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

2007 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17076016
• Research Institution: Hosei University
• Principal Investigator: 石浜 明 Hosei University, 工学部, 教授 (80019869)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 曲山 幸生 農業・食品産業技術総合研究機構, 食品総合研究所, 主任研究員 (40343818) ; 山本 兼由 法政大学, 工学部, 専任講師 (40351580)
• Keywords: ゲノム / 転写制御 / 環境応答 / ストレス応答 / 単一細胞 / 転写ネットワーク / プロモーター / 細胞個性学

Research Abstract

ゲノム全遺伝子の発現の包括制御は、転写装置の遺伝子間での分配制御で行なわれるが、その基盤は、RNAポリメラーゼが、転写因子との会合で、転写対象の遺伝子の選択性を変化させることに依っていることを、石浜らは提唱して来た。生物の環境応答におけるゲノム転写パターンの変化も、こうした分子基盤で行なわれることを実証する目的で,モデル生物・大腸菌の約300種類の全転写因子の支配下標的遺伝子群を同定し、転写装置の環境応答分配制御の全体像の解明を目指した。加えて、自然界の細菌は、集団として環境応答をし、細胞間に役割分担があるので、ゲノム転写の包括制御機構の解析を、単一細胞で実施し、細胞の個性を解くことを目指した。
本年度までに、転写因子約280種を純化し、新たに開発した、転写因子が認識結合する標的DNA配列を同定するgenomic SELEX法を利用し、150種については、支配下遺伝子群の予測に成功した。多数の転写因子の支配下遺伝子群を同定できたことから、転写因子の大きな調節ネットワークが見え始めた。一方、大腸菌プロモーター約1,000種を単離し、二色蛍光タンパクをレポーターとするプロモーター活性定量化ベクターコレクションを構築し、生体内での転写因子の制御機能の検証を実施した。平行して、細胞チップを作製し、大腸菌培養液の局所を固化し、単一細胞のゲノム発現を装置を開発し、プロモーター活性の変動を長時間に亘ってリアルタイムで観測することに成功した。開発した装置を利用して、環境局所環境変動に伴う、細胞ごとの応答を観測する実験を開始した。
本研究を通じて、ひとつの生物の全転写因子が関わるゲノム制御の全体像を、初めて解明し、その面での細胞毎の個性を理解できる突破口が開けて来た。

Research Products

• [Journal Article] Involvement of RNA binding protein Hfq in the post-tanscriptionat regulation of invE gene expression in Shigella sonnei (2008)
  • Author(s): Mitobe, J., Ishihara, T., Ishihama, A. and Watanabe, H.
  • Journal Title: J. Biol. Chem. 283 Pages: 5738-5747
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The Escherichia coli RutR transcription factor binds at targetswithin genes as well as intergenic regions (2008)
  • Author(s): Shimada, T., Ishihama, A., Busby, S. J. W. and Grainger, D.C
  • Journal Title: Nucleic Acids Res. (In press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The role of omega subunit of RNA polymerase in expression of the relA gene in Escherichia coli (2007)
  • Author(s): Chatterji, D., Ozoline, O., Ogawa, Y. Shimada, T. and Ishihama, A.
  • Journal Title: FEMS Microbiol. Lett. 267 Pages: 51-55
• [Journal Article] Host factor Ebp1: Selective inhibitor of influenza virus RNA polymerase (2007)
  • Author(s): Honda, A., Okamoto, T. and Ishihama, A
  • Journal Title: Genes Cells 12 Pages: 133-142
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Multi-scale genetics towards understandig the regulatory roles of all 300 transcription factors from a single organism Escherichia coli (2007)
  • Author(s): Ishihama, A., Ogasawara, H., Teramoto, J., Shimada, T., Hasegawa, A., Umezawa, Y., Yabuki, K., Ishida, Y., Inaba, T., Kori, A., Yamada, K., Kitai, Y., Kobayashi, N., Kato, D. and Yamamoto, K
  • Journal Title: Micro-Nano Mechatronics and Human Science 2007 Pages: 35-37
• [Journal Article] Genomic SELEX search for target genes under the control of PhoQP-RstBA signal relay cascade (2007)
  • Author(s): Ogasawara, H., Hasegawa, A., Kanda, E., Miki, T., Yamamoto, K. and Ishihama, A.
