オートファジー選択的基質による細胞制御とその病態生理

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Multidisciplinary research on autophagy: from molecular mechanisms to disease states
• Project/Area Number: 25111006
• Research Institution: Niigata University
• Principal Investigator: 小松 雅明 新潟大学, 医歯学系, 教授 (90356254)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 和栗 聡 福島県立医科大学, 医学部, 教授 (30244908)
• Project Period (FY): 2013-06-28 – 2018-03-31
• Keywords: タンパク質分解 / オートファジー / リソソーム / 代謝 / 膜輸送

Outline of Annual Research Achievements

1.網羅的な遺伝子発現およびメタボローム解析から、オートファジーを阻害したマウス肝細胞ではリン酸化p62に依存したKeap1-Nrf2経路の活性化が糖、アミノ酸の代謝経路の変換、すなわちグルクロン酸経路、ペントースリン酸経路およびグルタチオン合成の亢進を引き起こすことを明らかにした。また、リン酸化p62はHCV陽性および非アルコール性肝細胞がん患者組織の腫瘍部で蓄積・凝集化すること、ヒト肝細胞がん細胞株におけるリン酸化p62によるNrf2の恒常的活性化が、増殖亢進および抗がん剤耐性増強を促すことを見出した。
2.GFP-p62ノックインマウスを作成し、p62を過剰発現することなく内因性レベルのp62を可視化できる系を確立した。
3.Alfy欠損マウス細胞の解析から、リサイクリングエンドソームの輸送異常を見出している。その分子機構を明らかにするため、質量分析を用いた相互作用タンパク質の検索を行い、膜輸送に関与するタンパク質を同定した。
4.リソソームのアミノ酸トランスポーターと想定されているSpin1の肝細胞特異的欠損マウスを作成、解析した結果、mTORC1の活性減弱、オートファゴソームやオートリソソームの異常蓄積を伴った肝障害が確認された。トランスポートするアミノ酸を特定するためin vitro再構成実験の準備を進めた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

病態生理に関しては、オートファジー不能マウスや多重ノックアウトマウスの網羅的な遺伝子発現解析およびメタボローム解析を行い、それらのデータをバイオインフォマティクスにより統合し、選択的オートファジーによる代謝制御機構を明らかにしつつあるなど、順調に進んでいる。一方、個々の選択的オートファジー関連分子のノックアウト細胞ないしはマウスの解析から興味深い結果を得ているものの、その分子メカニズムの解明に至っていない。

Strategy for Future Research Activity

オートファジー関連分子の役割を生化学、分子細胞生物学的手法を駆使して明らかにする。遺伝子改変マウスの表現型解析を続ける。選択的オートファジーとヒト病態、特にがんとの関わりを明らかにする。

