次世代研究者達が躍動する中高生のための学会「サイエンスキャッスル」の様子や、現場の熱気をダイジェストでお届けします。今回は、サイエンスキャッスル2023関西大会の口頭発表演題にてロート賞を受賞した、西 美生子さん（兵庫県立神戸高等学校2年生）の発表の様子です！

※所属・学年は発表当時のもの

小さな細胞が織りなすダイナミックな世界

私のビジョンは、「生き物の生態系を制御し、人と地球が共生する社会を実現すること」です。これが実現すれば、現在人類が抱えている課題の多くを解決することができます。その第一歩を踏み出すには、最も小さな単位を理解することが必要だと考えています。生き物における最も小さな単位は細胞です。実は、その細胞の中には、ダイナミックな世界が広がっているのです。今日はその一部をお見せします。

細胞の中にも古いものを分解して新しくするリサイクルの役割があることを、皆さんはご存知ですか？私はそんな役割を持つオートファジーについて研究しています。
オートファジーとは、細胞内の成分を大規模に分解する機構です。まず隔離膜と呼ばれる座布団のような形のものが形成され、それが伸びて細胞内成分を取り囲み、オートファゴソームという丸い二重膜のものになります。その後、オートファゴソームはリソソームという細胞内で胃のような役割を果たす細胞小器官と融合し、包まれた内容物を分解します。

悪いものを取り除く？「選択的オートファジー」

これまで、オートファジーは非選択的に物質を分解すると考えられてきました。しかし近年、特定の基質を選択的に分解する「選択的オートファジー」の存在が明らかとなりました。私はオートファジーの中でも、損傷を受けたリソソームを選択的に除去する「リソファジー」に着目しました。細胞の中で消化の役割を担う細胞小器官であるリソソームは様々な要因によって傷ついたり壊れたりします。リソソームの膜が破れると酸性の内容物が細胞質へ流れ出て炎症や酸化ストレスを起こして細胞死を引き起こし、疾患につながります。これを人間の体全体で例えると胃に穴が開いて中の胃液が流れ出るようなイメージです。そのためリソファジーによってリソソーム損傷に対処し、細胞内の向上性を維持することが重要です。

タンパク質の「パルミトイル化」に着目！

そこで、本研究では、パルミトイル化阻害によるオートファジーへの影響を調べることを目的として実験を行いました。結果、オートファジー開始時、隔離膜伸長時、オートファゴソーム形成時、いずれのときに機能するタンパク質の集積もパルミトイル化阻害によって減弱しました。

パルミトイル化が細胞の生死に関わる!?

そこから、リソファジーも飢餓誘導性オートファジーと同様に、パルミトイル化を阻害するとオートファジーが抑制されると考えられます。また、飢餓状態の細胞にパルミトイル化阻害剤を加えると細胞が死滅しました。そこから、飢餓時にはパルミトイル化が細胞の生存に関わるほど重要だと推察されます。しかし、先ほどの実験からは、パルミトイル化とリソファジーの関係しか推察できず、最終的な損傷リソソームの修復・除去にどう影響するかは分かりません。そこで、リソソーム損傷を誘導し、パルミトイル化阻害剤を加えた場合、損傷リソソームがどれほど残っているか実験しました。今回は、損傷リソソームをマーカーによって光らせたため、通常細胞では左の写真のようにほとんど蛍光が見られません。リソソームを損傷させると、真ん中の写真のように明るく光ります。