エネルギー情報とエピゲノム情報のクロストーク機構の解析

• Project Area: Crosstalk of transcriptional control and energy pathways by hub metabolites
• Project/Area Number: 23116005
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 柳澤 純 筑波大学, 生命環境科学研究科(系), 教授 (50301114)
• Project Period (FY): 2011-07-25 – 2014-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥60,840,000 (Direct Cost: ¥46,800,000、Indirect Cost: ¥14,040,000); Fiscal Year 2013: ¥19,500,000 (Direct Cost: ¥15,000,000、Indirect Cost: ¥4,500,000); Fiscal Year 2012: ¥19,370,000 (Direct Cost: ¥14,900,000、Indirect Cost: ¥4,470,000); Fiscal Year 2011: ¥21,970,000 (Direct Cost: ¥16,900,000、Indirect Cost: ¥5,070,000)
• Keywords: エピゲノム / 代謝 / 転写

Outline of Annual Research Achievements

本年度は提案課題４項目のうちの２項目について解析を進めた。具体的に進めた課題は、「eNoSCを中心とした細胞内エネルギー制御システムの破綻と疾患との関係の解明」および「eNoSCの人為的制御技術の開発と疾患治療への応用」である。
「eNoSCを中心とした細胞内エネルギー制御システムの破綻と疾患との関係の解明」では、eNoSCの主要構成タンパク質であるヌクレオメチリンの遺伝子欠損マウスを作製し、eNoSCの個体での機能解析を行った。一般に、高脂肪摂取によって肥満体になってくると、ヒトもマウスも代謝が低下してくることが知られている。哺乳類細胞のエネルギー消費の４割は核小体でのリボソーム合成に費やされるため、本研究者らは高脂肪食負荷動物におけるリボソームRNAの転写量を測定した。その結果、肥満動物ではリボソームRNA転写が著しく低下していることを見出した。この結果は、リボソームRNA転写の高脂肪食負荷による低下が肥満を引き起こしている可能性を示唆している。そこで、リボソームRNAの転写を抑制するeNoSCの主要構成因子ヌクレオメチリンの遺伝子欠損マウスを作製し、高脂肪食負荷実験を行ったところ、摂食量はヌクレオメチリンの遺伝子欠損でまったく変化がない（むしろ若干摂食量が増える傾向にある）にも関わらず、著しく肥満傾向が抑えられることが明らかとなった。この結果は、脂質の高摂取によるリボソームRNAの転写抑制が肥満に繋がることを示している。
さらに、「eNoSCの人為的制御技術の開発と疾患治療への応用」では、ヌクレオメチリンの結晶構造からフラグメント・エボリューション法によって結合すると思われる化合物３種類を設計し、合成した。３種類のうち２種類の化合物を細胞培養液中に加えるとリボソームRNAの転写の促進が認められた。今後ヌクレオメチリン欠損細胞を用いて実験を行う予定である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究実績のとおり、順調に進展している。

Strategy for Future Research Activity

今までの研究から、肥満の原因の一つがリボソームRNA転写量の低下であることが示された。今後は、高脂肪食が何故リボソームRNAの転写量をさせるのか、その具体的なメカニズムについての解明が必要である。特に高脂肪食負荷時にリボソームDNA上のエピジェネティックな状態がどのように変化しているかについては大変興味深い。リボソームDNA上のエピジェネティックな変化が肥満しやすい体質を作り出す可能性がある。また、ヌクレオメチリン遺伝子欠損マウスの結果から、ヌクレオメチリンの阻害剤はリボソームRNA転写を促進することによって高脂肪食摂食時の肥満を抑制する可能性がある。そこで、取得した２種類の阻害剤について、細胞レベルでメカニズムを解析すると同時に、マウスの肥満に対する効果を検討したい。
さらに、提案課題４項目のうち、２項目「eNoSCを中心とした細胞内エネルギー制御システムの解明」および「eNoSCと協調してエネルギー情報とエピゲノム情報をつなぐ新たなシステムの探索」についても研究を進める。特に「eNoSCと協調してエネルギー情報とエピゲノム情報をつなぐ新たなシステムの探索」については、ヌクレオメチリン遺伝子欠損マウスの解析より、脂質代謝とリボソームRNA転写を結びつける新たなシステムの存在が明らかになりつつある。当該システムの解明は、細胞内エネルギー代謝と個体のエネルギー代謝の関係解明の大きな一助となるものと考えられる。また、「eNoSCを中心とした細胞内エネルギー制御システムの解明」については鋭意解析を進めているが、いまだに見つかっていない。本研究については阻害剤の開発成功が大きな進展をもたらすのではないかと期待している。細胞に阻害剤を添加し、ヌクレオメチリンの作用を抑制した状態で細胞内のタンパク質、DNA、RNAなどのメチル化状態を測定することを予定している。

