飢餓ストレスに応答して作動する新規エピジェネティック制御システム

• 研究課題/領域番号: 16K07346
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 細胞生物学
• 研究機関: 京都工芸繊維大学
• 研究代表者: 山口 政光 京都工芸繊維大学, 応用生物学系, 教授 (00182460)
• 研究分担者: 吉田 英樹 京都工芸繊維大学, 応用生物学系, 准教授 (30570600)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2017年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2016年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: ショウジョウバエ / ヒストンメチル化酵素 / dG9a / RNA-seq / メタボローム / 飢餓ストレス / オートファジー / エピジェネティック制御 / エピジェネシス / クロマチン

研究成果の概要

飢餓条件下に置いた野生型ショウジョウバエとdG9a欠失変異体のRNA-seq解析とメタボローム解析により、オートファジーに関連する代謝経路と関連遺伝子の発現異常がdG9a遺伝子の欠失により誘導されることを見出した。またdG9a欠失変異体の脂肪体ではオートファジー活性が低下し、オートファジーによるエネルギーリサイクルの低下が生存率低下に寄与することがわかった。またdG9a欠失変異体では、飢餓後活動量が増加し、エネルギー低下を促進する。これらの発見は、飢餓ストレスに応答して作動する新しいエピジェネティック制御の仕組みとして重要である。

研究成果の学術的意義や社会的意義

2007年にショウジョウバエG9a突然変異系統ホモ接合体が致死にならないと言う予想外の結果が報告されてから、多くの研究者がdG9aの研究から撤退してしまった。これは生存に必須でない遺伝子は生物に取って重要では無いので、dG9aの研究を続けても大きな成果は得られないであろうと言う推測に基づくものであった。しかしながら本研究により、dG9aが飢餓ストレス下でオートファジーの誘導に関与し、また活動量の抑制にも関与することが明らかになった。このようにdG9aが中心的な役割を果たしている、飢餓ストレスに応答する新しいエピジェネティク制御の仕組みが明らかになったことは大きな学術的意義を持つ。

