| Project Area | Multimode autophagy: Diverse pathways and selectivity |
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| Project/Area Number |
19H05709
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Biological Sciences
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
阪井 康能 京都大学, 農学研究科, 教授 (60202082)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
奥 公秀 京都先端科学大学, バイオ環境学部, 准教授 (10511230)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥86,320,000 (Direct Cost: ¥66,400,000、Indirect Cost: ¥19,920,000)
Fiscal Year 2022: ¥15,860,000 (Direct Cost: ¥12,200,000、Indirect Cost: ¥3,660,000)
Fiscal Year 2021: ¥18,590,000 (Direct Cost: ¥14,300,000、Indirect Cost: ¥4,290,000)
Fiscal Year 2020: ¥11,440,000 (Direct Cost: ¥8,800,000、Indirect Cost: ¥2,640,000)
Fiscal Year 2019: ¥23,790,000 (Direct Cost: ¥18,300,000、Indirect Cost: ¥5,490,000)
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| Keywords | オートファジー / 液胞 / ミクロオートファジー / リソソーム |
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| Outline of Research at the Start |
オートファジーには多くの経路が存在し、かつそれらが連携することで細胞構成成分の分解を機能的に行っていると考えられている。
その中でミクロオートファジーはリソソーム（液胞）またはエンドソームと呼ばれる細胞内小器官の膜が直接変形して細胞質成分を分解に導く経路である。
この研究課題では、複数の酵母種（パン酵母やメタノール資化性酵母）を主な研究対象とし、ミクロオートファジーがどのようにして分解対象を認識するか、ということに加え、他のオートファジー経路などとどのように使い分けられて機能するか、ということを分子レベルで理解することを目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
ミクロオートファジーは、リソソーム（液胞）膜が直接変形して細胞質成分をその内部へ輸送する機構であり、マルチモードオートファジーの一翼を担う。本研究ではミクロオートファジー膜動態の多様性を考慮しながらその分子機構を明らかにする。ミクロオートファジーにはマクロオートファジーに機能する Atg タンパク質群やエンドサイトーシスに機能する ESCRT タンパク質群を必要とするものがあるため、これら因子のオートファジー経路間での使い分け分子機構を明らかにし、マルチモードオートファジー同士の連関をふまえた分子機構の理解を目標としている。
本年度はまず、メタノール資化性酵母K phaffiiのペルオキシソーム標的オートファジー（ぺキソファジー）において、Wsc1と呼ばれる細胞膜タンパク質とそこからシグナルを受けるMAP キナーゼ群が、ペルオキシソーム上のAtg8受容体タンパク質Atg30のリン酸化を抑制することで、ぺキソファジー活性を負に制御することを見出した。この抑制にはシグナル伝達により転写誘導される複数のフォスファターゼが関与することも見出した。
メタノール資化性酵母K . phaffiiのペルオキシソーム標的分解のうちでミクロオートファジー形式のものでは液胞膜がペルオキシソームを取り囲むように変形する。本酵母においてESCRTタンパク質であるVps27、Snf7の欠損株を構築しその液胞膜形態を観察したところ、野生株のような液胞膜変形は見られなくなり、ESCRTタンパク質が液胞膜変形に寄与することを見出した。一方でペルオキシソームの液胞内への輸送はこれら欠損株でも遅滞なくみられたことから、ESCRTタンパク質欠損株では、ペルオキシソーム標的オートファジーがミクロオートファジーからマクロオートファジー様式に切り替わっていることが示された。
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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
メタノール資化性酵母K. phaffiiのぺキソファジーはマクロ・ミクロオートファジーの両様式があり、ミクロオートファジーとマクロオートファジーの使い分けの分子機構を探る有用なモデル生物となっている。このオートファジー経路の使い分けは、メタノール培養した細胞が次に移される培養炭素源に規定されるが、メタノール自体の濃度変動が本酵母のオートファジーに与える影響は不明であった。本年度の研究から、本研究代表者らが以前同定したメタノールセンサータンパク質Wsc1とそのシグナル伝達経路によってぺキソファジーが抑制されていること、そしてその抑制はAtg30タンパク質のリン酸化状態の制御によることが分かり、ペルオキシソームに対するミクロ、マクロオートファジー誘導が抑制される仕組みを見出したと言える。一般に炭素源がオートファジーにもたらす分子作用はAMP kinaseを介するものがよく調べられているが、今回見出されたのはMAP kinase の作用であり、新たな炭素源-オートファジー連関を見出したことが意義深い。
本研究代表者らはこれまで、出芽酵母Saccharomyces cerevisiae のミクロオートファジーでESCRTタンパク質群が機能することを見出していた。本年度、K. phaffiiのESCRTタンパク質の破壊株においてミクロオートファジー（ミクロぺキソファジー）の液胞動態への影響を見出したことから、ESCRTタンパク質が液胞形態に与える影響が、種を超えた一般性のあるものであることが示唆される。ミクロオートファジーの作動原理の一般性が種間でどこまで保たれているのかを考察するうえで、今回の発見は重要な手がかりとなると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
酵母K. phaffiiにおけるミクロ・マクロオートファジーの使い分けの分子機構として、Atg8の局在制御に着目し、その脂質化を触媒するAtg5-Atg12複合体の分子制御機構を明らかにする。K. phaffii Atg5-Atg12は研究代表者らによりその相互作用が非共有結合であることが示されたが、この相互作用が可逆的であるかどうかは未だ不明である。そこでAtg8の脂質化を指標としてAtg5-Atg12の複合体機能の有無を様々な培養条件で調べる。この複合体機能にオン、オフがあると分かれば次にAtg5-Atg12両タンパク質の翻訳後修飾状態を調べ、修飾部位や修飾酵素を明らかにする。また、ESCRTタンパク質の蛍光タンパク質との融合タンパク質発現により、その局在解析を行う。
出芽酵母S. cerecvisiaeにおけるミクロオートファジーについては、ESCRTタンパク質Vps27がユビキチン鎖結合タンパク質であり、そのユビキチン鎖結合がミクロオートファジーに重要であることを見出していることから、ミクロオートファジーに機能するユビキチン鎖生成酵素の探索を行う。
哺乳類細胞のミクロオートファジーの誘導を定量的にモニターする解析系を生み出す。具体的には、リソソーム膜貫通タンパク質を対象としたパルスラベル実験系を構築する。リソソーム膜貫通タンパク質の分解には、ミクロオートファジーの他にも、リソソーム膜からのタンパク質の引き抜きを経たプロテアソーム分解等も考えられるため、阻害剤を用いてこのような他経路を遮断し、よりミクロオートファジー特異的なリソソーム膜タンパク質分解の検出を行う。哺乳類培養細胞を対象に構築した実験系を用いて、ミクロオートファジーの誘導される条件を探索する。
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Report
(2 results)
Research Products
(6 results)
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[Journal Article] A peroxisome deficiency-induced reductive cytosol state up-regulates the brain-derived neurotrophic factor pathway.2020
Author(s)
Abe Y, Honsho M, Kawaguchi R, Matsuzaki T, Ichiki Y, Fujitani M, Fujiwara K, Hirokane M, Oku M, Sakai Y, Yamashita T, Fujiki Y
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Journal Title
Journal of Biological Chemistry
Volume: 295
Pages: 5231-5334
DOI
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Peer Reviewed / Open Access
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