2020 Fiscal Year Research-status Report
酸化ストレス防御・DNA修復タンパク質の同定と作用機構の解明
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19K12320
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
秋山 秋梅 (張秋梅) 京都大学, 理学研究科, 准教授 (00260604)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 酸化ストレス / 放射線 / DNA修復酵素 / 培養細胞 / 線虫C.elegans / OXR1 / GRX1 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
細胞にとって最大の脅威である酸化は活性酸素 (ROS) によって起こされる。電離放射線は、細胞成分に直接損傷を与える作用と大量に生成するROSの反応によって細胞に強い酸化反応を引き起こす作用を有する。細胞には活性酸素の消去、酸化された分子の還元, 損傷DNAの修復などの防御機構が備わっている。本研究は (1) 酸化DNA修復酵素の同定とDNA修復の個体、 組織での役割を解明。 (2) 酸化防御タンパク質の放射線応答への役割、低線量率放射線応答機構の解明、以上２点を目的としている。
本年度は (1) 線虫の塩基除去修復(BER)酵素UNG-1欠損の影響を解明した。また、ung-1,nth-1二重欠損株の酸化ストレス条件下での孵化率への影響の解析をした。(2) 線虫C.elegansにおける酸化DNA・RNAのヌクレオチドの代表的なものであるグアニンの酸化体8-oxo-dGTP 或いは8-oxo-GTPを修復する酵素ndx-4欠損株と非分裂時期線虫の酸化ストレス感受性機構の解明を試みた。(3) ヒト細胞における酸化防御酵素の放射線応答および酸化ストレス防御の役割を解明した。特に、ミトコンドリアの酸化防御酵素OXR1のゲノム安定性維持における役割を解明した。 安定的OXR1のKnockdown細胞のMMSやCarbonイオンビーム、鉄イオンビーム解析を行った。また、細胞質酸化ストレス防御タンパク質GRX1の放射線・酸化ストレスへの応答、タンパク質の酸化・還元が細胞の生き死への影響機構を解明した。GRX1の酸化ストレス感受性機構の解明を行った。
以上の研究成果は複数の学会および国際雑誌で公表した。
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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
塩基除去修復酵素UNG-1を欠損する線虫個体の機能変化から、UNG-1は胚発生時期に受けたDNA損傷がその後の成長と寿命維持には重要な役割を果たしていることを発見した。加えて突然変異の蓄積の解析も行った。得られた一連の成果は日本遺伝学会で発表した。この課題については計画通りに進展している。
酸化損傷を受けたヌクレオチドの代表的なものである8-oxo-dGTP 或いは8-oxo-GTPはDNAポリメラーゼ、RNAポリメラーゼの基質として利用されDNA、RNAに取り込まれることが知られている。取り込まれた8-oxo-Gは突然変異、異常タンパク質の合成などを引き起こす。ヌクレオチドプール中の8-oxo-dGTPや8-oxo-GTPのリン酸基を分解し、DNAやRNAに取り込まれるのを防ぐタンパク質をコードする遺伝子ndx-4の変異はadult stageでの酸化ストレス感受性を増大させる。本年度はndx-4の変異が酸化ストレス感受性の増大を引き起こすメカニズムの解明を試みた。得られた成果は日本遺伝学会で発表した。
ヒト細胞における酸化防御酵素の放射線応答・酸化ストレス防御の役割解明について、酸化ストレス防御タンパク質OXR1の安定的Knockdown細胞がMMSや重粒子イオンビームに高い感受性を示した。これによりゲノム安定性維持に貢献していることを明らかにした。この研究成果は国際雑誌Genes and Environmentに公表した。
酸化ストレス防御では酸化タンパク質を還元する酵素GRX1の欠損細胞が多様な酸化ストレスに感受性になり、細胞が死にやすくなる、その原因は細胞のapoptosisが生じやすく、また、細胞の分裂が阻害されること、酸化されたタンパク質が還元できなくなるであることを明らかにした。本研究は、日本放射線影響学会で発表し、国際雑誌Free radical Researchに公表された。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和３年度は引き続き下記の研究を行う。
(1)酸化DNA修復酵素KsgAのDNA結合機構を解明し、論文作成を進める。
(2)線虫C.elegans DNA修復酵素UNG-1の寿命、変異生成、ung-1,nth-1二重欠損株を用いての影響を検討し、論文作成を進める。
(3)GRX1欠損細胞の低線量率放射線への応答を調べる。ヒト細胞にGRX1高発現細胞を作成し、その放射線感受性、酸化ストレス応答を調べる。
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| Causes of Carryover |
当初予定していた実験用機材・実験材料の購入において、新型コロナウイルス感染拡大の影響で年度期間内の納品が叶わなかったことにより、費用の一部の次年度使用が生じた。 次年度使用については、研究テーマの展開と新たに加えた新指標の解析実験系(培地、血清、研究試薬の購入など)とする。さらに、共同研究者間での打ち合わせ、国内外の研究発表、得られた成果の論文投稿及びその校正、掲載料に使用する。
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