2024/02/07 更新

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ヤマモト ハヤシ
山本 林
Yamamoto Hayashi
所属
大学院医学研究科 遺伝子制御学分野 大学院教授
先端医学研究所 遺伝子制御学部門 大学院教授
職名
大学院教授
連絡先
メールアドレス

学位

  • 博士(理学)

学歴

  • 名古屋大学   大学院理学研究科   博士後期課程

    2001年4月 - 2004年3月

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    国名: 日本国

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  • 名古屋大学   大学院理学研究科   博士前期課程

    1999年4月 - 2001年3月

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    国名: 日本国

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  • 名古屋大学   理学部   化学科

    1995年4月 - 1999年3月

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    国名: 日本国

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経歴

  • 日本医科大学   先端医学研究所 遺伝子制御学分野   大学院教授

    2022年7月 - 現在

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    国名:日本国

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  • ERATO「水島細胞内分解ダイナミクス」   分子・進化グル-プ   グループリーダー

    2019年7月 - 現在

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    国名:日本国

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  • 東京大学   大学院医学系研究科(水島昇教授)   講師

    2015年9月 - 2022年6月

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    国名:日本国

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  • 東京工業大学   フロンティア研究機構(大隅良典教授)   特任助教

    2011年8月 - 2015年8月

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    国名:日本国

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  • 東京工業大学   フロンティア研究機構(大隅良典教授)   先進研究員

    2009年4月 - 2011年7月

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    国名:日本国

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  • 基礎生物学研究所   (大隅良典教授)日本学術振興会   特別研究員

    2006年4月 - 2009年3月

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    国名:日本国

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  • 名古屋大学   大学院理学研究科(遠藤斗志也教授)   COE研究員

    2005年4月 - 2006年3月

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    国名:日本国

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  • 名古屋大学   大学院理学研究科(遠藤斗志也教授)   日本学術振興会 特別研究員

    2003年4月 - 2005年3月

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    国名:日本国

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所属学協会

委員歴

  • 日本生化学会   評議員  

    2022年9月 - 現在   

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    団体区分:学協会

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論文

  • Comprehensive analysis of autophagic functions of WIPI family proteins and their implications for the pathogenesis of β-propeller associated neurodegeneration 査読

    Takahiro Shimizu, Norito Tamura, Taki Nishimura, Chieko Saito, Hayashi Yamamoto, Noboru Mizushima

    Human Molecular Genetics   2023年6月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Oxford University Press (OUP)  

    Abstract

    β-propellers that bind polyphosphoinositides (PROPPINs) are an autophagy-related protein family conserved throughout eukaryotes. The PROPPIN family includes Atg18, Atg21, and Hsv2 in yeast and WD-repeat protein interacting with phosphoinositides (WIPI)1–4 in mammals. Mutations in the WIPI genes are associated with human neuronal diseases, including β-propeller associated neurodegeneration (BPAN) caused by mutations in WDR45 (encoding WIPI4). In contrast to yeast PROPPINs, the functions of mammalian WIPI1–WIPI4 have not been systematically investigated. Although the involvement of WIPI2 in autophagy has been clearly shown, the functions of WIPI1, WIPI3, and WIPI4 in autophagy remain poorly understood. In this study, we comprehensively analyzed the roles of WIPI proteins by using WIPI-knockout (single, double, and quadruple knockout) HEK293T cells and recently developed HaloTag-based reporters, which enable us to monitor autophagic flux sensitively and quantitatively. We found that WIPI2 was nearly essential for autophagy. Autophagic flux was unaffected or only slightly reduced by single deletion of WIPI3 (encoded by WDR45B) or WIPI4 but was profoundly reduced by double deletion of WIPI3 and WIPI4. Furthermore, we revealed variable effects of BPAN-related missense mutations on the autophagic activity of WIPI4. BPAN is characterized by neurodevelopmental and neurodegenerative abnormalities, and we found a possible association between the magnitude of the defect of the autophagic activity of WIPI4 mutants and the severity of neurodevelopmental symptoms. However, some of the BPAN-related missense mutations, which produce neurodegenerative signs, showed almost normal autophagic activity, suggesting that non-autophagic functions of WIPI4 may be related to neurodegeneration in BPAN.

    DOI: 10.1093/hmg/ddad096

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  • Autophagy genes in biology and disease 査読

    Hayashi Yamamoto, Sidi Zhang, Noboru Mizushima

    Nature Reviews Genetics   2023年1月

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    担当区分:筆頭著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Springer Science and Business Media LLC  

    DOI: 10.1038/s41576-022-00562-w

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    その他リンク: https://www.nature.com/articles/s41576-022-00562-w

  • Molecular mechanisms of macroautophagy, microautophagy, and chaperone-mediated autophagy 査読

    Hayashi Yamamoto*, Takahide Matsui

    Journal of Nippon Medical School   2023年

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Medical Association of Nippon Medical School  

    DOI: 10.1272/jnms.jnms.2024_91-102

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  • NCOA4 drives ferritin phase separation to facilitate macroferritinophagy and microferritinophagy 査読

    Tomoko Ohshima, Hayashi Yamamoto (co-first author), Yuriko Sakamaki, Chieko Saito, Noboru Mizushima

    Journal of Cell Biology   2022年10月

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    担当区分:筆頭著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Rockefeller University Press  

    A ferritin particle consists of 24 ferritin proteins (FTH1 and FTL) and stores iron ions within it. During iron deficiency, ferritin particles are transported to lysosomes to release iron ions. Two transport pathways have been reported: macroautophagy and ESCRT-dependent endosomal microautophagy. Although the membrane dynamics of these pathways differ, both require NCOA4, which is thought to be an autophagy receptor for ferritin. However, it is unclear whether NCOA4 only acts as an autophagy receptor in ferritin degradation. Here, we found that ferritin particles form liquid-like condensates in a NCOA4-dependent manner. Homodimerization of NCOA4 and interaction between FTH1 and NCOA4 (i.e., multivalent interactions between ferritin particles and NCOA4) were required for the formation of ferritin condensates. Disruption of these interactions impaired ferritin degradation. Time-lapse imaging and three-dimensional correlative light and electron microscopy revealed that these ferritin–NCOA4 condensates were directly engulfed by autophagosomes and endosomes. In contrast, TAX1BP1 was not required for the formation of ferritin–NCOA4 condensates but was required for their incorporation into autophagosomes and endosomes. These results suggest that NCOA4 acts not only as a canonical autophagy receptor but also as a driver to form ferritin condensates to facilitate the degradation of these condensates by macroautophagy (i.e., macroferritinophagy) and endosomal microautophagy (i.e., microferritinophagy).

