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2016 年度 実施状況報告書

コエンザイムQが関与するシステイン代謝における酸化ストレス制御機構の解析

研究課題

研究課題/領域番号 15K07360
研究機関島根大学

研究代表者

戒能 智宏  島根大学, 生物資源科学部, 准教授 (90541706)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワードコエンザイムQ / ユビキノン / 酸化ストレス
研究実績の概要

コエンザイムQ10(CoQ10、ユビキノン10)は、ミトコンドリアにおける電子伝達機能の他に、脂溶性抗酸化物質としての新たな機能が注目されている物質である。分裂酵母は、ヒトと同じCoQ10を合成し、CoQ合成酵素遺伝子破壊株の生育にはシステイン(Cys)やグルタチオンなどの抗酸化物質の添加が必要であることや、CoQがsulfide-quinone oxidoreductase(Hmt2)を介してsulfideの酸化代謝に関与していることが示唆されている。昨年度の研究から、分裂酵母CoQ合成不能株では、電子伝達系の遺伝子、イオンや硫黄を含む分子種に関連するトランスポーターの遺伝子の発現に変動が見られたことから、細胞内のイオンや硫黄を含む分子種の代謝にCoQが関与していることが示唆されている。硫黄を含むアミノ酸であるシステインや、グルタチオンは抗酸化物質として知られる物質であり、CoQも抗酸化能を持つ物質である。そこで、分裂酵母CoQ欠損株やシステイン合成酵素遺伝子の破壊株を用いて酸化ストレスを与えたときの細胞内の活性酸素種(ROS)の量の測定を行ったところ、特にシステイン合成酵素遺伝子の破壊株において細胞内のROS量が顕著に増加していることが分かった。さらに、硫黄代謝経路に関する遺伝子破壊株のスクリーニングからCoQ欠損株と似た表現型を示す遺伝子破壊株を得た。また、分裂酵母からCoQを抽出して、HPLCで酸化型と還元型のCoQ10を分離して検出することが出来た。

現在までの達成度 (区分)
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

コエンザイムQ10(CoQ10、ユビキノン10)は、生体内で合成される脂溶性の抗酸化物質である。これまで、分裂酵母のCoQ欠損による表現型はシステイン(Cys)やグルタチオンなどの抗酸化物質の添加によって部分的に相補されるため、CoQの欠損によって低下した抗酸化能力がCysやグルタチオンの添加によって回復していると考えられてきた。しかしながら、CoQ 欠損によって細胞内でどのような変化が起きているかを調べられたことはなく、詳細は不明であったが、CoQの欠損が電子伝達系の遺伝子や多数のイオンや硫黄関連物質のトランスポーターの遺伝子発現が増加していることから含硫アミノ酸であるシステインに着目した。分裂酵母のシステイン合成酵素遺伝子の欠損株は、CoQ欠損株と比べて細胞内のROS量が顕著に増加していることを明らかにした。また、多数の硫黄代謝経路に関する遺伝子破壊株のスクリーニングからCoQ欠損株と似た表現型を示す新たな遺伝子破壊株を得た。

今後の研究の推進方策

本年度の研究で、分裂酵母のCoQ欠損によって影響を受ける代謝系のうち、含硫黄化合物の代謝系に着目し、システイン合成酵素遺伝子の欠損は細胞内の酸化還元バランスが著しく変化していることを見出した。また、CoQ欠損株とよく似た表現型を示す破壊株も取得したので、遺伝子の機能性の解明を進める。細胞内の抗酸化には、様々な抗酸化物質、抗酸化酵素が関与しているため、CoQも含めそれらがどの程度細胞の抗酸化に関与しているかの解析も行っていく。また、種々の酸化ストレスによる細胞内の活性酸素種(ROS)の量の変化の測定や、分裂酵母からの還元型CoQの抽出方法の検討を行う。

