オートファジーによるオルガネラ分解の分子基盤と生理的意義の解明

• 研究課題/領域番号: 17H01430
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 細胞生物学
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 中戸川 仁 東京工業大学, 生命理工学院, 准教授 (90414010)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 42,120千円 (直接経費: 32,400千円、間接経費: 9,720千円); 2021年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円); 2020年度: 9,620千円 (直接経費: 7,400千円、間接経費: 2,220千円); 2019年度: 8,710千円 (直接経費: 6,700千円、間接経費: 2,010千円); 2018年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円); 2017年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
• キーワード: オートファジー / オルガネラ / 核 / 小胞体 / ペルオキシソーム / 出芽酵母 / 細胞小器官 / 細胞内膜動態 / 細胞内分解 / 栄養飢餓 / 飢餓 / 窒素飢餓 / 分解

研究成果の概要

オートファジーは細胞内の主要な分解系の1つである。本研究は、オートファジーを介したオルガネラ（細胞小器官）の分解のメカニズムと生理的意義の解明を総合的に進めることを目的とした。核および小胞体がそれぞれの分解においてどのように変形し、オートファゴソームに取り込まれていくのか、そのメカニズムを解明することに成功した。また、ペルオキシソームの分解を制御する仕組みについても重要な知見を得た。以上の成果を３報の論文として国際誌に発表した。さらに、核の分解の制御機構やオートファジーによって核の一部を分解することの生理的意義についても大きな進展が得られた。これら成果についても近く発表できると考えている。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、モデル生物である出芽酵母を用いて、明快な結果を得ることができた。成果は哺乳類を含む他の生物種のオートファジーの研究に対して重要な指針となるだけでなく、オルガネラや生体膜、細胞内分解といった細胞生物学の分野に広く大きなインパクトを与えるものである。また、オートファジーによるオルガネラの分解は、神経変性疾患などの病気と関連することが明らかとなってきた。本研究の成果は、将来的にこれら関連疾患の予防法や治療法の開発のための基盤情報として活用される可能性もある。

研究成果

• [雑誌論文] Atg39 links and deforms the outer and inner nuclear membranes in selective autophagy of the nucleus (2022)
  • 著者名/発表者名: Mochida Keisuke、Otani Toshifumi、Katsumata Yuto、Kirisako Hiromi、Kakuta Chika、Kotani Tetsuya、Nakatogawa Hitoshi
  • 雑誌名: Journal of Cell Biology 巻: 221 号: 2
  • DOI: 10.1083/jcb.202103178
  • 査読あり
• [雑誌論文] Degradation of nuclear components via different autophagy pathways (2022)
  • 著者名/発表者名: Li Ziyang、Nakatogawa Hitoshi
  • 雑誌名: Trends in Cell Biology 巻: － 号: 7 ページ: 574-584
  • DOI: 10.1016/j.tcb.2021.12.008
• [雑誌論文] Autophagic degradation of the endoplasmic reticulum (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakatogawa H*
  • 雑誌名: Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｊａｐａｎ Ａｃａｄｅｍｙ． Ｓｅｒ． Ｂ： Ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ 巻: 96 号: 1 ページ: 1-9
  • DOI: 10.2183/pjab.96.001
  • NAID: 130007783771
  • ISSN: 0386-2208, 1349-2896
  • 年月日: 2020-01-10
  • 査読あり
• [雑誌論文] TORC1 inactivation stimulates autophagy of nucleoporin and nuclear pore complexes (2020)
  • 著者名/発表者名: Tomioka Yui、Kotani Tetsuya、Kirisako Hiromi、Oikawa Yu、Kimura Yayoi、Hirano Hisashi、Ohsumi Yoshinori、Nakatogawa Hitoshi
  • 雑誌名: Journal of Cell Biology 巻: 219 号: 7 ページ: 301-305
  • DOI: 10.1083/jcb.201910063
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Super-assembly of ER-phagy receptor Atg40 induces local ER remodeling at contacts with forming autophagosomal membranes (2020)