Research Products

• [Journal Article] Proteotoxic stress induces phosphorylation of p62/SQSTM1 by ULK1 to regulate selective autophagic clearance of protein aggregates. (2015)
  • Author(s): Lim, J., Lachenmayer, ML., Wu, S., Liu, W., Kundu, M., Wang, R., Komatsu, M., Oh, YJ., Zhao, Y., *Yue, Z.
  • Journal Title: PLoS Genet. Volume: 11 Pages: e1004987
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1004987. eCollection 2015.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The unexpected role of polyubiquitin chains in the formation of fibrillar aggregates. (2015)
  • Author(s): Morimoto, D., Walinda, E., Fukada, H., Sou, YS., Kageyama, S., Hoshino, M., Fujii, T., Tsuchiya, H., Saeki, Y., Arita, K., Ariyoshi, M., Tochio, H., Iwai, K., Namba, K., Komatsu, M., Tanaka, K., *Shirakawa, M.
  • Journal Title: Nat. Commun. Volume: 6 Pages: 6116
  • DOI: 10.1038/ncomms7116.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Induction of Covalently Crosslinked p62 Oligomers with Reduced Binding to Polyubiquitinated Proteins by the Autophagy Inhibitor Verteporfin. (2014)
  • Author(s): Donohue, E., Balgi, AD., Komatsu, M., *Roberge, M.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 10 Pages: 9-12
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0114964.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A teadmill exercise reactivates the signaling of the mammalian target of rapamycin (mTor) in the skeletal muscles of starved mice. (2014)
  • Author(s): Zheng, DM., Bian, Z., Furuya, N., Oliva, Trejo, JA., Takeda-Ezaki, M., Takahashi, K., Hiraoka ,Y., Mineki, R., Taka, H., Ikeda, S., Komatsu, M., Fujimura, T., Ueno, T., *Ezaki, J.
  • Journal Title: Biochem. Biophys. Res. Commun. Volume: 456 Pages: 519-526
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2014.11.118.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The significant role of autophagy in the granular layer in normal skin differentiation and hair growth. (2014)
  • Author(s): Yoshihara, N., Ueno, T., Takagi, A., Trejo, JA., Haruna, K., Suga, Y., Komatsu, M., Tanaka, K., *Ikeda, S.
  • Journal Title: Arch. Dermatol. Res. Volume: 307 Pages: 159-169
  • DOI: 10.1007/s00403-014-1508-0.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Systemic autophagy insufficiency compromises adaptation to metabolic stress and facilitates progression from obesity to diabetes. (2014)
  • Author(s): Lim, YM., Lim, H., Hur, KY., Quan, W., Lee, HY., Cheon, H., Ryu, D., Koo, SH., Kim, HL., Kim, J., Komatsu, M., *Lee, MS.
  • Journal Title: Nat. Commun. Volume: 5 Pages: 4934
  • DOI: 10.1038/ncomms5934.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Modification of ASC1 by UFM1 is crucial for ERα transactivation and breast cancer development. (2014)
  • Author(s): Yoo, HM., Kang, SH., Kim, JY., Lee, JE., Seong, MW., Lee, SW., Ka, SH., Sou,YS., Komatsu, M., Tanaka, K., Lee, ST., Noh, DY., Baek, SH., Jeon, YJ., *Chung, CH.
  • Journal Title: Mol. Cell Volume: 56 Pages: 261-274
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2014.08.007.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Proteasome dysfunction activates autophagy and the Keap1-Nrf2 pathway. (2014)
  • Author(s): Kageyama, S., Sou, YS., Uemura, T., Kametaka, S., Saito, T., Ishimura, R., Kouno, T., Bedford, L., Mayer, RJ., Lee, MS., Yamamoto, M., Waguri, S., Tanaka, K., *Komatsu, M.
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 289 Pages: 24944-24955
  • DOI: 10.1074/jbc.M114.580357.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Amyloidogenic peptide oligomer accumulation in autophagy-deficient β cells induces diabetes. (2014)
  • Author(s): Kim, J., Cheon, H., Jeong, YT., Quan ,W., Kim, KH., Cho, JM., Lim, YM., Oh, SH., Jin, SM., Kim, JH., Lee, MK., Kim, S., Komatsu, M., Kang, SW., *Lee, MS.
  • Journal Title: J. Clin. Invest. Volume: 124 Pages: 3311-3324
  • DOI: 10.1172/JCI69625.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ubiquitylation of autophagy receptor Optineurin by HACE1 activates selective autophagy for tumor suppression. (2014)
