細胞の増殖・分化を支配する情報伝達系ーGTP結合蛋白質とくに百日咳毒素(IAP)標的蛋白質の役割を中心にー

• Project/Area Number: 63060005
• Research Category: Grant-in-Aid for Specially Promoted Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 宇井 理生 東京大学, 薬学部, 教授 (50001037)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 堅田 利明 東京工業大学, 理学部, 教授 (10088859) ; 榎本 武美 東京大学, 薬学部, 講師 (80107383) ; 花岡 文雄 東京大学, 薬学部, 助教授 (50012670)
• Project Period (FY): 1988 – 1991
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1991)
• Budget Amount: ¥279,000,000 (Direct Cost: ¥279,000,000); Fiscal Year 1991: ¥51,000,000 (Direct Cost: ¥51,000,000); Fiscal Year 1990: ¥60,000,000 (Direct Cost: ¥60,000,000); Fiscal Year 1989: ¥60,000,000 (Direct Cost: ¥60,000,000); Fiscal Year 1988: ¥108,000,000 (Direct Cost: ¥108,000,000)
• Keywords: GTP結合蛋白質 / 百日咳毒素(IAP) / 細胞増殖 / 蛋白質のADPリボシル化 / 細胞周期 / 百日咳素素(IAP) / 細胞膜受容体

Research Abstract

細胞の増殖に関しては、EGFの受容体を過剰に発現しているA431細胞で、この受容体の刺激の結果としての増殖の亢進、抑制とともにG蛋白質を介して行われることを実証した。成熟ラットの肝細胞はα_1アドレナリン作動性受容体のみで交感神経の支配を受けるが、初代培養系に移し、低細胞密度で細胞を増殖させると急速にβ_2受容体が発現してくる。この時β_2受容体刺激はG_sを介してcAMPを産生させ、この情報がG_1期の後期に与えられれば、EGF、インシュリンの存在で細胞はS期に入る。一方、増殖を抑えるために高細胞密度で初代培養を行うとα_1受容体を介する応答が継続する。この時もEGF、インシュリン共存下で、この受容体刺激は多くの細胞をS期に移行させるが、この刺激(G_δを介するホスホリパ-ゼC活性化とそれに続くCa^<2+>動員)はG_0→G_1の初期1〜2時間でよい。細胞の分化に関してはHL60細胞を2時間、単独ではこの細胞を分化させない濃度のビタミンA、活性型ビタミンD_3、グルココルチコイドで核内受容体を刺激すると、同様に単独では細胞を分化させないINFδ、TNFα、PGE_2、PGF_2αに応答して細胞は分化した。これら細胞膜受容体刺激の効果は百日咳毒素によって完全に消失し、G蛋白質の関与が証明された。すなわち、核内受容体を介してある種の遺伝子が発現して、G蛋白質を介する細胞内情報経路が開くと考えられる。事実、これら細胞膜受容体刺激は核内受容体刺激後の細胞に限ってアラキドン酸遊離を惹起した。生物の進化とG蛋白質の関連については、線虫の細胞中にGi、Goの共通配列ペプチドに対して作製した抗体によって認識されるG蛋白質が存在し、一方アデニレ-トシクラ-ゼ活性がGTP結合蛋白質を介して調節されることを見出した。細胞性粘菌ではcAMP受容体がGTP結合蛋白質を介してアデニレ-トシクラ-ゼを活性化する。これら下等生物におけるGTP結合蛋白質の同定が今後の課題である。

