父性ミトコンドリアの選択的分解を規定する分子基盤とその生物学的意義

• 研究課題/領域番号: 18H02435
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分44010:細胞生物学関連
• 研究機関: 群馬大学
• 研究代表者: 佐藤 美由紀 群馬大学, 生体調節研究所, 教授 (70321768)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円); 2020年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2019年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2018年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円)
• キーワード: オートファジー / ミトコンドリア / 母性遺伝 / 線虫C.elegans / 受精 / 線虫 / C. elegans

研究成果の概要

オートファジーは細胞の一部を膜で囲い込んで分解する仕組みである。モデル生物・線虫では、精子に由来する父性ミトコンドリアが受精卵において選択的オートファジーにより除去され，これがミトコンドリアDNA母性遺伝の仕組みとして働く。この過程で機能する新しいオートファジーアダプターALLO-1について解析を行い、ALLO-1は受精直後に標的上に局在化を開始すること、この局在にはC末端が重要であることを明らかにした。また、ALLO-1はオートファジーの開始を制御するATG1複合体を標的にリクルートすることも見出し、これが標的上での局所的なオートファゴソーム膜形成につながっていると考えられた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

ミトコンドリアDNAの母性遺伝の仕組みは生物学の長年の謎であったが、オートファジーによって父性ミトコンドリアが選択的に分解されることが明らかとなった。次の課題は、「どのように父性ミトコンドリアだけが識別されるのか」という点である。本研究により選択性を決める鍵分子であるALLO-1の機能について理解が進み、標的周囲にオートファゴソーム膜を形成させる仕組みを明らかにした。また、この仕組みは線虫だけでなく哺乳類の選択的オートファジーとも類似性があり、種を超えて保存された仕組みであることも示唆された。

研究成果

• [雑誌論文] Degradation of paternal mitochondria via mitophagy (2021)
  • 著者名/発表者名: Sasaki Taeko、Sato Miyuki
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects 巻: 1865 号: 6 ページ: 129886-129886
  • DOI: 10.1016/j.bbagen.2021.129886
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular mechanisms and physiological functions of mitophagy (2021)
  • 著者名/発表者名: Onishi Mashun、Yamano Koji、Sato Miyuki、Matsuda Noriyuki、Okamoto Koji
  • 雑誌名: The EMBO Journal 巻: 40 号: 3 ページ: 1-1
  • DOI: 10.15252/embj.2020104705
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ERdj8 governs the size of autophagosomes during the formation process (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Yo-hei、Kasai Ayano、Omori Hiroko、Takino Tomoe、Sugihara Munechika、Umemoto Tetsuo、Hamasaki Maho、Hatta Tomohisa、Natsume Tohru、Morimoto Richard I.、Arai Ritsuko、Waguri Satoshi、Sato Miyuki、Sato Ken、Bar-Nun Shoshana、Yoshimori Tamotsu、Noda Takeshi、Nagata Kazuhiro
  • 雑誌名: Journal of Cell Biology 巻: 219 号: 8 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1083/jcb.201903127
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] オートファジーによる父性ミトコンドリアの選択的分解 (2020)
  • 著者名/発表者名: 佐藤美由紀
  • 雑誌名: 医学のあゆみ 第5土曜特集 巻: 272 ページ: 811-816
• [雑誌論文] 初期発生におけるリソソーム分解の生理機能と分子メカニズム (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 美由紀、佐藤 裕公、佐藤 健
  • 雑誌名: 生化学 巻: 91 号: 5 ページ: 643-651
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2019.910643
  • ISSN: 0037-1017
  • 年月日: 2019-10-25
• [雑誌論文] ミトコンドリアのオートファジーによる分解とその生理機能 (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐藤美由紀
  • 雑誌名: 生体の科学 巻: 69 ページ: 586-590
• [学会発表] Selective autophagy of paternal mitochondria via the autophagy receptor ALLO-1 and TBK1-related kinase IKKE-1 (2020)
  • 著者名/発表者名: Miyuki Sato
  • 学会等名: 第20回日本蛋白質科学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] The mechanism underlying selective elimination of paternal mitochondria in C. elegans (2020)
  • 著者名/発表者名: Taeko Sasaki, Yasuharu Kushida, Ken Sato, Miyuki Sato
  • 学会等名: 第72回日本細胞生物学会
  • 招待講演
• [学会発表] ALLO-1とIKKE-1による父性オルガネラの選択的分解機構 (2020)
  • 著者名/発表者名: 佐藤美由紀
  • 学会等名: 第12回 オートファジー研究会 若手の会
  • 招待講演
• [学会発表] 線虫遺伝学×プロテオミクスのコラボ： 父性オルガネラオートファジー制御機構の解明を目指して (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐藤美由紀，佐藤健，小迫英尊
  • 学会等名: 第19回日本蛋白質科学会年会 第71回日本細胞生物学会大会 合同年次大会
  • 招待講演
• [学会発表] The mechanism of specific elimination of paternal mitochondria via autophagy receptor ALLO-1 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐々木妙子，佐藤健，佐藤美由紀
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会
  • 招待講演
• [学会発表] オートファジーレセプターALLO-1による父性ミトコンドリアの選択的分解制御機構 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐々木妙子，佐藤健，佐藤美由紀
  • 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] キナーゼとアダプターによる父性オルガネラ選択的オートファジーの制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐藤美由紀，佐藤健
  • 学会等名: 第91回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] The autophagy receptor ALLO-1 and the TBK1/IKKε-related kinase regulate clearance of paternal mitochondria in C. elegans (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐藤美由紀，佐藤健
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会
  • 招待講演
• [学会発表] Selective autophagy of paternal mitochondria for maternal inheritance of mitochondrial DNA (2018)
  • 著者名/発表者名: Miyuki Sato
  • 学会等名: The 4th IMCR Symposium on Endocrine and Metabolism
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 群馬大学生体調節研究所生体膜機能分野
  • URL: http://makukinou.showa.gunma-u.ac.jp/index.html