酸素ストレス感受性転写因子ネットワークによる生体内レドックス環境調節機構の解明

2016 年度 実績報告書

• 研究領域: 酸素を基軸とする生命の新たな統合的理解
• 研究課題/領域番号: 26111010
• 研究機関: 弘前大学
• 研究代表者: 伊東 健 弘前大学, 医学研究科, 教授 (10323289)
• 研究分担者: 鈴木 隆史 東北大学, 医学系研究科, 講師 (70508308) ; 濱崎 純 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 助教 (80533588)
• 研究期間 (年度): 2014-07-10 – 2019-03-31
• キーワード: Nrf2 / Keap1 / ATF4 / プロテアソーム / ミトコンドリア / 活性酸素 / 酸化ストレス / プロテオスタシス

研究実績の概要

1.酸素ストレスで活性化する転写因子ネットワークの解析---１）Nrf2と相互作用する因子GCN1L1のミトコンドリアストレスに対するGCN1L1の効果を一倍体のヒト培養細胞株を用いて解析したところGCN1L1がミトコンドリア機能異常のセンサーとして働くことが示唆された。２）転写因子Nrf2の抑制因子であるKeap1の欠失マウスを作成し、その表現型解析を行なった。その結果、腎臓における過剰なNrf2活性化は尿崩症を引き起こすことが明らかになった。この成果をNature Communications誌に発表した。
2. プロテアソーム機能と酸化ストレスのクロストークの解析---１）プロテアソーム機能低下による酸化ストレス惹起メカニズムの解明と老化への関与の検討---ヒト培養細胞を用いたwhole genome siRNA screeningにより、プロテアソーム阻害時にプロテアソーム遺伝子群の代償的な発現上昇に働く転写因子Nrf1の活性化に重要な新規因子としてDDI2を同定した。２）新規プロテアソーム会合因子の機能解析---遺伝学的スクリーニングにより同定した新規プロテアソーム機能調節因子の実体について主に生化学的解析により明らかにする。すでに新規ユビキチン結合タンパク質であることを解明し、易凝集性タンパク質の分解に重要であることを見出した。個体での病態発症への関与について現在検証を進めている。
3. ヘムオキシゲナーゼ１の抗老化に関する機能解析---ヘムオキシゲナーゼKOマウスの胎児期繊維芽細胞を用いて解析したところ、野生型においてみられるNrf2誘導剤によるビルリビン産生の増加がヘムオキシゲナーゼKOで抑制されることが示唆された。今後、ヘムオキシゲナーゼ１とミトコンドリアの相互作用について検討する。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

Keap1/Nrf2経路の解析においては、Nrf2の抗炎症機構やNrf2がaquaporin 2遺伝子を制御している様子が明らかになり、研究が顕著に進展した。また、GCN1L1のKOマウスも完成し、今後の解析の進捗が期待されるところまできた。cKOマウスの作成も順調に進んでいる。さらには、ヒトGCN1L1ノックアウト細胞を用いた解析からGCN1L1がミトコンドリアインバランスを感知する働きを有することことが示唆された。プロテアソーム経路の解析においては、新規プロテアソーム機能調節因子の機能が明らかになりつつあるとともに、Nrf1の活性調節に関わる遺伝子DDI2の同定に成功した。

今後の研究の推進方策

細胞内小器官間におけるクロストークにおいては、引き続きミトコンドリア-核シグナル伝達に焦点を絞り解析する。特に、GCN1L1がミトコンドリアインバランスを感知する可能性が高まったのでそれについて重点的に解析する。ATF4とNrf2の協調的遺伝子発現制御作用については、カルノシン酸による両者の誘導では活性化の時間差などのため協調作用の解析がうまくいかないので違う解析系に変更する。Keap1/Nrf2経路の解析においては、酸化ストレス感知に働くと考えられるKeap1のセンサーシステイン残基に変異を導入し培養細胞を用いた機能解析を進める。さらに、CRISPR/Cas9を用いてKeap1に酸化ストレスセンサーの変異を導入したマウスを作製し、酸化ストレスに応答できないKeap1を個体レベルで解析する。遺伝学的スクリーニングにより同定した新規プロテアソーム機能調節因子およびsiRNAスクリーニングにより同定したDDI2については引き続き機能解析を推進する。ヘムオキシゲナーゼ１とミトコンドリアの相互作用については解析が遅れているので、急ぐように努力する。

