SRFとホメオドメイン蛋白質による平滑筋特異的転写調節機構

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11838010
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 西田 亙 大阪大学, 医学系研究科, 助手 (80271089)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 林 謙一郎 大阪大学, 医学系研究科, 助手 (90238105)
• Keywords: 血管平滑筋細胞 / 形質転換 / シグナル伝達 / 転写調節 / Serum response factor / ホメオドメイン蛋白質 / GATA転写因子

Research Abstract

分化型平滑筋細胞は血清やPDGFなどの細胞増殖因子で刺激すると、線維芽細胞様に変化し収縮能も失う。このような脱分化状態において、平滑筋特異的な遺伝子群の転写量は著しく減少する。このため、我々はまず平滑筋細胞の初代分化維持培養系を確立した。形態・収縮能・分子マーカーの3つを指標として分化維持条件の検索を行ったところ、細胞外基質としてラミニン、液性因子としてIGF-Iの2つを与えることで消化管および血管平滑筋細胞ともに分化状態を維持できることが明らかになった。この培養系を用いて解析を行った結果、平滑筋細胞の分化形質維持にはPI3キナーゼおよびプロテインキナーゼB(Akt)の活性化が必須でああるが、脱分化時はMAPキナーゼ経路のうちERKおよびp38MAPKが同時に活性化される必要があることが明らかになった。次に、我々は平滑筋細胞特異的遺伝子の転写調節機構を明らかにするため、カルデスモン、α1-インテグリン、SM22α、β-トロポミオシン遺伝子のプロモーター領域を解析した。この結果、興味深いことに全てのプロモーター領域にCArGボックスが存在し、SRF(serum response factor)が同部位に結合することで転写の活性化が起こることが明らかになった。しかしながらSRFは全身で発現しているため単独では平滑筋組織特異的な転写調節を規定することはできない。我々はCArGボックス/SRF相互作用の補助調節因子として、平滑筋組織で豊富に発現するホメオボックス遺伝子、Nkx-3.2およびBarx1bのクローニングに成功した。フットプリント解析の結果、α1-インテグリン遺伝子のプロモーター領域にはCArGボックスの他、TAAT配列およびGATA配列に核蛋白質が結合することが明らかになった。そこでSRF、Nkx-3.2およびGATA-6を非筋細胞である10T1/2線維芽細胞に同時に強制発現するとα1-インテグリン遺伝子のプロモーター活性は著しく上昇した。一方、β-トロポミオシン遺伝子ではSRFとBarx1bの結合により転写が活性化される事が明らかになった。以上より、平滑筋組織特異的な転写調節にはCArGボックス/SRFがコア因子として働いているが、その組織特異性はホメオドメイン蛋白質とGATAファミリーが規定していると考えられる。本研究は平滑筋細胞における組織特異的転写調節機構を初めて解明したものである。

Research Products

• [Publications] K.Sobue: "Expressional regulation of smooth muscle cell-specific genes in association with phenotypic modulation"Mol.Cell.Biochem.. 190. 105-118 (1998)
• [Publications] K.Hayashi: "Differentiated phenotype of smooth muscle cells depends on signaling pathways through insulin-like growth factors and phosphatidylinositol 3 kinase"J.Biol.Chem.. 273. 28860-28867 (1998)
• [Publications] K.Hayashi: "Changes in a balance of phosphoinositide 3-kinase/protein kinase B (Akt) and the mitogen-a ctivated protein kinases (ERK/p38MAPK) determine the phenotype of smooth muscle cells"J.Cell.Biol.. 145. 727-740 (1999)
• [Publications] Y.Chimori: "Phenotype-dependent expression of cadherin 6B in vascular and visceral smooth muscle cells"FEBS lett.. 469. 67-71 (2000)
• [Publications] M.Nakamura: "Transcriptional activation of beta-tropomyosin mediated by serum response factor and a novel Barx homologue, Barx1b, in smooth muscle cells"J.Biol.Chem.. (in press). (2001)