オートファジーによる細胞内タンパク質の品質管理

• 研究課題/領域番号: 17028056
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 東京医科歯科大学 (2006); (財)東京都医学研究機構 (2005)
• 研究代表者: 水島 昇 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 教授 (10353434)
• 研究分担者: 原 太一 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 助手 (00392374)
• 研究期間 (年度): 2005 – 2006
• 研究課題ステータス: 完了 (2006年度)
• 配分額: 12,600千円 (直接経費: 12,600千円); 2006年度: 6,300千円 (直接経費: 6,300千円); 2005年度: 6,300千円 (直接経費: 6,300千円)
• キーワード: オートファジー / ユビキチン / タンパク質品質管理 / タンパク質凝集体 / 封入体

研究概要

オートファジーはリソソームを分解の場とする非特異的なバルク分解システムである。昨年度に続き、基底レベルのオートファジーの細胞内浄化作用について検討した。オートファゴソーム形成に必須なAtg5を全身で欠損するマウスは出生直後に深刻な栄養不良に陥り致死となるが、このマウスは出生時にすでに肝や一部の神経細胞内にユビキチン陽性封入体が蓄積していることが判明した。そこでより進んだステージの解析の目的に、神経特異的Atg5ノックアウトマウスを作製した。このマウスは生直後の栄養飢餓には問題なく耐えることができるが、生後4週目より進行性の運動障害(失調性歩行やfoot clasping reflexなど)を呈するようになった。病理組織学的解析では神経系広範囲にわたる神経細胞内封入体形成、軸索腫大、および大脳皮質錐体細胞や小脳プルキンエ細胞の脱落を認めた。
オートファジーが欠損した際に、どのような形状のユビキチン化タンパク質が蓄積してくるかを検討した。まず全身の組織で約30%がノックアウトとなるようなモザイクマウスの肝をユビキチン抗体で染色したところ、KO細胞で蓄積しているのは凝集体だけではなく、細胞質全体のユビキチン化タンパク質であることが判明した。さらに成獣の肝細胞で誘導的にAtg5遺伝子をノックアウトする実験を行ったところ、最初に現れる異常は細胞質全体のユビキチン化タンパク質であり、遅れて凝集体が出現することがわかった。つまり、オートファジーの直接の基質は凝集体そのものではなく、むしろ可溶性のタンパク質であると考えられた。
以上のことから、誘導されるオートファジーは飢餓適応として重要であるが、基底レベルの恒常的オートファジーは生理的な状態での細胞内全体の品質管理機構として、特に神経細胞や肝細胞では変性を抑制する重要な細胞機能であると考えられた。

研究成果

• [雑誌論文] LC3, an autophagosome marker, can be incorporated into protein aggregates independent of autophagy : Caution in the interpretation of LC3 localization (2007)
  • 著者名/発表者名: Kuma, A. et al.
  • 雑誌名: Autophagy (印刷中)
• [雑誌論文] The role of mammalian autophagy in protein metabolism (2007)
  • 著者名/発表者名: Mizushima, N.
  • 雑誌名: P. JPN Acad. B-Phys 82 ページ: 39-46
  • NAID: 130000093911
• [雑誌論文] ALIS are stress-induced-protein storage compartments for substrates of the proteasome and autophagy (2006)
  • 著者名/発表者名: Szeto, J. et al.
  • 雑誌名: Autophagy 2 ページ: 189-199
• [雑誌論文] Suppression of basal autophagy in neural cells causes neurodegenerative disease in mice (2006)
  • 著者名/発表者名: Hara, T. et al.
  • 雑誌名: Nature 441 ページ: 885-889
• [雑誌論文] Intracellular inclusions containing mutant alpha 1-antitrypsin ∠ are propagated in the absence of autophagic activity. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kamimoto, T. et al.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem 281 ページ: 4467-4476
• [雑誌論文] Intracellular quality control autophagy : How does autophagy prevent neurodegeneration? (2006)
  • 著者名/発表者名: Mizushima, N. et al.
  • 雑誌名: Autophagy 2 ページ: 302-304
• [雑誌論文] 神経細胞内浄化機構としてのオートファジー (2006)
  • 著者名/発表者名: 原太一 他
  • 雑誌名: 細胞工学 25 ページ: 644-645
• [雑誌論文] オートファジーの生理学 : タンパク質代謝システムとしての役割 (2006)
  • 著者名/発表者名: 水島昇
  • 雑誌名: 医学のあゆみ 216 ページ: 509-513
• [雑誌論文] Organelle degradation during the lens and erythroid differentiation is independent of autophagy (2006)
  • 著者名/発表者名: Matsui, M., Yamamoto, A., Kuma, A., Ohsumi, Y., Mizushima, N.
  • 雑誌名: Biochem.Biophys.Res.Commun. 339 ページ: 485-489
• [雑誌論文] Bcl-2 Antiapoptotic Proteins Inhibit Beclin 1-Dependent Autophagy. (2005)
  • 著者名/発表者名: Pattingre, S., Tassa, A., Qu, X., Garuti, R., Huan Liang, X., Mizushima, N., Packer, M., Schneider, M.D., Levine, B.
  • 雑誌名: Cell 122 ページ: 927-939
• [雑誌論文] Autophagic cell death of pancreatic acinar cells in serine protease inhibitor kazal type 3-deficient mice. (2005)
  • 著者名/発表者名: Ohmuraya, M., Hirota, M., Araki, M., Mizushima, N., Matsui, M., Mizumoto, T., Haruna, K., Kume, S., Takeya, M., Ogawa, M., Araki, K., Yamamura, K.
  • 雑誌名: Gastroenterology 129 ページ: 696-705
• [雑誌論文] Impairment of starvation-induced and contitutive autophagy in Atg7-deficient mice. (2005)
  • 著者名/発表者名: Komatsu, M., Waguri, S., Ueno, T., Iwata, J., Murata, S., Tanida, I., Ezaki, J., Mizushima, N., Ohsumi, Y., Uchiyama, Y., Kominami, E., Tanaka, K., Chiba, T.
  • 雑誌名: J.Cell Biol. 169 ページ: 425-434
• [雑誌論文] The pleiotropic role of autophagy : from protein metabolism to bactericide. (2005)
  • 著者名/発表者名: Mizushima, N.
  • 雑誌名: Cell Death Differ, 12 ページ: 1535-1541
• [雑誌論文] オートファジーの代謝生理学的意義 (2005)
  • 著者名/発表者名: 水島昇, 久万亜紀子
  • 雑誌名: 細胞工学 24 ページ: 567-571
  • NAID: 10029094534
• [雑誌論文] オートファジー:細胞の新生戦略 (2005)
  • 著者名/発表者名: 水島昇
  • 雑誌名: 蛋白質核酸酵素 50 ページ: 393-402
  • NAID: 40006730324
• [雑誌論文] Intracellular inclusions containing mutant alpha 1-antitrypsin Z are propagated in the absence of autophagic activity
  • 著者名/発表者名: Kamimoto, T., Shoji, S., Hidvegi, T., Mizushima, N., Umebayashi, K., Perlmutter, D.H., Yoshimori, T.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem (印刷中)
• [雑誌論文] オートファジーの生理学:タンパク質代謝システムとしての役割
  • 著者名/発表者名: 水島昇
  • 雑誌名: 医学のあゆみ (印刷中)
• [図書] Transgenic models of autophagy (2006)
  • 著者名/発表者名: Mizushima N
  • 出版者: Wiley- VCH