「オートファジー」の版間の差分

<u>オートファジーとは</u><br>&nbsp; オートファジーは主要な細胞内分解機構の一つであり、細胞質成分をリソソームに輸送し分解する現象である<ref name="ref1"><pubmed> 22078875 </pubmed></ref><ref name="ref2"><pubmed> 21801009 </pubmed></ref>。これまでに、マクロオートファジー、シャペロン介在性オートファジー、マイクロオートファジーの３タイプが報告されている。単に「オートファジー」という場合は、主にマクロオートファジーのことを指す。(以下、オートファジーと表記する。)<br>&nbsp; オートファジーでは、まず細胞質中に隔離膜(isolation membrane/phagophore)が出現する。この隔離膜が細胞質成分を取り囲み、二重膜のオートファゴソーム(autophagosome)を形成する。その後、オートファゴソームはリソソームと融合し、オートファゴソームの内膜と隔離した細胞質成分はリソソーム由来の酵素により分解され、一重膜のオートリソソームとなる（図1）[[Image:Autophagy_Fig1.jpg|thumb|left|400x200px|＜図1 オートファジーの過程＞ オートファジーは主要な細胞内分解機構の一つであり、細胞質成分をリソソームに輸送し分解する現象である。飢餓などによりオートファジーが誘導されると、細胞質に出現した隔離膜が伸張し、細胞質のタンパク質やミトコンドリアを含みながら閉鎖することでオートファゴソームが形成される。オートファゴソームの外膜とリソソームが融合し、オートファゴソームの内膜と取り囲まれた細胞質成分が分解される。オートファジーが生じると、主要な産物として、細胞内タンパク質由来のアミノ酸が供給される。]]。この一連の過程により産生されたアミノ酸などの分解産物は、タンパク質合成などに再利用される<ref name="ref1" /><ref name="ref2" />。元来、オートファジーは非選択的な分解機構だと考えられていたが、近年、ミトコンドリア（マイトファジー）やペルオキシソーム（ペキソファジー）などのオルガネラ、細胞内細菌（ゼノファジー）、可溶性タンパク質p62 (sequestosome 1 (SQSTM1))などを、選択的に分解していることが明らかになってきている<ref name="ref3"><pubmed> 20811356 </pubmed></ref>。<br>&nbsp; シャペロン介在性オートファジーでは、細胞質中のタンパク質がHsc70シャペロンタンパク質により認識されて、高次構造がほどかれた状態でリソソーム膜を通過し、リソソーム内で分解される。Hsc70の基質認識配列として、KFERQ様モチーフが知られている<ref><pubmed> 20176123 </pubmed></ref>。<br>&nbsp; マイクロオートファジーでは、リソソーム膜が内側に陥入して細胞質成分を直接飲み込み、リソソーム内に取り込む。最近では、マイクロートファジーとMultivesicular body 形成との類似点が指摘されている<ref><pubmed> 21238931 </pubmed></ref>。  

<u>オートファジーの分子機構</u><ref name="ref2" /><ref><pubmed> 14536056 </pubmed></ref><ref><pubmed> 19491929 </pubmed></ref><br>&nbsp; これまでに、酵母遺伝学を用いた解析から、35のオートファジー関連分子(Atg分子)が同定されている。これらのうち、Atg1-10, 12-14, 16-18, 29, 31がオートファゴソームの形成に必須であり、哺乳類では、そのほとんどの相同分子が保存されている。Atg分子は機能的な役割から、Atg1/ULK複合体、クラスIII PI3キナーゼ(phosphatidylinositol 3-kinase)複合体、Atg9、Atg2-18複合体、Atg12—Atg5結合体, Atg8/LC3—PE結合体に分けられる（図2）[[Image:Autophagy_Fig2.jpg|thumb|left|400x400px|＜図２ オートファジーの分子機構＞ 栄養条件下において, オートファジーはmTORC1による負の制御を受けている。飢餓条件下では、このmTORC1による抑制が解除されることにより、ULK複合体が活性化して、小胞体膜上に局在化する。その次に、クラスIII PI3キナーゼ(phosphatidylinositol 3-kinase)複合体が小胞体膜上へ局在化し、PI (3) P (phosphatidylinositol 3-phosphate) を産生することで、下流で機能するPI (3) P結合タンパク質のオートファゴソーム形成起点への局在化を促す。その後、Atg12–Atg5-Atg16L1、LC3–PEが隔離膜上に局在化して隔離膜の伸長が促進され、最終的にオートファゴソームが形成される。p62(sequestosome 1 (SQSTM1))などの選択的基質はLC3 結合ドメイン(LIR motif)とユビキチン結合(UBA)ドメインを有するため、ユビキチン化された凝集体やミトコンドリアなどと結合し、オートファゴソームによる分解を促すユビキチン受容体として機能する。]]。  

*隔離膜の伸長、およびオートファゴソームの形成<br>&nbsp; 隔離膜の伸長には, 2つのユビキチン様結合システムが必要である。1つは、Atg12とAtg5が共有結合するAtg12—Atg5システムである。もう1つは、Atg8 (哺乳類ではLC3) とリン脂質であるホスファチジルエタノールアミン (PE) が共有結合するLC3—PEシステムである。<br>&nbsp; Atg12はE1酵素Atg7、E2酵素Atg10を介して、Atg5と共有結合しAtg12—Atg5を形成する。その後、Atg12—Atg5結合体はAtg16L1と大きな複合体を形成し、隔離膜の外側に局在する。隔離膜が閉じてオートファゴソームになるとき、Atg12—Atg5-Atg16L1は膜から離脱する。<br>&nbsp; 一方、LC3はPE化されることにより、膜に局在化するようになる。前駆体LC3は合成後、まず、システインプロテアーゼであるAtg4(A-Dの4種類存在する)によりC末端が切断され、グリシン残基を露出したLC3-I formになる。LC3-IはE1酵素Atg7、E2酵素Atg3を介して、最終的にはPEと共有結合し、LC3—PE(LC3-II form)になる。このとき、Atg12—Atg5はE3様の働きをして、LC3—PE形成に必須な役割を果たしている。<br>&nbsp; LC3—PE は、隔離膜の伸長および閉じる過程に必須の役割を果たしており、隔離膜だけでなく、オートファゴソーム膜にも局在する。そのため、オートファゴソームマーカーとして頻用されている。オートファジーが誘導される条件下では細胞質中におけるLC3を含む小構造体の増加が観察される。しかし、オートファゴソームの蓄積はリソソームの阻害によっても引き起こされるため、オートファジー誘導とリソソーム阻害のどちらに起因するのかを区別する必要がある。

#栄養飢餓におけるアミノ酸供給<ref name="ref1" /><br>&nbsp; ''Atg''遺伝子欠損マウス(''Atg3^-/-、Atg5^-/-、Atg7^-/-、Atg9^-/-、Atg16L1''^''-/-'')は、生後まもなく死亡する。Atg5遺伝子欠損マウスを用いた解析では、組織、および血漿中のアミノ酸レベルが減少しており、出生直後の飢餓状態では、オートファジーによるアミノ酸供給が生存に必須であることが示唆されている。飢餓応答としての役割は、これまで調べられたモデル生物（酵母、線虫、ショウジョウバエ、マウス）において共通に報告されており、オートファジーの最も基本的な生理的役割と考えられる。<br>