天然変性タンパク質Ａｔｇ１３によるオートファジー始動の制御機構

2012 年度 実績報告書

• 研究領域: 天然変性タンパク質の分子認識機構と機能発現
• 研究課題/領域番号: 24113725
• 研究機関: 公益財団法人微生物化学研究会
• 研究代表者: 野田 展生 公益財団法人微生物化学研究会, 微生物化学研究所, 主席研究員 (40396297)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: オートファジー / Atg13 / 天然変性 / Atg1 / Atg17 / 構造生物学

研究実績の概要

Atg13の天然変性領域はAtg1およびAtg17と結合することで，オートファジーの始動に必須なpre-autophagosomal structureの構築に中心的役割を担う．この相互作用はリン酸化により制御されており，その制御機構を理解することはオートファジーの始動機構解明のために必須である．Atg13の天然変性領域内に，Atg1に結合する領域を一か所，Atg17に結合する領域を二ヶ所同定した．この情報に基づき，Atg1と結合する領域とAtg1のC末端領域との複合体の結晶構造を決定し，さらにAtg17結合領域とAtg17との複合体結晶の調製にも成功した．
Atg13のAtg1結合領域は，Atg1との結合によりへリックス-ループ-へリックス構造が誘起され，Atg1の構造上の２つの溝に結合していた．変異体解析の結果，Atg1-Atg13相互作用のリン酸化による制御には，このAtg1結合領域に加えてAtg13の別の領域も関与することが明らかとなった．一方Atg13のAtg17結合領域内に２つのセリン残基を同定し，このセリンをリン酸化をミミックするアスパラギン酸に変異させると，Atg17との結合が消失し，オートファジー活性も失われることを見出した．すなわちAtg13-Atg17相互作用は，Atg17結合領域のリン酸化が直接制御していることが明らかとなった．以上の結果から，Atg13のリン酸化は結合部位の直接的な性質改変（負電荷の上昇など）とAtg13のグローバルな構造変化の両方を通してAtg1およびAtg17との結合を制御しているというモデルが得られた．

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

Atg13の天然変性領域に，Atg1の結合領域一か所とAtg17の結合領域二ヶ所を同定し，小型化したAtg1-Atg13複合体の結晶構造決定に成功し，さらに小型化したAtg13-Atg17複合体結晶の調製にも成功した．さらに変異体解析により，Atg13のリン酸化がAtg1およびAtg17との相互作用を制御するメカニズムの一端を解明することに成功した．

今後の研究の推進方策

Atg13の天然変性領域とAtg17との複合体の結晶構造を決定し，Atg17との相互作用によって誘起される立体構造を明らかにし，Atg13のリン酸化がAtg17との相互作用を制御するメカニズムを解明する．昨年度に得られたAtg1-Atg13複合体構造情報と合わせることで，Atg13の天然変性領域がpre-autophagosomal structureを構築する上で担う役割およびそのリン酸化による制御の全貌を解明する．

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, N. N., Fujioka, Y., Hanada, T., Ohsumi, Y. and Inagaki, F.
  • 雑誌名: EMBO Reports 巻: 14 ページ: 206-211
  • DOI: 10.1038/embor.2012.208.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Non-canonical 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, N. N. and Inagaki, F.
  • 雑誌名: Nature Structural Molecular Biology 巻: 19 ページ: 1250-1256
  • DOI: 10.1038/nsmb.2451.
  • 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. and Noda, N. N.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 287 ページ: 31681-31690
  • DOI: 10.1074/jbc.M112.397570.
  • 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, N. N., Kobayashi, T., Adachi, W., Fujioka, Y., Ohsumi, Y. and Inagaki, F.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 287 ページ: 16256-16266
  • DOI: 10.1074/jbc.M112.348250.
  • 査読あり
• [学会発表] オートファジーの構造生物学的研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 野田 展生
  • 学会等名: 第85回日本生化学会大会
  • 発表場所: 福岡国際会議場（福岡）
  • 年月日: 2012-12-14
  • 招待講演