脳・神経細胞の維持における活性酸素によるDNA傷害の修復機構の役割

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10480218
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 中別府 雄作 九州大学, 生体防御医学研究所, 教授 (30180350)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 冨永 洋平 九州大学, 生体防御医学研究所, 助手 (90304823)
• Keywords: 活性酸素 / 8-オキソグアニン / 2-ハイドロキシアデニン / ミトコンドリア / 神経変性 / パーキンソン病 / 筋萎縮性側索硬化症

Research Abstract

我々は、脳・神経細胞の維持における活性酸素によるDNA傷害の修復機構の役割を解明する目的で,「DNAの酸化障害とその防御機構」について研究を進め、ヒト脳・神経細胞が酸化されたDNAを効率よく修復する酵素とそのヌクレオチド前駆体の酸化体を分解、排除する酵素を備えていることを明らかにした。
(A)MTH1蛋白質がdGTPおよびdATPの酸化で生じる8-oxo-dGTP,2-OH-dATP,8-oxo-dATPをデオキシヌクレオシド一リン酸に分解する活性,酸化型プリンヌクレオシド三リン酸分解酵素活性(Oxidized Purine Nucleoside Triphosphatase)を持つ事を明らかにした。
(B)OGG1遺伝子は,DNA中のシトシンと対合している8-オキソグアニンを特異的に切り出す8-オキソグアニンDNAグリコシラーゼをコードするが,スプライシングの違いにより核型(OGG1-1a)とミトコンドリア型(OGG1-2a)が合成されることを明らかにした。
(C)MYH遺伝子はDNA中の8-オキソグアニンが複製時に誤って対合したアデニンを特異的に切り出すアデニンDNAグリコシラーゼをコードするとされていたが,アデニンの酸化体2-OH-アデニンをDNA中から除去修復する活性を持つことを明らかにした。
このような酵素群は,核とミトコンドアリアに存在することから,核とミトコンドリアのゲノムを維持するためには,酸化DNA損傷の修復機構が重要と考えられる。
さらに,これらの蛋白質の筋萎縮性側索硬化症(ALS)とパーキンソン病(PD)患者における発現解析を進め,(1)ALS,PDともに患者の変性部位の神経細胞に酸化塩基「8-オキソグアニン」が蓄積していること,(2)さらにPD患者においてはMTH1蛋白質の発現亢進,(3)ALS患者においてはミトコンドリア型OGG1蛋白質の発現低下を認めた。以上の結果はヒトの脳・神経細胞の障害にDNAの酸化損傷の蓄積,あるいはその修復系の異常が関与する可能性を示唆する。

Research Products

• [Publications] Nishioka K,Ohtsubo T,Oda H,Fujiwara T,Kang D,Sugimachi K,and Nakabeppu Y.: "Expression and differential intracellular localization of two major forms of human 8-oxoguanine DNA glycosylase encoded by alternatively spliced OGG1 mRNAs."Molecular Biology of the Cell. 10,(5). 1637-1652 (1999)
• [Publications] Ito M,Yoshioka K,Akechi M,Yamashita S,Takamatsu N,Sugiyama K,Hibi M,Nakabeppu Y,Shiba T,and Yamamoto K.: "JSAP1,a novel JNK-binding protein that functions as a sacffold factor in the JNK signaling pathway."Molecular and Cellular Biology. 19,(11). 7539-7548 (1999)
• [Publications] Oda,H.,Taketomi,A,Maruyama,I..,Itoh,R.,Nishioka,K.,Yakushiji,H.,Suzuki,T.,Sekiguchi,M.,and Nakabeppu,Y.: "Multi-forms of Human MTH1 Polypeptides Produced by Alternative Translation Initiation and Single Nucleotide Polymorphism."Nucleic Acid Research. 27,(22). 4335-4343 (1999)
• [Publications] Fujii,Y.,Shimokawa,H.,Sekiguchi,M.,and Nakabeppu,Y.: "Functional significance of the conserved residues for the 23 residue module among MTH1 and MutT family proteins."Journal of Biological Chemistry. 274(53). 38251-38259 (1999)
• [Publications] Shimura-Miura H,Hattori N,Kang D,Miyako K,Nakabeppu Y and Mizuno Y.: "Increase of 8-oxo-dGTPase(hMTH1)in Mitochondria of Nigrostriatum of Parkinsonian Brain"Annals of Neurology. 46(6). 920-924 (1999)
• [Publications] Ohtsubo T,Nishioka K.,Imaiso Y,Iwai S,Shimokawa H,Oda H,Fujiwara T,and Nakabeppu,Y.: "Identification of human MutY homolog(hMYH)as a repair enzyme for 2-hydroxyadenine in DNA and detection of multi-forms of hMYH located in nuclei and mitochondria."Nucleic Acid Research. 28(6)(印刷中). (2000)