オートファジーの分子機構の解明と細胞生理学への統合

2012 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23000015
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 大隅 良典 東京工業大学, フロンティア研究機構, 特任教授 (30114416)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: オートファジー / ATG / タンパク質分解 / 酵母 / 細胞制御

研究概要

本研究が発足して2年が経過し、本年度の主なる成果は以下の通りである。第一の柱であるオートファゴソームの形成機構の全容解明に関しては、この1年に11報の原著論文を公表し､順調に進展している。1.結合反応系に関して微化研・野田展生氏との共同研究が予想以上に展開し、オートファジーに関わる2つのユビキチン様の結合反応系の特性が明らかになった。また構造情報に基づいてAtg12-Atg5のAtg8の脂質化反応の促進作用の機構が解明された。またAtg4の脱修飾機能の生理的意義が明らかとなった。2.Atgタンパク質で唯一の膜タンパク質であるAtg9がゴルジ体由来の直径約50nmの細胞質を動き回る膜小胞上に存在し、飢餓により液胞近傍のAtg1を中心とするscaffold複合体にAtg9小胞が3個程度集合し、膜融合の後、隔離膜、オートファゴソーム膜の一部となることを明らかにした｡初めて小胞輸送系の関わりを示し、その役割の一端を明らかにした。3.これまで困難であったAtg18の構造解析が耐熱性酵母を用いることで可能となりAtg2との相互作用様式が明らかとなった。
第二の柱であるオートファジーを代謝系と関連づけ、増殖、分化過程に統合する課題に関しては、まだ論文公表に至っていないが、今年度導入したGC-MS、制御性の高いファーメンターの使用条件が確立し課題が明確になった。1.非栄養要求性株を用い種々の組成の合成培地における野生型とオートファジー不能変異の増殖を比較検討し、増殖の後期にオートファジーが誘導されること、それが発酵から好気的な呼吸増殖への転換に必須あること、その過程にイオンのホメオスタシスが重要な役割を持っていることを明らかにした。
2.飢餓誘導によるオートファジーによる、メタボライトの変動を解析し、アミノ酸、中心代謝物、核酸代謝物の変化とその生理的な意味について興味深い結果が得られつつある。

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

オートファゴソーム形成の分子機構に関しては国際的にも競争が激化しているが、長年の蓄積をもとに着実な進展をしている。生理的な解析に関しては培養条件を含めて準備に長時間を要したが、今後は着実な展開が期待できると考えている。

今後の研究の推進方策

膜動態については、Atg1,Atg13,Atg17,Atg29,Atg31の5者複合体、超分子複合体の形成機構、その過程における段階的な種々のキナーゼによるリン酸化制御、PI3 キナーゼ複合体の形成機構、Atg9の機能解析、ERなど小胞輸送系との関連などの理解が進みつつあり、より精緻な生化学的な解析と、微細形態学の結合がますます重要となっている。第二の柱に関しては漸く質量分析、イオンの定量、必要な抗体の取得など分析技術が整い、データは集積しつつあり、可能な限り近々に得られた結果を世に問うことが重要であると考えている。

