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土本 大介(つちもと だいすけ) データ更新日:2019.12.24

助教 /  生体防御医学研究所 個体機能制御学部門 脳機能制御学分野


主な研究テーマ
哺乳動物のDNA修復および損傷ヌクレオチド排除機構
キーワード:DNA修復、塩基除去修復、脱塩基部位、損傷ヌクレオチド、
1998.01~2020.03.
研究業績
主要原著論文
1. Shinji Asada, Eiko Ohta, Yoriko Akimoto, ABOLHASSANI NONA, Daisuke Tsuchimoto, Yusaku Nakabeppu, 2-Oxoadenosine induces cytotoxicity through intracellular accumulation of 2-oxo-ATP and depletion of ATP but not via the p38 MAPK pathway, SCIENTIFIC REPORTS, 10.1038/s41598-017-06636-8, 7, 2017.07.
2. M Massaad, J Zhou, Daisuke Tsuchimoto, J Chou, H Jabara, E Janssen, S Glauzy, B Olson, H Morbach, T Ohsumi, K Schmitz-Abe, M Kyriacos, J Kane, Kumiko Torisu, Yusaku Nakabeppu, LD Notarangelo, E Chouery, A Megarbane, PB Kang, Deficiency of the base excision repair enzyme NEIL3 is associated with increased lymphocyte apoptosis, autoantibodies and predisposition to autoimmunity., The Journal of Clinical Investigation, in press, 2016.10.
3. Yasuto Yoneshima, Nona Abolhassani, Teruaki Iyama, Kunihiko Sakumi, Naoko Shiomi, Masahiko Mori, Tadahiro Shiomi, Tetsuo Noda, Daisuke Tsuchimoto, Yusaku Nakabeppu, Deoxyinosine triphosphate induces MLH1/PMS2- and p53-dependent cell growth arrest and DNA instability in mammalian cells., Scientific Reports, 10.1038/srep32849, 6, 32849, 2016.09, Deoxyinosine (dI) occurs in DNA either by oxidative deamination of a previously incorporated deoxyadenosine residue or by misincorporation of deoxyinosine triphosphate (dITP) from the nucleotide pool during replication. To exclude dITP from the pool, mammals possess specific hydrolysing enzymes, such as inosine triphosphatase (ITPA). Previous studies have shown that deficiency in ITPA results in cell growth suppression and DNA instability. To explore the mechanisms of these phenotypes, we analysed ITPA-deficient human and mouse cells. We found that both growth suppression and accumulation of single-strand breaks in nuclear DNA of ITPA-deficient cells depended on MLH1/PMS2. The cell growth suppression of ITPA-deficient cells also depended on p53, but not on MPG, ENDOV or MSH2. ITPA deficiency significantly increased the levels of p53 protein and p21 mRNA/ protein, a well-known target of p53, in an MLH1-dependent manner. Furthermore, MLH1 may also contribute to cell growth arrest by increasing the basal level of p53 activity..
4. 岡 素雅子, Julio Jisus Leon Incio, 土本 大介, 作見 邦彦, 中別府 雄作, MUTYH, an adenine DNA glycosylase, mediates p53 tumor suppression via PARP-dependent cell death, Oncogenesis, 2014.08.
5. Jeroen E. J. Guikema, Erin K. Linehan, Nada Esa, Daisuke Tsuchimoto, Yusaku Nakabeppu, Robert T. Woodland, Carol E. Schrader, Apurinic/Apyrimidinic Endonuclease 2 Regulates the Expansion of Germinal Centers by Protecting against Activation-Induced Cytidine Deaminase-Independent DNA Damage in B Cells., The Journal of Immunology, 2014 Jun 16. pii: 1400002. [Epub ahead of print], 2014.06, Activation-induced cytidine deaminase (AID) initiates a process generating DNA mutations and breaks in germinal center (GC) B cells that are necessary for somatic hypermutation and class-switch recombination. GC B cells can "tolerate" DNA damage while rapidly proliferating because of partial suppression of the DNA damage response by BCL6. In this study, we develop a model to study the response of mouse GC B cells to endogenous DNA damage. We show that the base excision repair protein apurinic/apyrimidinic endonuclease (APE) 2 protects activated B cells from oxidative damage in vitro. APE2-deficient mice have smaller GCs and reduced Ab responses compared with wild-type mice. DNA double-strand breaks are increased in the rapidly dividing GC centroblasts of APE2-deficient mice, which activate a p53-independent cell cycle checkpoint and a p53-dependent apoptotic response. Proliferative and/or oxidative damage and AID-dependent damage are additive stresses that correlate inversely with GC size in wild-type, AID-, and APE2-deficient mice. Excessive double-strand breaks lead to decreased expression of BCL6, which would enable DNA repair pathways but limit GC cell numbers. These results describe a nonredundant role for APE2 in the protection of GC cells from AID-independent damage, and although GC cells uniquely tolerate DNA damage, we find that the DNA damage response can still regulate GC size through pathways that involve p53 and BCL6..
