Structural basis of Atg proteins responsible for autophagy

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Multidisciplinary research on autophagy: from molecular mechanisms to disease states
• Project/Area Number: 25111004
• Research Institution: Microbial Chemistry Research Foundation
• Principal Investigator: 野田 展生 公益財団法人微生物化学研究会, 微生物化学研究所, 部長 (40396297)
• Project Period (FY): 2013-06-28 – 2018-03-31
• Keywords: オートファジー / 結晶構造 / 選択的オートファジー

Outline of Annual Research Achievements

オートファジーは細胞内の主要な分解系であり，Atgタンパク質群が互いに協力して働くことで引き起こされるが，そのメカニズムは不明な点が多い．本研究ではAtgタンパク質群の立体構造を明らかにすることで，オートファジーの未解決課題解明に向けた構造基盤を作ることを目的としている．本年度はオートファジーを制御する主要因子であるAtg8について，その特異的E1酵素Atg7との新規結合様式をX線結晶構造解析により決定した．立体構造に基づいた変異体解析の結果と合わせて，Atg8がAtg7に多段階で相互作用することでAtg7の活性部位周辺の構造変化を惹起し，Atg7の活性部位へと結合することで活性化反応を受ける一連のメカニズムを明らかにした．さらにAtg8と結合する新規タンパク質を同定し，Atg8との複合体の結晶構造を決定することで，従来のAtg8結合モチーフで見られる分子間ベータシート相互作用とは異なり，ヘリックス様構造を用いてAtg8と結合することを明らかにし，この種のAtg8結合モジュールを“ヘリカルAtg8結合モチーフ”と命名した．
非選択的オートファジーではAtg1複合体が足場タンパク質複合体として機能するが，選択的オートファジーではAtg11が足場タンパク質として機能することが知られている．Atg11について生物物理学的な解析を行い，Atg11が長く伸びた平行のコイルドコイル二量体を形成することを明らかにした．マイトファジーの受容体であるAtg32とAtg11との相互作用解析を行い，それぞれのタンパク質の結合領域を同定した．

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] NIBS(China)
  • Country Name: China
  • Counterpart Institution: NIBS
• [Int'l Joint Research] NINDS(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: NINDS
• [Journal Article] Atg7 activates an autophagy-essential ubiquitin-like protein Atg8 through multi-step recognition. (2018)
  • Author(s): Yamaguchi, M., Satoo, K., Suzuki, H., Fujioka, Y., Ohsumi, Y., Inagaki, F. and *Noda, N. N.
  • Journal Title: The Journal of Molecular Biology Volume: 430 Pages: 249-257
  • DOI: 10.1016/j.jmb.2017.12.002
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Endosomal Rab cycles regulate Parkin-mediated mitophagy. (2018)
  • Author(s): *Yamano, K., Wang, C., Sarraf, S. A., Munch, C., Kikuchi, R., Noda, N. N., Hizukuri, Y., Kanemaki, M. T., Harper, W., Tanaka, K., *Matsuda, N., *Youle, R. J.
  • Journal Title: eLife Volume: 7 Pages: e31326
  • DOI: 10.7554/eLife.31326
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] オートファジーを制御するタンパク質群の構造と機能 (2018)
  • Author(s): 野田 展生
  • Journal Title: バイオサイエンスとインダストリー Volume: 76 Pages: 12-19
• [Journal Article] Autophagy-regulating protease Atg4: structure, function, regulation and inhibition. (2017)
  • Author(s): Maruyama, T. and *Noda, N. N.
  • Journal Title: The Journal of Antibiotics Volume: 71 Pages: 72-78
  • DOI: 10.1038/ja.2017.104
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Biophysical characterization of Atg11, a scaffold protein essential for selective autophagy in yeast (2017)
  • Author(s): Suzuki, H. and *Noda, N. N.
  • Journal Title: FEBS Open Bio Volume: 8 Pages: 110-116
  • DOI: 10.1002/2211-5463.12355
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] オートファジーの始動機構を観る (2017)
  • Author(s): 野田 展生
  • Journal Title: 医学のあゆみ Volume: 262 Pages: 373-378
• [Presentation] オートファジー初期過程の試験管内再構成 (2018)
  • Author(s): 野田 展生
  • Organizer: 大阪大学蛋白質研究所セミナー
  • Invited
• [Presentation] 構造生物学から迫るオートファジーの分子機構 (2017)
  • Author(s): 野田 展生
  • Organizer: 平成29年度第１回構造生物学研究会
  • Invited
• [Presentation] 天然変性タンパク質Atg13 によるオートファジー始動の制御機構 (2017)
  • Author(s): 野田 展生
  • Organizer: 第17 回日本蛋白質科学会年会
  • Invited
• [Presentation] Identification of helical AIMs as a novel type of Atg8-interacting motif. (2017)
  • Author(s): Nobuo N. Noda
  • Organizer: The 8th International Symposium on Autophagy
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Remarks] 微生物化学研究所構造生物学研究部
  • URL: http://www.bikaken.or.jp/laboratories/structuralbiology/summary.html