  • Author(s): Liu, Z., Chen, P., Gao, H., Gu, Y., Yang, J., Peng, H., Xu, X., Wang, H., Yang, M., Liu, X., Fan, L., Chen, S., Zhou, J., Sun, Y., Ruan, K., Cheng, S., Komatsu, M., White, E., Li, L., Ji, H., Finley, D., *Hu, R.
  • Journal Title: Cancer Cell Volume: 26 Pages: 106-120
  • DOI: 10.1016/j.ccr.2014.05.015.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Transient increase in proteinuria, poly-ubiquitylated proteins and ER stress markers in podocyte-specific autophagy-deficient mice following unilateral nephrectomy. (2014)
  • Author(s): Oliva Trejo, JA., Asanuma, K., Kim, EH., Takagi-Akiba, M., Nonaka, K., Hidaka, T., Komatsu, M., Tada, N., Ueno, T., *Tomino, Y.
  • Journal Title: Biochem. Biophys. Res. Commun. Volume: 446 Pages: 1190-1196
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2014.03.088.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural determinants in GABARAP required for the selective binding and recruitment of ALFY to LC3B-positive structures. (2014)
  • Author(s): Lystad, AH., Ichimura, Y., Takagi, K., Yang, Y., Pankiv, S., Kanegae, Y., Kageyama, S., Suzuki, M., Saito, I., Mizushima,T., *Komatsu, M., *Simonsen, A.
  • Journal Title: EMBO Rep. Volume: 15 Pages: 557-565
  • DOI: 10.1002/embr.201338003.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A cluster of thin tubular structures mediates transformation of the endoplasmic reticulum to autophagic isolation membrane. (2014)
  • Author(s): Uemura, T., Yamamoto, M., Kametaka, A., Sou, YS., Yabashi, A., Yamada, A., Annoh, H., Kametaka, S., Komatsu, M., *Waguri, S.
  • Journal Title: Mol. Cell Biol. Volume: 34 Pages: 1695-1706
  • DOI: 10.1128/MCB.01327-13.
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Metabolic reprogramming in human hepatocellular carcinoma by p62/SQSTM1 (2015)
  • Author(s): Masaaki Komatsu
  • Organizer: The 7th International Symposium on Autophagy 2015
  • Place of Presentation: Smoky Willow, Huangshan, China
  • Year and Date: 2015-03-19 – 2015-03-23
  • Invited
• [Presentation] オートファジーによる生体防御 (2014)
  • Author(s): 小松雅明
  • Organizer: 第33回日本認知症学会学術集会（シンポジウム）
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2014-11-29 – 2014-12-01
  • Invited
• [Presentation] オートファジーの異常と代謝変動 (2014)
  • Author(s): 小松雅明
  • Organizer: 第37回日本分子生物学会年（ワークショップ）
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [Presentation] オートファジーの異常と代謝変動 (2014)
  • Author(s): 小松雅明
  • Organizer: 第87回日本生化学会大会 （シンポジウム）
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館
  • Year and Date: 2014-10-15 – 2014-10-18
  • Invited
• [Presentation] Persistent activation of Nrf2 through autophagy-specific substrate p62 in HCC (2014)
  • Author(s): Masaaki Komatsu
  • Organizer: 第73回日本癌学会学術総会（シンポジウム）
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2014-09-25 – 2014-09-27
  • Invited
• [Presentation] オートファジーが司る転写因子群による代謝制御機構 (2014)
  • Author(s): 小松雅明
  • Organizer: 第19回日本病態プロテアーゼ学会学術集会（ワークショップ）
  • Place of Presentation: 千里ライフサイエンスセンター
  • Year and Date: 2014-08-08 – 2014-08-09
  • Invited
• [Presentation] Coupling of the Keap1-Nrf2 System to Autophagy (2014)
  • Author(s): Masaaki Komatsu
  • Organizer: Cold Spring Harbor Asia Conferences Protein Modification & Homeostasis (Symposium)
  • Place of Presentation: Suzhou Dushu Lake Conference Center, Suzhou, China
  • Year and Date: 2014-06-16 – 2014-06-20
  • Invited
• [Presentation] p62のリン酸化によるオートファジーとKeap1-Nrf2システムの連動機構 (2014)
  • Author(s): 小松雅明
  • Organizer: 第66回日本細胞生物学会大会
  • Place of Presentation: 奈良県新公会堂
  • Year and Date: 2014-06-11 – 2014-06-13
• [Presentation] オートファジーとKeap1－Nrf2システムの連動機構 (2014)
  • Author(s): 小松雅明
  • Organizer: 第14回日本抗加齢医学会総会（シンポジウム）
  • Place of Presentation: 大阪国際会議場
  • Year and Date: 2014-06-06 – 2014-06-08
  • Invited
• [Presentation] Coupling of the Keap1-Nrf2 System to Autophagy (2014)
  • Author(s): Masaaki Komatsu
  • Organizer: 2014 Korean Society for Biochemistry and Molecular Biology (Symposium)
  • Place of Presentation: Coex, Seoul, Korea
  • Year and Date: 2014-05-14 – 2014-05-16
  • Invited
• [Remarks] 新潟大学大学院医歯学総合研究科 分子遺伝学講座
  • URL: http://www.med.niigata-u.ac.jp/bc1/welcome.html