  • Journal Title: J. Bacteriol. 189 Pages: 4791-4799
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] PdhR (pyruvate dehydrogenase complex regulator) controls the respiratory electron transport system in Escherichia coli (2007)
  • Author(s): Ogasawara, H., Ishida, Y., Yamada, K., Yamamoto, K.and Ishihama, A.
  • Journal Title: J. Bacteriol. 189 Pages: 5534-5541
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Preparation and preliminary X-ray diffraction analysis of crystals of bacterial flagellar sigma factor o^<28> in complex with the o^<28>-bindingregion of its anti-sigma factor FlgM (2007)
  • Author(s): Okuda, K., Ichihara, H., Takahashi, H., Fujita, N., Ishihama, A. and Hakoshima, T.
  • Journal Title: Acta Crystallogr F63 Pages: 196-199
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A novel two-component signaling system that activates transcription of an enerohemorrhagic Escherichia coli effector involved in remodeiing of host actin (2007)
  • Author(s): Reading, C.R., Torres, A.G., Kendall, M.M., Huges, D.T., Yamamoto, K. and Sperandio, V.
  • Journal Title: J. Bacteriol. 189 Pages: 2468-2476
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] RutR is the uracil/thymine-sensing master regulator of a set of genes for synthesis and degradation of pyrimdines (2007)
  • Author(s): Shimada, T., Hirao, K., Kori, A., Yamamoto, K. and Ishihama, A.
  • Journal Title: Mol. Microbiol. 66 Pages: 744-749
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Enhancement of the synthesis of RpoN, Cra and H-NS bypolyamines at the level of translation Escherichia coli cultured with glucose and glutamate (2007)
  • Author(s): Terui, Y., Higashi, K., Taniguchi, S., Shigemasa, A., Nishimura, K., Kashiwagi, K., Yamamoto, K., Ishihama, A. and Igarashi,
  • Journal Title: J. Bactereiol. 189 Pages: 2359-2368
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Construction of ‘Promoter Chip' for microarray analysis of regulation targets of transcription factors (2007)
  • Author(s): Yamamoto, K. and Ishihama, A.
  • Journal Title: Micro-Nano Mechatronics and Human Science 2007 Pages: 35-40
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Involvement of multiple transcription factors for metal-induced spygene expression in Escherichia coli (2007)
  • Author(s): Yamamoto, K., Ogasawara, H. and Ishihama, A.
  • Journal Title: J. Biotechnol. 133 Pages: 6080-6084
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] folA a new member of the TyrR regulon in Escherichia coli K-12 (2007)
  • Author(s): Yang, J., Ogawa, Y., Camakaris, H., Shimada, T., (shihama, A. and Pittard, A.J.:
  • Journal Title: J. Bacteriol. 189 Pages: 6080-8084
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 代謝糸を統合的に制御する包括転写因子-ひとつの生物の全ての転写因子の調節機能同定を目指して- (2007)
