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

2015 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, 大学院医学系研究科(医学部), 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, 放射線医学総合研究所 技術安全部, 主任研究員(定常) (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 / 神経変性疾患

研究実績の概要

本研究課題では、モデル動物を用いたオートファジーの生理学的解析と、その基盤となる分子機構の解析を行っている。平成27年度は、生理機能の解析としては、ATG13の遺伝子欠損マウスの解析を行った。ATG13はULK、FIP200、ATG101とともに複合体を形成して、オートファゴソーム形成の始動を制御する因子である。Atg13ノックアウトマウスは胎生致死となり、心筋の発達異常がその原因と考えられた。ATG13と共同して機能するFIP200のノックアウトマウスも胎児期に死亡するが、他の多くのATG遺伝子ノックアウトマウスは出生直後に死亡するため、Atg13-FIP200がもつ非オートファジー機能が心臓発生に寄与している可能性が考えられた。また中国Hong Zhang博士と共同でヒトSENDA病のモデルとしてWIPI4/WDR45ノックアウトマウスを作製・解析し、これらがオートファジー基質の蓄積とともに学習障害、運動障害を呈することを明らかとした。また、受精によって誘導される脂肪滴の選択的分解とオートファジーとの関連について解析した。
一方、分子機構の解析はオートファジー始動複合体を中心に行った。計画研究の野田展生グループと共同で、複合体サブユニットのATG101-ATG13複合体の立体構造をX線結晶構造解析法により決定した。その結果、Atg101はAtg13のN末端領域と同様にHORMAドメイン構造を持ちAtg13とHORMA-HORMA複合体を形成すること、その反対面に特徴的なWFフィンガーをもち下流のATG因子の集積に重要であることを明らかにした。さらに、ULK1とATG13の結合の意義を解析した。

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ジー関連モデル動物の作出と解析、オートファジー始動因子を中心とした分子機構の解析は順調に進んだ。ATG13ノックアウトマウス、WIPI4ノックアウトマウス、ATG101-ATG13複合体の構造解析などは論文発表に至った。その他のATGノックアウトマウスに関する研究についても、ATG101、VMP1ノックアウトマウス作出などが順調に進んでいる。STX17についてはES細胞からの作出に難航したが、方法を変更することで、約9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。合計して、原著論文6編、英文総説4編、和文総説1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

後半期は、さらに発展的な内容の研究を推進する。メカニズムの研究としては、オートファゴソーム形成部位の解析、オートファゴソーム形成因子の機能解析、オートファゴソームおよび前駆体の精製と解析、オートファゴソームとリソソームの融合機構の解析、新しいタイプのオートファジーとしての水晶体細胞での小器官分解の解析等を行う。また、重要なプロジェクトとして、オートファジー定量系の構築と新規制御因子探索を行う予定である。一方、個体レベルでの生理・病態生理的意義の研究として、初期因子VMP1、FIP200、ATG101ノックアウトマウスの解析、脳を除く全身性ATG5KOマウス、各種ATGノックアウトゼブラフィッシュを樹立・解析を行う。疾患との関係としては、ヒト神経変性疾患SENDA原因因子WIPI4を欠損したゼブラフィッシュおよびマウスの解析をさらに進める。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/清華大学/北京大学(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: 中国科学アカデミー/清華大学/北京大学
• [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
• [国際共同研究] TIGM(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: TIGM
• [雑誌論文] Elevated p62/SQSTM1 determines the fate of autophagy-deficient neural stem cells by increasing superoxide. (2016)
  • 著者名/発表者名: Wang, C., Chen, S., Yeo, S., Karsli-Uzunbas, G., White, E., Mizushima, N., Virgin, H.W., Guan, J.L.
  • 雑誌名: J. Cell Biol. 巻: 212 ページ: 545-560
  • DOI: 10.1083/jcb.201507023.
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Atg101: not just an accessory subunit in the autophagy-initiation complex. (2016)
  • 著者名/発表者名: Noda, N.N., Mizushima, N.
  • 雑誌名: Cell Struct. Funct. 巻: 41 ページ: 13-20
  • DOI: 10.1247/csf.15013
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Survival of Effector CD8+ T Cells during Influenza Infection Is Dependent on Autophagy. (2015)
  • 著者名/発表者名: Schlie, K., Westerback, A., DeVorkin, L., Hughson, L.R., Brandon, J.M., MacPherson, S., Gadawski, I., Townsend, K.N., Poon, V.I., Elrick, M.A., Cote, H.C., Abraham, N., Wherry, E.J., Mizushima, N., Lum, J.J.
