オートファジー選択的基質による細胞制御とその病態生理

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: 25111006
• 研究機関: 新潟大学
• 研究代表者: 小松 雅明 新潟大学, 医歯学系, 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)
• 研究期間 (年度): 2013-06-28 – 2018-03-31
• キーワード: タンパク質分解 / オートファジー / リソソーム / 代謝 / 膜輸送

研究実績の概要

1.網羅的な遺伝子発現およびメタボローム解析から、オートファジーを阻害したマウス肝細胞ではリン酸化p62に依存したKeap1-Nrf2経路の活性化が糖、アミノ酸の代謝経路の変換、すなわちグルクロン酸経路、ペントースリン酸経路およびグルタチオン合成の亢進を引き起こすことを明らかにした。また、リン酸化p62はHCV陽性および非アルコール性肝細胞がん患者組織の腫瘍部で蓄積・凝集化すること、ヒト肝細胞がん細胞株におけるリン酸化p62によるNrf2の恒常的活性化が、増殖亢進および抗がん剤耐性増強を促すことを見出した。
2.GFP-p62ノックインマウスを作成し、p62を過剰発現することなく内因性レベルのp62を可視化できる系を確立した。
3.Alfy欠損マウス細胞の解析から、リサイクリングエンドソームの輸送異常を見出している。その分子機構を明らかにするため、質量分析を用いた相互作用タンパク質の検索を行い、膜輸送に関与するタンパク質を同定した。
4.リソソームのアミノ酸トランスポーターと想定されているSpin1の肝細胞特異的欠損マウスを作成、解析した結果、mTORC1の活性減弱、オートファゴソームやオートリソソームの異常蓄積を伴った肝障害が確認された。トランスポートするアミノ酸を特定するためin vitro再構成実験の準備を進めた。

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

病態生理に関しては、オートファジー不能マウスや多重ノックアウトマウスの網羅的な遺伝子発現解析およびメタボローム解析を行い、それらのデータをバイオインフォマティクスにより統合し、選択的オートファジーによる代謝制御機構を明らかにしつつあるなど、順調に進んでいる。一方、個々の選択的オートファジー関連分子のノックアウト細胞ないしはマウスの解析から興味深い結果を得ているものの、その分子メカニズムの解明に至っていない。

今後の研究の推進方策

オートファジー関連分子の役割を生化学、分子細胞生物学的手法を駆使して明らかにする。遺伝子改変マウスの表現型解析を続ける。選択的オートファジーとヒト病態、特にがんとの関わりを明らかにする。