    DOI: 10.1083/jcb.202203102

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  • Apicoplast biogenesis mediated by ATG8 requires the ATG12–ATG5-ATG16L and SNAP29 complexes in Toxoplasma gondii 査読

    Jiawen Fu, Lin Zhao, Yu Pang, Heming Chen, Hayashi Yamamoto, Yuntong Chen, Zhaoran Li, Noboru Mizushima, Honglin Jia

    Autophagy   2022年9月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Informa UK Limited  

    DOI: 10.1080/15548627.2022.2123639

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  • A HaloTag-based reporter processing assay to monitor autophagic flux

    Willa Wen-You Yim, Hayashi Yamamoto (co-corresponding author)*, Noboru Mizushima*

    Autophagy   2022年9月

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    担当区分:責任著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Informa UK Limited  

    DOI: 10.1080/15548627.2022.2123638

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  • Ubiquitination of phosphatidylethanolamine in organellar membranes 査読

    Jun-ichi Sakamaki, Koji L. Ode, Yoshitaka Kurikawa, Hiroki R. Ueda, Hayashi Yamamoto, Noboru Mizushima

    Molecular Cell   2022年8月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

    DOI: 10.1016/j.molcel.2022.08.008

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  • A pulse-chasable reporter processing assay for mammalian autophagic flux with HaloTag 査読

    Willa Wen-You Yim, Hayashi Yamamoto (co-first author, co-corresponding author)*, Noboru Mizushima*

    eLife   2022年8月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:eLife Sciences Publications, Ltd  

    Monitoring autophagic flux is necessary for most autophagy studies. The autophagic flux assays currently available for mammalian cells are generally complicated and do not yield highly quantitative results. Yeast autophagic flux is routinely monitored with the green fluorescence protein (GFP)-based processing assay, whereby the amount of GFP proteolytically released from GFP-containing reporters (e.g. GFP-Atg8), detected by immunoblotting, reflects autophagic flux. However, this simple and effective assay is typically inapplicable to mammalian cells because GFP is efficiently degraded in lysosomes while the more proteolytically resistant red fluorescent protein (RFP) accumulates in lysosomes under basal conditions. Here, we report a HaloTag (Halo)-based reporter processing assay to monitor mammalian autophagic flux. We found that Halo is sensitive to lysosomal proteolysis but becomes resistant upon ligand binding. When delivered into lysosomes by autophagy, pulse-labeled Halo-based reporters (e.g. Halo-LC3 and Halo-GFP) are proteolytically processed to generate Haloligand when delivered into lysosomes by autophagy. Hence, the amount of free Haloligand detected by immunoblotting or in-gel fluorescence imaging reflects autophagic flux. We demonstrate the applications of this assay by monitoring the autophagy pathways, macroautophagy, selective autophagy, and even bulk nonselective autophagy. With the Halo-based processing assay, mammalian autophagic flux and lysosome-mediated degradation can be monitored easily and precisely.

    DOI: 10.7554/elife.78923

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    その他リンク: https://cdn.elifesciences.org/articles/78923/elife-78923-v2.xml

  • Annexins A1 and A2 are recruited to larger lysosomal injuries independently of ESCRTs to promote repair 査読

    Willa Wen‐You Yim, Hayashi Yamamoto, Noboru Mizushima

    FEBS Letters   596 ( 8 )   991 - 1003   2022年4月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Wiley  

    DOI: 10.1002/1873-3468.14329

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    その他リンク: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full-xml/10.1002/1873-3468.14329

  • Evolutionary diversification of the autophagy-related ubiquitin-like conjugation systems 査読

    Sidi Zhang, Euki Yazaki, Hirokazu Sakamoto, Hayashi Yamamoto, Noboru Mizushima

    Autophagy   18 ( 12 )   1 - 16   2022年4月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Informa UK Limited  

    DOI: 10.1080/15548627.2022.2059168

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  • Evolution and insights into the structure and function of the DedA superfamily containing TMEM41B and VMP1 査読

    Fumiya Okawa, Yutaro Hama, Sidi Zhang, Hideaki Morishita, Hayashi Yamamoto, Tim P. Levine, Noboru Mizushima

    Journal of Cell Science   134 ( 8 )   2021年4月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:The Company of Biologists  

    ABSTRACT

    TMEM41B and VMP1 are endoplasmic reticulum (ER)-localizing multi-spanning membrane proteins required for ER-related cellular processes such as autophagosome formation, lipid droplet homeostasis and lipoprotein secretion in eukaryotes. Both proteins have a VTT domain, which is similar to the DedA domain found in bacterial DedA family proteins. However, the molecular function and structure of the DedA and VTT domains (collectively referred to as DedA domains) and the evolutionary relationships among the DedA domain-containing proteins are largely unknown. Here, we conduct a remote homology search and identify a new clade consisting mainly of bacterial proteins of unknown function that are members of the Pfam family PF06695. Phylogenetic analysis reveals that the TMEM41, VMP1, DedA and PF06695 families form a superfamily with a common origin, which we term the DedA superfamily. Coevolution-based structural prediction suggests that the DedA domain contains two reentrant loops facing each other in the membrane. This topology is biochemically verified by the substituted cysteine accessibility method. The predicted structure is topologically similar to that of the substrate-binding region of Na+-coupled glutamate transporter solute carrier 1 (SLC1) proteins. A potential ion-coupled transport function of the DedA superfamily proteins is discussed.

    This article has an associated First Person interview with the joint first authors of the paper.