次年度使用額が生じた理由

当初予定していた、プラスチック器具や消耗品の支出が低く抑えられたことにより残金が発生した。

次年度使用額の使用計画

繰り越した研究費については、次年度の試薬、プラスチック器具や消耗品等に充当する予定である。

  • 研究成果

    (17件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 4件)

  • [雑誌論文] Cloning and characterization of decaprenyl diphosphate synthase from three different fungi2017

    • 著者名/発表者名
      Moriyama D. +, Kaino T. +, Yajima K., Yanai R., Ikenaka Y., Hasegawa J., Washida M., Nanba H., Kawamukai M.
    • 雑誌名

      Appl. Microbiol. Biotechnol.

      巻: 101 ページ: 1559-1571

    • DOI

      10.1007/s00253-016-7963-0

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Label-free chemical imaging of fungal spore walls by Raman microscopy and multivariate curve resolution analysis2016

    • 著者名/発表者名
      Noothalapati H., Sasaki T., Kaino T., Kawamukai M., Ando M., Hamaguchi H. and Yamamoto T.
    • 雑誌名

      Sci. Rep.

      巻: 6 ページ: 27789

    • DOI

      10.1038/srep27789

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Vacuolar amino acid transporters upregulated by exogenous proline and involved in cellular localization of proline in Saccharomyces cerevisiae2016

    • 著者名/発表者名
      Nishida I., Watanabe D., Tsolmonbaatar A., Kaino T., Ohtsu I., Takagi H.
    • 雑誌名

      J. Gen. Appl. Microbiol.

      巻: 62 ページ: 132-139

    • DOI

      10.2323/jgam.2016.01.005

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Proline accumulation protects Saccharomyces cerevisiae cells in the stationary phase from ethanol stress by reducing reactive oxygen species levels2016

    • 著者名/発表者名
      Takagi H., Taguchi J. and Kaino T.
    • 雑誌名

      Yeast

      巻: 33 ページ: 355-363

    • DOI

      10.1002/yea.3154.

    • 査読あり
  • [学会発表] 分裂酵母S. japonicusのCoQ生合成酵素遺伝子の相補試験及び基質化合物の添加による合成量への影響2017

    • 著者名/発表者名
      渡子 開、望月 汐美、戒能 智宏、川向 誠
    • 学会等名
      日本農芸化学会2017年度大会
    • 発表場所
      京都女子大学
    • 年月日
      2017-03-20
  • [学会発表] 分裂酵母(S.pombe)のCoQ欠損株における基質化合物の添加により蓄積する中間体物質のLC-MSを用いた解析2017

    • 著者名/発表者名
      松本早代、柳井良太、赤井華子、西野耕平、戒能智宏、川向 誠
    • 学会等名
      第14回日本コエンザイムQ協会研究会
    • 発表場所
      東京工科大学片柳研究所棟
    • 年月日
      2017-02-07
  • [学会発表] 分裂酵母Schizosaccharomyces japonicusの種々の培養条件における生育とCoQ生合成能への影響2017

    • 著者名/発表者名
      渡子 開、望月汐美、戒能智宏、川向 誠
    • 学会等名
      第14回日本コエンザイムQ協会研究会
    • 発表場所
      東京工科大学片柳研究所棟
    • 年月日
      2017-02-07
  • [学会発表] Identification of coenzyme Q produced in various natural yeasts2017

    • 著者名/発表者名
      Jomkwan Jumpathong, Ikuhisa Nishida, Kouhei Nishino, Yasuhiro Matsuo, Tomohiro Kaino, Makoto Kawamukai
    • 学会等名
      日本農芸化学会中四国支部第47回講演会(例会)
    • 発表場所
      島根大学松江キャンパス
    • 年月日
      2017-01-28
  • [学会発表] In vivo chemical imaging of sporulation process in fission yeast cells by confocal Raman microscopy2016

