メタボリックシンドロームにおける転写因子Nrf1の遺伝子発現ネットワーク

• 研究課題/領域番号: 19590268
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 医化学一般
• 研究機関: 同志社大学 (2008); 東北大学 (2007)
• 研究代表者: 小林 聡 同志社大学, 生命医科学部, 准教授 (50292214)
• 研究分担者: 土谷 佳樹 同志社大学, 生命医科学部, 助教 (30456777)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2008
• 研究課題ステータス: 完了 (2008年度)
• 配分額: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2008年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2007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: 脂質代謝 / 転写制御 / タンパク質分解 / 酸化ストレス / センサー / タンパク質構造 / ユビキチン / ストレス / 遺伝子破壊マウス / 遺伝子発現制

研究概要

本研究の目的は, 社会的な問題に発展しているメタボリックシンドロームに対する新たな治療標的として転写因子Nrf1に着目し, その脂質代謝にかかわる遺伝子発現制御ネットワークを解明する点にある。Nrf1の肝臓特異的遺伝子破壊マウスは, 肝臓に脂肪が蓄積して, 脂肪肝を経て最終的に肝ガンを発症する。 このマウスの症状は, ヒトの非アルコール性脂肪肝(NASH)の症状ときわめて酷似しているため, 疾患モデルマウスとなることが期待されている。本研究では, Nrf1の欠失による遺伝子発現制御ネットワークの破綻がもたらす脂質代謝異常について, その発症の分子機構を解析することを目標した。
まずNrf1の標的遺伝子を同定するために, Nrf1遺伝子破壊マウスの肝臓を用いてマイクロアレー解析を行った。Nrf1は転写活性化因子のため, 遺伝子破壊によって発現が減少している遺伝子に着目したが, 脂質代謝に関わる遺伝子は見いだせなかった。このことは, Nrf1は脂質代謝に対して直接は機能せず, 本来の生理機能が破綻したことによって間接的に脂質代謝へ影響をもたらした可能性が示唆された。次に, Nrfの生理機能をもたらす分子基盤として, Nrf1の細胞内局在とタンパク質機能制御について検討した。Nrf1は, 通常細胞質の小胞体(ER)に局在し, プロテアソーム依存的なタンパク質分解を受けていることを見いだした。すなわちNrf1の機能発現には, この小胞体局在とタンパク質分解による機能抑制を解除する活性化シグナル・ストレスが存在することを見いだした。そこで, Nrf1タンパク質の分解機構を解明する目的で, Nrf1結合タンパク質を検索した結果, ユビキチン結合酵素のアダプターを同定した。したがって, Nrf1は, ユビキチンープロテアソーム依存的にタンパク質分解を受けている可能性が高いことが分かった。

