Mechanism of replicative lifespan regulation by polyphosphate in budding yeast

ポリリン酸は、細菌からヒトにまでみられる数個から数千個の無機リン酸が連なった高エネルギーリン酸化合物であるが、近年、様々な細胞機能の調節に関与することが報告されている。研究代表者のグループは、出芽酵母において、ポリリン酸を高度に蓄積させると分裂寿命（一つの細胞が死ぬまでに生む細胞の数）が短くなることを見出した。ポリリン酸は液胞で合成され蓄積するが、出芽酵母は液胞に加えて細胞質にもポリリン酸分解酵素をもつ。ポリリン酸高蓄積株において、細胞質のポリリン酸分解酵素遺伝子を過剰発現させると、分裂寿命が回復した。本研究では、細胞質ポリリン酸の増加が分裂寿命に悪影響を与えるという仮説を検証し、ポリリン酸の蓄積による短寿命の原因を明らかにすることを目的とした。細胞質にポリリン酸を増加させるために大腸菌ポリリン酸キナーゼEcppk1遺伝子を発現させた野生型酵母株は顕著に短寿命となり、細胞増殖が遅延した。この株を用いて短寿命に関与する因子を知るために増殖遅延を指標として多コピーで抑圧する遺伝子のスクリーニングを実施し、増殖を回復させた遺伝子を分離したものの、その抑圧効果がEcppk1遺伝子を挿入した遺伝子座近傍の発現異常に起因することがわかった。そこで、Ecppk1遺伝子をプラスミドで発現させる系に変更して再スクリーニングを実施し、いくつかの候補遺伝子を取得した。また、このEcppk1発現株におけるRNA-seq法を用いたトランスクリプトーム解析とCE-MS法によるメタボローム解析を実施した。これらのオミックス解析に共通して、アミノ酸生合成経路での変動が示唆されたことから、今後、詳細な解析を進め、細胞質ポリリン酸の増加による短寿命のメカニズムを明らかにする。

ポリリン酸は、細菌からヒトにまでみられる数個から数千個の無機リン酸が連なった高エネルギーリン酸化合物であるが、近年、様々な細胞機能の調節に関与することが報告されている。研究代表者のグループは、出芽酵母において、ポリリン酸を高度に蓄積させると分裂寿命（一つの細胞が死ぬまでに生む細胞の数）が短くなることを見出した。ポリリン酸は液胞で合成され蓄積するが、出芽酵母は液胞に加えて細胞質にもポリリン酸分解酵素をもつ。ポリリン酸高蓄積株において、細胞質のポリリン酸分解酵素遺伝子を過剰発現させると、分裂寿命が回復した。本研究では、細胞質ポリリン酸の増加が分裂寿命に悪影響を与えるという仮説を検証し、ポリリン酸の蓄積による短寿命の原因を明らかにすることを目的とした。細胞質にポリリン酸を増加させるために大腸菌ポリリン酸キナーゼEcppk1遺伝子を発現させた野生型酵母株は顕著に短寿命となり、細胞増殖が遅延した。この株を用いて短寿命に関与する因子を知るために増殖遅延を指標として多コピーで抑圧する遺伝子のスクリーニングを実施し、増殖を回復させた遺伝子を分離したものの、その抑圧効果がEcppk1遺伝子を挿入した遺伝子座近傍の発現異常に起因することがわかった。そこで、Ecppk1遺伝子をプラスミドで発現させる系に変更して再スクリーニングを実施し、いくつかの候補遺伝子を取得した。また、このEcppk1発現株におけるRNA-seq法を用いたトランスクリプトーム解析とCE-MS法によるメタボローム解析を実施した。これらのオミックス解析に共通して、アミノ酸生合成経路での変動が示唆されたことから、今後、詳細な解析を進め、細胞質ポリリン酸の増加による短寿命のメカニズムを明らかにする。