単一細胞における全遺伝子の発現計測と環境応答制御の解析

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17076016
• Research Institution: Hosei University
• Principal Investigator: 石浜 明 法政大学, 工学部, 教授 (80019869)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 曲山 幸生 法政大学, 食品総合研究所, 主任研究員 (40343818)
• Keywords: 細胞制御 / 転写包括制御 / ゲノム転写 / 転写装置 / 単一細胞 / 一細胞生命科学

Research Abstract

大腸菌ゲノムの約4,000の遺伝子は、約2,000分子のRNAポリメラーゼで転写される。従って、ゲノムの転写パターンは、全遺伝子間での転写装置の分配で決定されると推定される。一方、ゲノム配列分析から、転写装置の遺伝子選択性を制御する転写因子は、大腸菌に約300種存在すると予測した。ゲノム全遺伝子の転写を計測する目的で、各転写因子の認識結合するDNA配列を同定するgenomic SELEX法を開発し、本年度、大腸菌転写因子約100種類に関して、支配下遺伝子群の同定に成功し全体像解明の途を開いた。各転写因子の支配下遺伝子の制御を実証する目的で、大腸菌プロモーター約1,000種をクローニングし、我々が開発した二色蛍光蛋白ベクターに挿入し、GFPをレポーターとしてプロモーター活性を定量的に測定する実験系を開発し、SELEX法で予測した各転写因子支配下プロモーターの調節を解析した。一方、大腸菌培養中の細胞間には、ゲノム転写パターンを含めて生理活性で、顕著な差があることを明らかになって来た。そこで、均一細胞団及び単一細胞で転写を計測する実験系の開発に取り組んだ。培養液局所ゲル化法を利用し、ゲル中に捕捉された大腸菌の個別プロモーター活性を計時的に計測することに成功した。この目的の実験に利用できる「単一細胞観察装置」を開発した。また、糖鎖でコートしたフラスコ基底に大腸菌を安定に捕捉する方法も、単一細胞の長時間観察に応用できることが明らかになった。開発装置を利用し、大腸菌1,000プロモーターの強度と環境応答を系統的に解析する基盤が確立した。

Research Products

• [Journal Article] Enhancement of +1 frameshift by polyamines during translation of polypeptide release factor 2 in Escherichia coli (2006)
  • Author(s): Higashi, K., Kashiwagi, K., Taniguchi, S., Terui, Y., Yamamoto, K., Ishihama, A., Igarashi, K.
  • Journal Title: J.Biol.Chem. (In press)
• [Journal Article] Gene expression profiling of Escherichia coli and regulatory role of RNA polymerase omega subunit in stringent control of transcription (2006)
  • Author(s): Chatterji, D., Ozoline, O., Ogawa, Y., Ishihama, A.
  • Journal Title: Microbiology (In press)
• [Journal Article] Systematic search for the Cra-binding promoters using genomic SELEX (2005)
  • Author(s): Shimada, T., Fujita, N., Maeda, M., Ishihama, A
  • Journal Title: Genes Cells 10(9) Pages: 907-918
• [Journal Article] Cross-talks in signal transduction network among all two-component systems in Escherichia coli (2005)
  • Author(s): Yamamoto, Y., Hirano, K., Ohshima, T., Aiba, H., Utsumi, R., Ishihama, A.
  • Journal Title: J.Biol.Chem. 280(2) Pages: 1448-1456
• [Journal Article] Transcriptional response of Escherichia coli to external copper (2005)
  • Author(s): Yamamoto, Y., Ishihama, A.
  • Journal Title: Mol.Microbiol. 55(1) Pages: 215-227
• [Journal Article] Transcriptional response of Escherichia coli to external zinc (2005)
  • Author(s): K.Yamamoto, A.Ishihama
  • Journal Title: J.Bacteriol. 187(18) Pages: 6333-6340
• [Journal Article] Negative regulation of DNA repair gene (uvrA) expression by ArcA/ArcB two-component system in Escherichia coli (2005)
  • Author(s): Ogasawara, H., Teramoto, J., Hirao, K.Yamamoto, K., Ishihama, A., Utsumi, R.
  • Journal Title: FEMS Microbi.Letters
• [Journal Article] Studies of Schizosaccharomyces pombe TFIIE indicate conformational and functional changes in RNA polymerase II at transcription initiation (2005)
  • Author(s): Hayashi, K., Watanabe, T., Tanaka, A., Furumoto, T., Sato-Tsuchiya, C., Kimura, M., Yokoi, M., Ishihama, A., Hanaoka, F., Ohkuma, Y.
  • Journal Title: Genes Cells 10(1) Pages: 207-224
• [Journal Article] The fission yeast protein, Ker1p, is an ortholog of RNA polymerase I subunit A14 in Saccharomyces cerevisiae, and is required for stable association of Rrm3 and RPA21 in Pol I (2005)
  • Author(s): Imazawa, Y., Hisatake, K., Mitsuzawa, H., Matsumoto, M., Tsukui, T., Nakagawa, K., Nakadai, T., Shimada, M., Ishihama, A., Nori, Y.
  • Journal Title: J.Biol.Chem. 280(12) Pages: 11467-11474
• [Journal Article] Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase associates with RNA polymerase II and interacts with its Rpb7 subunit (2005)
  • Author(s): Mitsuzawa, H., Kimura, M., Kanda, E., Ishihama, A.
  • Journal Title: FEBS Letters 579(1) Pages: 48-52
• [Journal Article] Difference in bacterial motion between forward and backward swimming caused by the wall effect (2005)
  • Author(s): Kudo, S., Imai, N., Nishitoba, M., Sugiyama, S., Magariyama, Y.
  • Journal Title: FEMS Microb.Letters 89(6) Pages: 221-225
• [Journal Article] Asymmetric swimming pattern of Vibrio alginolyticus cells with single polar flagella (2005)
  • Author(s): Magariyama, Y., Ichiba, M., Nakata, K., Baba, K., Ohtani, T., Kudo, S., Goto, T.
  • Journal Title: Biophys.J. 88(5) Pages: 3648-3658
• [Journal Article] Analysis on deformation of helical flagella of Salmonella (2005)
  • Author(s): Takano, Y., Kudo, S., Nishitoba, M., Magariyama, Y.
  • Journal Title: JSME Internatl.J., Series C 48(4) Pages: 513-520
• [Book] Micro-Nano Mechatronics and Human Science (2005)
  • Author(s): Ishihama, A., Shimada, T., Ogasawara, H., Teramoto, J., Yamamoto, K
  • Total Pages: 130
  • Publisher: Transcription factor-promoter interaction networks