2020 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Multimode autophagy: Diverse pathways and selectivity |
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| Project/Area Number |
19H05712
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
神吉 智丈 新潟大学, 医歯学系, 教授 (50398088)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松田 憲之 公益財団法人東京都医学総合研究所, 生体分子先端研究分野, プロジェクトリーダー (10332272)
佐藤 美由紀 群馬大学, 生体調節研究所, 教授 (70321768)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2024-03-31
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| Keywords | オートファジー / マイトファジー / ミトコンドリア / ユビキチン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
マクロオートファジーによる選択的ミトコンドリア分解はマイトファジーと呼ばれ、ミトコンドリア恒常性維持に関わる極めて重要な現象である。マイトファジーの分子機構は生物種ごとに特異性があるため、その分子機構や生理的意義には不明な点が多い。本研究では、複数の生物種（酵母、線虫、哺乳類）をモデル生物とし多面的な解析を行い、マイトファジーの統合的な理解を目指した。
出芽酵母では、マイトファジー誘導時にマイトファジーレセプターAtg32がリン酸化されることが重要であるが、このリン酸化は、Atg32とFar複合体の結合と解離によって制御されていることを明らかにした。また、分裂酵母における新たなマイトファジーレセプターAtg43を発見した。Atg43はAtg8 interacting motif (AIM)を持ち、AIMを介して隔離膜上のAtg8とミトコンドリアをつなぎとめる役割があることを解明した。哺乳類では、ユビキチン依存的マイトファジーにおいて、ミトコンドリア上のユビキチンがどのようにしてオートファジーシグナルに変換されるのかについては、未解明な点が多く残されていたが、ユビキチンと結合するアダプタータンパク質OPTN（Optineurin）とオートファジー関連因子ATG9の特異的な相互作用が、ユビキチン依存的なマイトファジーの進行に重要であることを見出した。さらに、オートファジーシステムへの関与が知られていなかった新規因子BCAS3 - C16orf70複合体が、リン脂質の結合を介して隔離膜形成部位に集積することを発見した。マウス個体におけるマイトファジー研究では、申請者らが新たに開発したマイトファジー観察用マウスを用いて、骨格筋廃用萎縮時のマイトファジーの状態を観察したところ、骨格筋委縮時にはROSの産生とともに、マイトファジー活性が増加していることを見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまでの研究では、酵母、哺乳類培養細胞、マウスの研究で十分な成果が出ており、研究は予想通りに進展していると考えられる。線虫を用いた研究では、マイトファジーを観察するための蛍光タンパク質を発現したマイトファジー観察用線虫の樹立に成功しており、この線虫を用いてマイトファジー誘導条件の決定など、研究を推進するための準備が整ってきた。こうしたことから、研究は「おおむね順調に進展している」と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
●これまでの研究を継続し、酵母、哺乳類（培養細胞とマウス）、線虫をモデル生物種としてマイトファジーの分子機構と生理学的意義の統合的理解を目指す。
●これまでの研究で、骨格筋でマイトファジーを観察するための蛍光タンパク質が発現した線虫の樹立を行い、また、マイトファジー誘導方法を確立した。今後は、出芽酵母や哺乳類においてレセプター依存的およびユビキチン依存的マイトファジーに関連するとの報告がある因子の線虫ホモログについて、その破壊株やsiRNAを用いることにより、それらの因子が線虫においてもマイトファジー因子として機能しているかどうかを確認する。
●Parkinノックアウトマウスなどをマイトファジー観察用マウスと交配することでマイトファジーを可視化、各臓器におけるマイトファジーを定量する。さらに、胎生期や生後の発育過程でのマイトファジーも定量し、マイトファジーがどの臓器でどの時期にどの程度貢献しているかを明らかにする。
●マイトファジー不能出芽酵母、マイトファジー不能培養細胞、マイトファジー不能マウス（Parkinノックアウトマウス）などをメタボローム、リピドーム解析（小松班との共同研究）とプロテオーム解析（中戸川班との共同研究）ことにより、マイトファジー不能で生じるミトコンドリアタンパク質組成の偏り、マイトファジー不能の結果として生じる細胞代謝への影響、などを解析することでマイトファジーの生理的意義を解明する。
●出芽酵母ではマイトファジーレセプター因子Atg32のリン酸化がマイトファジー誘導に必須であるが、神吉らは前年度に、Far複合体とAtg32の結合状態がマイトファジー制御に重要であることを発見し報告した。令和3年度は、Far複合体のどの構成成分がAtg32と直接結合しているのかを中心に解析を進める。
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