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

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 23590088
• Research Institution: Chiba Institute of Science
• Principal Investigator: 柏木 敬子 千葉科学大学, 薬学部, 教授 (80169424)
• 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 / グルタチオン / GAPDH / バイオフィルム

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。本研究では、大腸菌の緊縮応答因子であるppGppの合成と分解に関わるSpoTと、ppGppの機能発現に関わるRpoZをコードする遺伝子群をポリアミンモジュロンと同定した。さらに、定常期においてポリアミンによりバイオフィルム形成が上昇することを見出し、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。従って、ポリアミンは細胞増殖ばかりでなく、細胞生存率維持にも寄与することを明らかにした。
2. 真核細胞において、ポリアミンモジュロン遺伝子4種を同定している。翻訳因子eEF1Aも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。そのmRNA中に、18S rRNAとの相補配列が見つかり、これをeukaryotic Shine-Dalgarno (eSD) 配列と命名した。さらにその他のmRNAにもeSD 配列が存在し、原核細胞と同様に翻訳効率に重要であることを見出した。eEF1A mRNAではeSD 配列と開始コドンAUGとの距離が離れているため、ポリアミンにより合成促進されることを明らかにした。
3. 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すが、Neuro-2a細胞をアクロレインに暴露することにより、アクロレイン毒性が半減した耐性株を分離した。この耐性株ではグルタチオン量が約２倍上昇しており、グルタチオンがアクロレイン毒性を低下させる主成分であることを明らかにした。アクロレインは特に蛋白質を不活化する。FM3A細胞を用い、glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH)がアクロレイン化をうけることを見出した。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を明らかにした。

Research Products

• [Journal Article] Distinction between mild cognitive impairment and Alzhemer’s disease by CSF amyloid 40 and 42, and protein-conjugated acrolein. (2014)
  • Author(s): Mizoi, M., Yoshida, M., Saiki, R., Waragai, M., Uemura, K., Akatsu, H., Kashiwagi, K., and Igarashi, K.
  • Journal Title: Clin. Chim. Acta Volume: 430 Pages: 150-155
  • DOI: 10.1016/j.cca.2014.01.007.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Properties of putrescine uptake by PotFGHI and PuuP and their physiological significance in Escherichia coli. (2014)
  • Author(s): Terui, Y., Saroj, S. D., Sakamoto, A., Yoshida, T., Higashi, K., Kurihara, S., Suzuki, H., Toida, T., Kashiwagi, K., and Igarashi, K.
  • Journal Title: Amino Acids Volume: 46 Pages: 661-670
  • DOI: 10.1007/s00726-013-1517-x.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] In vitro and in vivo evaluation of polymethylene tetraamine derivatives as NMDA receptor channel blockers. (2013)
  • Author(s): Saiki, R., Yoshizawa, Y., Minarini, A., Milelli, A., Marchetti, C., Tumiatti, V., Toida, T., Kashiwagi, K., and Igarashi, K.
  • Journal Title: Bioorg. Med. Chem. Lett. Volume: 23 Pages: 3901-1904
  • DOI: 10.1016/j.bmcl.2013.04.063.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis and evaluation of pyrrole polyamide-2’-deoxyguanosine 5’-phosphate hybrid. (2013)
  • Author(s): Kawashima, E., Nakanishi, Y., Terui, Y., Tomitori, H., Kashiwagi, K., Ohba, Y., and Kamaike, K.
  • Journal Title: Nucleosides, Nucleotides Nucleic Acids Volume: 32 Pages: 196-205
  • DOI: 10.1080/15257770.2013.774014.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Expression, purification, crystallization, and preliminary crystallographic analysis of spermidine acetyltransferase from Escherichia coli. (2013)
  • Author(s): Niiyama, M., Sugiyama, S., Hirose, M., Ishikawa, S., Tomitori, H., Higashi, K., Yamashita, T., Adachi, H., Takano, K., Murakami, S., Murata, M., Inoue, T., Mori, Y., Kashiwagi, K., Matsumura, H., and Igarashi, K.
