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とは明らかに異なっており，細胞内きた。我々はオートファジーの分子に新たなコンパートメント，オートフ機構を解明するため，酵母オートファゴソームを形成する過程が誘導さァジー不能変異株（apg 変異株）をれる。細胞質の一部を取り囲む二重分離し，それをもとに，オートファジ

自然界において，生命体は常に栄養膜のオートファゴソーム膜が何に由ーに関わる 15 個の APG 遺伝子を同の枯渇の危険性に晒されており，来 し， どのように形 成 されるのか，定した。現在これらオートファジー

飢餓環境下にいかに生き延びるかは，極オートファゴソームがいかにして液関 連 遺 伝 子 を ATG と呼 ぶことが国めて重要な問題である。オートファジー胞／リソソームと特異的に融合する際的に合意されている。これらの遺（自食作用，Autophagy）はそのよのか，オートリソソーム内でなぜオー伝子産物（Atg タンパク質）の解析

うな栄養飢餓に対する適応機構の１つ

トファジックボディ膜が容易に分解を進めた結果，Atg タンパク質が４であり，広く真核生物に保存されている。

されるのか，オートファジーの進行がつの機能群を形成していることが明

生物は外界の栄養源の飢餓を関知する

どのように制御されているのかなど，らかとなった。これらはユビキチン様と，自己細胞の細胞質の構成成分やオ興味深い課題が山積しており，我々のタンパク質修飾システム（後述），ルガネラをリソソーム/液胞内で分解し，の研究は常に挑戦を求められている。

タンパクキナーゼ複合体，ホスファその分解産物をリサイクルして飢餓耐性

液胞内の分解機構はさらに多様であ

チジルイノシトール３リン酸キナーゼのための細胞の再構築に用いる。オートり，本来非選択的と考えられるオー複合体などからなり，全ての反応系ファジーの生理的な役割は未知の領域

トファジーが，選択的な分解やオルが正常に動作することがオートファであり，現在様々な系で解析が進めらガネラ分解に係わる可能性についてジーの進 行 に必 須 である。しかし，れている。例えば我々の肝細胞では，空も解析が進められている。

それぞれ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腹時に活発なオー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
細胞では，窒素源の枯渇を引き金としオートファジーに関与する
APG 遺伝子群

ム形成に働いているのかは未だほとんど分かっていない。我々は Atg タて胞子形成が誘導されるが，このように酵母は遺伝学的な手法に優れ，細ンパク質の空間的局在を調べ，多く細胞内の構造を大きくつくりかえるため胞内の複雑な現象を分子レベルで理には既存のタンパク質の大規模な分解が解する上で先導的な役割を果たしての Atg タ ン パ ク 質 が Preautophagosomal structure (PAS)不可欠であり，オートファジーは，このと呼ばれる液胞近傍の領域ようなタンパク質分解を担っている。に集 積 していることを示 し我々の研究室はオートファジーの分子機た。現在，Atg タンパク質間構解明を目指して様々な視点から研究の機能ネットワークを明らかを進めている。にすべく，オートファジーに関わる因子間の遺伝的・物理的相互作用の解析を進めモデル細胞、酵母のオートファジーている。またこれらタンパク質の構造機能相関にも集点

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

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酸），炭素，イオウ，リンなど様々な（上）液胞内に細胞質の一部を囲んだ球形の膜構造、オートファジックボディが多数蓄積する。

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課題はオートファジーに伴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が進んできた小胞輸送系10を当てた研究を進めている。

基礎生物学研究所 要覧 2004（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特異な構造をしていることが判る。
（下）Atg5 の免疫電顕による動物細胞のオートファ
ゴソーム形成過程

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 (Atg12p)は C 末 端 のGly 残基を介して Atg5p の中央にあいだした。さらに Atg5-GFP の実時

参考文献

る Lys 残基の側鎖とイソペプチド結間観察により，生きた細胞の中で球合を形成する。この結合体の生成は状のオートファゴソームが形成されてオートファジーの進行に必須である。

いく様子を捉えることにも成功した。

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

Atg12p はユビキチンと相同性はない

高等動物におけるオートファジーが，その反応はユビキチン経路と類の意義は未だ不明な点が多い。我々

似 の反 応 からなっており， Atg7p，はほぼ全身のオートファゴソームが蛍Atg10p はその Atg12p の活 性 化

光標識されるトランスジェニックマウ（ E1 酵 素 ） と結 合 反 応 （ E2 酵 素 ）スを作製し，飢餓応答，発生過程なに関与している（図 2）。第２のユビ

どにおけるオートファジーの状況を網キチン様タンパク質 Atg8p は，プロ羅的に観察している。また ATG 遺伝

テアーゼ Atg4p によって C 末端 Arg子破壊マウスの解析も平行して行っが切断された後 Atg7p によって活性ている。

化を受け，特異的 E2 酵素 Atg3p に一方，植物の生活環において，液結合した後，最終的にリン脂質ホス胞での分解は重要な役割を果たしてファチジルエタノールアミンに結合すいることが予想され，実際 ATG 遺伝る（図 2）。これら２つの新しいユビ子を欠損したシロイヌナズナは，飢キチン様反応系は真核生物に広く保餓応答に異常をきたし，枯死の進行存されている。現在この結合体の形が促進される。さらに，植物におい成が自食作用のどの過程で機能してても GFP-Atg8p によりオートファいるかに注目して解析を進めている。

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酵母から高等動植物へ的意義が解明されつつある。

2. Mizushima, N., Noda, T., Yoshimori, T., Tanaka, T., Ishii, T.,
Gerge, M. D. Klionsky, D. J.,Ohsumi, M., and Ohsumi, Y. A
novel protein conjugation systemessential for autophagy. Nature,395, 395-398. (1998)
3. Ichimura, Y., Kirisako, T., Takao,T., Satomi, Y., Shimonishi, Y.,
Ishihara, N., Mizushima, N., Tanida, I., Kiminami, E., Noda, T., andOhsumi, Y. Ubiquitination-like system mediates novel protein lipidation, Nature, 408, 488-492. (2000)
4. Mizushima, N., Yamamoto, A.,
Hatano,M.,
Kobayashi,
Y.,
Kabeya, Y., Suzuki, K., Tokuhisa,T., Ohsumi, Y., and Yoshimori, T.
Dissection of autophagosome formation
using
Apg5-deficientmouse embryonic stem cells. J.
Cell Biol, 152, 657-668. (2001)
5. Hanaoka, H., Noda, T., Shirano, Y.,
Kato, T., Hayashi, H., Shibata, D.,
Tabata, S., Ohsumi, Y. Leaf
senescenceandstarvationinduced chlorosis are accelerated
by the disruption of an Arabidopsis
autophagy gene. Plant Physiol.
129, 1181-93. (2002)

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，哺乳動物・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

図 2 A t g タンパク質の機能て多くの解析に用いられている。ま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。

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

STAFF

技術課技術職員

総合研究大学院大学院生

壁谷陰山
松井幸子

博士研究員

大隅良典

教 授

鎌田芳彰

助 手

野田健司

助 手

鈴木邦律

助 手

藤木友紀

研究員

関藤孝之
花田孝雄
中戸川
仁
一村義信
吉本光希
馬場美鈴
大根田守
小原圭介
尾板英子
小野寺純

卓哉
誠

特別共同利用研究員

川俣朋子

技術支援員

三輪
今村竹内雅美
優子
有香

事務支援員

附柴原久美
洋子

基礎生物学研究所 要覧 2004

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