2023 Fiscal Year Annual Research Report
Uncovering hidden functions of intrinsic metabolites using chemical genetics and informatics
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23H05473
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Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
Principal Investigator |
吉田 稔 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, グループディレクター (80191617)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
白井 智量 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, 上級研究員 (00639586)
西村 慎一 広島大学, 統合生命科学研究科(生), 教授 (30415260)
伊藤 昭博 東京薬科大学, 生命科学部, 教授 (40391859)
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Project Period (FY) |
2023-04-12 – 2028-03-31
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Keywords | 内在性代謝物 / 化学遺伝学 / 翻訳後修飾 / 代謝フェロモン / 代謝シミュレーション |
Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、組織的に代謝物の新機能を解明することを目指し、以下の結果を得た。(1) 新機能代謝物と代謝変換化合物の探索:独自の内在性代謝物ライブラリーから低酸素応答に関わる転写因子HIF-1αを活性化するオンコメタボライト様活性を有するN-アシルドーパミンを同定した。ドーパミンアシル化酵素の候補遺伝子としてリン脂質アシル基転移酵素PLAATを同定し、その機能解析を進めた。また、がん組織など、酸性条件下で増加する代謝物としてN1-アセチルポリアミンを同定し、そのアセチル化酵素SAT1の解析からN1-アセチルポリアミンががん細胞の増殖に関与することを明らかにした(PNAS Nexus, 2023)。 (2) 脂質代謝による細胞内応答:ショットガンMS解析により、がん抑制経路であるHippo経路により制御される転写因子TEADのリジン残基が長鎖アシル化されることを見出した。機能解析の結果、リジン長鎖アシル化修飾は転写共役因子YAPとの結合に重要で、転写活性を制御することを明らかにした(Cell Rep, 2023)。また、奇数鎖脂肪酸が分裂酵母の生育を強く抑制することを見いだし、最も強い活性を示す飽和ベンタデカン酸(C15:0)の代謝経路の解明を試みた。 (3) 代謝物を介した細胞間コミュニケーション:分裂酵母の遺伝子破壊株ライブラリーから貧栄養で生育できない遺伝子破壊株を網羅的に探索し、それらの中で野生株の近傍で適応生育できる株を同定した。 (4) 代謝フラックス予測技術を用いた情報科学:代謝におけるネットワーク全体の変化を予測し、特定の代謝物や代謝調節化合物の投与によって、代謝全体がどのように変化するかを理解する新しいシステムの構築を開始した。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
近年、本来の機能とは異なる代謝物の活性に注目が集まっているが、組織的に代謝物の新機能を解明しようという研究は、これまでほとんど行われてこなかった。そこで本研究では、(1) 申請者らが独自に構築した内在性代謝物ライブラリーや天然化合物ライブラリーを用いて新機能代謝物と代謝変換化合物を探索し、 (2) 脂質代謝による細胞内応答、(3) 代謝物を介した細胞間コミュニケーション、 (4) 代謝フラックス予測技術を用いた情報科学を展開し、代謝物の新機能発見に迫ることを目的とする。まず、内在性オンコメタボライト様代謝物として同定したアシルドーパミンの合成酵素遺伝子候補としてリン脂質アシル基転移酵素PLAATを同定し、リコンビナントタンパク質がドーパミンに対してアシル基転移酵素活性を有することを見出した。さらに、酵素活性欠失変異体を用いた解析により、ドーパミンのアシル化はPLAATのアシル基転移酵素活性により引き起こされることを確認している。転写因子TEADのリジン残基が長鎖アシル化されることを見いだしたが、興味深いことに、TEADの分子内には長鎖アシル化されるシステイン残基があり、構造情報からこのシステイン残基は標的リジン残基にごく近傍に存在していた。変異体解析により、リジンの長鎖アシル基は、このシステイン残基から非酵素的に転移されることが判明した。ペンタデカン酸の作用機序としては、リン脂質に取り込まれて小胞体膜などに異常が起こると考えられる。遺伝学的解析から、特定のアシルCoAリガーゼおよびアシル転移酵素がその代謝に関与していることが示唆された。適応生育試験から分裂酵母の細胞間コミュニケーション分子が複数存在することを示唆する結果が得られ、その一部は分子として同定した。このように、当初の計画通り、おおむね順調に進展し、一部については想定外の発見も生まれている。
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Strategy for Future Research Activity |
