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ミクロオートファジーの作動・制御機構

Planned Research

Project AreaMultimode autophagy: Diverse pathways and selectivity
Project/Area Number 19H05709
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Biological Sciences
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

阪井 康能  京都大学, 農学研究科, 教授 (60202082)

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)
Project Period (FY) 2019-06-28 – 2024-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥86,320,000 (Direct Cost: ¥66,400,000、Indirect Cost: ¥19,920,000)
Fiscal Year 2023: ¥16,640,000 (Direct Cost: ¥12,800,000、Indirect Cost: ¥3,840,000)
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)
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
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。

Outline of Annual Research Achievements

ミクロオートファジーとは、細胞質成分をリソソーム(液胞)膜の変形によりその内部へと輸送する過程を指し、マクロオートファジーや他のオートファジー経路と共に多様な生物で見出されている。このミクロオートファジーについて、他のオートファジー経路との連関も含めた分子機構の解明が本課題の研究目的である。
本年度は、酵母Saccharomyces cerevisiaeにおける脂肪滴を標的とするミクロオートファジー、ミクロリポファジーについて特に研究の進展があった。これまでの研究から、酵母では生育炭素源の変換・増減(グルコース>エタノール>エタノール欠乏)に応じて、異なる様式のオートファジーが順次起こることが報告されており、その中でもエタノール欠乏時にミクロリポファジーが顕著に観察されていた(Iwama and Ohsumi, J. Biol. Chem., 294, p.5590-5603, 2019)。本年度の本課題研究においては、まずエタノール欠乏時のミクロリポファジー誘導による脂肪滴分解と液胞膜タンパク質分解を生化学的に検出する解析系を構築した。多くのオートファジー関連遺伝子やユビキチン修飾酵素をコードする遺伝子の破壊株においてこの解析系を適用した結果、ミクロリポファジーに関与するユビキチン修飾酵素を見出した。興味深いことに、脂肪滴分解には関与するが液胞膜タンパク質分解には寄与しないユビキチン修飾酵素の存在も明らかになった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

特定のオルガネラを標的とするミクロオートファジーの分子機構としては、標的オルガネラをリソソーム(液胞)膜がとらえる過程と、リソソーム膜が変形する過程の少なくとも2つの過程が存在する。このうちで、後者のリソソーム膜変形については、特に酵母をモデル生物とした本課題研究者の実験等によりESCRTと呼ばれるタンパク質の関与が明らかとなってきた(Oku et al., J. Cell Biol., 216, 3263-3274、2017)。一方でリソソーム膜がどのようにして液胞膜を捉えるのか、という点についてはその分子機構は明らかとなっていない。これはマクロオートファジーにおいてオートファゴゾーム局在蛋白質Atg8と標的オルガネラとの様々な相互作用機構が解明されているのとは対照的である。
本年度の研究成果で、液胞膜タンパク質の分解には寄与しないが脂肪滴タンパク質の分解には作用するユビキチン修飾酵素が見つかったことは、この修飾酵素が液胞膜ではなく脂肪滴側のタンパク質修飾を通じて脂肪滴分解を支えている可能性を示唆している。すなわちこの修飾酵素による脂肪滴のタグ付けが液胞膜による脂肪滴認識の分子機構であることが示唆されるため、ミクロオートファジーのオルガネラ標的の仕組み解明につながる重要な発見が得られたと考えている。

Strategy for Future Research Activity

本年度見出したミクロオートファジーに関与するユビキチン修飾酵素の解析については、本酵素欠損株と野生株から脂肪滴を精製し、プロテオーム解析により本酵素欠損株においてユビキチン修飾されなくなる脂肪滴タンパク質を探索する。見出した脂肪滴タンパク質のアミノ酸残基のうちで、ユビキチン修飾を受ける可能性のあるリジン残基を網羅的にアラニン残基に置換し、脂肪滴分解に影響が出るか解析する。また、本修飾酵素変異により、脂肪滴と液胞膜との相互作用が減弱するかどうか、蛍光顕微鏡を用いた解析により明らかにする。
ペルオキシソーム標的オートファジー経路として、ミクロオートファジー様式とマクロオートファジー様式の2つの分解様式を持つメタノール資化性酵母Komagataella phaffii を用いた研究については、これまで着手できていなかったマクロオートファジー様式での機能因子スクリーニングを行う。具体的には、蛍光標識されたペルオキシソームタンパク質由来の蛍光強度をモニターすることでペルオキシソーム分解が阻害、遅延する株を取得する実験系を構築し、マクロオートファジー様式が主となるエタノール炭素源条件下でスクリーニングを行う。マクロオートファジー様式のみに阻害が見られる変異株を取得できれば、その株を基にさらに新たなペルオキシソーム分解不全変異株を探索することで、ミクロオートファジー機能因子の同定を目指す。

