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

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17076016
• Research Institution: Hosei University
• Principal Investigator: 石浜 明 Hosei University, 企画戦略本部, 特任教授 (80019869)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 曲山 幸生 農業食品産業技術総合研究機構, 食品総合研究所, 上席研究員 (40343818) ; 山本 兼由 , 生命科学部, 准教授 (40351580)
• Keywords: ゲノム / 転写制御 / 環境応答 / 一細胞観察 / 転写因子 / プロモーター強度 / ナノバイオロジー / マイクロマニュピュレーション

Research Abstract

環境中の細菌は、細胞間で交信し、集団として環境悪化に対応し、種の生存を計る。従って、細菌社会では個々の細胞は異なった役割を果たしていると予想される。細菌細胞の個性解明を目標に、大腸菌の「均質細胞分離法」や、「単一細胞観測系」を開発し、均質細胞集団・単一細胞での転写プロモーターの強度変動の動態観測を実施した。一方、環境に応じたゲノム転写パターンは、転写装置のゲノム遺伝子間での配分制御によって決定されるとのモデルを提唱し、転写装置のゲノム遺伝子間分配決定機構解明を目標に、大腸菌の300種類転写因子の全てについて、制御支配下遺伝子群の同定と調節機能の解析を実施した。本研究で開発したGonomic SELEX法で、純化転写因子が認識結合するDNA配列を決定することで制御様的遺伝子群を同定した。一方、転写因子の特異抗体を用いた定量的免疫染色法で、大腸菌各種培養条件での細胞内濃度の決定を実施した。また転写因子の活性に影響を与える物質と環境要件に関してま、形質マイクロアレイ法(Phenotype mioroarray)で探索した。存在する転写因子の活性が、これら要素・要因で制御されていることが明らかになった。本研究の成果を墓盤に、開発した細菌一細胞観察装置を利用して、細胞局所環境の変動に伴う単一細胞の転写応答を系統的に解析することで、細胞単位のゲノム転写制御機構の解明し、新分野『細胞個性学』の確立を目指す。

Research Products

• [Journal Article] Prokaryotic genome regulation : Multi-factor promoters, multi-target regulators and hierarchic networks. (2010)
  • Author(s): Ishihama, A.
  • Journal Title: FEMS Microb.Rev. 34(in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Promoter regulation of the E. coli csgD gene : Interplay between eight transcription factors in promoter binding. (2010)
  • Author(s): Ogasawara, H., Yamada, K., Kori, A., Yamamoto, K., Ishihama, A.
  • Journal Title: Microbiology 156(In press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A novel nucleoid protein of Escherichia coli induced under anaerobic growth conditions. (2010)
  • Author(s): Teramoto, J., Yoshimura, S.H., Takeyasu,_K., Ishihama, A.
  • Journal Title: Nucleic Acids Res. 38(In press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Participation of regulator AscG of the β-glucoside utilization operon in regulation of the propionate catabolism operon. (2009)
  • Author(s): Ishida, Y., Kori, A., Ishihama. A.
  • Journal Title: J.Bacteriol. 191 Pages: 6136-6144
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Two modes of autoregulation of the murR repressor in Escherichia coli. (2009)
  • Author(s): Ishii, D., Ishihama. A., Yamamoto, K.
  • Journal Title: Biosci.Biotechnonl.Biochem. 73 Pages: 90421-1-3-350
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Involvement of RNA-binding protein Hfq in the osmotic-response regulation of invE gene expression in Shigella sonnei. (2009)
  • Author(s): Mitobe, J., Morita-Ishihara, T., Ishihama, A., Watanabe, H.:
  • Journal Title: BMC Microbiol. 9 Pages: 110
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Regulation of the E. coli csgD gene encoding the master regulator of biofilm formation : Interplay between multiple transcription factors (2009)
  • Author(s): Ogasawara, H., Kori, A., Yamada, K., Yamamoto, K., Ishihama, A.