  • 雑誌名: J Immunol. 巻: 194 ページ: 4277-4286
  • DOI: 10.4049/jimmunol.1402571
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The autophagy gene Wdr45/Wipi4 regulates learning and memory function and axonal homeostasis. (2015)
  • 著者名/発表者名: Zhao, Y.G., Sun, L., Miao, G., Ji, C., Zhao, H., Sun, H., Miao, L., Yoshii, S.R., Mizushima, N., Wang, X., Zhang, H.
  • 雑誌名: Autophagy 巻: 11 ページ: 881-890
  • DOI: 10.1080/15548627.2015.1047127
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Structure of the Atg101-Atg13 complex reveals essential roles of Atg101 in autophagy initiation. (2015)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, H., Kaizuka, T., *Mizushima, N., *Noda, N. N.
  • 雑誌名: Mol. Biol. 巻: 2015 ページ: 572-580
  • DOI: 10.1038/nsmb.3036
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Expression of a ULK1/2 binding-deficient ATG13 variant can partially restore autophagic activity in ATG13-deficient cells. (2015)
  • 著者名/発表者名: Hieke, N., Loefler, A.S., Kaizuka, T., Berleth, N., Boehler, P., Driessen, S., Stuhldreier, F., Friesen, O., Assani, K., Schmitz, K., Peter, C., Diedrich, B., Dengjel, J., Holland, P., Simonsen, A., Wesselborg, S., Mizushima, N., *Stork, B.
  • 雑誌名: Autophagy 巻: 11 ページ: 1471-1483
  • DOI: 10.1080/15548627
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Atg13 is essential for autophagy and cardiac development in mice. (2015)
  • 著者名/発表者名: Kaizuka, T., Mizushima, N.
  • 雑誌名: Mol. Cell. Biol. 巻: 36 ページ: 585-595
  • DOI: 10.1128/MCB.01005-15
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Autophagy machinery in the context of mammalian mitophagy. (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoshii, SR, Mizushima, N.
  • 雑誌名: Biochim Biophys Acta. 巻: 1853 ページ: 2797-2801
  • DOI: 10.1016/j.bbamcr.2015.01.013
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Autophagy in the lens (2015)
  • 著者名/発表者名: Morishita, H., Mizushima, N
  • 雑誌名: Exp. Eye Res. 巻: 144 ページ: 22-28
  • DOI: 10.1016/j.exer.2015.08.019
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Open and closed HORMAs regulate autophagy initiation. (2015)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, H., Kaizuka, T., Mizushima, N., Noda, N.N.
  • 雑誌名: Autophagy 巻: 11 ページ: 2123-2124
  • DOI: 10.1080/15548627.2015.1091144
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] SENDA/BPANとオートファジー (2015)
  • 著者名/発表者名: 森下英晃、西村多喜、水島昇
  • 雑誌名: 神経内科 巻: 83 ページ: 156-161
• [学会発表] Initiation of Autophagosome Formation (2016)
  • 著者名/発表者名: Noboru Mizushima
  • 学会等名: Gordon Research Conference, Autophagy in Stress, Development & Disease
  • 発表場所: Ventura (USA)
  • 年月日: 2016-03-20 – 2016-03-25
  • 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 (2016)
  • 著者名/発表者名: 水島昇
  • 学会等名: 第89回日本薬理学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川県・横浜市)
  • 年月日: 2016-03-09
  • 招待講演
• [学会発表] Systemic analysis of adult Atg5-deficient mice (2016)
  • 著者名/発表者名: Saori Yoshii, Akiko Kuma, Takumi, Akashi, Taichi Hara, Atsushi Yamamoto, Yoshitaka Kurikawa, Eisuke Itakura, Satoshi Tsukamoto, Hiroshi Shitara, Yoshinobu Eishi, Noboru Mizushima
  • 学会等名: Young Investigator Conference on Autophagy (A3)
  • 発表場所: 新潟大学（新潟県・新潟市）
  • 年月日: 2016-02-18
  • 国際学会
