赤血球系細胞における遺伝子情報発現の制御機構および細胞分化における役割の解明

• 研究課題/領域番号: 10480163
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 機能生物化学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 林 典夫 東北大学, 大学院・医学系・研究科, 教授 (00004606)
• 研究分担者: 五十嵐 和彦 広島大学, 医学部, 教授 (00250738) ; 小林 聡 東北大学, 大学院・医学系・研究科, 助手 (50292214)
• 研究期間 (年度): 1998 – 1999
• 研究課題ステータス: 完了 (1999年度)
• 配分額: 9,700千円 (直接経費: 9,700千円); 1999年度: 3,900千円 (直接経費: 3,900千円); 1998年度: 5,800千円 (直接経費: 5,800千円)
• キーワード: ヘム / 転写 / ヘムオキシゲナーゼ1 / Bach1 / ヘム生合成調節 / ヘム調節モチーフ / 転写調節 / Nrf3 / ヘムオキシゲナーゼ / コプロポルフィリノーゲンオキシダーゼ / NF-E2 / MafK / 5-アミノレブリン酸合成酵素

研究概要

本研究の目的は、赤血球分化に関与する遺伝情報発現制御機構を総合的に解明することである。まず、ヘム合成系の酵素であるコプロポルフィリノーゲンオキシダーゼ(CPO)遺伝子をモデル系として採用し、赤血球系細胞とそれ以外の細胞における同遺伝子の発現制御機構の違いを明らかにすることを試みた。CPO遺伝子のプロモーター領域の解析により、同領域における新規CPREモチーフが重要であることが明らかになった。次に、赤血球分化に重要なNF-E2のファミリー分子として、Nrf3やBach1の機能の解明を試みた。その結果、Nrf3にはCaspase9と相互作用する領域が存在することを明らかにした。また、たいへん興味深い知見としてBach1がヘムを結合することを見いだした。さらに、Bach1遺伝子破壊マウスでは、ヘムオキシゲナーゼ1遺伝子の恒常的発現上昇が起こっていることを見いだした。これらのことから、ヘムの存在量により、Bach1の機能が変化する可能性が示唆される。ヘムが少ない場合は、ヘムオキシゲナーゼ1の基質が少ないことになり、同酵素の発現量は少なくてよいはずである。したがって、Bach1はヘムの量をモニタリングしつつ、ヘム依存性の制御を生み出しているものと考えられる。この予想どおり、Bach1のDNA結合は過剰のヘムの存在により顕著に抑制される。したがって、ヘムが過剰の場合は、Bach1によりヘムオキシゲナーゼ1の転写が抑制され、ヘムが減少するとその抑制が解除されることで転写が上昇するものと考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Molecular cloning and functional characterization of a new CNC family transcription factor Nrf3. (1999)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi, A., Itoh, E., Toki, T., Takahashi, S-i, Igarashi, K., Hayashi, N., Yamamoto, M.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 274 ページ: 6443-6452
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Molecular cloning and functional characterization of a new CNC family transcription factor Nrf3 (1999)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi, A., Itoh, E., Toki, T., Takahashi, S-i, Igarashi, K., Hayashi, N., Yamamoto, M.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 274 ページ: 6443-6452
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Deficient heme and globin synthesis in ES cells lacking the erythroid-specific δ-aminolevulinate synthase gene. (1998)
  • 著者名/発表者名: Harigae, H., Suwabe, N., Weinstock, P.H., Nagai, M., Fujita, H., Yamamoto, M., Sassa, S.
  • 雑誌名: Blood 91 ページ: 798-805
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Alternative promoters regulate transcription of the mouse GATA-2 gene. (1998)
  • 著者名/発表者名: Minegishi, N., Ohta, J., Suwabe, N., Nakauchi, H., Ishihara, H., Hayashi, N., Yamamoto, M.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 273 ページ: 3625-3634
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Regulation of NF-E2 activity in erythroleukemia cell differentiation. (1998)
  • 著者名/発表者名: Nagai, T., Igarashi, K., Akasaka, J., Furuyama, K., Fujita, H., Hayashi, N., Yamamoto, M., Sassa, S.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 273 ページ: 5358-5365
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Differential regulation of mouse coproporphyrinogen oxidase geneexpression in erythroid and non-erythroid cells. (1998)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, S-i., Taketani, S., Akasaka, J-e., Kobayashi, A., Hayashi, N., Yamamoto, M., Nagai, T.
  • 雑誌名: Blood 92 ページ: 3436-3444
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Deficient heme and globin synthesis in ES cells lacking the erythroid-specific d-aminolevulinate synthase gene (1998)
  • 著者名/発表者名: Harigae, H., Suwabe, N., Weinstock, P.H., Nagai, M., Fujita, H., Yamamoto, M., Sassa, S.
  • 雑誌名: Blood 91 ページ: 798-805
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Alternative promoters regulate transcription of the mouse GATA-2 gene (1998)
  • 著者名/発表者名: Minegishi, N., Ohta, J., Suwabe, N., Nakauchi, H., Ishihara, H., Hayashi, N., Yamamoto, M.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 273 ページ: 3625-3634
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Regulation of NF-E2 activity in erythroleukemia cell differentiation (1998)
  • 著者名/発表者名: Nagai, T., Igarashi, K., Akasaka, J., Furuyama, K., Fujita, H., Hayashi, N., Yamamoto, M., Sassa, S.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 273 ページ: 5358-5365
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Differential regulation of mouse coproporphyrinogen oxidase gene expression in erythroid and non-erythroid cells (1998)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, S-i., Taketani, S., Akasaka, J-e., Kobayashi, A., Hayashi, N., Yamamoto, M., Nagai, T.
  • 雑誌名: Blood 92 ページ: 3436-3444
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Kobayashi Akira: "Molecular cloning and functional characterization of a new CNC family transcription factor Nrf3"J. Biol. Chem.. 274・10. 6443-6452 (1999)
• [文献書誌] Yoshida Chikashi: "Long range interaction of cis-DNA elements mediated by architectural transcription factor Bach1"Gene Cells. 4・11. 643-655 (1999)
• [文献書誌] Kobayashi Akira: "A combinatorial code for gene expression generated by transcription factor Bach2 and MAZR (MAZ-related factor) through BTB/POZ domain"Mol. Cell. Biol.. 20・5. 1733-1746 (2000)
• [文献書誌] Kobayashi,Akira: "Molecular cloning and functional characterization of a new CNC family transcription factor Nrf3." J.Biol.Chem.274. 6443-6452 (1999)
• [文献書誌] Takahashi,Shinichiro: "Differential regulation of coporoporphyrinogen oxidase gene between erythroid and nonerythroid cells." Blood. 92. 3436-3444 (1998)
• [文献書誌] Muto,Akihiko: "Identification of Bach2 as a B-cell-specific partner for small Maf proteins that negatively regulate the immunoglobulin heavy chain gene 3'enhancer." EMBO J.17. 5734-5743 (1998)
• [文献書誌] Furuyama,Kazumichi: "ALAS2 gene encodes a pyridoxine-responsive enzyme with low activity." British J.Haematol.103. 839-841 (1998)