老化およびミトコンドリア病に係わるミトコンドリア遺伝子変異

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04404029
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 小澤 高將 名古屋大学, 医学部, 教授 (80022771)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 早川 美佳 名古屋大学, 医学部, 助手 (10238090) ; 田中 雅嗣 名古屋大学, 医学部, 助教授 (60155166)
• Keywords: ミトコンドリア病 / 老化 / ミトコンドリアDNA / 酸化的DNA損傷 / 8-hydroxydeoxyguanosine / 遺伝子欠失 / 点変異 / ラジカル脆弱性

Research Abstract

ミトコンドリア病の病態および老化にともなう退行性病変におけるミトコンドリア異常の関与を分子生物学的に明らかにするため、ヒトmtDNAをPCR法により増幅し、その全塩基配列を迅速に決定する系を構築した。多数の症例についてmtDNAの全塩基配列を解析した結果、ミトコンドリア内の蛋白合成異常をもたらすtRNA遺伝子およびrRNA遺伝子の塩基置換のみならず、mRNA遺伝子におけるアミノ酸置交を伴う塩基置換などの多様なmtDNA変異が見い出された。一方、若年者から高齢者まで20症例のヒト剖検心筋よりmtDNAを抽出し、心筋において欠失を有するmtDNAの量およびグアニンの酸素付加物である8-ヒドロキシグアニン(8-OH-dG)の量を分析した結果、欠失mtDNAと8-OH-dGの両者が加齢と共に蓄積し、指数関数的に増加することが明らかになった。mtDNAの酸化的損傷によって、点変異のみならず欠失も誘発されると考えられた。また逆に、欠失mtDNAに由来する異常な遺伝子産物が合成され、電子伝達系の構築に異常をきたすことによって呼吸鎖からの活性酸素ラジカルの漏出が高まり、mtDNAへの酸化的損傷が増大するといった悪循環が生じていると考えられた。アミノ酸置換の中には遺伝子産物のラジカル脆弱性を高める変異も含まれていた。このような変異を有する個体においては、加齢に伴ってmtDNAの点変異・欠失が指数関数的に蓄積しミトコンドリアにおける蛋白合成能が低下した時、サブユニット蛋白の不安定性が顕在化し、電子伝達系の活性低下が加速され、早発性の加齢現象がもたらされると推定される。mtDNAの塩基配列の多様性が、加齢に伴うエネルギー産生系の機能低下の時間経過における個体差の基礎となっている可能性を検討する必要があろう。このように母系遺伝によって伝えられた幾つかのmtDNA変異が複合し、さらに後天的にmtDNAに蓄積する点変異および欠失がこれらに加わって、ミトコンドリア病の病態および老化にともなう退行性病変に関与しているものと考えられた。

Research Products

• [Publications] Y.Mizuno: "Mitochondrial energy crisis in Parkinson's disease." Adv Neurol. 60. 282-7 (1993)
• [Publications] T.Ito: "Mitochondrial DNA mutations in cardiomyopathy." Jpn Circ J. 56. 1045-53 (1992)
• [Publications] M.Kanai: "Mitochondrial dysfunction in the non-obstructed lobe of rat liver after selective biliary obstruction." Hepatogastroenterology. 39. 385-91 (1992)
• [Publications] T.Obayashi: "Point mutations in mitochondrial DNA in patients with hypertrophic cardiomyofpthy." Am.Heart J.24. 1263-1269 (1992)
• [Publications] K.Sahashi: "Increased mitochondrial DNA deletions in the skeletal muscle of myotonic dystrophy." Gerontology. 38. 18-29 (1992)
• [Publications] K.Torii: "Aging-associated deletions of human diaphragmatic mitochondrial DNA." Am J Respir Cell Mol Biol. 6. 543-9 (1992)
• [Publications] H.Yamamoto: "Significant existence of deleted mitochondrial DAN in cirrhotic liver surrounding hepatic tumor." Biochem Biophys Res Commun. 182. 913-20 (1992)
• [Publications] Hayakawa M.: "Age-associated oxygen damage and mutations in mitochondrial DNA in human hearts." Biochem.Biophys.Res.Commun.189. 979-985 (1992)
• [Publications] Hayakawa M.: "Age-associated damage in mitochondrial DNA in human hearts." Mol.Cell.Biochem.
• [Publications] Hayakawa M.: "Conversion of deoxygyanosine into 8-hydroxydeoxyguanosine in mouse liver mitochondrial DNA by administration of azidothymidine." Immunigherapy.
• [Publications] Takasawa M.: "Age-accociated damage in mitochondrial function in rat hearts." Exp.Gerontol.