カテコ-ルアミンニュ-ロンの構築、機能、及び病態に関する分子遺伝学的研究

1991 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03102004
• Research Institution: Fujita Health University
• Principal Investigator: 永津 俊治 藤田保健衛生大学, 総合医科学研究所(神経化学), 教授 (40064802)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 萩原 昌子 名古屋大学, 医学部, 技官(教務職員) (00231514) ; 小林 和人 藤田保健衛生大学, 総合医科学研究所(神経化学), 助手 (90211903) ; 一瀬 宏 藤田保健衛生大学, 総合医科学研究所(神経化学), 助手 (90192492)
• Keywords: カテコ-ルアミン神経 / チロシン水酸化酵素 / 芳香族アミノ酸脱炭酸酵素 / ド-パミンβー水酸化酵素 / フェニルエタノ-ルアミンNーメチル転移酵素 / 遺伝子発現 / 分子生物学 / トランスジェニックマウス

Research Abstract

本研究課題について平成3年度に得られた新たな知見と今後の研究計画について分担研究ごとに要約した。
1.チロシン水酸化酵素の調節機構
ヒトチロシン水酸化酵素(TH)に存在する4種類のmRNAの多型性について、組織、年齢に伴う発現様式の変化を解析した。複数の生物種におけるTH多型性を検討した結果、ヒト以外にサルにおいても複数のTH mRNAの存在が検出された。また大腸菌におけるTHタンパク質の発現系を開発した。
2.カテコ-ルアミン合成酵素遺伝子の発現機構
ヒトTH及びド-パミンβー水酸化酵素(DBH)遺伝子プロモ-タ-にレポ-タ-を連結した融合遺伝子、及びヒトフェニルエタノ-ルアミンNーメチル転移酵素(PNMT)ミニ遺伝子を導入したトランスジェニックマウスを作製した。DBH遺伝子プロモ-タ-に関しては、上流4ーkbの領域に神経及び副腎髄質のノルアドレナリン細胞で発現するためのシス・エレメントの存在することが明らかになった。ヒトTH及びPNMT遺伝子のプロモ-タ-の発現特異性については現在解析中である。ヒト芳香族アミノ酸脱炭酸酵素(AADC)遺伝子を解析し、5′上流領域の塩基配列を決定し、さらに本遺伝子が第7染色体p12.1ー12.3に存在することを明らかにした。
3.トランスジェニックマウスを用いた神経機能の解析
カテコ-ルアミンの特異性を人工的に変換するために、ヒトTH遺伝子プロモ-タ-/DBHcDNAあるいはPNMTcDNAの融合遺伝子、及びヒトDBH遺伝子プロモ-タ-/PNMTcDNAの融合遺伝子を導入したトランスジェニックマウスを作製した。後者のトランスジェニックマウスの脳、交感神経節、副腎において、ノルアドレナリンとアドレナリンのレベルに顕著な変化が生じ、ノルアドレナリン細胞においてPNMTを発現させることによって、この細胞をアドレナリン細胞に変換することに成功した。現在、カテコ-ルアミン特異性の変換に伴う生理機能の変化について詳細な解析を行っている。
4.精神・神経疾患への分子生物学的アプロ-チ
THの量的増加と神経疾患との関連性を調べるため、ヒトTH遺伝子の全領域を導入したトランスジェニックマウスを作製し、THの過剰発現を試みた。導入遺伝子は神経及び副腎髄質で組織特異的に発現し、内在のマウスTHに比較して、mRNAレベルで約50倍、タンパク質レベルで約3倍の増加が検出された。またDBHを欠損した自律神経失調症の病態モデル動物を開発するために、遺伝子標的法によるトランスジェニックマウスの作製を進めている。

Research Products

• [Publications] N.Kaneda: "Tissue-specific and high-level expression of the human tyrosine hydroxylase gene in transgenic mice" Neuron. 6. 583-594 (1991)
• [Publications] T.Nagatsu: "Comparative studies on the structure of human tyrosine hydroxylase with those of the enzyme of various mammals" Comp.Biochem.Physiol.98C. 203-210 (1991)
• [Publications] A.Ishii: "Expression of two forms of human dopamineーβーhydroxylase in COS cells" Neurosci.Lett.125. 25-28 (1991)
• [Publications] S.Ichikawa: "Primary structure of mouse tyrosine hydroxylase deduced from its cDNA" Biochem.Biophys.Res.Commun.176. 1610-1616 (1991)
• [Publications] S.Ichikawa: "Expression of mouse tyrosine hydroxylase in Exherichia coli" Biochem.Biophys.Res.Commun.178. 664-671 (1991)
• [Publications] H.Ichinose: "Cloning and sequencing of cDNA encoding human sepiapterin reductase" Biochem.Biophys.Res.Commun.179. 183-189 (1991)
• [Publications] K.Kiuchi: "Limited proteolysis of tyrosine hydroxylase by Ca^<2+>-activated neutral protease(calpain)" Biochemistry. 30. 10416-10419 (1991)
• [Publications] I.Nagatsu: "Expression in brain sensory neurons of the transgene in transgenic mice carrying human tyrosine hydroxylase gene" Neurosci.Lett.127. 91-95 (1991)
• [Publications] K.Yamada: "Enhanced expression of human tyrosine hydroxylase in the lower brainstem of transgenic mice" Neurosci.Lett.134. 57-61 (1991)
• [Publications] T.Nagatsu: "Genes for human catecholamine-synthesizing enzymes" Neurosci.Res.12. 315-345 (1991)
• [Publications] N.Iwata: "Structure of the mouse tyrosine hydroxylase gene" Biochem.Biophys.Res.Commun.182. 348-354 (1992)
• [Publications] S.Nasrin: "Comparison of characteristics of bovine aromatic L-amino acid decarboxylase with human enzyme" Biochem.Biophys.Acta. 1118. 318-322 (1992)
• [Publications] K.Kobayashi: "Genetic alteration of catecholamine specificity in transgenic mice" Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 89. 1631-1635 (1992)
• [Publications] C.Sumi-Ichinose: "Molecular cloning of genomic DNA and chromosomal assignment of the gene for human aromatic L-amino acid decarboxylase,the enzyme for catecholamine and serotonin biosynthesis" Biochemistry.
• [Publications] S.Morita: "Organization and complete nucleotide sequence of the gene encoding mouse phenylethanolamine N-methyltransferase" Mol.Brain Res.
• [Publications] T.Nagatsu: "Parkinson's Disease.From Clinical Aspects to Molecular Basis" Springer-Verlag, 220 (1991)
• [Publications] H.Ichinose: "Enzymes Dependent on Pyridoxal Phosphate and Other Carbonyl Compounds as Cofactors" Pergamon Press, 656 (1991)
• [Publications] T.Nagatsu: "International Workshop Berlin Parkinson's Disease" Medicom, 415 (1991)
• [Publications] T.Nagatsu: "Neurotransmitter Regulation of Gene Transcription" Thieme Medical Publishers, (1991)
• [Publications] T.Nagatsu: "Stress:Neuroendocrine and Molecular Approaches" Gordon and Breach Science Publishers, (1992)