放射線および活性酸素に対する細胞応答とその制御機構に関する研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10480132
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 米井 脩治 京都大学, 大学院・理学研究科, 教授 (60093340)
• 研究分担者: 張 秋梅 京都大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (00260604)
• キーワード: 放射線 / 活性酸素 / チオレドキシン / グルタレドキシン / 酸化ストレス応答 / OxyR / SoxR / レドックス制御

研究概要

大腸菌の活性酸素ストレス応答は、スーパーオキサイドと過酸化水素という2種の活性酸素に対して別々の防御システムを持っており、それぞれSoxRS、OxyRというタンパクにより調節されている。スーパーオキサイドストレスに応答する調節タンパクのうち、SoxRタンパクはセンサーとして働き、スーパーオキサイドにより活性化され、このレギュロンの遺伝子の直接の転写のアクチベーターであるSoxSタンパクの発現を誘導する。SoxRの[2Fe-2S]クラスターはSoxRタンパクの転写活性に不可欠で、[2Fe-2S]クラスターが一電子の酸化を受けることにより活性化される。その酸化還元の機構について調べるため、まずスーパーオキサイドの発生しない嫌気的条件で実験を行った。diamideの処理によりsoxR依存的にsoxSの誘導が起きることが分かった。diamideはSH基の酸化剤として知られる試薬である。しかし、soxRの酸化還元はSH基の酸化還元と直接関係しているとは考えにくい。そこでdiamideのターゲットになる分子内に酸化還元されるSH基を持つ何らかのタンパクが、soxRの酸化還元に関係しているのではないかと考えた。大腸菌では、H_2O_2に応答して30種類以上のタンパクが誘導合成される。このstimulonにはoxyR遺伝子の産物によって正に調節を受ける少なくとも9種類のタンパクが含まれる。OxyRは6個のシステイン残基を含んでいる。このうち199番目と208番目のシステインのSH基が酸化されS-S結合を形成することによって活性化することが報告されている。酸化ストレスは一過性であり、活性型OxyRは細胞内の過酸化水素濃度が減少すると還元型(不活性型)に戻る。本研究では、チオレドキシン系やグルタレドキシン系の大腸菌変異株を用いてkatG遺伝子の発現およびOxyRの抗体を用いた生化学的な解析を行いOxyRの酸化還元の制御機構を解析した。その結果、チオレドキシンやグルタレドキシン、さらにチオレドキシン還元酵素およびグルタチオン還元酵素とOxyRとの関係について興味深い結果が得られた。

研究成果

• [文献書誌] Q.-M.Zhang: "Role of the Escherichia coli and human DNA glycosylases that remove 5-formyl uracil from DNA in the prevention of mutations"Journal of Radiation Research. (印刷中). (2001)
• [文献書誌] Y.Matsumoto,Q.-M.Zhang,M.Takao A.Yasui and S.Yonei: "Escherichia coli Nth and human hNTH1 DNA glycosylases are involved in removal of 8-oxoguanine from 8-oxoguanine/guanine mispairs in DNA"Nucleic Acids Research. (印刷中). (2001)
• [文献書誌] I.Miyabe,Q.-M.Zhang,K.Kino,H.Sugiyama and S.Yonei: "Mutagenic effects of 5-formyluracil on a plasmid vector during replication in Escherichia coli"International Journal of Radiation Biology. 77. 54-58 (2001)
• [文献書誌] Zhang,Q.-M.,I.Miyabe,Y.Matsumoto,H.Sugiyama and S.Yonei: "Identification of repair enzymes for 5-formyluracil in DNA : Nth, Nei and MutM proteins of Escherichia coli"Journal of Biological Chemistry. 275. 35471-35477 (2000)
• [文献書誌] Nakahara,T.,Q.-M.Zhang and S.Yonei: "Identification of proteins of Escherichia coli and Saccharomyces cerevisiae that specifically bind to C/C mismatches in DNA"Nucleic Acids Research. 28. 2551-2556 (2000)
• [文献書誌] Miyabe,I.,Q.-M.Zhang,Y.Kano and S.Yonei: "Histone-like protein HU is required for recA gene-dependent DNA repair and SOS induction pathways in UV-irradiated Escherichia coli"International Journal of Radiation Biology. 76. 43-49 (2000)
• [文献書誌] Zhang,Q.-M.,I.Miyabe,K.Hashiguchi and S.Yonei: "Free Radicals in Chemistry, Biology and Medicine 2000"OICA,London. 518 (2000)
• [文献書誌] Zhang,Q.-M.,A.Tachibana and S.Yonei: "Experimental Protocols for reactive oxygen species(ROS) and reactive nitrogen species(RNS)"Oxford University Press, London. 337 (2000)