試験管内でオートファジーの初期過程を再現することに成功~オートファジー促進剤の開発に期待~

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2025-09-17 北海道大学,東京科学大学,科学技術振興機構

北海道大学、東京科学大学、科学技術振興機構の研究チームは、オートファジーの初期過程を試験管内で再現し、その分子機構を解明した。研究では主要Atgタンパク質を精製し、液-液相分離で形成されるPAS液滴を再構成。その結果、E3酵素複合体Atg12-Atg5-Atg16が液滴に高濃度で集積し、Atg8の脂質化が効率的に進行することを確認した。さらに、この過程で膜小胞が液滴内部に取り込まれ、オートファゴソーム新生の種となるAtg9小胞が集められる仕組みが明らかとなった。本成果は、オートファゴソーム形成の全過程解明に向けた重要な一歩であり、神経変性疾患やがん治療に向けた高特異的オートファジー誘導剤・阻害剤の開発基盤となる。成果は Nature Structural & Molecular Biology に掲載された。

試験管内でオートファジーの初期過程を再現することに成功~オートファジー促進剤の開発に期待~
オートファゴソーム新生の模式図。
Atg9小胞と呼ばれる膜小胞を最初の種として、分解標的を取り囲みながら膜が拡大し、閉じてオートファゴソームとなる。オートファゴソームはリソソームと融合し、内容物(たんぱく質やミトコンドリアなど)はリソソーム酵素の働きで分解される。

<関連情報>

相分離は、オートファジーの進行に向けてAtg8の脂質化と小胞の凝縮を促進する Phase separation promotes Atg8 lipidation and vesicle condensation for autophagy progression

Yuko Fujioka,Takuma Tsuji,Tetsuya Kotani,Hiroyuki Kumeta,Chika Kakuta,Junko Shimasaki,Toyoshi Fujimoto,Hitoshi Nakatogawa & Nobuo N. Noda
Nature Structural & Molecular Biology  Published:16 September 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41594-025-01678-3

Abstract

Upon starvation, the autophagy-initiating Atg1 complex undergoes phase separation to organize the preautophagosomal structure (PAS) in Saccharomyces cerevisiae, from which autophagosome formation is considered to proceed. However, the physiological roles of the PAS droplet remain unclear. Here we show that core Atg proteins are recruited into early PAS droplets that are formed by phase separation of the Atg1 complex with different efficiencies in vitro. The Atg12–Atg5–Atg16 E3 ligase complex for Atg8 lipidation is the most efficiently condensed in the droplets through specific Atg12–Atg17 interaction, which is also important for the PAS targeting of the E3 complex in vivo. In vitro reconstitution demonstrates that E3-enriched early PAS droplets promote Atg8 lipidation and that Atg8 coating of the vesicle membrane is both necessary and sufficient for their condensation into the droplets. These data suggest that the PAS functions as an efficient production site for lipidated Atg8 and pools membrane seeds to drive autophagosome formation.

生物化学工学
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