人体のエネルギー産生系の形成の制御因子

• 研究課題/領域番号: 02404027
• 研究種目: 一般研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 医化学一般
• 研究機関: 自治医科大学
• 研究代表者: 香川 靖雄 自治医科大学, 医学部, 教授 (30048962)
• 研究分担者: 猪原 直弘 自治医科大学, 医学部, 助手 (60232576) ; 遠藤 仁司 自治医科大学, 医学部, 助手 (50221817) ; 中西 真 自治医科大学, 医学部, 講師 (40217774) ; 太田 成男 自治医科大学, 医学部, 助教授 (00125832) ; 香川 靖雄 自治医科大学, 医学部, 教授 (30048962) ; 浜本 敏郎 自治医科大学, 医学部, 講師 (30189625) ; 平田 肇 自治医科大学, 医学部, 講師 (40049052) ; 曽根 〓史 自治医科大学, 医学部, 助教授 (20049034)
• 研究期間 (年度): 1990 – 1993
• 研究課題ステータス: 完了 (1993年度)
• 配分額: 24,400千円 (直接経費: 24,400千円); 1993年度: 2,100千円 (直接経費: 2,100千円); 1992年度: 4,300千円 (直接経費: 4,300千円); 1991年度: 7,900千円 (直接経費: 7,900千円); 1990年度: 10,100千円 (直接経費: 10,100千円)
• キーワード: ATP合成酵素 / 転写因子 / 選択的スプライシング / サブユニット構成 / 転写制御 / ミトコンドリア / F,ATPアーゼ / PHによる制御 / 協調発現 / F_1・ATDアーゼ / 高次構造 / ミトコンドリア脳筋症 / ATP synthase / Bioenergetics / mitochondria / transcriptional control / biomembrane / MELAS / human genome / enhancer

研究概要

細胞活動の基本であるエネルギー産生系の代謝調節は生体の反応系のなかでは最も変動量が大きく、変動速度も大である。そこで本研究では細胞の全体のエネルギー状態の検出機構を目標とした。人体細胞のエネルギー産生は短期的には呼吸調節能によるが、長期的にはミトコンドリアを中心とする諸タンパク質の合成と構造形成によっている。酸化的リン酸化の要素の構造遺伝子だけが、核DNAの他にミトコンドリアDNAの支配も受けている。その形成の制御はおもに核DNAの転写制御と推定され、ミトコンドリアDNA側では特有の翻訳制御が中心と考えられている。本年度は最終年度に当りATP合成酵素の主要サブユニットであるα、β、γ、の発現、ミトコンドリアのDNAの転写と複製の制御因子であるmtTF1の解析を進めた。すでにATPase活性にはαβサブユニットのみで十分であり、しかも組織共通である事を決定した。γはalternate splicingによって、第9エキソンを含む肝臓型と、それを欠く筋肉型の2種があることをJ.B.C.268,24950(1993)に報告した。これらαβγの上流には未報告の共通のシス要素が3種発見され、CATアッセイ法などでその機能を解析した。さらにγサブユニットのスプライシングには組織活動の結果pHが低下することによって筋肉型となること、この情報伝達はプロテインキナーゼCを介するトランス因子の合成が必要であるという重要な結果を得た(J.B.C.印刷中、1994)。ミトコンドリア(mt)DNAの複製と転写の両方を同時に制御するmtTF1にもalternate splicingによって長短2種のisoformが存在することを明らかにした(BBRC 194,544,1993)。DNAを除いたρ°株を用いてその意義を検討した(J.B.C.259,印刷中 1994)。本研究によって、人体のエネルギー供給源であるATP合成酵素の主要遺伝子の構造が初めて確定され、その制御因子について多くの重要な知見が得られた。成果は国際生化学分子生物学連合カンファレンス(欧)FAOBシンポジウム等で発表された。

