1.適切に処理する方法

生命現象の単位、細胞は生きるために必要な要素を日々作り上げると同時にそれらを適切に処理する必要がある。例えば、図1のようにヒトはアミノ酸からつくられたタンパク質を分解してアミノ酸プールにためて、その後再利用する。人間社会に置き換えてみれば、ものを作るだけでは立ちゆかなくなり、資源の再利用やゴミ処理が大切であるのと同じである。

2.オートファジーを追いかける

オートファジーという現象は、電子顕微鏡のみの観察で1960年代には確認されていたが、生理学的な意味やどのような分子群が関わっているのかは長い間不明であった（図3）。しかし、1980年代終盤に大隅良典教授（現・基礎生物学研究所）らが出芽酵母にもオートファジーの機能があることを確認し研究が一気に進んだ。酵母は遺伝学的解析が進んでいるので、これまでに20個近いオートファジー関連遺伝子が見つかっている。興味深いことに、そのほとんどが哺乳類を含めた高等動植物にも存在している。これらの遺伝子がつくり出すタンパク質を解析したところ、隔離膜やオートファゴソームなど、オートファジーに関わる膜に局在するタンパク質群が発見された。そこでこれらのタンパク質分子に目印となる緑色蛍光タンパク質（註1）を付け、生体内のオートファジー現象を蛍光顕微鏡で観察した（図4）。

マウスの培養細胞で、隔離膜に局在するタンパク質Atg5に緑色蛍光タンパク質をつなぎ、その挙動を蛍光顕微鏡で追った。飢餓状態にすると細胞内に小さな輝点が次々と現れた。輝点はしだいに伸長し、やがてわん曲して球状のオートファゴソームへと成長する（図5，動画1）。まさに細胞が自身の一部を食べる現場だ。ここまでに約10分かかる。Atg5はオートファゴソームが完成すると膜から離れてしまうので、完成したオートファゴソームにも結合するLC3を使い細胞内のオートファゴソームを追う研究も行った。

3.いつ？どこで？どのくらい？を観る

次に知りたいのは、オートファジーは個体内のどこで、いつ、どのくらいおきているのかである。そこでオートファゴソームに局在するLC3に緑色蛍光タンパク質をつないだ遺伝子を入れ、それが全身ではたらく遺伝子改変マウスをつくった。このマウスの組織切片を蛍光顕微鏡で観察するとオートファジーがおこっている様子を簡単に知ることができる。

このマウスの解析から、絶食時にほとんどの臓器でオートファジーが活発になることがわかった（図6）。なかでも骨格筋や心筋などの細胞などで活発であった。オートファジーは、栄養飢餓時に、やむを得ず自身の一部を分解してそこから栄養素を獲得することにあると考えられる。

さらに興味深いことにオートファジーは出生直後の新生児でも顕著にみられた。マウスでは出生後30分以内にオートファジーが起こり始め、3－6時間後にピークを迎え、1－2日以内に再びもとのレベルに落ち着いていく（図7）。臍帯からの栄養供給が突然途絶えた新生児は想像を超える激しい飢餓状態に陥っているのである。

4.みえてきたオートファジーの意味

このように激しくおこるオートファジーの重要性を知るために、隔離膜の伸長に必要なAtg5遺伝子をノックアウトし、オートファジーができないマウスを作製した。このマウスはほぼ正常に生まれるが、生後まもなく深刻な栄養不良とエネルギー低下状態になる。特に血中や組織中のアミノ酸濃度が際だって低下する。これはオートファジーが、アミノ酸供給を通じてエネルギー恒常性に関わっていることを示している。

マウス以外でも、オートファジーのおきない変異体の解析により、実に多彩な異常が観察されている（図8）。出芽酵母では胞子がうまくつくれず、細胞性粘菌ではアメーバ体から子実体への分化ができない。線虫ではダウアー（耐性）幼虫（註2）になれず、ショウジョウバエでは蛹期で死んでしまう。一見無関係と思われるこれらの表現型は、実はすべて栄養飢餓と密接に関係している。胞子形成、子実体形成、ダウアー（耐性）幼虫形成はいずれも飢餓に対する適応反応である。なにも口にすることのないショウジョウバエの蛹はもちろん飢餓状態であり、自分自身（幼虫組織）を栄養源として成虫を形づくるほかない。哺乳類では、へその緒という母親とのつながりが突然切れる出生が強烈な飢餓の引き金となる。つまり、上述したオートファジーが起こらない変異体でみられた異常は、細胞内あるいは個体内でアミノ酸を自給しなくてはならない段階の異常なのである。一方、植物ではオートファジーがおきない変異体は老化が進んだり、種子収量が減ったりするが、基本的にはその生活史（註3）を全うする。栄養状態が悪いからといって簡単に移動できない植物は、種子や根という優れた栄養源や供給経路をもち飢餓に対する何重もの対抗策を備えているということだろう。