境祐二 医生物学研究所特定准教授（研究当時：東京大学助教）、水島昇 東京大学教授らの研究グループは、オートファジーを仲介するオートファゴソームの形成過程を三次元電子顕微鏡法により網羅的かつ統計的に調査することで、その標準形態を決定しました。その結果、形成中のオートファゴソームは、今まで思われていたような単純な部分球ではなく、縦に細長く伸びたカップ状であり、その縁は外側に反り返ったカテノイド曲面であるという特徴をもつことがわかりました。
この形态的特徴を理解するために、膜の曲げ弾性エネルギーに基づく数理モデルを构筑しました。得られた数理モデルは、电子顕微镜法で観察されたオートファゴソーム形成时の形态を定量的に再现しました。これらの结果から、オートファゴソーム膜は非常に柔软であり、その形成过程の形态的特徴は主に膜の曲げ弾性エネルギーの最小化によって决定されることが示唆されました。本研究成果は、一见复雑に见えるオートファジーの膜动态が、単纯な物理机构に基づく理论モデルによって解析できることを示しています。今后、膜动态の计测とそれに基づく数理解析とを组み合わせることで、オートファジーのメカニズムについてより统合的な理解が进むことが期待されます。
本研究成果は、2024年1月2日に、国際学術誌「Nature Communications」にオンライン掲載されました。
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Yuji Sakai, Satoru Takahashi, Ikuko Koyama-Honda, Chieko Saito, Noboru Mizushima (2024). Experimental determination and mathematical modeling of standard shapes of forming autophagosomes. Nature Communications, 15:91.
