細胞生物学研究系 細胞内エネルギー変換機構研究部門
大隅研究室

大隅良典

鎌田教 授

芳彰助 手野田健司助 手水島助 手昇

吉本光希

非常勤研究員

研究室 URL :http://www.nibb.ac.jp/˜enehen/index-j.html

研
究活動

自然界において，生命体は常に栄養の枯渇に晒される危トファジーに関わる分子機構を解明するため，酵母オートファジ

険を伴って生きており，飢餓環境をいかに生き延びるかは，生命にとって死活に関わる問題である。オートファジーー不能変異株（apg 変異株）を分離し，それをもとに，オート（自食作用，Autophagy）はそのような栄養飢餓に対する伝子産物（Apg タンパク質）の解析を進めた結果，Apg タンパ適応機能の１つであり，我々はオートファジーの分子機構ク質がいくつかの機能群を形成していることが明らかとなった。

解明を目指して研究を進めている。

これらの機能群はユビキチン様のタンパク質修飾システム（後ファジーに関わる 15 個の APG 遺伝子を同定した。これらの遺外界の栄養源が枯渇したとき，細胞は自己の構成成分を述），タンパクキナーゼ複合体，ホスファチジルイノシトール３リリソソーム/液胞内で分解し，その分解産物をリサイクルしン酸キナーゼ複合体などからなり，全ての反応系が正常に動作すて飢餓耐性のための細胞の再構築に用いる。これがオートることがオートファジーの進行に必須である。しかし，それぞれファジーと呼ばれる細胞応答である。オートファジーは真核細胞に普遍的であり，生理的にも重要な役割を担ってい形成に働いているのかはほとんど分かっていない。我々は Apgる。我々の肝細胞では，空腹時に活発なオートファジーがタンパク質の空間的局在を調べ，多くの Apg タンパク質が Pre-誘導され，血糖値の維持が計られている。酵母細胞は，窒autophagosomal structure (PAS)と呼ばれる液胞近傍の限局素源の枯渇を引き金として胞子形成が誘導されるが，このした領域に集積していることを示した。現在，Apg タンパク質間とき既存のタンパク質の大規模な分解が不可欠である。オの機能ネットワークを明らかにすべく，オートファジーに関わるートファジーは，このような細胞内のバルクなタンパク質因子間の遺伝的・物理的相互作用の解析を進めている。の反応系がどのように相互作用して最終的にオートファゴソーム分解を担っている。

1 ．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（図1）。酵母のオートファジーは窒素（アミノ酸），炭素，イオウ，リンなど様々な飢餓によって誘導される。
オートファジーをめぐる最大の問題はオートファジーに伴う膜動態の解明である。細胞質の一部を取り囲む二重膜の構造体，オートファゴソーム膜が何に由来し，どのように形成されるのか，オートファゴソームがいかにして液胞／リソソームと特異的に融合するのか，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，興味深い課題に挑戦している。
図 1 飢餓条件下の液胞蛋白分解酵素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，自食体が多数蓄積する。

2 ．オートファジーに関与する APG 遺伝子群
酵母は遺伝学的な手法にすぐれ，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。我々はオー12

基礎生物学研究所 要覧 2003（右）細胞質に形成された二重膜構造，オ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，内膜にほとんど膜内粒子が認められない造をしていることが判る。

3 ．オートファジーに必須なユビキチン様タンパク質

4 ．酵母から高等動植物へ

我々は４つの Apg タンパク質が新しいタンパク質の結合反応

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に関与していることを見出した。Apg12 タンパク（Apg12p）をもつとの予想のもとに，我々は酵母で得られた知見を，哺乳動は C 端の Gly 残基を介して Apg5p の中央にある Lys 残基の側物・種子植物へと発展させた研究も行っている．酵母で同定さ鎖とイソペプチド結合を形成する。この結合体の生成は自食作用れたAPG 遺伝子の多くは，高等動植物にもホモログが存在する。の進行に必須である。Apg12p はユビキチンと相同性はないが，哺乳動物の Apg8 ホモログである LC3 は，動物細胞オートファ

その反応はユビキチン経路と類似の反応からなっており，Apg7p，ゴソームの初めてのマーカータンパク質として多くの解析に用い

Apg10p はその Apg12p の活性化（E1 酵素）と結合反応（E2られている。また，我々はApg5 ノックアウトES 細胞を構築し，酵素）に関与している（図 2）。さらに最近 Apg8p は，プロテア

Apg12 結合系が哺乳動物でもオートファジーに必須であり，オーゼ Apg4p によって C 末端 Arg が切断された後 Apg7p によっ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て活性化を受け，特異的 E2 酵素 Apg3p に結合した後，最終的とを見いだした。さらに Apg5 を GFP により蛍光標識すること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ことが発によって，生きた細胞の中で球状のオートファゴソームが形成さ見された（図 2）。この全く新しいユビキチン様の反応系は真核れていく様子を実時間観察することにも成功した。

生物に広く保存されている。現在この結合体の形成が自食作用のどの過程で機能しているかに解析を進めている。

高等動物におけるオートファジーの意義は未だ不明な点が多い。我々はほぼ全身のオートファゴソームが蛍光標識されるトランスジェニックマウスを作製し，飢餓応答，発生過程などにおけるオートファジーの状況を網羅的に観察している。APG 遺伝子破壊マウスの作成・解析も行っており，哺乳動物個体を対象とした研究を進めている。
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 APG 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ていることが明らかになった。また，植物においても Apg8 ホモ研
究活動ログを GFP で蛍光標識することによってオートファジーを簡便に可視化する系を確立し，APG 遺伝子欠損植物の表現型解析と組み合わせることにより植物個体におけるオートファジーの生
図２ A p g 1 2 p システムと A p g 8 p システム
Apg12p と Apg8p の C 末端 Gly 残基は，Apg7p によって ATP 依存的に活性化され，それぞれApg10p，Apg3p にチオエステル結合を形成した後，Apg5p の 149 番目の Lys 残基,ホスファチジルエタノールアミンとアミド結合を作る。

理的意義について解明しつつある。

参考文献
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基礎生物学研究所 要覧 200313