  • Journal Title: Micro-Nano Mechatronics Human Sci. 2009 Pages: 186-190
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Genomic SELEX for the genome-wide search of regulation targets by transcription factors : SELEX-clos and SELEX-chip procedures. (2009)
  • Author(s): Shimada, T., Fujita, N., Yamamoto, Y., Ishihama, A.
  • Journal Title: Micro-Nano Mechatronics Human Sci. 2009 Pages: 175-178
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Involvement of Ieucine-reponse transcription factor LeuO in regulation of the genes for sulfa-drug efflux. (2009)
  • Author(s): Shimada, T., Yamamoto, K., Ishihama, A.
  • Journal Title: J.Bacteriol. 191 Pages: 4552-4571
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Anaerobiosis-Induced novel nucleoid protein of Escherichia coli : Architectural rofe in genome DNA compaction. (2009)
  • Author(s): Teramoto, J., Yamada, K., Kobayashi, N., Kori, A., Yoshimurd, S.H., Takeyasu, K., Ishihama, A.
  • Journal Title: Micro-Nano Mechatronics Human Sci. 2009 Pages: 179-182
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Single live-bacterial cell assay of promoter activity and regulation : Escherichia coli gcl promoter. (2009)
  • Author(s): Teramoto, J., Yamanishi, Y., Magdy, E-S.H., Hasegawa, A., Nakajima,M., Shimada, T., Arai, F., Fukuda, T., Ishihama. A.
  • Journal Title: Micro-Nano Mechatronics Human Sci. 2009 Pages: 175-178
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Enhancement of the synthesis of RpoE and StpA by polyamines at the level of translation in Escherichia coli under heat shock conditions. (2009)
  • Author(s): Terui, Y., Higashi, K., Tabei, Y., Tomitori, H., Yamamoto, K., Ishihama. A., Igarashi, K., Kashiwagi, K.
  • Journal Title: J.Bacteriol. 191 Pages: 5348-5357
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Characterization of CitA-CitB signal transduction activating genes involved in anaerobiccitrate catabolism in Escherichia coli. (2009)
  • Author(s): Yamamoto, K., Matsumoto, F., Minagawa, S., Oshima, T., Fujita, N., Ogasawara, N., Ishihama, A.
  • Journal Title: Biosci.Biotechnonl.Biochem. 73 Pages: 346-350
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] On-chip cell immobilization and monitoring system using thermosensitive gel controlled by suspended polymeric microbridge. (2009)
  • Author(s): Yamanishi, Y., Teramoto, J., Magariyama, Y., Ishihama, A., Fukuda, T., Arai, F.
  • Journal Title: IEEE Transaction NanoBioscience 8 Pages: 312-317
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] On-chip temperature control under suspended microbridge for cell immobilizsiion and cutture system. (2009)
  • Author(s): Yamanishi, Y., Teramoto, J., Magariyama, Y., Iahihama, A., Fukuda, T., Arai, F.
  • Journal Title: Proc. 13^<th> Internatl. Conf. Miniaturized Systems for Chemist.Life Sci 2009
• [Presentation] 多様な環境要因に応答するcsgDプロモーターの転写制御に関わる分子機構の解明 (2010)
  • Author(s): 小笠原寛・郡彩子・山田佳代子・山本兼由・石浜明
  • Organizer: 日本農芸化学会2010大会
  • Place of Presentation: 東京大学(東京)
  • Year and Date: 20100327-20100330
• [Presentation] 大腸菌転写因子CRPのゲノム上結合部位の全体像:Genomic SELEX法を用いた解析 (2010)
  • Author(s): 島田友裕, 藤田信之, 山本兼由, 石浜明
  • Organizer: 第4回ゲノム微生物学会年会
  • Place of Presentation: 九州大学(福岡)
  • Year and Date: 20100307-20100309
• [Presentation] Prokaryotic Genome Regulation : Multi-factor promoters, multi-target regulators and multi-factor networks. (2010)
  • Author(s): Ishihama, A.
