RNAメチル化を介した栄養情報と生物寿命

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H01519
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 深水 昭吉 筑波大学, 生存ダイナミクス研究センター, 教授 (60199172)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: RNAメチル化 / 寿命 / tRNA / rRNA / 線虫

研究実績の概要

本研究は「メチル化反応の修飾基供与体であるS-アデノシルメチオニン (SAM)がメチオニン代謝を経て産生されること」、「翻訳装置の構成因子であるtRNAやrRNAがメチル化されること」、「翻訳活性と生物寿命に相関関係があること」という3点に立脚し、RNAメチル化修飾制御という観点から、栄養情報と生物寿命をつなぐ分子基盤の解明を目指している。
(1) 生体内におけるtRNAとrRNAのメチル化動態を解析するため、線虫個体およびマウス組織から抽出したtotal RNAをアガロース電気泳動によりrRNAとtRNAに分離し、LC-MS/MSによる網羅的なメチル化修飾の解析を行った。独自の分析手法により、10種類以上のメチル化RNAについて同時に比較定量した結果、rRNAのメチル化はそのほとんどがリボースにみられ、逆にtRNAは塩基のメチル化が多くを占めることが明らかになった。
(2) tRNAメチル化酵素をコードするW02A11.1遺伝子を線虫でノックダウンすると、有意な寿命延長と共に、老化に伴う運動の運動能の低下が抑制されることを見出した。
(3) tRNAとrRNAのメチル化が翻訳の効率や選択性に与える影響を評価するため、RNAメチル化酵素をノックダウンした線虫を用いて、Pulse Chase Stable Isotope Labeled Amino Acid Culture法による新規タンパク質合成量の定量比較を行った。
(4) 既知のDNA/RNA脱メチル化酵素の1次構造から、脱メチル化活性をもつと予想される線虫の遺伝子群のノックダウンライブラリーを構築し、上述した解析法と組み合わせて、新規RNA脱メチル化酵素のスクリーニングを行った。

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

(1) 部位特異的なメチル化の解析方法として、メチル化による塩基対の水素結合の低下を指標としたRT-qPCR法、およびメチル化RNA特異的抗体を用いたRNA-IP法を確立済みであり、既にデータを得られ始めている。
(2) 翻訳の効率や選択性を評価する実験系として、線虫を用いたPulse Chase Stable Isotope Labeled Amino Acid Culture法とリボソームプロファイリング法を採用し、解析を進めている。
(3) ゲノム編集技術を用いて線虫W02A11.1遺伝子、およびマウスオルソログのKO個体の作出を試みたが、いずれもホモKOの樹立に至っていない。おそらく同遺伝子を完全に欠失すると耐性致死になると考えられる。現在、マウスについては組織特異的KOマウスを作出中である。

今後の研究の推進方策

(1) 固相化した各tRNAの相補DNA配列を用いることで、RNA抽出物から各tRNAを特異的に精製する方法を新たに導入する。なおtRNAの中でも、特に翻訳効率に影響するiMetおよびeMetに焦点を当て、58番目のアデニンの1位のメチル化を中心に解析する。
(2) ショ糖密度勾配遠心によるリボソーム分画法を最近確立しており、今後、rRNAのメチル化とリボソーム粒子の形態との関係性についても検討する。
(3) 翻訳制御因子であるeIF4Eの線虫オルソログife-2や、リボソームタンパク質をコードする遺伝子の変異体を用いたエピスタシス解析により、RNAメチル化を介した翻訳調節と健康寿命の関係性を明らかにする。
(4) RNA脱メチル化酵素に関しては、線虫ノックダウンスクリーニングを推進すると同時に、哺乳類でRNA脱メチル化酵素として報告されたALKBH1の線虫オルソログについて、tRNAのメチル化や寿命への影響を調べる。

