マウスmtDNAと未知細胞質因子起因のミトコンドリア・老化関連疾患発症機構解明

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H02463
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 林 純一 筑波大学, 生命環境系(名誉教授), 名誉教授 (60142113)
• 研究分担者: 米川 博通 公益財団法人東京都医学総合研究所, 基盤技術研究センター, 特任研究員 (30142110) ; 高橋 智 筑波大学, 医学医療系, 教授 (50271896)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: ミトコンドリア老化原因説 / ミトコンドリアがん転移原因説 / マウスmtDNA突然変異 / 細胞質遺伝因子 / マウス内在性ウイルス

研究実績の概要

A：mtDNA突然変異起因の病態解明：（A1）新奇突然変異mtDNA導入で疾患 (MELAS) モデルマウス作製：ミトコンドリア病（MELAS）の原因突然変異と同等の突然変異を持つマウスmtDNAをマウスES細胞（XO型）に導入しキメラマウスの作製に成功した。現在このキメラ率の高い雌を用いて、正常B6マウスの雄と交配することで、導入したMELAS相当の突然変異mtDNA導入マウスの誕生をモニター中である。（A2）mtDNA突然変異が「がん転移」を誘発すること証明した応募者の新仮説の普遍性の検証：mtDNA複製酵素の校正機能破壊マウスの胎児から樹立した胎児繊維芽細胞（MEF+/m）の不死化に成功した。このまま培養を継続することで、がん化したMEF(+/m)を樹立し、このがん化MEF(+/m)が高転移性を示すことが立証できれば、目標を達成したこととなるので論文にする。 B：mtDNA以外の細胞質因子起因の病態解明：（B1）mtDNA以外の細胞質因子が老化因子として老化に関与することの証明：この老化因子の本体が核ゲノムにコードされるグリシン代謝遺伝子（GCAT; SHMT2）であるため、それぞれの遺伝子破壊マウスを作製。SHMT2遺伝子破壊マウスは胚性致死になり予想通りその原因が呼吸欠損であることを明らかにした。現在この研究成果を論文にまとめ英文校閲を終了したので論文投稿する予定である。（B2）mtDNA以外の細胞質因子ががん拒絶反応因子として機能するという常識外れの応募者新仮説の実態解明：本当にmtDNA以外の細胞質因子であることを証明した。しかもその正体が、感染性の内在性ウイルスである可能性を示唆する結果も得られた。

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

（A1）キメラマウスの作製に成功したが、ミトマウス誕生には至っていない。
（A2）mtDNA複製酵素の校正機能破壊マウスの胎児から樹立した胎児繊維芽細胞（MEF+/m）の不死化に成功したが、この細胞ががん化する前にmtDNA突然変異が蓄積しすぎて重大な呼吸欠損に陥り絶滅したため、再度MEF+/mの不死化を継続中。なお、mtDNA複製酵素の校正機能破壊マウスはヒト老化モデルマウスとされているが、少なくとも骨粗鬆症の発症機序は老化ではなく副甲状腺機能亢進症のモデルであることを証明し論文投稿準備中。
（B1）遺伝子編集により二つのグリシン代謝遺伝子（GCAT; SHMT2）それぞれの遺伝子破壊マウスの作製に成功。SHMT2遺伝子破壊マウスは胚性致死になり予想通りその原因が呼吸欠損であることを明らかにした。現在この研究成果をまとめた論文を投稿準備中。
（B2）mtDNA以外の細胞質遺伝因子ががん拒絶反応因子として機能するという常識外れの応募者新仮説の実態解明：本当にmtDNA以外の細胞質遺伝因子が存在することを証明した。ここまでの研究成果をPLOS ONEに投稿し、審査中。