    DOI: 10.1242/jcs.255877

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    その他リンク: http://journals.biologists.com/jcs/article-pdf/doi/10.1242/jcs.255877/1804874/jcs255877.pdf

  • Structure, lipid scrambling activity and role in autophagosome formation of ATG9A 査読

    Shintaro Maeda, Hayashi Yamamoto, Lisa N. Kinch, Christina M. Garza, Satoru Takahashi, Chinatsu Otomo, Nick V. Grishin, Stefano Forli, Noboru Mizushima, Takanori Otomo

    Nature Structural and Molecular Biology   27 ( 12 )   1194 - 1201   2020年12月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Springer Science and Business Media LLC  

    DOI: 10.1038/s41594-020-00520-2

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    その他リンク: https://www.nature.com/articles/s41594-020-00520-2

  • Evolution from covalent conjugation to non-covalent interaction in the ubiquitin-like ATG12 system 査読

    Yu Pang, Hayashi Yamamoto (co-first author), Hirokazu Sakamoto, Masahide Oku, Joe Kimanthi Mutungi, Mayurbhai Himatbhai Sahani, Yoshitaka Kurikawa, Kiyoshi Kita, Nobuo N. Noda, Yasuyoshi Sakai, Honglin Jia, Noboru Mizushima

    Nature Structural and Molecular Biology   26 ( 4 )   289 - 296   2019年4月

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    担当区分:筆頭著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Springer Science and Business Media LLC  

    DOI: 10.1038/s41594-019-0204-3

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    その他リンク: http://www.nature.com/articles/s41594-019-0204-3

  • Two distinct mechanisms target the autophagy-related E3 complex to the pre-autophagosomal structure 査読

    Kumi Harada, Tetsuya Kotani, Hiromi Kirisako, Machiko Sakoh-Nakatogawa, Yu Oikawa, Yayoi Kimura, Hisashi Hirano, Hayashi Yamamoto, Yoshinori Ohsumi, Hitoshi Nakatogawa

    eLife   8   2019年2月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:eLife Sciences Publications, Ltd  

    In autophagy, Atg proteins organize the pre-autophagosomal structure (PAS) to initiate autophagosome formation. Previous studies in yeast revealed that the autophagy-related E3 complex Atg12-Atg5-Atg16 is recruited to the PAS via Atg16 interaction with Atg21, which binds phosphatidylinositol 3-phosphate (PI3P) produced at the PAS, to stimulate conjugation of the ubiquitin-like protein Atg8 to phosphatidylethanolamine. Here, we discover a novel mechanism for the PAS targeting of Atg12-Atg5-Atg16, which is mediated by the interaction of Atg12 with the Atg1 kinase complex that serves as a scaffold for PAS organization. While autophagy is partially defective without one of these mechanisms, cells lacking both completely lose the PAS localization of Atg12-Atg5-Atg16 and show no autophagic activity. As with the PI3P-dependent mechanism, Atg12-Atg5-Atg16 recruited via the Atg12-dependent mechanism stimulates Atg8 lipidation, but also has the specific function of facilitating PAS scaffold assembly. Thus, this study significantly advances our understanding of the nucleation step in autophagosome formation.

    DOI: 10.7554/elife.43088

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    その他リンク: https://cdn.elifesciences.org/articles/43088/elife-43088-v2.xml

  • YKT6 as a second SNARE protein of mammalian autophagosomes

    Noboru Mizushima, Takahide Matsui, Hayashi Yamamoto

    Autophagy   15 ( 1 )   176 - 177   2019年1月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Informa UK Limited  

    DOI: 10.1080/15548627.2018.1532262

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  • Autophagosomal YKT6 is required for fusion with lysosomes independently of syntaxin 17 査読

    Takahide Matsui, Peidu Jiang, Saori Nakano, Yuriko Sakamaki, Hayashi Yamamoto, Noboru Mizushima

    Journal of Cell Biology   217 ( 8 )   2633 - 2645   2018年8月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Rockefeller University Press  

    Macroautophagy is an evolutionarily conserved catabolic mechanism that delivers intracellular constituents to lysosomes using autophagosomes. To achieve degradation, lysosomes must fuse with closed autophagosomes. We previously reported that the soluble N-ethylmaleimide–sensitive factor attachment protein receptor (SNARE) protein syntaxin (STX) 17 translocates to autophagosomes to mediate fusion with lysosomes. In this study, we report an additional mechanism. We found that autophagosome–lysosome fusion is retained to some extent even in STX17 knockout (KO) HeLa cells. By screening other human SNAREs, we identified YKT6 as a novel autophagosomal SNARE protein. Depletion of YKT6 inhibited autophagosome–lysosome fusion partially in wild-type and completely in STX17 KO cells, suggesting that YKT6 and STX17 are independently required for fusion. YKT6 formed a SNARE complex with SNAP29 and lysosomal STX7, both of which are required for autophagosomal fusion. Recruitment of YKT6 to autophagosomes depends on its N-terminal longin domain but not on the C-terminal palmitoylation and farnesylation that are essential for its Golgi localization. These findings suggest that two independent SNARE complexes mediate autophagosome–lysosome fusion.

    DOI: 10.1083/jcb.201712058

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  • Differential requirement for ATG2A domains for localization to autophagic membranes and lipid droplets 査読

    Norito Tamura, Taki Nishimura, Yuriko Sakamaki, Ikuko Koyama-Honda, Hayashi Yamamoto, Noboru Mizushima

    FEBS Letters   591 ( 23 )   3819 - 3830   2017年12月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Wiley  

    DOI: 10.1002/1873-3468.12901

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  • Accumulation of undegraded autophagosomes by expression of dominant-negative STX17 (syntaxin 17) mutants 査読

    Masaaki Uematsu, Taki Nishimura, Yuriko Sakamaki, Hayashi Yamamoto, Noboru Mizushima

    Autophagy   13 ( 8 )   1452 - 1464   2017年8月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Informa UK Limited  

    DOI: 10.1080/15548627.2017.1327940

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  • Autophagosome formation is initiated at phosphatidylinositol synthase‐enriched ER subdomains 査読

    Taki Nishimura, Norito Tamura, Nozomu Kono, Yuta Shimanaka, Hiroyuki Arai, Hayashi Yamamoto, Noboru Mizushima

    The EMBO Journal   36 ( 12 )   1719 - 1735   2017年6月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:EMBO  

    DOI: 10.15252/embj.201695189

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    その他リンク: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full-xml/10.15252/embj.201695189

  • The intrinsically disordered protein Atg13 mediates supramolecular assembly of autophagy initiation complexes 査読

    Hayashi Yamamoto (co-first author), Yuko Fujioka, Sho W. Suzuki, Daisuke Noshiro, Hironori Suzuki, Chika Kondo-Kakuta, Yayoi Kimura, Hisashi Hirano, Toshio Ando, Nobuo N. Noda, Yoshinori Ohsumi

    Developmental Cell   38 ( 1 )   86 - 99   2016年7月

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    担当区分:筆頭著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

    DOI: 10.1016/j.devcel.2016.06.015

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  • The thermotolerant yeast Kluyveromyces marxianus is a useful organism for structural and biochemical studies of autophagy 査読

