遺伝子改変マウスをモデルとしたDNA塩基除去修復欠損の分子病態解明

• 研究課題/領域番号: 16390119
• 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: 実験病理学
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 土本 大介 九州大学, 生体防御医学研究所, 助手 (70363348)
• 研究分担者: 中別府 雄作 九州大学, 生体防御医学研究所, 教授 (30180350)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2006
• 研究課題ステータス: 完了 (2006年度)
• 配分額: 12,900千円 (直接経費: 12,900千円); 2006年度: 3,200千円 (直接経費: 3,200千円); 2005年度: 3,200千円 (直接経費: 3,200千円); 2004年度: 6,500千円 (直接経費: 6,500千円)
• キーワード: 酸化ストレス / 8-オキソグアニン / 神経変性 / パーキンソン病 / ハンチントン舞踏病 / ミトコンドリアゲノム / 核ゲノム / 細胞死 / 酸化DNA損傷 / 塩基除去修復 / 遺伝子改変マウス / 損傷ヌクレオチド分解酵素

研究概要

本研究では、活性酸素による酸化あるいは脱アミノ化などで生じた異常塩基を持つ核酸が細胞のゲノムDNA中、あるいは遊離ヌクレオチドプール中に蓄積した場合にどのような生体障害を引き起こすか、また細胞はどのようにそれに応答するのか、そして個体レベルの高次機能である脳機能や免疫機能などにどのように影響するのかを遺伝子改変マウスを用いて解析することを目的としてきた。これに対し、三年間の研究期間中に次に示すような成果を得た。
遺伝子改変マウスを用いて、
(1)核とミトコンドリアにおけるDNAやヌクレオチドプール中での酸化損傷塩基の蓄積が、蓄積部位により別々の経路を介して細胞死を誘導することを明らかにした。
(2)上述の酸化損傷塩基や脱塩基部位を含むDNAに対する修復酵素や脱アミノ化プリンヌクレオチド分解酵素の欠損が、細胞レベルでは突然変異誘発やゲノム不安定化、細胞周期停止、細胞死などを引き起こし、個体レベルではパーキンソン病やハンチントン舞踏病のモデルマウスにおける脳の神経細胞機能低下、発生・発育過程におけるリンパ球を始めとする血液細胞の増殖不全ならびに発育遅延あるいは心機能異常、自然および薬剤誘導性腫瘍形成率の上昇、などを引き起こすことを明らかにした。
ヒト末梢血リンパ球を用いて、
(3)ゲノムに蓄積した酸化損傷の分布が特定の箇所で高くなっていることを観察し、個体レベルの遺伝情報の多様性の原動力となっている可能性を指摘した。

研究成果

• [雑誌論文] MUTYH-null mice are susceptible to spontaneous and oxidative-stress-induced intestinal tumorigenesis. (2007)
  • 著者名/発表者名: Sakamoto, K. et al.
  • 雑誌名: Cancer Res. (in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] RNA Polymerase II bypasses 8-oxoguanine in the presence of transcription elongation factor TFIIS. (2007)
  • 著者名/発表者名: Kuraoka, I., et al.
  • 雑誌名: DNA Repair 6 ページ: 841-851
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Accumulation of 8-oxo-deoxyguanosine in Cardiovascular Tissues with the Development of Hypertension. (2007)
  • 著者名/発表者名: Ohtsubo, T. et al.
  • 雑誌名: DNA Repair 6 ページ: 760-769
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Significance of error-avoiding mechanisms for oxidative DNA damage in carcinogenesis. (2007)
  • 著者名/発表者名: Tsuzuki, T. et al.
  • 雑誌名: Cancer Sci 98(4) ページ: 465-470
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Oxidative Damage in Nucleic Acids and Parkinson's Disease. (2007)
  • 著者名/発表者名: Nakabeppu, Y. et al.
