2021 Fiscal Year Research-status Report

細胞内アミノ酸組成の維持機構を過剰量のトリプトファンへの細胞応答から解き明かす

Research Project

Project/Area Number	20K05952
Research Institution	Gunma University
Principal Investigator	大橋一登群馬大学, 生体調節研究所, 助教 (30775862)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	トリプトファン / Cell Wall Integrity経路
Outline of Annual Research Achievements	タンパク質構成アミノ酸は一般に20種類で、これらは生体に必須の化合物である。高等動物では、いくつかのアミノ酸は十分量を生合成できないため、外部から摂取する必要がある。その一方で、必要最低限のアミノ酸を摂取しても、摂取するアミノ酸に極端な偏りがあると生育が抑制されるアミノ酸インバランスという現象が知られている。しかし、アミノ酸インバランスの分子機構は全く不明である。近年では血中のアミノ酸バランスの変化はがんや生活習慣病の未病状態の指標として期待されている。しかし、これらの病態とアミノ酸バランスとの関係についても、分子レベルの仕組みはよく分かっていない。研究代表者は真核生物のモデル細胞である出芽酵母で、Trpを過剰に与えると細胞増殖が抑制されることを見出し、過剰なTrpの分解に重要な経路を報告した (Ohashi et al., Sci. Rep., 2017)。また、過剰なTrpに加えてタンパク質分解物を与えると出芽酵母の生育が回復したことから、この現象は高等動物のアミノ酸インバランスに相当すると考えた。研究を進めた結果、過剰なTrpへの応答に細胞膜や細胞壁へのストレス応答に必要なCell Wall Integrity (CWI) 経路が必要であり、細胞内のTrpの蓄積は細胞壁ストレスへの正常なCWI経路のシグナル伝達を妨げる可能性が示された (Ohashi et al., Biosci. Biotechnol. Biochem., 2021)。現在は、CWI経路の上流に着目し、過剰なTrpを認識する仕組みの解明を目指している。得られた知見はTrp以外のアミノ酸にも展開し、アミノ酸インバランスの分子機構の理解に発展させたい。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason アミノ酸インバランスは、必要最低限のアミノ酸を摂取しても、摂取するアミノ酸に極端な偏りがあると生育が抑制されるという現象で、その分子機構は全く不明である。研究代表者は真核生物のモデル細胞である出芽酵母において、Trpを過剰に与えるとその細胞増殖が抑制されること、ならびに、過剰なTrpに加えてタンパク質分解物を与えると出芽酵母の生育が回復すること、を見出した。現在は、この現象の解析によってアミノ酸インバランスの分子機構解明を目指している。研究を進めた結果、過剰なTrpへの応答に細胞膜や細胞壁へのストレス応答に必要なCell Wall Integrity (CWI) 経路が必要であり、細胞内のTrpの蓄積は細胞壁ストレスへの正常なCWI経路のシグナル伝達を妨げる可能性が示された (Ohashi et al., Biosci. Biotechnol. Biochem., 2021)。現在は、CWI経路の上流に着目し、過剰なTrpの認識に関与すると考えられる分子をいくつか特定している。このような状況から、順調に進んでいるといえる。
Strategy for Future Research Activity	上記のように研究代表者は真核生物のモデル細胞である出芽酵母と過剰なTrpを用いて、アミノ酸インバランスの分子機構解明を試みている。これまでに、過剰なTrpによる生育抑制の原因は、細胞内シグナル伝達の低下であることが分かってきた。また、このシグナルの変化がアミノ酸インバランスの原因であることを示す結果も得られている。現在では、過剰なTrpの認識に関与すると考えられるいくつかの分子について検証を進めている。今後も引き続き、研究を推進し、過剰なTrpの認識機構を明らかにしたいと考えている。そして、Trp以外のアミノ酸によるアミノ酸インバランスの分子機構の解明にも取り組みたい。
Causes of Carryover	当初バックアッププランとして計画していた実験は、研究計画の進捗状況を考慮すると、優先順位が下がっており、実施しないことにした。また、学会がオンライン開催になったことにより、出張費が不要となった。次年度には、当初計画していた実験に加えて、新しく得られている結果に基づいた実験も実施予定である。次年度使用額は、これらの実験を効果的かつ効率的に行うために使用する。