細胞内の膜を「安全に壊す」仕組みを解明 —オートファジーを支える脂質分解酵素Atg15の活性化と膜曲率認識—

ad

2026-07-28 横浜市立大学

横浜市立大学、東京科学大学、北海道大学などの共同研究グループは、オートファジーにおいて不要な膜を分解する脂質分解酵素Atg15が、細胞自身の膜を傷つけず標的膜だけを安全に分解する仕組みを解明した。研究成果はPNASに掲載された。AIによる構造予測(AlphaFold)、分子動力学シミュレーション、酵母を用いた実験、酵素活性解析を組み合わせた結果、Atg15は通常、C末端領域が「安全装置」として活性中心を閉じ不活性状態を維持していること、液胞内でC末端が切断され膜へ結合すると活性中心が開き脂質分解が開始されることを明らかにした。また、露出した3つの疎水性領域(HR1~HR3)が膜結合や脂質の取り込みを協調的に担い、さらにAtg15は平坦な膜より小さく強く湾曲した膜を選択的に認識することで、分解対象となる膜を識別することが分かった。本成果は、オートファジーや細胞内膜品質管理の理解を深めるとともに、リソソーム機能や脂質代謝異常の研究、計算科学と実験を融合した生命科学研究の発展に貢献すると期待される。

細胞内の膜を「安全に壊す」仕組みを解明 —オートファジーを支える脂質分解酵素Atg15の活性化と膜曲率認識—
図1 液胞内におけるAtg15の活性化モデル。

<関連情報>

液胞リパーゼAtg15の膜認識と活性化の構造的および機構的基盤 Structural and mechanistic basis for membrane recognition and activation of the vacuolar lipase Atg15

Tomoko Kawamata, Nobuo N. Noda, Michiko Sasaki, +1 , and Yuji Sakai
Proceedings of the National Academy of Sciences  Published:July 23, 2026
DOI:https://doi.org/10.1073/pnas.2601290123

Abstract

Atg15 is a vacuolar phospholipase B essential for the degradation of intravacuolar vesicles such as autophagic bodies. Despite its central role in cellular membrane turnover, the molecular basis of how Atg15 is activated and acts on internal membranes has remained elusive. Here, by combining all-atom and coarse-grained molecular dynamics (MD) simulations with in vitro and in vivo analyses, we elucidate the structural and mechanistic principles underlying Atg15 activation and substrate recognition. Our simulations revealed that disulfide bonds are critical for maintaining the structural integrity of the catalytic core, while the C-terminal region locks the catalytic center in a closed state that prevents activation. Membrane binding induces a transition to an open state, enabling catalysis. Through MD-guided mutational analysis, we identified three regions crucial for catalytic locking, membrane binding, and substrate recognition, and experimentally confirmed that mutations in these regions inhibit activity. Furthermore, Atg15 preferentially associates with positively curved membranes, providing a potential basis for its preferential action on internal vesicular membranes. These findings suggest that Atg15’s activity is controlled through multiple regulatory layers to ensure safe and preferential membrane degradation.

生物化学工学
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました