TORC1によるミクロヌクレオファジー制御機構

• 研究領域: マルチモードオートファジー：多彩な経路と選択性が織り成す自己分解系の理解
• 研究課題/領域番号: 20H05317
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 静岡大学
• 研究代表者: 丑丸 敬史 静岡大学, 理学部, 教授 (50262788)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円); 2021年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2020年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
• キーワード: TORC1 / オートファジー / ヌクレオファジー / ミクロオートファジー / ミクロヌクレオファジー / rDNA / 核小体 / ラパマイシン / 栄養源飢餓 / マクロオートファジー / マクロヌクレオファジー / ESCRT

研究開始時の研究の概要

TORC1不活性化後にNVJの液胞膜上にESCRTがリクルートされ、それによりミクロヌクレオファジーが誘導されることが想定される。本研究では、TORC1不活性化後の液胞膜上でのESCRT-0の形成動態を調べる一方で、TORC1によるリン酸化制御がESCRT-0のリクルートにどのように影響を及ぼすかを解明する。TORC1の下流には様々なキナーゼ（Sch9, Rim15等）、及びフォスファターゼ（PP2A, Sit4等）が存在し、これらの働きにより下流の因子のリン酸化・脱リン酸化が制御される。具体的にはESCRT-0のリン酸化制御の有無とそのシグナル伝達機構を解明する。

