個体生命を支える素機構の統合

• Project/Area Number: 12CE2007
• Research Category: Grant-in-Aid for COE Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 近藤 寿人 (近藤 壽人) 大阪大学, 生命機能研究科, 教授 (70127083)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 濱田 博司 大阪大学, 生命機能研究科, 教授 (00208589) ; 田中 亀代次 大阪大学, 生命機能研究科, 教授 (80144450) ; 杉野 明雄 大阪大学, 生命機能研究科, 教授 (90231737) ; 辻本 賀英 大阪大学, 医学系研究科, 教授 (70132735) ; 米田 悦啓 大阪大学, 生命機能研究科, 教授 (80191667)
• Project Period (FY): 2000 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥1,990,000,000 (Direct Cost: ¥1,690,000,000、Indirect Cost: ¥300,000,000); Fiscal Year 2004: ¥390,000,000 (Direct Cost: ¥300,000,000、Indirect Cost: ¥90,000,000); Fiscal Year 2003: ¥442,000,000 (Direct Cost: ¥340,000,000、Indirect Cost: ¥102,000,000); Fiscal Year 2002: ¥468,000,000 (Direct Cost: ¥360,000,000、Indirect Cost: ¥108,000,000); Fiscal Year 2001: ¥340,000,000 (Direct Cost: ¥340,000,000); Fiscal Year 2000: ¥350,000,000 (Direct Cost: ¥350,000,000)
• Keywords: ゲノム情報 / 転写調節 / シグナル分子 / DNA複製 / DNA修復 / 細胞内物質輸送 / アポトーシス / ノックアウトマウス / 転写調節因子 / レチノイン酸 / DNA損傷 / インポーティン / 細胞分化 / SOX / POU / コケイン症候群 / DNA polymerase / ターゲティング / importin / XAB

Research Abstract

本研究は、(1)それぞれの細胞が持つ核に与えられている一組の遺伝情報(ゲノム情報)がどのようにして読み出され、個体をつくるのか?(2)その個体では、ゲノムや細胞がうけるさまざまな損傷をどのように修復して健全な生命を維持するのか?という生命の基本問題に答えようとするものである。異体的な素機構(遺伝子複製・修復・転写、分化調節、アポトーシス、核 細胞質間輸送などに関するもの)の解析から出発しつつ、階層縦断的なアプローチからなる組織的な研究を実施して、個体の形成と個体生命の維持機構の全体像を示すことを目標とした。
平成16年度には、以下に述べる研究の進展がみられた。
1.分泌タンパク質Nodalとその阻害タンパク質の相互作用によって細胞内のSmad-FoxH1タンパク質複合体の活性が制御されて原始内胚葉領域が移動し、それが、胚の将来の脳(前側)部分を裏打ちして体の頭尾方向が決まることを示した。多系統のノックアウトマウスと高度の胚操作技術を駆使した。(濱田)
2.その過程の後、神経誘導のプロセスによって、SOX2転写調節因子遺伝子が発現を開始して、胚の中の将来の脳を規定しながら頭部側より尾部側に向かって発現領域を広げる。神経誘導の開始、また、異なった脳部域を制御する5種類のエンハンサーを見つけて、神経誘導および脳の部域化の各ステップを分析した。SOX2は単独で作用するのではなく、PAX, POUファミリーの転写複合体をつくり、それらの複合体がもつDNA結合と活性の特異性にもとづいて遺伝子群を制御することを示した。(近藤)
3.転写と共役したDNA修復に関与するXAB2蛋白質複合体を中心とした研究をすすめた。色素性乾皮症A群(XPA)蛋白質に結合する蛋白質であるXAB2を含む蛋白質複合体の精製を行い、分析した。XAB2蛋白質コア複合体は6種類の構成因子からなることがわかった。複合体構成因子の幾つかはスプライシング因子として知られているものであった。XAB2をノックダウンした細胞は、TCR能が低下し、紫外線高感受性となり、mRNAスプライシングにも異常を示した。XAB2が、TCR、転写、スプライシングに関与する多機能性蛋白質複合体の繋ぎめ的因子であることが示された。(田中)
4.DNA複製開始に必須な新しい蛋白複合体GINS(Sld5-Psf1-Psf2-Psf3の複合体)を分析した。この蛋白複合体は染色体複製に必須なDNA polymerase εと直接相互作用して、染色体複製開始反応を行っていることをin vivo及びin vitroで明らかにした。一方、この染色体複製開始を厳密に制御しているCdc7/Dbf4 protein kinase複合体の複製開始反応における機能解析を行い、Cdc7/Dbf4複合体がMcm2-7複合体に定量的に結合することが重要であることを明らかにした(杉野)
5.アポトーシス反応の惹起にかかわるミトコンドリア膜透過性の制御をノックアウトマウスを用いて解析した。ミトコンドリア膜透過性亢進に関わることが示唆されていたシクロフィリンDノックアウトマウスを作製した。このマウスのミトコンドリアは、Caなどにより誘導される膜透過性亢進現象を起こさないことを示した。また、ミトコンドリア膜透過性に関与する可能性を見いだした新規のミトコンドリア膜チャネルの機能の詳細な解析を実施した。(辻本)
6.転写調節因子の核局在化シグナル受容体であり、importin βと核蛋白質の結合を仲介するアダプダー分子であると考えられていたimportin αが、importin βと関係なく、それ自身の能力で核膜孔を通過できることを示し、輸送機構の多様性を明らかにしてきた。また、importin βの変異体を利用することにより、核膜孔の核内外通過において重要なimportin βの核膜孔複合体相互作用領域を決定することができ、核膜孔通過の方向性決定の理解に向けた研究を進めることができた。(米田)

