LC3による非オートファジー機能を介した損傷リソソーム修復機構の解明

• 研究課題/領域番号: 21H02428
• 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43030:機能生物化学関連
• 研究機関: 奈良県立医科大学 (2023); 大阪大学 (2021-2022)
• 研究代表者: 中村 修平 奈良県立医科大学, 医学部, 教授 (00510611)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円); 2023年度: 7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円); 2022年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2021年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
• キーワード: リソソーム / LC3 / TFEB / オートファジー / マウス / 非オートファジー機能 / mTORC1

研究開始時の研究の概要

傷ついたリソソームは細胞にとって有害となるが、細胞がこれにどう対処しているか不明である。我々は最近、リソソーム損傷時に、オートファジー・リソソーム生合成のマスター転写因子TFEBが活性化し、このことが損傷リソソームの修復に必須であることを見出した (Nakamura et al., Nat Cell Biol, 2020)。興味深いことにこのTFEBの活性化にはオートファジーで必須な働きをするLC3タンパク質のオートファジー以外の機能が必要であることが分かった。しかしLC3による非オートファジー機能がどのようにTFEBを活性化し最終的にリソソーム恒常性維持に寄与するか不明であり、本研究でこの詳細を明らかにする。

研究成果の概要

傷ついたリソソームは細胞にとって有害となる。我々は以前、リソソーム損傷時にリソソーム生合成のマスター転写因子TFEBが活性化し、これが損傷リソソーム修復に必須であること、この活性化にオートファジー制御因子LC3の非オートファジー機能が必要であることを見出していたが(Nat Cell Biol, 2020)、その詳細は不明であった。本研究で、LC3のパラログが、ESCRT複合体と共に損傷膜の修復を担うこと発見した(EMBO Rep, 2023)。また、TFEBの新規ターゲットHKDC1を同定し、これがリソソームとミトコンドリアの恒常性維持に働くことも見出した(PNAS, 2024)。

研究成果の学術的意義や社会的意義

老化過程や様々な加齢性疾患で損傷リソソームの増加が見られているが、損傷リソソームが老化の原因なのか結果なのかはよく分かっていない。本研究で新たに明らかにしたLC3パラログやHKDC1の抑制によって損傷リソソームが増加し、個体老化あるいは細胞老化の亢進がみられたことから、損傷リソソームが老化の要因の一旦になっている可能性が示唆された(EMBO Rep, 2023; PNAS, 2024)。今後これら因子の機能解析をさらに進めることでリソソーム損傷を伴う老化や加齢性疾患を抑制する新たな手法の確立につながる可能性がある。

