選択的オートファジーによる細胞制御

2020 年度 実績報告書

• 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: 19H05706
• 研究機関: 順天堂大学
• 研究代表者: 小松 雅明 順天堂大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (90356254)
• 研究分担者: 和栗 聡 福島県立医科大学, 医学部, 教授 (30244908) ; 杉浦 悠毅 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 講師 (30590202) ; 李 賢哲 順天堂大学, 医学部, 助教 (30758321)
• 研究期間 (年度): 2019-06-28 – 2024-03-31
• キーワード: オートファジー / 選択的オートファジー / p62 / 液－液相分離

研究実績の概要

1. 選択的オートファジー基質の網羅的探索
オートファジー選択的基質p62液滴・ゲルの精製方法を開発した。また、p62結合タンパク質NBR1が細胞内のp62液滴形成を促進することも見出した。このNBR1の性質を利用し、効率よくp62液滴・ゲルを精製する方法を確立し、精製p62ゲルの質量分析を行った。また、選択的オートファジー不能となる新規遺伝子改変マウスを作製し、このマウス組織のプロテオーム解析を行った。
2. 新規オートファジー分解基質の解析
1.より選択的オートファジーにより分解される新規基質候補群を複数同定した。その中で、複数のタンパク質とRNAから構成される超分子複合体が新規基質であることを確かめた。オートファジーの薬理学的および遺伝学的阻害によりこの超分子複合体が蓄積することを確認した。選択的オートファジーには基質とLC3やGABARAPをはじめとしたオートファジー関連タンパク質（ATGタンパク質）を繋ぐアダプター分子が必要であり、主要なアダプター分子としてp62、NBR1、NDP52、OPTN、TAX1BP1が知られている。p62、NBR1, NDP52、OPTN、TAX1BP1の五重欠損細胞において本超分子複合体は顕著に蓄積しており、その蓄積はNBR1の発現により回復した。さらに、本超分子複合体の蓄積はNBR1単独欠損細胞においても確認された。
3. 選択的オートファジーによる生理的意義
オートファジー、あるいはATGタンパク質が脂肪滴生合成や分解に関与することが提唱されている。しかし、オートファジー欠損マウス肝臓では脂肪滴が蓄積するという報告と減少するという報告があり論争となっていた。オートファジーによる核内受容体コリプレッサーNCoR1分解が栄養飢餓や肝部分切除後に誘導される生理的脂肪肝に必要であることを見出した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

世界初の選択的オートファジー特異的阻害マウスの作製、そしてp62液滴・ゲル精製方法の確立、それら開発ツール・メソッドによる新規オートファジー基質群の同定を行った。今後、新規基質の詳細な解析により新しい選択的オートファジーの生理機能の知見が得られることが期待される。

今後の研究の推進方策

（１）新規選択的オートファジー基質群の解析
精製p62ゲルの質量分析や選択的オートファジー不能マウス組織のプロテオーム解析などから、オートファジー選択的基質候補群を同定した。選択的オートファジーの機能欠失モデル（選択的基質欠失あるいは選択的オートファジー不能培養細胞やマウス組織）を用いてRNA-seq、メタボロミクス、リピドミクス解析を行う。また、変動した遺伝子や代謝物から異常な代謝経路が見られる表現型を予測し、実際の解析を通して各種選択的オートファジーが担う生理的意義の解明を目指す。メタボロミクス、リピドミクス解析は研究分担者の杉浦、李が担当する。
（２）選択的オートファジーの分子制御
p62液滴・ゲルを大量に持つHuh-1細胞にGFP-p62およびCas-9を発現する細胞株を作製した。この細胞株では、p62液滴・ゲルはGFPによりラベルされる。GFP陽性-p62液滴・ゲルを指標にwhole genome sgRNAライブラリーを用いたスクリーニングを行い、新規選択的オートファジー制御因子の同定を行う。
（３）選択的オートファジー阻害マウスの開発と解析
国外共同研究者であるJin-A Lee博士（韓南大学）は、オートファゴソームに局在し選択的オートファジーに寄与するAtg8ファミリータンパク質に結合する人工プローブHyD-LIR(TP)を開発した（EMBO J, 2017）。このプローブを過剰発現させることで、オートファゴソーム形成には影響を与えず、選択的マクロオートファジーを各臓器で阻害できるマウスを開発した。このマウスを利用し、各組織（少なくとも、肝臓、脳）における選択的オートファジーの生理的意義を評価する。

