2014 Fiscal Year Annual Research Report
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25291045
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
岡本 浩二 大阪大学, 生命機能研究科, 特任准教授(常勤) (40455217)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ミトコンドリア / オートファジー / 酵母 / 品質管理 / オルガネラ膜動態 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ミトコンドリアの選択的分解は「マイトファジー」と呼ばれ、オートファジーの仕組みを利用してミトコンドリアの質や量を管理する仕組みである。これまでの研究で、出芽酵母のタンパク質N末端アセチル化酵素NatAを欠失した細胞でマイトファジーが強く抑制されることを見出している。Natは酵母からヒトまで保存されており、リボソームと結合しながら新生鎖のN末端のアセチル化を触媒する。酵母には5種類のNatがあり、1つの触媒サブユニットと1または2つのアダプターサブユニットからなる複合体を形成して、アセチルCoA（Ac-CoA）のアセチル基を新生鎖のN末端に転移する。NatAは触媒活性をもつArd1と、リボソーム結合部位を有するNat1から構成される。Natはそれぞれ異なる基質特異性を持っている。NatAの場合、メチオニンアミノペプチダーゼによる開始Metの除去後、Ala, Ser, Thr, Val, Glyにアセチル基を付加することが知られている。本研究では、NatA欠失が引き起こすマイトファジー不全の機序の解明と、選択的ミトコンドリア分解におけるタンパク質N末端アセチル化反応の役割の理解を目的として解析を進めた。
その結果、アセチル化反応を触媒するNatAの活性がマイトファジーに必要であることがわかった。加えて、リボソームへのNatAの結合もマイトファジーに重要であることが示唆された。これらの知見は、NatAによってアセチル化される基質タンパク質の中に、マイトファジーを促進する因子が存在し、その因子の機能がアセチル化によって制御されている可能性を提起している。
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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
平成26年度の研究成果において、特筆すべき点が二つある。
一つは、NatAがミトコンドリア隔離の前段階で機能していることが示されたことである。ミトコンドリアは、「オートファゴソーム」と呼ばれる2重膜構造によって隔離される。ミトコンドリアを隔離した構造体は「マイトファゴソーム」と呼ばれる。興味深いことに、ard1あるいはnat1欠損細胞でマイトファゴソームの形成が抑制されていることが、蛍光顕微鏡観察によって明らかとなった。もう一つは、Atg32の過剰発現によって、NatA欠失細胞におけるマイトファジーが部分的に回復されうることがわかったことである。NatA欠失細胞でAtg32の発現レベルが低下していることからも、Atg32の発現抑制がマイトファジー障害の要因の一つであると考えられる。一方、NatAによるアセチル化で制御されている未知のマイトファジー関連因子が存在し、その機能不全はAtg32の過剰発現で間接的に補うことができるのかもしれない。さらなる解析が待たれるところである。
以上の成果を踏まえ、研究計画はおおむね順調に進展していると評価できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成27年度においては、「新生ポリペプチド鎖結合複合体構成因子Egd1のマイトファジーにおける機能」に焦点を絞り、解析を進めてゆく。申請者のグループはこれまでに、酵母の新生ポリペプチド鎖結合複合体構成因子の一つであるEgd1を欠損した細胞でマイトファジーが強く抑制されていることを見出した（一方、非選択的オートファジーは正常である）。Egd1は細胞質リボソームと結合し、新生ポリペプチド鎖に相互作用してタンパク質の合成やフォールディングを補助することが知られている。最近、これらリボソーム上での機能に加え、タンパク質の分子集合や輸送にも役割を果たしていることが示唆されている。
これまでの解析から、Egd1のリボソーム結合モチーフに変異を導入するとマイトファジー活性が低下すること、ミトコンドリアだけでなく、ペルオキシソームの分解にも重要であることがわかった。これらの知見から、Egd1は選択的オルガネラ分解に働くタンパク質の新生ポリペプチド鎖に結合し、それらの生合成や機能発現をサポートしているものと考えられる。
そこで平成２７年度は、①Egd1と結合するリボソームサブユニットに変異を導入し、マイトファジー活性が損なわれるか調べる、②マイトファジーが起こる際、Egd1と相互作用する基質タンパク質のmRNAを網羅的に同定する、③リボソーム・脂肪滴・小胞体などの分解にEgd1が必要かどうか明らかにする。これらの解析により、選択的オルガネラ分解に働くタンパク質がどのように合成・機能発現するかについて、新たな概念が得られるものと考えている。
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| Causes of Carryover |
平成26年度の実験計画は、ほぼ全て順調に達成することができた。一方、当初の予定よりも多くの「その他」の項目を科学研究費補助金から支出したこと、また「物品費」・「旅費」・「人件費・謝金」の項目については、運営費交付金や別の研究費によってサポートすることができた。また、平成26年度に行った実験が概ね円滑であったため、当初の想定よりも少ない経費で成果を上げることができた。結果的には、学術研究助成基金助成金の繰越額が180万円となり、平成27年度の実験計画において有効に活用できるものと考えている。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
繰越分の使用計画においては、平成27年度の実験警告をさらに効率よく推進してゆくため、使用内訳を大幅にアレンジしてゆく。具体的には、①Egd1と結合するリボソームサブユニットに変異を導入し、マイトファジー活性が損なわれるか調べる、②マイトファジーが起こる際、Egd1と相互作用する基質タンパク質のmRNAを網羅的に同定する、③リボソーム・脂肪滴・小胞体などの分解にEgd1が必要かどうか明らかにする。以上の実験内容において、変異導入などの組換え遺伝子実験・網羅的探索のためのマイクロアレイ解析などの費用として物品費に充てる。
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