オートファジーの生理・病態生理学的意義とその分子基盤

2014 年度 実績報告書

• 研究領域: オートファジーの集学的研究：分子基盤から疾患まで
• 研究課題/領域番号: 25111005
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 水島 昇 東京大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (10353434)
• 研究分担者: 塚本 智史 国立研究開発法人放射線医学総合研究所, その他部局等, 研究員 (80510693)
• 研究期間 (年度): 2013-06-28 – 2018-03-31
• キーワード: オートファジー / 細胞内分解 / リソソーム / 膜融合

研究実績の概要

本研究グループでは、これまでにオートファゴソームとリソソームの融合過程に必要なSNARE因子としてシンタキシン17を同定した。今回、シンタキシン17に結合する因子を探索した結果、リソソームとエンドソームの融合に必要であることが知られている繋留因子HOPS複合体がシンタキシン17とも結合することを見いだし、それがオートファゴソームとリソソームとの融合に必要であることを明らかにした。
オートファゴソーム形成に関わるATG因子群については、これまで遺伝学的相互関係が主に調べられてきたが、これらの因子が具体的にどのような膜動態を制御しているかは明らかではなかった。そこで、今回、代表的なATG因子のノックアウトおよびノックダウン細胞の電子顕微鏡を用いた超微細構造解析を行い、各ATG因子または複合体が機能するオートファゴソーム形成ステップを特定した。また、同時にオートファジー選択的基質としてフェリチンを特定した。
またCRISPR/Cas9法を用いて、ATG13ノックアウトマウス、ATG101ノックアウトマウスを作製した。常法に従いATG13ノックアウトマウスは速やかに作製できたが、ATG101マウス作製に難航した。導入遺伝子量を検討・変更するなどして作製に成功した。この間約7ヶ月当初の計画が遅延したが、その後は順調に繁殖解析へ移行した。その他、受精後に誘導されるオートファジーがmTOR非依存的であることなどを明らかにした。また、受精直後のオートファジーによる選択的分解の可能性を解析するため、精子由来のミトコンドリアや卵細胞質の脂肪滴を可視化するためのモニター系を構築した。

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

予定されていたオートファゴソーム膜構築における各ATG因子の機能解析、オートファゴソームとリソソームの融合に関わる繋留因子の同定は論文発表に至った。ATGノックアウトマウスに関する研究についても、ATG13マウス作出に成功し、WIPI4遺伝子、ATG5遺伝子に関しても各種ノックアウトマウスの解析が順調に進んでいる。ATG101については作製に検討を要したが、約7ヶ月遅れて当初の予定のステップを完了することができている。また、オートファゴソーム形成部位の脂質・脂質合成酵素蓄積の解析、シンタキシン17の膜挿入機構の解析については興味深い予備データが得られている。合計して、原著論文6編、英文総説2編、和文総説4編を発表した。大学院生・学部学生などの若手の参画も多く、研究者育成も順調に進んでいる。

今後の研究の推進方策

本年度までの解析で、オートファゴソーム形成と融合過程の基盤情報は整いつつあると言える。また新しいマウスモデルの作出も進んでいる。そこで、次年度以降は、初期ATG因子の構造と機能、オートファゴソーム形成部位と精製された構造体の成分、融合因子の生化学的特性とオートファゴソームへのリクルート機構、新規定量法の開発とその応用、生体内での各ATG因子の個別機能、精子および水晶体形成過程でのオートファジーおよび細胞内分解系の意義、ヒト神経変性疾患SENDAの細胞・動物モデルなどの解析を中心に研究を進めていく予定である。研究体制には大きな変化はない。

