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細胞内エネルギー変換機構研究部門
当研究部門は， 昨年4月に 新しく発足した。 現在ようやくスタッフと研究室も整い， 細胞生物学分野の新しい研究グル ー プの確立を目指している。 当面， 細胞生物の残された課題である自食作用の機構とその生理的な意義の解明を合い言菜に研究を進めている。
栄蓑飢餓ストレス
自然界に生息する生命体にとって栄蓑源をいかに確保するかは，ilとも韮要な進化上の要因であったに述いない。 外界には常に充分な栄姜源が保証されている訳ではない。
従って自己をとりまく環境の様々な栄投条件をいかに感知し， 内部の活性を制御するか，さらに飢餓条件下に生存率をいかに維持するかもまた進化の過程で．
選択圧の1つであったに述いない。
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きわめて重要なある 。自宜作用は，無秩序な分解ではなく，高度に組織化された過程であるに違いない。
1955年に clcDuvcに よ っ て リ ソ ソ ー ム が 発 見 さ れ て 以来，細胞内分解コンパートメントの役割と，分解機構は．
多くの研究者の典味を駆り立ててきたが，今日に至っでもその分子レベルでの理解はほとんど進んでいない 。 その理
由は ， この問題の解決には細胞活動の総合的な理解が必要とされる点と，リソソーム系を構成する膜系が複雑であり，かつきわめてダイナミックな動態を伴うために，解析の手がかりが得られなかったことによるものと思われる。
酵母の自 食作 用 の 発 見
我々は，披近酵母細胞が種々の栄淡飢餓に応答して自己の細胞質成分をリソノームと相同な酸性コンパートメントである液胞に送り込み，大規模に分解すること，その機 構が高等動物細胞で広く知られている自食作用と同様な複雑な膜現象によ って担われていることを見いだした。自食作
用は，図 1に示すような過程からなると考えられる 。
自食作用は窒素，炭索，リン酸，硫黄源など様々な飢餓

飢 餓 を どの ように関 知し，によって誘祁される 。
細胞が栄うt図1. 飢餓条件下の液胞蛋白分解酵素欠捐株のフリ ーズレプリカ像（上）液胞内に細胞質の 一部を囲んだ球形の膜構造，自食体が多数蓄1員する 。
（下）細胞質に形成された二望膜構造，ォ ート ファゴソームはその外膜で液胞膜と融合し液胞内に自食体 （オ ート ファジックポディ）を放出する。オートファコソ ームの膜は，内膜にはほとんど膜内粒子が認められない特異な構造をしていることが判る。

いかなるシグナル伝達機構によって一連の膜現象を誘砕するのであろうか。細胞質の一部を取り囲む二重膜の構造休，オートフ ァゴソ ームと呼ばれる新しい膜系がどこ から どのように形成されるのか。 オートファゴソームは，液胞／リ
ソソ ー ムといかに特異的に面吏合するのか，オ ー トリソソ ー

自食作用とは外界の栄姜源が枯渇したとき細胞は自己の構成成分を分解する。この自食作用 (autophagy)と呼ばれる生理現象は，ム内でなぜ膜系が容易に分解されるのか，自食作用がどのように制御されているのかなど，興味深い課題が未解決のまま残されている。

真核細胞に普遍的であり，生理的にも重要な意味をもって酵母はこれまで細胞周期や分泌などの複雑な過程を分子いるものと考えられる。我々の肝細胞では，食事の間の空レベル で理解する上で先尊的な役割を担ってきた。それは股時に活発な自食作用が繰り返されている。この現象の意

遺伝学的な手法と分子生物学的な手法によってそれらの索義と機構についての理解はほとんど進んでいない。植物細過程を明らかにし，関与する分子を明らかにすることがで胞では，個体の不要な部分を分解し，分解施物を新しい組きたからに 他ならない。我々は自食作 用 を 逍 伝学 ，生 化学，織へと転流する事が日常的に行われているし，いわゆる老細胞生物学 ，分子生物学，形態学などを駆使して総合的に化(senescence)に 伴 っ て き わ め て 組 織 立 っ た 大 規 校 な 自 己解明することを目指している 。

分解が進行する。酵母細胞は，窒素源の枯渇を引き金とし自食作用 に関与する 遺伝 子群て減数分裂過程，すなわち胞子形成を誘祁する 。 この細胞

我々は自宜作用の欠損株 (apg!‑I5)を始めとして自 i［作分化 過程には，既存のタンパク質の大規模な分解が必須で用に関わる多数の変異株を分離し，現在それらの辿伝子の13AminopeptidaseI
APG5APG1 AP
G14APG13APG7

APG9 APG4+.
.
.