  • 雑誌名: J. Neurosci. Res. 85(5) ページ: 919-934
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Prevention of the mutagenecity and cytotoxicity of oxidized purine nucleotides, in Oxidative Damage to Nucleic Acids. (2007)
  • 著者名/発表者名: Nakabeppu, Y. et al.
  • 雑誌名: Georgetown, TX. : Landes Bioscience/Eurekah (in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] RNA Polymerase II bypasses 8-oxoguanine in the presence of transcription elongation factor TFIIS. (2007)
  • 著者名/発表者名: Kuraoka, I. et al.
  • 雑誌名: DNA Repair 6 ページ: 841-851
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Oxidative Damage in Nucleic Acids and Parkinson's Disease. (2007)
  • 著者名/発表者名: Nakabeppu, Y. et al.
  • 雑誌名: J.Neurosci.Res. 85(5) ページ: 919-934
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] RNA Polymerase II bypasses 8-oxoguanine in the presence of transcription elongation factor TFIIS. (2007)
  • 著者名/発表者名: Kuraoka, I., Suzuki, K., Ito, S., Hayashida, M., Seah, J., Kwei, M., Ikegami, T., Handa, H., Nakabeppu, Y., Tanaka,K
  • 雑誌名: DNA Repair (印刷中)
• [雑誌論文] Accumulation of 8-oxo-deoxyguanosine in Cardiovascular Tissues with the Development of Hypertension. (2007)
  • 著者名/発表者名: Ohtsubo, T., Ohya, Y., Nakamura, Y., Kansui, Y., Furuichi, M., Matsumura, K., Fujii, K., Iida, M., Nakabeppu,Y.
  • 雑誌名: DNA Repair (印刷中)
• [雑誌論文] Significance of error-avoiding mechanisms for oxidative DNA damage in carcinogenesis. (2007)
  • 著者名/発表者名: Tsuzuki, T., Nakatsu, Y., Nakabeppu, Y.
  • 雑誌名: Cancer Sci (印刷中)
• [雑誌論文] Oxidative Damage in Nucleic Acids and Parkinson's Disease. (2007)
  • 著者名/発表者名: Nakabeppu, Y., Tsuchimoto, D., Yamaguchi, H., Sakumi, K.
  • 雑誌名: J.Neurosci.Res. 85・5 ページ: 919-934
  • NAID: 120000985083
• [雑誌論文] Recognition of Nucleotide Analogs Containing the 7,8-Dihydro-8-oxo Structure by the Human MTH1 Protein. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kamiya, H. et al.
  • 雑誌名: J. Biochem. 140(6) ページ: 843-849
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Crystallization and preliminary X-ray analysis of human MTH1 complexed with two oxidized nucleotides, 8-oxo-dGMP and 2-oxo-dATP. (2006)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, T. et al.
  • 雑誌名: Acta Crystallograph. Sect. F. Struct. Biol. Cryst. Commun. 62(12) ページ: 1283-1285
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] MTH1, an oxidized purine nucleoside triphosphatase, protects the dopamine neurons from oxidative damage in nucleic acids caused by 1-methyl-4-henyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (2006)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi H. et al.
  • 雑誌名: Cell Death and Differ. 13(4) ページ: 551-563
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] A genome-wide distribution of 8-oxoguanine correlates with the preferred regions for recombination and single nucleotide polymorphism in the human genome. (2006)
  • 著者名/発表者名: Ohno, M. et al.
  • 雑誌名: Genome Res. 16(5) ページ: 567-575
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Contrasting genome-wide distribution of 8-hydroxyguanine and acrolein-modified adenine during oxidative stress-induced renal carcinogenesis. (2006)
  • 著者名/発表者名: Akatsuka, S. et al.
  • 雑誌名: Am. J. Pathol. 169(4) ページ: 1328-1342
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Up-regulation of hMUTYH, a DNA repair enzyme, in the mitochondria of substantia nigra in Parkinson's disease. (2006)
  • 著者名/発表者名: Arai, T. et al.
