ミトコンドリアシグナルによる熱ショック応答の制御機構

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H04706
• 研究機関: 山口大学
• 研究代表者: 中井 彰 山口大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (60252516)
• 研究分担者: 瀧井 良祐 山口大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (00419558) ; 藤本 充章 山口大学, 医学(系)研究科(研究院), 准教授 (80359900)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: シャペロン / 転写 / ストレス / ミトコンドリア / プロテオスタシス

研究実績の概要

HSF1と相互作用するミトコンドリアSSBP1による熱ショック応答の制御機構を、以下のとおり明らかにした。
１. ミトコンドリアSSBP1のHSP70発現誘導における効果：MEF細胞のSSBP1をノックダウンすることで、熱ストレスやプロテアソーム阻害剤等によるHSP70 mRNAの誘導が低下することを示した。内在性HSF1を相互作用変異体へ置換した場合も同様であった。２. SSBP1の熱ストレスによる核移行の共焦点レーザー顕微鏡による解析：内在性SSBP1および細胞へ導入したGFP-mSSBP1が熱ストレス処理により核内へ集積することを用いて明らかにした。３. SSBP1の核移行におけるHSF1の役割の解明：HSF1ノックダウンによりSSBP1は熱処理しても核移行しないことから、HSF1の核移行にともなってSSBP1が核へ運ばれることを示した。４. SSBP1核移行とミトコンドリアpermeability transition pore (PTP)の開口との関連：PTP開口を阻害するシクロスポリンA処理、そしてPTP複合体構成因子VDAC群のノックダウンによってSSBP1の核移行は抑制された。つまり、SSBP1核移行とミトコンドリアPTPが関連していることが分った。５. HSP70プロモーター上での転写複合体解析：熱ストレスによりHSP70プロモーター上にHSF1依存性にSSBP1が集積することを示した。６. HSF1-SSBP1複合体のターゲット遺伝子群の解析：SSBP1ノックダウンによりミトコンドリアHSPを含む一群のHSPの熱誘導が減弱した。つまり、SSBP1は全てのシャペロンの誘導に関与していた。また、それらのプロモーター上にはSSBP1が集積し、クロマチン再構成因子BRG1の集積を促進していた。

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

おおよそ予定していた実験を行い、HSF1-SSBP1の熱ショック応答における役割と機能について一定の結論を得ることができた。

今後の研究の推進方策

１）新しいHSF1-SSBP1転写複合体の構成因子の同定：これまでの研究から、ストレス誘導性HSF1転写複合体に転写因子ATF1が含まれることを明らかにしている。そこで、SSBP1、HSF1、ATF1とも共沈降するタンパク質群を同定する。そのために、それぞれをFlag標識したタンパク質を発現させて熱ストレス処理したヒトHEK293細胞の抽出液を作成し、hHSF1、mSSBP1、mATF1と共沈降するタンパク質群を高感度質量分析により同定する。
２）HSP70発現を指標とする新規因子の機能スクリーニング：HSF1-SSBP1転写複合体に含まれると推測される上記の実験で同定された遺伝子群のノックダウン実験を行い、HSP70発現を指標とする機能スクリーニングを行う。予備的な実験により、RNA結合タンパク質で、RNAプロセッシングに関連するHNRNPK (Heterogeneous nuclear ribonucleoprotein K)が熱ショック応答を促進することが示唆されている。HNRNPKがどの因子と直接相互作用するか示し、相互作用変異体を同定し、それを用いてHSP70発現の促進効果を明らかにする。
３）新規因子のクロマチン構造に与える効果の解析：HSP70遺伝子のプロモーターのクロマチン構造やヒストン修飾をChIP-qPCR解析等で解析し、HNRNPKのノックダウンによる影響を調べる。それらプロモーターへのクロマチン再構成複合体群やヒストン修飾酵素群のリクルートについても同様にして調べる。また、HNRNPKのRNA結合能が遺伝子発現に影響あるかを調べ、影響あれば熱ストレス時に結合するRNAの同定を試みる。

