核ーミトコンドリアゲノム間の機能的不和合性を導入したモデル生物の作出

• Project Area: "Matryoshka"-type evolution of eukaryotes
• Project/Area Number: 24117503
• 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: 林 純一 筑波大学, 生命環境系, 教授 (60142113)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥11,180,000 (Direct Cost: ¥8,600,000、Indirect Cost: ¥2,580,000); Fiscal Year 2013: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000); Fiscal Year 2012: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
• Keywords: ミトコンドリア / ミトコンドリアゲノム / 突然変異 / 病態 / モデルマウス

Research Abstract

ミトコンドリアゲノム（mtDNA）の突然変異が様々な疾患の遺伝的原因になる可能性が示唆されていることを受け、変異型mtDNA分子種を起点とした多様な病態の理解や治療法の探索には、変異型mtDNA分子種を導入したモデル動物の作製と活用が効果的な研究戦略となる。しかし、個体のmtDNA分子を人工改変できないという技術的な限界から、モデル動物の作製は停滞し、当該研究領域の展開が遅延する原因となっている。そこで本研究では、共生関係の成立過程で「したたかに築かれた機能的・遺伝的連携」に不和合性を誘導し、ミトコンドリア機能異常を発症する新奇モデル細胞及びモデルマウスの作出を行う。さらにこれらのモデルを活用し、mtDNA分子種を起点とした多様な病態発症機構の理解を目指している。
前年度に引き続き、今年度は下記のような成果を得ている。
①前年度に、Mus caroliのmtDNAを一般的な実験用マウスの核と共存させると呼吸活性の低下が誘導されることを示していた。今年度は、このMus caroliのmtDNAをマウスES細胞に導入し、キメラマウスを得ることに成功した。
②また、C3H系統のマウス由来のmtDNAを有する細胞では低酸素に対する感受性が増加し、腫瘍形成力が低下していることを明らかにし、核とmtDNAの由来が異なることで細胞の性質に影響が出ることを突き止めた。
③さらに、tRNA Lysの遺伝子上に位置するG7731A変異を見出し、この変異を有するモデルマウスの作製に成功した。この変異を高い割合で有するマウスには呼吸活性の低下がみられ、病態モデルマウスとして有用であることが証明された。

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] Selection of rodent species appropriate for mtDNA transfer to generate transmitochondrial mito-mice expressing mitochondrial respiration defects. (2014)
  • Author(s): Enoki S, Shimizu A, Hayashi C, Imanishi H, Hashizume O, Mekada K, Suzuki H, Hashimoto T, Nakada K, Hayashi J
  • Journal Title: Exp Anim. Volume: 63 Pages: 21-30
  • NAID: 130003391604
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Transmitochondrial mice as models for primary prevention of diseases caused by mutation in the tRNA(Lys) gene. (2014)
  • Author(s): Shimizu A, Mito T, Hayashi C, Ogasawara E, Koba R, Negishi I, Takenaga K, Nakada K, Hayashi J
  • Journal Title: Proc Natl Acad Sci USA Volume: 111 Issue: 8 Pages: 3104-3109
  • DOI: 10.1073/pnas.1318109111
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Specific mtDNA mutations in mouse carcinoma cells suppress their tumor formation via activation of the host innate immune system. (2013)
  • Author(s): Imanishi H, Takibuchi G, Kobayashi T, Ishikawa K, Nakada K, Mori M, Kikkawa Y, Takenaga K, Toyama-Sorimachi N, Hayashi J
  • Journal Title: PLoS One Volume: 8 Issue: 9 Pages: e75981-e75981
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0075981
  • NAID: 120007136806
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Polymorphic mutations in mouse mitochondrial DNA regulate a tumor phenotype. (2013)
  • Author(s): Takibuchi G, Imanishi H, Morimoto M, Ishikawa K, Nakada K, Toyama-Sorimachi N, Kikkawa Y, Takenaga K, Hayashi J
  • Journal Title: Mitochondrion Volume: 13 Issue: 6 Pages: 881-887
  • DOI: 10.1016/j.mito.2013.07.117
  • NAID: 120007130592
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mitochondrial DNA with a large-scale deletion causes two distinct mitochondrial disease phenotypes in mice. (2013)
  • Author(s): Katada S, Mito T, Ogasawara E, Hayashi J, Nakada K
  • Journal Title: G3 (Bethesda) Volume: 3 Issue: 9 Pages: 1545-1552
  • DOI: 10.1534/g3.113.007245
  • NAID: 120007136822
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mitochondrial DNA mutations in mutator mice confer respiration defects and B-cell lymphoma development. (2013)
  • Author(s): Takayuki Mito, Yoshiaki Kikkawa, Akinori Shimizu, Osamu Hashizume, Shun Katada, Hirotake Tmaniahi Azusa Ota, Yukina Kato, Kazuto Nakada, Jun-Ichi Hayashi.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 8(2) Issue: 2 Pages: e55789-e55789
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0055789
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Specific mitochondrial DNA mutation in mice regulates diabetes and lymphoma development (2012)
  • Author(s): Hashizume O, Shimizu A, Yokota M, Sugiyama A, Nakada K, Miyoshi H, Itami M, Ohira M, Nagase H, Takenaga K, Hayashi J.
  • Journal Title: Proc Natl Acad Sci USA. Volume: 109(26) Issue: 26 Pages: 10528-33
  • DOI: 10.1073/pnas.1202367109
  • NAID: 120007137266
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Reverse Genetic Studies on Mutant Mitochondrial Genomes in Mice (2013)
  • Author(s): Nakada K, Hayashi J
  • Organizer: The 4th International Symposium on Dynamics of Mitochondria
  • Place of Presentation: Okinawa Zanpamisaki Royal Hotel, Okinawa, Japan
  • Invited
• [Presentation] 大会長講演：ミトコンドリアミステリー： ０＋０＝１ (2012)
  • Author(s): 林純一
  • Organizer: 第１２回日本ミトコンドリア学会年会
  • Place of Presentation: 筑波大学
  • Year and Date: 2012-12-20
  • Invited
• [Presentation] ミトコンドリア糖尿病のマウス逆遺伝学 (2012)
  • Author(s): 中田和人
  • Organizer: 第85回日本生化学会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場・マリンメッセ福岡
  • Year and Date: 2012-12-14
  • Invited
• [Presentation] 病原性ミトコンドリアゲノム変異のマウス逆遺伝学 (2012)
  • Author(s): 中田和人
  • Organizer: 第55回日本腎臓学会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2012-06-02
  • Invited
• [Remarks] Jun-Ichi Hayashi + Kazuto Nakada's Lab
  • URL: http://www.biol.tsukuba.ac.jp/~jih-kzt/
• [Remarks] Jun-Ichi Hayashi + Kazuto Nakada's Lab
  • URL: http://www.biol.tsukuba.ac.jp/~jih-kzt/