マウスES細胞の細胞周期因子制御と未分化性維持機構の解析

2005 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17045040
• 研究機関: (財)東京都医学研究機構
• 研究代表者: 正井 久雄 (財)東京都医学研究機構, 東京都臨床医学総合研究所, 副参事研究員 (40229349)
• キーワード: 胚性幹細胞 / 細胞周期 / Oct3転写因子 / E2F転写因子 / 分化誘導 / タンパク質分解

研究概要

未分化マウス胚性幹細胞(以下ES細胞)の細胞周期進行は、分化細胞のそれとは際立って異なる。増殖サイクルは10時間程であり、大部分S期とM期からなり、G1期とG2期は大変短い。ES細胞の自己複製はこのような特徴的な細胞周期進行の上になりたっており、未分化能の維持も細胞周期制御と関連していると考えられているが、その分子基盤に関する研究は少ない。
我々は、未分化マウスES細胞と胚性繊維芽細胞とにおいて、種々の複製因子および細胞周期制御因子の発現レベルを比較した結果、ES細胞ではCdc6(M期終期に複製準備複合体の形成に必須)、ASK(Cdc7キナーゼの活性化サブユニット;S期の開始と進行に必須)、CyclinA(S期からG2/Mへの移行に必須)およびCyclinB(M期の開始に必須)の4つのタンパク質が大量発現していることを見出した。また、これらの因子の発現量は、ES細胞の分化誘導に伴い急速に低下した。以上の結果から、これらの複製制御因子の協調的な大量発現により未分化ES細胞に特有の細胞周期制御が支持される可能性が示唆された。体細胞の細胞周期においてCdc6はG1期初期にユビキチンリガーゼAPC/Cdh1を介したタンパク質分解を受けるが、ES細胞では細胞周期を通じて安定に保たれる。我々は、ES細胞ではAPC/Cdh1の活性阻害因子であるEmi1が大量発現しており、その発現レベルは分化誘導により急激に低下することを見い出した。Emi1の転写制御領域にはE2F転写因子結合部位が複数個存在し、そのプロモーター活性はE2F1-3により顕著に活性化される。一方、Emi1転写開始部位近傍にはOct-3/4結合配列が存在し、in vitroでこの領域へのOct-3/4の結合が確認された。現在、ES細胞におけるEmi1発現制御機構が、未分化状態の維持に関与する転写因子と共役しているかどうかの解析を進めるとともに、Emi1の増産が一群の細胞周期制御因子の安定化を介して未分化ES細胞に特有な細胞周期進行を司る可能性を追求している。

研究成果

• [雑誌論文] Hsk1 kinase is required for induction of meiotic double-stranded DNA breaks without involving checkpoint kinases in fission yeast. (2006)
  • 著者名/発表者名: Ogino, K., Hirota, K., Matsumoto, S., Takeda, T., Ohta, K., Arai, K., Masai, H.
  • 雑誌名: Proc.Natl.Acad.Sci.USA (印刷中)(accepted for publication)
• [雑誌論文] Replication initiation from a novel origin identified in the Th2 cytokine cluster locus requires a distant conserved non-coding sequence. (*cocommunicating authors) (2006)
  • 著者名/発表者名: Hayashida, T., Oda, M., Ohsawa, K., Yamaguchi A., Giacca, M., Locksley, R.M., Masai H., Miyatake, S.
  • 雑誌名: J.Immunol. (印刷中)
• [雑誌論文] Rad3-Cds1 mediates coupling of initiation of meiotic recombination with DNA replication : Mei4-dependent transcription as a potential target of meiotic checkpoint. (2006)
  • 著者名/発表者名: Ogino, K., Masai, H.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 281 ページ: 1338-1344
• [雑誌論文] Stabilization of a stalled replication fork by concerted actions of two helicases. (2006)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, T., Masai, H.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 281 ページ: 3484-3493
• [雑誌論文] Crystallization and preliminary crystallographic analysis of the N-terminal domain of PriA from Escherichia coli. (2006)
  • 著者名/発表者名: Sasaki, K., Ose, T., Tanaka, T., Mizukoshi, T., Ishigaki, T., Maenaka, K., Masai, H., Kohda, D.
  • 雑誌名: Biochim.Biophys.Acta. 1764 ページ: 157-160
• [雑誌論文] Nuclear import of Epstein-Barr Virus Nuclear Antigen 1 mediated by NPI-1 (Importin ・5) is up- and down-regulated by phosphorylation of the nuclear localization signal for which Lys379 and Arg380 are essential. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kitamura, R., Sekimoto, T., Ito, S., Harada, S., Yamagata, H., Masai, H., Yoneda, H., Yanagi, K.
  • 雑誌名: J.Virol. 80 ページ: 1979-1991
• [雑誌論文] Cell cycle and developmental regulations of replication factors in mouse embryonic stem cells. (2005)
  • 著者名/発表者名: Fujii-Yamamoto, H., Kim, J-M., Arai, K., Masai, H.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 280 ページ: 12976-12987
• [雑誌論文] A second human Dbf4/ASK-related protein, Drf1/ASKL1 is required for efficient completion of S and M phases. (2005)
  • 著者名/発表者名: Yoshizawa, N., Ishii, A., Taniyama, C., Matsui, E., Arai, K., Masai, H.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 280 ページ: 13062-13070
• [雑誌論文] Functional analyses of mouse ASK, an activator subunit for Cdc7 kinase, using conditional ASK knockout ES cells. (2005)
  • 著者名/発表者名: Yamashita, N., Kim, J-M., Koiwai, O., Arai, K., Masai, H.
  • 雑誌名: Genes to Cells 50 ページ: 551-563
• [雑誌論文] DNA binding and helicase actions of mouse Mcm4/6/7 helicase. (2005)
  • 著者名/発表者名: You, Z., Masai, H.
  • 雑誌名: Nucl.Acids Res. 33 ページ: 3033-3047
• [雑誌論文] Novel human origins of DNA replication selected from a library of nascent DNA. (2005)
  • 著者名/発表者名: Todorovic, V., Giadrossi, S., Pelizon, C., Masai, H., Giacca, M.
  • 雑誌名: Mol.Cell 19 ページ: 567-575
• [雑誌論文] Hsk1-Dfp1/Him1, the Cdc7-Dbf4 Kinase in Schizosaccharomyces pombe, associates with Swil, a component of the replication fork protection complex. (2005)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto, S., Ogino, K., Noguchi, E., Russell, P., Masai, H.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 280 ページ: 42536-42542
• [雑誌論文] Control of DNA replication : regulation and activation of eukaryotic replicative helicase, MCM. (2005)
  • 著者名/発表者名: Masai, H., You, Z., Arai, K.
  • 雑誌名: IUBMB Life 57 ページ: 323-335