2020 Fiscal Year Annual Research Report
グループＳＵＭＯ化によるゲノムとプロテオームの損傷応答
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17H01878
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
斉藤 寿仁 熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 教授 (50211925)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 微小核 / プロテオスタシス / DNA損傷応答 / 脂肪滴 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
タンパク質の品質管理（プロテオスタシス）とDNA損傷応答は一見すると質的に異なる生体応答に見えるが、それぞれの制御にSUMO-ubiquitin-proteasome（SUP） 経路が共通して関わることが知られている。また、この他のシグナル伝達やタンパク質の修飾指数システムが関わると考えられるが、不明な点が多い。このことは、SUPによる翻訳後修飾系が他の伝達・修飾系と関連しながら、細胞内でどの程度活性化あるいは抑制化するのか、そのバランス 制御がなされている可能性を示唆している。本研究では、１）ヒトの培養細胞に薬剤ストレスをかけることでタンパク質とゲノムDNAの品質管理のバランス制御を破綻させ、その結果生じる未成熟ポリペプチド鎖の集積やアミロイド染色剤にポジティブなタンパク質の集積を解析することに着目して研究を開始して実験を行っている。令和2年度 は、これまでの研究の流れを継続しつつ、２）微小核の形成にともなう細胞応答、３）グアニン4重鎖によるDNA液滴形成、４）有糸分裂時における脂肪適の形成 と染色体分配の制御、などの研究も開始した。これにより、核構造とゲノム再編に関わる反応制御におけるにプロテオスタシスとDNA損傷応答を多角的に理解する試みを深化・発展させた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
令和2年度においては特に２）微小核の形成にともなう細胞応答のテーマにおいて大きく進展があったと考えている。細胞を観察していると、メインの大型の核と別の場所に「微小核」を観察することがある。応募者の研究室で培養している子宮頸がん由来のHeLa細胞の集団では約10%程度の細胞で微小核が観察され、微小核を有する細胞の中には細胞死や増殖停止を起こすものも観察されるが、多くの微小核細胞は細胞分裂をして増殖し続けている。我々が微小核研究の流れと先端についてまとめた現状分析から、細胞品質を改変する微小核ポテンシャルとして、以下の2点に着目した研究が主流となりつつあると考えている。
1）微小核によるゲノム不安定性の誘導とゲノム大規模改変による再安定化
2）微小核の核膜損傷の多発性とその修復における小胞構造リモデリング
我々は今年度、サイズと数の異なる微小核を誘導する薬剤処理の条件を決定して、微小核の生成から微小核細胞の運命決定に至る過程の分子基盤の解析を可能にする実験系を確立した。加えて、核輸送因子importinが限定された微小核に極めて高濃度に蓄積する現象を見出した。前者のような微小核サイズと数を制限できる実験系を有しているのは応募者のグループの強みであり、また、後者の現象は未報告であることから、極めて独創的な観点から微小核研究を先駆けて行うことができた。また、１）アミロイド化したタンパク質の核小体とPMLボディでの集積とその制御 、 ３）グアニン4重鎖オリゴDNAの細胞導入による核とクロマチン構造変化、４）脂肪酸による脂肪滴（Lipid Droplets: LDs）の誘導と核・染色体の空間制御、の各テーマについても一定の進捗があったと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
１）核内におけるタンパク質のアミロイド化とユビキチンーSUMOープロテアソームーオートファジー系の関わりを、PMLボディー、核小体、シャペロン経路も踏まえて解析する。 ２）微小核における核膜タンパク質の集積が多様な様式をとっていること、また、核膜の脂質分布が正常と思われるが、核膜タンパク質がほとんど存在しない領域が観察された。そしてimportinが異常集積する微小核の存在を明らかにした。これら結果を基に、今後は微小核における核膜の異常集積と核輸送の破綻に注目した解析を行なっていく。 ３）Pu27オリゴDNAによるG4構造の細胞内導入で最も顕著な細胞応答として、細胞外小胞への蓄積が観察されたことから、細胞膜との相互作用についての解析を開始する。４）脂肪酸を用いた染色体分配と間期クロマチンの空間制御が可能であることが示唆されたことから、LDsの形成に伴う分裂期染色体、膜合成系と核膜の制御を検証し、LDを用いた細胞操作テクノロジーの開発を試みる。
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