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

2008 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17076016
• Research Institution: Hosei University
• Principal Investigator: 石浜 明 Hosei University, 生命科学部, 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, 生命科学部, 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て種の存続を計るために、細胞間に役割分担があることが明らになって来た。こうした背景で、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、転写因子が認識結合する標的DNA配列を同定するために、Genomlc SELEX法とSELEX-chip法を開発し、これを利用して大腸菌全転写因子の制御支配下遣伝子群を同定する目的で、転写因子約280種を純化した。純化転写因子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1,500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] Characterization of CitA-CitB signal transduction activating genes involved in anaerobic citrate catabolism in Escherichia coil (2009)
  • Author(s): Yamamoto, K., Matsumoto, E, Minagawa, S., Oshima, T., Fujita, N., Ogasawara, N. and Ishihama, A.
  • Journal Title: Biosci. Biotechnol. Biochem 73 Pages: 346-350
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] AIIR is the allantoin/glyoxylate-sensing master regulator of the genes for degradation and reutilization of purines (2008)
  • Author(s): Hasegawa, A., Ogasawara, H., Kori, A. and Ishihama, A
  • Journal Title: Microbiology 154 Pages: 3366-3378
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Involvement of RNA binding protein Hfq in the post-tanscriptional 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 coil RutR transcription factor binds at targets within genes as well as intergenic regions (2008)
  • Author(s): Shimada, T., Ishihama, A., Busby, S.W. and Grainger, D.C
  • Journal Title: Nucleic Acids Res 36 Pages: 3950-3955
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Single live-bacterial cell assay of promoter activity and regulation (2008)
  • Author(s): Teramoto, J., Hasegawa, A., Kori, A., Magdy, E-S., Nakajima, M.,,Lin, Y-C., Yamanshi, Y., Arai, F., Fukuda,T. and Ishihama, A
  • Journal Title: Micro-Nano Mechatronics and Human Science 2008 Pages: 301-306
• [Journal Article] The uncharacterized YdhM is the regulator of the nemA gene, coding for N-ethylmaleimide reductase (2008)
  • Author(s): Umezawa, Y., Ogasawara, H., Shimada, T., Kori, A. and Ishihama, A
  • Journal Title: J. Bacteriol 190 Pages: 5890-5897
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Anaerobic regulation of citrate fermentation by CitAB in Escherichia (2008)
  • Author(s): Yamamoto, K., Matsumoto, F., Oshima, T., Fujita, N., Ogasawara, N. and Ishihama, A
  • Journal Title: Biosci. Biotechnoi. Biochem 72 Pages: 3011-3014
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Involvement of multiple transcription factors for metal-induced spy gene expression in Escherichia coli (2008)
  • Author(s): Yamamoto, K., Ogasawara, H. and Ishihama, A
  • Journal Title: J. Biotechnol 133 Pages: 6080-6084
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Comprehensive analysis of the recognition sequences of DNA-binding transcription factors within the Esherichia coil genome using a newly developed 'Promoter Chip" (2008)
  • Author(s): Yamamoto, K., Shimada,T. and lshihama, A.
  • Journal Title: Mcro-Nano Mechatronics and Human Science 2008 Pages: 307-310
• [Journal Article] On-chip temperature sensing and control for cell immobilization and culture system (2008)
  • Author(s): Yamanishi, Y., Chow, E., Teramoto, J., Magariyama, Y., Ishihama, A., Fukuda, T. and Arai, F
  • Journal Title: Micro-Nano Mechatronics and Human Science 2008 Pages: 295-300
• [Presentation] 多因子が関与する大腸菌Curli線毛発現制御機構の解明 (2009)
  • Author(s): 小笠原寛, 郡彩子, 山田佳代子, 山本兼由, 石浜明
  • Organizer: 日本農芸化学会2009年度大会
  • Place of Presentation: 国際会議場・福岡
  • Year and Date: 20090327-29
• [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 (2009)
  • Author(s): 島田友裕、平尾貴世、郡彩子、山本兼由、石浜明
  • Organizer: 日本農芸化学会2009年度大会
  • Place of Presentation: 国際会議場・福岡
  • Year and Date: 20090327-29
• [Presentation] Comprehensive analysis for the recognition sequences of DNA-binding transcription factors within the E. coli genome using the newly developed 'Promoter Chip' (2009)