研究成果

• [国際共同研究] デュッセルドルフ大学(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: デュッセルドルフ大学
• [国際共同研究] 中国科学アカデミーInstitute of Biophysics/北京大学/精華大学(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: 中国科学アカデミーInstitute of Biophysics/北京大学/精華大学
• [国際共同研究] シンシナティ大学/ワシントン大学/アルバート・アインシュタイン大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: シンシナティ大学/ワシントン大学/アルバート・アインシュタイン大学
  • 他の機関数: 1
• [雑誌論文] Dynamic involvement of ATG5 in cellular stress responses. (2014)
  • 著者名/発表者名: Lin, H.H., Lin, S.M., Chung, Y., Vonderfecht, S., Camden, J.M., Flodby, P., Borok, Z., Limesand, K.H., Mizushima, N., Ann, D.K
  • 雑誌名: Cell Death Dis. 巻: 5 ページ: -
  • DOI: 10.1038/cddis.2014.428
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Mitochondrial Fission Factor Drp1 Maintains Oocyte Quality via Dynamic Rearrangement of Multiple Organelles. (2014)
  • 著者名/発表者名: Udagawa, O., Ishihara, T., Maeda, M., Matsunaga, Y., Tsukamoto, S., Kawano, N., Miyado, K., Shitara, H., Yokota, S., Nomura, M., Mihara, K., Mizushima, N., Ishihara, N.
  • 雑誌名: Curr. Biol. 巻: 24 ページ: 2451-2458
  • DOI: 10.1016/j.cub.2014.08.060
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultrastructural analysis of autophagosome organization using mammalian autophagy-deficient cells. (2014)
  • 著者名/発表者名: Kishi-Itakura, C, Koyama-Honda, I., Itakura, E., Mizushima, N.
  • 雑誌名: J. Cell Sci. 巻: 127 ページ: 4089-4102
  • DOI: 10.1242/jcs.156034
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Stearoyl-CoA Desaturase 1 Activity Is Required for Autophagosome Formation. (2014)
  • 著者名/発表者名: Ogasawara, Y., Itakura, E., Kono, N., Mizushima, N., Arai, H., Nara, A., Mizukami, T., Yamamoto, A.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 289 ページ: 23938-23950
  • DOI: 10.1074/jbc.M114.591065
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fertilization-Induced Autophagy in Mouse Embryos Is Independent of mTORC1. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, A., Mizushima, N., Tsukamoto, S.
  • 雑誌名: Biol. Reprod. 巻: 91 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1095/biolreprod.113.115816
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The HOPS complex mediates autophagosome-lysosome fusion through interaction with syntaxin 17 (2014)
  • 著者名/発表者名: Jiang, P., Nishimura, T., Sakamaki, Y., Itakura, E., Hatta, T., Natsume, T., Mizushima, N.
  • 雑誌名: Mol. Biol. Cell. 巻: 25 ページ: 1327-1337
  • DOI: 10.1091/mbc.E13-08-0447
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] LC3- and p62-based biochemical methods for the analysis of autophagy progression in mammalian cells (2014)
  • 著者名/発表者名: Jiang, P., Mizushima, N.
  • 雑誌名: Methods 巻: 75 ページ: 13-18
