研究活動

細胞生物学領域

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分子細胞生物学研究部門

オートファジーに関与する ATG 遺伝子群
酵母は遺伝学的な手法に優れ，細胞内の複雑な現象を分子レベルで理解する上で先導的な役割を果たしてきた。我々

自はオートファジーの分子機構を解明するため，酵母のオー然界において，生命体は常に栄養の枯渇の危険性に晒トファジー不能変異株（apg 変異株）を分離し，それをもとされており，飢餓環境下にいかに生き延びるかは，極に，オートファジーに関わる 16 個の APG 遺伝子を同定しめて重要な問題である。オートファジー（Autophagy）はた。最近これらオートファジー関連遺伝子を ATG と呼ぶこ

そのような栄養飢餓に対する適応機構の１つであり，広く真とが国際的に合意された。これらの遺伝子産物の解析を進め核生物に保存されている。生物は外界の栄養源の飢餓を関知た結果，Atg タンパク質が４つの機能群を形成していることすると，自己細胞の細胞質の構成成分やオルガネラをリソが明らかとなった。これらはユビキチン様のタンパク質修飾

ソーム / 液胞内で分解し，その分解産物をリサイクルして飢システム（後述），タンパクキナーゼ複合体，ホスファチジ

餓耐性の細胞の再構築に用いる。細胞内のタンパク質は常にルイノシトール３リン酸 (PI3) キナーゼ複合体からなり，全合成と分解のバランスの上に成り立っており，バルクのタンての反応系が正常に作動することがオートファジーの進行に

パク質分解を担うオートファジーの生理的な役割は生命活必須である。しかし，それぞれの反応系がいかに時間的空間動の様々な局面に重要な働きをしていることが近年明らかと的に制御され，オートファゴソーム形成過程で働いているのなっている。例えば我々の肝細胞では，空腹時に活発なオーかは未だほとんど分かっていない。我々は Atg タンパク質のトファジーが誘導され，血糖値の維持が図られている。酵母

細胞内局在を系統的に調べ，多くの Atg タンパク質が Pre-細胞では，窒素源の枯渇を引き金として胞子形成が誘導されautophagosomal structure (PAS) と呼ばれる液胞近傍の構造るが，このように細胞分化には既存のタンパク質のオート体に集積していることを明らかにしてきた。現在，PAS 形ファジーによる大規模な分解が不可欠である。細菌感染，様々成における Atg タンパク質間の機能ネットワークを明らかにな病態との関係も注目を集めている。我々の研究室はオートすべく，局在解析，遺伝的・物理的相互作用，Atg タンパクファジーの分子機構解明を目指して様々な手法を駆使して研質の構造機能相関に焦点を当てた研究を進めている。オート究を進めている。

ファジーに必須なタンパク質キナーゼ Atg1 の制御機構，オートファジーの膜動態に関わる PI3 キナーゼに関しても詳細

モデル細胞 , 酵母のオートファジー
酵母細胞は栄養飢餓に応答してオートファジーを誘導する。酵母のオートファジーは窒素（アミノ酸），炭素，イオウ，リン酸など様々な飢餓によって誘導される。

な解析を進めている。

オートファジーに必須なユビキチン様タンパク質
我々は４つの Atg タンパク質が新しいタンパク質の結合反応 に 関与 していることを 見出 した。Atg12 タンパ ク 質

オートファジーをめぐる最大の課題はオートファジーに伴(Atg12p) は C 末端の Gly 残基を介して Atg5p の中央にあるう膜動態の解明である。オートファジーの膜動態は従来解析

Lys 残基の側鎖とイソペプチド結合を形成する。この結合体が進んできた小胞輸送系とは明らかに異なっており，細胞内の生成はオートファジーの進行に必須である。Atg12p はユに新たなコンパートメント，オートファゴソームを形成する

ビキチンと相同性はないが，結合反応はユビキチン経路と過程が誘導される。細胞質の一部を取り囲む二重膜のオート類似の反応からなっており，Atg7p，Atg10p はその Atg12p