  • Author(s): Yamamoto, K., Shimada, T. and Ishihama, A
  • Organizer: 21st RNA Polymerase Workshop
  • Place of Presentation: Bristol, UK
  • Year and Date: 20090324-25
• [Presentation] 大腸菌転写因子YpdB支配下制御遺伝子群の同定と制御機構の解明 (2009)
  • Author(s): 稲葉達也、山田佳代子、郡彩子、石浜明
  • Organizer: 日本ゲノム微生物学会第3回年会
  • Place of Presentation: 中央大学・東京
  • Year and Date: 20090306-08
• [Presentation] Quorum Sensing転写因子QseAの調節機能の解析 (2009)
  • Author(s): 小林尚貴、寺本潤、石浜明
  • Organizer: 日本ゲノム微生物学会第3回年会
  • Place of Presentation: 中央大学・東京
  • Year and Date: 20090306-08
• [Presentation] Genomic SELEXを用いた大腸菌転写因子LeuOの転写制御機構解析 (2009)
  • Author(s): 島田友裕、山本兼由、石浜明
  • Organizer: 日本ゲノム微生物学会第3回年会
  • Place of Presentation: 中央大学・東京
  • Year and Date: 20090306-08
• [Presentation] 嫌気条件で誘導される大腸菌新規核様体タンパク質 (2009)
  • Author(s): 寺本潤、吉村成弘、竹安邦夫、石浜明
  • Organizer: 定領域研究「バイオ操作」第7回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: エレクトローンホール宮城・仙台
  • Year and Date: 20090306-07
• [Presentation] 大腸菌ゲノム転写の包括制御 (2009)
  • Author(s): 石浜明
  • Organizer: 特定領域研究「バイオ操作」第7回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: ユレクトローンホール宮城・仙台
  • Year and Date: 20090306-07
• [Presentation] Genomic SELEX search for regulation targets by 100 species of uncharacterized transcription factors from E. coli (2009)
  • Author(s): Ishihama, A
  • Organizer: 12^<th> Transcription Assembly
  • Place of Presentation: Chandigarh, India
  • Year and Date: 20090302-05
• [Presentation] Stress response to sub-lethal metals in Escherichia coli (2008)
  • Author(s): Yamamoto, K
  • Organizer: 2008 Asian Academic Seminar(AAS)
  • Place of Presentation: Bangalore, India
  • Year and Date: 20081227-31
• [Presentation] 植物由来の配糖体取り込み系を制御する大腸菌転写因子AscGの機能解明 (2008)
  • Author(s): 石田雄士、郡彩子、石浜明
  • Organizer: 第31回日本分子生物学会年会第81回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 国際展示場・神戸
  • Year and Date: 20081209-12
• [Presentation] 大腸菌転写因子YpdBによる制御遺伝子の同定と制御機構の解明 (2008)
  • Author(s): 稲葉達也、山田佳代子、郡彩子、石浜明
  • Organizer: 第31回日本分子生物学会年会第81回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 国際展示場・神戸
  • Year and Date: 20081209-12
• [Presentation] 多因子が関与するCurli繊毛発現調節の分子機構の解明 (2008)
  • Author(s): 小笠原寛、山田佳代子、郡彩子、山本兼由、石浜明
  • Organizer: 第31回日本分子生物学会年会第81回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 国際展示場・神戸
  • Year and Date: 20081209-12
• [Presentation] Quorum Sensing転写因子QseAの調節機能の解析 (2008)
  • Author(s): 小林尚貴、寺本潤、山田佳代子、石浜明
  • Organizer: 第31回日本分子生物学会年会第81回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 国際展示場・神戸
  • Year and Date: 20081209-12
• [Presentation] ChlP-chip法による大腸菌転写因子RutRのゲノム上結合領域の同定 (2008)
  • Author(s): 島田友裕、石浜明、Busby, S.J.W., Grainger, D.
  • Organizer: 第31回日本分子生物学会年会第81回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 国際展示場・神戸
  • Year and Date: 20081209-12
• [Presentation] 大腸菌の嫌気条件下発現新規核様体蛋白質の同定と特性解析 (2008)
  • Author(s): 寺本潤、吉村成弘、郡彩子、竹安邦夫、石浜明
  • Organizer: 第31回日本分子生物学会年会第81回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 国際展示場・神戸
  • Year and Date: 20081209-12
• [Presentation] 定常期におけるポリアミンの大腸菌の生存率維持に果たす役割 (2008)
  • Author(s): 照井祐介、東恭平、田部井譲、秋山真律子、富取秀行、山本兼由、石浜明、五十嵐一衛、柏木敬子
  • Organizer: 第31回日本分子生物学会年会第81回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 国際展示場・神戸
  • Year and Date: 20081209-12
• [Presentation] ポリマー製マイクロブリッジを用いた細胞固定培養システム (2008)
  • Author(s): 山西陽子、寺本潤、曲山幸生、石浜明、福田敏男、新井史人
  • Organizer: 第18回化学とマイクロ・ナノシステム研究会
  • Place of Presentation: 京都大学・京都
  • Year and Date: 20081207-09
• [Presentation] Global regulation of genome transcription : Multi-factor promoters and multi-factor networks (2008)
  • Author(s): Ishihama, A
  • Organizer: 2008 Asian Academic Seminar(AAS)
  • Place of Presentation: Bangalore, India
  • Year and Date: 20081127-31
• [Presentation] Single live-cell assay of promoter activity and regulation. (2008)
  • Author(s): Teramoto, J., Hasegawa, A., Shohata, E., Kori, A., Magdy, E-S. H. Nakajima, M., Lin, Y-C., Yamanishi, Y., Magariyama, Y, Arai,F., Fukuda, T. and Ishihama, A.