研究成果

• [国際共同研究] Pusan National University(韓国)
• [国際共同研究] Chiang Mai University(タイ)
• [国際共同研究] 釜山大学(韓国)
• [雑誌論文] Regulation of animal behavior by epigenetic regulators. (2019)
  • 著者名/発表者名: Shimaji, K., Tomida, S. and Yamaguchi M.
  • 雑誌名: Front. Biosci. 巻: 24 ページ: 1071-1084
  • 査読あり
• [雑誌論文] Neuron-specific knockdown of Drosophila HADHB induces a shortened lifespan, deficient locomotive ability, abnormal motor neuron terminal morphology and learning disability. (2019)
  • 著者名/発表者名: Li J, Suda K, Ueoka I, Tanaka R, Yoshida H, Okada Y, Okamoto Y, Hiramatsu Y, Takashima H, Yamaguchi M.
  • 雑誌名: Exp. Cell Res. 巻: 379 号: 2 ページ: 150-158
  • DOI: 10.1016/j.yexcr.2019.03.040
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Dystrobrevin is required postsynaptically for homeostatic potentiation at the Drosophila NMJ. (2019)
  • 著者名/発表者名: Jantrapirom, S., Nimlamool, W., Temviriyanukul, P., Ahmadian, S., Locke, C.J., Davis, G.W., Yamaguchi, M.
  • 雑誌名: Biochim. Biophys. Acta 巻: 1865 号: 6 ページ: 1579-1591
  • DOI: 10.1016/j.bbadis.2019.03.008
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] hDystrophin is required for normal synaptic gain in the Drosophila olfactory circuit. (2019)
  • 著者名/発表者名: Jantrapirom, S., Cao, D., Wang, J., Hing, H., Tabone, C.J., Lantz, K., de Belle, J. S., Qiu, Y.T., Smid, H.M., Yamaguchi, M., Noordermeer, J.N., Fradkin, L.G., Potikanond, S.
  • 雑誌名: Brain Res. 巻: 1712 ページ: 158-166
  • DOI: 10.1016/j.brainres.2019.01.039
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Novel roles of Drosophila FUS and Aub responsible for piRNA biogenesis in neuronal disorders. (2018)
  • 著者名/発表者名: Wakisaka KT, Tanaka R, Hirashima T, Muraoka Y, Azuma Y, Yoshida H, Tokuda T, Asada S, Suda K, Ichiyanagi K, Ohno S, Itoh M, Yamaguchi M.
  • 雑誌名: Brain Res. 巻: 18 ページ: 30646-30652
  • DOI: 10.1016/j.brainres.2018.12.028
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Role of the smallish gene during Drosophila eye development. (2018)
  • 著者名/発表者名: Tanaka R, Miyata S, Yamaguchi M, Yoshida H.
  • 雑誌名: Gene 巻: 684 ページ: 10-19
  • DOI: 10.1016/j.gene.2018.10.056
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Genetic screening of the genes interacting with Drosophila FIG4 identified a novel link between CMT-causing gene and long noncoding RNAs. (2018)
  • 著者名/発表者名: Muraoka Y, Nakamura A, Tanaka R, Suda K, Azuma Y, Kushimura Y, Lo Piccolo L, Yoshida H, Mizuta I, Tokuda T, Mizuno T, Nakagawa M, Yamaguchi M.
  • 雑誌名: Exp. Neurol. 巻: 310 ページ: 1-13
  • DOI: 10.1016/j.expneurol.2018.08.009
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The ABD on the nascent polypeptide and PH domain are required for the precise Anillin localization in Drosophila syncytial blastoderm. (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirashima T, Tanaka R, Yamaguchi M, Yoshida H.
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 8 号: 1 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1038/s41598-018-31106-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Hippo, Drosophila MST, is a novel modifier of motor neuron degeneration induced by knockdown of Caz, Drosophila FUS. (2018)
  • 著者名/発表者名: Azuma Y, Tokuda T, Kushimura Y, Yamamoto I, Mizuta I, Mizuno T, Nakagawa M, Ueyama M, Nagai Y, Iwasaki Y, Yoshida M, Pan D, Yoshida H, Yamaguchi M.
  • 雑誌名: Exp Cell Res. 巻: 371 号: 2 ページ: 311-321
  • DOI: 10.1016/j.yexcr.2018.08.001
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] NPM-hMLF1 fusion protein suppresses defects of a Drosophila FTLD model expressing the human FUS gene. (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto I, Azuma Y, Kushimura Y, Yoshida H, Mizuta I, Mizuno T, Ueyama M, Nagai Y, Tokuda T, Yamaguchi M.
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 8 号: 1 ページ: 11291-11291
  • DOI: 10.1038/s41598-018-29716-9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Depletion of Ubiquilin induces an augmentation in soluble ubiquitinated Drosophila TDP-43 to drive neurotoxicity in the fly. (2018)
