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

2006 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 食品総合研究所, 主任研究員 (40343818) ; 山本 兼由 近畿大学, 農学部, 講師 (40351580)
• Keywords: ゲノム / 転写制御 / 環境応答 / ストレス応答 / 単一細胞 / 転写因子ネットワーク / プロモーター / 細胞個性学

Research Abstract

ゲノム全遺伝子の発現の包括制御は、転写装置の遺伝子間での配分制御で行われる。RNAポリメラーゼは転写調節因子との会合で転写対象の遺伝子選択性が変化し、その結果、転写装置のゲノム遺伝子間での分配が変動する。転写装置の特異性変化が、環境応答のゲノム転写スペクトラム変換制御の分子的基盤と推測したモデルを実証することを目標に研究を実施した。自然環境では、単細胞の大腸菌も社会構造を形成し、細胞ごとに役割分担があると推定されているので、細菌細胞分画技術や超微細工学技術などを利用して、大腸菌均質細胞集団更には単一細胞を対象に、ゲノム全遺伝子の発現の動態を定量的に計測する技術を開発し,研究を推進した。
1)大腸菌ゲノム全遺伝子の環境応答発現の計測
トランスクリプトーム及びプロテオーム分析に加えて、大腸菌ゲノムの全プロモーターを単離し、二種類のレポーター蛍光発色蛋白発現ベクターに挿入した「大腸菌プロモーターコレクション」を構築し、全遺伝子、全プロモーターの環境応答の系統的解析を実施した。
2)大腸菌全転写因子の支配下遺伝子の同定と制御機能解析
大腸菌転写因子280種を純化精製した。純化転写因子を利用して転写因子支配下遺伝子群を同定するGENOMIC SELEX法を開発し、大腸菌転写因子150種に関して支配下遺伝子群を網羅的に同定し、個別に転写調節を解析した。
3)大腸菌均質細胞集団および単一細胞観測技術の開発と利用
パーコール密度勾配遠心を利用した大腸菌均質細胞集団単離法の確立し、細胞集団間での転写パターンの差を解析した。一方,細胞培養局所ゲル化法を利用し、単一細胞での遺伝情報転写の連続長時間観測技術システムを確立し、単一細胞のプロモーター活性計測に成功した。
大腸菌単一細胞の局所環境の変動に伴うゲノム転写応答の包括制御機構の系統的解析を通じて、新たに「細胞個性学」の確立を目指す基盤が確立した。

