細胞内エネルギ ー 変換機構研究部門
本研究部1"］は研究室の．立ち上げから3年目に入り研究も軌道に乗り， 細胞生物学分野の 1）i� しい領域の創出にな欲を燃ゃしている。 細胞生物学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葉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査源をいかに確保するかは， 最も重要であるに違いない。 外界には常に允分な栄尭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感知し， 内部の活性を制御するか， さらに肌餓条件下に生存率をいかに維持する機構を猥得するかは進化の過程で， きわめて巫要な選訳／王の1つであったに違いない。自食作用はそのような栄投飢餓に対する適応機能の1つであるが， 生理的烈義に関しては今後の図1． 飢餓条件下の液胞蛋白分解醇粟欠損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， 自食体が多数課題である。

吾積する。

自食作用とは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）（下）細胞門に形成された二墾膜構造， オートファコソ ー ムはその外界の栄投源が枯渇したとき細胞は自己の構成1必分を分を放出する。 オ ー トファゴソームの膜は， 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。

解する。 この自我作用(autophagy)と呼ばれる生理現象は，来． 細胞内分賭コンパ ー トメントの役割と， 分解椴構は．

真核細胞に普遍的であり， 生埋的にも直要な謡味を持って多くの研究者の興味を駆り立ててきたが． 今日に至っても・いるものと考えられる。 我々の！］ 1潅Ill!)包では， 我事の間の空自その分 ・ fレベルでの理解はほとんど進んでいない。 その理

腹時に活発なl 1食作用が繰り返されている。 神経細胞にお由は． この問題の解決には細胞活動の総合的な理解が必要いても自食作用が盛んに進行していることが近年報告されとされる点と，リソソ ー ム系を構成するIl拠系が複雑であり，ている。 植物細胞では， 個体の不要な部分を分解し， 分解かつきわめてダイナミックな動態を伴うために， 解析の手産物を新しい組織へと転流する事が日常的に行われているヵゞ かりが得られなかったことによるものと思われる。

し， いわゆる老化(senescence)に伴ってきわめて組織立っ酵母の自食作用の発見た大規模な自己分解が進行する。酵犀細胞は， 窒•品源の枯

我々は． 最近酵母細胞が種々の栄投飢餓に1，む答して自己渇を引き金として減数分裂過程， すなわち胞子形成を誘祁の細胞質成分をリソソ ー ムと相同な酸性コンパートメントする。 この細胞分化過程には， 既存のタンパク質の大規模である液IJ包に送り込み． 大規模に分解すること． その機構な分解が不可欠である。 自食作Illは， 無秩序な分解ではなが高的動物細胞で広く知られている自食作用と相同で複雑

く， 高度に組織化された過程であるに迎いない。

なIl葵現象によって担われていること見いだした。 自食作Jl]

l955年にde Duveによってリソソームが発見されて以13一AminopeptidaseIAPGS
APG1 APG14APG
13APG7APG9 APG4APG6 APG12＿9 APG8

図2. 酵母細胞における 自食作用の模式図
細胞 は様 々な栄妥源の飢餓を関知 す ると 細胞質の一部を非選択的に特異な膜襄が取 り囲んで二重膜構造を形成する 。 それらは液胞と融合 して内膜に固 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個の APG 遺伝子が関与 して いる。

IsolationmembraneER?

Autophagosome⇒(／⇒（口（ 人()*Enclosingor
ganellesandcytosol.
‑oLysosomeAutolysosome

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， まだ分子レベルではまっ たく未解決の課題である 。

は，図 1に示すような過程からなると考えられる。

を1剥知し ，共通の機構によ って自食作用を誘禅することの自食作用は窒素，炭素，リン酸，硫黄源など様々な飢餓方が考えやすい 。最近我々はフォスファチジルイノシトーによ って誘母される。これらの多様な 飢餓条件による独立ルキナーゼのホモログである Torが栄投源の関知に重要のシグナル伝達系を想定するよりも 細胞 が外界の栄迷飢餓な役割を担っていることを見いだした。

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自食作用の未解決の問題の 1つは自食作用に伴う大規校膜の陥人によるミクロオートファジーも存在するらしい。

な膜動態の機構に関するものである 。 オートフ ァゴ ノーム

液胞酵素アミノペプチダーゼ Iの液胞内移行に自食作用追形成は細胞 内に新たに閉じた空間．コンパートメントを形伝子群が必須であることが1
立近明らかとなった。非選択的成する機構であり，これまでに解析されてこなかった]l岱視

な分解と液胞酵素の生合成が共通の分子装骰を利 J
IIしてい象である 。細胞質の 一部を取り )1
肛む二 屯 膜 の 構 造 佐 オ ーる点は極めて興味深い 。