研究成果

• [国際共同研究] University of Turku(フィンランド)
  • 国名: フィンランド
  • 外国機関名: University of Turku
• [国際共同研究] University of Helsinki(フィンランド)
  • 国名: フィンランド
  • 外国機関名: University of Helsinki
• [国際共同研究] Hannam University(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: Hannam University
• [雑誌論文] Essential role of autophagy in protecting neonatal haematopoietic stem cells from oxidative stress in a p62-independent manner (2021)
  • 著者名/発表者名: Nomura Naho、Ito Chiaki、Ooshio Takako、Tadokoro Yuko、Kohno Susumu、Ueno Masaya、Kobayashi Masahiko、Kasahara Atsuko、Takase Yusuke、Kurayoshi Kenta、Si Sha、Takahashi Chiaki、Komatsu Masaaki、Yanagawa Toru、Hirao Atsushi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 ページ: 1666
  • DOI: 10.1038/s41598-021-81076-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] p62/SQSTM1-droplet serves as a platform for autophagosome formation and anti-oxidative stress response (2021)
  • 著者名/発表者名: Kageyama Shun、Gudmundsson Sigurdur Runar、Sou Yu-Shin、..., Komatsu Masaaki
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12 ページ: 16
  • DOI: 10.1038/s41467-020-20185-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Autophagic receptor p62 protects against glycation‐derived toxicity and enhances viability (2020)
  • 著者名/発表者名: 3.Aragones G, Dasuri K, Olukorede O, Francisco SG, Renneburg C, Kumsta C, Hansen M, Kageyama S, Komatsu M, Rowan S, Volkin J, Workman M, Yang W, Daza P, Ruano D, Dominguez-Martin H, Rodriguez-Navarro JA, Du XL, Brownlee MA, Bejarano E, Taylor A.
  • 雑誌名: Aging Cell 巻: 19 ページ: e13257
  • DOI: 10.1111/acel.13257
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] LC3 lipidation is essential for TFEB activation during the lysosomal damage response to kidney injury (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakamura Shuhei、Shigeyama Saki、Minami Satoshi、..., Yoshimori Tamotsu
  • 雑誌名: Nature Cell Biology 巻: 22 ページ: 1252～1263
  • DOI: 10.1038/s41556-020-00583-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Monitoring Autophagy Flux and Activity: Principles and Applications (2020)
  • 著者名/発表者名: Ueno Takashi、Komatsu Masaaki
  • 雑誌名: BioEssays 巻: 42 ページ: 2000122～2000122
  • DOI: 10.1002/bies.202000122
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Inhibitors of the protein-protein interaction between phosphorylated p62 and Keap1 attenuate chemoresistance in a human hepatocellular carcinoma cell line (2020)
  • 著者名/発表者名: Yasuda Daisuke、Ohe Tomoyuki、Takahashi Kyoko、Imamura Riyo、Kojima Hirotatsu、Okabe Takayoshi、Ichimura Yoshinobu、Komatsu Masaaki、Yamamoto Masayuki、Nagano Tetsuo、Mashino Tadahiko
  • 雑誌名: Free Radical Research 巻: 30 ページ: 1～13
  • DOI: 10.1080/10715762.2020.1732955
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ユビキチン介在性選択的オートファジー (2020)
  • 著者名/発表者名: 一村義信、小松雅明
  • 雑誌名: 医学のあゆみ 巻: 272 ページ: 771-781
• [雑誌論文] オートファジーとがん (2020)
  • 著者名/発表者名: 一村義信、小松雅明
  • 雑誌名: 医学のあゆみ 巻: 272 ページ: 893-898
• [雑誌論文] 飢餓代謝におけるオートファジーの役割の解明へむけて――メタボローム解析によるアプローチ (2020)
  • 著者名/発表者名: 杉浦悠毅、小松雅明
  • 雑誌名: 医学のあゆみ 巻: 272 ページ: 951-957
• [学会発表] Autophagy and the Ufm1-system (2020)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Komatsu
  • 学会等名: Autophagy India Network webinar lecture series 2020
• [学会発表] ER-phagy Mediated by the Ufm1-System (2020)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Komatsu
  • 学会等名: KEYSTONE SYMPOSIA Autophagy: Mechanisms and Disease
• [学会発表] p62/SQSTM1-droplet serves as a platform for autophagosome formation and antioxidative stress response (2020)
  • 著者名/発表者名: Shun Kageyama, Sigurdur Gudmundsson, Yu-Shin Sou, ..., Masaaki Komatsu
  • 学会等名: KEYSTONE SYMPOSIA Autophagy: Mechanisms and Disease
• [学会発表] E3-ligase for the UFM1-system acts as an adaptor for ER-phagy (2020)
  • 著者名/発表者名: Ryosuke Ishimura, Afnan El-Gowily, Nobuo N Noda , Masaaki Komatsu
  • 学会等名: KEYSTONE SYMPOSIA Autophagy: Mechanisms and Disease
• [備考] 順天堂大学医学部生理学第二講座
  • URL: https://www.juntendo.ac.jp/graduate/laboratory/labo/kikan_saibou/
• [備考] 日本学術振興会 日中韓フォーサイト事業 オートファジー、代謝と神経変性疾患
  • URL: https://www.juntendo.ac.jp/graduate/laboratory/labo/kikan_saibou/
• [備考] 文部科学省 新学術領域研究 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
  • URL: http://proteolysis.jp/multimode_autophagy/