生体におけるKeap1攻撃ストレスの時空間的分布と応答プログラムの解析

• Project Area: Signaling functions of reactive oxygen species
• Project/Area Number: 21117502
• 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: Tohoku University
• Principal Investigator: 本橋 ほづみ 東北大学, 大学院・医学系研究科, 准教授 (00282351)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000); Fiscal Year 2010: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2009: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
• Keywords: 親電子性物質 / 転写制御 / イメージング

Research Abstract

Keap1-Nrf2制御系は、活性酸素種・親電子性物質に対する応答システムとして、生体防御において重要な役割を果たしている。通常Keap1の作用により分解されているNrf2は、刺激により安定化し、生体防御系遺伝子群の発現をもたらす。Keap1は反応性の高いシステイン残基を複数有しており、活性酸素種・新電子性物質に応じてNrf2を安定化させるセンサーとして機能する。本研究では、生体における「Keap1攻撃ストレス」の時空間的分布を明らかにし、個々のKeap1攻撃ストレスがもたらす素反応が、個体という統合されたシステムにおいてどのように位置づけられるのかを明らかにすることを目的とした。
Keap1攻撃ストレスを生体においてモニタリングするために、Neh2-tdTomatoレポーターマウスを作成した。骨髄幹細胞分画に含まれる未分化骨髄細胞は、親電子性物質への曝露により、tdTomato蛍光を増強させ、Nrf2の標的遺伝子の発現上昇も確認できた。このことから、骨髄幹細胞において、Keap1-Nrf2制御系が利用されていることがわかる。さらに、同システムが正常骨髄幹細胞の維持に重要な貢献を果たしていることを示唆する結果を得た。
一方、Nrf2の活性制御の要であるKeap1のタンパク質量が積極的に制御を受けていることが明らかになった。Keap1タンパク質は、オートファジーにより分解されており、Keap1が親電子性物資により修飾をうけるとその分解が促進されることがわかった。さらに、Keap1が有する高反応性システインの中で、特定の残基の修飾が、オートファジーによる分解を促進することも明らかになった。親電子性物質に反応したあとのKeap1タンパク質の制御機構の解明により、親電子シグナルに対する応答の多様性が明らかになった。