  • 著者名/発表者名: Mochida Keisuke、Yamasaki Akinori、Matoba Kazuaki、Kirisako Hiromi、Noda Nobuo N.、Nakatogawa Hitoshi
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11, 3306 号: 1 ページ: 3306-3306
  • DOI: 10.1038/s41467-020-17163-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Pex3 confines pexophagy receptor activity of Atg36 to peroxisomes by regulating Hrr25-mediated phosphorylation and proteasomal degradation. (2020)
  • 著者名/発表者名: Meguro S, Zhuang X, Kirisako H, Nakatogawa H
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 295 号: 48 ページ: 16292-16298
  • DOI: 10.1074/jbc.ra120.013565
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Atg8-mediated super-assembly of Atg40 induces local ER remodeling in reticulophagy. (2020)
  • 著者名/発表者名: Mochida K, Nakatogawa H
  • 雑誌名: Autophagy 巻: 16 号: 12 ページ: 2299-2300
  • DOI: 10.1080/15548627.2020.1831801
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] <i>N</i>-glycosylation of Rim21 at an Unconventional Site Fine-tunes Its Behavior in the Plasma Membrane (2020)
  • 著者名/発表者名: Obara K, Kotani T, Nakatogawa H, Kihara A, Kamura T
  • 雑誌名: Cell Structure and Function 巻: 45 号: 1 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1247/csf.19021
  • NAID: 130007784461
  • ISSN: 0386-7196, 1347-3700
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] ERファジーとヌクレオファジー (2017)
  • 著者名/発表者名: 持田 啓佑、中戸川 仁
  • 雑誌名: 化学と生物 巻: 55 号: 2 ページ: 86-87
  • DOI: 10.1271/kagakutoseibutsu.55.86
  • NAID: 130006316059
  • ISSN: 0453-073X, 1883-6852
• [雑誌論文] オートファジーによるオルガネラの選択的分解：酵母における ERファジーおよびヌクレオファジーの発見 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中戸川 仁
  • 雑誌名: 膜 巻: 42 号: 5 ページ: 181-185
  • DOI: 10.5360/membrane.42.181
  • NAID: 130006318938
  • ISSN: 0385-1036, 1884-6440
• [学会発表] オートファジーにおけるオルガネラ変形のメカニズム (2021)
  • 著者名/発表者名: 中戸川仁
  • 学会等名: 第23回酵母合同シンポジウム
• [学会発表] マクロヌクレオファジーにおける核膜変形のメカニズム (2021)
  • 著者名/発表者名: 中戸川仁
  • 学会等名: 新学術領域「マルチモードオートファジー」第3回班会議、第１４回オートファジー研究会
• [学会発表] 出芽酵母におけるオートファジーレセプターのリン酸化制御機構 (2021)
  • 著者名/発表者名: 目黒創太
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [学会発表] オートファジーがオルガネラ脂質組成に与える影響の解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 中井春樹
  • 学会等名: 酵母遺伝学フォーラム 第53回研究報告会
• [学会発表] 選択的オートファジーの新規標的の探索 (2020)
  • 著者名/発表者名: 黒田彩月
  • 学会等名: 酵母遺伝学フォーラム 第53回研究報告会
• [学会発表] Proper membrane shaping during autophagosome biogenesis is required for non-selective sequestration of cytoplasmic components (2020)
  • 著者名/発表者名: 中戸川仁
  • 学会等名: 第58回日本生物物理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] ホスファチジルイノシトール 3-キナーゼ複合体IのPASへの局在化機構 (2020)
  • 著者名/発表者名: 人見佳菜恵
  • 学会等名: 第13回オートファジー研究会・若手の会
• [学会発表] オートファジーによるオルガネラ分解のメカニズム (2020)
  • 著者名/発表者名: 中戸川仁
  • 学会等名: 第62回 HiHA Webセミナー (Webinar)
  • 招待講演
• [学会発表] Mechanism of membrane dynamics underlying autophagic degradation of the ER(オートファジーによる小胞体分解を支える膜動態のメカニズム) (2019)
