2000 Fiscal Year Annual Research Report
ユビキチン様タンパク質結合系の解析と生理的役割の解明
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12308037
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| Research Institution | Okazaki National Research Institutes |
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Principal Investigator |
大隅 良典 岡崎国立共同研究機構, 基礎生物学研究所, 教授 (30114416)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
神田 大輔 岡崎国立共同研究機構, 生物分子工学研究所, 主任研究員 (80186618)
鎌田 芳彰 岡崎国立共同研究機構, 基礎生物学研究所, 助手 (20291891)
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| Keywords | オートファジー / オートファゴソーム / APG4 / APG8 / APG7 / APG3 / タンパク質の脂質修飾 / ユビキチン様タンパク質 |
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| Research Abstract |
自食作用は、真核細胞に普遍的な生理現象であり、その解明は細胞を理解する上で必須である。自食作用の機構をめぐる最大の課題の1つは、オートファゴソーム(AP)と呼ばれる二重膜構造体がいかに形成され液胞に細胞質成分を送り込むかと言う点にある。自食作用に必須なタンパク質Apg8pの解析を開始し、Apg8pが飢餓条件下にその発現が誘導され、細胞内局在を大きく変動させること、さらにこの蛋白質がAPに係わる膜構造体に局在することを発見した。APの形成に関する既存の膜による囲い込みとする従来の説を覆す新しいモデルを提唱した。Apg8pのさらなる解析を進め、Apg8pは翻訳後C-末端の1アミノ酸Argが切断を受ける。このプロセシングはオートファジーに必須である。さらにこの切断には自食作用遺伝子として分離されていたAPG4が関与している。さらにin vitro系を用いてApg4pが新規のシステインプロテアーゼとしてこのプロセシングに関与することを見いだした。このプロセシングによってApg8pのC-末端にはGlyが露出する。Apg8pは見かけの分子量が変化することはないがC-末端Glyを介してさらに翻訳後修飾を受け、膜に強固に結合した型Apg8-Xに変換される。さらに重要なことはApg4が単にプロセシング酵素として機能しているのではなく、一旦膜に結合したApg8-X分子を切断し膜から離脱することがオートファジーの進行に必須であることを見出した。Apg8pはAP形成に際して修飾反応によって一過的に膜に結合することが重要である。さらにこの修飾反応がユビキチンに類似した結合反応系によっていることを明らかにした。我々が発見したオートファジーに必須なユビキチン様タンパク質Apg12を活性化するE1酵素Apg7によって活性化され、新規のE2酵素であるApg3に受け渡される。最終的にApg8の末端グリシンは生体膜の主要構成脂質の一つであるホスファチジルエタノールアミンのアミノ基とアミド結合を形成する。この反応系は新規のタンパク質の脂質修飾であり、高等生物にまで広く保存されている。この新しい脂質修飾系の膜動態における役割の解明はさらに大きな意味を持っている。
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[Publications] George,M,D., et al.: "Apg5p functions in the sequestration step in the cytoplasm to vacuole targeting and macroautophagy pathways."Mol.Biol.Cell. 11. 969-982 (2000)
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[Publications] Noda,T., et al.: "Apg9/Cvt7p is an integral membrane protein required for transport vesicle formation in the Cvt and autophagy pathways"J.Cell Biol.. 148. 465-479 (2000)
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[Publications] Furukawa,K., et al.: "A protein conjugation system in yeast with homology to biosyntheic enzyme reaction of prokaryotes."J.Biol.Chem.. 275. 7462-7465 (2000)
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[Publications] Scott,S.V., et al.: "Apg13p and Vac8p are part of a complex of phosphoproteins that are required for cytoplasm to vacuole targeting."J.Biol.Chem.. 275. 25840-25849 (2000)
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[Publications] Kamada,Y., et al.: "Tor-mediated induction of autophgay via an Apg1 protein kinase complex."J.Cell Biol.. 150. 1507-1513 (2000)
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[Publications] Kirisako,T., et al.: "Reversible modification regulares the memrane-binding state of Apg8/Aut7 essential for autophagy and the cytoplasm to vacuole targeting pathway"J.Cell Biol.. 151. 263-276 (2000)
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[Publications] Kabeya,Y., et al.: "LC3, a mammalian homologue of yeast Apg8p is processed and localized in autophagosome membranes."EMBO.J.. 19. 5720-5728 (2000)
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[Publications] Scott S.V, et al.: "Apg13p and Vac8p are part of a complex of phosphoproteins that are required for cytoplasm to vacuole targeting."J Biol Chem.. 275. 25840-25849 (2000)
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[Publications] Ichimura,T., et al.: "Ubiquitination-like system mediates novel protein lipidation."Nature. 408. 488-492 (2000)
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[Publications] Kihara,A., et al.: "Two distinct Vps34 Ptdlns 3-kinase Complexes function in autophagy and CPY sorting in Saccharomyces cerevisiae."J.Cell Biol.. 152. 519-530 (2001)
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[Publications] Kihara,A., et al.: "Beclin-Phsophatidylinositol 3-kinase complex functions at the trans-Golgi Network"EMBO Report. (in press). (2001)
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[Publications] Mizushima,N., et al.: "Dissection of autophagosome formation using Apg5-deficient mouse embryonic stem cells."J.Cell Biol.. (in press). (2001)
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[Publications] Komatsu,M., et al.: "The C-terminal region of an Apg7p/Cvt2p is required for homodimerization and is essential for its E1-activity and E1-E2 complex-formation."J.Biol.Chem.. (in press). (2001)
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[Publications] Kim,J., et al.: "Cvt9/Gsa9 functions in sequestering selective cytosolic cargo destined for the vacuole.74."J.Cell.Biol.. (in press). (2001)