6. Janet Stavnezer, Erin K. Linehan, Mikayla R. Thompson, Ghaith Habboub, Anna J. Ucher, Tatenda Kadungure, Daisuke Tsuchimoto, Yusaku Nakabeppu, Carol E. Schrader, Differential expression of APE1 and APE2 in germinal centers promotes error-prone repair and A:T mutations during somatic hypermutation, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America , Jun 9. pii: 201405590. [Epub ahead of print], 2014.06, Somatic hypermutation (SHM) of antibody variable region genes is
initiated in germinal center B cells during an immune response by
activation-induced cytidine deaminase (AID), which converts cytosines
to uracils. During accurate repair in nonmutating cells, uracil
is excised by uracil DNA glycosylase (UNG), leaving abasic sites
that are incised by AP endonuclease (APE) to create single-strand
breaks, and the correct nucleotide is reinserted by DNA polymerase
β. During SHM, for unknown reasons, repair is error prone. There
are two APE homologs in mammals and, surprisingly, APE1, in contrast
to its high expression in both resting and in vitro-activated
splenic B cells, is expressed at very low levels in mouse germinal
center B cells where SHM occurs, and APE1 haploinsufficiency has
very little effect on SHM. In contrast, the less efficient homolog,
APE2, is highly expressed and contributes not only to the frequency
of mutations, but also to the generation of mutations at A:T base
pair (bp), insertions, and deletions. In the absence of both UNG and
APE2, mutations at A:T bp are dramatically reduced. Single-strand
breaks generated by APE2 could provide entry points for exonuclease
recruited by the mismatch repair proteins Msh2–Msh6, and the
known association of APE2 with proliferating cell nuclear antigen
could recruit translesion polymerases to create mutations at AIDinduced
lesions and also at A:T bp. Our data provide new insight
into error-prone repair of AID-induced lesions, which we propose is
facilitated by down-regulation of APE1 and up-regulation of APE2
expression in germinal center B cells..
7. Hiroko Nomaru, SAKUMI Kunihiko, Atsuhisa Katogi, Yoshinori N. Ohnishi, Kosuke Kajitani, Daisuke Tsuchimoto, Eric J. Nestler, Yusaku Nakabeppu, Fosb gene products contribute to excitotoxic microglial activation by regulating the expression of complement C5a receptors in microglia., Glia, 10.1002/glia.22680. , 62, 8, 1284-1298, Epub 2014 Apr 25., 2014.08, The Fosb gene encodes subunits of the activator protein-1 transcription factor complex. Two mature mRNAs, Fosb and ΔFosb, encoding full-length FOSB and ΔFOSB proteins respectively, are formed by alternative splicing of Fosb mRNA. Fosb products are expressed in several brain regions. Moreover, Fosb-null mice exhibit depressive-like behaviors and adult-onset spontaneous epilepsy, demonstrating important roles in neurological and psychiatric disorders. Study of Fosb products has focused almost exclusively on neurons; their function in glial cells remains to be explored. In this study, we found that microglia express equivalent levels of Fosb and ΔFosb mRNAs to hippocampal neurons and, using microarray analysis, we identified six microglial genes whose expression is dependent on Fosb products. Of these genes, we focused on C5ar1 and C5ar2, which encode receptors for complement C5a. In isolated Fosb-null microglia, chemotactic responsiveness toward the truncated form of C5a was significantly lower than that in wild-type cells. Fosb-null mice were significantly resistant to kainate-induced seizures compared with wild-type mice. C5ar1 mRNA levels and C5aR1 immunoreactivity were increased in wild-type hippocampus 24 hours after kainate administration; however, such induction was significantly reduced in Fosb-null hippocampus. Furthermore, microglial activation after kainate administration was significantly diminished in Fosb-null hippocampus, as shown by significant reductions in CD68 immunoreactivity, morphological change and reduced levels of Il6 and Tnf mRNAs, although no change in the number of Iba-1-positive cells was observed. These findings demonstrate that, under excitotoxicity, Fosb products contribute to a neuroinflammatory response in the hippocampus through regulation of microglial C5ar1 and C5ar2 expression..
8. Zijing Sheng, Sugako Oka, Daisuke Tsuchimoto, Nona Abolhassani, Hiroko Nomaru, SAKUMI Kunihiko, Hideaki Yamada, Yusaku Nakabeppu, 8-Oxoguanine causes neurodegeneration during MUTYH-mediated DNA base excision repair, The Journal of Clinical Investigation, 10.1172/JCI65053, 122, 12, 4344-4361, 2012.12.
9. Iwama E., Tsuchimoto D., Iyama T., Sakumi K., Nakagawara A., Takayama K., Nakanishi Y., and Nakabeppu Y., Cancer-related PRUNE2 protein is associated with nucleotides and is highly expressed in mature nerve tissues., Journal of Molecular Neuroscience
, Epub ahead of print, 2011.01.
