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。

作为一种模式真核生物，酿酒酵母具有在20代后与其线粒体DNA（mtDNA）同质化的特性。其特点是能够重复获得以酿酒酵母为模型获得的实验数据。我们已经得到的结果是，线粒体DNA重组酶Mhr1的功能对于维持酿酒酵母的时间寿命至关重要。然而，目前尚不清楚为什么 MHR1 基因 (mhr1-1) 的点突变会显着缩短酿酒酵母的时间寿命。今年，我们证明，当我们将编码凋亡激活剂的基因 YCA1 中的破坏突变引入 mhr1-1 突变细胞时，delta_yca1 mhr1-1 双突变体表现出与野生型酵母菌相似的时间寿命。我找到了。这些结果表明mtDNA的重组能力通过抑制细胞凋亡的激活在维持酿酒酵母的时间寿命方面发挥作用。在细胞异质性中，具有复制起点的小型复制子缺失突变体 mtDNA 可以比野生型 mtDNA 更好地复制。在芽殖酵母中，这种现象被称为过度抑制。众所周知，ROS 的生成依赖于活性氧 (ROS) 激活的重组依赖性滚环 mtDNA 复制，并且 TCA 循环的激活会增加细胞内生成的 ROS 量。今年，在含有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酿酒酵母细胞中ROS产生量较低，表明缺失突变体mtDNA复制也占优势。正如预期的那样，发现被抑制了。这些结果表明，缺失突变体 mtDNA 的显性复制可以通过调节 TCA 循环来抑制。