トファゴソームがどこからどのように形成される のか。オ

我々は「 1
食作用を辿伝学，生化学，細胞生物学，分子生ートファゴソ ームが，液胞／リソソームとい か に特異的に物学，形態学などを駆使して総合的に解明することを 目指腋合するのか，オートリソソーム内でなぜオートファジ ッしている 。細胞内の膜動態を担う基本的な分子装骰は ，酵クボディ膜が容易に分解されるのか． 自食作用がどのよう閃からヒトに到るまで梵くほど進化の過程で保存されていに制御されているのかなど，典味深い課題が未解決のまま¥PG遺 伝子の中には高等真核生物にも明らか にる。実際．1

残されている 。

;
J:で相同俎（云チが存在することも明らかになって米た 。酵 i

自食作用に関与する遺伝子群

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

酵母はこれまで細胞周期や分泌などの複雑な過程を分—fの解明にも布力な手がかりを与えるに違いない。細胞にレベルで理陪する上で先森的な役割を担 ってきた 。 それはとって 煎要な細胞内分解のメカニズムは単ーな経路によっ遺伝学的な手法と分子生物学的な手法によって，それらのているとは考えられず．高等兵核生物に固有 の機構や多細索過程に関与する分［を明らかにすることができたからに胞系に必煩な制御系が存在するものと思われる 。従って酵他ならない。酵 i:
J:は 1咋年に 全 ゲ ノ ム の 構造が明らかに母をモデル系としつつ，高等動植物の示す栄投飢餓応答となった。我々は自食作用に関わる分子機構を解明すること自食作用の機構 を明 らかにするために動植物細胞の系の構を目的としてこの分野にはじめて逍伝学的な手法を消入し築を現在進めている 。

TIィ＜能変異た。形態学的な指標に基づき得られた自食作 J(apg)の相補を碁に，現在までに自食作用に関わる l5fl,¥1の参考文献

迫伝子を同定した。これらの自食作用追伝子 APG群はそ

1. Takesh
ige.K.
,Baba, ~I.. Tsuboi,S.
. Noda. T.
, andのほとんどが未知の逍伝子であった。この こと はこの分野

nyeastdemonstratedOhsumi. Y.
.(1992)Autophagy iの研究がこれまでほとんど手が付けられてこなかっ f:・:.
:ー.と:cwith proteinase‑deficient mutants and its conditionsを示している 。現在これらの追伝子産物の系統的な解析がforinduction.
].CellBiol.1
19,301‑311.

進み，自食作用における個々のタンパク質の機能が明らか

2. Tsukada. M.
. and Ohsumi. Y.(
1993)I
solation andになりつつある。現在これらの追伝子間相互作用，追伝子

characterizationof autophagy‑defectiv
e mutants in産物の同定，発現調節，さらに細胞内屈在な どについて解S
acclzaro
111ycescerev
isiae.FEBSLett.333,169‑174.

析を進めている 。 これ らの遺伝子産物の構造と機能を明ら

3. B
airn,M.
, Takeshige,K.
, Baba, N.
. and Ohsumi,Y.
.

かにすることによって自食作用が分＋レペルで理解できる(
199‑1)Ultrastructuralanalysiso
ft
heaut
ophagicpro‑と期待している 。

cessinyeast: Detection ofautophagosomes and their

自食作用の更なる理解を目指 してcharacterizati
on.(1994)/.CellBiol.124,903‑913.

細胞内分解コンパートメントにおける分解機構は，我々

4. :Vlatsuura.A.
,Wada.Y.
,andOhsumi,Y.Apglp,anovelが解析を進めている非選択的でパルクな分解のみならず選

proteinki
naserequiredfo
rautophagi
cprocessinS
ac‑

択的な酵素や オルガネラの除去椴構 も 存在することが近年

clraromycescerev
isiae.Gene.1
92,245‑250(1997.
)

明 らかになってきた。その機構としてオートファゴソーム

5. B
al>
a,M.
.Osumi, M,Scott,S.V.
,Vlionsky,D.J.and形成が関与するマクロオートフ ァジ ーとリソソーム ／液胞Ohsumi. Y.
.TwT odistinctpathways fortarget
ingpro‑15

tcins from the cytoplasm to the vacuole/lysosomc. ].
Cell Hi()/. 139. 1687-16% (1997).
6.

Koda. T. and Ohsumi. Y. Tor. a phosphatiylinositol
kinase homolougue, controls autophagy in yeast.}. Biol.
Chem. 27:l, 3963-3966 (1998).

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