Study on mechanisms for maintenance of mitochondrial DNA integrity

线粒体DNA完整性维持机制研究

基本信息

批准号：
20K06498
负责人：
凌楓
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

真核生物のモデルとして出芽酵母は20世代でミトコンドリアDNA(mtDNA)のホモプラスミーになる性質を持つ。出芽酵母をモデルにして得られた実験データの再現性が得られるという特徴を持っている。出芽酵母の経時寿命維持においてmtDNAの組換酵素Mhr1の働きが欠かせないという結果をすでに得た。しかし、なぜMHR1遺伝子上の点突然変異(mhr1-1)が出芽酵母の経時寿命を顕著に短縮するかについて不明なままである。本年度はアポトーシスの活性化因子をコードする遺伝子YCA1の破壊変異をmhr1-1変異細胞に導入すると、delta_yca1 mhr1-1の二重変異株は野生型出芽酵母とほぼ同様な経時寿命を示したことを見出した。この結果から、mtDNAの組換能がアポトーシスの活性化を抑制することで出芽酵母の経時寿命の維持に役割を果していることが示唆された。細胞のヘテロプラスミーにおいて複製開始点を持つ、レプリコンの小さい欠失変異mtDNA が野生型mtDNAより優勢的に複製することができる。出芽酵母においてはこの現象が超抑制複製(hypersuppressiveness)として知られている。また、活性酸素種(ROS)によって活性化される組換え依存型ローリングサークル型mtDNA複製に依存すること、TCA回路が活性化すると細胞内のROS発生量が増えることが知られている。本年度では、0.5%のグルコースを炭素源とする培地においては、2%のグルコースを炭素源とする培地で培養した出芽酵母細胞内のROSの発生量より少ないことが起き、欠失変異mtDNAの優勢複製も予想通り、抑制されることを見出した。これの結果からTCA回路を調節することで欠失変異mtDNAの優勢複製を抑制することができると示唆された。

作为真核生物的模型，出现的酵母具有20代线粒体DNA（mtDNA）的同质性的特性。它具有实现使用糖酵母作为模型获得的实验数据可重复性的特征。我们已经实现了MTDNA重组酶MHR1的功能对于维持随着时间的推移的寿命至关重要。然而，尚不清楚为什么在MHR1基因上的点突变（MHR1-1）显着缩短了随着时间的推移，芽酵母的寿命。今年，当YCA1的颠覆性突变（编码凋亡激活剂）被引入MHR1-1突变细胞中时，双突变剂delta_yca1 MHR1-1表现出与野生型萌芽酵母几乎相同的纵向寿命。这些结果表明，MTDNA重组能力通过抑制凋亡的激活而在随着时间的推移维持糖酵母的寿命中起作用。复制子的小缺失突变体mtDNA在细胞的异质中具有复制来源，能够比野生型mtDNA复制。在萌芽的酵母中，这种现象被称为过度抑制性。众所周知，这取决于重组依赖性滚动圆圈mtDNA复制，由活性氧（ROS）激活，并且当激活TCA电路时，细胞内产生的ROS量会增加。在今年，我们发现，在包含0.5％葡萄糖作为碳源的培养基中，在含有2％葡萄糖作为碳源的培养基中培养的萌芽的酵母细胞中产生的ROS量，并且抑制了缺失突变体mtDNA的主要复制。该结果表明调节TCA电路可以抑制缺失突变体mtDNA的主要复制。