エリスロポエチンの遺伝子上に核内因子が結合できるようになっていることその領域は低酸素状態になると一過的に転写が促進されること腎臓だけではなくて肝臓の細胞でも同じ現象がみられることエリスロポエチン遺伝子結合する因子の特定(HIFの命名)セメンザは、エリスロポエチン遺伝子の転写を促進(エンハンサー)する50塩基程度の領域を特定しました。Element)と名付けられました。この領域に結合する核内因子はたくさんあります。Factor)と名付けました。HIFの発見です!HREは腎臓や肝臓だけではなく、様々な細胞でも低酸素状態に応答して働くことがわかっていきます。ヒトだけではなくて、様々な哺乳類が持っていたのです。色んな動物、色んな臓器が持っているということは応用の幅が広いということ!スポンサーリンクHIFをもっと調べてみようこの部分は今から30年ほど前に盛んに行われた、タンパク質解析の典型のお話です。遺伝子の発見→cDNAをクローニンング→タンパク質を精製→構造を決定→性質を解析という流れで研究が進みます。HIFってどんなタンパク質なの?HIFは様々な細胞が持っている、普遍的な代謝調節に重要な分子であることがわかってきました。セメンザは「HIF」を調べてみよう!ということでHIFタンパク質の解析を始めます。タンパク質解析は通常このような手順で行われます。mRNAからcDNAをとります(逆転写→PCR)取ってきたcDNAをプラスミドベクターに挿入します(制限酵素処理→ライゲーション)遺伝子を入れたプラスミドを大腸菌の中に入れます(形質転換)大腸菌を大量培養してたんぱく質を取ってくるタンパク質を精製して結晶化する結晶構造解析をするするとHIFはヘテロダイマー(2つの異なるものがくっついて1つの物を作っている)だということがわかりました。1つは酸素感受性の部分(HIF-1aと名付けられます)、もう1つはARNTと言われる構造的な因子。ARNTはHIF-1a以外にも色んなものに結合して、構造を安定化させる働きがありますHIF-1aが低酸素応答に重要だとされて、HIF-1aをもっと詳しく調べることにしました。HIF-1aの量を制御しているのは何か?ラトクリフらはHIF-1aは何によって制御されているのかを調べました。すると、HIF-1aの量はエリスロポエチンのように遺伝子の転写によって制御されているのではなく、タンパク質の安定性や合成・分解によって制御されていると言うことがわかってきました。(遺伝子レベルではなくてタンパクレベルで調節されていたのです!)その後多くのグループによって、HIF-1aはユビキチン-プロテアソーム経路を通って分解され、その分解は酸素依存的に起こることがわかってきました。ユビキチン-プロテアソーム経路とは?不要になったタンパク質にユビキチンが付けられます。付けられたユビキチンをプロテアソームが見つけて、ATP依存的(エネルギーを使って)に速やかに不可逆的にタンパク質が分解される経路のことをユビキチン-プロテアソーム経路と言います。関わっているとされています。酸素依存的にユビキチンがつけられるHIF-1a特異的な構造領域も特定されました。遺伝子レベルではなくて酸素に応答したタンパク質分解経路があったんですね!HIF-1aに似た分子もあるHIF-1aと非常によく似た分子があると言うことが、1997年に4つのグループから別々に報告されました。1)と名付けられました。EPAS1の遺伝子はHIF-1a遺伝子と非常によく似ていて(ホモロジーが高い)、ARNTと結合してヘテロダイマーを形成することもわかりました。EPAS1はHIF-1aの低酸素応答の機能を共有しているのですが、HIF-1aとの大きな違いは、HIF-1a遺伝子欠損マウスは致死性ですが、EPAS1遺伝子欠損遺伝子は表現系が多様であると言うことです。HIF-1aが無いと生命維持ができないけれどもEPAS1の生命維持への役割はよくわからないということEPAS1の主な役割は、赤血球を作る初期段階での制御が挙げられます。EPAS1はこのあと、HIF-1aの低酸素応答の研究に比較と言う上で重要な役割を果たします。酸素による活性化シグナル経路(酸素の濃度変化に応答して動くシグナル経路)は、少なくとも300の遺伝子によって制御されていて、非常に幅広い制御機構が存在していることがわかってきました。たくさんの制御機構があるということは、それだけ生命にとっても重要な応答だと言うことです。HIFの発見でわかったこと〜まとめ〜HIFの発見の原点はエリスロポエチンの発見でした。これは人が高所に行くと分泌されるホルモンでしたね。その当時(1880年代)、生体内の酸素濃度が変化すると言うのは「高所」に行くことくらいしか考えられませんでした。動物の組織内の酸素レベルは通常の生理活動でも起こりうる時間的空間的に常に変化するガンや細菌感染など病気になる過程でも起こるということがわかってきました。「酸素の濃度変化」が私たちのすぐ身近にある現象だと言うことがわかってきたんですね局所的で一時的な酸素濃度の変化に対する応答は、細胞や組織の維持に重要な応答反応だと認識されはじめました。HIFの発見でどんなことがわかってきたのかをまとめます。低酸素に対する応答(エリスロポエチンの分泌など)は遺伝子転写で制御されているこの遺伝子転写を制御しているHIF-1aは生命が生きていくのに不可欠であるその遺伝子転写制御はタンパク質の分解合成(代謝)で制御されているタンパク質分解合成は何らかの酸素応答で動いている低酸素濃度に対する応答の結果、発生や再生、血管新生などの表現系として現れるHIFに関する1970年代〜1980年代の研究は、典型的なタンパク質解析研究のパターンでその当時様々な分野で行われていた手法が大いに取り入れられています。今や教科書に載っているような、常識となりつつあることも先人が一つ一つ試行錯誤して積み重ねてきた結果だと思うと感慨深いですね。この話の続きは次の記事でご紹介します。最後までお読みいただきありがとうございました。学力的に入れるところというのが第一ですよね。あとどんな人がいるの?と意外と知らないですよね。研究室にいる技術補佐員、テクニシャンってなにしてる人?研究室にいるといろんな人がいますよね。低酸素応答の解明」って何2019年のノーベル医学生理学賞が2019年10月7日に発表されました。会員減少の背景は?2019年7月27日の毎日新聞の一面にこんな見出しが載っています。科学技術振興機構(JS...2019なんで眠くなるの?眠気の正体に迫る!線虫、クラゲ、トカゲ、鳥、ネズミ、ヒトがみんなやっているけど、その仕組みはよくわかっていないもの。「睡眠」の間は、意...科学のことば【ことば解説】MEMS(メムス)【ことば解説】第二弾です。大きく分けて...このラボの管理人えいこ「えいこラボ」へようこそ。えいこラボの管理している研究員のえいこと申します。このラボでは「サイエンスをもっと身近に」をテーマに、科学(特に生命科学を中心に)の研究をわかりやすく解説していきます。科学の世界に興味があるけどよくわからない、大学の研究室って何してるの?という疑問にお答えしていきます!ラボツアーをお楽しみください。