  • Author(s): 石浜 明
  • Journal Title: 遺伝 21 Pages: 322-332
• [Journal Article] 大腸菌ゲノム発現カスケードー「細胞個性学」事始め- (2007)
  • Author(s): 石浜 明
  • Journal Title: 日本ロボット学会誌 25 Pages: 32-35
• [Journal Article] 大腸菌ゲノムの転写包括制御 - ひとつの生物の全ての転写因子の調節機能同定をめざして- (2007)
  • Author(s): 石浜 明
  • Journal Title: 実験医学 25 Pages: 1531-1538
• [Journal Article] レーザー暗視野顕微鏡を用いたサルモネラ菌べん毛のらせんパラメータ観測 (2007)
  • Author(s): 西鳥羽恵美、曲山幸生、高野泰斉、飯野正昭、工藤成史
  • Journal Title: 可視化情報学会論文集 27 Pages: 15-21
• [Journal Article] グラム陽性菌とグラム陰性菌における金属応答機構 (2007)
  • Author(s): 山本兼由, J.L. Hobman, 大島 拓
  • Journal Title: 化学と生物 45 Pages: 164-167
• [Presentation] 20 years of progress with RNA polymerase (2008)
  • Author(s): A. Ishihama
  • Organizer: 20th RNA Polymerase Workshop
  • Place of Presentation: York, UK
  • Year and Date: 20080300
• [Presentation] Multi-factor promoters and multi-factor networks (2008)
  • Author(s): Ishihama, A., Ogasawara, H., Shimada, T., Teramoto, J., Hasegawa, A., Umezawa, Y., Yabuki, K., Ishida, Y., Inaba, T., Kori, A., Yamada, K. and Yamamoto, K
  • Organizer: 20th RNA Polymerase Workshop
  • Place of Presentation: York, UK
  • Year and Date: 20080300
• [Presentation] 大腸菌金属感知転写因子群のGenomic SELEX法による機能解析 (2008)
  • Author(s): 小笠原 寛、渡邊智行、跡部裕之、片山泰徳、山田 佳代子、郡 彩子、山本兼由、石浜 明
  • Organizer: 第二回日本ゲノム微生物学会年会
  • Place of Presentation: 大阪大学、大阪
  • Year and Date: 20080300
• [Presentation] ウラシル/チミンを感知する転写因子RutRによるピリミジン合成/分解経路に関与する遺伝子群の制御機構の解析 (2008)
  • Author(s): 島田 友裕、平尾 貴世、郡 彩子、山本 兼由、石浜 明
  • Organizer: 第二回日本ゲノム微生物学会年会
  • Place of Presentation: 大阪大学、大阪
  • Year and Date: 20080300
• [Presentation] 細菌の金属ストレスに対する転写応答の包括的な制御機構 (2008)
  • Author(s): 山本兼由、石浜 明
  • Organizer: 日本農芸化学会大会
  • Place of Presentation: 名城大学、名古屋
  • Year and Date: 20080300
• [Presentation] Multi-Scale Genetics towards Understanding the Regulatory Roles of All Transcription Factors from a Single Organism Escherichra coli (2008)
  • Author(s): A, Ishihama
  • Organizer: 10th Asian Conference on Transcription
  • Place of Presentation: Bangalore, India
  • Year and Date: 20080100
• [Presentation] Identification of a Novel Nucleoid Protein(NNP)with Enhancing Activity of Nuclease Sensitivity in Escherichia coli Grown under Anaerobic Conditions (2008)
  • Author(s): J. Teramoto, N. Kobayashi, A. Kori and A. Ishihama
  • Organizer: 10th Asian Conference on Transcription
  • Place of Presentation: Bangalore, India
  • Year and Date: 20080100
• [Presentation] RutR is the Uracil/Thymine Sensing Master Regulator of a Set of Genes for Synthesis and Degradation of Pyrimidines (2008)
  • Author(s): Shimada, T., Hirao, K., Kori, A., Yamamoto, K. and Ishihama, A.
  • Organizer: 10th Asian Conference on Transcription
  • Place of Presentation: Bangalore, India
  • Year and Date: 20080100
• [Presentation] Transcriptional Response of Escherichia coli to External Metals (2008)