  • Organizer: Japan-India Collaborative Science Program Seminar
  • Place of Presentation: CCMB, Hyderabad(India)
  • Year and Date: 2010-03-17
• [Presentation] Prokaryotic Genome Regulation : Multi-factor promoters, multi-targetregulators and multi-factor networks. (2010)
  • Author(s): Ishihama, A.
  • Organizer: Japan-India Collaborative Science Program Seminar
  • Place of Presentation: CDFD, Hyderabad(India)
  • Year and Date: 2010-03-16
• [Presentation] 大腸菌新規核様体タンパクDanの発見と構造機能解析 (2010)
  • Author(s): 寺本潤・吉村成弘・山田佳代子・郡彩子・竹安邦夫・石浜明
  • Organizer: 特定領域研究「バイオ操作」第8回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 九州大学(福岡)
  • Year and Date: 2010-03-11
• [Presentation] 細菌単-細胞での転写制御の解析 (2010)
  • Author(s): 寺本潤・山西陽子・大山晃太郎・中島正博・新井史人・福田敏男・石浜明
  • Organizer: 特定領域研究「バイオ操作」第8回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 九州大学(福岡)
  • Year and Date: 2010-03-11
• [Presentation] 細菌ゲノム制御全体像解明のための戦略戦術 (2010)
  • Author(s): 石浜明
  • Organizer: 日本大学学術研究高度化推進事業公開シンポジウム「病原体抑制遺伝子の解明と感染症の制御」
  • Place of Presentation: 日本大学(東京)
  • Year and Date: 2010-02-26
• [Presentation] 細菌細胞の個性:その分子基盤 (2010)
  • Author(s): 石浜明
  • Organizer: 九州大学G-COE「未来分子システム科学」公開セミナー
  • Place of Presentation: 九州大学(福岡)
  • Year and Date: 2010-02-09
• [Presentation] Regulatory roles of nucleoid-associated proteins in Escherichia coli. (2009)
  • Author(s): Ishihama. A., Teramoto, J., Ogasawara, H., Shimada, T., Yamamoto, K.
  • Organizer: 32^<nd> Ann.Meet.Mol.Biol.Soc.Japan
  • Place of Presentation: Pacifico Yokohama(Japan)
  • Year and Date: 20091209-20091212
• [Presentation] Single live-bacterial cell assay of promoter activity and regulation : Escherichia coli gcl promoter. (2009)
  • Author(s): Teramoto, J., Yamanishi, Y., Magdy, E-S.H., Hasegawa, A., Nakajima, M., Arai, F., Fukuda, T., Ishihama, A.
  • Organizer: 3^<rd> Internatl.Conf.Environ.Indust.Appl.Microbiol.(BioMicroWorld2009)
  • Place of Presentation: Lisbon(Portugal)
  • Year and Date: 20091209-20091212
• [Presentation] 大腸菌機能未知転写因子YkgDの制御標的遺伝子群の同定と機能解析 (2009)
  • Author(s): 大貫章吾・寺本潤・郡彩子・石浜明
  • Organizer: 第32回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(横浜)
  • Year and Date: 20091209-20091212
• [Presentation] Control of biofilm formation by Escherichia coli : Interplay between multiple transcription factors. (2009)
  • Author(s): 小笠原寛・郡彩子・山田佳代子・山本兼由・石浜明
  • Organizer: 第32回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(横浜)
  • Year and Date: 20091209-20091212
• [Presentation] 大腸菌機能未知転写因子YidZの制御標的遺伝子群の同定と制御機能解析 (2009)
  • Author(s): 片山泰徳・小笠原寛・郡彩子・山田佳代子・石浜明
  • Organizer: 第32回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(横浜)
  • Year and Date: 20091209-20091212
• [Presentation] 大腸菌機能未知転写因子YbjKによる転写制御機構の解析 (2009)
  • Author(s): 河北寿一・島田友裕・山田佳代子・石浜明
  • Organizer: 第32回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(横浜)
  • Year and Date: 20091209-20091212
• [Presentation] 大腸菌機能未知転写因子YneJによる転写制御機構の解析 (2009)
  • Author(s): 國友雄介・寺本潤・山田佳代子・長谷川明子・石浜明
  • Organizer: 第32回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(横浜)
