TdIF1 recognizes a specific DNA sequence through its Helix-Turn-Helix and AT-hook motifs to regulate gene transcription

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小胞体からミトコンドリアへのストレス伝達と神経細胞死についての研究

1)SH-SY5Y細胞を用いた小胞体・ミトコンドリア間のストレス伝達の解析ヒト神経芽細胞腫SH-SY5Yに対し、小胞体ストレス誘導剤であるツニカマイシンやタプシガルジンで処理した所、Hela細胞の場合同様、cytochrome C oxydase (COX)等のミトコンドリア蛋白の発現にアンバランスが生じた。さらに、パーキンソン病のモデル薬剤であるMPP+で細胞を処理した場合も、細胞に小胞体ストレスが引き起こされると共に、COXの発現に同様のアンバランスが生じることを確認した。この事は、ミトコンドリアに加わったストレスが小胞体に伝播し、さらにミトコンドリアに戻ってくると言った、ストレスの悪循環が存在する可能性を示唆している。一方、SH-SY5Y細胞に於けるLonプロテアーゼやGRP75/mtHSP70等ミトコンドリアのATPプロテアーゼや分子シャペロンの発現を検討してみると、HeLa細胞の場合に比し、小胞体ストレスによる誘導が弱いことが判明した。この事は、特に神経系細胞において、上記ストレスの悪循環に対する防御機構が弱くなっていることを示唆している。1)Lonノックアウトマウスの解析作製したLonノックアウトマウスについての機能解析をおこなった所、Lonホモ(-/-)胎児は、E9.5以降では、全く生存せず、E7.5では、著しい成長障害を認めた。この事から、LonがE7.5と言った、比較的発生初期の段階で重要な働きをしていることが示唆された。When SH-SY5Y cells, human-derived neuroblastoma cell lines, were treated with endoplasmic reticulum (ER) stress inducers such as tunicamycin or thapcigargin, unbalanced expressions of mitochondrial proteins were observed in cytochmme C oxidase (COX) subunits as reported in HeLa cells (Hori et al., J.Cell Biol.2002). Similar phenomena were obtained, together with enhanced unfolded protein response (UPR) in the ER, when treating SH-SY5Y cells with MPP+, a mitochondrial toxin which induces Parkinson disease-like neurodegeneration in vitro and in vivo. These results suggest the existence of stress transmission in both ways between the mitochondria and the ER (a spiral of the intracellular stress.). Lon protease, a mitochondrial ATP-dependent protease, and GRP75/mtHSP70, a molecular chaperon in the mitochondria, are both induced in response to ER stress to maintain the mitocondrial function under those conditions in HeLa cells (Hori et al., J.Cell Biol.2002). However, in SH-SY5Y cells, both mitochondrial proteins were not induced in response to ER stress or MPP+ treatment, when compared with the expressions of regular UPR-related genes such as GRP78 or CHOP. These observations suggest that the transmission of stress response from the ER to mitochondria were weakened in neuronal cells.Characterization of Lon KO mouse was performed. Lon (-/-) embryos were died around E8.5-E9.5, and severe growth retardation, especially in mesoderm) was observed in E7.5. Morphological studies revealed that enhanced production of reactive oxygen species (ROS) and cell death were observed in Lon (-/-) embryos at E7.5. Mitochondrial DNA amounts were reduced in Lon (-/-) embryos compared with wt ones at E7.5. These results suggest that Lon protease play an important role in the mesoderm development by maintaining mtDNA stability or replication.研究課題/領域番号:14580739, 研究期間(年度):2002-2004出典：「小胞体からミトコンドリアへのストレス伝達と神経細胞死についての研究」研究成果報告書　課題番号14580739 (KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）)　　　本文データは著者版報告書より作