Research Products

• [Journal Article] Enhancer of rudimentary homolog (ERH) plays an essential role in the progression of mitosis by promoting mitotic chromosome alignment. (2012)
  • Author(s): Fujimura A, Kishimoto H, Yanagisawa J, Kimura K.
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 423 Issue: 3 Pages: 588-592
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2012.06.018
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Global analysis of DNA methylation in early-stage liver fibrosis (2012)
  • Author(s): Komatsu Y, Waku T, Iwasaki N, Ono W, Yamaguchi C, Yanagisawa J
  • Journal Title: BMC Medical Genomics
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Peroxisome Proliferator-activated receptors (PPARs) have multiple binding points that accommodate ligands in various conformations : Phenyprop anoic acid-type PPAR ligands bind to PPAR in different, conformations, depending on the subtype (2011)
  • Author(s): Miyachi H, Kuwabara N, Oyama T, Tomioka D, Ohashi M, Yanagisawa J, Shimizu T.
  • Journal Title: J Merd Chem Volume: 55(2) Pages: 893-902
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The E3 ubiquitin ligase activity of Trip12 is essential for mouse embryogenesis (2011)
  • Author(s): Kajiro M, Tsuchiya M, Kawabe Y, Furumai R, Iwasaki N, Hayashi Y, Katano M, Nakajima Y, Goto N, Watanabe T, Murayama A, Oishi H, Ema M, Takahashi S, Kishimoto H, Yanagisawa J
  • Journal Title: PLoS One Volume: 6(10)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Estrogen and antiestrogens alter breast cancer invasiveness by modulating TGF-signaling pathway (2011)
  • Author(s): Goto N, Hiyoshi H, Ito I, Tsuchiya M, Nakajima Y, Yanagisawa J
  • Journal Title: Cancer Science Volume: 102(8) Pages: 1501-1508
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Novel nucleolar pathway connecting intracellular energy status with p53 activation (2011)
  • Author(s): Kumazawa T, Nishimura K, Kuroda T, Ono W, Yamaguchi C, Katagiri N, Tsuchiya M, Masumoto H, Nakajima Y, Murayama A, Kimura K, Yanagisawa J
  • Journal Title: J.Biol.Chem Volume: 286(23) Pages: 20861-20869
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Critical role of the nucleolus in activation of the p53-dependent postmitotic checkpoint (2011)
  • Author(s): Tsuchiya M, Katagiri N, Kuroda T, Kishimoto H, Nishimura K, Kumazawa T, Iwasaki N, Kimura K, Yanagisawa J
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 407(2) Pages: 378-382
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Estrogen regulates tumor growth through a nonclassical pathway that includes the transcription factors ERβ and KLF5 (2011)
  • Author(s): Nakajima Y, Osakabe A, Suzuki T, Kishimoto H, Kuroda T, Fujimura T, Homma Y, Murayama A, Inoue S, Yanagisawa J
  • Journal Title: Science Signaling Volume: 4(168)
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 乳癌シグナルの伝達について. (2012)
  • Author(s): 柳澤 純.
  • Organizer: Ｂｒｅａｓｔ Ｃａｎｃｅｒ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ
  • Place of Presentation: 帝国ホテル 東京
  • Year and Date: 2012-07-20
  • Invited
• [Presentation] 核小体の新機能と個体の制御. (2012)
  • Author(s): 柳澤 純.
  • Organizer: ＣＲＥＡＴＥ2012
  • Place of Presentation: ロイヤルパークホテル 東京
  • Year and Date: 2012-07-13
  • Invited
• [Presentation] 性ステロイドホルモンと癌の新展開 (2012)
  • Author(s): 柳澤純
  • Organizer: 第12回関東ホルモンと癌研究会
  • Place of Presentation: 東京大学山上会館東京(招待講演)
  • Year and Date: 2012-01-21
• [Presentation] 核内レセプターの新規機能解析と構造情報に基づいた線維化疾患治療法の開発 (2011)
  • Author(s): 柳澤純
  • Organizer: 平成23年度ターゲットタンパク成果発表会
  • Place of Presentation: 東京大学薬学系総合研究棟東京(招待講演)
  • Year and Date: 2011-12-27
• [Presentation] 核内受容体を介した転写と代謝のクロストーク (2011)
  • Author(s): 柳澤純
  • Organizer: 第12回Wakoつくばフォーラム転写と代謝のクロストーク病態バイオロジーの新展開
  • Place of Presentation: 筑波和光ホールつくば(招待講演)
  • Year and Date: 2011-11-29
• [Presentation] 核内受容体と疾患 (2011)
  • Author(s): 柳澤純
  • Organizer: 第5回川島腎糸球体カンファレンス
  • Place of Presentation: 内藤記念くすり博物館岐阜(招待講演)
  • Year and Date: 2011-11-19
• [Presentation] エピジェネティクスによる脂肪代謝制御 (2011)
  • Author(s): 柳澤純
  • Organizer: 第37回新潟脂質研究会
  • Place of Presentation: 新潟大学新潟(招待講演)
  • Year and Date: 2011-11-17
• [Presentation] 核小体の新規機能とエネルギー代謝 (2011)
  • Author(s): 柳澤純
  • Organizer: 平成23年度発足新学術領域研究「生命素子による転写環境とエネルギー代謝のクロストーク制御」キックオフミーティング
  • Place of Presentation: 大手町サンケイプラザ東京(招待講演)
  • Year and Date: 2011-10-19
• [Presentation] 核内受容体の新規メカニズムと疾患 (2011)
  • Author(s): 柳澤純
  • Organizer: 第51回生命科学夏の学校
  • Place of Presentation: 八王子セミナーハウス東京(招待講演)
  • Year and Date: 2011-09-02
• [Presentation] 核小体ダイナミクスとエネルギー代謝 (2011)
  • Author(s): 柳澤純
  • Organizer: 千葉・骨を守る会
  • Place of Presentation: ホテルランクス千葉(招待講演)
  • Year and Date: 2011-07-14
• [Presentation] 核小体ダイナミクス (2011)
  • Author(s): 柳澤純
  • Organizer: 第63回日本細胞生物学会大会
  • Place of Presentation: 北海道大学札幌(招待講演)
  • Year and Date: 2011-06-27
• [Presentation] 核小体のダイナミクスとその新機能 (2011)
  • Author(s): 柳澤純
  • Organizer: 平成23年度日本生化学会関東支部例会
  • Place of Presentation: 東京理科大学東京(招待講演)
  • Year and Date: 2011-06-25