-文部科学省科学研究費補助金「特定領域研究」細胞核ダイナミクス　十川　和博-

FRETによる単一生細胞でのPMLボディ生理機能の可視化

研究代表者

十川　和博（研究代表者）＜東北大学・生命科学研究科・教授＞〒980-8578　宮城県仙台市青葉区荒巻字青葉６－３ E-mail: sogawa@mail.tains.tohoku.ac.jp ・主な研究内容・研究室メンバー・最近の研究成果

主な研究内容

　私たちの研究グループは外来異物や低酸素ストレスなどの環境ストレスに対する遺伝子応答の分子メカニズムを研究しています。ダイオキシンやPCB、ベンツピレン、メチルコランスレンなどの外来異物によって活性化される遺伝子は、それらをリガンドとして結合する、受容体型転写因子Ahリセプター(AhR)によって活性化されます。細胞質から、核に移行後、Arntとヘテロダイマーを形成し、エンハンサーであるXRE(Xenobiotic Responsive Element)に結合し転写を活性化します。この過程には図1に示したように、多くのタンパク質が関与しています。低酸素応答に関与する転写因子はHypoxia Inducible Factor-1α(HIF-1αとHLF (HIF-2α)が中心的に働いています。これらの転写因子は、通常酸素濃度下では不安定でユビキチン化され、プロテアソームで分解されます。低酸素では安定化し、核移行した後、Arnt とヘテロダイマーを形成し、HRE(Hypoxia Response Element)に結合し、転写を活性化します。AhR, Arnt, HIF-1α , HLFはすべてbHLH-PASドメインをもつ転写因子で、HLHとPASドメインでダイマー形成し、ベーシック配列でDNAに結合します。AhRがArnt とダイマーを作って、XRE に結合するように、HIF-1αとHLFはArnt とダイマーを作ってHRE に結合します。XREとHREの塩基配列は異なっているので、活性化する遺伝子群は低酸素ストレスと外来異物ストレスでは完全に異なっています。低酸素状態を感知する酸素センサーは長い間不明でしたが、最近HIF-1αとHLFの特別なプロリン残基を、酸素を基質とするプロリン水酸化酵素が見いだされ、酸素センサーと考えられるようになっています。図2に示したように、この水酸化されたプロリンを、がん抑制遺伝子であるVHLがVBC複合体を形成し、E3ユビキチンリガーゼとして、HIF-1αとHLFを認識し、ユビキチン化することが分かっています。この二つの転写活性化メカニズムを中心に、現在はそこで働くタンパク質間相互作用を、FLIM-FRETテクノロジーで可視化することを試みています。

研究室メンバー

・十川和博（教授）
・安元研一（助教授）
・高崎親久（助手）
・大学院生 7名
・学部学生 5名

最近の研究成果

The Transcriptional Activation Function of the HIF-like Factor Requires Phosphorylation at a Conserved Threonine. K. Gradin, C. Takasaki, Y. Fujii-Kuriyama, and K. Sogawa J. Biol. Chem. 277, 23508-23514 (2002)

HIF-1a-proryl Hydroxylase: Molecular Target of Nitric Oxide in the Hypoxic Signal Transduction Pathway. F. Wang, H. Sekine, Y. Kikuchi, C. Takasaki, C. Miura, H. Okuda, T. Shuin, Y. Fujii-Kuriyama, and K. Sogawa Biochem. Biophys. Res. Commun. 295, 657-662 (2002)

Gene structure and promoter analysis of the rat BTEB2 gene. D. Mori, N. Okuro, Y. Fujii-Kuriyama, and K. Sogawa Gene, 304, 163-170 (2003)

HLF/HIF-2 is a key factor in retinopathy of prematurity in association with erythropoietin. M. Morita, O. Ohneda, T. Yamashita, S. Takahashi, N. Suzuki, O. Nakajima, S. Kawauchi, M. Ema, S. Shibahara, T. Udono, K. Tomita, M. Tamai, K. Sogawa, M. Yamamoto, and Y. Fujii-Kuriyama EMBO J. 22, 1134-1146 (2003)

Heterodimers of bHLH-PAS protein fragments derived from AhR, AhRR, and Arnt prepared by Co-expression in Escherichia coli: Characterization of their DNA binding activity and preparation of a DNA complex Y. Kikuchi, S. Ohsawa, J. Mimura, M. Ema, C. Takasaki, K. Sogawa and Y. Fujii-Kuruyama　 J. Biochem. 134, 83-90 (2003)

A novel induction mechanism of the rat CYP1A2 gene mediated by Ahreceptor-Arnt heterodimer. K. Sogawa, K. Numayama-Tsuruta, T. Takahashi, N. Matsushita, C. Miura, J. Nikawa, O. Gotoh, Y. Kikuchi and Y. Fujii-Kuriyama Biochem. Biophys. Res. Commun. 318, 746-755 (2004)

Altered DNA binding specificity of Arnt by selection of partner bHLH-PAS proteins. K. Kinoshita, Y. Kikuchi, Y. Sasakura, M. Suzuki, Y. Fujii-Kuriyama and K. Sogawa Nucleic Acids Res. 32, 3169-3179 (2004)

Heterodimerization with LBP-1b is necessary for nuclear localization of LBP-1a and LBP-1c. F. Sato, K. Yasumoto, K. Kimura, K. Numayama-Tsuruta, and K. Sogawa Genes Cells in press