  • 著者名/発表者名: 中戸川仁
  • 学会等名: 日本細胞生物学会
  • 招待講演
• [学会発表] The Atg2-Atg18 complex tethers pre-autophagosomal membranes to the endoplasmic reticulum (2019)
  • 著者名/発表者名: 小谷哲也
  • 学会等名: 日中韓フォーサイト事業・第５回日中韓合同オートファジー研究会
  • 国際学会
• [学会発表] Local Remodeling of the ER Membrane during its Selective Degradation by Autophagy (2019)
  • 著者名/発表者名: 中戸川仁
  • 学会等名: The 1st Symposium on Biogenesis and Trafficking of Intracellular and Extracellular Vesicles
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] オートファジーの分子メカニズム研究の新展開 (2019)
  • 著者名/発表者名: 中戸川仁
  • 学会等名: 日本遺伝学会第91回大会ワークショップ
• [学会発表] Pre-autophagosomal structureの形成機構に関する新たな洞察 (2019)
  • 著者名/発表者名: 中戸川仁
  • 学会等名: 日本生化学会シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 出芽酵母におけるマクロオートファジーとミクロオートファジーの連携 (2019)
  • 著者名/発表者名: 中戸川仁
  • 学会等名: 第12回オートファジー研究会
• [学会発表] 隔離膜伸張におけるAtg24複合体の役割 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小谷哲也
  • 学会等名: 第12回オートファジー研究会・若手の会
• [学会発表] 出芽酵母におけるオートファジーレセプターのリン酸化制御機構に関する解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 目黒創太
  • 学会等名: 第12回オートファジー研究会・若手の会
• [学会発表] Atg39のリン酸化を介したヌクレオファジーの制御機構 (2019)
  • 著者名/発表者名: 伊従匠哉
  • 学会等名: 第12回オートファジー研究会・若手の会
• [学会発表] 核の選択的オートファジーにおける核由来二重膜小胞の形成機構の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 大谷聡郁
  • 学会等名: 第12回オートファジー研究会・若手の会
• [学会発表] PI3K複合体ⅠのPASへの局在化機構の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 人見佳菜恵
  • 学会等名: 第12回オートファジー研究会・若手の会
• [学会発表] Selective Autophagic Degradation of the Nuclear Pore Complex/Nucleoporins (2019)
  • 著者名/発表者名: 富岡優衣
  • 学会等名: The 9th International Symposium on Autophagy
  • 国際学会
• [学会発表] Atg8-mediated super-assembly of Atg40 locally remodels the ER during ER-phagy (2019)
  • 著者名/発表者名: 中戸川仁
  • 学会等名: The 9th International Symposium on Autophagy
  • 国際学会
• [学会発表] Molecular mechanisms underlying autophagic degradation of the ER (2018)
  • 著者名/発表者名: 中戸川仁
  • 学会等名: International Symposium on ER stress, glycosylation, homeostasis and diseases
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Revealing the mechanisms of nucleophagy and ER-phagy using the yeast model system (2017)
  • 著者名/発表者名: 中戸川仁
  • 学会等名: KSBMB International Conference 2017, Busan, Korea
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] オートファジーにおける膜形成と分解標的認識のメカニズム：膜供給源であり分解対象でもある小胞体 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中戸川仁
  • 学会等名: 日本膜学会第39年会生体膜シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Mechanisms of membrane nucleation and expansion during autophagosome formation (2017)
  • 著者名/発表者名: 中戸川仁
  • 学会等名: The 8th International Symposium on Autophagy
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Membrane binding ability of Atg2 and its significance in autophagosome formation (2017)
  • 著者名/発表者名: 小谷哲也