  • 著者名/発表者名: Jantrapirom, S., Lo Piccolo, L., Yoshida, H. and Yamaguchi, M.
  • 雑誌名: Biochim. Biophys. Acta-Molecular Basis of Disease 巻: 1864 号: 9 ページ: 3038-3049
  • DOI: 10.1016/j.bbadis.2018.06.017
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of heterochromatin stability on intestinal stem cell aging in Drosophila. (2018)
  • 著者名/発表者名: Jeon, H. J., Kim, Y. S., Kim, J. G., Heo, K., Pyo, J. H., Yamaguchi, M. and Yoo, M. A.
  • 雑誌名: Mech. Ageing Dev. 巻: 173 ページ: 50-60
  • DOI: 10.1016/j.mad.2018.04.001
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Overexpression of dJmj differentially affects intestinal stem cells and differentiated enterocytes. (2018)
  • 著者名/発表者名: Suong, D. N. A., Shimaji, K., Pyo, J.-H., Park, J.-S., Yoshida, H., Yoo, M. and Yamaguchi, M.
  • 雑誌名: Cellular Signalling 巻: 42 ページ: 194-210
  • DOI: 10.1016/j.cellsig.2017.10.017
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Novel Drosophila model for psychiatric disorders including autism spectrum disorder by targeting of ATP-binding cassette protein A. (2018)
  • 著者名/発表者名: Ueoka, I., Kawashima, H., Konishi, A., Aoki, M., Tanaka, R., Yoshida, H., Maeda, T., Ozaki, M. and Yamaguchi, M.
  • 雑誌名: Experimental Neurology 巻: 300 ページ: 51-59
  • DOI: 10.1016/j.expneurol.2017.10.027
  • 査読あり
• [雑誌論文] Neuron-specific knockdown of Drosophila PDHB induces reduction of lifespan, deficient locomotive ability, abnormal morphology of motor neuron terminals and photoreceptor axon targeting. (2018)
  • 著者名/発表者名: Dung, V. M., Suong, D. N. A., Okamaoto, Y., Hiramatsu, Y., Thao, D. T. P., Yoshida, H., Takashima, H., and Yamaguchi, M.
  • 雑誌名: Experimental Cell Research 巻: 366 号: 2 ページ: 92-102
  • DOI: 10.1016/j.yexcr.2018.02.035
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Novel Drosophila model for mitochondrial diseases by targeting of a solute carrier protein SLC25A46. (2018)
  • 著者名/発表者名: Suda, K., Ueoka, I., Azuma, Y., Muraoka, Y., Yoshida, H. and Yamaguchi, M.
  • 雑誌名: Brain Research 巻: 1689 ページ: 30-44
  • DOI: 10.1016/j.brainres.2018.03.028
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Epigenetic regulation of starvation-induced autophagy in Drosophila by histone methyltransferase G9a. (2017)
  • 著者名/発表者名: Thuy An, P. N., Shimaji, K., Tanaka, R., Yoshida, H., Kimura, H., Fukusaki, E. and Yamaguchi, M.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 ページ: 7343-7343
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Histone methyltransferase G9a is a key regulator of the starvation-induced behaviors in Drosophila melanogaster. (2017)
  • 著者名/発表者名: Shimaji, K., Tanaka, R., Maeda, T., Ozaki, M., Yoshida, H., Ohkawa, Y., Sato, T., Suyama, M. and Yamaguchi, M.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 14763-14763
  • DOI: 10.1038/s41598-017-15344-2
  • NAID: 120006368029
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The Drosophila DOCK family protein Sponge is required for development of the air sac primodium. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kazushige Morishita, Dang Ngoc Anh Suong, Hideki Yoshida and Masamitsu Yamaguchi.
  • 雑誌名: Exp. Cell Res. 巻: 17 号: 2 ページ: 30165-30169
  • DOI: 10.1016/j.yexcr.2017.03.044
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Genome-wide genetic screen identified the link between dG9a and epidermal growth factor receptor signaling pathway in vivo. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kouhei Shimaji, Takahiro Konishi, Hideki Yoshida, Hiroshi Kimura and Masamitsu Yamaguchi
  • 雑誌名: Exp. Cell Res 巻: 346 号: 1 ページ: 53-64
  • DOI: 10.1016/j.yexcr.2016.06.013
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] ④Moyu Goto, Narumi Toda, Kouhei Shimaji, Dang Ngoc-Anh Suong, Nicole Vo, Hiroshi Kimura, Hideki Yoshida, Yoshihiro H. Inoue and Masamitsu Yamaguchi. (2016)
  • 著者名/発表者名: Moyu Goto, Narumi Toda, Kouhei Shimaji, Dang Ngoc-Anh Suong, Nicole Vo, Hiroshi Kimura, Hideki Yoshida, Yoshihiro H. Inoue and Masamitsu Yamaguchi.
