Functional analysis of sulfur metabolism and respiratory system: genome editing and energy metabolism analysis

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K07341
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 48040:Medical biochemistry-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Morita Masanobu 東北大学, 医学系研究科, 講師 (10519094)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 硫黄代謝 / エネルギー代謝 / ゲノム編集 / ミトコンドリア

Outline of Final Research Achievements

It has been suggested that cysteinyl-tRNA synthetase (CARS), one of the aminoacyl-tRNA enzymes, produces sulfur metabolites synthesized from cysteine in mitochondria and is involved in energy metabolism. The applicant generated mice genetically modified with these enzymes related to sulfur metabolism and found that they showed phenotypes such as embryonic lethality and short life span. This suggests that sulfur-metabolizing enzymes play an important role from development to adult homeostasis by regulating energy metabolism. In this study, the applicant will generate and analyze genome-edited mice and nematodes of sulfur metabolism-related enzymes to elucidate the mechanisms of sulfur metabolism in vivo at the molecular level.

Free Research Field

分子生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ミトコンドリアにおいてシステインから合成されるイオウ代謝物(パースルフィドなど)が、アミノアシルtRNA酵素の一つであるCARS2やSQRによって産生・代謝され、エネルギー代謝に関与することが示されている。このことは、生物が酸素のみならずイオウ代謝物を利用してエネルギー代謝を営むことを意味している。本研究で明らかになったCARS2およびSQR遺伝子改変マウスの解析により、発生および寿命に関する表現型が観察された。これらの結果はCARS、SQRなどの新規イオウ代謝酵素を介したイオウ依存型エネルギー代謝機構が個体発生から成体の恒常性維持まで広く、重要な役割を担っていることを示している。