  • DOI: 10.1016/j.ymeth.2014.11.021
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] ATG8 localization in apicomplexan parasites: Apicoplast and more? (2014)
  • 著者名/発表者名: Mizushima, N., Sahani, M.H.
  • 雑誌名: Autophagy 巻: 10 ページ: 1487-1494
  • DOI: 10.4161/auto.32183
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 栄養代謝とオートファジー (2014)
  • 著者名/発表者名: 久万亜紀子、水島昇
  • 雑誌名: 生体の科学 巻: 65 ページ: 339-343
• [雑誌論文] パーキン依存的ミトコンドリア外膜タンパク質分解 (2014)
  • 著者名/発表者名: 吉井紗織、水島昇
  • 雑誌名: 医学のあゆみ 巻: 250 ページ: 473-478
• [雑誌論文] マイトファゴソーム形成と不良ミトコンドリアの取り込み ～マイトファジーの二段階認識説～ (2014)
  • 著者名/発表者名: 板倉英祐、水島昇
  • 雑誌名: 医学のあゆみ 巻: 250 ページ: 495-499
• [雑誌論文] 水晶体におけるオートファジーの生理的意義と白内障との関連 (2014)
  • 著者名/発表者名: 森下英晃、水島昇
  • 雑誌名: 白内障学会誌 巻: 26 ページ: 30-32
• [学会発表] Quality control and organelle degradation in the lens (2015)
  • 著者名/発表者名: Hideaki Morishita, Noboru Mizushima
  • 学会等名: The 7th International Symposium on Autophagy 2015
  • 発表場所: Huangshan, China
  • 年月日: 2015-03-19 – 2015-03-23
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] オートファジーの分子機構と生理学的意義 (2015)
  • 著者名/発表者名: 水島昇
  • 学会等名: 第29回千葉基礎・臨床免疫セミナー
  • 発表場所: 千葉大学（千葉県千葉市）
  • 年月日: 2015-03-10
  • 招待講演
• [学会発表] オートファジーによる細胞内分解 (2015)
  • 著者名/発表者名: 水島昇
  • 学会等名: 第39回日本皮膚科免疫セミナー
  • 発表場所: 経団連会館（東京都千代田区）
  • 年月日: 2015-03-07
  • 招待講演
• [学会発表] オートファジーによる細胞内分解 (2015)
  • 著者名/発表者名: 水島昇
  • 学会等名: 第28回日本軟骨代謝学会
  • 発表場所: 東京医科歯科大学（東京都文京区）
  • 年月日: 2015-03-06
• [学会発表] オートファジーによる細胞内分解 (2015)
  • 著者名/発表者名: 水島昇
  • 学会等名: 第78回日本皮膚科学会東京支部学術大会
  • 発表場所: 京王プラザホテル（東京都新宿区）
  • 年月日: 2015-02-21
  • 招待講演
• [学会発表] Autophagy: An intracellular degradation system (2015)
  • 著者名/発表者名: Noboru Mizushima
  • 学会等名: 2015 Asia ARVO
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2015-02-19
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] オートファジーの生理的意義と分子機構 (2015)
  • 著者名/発表者名: 水島昇
  • 学会等名: 兵庫医科大学第10回レクチャーシップ知の創造
  • 発表場所: 兵庫医科大学（兵庫県西宮市）
  • 年月日: 2015-01-29
  • 招待講演
• [学会発表] オートファジーによる細胞内分解の生理意義と分子機構 (2015)
  • 著者名/発表者名: 水島昇
  • 学会等名: Scientific Exchange Meeting in Tsukuba
  • 発表場所: 筑波大学(茨城県つくば市）
  • 年月日: 2015-01-20
• [学会発表] Ultrastructural analysis of autophagosome organization (2014)
  • 著者名/発表者名: Noboru Mizushima
  • 学会等名: 2014 Northeastern Asian Symposium on Autophagy
  • 発表場所: Busan, Korea
  • 年月日: 2014-12-18 – 2014-12-21
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Autophagy: An intracellular degradation system (2014)
  • 著者名/発表者名: Noboru Mizushima
  • 学会等名: The 20th Annual Meeting of the Kyoto Cornea Club
  • 発表場所: 京都都ホテル（京都府京都市）
  • 年月日: 2014-12-05
  • 国際学会
• [学会発表] オートファジーの生理的意義と分子メカニズム (2014)
  • 著者名/発表者名: 水島昇
  • 学会等名: 第52回小腸研究会
  • 発表場所: 東京ガーデンパレス（東京都文京区）
  • 年月日: 2014-11-15
• [学会発表] オートファゴソーム形成における各ATGの働き (2014)
  • 著者名/発表者名: 水島昇
