Regulation of circadian clock by cell growth factor polyamines

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K08244
• Research Institution: Chiba Institute of Science
• Principal Investigator: 照井 祐介 千葉科学大学, 薬学部, 教授 (60433687)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: ポリアミン / 時計遺伝子 / 遺伝子発現制御 / 概日リズム / 翻訳 / 生体分子

Outline of Annual Research Achievements

ポリアミンは、主にRNAと相互作用し特定蛋白質の発現を翻訳レベルで促進する。体内時計はポリアミンと同様に全身に存在しており、これらの体内時計を分子レベルで調節しているのは、時計遺伝子と呼ばれる転写因子Bmal1/Clock並びにPer/Cryの複合体であり、様々な生理機能を制御している。本研究では、時計遺伝子に着目し、体内時計に果たすポリアミンの役割について解析した。
マウス線維芽細胞NIH3T3をデキサメタゾンで同調させ、ポリアミンの細胞内濃度を4時間ごとに測定した結果、24時間周期の概日リズムを刻んでいることを見出した。そこで、Bmal1やPer2などの時計遺伝子のmRNA量をポリアミンの有無で比較したところ、ポリアミン減少細胞では、発現位相に2-4時間の遅れが見られた。また、Bmal1がポリアミンにより翻訳レベルで約2倍発現増加することを見出した。ポリアミンによるBmal1の合成促進機構を解明するため、Bmal1 mRNAの2次構造を調べたところ、ribosome shuntingが起こる特徴を有していた。これらの特徴が、ポリアミンによる翻訳促進に寄与するか確かめるため、5'-UTRとORFの一部をEGFPにつなげたプラスミド及びヘアピン構造を欠損させた変異体を作製し、ポリアミンの合成促進効果を比較した。その結果、wild typeでは、EGFPの発現量がポリアミンにより約2倍の合成促進が見られたが、ヘアピン構造を欠損させた変異体では、翻訳効率は上昇したが、ポリアミンによる合成促進効果が消失した。これらのことから、ポリアミンはribosome shuntingを促進し、Bmal1蛋白質の合成を促進していることが示唆された。従って、ポリアミンは時計遺伝子Bmal1を翻訳レベルで発現調節し、体内時計を制御している可能性が示唆された。

Research Products

• [Journal Article] Protective effects of brain infarction by N-acetylcysteine derivatives. (2018)
  • Author(s): 6.Uemura, T., Watanabe, K., Ko, K., Higashi, K., Kogure, N., Kitajima, M., Takayama, H., Takao, K., Sugita, Y., Sakamoto, A., Terui, Y., Toida, T., Kashiwagi, K., Igarashi, K.
  • Journal Title: Stroke Volume: 49 Pages: 1727-1733
  • DOI: 10.1161/STROKEAHA.118.021755.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] ポリアミンによる時計遺伝子Bmal1の発現促進 (2019)
  • Author(s): 坂本明彦、岩崎倖千、金子達紀、照井祐介、五十嵐一衛、柏木敬子
  • Organizer: 日本薬学会第139回年会
• [Presentation] Polyamine stimulation of the synthesis of histone acetyltransferases, Gcn5 and Hat1. (2018)
  • Author(s): Kashiwagi, K., Sakamoto, A., Terui, Y.. Igarashi, K.
  • Organizer: 5th International Conference on Polyamines: Biochemical, Physiological and Clinical Perspectives.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of an ELISA for urinary metabolite of acrolein-glutathione conjugate. (2018)
  • Author(s): Sakamoto, A., Terui, Y., Kashiwagi, K., Uemura, T., Igarashi, K.
  • Organizer: 5th International Conference on Polyamines: Biochemical, Physiological and Clinical Perspectives.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Role of polyamines on cell growth under high temperature environment. (2018)
  • Author(s): Terui, Y., Iwasaki, S., Sakamoto, A., Moriya, T., Oshima, T., Tamakoshi, M., Hori, H., Igarashi, K., Kashiwagi, K.
  • Organizer: 5th International Conference on Polyamines: Biochemical, Physiological and Clinical Perspectives.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 大腸菌SAT欠損株におけるスペルミジン過剰蓄積による毒性機構の解析 (2018)
  • Author(s): 川嶋真夢, 朱イ琳, 坂本明彦, 照井祐介, 山本兼由, 石浜明, 五十嵐一衛, 柏木敬子
  • Organizer: 「ポリアミンと核酸の共進化」第17回合同シンポジウム
• [Presentation] ポリアミンによる時計遺伝子Bmal1の発現制御 (2018)
  • Author(s): 坂本明彦, 照井祐介, 五十嵐一衛, 柏木敬子
  • Organizer: 第91回日本生化学会大会
• [Presentation] ポリアミンによるヒストン修飾酵素の合成促進 (2018)
  • Author(s): 坂本明彦, 照井祐介, 五十嵐一衛, 柏木敬子
  • Organizer: 日本ポリアミン学会第10回年会
• [Presentation] サメ肌抗菌シートによる食中毒菌の抗菌効果 (2018)
  • Author(s): 坂本明彦, 照井祐介
  • Organizer: CISフォーラム2018
• [Remarks] 千葉科学大学 薬学部 病態生化学研究室 業績
  • URL: http://www.cis.ac.jp/~kkashiwagi/publication.html