  • Year and Date: 20091209-20091212
• [Presentation] Quorum-sensing transcription factor QseA of Escherichia coli : Search forregulation targets and analysis of regulatory modes. (2009)
  • Author(s): 小林尚貴・稲葉達也・山田佳代子・寺本潤・石浜明
  • Organizer: 第32回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(横浜)
  • Year and Date: 20091209-20091212
• [Presentation] 細胞分裂調節因子SdiAに影響するHomoserine Lactone類似体の同定と新規支配下遺伝子群の探索 (2009)
  • Author(s): 島田佳織・鍛代悠一・松井誠・島田友裕・五十嵐潤・菅裕明・石浜明
  • Organizer: 第32回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(横浜)
  • Year and Date: 20091209-20091212
• [Presentation] Involvement of the leucine response transcription factor Leu0 in regulation of the genes for sulfa drug efflux. (2009)
  • Author(s): 島田友裕・山本兼由・石浜明
  • Organizer: 第32回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(横浜)
  • Year and Date: 20091209-20091212
• [Presentation] Identification of promoters induced in Escherichia coli growing with Bifidobacterium. (2009)
  • Author(s): 田村正典・村田侑子・石浜明・山本兼由
  • Organizer: 第32回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(横浜)
  • Year and Date: 20091209-20091212
• [Presentation] Single live-bacterial cell assay of promoter activity and regulation in Escherichia coli. (2009)
  • Author(s): 寺本潤・山西陽子・Magdy, E-S.H.・長谷川明子・正畑絵理・新井史人・福田敏男・石浜明
  • Organizer: 第32回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(横浜)
  • Year and Date: 20091209-20091212
• [Presentation] 大腸菌転写因子DeoRの新規標的遺伝子群の同定と制御機能解明 (2009)
  • Author(s): 中川史之・島田友裕・石田雄士・石浜明
  • Organizer: 第32回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(横浜)
  • Year and Date: 20091209-20091212
• [Presentation] 大腸菌全tRNA遺伝子発現プロファイルの解析 (2009)
  • Author(s): 長谷川喬彬・梅林章・五浜明・前田理久
  • Organizer: 第32回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(横浜)
  • Year and Date: 20091209-20091212
• [Presentation] Novel non-coding RNA regulated by ModE in Escherichia coli. (2009)
  • Author(s): 平松優和・小笠原寛・石浜明・山本兼由
  • Organizer: 第32回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(横浜)
  • Year and Date: 20091209-20091212
• [Presentation] Autoregulation of the murR repressor that regulate the enzymes for the degradation of N-acetylymuramic acid in Escherichia coli. (2009)
  • Author(s): 山本兼由・石浜明
  • Organizer: 第32回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(横浜)
  • Year and Date: 20091209-20091212
• [Presentation] Growth phase-dependent regulation of csgD, the master regulator of biofilm formation : Interplay between multiple transcription factors. (2009)
  • Author(s): Ishihama. A., Ogasawara, H., Shimada, T., Teramoto, J., Kori, A., Yamada, K., Yamamoto, K.
  • Organizer: 3^<rd> Internatl. Conf. Environ. Indust. Appl. Microbiol.(BioMicroWorld2009)
  • Place of Presentation: Lisbon(Portugal)
  • Year and Date: 20091202-20091204
• [Presentation] Control of biofilm formation by Escherichia coli : Interplay between multiple transcription factors. (2009)
  • Author(s): Ogasawara, H., Kori, A., Yamada, K., Yamamoto, K., Ishihama, A.