研究成果

• [雑誌論文] Nrf1 and Nrf2 Play Distinct Roles in Activation of Antioxidant Response Element-dependent Genes. (2008)
  • 著者名/発表者名: Ohtsuji, M., Katsuoka, F., Kobayashi, A., Aburatani, H., Hayes, J. D. and Yamamoto, M.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem 283 ページ: 33554-33562
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hepatocyte-specific deletion of heme oxygenase-1 disrupts redox homeostasis in Basal and oxidative environments (2008)
  • 著者名/発表者名: Mamiya, T., Katsuoka, F., Hirayama, A., Nakajima, O., Kobayashi, A., Maher, J. M., Matsui, H., Hyodo, I. and Yamamoto M, and Hosoya, T.
  • 雑誌名: Tohoku J Exp Med 216 ページ: 331-339
  • NAID: 10025104347
  • 査読あり
• [雑誌論文] Keap1 regulates the constitutive expression of GST A1 during differentiation of Caco-2 cells (2008)
  • 著者名/発表者名: Kusano, Y., Horie, S., Shibata, T., Satsu, H., Shimizu, M., Hitomi, E., Nishida, M., Kurose, H., Itoh, K., Kobayashi, A., Yamamoto, M. and Uchida, K.
  • 雑誌名: Biochemistry 47 ページ: 6169-6177
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural insights into the similar modes of Nrf2 transcription factor recognition by the cytoplasmic repressor Keap1 (2008)
  • 著者名/発表者名: Padmanabhan, B., Tong, KI., Kobayashi, A., Yamamoto, M., and Yokoyama S.
  • 雑誌名: J Synchrotron Radiat 15(Pt 3) ページ: 273-276
  • 査読あり
• [雑誌論文] Loss of Keap1 function activates Nrf2 and provides advantages for lungcancer cell growth. (2008)
  • 著者名/発表者名: Ohta, T., Iijima, K., Miyamoto, M., Nakahara, I., Tanaka, H., Ohtsuji, M., Suzuki, T., Kobayashi, A., Yokota, J., Sakiyama, T., Shibata, T., Yamamoto, M., Hirohashi, S.
  • 雑誌名: Cancer Res 68 ページ: 1303-1309
  • 査読あり
• [雑誌論文] Physiological Significance of Reactive Cysteine Residues of Keap1 in Determining Nrf2 Activity (2008)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, T., Suzuki, T., Kobayashi, A., Wakabayashi, J., Maher, J., Motohashi, H., and Yamamoto, M.
  • 雑誌名: Mol. Cell. Biol 28 ページ: 2758-2770
  • 査読あり
• [雑誌論文] Carnosic acid, a catechol-type electrophilic compound, protects neurons both in vitro and in vivo through activation of the Keap1/Nrf2 pathway via S-alkylation of targeted cysteines on Keap1 (2008)
  • 著者名/発表者名: Satoh, T., Kosaka, K., Itoh, K., Kobayashi, A., Yamamoto, M., Shimojo, Y., Kitajima, C., Cui, J., Kamins, J., Okamoto, S., Izumi, M., Shirasawa, T. and Lipton, SA.
  • 雑誌名: J. Neurochem 104 ページ: 1116-1131
  • 査読あり
• [雑誌論文] Down-regulation of the PI3-kinase/Akt pathway by ERK MAP kinase in growth factor signaling (2008)
  • 著者名/発表者名: Hayashi H, Tsuchiya Y, Nakayama K, Satoh T, Nishida E.
  • 雑誌名: Genes Cells 13 ページ: 941-947
  • 査読あり
• [雑誌論文] Carnosic acid, a catechol-type electrophilic compound, protects neurons both in vitro and in vivo through activation of the Keap1/Nri2 pathway via S-alkylation of targeted cysteines on Keapl. (2008)
  • 著者名/発表者名: Satoh, T., et al.
  • 雑誌名: J. Neurochem. 104 ページ: 1116-1131
  • 査読あり
• [雑誌論文] Physiological Significance of Reactive Cysteine Residues of Keapl in Determining Nrf2 Activity. (2008)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, T., et al.
  • 雑誌名: Mol. Cell. Biol. 28 ページ: 2758-2770
  • 査読あり
• [雑誌論文] Loss of Keapl function activates Nrf2 and provides advantages for lung cancer cell growth. (2008)
  • 著者名/発表者名: Ohta, T., et al.
  • 雑誌名: Cancer Res. 68 ページ: 1303-1309
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural insights into the similar modes of Nrf2 transcription factor recognition by the cytoplasmic repressor Keap1 (2008)
  • 著者名/発表者名: Padmanabhan, B., et al.
  • 雑誌名: J Synchrotron Radiat. 15(Pt3) ページ: 273-276
  • 査読あり
• [雑誌論文] Keapl regulates the constitutive expression of GST A1 during differentiation of Caco-2 cells. (2008)
  • 著者名/発表者名: Kusano, Y., et al.
  • 雑誌名: Biochemistry 47 ページ: 6169-6177
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hepatocyte-specific deletion of heme oxygenase-1 disrupts redox homeostasis in Basal and oxidative environments. (2008)
