天然変性タンパク質Ａｔｇ１３によるオートファジー始動の制御機構

• Project Area: Target recognition and expression mechanism of intrinsically disordered protein
• Project/Area Number: 24113725
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Microbial Chemistry Research Foundation
• Principal Investigator: 野田 展生 公益財団法人微生物化学研究会, 微生物化学研究所, 主席研究員 (40396297)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥11,310,000 (Direct Cost: ¥8,700,000、Indirect Cost: ¥2,610,000); Fiscal Year 2013: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2012: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
• Keywords: オートファジー / 天然変性タンパク質 / Atg13 / 天然変性 / Atg1 / Atg17 / 構造生物学

Research Abstract

天然変性タンパク質Atg13は、飢餓時速やかに脱リン酸化され、Atg1およびAtg17と結合することでAtg1複合体を形成し、オートファジーの始動を引き起こす。しかしAtg13がその天然変性領域を用いてどのように他のAtg因子と相互作用するのか、リン酸化によるそれら相互作用の制御はどのように行われているのか等、分子機構の詳細ほほとんどわかっていなかった。
昨年度、Atg1-Atg13複合体の構造決定に成功したが、本年度はAtg13-Atg17複合体の結晶構造解析を行った。その結果、Atg13は天然変性領域内の短い領域二ヶ所を用いて、Atg17のN末端付近とC末端付近の互いに遠く離れた２つの酸性ポケットに結合することが明らかとなった。In vitro、in vivo両面での機能解析の結果、Atg13の２つのAtg17結合領域内に含まれるセリン残基のリン酸化により、Atg17との結合が直接負に制御されることを示した。リン酸化によりAtg13に導入される負電荷が、Atg17の酸性ポケットの負電荷と反発することで結合が減弱されると考えられる。さらにLC-MS/MSおよびリン酸化抗体を用いた解析により、これら結合を負に制御するリン酸化セリンが飢餓により脱リン酸化されることを明らかにした。すなわち飢餓によりAtg13の天然変性領域内の特定のセリン残基が脱リン酸化されると、Atg1およびAtg17両方への高い親和性を獲得し、その結果Atg1複合体の形成およびオートファジーの始動が起きることが明らかとなった。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] オートファジーの構造生物学 主要Atg因子の構造の最新像と未解決課題 (2013)
  • Author(s): 野田 展生
  • Journal Title: 実験医学 Volume: 31 Pages: 1355-1361
• [Journal Article] オートファジーの構造生物学 (2013)
  • Author(s): 野田 展生
  • Journal Title: 生化学 Volume: 85 Pages: 762-774
  • NAID: 10031202188
• [Journal Article] Structure of the Atg12-Atg5 conjugate reveals a platform for stimulating Atg8-PE conjugation (2013)
  • Author(s): Noda, N. N., Fujioka, Y., Hanada, T., Ohsumi, Y. and Inagaki, F
  • Journal Title: EMBO Reports Volume: Vol.14 Issue: 2 Pages: 206-211
  • DOI: 10.1038/embor.2012.208
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Noncanonical recognition and UBL loading of distinct E2s by autophagy-essential Atg7. (2012)
  • Author(s): Yamaguchi M, Matoba K, Sawada R, Fujioka Y, Nakatogawa H, Yamamoto H, Kobashigawa Y, Hoshida H, Akada R, Ohsumi Y, Noda NN, Inagaki F.
  • Journal Title: Nat. Struct. Mol. Biol. Volume: 19 Issue: 12 Pages: 1250-1256
  • DOI: 10.1038/nsmb.2451
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structure-based analyses reveal distinct binding sites for Atg2 and phosphoinositides in Atg18. (2012)
  • Author(s): Yasunori Watanabe, Takafumi Kobayashi, Hayashi Yamamoto, Hisashi Hoshida, Rinji Akada, Fuyuhiko Inagaki, Yoshinori Ohsumi, Nobuo N. Noda
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 287 Issue: 38 Pages: 31681-31690
  • DOI: 10.1074/jbc.m112.397570
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structure of the novel C-terminal domain of vacuolar protein sorting 30/autophagy-related protein 6 and its specific role in autophagy. (2012)
  • Author(s): Noda, N. N., Kobayashi, T., Adachi, W., Fujioka, Y., Ohsumi, Y. and Inagaki, F.
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 287 Issue: 20 Pages: 16256-16266
  • DOI: 10.1074/jbc.m112.348250
  • Peer Reviewed
• [Presentation] オートファジーの構造生物学的研究 (2012)
  • Author(s): 野田 展生
  • Organizer: 第85回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場（福岡）
  • Year and Date: 2012-12-14
  • Invited
• [Presentation] オートファゴソームの形成と選択的積荷取り込みの構造基盤
  • Author(s): 野田 展生
  • Organizer: 第86回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Invited
• [Presentation] Atg13を介したオートファジー始動機構の構造基盤
  • Author(s): 藤岡 優子, 鈴木 翔, 山本 林, 星田 尚司, 赤田 倫治, 稲垣 冬彦, 大隅 良典, 野田 展生
  • Organizer: 第86回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
• [Presentation] 飢餓によるオートファジー始動の分子機構
  • Author(s): 野田 展生
  • Organizer: 細胞内ロジスティクス・シンポジウム
  • Place of Presentation: 淡路夢舞台国際会議場
  • Invited
• [Presentation] 構造生物学と生化学から迫るオートファジーの分子機構
  • Author(s): 野田 展生
  • Organizer: 平成２５年度日本生化学会関東支部例会
  • Place of Presentation: 山梨大学甲府キャンパス
  • Invited
• [Presentation] Atg13を介したオートファジー始動機構の構造基盤
  • Author(s): 藤岡 優子, 鈴木 翔, 山本 林, 星田 尚司, 赤田 倫治, 稲垣冬彦, 大隅 良典, 野田 展生
  • Organizer: 平成２５年度日本生化学会関東支部例会
  • Place of Presentation: 山梨大学甲府キャンパス