    Hayashi Yamamoto (co-corresponding author)*, Takayuki Shima, Masaya Yamaguchi, Yuh Mochizuki, Hisashi Hoshida, Soichiro Kakuta, Chika Kondo-Kakuta, Nobuo N. Noda, Fuyuhiko Inagaki, Takehiko Itoh, Rinji Akada, Yoshinori Ohsumi*

    Journal of Biological Chemistry   290 ( 49 )   29506 - 29518   2015年12月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

    DOI: 10.1074/jbc.m115.684233

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  • Atg13 HORMA domain recruits Atg9 vesicles during autophagosome formation 査読

    Sho W. Suzuki, Hayashi Yamamoto (co-corresponding author)*, Yu Oikawa, Chika Kondo-Kakuta, Yayoi Kimura, Hisashi Hirano, Yoshinori Ohsumi*

    Proceedings of the National Academy of Sciences   112 ( 11 )   3350 - 3355   2015年3月

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    担当区分:責任著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Proceedings of the National Academy of Sciences  

    Significance

    Autophagy is a highly conserved degradative process in eukaryotes. In response to starvation, a number of autophagosome-related (Atg) proteins are recruited, and these proteins govern the process of autophagosome formation. Atg9 vesicles are thought to play an essential role in the nucleation step, but it remains unclear how Atg9 vesicles are localized to the site of autophagosome formation. In this study, we found that Atg9 interacts with the HORMA (from Hop1, Rev7, and Mad2) domain of Atg13. Atg13 mutants lacking the Atg9-binding region fail to recruit Atg9 vesicles to the site of autophagosome formation and exhibit severe defects in autophagy. Thus, the HORMA domain of Atg13 facilitates recruitment of Atg9 vesicles during autophagosome formation. Our studies provide a molecular insight into how Atg9 vesicles become part of the autophagosomal membrane.

    DOI: 10.1073/pnas.1421092112

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  • Structural basis of starvation-induced assembly of the autophagy initiation complex 査読

    Yuko Fujioka, Sho W Suzuki, Hayashi Yamamoto (co-first author), Chika Kondo-Kakuta, Yayoi Kimura, Hisashi Hirano, Rinji Akada, Fuyuhiko Inagaki, Yoshinori Ohsumi, Nobuo N Noda

    Nature Structural and Molecular Biology   21 ( 6 )   513 - 521   2014年6月

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    担当区分:筆頭著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Springer Science and Business Media LLC  

    DOI: 10.1038/nsmb.2822

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    その他リンク: http://www.nature.com/articles/nsmb.2822

  • Yeast and mammalian autophagosomes exhibit distinct phosphatidylinositol 3-phosphate asymmetries 査読

    Jinglei Cheng, Akikazu Fujita, Hayashi Yamamoto, Tsuyako Tatematsu, Soichiro Kakuta, Keisuke Obara, Yoshinori Ohsumi, Toyoshi Fujimoto

    Nature Communications   5 ( 1 )   2014年5月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Springer Science and Business Media LLC  

    DOI: 10.1038/ncomms4207

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    その他リンク: http://www.nature.com/articles/ncomms4207

  • Different phosphatidylinositol 3-phosphate asymmetries in yeast and mammalian autophagosomes revealed by a new electron microscopy technique

    Toyoshi Fujimoto, Hayashi Yamamoto, Yoshinori Ohsumi

    Autophagy   2014年5月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:TAYLOR & FRANCIS INC  

    Phosphatidylinositol 3-phosphate (PtdIns3P) is a phospholipid essential for autophagy, but the detailed distribution of PtdIns3P in the membrane of autophagosomes, autophagic bodies, and other organelles is unclear due to technical difficulties. In the present study, we examined PtdIns3P distribution in autophagic membranes with an electron microscopy method called the quick-freeze freeze-fracture replica labeling method (QF-FRL), which can define the distribution of membrane lipids at the nanometer scale. In this method, membranes are split into 2 leaflets so that membrane asymmetry, i.e., differences between the 2 leaflets, can be defined unambiguously. As a result, PtdIns3P in the yeast autophagosome was found to exist much more abundantly in the lumenal leaflet (i.e., the leaflet facing the space between the outer and inner autophagosomal membranes) than in the cytoplasmic leaflet. In contrast, PtdIns3P in the mammalian autophagosome was confined to the cytoplasmic leaflet, showing an opposite asymmetry from that found in yeast. In yeast deleted for 2 cytoplasmic PtdIns3P phosphatases, Ymr1 and Sjl3, PtdIns3P distributed in an equivalent density in the 2 leaflets of the autophagosome membrane, suggesting that the asymmetry in wild-type yeast is generated as a result of unilateral PtdIns3P hydrolysis. The contrasting PtdIns3P distribution revealed in the present study suggested that formation of autophagic membranes may proceed in different ways in yeast and mammals.

    DOI: 10.4161/auto.28489

    Web of Science

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  • Fine mapping of autophagy-related proteins during autophagosome formation in Saccharomyces cerevisiae 査読

    Kuninori Suzuki, Manami Akioka, Chika Kondo-Kakuta, Hayashi Yamamoto, Yoshinori Ohsumi

    Journal of Cell Science   2013年1月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:The Company of Biologists  

    Autophagy is a bulk degradation system mediated by biogenesis of autophagosomes under starvation conditions. In Saccharomyces cerevisiae, a membrane sac called the isolation membrane (IM) is generated from the pre-autophagosomal structure (PAS); ultimately, the IM expands to become a mature autophagosome. Eighteen Atg (autophagy-related) proteins are engaged in autophagosome formation at the PAS. However, the cup-shaped IM was visualized just as a dot by fluorescence microscopy, posing a challenge to further understanding the detailed functions of Atg proteins during IM expansion. Here, we visualized expanding IMs as cup-shaped structures using fluorescence microscopy by enlarging a selective cargo of autophagosomes, and finely mapped the localizations of Atg proteins. The PAS scaffold proteins (Atg13 and Atg17) and phosphatidylinositol 3-kinase complex I were localized to a dot at the junction between the IM and the vacuolar membrane, termed the vacuole-IM contact site (VICS). By contrast, Atg1, Atg8, and the Atg16–Atg12–Atg5 complex labeled both the VICS and the cup-shaped IM. We designate this localization the ‘IM’ pattern. The Atg2–Atg18 complex and Atg9 localized at the edge of the IM as two or three dots, in close proximity to the endoplasmic reticulum (ER) via ER exit sites. Thus, we designate these dots as the ‘IM edge’ pattern. These data suggest that Atg proteins play individual roles at spatially distinct localizations during IM expansion. These findings will facilitate detailed investigations of the function of each Atg protein during autophagosome formation.