研究成果

• [雑誌論文] HKDC1, a target of TFEB, is essential to maintain both mitochondrial and lysosomal homeostasis, preventing cellular senescence (2024)
  • 著者名/発表者名: 1.Cui, M., Yamano, K., Yamamoto, K., Yamamoto-Imoto, H., Minami, S., Yamamoto, T., Matsui, S., Kaminishi, T., Shima, T., Ogura, M., Tsuchiya, M., Nishino, K., Layden B., Kato, H., Ogawa, H., Oki, S., Okada, Y., Isaka, Y., Kosako, H., Matsuda, N., *Yoshimori, T., *Nakamura, S.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 121 号: 2
  • DOI: 10.1073/pnas.2306454120
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Lysophagy protects against propagation of α-synuclein aggregation through ruptured lysosomal vesicles (2023)
  • 著者名/発表者名: Kakuda Keita、Ikenaka Kensuke、Kuma Akiko、Doi Junko、Aguirre Cesar、Wang Nan、Ajiki Takahiro、Choong Chi-Jing、Kimura Yasuyoshi、Badawy Shaymaa Mohamed Mohamed、Shima Takayuki、Nakamura Shuhei、Baba Kousuke、Nagano Seiichi、Nagai Yoshitaka、Yoshimori Tamotsu、Mochizuki Hideki
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 121 号: 1
  • DOI: 10.1073/pnas.2312306120
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Microautophagy regulated by <scp>STK38</scp> and <scp>GABARAPs</scp> is essential to repair lysosomes and prevent aging (2023)
  • 著者名/発表者名: Ogura Monami、Kaminishi Tatsuya、Shima Takayuki、Torigata Miku、Bekku Nao、Tabata Keisuke、Minami Satoshi、Nishino Kohei、Nezu Akiko、Hamasaki Maho、Kosako Hidetaka、Yoshimori Tamotsu、Nakamura Shuhei
  • 雑誌名: EMBO reports 巻: 24 号: 12
  • DOI: 10.15252/embr.202357300
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The TMEM192-mKeima probe specifically assays lysophagy and reveals its initial steps (2023)
  • 著者名/発表者名: Shima Takayuki、Ogura Monami、Matsuda Ruriko、Nakamura Shuhei、Jin Natsuko、Yoshimori Tamotsu、Kuma Akiko
  • 雑誌名: Journal of Cell Biology 巻: 222 号: 12
  • DOI: 10.1083/jcb.202204048
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Neuronal MML-1/MXL-2 regulates systemic aging via glutamate transporter and cell nonautonomous autophagic and peroxidase activity (2023)
  • 著者名/発表者名: Shioda Tatsuya、Takahashi Ittetsu、Ikenaka Kensuke、Fujita Naonobu、Kanki Tomotake、Oka Toshihiko、Mochizuki Hideki、Antebi Adam、Yoshimori Tamotsu、Nakamura Shuhei
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 120 号: 39
  • DOI: 10.1073/pnas.2221553120
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] リソソーム損傷応答とその生理学的意義 (2023)
  • 著者名/発表者名: 小倉もな美，吉森 保，中村修平
  • 巻: 41
  • ページ: 1733
  • DOI: 10.18958/7277-00001-0000509-00
• [雑誌論文] 【抗老化医療の未来をさぐる:哺乳類における老化・寿命制御の理解とその社会実装】オートファジーと老化 (2023)
  • 著者名/発表者名: 中村 修平, 井本 ひとみ, 吉森 保
  • 雑誌名: Geriatric Medicine 巻: 61(1) ページ: 45-49
• [雑誌論文] 特集 リソソーム研究の新展開 Ⅱ.リソソームの恒常性維持機構 損傷リソソーム応答によるリソソーム恒常性の維持機構 (2022)
  • 著者名/発表者名: 小倉 もな美、吉森 保、中村 修平
  • 雑誌名: 生体の科学 巻: 73 号: 3 ページ: 221-225
  • DOI: 10.11477/mf.2425201506
  • ISSN: 0370-9531, 1883-5503
  • 年月日: 2022-06-15
• [雑誌論文] PACSIN1 is indispensable for amphisome-lysosome fusion during basal autophagy and subsets of selective autophagy (2022)
  • 著者名/発表者名: Oe Yukako、Kakuda Keita、Yoshimura Shin-ichiro、Hara Naohiro、Hasegawa Junya、Terawaki Seigo、Kimura Yasuyoshi、Ikenaka Kensuke、Suetsugu Shiro、Mochizuki Hideki、Yoshimori Tamotsu、Nakamura Shuhei
  • 雑誌名: PLOS Genetics 巻: 18 号: 6 ページ: e1010264-e1010264
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1010264
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Measurement of autophagy via LC3 western blotting following DNA-damage-induced senescence (2022)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto-Imoto Hitomi、Hara Eiji、Nakamura Shuhei、Yoshimori Tamotsu
  • 雑誌名: STAR Protocols 巻: 3 号: 3 ページ: 101539-101539
  • DOI: 10.1016/j.xpro.2022.101539
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Non-canonical roles of ATG8 for TFEB activation (2022)
  • 著者名/発表者名: Nakamura Shuhei、Akayama Shiori、Yoshimori Tamotsu
  • 雑誌名: Biochemical Society Transactions 巻: 50 号: 1 ページ: 47-54
  • DOI: 10.1042/bst20210813
  • 査読あり
• [雑誌論文] Protocols to monitor TFEB activation following lysosomal damage in cultured cells using microscopy and immunoblotting (2022)
  • 著者名/発表者名: Ogura Monami、Shima Takayuki、Yoshimori Tamotsu、Nakamura Shuhei
  • 雑誌名: STAR Protocols 巻: 3 号: 1 ページ: 101018-101018
  • DOI: 10.1016/j.xpro.2021.101018
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] オートファジー・リソソーム分解系による老化抑制機構の解明 (2023)
  • 著者名/発表者名: 中村修平
  • 学会等名: 第13回腎不全研究会
  • 招待講演
• [学会発表] オートファジーによる寿命・老化制御メカニズム (2023)
  • 著者名/発表者名: 中村修平
  • 学会等名: 第３回日本オートファジーコンソーシアムシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] リソソーム恒常性維持の分子機構と細胞老化における役割 (2023)
  • 著者名/発表者名: 中村修平
  • 学会等名: 第96回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular Mechanisms Maintaining Lysosomal Homeostasis and Its Roles in Aging (2023)
  • 著者名/発表者名: Shuhei Nakamura
  • 学会等名: Asian-Pacific Society for Neurochemistry (APSN) Webinar Series
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] オートファジー・リソソーム分解系の制御機構と老化・寿命制御における役割 (2023)
  • 著者名/発表者名: 中村修平
  • 学会等名: 第22回日本メンズヘルス医学会シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 傷ついたリソソームを除去するメカニズムとその生理学的意義 (2022)
  • 著者名/発表者名: 中村修平
  • 学会等名: 第95回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] Novel regulatory mechanism of TFEB essential for lysosomal homeostasis. (2022)
  • 著者名/発表者名: Shuhei Nakamura
  • 学会等名: 第86回日本循環器学会学術集会
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 傷ついたリソソームを除去するメカニズムとその生理学的意義 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中村修平
  • 学会等名: 第29回 cell death 学会学術集会
  • 招待講演
• [図書] 実験医学2023年7月号 (2023)
  • 著者名/発表者名: 中村 修平
  • 総ページ数: 133
  • 出版者: 羊土社
  • ISBN: 9784758125697
• [備考] オートファジー分解経路を制御する新たな因子を発見
  • URL: https://www.fbs.osaka-u.ac.jp/ja/research_results/papers/detail/1045