ＲＮＡとの相互作用に基づくポリアミンによる遺伝子発現制御機序の解明

2012 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 24790084
• Research Institution: Chiba Institute of Science
• Principal Investigator: 照井 祐介 千葉科学大学, 薬学部, 講師 (60433687)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Keywords: ポリアミン / プトレスシン / スペルミジン / スペルミン / バイオフィルム / 生存率 / 細胞増殖 / 大腸菌

Research Abstract

ポリアミン(プトレスシン、スペルミジン、スペルミン）は、生命に必須な低分子生理活性アミンであり、ウイルスからヒトに至るほぼ全ての生物に普遍的に存在する。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、生存率上昇の戦略のひとつとして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。医療面において、難治性細菌のバイオフィルム形成による抗生物質耐性が問題となっている。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。

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SoxRとEmrR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、メカニズムを詳細に検討する予定である。

Strategy for Future Research Activity

大腸菌では、ポリアミンが結合してRNAのバルジドアウト構造に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ことが同定されてきた。この構造変化を分子レベルで更に明らかにするためCDや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。また、ポリアミンが作用するRNA部位を特定し、原核生物と真核生物に共通性や普遍性が認められるかを明確にする。

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、CDや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やNorthern 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。

Research Products

• [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.
  • Journal Title: Biochem. Biophys. Res. Commun. Volume: 430 Pages: 1265-1271
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2012.12.057.
  • Peer Reviewed
• [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.
  • Journal Title: Int. J. Biochem. Cell Biol. Volume: 45 Pages: 1042-1050
  • DOI: 10.1016/j.biocel.2013.02.021.
  • 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 and Nucleic Acids Volume: 32 Pages: 196-205
  • DOI: 10.1080/15257770.2013.774014
  • Peer Reviewed
• [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.
  • Journal Title: Int. J. Biochem. Cell Biol. Volume: 44 Pages: 412-422
  • DOI: 10.1016/j.biocel.2011.11.017
  • Peer Reviewed
• [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.
  • Journal Title: Biochem. Biophys. Res. Commun. Volume: 418 Pages: 110-115
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2011.12.143
  • Peer Reviewed
• [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.
  • Journal Title: Int. J. Biochem. Cell Biol. Volume: 44 Pages: 1877-1886
  • DOI: 10.1016/j.biocel.2012.07.010.
  • Peer Reviewed
• [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, Istanbul, Turkey
  • Year and Date: 20120902-20120907
• [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, Istanbul, Turkey
  • Year and Date: 20120902-20120907
• [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, Istanbul, Turkey
  • Year and Date: 20120902-20120907
• [Presentation] 真核細胞における新規ポリアミンモジュロンの同定及び蛋白質合成促進機構の解明.
  • Author(s): 吉田健人, 照井祐介, 笠原拓馬, 坂本明彦, 永池 誠, 富取秀行, 五十嵐一衛, 柏木敬子
  • Organizer: ポリアミンと核酸の共進化」第11回合同シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京慈恵会医科大学 西新橋校 西講堂
• [Presentation] アクロレイン抱合GAPDHを介したアクロレインの細胞毒性機序.
  • Author(s): 中村瑞穂, 富取秀行, 鈴木健裕, 照井祐介, 斎木遼太郎, 堂前 直, 五十嵐一衛, 柏木敬子
  • Organizer: 第85回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: マリンメッセ福岡
• [Presentation] ポリアミンによるバイオフィルム形成能及び生存率の上昇.
  • Author(s): 坂本明彦, 照井祐介, 山本 拓, 笠原拓馬, 富取秀行, 山本兼由, 石浜 明, 五十嵐一衛, 柏木敬子
  • Organizer: 第85回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: マリンメッセ福岡
• [Presentation] 翻訳因子eIF1Aのポリアミンによる蛋白質合成促進機構の解明.
  • Author(s): 笠原拓馬, 照井祐介, 吉田健人, 坂本明彦, 富取秀行, 五十嵐一衛, 柏木敬子
  • Organizer: 日本ポリアミン学会第4回大会
  • Place of Presentation: 松島・ホテル大観荘
• [Presentation] 細胞周期進行におけるポリアミンの機能解析.
  • Author(s): 山下智子, 西村和洋, 斎木遼太郎, 奥平宏之, 當銘真悠子, 東 恭平, 照井祐介, 藤原邦雄, 柏木敬子, 五十嵐一衛
  • Organizer: 日本ポリアミン学会第4回大会
  • Place of Presentation: 松島・ホテル大観荘
• [Presentation] GAPDHを介したアクロレイン毒性機序の解明.
  • Author(s): 中村瑞穂, 富取秀行, 鈴木健裕, 照井祐介, 斎木遼太郎, 堂前 直, 五十嵐一衛, 柏木敬子
  • Organizer: 日本ポリアミン学会第4回大会
  • Place of Presentation: 松島・ホテル大観荘
• [Presentation] ポリアミンによる翻訳伸長因子eIF1Aの蛋白質合成促進機構の解明.
  • Author(s): 坂本明彦, 照井祐介, 吉田健人, 笠原拓馬, 富取秀行, 五十嵐一衛, 柏木敬子
  • Organizer: 日本薬学会第133年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
• [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