研究成果

• [雑誌論文] Structure of the Atg12-Atg5 conjugate reveals a platform for stimulating Atg8-PE conjugation (2013)
  • 著者名/発表者名: Noda NN, Fujioka Y, Hanada T, Ohsumi Y, Inagaki F.
  • 雑誌名: EMBO rep 巻: 14 ページ: 206-211
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atg12-Atg5 conjugate enhances E2 activity of Atg3 by rearranging its catalytic site. (2013)
  • 著者名/発表者名: Sakoh-Nakatogawa M, Matoba K, Asai E, Kirisako H, Ishii J, Noda NN, Inagaki F, Nakatogawa H, Ohsumi Y.
  • 雑誌名: Nat. Struct. Mol. Biol. 巻: 20 ページ: 433-439
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atg4 recycles inappropriately lipidated Atg8 to promote autophagosome biogenesis. (2012)
  • 著者名/発表者名: Nakatogawa H, Ishii J, Asai E, Ohsumi Y.
  • 雑誌名: Autophagy 巻: 8 ページ: 177-186
  • 査読あり
• [雑誌論文] Autophagy-related protein 32 acts as autophagic degron and directly initiates mitophagy. (2012)
  • 著者名/発表者名: Kondo-Okamoto N, Noda NN, Suzuki SW, Nakatogawa H, Takahashi I, Matsunami M, Hashimoto A, Inagaki F, Ohsumi Y, Okamoto K.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 287 ページ: 10631-10638
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure of the novel C-terminal domain of vacuolar protein sorting 30/autophagy-related protein 6 and its specific role in autophagy. (2012)
  • 著者名/発表者名: Noda NN*, Kobayashi T*, Adachi W, Fujioka Y, Ohsumi Y, Inagaki F.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem., 巻: 287 ページ: 16256-16266
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural insights into Atg10-mediated formation of the autophagy-essential Atg12-Atg5 conjugate. (2012)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi M, Noda NN, Yamamoto H, Shima T, Kumeta H, Kobashigawa Y, Akada R, Ohsumi Y, Inagaki F.
  • 雑誌名: Structure 巻: 20 ページ: 1244-1254
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atg9 vesicles are an important membrane source during early steps of autophagosome formation. (2012)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto H, Kakuta S, Watanabe TM, Kitamura A, Sekito T, Kondo-Kakuta C, Ichikawa R, Kinjo M, Ohsumi Y.
  • 雑誌名: J. Cell Biol., 巻: 198 ページ: 219-233
  • 査読あり
• [雑誌論文] The autophagy-related protein kinase Atg1 interacts with the ubiquitin-like protein Atg8 via the Atg8 family interacting motif to facilitate autophagosome formation. (2012)
  • 著者名/発表者名: Nakatogawa H, Ohbayashi S, Sakoh-Nakatogawa M, Kakuta S, Suzuki SW, Kirisako H, Kondo-Kakuta C, Noda NN, Yamamoto H, Ohsumi Y.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 287 ページ: 28503-28507
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure-based analyses reveal distinct binding sites for Atg2 and phosphoinositides in Atg18. (2012)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Y, Kobayashi T, Yamamoto H, Hoshida H, Akada R, Inagaki F, Ohsumi Y, Noda NN.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 287 ページ: 31681-31690
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atg9 vesicles recruit vesicle-tethering proteins, Trs85 and Ypt1, to the autophagosome formation site. (2012)
  • 著者名/発表者名: Kakuta S, Yamamoto H, Negishi L, Kondo-Kakuta C, Hayashi N, Ohsumi Y.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 287 ページ: 44261-44269
  • 査読あり
• [雑誌論文] Noncanonical recognition and UBL loading of distinct E2s by autophagy-essential Atg7. (2012)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi M, Matoba K, Sawada R, Fujioka Y, Nakatogawa H, Yamamoto H, Kobashigawa Y, Hoshida H, Akada R, Ohsumi Y, Noda NN, Inagaki F.
  • 雑誌名: Nat. Struct. Mol. Biol. 巻: 19 ページ: 1250-1256
  • DOI: doi: 10.1038/nsmb.2451.
  • 査読あり
• [学会発表] Dynamics and diversity in autophagy mechanisms (2013)
  • 著者名/発表者名: Ohsumi Y.
  • 学会等名: Hunter Meeting
  • 発表場所: Sydney, Australia
  • 年月日: 20130318-20130323
  • 招待講演
• [学会発表] Lessons from Yeast - Cellular Recycle System (2013)
  • 著者名/発表者名: Ohsumi Y.
  • 学会等名: Kyoto Symposium in USA
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 20130311-20130316
  • 招待講演
• [学会発表] Metabolic Regulations and Diseases (2012)
  • 著者名/発表者名: Ohsumi Y.
  • 学会等名: The Third Xiamen Winter Symposium
  • 発表場所: Xiamen, China
  • 年月日: 20121213-20121216
  • 招待講演
• [学会発表] 酵母が開いたオートファジーの世界 (2012)
  • 著者名/発表者名: Ohsumi Y.
  • 学会等名: Kyoto Symposium
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 20121111-20121111
  • 招待講演
• [学会発表] Present Stage of Studies of Atg Proteins in Yeast (2012)
  • 著者名/発表者名: Ohsumi Y.
  • 学会等名: The 6th ISA
  • 発表場所: Okinawa, Japan
  • 年月日: 20121028-20121101
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular Dissection of Autophagosome Formation in Yeast (2012)
  • 著者名/発表者名: Ohsumi Y.
  • 学会等名: Biomembrane Days
  • 発表場所: Potsdam, Germany
  • 年月日: 20120919-20120922
  • 招待講演
• [学会発表] Autophagy regulates insertional mutagenesis by the Ty1 retrotransposon in Saccharomyces cerevisiae. (2012)
  • 著者名/発表者名: Ohsumi Y.
  • 学会等名: 63rd FUJIHARA SEMINAR
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 20120731-20120803
  • 招待講演
• [備考] 東工大 大隅研究室 Publication List
  • URL: http://www.ohsumilab.aro.iri.titech.ac.jp/