細胞内分解システムGOMEDの新しい基質認識機構を解明～OPTNとK33ユビキチンが赤血球のミトコンドリア除去や細胞膜タンパク質分解を制御～

2025-10-21

2025-10-20 東京科学大学

東京科学大学(Science Tokyo)の清水重臣特別教授・仁部洋一助教らの研究チームは、細胞内の新しい分解システム「GOMED(ゴルジ体膜関連分解)」が、どのように分解対象(基質)を選択するかを解明した。研究では、タンパク質OPTNが基質に結合したK33型ユビキチン鎖を認識し、GOMEDによる分解へと導く仕組みを発見。これにより、赤血球の成熟過程でミトコンドリアを除去する機構や、細胞膜タンパク質の分解過程が統一的に説明できることが示された。GOMEDは神経変性疾患など多様な病態に関与することが知られており、今回の成果は疾患の新規治療標的発見につながると期待される。研究はAMED-CRESTの支援のもと、広島大学およびオーストラリア・モナッシュ大学と共同で実施され、『Nature Communications』誌に掲載された。

図1. GOMEDの形態学的特徴

<関連情報>

オプチニューリンはゴルジ膜関連分解におけるユビキチン化基質のアダプタータンパク質であるOptineurin is an adaptor protein for ubiquitinated substrates in Golgi membrane-associated degradation

Yoichi Nibe-Shirakihara,Shinya Honda,Satoko Arakawa,Satoru Torii,Hajime Tajima Sakurai,Hirofumi Yamaguchi,Shigeru Oshima,Ryuichi Okamoto,Michael Lazarou,Hideshi Kawakami & Shigeomi Shimizu
Nature Communications Published:20 October 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-64400-3

Abstract

Golgi membrane-associated degradation (GOMED) is a process that leading to the degradation of proteins that have passed through the trans-Golgi membranes upon Golgi stress. GOMED is morphologically similar to autophagy, but the substrates degraded are different, and they thus have different biological roles. Although the substrate recognition mechanism of autophagy has been clarified in detail, that of GOMED is completely unknown. Here we report that GOMED degrades its substrate proteins selectively via optineurin (OPTN), as we found that the degradation of GOMED substrates is s`uppressed by the loss of OPTN. OPTN binds to K33 polyubiquitin-tagged proteins that have passed through the Golgi, which are then incorporated into GOMED structures for eventual degradation. In vivo, GOMED is known to be involved in the removal of mitochondria from erythrocytes, and in Optn-deficient mice, mitochondria are not degraded by GOMED, resulting in the appearance of erythrocytes containing mitochondria. These findings provide insight into the substrate recognition mechanism of GOMED.