  • 著者名/発表者名: Mamiya, T., et al.
  • 雑誌名: Tohoku J Exp Med. 216 ページ: 331-339
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nrf1 and Nrf2 Play Distinct Roles in Activation of Antioxidant Response Element-dependent Genes. (2008)
  • 著者名/発表者名: Ohtsuji, M., et al.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 283 ページ: 33554-33562
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Nrf3 transcription factor is a membrane-bound glycoprotein targetedto the endoplasmic reticulum through its N-terminal homology box 1 sequence. (2008)
  • 著者名/発表者名: Zhang, Y., et al.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 283 ページ: 3195-3210
  • 査読あり
• [雑誌論文] Carnosic acid, a catechol-type electrophilic compound, protects neurons both in vitro and in vivo through activation of the Keap 1/Nrf2 pathway via S-alkylation of targeted cysteines on Keap1 (2008)
  • 著者名/発表者名: Satoh T., et. al.
  • 雑誌名: J Neurochem. 3 ページ: 1116-1131
  • 査読あり
• [雑誌論文] Homeostatic levels of p62 control cytoplasmic inclusion body formation in autophagy-deficient mice. (2007)
  • 著者名/発表者名: Komatsu M, et. al.
  • 雑誌名: Cell 131 ページ: 1149-1163
  • 査読あり
• [雑誌論文] Protein S-guanylation by the biological signal 8-nitroguanosine 3',5'-cyclic monophosphate. (2007)
  • 著者名/発表者名: Sawa T., et. al.
  • 雑誌名: Nat Chem Biol. 3 ページ: 725-735
  • 査読あり
• [雑誌論文] Subcellular localization and cytoplasmic complex status of endogenous Keap1 (2007)
  • 著者名/発表者名: Watai y., et. al.
  • 雑誌名: Genes to Cells 12 ページ: 1163-1178
  • 査読あり
• [雑誌論文] Different electrostatic potentials define ETGE and DLG motifs as hinge and latch in oxidative stress response (2007)
  • 著者名/発表者名: Tong Kl, et. al.
  • 雑誌名: Mol Cell Biol. 27 ページ: 7511-7521
  • 査読あり
• [雑誌論文] Loss of p62/SQSTM1 Suppresses Cytoplasmic Inclusion Body Formation and Liver Injury in Autophagy-Deficient Mouse.
  • 著者名/発表者名: Komatsu, M., Waguri, S., Koike, M., Sou, Y.-S., Ueno, T., Hara, T., Mizushima, N., Iwata, J., Ezaki, J., Murata, S., Hamazaki, J., Nishito, Y., Iemura, S., Natsume, T., Yanagawa, T., Uwayama, J., Warabi, E., Yoshida, H., Ishii, T., Kobayashi, A., Yamamoto, M., Yue, Z., Uchiyama, Y., Kominami, E. and Tanaka, K.
  • 雑誌名: Cell 131 ページ: 1149-1163
  • 査読あり
• [雑誌論文] Protein S-guanylation by the biological signal 8-nitroguanosine 3', 5'-cyclic monophosphate
  • 著者名/発表者名: Sawa, T., Zaki, M.H., Okamoto, T., Akuta, T., Tokutomi, Y., Kim-Mitsuyama, S., Ihara, H. Kobayashi, A., Yamamoto, M., Fujii, S., Arimoto, H. and Akaike, T.
  • 雑誌名: Nature Chem. Biol 11 ページ: 727-735
  • NAID: 120002467822
• [雑誌論文] Different electrostatic potentials define ETGE and DLG motifs ashinge and latch in oxidative stress response
  • 著者名/発表者名: Tong, K.I., Padmanabhan, B., Kobayashi, A., Shang, C., Hirotsu, H., Yokoyama, S. and Yamamoto, M.
  • 雑誌名: Mol. Cell. Biol 21 ページ: 7511-7521
  • 査読あり
• [雑誌論文] Subcellular Localization and Cytoplasmic Complex Status of Endogenous Keap1
  • 著者名/発表者名: Watai, Y., *Kobayashi, A., Nagase, H., Mizukami, M., McEvoy, J., Singer, J.D., Itoh, K., and *Yamamoto, M.
  • 雑誌名: Genes to Cells 12 ページ: 1163-1178
  • 査読あり
• [学会発表] 老化をもたらす酸化ストレスに対する生体防御機構 (2008)
  • 著者名/発表者名: 小林聡
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2008-12-09
• [学会発表] 老化をもたらす酸化ストレスに対する生体防御機構 (2008)
  • 著者名/発表者名: 小林聡
  • 学会等名: BMB2008
  • 発表場所: 神戸ポートピア
  • 年月日: 2008-12-09
• [学会発表] Oxidative stress sensor Keap1 functions as an adaptor for Cul3-based Ub E3 liqase to requlate proteasomal deqradation of Nrf2. (2007)
  • 著者名/発表者名: 小林 聡
  • 学会等名: JST-ERATO Yamamoto Environmental Response Project International Symposium
  • 発表場所: つくばエポカル
• [図書] 診断と治療社「Keap1-Nrf2システムによる酸化ストレス・親電子性物質応答機構」, 酸化ストレスの医学 (2008)
  • 著者名/発表者名: 小林聡、山本雅之
• [図書] 酸化ストレスの医学 (2008)
  • 著者名/発表者名: 小林聡
  • 総ページ数: 384
  • 出版者: Keapl-Nrf2システムによる酸化ストレス・親電子性物質応答機構
• [備考] 第三回匂坂記念賞受賞
• [備考]
  • URL: http://dmbc.med.tohoku.ac.jp/official/index.html