Biochemical study about the regulatory mechanism for mitochondrial genome replication and maintenance

线粒体基因组复制和维持调控机制的生化研究

• 批准号: 22K06087
• 负责人: 加生 和寿
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K06087/
• 关键词: ミトコンドリア; mtDNA; DNA複製; 試験管内再構成; 複製; コピー数制御; 大規模欠損

真核生物において、ミトコンドリアは細胞活動に必要なエネルギーであるATPの産生を担う細胞内小器官である。ミトコンドリア独自のゲノムmtDNAは1細胞当たり数千コピー存在し、ATP産生に必須の電子伝達系の酵素群を発現する。従ってmtDNAのコピー数や遺伝情報の安定維持は健康な生命活動において重要である。mtDNA複製は核DNA複製装置と異なる因子で構成され、リーディング鎖-ラギング鎖共役型あるいは非共役型の複製開始機構が適切に使い分けられる（Yasukawa and Kang, 2018）。このようにmtDNA複製の全容が明らかにありつつある一方で、mtDNA複製モード（リーディング鎖-ラギング鎖共役型）やコピー数の制御機構は未解明である。本研究ではmtDNA複製の試験管内解析系を新たに構築し、その詳細なメカニズムや制御機構の解明を目指す。申請者は研究計画に沿って試験管内でのmtDNA複製反応を検討し、現在までにミトコンドリア由来蛋白質抽出液と精製mtDNAとを混ぜることにより部分的にmtDNA複製反応を誘導させることに成功した（九州大学理学研究院　高橋　達郎　教授との共同研究を含む）。一方で、試験管内mtDNA複製系には複製開始の特異性やヌクレアーゼ活性が高いといった問題点が残っており、今後もさらなる検討を要する。加えて、第二の計画である精製ミトコンドリア画分を用いたmtDNAコピー数解析系の構築を進めている。今後も研究計画に沿って試験管内で精製タンパク質をミトコンドリア内に移行させる実験を試みることでmtDNA複製制御機構の解明を目指す。

In eukaryotes, ATP production is essential for cellular activity. The expression of mtDNA is essential for the production of ATP. The number of mtDNA fragments is important for maintaining stability and health. mtDNA replication is a nuclear DNA replication device, and different factors are involved in the construction of the DNA replication device (Yasukawa and Kang, 2018). The full content of mtDNA replication is not clear. The control mechanism of mtDNA replication is not clear. In this study, a new framework for the analysis of mtDNA replication in vitro was established, and the detailed mechanism of mtDNA replication control was pointed out. The applicant successfully conducted research on mtDNA replication in vitro along with protein extracts and purified mtDNA (including joint research by Professor Tatsuro Takahashi, Graduate School of Science, Kyushu University). In one case, mtDNA replication system in the test tube is characterized by high replication activity, high residual activity and high future replication activity. The construction of mtDNA number analysis system was further developed in the second project. In the future, we plan to study the mechanism of mtDNA replication control in vitro.

项目成果

Regulation of replication initiation timing by timely binding and dissociation of the nucleoid protein IHF in Escherichia coli

通过及时结合和解离大肠杆菌中的核蛋白 IHF 来调节复制起始时间

• 发表时间: 2022
• 作者: Kazutoshi Kasho;Taku Oshima;Onuma Chumsakul;Kensuke Nakamura;Kazuki Fukamachi;Kazuyuki Fujimitsu;and Tsutomu Katayam
• 通讯作者: and Tsutomu Katayam

脊椎動物型ミトコンドリアゲノム複製開始の進化的起源に迫る

接近脊椎动物线粒体基因组复制起始的进化起源

• 发表时间: 2022
• 作者: 加生 和寿;片山 勉
• 通讯作者: 片山 勉