    DOI: 10.1242/jcs.122960

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    その他リンク: http://journals.biologists.com/jcs/article-pdf/doi/10.1242/jcs.122960/2044897/jcs122960.pdf

  • Atg9 vesicles recruit vesicle-tethering proteins Trs85 and Ypt1 to the autophagosome formation site 査読

    Soichiro Kakuta, Hayashi Yamamoto, Lumi Negishi, Chika Kondo-Kakuta, Nobuhiro Hayashi, Yoshinori Ohsumi

    Journal of Biological Chemistry   287 ( 53 )   44261 - 44269   2012年12月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

    DOI: 10.1074/jbc.m112.411454

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  • Noncanonical recognition and UBL loading of distinct E2s by autophagy-essential Atg7 査読

    Masaya Yamaguchi, Kazuaki Matoba, Ryoko Sawada, Yuko Fujioka, Hitoshi Nakatogawa, Hayashi Yamamoto, Yoshihiro Kobashigawa, Hisashi Hoshida, Rinji Akada, Yoshinori Ohsumi, Nobuo N Noda, Fuyuhiko Inagaki

    Nature Structural and Molecular Biology   19 ( 12 )   1250 - 1256   2012年12月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Springer Science and Business Media LLC  

    DOI: 10.1038/nsmb.2451

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    その他リンク: http://www.nature.com/articles/nsmb.2451

  • Membrane protein Rim21 plays a central role in sensing ambient pH in Saccharomyces cerevisiae 査読

    Keisuke Obara, Hayashi Yamamoto, Akio Kihara

    Journal of Biological Chemistry   287 ( 46 )   38473 - 38481   2012年11月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

    DOI: 10.1074/jbc.m112.394205

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  • Structure-based analyses reveal distinct binding sites for Atg2 and phosphoinositides in Atg18 査読

    Yasunori Watanabe, Takafumi Kobayashi, Hayashi Yamamoto, Hisashi Hoshida, Rinji Akada, Fuyuhiko Inagaki, Yoshinori Ohsumi, Nobuo N. Noda

    Journal of Biological Chemistry   287 ( 38 )   31681 - 31690   2012年9月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

    DOI: 10.1074/jbc.m112.397570

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  • The autophagy-related protein kinase Atg1 interacts with the ubiquitin-like protein Atg8 via the Atg8 family interacting motif to facilitate autophagosome formation

    Hitoshi Nakatogawa, Shiran Ohbayashi, Machiko Sakoh-Nakatogawa, Soichiro Kakuta, Sho W. Suzuki, Hiromi Kirisako, Chika Kondo-Kakuta, Nobuo N. Noda, Hayashi Yamamoto, Yoshinori Ohsumi

    Journal of Biological Chemistry   287 ( 34 )   28503 - 28507   2012年8月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

    DOI: 10.1074/jbc.c112.387514

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  • Structural insights into Atg10-mediated formation of the autophagy-essential Atg12-Atg5 conjugate 査読

    Masaya Yamaguchi, Nobuo N. Noda, Hayashi Yamamoto, Takayuki Shima, Hiroyuki Kumeta, Yoshihiro Kobashigawa, Rinji Akada, Yoshinori Ohsumi, Fuyuhiko Inagaki

    Structure   2012年7月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

    DOI: 10.1016/j.str.2012.04.018

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  • Atg9 vesicles are an important membrane source during early steps of autophagosome formation 査読

    Hayashi Yamamoto, Soichiro Kakuta, Tomonobu M. Watanabe, Akira Kitamura, Takayuki Sekito, Chika Kondo-Kakuta, Rie Ichikawa, Masataka Kinjo, Yoshinori Ohsumi

    Journal of Cell Biology   198 ( 2 )   219 - 233   2012年7月

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    担当区分:筆頭著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Rockefeller University Press  

    During the process of autophagy, cytoplasmic materials are sequestered by double-membrane structures, the autophagosomes, and then transported to a lytic compartment to be degraded. One of the most fundamental questions about autophagy involves the origin of the autophagosomal membranes. In this study, we focus on the intracellular dynamics of Atg9, a multispanning membrane protein essential for autophagosome formation in yeast. We found that the vast majority of Atg9 existed on cytoplasmic mobile vesicles (designated Atg9 vesicles) that were derived from the Golgi apparatus in a process involving Atg23 and Atg27. We also found that only a few Atg9 vesicles were required for a single round of autophagosome formation. During starvation, several Atg9 vesicles assembled individually into the preautophagosomal structure, and eventually, they are incorporated into the autophagosomal outer membrane. Our findings provide conclusive linkage between the cytoplasmic Atg9 vesicles and autophagosomal membranes and offer new insight into the requirement for Atg9 vesicles at the early step of autophagosome formation.

    DOI: 10.1083/jcb.201202061

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  • Dual role of the receptor Tom20 in specificity and efficiency of protein import into mitochondria 査読

    Hayashi Yamamoto (co-first author), Nobuka Itoh, Shin Kawano, Yoh-ichi Yatsukawa, Takaki Momose, Tadashi Makio, Mayumi Matsunaga, Mihoko Yokota, Masatoshi Esaki, Toshihiro Shodai, Daisuke Kohda, Alyson E. Aiken Hobbs, Robert E. Jensen, Toshiya Endo

    Proceedings of the National Academy of Sciences   108 ( 1 )   91 - 96   2011年1月

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    担当区分:筆頭著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Proceedings of the National Academy of Sciences  

    Mitochondria import most of their resident proteins from the cytosol, and the import receptor Tom20 of the outer-membrane translocator TOM40 complex plays an essential role in specificity of mitochondrial protein import. Here we analyzed the effects of Tom20 binding on NMR spectra of a long mitochondrial presequence and found that it contains two distinct Tom20-binding elements. In vitro import and cross-linking experiments revealed that, although the N-terminal Tom20-binding element is essential for targeting to mitochondria, the C-terminal element increases efficiency of protein import in the step prior to translocation across the inner membrane. Therefore Tom20 has a dual role in protein import into mitochondria: recognition of the targeting signal in the presequence and tethering the presequence to the TOM40 complex to increase import efficiency.