Report

(3 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report

Research Products

(14 results)

All 2022 2021 2020 2019

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 4 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 3 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Autophagy as a Survival Strategy for Eukaryotic Microbes Living in the Phyllosphere2022

    • Author(s)
      Shiraishi Kosuke、Sakai Yasuyoshi
    • Journal Title

      Frontiers in Plant Science

      Volume: 13 Pages: 867486-867486

    • DOI

      10.3389/fpls.2022.867486

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] オートファジーからひも解く植物葉面微生物の生存戦略 植物のライフサイクルに伴う棲息環境の変化へ適応するために2022

    • Author(s)
      白石 晃將, 阪井 康能
    • Journal Title

      化学と生物

      Volume: 60 Pages: 2-4

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Physiology of Methylotrophs Living in the Phyllosphere2021

    • Author(s)
      Yurimoto Hiroya、Shiraishi Kosuke、Sakai Yasuyoshi
    • Journal Title

      Microorganisms

      Volume: 9 Issue: 4 Pages: 809-809

    • DOI

      10.3390/microorganisms9040809

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Methanol sensor Wsc1 and MAP kinase suppress degradation of methanol-induced peroxisomes in methylotrophic yeast2021

    • Author(s)
      Ohsawa Shin、Inoue Koichi、Isoda Takahiro、Oku Masahide、Yurimoto Hiroya、Sakai Yasuyoshi
    • Journal Title

      Journal of Cell Science

      Volume: - Issue: 9

    • DOI

      10.1242/jcs.254714

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] ミクロオートファジー研究の課題2020

    • Author(s)
      奥 公秀、阪井康能
    • Journal Title

      医学のあゆみ

      Volume: 272 Pages: 856-860

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Journal Article] A peroxisome deficiency-induced reductive cytosol state up-regulates the brain-derived neurotrophic factor pathway2020

    • Author(s)
      Abe Yuichi、Honsho Masanori、Kawaguchi Ryoko、Matsuzaki Takashi、Ichiki Yayoi、Fujitani Masashi、Fujiwara Kazushirou、Hirokane Masaaki、Oku Masahide、Sakai Yasuyoshi、Yamashita Toshihide、Fujiki Yukio
    • Journal Title

      Journal of Biological Chemistry

      Volume: - Issue: 16 Pages: 5321-5334

    • DOI

      10.1074/jbc.ra119.011989

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Emergence of divergent mechanisms of microautophagy2019

    • Author(s)
      阪井康能
    • Journal Title

      生化学

      Volume: 91 Issue: 5 Pages: 634-642

    • DOI

      10.14952/SEIKAGAKU.2019.910634

    • ISSN
      0037-1017
    • Year and Date
      2019-10-25
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 農芸化学会賞受賞講演「C1微生物の生存戦略における分子・細胞基盤の解明と機能開発」2022

    • Author(s)
      阪井康能
    • Organizer
      日本農芸化学会2022年度大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] メタノール酵母Komagataella phaffii Atg12-Atg5複合体によるオートファジーの制御2022

    • Author(s)
      光部雅俊、中辻拓実、白石晃將、奥 公秀、阪井康能
    • Organizer
      日本農芸化学会2022年度大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Role of Autophagy in Adaptation to the Phyllosphere Environment in the Methanol-Utilizing Yeast Candida boidinii2021

    • Author(s)
      Kosuke Shiraishi, Masahide Oku, Hiroya Yurimoto, Yasuyoshi Sakai
    • Organizer
      Phyllosphere Fortnight 2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Wsc1 and MAP kinase proteins suppress pexophagy in the methylotrophic yeast Komagataella phaffii2021

    • Author(s)
      Koichi Inoue, Shin Ohsawa, Hiroya Yurimoto, Yasuyoshi Sakai
    • Organizer
      International Congress on Yeasts (ICY15)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 温室効果ガスの炭素循環を担うC1 微生物はどのようにして葉面で生きていくのか2021

    • Author(s)
      阪井康能
    • Organizer
      大隅基礎科学創成財団第5期第1回創発セミナー
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Methanol-induced gene expression: molecular mechanism and application2021

    • Author(s)
      Sakai Yasuyoshi
    • Organizer
      Pichia 2021
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Book] Peroxisomes: Biogenesis, Function, and Role in Human Disease2019

    • Author(s)
      Masahide Oku, Yasuyoshi Sakai.
    • Total Pages
      279
    • Publisher
      Springer
    • ISBN
      9789811511684
    • Related Report
      2019 Annual Research Report

URL: 

Published: 2019-07-04   Modified: 2023-07-19  

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