対称・非対称性アルギニンメチル化と多能性維持機構

• Project Area: Crosstalk of transcriptional control and energy pathways by hub metabolites
• Project/Area Number: 24116522
• 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: Keio University
• Principal Investigator: 永松 剛 慶應義塾大学, 医学部, 助教 (70453545)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥9,880,000 (Direct Cost: ¥7,600,000、Indirect Cost: ¥2,280,000); Fiscal Year 2013: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2012: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
• Keywords: アルギニンメチル化 / Prmt / 幹細胞 / 多能性 / 多能性幹細胞

Research Abstract

生体内で生殖細胞の発生運命を制御している因子は試験管内で体細胞を多能性幹細胞へとリプログラミングする活性を持つのではないかと考え、Klf4,Oct3/4にアルギニンメチル化酵素（Prmt）の一つであるPrmt5を加えることによって多能性幹細胞を誘導できることを見出した。一方で、Prmt1/3/4/6を阻害するAMI-5を加えることで体細胞リプログラミングの効率を上昇させるという報告がなされた。これらのPrmt間ではタンパク質内のアルギニンをモノメチル化し、後にジメチル化する際に非対称性にメチル基を付加する酵素（Type I）であるか、対称性にメチル基を付加する酵素（Type II）であるか、が異なっている。申請者の見出したリプログラミング活性を持つPrmt5は対称性にメチル基を付与し、阻害によりリプログラミング効果が上昇するPrmt1/3/4/6は非対称性にメチル基を付与する。これらのことから対称性のジメチル化は多能性幹細胞を支持する方向性があり、逆に非対称性のジメチル化は多能性幹細胞を支持しない方向性がある可能性が考えられる。対称性アルギニンメチル化の基質を同定するため多能性幹細胞において対称ジメチルアルギニン抗体を用いて検討した。多能性幹細胞では体細胞と比べて特徴的な修飾状態を示す傾向がみられた。これら特徴的な修飾状態を示すタンパク質に関して2次元電気泳動およびにマススペクトロメトリーによる同定を試みた。タンパク質の発現そのものは多能性幹細胞と分化細胞で差がないもののアルギニンのメチル化状態で大きく差があるものに着目した。候補因子の中にはミトコンドリアに極在することが報告されているProhibitinやHsp90が含まれており、さらに解糖系からクエン酸回路への以降を制御する重要な酵素であるPyruvate dehydrogenase （PDH）も含まれている。そのためアルギニン修飾によるエネルギー代謝調節によって多能性幹細胞の分化運命が制御されている可能性が考えられる。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Identification of drug candidate against prostate cancer from the aspect of somatic cell reprogramming. (2014)
  • Author(s): Kosaka T, Nagamatsu G, Saito S, Oya M, Suda T, Horimoto K
  • Journal Title: Cancer Sci Volume: 104 Issue: 8 Pages: 1017-1026
  • DOI: 10.1111/cas.12183
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nucleostemin is indispensable for the maintenance and genetic stability of hematopoietic stem cells. (2013)
  • Author(s): Yamashita M, Nitta E, Nagamatsu G, Ikushima YM, Hosokawa K, Arai F, Suda T
  • Journal Title: Biochem Biophys Res Commun. Volume: 441 Issue: 1 Pages: 196-201
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2013.10.032
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Conversion of primordial germ cells to pluripotent stem cells: methods for cell tracking and culture conditions. (2013)
  • Author(s): Nagamatsu G, Suda T.
  • Journal Title: Methods in Molecular Biology. Volume: 1052 Pages: 49-56
  • DOI: 10.1007/7651_2013_24
  • ISBN: 9781627035583, 9781627035590
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Regulation of glycolysis by Pdk functions as a metabolic checkpoint for cell cycle quiescence in hematopoietic stem cells. (2013)
  • Author(s): Takubo K
  • Journal Title: Cell Stem Cell Volume: 12 Issue: 1 Pages: 49-61
  • DOI: 10.1016/j.stem.2012.10.011
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Posttranscriptional Regulation of Histone Lysine Methyltransferase GLP in Embryonic Male Mouse Germ Cells. (2013)
  • Author(s): Deguchi K, Nagamatsu G, Miyachi H, Kato Y, Morita S, Kimura H, Kitano S, Hatada I, Saga Y, Tachibana M, Shinkai Y.
  • Journal Title: Biol Reprod Volume: 88 Issue: 2 Pages: 36-36
  • DOI: 10.1095/biolreprod.112.103572
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Induction of pluripotent stem cells by each of the known reprogramming factors from primordial germ cells. (2013)
  • Author(s): Nagamatsu G
  • Journal Title: Stem Cells Volume: 31 Issue: 3 Pages: 479-487
  • DOI: 10.1002/stem.1303
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Optimal ratio of transcription factors for somatic cell reprogramming. (2012)
  • Author(s): Nagamatsu G
  • Journal Title: J Biol Chem Volume: 287 Issue: 43 Pages: 36273-36282
  • DOI: 10.1074/jbc.m112.380683
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Tracing the conversion process for primordial germ cells to pluripotent (2012)
  • Author(s): Nagamatsu G
  • Journal Title: Biol Reprod Volume: 86 Issue: 6 Pages: 182-182
  • DOI: 10.1095/biolreprod.111.096792
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Conversion of Primordial Germ Cells to Pluripotent Stem Cells. (2013)
  • Author(s): Ｎａｇａｍａｔｓｕ Ｇｏ
  • Organizer: The 4th Symposium on Systems and Synthetic Biology (TriSys 2013)
  • Place of Presentation: Hong Kong (China)
  • Invited
• [Presentation] Different signaling for pluripotency acquisition in each stage of primordial germ cells (2012)
  • Author(s): Nagamatsu G, Kosaka T, Takubo K, Oya M, Suda T.
  • Organizer: International Society for Stem Cell Research 10th Annual Meeting
  • Place of Presentation: Yokohama (Japan)
  • Year and Date: 2012-06-13
• [Presentation] Symmetric and asymmetric dimethylation of arginine for the regulation of pluripotent stem cells. (2012)
  • Author(s): Nagamatsu G
  • Organizer: The International Symposium on CVM-CNU
  • Place of Presentation: Gwangju (Korea)
  • Invited