Research Products

• [Journal Article] Interplay of SOX and POU factors in regulation of the Nestin gene in neural primordial cells. (2004)
  • Author(s): Tanaka, S., Hamada, H., Kondoh, H.et al.
  • Journal Title: Mol Cell Biol 21 Pages: 8834-8846
• [Journal Article] Nodal antagonists regulate formation of the anteroposterior axis of the mouse embryo. (2004)
  • Author(s): Yamamoto, M., Meno, C., Hamada, H.et al.
  • Journal Title: Nature 428 Pages: 387-392
• [Journal Article] Complete absence of Cockayne syndrome group B gene product gives rise to UV-sensitive syndrome but not Cockayne syndrome. (2004)
  • Author(s): Horibata, K., Tanaka, K.et al.
  • Journal Title: Proc Natl Acad Sci U S A 101 Pages: 15410-15415
• [Journal Article] Distinct roles of DNA polymerases, delta and epsilon at the replication fork in Xenopus egg extracts. (2004)
  • Author(s): Fukui, T., Waga, S., Sugino, A., et al.
  • Journal Title: Genes Cells 9 Pages: 179-191
• [Journal Article] Role of Bcl-2 family proteins in a non-apoptotic programmed cell death dependent on autophagy genes. (2004)
  • Author(s): Shimizu, S., Tsujimoto, Y.et al.
  • Journal Title: Nature Cell Biol. 279 Pages: 52726-52734
• [Journal Article] Cellular stresses induce the nuclear accumulation of importin alpha and cause a conventional nuclear import block. (2004)
  • Author(s): Miyamoto, Y., Yoneda, Y., et al.
  • Journal Title: J Cell Biol 165 Pages: 617-623
• [Publications] Uchikawa, M., Kondoh, H.et al.: "Functional analysis of chicken Sox2 enhancers highlights an array of diverse regulatory elements that are conserved in mammals."Dev.Cell. 4. 509-519 (2003)
• [Publications] Yamamoto, M., Hamada, H.et al.: "Nodal signaling induces the midline barrier by activating Nodal expression in the lateral plate."Development. 130. 1795-1804 (2003)
• [Publications] Groisman, J., Tanaka, K., Nakatani, Y.et al.: "The ubiquitin ligase activity in the DDB2 and CSA complexes is differentially regulated by the COP9 signalosome in response to DMA damage."Cell. 113. 357-367 (2003)
• [Publications] Takayama, Y., Sugino, A., Araki, H.et al.: "GINS, a novel multiprotein complex required for chromosomal DNA replication in budding yeast."Genes Dev. 17. 1153-1165 (2003)
• [Publications] Konishi, A., Yoneda, Y., Tsujimoto Y.et al.: "Involvement of histone H1.2 in apoptosis induced by DNA double-strand breaks."Cell. 114. 673-688 (2003)
• [Publications] Lee, S.J., Tsukihara, T., Yoneda, Y.et al.: "The structure of importin-b bound to SREBP-2 : Insights into nuclear transport of a transcription factor."Science. 302. 1571-1575 (2003)
• [Publications] Kondoh, H.et al.: "Distinct roles of SOX2, Pax6 and Maf transcription factors in the regulation of lens-specific δ1-crystallin enhancer"Genes to Cells. 7. 791-805 (2002)
• [Publications] Hamada, H.et al.: "Lefty inhibits Nodal signaling by interaction with a common receptor and by efficient diffusion"Genes to Cells. 7. 401-412 (2002)
• [Publications] Tanaka, K.et al.: "Mutations in the XPD gene in xeroderma pigmentosum group D cell strains : confirmation of genotype-phenotype correlation"Am J Med Genet.. 110. 248-252 (2002)
• [Publications] Sugino, A.et al.: "The DNA polymerase domain of Polε is required for rapid, efficient and highly accurate chromosomal DNA replication, telomere length maintenance, and normal cell senescence in Saccharomyces cerevisiae"J. Biol. Chem.. 277. 28099-28108 (2002)
• [Publications] Tsujimoto Y.et al.: "Activation of mitochondrial voltage-dependent anion channel by apro-apoptotic BH3-only protein Bim"Oncogene.. 25. 4944-4956 (2002)