  • Author(s): K. Yamamoto and A, Ishihama
  • Organizer: 10th Asian Conference on Transcription
  • Place of Presentation: Bangalore, India
  • Year and Date: 20080100
• [Presentation] ゲノムの転写制禦:ひとつの生物のすべての転写因子の調節機能同定の試み (2007)
  • Author(s): 石浜 明
  • Organizer: 第30回日本分子生物学会・第80回日本生化学会マスターズレクチャー
  • Place of Presentation: みなとみらい、横浜
  • Year and Date: 20071200
• [Presentation] 細菌の環境境金属応答の転写包括制御 (2007)
  • Author(s): 石浜 明、山本兼由、小笠原 寛、島田友裕、寺本 潤
  • Organizer: 第30回日本分子生物学会・第80回日本生化学会ワークショップ「金属イオンのChemical Biology」
  • Place of Presentation: みなとみらい、横浜
  • Year and Date: 20071200
• [Presentation] 大腸菌転写因子TorRの新規標的遺伝子群の探索と制御機構 (2007)
  • Author(s): 稲葉達也、寺本 潤、三木健良、石浜 明
  • Organizer: 第30回日本分子生物学会・第80回日本生化学会
  • Place of Presentation: みなとみらい、横浜
  • Year and Date: 20071200
• [Presentation] 大腸菌機能未知転写因子YdhMの転写調節機能の解明 (2007)
  • Author(s): 梅澤喜正、小笠原 寛、山田佳代子、三木健良、石浜 明
  • Organizer: 第30回日本分子生物学会・第80回日本生化学会
  • Place of Presentation: みなとみらい、横浜
  • Year and Date: 20071200
• [Presentation] 大腸菌核様体構造蛋白質H-NSのゲノム包括制御における役割 (2007)
  • Author(s): 矢吹光史郎、島田友裕、三木健良、石浜 明
  • Organizer: 第30回日本分子生物学会・第80回日本生化学会
  • Place of Presentation: みなとみらい、横浜
  • Year and Date: 20071200
• [Presentation] 大腸菌新規核様体タンパク質の同定 (2007)
  • Author(s): 寺本 潤.吉村成弘、郡 彩子、竹安邦夫、石浜 明
  • Organizer: 第30回日本分子生物学会・第80回日本生化学会
  • Place of Presentation: みなとみらい、横浜
  • Year and Date: 20071200
• [Presentation] Gurli繊毛発現調節の分子機構の解明 (2007)
  • Author(s): 小笠原 寛、山田佳代子、郡 彩子、山本兼由、石浜 明
  • Organizer: 第30回日本分子生物学会・第80回日本生化学会
  • Place of Presentation: みなとみらい、横浜
  • Year and Date: 20071200
• [Presentation] 大腸菌単一細胞観測系の構築とプロモーター強度測定 (2007)
  • Author(s): 長谷川明子、寺本 潤、郡 彩子、曲山幸生、El-Shimy H. Magdy, 、中島正博、林 育菁、新井史人、福田敏男、石浜 明
  • Organizer: 第30回日本分子生物学会・第80回日本生化学会
  • Place of Presentation: みなとみらい、横浜
  • Year and Date: 20071200
• [Presentation] ウラシル/チミンを感知する転写因子RutRによるピリミジン合成/分解経路に関与する遺伝子群の制御機構の解析 (2007)
  • Author(s): 島田友裕、平尾貴世、郡 彩子、山本兼由、石浜 明
  • Organizer: 第30回日本分子生物学会・第80回日本生化学会
  • Place of Presentation: みなとみらい、横浜
  • Year and Date: 20071200
• [Presentation] Multi-Scale Genetics of Transcription Network: Understanding the Regulatory Roles of All 300 Transcription Factors from a Single Organism Escherichia coli (2007)
  • Author(s): A. Ishihama, H. Ogasaawra, J. Teramoto, T. Shimada, A. Hasegawa, Y. Umezawa, K. Yabuki, Y. Ishida, T. Inaba, A. Kori, K. Yamada, Y. Kitai, N. Kobayashi, D. Katoand K. Yamamoto
  • Organizer: 2007 Micro-Nano Mechatronics and Human Science Symp
  • Place of Presentation: Nagoya, Japan
  • Year and Date: 20071100
• [Presentation] Construction of a Novel 'Promoter Chip'for DNA Microarray (2007)
  • Author(s): K. Yamamoto and A. Ishihama
  • Organizer: 2007 Micro-Nano Mechatronics and Human Science Symp
  • Place of Presentation: Nagoya, Japan
  • Year and Date: 20071100
