単一細胞における全遺伝子の発現計測と環境応答制御の解析

2005 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17076016
• 研究機関: 法政大学
• 研究代表者: 石浜 明 法政大学, 工学部, 教授 (80019869)
• 研究分担者: 曲山 幸生 法政大学, 食品総合研究所, 主任研究員 (40343818)
• キーワード: 細胞制御 / 転写包括制御 / ゲノム転写 / 転写装置 / 単一細胞 / 一細胞生命科学

研究概要

大腸菌ゲノムの約4,000の遺伝子は、約2,000分子のRNAポリメラーゼで転写される。従って、ゲノムの転写パターンは、全遺伝子間での転写装置の分配で決定されると推定される。一方、ゲノム配列分析から、転写装置の遺伝子選択性を制御する転写因子は、大腸菌に約300種存在すると予測した。ゲノム全遺伝子の転写を計測する目的で、各転写因子の認識結合するDNA配列を同定するgenomic SELEX法を開発し、本年度、大腸菌転写因子約100種類に関して、支配下遺伝子群の同定に成功し全体像解明の途を開いた。各転写因子の支配下遺伝子の制御を実証する目的で、大腸菌プロモーター約1,000種をクローニングし、我々が開発した二色蛍光蛋白ベクターに挿入し、GFPをレポーターとしてプロモーター活性を定量的に測定する実験系を開発し、SELEX法で予測した各転写因子支配下プロモーターの調節を解析した。一方、大腸菌培養中の細胞間には、ゲノム転写パターンを含めて生理活性で、顕著な差があることを明らかになって来た。そこで、均一細胞団及び単一細胞で転写を計測する実験系の開発に取り組んだ。培養液局所ゲル化法を利用し、ゲル中に捕捉された大腸菌の個別プロモーター活性を計時的に計測することに成功した。この目的の実験に利用できる「単一細胞観察装置」を開発した。また、糖鎖でコートしたフラスコ基底に大腸菌を安定に捕捉する方法も、単一細胞の長時間観察に応用できることが明らかになった。開発装置を利用し、大腸菌1,000プロモーターの強度と環境応答を系統的に解析する基盤が確立した。

研究成果

• [雑誌論文] Enhancement of +1 frameshift by polyamines during translation of polypeptide release factor 2 in Escherichia coli (2006)
  • 著者名/発表者名: Higashi, K., Kashiwagi, K., Taniguchi, S., Terui, Y., Yamamoto, K., Ishihama, A., Igarashi, K.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. (In press)
• [雑誌論文] Gene expression profiling of Escherichia coli and regulatory role of RNA polymerase omega subunit in stringent control of transcription (2006)
  • 著者名/発表者名: Chatterji, D., Ozoline, O., Ogawa, Y., Ishihama, A.
  • 雑誌名: Microbiology (In press)
• [雑誌論文] Systematic search for the Cra-binding promoters using genomic SELEX (2005)
  • 著者名/発表者名: Shimada, T., Fujita, N., Maeda, M., Ishihama, A
  • 雑誌名: Genes Cells 10(9) ページ: 907-918
• [雑誌論文] Cross-talks in signal transduction network among all two-component systems in Escherichia coli (2005)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, Y., Hirano, K., Ohshima, T., Aiba, H., Utsumi, R., Ishihama, A.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 280(2) ページ: 1448-1456
• [雑誌論文] Transcriptional response of Escherichia coli to external copper (2005)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, Y., Ishihama, A.
  • 雑誌名: Mol.Microbiol. 55(1) ページ: 215-227
• [雑誌論文] Transcriptional response of Escherichia coli to external zinc (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Yamamoto, A.Ishihama
  • 雑誌名: J.Bacteriol. 187(18) ページ: 6333-6340
• [雑誌論文] Negative regulation of DNA repair gene (uvrA) expression by ArcA/ArcB two-component system in Escherichia coli (2005)
  • 著者名/発表者名: Ogasawara, H., Teramoto, J., Hirao, K.Yamamoto, K., Ishihama, A., Utsumi, R.
  • 雑誌名: FEMS Microbi.Letters
• [雑誌論文] Studies of Schizosaccharomyces pombe TFIIE indicate conformational and functional changes in RNA polymerase II at transcription initiation (2005)
  • 著者名/発表者名: Hayashi, K., Watanabe, T., Tanaka, A., Furumoto, T., Sato-Tsuchiya, C., Kimura, M., Yokoi, M., Ishihama, A., Hanaoka, F., Ohkuma, Y.
  • 雑誌名: Genes Cells 10(1) ページ: 207-224
• [雑誌論文] The fission yeast protein, Ker1p, is an ortholog of RNA polymerase I subunit A14 in Saccharomyces cerevisiae, and is required for stable association of Rrm3 and RPA21 in Pol I (2005)
  • 著者名/発表者名: Imazawa, Y., Hisatake, K., Mitsuzawa, H., Matsumoto, M., Tsukui, T., Nakagawa, K., Nakadai, T., Shimada, M., Ishihama, A., Nori, Y.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 280(12) ページ: 11467-11474
• [雑誌論文] Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase associates with RNA polymerase II and interacts with its Rpb7 subunit (2005)
  • 著者名/発表者名: Mitsuzawa, H., Kimura, M., Kanda, E., Ishihama, A.
  • 雑誌名: FEBS Letters 579(1) ページ: 48-52
• [雑誌論文] Difference in bacterial motion between forward and backward swimming caused by the wall effect (2005)
  • 著者名/発表者名: Kudo, S., Imai, N., Nishitoba, M., Sugiyama, S., Magariyama, Y.
  • 雑誌名: FEMS Microb.Letters 89(6) ページ: 221-225
• [雑誌論文] Asymmetric swimming pattern of Vibrio alginolyticus cells with single polar flagella (2005)
  • 著者名/発表者名: Magariyama, Y., Ichiba, M., Nakata, K., Baba, K., Ohtani, T., Kudo, S., Goto, T.
  • 雑誌名: Biophys.J. 88(5) ページ: 3648-3658
• [雑誌論文] Analysis on deformation of helical flagella of Salmonella (2005)
  • 著者名/発表者名: Takano, Y., Kudo, S., Nishitoba, M., Magariyama, Y.
  • 雑誌名: JSME Internatl.J., Series C 48(4) ページ: 513-520
• [図書] Micro-Nano Mechatronics and Human Science (2005)
  • 著者名/発表者名: Ishihama, A., Shimada, T., Ogasawara, H., Teramoto, J., Yamamoto, K
  • 総ページ数: 130
  • 出版者: Transcription factor-promoter interaction networks