オートファジー
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オートファジー (Autophagy) は、細胞が持っている、細胞内のタンパク質を分解するための仕組みの一つ。自食(じしょく)とも呼ばれる。酵母からヒトにいたるまでの真核生物に見られる機構であり、細胞内での異常なタンパク質の蓄積を防いだり、過剰にタンパク質合成したときや栄養環境が悪化したときにタンパク質のリサイクルを行ったり、細胞質内に侵入した病原微生物を排除することで生体の恒常性維持に関与している。このほか、個体発生の過程でのプログラム細胞死や、ハンチントン病などの疾患の発生、細胞のがん化抑制にも関与することが知られている。

auto-はギリシャ語の「自分自身」を表す接頭語、phagyは「食べること」の意で、1963年クリスチャン・ド・デューブにより定義された[1]


目次

1 歴史

1.1 リソソームの発見

1.2 酵母のオートファジー

1.3 オートファジー遺伝子の同定

1.4 哺乳類ホモログ

1.5 オートファゴソームの起源

1.6 専門誌


2 分類

3 タンパク質分解との関係

4 栄養飢餓

5 プログラム細胞死

6 感染防御

7 その他の生物でのオートファジー

7.1 植物のオートファジー

7.2 昆虫のオートファジー


8 ノーベル賞

9 関連項目

10 出典

10.1 参考文献

10.2 外部リンク

10.3 脚注


歴史
リソソームの発見

1953年から1955年にかけてクリスチャン・ド・デューブにより多様な加水分解酵素を含む細胞小器官としてリソソームが発見された[2]。ド・デューブは、1963年に細胞が自身のタンパク質を小胞としてリソソームと融合し分解する現象をオートファジー、その小胞をオートファゴソームと命名した[2][3]

その後、ユビキチン-プロテアソーム系によるタンパク質分解機構の解明は進むが、一方、オートファジーの分子生物学的な解明についてほとんど進展がみられなかった。これは電子顕微鏡による観察がオートファゴソームを検出する唯一の手段であったことが大きな要因であった[2]。また、オートファジー現象を否定する論文も発表されていた[3]
酵母のオートファジー

1992年に大隅良典らは出芽酵母(Saccharomyces cerevisiae)でのオートファジーを初めて観察した[2]

液胞はリソソームと似た性質を持つ小器官で多数の加水分解酵素を内在しており、出芽酵母においては細胞体積の25%以上を占める最大のコンパートメントである[2][4]。また、出芽酵母は窒素源が枯渇すると減数分裂胞子形成を起こすが[2][3]、液胞の加水分解酵素を欠損した株は胞子形成が不全になる事が知られており、液胞が栄養飢餓状態で重要な生理機能を持つことが示唆されていた[2]

これらの事に着目した大隅らは、タンパク質分解酵素欠損株を飢餓状態にして観察した。大隅の予想は当たり、タンパク質分解酵素欠損のため分解されずに液胞に蓄積した小さな顆粒状のものがブラウン運動で激しく動き回っているのを認めた[2][3][5]

電子顕微鏡を用いた更なる観察により次のような事が判明した。顆粒は一重膜の構造体であることが示され、オートファジックボディーと名付けられた[2][6]。飢餓に応答して隔離膜が出現し、膜の伸長と共に細胞質のタンパク質などを取り囲みオートファゴソームを形成する[2]。オートファゴソームは直ちに液胞と融合する。融合時にオートファゴソームの外側の膜と液胞の膜が融合し、オートファゴソームの内側の膜に囲まれた部分が液胞に放出され一重膜のオートファジックボディーとなる[6]。出芽酵母で観察された、これら一連の膜動態はド・デューブの提唱したオートファジー現象そのものであった[2]
オートファジー遺伝子の同定

大隅らは出芽酵母を突然変異誘起剤で処理し、ランダムに遺伝子を傷付けることでオートファジー不能変異体の作成を試みた。5000個の突然変異体の中から1つだけ変異株が見つかり、オートファジー(Autophagy)のスペルから「apg1変異体」と名付けられた[2][7]。詳しい解析より、当時役割が知られていない遺伝子に傷が付いていることが分かり「APG1遺伝子」と名付けられた[2][8]。大隅らはAPG1を含め14種類のオートファジー不能変異体を同定し、それらの遺伝子解析からオートファジーに必須となる14種類の遺伝子を確定し、1993年にFEBS Lettersに論文を発表した[2][8]

2003年に外国の複数のグループがAPGと同じ遺伝子を異なる名前で研究していたことが明らかとなり、オートファジー関連遺伝子の名前がATG (Autophagy)として統一された。APG1はATG1にAPG16はATG16と、大隅の付けた番号がそのまま引き継がれた[9]

現在(2014年)では38種類のATG遺伝子が同定されている。その内、合計18個(Atg1?Atg10,Atg12?Atg14,Atg16?Atg18,Atg29,Atg31)がオートファゴソームの形成に必須の遺伝子とされている[2][10]
哺乳類ホモログ

大隅らが酵母でのオートファジー遺伝子の同定を行っていた当時、ヒトマウスの全ゲノム解読DNAが行われていた。これらの成果を基にATG遺伝子のヒトやマウスのホモログが発見されていった。1998年に初の哺乳類Atg相同因子であるAtg12とAtg5が、1999年にAtg6相同因子であるBeclin1が発見された。2000年にはAtg8の哺乳類相同因子であるLC3の論文が発表された[11]


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