  • 雑誌名: Acta Neuropathol. 112(2) ページ: 139-145
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] The GT to GC single nucleotide polymorphism at the beginning of an alternative exon 2C of human MTH1 gene confers an amino terminal extension that functions as a mitochondrial targeting signal. (2006)
  • 著者名/発表者名: Sakai, Y. et al.
  • 雑誌名: J. Mol. Med. 84(8) ページ: 660-670
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] MTH1, an oxidized purine nucleoside triphosphatase, prevents the cytotoxicity and neurotoxicity of oxidized purine nucleotides. (2006)
  • 著者名/発表者名: Nakabeppu, Y. et al.
  • 雑誌名: DNA Repair 5(7) ページ: 761-772
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] MTH1, an oxidized purine nucleoside triphosphatase, suppresses the accumulation of oxidative damage of nucleic acids in the hippocampal microglia during kainate-induced exitotoxicity (2006)
  • 著者名/発表者名: Kajitani K. et al.
  • 雑誌名: J. Neurosci. 26(6) ページ: 1688-1698
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Mutagenesis and carcinogenesis caused by the oxidation of nucleic acids. (2006)
  • 著者名/発表者名: Nakabeppu, Y. et al.
  • 雑誌名: Biol. Chem. 387(4) ページ: 373-379
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Mutagenesis and carcinogenesis caused by the oxidation of nucleic acids. (2006)
  • 著者名/発表者名: Nakabeppu, Y. et al.
  • 雑誌名: Biol.Chem. 387(4) ページ: 373-379
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Recognition of Nucleotide Analogs Containing the 7,8-Dihydro-8-oxo Structure by the Human MTH1 Protein. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kamiya, H. et al.
  • 雑誌名: J.Biochem. 140(6) ページ: 843-849
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Crystallization and preliminary X-ray analysis of human MTH1 complexed with two oxidized nucleotides, 8-oxo-dGMP and 2-oxo-dATP. (2006)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, T. et al.
  • 雑誌名: Acta Crystallograph.Sect.F.Struct.Biol.Cryst.Commun. 62(12) ページ: 1283-1285
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] MTH1, an oxidized purine nucleoside triphosphatase, protects the dopamine neurons from oxidative damage in nucleic acids caused by 1-methyl-4-pheny1-1,2,3,6-tetrahydropyridine (2006)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi H. et al.
  • 雑誌名: Cell Death and Differ. 13(4) ページ: 551-63
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Contrasting genome-wide distribution of 8-hydroxyguanine and acrolein-modified adenine during oxidative stress-induced renal carcinogenesis (2006)
  • 著者名/発表者名: Akatsuka, S. et al.
  • 雑誌名: Am.J.Pathol. 169(4) ページ: 1328-1342
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] The GT to GC single nucleotide polymorphism at the beginning of an alternative exon 2C of human MTH1 gene confers an amino terminal extension that functions as a mitochondrial targeting signal. (2006)
  • 著者名/発表者名: Sakai, Y. et al.
  • 雑誌名: J.Mol.Med. 84(8) ページ: 660-670
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] MTH1, an oxidized purine nucleoside triphosphatase, suppresses the accumulation of oxidative damage of nucleic acids in the hippocampal microglia during kainate-induced exitotoxicity (2006)
  • 著者名/発表者名: Kajitani K. et al.
  • 雑誌名: J.Neurosci. 26(6) ページ: 1688-1698
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Mutagenesis and carcinogenesis caused by the oxidation of nucleic acids. (2006)
  • 著者名/発表者名: Nakabeppu, Y., Sakumi, K., Sakamoto, K., Tsuchimoto, D., Tsuzuki, T., Nakatsu,Y.
  • 雑誌名: Biol.Chem. 387・4 ページ: 373-379
• [雑誌論文] Recognition of Nucleotide Analogs Containing the 7,8-Dihydro-8-oxo Structure by the Human MTH1 Protein. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kamiya, H., Cadena-Amaro, C., Dugue, L., Yakushiji, H., Minakawa, N., Matsuda, A., Pochet, S., Nakabeppu, Y., Harashima,H.