Research Products

• [Journal Article] 大腸菌ゲノム発現カスケードー「細胞個性学」事始め- (2007)
  • Author(s): 石浜 明
  • Journal Title: 日本ロボット学会誌 25 Pages: 32-35
• [Journal Article] The role of omega subunit of RNA polymerase in expression of the relA gene in Escherichia coli. (2007)
  • Author(s): Chatterji, D., Ozoline, O., Ogawa, Y., Shimada, T., Ishihama, A.
  • Journal Title: FEMS Microbiol. Lett. 267 Pages: 51-55
• [Journal Article] Host factor Ebpl : Selective inhibitor of influenza virus RNA polymerase. (2007)
  • Author(s): Honda, A., Okamoto, T., Ishihama, A.
  • Journal Title: Genes Cells 12 Pages: 133-142
• [Journal Article] Enhancement of the synthesis of RpoN, Cra and H-NS by polyamines at the level of translation Escherichia coli cultured with glucose and glutamate. (2007)
  • Author(s): Terui, Y., Higashi, K., Taniguchi, S., Shigemasa, A., Nishimura, K., Kashiwagi, K., Yamamoto, K., Ishihama, A., Igarashi, K.
  • Journal Title: J. Bacteriol. 189 Pages: 2359-2368
• [Journal Article] Genomic SELEX search for target genes under the control of PhoQP-RstBA signal relay cascade. (2007)
  • Author(s): Ogasawara, H., Hasegawa, A., Kanda, E., Miki, T., Yamamoto, K, Ishihama.A.
  • Journal Title: J. Bacteriol. 189(In press)
• [Journal Article] PdhR (pyruvate dehydrogenase complex regulator) controls the respiratory electron transport system in Escherichia coli. (2007)
  • Author(s): Ogasawara, H., Ishida, Y., Yamada, K., Yamamoto, K., Ishihama, A.
  • Journal Title: J. Bacteriol. 189(In press)
• [Journal Article] Anaerobic regulation of citrate metabolism by CitAB two-component signal transduction in Escherichia coli. (2007)
  • Author(s): Yamamoto, K., Matsumoto, F., Oshima, T., Fujita, N., Ogasawara, N., Ishihama, A
  • Journal Title: J. Biolechnol. 130(In press)
• [Journal Article] 大腸菌における金属ホメオスタシス (2007)
  • Author(s): 山本兼由, 石浜 明
  • Journal Title: バイオサイエンスとバイオインダストリー 64 Pages: 151-154
• [Journal Article] 代謝系を統合的に制御する包括転写因子-ひとつの生物の全ての転写因子の調節機能同定を目指して- (2007)
  • Author(s): 石浜 明
  • Journal Title: 生物の科学 遺伝 別冊21
• [Journal Article] 大腸菌ゲノムの転写包括制御-ひとつの生物の全ての転写因子の調節機能同定をめざして- (2007)
  • Author(s): 石浜 明
  • Journal Title: 転写因子をモデルとしたグローバル制御へのアプローチ(実験医学) 増刊号(印刷中)
• [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. 281 Pages: 9527-9537
• [Journal Article] The dynamic state of DNA topology is essential for genome condensation in bacteria. (2006)
  • Author(s): Ohniwa, R.L., Mirikawa, K., Kim, J., Ohta, T., Ishihama, A., Wada, C., Takeyasu, K.
  • Journal Title: EMBO J. 25 Pages: 5591-5602
• [Journal Article] Characterization of copper-inducible promoters regulated by CpxA/CpxR in Escherichia coli. (2006)
  • Author(s): Yamamoto, K., Ishihama, A.
  • Journal Title: Biosci. Biotechnol. Biochem. 70 Pages: 1688-1695
• [Journal Article] Multi-scale genetics towards understanding the hierarchy of transcription factor network in genome regulation. (2006)
  • Author(s): Ishihama, A., Ogasawara, H., Shimada, T., Teramoto, J., Hasegawa, A., Umezawa, Y., Yabuki, K., Ishida, Y., Inaba, T., Matsui, M., Kori, A., Yamada, K., Hirao, K., Yamamoto, K.
  • Journal Title: Micro-Nano Mechatronics Human Sci. 2006(In press)
• [Journal Article] Improvement in motion efficiency of a spirochee Bracyspira pilosicoli in viscous environments (2006)
  • Author(s): Sakamoto, K., Magariyama, Y., Isobe, S.
  • Journal Title: Biophys. J. 89 Pages: 513-526
• [Journal Article] Anisotropic growth of Vibrio alginolyticus colonies affected by their neighboring colobies (2006)
  • Author(s): Sakamoto, K., Magariyama, Y., Isobe, S.
  • Journal Title: Curr. Microbiol.
• [Journal Article] 大腸菌細胞分化の遺伝子発現カスケード : 「細胞個性学」の幕開け (2006)
  • Author(s): 石浜 明
  • Journal Title: 蛋白質核酸酵素 51 Pages: 958-965
• [Book] Escherichia coli and Salmonella Cellular and Molecular Biology (2007)
  • Author(s): Ishihama, A.
  • Publisher: American Society for Microbiology Press, Washington, DC(In press)
• [Book] バイオインフォマティクス事典 (2007)
  • Author(s): 石浜 明
  • Publisher: 共立出版,東京(印刷中)
• [Book] タンパク質の事典 (2007)
  • Author(s): 石浜 明
  • Publisher: 朝倉書店、東京(印刷中)
• [Book] タンパク質化学 (2007)
  • Author(s): 石浜 明
  • Publisher: 広川書店、東京(印刷中)