2012 Fiscal Year Research-status Report
細胞増殖因子ポリアミンの機能解明とその濃度調節機序
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23590088
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| Research Institution | Chiba Institute of Science |
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Principal Investigator |
柏木 敬子 千葉科学大学, 薬学部, 教授 (80169424)
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| Keywords | ポリアミン / プトレスシン / スペルミジン / スペルミン / アクロレイン / GAPDH / 生存率 / バイオフィルム |
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| Research Abstract |
1. ポリアミンは主としてRNAと結合し、その構造を変化させることにより特定蛋白質合成を翻訳レベルで促進する。これまでに大腸菌で11種の細胞増殖に関連する蛋白質及び3種の生存率上昇に関わる蛋白質がポリアミンにより合成促進をうけることを明らかにし、これらの蛋白質をコードする遺伝子群をポリアミンモジュロンと命名した。細菌は飢餓ストレスにさらされると、バイオフィルムを形成する。代表的なものに、歯垢、排水溝のぬめり、カテーテル内に形成される黄色ブドウ球菌のコロニー等がある。今年度、大腸菌のバイオフィルム形成能に対するポリアミンの効果を調べた結果、定常期においてポリアミンが細胞内に蓄積すると、バイオフィルム形成が著しく上昇することを見出し、バイオフィルム形成制御に関わる二成分情報伝達系のレスポンスレギュレーターであるUvrYとCpxRがポリアミンにより翻訳レベルで合成促進をうけることを見出した。さらに蛋白質合成に必須なribosome recycling factor (RRF)が生存率上昇に必須なポリアミンモジュロンであることを見出した。さらにUvrY、CpxR及びRRFのポリアミンによる合成促進機構と生理機能を明らかにした。
2. ポリアミンの酸化分解により生じるアクロレインは強い細胞毒性を示し、特に蛋白質を不活化する。細胞障害を引きおこす際にどの蛋白質がアクロレイン抱合をうけ不活化されるかをマウス乳がん由来FM3A細胞を用いて検討したところ、glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH)がアクロレイン化をうけ、更に活性中心のCys-150及びCys-282がアクロレイン化アミノ酸残基であることを見出した。GAPDHがアクロレイン化されると、核に移行し、アポトーシスを引きおこすことが明らかとなった。
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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
ポリアミンの生理機能解明に関し、ポリアミンにより翻訳レベルで合成促進をうける遺伝子の同定が大腸菌で順調に進行し、現在酸化ストレスに対するポリアミンモジュロンの同定を進めている。真核細胞でも翻訳因子eEF1Aのほかに時計遺伝子を見出した。eEF1A合成のポリアミンによる合成促進メカニズムはeEF1A mRNAの18S rRNAとの相補配列の位置が他のmRNAと異なっているためであることを見出しており、詳細に検討する予定である。
ポリアミン輸送系に関しては、大腸菌の２種のプトレスシン輸送系（PotFGHI及びPuuP）の性質と特徴に関して明らかになりつつある。
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| Strategy for Future Research Activity |
大腸菌では、ポリアミンが結合して構造変化を起こすことにより、翻訳レベルで合成促進を起こすRNA構造が同定されてきた。この構造変化を分子レベルで更に明らかにするためNMR等により構造解析を行う。また、真核細胞でも同様なメカニズムでポリアミンが翻訳を促進するかどうか、mRNAに特徴があり、細胞増殖・分化に重要な遺伝子をポリアミンモジュロンとして同定する。
アクロレインの細胞毒性機序に関して、GAPDHの他にビメンチンがアクロレイン化されることを見出しており、アクロレイン化部位の同定と、ビメンチンを介するアクロレイン毒性機序を明らかにする予定である。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
ポリアミンが特徴的な構造変化を引き起こすRNAを合成し、NMR解析を行う。また真核細胞の細胞培養系を用いて、遺伝子トランスフェクション、Western blotting等により解析する。
以上のように物品費に主として使用すると共に、研究成果発表のための旅費として使用する。
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[Journal Article] Inactivation of GAPDH as one mechanism of acrolein toxicity.2013
Author(s)
Nakamura, M., Tomitori, H., Suzuki, T., Sakamoto, A., Terui, Y., Saiki, R., Dohmae, N., Igarashi, K., and Kashiwagi, K.
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Journal Title
Biochem. Biophys. Res. Commun.
Volume: 430
Pages: 1265-1271
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Role of polyamines at the G1/S boundary and G2/M phase of the cell cycle.2013
Author(s)
Yamashita, T., Nishimura, K., Saiki, R., Okudaira, H., Tome, M., Higashi, K., Nakamura, M., Terui, Y., Fujiwara, K., Kashiwagi, K., and Igarashi, K.
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Journal Title
Int. J. Biochem. Cell Biol.
Volume: 45
Pages: 1042-1050
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Antagonism of NMDA receptors by butanesulfonyl-homospermine guanidine and neuroprotective effects in in vitro and in vivo.2012
Author(s)
Masuko, T., Suzuki, T., Miyake, M., Kusama-Eguchi, K., Kizawa, Y., Tomono, K., Kashiwagi, K., Igarashi, K., and Kusama, T.
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Journal Title
Neurosci Lett.
Volume: 506
Pages: 251-255
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Increase in cell viability by polyamines through stimulation of the synthesis of ppGpp regulatory protein and ω protein of RNA polymerase in Escherichia coli.2012
Author(s)
Terui, Y., Akiyama, M., Sakamoto, A., Tomitori, H., Yamamoto, K., Ishihama, A., Igarashi, K., and Kashiwagi, K.
