ＲＮＡ監視機構による遺伝子発現制御

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 23687025
• Research Institution: Yokohama City University
• Principal Investigator: 山下 暁朗 横浜市立大学, 医学部, 講師 (20405020)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: NMD / mRNA分解 / mRNA代謝 / 翻訳終結

Outline of Annual Research Achievements

1）NMDが直接制御する細胞内在性基質の網羅的同定とその具体的な役割の解析
2) NMD制御分子の新規相互作用分子の解析を通じたNMDと細胞ストレス応答の分子機構の解析
について研究を行い、特に2)について、研究成果を２本の原著論文として発表した。具体的には、①いくつかのNMD制御分子の発現抑制が、細胞増殖を阻害することを見いだしていた。これは、NMD阻害による遺伝性疾患治療の可能性を考えた際問題となる。そこで、既知のNMD制御分子15種について発現抑制によるNMD阻害と細胞障害活性の解析を行った。その結果、解析したすべての分子のknockdownで、異常終止コドンを生じる2種の異なる遺伝性疾患患者由来細胞において、疾患原因遺伝子由来産物の蓄積（NMDの阻害）が観察された。さらに、SMG-8を除くすべての既知NMD制御分子の発現抑制は、強い細胞障害活性を認めた。これらの結果はSMG-8が最も優れたNMD阻害剤開発ターゲットであることを示している。②小胞体ストレス時に、upstream open reading frame(uORF)による発現制御を受ける転写因子であるATF4が翻訳されることが知られている。uORFはNMDを誘導することから、小胞体ストレスとNMDの関わりについて解析を行った。その結果、小胞体ストレス時に、ジェネラルな翻訳が抑制されることによりUpf1のリン酸化とNMDが阻害されることが明らかとなった。一方で、通常の培養条件では、NMD阻害によって、ATF4 mRNAの発現が上昇するが、タンパク質発現は影響を受けないことも明らかとなった。このことは、ATF4発現が、mRNA安定性制御よりもuORF翻訳制御によるものであることを示している。
これらの解析に加え、NMD活性を測定するハイスループットアッセイシステムの改良にも成功した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

平成２５年度は、既知のNMD制御分子の中で遺伝性疾患治療ターゲットとなる分子の同定と細胞ストレス応答とNMDとの関わりについての解析をまとめ、２つの研究論文を発表した。また、最終年度に向け、得られたデータの論文化に向けた研究を進めると共に、新たな展開につながる、NMD制御分子の新規結合分子の同定も進めている。さらに、ハイスループットアッセイ系の構築についても順調に推移している。一方で、NMDが直接制御する細胞内在性基質の網羅的同定とその具体的な役割の解析については、他の解析が特に順調に進んだため、解析速度を低下させた。

Strategy for Future Research Activity

平成２６年度は最終年度であるため、解析結果の論文化を積極的に進める。さらに、順調に推移している研究を積極的に進めるとともに、新規にNMD制御分子結合蛋白質のNMDへの関わりを解析すると共に、新規結合分子の既知機能へのNMD制御因子の関わりについても解析を進める。また、NMDに加え、異常終止コドンreadthroughについても、ハイスループットアッセイ系の構築を進める。