  • 雑誌名: Spermatogenesis. 巻: 6 号: 3 ページ: e1232023-e1232023
  • DOI: 10.1080/21565562.2016.1232023
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Histone Deacetylase Gene Rpd3 Is Required for Starvation Stress Resistance (2016)
  • 著者名/発表者名: Ei Nakajima, Kouhei Shimaji, Takanari Umegawachi, Saki Tomida, Hideki Yoshida, Nana Yoshimoto, Shingo Izawa, Hiroshi Kimura and Masamitsu Yamaguchi
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 11 号: 12 ページ: e0167554-e0167554
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0167554
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Challenging the rare intractable neurological disease such as ALS and CMT by Drosophila models. (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi M.
  • 学会等名: International Joint Conference on Genetics & Medicine 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Challenging the autism spectrum disorder by Drosophila model targeting of ABCA. (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi M.
  • 学会等名: 日本生化学会・シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Challenging the rare intractable neurological diseases by Drosophila models. (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi M.
  • 学会等名: Symposium in Cell and Developmental Biology Meeting 2018
  • 招待講演
• [学会発表] Subcellular localization and functional analyses of Drosophila SLC25A46, mitochondrial disease-causing gene. (2018)
  • 著者名/発表者名: Suda K., Yoshida H., Yamaguchi M.
  • 学会等名: Workshop in Cell and Developmental Biology Meeting 2018
• [学会発表] Drosophila Ubiquilin depletion reveals the impact of proteostasis impairment on locomotive and learning abilities. (2018)
  • 著者名/発表者名: Jantapirom S., Lo Piccolo L., Yoshida H., Yamaguchi M.
  • 学会等名: Workshop in Cell and Developmental Biology Meeting 2018
• [学会発表] Regulation of yorkie gene expression through its own non-coding region. (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshida H., Umegawachi T., Koshida H., Yamada M., Ohkawa Y., Sato T., Suyama M., Krause H.M., Yamaguchi M.
  • 学会等名: Workshop in Cell and Developmental Biology Meeting 2018
• [学会発表] How does Drosophila overcome the starvation stress? (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, M.
  • 学会等名: The 15th Vietnam-Japan Joint Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] The subcellular localization of yorkie mRNA regulates its functional expression. (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshida,H., Yamaguchi, M. et al.
  • 学会等名: EMBO Conference on RNA Localization and Local Translation
  • 国際学会
• [学会発表] 飢餓ストレスに応答するエピジェネティック制御因子の研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 冨田早紀、吉田英樹、山口政光 他
  • 学会等名: 2017年度 生命科学系学会合同年次大会
• [学会発表] ALS原因遺伝子FUSのショウジョウバエホモログCabezaと遺伝学的相互作用するエピジェネティック制御因子の同定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 浅田賢志、吉田英樹、山口政光 他
  • 学会等名: 2017年度 生命科学系学会合同年次大会
• [学会発表] ショウジョウバエCMT原因遺伝子dFIG4の新規遺伝学的相互作用因子としての長鎖非コードRNA,CR18854の同定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 村岡夕香、吉田英樹、山口政光 他
  • 学会等名: 2017年度 生命科学系学会合同年次大会
• [学会発表] ショウジョウバエヒストンアセチル化酵素遺伝子Tip60は飢餓耐性獲得に関与する (2016)
  • 著者名/発表者名: 冨田早紀、嶋路耕平、中島英、吉田英樹、山口政光
  • 学会等名: 第39回 日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜、横浜市
  • 年月日: 2016-11-30
• [学会発表] ショウジョウバエ精子形成過程でのエピジェネティック制御因子dJmJ/dJarid2の核小体局在を制御する仕組み (2016)
  • 著者名/発表者名: 後藤萌、戸田成美、吉田英樹、井上喜博、木村宏、山口政光
  • 学会等名: 第39回 日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜、横浜市
  • 年月日: 2016-11-30
• [学会発表] Metabolic profiling of Drosophila melanogaster metamorphosis. (2016)
  • 著者名/発表者名: Phan Nguyen Thuy An, Masamitsu Yamaguchi, Shuichi Shimma, Eiichiro Fukusaki.
  • 学会等名: Seminar on Asia Insect and Biomedical Research 2016
  • 発表場所: Chiang Mai, Thailand
  • 年月日: 2016-09-07
  • 国際学会
• [図書] Drosophila Models for Human Diseases (2018)
  • 著者名/発表者名: Masamitsu Yamaguchi ed.
  • 総ページ数: 308
  • 出版者: Springer
  • ISBN: 9789811305283