    DOI: 10.1073/pnas.1014918108

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  • Roles of Tom70 in import of presequence-containing mitochondrial proteins 査読

    Hayashi Yamamoto, Kenji Fukui, Hisashi Takahashi, Shingo Kitamura, Takuya Shiota, Kayoko Terao, Mayumi Uchida, Masatoshi Esaki, Shuh-ichi Nishikawa, Tohru Yoshihisa, Koji Yamano, Toshiya Endo

    Journal of Biological Chemistry   284 ( 46 )   31635 - 31646   2009年11月

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    担当区分:筆頭著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

    DOI: 10.1074/jbc.m109.041756

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  • Tim23–Tim50 pair coordinates functions of translocators and motor proteins in mitochondrial protein import 査読

    Yasushi Tamura, Yoshihiro Harada, Takuya Shiota, Koji Yamano, Kazuaki Watanabe, Mihoko Yokota, Hayashi Yamamoto, Hiromi Sesaki, Toshiya Endo

    Journal of Cell Biology   184 ( 1 )   129 - 141   2009年1月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Rockefeller University Press  

    Mitochondrial protein traffic requires coordinated operation of protein translocator complexes in the mitochondrial membrane. The TIM23 complex translocates and inserts proteins into the mitochondrial inner membrane. Here we analyze the intermembrane space (IMS) domains of Tim23 and Tim50, which are essential subunits of the TIM23 complex, in these functions. We find that interactions of Tim23 and Tim50 in the IMS facilitate transfer of precursor proteins from the TOM40 complex, a general protein translocator in the outer membrane, to the TIM23 complex. Tim23–Tim50 interactions also facilitate a late step of protein translocation across the inner membrane by promoting motor functions of mitochondrial Hsp70 in the matrix. Therefore, the Tim23–Tim50 pair coordinates the actions of the TOM40 and TIM23 complexes together with motor proteins for mitochondrial protein import.

    DOI: 10.1083/jcb.200808068

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  • Identification of Tam41 maintaining integrity of the TIM23 protein translocator complex in mitochondria 査読

    Yasushi Tamura, Yoshihiro Harada, Koji Yamano, Kazuaki Watanabe, Daigo Ishikawa, Chié Ohshima, Shuh-ichi Nishikawa, Hayashi Yamamoto, Toshiya Endo

    Journal of Cell Biology   174 ( 5 )   631 - 637   2006年8月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Rockefeller University Press  

    Newly synthesized mitochondrial proteins are imported into mitochondria with the aid of protein translocator complexes in the outer and inner mitochondrial membranes. We report the identification of yeast Tam41, a new member of mitochondrial protein translocator systems. Tam41 is a peripheral inner mitochondrial membrane protein facing the matrix. Disruption of the TAM41 gene led to temperature-sensitive growth of yeast cells and resulted in defects in protein import via the TIM23 translocator complex at elevated temperature both in vivo and in vitro. Although Tam41 is not a constituent of the TIM23 complex, depletion of Tam41 led to a decreased molecular size of the TIM23 complex and partial aggregation of Pam18 and -16. Import of Pam16 into mitochondria without Tam41 was retarded, and the imported Pam16 formed aggregates in vitro. These results suggest that Tam41 facilitates mitochondrial protein import by maintaining the functional integrity of the TIM23 protein translocator complex from the matrix side of the inner membrane.

    DOI: 10.1083/jcb.200603087

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  • Identification of a novel member of yeast mitochondrial Hsp70-associated motor and chaperone proteins that facilitates protein translocation across the inner membrane 査読

    Hayashi Yamamoto, Takaki Momose, Yoh-ichi Yatsukawa, Chié Ohshima, Daigo Ishikawa, Takehiro Sato, Yasushi Tamura, Yukimasa Ohwa, Toshiya Endo

    FEBS Letters   579 ( 2 )   507 - 511   2005年1月

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    担当区分:筆頭著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Wiley  

    DOI: 10.1016/j.febslet.2004.12.018

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  • Identification of Tim40 that mediates protein sorting to the mitochondrial intermembrane space 査読

    Mari Naoe, Yukimasa Ohwa, Daigo Ishikawa, Chie Ohshima, Shuh-ichi Nishikawa, Hayashi Yamamoto, Toshiya Endo

    Journal of Biological Chemistry   279 ( 46 )   47815 - 47821   2004年11月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

    DOI: 10.1074/jbc.m410272200

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  • Mitochondrial protein import. Requirement of presequence elements and TOM components for precursor binding to the TOM complex 査読

    Masatoshi Esaki, Hidaka Shimizu, Tomoko Ono, Hayashi Yamamoto, Takashi Kanamori, Shuh-ichi Nishikawa, Toshiya Endo

    Journal of Biological Chemistry   2004年10月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

    DOI: 10.1074/jbc.m404591200

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  • Two novel proteins in the mitochondrial outer membrane mediate β-barrel protein assembly 査読

    Daigo Ishikawa, Hayashi Yamamoto, Yasushi Tamura, Kaori Moritoh, Toshiya Endo

    Journal of Cell Biology   166 ( 5 )   621 - 627   2004年8月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Rockefeller University Press  

    Mitochondrial outer and inner membranes contain translocators that achieve protein translocation across and/or insertion into the membranes. Recent evidence has shown that mitochondrial β-barrel protein assembly in the outer membrane requires specific translocator proteins in addition to the components of the general translocator complex in the outer membrane, the TOM40 complex. Here we report two novel mitochondrial outer membrane proteins in yeast, Tom13 and Tom38/Sam35, that mediate assembly of mitochondrial β-barrel proteins, Tom40, and/or porin in the outer membrane. Depletion of Tom13 or Tom38/Sam35 affects assembly pathways of the β-barrel proteins differently, suggesting that they mediate different steps of the complex assembly processes of β-barrel proteins in the outer membrane.