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Journal Title
Int. J. Biochem. Cell Biol.
Volume: 44
Pages: 412-422
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Augmented glutathione synthesis decreases acrolein toxicity.2012
Author(s)
Tomitori, H., Nakamura, M., Sakamoto, A., Terui, Y., Yoshida, M., Igarashi, K., and Kashiwagi, K.
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Journal Title
Biochem. Biophys. Res. Commun.
Volume: 418
Pages: 110-115
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Inverse correlation between stroke and urinary 3-hydroxypropyl mercapturic acid, an acrolein-glutathione metabolite.2012
Author(s)
Yoshida, M., Mikami, T., Higashi, K., Saiki, R., Mizoi, M., Fukuda, K., Nakamura, T., Ishii, I., Nishimura, K., Toida, T., Tomitori, H., Kashiwagi, K., and Igarashi, K.
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Journal Title
Clin. Chim. Acta
Volume: 413
Pages: 753-759
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Increased protein-conjugated acrolein and amyloid-β40/42 ratio in plasma of patients with mild cognitive impairment and Alzheimer’s disease.2012
Author(s)
Waragai, M., Yoshida, M., Mizoi, M., Saiki, R., Kashiwagi, K., Takagi, K., Arai, H., Tashiro, J., Hashimoto, M., Iwai, N., Uemura, K., and Igarashi, K.
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Journal Title
J. Alzheimer’s Dis.
Volume: 32
Pages: 33-41
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Structural change of R domain heterodimer of NMDA receptor GluN1 and GluN2B through binding of spermine and ifenprodil.2012
Author(s)
Tomitori, H., Suganami, A., Saiki, R., Mizuno, S., Yoshizawa, Y., Masuko, T., Tamura, Y., Nishimura, K., Toida, T., Williams, K., Kashiwagi, K., and Igarashi, K.
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Journal Title
J. Pharmacol. Exp. Ther.
Volume: 343
Pages: 82-90
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Enhanced biofilm formation and/or cell viability by polyamines through stimulation of response regulators UvrY and CpxR in the two-component signal transducing systems, and ribosome recycling factor.2012
Author(s)
Sakamoto, A., Terui, Y., Yamamoto, T., Kasahara, T., Nakamura, M., Tomitori, H., Yamamoto, K., Michael, A. J., Igarashi, K., and Kashiwagi, K.
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Journal Title
Int. J. Biochem. Cell Biol.
Volume: 44
Pages: 1877-1886
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Identification and its effect on cell growth of acrolein-conjugated protein in mouse mammary carcinoma FM3A cells.2012
Author(s)
Tomitori, H., Nakamura, M., Suzuki, T., Terui, Y., Yoshida, M., Saiki, R., Dohmae, N., Igarashi, K., Kashiwagi, K.
Organizer
International Congress on “Polyamines: Biological and Clinical Perspectives”
Place of Presentation
Istanbul Kultur University, Turkey
Year and Date
20120902-20120907
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[Presentation] Enhanced biofilm formation and cell viability by polyamines through polyamine stimulation of response regulators UvrY and CpxR in the two-component signal transducing systems and ribosome recycling factor.2012
Author(s)
Sakamoto, A., Terui, Y., Yamamoto, T., Kasahara, T., Tomitori, H., Yamamoto, K., Ishihama, A., Michael, A. J., Igarashi, K., Kashiwagi, K.
Organizer
International Congress on “Polyamines: Biological and Clinical Perspectives”
Place of Presentation
Istanbul Kultur University, Turkey
Year and Date
20120902-20120907
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[Presentation] Comparison of putrescine uptake catalyzed by PotFGHI and PuuP in Escherichia coli.2012
Author(s)
Terui, Y., Saroj, S. D., Sakamoto, A., Yoshida, T., Higashi, K., Saiki, R., Kurihara, S., Suzuki, H., Toida, T., Kashiwagi, K., Igarashi, K.
Organizer
International Congress on “Polyamines: Biological and Clinical Perspectives”
Place of Presentation
Istanbul Kultur University, Turkey
Year and Date
20120902-20120907
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[Presentation] スペルミンおよびイフェンプロジルの結合によるNMDA受容体GluN1及びGluN2BのN末端調節領域の構造変化
Author(s)
斎木遼太郎, 富取秀行, 菅波晃子, 水野聡美, 吉沢祐基, 益子 崇, 田村 裕, 西村和洋, 戸井田敏彦, キース ウィリアムス, 柏木敬子, 五十嵐一衛
Organizer
第85回日本生化学会大会
Place of Presentation
マリンメッセ福岡
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[Presentation] Structural change of R domain heterodimer of NMDA receptor GluN1 and GluN2B through binding of spermine and ifenprodil.
Author(s)
Kashiwagi, K., Tomitori, H., Suganami, A., Saiki, R., Mizuno, S., Yoshizawa, Y., Masuko, T., Tamura, Y., Nishimura, K., Toida, T., Williams, K., Igarashi, K.
Organizer
International Congress on “Polyamines: Biological and Clinical Perspectives”
Place of Presentation
Istanbul Kultur University, Turkey
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[Presentation] 大腸菌プトレスシン輸送蛋白質PotFGHI及びPuuPの生理的意義の解明
Author(s)
照井祐介, Sunil D. Saroj, 坂本明彦, 吉田健人, 東 恭平, 斎木遼太郎, 栗原 新, 鈴木秀之, 戸井田敏彦, 柏木敬子, 五十嵐一衛
Organizer
日本薬学会第133年会
Place of Presentation
パシフィコ横浜
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