• [Publications] Yoneda, Y.et al.: "Nucleocytoplasmic transport of proteins and poly (A)+RNA at the reconstitute Tpr-less nuclei in living mammalian cells"Genes to Cells. 7. 421-434 (2002)
• [Publications] Nishizaki, Y. et al.: "Identification of essential sequence motifs in the node/notochord enhancer of Foxa2(Hnf3b) gene that are conserved across vertebrate species"Mech. Dev.. 102. 57-66 (2001)
• [Publications] Kamachi, Y. et al.: "Pax6 and SOX2 form a co-DNA-binding partner complex that regulates initiation of lens development"Genes Dev.. 15. 1272-1286 (2001)
• [Publications] Sakai, Y. et al.: "CYP26/P45ORA, a retinoic acid-inactivating enzyme, is required for establishing an uneven distribution of retinoic acid alongthe anteroposterior axis within the mouse embyro"Genes & Dev.. 15. 213-225 (2001)
• [Publications] Yamamoto, M.et al.: "A transcription factor FoxH1/FAST mediates Nodal signaling during anterio-posterior patterning and node formation in the mouse"Genes & Dev.. 12. 1242-1256 (2001)
• [Publications] Murai, M. et al.: "Early postnatal ataxia and abnormal cerebellar development in mice lacking xeroderma pigmentosum group A and the Cockayne syndrome group B DNA repair genes"Proc. Nati. Acad. Sd., USA.. 98. 13379-13384 (2001)
• [Publications] Kamiuti, S.et al.: "Translocation of Cockayne syndrome group A protein to the nuclear matrix: possible relevance to transcription-coupled DNA repair"Proc. Natl. Acad. Sci., USA,. (in press).
• [Publications] Waga, S. et al.: "DNA Polymerase epsilon is required for co-ordinated, rapid and efficient chromosomal DNA replication in Xenopus egg extracts"Proc. Natl. Acad. Sci., USA,. 98. 4978-4983 (2001)
• [Publications] Kamimura, Y. et al.: "Sld3, which interacts with Cdc45 (SId4), functions for chromosomal DNA replication in Saccharomyces cerevisiae"EMBO J.. 20. 2097-2107 (2001)
• [Publications] Hata, S. et al.: "Vascular smooth muscle maintains the levels of Bcl-2 in endothelial cells"Atherosclerosis. 152. 309-316 (2001)
• [Publications] Shimizu, S. et al.: "Essential role of voltage-dependent anion channel in various forms of apoptosis in mammalian cells"J.Cell Biol.. 152. 237-250 (2001)
• [Publications] Nagoshi, E. et al.: "Dimerization of the sterol regulatory element-binding protein-2 via the helix-loop-helix-leucine zipper domain is prerequisite for its nuclear localization mediated by importin b"Mol. Cell. Biol.. 21. 2779-2789 (2001)
• [Publications] Shimizu, S.et al.: "Essential role of voltage-dependent anion channel in various forms of apoptosis in mammalian cells"J.Cell Biol.. 152. 237-250 (2001)
• [Publications] Kurisaki, A. et al.: "Transforming growth factor-b induces nuclear import of Smad3 in an importin-b1 and Ran-dependent manner"Mol. Biol. Cell.. 12. 1079-1091 (2001)
• [Publications] Hieda, M. et al.: "Nuclear import of the U1 A splicesome protein is mediated by importin a/b and Ran in living mammalian cells"J.Biol. Biol.. 276. 16824-16832 (2001)
• [Publications] Kamachi,Y. et al.: "pairing SOX off with partners in regulation of embryonic development."Trends Genet.. 16. 182-187 (2000)
• [Publications] Sakai,Y. et al.: "CYP26/P450RA, a retinoic acid-inactivating enzyme, is required for establishing an uneven distribution of retinoic acid along the anteroposterior axis within the mouse embryo."Genes & Dev.. 15. 213-225 (2001)
• [Publications] Lee,S.J. et al.: "The adoption of a twisted structure of importin-bis essential for the protein-protein interaction required for nuclear transport."J.Mol.Biol.. 302. 251-264 (2000)
• [Publications] Nakatsu,Y. et al.: "XAB2, a novel tetratricopeptide repeat protein, involved in transcription-coupled DAN repair and transcription."J.Biol.Chem.. 275. 34931-34937 (2000)