小胞体関連分解(ERAD)制御による蛋白分解ストレスの軽減と細胞保護

金沢大学医薬保健研究域医学系H20年度の研究から、ERAD分子Herpのノックダウン・ノックアウト細胞では野生型細胞に比べて細胞質内プロテアソーム基質でありパーキンソン病関連蛋白質であるsynphilin-1及びα-synucleinの分解が促進する事、同細胞はプロテアソーム阻害剤に対して野生型細胞より耐性であることが明らかになった。H21年度はそのメカニズムを解明すると共に、新たにHerpノックアウトマウスを用いて、Herpの発現がパーキンソン病モデルにおいて与える影響を検討した。(1) Herp結合タンパク質の同定:免疫沈降法により、Herpと種々のタンパク質の結合について検討した。その結果、Herpはsynphilin-1及びα-synuclein、E3リガーゼSIAHとは一過性に結合するものの、プロテアソーム自身とは結合しないことが明らかになった。また、Herpをノックアウトしてもプロテアソームの活性自身は変化しなかった。これらのことから、Herpはユビキチン化のステップでsynphilin-1及びα-synucleinの分解を制御している可能性が示唆された。(2) Herpノックアウト細胞を用いた検討:マウスにパーキンソン病関連神経毒MPTPを投与すると、数日以内に黒質緻密層においてドーパミン神経が変性する。野生型及びHerpノックアウトマウスにMPTPを投与したところ、野生型マウスに比しHerpノックアウトマウスで神経変性が軽度であった。更に、時間経過を追って検討したところ、MPTP投与後8時間から24時間の間に、Herpノックアウトマウスにおける酸化ストレス及びα-synucleinの集積が減少する事が明らかになった。これらの結果から、Herpノックアウトマウスではα-synucleinを含む酸化ストレス関連タンパク質の分解が促進し、結果として神経が保護された可能性が示唆された。研究課題/領域番号:20059014, 研究期間(年度):2008 – 200

小胞体ストレス下で起こるミトコンドリア蛋白の変化とその応答について

金沢大学医薬保健研究域医学系1)Lonノックアウトマウスの解析作製したLonノックアウトマウスについての機能解析をおこなった。Lonホモ(-/-)胎児は、E9.5以降では、全く生存せず、E7.5では、著しい成長障害(特に中胚葉の発達障害)を認めた。形態学的な検討より、E7.5のLonホモ(-/-)に、活性酸素の産生と細胞死を認めた。また、Lonホモ(-/-)では、野生型(+/+)に比べて、ミトコンドリアDNA量が減少していた。これらのことは、Lonホモ(-/-)において、ミトコンドリアDNAの複製又は安定性が変化し、ミトコンドリア機能異常が引き起こされている可能性を示唆している。2)ミトコンドリアにおけるunfolded proteinの蓄積と、Lonの発現及び機能の関係についてHeLa細胞にEthidium Bromide(EtBr)を加え培養し、ミトコンドリアDNAを欠損した細胞を作製した。この時、ミトコンドリアDNA由来のcytochrome c oxygenase II(COXII)は、RNA及び蛋白レベルで発現を認めなかった。一方、核DNA由来のCOXIVも、EtBr処理によりその蛋白レベルでの発現量が、コントロールの約50%に低下した。この事から、ミトコンドリアでunfolded proteinが蓄積し、ミトコンドリア蛋白のバランスが崩れた際も、小胞体での場合と同様に、それを改善させるようなメカニズム(unfolded protein response)が存在していることが示唆された。また、この状況下で、ミトコンドリアのATP依存性プロテアーゼLonの発現が誘導されることが判明した。これらのことから、Lonが、小胞体ストレス及びミトコンドリアストレスのいずれの場合から起こるミトコンドリア障害についても、それを改善するために機能していることが示唆された。研究課題/領域番号:15032215, 研究期間(年度):2003-2004出典：「小胞体ストレス下で起こるミトコンドリア蛋白の変化とその応答について」研究成果報告書　課題番号15032215（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所））（https://kaken.nii.ac.jp/ja/grant/KAKENHI-PROJECT-15032215/)を加工して作