研究成果

• [雑誌論文] Molecular basis of HSF regulation. (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Nakai
  • 雑誌名: Nature Structural & Molecular Biology 巻: 23 ページ: 93-95
  • DOI: 10.1038/nsmb.3165
• [雑誌論文] Fatty acid-binding protein 7 regulates lipid raft formation in astrocytes through expression of caveolin-1. (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Kagawa, Y. Yasumoto, K. Sharifi, M. Ebrahimi, A. Islam, H. Miyazaki, Y. Yamamoto, T. Sawada, H. Kishi, S. Kobayashi, M. Maekawa, T. Yoshikawa, E. Takaki, A. Nakai, H. Kogo, T. Fujimoto, Y. Owada.
  • 雑誌名: Glia 巻: 63 ページ: 780-794
  • DOI: 10.1002/glia.22784
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Heat shock protein 90 associates with Toll-like receptors 7/9 and mediates self-nucleic acid recognition in SLE. (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Saito, K. Kukita, G. Kutomi, K. Okuya, H. Asanuma, T. Tabeya, Y. Naishiro, M. Yamamoto, H. Takahashi, T. Torigoe, A. Nakai, Y. Shinomura, K. Hirata, N. Sato, Y. Tamura.
  • 雑誌名: European Journal of Immunology 巻: 45 ページ: 2028-2041
  • DOI: 10.1002/eji.201445293
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Retinoic acid has the potential to suppress endometriosis development. (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamagata, E. Takaki, M. Shinagawa, M. Okada, K. Jozaki, L. Lee, S. Sato, R. Maekawa, T. Taketani, H. Asada, H. Tamura, A. Nakai, N. Sugino.
  • 雑誌名: Journal of Ovarian Research 巻: 8 ページ: 49
  • DOI: 10.1186/s13048-015-0179-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Deficiency of heat shock transcription factor 1 suppresses heat stress-associated increase in slow soleus muscle mass of mice. (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Ohno, T. Egawa, S. Yokoyama, A. Nakai, T. Sugiura, Y. Ohira, T. Yoshioka, K. Goto.
  • 雑誌名: Acta Physiologica 巻: 215 ページ: 191-203
  • DOI: 10.1111/apha.12600
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] ミトコンドリアのプロテオスタシス制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 譚克、中井彰
  • 雑誌名: 生化学 巻: 87 ページ: 758-761
• [学会発表] タンパク質毒性ストレス応答とDNA損傷ストレス応答の接点 (2015)
  • 著者名/発表者名: 藤本充章、中井彰
  • 学会等名: 第88回日本生化学会大会・第38回日本分子生物学会大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場、神戸
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
  • 招待講演
• [学会発表] 進化的アプローチによる熱ショック因子HSF1の転写関連領域の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 瀧井良祐、藤本充章、高木栄一、譚克、中井 彰
  • 学会等名: 第88回日本生化学会大会・第38回日本分子生物学会大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場、神戸
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [学会発表] マウス視床下部における熱ショック因子HSF4の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 高木栄一、藤本充章、瀧井良祐、譚克、中井 彰
  • 学会等名: 第88回日本生化学会大会・第38回日本分子生物学会大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場、神戸
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [学会発表] Pathological brain development elicited heterogenous activation of stress responsive signaling under exposure to environmental stress. (2015)
  • 著者名/発表者名: Seiji Ishii, Alexander I. Son, Meenu Rajendraprasad, Yury Morozov, Mitsuaki Fujimoto, Kristen Brennand, Akira Nakai, Valerie Mezger, Fred Gage, Masaaki Torii, Pasko Rakic, Kazue Hashimoto-Torii.
  • 学会等名: 第88回日本生化学会大会・第38回日本分子生物学会大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場、神戸
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [学会発表] 腎虚血再灌流障害における脾臓摘出および抗TNF-α製剤の効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 永田雄大、中村公彦、磯山直仁、松村正文、藤川公樹、内山浩一、中井 彰、松山豪泰
  • 学会等名: 臨床ストレス応答学会
  • 発表場所: 東京農工大学、東京
  • 年月日: 2015-11-06 – 2015-11-07
• [学会発表] Heat shock response is modulated by poly(ADP-ribose) polymerases in mammalian cells. (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Nakai
  • 学会等名: The 7th international congress on stress response in biology and medicine
  • 発表場所: Huangshan, China
  • 年月日: 2015-09-15 – 2015-09-19
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Mitochondrial SSBP1 protects cells from proteotoxic stresses by potentiating stress-induced HSF1 transcriptional activity. (2015)
  • 著者名/発表者名: Ke Tan, Mitsuaki Fujimoto, Ryosuke Takii, Eiichi Takaki, Akira Nakai
  • 学会等名: The 7th international congress on stress response in biology and medicine
  • 発表場所: Huangshan, China
  • 年月日: 2015-09-15 – 2015-09-19
  • 国際学会
• [図書] Heat Shock Factor (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Nakai
  • 総ページ数: 301
  • 出版者: Springer, Japan
• [図書] 南山堂医学大事典 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中井 彰、他
  • 総ページ数: 3101 (1085-1085, 1879-1879)
  • 出版者: 南山堂
• [備考] 医化学研究室ホームページ
  • URL: http://ds22.cc.yamaguchi-u.ac.jp/~seika2/