  • Journal Title: Acta Crystallogr. Volume: F69 Pages: 884-887
  • DOI: 10.1107/S1744309113017132.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spermidine is required for morphogenesis in the human pathogenic fungus, Penicillium marneffei. (2013)
  • Author(s): Kummasook, A., Cooper, C. R. Jr., Sakamoto, A., Terui, Y., Kashiwagi, K., and Vanittanakorn, N.
  • Journal Title: Fungal Genet. Biol. Volume: 58-59 Pages: 25-32
  • DOI: 10.1016/j.fgb.2013.08.001.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Acrolein stimulates the synthesis of IL-6 and CRP in thrombosis model mice and cultured cells. (2013)
  • Author(s): Saiki, R., Hayashi, D., Ikuo, Y., Nishimura, K., Ishii, I., Kobayashi, K., Chiba, K., Toida, T., Kashiwagi, K., and Igarashi, K.
  • Journal Title: J. Neurochem. Volume: 127 Pages: 652-659
  • DOI: 10.1111/jnc.12336.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Prediction of the interaction between spermidine and G-G mismatch containing acceptor stem in tRNAIle: Molecular modeling, density functional theory, and molecular dynamics study (2013)
  • Author(s): Hayashi, Y., Sugiyama, H., Suganami, A., Higashi, K., Kashiwagi, K., Igarashi, K., and Kawauchi, S.
  • Journal Title: Biochem. Biophys. Res. Commun. Volume: 441 Pages: 999-1004
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2013.11.016.
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Role of polyamines at the G1/S boundary and G2/M phase of the cell cycle. (2013)
  • Author(s): Kashiwagi, K., Yamashita, T., Nishimura, K., Saiki, R., Okudaira, H., Tome, M., Higashi, K., Nakamura, M., Terui, Y., Fujiwara, K., Igarashi, K.
  • Organizer: 2013 Gordon Research Conference on Polyamines
  • Place of Presentation: Waterville Valley, NH, USA
  • Year and Date: 20130616-20130620
• [Presentation] Polyamine stimulation of eEF1A synthesis based on the unusual position of an SD-like sequence of eEF1A mRNA. (2013)
  • Author(s): Sakamoto, A., Terui, Y., Kasahara, T., Yoshida, T., Tomitori, H., Igarashi, K., Kashiwagi, K.
  • Organizer: 2013 Gordon Research Conference on Polyamines
  • Place of Presentation: Waterville Valley, NH, USA
  • Year and Date: 20130616-20130620
• [Presentation] Enhanced cell viability by polyamines under oxidative stress through polyamine stimulation of SoxR and EmrR in Escherichia coli. (2013)
  • Author(s): Terui, Y., Sakamoto, A., Tamada, A., Ichihara, T., Yamamoto, T., Yamamoto, K., Ishihama, A., Igarashi, K., Kashiwagi, K.
  • Organizer: 2013 Gordon Research Conference on Polyamines
  • Place of Presentation: Waterville Valley, NH, USA
  • Year and Date: 20130616-20130620
• [Presentation] Identification of proteins including acrolein in saliva of primary Sjögren syndrome patients. (2013)
  • Author(s): Saiki, R., Hirose, T., Suzuki, T., Dohmae, N, Ito, S., Toida, T., Kashiwagi, K., Igarashi, K.
  • Organizer: 2013 Gordon Research Conference on Polyamines
  • Place of Presentation: Waterville Valley, NH, USA
  • Year and Date: 20130616-20130620
• [Presentation] Comprehensive analysis of glycosaminoglycans in mammalian cells cultured in the presence or absence of polyamines: identification of polyamine modulon in glycosaminoglycan synthesis. (2013)
  • Author(s): Higashi, K., Imamura, M., Furihata, T., Nishimura, K., Linhardt, R. J., Kashiwagi, K., Igarashi, K., Toida, T.