Research Products

• [Journal Article] A hemizygous GYG2 mutation and Leigh syndrome: a possible link? (2014)
  • Author(s): Imagawa E, Osaka H, Yamashita A, Shiina M, Takahashi E, Sugie H, Nakashima M, Tsurusaki Y, Saitsu H, Ogata K, Matsumoto N, Miyake N
  • Journal Title: Hum Genet Volume: 133 Pages: 225-34
  • DOI: 10.1007/s00439-013-1372-6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Angiotensin receptor-binding protein ATRAP/Agtrap inhibits metabolic dysfunction with visceral obesity. (2013)
  • Author(s): Maeda A, Tamura K, Wakui H, Dejima T, Ohsawa M, Azushima K, Kanaoka T, Uneda K, Matsuda M, Yamashita A, Miyazaki N, Yatsu K, Hirawa N, Toya Y, Umemura S
  • Journal Title: J Am Heart Assoc Volume: 2 Pages: e000312
  • DOI: 10.1161/JAHA.113.000312
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Endoplasmic reticulum stress preconditioning attenuates methylmercury-induced cellular damage by inducing favorable stress responses. (2013)
  • Author(s): Usuki F, Fujimura M, Yamashita A
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 3 Pages: 2346
  • DOI: 10.1038/srep02346
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] An epigenetic switch is crucial for spermatogonia to exit the undifferentiated state toward a Kit-positive identity. (2013)
  • Author(s): Shirakawa T, Yaman-Deveci R, Tomizawa S, Kamizato Y, Nakajima K, Sone H, Sato Y, Sharif J, Yamashita A, Takada-Horisawa Y, Yoshida S, Ura K, Muto M, Koseki H, Suda T, Ohbo K
  • Journal Title: Development Volume: 140 Pages: 3565-76
  • DOI: 10.1242/dev.094045
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Inhibition of SMG-8, a subunit of SMG-1 kinase, ameliorates nonsense-mediated mRNA decay-exacerbated mutant phenotypes without cytotoxicity. (2013)
  • Author(s): Usuki F, Yamashita A, Shiraishi T, Shiga A, Onodera O, Higuchi I, Ohno S
  • Journal Title: Proc Natl Acad Sci U S A Volume: 110 Pages: 15037-42
  • DOI: 10.1073/pnas.1300654110
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The novel PAR-1-binding protein MTCL1 has crucial roles in organizing microtubules in polarizing epithelial cells. (2013)
  • Author(s): Sato Y, Akitsu M, Amano Y, Yamashita K, Ide M, Shimada K, Yamashita A, Hirano H, Arakawa N, Maki T, Hayashi I, Ohno S, Suzuki A
  • Journal Title: J Cell Sci Volume: 126 Pages: 4671-83
  • DOI: 10.1242/jcs.127845
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Bofu-tsu-shosan, an oriental herbal medicine, exerts a combinatorial favorable metabolic modulation including antihypertensive effect on a mouse model of human metabolic disorders with visceral obesity. (2013)
  • Author(s): Azushima K, Tamura K, Wakui H, Maeda A, Ohsawa M, Uneda K, Kobayashi R, Kanaoka T, Dejima T, Fujikawa T, Yamashita A, Toya Y, Umemura S
  • Journal Title: PLoS One Volume: 8 Pages: e75560
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0075560
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Activation of angiotensin II type 1 receptor-associated protein exerts an inhibitory effect on vascular hypertrophy and oxidative stress in angiotensin II-mediated hypertension. (2013)
  • Author(s): Wakui H, Dejima T, Tamura K, Uneda K, Azuma K, Maeda A, Ohsawa M, Kanaoka T, Azushima K, Kobayashi R, Matsuda M, Yamashita A, Umemura S
  • Journal Title: Cardiovasc Res Volume: 100 Pages: 511-9
  • DOI: 10.1093/cvr/cvt225
  • Peer Reviewed
• [Presentation] p50 stabilizes the cell surface E-cadherin and regulates development and maturation of tight Junctions through the PAR complex. (2013)
  • Author(s): Fujikawa Y, Harita Y, Hirose T, Yamashita A, Sasaki K, Hirano H, Ohno S
  • Organizer: 第36回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド(兵庫県神戸市)
  • Year and Date: 2013-12-05
• [Presentation] Formation of mRNA surveillance complex during aberrant termination recognition. (2013)
  • Author(s): Yamashtia A, Uchiyama A, Kataoka N, Kurosawa H, Nakamura Y, Ohno S
  • Organizer: 第36回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド(兵庫県神戸市)
  • Year and Date: 2013-12-04
• [Presentation] An efficient affinity purification method for interaction proteomics in mammalian cells. (2013)
  • Author(s): Yamashita A, Kurosawa H, Hirano H, Ohno S
  • Organizer: HUPO 12th Annual World Congress
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
  • Year and Date: 2013-09-16
• [Remarks] 大野研究室 分子細胞生物学 Cell Signaling
  • URL: http://www-user.yokohama-cu.ac.jp/~ohnos/Japanease/indexJ.html