  • 学会等名: 第8回オートファジー研究会
  • 発表場所: シャトレーゼがトーキングダムサッポロ（北海道札幌市）
  • 年月日: 2014-11-10 – 2014-11-11
• [学会発表] オートファジーの生理的意義と分子機構 (2014)
  • 著者名/発表者名: 水島昇
  • 学会等名: 六甲カンファレンス
  • 発表場所: 六甲山ホテル（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2014-11-07
• [学会発表] The Role of autophagy in early mammalian embryonic development (2014)
  • 著者名/発表者名: 塚本智史
  • 学会等名: International symposium on Homeostasis through development, life, and diseases
  • 発表場所: 群馬大学（群馬県前橋市)
  • 年月日: 2014-11-07
  • 招待講演
• [学会発表] オートファジーによる細胞内分解の生理意義とその分子機構 (2014)
  • 著者名/発表者名: 水島昇
  • 学会等名: 第29回日本女性医学学会学術集会
  • 発表場所: 都市センターホテル（東京都千代田区）
  • 年月日: 2014-11-01
• [学会発表] オートファジーの生理意義とその分子機構 (2014)
  • 著者名/発表者名: 水島昇
  • 学会等名: 第3回 Osaka Lung Cancer Cutting Edge
  • 発表場所: リーガロイヤルホテル大阪（大阪市北区）
  • 年月日: 2014-10-30
  • 招待講演
• [学会発表] どんどん入れ替わっている私たちの体 ～分解の科学～ (2014)
  • 著者名/発表者名: 水島昇
  • 学会等名: 日本学術会議主催：形態科学シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学（東京都文京区）
  • 年月日: 2014-10-25
  • 招待講演
• [学会発表] 哺乳動物におけるオートファジーの生理機能 (2014)
  • 著者名/発表者名: 久万亜紀子、吉井紗織、栗川義峻、内藤貴子、曽我朋義、水島昇
  • 学会等名: 第87回日本生化学会大会
  • 発表場所: 国立京都国際会館（京都府京都市）
  • 年月日: 2014-10-15 – 2014-10-18
• [学会発表] Live-imaging analysis of a novel organelle degradation system in the lens using mice and zebrafish. (2014)
  • 著者名/発表者名: 森下英晃、水島昇
  • 学会等名: 第87回日本生化学会大会
  • 発表場所: 国立京都国際会館（京都府京都市）
  • 年月日: 2014-10-15 – 2014-10-18
• [学会発表] オートファジー不全マウスは鉄吸収異常により鉄欠乏となる (2014)
  • 著者名/発表者名: 吉井紗織、久万亜紀子、板倉英祐、原太一、設楽浩志、江石義信、水島昇
  • 学会等名: 第87回日本生化学会大会
  • 発表場所: 国立京都国際会館（京都府京都市）
  • 年月日: 2014-10-15 – 2014-10-18
• [学会発表] Syntaxin17優性阻害変異体を用いた未分解オートファゴソームの蓄積方法の開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 植松真章、西村多喜、酒巻有里子、水島 昇
  • 学会等名: 第87回日本生化学会大会
  • 発表場所: 国立京都国際会館（京都府京都市）
  • 年月日: 2014-10-15 – 2014-10-18
• [学会発表] オートファゴソーム初期構造体はホスファチジルイノシトール合成酵素の近傍から形成される (2014)
  • 著者名/発表者名: 西村多喜、田村律人、小山-本田郁子、水島 昇
  • 学会等名: 第87回日本生化学会大会
  • 発表場所: 国立京都国際会館（京都府京都市）
  • 年月日: 2014-10-15 – 2014-10-18
• [学会発表] オートファジーによる細胞内分解 (2014)
  • 著者名/発表者名: 水島昇
  • 学会等名: FAT DM (Future of Atherosclerosis, Hypertension and Diabete Mellitus)
  • 発表場所: 山の上ホテル（東京都千代田区）
  • 年月日: 2014-10-02
  • 招待講演
• [学会発表] オートファジーによる細胞内分解の生理意義とその分子機構 (2014)
  • 著者名/発表者名: 水島昇
  • 学会等名: 第53回日本白内障学会
  • 発表場所: TKPガーデンシティ品川（東京都港区）
  • 年月日: 2014-09-27
• [学会発表] オートファジーの生理的意義と分子機構 (2014)
  • 著者名/発表者名: 水島昇
  • 学会等名: 第42回日本臨床免疫学会
  • 発表場所: 京王プラザホテル（東京都新宿区）
  • 年月日: 2014-09-26
• [学会発表] Physiological functions and molecular mechanisms of autophagy (2014)
  • 著者名/発表者名: 水島昇
  • 学会等名: 第73回日本癌学会学術総会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-09-25
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular mechanisms of autophagy (2014)
  • 著者名/発表者名: Noboru Mizushima
