ミトコンドリア遺伝子疾患モデルとしてのmtDNAノックアウトマウスの樹立と応用

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10358018
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 林 純一 筑波大学, 生物科学系, 教授 (60142113)
• 研究分担者: 後藤 雄一 国立精神神経センター, 神経研究所, 部長 (20225668)
• キーワード: マウスmtDNA / mtDNA突然変異 / ミトコンドリア移植 / 病態モデル / ミトコンドリアtRNA

研究概要

ミトコンドリアは酸素呼吸によって糖を分解し莫大なエネルギー生産するが、その代償として同時に激しい酸化的ストレスも発生するため、mtDNAは常に破壊や突然変異の脅威にさらされ続けることになる。その結果、母親から突然変異をもつmtDNAをもらわなくても、受精が完了し生命のスタートと同時に、われわれのからだのmtDNA集団はランダムに突然変異を蓄積し始め、その量がある一定の値を超えてしまうと、それが原因でやがてこのこのエネルギー生産にも支障が来され、加齢とともにATP合成能力低下の原因になる。つまり老化もミトコンドリアが犯人だと多くの研究者が考えるのは当然だろう。でも本当にそうだろうか?
そこで本プロジェクトでは、我々が樹立したヒトmtDNA欠損細胞を用いたmtDNA導入系を活用することにより、ミトコンドリア遺伝子疾患を引き起こしたものと全く同じmtDNA突然変異が、老化や糖尿病などの多様な症状を引き起こすかどうかを調べ、両者の因果関係を直接立証することを試みた。ごく最近樹立したマウスmtDNA損細胞を利用することにより、ヒトと同じmtDNA突然変異を持つマウスの作製に成功し、この論文は、Nature Geneticsの2000年10月号に掲載され、マスコミの注目も集めた。これらの病態モデル動物は今後更に、ミトコンドリア遺伝子疾患、老化、糖尿病に限らず、mtDNA突然変異が起こす多様な臨床症状に対する有効な治療方法の手がかりを得上で有効に活用できるものと期待されている。
このマウスを使うことでごく最近、ミトコンドリア間相互作用は培養細胞だけで起きている特殊な現象ではなく、生体内でもごく一般的に起きていることがここに証明できた。したがってミトコンドリアは実際の生体内でも一つになって助け合い、病原性突然変異型mtDNAが80%を越えても何とか正常なエネルギー生産ができるよう懸命の連携をしており、変異が蓄積しても直接エネルギー生産に影響を与えない特殊な能力があることが明らかになった。以上のことをまとめた論文は、2001年のネイチャー・メディスィン誌に掲載されることが決定した。

研究成果

• [文献書誌] Makiko Yamaoka: "Complete repopulation of mouse mtDNA-less cells with rat mtDNA restores mitochondrial translation but not respiratory function"Genetics. 155. 301-307 (2000)
• [文献書誌] Masato Tawata: "A new mtDNA mutation at 14577 T/C is probably a major pathogenic mutation of matemally inherited type 2 diabetes"Diabetes. 49. 1269-1272 (2000)
• [文献書誌] Hiroshi Shitara: "Selective and continuous elimination of mitochondria microinjected into mouse eggs from spermatids, but not from livercells, occurs throughout"Genetics. 156. 1277-1284 (2000)
• [文献書誌] Kimiko Inoue: "Generation of mice with mitochondrial dysfunction by introducing mouse mtDNA carrying a deletion into zygotes"Nature Genetics. 26. 176-181 (2000)
• [文献書誌] Eizo Ohkubo: "A patient with type 2 diabetes mellitus associated with mutations in sensing receptor gene and mitochondrial DNA"Biochem.Biophys.Res.Commun.. 278. 808-813 (2000)
• [文献書誌] Yuko Aomi: "Cytoplasmic transfer of platelet mtDNA from eldery patients with Parkinson's disease to mtDNA-less Hela cells restores complete mitochondrial respiratory function"Biochom.Biophys.Res.Commun. 280. 265-273 (2001)