  • Organizer: 20^<th> Internatl.Symp.Micro-NanoMechatronics Human Sci., Symp. "Systems Cell Engineering by Multi-scale Manipulation"
  • Place of Presentation: Nagoya, Univ.(Japan)
  • Year and Date: 20091108-20091111
• [Presentation] Noveltechnologies for the genome-wide search of regulation targets by transcription factors : Genomic SELEX and SELEX-chip. (2009)
  • Author(s): Shimada, T., Fujita, N., Yamamoto, K., Ishihama, A.
  • Organizer: 20th Internatl.Symp.Micro-NanoMechatronics Human Sci., Symp. "Systems Cell Engineering by Multi-scale Manipulation"
  • Place of Presentation: Nagoya Unv.(Japan)
  • Year and Date: 20091108-20091111
• [Presentation] Anaeoboriosis-induced novel nucleold protein Dan in Escherichia coli. (2009)
  • Author(s): Teramoto, J., Yoshimura, S.H., Takeyasu, K., Ishihama, A.
  • Organizer: 20^<th> Internatl.Symp.Micro-NanoMechatronics Human Sci., Symp. "Systems Cell Engineering by Multi-scale Manipulation"
  • Place of Presentation: Nagoya Univ.(Japan)
  • Year and Date: 20091108-20091111
• [Presentation] Single live-cell cell assay of promoter activity and regulation. (2009)
  • Author(s): Teramoto, J., Yamanishi, Y., Magdy, E-S.H., Hasegawa, A., Shohata, E., Kori, A., Nakajima, M., Arai, F., Fukuda, T., Ishihama, A.
  • Organizer: 20^<th> Internatl.Symp.Micro-NanoMechatronics Human Sci., Symp. "Systems Cell Engineering by Multi-scale Manipulation"
  • Place of Presentation: Nagoya Univ.(Japan)
  • Year and Date: 20091108-20091111
• [Presentation] A single cell immobilization and culture system under suspenced polymeric microbridge with compartments. (2009)
  • Author(s): Yamanishi, Y., Teramoto, J., Magariyama, Y., Ishihama, A., Fukuda, T., Arai, F.
  • Organizer: 20^<th> Internatl.Symp.Micro-NanoMechatronics Human Sci., Symp. "Systems Cell Engineering by Multi-scale Manipulation"
  • Place of Presentation: Nagoya Univ.(Japan)
  • Year and Date: 20091108-20091111
• [Presentation] On-chip temperature control under suspended microbridge for cell immobilization and culture system.A (2009)
  • Author(s): Yamanishi, Y., Teramoto, J., Magariyama, Y., Ishihama, A., Fukuda, T., Arai, F.
  • Organizer: 3^<th> Internatl.Conf.Miniaturized Systems for Chemist.Life Sci.(mTAS)
  • Place of Presentation: Jeju(Korea)
  • Year and Date: 20091101-20091105
• [Presentation] 細菌の生存戦略としてのバイオフィルム形成:遺伝子制御ネットワークと転写因子群 (2009)
  • Author(s): 石浜明・小笠原寛・島田友祐・寺本潤・小林尚貴・郡彩子・山田佳代子・山本兼由
  • Organizer: 第82回日本生化学会大会シンポジウム「細菌の生存戦略をめぐる新たな展開」
  • Place of Presentation: 神戸ポートピア(神戸)
  • Year and Date: 20091021-20091024
• [Presentation] モリブデンを感知する転写因子ModEに制御される新規非翻訳RNA (2009)
  • Author(s): 平松優和・小笠原寛・石浜明・山本兼由
  • Organizer: 第82回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 神戸ポートピア(神戸)
