膜輸送を介したオートファジー誘導のシグナル制御機構の統合的解析

• Project Area: Multidisciplinary research on autophagy: from molecular mechanisms to disease states
• Project/Area Number: 26111501
• 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: Tohoku University
• Principal Investigator: 福田 光則 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (50311361)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥10,140,000 (Direct Cost: ¥7,800,000、Indirect Cost: ¥2,340,000); Fiscal Year 2015: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2014: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
• Keywords: 低分子量G蛋白質Rab / Rab不活性化因子 / 膜輸送 / OATL1 / オートファジー / オリゴマー / Rabエフェクター / 蛋白質分解 / アミノ酸トランスポーター / mTORC1 / Rab活性化因子

Outline of Annual Research Achievements

低分子量G蛋白質Rabは真核生物に普遍的に保存された膜輸送の制御因子で、高等哺乳動物では60種類以上の異なるRab分子が存在し、様々なタイプの膜輸送を制御している。ダイナミックな膜動態を伴うオートファジーも例外ではなく、近年複数のRab分子やそれらの制御因子のオートファジーへの関与が報告されているが、Rabによるオートファジー制御の仕組みは未だ不明な点が多い。当研究室ではこれまで、独自に開発したRabの網羅的解析ツール『Rab panel』を駆使して、オートファジーのダイナミックな膜動態の制御機構の解明に取り組んで来た。その過程で、Rab33Bの不活性化因子・OATL1がLC3との結合を介してオートファゴソーム上にリクルートし、その成熟過程に関与することを明らかにしている。しかし、OATL1のターゲットとなるLC3はオートファゴソームの内膜と外膜の両方に分布しているにも拘わらず、OATL1はp62とは異なりオートファジーによる分解を受けていなかった。そこで本年度は、オートファゴソームに局在するOATL1がどのような仕組みでオートファジーによる分解を回避しているのかを明らかにするため、OATL1（N末端側からPB1様ドメイン、LIR (LC3 interacting region)、TBCドメイン）とp62（N末端側からPB1ドメイン、LIR、UBAドメインなど）の詳細な比較解析を行った。その結果、OATL1のPB1様ドメインはp62のPB1ドメインとは異なり、オリゴマー化能を欠損していることを見出した。また、強制的なオリゴマー化ツールを用いた解析から、オリゴマー化したOATL1変異体はオートファゴソーム開始点に集積し分解を受けるが、オリゴマー化能の無いOATL1はオートファゴソームの外膜に特異的に局在することが明らかになった（Autophagy, 2016）。本研究により、LC3結合分子のオートファゴソーム局在（両側の膜 vs 外膜のみ）がオリゴマー化能の有無で規定されている可能性が強く示唆された。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Michigan(米国)
• [Journal Article] Differing susceptibility to autophagic degradation activity of two LC3-binding proteins: SQSTM1/p62 and TBC1D25/OATL1. (2016)
  • Author(s): Hirano, S., Uemura, T., Annoh, H., Fujita, N., Waguri, S., Itoh, T. and Fukuda, M.
  • Journal Title: Autophagy Volume: 12 Issue: 2 Pages: 312-326
  • DOI: 10.1080/15548627.2015.1124223
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Guidelines for the use and interpretation of assays for monitoring autophagy (3rd edition) (2016)
  • Author(s): Klionsky DJ., Abdelmohsen K., Abe A., Abedin MJ.,Inomata M., et al.
  • Journal Title: Autophagy Volume: 12(1) Issue: 1 Pages: 1-222
  • DOI: 10.1080/15548627.2015.1100356
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] “分野別・必読論文選考対談、次世代に語り継ぐ論文はどれか？” (2016)
  • Author(s): 水島昇、福田光則
  • Journal Title: 細胞工学 Volume: 35 Pages: 194-198
• [Journal Article] Slp2-a inactivates ezrin by recruiting protein phosphatase 1 to the plasma membrane. (2015)
  • Author(s): Yasuda, T., Homma, Y. and Fukuda, M.
  • Journal Title: Biochem. Biophys. Res. Commun. Volume: 460 Issue: 4 Pages: 896-902
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2015.03.099
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Small GTPase Rab2B and its specific binding protein Golgi-associated Rab2B interactor-like 4 (GARI-L4) regulate Golgi morphology. (2015)
  • Author(s): Aizawa, M. and Fukuda, M.
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 290 Issue: 36 Pages: 22250-22261
  • DOI: 10.1074/jbc.m115.669242
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Functional analysis of Rab27A and its effector Slp2-a in renal epithelial cells. (2015)
  • Author(s): Yasuda, T., Mrozowska, P. S. and Fukuda, M.
  • Journal Title: Methods Mol. Biol. Volume: 1298 Pages: 127-139
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-2569-8_11
  • ISBN: 9781493925681, 9781493925698
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rabin8 suppresses autophagosome formation independently of its guanine nucleotide-exchange activity toward Rab8. (2015)
  • Author(s): Amagai, Y., Itoh, T., Fukuda, M. and Mizuno, K.
  • Journal Title: J. Biochem. Volume: 印刷中 Issue: 2 Pages: 139-153
  • DOI: 10.1093/jb/mvv032
  • NAID: 40020554105
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Atg16L1 protein regulates hormone secretion independent of autophagy. (2015)
  • Author(s): Ishibashi, K. and Fukuda, M.
  • Journal Title: Autophagy: Cancer, other pathologies, inflammation, immunity, infection, and aging Volume: 7 Pages: 103-112
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] リサイクリングエンドソームとリソソームを結ぶ新規膜輸送経路 (2015)
  • Author(s): 松井貴英、福田光則
  • Journal Title: 細胞工学 Volume: 34 Pages: 132-137
• [Journal Article] Dennd3 functions as a guanine nucleotide exchange factor for small GTPase Rab12 in mouse embryonic fibroblasts. (2014)
  • Author(s): Matsui, T., Noguchi, K. and Fukuda, M.
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 289 Issue: 20 Pages: 13986-13995
  • DOI: 10.1074/jbc.m113.546689
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 細胞内小胞輸送が制御する多彩な生命現象～メラニン輸送、オートファジー、ヒスタミン分泌まで～ (2016)
  • Author(s): 福田光則
  • Organizer: 第40回皮膚科免疫セミナー
  • Place of Presentation: 経団連会館（東京都、千代田区）
  • Year and Date: 2016-03-05
  • Invited
• [Presentation] Alfyによるメンブレントラフィック制御 (2015)
  • Author(s): 蔭山俊、和栗聡、鐘ヶ江裕美、曽友深、一村義信、斎藤泉、福田光則、小松雅明
  • Organizer: 第38回日本分子生物学会年会・第88回日本生化学会大会合同大会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド（兵庫県、神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-02
• [Presentation] 低分子量G蛋白質Rabが制御する多彩な生命現象～メラニン輸送、神経回路網形成、オートファジーから感染症まで～ (2014)
  • Author(s): 福田光則
  • Organizer: 国立感染症研究所・学友会・文化祭シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2014-11-28
• [Presentation] Dennd3はマウス胚性線維芽細胞においてRab12のグアニンヌクレオチド交換因子として機能する (2014)
  • Author(s): 野口憲太、松井貴英、福田光則
  • Organizer: 第66回日本細胞生物学会大会
  • Place of Presentation: 奈良
  • Year and Date: 2014-06-13
• [Remarks] 東北大学大学院生命科学研究科膜輸送機構解析分野
  • URL: http://www.lifesci.tohoku.ac.jp/teacher/t_fukuda/