細胞内エネルギ ー 変換部門
本研究部門は研究窒の立ち上げから4年が経過し研究も帆道に乗り，細胞生物学の残された課題であるオートファジー（自食作用）の機構とその生理的な慈義の解明を目指して研究を進めている。
栄蓑飢餓ストレスとオー

トファジ一

自然界に生息する生命体にとって栄投源をいかに確保するかは，最も重要な課題であるに違いない。

＜屎疫の様々な栄投条件を感知し，自已をとりま内部の活性を制御し、飢餓条件下にいかに生存率を維持するための機構を獲得するかは進化上で，きわめて巫要な選択l王の1つであっただろう。 オートフアジーはそのような栄投肌餓に対する適応機能の1つであるが，多細胞系における生理的慈義はさらに多而的であることが予想される。
外界の栄投源が枯渇したとき細胞は自己の構成成分を分解する。 このオ ー トファジ ー (autophagy)と呼ばれる細胞応答は、良核細胞に普遍的であり，生理的にも韮要な役割を担っているものと考えられる。 我々の肝細胞では．に活発なオー食事の間の空腹時トファジ ー が誘導され．lfllt附直の維持が図られている。神経細胞においてもオートファジーが盛んに起こっていることが報告されている。 植物細胞では個体の老化した部分を分解し，分解泥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し，いわゆる老化(senescence)に伴ってきわめて大規模な自己分解が進行する。酵母細胞は， 窒素源の枯渇を引き金として減数分裂過程，すなわち胞子形成を誘瑞する。 この細胞分化過程には， 既存のタンパク質の大規模な分解が不可欠である。 このような細胞内のパルクなタンパク質分解の主要な経路であるオートファジ ー は，無秩序な分解ではなく， 高度に糾織化された過程であるに述いない。
1955年にde Duveによってリソソ胞内分解コンパームが発見されて以来，ートメントの役割と分解機構は，細多くの研究者の卯味を躯り立ててきたが． 今日に至ってもその分子レペルでの 理解はほとんど進んでいない。 そ の理由はオ ー トファ
ジーを特異的に検出する方法がなかったこと，リソソ ー ム系を構成する膜系が複雑であり， かつダイナミックな動態を伴うために．

12賭析の手がかりが得られなかったことによっているc酵 母 の オ ー ト フ ァ ジーの発 見ートファジーその下流因子の同定を進めつつある 。

我々は．酵母細胞が種々の栄投飢餓に応答して自己の細オートファジーの未解決かつ最大の問題の 1
つはオート胞質成分をリソソームと相同な液胞に送り込み，大規校に関するものであファジーに伴う大規模な膜動態の機構に 1分紹すること，その機構が森笠動物細胞で広く知 られていil,る。オー トファゴソーム形成は細胞内に新たに閉じた空 lるオートファジーと同様な複雑な 1
保現象によ っているこ とコンパートメントを形成する機構であり．いまだ解明され)。酵けのオートフ ァジ ー は 窄 晶 炭 晶を見いだした （図1ていない膜現象である （図2)。細胞質の一部を取 り囲む ニリン酸，硫黄源など様々な飢餓によって誘導される 。 多様重膜の構造体，オートファゴ ノ ーム朕が何に由来 し， どのな飢餓条件による対応した外界の栄投飢餓を I
Y拉Iしてオーように形成されるのか，オートファゴソームがtヽ
か に してトファジーを誘祁していると息われる 。飢餓シグナル伝達

液胞／ リソソ ームと特異的に融合するのか，オートリソ ソ経路の解明は残された煎 災課題である。 J
1と近我々はフ ォスーム内でなぜオートファジックボディ膜が容易に分解されファチジルイノシトールキナーゼのホモログである Torがるのか，オートファジーがどのように制御されているのか

飢餓シグナル伝逹をにな っていることを見いだし ，現在オなど．典味深い課題に挑戦している 。

図 1．飢餓条件下の酵母 （液胞蛋白分解酵素欠捐株）のフリーズレプリカ像（左）液胞内に細胞質の一部を囲んだ球形の膜構造、自食体が多数蓄積する 。
（右）細胞臼に形成された二重膜構造、オートファゴソームはその外j葵で液胞膜と融合し液胞内にオ ー トファジックボディを放出する 。オートファゴソームの膜は、内股に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 。