Research Products

• [Journal Article] The Keap 1-Nrf2 system as an in vivo sensor for electrophiles. (2011)
  • Author(s): Uruno A, Motohashi H.
  • Journal Title: Nitric Oxide Volume: (未定 印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular mechanisms of the Keap1-Nrf2 pathway in stress response and cancer evolution. (2011)
  • Author(s): Taguchi K, Motohashi H, Yamamoto M.
  • Journal Title: Genes Cells Volume: 16 Pages: 123-140
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Inducible disruption of autophagy in the lung causes airway hyper-resp onsiveness. (2011)
  • Author(s): Inoue D, Kubo H, Taguchi K, Suzuki T, Komatsu M, Motohashi H, Yamamoto M.
  • Journal Title: Biochem Biophys Res Commun Volume: 405 Pages: 13-18
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular determinants for small Maf protein control of platelet production. (2011)
  • Author(s): Motohashi H, Fujita R, Takayama M, Inoue A, Katsuoka F, Bresnick EH, Yamamoto M.
  • Journal Title: Mol Cell Biol. Volume: 31 Pages: 151-162
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] MafB as a type I interferon rheostat. (2010)
  • Author(s): Motohashi H, Igarashi K.
  • Journal Title: Nat Immunol. Volume: 11 Pages: 695-696
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The critical role of nitric oxide signaling, via protein S-guanylation and nitrated cyclic GMP, in the antioxidant adaptive response. (2010)
  • Author(s): Fujii S, Sawa T, Ihara H, Tong KI, Ida T, Okamoto T, Ahtesham AK, Ishima Y, Motohashi H, Yamamoto M, Akaike T.
  • Journal Title: J Biol Chem. Volume: 285 Pages: 23970-23984
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Genetic analysis of cytoprotective functions supported by graded expression of Keap 1. (2010)
  • Author(s): Taguchi K, Maher JM, Suzuki T, Kawatani Y, Motohashi H, Yamamoto M.
  • Journal Title: Mol Cell Biol. Volume: 30 Pages: 3016-3026
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Genetic analysis of hierarchical regulation for Gatal and NF-E2 p45 gene expression in megakaryopoiesis. (2010)
  • Author(s): Takayama M, Fujita R, Suzuki M, Okuyama R, Aiba S, Motohashi H, Yamamoto M.
  • Journal Title: Mol Cell Biol. Volume: 30 Pages: 2668-2680
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Genetic analysis of hierarchical regulation for Gatal and NF-E2 p45 gene expression in megakaryopoiesis (2010)
  • Author(s): Takayama M, Fujita R, Suzuki M, Okuyama R, Aiba S, Motohashi H, Yamamoto M.
  • Journal Title: Mol Cell Biol (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The selective autophagy substrate p62 activates the stress response transcription factor Nrf2 through inactivation of Keap1 (2010)
  • Author(s): Komatsu M, Kurokawa H, Waguri S, Taguchi K, Kobayashi A, Ichimura Y, Sou Y.-S., Ueno I, Sakamoto A, Tong KI, Kim M, Nishito Y, Iemurs S.-i., Natsume T, Ueno T, Kominami E, Motohashi H, Tanaka K, Yamamoto M.
  • Journal Title: Nat Cell Biol 12 Pages: 213-223
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] NF-E2 domination over Nrf2 promotes ROS accumulation and megakaryocytic maturation (2010)
  • Author(s): Motohashi H, Kimura M, Fujita R, Inoue A, Pan X, Takayama M, Katsuoka F, Aburatani H, Bresnick EH, Yamamoto M.
  • Journal Title: Blood 115 Pages: 677-686
  • NAID: 40019431698
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural basis of alternative DNA recognition by Maf transcription factors (2009)
  • Author(s): Kurokawa H, Motohashi H, Sueno S, Kimura M, Takagawa H, Kanno Y, Yamamoto M, Tanaka T.
  • Journal Title: Mol Cell Biol 23 Pages: 6232-6244
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Constitutively active aryl hydrocarbon receptor expressed in T cells increases immunization-induced IFN-γ production in mice but does not suppress T_h2-cytokine production or antibody production (2009)
  • Author(s): Nohara K, Suzuki T, Ao K, Murai H, Miyamoto Y, Inouye K, Pan X, Motohashi H, Fujii-Kuriyama Y, Yamamoto M, Tohyama C.
  • Journal Title: Int Immunol 21 Pages: 769-777
  • NAID: 10025387030
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 転写因子Nrf2はヒト肺線癌細胞株A549でosteopontinの発現を増加させる (2010)
  • Author(s): 光石陽一郎, 本橋ほづみ, 貫和敏博, 山本雅之
  • Organizer: 第69回日本癌学会総会
  • Place of Presentation: 大阪国際会議場・リーガロイヤルホテル大阪
• [Presentation] Stress response of megakaryocytes alters inherent reactivity of platelets. (2010)
  • Author(s): Hozumi Motohashi, Rie Fujita, Hironori Satoh, Hiroyuki Aburatani, Masayuki Yamamoto.
  • Organizer: BMB2010第33回日本分子生物学会年会・第83回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド
• [Presentation] Electrophiles as potential anti-platelet reagents through modulation of gene expression in megakaryocytes. (2010)
  • Author(s): Hozumi Motohashi
  • Organizer: The 6th International Conference on the Biology, Chemistry, and Therapeutic Applications of Nitric Oxide.
  • Place of Presentation: Kyoto International Conference Center (ICC Kyoto)
• [Presentation] マウス胎生期における小Maf群因子の機能 (2009)
  • Author(s): 勝岡史城、中山博未、本橋ほづみ、Engel JD, 山本雅之
  • Organizer: 日本生化学会東北支部第75回例会・シンポジウム
  • Place of Presentation: 東北大学、仙台
  • Year and Date: 2009-05-09
• [Presentation] Modulation of megakaryocytic gene expression by electrophiles as a potential anti-platelet therapy (2009)
  • Author(s): 本橋ほづみ
  • Organizer: NAPA 2009
  • Place of Presentation: Jeju, Korea
• [Presentation] Identification of the target genes of transcription factor NF-E2 p45 in megakaryocytes (2009)
  • Author(s): 藤田理恵, 本橋ほづみ, 油谷浩幸, 山本雅之
  • Organizer: 第32回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
• [Presentation] TGF-beta suppresses transcription of Heme Oxigenase-1 through induction of MafK and Bach1 (2009)
  • Author(s): 沖田結花里, 鴨志田敦, 鈴木裕之, 伊東健, 本橋ほづみ, 五十嵐和彦, 山本雅之, 加藤光保
  • Organizer: 第32回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
• [Presentation] Nrf2 is degraded by Keap1-independent proteasome pathway in the absende of small Maf proteins (2009)
  • Author(s): 勝岡史城, 中山博未, 本橋ほづみ, 山本雅之
  • Organizer: 第32回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
• [Presentation] NF-E2 p45 N-terminal Region Is Essential for Transactivation Mediating Thrombogenesis (2009)
  • Author(s): 高山昌理子, 藤田理恵, 本橋ほづみ, 山本雅之
  • Organizer: Tohoku University Global COE for Conquest of Signal Transduction Diseases with "Network Medicine"
  • Place of Presentation: Gonryo-kaikan, Sendai
• [Presentation] Nrf2 is degraded by Keap1-independent degradation pathway in the absence of small Maf proteins (2009)
  • Author(s): 勝岡史城, 本橋ほづみ, 中山博未, 山本雅之
  • Organizer: 21st Century Advances in the Molecular Toxicology of Environmental Chemicals and Pathogenesis of Disease
  • Place of Presentation: University of Tokyo, Tokyo
• [Presentation] マウス胎生期における小Maf群因子の機能 (2009)
  • Author(s): 中山博未, 勝岡史城, 本橋ほづみ, 山本雅之
  • Organizer: 第82回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド
• [Presentation] 血小板形成における転写因子NF-E2 p45 N末端領域の重要性 (2009)
  • Author(s): 高山昌理子, 井上あい, 藤田理恵, 本橋ほづみ, 山本雅之
  • Organizer: 第82回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド
• [Presentation] Double-edged Sword of the Nrf2-Keap1 Stress Response System ; Carcino genesis and Cancer Chemoprevention (2009)
  • Author(s): Masayuki Yamamoto, Tatsuhiro Shibata, Ohta Tsutomu, Kit Tong, Hirofumi Kurokawa, Takafumi Suzuki, Keiko Taguchi, Hozumi Motohashi
  • Organizer: 第68回 日本癌学会学術総会シンポジウム
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
• [Presentation] 生体におけるKeap1/Nrf2制御系の機能貢献と応答機構 (2009)
  • Author(s): 本橋ほづみ、藤田理恵、鈴木隆史、Kit T.Tong、黒河博文、山本雅之
  • Organizer: 第62回日本酸化ストレス学会学術集会
  • Place of Presentation: 九州大学百年講堂