APG6 APG
12,◆・・・・・・・・•、APGBぺ：
二vacu:oeo

9、9B.

AutophagicBodY,.

図 2．酵母細胞における自食作用の模式図
細胞は様々な栄養源の飢餓を関知すると細胞質の一部を非選択的に特異な膜嚢が取り囲んで二重膜構造を形成する 。 それらは液胞と 融合 して内膜に囲まれた構造を液胞内に送り込む。 この過程には，少なくとも 14佃の APG遺伝子が関与し ている 。

Isolationmembrane
AutophagosomeER?

⇒[／⇒（（軍 D;̲̲...
Enclosingorgane
lesandcytosol.
‑oLysosome

Autolysosome←~Digestingthecontents

Disappearanceo
faninnermembraneFusion

図3. 自食作用の膜動態の模式図，栄養飢餓シ グナルの伝達，オートフ ァゴソーム の形成， リソ ソーム との融合など ， まだ分子レペル ではまった＜未解決の課題である 。

多くを単離す ることに 成功した。酵母は 咋年全ゲノムの配いる。現在 これらの追伝子間相互作用 ，遺伝子産物の同定，列が報告され たが， これらの自食作用辿伝子 APG はいず発現調節，さらに細胞内局在などについて解析を進めていれも未知の遺伝子であった。このこ とはこの分野の研究がる。 これらの遺伝子産物の構造 と機能を明 らかにすることにこれま でほとん ど手が付け られて こなか ったことを示してよって自食作用が分子 レベ ルで理解できる と期待 してい る14

（図2) 。
自食作用の更なる理解を目指して

munn. 210, 126-132.
4. Scott, S. V., Hefner-Gravink, A., Morano, K. A., Noda,

細胞内分解コンパー トメントにおける分解機構は， 我々T., Ohsumi, Y., and Klionsky, D, J. (1996) Cytoplasm­

が理解を進めている非選択的な分解のみならず選択的な酵

to- vacuole targeting and autophagy employ the same

素やオルガネラの分解機構も存在することが近年明らかにmachi nery to deliver proteins to the yeast vacuole.

なってきた。 その機構としてオ ー トファゴソ ー ム形成が関

Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93, 12304-12308.

与するマクロオ ー トファジ ー とリソソ ー ム／液胞膜の陥入

5. Kametaka, S.、Matsuura, A., Wada, Y., and Ohsumi, Y.

によるミクロオートファジーも存在するらしい。 液胞酵素

(1996) Structural and functional analyses of APG5, a

アミノペプチダ ー ゼIの液胞内移行に自食作用遺伝子群がgene involved in the autophagy in yeast. Gene, 178,

必須であることが最近明らかとなった。非選択的な分解と139-143.

液胞酵素の生合成が共通の分子装置を利用している点は極めて典味深い。
細胞内の膜動態を担っている基本的な分子装置は， 酵母からヒトに到るまで鵞くほど進化の過程で保存されている。実際APG遺伝子の中には高等真核生物にも明らかに相同性を持つ遺伝子が存在することも明らかになって来た。酵母で得られた新しい知見は， 高等動植物細胞の自食作用の機構の解明にも有力な手がかりを与え るに違いない。 細胞にとって重要な細胞内分解のメカニズムは単 ー な経路によっているとは考えられず， 高等真核生物に固有の機構や多細胞系に必須な制御系が存在するものと思われる。 従って酵母をモデル系としつ つ， 高等動植物の示す栄養飢餓応答と自食作用の機構を明らかにするために動植物細胞の系の構築を現在進めている。

参考文献
1.

Takeshige, K., Baba, M.. Tsuboi. S., Noda. T.. andOhsumi., Y., (1992) Autophagy in yeast demonstrated
with proteinase- deficient mutants and its conditions
for induction. J. Cell Biol. 119, 301-311.

2. Baba, M., Takeshige, K., Baba, N., and Ohsumi, Y.，(1994) Ultrastructural analysis of the autophagic process in yeast: Detection of autophagosomes and theircharacterization. (1994) J. Cell Biol. 124, 903-913.
3. Noda, T., Matsuura.. Wada, Y, and Ohsumi, Y. (1995)
Novel system for monitoring autophagy in the yeast,
Saccharomyces cerevisiae. Biochem. Biophys. Res. Com15