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2015 Fiscal Year Research-status Report

オートファジーの膜形成を担うAtg8の脱脂質化の制御機構

Research Project

Project/Area Number 26870828
Research InstitutionMicrobial Chemistry Research Foundation

Principal Investigator

藤岡 優子 (野田優子)  公益財団法人微生物化学研究会, 微生物化学研究所, 研究員 (80399964)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2017-03-31
Keywordsオートファジー / X線結晶構造解析
Outline of Annual Research Achievements

オートファジーは、栄養飢餓などに応じて、細胞が自身の構成成分である細胞質やオルガネラをリソソーム/液胞に輸送し、分解する現象である。ユビキチン様タンパク質Atg8は、リン脂質ホスファチジルエタノールアミン(PE)を可逆的に結合し、オートファジーの膜伸長に直接関わる重要な分子である。働き終わったAtg8-PE結合体はプロテアーゼであるAtg4によって脱PE化され再利用されるが、不思議なことに、働いている最中のAtg8-PE結合体はAtg4の基質にはならない。本研究の目的は、Atg8の脱PE化がどのように制御されているのか明らかにすることである。そのために①Atg8-PEとAtg4の間の相互作用解析、②Atg4の活性の制御因子の同定、③これら複合体のX線結晶構造解析、を行う。またレジオネラ菌のRavZはAtg4と異なる様式でAtg8-PE結合体の脱PE化を行いオートファジーを阻害するが、④Atg4とRavZの立体構造の比較によって、これらの膜認識機構を明らかにする。
本年度は主に、Atg4の活性制御因子の同定と、RavZの結晶化を行った。Atg4の活性制御因子の同定に関しては、前年度までに確立したin vitro Atg8結合反応系を用いて、先行研究などから想定した制御因子を単独、または様々な組み合わせで導入していき反応の進み具合を調べた。しかしこれまでのところ、Atg4の活性を制御していると思われる因子の同定には至っていない。また、RavZの結晶化も引き続き行っていたが、競合するグループによってRavZ単体の結晶構造が報告された。そこで今後はAtg4の活性制御因子の同定と、それら複合体の結晶構造解析を早急に進める予定である。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

上記の通り、本年度は主に、Atg4の活性制御因子の同定と、RavZの結晶化を行った。昨年度は先行研究などから想定した制御因子の調製を試みたが、活性を保持した制御因子候補を調製できた生物種と、in vitro Atg8結合反応系を確立できた生物種が異なっていた。本年度はさらに検討を重ね、同じ生物種で制御因子候補と結合反応系を確立することに成功した。しかし、予想に反して制御因子候補が活性を制御しておらず、今後も制御因子の同定を引き続き行うことになった。一方、RavZについては競合するグループによってRavZ単体の結晶構造が報告された。本研究の目的を明らかにするような構造ではなかったものの、今後はAtg4の活性制御因子の同定と、それら複合体の結晶構造解析を早急に進めるよう予定を変更する。

Strategy for Future Research Activity

Atg4の活性制御因子の同定に関して、これまでは大腸菌で精製したタンパク質を用いており、リン酸化等の翻訳後修飾の影響は考慮していなかった。しかし、リン酸化によって結合状態が変化し、Atg4の活性の制御が行われることは十分に考えられる。最近昆虫細胞の発現系においてAtgタンパク質唯一のプロテインキナーゼであるAtg1を活性化状態で調製することに成功しており、このキナーゼを用いてターゲットの制御因子をリン酸化することが可能になった。今後はin vitro Atg8結合反応系とin vitro kinase assayを上手く融合させ、早急に活性制御因子の同定を行う予定である。同定後は阻害状態を反映した複合体を調製し、X線結晶構造解析により詳細な阻害メカニズムを明らかにする。Atg8やAtg4に関しては立体構造を既に決定しているので、それを参考にして試料を調製する。また、他のAtg因子についても既に構造決定しているものが多いので、有用なデータについては利用する。結晶化しなかった場合や良質な結晶が得られなかった場合は、プロテアーゼを用いた限定分解法や自然分解によって構造的に安定な小型化した複合体を調製し、再び結晶化条件のスクリーニングを始める。場合によってはリジン残基のアルキル化(メチル化、エチル化、イソプロピル化)を行い、タンパク質の性質(等電点、可溶性、疎水性)を変化させることによって、クリスタルパッキングの改善を試みる。

Causes of Carryover

目的の結晶が得られず、構造解析用の試薬代や、大型放射光施設への出張旅費の支出が嵩まなかったため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

最近調製に成功したプロテインキナーゼは、昆虫細胞発現系からのみ発現精製できるが、発現精製のコストが非常に高い。このタンパク質の精製は本課題の成功の鍵であり、大量に調製して実験に用いたい。また、このタンパク質の調製により研究が大きく進展することが予想され、ターゲットタンパク質の同定や複合体の結晶化もすすむと考えられる。結晶化、回折データの収集にも費用がかかるので、前年度分を充当したい。

  • Research Products

    (6 results)

All 2015 Other

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Structural Basis of the Differential Function of the Two C. elegans Atg8 Homologs, LGG-1 and LGG-2, in Autophagy.2015

    • Author(s)
      Wu F, Watanabe Y, Guo XY, Qi X, Wang P, Zhao HY, Wang Z, Fujioka Y, Zhang H, Ren JQ, Fang TC, Shen YX, Feng W, Hu JJ, Noda NN, Zhang H
    • Journal Title

      Molecular Cell

      Volume: 60 Pages: 914-929

    • DOI

      10.1016/j.molcel.2015.11.019.

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Atg1 family kinases in autophagy initiation.2015

    • Author(s)
      Noda NN, Fujioka Y
    • Journal Title

      Cellular and Molecular Life Sciences

      Volume: 72 Pages: 3083-3096

    • DOI

      10.1007/s00018-015-1917-z.

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] オートファジーの始動を制御する複合体の立体構造2015

    • Author(s)
      藤岡優子,野田展生
    • Journal Title

      日本結晶学会誌

      Volume: 57 Pages: 191-197

    • DOI

      10.5940/jcrsj.57.191

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] プレオートファゴソーム構造体の中核複合体のin vitro再構成と性状解析2015

    • Author(s)
      藤岡優子, 山本 林, 鈴木 翔, 大隅良典, 野田展生
    • Organizer
      BMB2015
    • Place of Presentation
      神戸ポートアイランド(兵庫県 神戸市)
    • Year and Date
      2015-12-01
  • [Presentation] PASの中核複合体のin vitro再構成と溶液構造解析2015

    • Author(s)
      藤岡優子, 山本 林, 鈴木 翔, 能代大輔,有坂文雄, 安藤敏夫,大隅良典, 野田展生
    • Organizer
      第9回オートファジー研究会
    • Place of Presentation
      淡路夢舞台(兵庫県 淡路市)
    • Year and Date
      2015-11-16
  • [Remarks] 微生物化学研究所 HP

    • URL

      http://www.bikaken.or.jp/

URL: 

Published: 2017-01-06  

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