老化に関る遺伝子・klothoの分子機能の研究

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10308032
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 鍋島 陽一 京都大学, 医学研究科, 教授 (60108024)
• 研究分担者: 吉田 松生 京都大学, 医学研究科, 助手 (60294138) ; 藤森 俊彦 京都大学, 医学研究科, 助手 (80301274) ; 星野 幹雄 京都大学, 医学研究科, 助手 (70301273)
• キーワード: 個体老化 / Klotho遺伝子 / β-glucosidase / 1型膜蛋白質 / 挿入突然変異

研究概要

挿入突然変異によって早期老化症状を呈するトランスジェニックマウス系統を樹立し、原因遺伝子をKlothoと名付けた。Klotho遺伝子は新規の1型膜蛋白質をコードしており、細胞外の配列はβ-glucosidaseに相同性をもつ2つのドメインより構成されており、N端側のドメインをmKLl、C端側のドメインをmKL2と名付けた。発現は腎臓で高く、弱い発現が中枢神経系で観察され、肺、骨、胃壁、皮膚などの激しい変異が観察される組織での発現は認められなかった。ヒト相同遺伝子の解析により同様の1型膜蛋白質、及びスプライシングの制御により分泌型蛋白質をコードするmRNAを同定した。外来のKlotho CDNAを発現するトランスジェニックマウスを作成し、突然変異マウスと掛け合わせによるレスキュー実験により、Klotho遺伝子が原因遺伝子であること、klotho遺伝子の変異により多彩な変異症状がもたらされることが示された。
Klotho蛋白にはβ-glucosidase酵素活性を示すデータは得られておらず、酵素活性をもつかどうかは不明である。抗体を用いてKlotho蛋白の存在様式を解析したところ、腎臓の膜成分から全長型とC端側のドメイン(mKL2)に相当する分子が同定され、全長型を高発現したマウス血中よりN端側のドメイン(mKLl)に相当する分子が同定された。また、トランスジェニックマウス、アデノウイルス発現ベクターを用いたレスキュー実験によりKlotho蛋白は腎臓で発現しなくても機能すること、膜型Klotho蛋白の中央にKKRKからなるプロセスされると推定される配列があることから、mKLlはプロセスされて細胞外に分泌され、機能していることが示唆された。現在、ヒト分泌型蛋白によってレスキューできるかどうかを解析している。相互作用する分子の解析にために、タグをもつキメラ蛋白を大量に調製して、結合組織、細胞を検討している。

研究成果

• [文献書誌] Yoshida N.: "Variation of MyoD and myf-5, which precedes myogenin expression and irreversible commitment, specifies the differentiating and “Reserve Cells" upon myogenesis." J.Cell Sci.111. 769-779 (1998)
• [文献書誌] Matsumura Y.: "Identification of the human klotho gene and its two trascripts encoding membrane and secreted Klotho protein." Biochem.Biophys.Res.Comm.242. 626-630 (1998)
• [文献書誌] Shiraki-Iida T.: "Structure of the mouse Klotho gene and its two trasncripts encoding membrane and secreted protein" FEBS Letters. 424. 6-10 (1998)
• [文献書誌] Okuda A.: "UTF1, a novel transcriptional coactivator expressed in pluripotent embryonic stem cells and extra-embryonic cells." EMBO J.17. 2019-2032 (1998)
• [文献書誌] Kurisaki T.: "Spatially-and temporally-restricted expression of meltrin a and b in mouse embryo." Mechan.Dev.73. 211-221 (1998)
• [文献書誌] Takahashi S.: "Regulation of the Xmyf-5 and XmyoD expression pattern during early Xenopus development." Zoolog.Sci.15. 231-238 (1998)
• [文献書誌] Saito Y.: "Klotho protein protects against endotherial dysfunction." Biochem.Biophys.Res.Comm.248. 324-329 (1998)
• [文献書誌] Nakagoshi H.: "defective proventriculus encodes a novel homeodomain protein required for the functional specification in Drosophila midgut." Gene & Develop.(in press). (1998)
• [文献書誌] Aizawa H.: "Downregulation of the klotho gene in the kidney under sustained circulatory stress in rats." Biochem.Biophys.Res.Comm.249. 865-871 (1998)
• [文献書誌] Ohyama Y.: "Molecular cloning of Rat klotho cDNA: markedly decreased expression of klotho by acute inflammatre stress." Biochem.Biophys.Res.Comm.(in press).
• [文献書誌] Yamashita T.: "Elongation of the epiphyseal trabecular bone in transgenic mice carrying a klotho gene locus mutaion that leads to a syndrome resembling aging." J.Endocrinology. 159. 1-8 (1998)
• [文献書誌] Hoshino M.: "Neural expression of Hikaru genki protein during embryonic and larval development of Drosophila melanogaster." Development Genes and Evolution. (in press).
• [文献書誌] Kameya S.: "α1-Syntrophin gene disruption results in the absence of neuronal-type nitoric-oxide synthase at the sarcolemma but dose not induce muscle degeneration." J.Biol.Chem.274. 2193-2200 (1999)