  • 雑誌名: J.Biochem. 140・6 ページ: 843-849
• [雑誌論文] Crystallization and preliminary X-ray analysis of human MTH1 complexed with two oxidized nucleotides, 8-oxo-dGMP and 2-oxo-dATP. (2006)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, T., Kitaguchi, Y., Miyazawa, M., Kamiya, H., Toma, S., Ikemizu, S., Shirakawa, M., Nakabeppu, Y, Yamagata, Y.
  • 雑誌名: Acta Crystallograph.Sect.F.Struct.Biol.Cryst.Commun. 62・12 ページ: 1283-1285
• [雑誌論文] MTH1, an oxidized purine nucleoside triphosphatase, protects the dopamine neurons from oxidative damage in nucleic acids caused by 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine. (2006)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, H., Kajitani, K., Dan, Y., Furuichi, M., Ohno, M., Sakumi, K., Kang, D., Nakabeppu,Y.
  • 雑誌名: Cell Death Differ. 13・4 ページ: 551-563
• [雑誌論文] A genome-wide distribution of 8-oxoguanine correlates with the preferred regions for recombination and single nucleotide polymorphism in the human genome. (2006)
  • 著者名/発表者名: Ohno, M., Miura, T., Furuichi, M., Tominaga, Y., Tsuchimoto, D., Sakumi, K., Nakabeppu,Y.
  • 雑誌名: Genome Res. 16・5 ページ: 567-575
• [雑誌論文] Contrasting genome-wide distribution of 8-hydroxyguanine and acrolein-modified adenine during oxidative stress-induced renal carcinogenesis. (2006)
  • 著者名/発表者名: Akatsuka, S., Aung, T.T., Dutta, K.K., Jiang, L, Lee, W.H., Liu, Y.T., Onuki, J., Shirase, T., Yamasaki, K., Ochi, H., Naito, Y., Yoshikawa, T., Kasai, H., Tominaga, Y., Sakumi, K., Nakabeppu, Y., Kawai, Y., Uchida, K., Yamasaki, A., Tsuruyama, T., Yamada,Y., Toyokuni,S.
  • 雑誌名: Am.J.Pathol. 169・4 ページ: 1328-1342
• [雑誌論文] Up-regulation of hMUTYH, a DNA repair enzyme, in the mitochondria of substantia nigra in Parkinson's disease. (2006)
  • 著者名/発表者名: Arai, T., Fukae, J., Hatano, T., Kubo, S., Ohtsubo, T., Nakabeppu, Y., Mori, H., Mizuno, Y, Hattori,N.
  • 雑誌名: Acta Neuropathol. 112・2 ページ: 139-145
• [雑誌論文] The GT to GC single nucleotide polymorphism at the beginning of an altemative exon 2C of human MTH1 gene confers an amino terminal extension that functions as a mitochondrial targeting signal. (2006)
  • 著者名/発表者名: Sakai, Y., Oda, H., Yoshimura, D., Furuichi, M., Kang, D., Iwai, S., Hara, T., Nakabeppu,Y.
  • 雑誌名: J.Mol.Med. 84・8 ページ: 660-670
• [雑誌論文] MTH1,an oxidized purine nucleoside triphosphatase,prevents the cytotoxicity and neurotoxicity of oxidized purine nucleotides. (2006)
  • 著者名/発表者名: Nakabeppu, Y., Kajitani, K., Sakamoto, K., Yamaguchi, H., Tsuchimoto,D.
  • 雑誌名: DNA Repair 5・7 ページ: 761-772
• [雑誌論文] MTH1, an oxidized purine nucleoside triphosphatase, suppresses the accumulation of oxidative damage of nucleic acids in the hippocampal microglia during kainate-induced exitotoxicity (2006)
  • 著者名/発表者名: Kousuke Kajitani et al.
