemura, Hiroyuki Arai, Satoshi Waguri, Tomohiko Taguchi
Organizer
The 10th International Symposium on Autophagy (ISA2022)
Related Report
Int'l Joint Research
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