  • 学会等名: The 8th International Symposium on Autophagy
  • 国際学会
• [学会発表] Degradation of the nucleus and the endoplasmic reticulum via selective autophagy (2017)
  • 著者名/発表者名: 持田啓佑
  • 学会等名: The 8th International Symposium on Autophagy
  • 国際学会
• [学会発表] Membrane dynamics during autophagosome formation (2017)
  • 著者名/発表者名: 志摩喬之
  • 学会等名: The 8th International Symposium on Autophagy
  • 国際学会
• [学会発表] Membrane dynamics during autophagosome formation (2017)
  • 著者名/発表者名: 志摩喬之
  • 学会等名: International A3 Foresight Symposium on Autophagy
  • 国際学会
• [学会発表] Two different relationships between the ER and autophagy. Hitoshi Nakatogawa, Tokyo Tech (2017)
  • 著者名/発表者名: 中戸川仁
  • 学会等名: International Symposium on Protein Quality Control
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] オートファジーによる核と小胞体の分解における膜ダイナミクス (2017)
  • 著者名/発表者名: 中戸川仁
  • 学会等名: 第59回日本脂質生化学会
  • 招待講演
• [学会発表] 出芽酵母におけるオートファジーによる飢餓時の栄養リサイクル (2017)
  • 著者名/発表者名: 中戸川仁
  • 学会等名: 第３回植物の栄養研究会
  • 招待講演
• [学会発表] オートファジーによるオルガネラ破壊のメカニズム (2017)
  • 著者名/発表者名: 中戸川仁
  • 学会等名: 日本植物学会第81回大会
  • 招待講演
• [学会発表] オートファゴソーム形成におけるAtg2の機能解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小谷哲也
  • 学会等名: 酵母遺伝学フォーラム第50回研究報告会
• [学会発表] オートファジーによる小胞体の選択的分解の分子機構 (2017)
  • 著者名/発表者名: 持田啓佑
  • 学会等名: 酵母遺伝学フォーラム第50回研究報告会
• [学会発表] オートファジーによる核膜孔複合体／ヌクレオポリンの分解 (2017)
  • 著者名/発表者名: 富岡優衣
  • 学会等名: 酵母遺伝学フォーラム第50回研究報告会
• [学会発表] オートファゴソーム形成におけるAtg9小胞とAtg2-Atg18複合体の相互作用メカニズムの解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 土屋聡明
  • 学会等名: 酵母遺伝学フォーラム第50回研究報告会
• [学会発表] 脂質の観点から考えるオートファジーのメカニズムと生理機能 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中戸川仁
  • 学会等名: セラミド研究会 10周年記念大会
  • 招待講演
• [学会発表] 出芽酵母におけるオメガソーム様構造の発見 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中戸川仁
  • 学会等名: 新学術領域「オートファジー」第5回班会議
• [学会発表] 酵母におけるオートファジーによるオルガネラ分解のメカニズム (2017)
  • 著者名/発表者名: 中戸川仁
  • 学会等名: ConBio2017 第40回日本分子生物学会年会・第90回日本生化学会大会
  • 国際学会
• [学会発表] 小胞体からゴルジ体への小胞輸送に関わるSNAREタンパク質のオートファゴソーム形成における役割の (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐藤良昭
  • 学会等名: ConBio2017 第40回日本分子生物学会年会・第90回日本生化学会大会
• [学会発表] オートファジーにおけるAtg9小胞とAtg2-Atg18複合体の相互作用に関する解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 土屋聡明
  • 学会等名: ConBio2017 第40回日本分子生物学会年会・第90回日本生化学会大会
• [図書] 酵母の選択的オートファジー 実験医学 特集「選択的オートファジー 既成概念を覆す分子機構と生理作用」2021年8月号 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中戸川 仁
  • 総ページ数: 6
  • 出版者: 羊土社
  • ISBN: 9784758125468
• [図書] オートファジー 分子メカニズムの理解から病態の解明まで (2017)
  • 著者名/発表者名: 大隅良典、吉森 保、水島 昇、中戸川仁
  • 総ページ数: 241
  • 出版者: 南山堂
  • ISBN: 9784525134815
• [備考] オートファジーによる小胞体分解の分子メカニズムを解明
  • URL: https://www.titech.ac.jp/news/2020/047416.html
• [備考] 中戸川研究室
  • URL: http://www.nakatogawa-lab.bio.titech.ac.jp/
• [備考] 中戸川研究室Webページ
  • URL: http://www.nakatogawa-lab.bio.titech.ac.jp/index.html