Research Products

• [Publications] T.Maehama: "Indentification of a botulinum C_3-like enzyme in bovine brain that catalyzes ADP-ribosylation of GTP-binding proteins." J.Biol.Chem.266. 10062-10065 (1991)
• [Publications] U.Tomita: "Direct activation of GTP-binding proteins by venom peptides that contain cationic clusters within their alpha-helical structures." Biochem.Biophys.Res.Commun.178. 400-406 (1991)
• [Publications] H.Shibasaki: "Amino acid scquence determination of the novel form of Goα purified from bovine brain membranes." FEBS Lett.258. 268-270 (1991)
• [Publications] N.Masuda: "Possible involvement of GTP-binding proteins in growth regulation of human epidermoid carcinoma Cell line A431." FEBS Lett.291. 9-12 (1991)
• [Publications] Y.Ohoka: "Purification and characterization of a new GTP-binding protein of Mr 24,000 in boving brain membranes." J.Biochem.109. 428-435 (1991)
• [Publications] M.Tohkin: "Interaction of guanine-nucleotide-binding regulatory proteins with chemotactic peptide receptors in differentiated human leukemic HL-60 Cells." Eur.J.Biochem.195. 527-533 (1991)
• [Publications] T.Eki: "Isolation of temperatureーsensitive cell cycle mututants from mouse FM3A cells.Characterization of mutants with special reference to DNA replication." J.Biol.Chem.265. 26-33 (1990)
• [Publications] A.Inanobe: "Characterization of four G_0ーtype proteins purified from bovine brain membranes." FEBS Lett.263. 369-372 (1990)
• [Publications] S.Kikkawa: "Conversion of GDP into GTP by nucleotide diphosphate Kinase on the GTPーbinding proteins." J.Biol.Chem.265. 21536-21540 (1990)
• [Publications] I.Kobayashi: "Purification and Characterization of five different α subunits of guanineーnucleotideーbinding proteins in bovine brain membrane." Eur.J.Biochem.191. 499-506 (1990)
• [Publications] M.Saijo: "Purification and characterization of typeII DNA topoisomerase from mouse FM3A cells." Biochemistry. 28. 583-590 (1990)
• [Publications] Y.Murayama: "Distinctive regulation of the functional linkage between human cationーindependent mannoose 6ーphosphote receptor and GTPーbinding proteins by ins linーlike growth factorーII and mannose 6ーPhosphote." J.Biol.Chem.265. 17456-17462 (1990)
• [Publications] M.Ui: "ADPーribosylating Toxins and G Proteins:Insights into Signal Transduction" ASM Publications, 33 (1990)
• [Publications] M.Ui: "The Biology and Medicine of Signal Transduction" Reven Press, 7 (1990)
• [Publications] Suzuki,M.: "DNA primase-DNA polymerase α assembly from mouse FM3A cells.Purification of constituting enzymes,reconstitution,and analysis of RNA priming as coupled to DNA synthesis." J.Biol.Chem.264. 10065-10071 (1989)
• [Publications] Ohtsuka,T.: "Actiavator protein supporting the botulinum ADP-ribosyltransferase reaction." J.Biol.Chem.264. 15000-15005 (1989)
• [Publications] Murayama,T.: "Enhancement of adenosine A_2 and prostaglandin E_1 receptor-mediated cAMP generation by prior exposure of swiss 3T3 fibroblasts to Ca^+-mobilizing receptor agonists or phorbol ester." J.Boil.Chem.264. 15186-15191 (1989)
• [Publications] Kurachi,Y.: "Arachidonic acid metabolites as intracellular modulators of the G protein-gated cardiac K^+ channel." Nature(London). 337. 555-557 (1989)
• [Publications] Hoshino,S.: "A human homologue of the yeast GST1 gene codes for a GTP-binding protein and is expressed in a proliferation-dependent manner in mammalian cells." EMBO J.8. 3807-3814 (1989)
• [Publications] Matsumoto,K.: "Tissue-specific DNA binding of nuclear proteins that bind to the adenovirus inverted terminal repeat." J.Biochem.105. 927-932 (1989)
• [Publications] Ui,M.: "G proteins and Calcium Mobilization" CRC Press, 160 (1989)
• [Publications] Ui,M.: "ADP-ribosylating Toxins and G Proteins:Insights into Signal Transduction." ASM Publications, 245 (1989)
• [Publications] T.Terashima;T.Katada;M.Oinuma;Y.Inoue;M.Ui: Brain Res.442. 305-311 (1988)
• [Publications] H.Saito;F.Okajima;T.F.P.Malski;R.I.Sha'afi;M.Ui;T.Ishizaka: Proc.Nath.Acad.Sci.USA. 85. 2504-2508 (1988)
• [Publications] H.Itoh;T.Katada;M.Ui;H.Kawasaki;K.Suzuki;Y.Kaziro: EFBS Lett.230. 85-89 (1988)
• [Publications] F.Okada;Y.Tokumitsu;M.Ui: J.Neurochem.51. 194-199 (1988)
• [Publications] T.Murakami;F.Okajima;M.Ui: Horm.Metabal.Res.20. 460-461 (1988)
• [Publications] T.Katada;S.Imai;M.Tohkin;M.Ui: J.Blol.Chem.(1989)
• [Publications] M.Ui: "pathogenesis and Immunity in Pertussis" John Wiley&Sons, 121-145 (1988)
• [Publications] M.Ui;F.Okajima;T.Katada;M.U;: "Advances in Second Messenger and Phosphoprotein Research." Raven Press, 39-45 (1988)