ファゴソーム膜が何に由来し，どのように形態形成されるのの活性化（E1 酵素）と結合反応（E2 酵素）に関与していか，いかにして液胞／リソソームと特異的に融合するのか，る（図 1）。Atg12 の構造解析，ドメイン解析が進みつつあ

オートリソソーム内でなぜオートファジックボディ膜が容易る。第２のユビキチン様タンパク質 Atg8p は，プロテアーに分解されるのか，オートファジーの進行がどのように制御

ゼ Atg4p によって C 末端 Arg が切断された後 Atg7p によっされているのかなど，興味深い課題が数多く残されており，て活性化を受け，特異的 E2 酵素 Atg3p に結合した後，最常に挑戦が求められている。

終的にリン脂質ホスファチジルエタノールアミンに結合する（図 1）。これら２つの新しいユビキチン様反応系は真核生物に広く保存されている。現在２つの系の相互関係，結合体形成の意味を in vitro 再構成系を用いて解析を進めている。

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に必須であり，オートファゴソームの前構造である隔離膜の伸長に関わっていることを見いだした。さらに Atg5-GFPの実時間観察により，生細胞の中でオートファゴソームが形成される過程の可視化にも成功した。
一方，植物の生活環において，液胞での分解は重要な役割を果たしていることが予想され，実際 ATG 遺伝子を欠損したシロイヌナズナは，飢餓応答に異常をきたし，枯死の進行が促進される。さらに，植物においても GFP-Atg8p によりオートファジーを可視化する系を確立し，植物個体においてもオートファジーの生理的意義が解明されつつある（図 2）。

図 2．atatg 変異株はオートファジー能を欠損している野生株（A）と atatg4a4b-1 変異株（B）の根にコンカナマイシンA を処理した。野生株の液胞の中にはミトコンドリアやゴルジ体や小胞体といったオルガネラに加え，細胞質を含むオートファジックボ

図 1．Atg タンパク質の機能
オートファゴソーム形成に関わる１６個の Atg タンパク質群は相互作用をする４つの機能単位からなっている。

ディが多数観察されるが，atatg4a4b-1 変異株では観察されない。
バーは 10µm。

参考文献
1. Takeshige, K., Baba, M., Tsuboi, S., Noda, T., and Ohsumi, Y.
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3. Ichimura, Y., Kirisako, T., Takao, T., Satomi, Y., Shimonishi, Y.,Ishihara, N., Mizushima, N., Tanida, I., Kiminami, E., Noda, T., andOhsumi, Y. (2000). Ubiquitination-like system mediates novel protein lipidation, Nature 408 , 488-492.
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酵母におけるオートファジーの生理機能オートファジーがいかなる生理機能を果たしているかについても，分解基質の選択性の問題，ミトコンドリアの分解への関わり，飢餓下の細胞死などについて検討を開始した。

多細胞系のオートファジー
オートファジーは多細胞生物ではさらに多面的な生理的意義をもつとの予想のもとに，我々は酵母で得られた知見を，高等動植物へと発展させた研究も行っている．酵母で同定された ATG 遺伝子の多くは，高等動植物にもホモログが存在する。哺乳動物の Atg8 ホモログである LC3 は，動物細胞オートファゴソームの初めての指標タンパク質として多くの解析に用いられている。また，我々は Atg5 ノックアウト ES 細胞を構築し，Atg12 結合系が哺乳動物でもオートファジー
STAFF

助手 ( 休職中 )野田健司

技術課技術職員

壁谷幸子

大根田 守
小野寺 純
尾板 英子
奥公秀
特別協力研究員

博士研究員

大隅教良典授

鎌田助

芳彰
手

鈴木助

邦律
手

中戸川助

手

仁

小原圭介

研究員

関藤
吉本
藤木
花田孝之
光希
友紀
孝雄

馬場美鈴

特別共同利用研究員

川俣朋子

技術支援員

市川
近藤

理恵
千香

事務支援員
総合研究大学院大学院生

陰山
松井

卓哉
誠附柴原久美洋子

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