オートファゴソーム形成を支える膜動態の解析

• 研究課題/領域番号: 20687009
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 機能生物化学
• 研究機関: 東京工業大学 (2009-2011); 基礎生物学研究所 (2008)
• 研究代表者: 中戸川 仁 東京工業大学, その他 (90414010)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2011
• 研究課題ステータス: 完了 (2011年度)
• 配分額: 25,220千円 (直接経費: 19,400千円、間接経費: 5,820千円); 2011年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2010年度: 9,490千円 (直接経費: 7,300千円、間接経費: 2,190千円); 2009年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2008年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
• キーワード: オートファジー / 膜輸送と輸送タンパク質 / 生体膜形成 / 蛋白質分解 / 細胞内膜動態 / タンパク質分解 / ユビキチン様蛋白質 / 脂質修飾

研究概要

オートファジーは、栄養飢餓をはじめとする様々な生命現象に深く関わる細胞内分解・リサイクリングシステムである。オートファジーには、被分解物を隔離し、分解の場であるリソソームあるいは液胞に輸送するためのオートファゴソームと呼ばれる二重膜胞の新規構築が必須であるが、そのメカニズムは未だ謎に包まれている。本研究では、オートファゴソーム形成に必須のAtg因子の中から、膜動態に直接関わると考えられる機能未知の因子に着目し、オートファゴソーム形成のメカニズムの解明に突破口を開くことを目的としている。昨年度までの研究により、機能未知のタンパク質複合体構成因子Atg2およびAtg18を欠いた細胞内に、オートファゴソーム膜の中間体と考えられる膜構造が蓄積することを見出した。本年度は、この膜構造の形成機構を解析し、同膜構造がpre-autophagosoma 1 structureと呼ばれる液胞近傍の構造体で他のAtgタンパク質の協調的な働きにより形成されることを明らかにした。また、Atg2の発現を可逆的にコントロールできる細胞株を構築し、同膜構造の蓄積がAtg2の再発現により解消されることを示し、同膜構造が真にオートファゴソーム膜の中間体であることを裏付ける結果を得た。さらに、同膜構造を細胞破砕液より大量に単離する手法を確立し、その質量分析によるタンパク質・脂質組成の決定や電子顕微鏡による形態観察に取り組むことを可能とした。