研究成果

• [雑誌論文] Proteotoxic stress induces phosphorylation of p62/SQSTM1 by ULK1 to regulate selective autophagic clearance of protein aggregates. (2015)
  • 著者名/発表者名: Lim, J., Lachenmayer, ML., Wu, S., Liu, W., Kundu, M., Wang, R., Komatsu, M., Oh, YJ., Zhao, Y., *Yue, Z.
  • 雑誌名: PLoS Genet. 巻: 11 ページ: e1004987
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1004987. eCollection 2015.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The unexpected role of polyubiquitin chains in the formation of fibrillar aggregates. (2015)
  • 著者名/発表者名: Morimoto, D., Walinda, E., Fukada, H., Sou, YS., Kageyama, S., Hoshino, M., Fujii, T., Tsuchiya, H., Saeki, Y., Arita, K., Ariyoshi, M., Tochio, H., Iwai, K., Namba, K., Komatsu, M., Tanaka, K., *Shirakawa, M.
  • 雑誌名: Nat. Commun. 巻: 6 ページ: 6116
  • DOI: 10.1038/ncomms7116.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Induction of Covalently Crosslinked p62 Oligomers with Reduced Binding to Polyubiquitinated Proteins by the Autophagy Inhibitor Verteporfin. (2014)
  • 著者名/発表者名: Donohue, E., Balgi, AD., Komatsu, M., *Roberge, M.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 10 ページ: 9-12
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0114964.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A teadmill exercise reactivates the signaling of the mammalian target of rapamycin (mTor) in the skeletal muscles of starved mice. (2014)
  • 著者名/発表者名: Zheng, DM., Bian, Z., Furuya, N., Oliva, Trejo, JA., Takeda-Ezaki, M., Takahashi, K., Hiraoka ,Y., Mineki, R., Taka, H., Ikeda, S., Komatsu, M., Fujimura, T., Ueno, T., *Ezaki, J.
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun. 巻: 456 ページ: 519-526
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2014.11.118.
  • 査読あり
• [雑誌論文] The significant role of autophagy in the granular layer in normal skin differentiation and hair growth. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoshihara, N., Ueno, T., Takagi, A., Trejo, JA., Haruna, K., Suga, Y., Komatsu, M., Tanaka, K., *Ikeda, S.
  • 雑誌名: Arch. Dermatol. Res. 巻: 307 ページ: 159-169
  • DOI: 10.1007/s00403-014-1508-0.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Systemic autophagy insufficiency compromises adaptation to metabolic stress and facilitates progression from obesity to diabetes. (2014)
  • 著者名/発表者名: Lim, YM., Lim, H., Hur, KY., Quan, W., Lee, HY., Cheon, H., Ryu, D., Koo, SH., Kim, HL., Kim, J., Komatsu, M., *Lee, MS.
  • 雑誌名: Nat. Commun. 巻: 5 ページ: 4934
  • DOI: 10.1038/ncomms5934.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modification of ASC1 by UFM1 is crucial for ERα transactivation and breast cancer development. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoo, HM., Kang, SH., Kim, JY., Lee, JE., Seong, MW., Lee, SW., Ka, SH., Sou,YS., Komatsu, M., Tanaka, K., Lee, ST., Noh, DY., Baek, SH., Jeon, YJ., *Chung, CH.
  • 雑誌名: Mol. Cell 巻: 56 ページ: 261-274
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2014.08.007.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Proteasome dysfunction activates autophagy and the Keap1-Nrf2 pathway. (2014)
  • 著者名/発表者名: Kageyama, S., Sou, YS., Uemura, T., Kametaka, S., Saito, T., Ishimura, R., Kouno, T., Bedford, L., Mayer, RJ., Lee, MS., Yamamoto, M., Waguri, S., Tanaka, K., *Komatsu, M.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 289 ページ: 24944-24955
  • DOI: 10.1074/jbc.M114.580357.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Amyloidogenic peptide oligomer accumulation in autophagy-deficient β cells induces diabetes. (2014)
  • 著者名/発表者名: Kim, J., Cheon, H., Jeong, YT., Quan ,W., Kim, KH., Cho, JM., Lim, YM., Oh, SH., Jin, SM., Kim, JH., Lee, MK., Kim, S., Komatsu, M., Kang, SW., *Lee, MS.
  • 雑誌名: J. Clin. Invest. 巻: 124 ページ: 3311-3324
  • DOI: 10.1172/JCI69625.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ubiquitylation of autophagy receptor Optineurin by HACE1 activates selective autophagy for tumor suppression. (2014)