今後の研究の推進方策

（A1）キメラマウスの作製に成功したが、そこから新奇突然変異mtDNA導入マウスが誕生していない。これは生殖系列に突然変異mtDNAが導入されないためなので、再度キメラマウス作製を開始。
（A2） mtDNA複製酵素の校正機能破壊マウスの胎児から樹立した胎児繊維芽細胞（MEF+/m）の不死化に成功したが、この細胞ががん化する前にmtDNA突然変異が蓄積しすぎて重大な呼吸欠損に陥り絶滅したため、再度MEF+/mの不死化を継続中。培養条件を工夫することで絶滅回避を計画。
（B1）グリシン代謝遺伝子（GCAT; SHMT2）のそれぞれの遺伝子破壊マウスを作製。SHMT2遺伝子破壊マウスは胚性致死になり予想通りその原因が呼吸欠損であることを明らかにした。胚性致死を回避できたGCAT遺伝子破壊マウスが早期老化表現型を発現するかを見るために飼育を継続する。
（B2）mtDNA以外の細胞質遺伝因子として具体的にはマウスの核ゲノムに存在する内在性ウイルスが感染性ウイルスとなって細胞質感染する可能性があることまでを突き止めたのでその証明のための実験を開始。

研究成果

• [雑誌論文] A novel mutation in TAZ causes mitochondrial respiratory chain disorder without cardiomyopathy (2017)
  • 著者名/発表者名: Nurun Nahar Borna, Yoshihito Kishita, Kaori Ishikawa, Kazuto Nakada, Jun-Ichi Hayashi, Yoshimi Tokuzawa, Masakazu Kohda, Hiromi Nyuzuki, Yzumi Yamashita-Sugahara, Takashi Nasu, Atsuhito Takeda, Kei Murayama, Akira Ohtake, Yasushi Okazaki
  • 雑誌名: J. Hum. Genet. 巻: 62 ページ: 539-547
  • DOI: 10.1038/jhg.2016.165
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Mutations in mitochondrial DNA regulate mitochondrial diseases and metastasis but do not regulate aging. (2016)
  • 著者名/発表者名: Hayashi J-I, Hashizume O, Ishikawa K, Shimizu A.
  • 雑誌名: Curr Opin in Genet Dev. 巻: 38 ページ: 63-67
  • DOI: doi: 10.1016/j.gde.2016.03.004.
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Interleukin-33 enhances programmed oncosis of ST2L-positive low-metastatic cells in the tumour microenvironment of lung cancer. (2016)
  • 著者名/発表者名: Akimoto M, Hayashi J-I, Nakae S, Saito H, Takenaga K
  • 雑誌名: Cell Death Disease 巻: 7 ページ: e2057
  • DOI: 10.1038/cddis.2015.418
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 哺乳類ミトコンドリアゲノムの突然変異ががん化と老化に与える影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 林 純一
  • 雑誌名: 基礎老化研究 巻: 40 ページ: 9-15
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] mtDNAに病原性突然変異を有する新規ミトコンドリア病モデルマウスの作出 (2016)
  • 著者名/発表者名: 谷春菜、石川香、清水章文、三藤崇行、林純一、中田和人
  • 学会等名: 日本分子生物学会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • 年月日: 2016-12-02 – 2016-12-02
• [学会発表] 教科書神話の賞味期限ー正解のない生物学の世界は楽しいー (2016)
  • 著者名/発表者名: 林 純一
  • 学会等名: 第11回 SATつくばスタイル交流会
  • 発表場所: つくば国際会議場中ホール300（茨城県・つくば市）
  • 年月日: 2016-11-23
  • 招待講演
• [学会発表] ミトコンドリアゲノムの突然変異が老化やがん化等の原因になるという神話 (2016)
  • 著者名/発表者名: 林 純一
  • 学会等名: 第27回新薬創製談話会
  • 発表場所: 筑波山江戸屋（茨城県・つくば市）
  • 年月日: 2016-08-30
  • 招待講演
• [備考] 筑波大学 生命環境系 中田・石川研究室
  • URL: http://www.biol.tsukuba.ac.jp/~jih-kzt/