研究実績の概要

出芽酵母で栄養源飢餓により誘導されるヌクレオファジー（核を分解するオートファジー）では核小体タンパク質が選択的に分解されるが、核小体内にあるrDNA領域も含め染色体DNAは分解されない。ミクロヌクレオファジーにおいて、この分解は液胞と核の接触部（NVJ）が液胞内に陥入し取り込まれることにより起こる。研究代表者は、分解される核小体タンパク質はNVJに近寄り、分解されないrDNAは凝縮しつつ核小体タンパク質から分離してNVJより遠ざかることを見出した。本研究では、NVJがこの染色体・核小体の核内配置を制御する分子基盤を明らかにすることを目的とした。
研究代表者は、NVJに対しての核小体タンパク質とrDNAの定方向性の運動性がコンデンシンとHmo1依存的なrDNA凝縮と、CLIP/cohibin依存的なrDNAの核内膜繋留を必要とすることを明らかにしていた。NVJを欠く変異株ではミクロヌクレオファジーに加え、核内イベントであるrDNA凝縮も消失した（Tasnin et al. 2021）。このことは、液胞が核外からNVJを介して核小体リモデリングを指令することを示す。さらに、NVJ局在性タンパク質を網羅的に調べた結果、rDNA凝縮に必要な因子として既知のNvj1に加えてMdm1を同定した（Sharmin et al. 2021）。
一方、分裂期のrDNA凝縮に必要なCdc14フォスファターゼとトポイソメラーゼIIが、飢餓誘導性にも必要であることを見出した（Mostofa et al. 2021）。しかし、間期細胞を用いたところ、飢餓誘導性のrDNA凝縮はコンデンシン非依存性であること、しかしながらHmo1、Cdc14、Rpd3ヒストン脱アセチル化酵素、CLIP/cohibinは必要とすることを明らかにした（Takeichi et al. 2022）。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] The PI3 kinase complex II-PI3P-Vps27 axis on vacuolar membranes is critical for microautophagy induction and nutrient stress adaptation (2022)
  • 著者名/発表者名: Most Naoshia Tasnin, Kisara Ito, Haruko Katsuta, Tsuneyuki Takuma, Tasnuva Sharmin, and Takashi Ushimaru
  • 雑誌名: Journal of Molecular Biology 巻: 434 号: 2 ページ: 167360-167360
  • DOI: 10.1016/j.jmb.2021.167360
  • 査読あり
• [雑誌論文] nterphase chromosome condensation in nutrient-starved conditions requires Cdc14 and Hmo1, but not condensin, in yeast (2022)
  • 著者名/発表者名: Yuri Takeichi, Tsuneyuki Takuma, Kotaro Ohara, Most Naoshia Tasnin, and Takashi Ushimaru
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 611 ページ: 46-52
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2022.04.078
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vacuolar fragmentation promotes fluxes of microautophagy and micronucleophagy but not of macroautophagy (2022)
  • 著者名/発表者名: Tsuneyuki Takuma and Takashi Ushimaru
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 614 ページ: 161-168
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cdc14 protein phosphatase and topoisomerase II mediate rDNA dynamics and nucleophagic degradation of nucleolar proteins after TORC1 inactivation (2021)
  • 著者名/発表者名: Mostofa Md. Golam、Morshed Shamsul、Mase Satoru、Hosoyamada Shun、Kobayashi Takehiko、Ushimaru Takashi
  • 雑誌名: Cellular Signalling 巻: 79 ページ: 109884-109884
  • DOI: 10.1016/j.cellsig.2020.109884
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The vacuole controls nucleolar dynamics and micronucleophagy via the NVJ (2021)
  • 著者名/発表者名: Tasnin Most Naoshia、Takuma Tsuneyuki、Sharmin Tasnuva、Morshed Shamsul、Ushimaru Takashi
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 550 ページ: 158-165
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2021.02.141
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Sorting nexin Mdm1/SNX14 regulates nucleolar dynamics at the NVJ after TORC1 inactivation (2021)
  • 著者名/発表者名: Sharmin Tasnuva、Takuma Tsuneyuki、Morshed Shamsul、Ushimaru Takashi
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 552 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2021.03.033
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cdc14 phosphatase downmodulates ESCRT-0 complex formation on vacuolar membranes and microautophagy after TORC1 inactivation (2021)
  • 著者名/発表者名: Tasnuva Sharmin, Shamsul Morshed, Most Naoshia Tasnin, Tsuneyuki Takuma, and Takashi Ushimaru
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 561 ページ: 158-164
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2021.05.021
  • 査読あり
• [雑誌論文] TORC1 inactivation promotes APC/C-dependent mitotic slippage in yeast and human cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Chihiro Yamada, Aya Morooka, Seira Miyazaki, Masayoshi Nagai, Satoru Mase, Kenji Iemura, Most Naoshia Tasnin, Tsuneyuki Takuma, Shotaro Nakamura, Shamsul Morshed, Naoki Koike, Md. Golam Mostofa, Muhammad Arifur Rahman, Tasnuva Sharmin, Haruko Katsuta, Kotaro Ohara, Kozo Tanaka, and Takashi Ushimaru
  • 雑誌名: iScience 巻: 25 号: 2 ページ: 103675-103675
  • DOI: 10.1016/j.isci.2021.103675
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ESCRT machinery plays a role in microautophagy in yeast (2020)
  • 著者名/発表者名: Morshed Shamsul、Tasnin Most Naoshia、Ushimaru Takashi
  • 雑誌名: BMC Molecular and Cell Biology 巻: 21 号: 1 ページ: 70-70
  • DOI: 10.1186/s12860-020-00314-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] NVJが制御する核小体局在移動とミクロヌクレオファジー (2021)
  • 著者名/発表者名: 丑丸 敬史、Most Naoshia Tasnin、Tasnuva Sharmin、Md. Golam Mostofa
  • 学会等名: 第73回日本細胞生物学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] 飢餓下の出芽酵母における複数のNVJが核小体リモデリングに及ぼす影響の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 宅間恒行、丑丸敬史
  • 学会等名: 酵母遺伝学フォーラム第54回研究報告会
• [学会発表] 出芽酵母M期における飢餓誘導性rDNA凝縮の分析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大原公太郎、武市有莉、丑丸敬史
  • 学会等名: 酵母遺伝学フォーラム第54回研究報告会
• [学会発表] 液胞による染色体動態制御とヌクレオファジー誘導 (2020)
  • 著者名/発表者名: 丑丸 敬史
  • 学会等名: 第198回酵母細胞研究会例会
  • 招待講演
• [学会発表] ミクロヌクレオファジーによる選択的核内物質の分解 (2020)
  • 著者名/発表者名: 丑丸 敬史, Golam Mostofa, Shamsul Morshed
  • 学会等名: 第72回日本細胞生物学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] ヌクレオファジーにおけるnucleus-vacuole junction (NVJ)の機能の解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 丑丸敬史、Most Naoshia Tasnin
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Hmo1はG1期細胞におけるTORC1不活性化により誘導されるrDNA凝縮を促進する (2020)
  • 著者名/発表者名: 武市有莉、宅間恒行、西川雄路、丑丸敬史
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [備考] 丑丸研究室
  • URL: https://wwp.shizuoka.ac.jp/ushimaru-lab/