    DOI: 10.1083/jcb.200405138

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  • Functional cooperation and separation of translocators in protein import into mitochondria, the double-membrane bounded organelles

    Toshiya Endo, Hayashi Yamamoto, Masatoshi Esaki

    Journal of Cell Science   116 ( 16 )   3259 - 3267   2003年8月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:The Company of Biologists  

    Nearly all mitochondrial proteins are synthesized in the cytosol and subsequently imported into mitochondria with the aid of translocators: the TOM complex in the outer membrane, and the TIM23 and TIM22 complexes in the inner membrane. The TOM complex and the TIM complexes cooperate to achieve efficient transport of proteins to the matrix or into the inner membrane and several components, including Tom22, Tim23, Tim50 and small Tim proteins, mediate functional coupling of the two translocator systems. The TOM complex can be disconnected from the TIM systems and their energy sources (ATP andΔΨ), however, using alternative mechanisms to achieve vectorial protein translocation across the outer membrane

    DOI: 10.1242/jcs.00667

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  • Tim50 is a subunit of the TIM23 complex that links protein translocation across the outer and inner mitochondrial membranes 査読

    Hayashi Yamamoto, Masatoshi Esaki, Takashi Kanamori, Yasushi Tamura, Shuh-ichi Nishikawa, Toshiya Endo

    Cell   111 ( 4 )   519 - 528   2002年11月

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    担当区分:筆頭著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

    DOI: 10.1016/s0092-8674(02)01053-x

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共同研究・競争的資金等の研究課題

  • クロススケール細胞内分子構造動態解析が解明する選択的オートファジー始動メカニズム

    研究課題/領域番号:21H05256  2021年9月 - 2026年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  学術変革領域研究(A)

    山本 林

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    配分額:70590000円 ( 直接経費:54300000円 、 間接経費:16290000円 )

    (1) オートファゴソーム膜変形を促す因子のIn-cell、On-membrane解析
    鉄貯蔵タンパク質であるフェリチンがNCOA4とともに液滴形成し、マクロオートファジーとミクロオートファジーの共通基質になることを明らかにした。フェリチン-NCOA4液滴が、NCOA4の二量体形成、NCOA4-FTH1相互作用、フェリチン24量体形成によって形成されることを見出した(bioRxiv掲載、論文投稿中)。フェリチン液滴が膜と相互作用する際の各因子の詳細局在をin-cellで解析するため、CRISPR法による各種ノックイン細胞を作成し、機能解析を行っている。
    (2) 2つのオートファジーでの「仕分け」と選択的オートファジー始動メカニズムの解析
    TAX1BP1-NCOA4相互作用により、フェリチン液滴がマクロオートファジーとミクロオートファジーの両経路で認識されることを明らかにした。STX17TM誘導性発現細胞およびRAB5Q79L誘導性発現細胞を用いて、2つのオートファジーへの仕分け・分岐後に蛍光顕微鏡観察を行い、それぞれの経路に必要な因子の簡易スクリーニングを行い、仕分けに関わる因子を同定した。また、TAX1BP1の機能解析を行い、ATG9小胞のリクルートに関わるTAX1BP1相互作用因子を同定した。
    (3) 新規蛍光プローブを利用した液滴オートファジー定量法とスクリーニング系の確立
    領域内共同研究で開発されたpH応答性蛍光プローブをHaloTagで導入し、選択的オートファジーおよび液滴オートファジーの新規スクリーニング系を立ち上げた。また、HaloTagを利用した新規オートファジー活性定量法を確立した(bioRxiv掲載、論文投稿中)。他に領域内共同研究で、新規手法によるマイトファジー誘導実験を進めている。

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  • 総括班:クロススケール新生物学

    研究課題/領域番号:21H05247  2021年9月 - 2026年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  学術変革領域研究(A)

    吉川 雅英, 稲葉 謙次, 水上 進, 田中 元雅, 仁田 亮, 西田 紀貴, 杉田 有治, 山本 林, 倉永 英里奈, 福間 剛士

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    配分額:96980000円 ( 直接経費:74600000円 、 間接経費:22380000円 )

    本研究領域では、分子レベルからオルガネラ・細胞レベルまでの定量的クロススケール計測、特に細胞内における20-500 nm程度の大きさの「メゾ複雑体」の計測も可能にすることにより、どのように生命現象や病気の起源を決定するのかを分子レベルからオルガネラ・細胞レベルまでシームレスに解明することを目指している。
    この目的のために、本領域では、分子レベルからメゾ複雑体を定量的に計測できるバーチャルな「クロススケール細胞計測センター」を創設し、総括班がその運営を担っている。このクロススケール観察には、最近急速に発展しつつあるクライオ電子線トモグラフィー(Cryo-ET, 吉川班)を中心に、超解像イメー ジング(水上班)、In-cell NMR(西田班)、In-cell AFM(福間班)を有機的に組み合わせ、また、複数の手法に使える標識の開発、実験データの 統合と解釈の為に大規模計算科学(杉田班)を用いている。また、メゾ複雑体を研究対象とする重要な生物学的課題を持つ研究グループが集まり、クロススケール細胞計測センターを通して緊密に連携する体制を整えている。
    本研究領域のホームページを開設し、研究の目的、先端技術紹介、研究内容、成果等について広く一般に公開を行っており、SNSでの情報発信なども行っている。緊密な共同研究を推進するため、計画班代表による領域会議を開催し、また、本領域所属の研究者による班会議をハイブリッドで開催し、動画配信なども行った。

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  • ULK1高次集積複合体によるオートファジー誘導シグナル感知機構の総合的理解

    研究課題/領域番号:17H03670  2017年4月 - 2020年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    山本 林

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    配分額:17550000円 ( 直接経費:13500000円 、 間接経費:4050000円 )

    オートファジー誘導に関わるULK1複合体へのシグナル伝達機構の解析から、mTORC1複合体とULK1の相互作用領域を配列中央の天然変性領域と特定し、シグナルの受け手となる因子が進化の過程でAtg13の天然変性領域からULK1へと移行していることを明らかにした。ULK1複合体の形成に関わる領域をULK1、ATG13、FIP200でそれぞれ特定し、さらにULK1複合体同士が自己集積することで液滴様の性質を持つことを見出した。ATG9ベシクルのリクルート機構として出芽酵母でのAtg13依存性経路に加えて、哺乳類は選択的オートファジー基質依存性経路を新たに獲得していることを示した。

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  • オートファゴソーム外膜因子の同定と膜融合過程の解析

    研究課題/領域番号:16K14720  2016年4月 - 2018年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  挑戦的萌芽研究

    山本 林, 水島 昇, 植松 真章

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    配分額:3770000円 ( 直接経費:2900000円 、 間接経費:870000円 )

    オートファゴソームとリソソームの膜融合に関わる因子を同定するため、オートファゴソーム外膜因子の網羅的同定を行った。STX17変異体過剰発現、OptiPrep密度勾配遠心、LC3を標的とした短時間精製を組み合わせることでオートファゴソームを高純度・高効率に精製する方法を確立した。水溶性ビオチン化試薬で外膜因子を特異的に修飾・精製した後、質量分析に供することで複数の外膜因子候補を得た。これらの因子についてCRISPR法での遺伝子破壊細胞の作製、およびsiRNA法でのタンパク質量抑制を行ったがオートファジー活性への影響は限定的でリソソームとの膜融合に関わる因子の同手には至っていない。