    • 著者名/発表者名
      Enokidzu S., Iwasaki K., Uemura S., Noothalapati H., Kaino T., Kawamukai M., Yamamoto T.
    • 学会等名
      14th Annual Meeting of the Japan Association of Medical Spectroscopy/Japan-Taiwan Medical Spectroscopy International Symposium
    • 発表場所
      Awaji Yumebutai International Conference Center (Hyogo)
    • 年月日
      2016-12-04 – 2016-12-07
    • 国際学会
  • [学会発表] 分裂酵母でのコエンザイムQ10合成2016

    • 著者名/発表者名
      戒能智宏、西田郁久、横見和誠、松尾安浩、川向 誠
    • 学会等名
      第39回日本分子生物学会年会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜
    • 年月日
      2016-12-02
  • [学会発表] コエンザイムQ10を高生産する分裂酵母の育種を目指したスクリーニング2016

    • 著者名/発表者名
      高田将伍、柳井良太、大森夕貴、渡子 開、松本早代、西田郁久、戒能智宏、川向 誠
    • 学会等名
      第34回Yeast Workshop
    • 発表場所
      島根大学松江キャンパス
    • 年月日
      2016-11-05
  • [学会発表] 分裂酵母S. japonicusのCoQ生合成能と合成量に影響を及ぼす物質2016

    • 著者名/発表者名
      渡子開、望月汐美、戒能智宏、川向 誠
    • 学会等名
      第34回Yeast Workshop
    • 発表場所
      島根大学松江キャンパス
    • 年月日
      2016-11-05
  • [学会発表] 分裂酵母のCoQ合成における基質とCoQ欠損株が蓄積する中間体の解析2016

    • 著者名/発表者名
      戒能智宏、柳井良太、赤井華子、西野耕平、川向 誠
    • 学会等名
      第26回イソプレノイド研究会例会
    • 発表場所
      長崎県立大学シーボルトキャンパス
    • 年月日
      2016-09-20
  • [学会発表] 分裂酵母S. japonicusのCoQ生合成能と呼吸欠損2016

    • 著者名/発表者名
      渡子 開,望月汐美,戒能智宏,川向 誠
    • 学会等名
      2016年度日本農芸化学会中四国支部大会(第46回講演会)
    • 発表場所
      高知大学朝倉キャンパス
    • 年月日
      2016-09-16
  • [学会発表] Schizosaccharomyces japonicus is respiration defective due to lack of CoQ synthesis2016

    • 著者名/発表者名
      Kaino T., Mochizuki S., Tonoko K., Kawamukai M.
    • 学会等名
      14th International Congress on Yeasts (ICY14)
    • 発表場所
      Awaji Yumebutai International Conference Center (Hyogo)
    • 年月日
      2016-09-11 – 2016-09-15
    • 国際学会
  • [学会発表] Breeding of recombinant fission yeast for high production of Coenzyme Q102016

    • 著者名/発表者名
      D. Moriyama, T. Kaino, K. Hosono, M. Fujii, R. Yanai, K. Yajima, Y. Ikenaka, J. Hasegawa, M. Washida, H. Nanba, M. Kawamukai
    • 学会等名
      The Fifth International Conference on Cofactors (ICC-05) and Active Enzyme Molecule 2016 (AEM 2016)
    • 発表場所
      Kurobe Unazuki International Hall Selene (Toyama)
    • 年月日
      2016-09-04 – 2016-09-08
    • 国際学会
  • [学会発表] Visualizing fungal cell and spore wall architecture by Raman microscopy and multivariate curve resolution analysis2016

    • 著者名/発表者名
      H. Noothalapati, T. Sasaki, T. Kaino, M. Kawamukai, M. Ando, H. Hamaguchi and T. Yamamoto
    • 学会等名
      The Fourth Taiwan International Symposium on Raman Spectroscopy (TISRS2016)
    • 発表場所
      Center for Condensed Matter Sciences (Taiwan)
    • 年月日
      2016-06-29 – 2016-06-30
    • 国際学会

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公開日: 2018-01-16  

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