研究成果

• [文献書誌] Matsuda,C.,Ohta,S.,Endo,H.and Kagawa,Y.: "Gene structure of human mitochondrial ATP synthase γ-subunit:Tissue-specificity produced by alternative RNA splicing." Journal of Biological Chemistry. 268. 24950-24958 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Endo,H.,Matsuda,C.and Kagawa,Y.: "Exclusion of an alternatively spliced exon in human ATP synthase γ-subunit pre-mRNA requires de novo protein synthesis." Journal of Biological Chemistry. 269(in press). (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Hayashi,J-I.,Ohta,S.,Kagawa,Y.et al.: "Human age-related mitochondrial dysfunction is associated with reduced mitochondrial protein synthesis but not with somatic mutation" Journal of Biological Chemistry. 269(in press). 6878-6883 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Matsuda,C.,Endo,H.,Nakanishi,M.,Kagawa,Y.: "Tissue specific isoforms of the bovine mitochindrial ATP synthase γ-subunit." FEBS Letters. 325. 281-284 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Tominaga,K.,Hayashi,J-I.,Ohta,S.,Kagawa,Y.: "Smaller isoform of human mitochondrial transcription factor I:Its wide distribution and production by alternative splicing." Biochemical and Biophysical Res.Commun.194. 544-551 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Shiraiwa,N.,Ishii,A.,Kagawa,Y.,Ohta,S.: "Content of mutant mitochondrial DNA and organ-dysfunction in a patient with a MELAS subgroup of mitochondrial encephalomyopathy." Journal of the Neurological Sciences. 120. 174-179 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 香川靖雄: "生体膜と疾患の分子生物学" 南山堂, 560 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Kagawa,Y.et al.: "Biochemistry of Cell Membranes:A Compendium of Papers." Birkhauser Verlag A.G.,Basel,Switzerland.(in press), (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Matsuda, C., Endo, H., Ohta, S.and Kagawa, Y.: "Gene structure of human mitochondrial ATP synthase gamma subunit : Tissue-specificity produced by alternative RNA splicing." J.Biol.Chem.268. 24950-24958 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Endo, H., Matsuda, C.and Kagawa, Y.: "Exclusion of an alternatively spliced exon in human ATP synthase gamma-subunit pre-mRNA requires de novo protein synthesis." J.Biol.Chem.269 (in press). (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Hayashi, J-I., Ohta, S., Kagawa, Y.et al.: "Human age-related mitochondrial dysfunction is associated with reduced mitochondrial protein synthesis but not with somatic mutation." J.Biol.Chem.269. 6878-6883 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Matsuda, C., Endo, H., Nakanishi, M., Kagawa, Y.et al.: "Tissue specific isoforms of the bovine mitochondrial ATP synthase gamma-subunit." FEBS Lett.325. 281-284 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Tominaga, K., Hayashi, J-I., Ohta, S.and Kagawa, Y.: "Smaller isoform of human mitochondrial transcription factor I : Its wide distribution and production by alternative splicing." Biochem.Biophys.Res.Commun.194. 544-551 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Shiraiwa, N., Ishii, A., Kagawa, Y., Ohta, S.et al.: "Content of mutant mitochondrial DNA and organ dysfunction in a patient with MELAS subgroup of mitochondrial encephalomyopathy." J.Neurol.Sciences. 120. 174-179 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Matsuda,C.,Ohta,S.Endo,H.and Kagawa,Y.: "Gene structure of human mitochondrial ATP synthase gamma-subunit:Tissue-specificity produced by alternative RNA splicing." Journal of Biological Chemistry. 268. 24950-24958 (1993)
• [文献書誌] Endo,H.,Matsuda C.and Kagawa,Y.: "Exclusion of an alternatively spliced exon in human ATP synthase gamma-subunit pre-mRNA requires de novo protein synthesis." Journal of Biological Chemistry. 269(in press). (1994)
• [文献書誌] Hayashi,J-I.,Ohta,SKagawa,Y.et al.: "Human age-related mitochondrial dysfunction is associated with reduced mitochondrial protein synthesis but not with somatic mutation" Jowrnal of Biological Chemistry. 269. 6878-6883 (1994)
• [文献書誌] Matsuda,C.,Endo,H.Nakanishi,M.,Kagawa,Y.: "Tissue specific isoforms of the bovine mitochondrial ATP synthase gamma-subunit." FEBS Letters. 325. 281-284 (1993)
• [文献書誌] Tominaga,K.,Hayashi,J-I,Ohta,S.,Kagawa,Y.: "Smaller isoform of human mitochondrial transcription factor I: Its wide distribution and production by alternative splicing." Biochemical and Biophysical Res.Commun.194. 544-551 (1993)