• [学会発表] Visualization of degradation process of intracellular protein aggregates using a reversible autophagy-regulating system (2016)
  • 著者名/発表者名: Keigo Morita, Taki Nishimura, Noboru Mizushima
  • 学会等名: Young Investigator Conference on Autophagy (A3)
  • 発表場所: 新潟大学（新潟県・新潟市）
  • 年月日: 2016-02-18
  • 国際学会
• [学会発表] オートファジーによる細胞内品質管理制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 水島昇
  • 学会等名: 先端医療シーズ開発フォーラム2016 アカデミアからの挑戦
  • 発表場所: 東京大学(東京都・文京区)
  • 年月日: 2016-02-02
  • 招待講演
• [学会発表] オートファジーによる細胞内分解の意義 (2016)
  • 著者名/発表者名: 水島昇
  • 学会等名: 第1回山梨医学フォーラム
  • 発表場所: 山梨大学（山梨県・甲府市）
  • 年月日: 2016-02-02
  • 招待講演
• [学会発表] オートファジーによる細胞内浄化 (2015)
  • 著者名/発表者名: 水島昇
  • 学会等名: 第1回Geroscience Initiative Japan~健康長寿を目指す老化医生物学~
  • 発表場所: 慶應義塾大学（東京都・港区)
  • 年月日: 2015-12-19
  • 招待講演
• [学会発表] Live imaging and molecular dissection of organelle degradation in the lens (2015)
  • 著者名/発表者名: Noboru Mizushima, Hideaki Morishita
  • 学会等名: International Conference on the Lens 2015
  • 発表場所: Kona (USA)
  • 年月日: 2015-12-06 – 2015-12-11
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Formation and maturation of the autophagosome (2015)
  • 著者名/発表者名: Noboru Mizushima
  • 学会等名: BMB2015（第38回日本分子生物学会年会・第88回日本生化学会大会合同大会）
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド(兵庫県・神戸市）
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
  • 招待講演
• [学会発表] Visualization of formation and degradation of intracellular protein (2015)
  • 著者名/発表者名: Keigo Morita, Taki Nishimura, Noboru Mizushima
  • 学会等名: BMB2015（第38回日本分子生物学会年会・第88回日本生化学会大会合同大会）
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド(兵庫県・神戸市）
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [学会発表] 神経特異的オートファジーレスキューマウスの全身網羅的解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 吉井紗織、久万亜紀子、栗川義峻、山本篤、板倉英祐、原太一、設楽浩志、水島昇
  • 学会等名: BMB2015（第38回日本分子生物学会年会・第88回日本生化学会大会合同大会）
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド(兵庫県・神戸市）
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [学会発表] Analysis of molecular mechanisms on a novel organelle degradation system in the lens using mice and zebrafish. (2015)
  • 著者名/発表者名: 森下英晃、青山裕加、水島昇
  • 学会等名: BMB2015（第38回日本分子生物学会年会・第88回日本生化学会大会合同大会）
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド(兵庫県・神戸市）
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [学会発表] 新規蛍光プローブを用いたオートファジー活性測定法の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 貝塚 剛志、森下 英晃、松井 貴英、塚本 智史、豊田 雄一郎、兒玉 昭彦、濱 祐太郎、水島 昇
  • 学会等名: BMB2015（第38回日本分子生物学会年会・第88回日本生化学会大会合同大会）
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド(兵庫県・神戸市）
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [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: 難治性免疫疾患先端治療開発研究会
  • 発表場所: 慶應義塾大学（東京都・新宿区）
  • 年月日: 2015-11-27
• [学会発表] オートファジーによる細胞内分解：特に水晶体での機能について (2015)
  • 著者名/発表者名: 水島昇
  • 学会等名: 第8回Retina Research Meeting
  • 発表場所: JPタワー（東京都・千代田区)
  • 年月日: 2015-10-30
  • 招待講演
• [学会発表] Life of the autophagosome (2015)
  • 著者名/発表者名: Kotaro Tsuboyama, Ikuko Koyama-Honda, Noboru Mizushima
  • 学会等名: JSPS A3 conference 2015
  • 発表場所: Seoul (Korea)
  • 年月日: 2015-10-29
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Molecular mechanisms of organelle degradation in the lens (2015)
  • 著者名/発表者名: Hideaki Morishita, Noboru Mizushima
  • 学会等名: JSPS A3 conference 2015
