Thesis (Ph. D. in Biotechnology)--University of Tsukuba, (A), no. 5749, 2011.3.25Includes bibliographical references (leaves 57-63

高橋 悠太

筑波大学University of Tsukuba博士（生物工学）Doctor of Philosophy in Biotechnology2010【要旨】thesi

高橋, 悠太

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Tsukuba Repository  (Tulips-R)

Asymmetric arginine dimethylation determineslifespan in Caenorhabditis elegans byregulating forkhead transcription factorDAF-16著者 高橋 悠太内容記述 Thesis (Ph. D. in Biotechnology)--Universityof Tsukuba, (A), no. 5749, 2011.3.25Includes bibliographical references (leaves57-63)発行年 2011URL http://hdl.handle.net/2241/114654[228] たか はし ゅう た高橋悠太(北海道)博 士(生物工学)1専甲第 5749 号平成 23年3月25日学位規則第4条第 1項該当生命環境科学研究科氏名(本籍)学位の種類学位記番号学位授与年月日学位授与の要件審査研究科学位論文題呂、 ?Asymmetric Arginine Dimethylation Determines Lifespan in Caenorhabditis elegans by Regulating Forkhead Transcription Factor DAF-16 (線虫Caenorhabditiselegans におpて、非対称性アルギニンジメチル化がフォークヘッド型転写関子 OAF-16を制御し、寿命を決定する)????農学博士農学博士農学博士博士(薬学)??????? ???筑波大学教授筑波大学教授筑波大学教授筑波大学教授論文の内容の要旨アルギニンメチル化は、 proteinarginine methyltransferases (PRMTs)によって、タンパク質のアルギニン残基にメチル基が付加される修飾である。現在までに、様々な因子がアルギニンメチル化により機能制御されることが報告され、この化学修飾が多くの細胞内機構に関わっていることが明らかにされつつある。しかしながら、生体内における PRMTsの機能は未解明な部分が多し=。そこで著者は、 PRMTsの生理機能を理解するために、遺伝学を行う上で優れたモデル生物である線虫 Caenorhabditiselegans (C elegans) を用いて、本研究を遂行した。これまで、 Celegansにおける PRMTsのメチル基転移活性については、報告がなされていなかった。先ず著者は、線虫のゲノムデータベース上からとト PRMTsと相向性を持つ Celegans PRMTを検索し、クローニング後に精製を行った。ヒストンを基質として PRMT・1の活性を評価すると、モノメチル化アルギニン(monomethylated arginine: MMA) に加え、非対称性ジメチル化アルギニン (asymmetricdimethylarginine : ADMA)を産生する酵素であることが示された。また、 PRMT・5はh仏t1A及び対称性ジメチル化アルギニン(symmetric dimethylarginine: SOMA)の産生を触媒した。さらに、 PR.MT-3がモノメチル化のみを触媒する酵素であることを見いだした。次に、著者は Celegans PRMT-1欠損変異体の解析を行い、 PRMT-1の生体内における機能を解明したoPRMT-1欠損変異体において ADMAが検出されなかったことから、 PRMT-lが線虫における主要な ADMA産生酵素で、あることが明らかとなった。マウスやショウジョウパエの PRMT1欠損変異体は発生段階で致死になるのに対し、 Celegans PRMT-1欠損変異体は発生及び成長段階で顕著な異常は観察されなかった。これにより、他のモデル生物と異なり、線虫 PRMT-1欠損変異体の成虫は表現型解析が可能であり、 PRMT1の新しい生理機能が克いだされると期待された。表現型解析の過程で、著者はPRMT-1欠損変異体の寿命が野生型に比べ、有意に短縮することを見いだした。さらに、 PRMT・1はその酵素活性依存的に、線虫の寿命を513 制御することが明らかになった。線虫において、インスリンシグナル伝達経路とそれにより負に制御されるForkhead型転写因子 DAF‘16が寿命を制御することが報告されてきた。インスリン受容体/daf2の機能欠損変異体は daf16に依存して長寿命を示すことから、 DAF-16による転写活性化が寿命延長を引き起こすとされている。著者は、線虫の寿命を指標にした遺伝学的な解析により、 PRMT-1が転写因子 DAF-16の機能充進を介して、寿命延長に寄与していることを明らかにした。さらに、生化学的な解析から、 PRMT-1による DAF-16の機能制御機構が解明された。 DAF-16は、インスリンシグナル伝達因子であるキナーゼ AKTによりリン酸化を受け、その転写活性化能が抑制される。興味深いことに、 PRMT-lはAKTの認識モチーフ (R-X-R-XXS/T) 内に存在するアルギニン残基をメチル化し、そのメチル化がAKTを介した DAF-16のリン酸化を担害することが明らかとなった。また、 PRM1'-l欠損変異体において、 DAF-16の1)ン酸化が充進し、 DAF-16標的遺伝子の mRNA量が低下していることが確認された。以上の結果から、 PRM下1はアルギニンメチル化により DAF-16の AKTを介したリン酸化を阻害し、DAF-16を活性化させることで寿命の延長を引き起こすことが明らかになった。審査の結果の要旨本研究は、モデル生物である線虫を用いた遺伝学的及び生化学的解析を駆使し、 P間¥111'-1とそれが触媒するアルギニンメチル化が生物の寿命を制御することを示した革新的な知見である。また、本研究によりアルギニンメチル化と AKT1)ン酸化の修飾間クロストークが個体レベルで検証された。ヒトにおいて AKTシグナル経路の異常は糖尿病の発症やガンの進展に深く関与することから、本研究成果はこうした病態解明の新たな切り口を提示するとともに、将来的にはさIJ薬研究の一助となる可能性を秘めているものと期待している。よって、著者は博士(生物工学)の学位を受けるに十分な資格を有するものと認める。514 

Asymmetric arginine dimethylation determines lifespan in Caenorhabditis elegans by regulating forkhead transcription factor DAF-16

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