  • 雑誌名: The Journal of Neuroscience 26(6) ページ: 1688-1698
• [雑誌論文] Characterization of the structure and expression of mouse Itpa gene and its related sequences in the mouse genome (2005)
  • 著者名/発表者名: Behmanesh M. et al.
  • 雑誌名: DNA Research 12 ページ: 39-51
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] A functional analysis of the DNA glycosylase activity of mouse MUTYH protein excising 2-hydroxyadenine opposite guanine in DNA (2005)
  • 著者名/発表者名: Ushijima Y. et al.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Res. 33(2) ページ: 672-682
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Hematopoietic Tissue-Specific Expression of Mouse Neil3 for Endonuclease VIII-Like Protein (2005)
  • 著者名/発表者名: Torisu K. et al.
  • 雑誌名: J. Biochem. 138(6) ページ: 763-772
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Hematopoietic Tissue-Specific Expression of Mouse Neil3 for Endonuclease VIII-Like Protein (2005)
  • 著者名/発表者名: Torisu K. et al.
  • 雑誌名: J.Biochem. 138(6) ページ: 763-772
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Hematopoietic Tissue-Specific Expression of Mouse Neil3 for Endonuclease VIII-Like Protein (2005)
  • 著者名/発表者名: Kumiko Torisu et al.
  • 雑誌名: The Journal of Biochemistry 138(6) ページ: 763-772
• [雑誌論文] MTH1, an oxidized purine nucleoside triphosphatase, protects the dopamine neurons from oxidative damage in nucleic acids caused by 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (2005)
  • 著者名/発表者名: Hiroo Yamaguchi et al.
  • 雑誌名: Cell Death and Differentiation Nov.,4
• [雑誌論文] A functional analysis of the DNA glycosylase activity of mouse MUTYH protein excising 2-hydroxyadenine opposite guanine in DNA (2005)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Ushijima et al.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 33(2) ページ: 672-682
• [雑誌論文] Characterization of the structure and expression of mouse Itpa gene and its related sequences in the mouse genome (2005)
  • 著者名/発表者名: Mehrdad Behmanesh et al.
  • 雑誌名: DNA research (In press)
• [雑誌論文] MUTYH prevents OGG1 or APEX1 from inappropriately processing its substrate or reaction product with its C-terminal domain (2004)
  • 著者名/発表者名: Tominaga Y. et al.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Res. 32(10) ページ: 3198-3211
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Growth retardation and dyslymphopoiesis accompanied by G2/M arrest in APEX2-null mice (2004)
  • 著者名/発表者名: Ide Y.et al.
  • 雑誌名: Blood 104(13) ページ: 4097-4103
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] MUTYH prevents OGG1 or APEX1 from inappropriately processing its substrate or reaction product with its C-terminal domain (2004)
  • 著者名/発表者名: Yohei Tominaga et al.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 32(10) ページ: 3198-3211
• [雑誌論文] Growth retardation and dyslymphopoiesis accompanied by G2/M arrest in APEX2-null mice (2004)
  • 著者名/発表者名: Yasuhito Ide et al.
  • 雑誌名: Blood 104(13) ページ: 4097-4103
• [図書] Prevention of the mutagenecity and cytotoxicity of oxidized purine nucleotides, in Oxidative Damage to Nucleic Acids. (2007)
  • 著者名/発表者名: Nakabeppu, Y. et al.
  • 出版者: Georgetown, TX. : Landes Bioscience / Eurekah (in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [図書] Prevention of the mutagenecity and cytotoxicity of oxidized purine nuckeotides,In Oxidative Damage to Nucleic Acids. (2007)
  • 著者名/発表者名: Nakabeppu, Y., Behmanesh, M., Yamaguchi, H., Yoshimura, D., Sakumi, K.
  • 総ページ数: 14
  • 出版者: Georgetown,TX. : Landes Bioscience/Eurekah