人体のエネルギー産生系の形成の制御因子

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02404027
• 研究機関: 自治医科大学
• 研究代表者: 香川 靖雄 自治医科大学, 医学部, 教授 (30048962)
• 研究分担者: 猪原 直弘 自治医科大学, 医学部, 助手 (60232576) ; 遠藤 仁司 自治医科大学, 医学部, 助手 (50221817) ; 中西 真 自治医科大学, 医学部, 講師 (40217774) ; 太田 成男 自治医科大学, 医学部, 助教授 (00125832) ; 香川 靖雄 自治医科大学, 医学部, 教授 (30048962)
• キーワード: ATP合成酵素 / 転写因子 / 選択的スプライシング / サブユニット構成 / 転写制御 / ミトコンドリア / F,ATPアーゼ / PHによる制御

研究概要

細胞活動の基本であるエネルギー産生系の代謝調節は生体の反応系のなかでは最も変動量が大きく、変動速度も大である。そこで本研究では細胞の全体のエネルギー状態の検出機構を目標とした。人体細胞のエネルギー産生は短期的には呼吸調節能によるが、長期的にはミトコンドリアを中心とする諸タンパク質の合成と構造形成によっている。酸化的リン酸化の要素の構造遺伝子だけが、核DNAの他にミトコンドリアNDAの支配も受けている。その形成の制御はおもに核DNAの転写制御と推定され、ミトコンドリアNDA側では特有の翻訳制御が中心と考えられている。本年度は最終年度に当りATP合成酵素の主要サブユニットであるalpha,beta,gamma、の発現、ミトコンドリアのNDAの転写と複製の制御因子であるmtTF1の解析を進めた。すでにATPase活性にはalpha betaサブユニットのみで十分であり、しかも組織共通である事を決定した。gammaはalternate splicingによって、第9エキソンを含む肝臓型と、それを欠く筋肉型の2種があることをJ.B.C.268,24950(1993)に報告した。これらalpha beta gammaの上流には未報告の共通のシス要素が3種発見され、CATアッセイ法などでその機能を解析した。さらにgammaサブユニットのスプライシングには組織活動の結果pHが低下することによって筋肉型となること、この情報伝達はプロテインキナーゼCを介するトランス因子の合成が必要であるという重要な結果を得た(J.B.C.印刷中、1994)。ミトコンドリア(mt)DNAの複製と転写の両方を同時に制御するmtTF1にもalternatesplicingによって長短2種のisoformが存在することを明らかにした(BBRC 194,544,1993)。DNAを除いたrho°株を用いてその意義を検討した(J.B.C.259.印刷中 1994)。本研究によって、人体のエネルギー供給源であるATP合成酵素の主要遺伝子の構造が初めて確定され、その制御因子について多くの重要な知見が得られた。成果は国際生化学分子生物学連合カンファレンス(欧)FAOBシンポジウム等で発表された。

研究成果

• [文献書誌] Matsuda,C.,Ohta,S.Endo,H.and Kagawa,Y.: "Gene structure of human mitochondrial ATP synthase gamma-subunit:Tissue-specificity produced by alternative RNA splicing." Journal of Biological Chemistry. 268. 24950-24958 (1993)
• [文献書誌] Endo,H.,Matsuda C.and Kagawa,Y.: "Exclusion of an alternatively spliced exon in human ATP synthase gamma-subunit pre-mRNA requires de novo protein synthesis." Journal of Biological Chemistry. 269(in press). (1994)
• [文献書誌] Hayashi,J-I.,Ohta,SKagawa,Y.et al.: "Human age-related mitochondrial dysfunction is associated with reduced mitochondrial protein synthesis but not with somatic mutation" Jowrnal of Biological Chemistry. 269. 6878-6883 (1994)
• [文献書誌] Matsuda,C.,Endo,H.Nakanishi,M.,Kagawa,Y.: "Tissue specific isoforms of the bovine mitochondrial ATP synthase gamma-subunit." FEBS Letters. 325. 281-284 (1993)
• [文献書誌] Tominaga,K.,Hayashi,J-I,Ohta,S.,Kagawa,Y.: "Smaller isoform of human mitochondrial transcription factor I: Its wide distribution and production by alternative splicing." Biochemical and Biophysical Res.Commun.194. 544-551 (1993)
• [文献書誌] Shiraiwa,N.,Ishii,Akagawa,Y.,Ohta,S.: "Content of mutant mitochondrial DNA and organ-dysfunction in a patient with a MELAS subgroup of mitochondrial encephalomyopathy." Journal of the Neurological Sciences. 120. 174-179 (1993)
• [文献書誌] 香川靖雄: "生体膜と疾患の分子生物学" 南山堂, 560 (1993)
• [文献書誌] Kagawa,Y.et al.: "Biochemistry of Cell Membranes:A Compendium of Papers." Birkhauser verlag A.G,,Basel,Switzerland.(in press), (1994)