ミトコンドリアDNAのヘテロプラスミー維持と遺伝における膜ダイナミクスの役割

Research Project

Project/Area Number	21K06080
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 43030:Functional biochemistry-related
Research Institution	Osaka University
Principal Investigator	小笠原絵美大阪大学, 大学院理学研究科, 助教 (70778274)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000) Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000) Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000) Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Keywords	ミトコンドリアDNA / ヘテロプラスミー / ミトコンドリアダイナミクス
Outline of Research at the Start	変異型mtDNAの存在比率（変異率）の上昇は、ミトコンドリア病をはじめ多様な疾患の原因となる。しかし、mtDNAの細胞質遺伝の根源的理解は十分に進んでおらず、変異率の上昇機構は不明である。本研究計画では、ミトコンドリアの動的特性に着目し、「mtDNAの配置・分布」や「ミトコンドリアの融合・分裂」による変異率の制御機構を解析する。ヘテロプラスミー制御の分子基盤を構築することで、多コピー存在するmtDNAの中から、複製・維持されていくmtDNAの選別と遺伝の解明を目指す。
Outline of Annual Research Achievements	哺乳動物細胞では単一細胞内に数百から数千コピーのミトコンドリアDNA (mtDNA) が存在しており、mtDNAに変異が導入されると正常型mtDNAと変異型mtDNAの混在するヘテロプラスミーと呼ばれる状況になる。ヘテロプラスミーにおいては、変異型mtDNAの割合（変異率）が一定値を超えて高くなると、ミトコンドリア機能が低下し、様々な疾患と関連することが知られている。本研究ではmtDNAの選別と遺伝様式の解明を目指すことを目的に、「ミトコンドリアの融合・分裂」やそれに伴う「mtDNAの配置・分布」を含むミトコンドリアの動的特性に着眼したヘテロプラスミーの制御機構の解析を行っている。今年度は、昨年度に樹立に成功した様々な変異率で変異型mtDNAを含有する一連の細胞系列を用いて、ミトコンドリア形態及びmtDNAの分布と変異率の関係性の解析をさらに進め、ミトコンドリア膜の動態変化が変異率制御、つまりmtDNAの細胞質遺伝に果たす役割の理解を深めることができた。また、mtDNAの配置・分布に着目して解析を進めたところ、これらがヘテロプラスミーにおけるミトコンドリアの機能制御に与える影響が明らかになり、その分子機構解析を進めることができた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 昨年度、樹立に成功した変異型mtDNAを様々な変異率で含有する一連の細胞系列を用いることでmtDNAヘテロプラスミーとミトコンドリア膜ダイナミクスの一連の変動を詳細に解析することができた、ミトコンドリア膜動態変化に伴う変異率制御に関わる有力な候補因子が得られてきた。さらに、mtDNAヘテロプラスミー状態におけるmtDNAの配置・分布がミトコンドリアの機能制御に与える影響、その分子機構の理解も大きく進み、概ね当初の目的通りに進んでいる。
Strategy for Future Research Activity	引き続き、樹立した一連の細胞系列を用いて変異mtDNAの遺伝制御の解析を進める。特に、今年度に得られた候補因子を中心に分子機構の解析を進めていく。また、個体におけるmtDNA遺伝制御の解析を進めるために変異mtDNA含有マウスの解析を進めていく。