  • 発表場所: Seoul (Korea)
  • 年月日: 2015-10-29
  • 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 (2015)
  • 著者名/発表者名: 水島昇
  • 学会等名: 日本人類遺伝学会第60回大会
  • 発表場所: 京王プラザホテル(東京都・新宿区)
  • 年月日: 2015-10-16
• [学会発表] 受精後に起こるオートファジーを介したリサイクリングシステムの役割 (2015)
  • 著者名/発表者名: 塚本智史
  • 学会等名: 第108回日本繁殖生物学会大会シンポジウム
  • 発表場所: 宮崎市民プラザ（宮崎県宮崎市）
  • 年月日: 2015-09-20
• [学会発表] 水晶体オルガネラ分解を担う新規分解経路の分子機構の解明 (2015)
  • 著者名/発表者名: 森下英晃、青山裕加、水島昇
  • 学会等名: 2015水晶体研究会・白内障学会合同大会
  • 発表場所: ミッドランドスクエア オフィスタワー(愛知県・名古屋市）
  • 年月日: 2015-09-18 – 2015-09-20
• [学会発表] 受精前後のマウス卵細胞質における脂肪滴の動態観察 (2015)
  • 著者名/発表者名: 塚本智史、原太一、南直治郎、佐藤健
  • 学会等名: 第108回日本繁殖生物学会大会
  • 発表場所: 宮崎大学（宮崎県宮崎市）
  • 年月日: 2015-09-17 – 2015-09-19
• [学会発表] Formation and maturation of the autophagosome (2015)
  • 著者名/発表者名: Noboru Mizushima
  • 学会等名: EMBO Conference, Autophagy signalling and progression in health and disease
  • 発表場所: Chia (Italy)
  • 年月日: 2015-09-09 – 2015-09-12
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 新規蛍光プローブを用いたオートファジー活性測定法の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 貝塚 剛志、森下 英晃、松井 貴英、塚本 智史、豊田 雄一郎、兒玉 昭彦、濱 祐太郎、水島 昇
  • 学会等名: 高遠シンポジウム
  • 発表場所: 延暦寺ホテル（京都市・左京区)
  • 年月日: 2015-08-26 – 2015-08-27
• [学会発表] Syntaxin17の優勢阻害変異体を用いたオートファゴソーム蓄積方法の開発 (2015)
  • 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: 高遠シンポジウム
  • 発表場所: 延暦寺ホテル（京都市・左京区)
  • 年月日: 2015-08-26 – 2015-08-27
• [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38回日本神経科学大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場(兵庫県・神戸市)
  • 年月日: 2015-07-31
  • 招待講演
• [学会発表] 受精後に起こるオートファジーの生理機能の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 塚本智史
  • 学会等名: クリニカルサミット「生殖医療の今日」
  • 発表場所: 東京医科歯科大学ソニーオープンラボ（東京都文京区）
  • 年月日: 2015-07-29
  • 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33回日本骨代謝学会学術集会
  • 発表場所: 京王プラザホテル（東京都・新宿区)
  • 年月日: 2015-07-24
  • 招待講演
• [学会発表] Physiological functions and molecular mechanisms of autophagy (2015)
  • 著者名/発表者名: Noboru Mizushima
  • 学会等名: International Conference of Cancer Immunolotherapy and Macrophages 2015
  • 発表場所: 東京大学（東京都・文京区)
  • 年月日: 2015-07-11
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Novel insights into physiological roles of autophagy in mice (2015)
  • 著者名/発表者名: Noboru Mizushima
  • 学会等名: Keystone Symposium Autophagy
  • 発表場所: Breckenridge (USA)
  • 年月日: 2015-06-19 – 2015-06-24
  • 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意義 (2015)
  • 著者名/発表者名: 水島昇
  • 学会等名: 第57回日本小児神経学会学術集会
  • 発表場所: 帝国ホテル大阪（大阪府・大阪市)
  • 年月日: 2015-05-29
  • 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64回日本アレルギー学会学術大会
  • 発表場所: グランドプリンスホテル新高輪(東京都・港区)
  • 年月日: 2015-05-27
  • 招待講演
• [学会発表] The role of autophagy after fertilization (2015)
  • 著者名/発表者名: 塚本智史
  • 学会等名: IFFS/JSRM International Meeting 2015/第60回日本生殖医学会学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2015-04-27
  • 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52回日本臨床分子医学会学術集会
  • 発表場所: みやこめっせ(京都府・京都市）
  • 年月日: 2015-04-11
  • 招待講演
• [備考] 東京大学大学院医学系研究科分子生物学分野ホームページ
  • URL: http://square.umin.ac.jp/molbiol/
• [備考] 領域ホームページ
  • URL: http://www.proteolysis.jp/autophagy/
• [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 (2015)
  • 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: PCT/JP2015/064568
  • 出願年月日: 2015-05-21
  • 外国