研究成果

• [雑誌論文] The NMR structure of the autophagy-related protein Atg8. (2010)
  • 著者名/発表者名: Kumeta H, Watanabe M, Nakatogawa H, Yamaguchi M, Ogura K, Adachi W, Fuljioka Y, Noda NN, Ohsumi Y, Inagaki F.
  • 雑誌名: J.Biomol.NMR 巻: 47 ページ: 237-241
  • 査読あり
• [雑誌論文] Autophagy-related protein (Atg) 8-family interacting motif in Atg3 mediates the Atg3-Atg8 interaction and is crucial for the cytoplasm-to-vacuole targeting pathway. (2010)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi M, Noda NN, Nakatogawa H, Kumeta H, Ohsumi Y, Inagaki F.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 巻: 285 ページ: 29599-29607
  • 査読あり
• [雑誌論文] The dimeric coiled-coil structure of Saccharomyces cerevisiae Atg16 and its functional significance in autophagy (2010)
  • 著者名/発表者名: Fujioka Y, Noda NN, Nakatogawa H, Ohsumi Y, Inagaki F
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 285 ページ: 1508-1515
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamics and diversity in autophagy mechanisms : lessons from yeast (2009)
  • 著者名/発表者名: Nakatogawa H, Suzuki S, Kamada Y, Ohsumi Y
  • 雑誌名: Nature Reviews Molecular Cell Biology 10 ページ: 458-467
  • NAID: 120006581981
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural basis of target recognition by Atg8/LC3 during selective autophagy (2008)
  • 著者名/発表者名: Noda NN
  • 雑誌名: Genes to Cells 12 ページ: 1211-1218
  • 査読あり
• [雑誌論文] Physiological pH and acidic phospholipids contribute to substrate specificity in lipidation of Atg8 (2008)
  • 著者名/発表者名: Oh-oka K
  • 雑誌名: The Journal of Biological Chemistry 283 ページ: 21847-21852
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lipidation of Atg8 : How is substrate specificity determined without a canonical E3 enzyme (2008)
  • 著者名/発表者名: Nakatogawa H
  • 雑誌名: Autophagy 4 ページ: 911-913
• [雑誌論文] Starved cells eat ribosomes (2008)
  • 著者名/発表者名: Nakatogawa H
  • 雑誌名: Nature Cell Biology 10 ページ: 505-507
• [雑誌論文] 出芽酵母のオートファジー-分子機構研究の最前線 (2008)
  • 著者名/発表者名: 中戸川仁
  • 雑誌名: 蛋白質核酸酵素増刊「メンブレントラフィックの奔流」大野博司, 吉森保編 53 ページ: 2099-2105
• [雑誌論文] オートファジー (2008)
  • 著者名/発表者名: 中戸川仁
  • 雑誌名: 蛋白質核酸酵素増刊「キーワード : 蛋白質の一生」遠藤斗志也, 小椋光, 永田和宏, 森和俊, 田口英樹, 吉田賢右編 53 ページ: 913-914
• [雑誌論文] 細胞質の隔離と輸送に特化したオルガネラ : オートファゴソームの構築機構 (2008)
  • 著者名/発表者名: 中戸川仁
  • 雑誌名: 膜 33 ページ: 2-8
  • NAID: 10020130357
• [学会発表] Atg4 regenerates Atg8 lipidated on inappropriate membranes (2010)
  • 著者名/発表者名: Nakatogawa H, Ohsumi Y
  • 学会等名: 第33回日本分子生物学会年会・第83回日本生化学会大会合同大会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2010-12-10
• [学会発表] Identification and characterization of a novel autophagy-related membrane structure (2010)
  • 著者名/発表者名: Nakatogawa H, Ohsumi Y
  • 学会等名: 1st Sino-Japan Symposium on Autophagy
  • 発表場所: Xi'an, China
  • 年月日: 2010-10-15
• [学会発表] Identification and characterization of an autophagosomal membrane precursor (2010)
  • 著者名/発表者名: Nakatogawa H, Ohsumi Y
  • 学会等名: The 3rd International Symposium on Protein Community
  • 発表場所: 奈良
  • 年月日: 2010-09-14
• [学会発表] Molecular mechanism of autophagosome biogenesis inferred from analysis of the lipidated ubiquitin-like protein Atg8 (2010)
  • 著者名/発表者名: Nakatogawa H, Ohsumi Y
  • 学会等名: 第27回内藤コンファレンス 生体膜ダイナミクスと脂質生物学[I]
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2010-06-30
• [学会発表] Analysis of an Atg8-PE containing structure : Capturing a precursor of the autophagosomal membrane (2010)
  • 著者名/発表者名: 中戸川仁, 大隅良典
  • 学会等名: Keystone Symposium on Molecular Basis for Biological Membrane Organization and Dynamics
  • 発表場所: 米国ユタ州ソルトレイクシティー
  • 年月日: 2010-01-12
• [学会発表] オートファゴソーム形成に必須のユビキチン様タンパク質Atg8の細胞内フラックスの解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 中戸川仁、大隅良典
  • 学会等名: 第82回日本生化学会大会
  • 発表場所: 神戸市
  • 年月日: 2009-10-24
• [学会発表] Analyses of Atg8-PE-containing structures involved in autophagosome formation (2009)
  • 著者名/発表者名: 中戸川仁, 大隅良典
  • 学会等名: 5th International Symposium on Autophagy
  • 発表場所: 大津市
  • 年月日: 2009-09-25
• [学会発表] Atg8の解析から探るオートファゴソームの膜の由来 (2008)
  • 著者名/発表者名: 中戸川仁
  • 学会等名: 第31回日本分子生物学会年会・第81回日本生化学会大会合同大会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2008-12-12
• [学会発表] ユビキチン様蛋白質Atg8に結合する脂質分子の解析 (2008)
  • 著者名/発表者名: 大岡杏子
  • 学会等名: 第31回日本分子生物学会年会・第81回日本生化学会大会合同大会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2008-12-12
• [学会発表] Atg8の解析から探るオートファゴソームの膜の起源 (2008)
  • 著者名/発表者名: 中戸川仁
  • 学会等名: 酵母遺伝学フォーラム第41回研究報告会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2008-09-11
• [備考]
  • URL: http://www.ohsumilab.aro.iri.titech.ac.jp/