| Project Area | In-cell chemical network driven by neo-PTMs |
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| Project/Area Number |
22H05020
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (II)
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
島津 忠広 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 専任研究員 (10618771)
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| Project Period (FY) |
2022-05-20 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥40,170,000 (Direct Cost: ¥30,900,000、Indirect Cost: ¥9,270,000)
Fiscal Year 2024: ¥13,390,000 (Direct Cost: ¥10,300,000、Indirect Cost: ¥3,090,000)
Fiscal Year 2023: ¥13,390,000 (Direct Cost: ¥10,300,000、Indirect Cost: ¥3,090,000)
Fiscal Year 2022: ¥13,390,000 (Direct Cost: ¥10,300,000、Indirect Cost: ¥3,090,000)
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| Keywords | 翻訳後修飾 / neo-PTMs / 人工翻訳後修飾 / メチル化修飾 / SAM / ケミカルバイオロジー |
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| Outline of Research at the Start |
生物はATP、SAM、アシルCoA等を、“天然の化学修飾試薬”として生体因子を化学的に修飾することで、生命機能調節に用いていることが知られている。ヒトを始めとした真核生物では、DNAメチル化修飾やヒストンの翻訳後修飾 (post-translational modifications; PTMs) はエピジェネティクス調節、疾患等に重要な役割を果たす。本研究では自然界に存在するPTMsに限定せず、化学的（A01：山次）あるいは、酵素的（A02：五月女）に導入可能なneo-PTMs（人工的に引き起こされる翻訳後修飾）について、これらが生命機能に果たす役割を明らかにしたい。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度も引き続き、自然界であまり知られていない翻訳後修飾であるタンパク質のHis残基に起こるメチル化修飾について着目した研究を実施した。その結果、これまで個体レベルでの生命機能が不明であったHis残基メチル化酵素であるMETTL18がマウスの膵臓で高発現しており、これに一致してRPL3のHisメチル化が膵臓で顕著であること、Mettl18ノックアウト(KO)マウスではメチル化が完全に消失することが分かった。KOマウスは半致死性を示し、生存したマウスは低体重であった。さらに、KOマウスでは血中インスリンが低下し、耐糖能が増悪することが判明した。KOマウスの膵臓では特定のタンパク質、特にYコドンに富んだタンパク質の蓄積が見られたが、このことは動物細胞で見られた結果と一致していた（2021, Matsuura, Shimazu et. al. ）。さらに、タンパク質のアグリゲーションは小胞体ストレス応答(UPR)を引き起こすことから、UPR経路の活性化を検証したところ、PERKのリン酸化が亢進することや、IL-6やIL-1beta等の炎症性マーカーの発現亢進が起きていた。以上から、Mettl18欠損は膵臓において異常タンパク質の蓄積、炎症を誘起して膵beta細胞におけるインスリン産生を低下させることで低体重、高血糖などの糖尿病様の表現型を示すことが示唆された。
また、人工翻訳後修飾の研究ではChIP-seq解析により、H3K9メチル化をゲノムワイドに測定したが、顕著な違いは見られなかった。今後は、特定のメチル化酵素の過剰発現やノックアウトなどを組み合わせることで、人工翻訳後修飾（neo-PTMs）が駆動するエピジェネティクス変化を明らかにしたい。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究課題では、人工的な翻訳後修飾、およびこれまで自然界であまり存在が知られていない翻訳後修飾について、その生理的意義を明らかにすることを目的としている。このうち、Hisメチル化修飾に関する研究については、今年度予定通りに解析が進み、Mettl18が果たす動物個体での生命機能のが明らかとなりつつある。一方で、非天然型のSAMが果たす役割については、当初の計画に従ってChIP-Seq解析を行った。結果としては、非天然型SAMを導入しても培養細胞ではヒストンH3K9のメチル化レベルに有意な差は認められなかった。この原因としては、1.細胞内で非天然型SAMと天然型SAMは自然に異性化が進行すること 2. 内在性のSAMが十分に存在する状況で実験を行っていること 3. 内在性のヒストンメチル化酵素が存在する状況で実験を行っている などが考えられた。H3K9メチル化酵素のKO細胞やそのレスキュー細胞を用いて、SAMを導入するとともに酵素の発現をONにする等の工夫により、細胞内での非天然型の役割が明らかにできる可能性がある。以上の進捗状況を総合的に判断して、概ね計画通りであると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、これまでに実施してきた1. 人工翻訳後修飾によるエピジェネティクスに関する研究、2.マウス個体におけるメチル化修飾の役割について、それぞれ論文発表に必要なデータを取得して論文発表を目指すとともに、3. 人工翻訳後修飾による代謝調節に関する研究を進めたい。
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