–– Natureに投稿したときは、修士課程1年目？

持田： はい。この研究は、大学院修士課程の1年目に開始しました。そのときは、まさか自分の研究がNatureに載るとは思ってもみませんでした。ところが実験を始めてみると、期待を上回る興味深い結果が次々と得られて、なんだか怖いくらいでした。

–– この研究テーマのきっかけは？

持田： 大学4年生のときに中戸川仁先生の研究室でオートファジー（自食作用）の研究を始めましたが、最初に選んだテーマはあまりうまくいかなくて……。それで、修士課程に進むときに新しいテーマをいろいろ考えて、小胞体のオートファジーに関わる未知の分子を探したいと申し出ました。中戸川先生も、面白そうだねと賛成してくださったので、先生に相談しながら研究を進めてきたのです。

–– なぜ小胞体に着目されたのですか。

持田： オートファジーは、細胞内の不要な成分や有害な成分を分解する作用です。分解の対象にはタンパク質などの物質ばかりでなく、ミトコンドリアなどの細胞小器官（オルガネラ）も含まれることが、近年の研究により明らかになってきました。現在、さまざまな細胞小器官について、オートファジーとの関連が盛んに研究されています。小胞体は、タンパク質や脂質の合成などを担う重要な細胞小器官です。オートファジーが小胞体を積極的に分解していることは報告されていましたが、小胞体を選んで分解するメカニズムは分かっていませんでした。

標的が選択的に分解される仕組み

–– オートファジーはどのような過程で起こるのですか。

持田： 特別な膜ができて、分解の対象物を包み込み、オートファゴソームと呼ばれる小胞を作ります。これが細胞内の“分解の場”に輸送されて、酵素により分解されるのです。分解の場とは、酵母や植物細胞の場合は液胞、動物細胞の場合はリソソームです。

–– 分解する対象を選ぶ仕組みは？

持田： 分解対象を選択できるのは、目印となるタンパク質（オートファジー受容体）が対象物上に存在しているからだと分かっています。対象物を包む膜上のAtg8というタンパク質がこの目印に結合することで、対象物を選択できるのです。オートファジー受容体は、対象物の種類ごとに異なっていて、ミトコンドリアやペルオキシソームに特有な受容体がすでに発見されています。

小胞体の受容体を網羅的に探す

–– どのように研究を進めましたか。

持田： 研究を始めた当初は、小胞体の選択的オートファジーにおいても分解の目印となるオートファジー受容体が存在するのかどうかが不明でした。中戸川研究室で実験材料としている出芽酵母を用いて解析を進めた結果、Atg8と結合するタンパク質の中に小胞体のオートファジーの受容体が存在することを確信しました。Atg8の機能を部分的に欠損させると、小胞体のオートファジーが低下したからです。そこで、受容体の探索に着手しました。具体的には、Atg8と結合するタンパク質を質量分析で網羅的に同定する方法をとりました。質量分析は、横浜市立大学の平野久教授にお願いしました。

平野先生から質量分析の結果が返ってきたのが2013年の12月です。その結果をもとに受容体の候補を9つに絞り込み、実験で確認することにしました。小胞体に局在するかどうか、そして、そのタンパク質を欠失させると小胞体の分解が止まるかどうかを調べたのです。その結果、Atg39とAtg40と名付けた2つのタンパク質が探し求めていた受容体と分かりました。質量分析をしても目的のタンパク質を同定できないこともありますので、1回の分析で目的のタンパク質を同時に2つも同定できたのは幸運でした。

–– 小胞体にはオートファジー受容体が2つもあるのですね。

持田： そうなのです。出芽酵母の細胞内で小胞体が存在する場所は主に3カ所で、1)核の周囲、2）細胞質、3）細胞膜の直下です。Atg39は1）の核の周囲の小胞体に主に存在してその分解の目印となり、Atg40は2）細胞質や3)細胞膜直下の小胞体に多く存在してその目印となることが分かりました。2つのオートファジー受容体が、それぞれの小胞体領域の分解に特化しているという事実には驚きました。

核のオートファジー受容体が見つかる

–– Atg39は核の受容体でもありますね。

持田： はい。ただし、当初は、核の周囲に存在する小胞体のみが分解されるのだと思っていて、核の内容物まで分解されるとは予想していませんでした。

あるとき、電子顕微鏡でオートファゴソームに取り込まれた小胞体を観察してみると、Atg40を受容体とするものとAtg39を受容体とするものとでは、形態が異なっていました。Atg40に対応するものはチューブやシート状の小胞体で、Atg39に対応するものはリング状の小胞体でした。そして、リングの内部は細胞質ではないように見えたので、何が入っているのかと不思議でした。

–– リング状の内部は何なのでしょう？

持田： 中戸川先生が、「もしかしたら核だったりしてね」とおっしゃいました。僕は、まさかとは思いましたが、調べてみると、なんと、本当に核の内容物だったのです。ウェスタンブロット法や免疫電子顕微鏡解析で得られた画像には、リングの内部に核のタンパク質が含まれていることが示されていました。このときは、本当にびっくりでした。すぐには信じられないくらい。その晩は、興奮してなかなか寝付けませんでした。

投稿するジャーナルが決まる

–– Natureに投稿と決めたのはいつ？

持田： 核に関する結果が出た頃から、中戸川先生とトップジャーナルへの投稿を検討していました。また投稿の半年ほど前の2014年夏、海外の学会で中戸川先生がゲーテ大学（ドイツ）のIvan Dikic博士と偶然お話をされ、そこでDikic博士が「哺乳類で小胞体のオートファジー受容体を見つけたので、タイミングが合えば一緒に投稿しよう」と提案されたそうです。しばらくしてDikic博士から、「自分たちはNatureに投稿するが、1カ月以内に論文をまとめて一緒に投稿できるか？」とメールが来ました。この機会を生かした方がよいだろうと、中戸川先生と話し合って、急遽論文をまとめてNatureに投稿し、同時掲載となりました。

–– 論文をまとめられて……。

持田： メールを受け取ったとき、こちらはまだ論文をまとめる準備をしていなかったので、同時に投稿するためには研究を急がなくてはなりませんでした。僕としては、小胞体と核の選択オートファジーが、生理的にどんな意味を持つのかも調べようと思っていました。生理的に意味のない現象だったら、発見したことの価値も薄れてしまいますから。基本的な解析しかできませんでしたが、栄養状態が悪い飢餓時の細胞の生存にこれらのオートファジーが重要であることが分かりました。最後は技術員の方にも手伝ってもらって何とか投稿までこぎつけました。

–– 投稿、アクセプトと、どのようなお気持ちですか。

持田： 投稿後、エディターからの返事は安心できるもので嬉しかったのですが、どのタイミングで喜べばいいのか分かりませんでした（笑）。万が一ダメだったらと、2回のリバイスを経てアクセプトの返事をもらうまで、喜ぶのをずーっと抑えていたのです。そうしたら、何だか、本格的に喜ぶタイミングを逸した気がします。

今後は、今回の発見の生理的な意味を、もっときちんと探っていきたいと思います。また、Dikic博士の論文では、哺乳類の小胞体のオートファジー受容体が、ヒトの神経疾患と関連することが報告されています。この受容体の構造は酵母のAtg40に似ているので、その点も調べていきたいと思っています。また、オートファゴソームに小胞体や核の一部が取り込まれる過程にも謎がまだ多いので、今後明らかにしていきたいです。

聞き手は藤川良子（サイエンスライター）。