研究成果

• [雑誌論文] Tricarboxylic acid cycle activity suppresses acetylation of mitochondrial proteins during early embryonic development in Caenorhabditis elegans (2019)
  • 著者名/発表者名: Hada,K., Hirota, K., Inanobe, A., Kako, K., Miyata, M., Araoi, S., Matsumoto, M., Ohta, R., Arisawa, M., Daitoku, H., Hanada, T., and Fukamizu, A.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 294 ページ: 3091-3099
  • DOI: 10.1074/jbc.RA118.004726
  • 査読あり
• [雑誌論文] KDM5D-mediated H3K4 demethylation is required for sexually dimorphic gene expression in mouse embryonic fibroblasts (2019)
  • 著者名/発表者名: Mizukami, H., Kim, JD., Tabara, S., Lu, W., Kwon, C., Nakashima, M., and Fukamizu, A.
  • 雑誌名: J. Biochem. 巻: 165 ページ: 335-342
  • DOI: 10.1093/jb/mvy106
  • 査読あり
• [雑誌論文] Emerging impacts of biological methylation on genetic information (2019)
  • 著者名/発表者名: Kako, K., Kim, JD., and Fukamizu, A.
  • 雑誌名: J. Biochem. 巻: 165 ページ: 9-18
  • DOI: 10.1093/jb/mvy075
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gestational changes in PRMT1 expression of murine placentas (2018)
  • 著者名/発表者名: Sato A, Kim JD, Mizukami H, Nakashima M, Kako K, Ishida J, Itakura A, Takeda S and Fukamizu A
  • 雑誌名: Placenta 巻: 65 ページ: 47-54
  • DOI: 10.1016/j.placenta.2018.04.001.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Calreticulin and integrin alpha dissociation induces anti-inflammatory programming in animal models of inflammatory bowel disease (2018)
  • 著者名/発表者名: Ohkuro M, Kim JD, Kuboi Y, Hayashi Y, Mizukami H, Kobayashi-Kuramochi H, Muramoto K, Shirato M, Michikawa-Tanaka F, Moriya J, Kozaki T, Takase K, Chiba K, Agarwala KL, Kimura T, Kotake M, Kawahara T, Yoneda N, Hirota S, Azuma H, Ozasa-Komura N, Ohashi Y, Muratani M, Kimura K, Hishinuma I and Fukamizu A.
  • 雑誌名: Nat. Commun. 巻: 9 ページ: 1982
  • DOI: 10.1038/s41467-018-04420-4.
  • 査読あり
• [雑誌論文] PRMT1 Deficiency in Mouse Juvenile Heart Induces Dilated Cardiomyopayhy and Reveals Cryptic Alternative Splicing Products (2018)
  • 著者名/発表者名: Murata K, Lu W, Hashimoto M, Ono N, Muratani M, Nishikata K, Kim JD, Ebihara S, Ishida J, and Fukamizu A
  • 雑誌名: iScience 巻: 8 ページ: 200-213
  • DOI: 10.1016/j.isci.2018.09.023
  • 査読あり
• [学会発表] 想像から創造される未来：バイオテクノロジーに何ができる？ (2019)
  • 著者名/発表者名: 深水昭吉
  • 学会等名: つくばScience Edge 2019
  • 招待講演
• [学会発表] Anti-inflammatory programming of gene expression induced by histamine agonist in cardiorenal pathology (2018)
  • 著者名/発表者名: 深水昭吉
  • 学会等名: 国際ヒスタミンシンポジウム（WHS2018）
  • 国際学会
• [学会発表] 線虫 C. elegansにおける開始メチオニンtRNA m1A58修飾が寿命に及ぼす影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 宮田 真衣、大徳 浩照、角 直亮、横山 航、廣田 恵子、深水 昭吉
  • 学会等名: 2018年度 日本生化学会関東支部例会
• [学会発表] RNAメチル化修飾による寿命制御メカニズム (2018)
  • 著者名/発表者名: 大徳浩照、廣田恵子、宮田真衣、角直亮、深水昭吉
  • 学会等名: 第72回 日本栄養・食糧学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] PRMT8 is a bilingual protein, methyltransferase and lipase (2018)
  • 著者名/発表者名: 深水昭吉
  • 学会等名: 30 Years of CREB Signaling
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Base methylation of ribosome RNA in multicellular organisms (2018)
  • 著者名/発表者名: 深水昭吉
  • 学会等名: 第91回 日本生化学会大会
• [学会発表] 線虫 C. elegans における開始メチオニンtRNA m1A58修飾を介した寿命制御機構の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大徳浩照、宮田真衣、角直亮、横山航、廣田恵子、深水昭吉
  • 学会等名: 第91回 日本生化学会大会
• [図書] 実験医学 RNAが修飾される (2018)
  • 著者名/発表者名: 五十嵐和彦、深水昭吉、他
  • 総ページ数: 140
  • 出版者: 羊土社
  • ISBN: 0288-5514