Cryptococcus neoformansにおけるオートファジー関連タンパク質Atg4とAtg8の生物学的機能の解明

Biological functions of the autophagy-related proteins Atg4 and Atg8 in Cryptococcus neoformans.

• Thiago Nunes Roberto
• Ricardo Ferreira Lima
• Renata Castiglioni Pascon
• Alexander Idnurm
• Marcelo Afonso Vallim

抄録

オートファジーとは、細胞内での高分子や小器官の分解とリサイクルに関与する機構であり、悪条件下での細胞の生存に不可欠なものである。菌類では、40以上のオートファジー関連遺伝子（ATG）が同定されており、その中でもATG4とATG8が知られています。ATG4はシステインプロテアーゼ（Atg4）をコードしており、Atg8をそのC末端領域で初期処理することでオートファジーに重要な役割を果たしています。Atg8は、オートファゴソーム小胞を構成する二重膜の合成に不可欠なユビキチン様タンパク質であり、細胞質から液胞内腔への貨物の輸送を担っています。オートファジー経路の分子基盤を解明するために、クリプトコッカス属の病原性酵母におけるAtg関連タンパク質の寄与については、まだ研究が進められていない。そこで、我々は、オートファジー関連タンパク質4と8（Atg4とAtg8）のオートファジー誘導時の役割と、C. neoformansのオートファジー以外のイベントへの寄与を調べることを目的とした。Atg4とAtg8は保存されているタンパク質であり、互いに物理的に相互作用していることを明らかにした。ATG遺伝子を欠失させると、窒素飢餓に敏感な細胞が得られた。ATG4遺伝子の欠失は、オートファジー誘導後のAtg8の分解と液胞内腔への移動に影響を与える。また、ATG4とATG8の変異体は酸化ストレスに強く、細胞壁を刺激するコンゴレッドの存在下では成長が阻害され、プロテアソーム阻害剤ボルテゾミブ（BTZ）の存在下では成長が阻害されることがわかった。以上のことから、C. neoformansではオートファジー関連タンパク質Atg4とAtg8がオートファジー経路において重要な役割を果たしており、これらのタンパク質はオートファジーの制御、アミノ酸レベルの維持、ストレス環境への細胞の適応に必要であることが結論づけられた。

Autophagy is a mechanism responsible for intracellular degradation and recycling of macromolecules and organelles, essential for cell survival in adverse conditions. More than 40 autophagy-related (ATG) genes have been identified and characterized in fungi, among them ATG4 and ATG8. ATG4 encodes a cysteine protease (Atg4) that plays an important role in autophagy by initially processing Atg8 at its C-terminus region. Atg8 is a ubiquitin-like protein essential for the synthesis of the double-layer membrane that constitutes the autophagosome vesicle, responsible for delivering the cargo from the cytoplasm to the vacuole lumen. The contributions of Atg-related proteins in the pathogenic yeast in the genus Cryptococcus remain to be explored, to elucidate the molecular basis of the autophagy pathway. In this context, we aimed to investigate the role of autophagy-related proteins 4 and 8 (Atg4 and Atg8) during autophagy induction and their contribution with non-autophagic events in C. neoformans. We found that Atg4 and Atg8 are conserved proteins and that they interact physically with each other. ATG gene deletions resulted in cells sensitive to nitrogen starvation. ATG4 gene disruption affects Atg8 degradation and its translocation to the vacuole lumen, after autophagy induction. Both atg4 and atg8 mutants are more resistant to oxidative stress, have an impaired growth in the presence of the cell wall-perturbing agent Congo Red, and are sensitive to the proteasome inhibitor bortezomib (BTZ). By that, we conclude that in C. neoformans the autophagy-related proteins Atg4 and Atg8 play an important role in the autophagy pathway; which are required for autophagy regulation, maintenance of amino acid levels and cell adaptation to stressful conditions.