2016 Fiscal Year Annual Research Report
Molecular mechanism and physiological understanding of Autophagy
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16H06375
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
大隅 良典 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 特任教授 (30114416)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
堀江 朋子 (川俣朋子) 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (70435527)
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| Project Period (FY) |
2016-05-31 – 2021-03-31
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| Keywords | タンパク質分解 / オートファジー / ATG / 膜動態 / ユビキチン様タンパク質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
オートファジーの飢餓誘導に関わる5者のAtgタンパク質からなる Atg1複合体形成の理解が大きく進んだ。鍵分子であるAtg13はN-末のHORMAドメインに続く長い C-末領域でもち、その領域の脱リン酸化に伴い、Atg1, Atg17 と結合し5者複合体を形成する。さらに、Atg13が 2つのAtg17結合部位を持つことことで4-50分子集合する。この集合体に依存して Atg9小胞が結合する。PASは柔らかいタンパク質と膜小胞の集合体として始めて機能することが分かった。
必須栄養のうち、亜鉛の極度の欠乏が非選択的なバルクオートファジーを誘導することを明らかにした。オートファジーによる亜鉛タンパク質の分解により、遊離亜鉛が供給され細胞の増殖が維持される。
飢餓条件下のタンパク質分解を総括的に理解することを目的として、液胞内ペプチダーゼの網羅的な破壊株を作成した。この株の表現型により液胞内タンパク質分解機構の一端が明らかになりつつある。飢餓下に出現する全ペプチド、ペプチダーゼ欠損株が蓄積するペプチドと液胞内に蓄積するタンパク質などを比較検討することにより、様々な細胞内タンパク質分解におけるオートファジーの寄与を総合的に理解する土台が確立しつつある。今後様々な変異株を用いて解析を進める。このために必要なペプチド分析の試料調製、解析条件を検討し最適化を計っている。
飢餓条件下のオートファジーでタンパク質のみならず RNAが分解されることを明らかにした。 RNAseqにより、ｍRNA, tRNA, non-coding RNAがそれぞれ選択性をもって液胞内に取り込まれることが分かった。その分子機構の解明と生理的意義の解明を進めている。
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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
目標としたオートファジーの誘導条件に関しては
1. 生存に必須な亜鉛の欠乏が強くオートファジーを誘導すること、その誘導にはTorの不活性化が必要であることが見いだされた。 2. 合成培地で増殖する過程でダイオキシックシフトに伴ってオートファジーが誘導され、それによって遊離鉄イオンが生じることが明らかとなった。亜鉛イオンも含めオートファジーによる細胞内イオンホメオスタシスに関する新たな視点が拓けた。 3. 培地交換による急激な飢餓ではなく、増殖に伴う様々なオートファジーの誘導に関して、知見が集積しつつあり、今後の展開が見込まれる。 4. オートファジーによる細胞質タンパク質の分解を網羅的に解析するための条件検討が進み、そのために必要な質量分析の手法が確立し、また液胞、オートファジックボディの単離の目処が立ちつつあり。今後の具体的な成果が期待できる状況になった。 5. RNA分解の責任酵素Rny1欠損株が飢餓時に液胞に蓄積するRNAの解析に必要な条件検討が終わり、分解基質の特異性、その分子機構の解析が開始できた。 6. 飢餓、ラパマイシンなどで誘導される細胞内タンパク質の分解を、生じるペプチドから、オートファジー、プロテアソーム系、MVB経路など多様な経路の寄与を整理する計画は、変異株などの分析などが必要であり、当初の予定よりやや遅れている。
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| Strategy for Future Research Activity |
1. 研究計画の全体的な方向性に関しては大きな変更を要しない。 2. この間長期間研究室に参加していた博士研究員、技術補佐員が移動したため、研究室メンバーはオートファジー研究の経験が従来に比して浅くなっている。現在学生の参加がかなわない状況であるので、博士研究員、技術支援員の補充が必要となっており、その手続きを早急に進める。 3. ペプチド分析、脂質、核酸分析、多数の標的タンパク質候補の分析など多くの実験が必要である。外部との共同研究が提案出来るところまで課題が具体化出来る段階になったので、共同研究を早急に立ち上げる。具体的には、理研、秋田大学との共同研究を開始している。今後さらに共同研究の可能性を広く求める予定である。
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[Journal Article] Structural basis for receptor-mediated selective autophagy of aminopeptidase I aggregates2016
Author(s)
Yamasaki A, Watanabe Y, Adachi W, Suzuki K, Matoba K, Kirisako H, Kumeta H, Nakatogawa H, Ohsumi Y, Inagaki F, Noda NN*
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Journal Title
Cell Rep.
Volume: 16(1)
Pages: 19-27
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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