  • Organizer: Micro-Nano Mechatronics Human Sci. Symp.
  • Place of Presentation: Nagoya, Japan
  • Year and Date: 20081109-11
• [Presentation] Distribution of a DNA-binding Protein using the Novel 'Promoter Chip' (2008)
  • Author(s): Yamamoto, K. and Ishihama, A.
  • Organizer: Micro-Nano Mechatronics Human Sci. Symp.
  • Place of Presentation: Nagoya, Japan
  • Year and Date: 20081109-11
• [Presentation] On-chip temperature sensing and control for cell immobilization and culture system (2008)
  • Author(s): Yamaristj Y, Chow, E, Teramdo, J., Magariyarta, Y., Ishisma, A, Ftiatia, T and Arai, F
  • Organizer: Micro-Nano Mechatronics Human Sci. Symp.
  • Place of Presentation: Napova, Japan
  • Year and Date: 20081109-11
• [Presentation] 大腸菌転写因子AsoGの制御機能の解明 (2008)
  • Author(s): 石田雄士, 郡彩子, 石浜明
  • Organizer: 2008年日本ゲノム微生物学会若手の会
  • Place of Presentation: 大学セミナーハウス・八王子
  • Year and Date: 20081106-07
• [Presentation] 大腸菌csgDプロモーターの制御 : 原核生物の多因子支配プロモーター (2008)
  • Author(s): 小笠原寛, 郡彩子, 山田佳代子, 山本兼由, 石浜明
  • Organizer: 2008年日本ゲノム微生物学会若手の会
  • Place of Presentation: 大学セミナーハウス・八王子
  • Year and Date: 20081106-07
• [Presentation] Genomio SELEXとCh1P-chip法による大腸菌機能未知転写因子YcdCのゲノム上結合領域の同定 (2008)
  • Author(s): 島田友裕、Grainger. D.、Busby, S.J. W. 山本兼由、石浜明
  • Organizer: 2008年日本ゲノム微生物学会若手の会
  • Place of Presentation: 大学セミナ-ハウス・八王子
  • Year and Date: 20081106-07
• [Presentation] 単一細胞観測系による大腸菌遺伝子プロモーター強度測定 (2008)
  • Author(s): 寺本潤、長谷川明子、E-SH Magdy、郡彩子、中島正博、林育菁、小笠原寛、新労史人、福田敏男、石浜明
  • Organizer: 特定領域研究「バイオ操作]第6回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: キャンパスプラザ・京都
  • Year and Date: 20080613-14
• [Presentation] 20 years of progress with RNA polymerase (2008)
  • Author(s): Akira ISHIHAMA
  • Organizer: 20^<th> RNA Polymerase Workshop
  • Place of Presentation: York, UK
  • Year and Date: 20080416-17
• [Presentation] Multi-factor promoters and multi-factor networks. (2008)
  • Author(s): Ishihama, A., Ogasawara, H., Shimada, T., Teramoto, J., Hasegawa, A., Umezawa, Y., Kori, A., Yamada, K. and Yamamoto, K.
  • Organizer: 20^<th> RNA Polymerase Workshop
  • Place of Presentation: York, UK
  • Year and Date: 20080416-17
• [Presentation] 新規ゲノム研究資材を用いたゲノム機能解析 (2008)
  • Author(s): 山本兼由、石浜明
  • Organizer: 日本農芸化学会2008年関東支部大会
  • Place of Presentation: 山梨大学・甲府
  • Year and Date: 2008-10-11
• [Presentation] 大腸菌における全りボゾーム蛋白質遺伝子の発現解析 (2008)
  • Author(s): 梅林章、片寄純也、石浜明、前田理久
  • Organizer: 日本農芸化学会2008年関東支部大会
  • Place of Presentation: 山梨大学・甲府
  • Year and Date: 2008-10-11
• [Presentation] 還元条件下における大腸菌センサーキナーゼ活性の変化 (2008)
  • Author(s): 山本兼由
  • Organizer: 第7回微生物研究会
  • Place of Presentation: 東京工業大学・横浜
  • Year and Date: 2008-06-14
• [Book] Escherichia coli and Salmonella (2009)
  • Author(s): Ishihama, A
  • Total Pages: 1050
  • Publisher: American Society for Microbiology(ASM), Washington, USA