核ーミトコンドリアゲノム間の機能的不和合性を導入したモデル生物の作出

• 研究領域: マトリョーシカ型進化原理
• 研究課題/領域番号: 24117503
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 林 純一 筑波大学, 生命環境系, 教授 (60142113)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 11,180千円 (直接経費: 8,600千円、間接経費: 2,580千円); 2013年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2012年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
• キーワード: ミトコンドリア / ミトコンドリアゲノム / 突然変異 / 病態 / モデルマウス

研究概要

ミトコンドリアゲノム（mtDNA）の突然変異が様々な疾患の遺伝的原因になる可能性が示唆されていることを受け、変異型mtDNA分子種を起点とした多様な病態の理解や治療法の探索には、変異型mtDNA分子種を導入したモデル動物の作製と活用が効果的な研究戦略となる。しかし、個体のmtDNA分子を人工改変できないという技術的な限界から、モデル動物の作製は停滞し、当該研究領域の展開が遅延する原因となっている。そこで本研究では、共生関係の成立過程で「したたかに築かれた機能的・遺伝的連携」に不和合性を誘導し、ミトコンドリア機能異常を発症する新奇モデル細胞及びモデルマウスの作出を行う。さらにこれらのモデルを活用し、mtDNA分子種を起点とした多様な病態発症機構の理解を目指している。
前年度に引き続き、今年度は下記のような成果を得ている。
①前年度に、Mus caroliのmtDNAを一般的な実験用マウスの核と共存させると呼吸活性の低下が誘導されることを示していた。今年度は、このMus caroliのmtDNAをマウスES細胞に導入し、キメラマウスを得ることに成功した。
②また、C3H系統のマウス由来のmtDNAを有する細胞では低酸素に対する感受性が増加し、腫瘍形成力が低下していることを明らかにし、核とmtDNAの由来が異なることで細胞の性質に影響が出ることを突き止めた。
③さらに、tRNA Lysの遺伝子上に位置するG7731A変異を見出し、この変異を有するモデルマウスの作製に成功した。この変異を高い割合で有するマウスには呼吸活性の低下がみられ、病態モデルマウスとして有用であることが証明された。

現在までの達成度 (区分)

理由

25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

25年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Selection of rodent species appropriate for mtDNA transfer to generate transmitochondrial mito-mice expressing mitochondrial respiration defects. (2014)
  • 著者名/発表者名: Enoki S, Shimizu A, Hayashi C, Imanishi H, Hashizume O, Mekada K, Suzuki H, Hashimoto T, Nakada K, Hayashi J
  • 雑誌名: Exp Anim. 巻: 63 ページ: 21-30
  • NAID: 130003391604
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transmitochondrial mice as models for primary prevention of diseases caused by mutation in the tRNA(Lys) gene. (2014)
  • 著者名/発表者名: Shimizu A, Mito T, Hayashi C, Ogasawara E, Koba R, Negishi I, Takenaga K, Nakada K, Hayashi J
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci USA 巻: 111 号: 8 ページ: 3104-3109
  • DOI: 10.1073/pnas.1318109111
  • 査読あり
• [雑誌論文] Specific mtDNA mutations in mouse carcinoma cells suppress their tumor formation via activation of the host innate immune system. (2013)
  • 著者名/発表者名: Imanishi H, Takibuchi G, Kobayashi T, Ishikawa K, Nakada K, Mori M, Kikkawa Y, Takenaga K, Toyama-Sorimachi N, Hayashi J
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 8 号: 9 ページ: e75981-e75981
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0075981
  • NAID: 120007136806
  • 査読あり
• [雑誌論文] Polymorphic mutations in mouse mitochondrial DNA regulate a tumor phenotype. (2013)
  • 著者名/発表者名: Takibuchi G, Imanishi H, Morimoto M, Ishikawa K, Nakada K, Toyama-Sorimachi N, Kikkawa Y, Takenaga K, Hayashi J
  • 雑誌名: Mitochondrion 巻: 13 号: 6 ページ: 881-887
  • DOI: 10.1016/j.mito.2013.07.117
  • NAID: 120007130592
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mitochondrial DNA with a large-scale deletion causes two distinct mitochondrial disease phenotypes in mice. (2013)
  • 著者名/発表者名: Katada S, Mito T, Ogasawara E, Hayashi J, Nakada K
  • 雑誌名: G3 (Bethesda) 巻: 3 号: 9 ページ: 1545-1552
  • DOI: 10.1534/g3.113.007245
  • NAID: 120007136822
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mitochondrial DNA mutations in mutator mice confer respiration defects and B-cell lymphoma development. (2013)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Mito, Yoshiaki Kikkawa, Akinori Shimizu, Osamu Hashizume, Shun Katada, Hirotake Tmaniahi Azusa Ota, Yukina Kato, Kazuto Nakada, Jun-Ichi Hayashi.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 8(2) 号: 2 ページ: e55789-e55789
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0055789
  • 査読あり
• [雑誌論文] Specific mitochondrial DNA mutation in mice regulates diabetes and lymphoma development (2012)
  • 著者名/発表者名: Hashizume O, Shimizu A, Yokota M, Sugiyama A, Nakada K, Miyoshi H, Itami M, Ohira M, Nagase H, Takenaga K, Hayashi J.
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci USA. 巻: 109(26) 号: 26 ページ: 10528-33
  • DOI: 10.1073/pnas.1202367109
  • NAID: 120007137266
  • 査読あり
• [学会発表] Reverse Genetic Studies on Mutant Mitochondrial Genomes in Mice (2013)
  • 著者名/発表者名: Nakada K, Hayashi J
  • 学会等名: The 4th International Symposium on Dynamics of Mitochondria
  • 発表場所: Okinawa Zanpamisaki Royal Hotel, Okinawa, Japan
  • 招待講演
• [学会発表] 大会長講演：ミトコンドリアミステリー： ０＋０＝１ (2012)
  • 著者名/発表者名: 林純一
  • 学会等名: 第１２回日本ミトコンドリア学会年会
  • 発表場所: 筑波大学
  • 年月日: 2012-12-20
  • 招待講演
• [学会発表] ミトコンドリア糖尿病のマウス逆遺伝学 (2012)
  • 著者名/発表者名: 中田和人
  • 学会等名: 第85回日本生化学会
  • 発表場所: 福岡国際会議場・マリンメッセ福岡
  • 年月日: 2012-12-14
  • 招待講演
• [学会発表] 病原性ミトコンドリアゲノム変異のマウス逆遺伝学 (2012)
  • 著者名/発表者名: 中田和人
  • 学会等名: 第55回日本腎臓学会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2012-06-02
  • 招待講演
• [備考] Jun-Ichi Hayashi + Kazuto Nakada's Lab
  • URL: http://www.biol.tsukuba.ac.jp/~jih-kzt/
• [備考] Jun-Ichi Hayashi + Kazuto Nakada's Lab
  • URL: http://www.biol.tsukuba.ac.jp/~jih-kzt/