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2014 年度 実績報告書

低酸素環境での代謝リプログラミングを促す転写制御機構の解明

公募研究

研究領域生命素子による転写環境とエネルギー代謝のクロストーク制御
研究課題/領域番号 26116702
研究機関東北大学

研究代表者

鈴木 教郎  東北大学, 医学(系)研究科(研究院), 講師 (20447254)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
キーワード低酸素 / 転写制御 / 遺伝子改変マウス
研究実績の概要

細胞への酸素供給が低下すると、生命の存続を脅かす「低酸素ストレス」となる。そのため、生体は低酸素誘導性転写因子HIFを中心とした低酸素ストレス防御機構を備えている。低酸素応答機構では、赤血球産生や血管新生などに関連した遺伝子発現が誘導され、エネルギー産生経路はミトコンドリアに依存しない解糖系に切り替わる(代謝リプログラミング)。初年度の研究では、低酸素下での代謝情報を転写制御に伝達する分子メカニズムについて、HIFの抑制因子であるPHDの役割に着目して解析を進めた。
PHDは3つのアイソフォームが知られていることから、それぞれを肝臓特異的に欠損したマウスを樹立した。その結果、目立った表現型を示さなかった。そこで、肝臓で3つとも欠損したマウスを樹立したところ、重篤な脂肪肝を発症し、生後10週以内に死亡した。このとき、肝臓におけるHIF1およびHIF2の活性が著しく亢進していた。また、HIFの標的遺伝子群の発現が亢進しており、ミトコンドリアの機能低下と数的減少が観察され、肝臓での脂肪酸利用が傷害されていることが示唆された。
次に、HIFによる転写活性化の分子メカニズムを明らかにするために、培養細胞を用いた解析を行った。その結果、低酸素環境下で活性化したHIFは、一部の標的遺伝子のヌクレオソーム構造を変換させることにより、転写を誘導することを見出した。
現在、PHDアイソフォームを欠損した細胞を樹立し、PHDの役割とHIFによる転写誘導の分子機構解明を目指した研究に取り組んでいる。

現在までの達成度 (区分)
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

当初の計画に即して、HIFを通常酸素環境下で抑制する因子であるPHD1、PHD2、PHD3について、各遺伝子を肝臓特異的に欠損したマウスを樹立した。マウスの解析を行ったところ、HIFの恒常的な活性化が肝臓における脂質代謝に大きな影響を及ぼすことを明らかにした。また、クロマチン構造変換におけるHIFの役割について、PHD阻害剤などを用いて明らかにすることができた。成果が順調に得られたため、その一部を論文にまとめ、投稿した。現在、リバイス対応中である。

今後の研究の推進方策

PHD-HIF経路による代謝と転写の制御メカニズムを明らかにするために、3つのPHDアイソフォームを様々な組み合わせで欠損した細胞株を樹立する。得られた細胞を用いて、代謝産物や転写産物の網羅的解析を行う。また、HIFがクロマチン構造を変換させることを見出したので、その分子メカニズムを明らかにする。そのために、HIFと相互作用するクロマチン構造変換因子の探索を行う。これまでに、いくつかの候補因子を同定しているが、同定された因子の機能解析を行う。とくに、a-ケトグルタル酸やNAD+などの代謝産物が各因子の活性に及ぼす影響を調べる。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (3件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] In vivo regulation of erythropoiesis by chemically inducible dimerization of the erythropoietin receptor intracellular domain2015

    • 著者名/発表者名
      Suzuki N, Mukai HY, Yamamoto M
    • 雑誌名

      PLoS One

      巻: 10 ページ: e0119442

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0119442

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Erythropoietin gene expression: developmental-stage specificity, cell-type specificity, and hypoxia inducibility2015

    • 著者名/発表者名
      Suzuki N
    • 雑誌名

      Tohoku J Exp Med

      巻: 235 ページ: 233-240

    • DOI

      10.1620/tjem.235.233

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 酸化ストレス・低酸素ストレスと腎疾患2014

    • 著者名/発表者名
      山本雅之, 鈴木教郎
    • 雑誌名

      Vitamembrane

      巻: 14 ページ: 1-6

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 低酸素応答性転写因子HIFと疾患2014

    • 著者名/発表者名
      関根弘樹, Lorenz Poellinger, 鈴木教郎
    • 雑誌名

      細胞工学

      巻: 33 ページ: 711-715

  • [学会発表] エリスロポエチン産生細胞の正常と病態2015

    • 著者名/発表者名
      鈴木教郎
    • 学会等名
      第2回 日本腎臓研究会
    • 発表場所
      経団連会館(東京)
    • 年月日
      2015-01-17 – 2015-01-17
    • 招待講演
  • [学会発表] 低酸素環境での代謝リプログラミングを促す転写制御機構2014

    • 著者名/発表者名
      鈴木教郎, 関根弘樹
    • 学会等名
      新学術領域研究「転写代謝システム」班会議
    • 発表場所
      秋保温泉岩沼屋(仙台)
    • 年月日
      2014-07-11 – 2014-07-13
  • [学会発表] 腎エリスロポエチン産生細胞『REP細胞』の筋線維芽細胞への可逆的な形質転換2014

    • 著者名/発表者名
      鈴木教郎
    • 学会等名
      第57回 日本腎臓学会総会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(横浜市)
    • 年月日
      2014-07-05 – 2014-07-05
    • 招待講演

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公開日: 2016-06-01  

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