【研究室紹介】中戸川研究室

細胞自食の謎を解き明かす

2016.10.24

生命理工学系にはライフサイエンスとテクノロジーに関連した様々な研究室があり、基礎科学と工学分野の研究のみならず、医学や薬学、農学等、幅広い分野で最先端の研究が活発に展開されています。

研究室紹介シリーズでは、ひとつの研究室にスポットを当てて研究テーマや研究成果を紹介。今回は、オートファジー（自食作用）の分子機構と生理的役割の解明に挑む、中戸川研究室です。

准教授　中戸川仁

生命理工学コース
准教授　中戸川仁

キーワード	分子細胞生物学、オートファジー、飢餓／ストレス応答、生体膜ダイナミクス
Webサイト	中戸川研究室

研究紹介

細胞が営む多くの生命現象は、構成成分の合成と分解の絶妙なバランスの上に成り立っています。オートファジー（自食作用）は、この一翼を担う、細胞内の大規模な分解システムです。

オートファジーが誘導されると、細胞質にカップ状の膜が現れ、これが分解対象を包み込むようにして大きく伸展し、球状になって閉じ、「オートファゴソーム」と呼ばれる膜胞が形成されます。

続いて、オートファゴソームがリソソームや液胞といった種々の加水分解酵素を含むオルガネラと融合することで、オートファゴソームの中身の分解が達成されます。

オートファゴソームは時には細胞質の一部を無作為に隔離し、また時にはタンパク質の凝集体や損傷したミトコンドリア等を選択的に（狙いを定めて）包み込みます。

どうすればこのようなダイナミックな膜の新生を引き起こすことができるのでしょうか？

どうしたら特定のものをオートファゴソームに狙って“食べさせる”ことができるのでしょうか？

私たちは、出芽酵母という優れたモデル生物を用いて、オートファジーを支える分子メカニズムの解明に取り組んでいます。

研究成果

代表論文

[1] Mochida, K., Oikawa, Y., Kimura, Y., Kirisako, H., Hirano, H., Ohsumi, Y., Nakatogawa, H.* Receptor-mediated selective autophagy degrades the endoplasmic reticulum and the nucleus. Nature 522, 359-362. (2015)
[2] Mochida, K., Ohsumi, Y., Nakatogawa, H. Hrr25 phosphorylates the autophagic receptor Atg34 to promote vacuolar transport of α-mannosidase under nitrogen starvation conditions. FEBS Lett. 588, 3862-3869. (2014)
[3] Tanaka, C., Tan, L.J., Mochida, K., Kirisako, H., Koizumi, M., Asai, E., Sakoh-Nakatogawa, M., Ohsumi, Y., Nakatogawa, H. Hrr25 triggers selective autophagy-related pathways by phosphorylating receptor proteins. J. Cell Biol. 207, 91-105. (2014)
[4] Sakoh-Nakatogawa, M., Matoba, K., Asai, E., Kirisako, H., Ishii, J., Noda, N.N., Inagaki, F., Nakatogawa, H.*, Ohsumi, Y.* Atg12-Atg5 conjugate enhances E2 activity of Atg3 by rearranging its catalytic site. Nat. Struct. Mol. Biol. 20, 433-439. (2013)
[5] Nakatogawa, H.* Two ubiquitin-like conjugation systems that mediate membrane formation during autophagy. Essays Biochem. (Review) 55, 39-50. (2013)
[6] Yamaguchi, M., Matoba, K., Sawada, R., Fujioka, Y., Nakatogawa, H., Yamamoto, H., Kobashigawa, Y., Hoshida, H., Akada, R., Ohsumi, Y., Noda, N.N., Inagaki, F. Noncanonical recognition and UBL loading of distinct E2s by autophagy-essential Atg7. Nat. Struct. Mol. Biol. 19, 1250-1256. (2012)
[7] Nakatogawa, H.*, Ohsumi, Y. SDS-PAGE techniques to study ubiquitin-like conjugation systems in yeast autophagy. Methods Mol. Biol. (Review) 832, 519-529. (2012)
[8] Nakatogawa, H.*, Ohbayashi, S., Sakoh-Nakatogawa, M., Kakuta, S., Suzuki, S.W., Kirisako, H., Kondo-Kakuta, C., Noda, N.N., Yamamoto, H., Ohsumi, Y. The autophagy-related protein kinase Atg1 interacts with the ubiquitin-like protein Atg8 via the Atg8 family interacting motif to facilitate autophagosome formation. J. Biol. Chem. 287, 28503-28507. (2012)
