2019 Fiscal Year Research-status Report
核内低分子量Gタンパク質遺伝子変異を用いたミトコンドリア機能制御の研究
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18K11084
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| Research Institution | Kanazawa Gakuin University |
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Principal Investigator |
林 直之 金沢学院大学, 人間健康学部, 教授 (50253456)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 核内低分子量Gタンパク質 / ミトコンドリア / 酵母 / AMPK / MAPキナーゼ / グリセロール代謝 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ミトコンドリアは細胞内の栄養代謝で最も主要な役割を果たす細胞小器官で、その機能は栄養条件や細胞のストレス状態によって精密に調節されている。本研究では、酵母の低分子量Gタンパク質構造遺伝子GSP1とその関連遺伝子の突然変異株を非発酵性炭素源であるグリセロールでミトコンドリア機能の評価を行った。このうち、GSP1遺伝子突然変異で変異点特異的なグリセロール代謝能欠損をみいだした。また、ミトコンドリアを染色法による蛍光顕微鏡観察と定量PCR法によるミトコンドリアDNA量の測定で、GSP1遺伝子変異の一つgsp1-1894で著しいミトコンドリアの減少を観察した。この現象にはMAPキナーゼの一つHog1が変異細胞中で活性化状態にあることで起こっていると考察した。
一方でガラクトースおよびマルトースのようなグルコースではない発酵性炭素源で増殖ができず、この突然変異細胞はグルコース抑制の解除ができなくなっているという仮説を立て、グルコース抑制制御を行うAMP活性化プロテインキナーゼ（AMPK）の2種類のβサブユニットと1種類のγサブユニット遺伝子を大量供給し、変異細胞中のAMP活性化プロテインキナーゼ（AMPK）の機能を検証した。
これらの結果から、グリセロールの代謝にはAMPKによるグルコース抑制の解除が必要であり、MAPキナーゼがグリセロール代謝に必要なミトコンドリアの機能に作用し、代謝抑制を行う可能性を示した。細胞が物理的ストレスに対応するためにグリセロールを生産蓄積さし、また他に炭素源がない場合、グリセロールを消費するという、互いに逆方向の代謝がAMPKとMAPキナーゼというタンパク質リン酸化酵素のパスウェイによって協調的に制御されることが示唆された。そして、このプロセスには核内低分子量Gタンパク質の正常な機能が必須であることが分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
グリセロール代謝不能に陥る原因としミトコンドリア自食作用の活性化のためにミトコンドリアが消失したことを確認し、その根拠となる結果を得た。野生型細胞との接合および分離によってミトコンドリアを細胞内に得たとしてもgsp1-1894はミトコンドリアを増殖に連れて消失していった。この変異細胞の中ではグリセロールの生産酵素の発現が上昇していることから、ミトコンドリアに対する自食作用（autophagy）の可能性を考え、これを誘導するMAPキナーゼHog1の亢進によるものと考察した。さらにこの変異細胞がグルコース以外の発酵性炭素源でも増殖できないことからグルコース抑制の解除が働かないと仮説を立て、AMPKの2種類のβサブユニットと1種類のγサブユニットの遺伝子の大量供給実験を行い、その結果細胞質内βサブユニットSIP2遺伝子で回復したことから、gsp1-1894変異細胞では細胞質中のAMPK活性が減衰しており、このためにグルコース抑制の解除が起こらないと考察した。このためgsp1-1894変異細胞は、グリセロールを代謝消費できず蓄積するため高浸透圧下での増殖能が野生型細胞よりも優れていた。
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| Strategy for Future Research Activity |
gsp1-1894変異細胞で観察したミトコンドリアの消失が、活性化したMAPキナーゼによるものであったことから、さらにストレスに応じて代謝制御を行う関連遺伝子の発見とその信号伝達経路を探索する。
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| Causes of Carryover |
ほぼ予定したとおり研究費を執行したが、成果発表を行った日本遺伝学会が隣県で開催されため想定よりも少額で済み、次年度使用額が生じた。消耗品の試薬購入に使用する。
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