• [Presentation] Involvement of RNA binding protein Hfq in the post-transcriptionairegulation of invE gene expression in Shigella sonnei (2007)
  • Author(s): J. Mitobe, T. Morita-lshihara, A. Ishihama and H. Watanabe
  • Organizer: US-Japan Conference on Pathogenic Bacteria
  • Place of Presentation: Washington, USA
  • Year and Date: 20071000
• [Presentation] Genomic SELEX法による大腸菌転写因子標的プロモーターの探索 (2007)
  • Author(s): 小笠原 寛、島田友祐、寺本 潤、長谷川明子、梅澤喜正、矢吹光史郎、石田雄士、稲葉達也、鍛代悠一、加藤大策、小林尚貴、山田佳代子、郡 彩子、山本兼由、石浜 明
  • Organizer: 2007年日本ゲノム微生物学会若手の会
  • Place of Presentation: 八王子セミナーハウス、東京
  • Year and Date: 20071000
• [Presentation] 大腸菌単-細胞観測系の構築とプロモーター強度測定 (2007)
  • Author(s): 長谷川明子、寺本 潤、曲山幸生、新井史人、福田敏男、石浜 明
  • Organizer: 特定領域研究「バイオ操作」女性シンポジウム
  • Place of Presentation: 法政大学、東京
  • Year and Date: 20070800
• [Presentation] ピルビン酸応答転写制御因子PdhRの転写抱括制御機能 (2007)
  • Author(s): 小笠原 寛, 石田雄司, 山田佳代子, 山本兼由, 石浜 明
  • Organizer: 第4回大腸菌研究会
  • Place of Presentation: 藤枝エミナース、静岡
  • Year and Date: 20070700
• [Presentation] ウラシル/チミンを感知する転写因子RutRによるピリミジン合成/分解経路に関与する遺伝子群の制御機構の解析 (2007)
  • Author(s): 島田 友裕・平尾 貴世・郡 彩子・山本 兼由・石浜 明
  • Organizer: 第4回大腸菌研究会
  • Place of Presentation: 藤枝エミナース、静岡
  • Year and Date: 20070700
• [Presentation] RutR is the uracil/thymine sensing regulator of a set of genes forsynthesis and degradation of pyrimidines (2007)
  • Author(s): T. Shimada, K. Hirao, A. Kori, K. Yamamoto, D. C. Grainger, S.J.W. Busby and A. Ishihama
  • Organizer: RNA Polymerase Workshop
  • Place of Presentation: London, UK
  • Year and Date: 20070300
• [Presentation] 大腸菌全転写因子の調節機能解明:PdhRとYhfRの機能解析 (2007)
  • Author(s): 石田雄士、小笠原 寛、山本兼由、石浜 明
  • Organizer: 第1回日本ゲノム微生物学会年会
  • Place of Presentation: かずさアカデミアパーク、千葉
  • Year and Date: 20070300
• [Presentation] 大腸菌単一細胞のプロモーター強度の測定 (2007)
  • Author(s): 寺本 潤、長谷川明子、曲山幸生、市川明彦、Elshimy Haitham、新井史人、福田敏男、石浜 明
  • Organizer: 第1回日本ゲノム微生物学会年会
  • Place of Presentation: かずさアカデミアパーク、千葉
  • Year and Date: 20070300
• [Presentation] 宿主環境への細菌の適応に関与する共通遺伝子群の探索 (2007)
  • Author(s): 皆川 周、藺牟田結衣、澤田真嗣、山本兼由、石浜明、後藤直正
  • Organizer: 第1回日本ゲノム微生物学会年会
  • Place of Presentation: かずさアカデミアパーク、千葉
  • Year and Date: 20070300
• [Presentation] 嫌気条件でクエン酸に応答する大腸菌センサーキナーゼCitAの活性化機構 (2007)
  • Author(s): 山本兼由、大島 拓、藤田信之, 小笠原直毅、石浜 明
  • Organizer: 第1回日本ゲノム微生物学会年会
  • Place of Presentation: かずさアカデミアパーク、千葉
  • Year and Date: 20070300
• [Presentation] ピルビン酸応答転写制御因子PdhRの機能解析 (2007)
  • Author(s): 小笠原 寛, 石田雄司, 山田佳代子, 石浜 明
  • Organizer: 日本農芸化学会
  • Place of Presentation: 東京大学、東京
  • Year and Date: 20070300
• [Book] Escherichia coli and Salmonella (2008)
  • Author(s): A. Ishihama and S. Adhya
  • Publisher: American Society of Microbiology
• [Book] Methods in Enzymology, Vol. 422 (2007)
  • Author(s): Okada, A., Gotoh, Y., Watanabe, T., Furuta, E., Yamamto, K. and Utsumi, R.
  • Publisher: Elsevier