  • Year and Date: 20091021-20091024
• [Presentation] 細菌の環境金属応答のゲノム制御 (2009)
  • Author(s): 石浜明・小笠原寛・島田友祐・寺本潤・小林尚貴・郡彩子・山田佳代子・山本兼由
  • Organizer: メタロチオネインおよびメタルバイオサイエンス研究会2009
  • Place of Presentation: 東京大学(東京)
  • Year and Date: 20091016-20091017
• [Presentation] 大腸菌転写因子YpdB支配下制御遺伝子群の同定と制御機構の解明 (2009)
  • Author(s): 稲葉達也・山田佳代子・郡彩子・石浜明
  • Organizer: 日本ゲノム微生物学会第3回年会
  • Place of Presentation: 中央大学(東京)
  • Year and Date: 20090611-20090612
• [Presentation] Quorum Sensing転写因子QseAの調節機能の解析 (2009)
  • Author(s): 小林尚貴・寺本潤・五浜明
  • Organizer: 日本ゲノム微生物学会第3回年会
  • Place of Presentation: 中央大学(東京)
  • Year and Date: 20090611-20090612
• [Presentation] Genomic SELEXを用いた大腸菌Leu0の転写制御機構解析 (2009)
  • Author(s): 島田友裕・山本兼由・石浜明
  • Organizer: 日本ゲノム微生物学会第3回年会
  • Place of Presentation: 中央大学(東京)
  • Year and Date: 20090611-20090612
• [Presentation] ビフィズス菌の共存時に発現する大腸菌プロモーター (2009)
  • Author(s): 田村正典・村田侑子・森田英利・石浜明・山本兼由
  • Organizer: 第6回21世紀大腸菌研究会
  • Place of Presentation: KKR熱海(神奈川)
  • Year and Date: 20090611-20090612
• [Presentation] 嫌気条件で誘導される大腸菌新規核様体タンパク質 (2009)
  • Author(s): 寺本潤・吉村成弘・竹安邦夫・石浜明
  • Organizer: 第6回21世紀大腸菌研究会
  • Place of Presentation: KKR熱海(神奈川)
  • Year and Date: 20090611-20090612
• [Presentation] Genomic SELEXを用いた大腸菌Leu0の転写制御機構解析 (2009)
  • Author(s): 島田友祐・山本兼由・石浜明
  • Organizer: 第6回21世紀大腸菌研究会
  • Place of Presentation: KKR熱海(神奈川)
  • Year and Date: 20090411-20090412
• [Presentation] 細菌の生存戦略としてのバイオフィルム形成:遺伝子制御ネットワークと転写因子群 (2009)
  • Author(s): 石浜明
  • Organizer: 2008年度「べん毛研究会」
  • Place of Presentation: 秋保グランドホテル(宮城)
  • Year and Date: 20090409-20090411
• [Presentation] Genomic SELEX search for regulation targets by 100 species of uncharacterized transcription factors from E.coli. (2009)
  • Author(s): Ishihama, A.
  • Organizer: 12^<th> Transcription Assembly
  • Place of Presentation: Chandigarh(India)
  • Year and Date: 20090402-20090405
• [Presentation] 多因子が関与する大腸菌Curli線毛発現制御機構の解明 (2009)
  • Author(s): 小笠原寛・郡彩子・山田佳代子・山本兼由・石浜明
  • Organizer: 日本農芸化学会2009年度大会
  • Place of Presentation: 福岡メッセ(福岡)
  • Year and Date: 20090401-20090403
• [Presentation] ウラシル/チミンを感知する転写因子RutRによるピリミジン合成/分解経路に関与する遺伝子群の制御機構の解析 (2009)
  • Author(s): 島田友祐・山本兼由・石浜明
  • Organizer: 日本農芸化学会2009年度大会
  • Place of Presentation: 福岡メッセ(福岡)
  • Year and Date: 20090401-20090403
• [Presentation] モリブデンを感知する転写因子ModEに制御される新規非翻訳RNA (2009)
  • Author(s): 平松優和・小笠原寛・石浜明・山本兼由
  • Organizer: 第8回微生物研究会
  • Place of Presentation: 日本大学湘南キヤンパス(神奈川)
  • Year and Date: 2009-05-30
• [Book] EcoSal-Escherichia coli and Salmonella : cellular and molecular biology. (2009)
  • Author(s): Ishihama, A.
  • Total Pages: ca 1,000
  • Publisher: ASM (American Society for Mibrobiology) Press