  • Organizer: 2013 Gordon Research Conference on Polyamines
  • Place of Presentation: Waterville Valley, NH, USA
  • Year and Date: 20130616-20130620
• [Presentation] マウス神経芽細胞腫Neuro2a由来の新規アクロレイン耐性細胞の性質
  • Author(s): 中村瑞穂, 坂本明彦, 照井祐介, 富取秀行, 斎木遼太郎, 吉田 円, 五十嵐一衛, 柏木敬子
  • Organizer: 第86回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 横浜・パシフィコ横浜
• [Presentation] シェーグレン症候群患者唾液中のアクロレイン結合タンパク質の同定
  • Author(s): 斎木遼太郎, 廣瀬直雄, 鈴木健裕, 益田晶子, 堂前 直, 伊藤 聡, 高橋芳右, 戸井田敏彦, 柏木敬子, 五十嵐一衛
  • Organizer: 第86回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 横浜・パシフィコ横浜
• [Presentation] 酸化ストレス下における大腸菌のポリアミンの生存率維持の役割
  • Author(s): 照井祐介, 坂本明彦, 玉田朗人, 市原朋昌, 山本 拓, 山本兼由, 石浜 明, 五十嵐一衛, 柏木敬子
  • Organizer: 第86回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 横浜・パシフィコ横浜
• [Presentation] ポリアミン過剰蓄積による細胞増殖阻害機構の解明
  • Author(s): 坂本明彦, 照井祐介, 吉田健人, 山本兼由, 石浜 明, 五十嵐一衛, 柏木敬子
  • Organizer: 「ポリアミンと核酸の共進化」第12回合同シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京慈恵会医科大学
• [Presentation] 酸化ストレス下におけるポリアミンモジュロンの生理的役割解明
  • Author(s): 山本 拓, 吉田健人, 照井祐介, 坂本明彦, 山本兼由, 石浜 明, 鈴木秀之, 五十嵐一衛, 柏木敬子
  • Organizer: 日本ポリアミン学会第5回年会
  • Place of Presentation: 銚子・千葉科学大学マリーナキャンパス
• [Presentation] アクロレイン耐性細胞Neuro2a-ATD-2の毒性解除機構の解明
  • Author(s): 中村瑞穂, 坂本明彦, 照井祐介, 富取秀行, 斎木遼太郎, 吉田 円, 五十嵐一衛, 柏木敬子
  • Organizer: 日本ポリアミン学会第5回年会
  • Place of Presentation: 銚子・千葉科学大学マリーナキャンパス
• [Presentation] シェーグレン症候群患者唾液中におけるアクロレイン化タンパク質の機能解析
  • Author(s): 斎木遼太郎, 廣瀬直雄, 鈴木健裕, 益田晶子, 堂前 直, 伊藤 聡, 高橋芳右, 戸井田敏彦, 柏木敬子, 五十嵐一衛
  • Organizer: 日本ポリアミン学会第5回年会
  • Place of Presentation: 銚子・千葉科学大学マリーナキャンパス
• [Presentation] サメ肌抗菌シートによる緑膿菌のバイオフィルム形成及びswarming motilityの抑制
  • Author(s): 坂本明彦, 照井祐介, 堀江千紘, 福井貴史, 増澤俊幸, 菅原申太郎, 重田 核, 重田龍男, 五十嵐一衛, 柏木敬子
  • Organizer: 日本薬学会第134年会
  • Place of Presentation: 熊本・熊本市総合体育館
• [Presentation] 酸化ストレス下におけるポリアミンの細胞増殖並びに細胞生存率に果たす役割
  • Author(s): 吉田健人, 坂本明彦, 照井祐介, 山本 拓, 山本兼由, 石浜 明, 鈴木秀之, 五十嵐一衛, 柏木敬子
  • Organizer: 日本薬学会第134年会
  • Place of Presentation: 熊本・熊本大学
• [Presentation] シェーグレン症候群患者唾液中におけるアクロレイン結合タンパク質の機能解析
  • Author(s): 廣瀬直雄, 斎木遼太郎, 鈴木健裕, 益田晶子, 堂前 直, 伊藤 聡, 高橋芳右, 戸井田敏彦, 柏木敬子, 五十嵐一衛
  • Organizer: 日本薬学会第134年会
  • Place of Presentation: 熊本・熊本大学