• [文献書誌] Shiraiwa,N.,Ishii,Akagawa,Y.,Ohta,S.: "Content of mutant mitochondrial DNA and organ-dysfunction in a patient with a MELAS subgroup of mitochondrial encephalomyopathy." Journal of the Neurological Sciences. 120. 174-179 (1993)
• [文献書誌] 香川靖雄: "生体膜と疾患の分子生物学" 南山堂, 560 (1993)
• [文献書誌] Kagawa,Y.et al.: "Biochemistry of Cell Membranes:A Compendium of Papers." Birkhauser verlag A.G,,Basel,Switzerland.(in press), (1994)
• [文献書誌] Kagawa,Y.,Ohta,S.,Hawada,M.,et al.: "The α3β3 and α1β1 complexes of ATP synthase." Annals of New York Academy of Science. 671. 366-376 (1992)
• [文献書誌] Tominaga, K.,Akiyama,S.,Kagawa,Y.,et al.: "Upstream region of a genomic gene for human metochondrial transcription factor 1." Beochim.Biophys.Acta. 1131. 217-219 (1992)
• [文献書誌] Kamata,H.,Akiyama,S.,Kagawa,Y.,er al.: "Primary structure of the alanine carrier protein of thermophilic bacterium PS3." Journal of Biologistry. 267. 21650-21655 (1992)
• [文献書誌] Kagawa,T.,Ohta,S.: "Mitochondrial myopathy and transcriptional control." Med.Sports Science. 37. 324-328 (1992)
• [文献書誌] Kagawa,Y.,Ohta,S.,Harada,M.,er al.: "The αβ comolexes of ATP synthase:The α3β3 oligomer and α1β1 protomer." Journal of Bioenerhetics and Biomebrane. 24. 441-445 (1992)
• [文献書誌] Masai,J.,Shibata,T.,Kagawa,Y.,er al.: "Imaging of subunit complexes of thermophilic bacterrium H^+r-ATPase with scanning tunneling microscopy." Ultramicroscopy. 42-44. 1194-1199 (1992)
• [文献書誌] 香川 靖雄: "生体膜と疾患の分子生物学" 南山堂, 577 (1993)
• [文献書誌] 香川 靖雄: "エネルギーの生産と運動 分子生物科学5巻岩波講座" 岩波書店, 189 (1993)
• [文献書誌] Y.Shirakibara et al.: "Purification by dyeーlogand chromatography and a crystalization study of the F1ーATPase and its major subunits,beta and alpha,from a thermophilic bacterium PS3" J.Biochem.109. 466-471 (1991)
• [文献書誌] M.Harada et al.: "The alpha1 beta1 heterodimer,the unit of ATP synthase" Biochim.Biophys.Acta. 1056. 279-284 (1991)
• [文献書誌] P.Aloise et al.: "Comparative Mg^<2+>ーdependent sequential covalent binding stoichiometries of 3'ーOー(4ーBenzoyl)benzoyl adenosine 5' Diphosphate of MF1,TF1 and the alpha3beta3 core complex of TF1" J.Biol.Chem.266. 10368-10376 (1991)
• [文献書誌] M.Harada et al.: "Small angle xーray scattering studies og MgーAT(D)Pーinduced hexamer to dimer dissociation in the reconstituted alpha3beta3 complex of ATP synthase from thermophilic bacterium PS3" J.Biol.Chem.266. 11455-11460 (1991)
• [文献書誌] Y.Kabayashi et al.: "Respirationーdeficient cells are caused by a single point mutation in the mitochondrial tRNA(ーLeu(UUR) gene in mitochondrial myopathy,encepholopathy,lactic acidosis and strokelike episodes(MELAS)" Am.J.Hum.Genet.49. 590-599 (1991)
• [文献書誌] H.Yamada et al.: "Gene structure of heat shock proteins 61KDa and 12KDa(Thermophilic chaperonins)of thermophilic bacterium" Biochem.Biophys.Res.Commun.179. 565-571 (1991)
• [文献書誌] S.Ohta et al.: "Regulation of gene expression for the nuclearーencoded mitochondrial proteins in mammalian cells.in “Progress in Neuropathology"" Raven press(T.Sato,S.DiMauro eds), 11 (1991)
• [文献書誌] JーI.Hayashi et al: "Somatic cell genetical approaches to mitochondrial diseases in Progress in Neuropathology"" Raven Press(T.Sato,S.Dimauro eds), 10 (1991)
• [文献書誌] 香川 靖雄: "Regulation of mitochondrial ATP synthesis in mammalian cells by transcriptional control." Interntl.J.Biochemistry. 22. 219-229 (1990)
• [文献書誌] 香川 靖雄: "Cytosol type electrolyte medium suitable for long term growth of human cells with very low membrane potential." Biochem.Biophys.Res.Commun.169. 1217-1221 (1990)
• [文献書誌] Tomura,H.,香川 靖雄: "Novel regulatory enhancer in the gene of the human mitochondrial ATP synthase beta subunit." J.Biol.Chem.265. 6525-6527 (1990)
• [文献書誌] Hayashi,H.: "Effects of ethidium bromide treatment of mouse cells on expression and assembly of nuclearーcoded subunits of complexes involved in oxidative phosphorylation." Biochem.Biophys.Res.Commun.167. 216-221 (1990)
• [文献書誌] Ito,Y.: "Smallーangle neutron scattering from the reconstituted TF_1 of H^+ーATPase from thermophilic bacterium PS3 with deuterated subunits." J.Molecular Biol.213. 289-302 (1990)
• [文献書誌] Kagawa,Y.: "Lipid metabolism of and energy transduction of cells cultured in serum free synthetic media." Advances in Membrane Fluidity. 8. 91-101 (1990)
• [文献書誌] 香川 靖雄: "岩波講座 分子生物科学7 エネルギ-の生産と運動" 岩波書店 東京, 189 (1990)
• [文献書誌] Kagawa,Y.: "In:Bioinstrumentation:Developments and Applications.(Stable oligomeric proteins for biosensors:Protein chemistry,gene engineering and electronics." SpringerーVerlag,New York and Berlin, 1563 (1990)