原生生物から見出される多様なATG12結合系の比較に基づくその作動原理の解明

研究代表者 坂本 寛和（Hirokazu Sakamoto） 千葉大学・医学研究院　特任助教 https://www.m.chiba-u.jp/dept/infection-hostdefense/

研究課題の概要と計画

オートファジーの遂行に必須な２つのユビキチン様結合系であるATG8およびATG12結合系は、全ての真核生物の系統に普遍的に保存されていることから、真核細胞の成立前後で既に確立されていたと推察される。特に、ATG12結合系のあり方には多様性‘マルチモード’があり、その進化的背景が興味深い研究対象である。例えば、マラリア原虫に代表されるアピコンプレクサ門生物群やコマガタエラ（ピキア）酵母では、ATG12はATG5と結合するが、その様式はユビキチン様結合反応による共有結合ではなく、単なるタンパク質複合体へと退化している。また、繊毛虫の一種であるテトラヒメナや、ミドリムシと近縁な寄生性真核生物であるトリパノソーマは、ATG12結合に関与するE1様酵素ATG7、E2様酵素ATG10と、ATG12の結合相手であるATG5は保存されているが、肝心のATG12は保存されていない。本研究では、この「ATG12欠損ATG12系」におけるATG12の代替因子を、ATG5を用いた共免疫沈降法により同定し、in vitro ATG8脂質化試験によって機能を確証する。さらに、その分子がいかにATG12としての機能を果たすかを、立体構造解析や人工進化などの手法によって解析する。多様性を理解することによって、ATG12の機能に不可欠な作動原理を明らかにしたい。

本研究課題に関連する代表的論文3報

Zhang S, Yazaki E, Sakamoto H, Yamamoto H, Mizushima N. Evolutionary diversification of the autophagy-related ubiquitin-like conjugation systems. Autophagy, 2022, 1-16.

Sakamoto H, Nakada-Tsukui K, Besteiro S. The Autophagy Machinery in Human-Parasitic Protists; Diverse Functions for Universally Conserved Proteins. Cells, 2021, 10, 1258.

Pang Y, Yamamoto H, Sakamoto H, Oku M, Mutangi J.K, Sahani M.H, Kurikawa Y, Kita K, Noda N.N, Sakai Y, Jia H, Mizushima N. Evolution from covalent conjugation to non-covalent interaction in the ubiquitin-like ATG12 system. Nat. Struct. Mol. Biol., 2019, 26(4), 289-296

キーワード

ATG12、ユビキチン様結合系、原生生物、多様性、テトラヒメナ、トリパノソーマ