ER-associated regulation of selective clearance of mitochondria

• Project/Area Number: 21K15041
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 43030:Functional biochemistry-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 大西 真駿 大阪大学, 生命機能研究科, 特任研究員 (20897938)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2025: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
• Keywords: ミトコンドリア / オートファジー / マイトファジー / 小胞体 / 出芽酵母

Outline of Research at the Start

不良または余剰なミトコンドリアを適切に分解し除去することは細胞の健康維持に重要である。マイトファジーはオートファジーの仕組みを利用してミトコンドリアを分解する仕組みであるが、その詳細な分子機構はほとんど不明であった。本研究では出芽酵母を用い、ミトコンドリアと隣接するオルガネラである小胞体に存在する膜タンパク質がマイトファジーの制御に関わるメカニズムを解明する。この解析を通し、小胞体がミトコンドリアの分解制御にどのように貢献し、適切なレベルの分
解を正確に駆動しているかの理解がより一層深まると期待される。

Outline of Annual Research Achievements

マイトファジーは、傷害あるいは余剰ミトコンドリアをオートファジーの系を利用して選択的に分解する経路である。申請者の所属グループは最近、（1）小胞体に蓄積した不良タンパク質の分解を担うERADシステムのE3ユビキチンリガーゼ・Doa10複合体が酵母マイトファジーの分別標識タンパク質Atg32をユビキチン化すること、（2）C末端に1つの膜貫通ドメインを持つテイルアンカー型（TA）タンパク質の小胞体膜への挿入を促進するGET (Guided entry of tail-anchored protein) 経路を介して、Atg32が小胞体へと局在化することを示した。GET経路では、細胞質でTA型タンパク質を捕捉するシャペロンGet3、小胞体膜上で複合体を形成しGet3からTA型タンパク質を受け取り小胞体膜へ挿入するGet1/2複合体が重要である。これらGetタンパク質の欠損で、Doa10とAtg32の相互作用が著減することも見出していた。以上より、Atg32がGET経路を介して小胞体へと運ばれ、そこでDoa10によるユビキチン化を受け、分解されている可能性がある。
今年度の研究では新たに、Atg32とGet1が相互作用することを免疫沈降により示し、この相互作用が Get3欠損時に著しく減少することを示した。このことから、Atg32がGet3を介してGet1/2複合体へと運ばれ、小胞体へと輸送される可能性が示唆される。さらに、Atg32を過剰発現させ、Doa10を欠損させた細胞では、小胞体特異的オートファジーであるERファジーの必須タンパク質Atg39/Atg40を欠損させた細胞においても小胞体の分解が見られることを示した。このことは、小胞体へと輸送されたAtg32がオートファジーマシナリーを小胞体へと集積させ、ERファジーを不必要に誘導している可能性を提起している。