(1) 内在性代謝物ライブラリーや天然化合物ライブラリーを用いた新機能代謝物と代謝変換化合物の探索、 (2) 脂質代謝による細胞内応答、(3) 代謝物を介した細胞間コミュニケーション、 (4) 代謝フラックス予測技術を用いた情報科学の各研究項目について、それぞれ今後の展開が期待される結果が得られているので、大きな成果が得られるよう綿密な実験計画を立てて進めていきたい。また、代謝変換を誘導する内在性代謝物、微生物二次代謝産物などをさらに探索し、その作用機序の解明を進める。特に脂質関連物質とポリアミン関連物質に興味深い生理活性が多く見られることからそれらの役割や作用機序の解明を進める。代謝シミュレーションに関しては、ヒト細胞、出芽酵母、分裂酵母において、ゲノムスケールレベルの代謝モデルを準備し、培地条件など環境変化をインプットデータとした場合の代謝フラックスバランス解析(FBA)を実行したが、シミュレーションが上手く完了する場合と計算が実行できない場合が生じた。特に、ヒトの代謝モデルを用いて実際の実験における培地条件を入力値とした場合に、計算が進まない結果となった。今後は、この原因を解析するとともに、トランスクリプトームやメタボロームデータを導入することにより、高精度化に向けた代謝予測技術を確立するための基盤を構築する予定である。
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[Journal Article] Lysine long-chain fatty acylation regulates the TEAD transcription factor2023
Author(s)
K. Noritsugu, T. Suzuki, K. Dodo, K. Ohgane, Y. Ichikawa, K. Koike, S. Morita, T. Umehara, K. Ogawa, M. Sodeoka, N. Dohmae, M. Yoshida, A. Ito
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Journal Title
Cell Rep.
Volume: 42
Pages: 112388
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Identification of triazenyl indoles as inhibitors of fungal fatty acid biosynthesis with broad-spectrum activity2023
Author(s)
K. R. Iyer, S. C. Li, N. M. Revie, J. W. Lou, D. Duncan, S. Fallah, H. Sanchez, I. Skulska, M. M. U_aj, H. Safizadeh, B. Larsen, C. Wong, A. Aman, T. Kiyota, M. Yoshimura, H. Kimura, H. Hirano, M. Yoshida,… Y. Yashiroda, C. Boone, L. E. Cowen
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Journal Title
Cell Chem. Biol.
Volume: 30
Pages: 795-810.e8
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Discovery of Novel Substrate-Competitive Lysine Methyltransferase G9a Inhibitors as Anticancer Agents2023
Author(s)
Y. Nishiga, S. Takase, T. Sumiya, K. Kikuzato, T. Sato, H. Niwa, S. Sato, A. Nakata, T. Sonoda, N. Hashimoto, R. Namie, T. Honma, T. Umehara, M. Shirouzu, H. Koyama, M. Yoshida, A. Ito, F. Shirai
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Journal Title
J. Med. Chem.
Volume: 66
Pages: 4059-4085
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] UBL3 Interacts with Alpha-Synuclein in Cells and the Interaction Is Downregulated by the EGFR Pathway Inhibitor Osimertinib2023
Author(s)
B. Chen, Md. M. Hasan, H. Zhang, Q. Zhai, A. S. M. Waliullah, Y. Ping, C. Zhang, S. Oyama, Mst. A. Mimi, Y. Tomochika, Y. Nagashima, T. Nakamura, T. Kahyo, K. Ogawa, D. Kaneda, M. Yoshida, M. Setou
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Journal Title
Biomedicines
Volume: 11
Pages: 1685
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Identification of a derivative of the alkaloid emetine as an inhibitor of the YAP-TEAD interaction and its potential as an anticancer agent2023
Author(s)
S. Sekine, S. Takase, R. Hayase, K. Noritsugu, Y. Maemoto, Y. Ichikawa, K. Ogawa, Y. Kondoh, H. Osada, M. Yoshida, A. Ito
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Journal Title
Biosci. Biotechnol. Biochem.