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  • 膜脂質分布・動態に関する細胞生物学的研究

    研究課題/領域番号:15H02500  2015年4月 - 2018年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(A)

    藤本 豊士, 大崎 雄樹, 辻 琢磨, 山本 林, 田口 友彦, 高鳥 翔

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    配分額:46540000円 ( 直接経費:35800000円 、 間接経費:10740000円 )

    ホスファチジルイノシトール3,5-二燐酸、ホスファチジルイノシトール3,4-二燐酸、ホスファチジルセリンについて、急速凍結・凍結割断レプリカ標識法で特異的かつ高効率に標識する方法を確立し、それぞれの脂質の詳細な細胞内分布の観察に成功した。肝細胞などの核内に見られる脂肪滴の形成にPML-IIの発現が必要であることを示し、核内脂肪滴がPML小体や核内に見られる核膜の延長構造と近接して分布することを明らかにした。静止期や窒素飢餓時の出芽酵母で見られる脂肪滴のミクロオートファジーがラフト様膜ドメインで起こり、ニーマンピック病C型タンパク質がドメイン形成に必要なステロール輸送に関与することを示した。

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  • オートファジータンパク質群の動的相互作用と分子集合形態の解析

    研究課題/領域番号:26111508  2014年4月 - 2016年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  新学術領域研究(研究領域提案型)

    山本 林

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    配分額:10140000円 ( 直接経費:7800000円 、 間接経費:2340000円 )

    オートファゴソーム形成の初期過程では複数のAtgタンパク質からなる高次会合体が形成される。本研究では、Atg高次会合体の形成過程における「Atgタンパク質群の相互作用ネットワーク」について解析を行い、以下の知見を得た。
    前年度に行ったMITドメインによるAtgタンパク質相互作用のスクリーニングで得られた情報をもとに、オートファゴソーム形成反応の始動複合体であるAtg1複合体(Atg1, Atg13, Atg17, Atg29, Atg31)に焦点を当てて相互作用解析を行い、既知のAtg13-Atg17相互作用(前年度に報告済み)に加えて、別の部位でのAtg13-Atg17相互作用が高次会合体形成に重要であることを見出した。構造解析から、2つのAtg13-Atg17相互作用は空間的に遠く離れた位置にあることが見出され、in vitro解析から、Atg13-Atg17相互作用が分子内ではなく分子間での相互作用であることを明らかにした。これらの結果は、Atg1複合体が2つのAtg13-Atg17分子間相互作用を介して連結していくことを示している。また、これらの相互作用が、Atg1キナーゼの自己リン酸化および自己活性化に必須であり、さらに、下流のAtg9ベシクルの集積にも関与することを見出しており、Atg会合体形成機構の分子基盤を明らかにする重要な知見である(現在論文リバイス中)。
    耐熱性酵母Kluyveromyces marxianusのAtgタンパク質を同定し、これらのタンパク質が高い熱安定性を持ち、構造解析やin vitro解析に有用であることを示した(Yamamoto et al., J. Biol. Chem., 290, 29506-29518, 2015)。

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  • 出芽酵母におけるオートファジー膜動態の分子機構

    研究課題/領域番号:24770182  2012年4月 - 2014年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  若手研究(B)

    山本 林

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    配分額:4680000円 ( 直接経費:3600000円 、 間接経費:1080000円 )

    オートファジーは真核生物が備えるタンパク質分解機構の1つであり、オートファゴソームの新生を伴う動的な膜動態から成り立っている。本研究では、オートファゴソーム膜およびオートファジー関連膜構造体Atg9ベシクルの単離・精製を行い、それぞれの膜に含まれるタンパク質群のプロテオーム解析を行った。その結果、Atg9ベシクル・オートファゴソーム膜の両者にゴルジ体由来の膜繋留装置であるTRAPPIII複合体および下流因子Ypt1が含まれることを見出した。また、オートファゴソーム膜特異的因子として小胞体・ゴルジ体由来の因子が複数同定され、これらのオルガネラのオートファゴソーム形成への寄与が示唆された。

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  • オートファジーによるミトコンドリアの選択的分解〜その生理的意義とは〜

    研究課題/領域番号:06J11817  2006年 - 2008年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  特別研究員奨励費

    山本 林

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    配分額:3400000円 ( 直接経費:3400000円 )

    オートファジーに関与する膜タンパク質Atg9の機能解析
    Atg9はオートファジーに必須の唯一の膜タンパク質であり、オートファゴソーム膜形成に際して脂質成分の供給を担っていると考えられているが、その実験的な証拠は得られておらず、Atg9の具体的な機能に関しては不明な点が多く残っている。また、Atg9はオートファゴソーム形成の場と考えられるPAS(Pre-Autophagosomal Structure)と、ミトコンドリアをシャトルしていることが報告されており、マイトファジーにおけるミトコンドリア選択性に関与する可能性が考えられる。
    私は本研究においてこれまでに、Atg9がautophagy-related kinaseであるAtg1によってリン酸化されることを明らかにしており、Atg9の機能におけるリン酸化の意義とマイトファジーの関係について解析を行っていたが、その過程で、Atg9が完成した(閉じた)オートファゴソーム膜に局在することを新たに見出した。これまでの報告では、Atg9は閉じたオートファゴソーム膜には局在しないとされてきたが、本研究での蛍光顕微鏡観察では、オートファゴソームのcontentsマーカーであるAtg8との共局在が観察され、さらに高倍率・高分解能の観察では、Atg8(contents)の周りにAtg9(membrane protein)がリング状に見える様子が捕らえられた。また、免疫沈降や密度勾配遠心などの生化学的解析を行ったところ、Atg9がオートファゴソーム画分に回収されることが確認され、さらにそのほとんどがオートファゴソームの外膜に局在していることが明らかとなった。前述のAtg9のリン酸化について調べてみたところ、閉じたオートファゴソーム外膜上のAtg9の一部がリン酸化されていることが示され、Atg9のリン酸化とオートファゴソーム膜上への移行に相関が見られた。これらの結果は、Atg9がオートファゴソーム形成に直接関与していることを示すとともに、サイトゾルのAtg9ベシクルからオートファゴソームへと脂質成分が供給されていることを強く示唆する結果と言える。

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