炉＼Processo
fAutophagy・o• ヽ～一Isolatio
nmembrane.ysosome←g

図 2.オートファジーの膜動括の模式区l13

186アミノ酸からなる親水性のタンパク質であるが，このオ ー ト フ ァ ジ ー に 関 与 す る遺伝 子 群
酵f：
J:はこれまで細胞周期や分泌などの複雑な過程を分子タンパク質は Cー末端の Gly残基を介して Apg5pの中央にあレペルで理解する上で先祁的な役割を担ってきた。それはるLys残基 の側鎖にイソペプチド結合を形成する 。 この結逍伝子学的な手法と分子生物学的な手法によって，それら合体の生成はオートファジーの進行に必須である。の素過程に関与する分子を明らかにすることができたから

Apgl2pはユピキチン と相同性はないが，その反応はユピに他ならない。我々はオートファジーに関わる分子機構の7p,ApglOp
キチン経路と類似の反応からなっており， Apg解明を目的として．この分野にはじめて迅伝学的な手法をはその Apgl2pの活性化と結合反応に関与している（図 3)。

導入した。形態学的な指標に基づき分離されたオートファ

この全く新しいタンパク質結合反応系はヒトに至るまで真upg)が多数分離された。これらの株はい
ジー不能変異株 (核生物に広く保存されている 。現在この結合体の形成がオずれも飢餓条件下にタンバク分解を誘群できず，飢餓条件ートファジーのどのステップで機能しているかに関して解下に生存率を維持できない。これらの形質の相補を指襟と析を進めている 。

5個の遺伝子をして，現在までにオートファジーに関わる 1

オ ー ト フ ァ ジーの 更 な る 理 解 を 目 指 し て遺 伝子群はそのほ同定した。これらのオートファジー APO

細胞内分解コンパートメントにおける分解機構は，バルとんどが未知の追伝子であった。現在これらの逍伝子産物

クな分解のみならず選択的な酵索やオルガネラの除去機構

個々のタの系統的な解析が進み，オートファジーにおける 1も存在することが近年明らかになってきた。オートファゴ

ンパク質の機能が明らかになりつつある。現在これらの追関与するマクロオートファジーとリソソーソーム形成が 1l相互作用 ，遺伝子産物の同定，発現調節，物理的相伝子 l

ム／液胞膜の陥入によるミクロオートファジーと呼ばれる

I
lさ ら に 細 胞 内 局 在 な ど に つ い て 解 析 を 進 め つ つ あ
互 作J2つの機構が存在する。また液胞酵素アミノペプチターゼ

り，ネットワークが構築されつつある。これらの逍伝子産1の液胞内移行に APG遺伝子群が必須である 。 非選択的な物の構造と機能を明らかにする こ とによってオートファジ分解と液胞酵素の生合成経路が共通の分子装骰を利用してーが分子レペルで理解できると期待している 。

いる点は極めて典味深い。

オー トファジーに必須な新しいタンパク質結合反応

酵母から高等動植物へ
酵母で同定されたオートファジー関連遺伝子の多くは，系の発見
最近Apgの内 4つのタンパク質が新しいタンパク質の結高等動植物にも相同なものが存在することがゲノム解析の合反応に 1
渕与していることが明らかとなった。 Apgl2pは進展と共に明らかになってきた。そのうちのいくつかは機図3.A
pg12pシステム14能的にもオ ー トファジ ー に関わっていることを見出している。 我々はこれらの相同逍伝チを手がかり（こ．Iii＾豹助植物におけるオ ー トファジ ー の分子機構と多細胞系に特府の役割の検討も行っている。 これらのプロジェクトのひとつにおいて． 酵母オ ー トファジ ー 遺伝1'.. 1:t物であるCsclpに相同なマウスSKDl蛋白質が． 哺乳動物においてエンドソ ームの形態と輸送機能を制御していることを明らかにした。
すなわち， SKDlの俊性I;ll布変楳体を培1足細胞に発現させると， 巨大化した異常 エ ンドソ ー ムが出現し， そこにエンドサイト ー シスで取り込まれた外部分 ・ー［や受容1卜が俗積しそれらの正常な細胞内輸送が1ll‘必されたのである。 おそら< SKDlは，エンドソ ー ムの輸送機能を介してオ ー トフア

ジ ー を制御していると考えられる。
このように酵局で得られた知見は， 翡等動植物細胞のオートファジ ー 機構の解明にも有）j な手がかりを与えるに辿いない。 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，i凋等具核生物 にifil有の機構や多細胞系に特布の制御系がイ—f在するものと思われる。酵月をモデル系としつつ，l,砕蹟）J植物の示す栄必飢
餓応答． 細胞分化における糸Ill胞の再構築，アポ ト ー シス，老化などの過程でのオ ー トファジ ー の役内ljを明らかにすることを目標に研究を進めている。
アウトしたマウス，

現在APG迅伝-fをノック

アラビ ドプシスの鮒析が進行している。

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