Cellular Stress Responses: Cell Survival and Cell Death

Cells can respond to stress in various ways ranging from the activation of survival pathways to the initiation of cell death that eventually eliminates damaged cells. Whether cells mount a protective or destructive stress response depends to a large extent on the nature and duration of the stress as well as the cell type. Also, there is often the interplay between these responses that ultimately determines the fate of the stressed cell. The mechanism by which a cell dies (i.e., apoptosis, necrosis, pyroptosis, or autophagic cell death) depends on various exogenous factors as well as the cell's ability to handle the stress to which it is exposed. The implications of cellular stress responses to human physiology and diseases are manifold and will be discussed in this review in the context of some major world health issues such as diabetes, Parkinson's disease, myocardial infarction, and cancer

Cell Stress and Cell Death

Editorial: This special issue on Cell Stress and Cell Death is aimed at bringing together recent developments in the fields of cellular stress and cell death and, in particular, the interplay between cell stress responses and cell death. The special issue opens with a review by S. Fulda et al. which provides an overview of how cells can respond to stress in a variety of ways ranging from the activation of survival pathways to the initiation of cell death that eventually eliminates damaged cells. Whether cells mount a protective response or succumb to death depends to a large extent on the nature and duration of the stress as well as the cell type. For example, milder stresses can lead to protection through activation of the heat shock response or the unfolded protein response (UPR). This review also describes several types of cell death (e.g., apoptosis, necrosis, pyroptosis, or autophagic cell death) and the mechanism by which a cell dies often depends on various exogenous factors as well as the cell’s ability to handle the stress to which it is exposed. The implications of cellular stress responses for human physiology and disease are multifold and are discussed in this review in the context of some major world health issues such as diabetes, Parkinson’s disease, myocardial infarction, and cancer. ..

Deep Knot Structure for Construction of Active Site and Cofactor Binding Site of tRNA Modification Enzyme

AbstractThe tRNA(Gm18) methyltransferase (TrmH) catalyzes the 2′-O methylation of guanosine 18 (Gua18) of tRNA. We solved the crystal structure of Thermus thermophilus TrmH complexed with S-adenosyl-L-methionine at 1.85 Å resolution. The catalytic domain contains a deep trefoil knot, which mutational analyses revealed to be crucial for the formation of the catalytic site and the cofactor binding pocket. The tRNA dihydrouridine(D)-arm can be docked onto the dimeric TrmH, so that the tRNA D-stem is clamped by the N- and C-terminal helices from one subunit while the Gua18 is modified by the other subunit. Arg41 from the other subunit enters the catalytic site and forms a hydrogen bond with a bound sulfate ion, an RNA main chain phosphate analog, thus activating its nucleophilic state. Based on Gua18 modeling onto the active site, we propose that once Gua18 binds, the phosphate group activates Arg41, which then deprotonates the 2′-OH group for methylation

MCA morphology and BAD

Introduction : Branch atheromatous disease (BAD) is a type of cerebral infarction caused by stenosis or occlusion at the entrance of the penetrating branch due to the presence of plaque. Despite its clinical significance, it is not clear how these plaques are formed. Focal geometrical characteristics are expected to be as important as vascular risk factors in the development of atherosclerosis. This study aimed to analyze the association between middle cerebral artery (MCA) geometric features and the onset of BAD. Shear stress results from the blood flow exerting force on the inner wall of the vessels and places with low wall shear stress may be prone to atherosclerosis. At the curvature of blood vessels, the shear stress is weak on the inside of the curve and plaque is likely to form. When this is applied to the MCA M1 segment, downward type M1 is likely to form plaques on the superior side. Because the lenticulostriate artery usually branches off from the superior side of the MCA M1 segment, in downward type M1, a plaque is likely to be formed at the entrance of the penetrating branch, and for that reason, BAD is likely to onset. Methods : We retrospectively reviewed hospitalized stroke patients with BAD and investigated the morphology of their MCA using magnetic resonance imaging. The M1 segment was classified as straight or curved. Additionally, we compared the difference between the symptomatic and the asymptomatic side. Data regarding patients’ medical history were also collected. Results : A total of 56 patients with lenticulostriate artery infarctions and BAD were analyzed. On the symptomatic side, downward type M1 accounted for the largest proportion at 44%, whereas on the asymptomatic side, it was the lowest, at 16%. Conclusion : A downward type MCA may be associated with the onset of BAD and the morphological characteristics might affect the site of plaque formation