研究グループは、新しいタンパク質分解機構である新規オートファジーを2009年に発見しました。その後の研究で、その新規オートファジーが、酵母から哺乳動物まで保存されていることがわかりました。

　今回の研究では、はじめに酵母を用いて実験を行い、この新規オートファジーに関わるHsv2という遺伝子を見つけました。そこで、酵母のHsv2の哺乳動物相同遺伝子であるWipi3を欠損させた細胞を作製し、新規オートファジー誘導刺激を加えました。すると、正常細胞では観察される新規オートファジー（図２：中央の細胞、赤色部分がオートファジー）が、Wipi3欠損細胞では観察されませんでした（図２：右の細胞）。

　この新規オートファジーは、従来のオートファジーと異なり、ゴルジ体膜からオートファジーが形成されることがわかっています（従来型のオートファジーは、ゴルジ体ではなく、小胞体膜からできます）。そこで、Wipi3欠損細胞を電子顕微鏡で観察したところ、ゴルジ体膜の形態が異常であり、ゴルジ体膜の異常のため新規オートファジーが誘導されないことがわかりました（図３）。

　次に、Wipi3の細胞内局在がどこにあるのかについて、最新のイメージング技術である超解像顕微鏡を使って観察しました。その結果、細胞質に散在していたWipi3が、新規オートファジーの刺激を受けると、ゴルジ体の膜上に移動することがわかりました。即ち、新規オートファジーが起きるときは、Wipi3が細胞質からゴルジ体に移動し、ゴルジ体の膜を変形させて、オートファジーの膜をつくっていることがわかりました。

　最後に、神経細胞でWipi3遺伝子をもたないマウスを作製しました。すると、Wipi3欠損マウスでは、体のバランスをとれなくなり、歩行にも異常がみられました（図４）。そこで、動物の行動を制御する小脳を調べたところ、(1)小脳のプルキンエ細胞が変性脱落していること、(2)脱落前の神経細胞でゴルジ体の形態が異常であること、(3)新規オートファジーが起きていないこと、(4)鉄ならびに鉄輸送タンパク質であるセルロプラスミンが蓄積していること（図５）、(5)セルロプラスミンは新規オートファジーで分解されるタンパク質であるため、この分解不全によって鉄沈着が認められること、がわかりました。

　従来型オートファジーに必須のAtg7を欠損したマウスの脳でも同様の神経機能異常が見られますが、両者の神経細胞の内部構造は全く異なっており、各々異なる機構で神経機能を維持していることが考えられました。実際に、Wipi3, Atg7の両者を欠損したマウスを作成したところ、生後28日で死亡し、単独の遺伝子欠損マウスよりもはるかに重篤な神経変性を示すことがわかりました。このことから、従来型オートファジーと新規オートファジーは、異なる機構で神経細胞を維持していることが確認されました。

　なお、ヒトの脳内鉄沈着神経変性症SENDA*3は、Wipi4(Wipi3の相同遺伝子）の遺伝子変異によって発症することが知られていますが、Wipi4欠損マウスでは、脳内鉄沈着が見られず症状もあまり見られないのに対して、Wipi3欠損マウスでは、脳内鉄沈着が認められ症状も強いため、SENDAのモデルマウスと考えられます。