  • 学会等名: The 3rd International Symposium: Protein trafficking in health and disease
  • 発表場所: Hamburg, Germany
  • 年月日: 2014-09-10 – 2014-09-12
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Physiological roles and molecular mechanisms of autophagy (2014)
  • 著者名/発表者名: Noboru Mizushima
  • 学会等名: Nobel Dialogue Symposium
  • 発表場所: 東京大学（東京都文京区）
  • 年月日: 2014-09-04
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] オートファジーによる細胞内分解の生理的意義と分子機構 (2014)
  • 著者名/発表者名: 水島昇
  • 学会等名: 第67回日本酸化ストレス学会学術集会
  • 発表場所: 同志社大学（京都府京都市）
  • 年月日: 2014-09-04
• [学会発表] 水晶体オルガネラ分解を担う新規分解機構のリアルタイム可視化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 森下英晃、水島昇
  • 学会等名: 高遠シンポジウム
  • 発表場所: 高遠さくらホテル（長野県伊那市）
  • 年月日: 2014-08-28 – 2014-08-29
• [学会発表] マウス受精卵のオートファジー活性と胚発生能との関係に関する研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 塚本智史、原太一、山本篤、鬼頭靖司、南直治郎、久保田俊郎、佐藤健、小久保年章
  • 学会等名: 第107回日本繁殖生物学会大会
  • 発表場所: 帯広畜産大学（北海道帯広市）
  • 年月日: 2014-08-21 – 2014-08-24
• [学会発表] オートファジーの代謝生理学的役割 (2014)
  • 著者名/発表者名: 水島昇
  • 学会等名: 第19回日本病態プロテアーゼ学会学術集会
  • 発表場所: 千里ライフサイエンスセンター（大阪府豊中市）
  • 年月日: 2014-08-08 – 2014-08-09
  • 招待講演
• [学会発表] オートファジーの生理的意義と分子機構 (2014)
  • 著者名/発表者名: 水島昇
  • 学会等名: 第4回 わかもと先進眼科医療研究会
  • 発表場所: ロイヤルパークホテル（東京都中央区）
  • 年月日: 2014-08-01
• [学会発表] オートファジーの生理的意義と分子機構 (2014)
  • 著者名/発表者名: 水島昇
  • 学会等名: Front Runner of Future Diabetes Research
  • 発表場所: 椿山荘（東京都文京区）
  • 年月日: 2014-07-14
• [学会発表] オートファジーの生理的意義と分子機構 (2014)
  • 著者名/発表者名: 水島昇
  • 学会等名: 第21回肝細胞研究会
  • 発表場所: 東京医科歯科大学（東京都文京区）
  • 年月日: 2014-06-28
  • 招待講演
• [学会発表] 哺乳類細胞オートファゴソーム形成過程におけるATGタンパク質群の分布および小胞体との時空間関係 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小山-本田郁子、平野貴規、水島昇
  • 学会等名: 第14回日本蛋白質科学会
  • 発表場所: ワークピア横浜（横浜市中区）
  • 年月日: 2014-06-25
• [学会発表] オートファジーの生理的意義と分子機構 (2014)
  • 著者名/発表者名: 水島昇
  • 学会等名: 第55回日本生化学会中国・四国支部例会
  • 発表場所: 愛媛大学（愛媛県松山市）
  • 年月日: 2014-06-06
• [学会発表] オートファジーの生理的意義と分子機構 (2014)
  • 著者名/発表者名: 水島昇
  • 学会等名: 第50回日本肝臓学会
  • 発表場所: ホテルニューオータニ（東京都千代田区）
  • 年月日: 2014-05-30
• [学会発表] Novel Insights into Autophagy Function (2014)
  • 著者名/発表者名: Noboru Mizushima
  • 学会等名: Keystone Symposium "Autophagy: Fundamentals to Disease"
  • 発表場所: Austin, USA
  • 年月日: 2014-05-23 – 2014-05-28
  • 国際学会
• [学会発表] Fertilization-induced autophagy in mouse embryos is independent of mTORC1 (2014)
  • 著者名/発表者名: 山本篤、塚本智史、水島昇、久保田俊郎
  • 学会等名: 第66回日本産科婦人科学会学術講演会
  • 発表場所: 東京国際フォーラム（東京都千代田区）
  • 年月日: 2014-04-18 – 2014-04-20
• [備考] 領域ホームページ
  • URL: http://www.proteolysis.jp/autophagy/
• [備考] 東京大学医学系研究科分子生物学分野ホームページ
  • URL: http://www.cellcycle.m.u-tokyo.ac.jp/
• [産業財産権] オートファジーの測定に好適な融合タンパク質、前記融合 タンパク質をコードする核酸、及びそれらの利用 (2014)
  • 発明者名: 水島昇
  • 権利者名: 国立大学法人東京大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2014-105319
  • 出願年月日: 2014-05-21