Volume: 98
Pages: 501-510
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Acidic extracellular pH drives accumulation of N1-acetylspermidine and recruitment of protumor neutrophils2023
Author(s)
M. Kato, K. Maeda, R. Nakahara, H. Hirose, A. Kondo, S. Aki, M. Sugaya, S. Hibino, M. Nishida, M. Hasegawa, H. Morita, R. Ando, R. Tsuchida, M. Yoshida, T. Kodama, H. Yanai, T. Shimamura, T. Osawa
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Journal Title
PNAS Nexus
Volume: 2
Pages: pgad306
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] UBL3 Interaction with ホア-Synuclein Is Downregulated by Silencing MGST32023
Author(s)
J. Yan, H. Zhang, Y. Tomochika, B. Chen, Y. Ping, S. Islam, S. Aramaki, T. Sato, Y. Nagashima, T. Nakamura, T. Kahyo, D. Kaneda, K. Ogawa, M. Yoshida, M. Setou
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Journal Title
Biomedicines
Volume: 11
Pages: 2491
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Design of an Artificial Peptide Inspired by Transmembrane Mitochondrial Protein for Escorting Exogenous DNA into the Mitochondria to Restore their Functions by Simultaneous Multiple Gene Expression2023
Author(s)
Yoshinaga Naoto, Miyamoto Takaaki, Odahara Masaki, Takeda窶尻amiya Noriko, Toyooka Kiminori, Nara Seia, Nishimura Haruna, Ling Feng, Su'etsugu Masayuki, Yoshida Minoru, Numata Keiji
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Journal Title
Advanced Functional Materials
Volume: 34
Pages: 2306070
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] Lipotoxicity induced by pentadecanoic acid in the fission yeast Schizosaccharomyces pombe.2024
Author(s)
Hoshikawa, Y., Shirota, N., Matsuyama, A., Kimura, S., Li, S., Yashiroda, Y., Boone, C., Tsugawa, H., Arita, M., Yoshida, M., Nishimura, S.
Organizer
Gordon Research Conference -Marine Natural Products-
Int'l Joint Research
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[Presentation] ASP2397 and synthetic analogues induce abnormal acceleration of retrograde pathway in the endosome.2023
Author(s)
Hiratsuka, T., Hashizume, Y., Chibana, H., Umeyama, T., Nishimura, S., & Yoshida, M.
Organizer
The 11th International Fission Yeast Meeting (Pombe2023)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Exogenous pentadecanoic acid perturbs the membrane lipid profile to generate the giant endoplasmic reticulum sheet2023
Author(s)
Hoshikawa, Y., Matsuyama, A., Li, S., Yashiroda, Y., Boone, C., Tsugawa, H., Arita, M., Yoshida, M., & Nishimura, S.
Organizer
The 11th International Fission Yeast Meeting (Pombe2023)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Activation of Cdc42 and accumulation of Bgs proteins at growing tips by theonellamides, marine-derived antifungals.2023
Author(s)
Nishimura, S., Nakao, K., Suganaga, A., Hiratsuka, T., Yashiroda, Y., Matsuyama, A., & Yoshida, M.
Organizer
The 11th International Fission Yeast Meeting (Pombe2023)
Int'l Joint Research
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[Presentation] How do S. pombe cells produce and perceive the cell-cell communication molecules Nitrogen Signaling Factors (NSFs)?2023
Author(s)
Yashiroda, Y., Li, H., Hirai, G., Usui, M., Ohsawa, S., Nishimura, S., & Yoshida, M.
Organizer
The 11th International Fission Yeast Meeting (Pombe2023)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Genome-wide screen identifies glutathione as a putative communication molecule in Schizosaccharomyces pombe2023
Author(s)
Yoshizumi, R., Miura, S., Matsuyama, A., Yashiroda, Y., Yoshida, M., & Nishimura, S.
Organizer
The 11th International Fission Yeast Meeting (Pombe2023)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Early origin of synchronization between chloroplast translation and cytosolic mRNA abundance in plants2023
Author(s)
Kawamoto Naohiro, Fujita Tomoya, Wakigawa Taisei, Kurihara Yukio, Hirose Yuu, Hirayama Takashi, Toh Hirotaka, Hashimoto Atsushi, Matsuura-Suzuki Eriko, Yoshida Minoru, Matsui Minami, Iwasaki Shintaro
Organizer
第24回日本RNA学会年会
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[Presentation] Mode-of-action analysis of inhibitors targeting ergosterol biosynthesis using yeast chemical genomics2023
Author(s)
Yoko Yashiroda, Mami Yoshimura, Masaya Usui, Hiromi Kimura, Luis Alberto Vega Isuhuaylas, Lien Thi Kim Pham, Takashi Niwa, Ikko Takahashi, Takamitsu Hosoya, Laurean Ilies, Minoru Yoshida, Charles Boone
Organizer
2023 Cold Spring Harbor Asia Conference Matsue "YEAST AND LIFE SCIENCES"
Int'l Joint Research
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[Presentation] eIF5A2 はミトコンドリアを活性化することで細胞増殖を促進する2023
Author(s)
鈴木 雅斗, 米野 雅大, 鈴木 健裕,, 真中 瞳, 多森 翔馬, 佐藤 聡, 秋本 和憲, 堂前 直, 松本 健, 吉田 稔, 柏木 敬子, 五十嵐 一衛, 東 恭平
Organizer
日本ポリミアン学会 第14回年会
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