遺伝子改変マウスを用いたヘム生合成系異常疾患遺伝子治療の基礎的研究

• 研究課題/領域番号: 10557015
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 展開研究
• 研究分野: 病態医化学
• 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: 山本 雅之 筑波大学, 大学院・人間総合科学研究科, 教授 (50166823) ; 竹谷 茂 京都工芸繊維大学, 繊維学部, 助教授 (20121949) ; 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: 10,700千円 (直接経費: 10,700千円); 1999年度: 4,500千円 (直接経費: 4,500千円); 1998年度: 6,200千円 (直接経費: 6,200千円)
• キーワード: ヘム / 赤血球系細胞 / ノックアウトマウス / トランスジェニックマウス / 5-アミノレブリン酸合成酵素 / ヘム生合成 / 遺伝子改変マウス / 鉄芽球性貧血 / 鉄代謝 / 環状鉄芽球 / 赤血球分化 / モデル動物

研究概要

本研究の目的は、赤血球型5-アミノレブリン酸合成酵素(ALAS-E;遺伝子名はAlas2)の遺伝子破壊マウスを作成し、その解析を通して、ヘム合成系の疾患の病態を理解することである。この目的を達成するために、ALAS-E遺伝子破壊マウスを作成し、その解析を行った。その結果、ALAS-E遺伝子破壊マウスは胎生致死であり、死因は一次造血でのヘム合成障害による貧血によることが明らかになった。ALAS-E欠失ES細胞を含むキメラマウスでは、骨髄中にX染色体連鎖性鉄芽球貧血で高頻度に認められる環状鉄芽球が確認された。これらはALAS-E欠失ES細胞に由来するものと予想される。これらの結果は、造血組織における細胞内鉄代謝はヘムによる制御をうけていることを示すものである。次に、ALAS-E遺伝子破壊マウスに対して、ヒトのX染色体連鎖性鉄芽球貧血患者と同じALAS-E変異分子を発現するトランスジェニクマウスを作成し、それらマウスを交配した。この結果、ALAS-E遺伝子破壊マウスの表現型が部分的にレスキューされたが完全なレスキューには至らなかった。遺伝子発現制御領域としてはGATA1遺伝子の制御領域を使用したため、赤血球系細胞におけるALAS-E分子の発現については問題がないものと考えられる。したがって、ALAS-E分子の変異に起因するその活性低下により、完全なレスキューがかからなかったものと考えられる。本研究により、赤血球造血におけるヘム代謝の重要性がマウス個体レベルで明らかになった。さらに、最近に至り、ALAS-N欠失マウスの作出にも成功し、併せて、ヘム合成と鉄代謝についての解析系として有用なマウスが創出された。

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 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(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] Minegishi Naoko: "The mouse GATA-2 gene is expressed in the para-aortic splanchnopleura and aortagonad-mesonephros region"Blood. 93・12. 4196-4207 (1999)
• [文献書誌] Harigae Hideo: "A novel mutation of the erythroid-specific d-aminolaevulinate synthase gene in a patient with X-linked sideroblastic anaemia"Br.J. Haematol. 106・1. 175-177 (1999)
• [文献書誌] Furuyama Kazumichi: "Absence of C282Y and H63D mutations of the hemochromatosis gene in Japanese patients with sideroblastic anemia"Am.J. Hematol. 61・4. 276 (1999)
• [文献書誌] Harigae Hideo: "A novel mutation of the erythroid-specific d-aminolevulinate synthase gene in a patient with non-inherited pyridoxine-responsive sideroblastic anemia"Am.J. Hematol. 62・2. 112-114 (1999)
• [文献書誌] Nakajima Osamu: "Heme deficiency in erythroid lineage causes differentiation arrest and cytoplasmic iron overload"EMBO J.. 18・22. 6282-6289 (1999)
• [文献書誌] Furuyama,Kazumichi: "ALAS2 gene encodes a pyridoxine-responsive enzyme with low activity." British J.Haematol.103. 839-841 (1998)
• [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] Kobayashi,Akira: "Molecular cloning and functional characterization of a new CNCfamily transcription factor Nrf3." J.Biol.Chem.274. 6443-6452 (1999)