研究課題
ポリアミン(プトレスシン、スペルミジン、スペルミン）は、生命に必須な低分子生理活性アミンであり、ウイルスからヒトに至るほぼ全ての生物に普遍的に存在する。主としてRNAと結合し、その構造を変化させることにより特定蛋白質合成を翻訳レベルで促進する。これまでに大腸菌で11種の細胞増殖に関連する蛋白質及び3種の生存率上昇に関わる蛋白質がポリアミンにより合成促進をうけることを明らかにし、これらの蛋白質をコードする遺伝子群をポリアミンモジュロンと命名した。細菌は飢餓ストレスにさらされると、生存率上昇の戦略のひとつとしてバイオフィルムを形成する。代表的なものに、歯垢、排水溝のぬめり、カテーテル内に形成される黄色ブドウ球菌のコロニー等がある。医療面において、難治性細菌のバイオフィルム形成による抗生物質耐性が問題となっている。今年度、大腸菌のバイオフィルム形成能に対するポリアミンの効果を調べた結果、定常期においてポリアミンが細胞内に蓄積すると、バイオフィルム形成が著しく上昇することを見出し、バイオフィルム形成制御に関わる二成分情報伝達系のレスポンスレギュレーターであるUvrYとCpxRがポリアミンにより翻訳レベルで合成促進をうけることを見出した。さらに蛋白質合成に必須なribosome recycling factor (RRF)が生存率上昇に必須なポリアミンモジュロンであることを見出した。さらにUvrY、CpxR及びRRFのポリアミンによる合成促進機構と生理機能を明らかにした。
1: 当初の計画以上に進展している
ポリアミンの生理機能解明に関し、ポリアミンにより翻訳レベルで合成促進をうける遺伝子の同定が大腸菌で順調に進行し、現在酸化ストレスに対するポリアミンモジュロンSoxRとEmrRの同定を進めている。真核細胞でも翻訳因子eEF1Aのほかに時計遺伝子を見出した。eEF1A合成のポリアミンによる合成促進メカニズムは、eEF1A mRNAの18S rRNAとの相補配列の位置が他のmRNAと異なっているためであることを見出しており、メカニズムを詳細に検討する予定である。
大腸菌では、ポリアミンが結合してRNAのバルジドアウト構造に変化を起こすことにより、翻訳レベルで合成促進を起こすことが同定されてきた。この構造変化を分子レベルで更に明らかにするためCDやNMR等により構造解析を行う。また、真核細胞でも同様なメカニズムでポリアミンが翻訳を促進するかどうか、mRNAに特徴があり、細胞増殖・分化に重要な遺伝子をポリアミンモジュロンとして同定する。また、ポリアミンが作用するRNA部位を特定し、原核生物と真核生物に共通性や普遍性が認められるかを明確にする。
ポリアミンが特徴的な構造変化を引き起こすRNAを合成し、CDやNMR解析を行う。また真核細胞の細胞培養系を用いて、遺伝子トランスフェクション、Western blottingやNorthern blotting等により解析する。以上のように物品費に主として使用すると共に、研究成果発表のための旅費として使用する。
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