2015 Fiscal Year Annual Research Report
オートファジーの生理・病態生理学的意義とその分子基盤
| Project Area | Multidisciplinary research on autophagy: from molecular mechanisms to disease states |
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25111005
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
水島 昇 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 教授 (10353434)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
塚本 智史 国立研究開発法人放射線医学総合研究所, 放射線医学総合研究所 技術安全部, 主任研究員(定常) (80510693)
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| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Keywords | オートファジー / 細胞内分解 / リソソーム / 神経変性疾患 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、モデル動物を用いたオートファジーの生理学的解析と、その基盤となる分子機構の解析を行っている。平成27年度は、生理機能の解析としては、ATG13の遺伝子欠損マウスの解析を行った。ATG13はULK、FIP200、ATG101とともに複合体を形成して、オートファゴソーム形成の始動を制御する因子である。Atg13ノックアウトマウスは胎生致死となり、心筋の発達異常がその原因と考えられた。ATG13と共同して機能するFIP200のノックアウトマウスも胎児期に死亡するが、他の多くのATG遺伝子ノックアウトマウスは出生直後に死亡するため、Atg13-FIP200がもつ非オートファジー機能が心臓発生に寄与している可能性が考えられた。また中国Hong Zhang博士と共同でヒトSENDA病のモデルとしてWIPI4/WDR45ノックアウトマウスを作製・解析し、これらがオートファジー基質の蓄積とともに学習障害、運動障害を呈することを明らかとした。また、受精によって誘導される脂肪滴の選択的分解とオートファジーとの関連について解析した。
一方、分子機構の解析はオートファジー始動複合体を中心に行った。計画研究の野田展生グループと共同で、複合体サブユニットのATG101-ATG13複合体の立体構造をX線結晶構造解析法により決定した。その結果、Atg101はAtg13のN末端領域と同様にHORMAドメイン構造を持ちAtg13とHORMA-HORMA複合体を形成すること、その反対面に特徴的なWFフィンガーをもち下流のATG因子の集積に重要であることを明らかにした。さらに、ULK1とATG13の結合の意義を解析した。
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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
予定されていたオートファジー関連モデル動物の作出と解析、オートファジー始動因子を中心とした分子機構の解析は順調に進んだ。ATG13ノックアウトマウス、WIPI4ノックアウトマウス、ATG101-ATG13複合体の構造解析などは論文発表に至った。その他のATGノックアウトマウスに関する研究についても、ATG101、VMP1ノックアウトマウス作出などが順調に進んでいる。STX17についてはES細胞からの作出に難航したが、方法を変更することで、約9ヶ月遅れて当初の予定のステップを完了することができている。合計して、原著論文6編、英文総説4編、和文総説1編を発表した。大学院生・学部学生などの若手の参画も多く、研究者育成も順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
後半期は、さらに発展的な内容の研究を推進する。メカニズムの研究としては、オートファゴソーム形成部位の解析、オートファゴソーム形成因子の機能解析、オートファゴソームおよび前駆体の精製と解析、オートファゴソームとリソソームの融合機構の解析、新しいタイプのオートファジーとしての水晶体細胞での小器官分解の解析等を行う。また、重要なプロジェクトとして、オートファジー定量系の構築と新規制御因子探索を行う予定である。一方、個体レベルでの生理・病態生理的意義の研究として、初期因子VMP1、FIP200、ATG101ノックアウトマウスの解析、脳を除く全身性ATG5KOマウス、各種ATGノックアウトゼブラフィッシュを樹立・解析を行う。疾患との関係としては、ヒト神経変性疾患SENDA原因因子WIPI4を欠損したゼブラフィッシュおよびマウスの解析をさらに進める。研究体制には大きな変化はない。
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[Journal Article] Elevated p62/SQSTM1 determines the fate of autophagy-deficient neural stem cells by increasing superoxide.2016
Author(s)
Wang, C., Chen, S., Yeo, S., Karsli-Uzunbas, G., White, E., Mizushima, N., Virgin, H.W., Guan, J.L.
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Journal Title
J. Cell Biol.
Volume: 212
Pages: 545-560
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Survival of Effector CD8+ T Cells during Influenza Infection Is Dependent on Autophagy.2015
Author(s)
Schlie, K., Westerback, A., DeVorkin, L., Hughson, L.R., Brandon, J.M., MacPherson, S., Gadawski, I., Townsend, K.N., Poon, V.I., Elrick, M.A., Cote, H.C., Abraham, N., Wherry, E.J., Mizushima, N., Lum, J.J.
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Journal Title
J Immunol.
Volume: 194
Pages: 4277-4286
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] The autophagy gene Wdr45/Wipi4 regulates learning and memory function and axonal homeostasis.2015
Author(s)
Zhao, Y.G., Sun, L., Miao, G., Ji, C., Zhao, H., Sun, H., Miao, L., Yoshii, S.R., Mizushima, N., Wang, X., Zhang, H.
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Journal Title
Autophagy
Volume: 11
Pages: 881-890
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Expression of a ULK1/2 binding-deficient ATG13 variant can partially restore autophagic activity in ATG13-deficient cells.2015
Author(s)
Hieke, N., Loefler, A.S., Kaizuka, T., Berleth, N., Boehler, P., Driessen, S., Stuhldreier, F., Friesen, O., Assani, K., Schmitz, K., Peter, C., Diedrich, B., Dengjel, J., Holland, P., Simonsen, A., Wesselborg, S., Mizushima, N., *Stork, B.
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Journal Title
Autophagy
Volume: 11
Pages: 1471-1483
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] Systemic analysis of adult Atg5-deficient mice2016
Author(s)
Saori Yoshii, Akiko Kuma, Takumi, Akashi, Taichi Hara, Atsushi Yamamoto, Yoshitaka Kurikawa, Eisuke Itakura, Satoshi Tsukamoto, Hiroshi Shitara, Yoshinobu Eishi, Noboru Mizushima
Organizer
Young Investigator Conference on Autophagy (A3)
Place of Presentation
新潟大学（新潟県・新潟市）
Year and Date
2016-02-18
Int'l Joint Research
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[Presentation] Life of the autophagosome2015
Author(s)
Kotaro Tsuboyama, Ikuko Koyama-Honda, Noboru Mizushima
Organizer
JSPS A3 conference 2015
Place of Presentation
Seoul (Korea)
Year and Date
2015-10-29
Int'l Joint Research / Invited
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