オートファジーを担うApgシステム

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12146206
• Research Institution: Okazaki National Research Institutes
• Principal Investigator: 水島 昇 岡崎国立共同研究機構, 基礎生物学研究所, 助手 (10353434)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 阪井 康能 京都大学, 大学院・農学研究科, 助教授 (60202082)
• Keywords: オートファジー / マクロオートファジー / ミクロオートファジー / ユビキチン様タンパク質 / 酵母 / Atg8修飾系 / ペキソファジー / GRAMドメイン

Research Abstract

1.酵母Atg8の哺乳動物ホモログであるLC3が、ユビキチン類似反応によって酵母と同様にホスファチジルエタノールアミンと共有結合することを示した。また他の二つの哺乳類Atg8ホモログであるGATE16、GABARAPも同様の修飾を受けることが判明し、これらのC末端切断酵素としてHsAtg4A、HsAtg4Bを同定した。さらにHsAtg4BはLC3-PE(LC3-II)の脱結合酵素であることを示した。LC3、GATE16、GABARAPのいずれもが、C末端の脂質修飾に依存してオートファゴソームに結合することが判明した。
2.LC3がオートファゴソームのマーカーとなることを利用して、全身でGFP融合LC3を発現するトランスジェニックマウスを作製した。これはマウス個体レベルでオートファジーの活性をモニターする非常に良い実験系となり、このマウスを用いて各組織の飢餓応答について解析した。
3.LC3の結晶化に成功し、その構造解析を進めている。
4.メタノール資化性酵母Pichia pastorisを用いたペキソファジー(ペルオキシソーム選択的オートファジー)の解析により、PpAtg8とその脂質修飾系を遺伝生化学的に検証し、ミクロペキソファジー過程においてはPpAtg8修飾系(PpAtg4・PpAtg7)が液胞によるペルオキシソームの取り込み過程に必要なこと、その際、PpAtg8は新たに見出された膜構造体に存在することを明らかにし、この膜構造体をミクロペキソファジー膜装置(MIPA)と名付けた。
5.PpAtg26(Paz4/Ugt51)をペキソファジー特異的に必要な分子として初めて同定した。本分子はミクロペキソファジー過程にはMIPAに局在すること、そしてこの局在にはGRAMと呼ばれる機能未知のドメインが必要なことがわかった。
6.GRAMドメインがある種のリン脂質に結合すること、Atg26はMIPAの正常な形成に必要なことなどが現在、明らかになりつつある。Atg5・Atg1・Atg13・Atg11・Vac8・Atg24についてクローニングを行い、現在、ミクロオートファジーにおける機能の解析を進めている。

Research Products

• [Publications] Kabeya Y, Mizushima N, Yamamoto A, Oshitani-Okamoto S, Ohsumi Y, Yoshimori T.: "LC3,GABARAP and GATE16 localize to autophagosomal membrane depending on form-II formation."Journal of Cell Science. (In press). (2004)
• [Publications] Mizushima N, Yamamoto A, Matsui M, Yoshimori T., Ohsumi Y.: "In vivo analysis of autophagy in response to nutrient starvation using transgenic mice expressing a fluorescent autophagosome marker"Molecular Biology of the Cell. 15. 1101-1111 (2004)
• [Publications] Qu X, Yu J, Bhagat G, Furuya N, Hibshoosh H, Troxel A, Rosen J, Eskelinen EL, mizushima N, Ohsumi Y, Cattoretti G, Levine B: "Promotion of tumorigenesis by heterozygous disruption of the beclin 1 autophagy gene"Journal of Clinical Investigation. 112. 1809-1820 (2003)
• [Publications] Sugawara, K., Suzuki, NN., Fujioka, Y., Mizushima, N., Ohsumi, Y., Inagaki, F.: "Crystallization and preliminary X-ray analysis of LC3-I."Acta Crystallogr.D Biol.Crystallogr.. 59. 1464-1465 (2003)
• [Publications] Shitaral, H., Sato, A., Hayashi, J., Mizushima, N., Yonekawa, H., Taya, C.: "Simple method of zygosity identification in transgenic mice by real-time quantitative PCR."Transgenic Research. (In press). (2004)
• [Publications] Hiroyuki Mukaiyama, Misuzu Baba, Masako Osumi, Yoshinori Ohsumi, Nobuo Kato, Yasuyoshi Sakai.: "Modification of a Ubiquitine-like Protein Paz2 Conduced Micropexophagy through Formation of a Novel Membrane Structure."Molecular Biology of the Cell. 15・1. 58-70 (2004)
• [Publications] Daniel J.Klionsky, James M.Cregg, William A.Dunn, Jr., Scott D.Emr, Yasuyoshi Sakai, Ignaco V.Sandoval, Andrei Sibirny, Suresh Subramani, Michael Thumm, marten Veenhuis, Yoshinori Ohsumi.: "A Unified Nomenclature for Yeast Autophagy-Related Genes."Developmental Cell. 5. 539-545 (2003)
• [Publications] Masahide Oku, Dirk Warnecke, Takeshi Noda, Frank Muller, Ernst Heinz, Hiroyuki Mukaiyama, Nobuo Kato, Yasuyoshi Sakai: "Peroxisome degradation requires catalytically active sterol glucosyltransferase with a GRAM domain."EMBO Journal. 22・13. 3231-3241 (2003)
• [Publications] 久万亜紀子, 水島 昇: "生細胞におけるオートファゴソーム形成の可視化"生体の科学. 54・4. 523-537 (2003)
• [Publications] 水島 昇: "動物細胞および個体におけるオートファジー"実験医学. 22・2. 261-267 (2004)
• [Publications] 水島 昇: "オートファジーによるバルク分解とそのモニター方法"神経研究の進歩. 48・1. 97-109 (2004)
• [Publications] 水島 昇: "タイプ2細胞死:オートファジーを伴う細胞死の検証"臨床免疫. 41・2. 167-174 (2004)
• [Publications] 阪井康能: "酵母ペルオキシソームの生合成と分解の分子機構"実験医学. 21・14. 1912-1916 (2003)
• [Publications] 阪井康能, 奥 公秀: "ステロール配糖体が果たす生物機能"細胞工学. 23・9. 992-993 (2003)
• [Publications] 阪井康能: "オルガネラ分解の分子機構:ミクロペキソファジーに必要なPAZ遺伝子群の機能と新生膜構造体"生体の科学. 54・6. 540-547 (2003)
• [Publications] 向山博幸, 加藤暢夫, 阪井康能: "メタノール資化性酵母Pichia pastorisのペキソファジーを支配するPAZ遺伝子群の同定とユビキチン様タンパクPaz2及びその修飾系の解析"応用微生物研究協議会誌. 1・2. 90-96 (2003)
• [Publications] 奥 公秀, 加藤暢夫, 阪井康能: "メタノール資化性酵母Pichia pastorisのペキソファジーの一細胞可視化による動態解析及びPaz4/Ugt51ステロールグルコシド合成酵素の役割"応用微生物研究協議会誌. 1・2. 97-102 (2003)