[9] Nakatogawa, H.*, Ishii, J., Asai, E., Ohsumi, Y.* Atg4 recycles inappropriately lipidated Atg8 to promote autophagosome biogenesis. Autophagy 8, 177-186. (2012)
[10] Noda, N.N., Satoo, K., Fujioka, Y., Kumeta, H., Ogura, K., Nakatogawa, H., Ohsumi, Y., Inagaki, F. Structural basis of Atg8 activation by a homodimeric E1, Atg7. Mol. Cell 44, 462-475. (2011)
[11] Nakatogawa, H., Suzuki, K., Kamada, Y., Ohsumi, Y. Dynamics and diversity in autophagy mechanisms: lessons from yeast. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. (Review) 10, 458-467. (2009)
[12] Noda, N.N.#, Kumeta, H.#, Nakatogawa, H.# (# these authors contributed equally to this work), Satoo, K., Adachi, W., Ishii, J., Fujioka, Y., Ohsumi, Y., Inagaki, F. Structural basis of target recognition by Atg8/LC3 during selective autophagy. Genes Cells 13, 1211-1218. (2008)
[13] Oh-oka, K., Nakatogawa, H., Ohsumi, Y. Physiological pH and acidic phospholipids contribute to substrate specificity in lipidation of Atg8. J. Biol. Chem. 283, 21847-21852. (2008)
[14] Nakatogawa, H., Ichimura, Y., Ohsumi, Y. Atg8, a ubiquitin-like protein required for autophagosome formation, mediates membrane tethering and hemifusion. Cell 130, 165-178. (2007)
[15] Muto, H., Nakatogawa, H., Ito, K. Genetically encoded but non-polypeptide prolyl-tRNA functions in the A-site for SecM-mediated ribosomal stall. Mol. Cell 22, 545-552. (2006)
[16] Nakatogawa, H., Murakami, A., Mori, H., Ito, K. SecM facilitates translocase function of SecA by localizing its biosynthesis. Genes Dev. 19, 436-444. (2005)
[17] Murakami, A., Nakatogawa, H., Ito, K. Translation arrest of SecM is essential for the basal and regulated expression of SecA. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 101, 12330-12335. (2004)
[18] Nakatogawa, H., Ito, K. The ribosomal exit tunnel functions as a discriminating gate. Cell 108, 629-636. (2002)
[19] Nakatogawa, H., Ito, K. Secretion monitor, SecM, undergoes self translation arrest in the cytosol. Mol. Cell 7, 185-192. (2001)

主な日本語総説

[1] 中戸川仁、大隅良典「酵母が映し出すオートファゴソーム形成機構の最新像と未解決の重要課題」命名から50年オートファジーで解明した謎，解明したい謎実験医学 31, 1348-1354. (2013)
[2] 中戸川仁、大隅良典「オートファジーにおける膜形成のダイナミクスと分子メカニズム」実験医学増刊タンパク質分解系による生体制御 29, 120-126. (2011)

教員紹介

中戸川仁准教授　博士（理学）

2002年3月	京都大学大学院理学研究科化学専攻博士後期課程修了
2002 - 2005年	日本学術振興会特別研究員（京都大学ウイルス研究所、基礎生物学研究所）
2005 - 2009年	基礎生物学研究所助手／助教
2006 - 2010年	科学技術振興機構さきがけ研究員 (兼任)
2009 - 2011年	東京工業大学フロンティア研究機構特任助教
2011年5月 - 2014年5月	同特任准教授
2014年6月より	現職

2002年	第19回井上研究奨励賞（井上科学振興財団）
2013年	日本生化学会奨励賞（日本生化学会）
2014年	文部科学大臣表彰若手科学者賞
2016年	手島精一記念研究賞
2016年	「東工大の星」支援【STAR】採択