Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

浸透圧ストレス / グルコース飢餓 / アクチン / タンパク質合成 / 局所麻酔剤 / 抗精神病薬 / 浸透圧 / グルコース / 翻訳 / 界面活性剤 / ストレス / 酵母

グルコース飢餓や高浸透圧などの環境ストレスは出芽酵母で一過的な翻訳開始の停止やアクチン骨格の脱極性化を引き起こす。これらの反応は統括的に制御されており、未知の経路を介した急速な阻害反応と、Msn2/4転写因子、Snf1やHog1キナーゼなどの既存経路を介した適応反応の二つから構成されている。
テトラカインなど多数の局所麻酔剤が、高浸透圧やグルコース飢餓などの環境ストレスと同様に、出芽酵母でアクチン骨格の極性化や翻訳開始を急速に阻害する現象を見いだした。その薬剤効果は免疫抑制剤ラバマイシンに類似しているが、ラバマイシンの標的TORとは別経路で作用していることがわかった。またフルフェナジンなど多数の抗精神病薬も類似作用を持ち、麻酔剤より強力な阻害活性を示す事実も見いだした。阻害活性を持つこれら薬剤の構造を比較検討したところ、全て両親媒性構造を持ち、実際に界面活性能を持つ事を化学的に証明した。そこで代表的な両親媒性化合物である界面活性剤も多数調べた結果、陽イオン性界面活性剤が臨床薬剤と類似で、且つ最も強力な阻害活性を示すことがわかった。これらの薬剤の化学構造はそれぞれ大きく異なることから、出芽酵母での臨床薬剤の標的は特定の蛋白質というより細胞膜そのものであると考えられる。また界面活性剤は細胞溶解を引き起こさない低濃度でも阻害反応を起こす事から、臨床薬剤や環境ストレスによる統括的な阻害反応は細胞膜破壊が原因ではなく細胞膜の撹乱が引き金になると考えられる。

浸透圧 / グルコース / アクチン / タンパク質合成 / ストレス / 環境 / 情報伝達 / 翻訳

浸透圧ストレスやグルコース飢餓などの環境ストレスは出芽酵母のアクチン極性と全蛋白質合成を迅速且つ一過的に阻害する現象を見い出している。この現象を解明するため、本申請の期間中では主にグルコース飢餓による制御機構の解析を行った。
その結果、グルコース飢餓による制御は、まず翻訳開始とアクチン極性を統括して制御する機構と、それぞれを個別に制御する機構の二つから構成されており、統括制御機構は、急速な阻害反応と再活性化の二つの反応から構成されている事がわかった。この阻害反応にはA-キナーゼやReg1/Glc7プロテインフォスファターゼが関与することを明らかにした。再活性化はさらにグルコース非存在下での再活性化とグルコース再添加による急速な再活性化に分類され、グルコース非存在下での再活性化には呼吸能やMsn2/4転写因子、Snf1キナーゼが関与しているが、グルコース再添加による急速な再活性化にはこれらが関与しない新規のシステムが存在する事実を明らかにした。またグルコース飢餓による個別制御の機構として、翻訳開始の停止反応のみに関わる因子としてmRNAポリA鎖の分解に関与するPop2/Caf1遺伝子、またアクチンの脱極性化反応のみに関わる因子としてRho1-Pkc1キナーゼ経路を新たに同定した。これらのシステムはストレスに応じて空間的に配置された遺伝子発現パターンを迅速に再編成する為に必要であると考えられる。

浸透圧 / グルコース / アクチン / 翻訳 / ストレス / タンパク質合成 / 翻訳開始 / MAPキナーゼ / HOG1

浸透圧ストレスは出芽酵母の翻訳開始を一過的に停止させ、アクチン骨格も一過的に脱極性化する。申請者は培地からのグルコース除去も翻訳開始の急速な停止だけでなくアクチン骨格の急速な脱極性化を引き起こすが、それらの反応も一過的である事実を見い出した。これは翻訳開始とアクチン骨格の両者が環境ストレスにより同時に制御される機構の存在を示している。この制御機構を明らかにするため、グルコースによるアクチン骨格の極性と翻訳開始の挙動を解析した。
グルコースによる遺伝子の転写抑制に必要なA-キナーゼの変異株(tpk1w)やGlc7ホスファターゼの制御サブユニットの破壊株(reg1)では、グルコース除去後の急速な翻訳開始の停止やアクチン骨格の脱極性化は起こらなかった。またアンチマイシンAにより呼吸を阻害した野生型株、グルコースによる転写の脱抑制に必要なSnf1キナーゼやMsn2/4転写因子の遺伝子破壊株では、グルコース除去後の急速なアクチン骨格の脱極性化や翻訳開始の停止は起こるが、その後の再極性化や翻訳再開は起こらなかった。しかし呼吸阻害条件下でもグルコース飢餓細胞にグルコースを再添加するとアクチン骨格の急速な再極性化が起こった。グルコース再添加による細胞内cAMPの一過的上昇が起こらないGpr1グルコースレセプターやGpa2 GTPaseの遺伝子破壊株でも、この再極性化は正常に起こることから、cAMPの一過的上昇はこの反応には関係ない。従ってグルコースによるアクチン極性と翻訳開始の制御は、(1)A-キナーゼやReg1が関与するグルコース除去後の急速な停止、(2)呼吸、またSnf1やMsn2/4に依存したグルコース非存在下での適応、(3)呼吸やcAMPの一過的上昇に依存しないグルコース再添加による急速な回復、の3つの反応に分類され、転写と共に統括的に制御されていると考えられる。