オートファゴソーム-リソソーム融合を制御する分子機構の解明

コレステロール合成の中間体として生成するファルネシル基もしくはゲラニルゲラニル基がタンパク質に付加される反応はプレニル化と呼ばれ、標的タンパク質の脂質二重膜への局在と機能発揮に重要な役割を果たす。プレニル化を担う酵素として、ファルネシル転移酵素（FT）、ゲラニルゲラニル転移酵素１型（GGT1）、ゲラニルゲラニル転移酵素２型（GGT2）の３つが知られていたが、最近、我々は第４のプレニル転移酵素としてゲラニルゲラニル転移酵素３型（GGT3）を見出し、その基質としてYkt6を同定した (Shirakawa et al., EMBO J, 2020)。Ykt6は細胞内膜融合を制御するSNAREタンパク質ファミリーの一員であり、近年、オートファゴソームとリソソームの融合を制御する因子として注目されている。Ykt6はC末端に保存された2つのシステイン（Cys194とCys195）を持ち、Cys195がFTによるファルネシル化を受けた後、Cys194がGGT3によるゲラニルゲラニル化を受けてダブルプレニル型となり、分子内で"閉じた"構造をとって細胞質に不活性な状態で存在する。細胞質中のYkt6は何らかの刺激により、脂質二重膜に局在する。Ykt6のプレニル化はオートファゴソーム-リソソーム融合に重要な役割を果たすと考えられるが分子メカニズムは明らかではない。本年度、我々は、コンフォメーション選択的な抗Ykt6 nanobody（ラクダ科の動物が持つ重鎖抗体の可変領域ドメイン）を複数単離し、膜結合型、細胞質型それぞれのYkt6に対する結合性を評価する実験系を確立した。この系を用いた実験の結果、GGT３によるゲラニルゲラニル化を受けたYkt6は自身に構造変化を起こして"開いた"構造をとり、脂質二重膜へ局在可能になる事を見出した。

コレステロール合成の中間体として生成するファルネシル基もしくはゲラニルゲラニル基がタンパク質に付加される反応はプレニル化と呼ばれ、標的タンパク質の脂質二重膜への局在と機能発揮に重要な役割を果たす。プレニル化を担う酵素として、ファルネシル転移酵素（FT）、ゲラニルゲラニル転移酵素１型（GGT1）、ゲラニルゲラニル転移酵素２型（GGT2）の３つが知られていたが、最近、我々は第４のプレニル転移酵素としてゲラニルゲラニル転移酵素３型（GGT3）を見出し、その基質としてYkt6を同定した (Shirakawa et al., EMBO J, 2020)。Ykt6は細胞内膜融合を制御するSNAREタンパク質ファミリーの一員であり、近年、オートファゴソームとリソソームの融合を制御する因子として注目されている。Ykt6はC末端に保存された2つのシステイン（Cys194とCys195）を持ち、Cys195がFTによるファルネシル化を受けた後、Cys194がGGT3によるゲラニルゲラニル化を受けてダブルプレニル型となり、分子内で"閉じた"構造をとって細胞質に不活性な状態で存在する。細胞質中のYkt6は何らかの刺激により、脂質二重膜に局在する。Ykt6のプレニル化はオートファゴソーム-リソソーム融合に重要な役割を果たすと考えられるが分子メカニズムは明らかではない。本年度、我々は、コンフォメーション選択的な抗Ykt6 nanobody（ラクダ科の動物が持つ重鎖抗体の可変領域ドメイン）を複数単離し、膜結合型、細胞質型それぞれのYkt6に対する結合性を評価する実験系を確立した。この系を用いた実験の結果、GGT３によるゲラニルゲラニル化を受けたYkt6は自身に構造変化を起こして"開いた"構造をとり、脂質二重膜へ局在可能になる事を見出した。