  • 著者名/発表者名: Liu, Z., Chen, P., Gao, H., Gu, Y., Yang, J., Peng, H., Xu, X., Wang, H., Yang, M., Liu, X., Fan, L., Chen, S., Zhou, J., Sun, Y., Ruan, K., Cheng, S., Komatsu, M., White, E., Li, L., Ji, H., Finley, D., *Hu, R.
  • 雑誌名: Cancer Cell 巻: 26 ページ: 106-120
  • DOI: 10.1016/j.ccr.2014.05.015.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transient increase in proteinuria, poly-ubiquitylated proteins and ER stress markers in podocyte-specific autophagy-deficient mice following unilateral nephrectomy. (2014)
  • 著者名/発表者名: Oliva Trejo, JA., Asanuma, K., Kim, EH., Takagi-Akiba, M., Nonaka, K., Hidaka, T., Komatsu, M., Tada, N., Ueno, T., *Tomino, Y.
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun. 巻: 446 ページ: 1190-1196
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2014.03.088.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural determinants in GABARAP required for the selective binding and recruitment of ALFY to LC3B-positive structures. (2014)
  • 著者名/発表者名: Lystad, AH., Ichimura, Y., Takagi, K., Yang, Y., Pankiv, S., Kanegae, Y., Kageyama, S., Suzuki, M., Saito, I., Mizushima,T., *Komatsu, M., *Simonsen, A.
  • 雑誌名: EMBO Rep. 巻: 15 ページ: 557-565
  • DOI: 10.1002/embr.201338003.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A cluster of thin tubular structures mediates transformation of the endoplasmic reticulum to autophagic isolation membrane. (2014)
  • 著者名/発表者名: Uemura, T., Yamamoto, M., Kametaka, A., Sou, YS., Yabashi, A., Yamada, A., Annoh, H., Kametaka, S., Komatsu, M., *Waguri, S.
  • 雑誌名: Mol. Cell Biol. 巻: 34 ページ: 1695-1706
  • DOI: 10.1128/MCB.01327-13.
  • 査読あり
• [学会発表] Metabolic reprogramming in human hepatocellular carcinoma by p62/SQSTM1 (2015)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Komatsu
  • 学会等名: The 7th International Symposium on Autophagy 2015
  • 発表場所: Smoky Willow, Huangshan, China
  • 年月日: 2015-03-19 – 2015-03-23
  • 招待講演
• [学会発表] オートファジーによる生体防御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小松雅明
  • 学会等名: 第33回日本認知症学会学術集会（シンポジウム）
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-29 – 2014-12-01
  • 招待講演
• [学会発表] オートファジーの異常と代謝変動 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小松雅明
  • 学会等名: 第37回日本分子生物学会年（ワークショップ）
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [学会発表] オートファジーの異常と代謝変動 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小松雅明
  • 学会等名: 第87回日本生化学会大会 （シンポジウム）
  • 発表場所: 国立京都国際会館
  • 年月日: 2014-10-15 – 2014-10-18
  • 招待講演
• [学会発表] Persistent activation of Nrf2 through autophagy-specific substrate p62 in HCC (2014)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Komatsu
  • 学会等名: 第73回日本癌学会学術総会（シンポジウム）
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
  • 招待講演
• [学会発表] オートファジーが司る転写因子群による代謝制御機構 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小松雅明
  • 学会等名: 第19回日本病態プロテアーゼ学会学術集会（ワークショップ）
  • 発表場所: 千里ライフサイエンスセンター
  • 年月日: 2014-08-08 – 2014-08-09
  • 招待講演
• [学会発表] Coupling of the Keap1-Nrf2 System to Autophagy (2014)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Komatsu
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Asia Conferences Protein Modification & Homeostasis (Symposium)
  • 発表場所: Suzhou Dushu Lake Conference Center, Suzhou, China
  • 年月日: 2014-06-16 – 2014-06-20
  • 招待講演
• [学会発表] p62のリン酸化によるオートファジーとKeap1-Nrf2システムの連動機構 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小松雅明
  • 学会等名: 第66回日本細胞生物学会大会
  • 発表場所: 奈良県新公会堂
  • 年月日: 2014-06-11 – 2014-06-13
• [学会発表] オートファジーとKeap1－Nrf2システムの連動機構 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小松雅明
  • 学会等名: 第14回日本抗加齢医学会総会（シンポジウム）
  • 発表場所: 大阪国際会議場
  • 年月日: 2014-06-06 – 2014-06-08
  • 招待講演
• [学会発表] Coupling of the Keap1-Nrf2 System to Autophagy (2014)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Komatsu
  • 学会等名: 2014 Korean Society for Biochemistry and Molecular Biology (Symposium)
  • 発表場所: Coex, Seoul, Korea
  • 年月日: 2014-05-14 – 2014-05-16
  • 招待講演
• [備考] 新潟大学大学院医歯学総合研究科 分子遺伝学講座
  • URL: http://www.med.niigata-u.ac.jp/bc1/welcome.html