研究成果

• [雑誌論文] Hyperactivation of Nrf2 in early tubular development induces nephrogenic diabetes insipidus (2017)
  • 著者名/発表者名: Suzuki T, Seki S, Hiramoto K, Naganuma E, Kobayashi HE, Yamaoka A, Baird L, Takahashi N, Sato H, Yamamoto M.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 8 ページ: 1-13
  • DOI: 10.1038/ncomms14577.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The BET bromodomain inhibitor exerts the most potent synergistic anticancer effects in combination with quinone-containing compounds and anti-microtubule drugs (2016)
  • 著者名/発表者名: 2.Liu PY, Sokolowski N, Guo ST, Siddiqi F, Atmadibrata B, Telfer TJ, Sun Y, Zhang L, Yu D, Mccarroll J, Liu B, Yang RH, Guo XY, Tee AE, Itoh K, Wang J, Kavallaris M, Haber M, Norris MD, Cheung BB, Byrne JA, Ziegler DS, Marshall GM, Dinger ME, Codd R, Zhang XD, Liu T
  • 雑誌名: Oncotarget 巻: 7 ページ: 79217-79232
  • DOI: 10.18632/oncotarget.12640.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Nrf2 suppresses macrophage inflammatory response by blocking proinflammatory cytokine transcription (2016)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi HE, Suzuki T, Funayama R, Nagashima T, Hayashi M, Sekine H, Tanaka N, Moriguchi T, Motohashi H, Nakayama K, Yamamoto M.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 7 ページ: 1-14
  • DOI: 10.1038/ncomms11624.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The aspartyl protease DDI2 activates Nrf1 to compensate for proteasome dysfunction. (2016)
  • 著者名/発表者名: Koizumi S, Irie T, Hirayama S, Sakurai Y, Yashiroda H, Naguro I, Ichijo H, Hamazaki J, Murata S.
  • 雑誌名: Elife 巻: 18357 ページ: 18357
  • DOI: 10.7554/eLife.18357.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Absolute amounts and status of Nrf2-Keap1-Cul3 complex within cells (2016)
  • 著者名/発表者名: Iso T, Suzuki T, Baird L, Yamamoto M.
  • 雑誌名: Mol Cell Biol 巻: 36 ページ: 3100-3112
  • DOI: 10.1128/MCB.00389-16
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Nrf2を中心とした転写因子ネットワークの活性化を利用した食品機能性成分による脳神経変性疾患予防戦略 (2016)
  • 著者名/発表者名: 伊東健
  • 学会等名: 第7回岐阜薬科大学機能性健康食品（蜂産品）研究講演会
  • 発表場所: じゅうろくプラザ（岐阜県岐阜市）
  • 年月日: 2016-12-03 – 2016-12-03
  • 招待講演
• [学会発表] Elucidation of Nrf2-centered transcriptional network toward the disease prevention and therapy (2016)
  • 著者名/発表者名: Ken Itoh
  • 学会等名: 第89回日本生化学会大会
  • 発表場所: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-09-25 – 2016-09-27
  • 国際学会
• [学会発表] 酸化ストレス鍵転写因子Nrf2の生理的役割・進化論的意義と疾患予防 (2016)
  • 著者名/発表者名: 伊東健
  • 学会等名: 第６９回日本酸化ストレス学会学術集会
  • 発表場所: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-08-30 – 2016-08-31
  • 招待講演
• [学会発表] Nrf2とeIF2α-ATF4ストレス応答経路のクロストークによるレドックス応答機構 (2016)
  • 著者名/発表者名: 伊東健
  • 学会等名: 第５８回歯科基礎医学会学術大会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道札幌市）
  • 年月日: 2016-08-24 – 2016-08-26
• [学会発表] Nrf2を中心とした転写因子ネットワークによる疾患制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 伊東健
  • 学会等名: 第３７回日本循環制御医学会総会
  • 発表場所: ステーションコンファランス東京（東京都）
  • 年月日: 2016-07-08 – 2016-07-09
• [学会発表] Elucidation of Nrf2-centered transcriptional network toward the development of novel neuroprotective strategy (2016)
  • 著者名/発表者名: Ken Itoh
  • 学会等名: 第９回国際NO学会
  • 発表場所: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-05-20 – 2016-05-22
  • 国際学会 / 招待講演