10. Jeroen E.J. Guikema, Rachel M. Gerstein, Erin K. Linehan, Erin K. Clohert, Eric Evan-Browning, Daisuke Tsuchimoto, Yusaku Nakabeppu, and Carol E. Schrader, AP-Endonuclease 2 is necessary for normal B cell development and recovery of lymphoid progenitors after chemotherapeutic challenge., Journal of Immunology, 186(4), 1943-50, 2011.02.
11. Iyama T, Abolhassani N, Tsuchimoto D, Nonaka M, Nakabeppu Y., NUDT16 is a (deoxy)inosine diphosphatase, and its deficiency induces accumulation of single-strand breaks in nuclear DNA and growth arrest., Nucleic Acids Research, doi:10.1093/nar/gkq249 , 38(14), 4834-43, 2010.08.
12. Abolhassani N, Iyama T, Tsuchimoto D, Sakumi K, Ohno M, Behmanesh M, Nakabeppu Y., NUDT16 and ITPA play a dual protective role in maintaining chromosome stability and cell growth by eliminating dIDP/IDP and dITP/ITP from nucleotide pools in mammals., Nucleic Acids Res., 2010 May;38(9):2891-903., 2010.05.
13. Sabouri Z, Okazaki IM, Shinkura R, Begum N, Nagaoka H, Tsuchimoto D, Nakabeppu Y, Honjo T, Apex2 is required for efficient somatic hypermutation but not for class switch recombination of immunoglobulin genes, Int. Immunol., 21(8):947-955, 2009.08.
14. Behmanesh M, Sakumi K, Abolhassani N, Toyokuni S, Oka S, Ohnishi YN, Tsuchimoto D, Nakabeppu Y, ITPase-deficient mice show growth retardation and die before weaning, Cell Death and Differentiation , 2009 Jun 5. [Epub ahead of print], 2009.06.
15. Nonaka M, Tsuchimoto D, Sakumi K, Nakabeppu Y. , Mouse RS21-C6 is a mammalian 2'-deoxycytidine 5'-triphosphate pyrophosphohydrolase that prefers 5-iodocytosine. , FEBS J. , 276(6):1654-1666, 2009.03.
16. Kajitani K, Nomaru H, Ifuku M, Yutsudo N, Dan Y, Miura T, Tsuchimoto D, Sakumi K, Kadoya T, Horie H, Poirier F, Noda M, Nakabeppu Y., Galectin-1 promotes basal and kainate-induced proliferation of neural progenitors in the dentate gyrus of adult mouse hippocampus., Cell Death Differ., 16(3):417-427, 2009.03.
17. Dan Y, Ohta Y, Tsuchimoto D, Ohno M, Ide Y, Sami M, Kanda T, Sakumi K, Nakabeppu Y., Altered gene expression profiles and higher frequency of spontaneous DNA strand breaks in APEX2-null thymus., DNA Repair (Amst), 7(9):1437-1454., 2008.09.
18. Oka S, Ohno M, Tsuchimoto D, Sakumi K, Furuichi M, Nakabeppu Y, Two distinct pathways of cell death triggered by oxidative damage to nuclear and mitochondrial DNAs., The EMBO Journal, 27(2):421-432, 2008.01.
19. Ichikawa J, Tsuchimoto D, Oka S, Ohno M, Furuichi M, Sakumi K, Nakabeppu Y, Oxidation of mitochondrial deoxynucleotide pools by exposure to sodium nitroprusside induces cell death, DNA Repair, 7(3):418-430, 2008.03.
20. Guikema JEJ, Kinehan EK, Tsuchimoto D, Nakabeppu Y, Strauss PR, Stavnezer J, and Schrader CE, APE1- and APE2-dependent DNA breaks in immunoglobulin class switch recombination, The Journal of Experimental Medicine, 204(12):3017-3026, 2007.11.
21. Ohno M., Miura T., Furuichi M., Tominaga Y., Tsuchimoto D., Sakumi K. and Nakabeppu Y., A genome-wide distribution of 8-oxoguanine correlates with the preferred regions for recombination and single-nucleotide polymorphism in the human genome., Genome Research, 16:567-575, 2006.05.
22. Torisu K., Tsuchimoto D., Ohnishi Y. and Nakabeppu Y., Hematopoietic tissue-specific expression of mouse Neil3 for Endonuclease VIII-like protein., The Journal of Biochemistry, 10.1093/jb/mvi168, 138, 6, 763-772, 138(6):763-772, 2005.12.
23. Ushijima Y., Tominaga Y, Miura T, Tsuchimoto D, Sakumi K and Nakabeppu Y., A functional analysis of the DNA glycosylase activity of mouse MUTYH protein excising 2-hydroxyadenine opposite guanine in DNA., Nucleic Acids Research, 10.1093/nar/gki214, 33, 2, 672-682, 33(2):672-682, 2005.01.
24. Behmanesh B., Sakumi K., Tsuchimoto D., Torisu K., Ohnishi-Honda Y., Rancourt D.E. and Nakabeppu Y., Characterization of the structure and expression of mouse Itpa gene and its related sequences in the mouse genome., DNA Research, 10.1093/dnares/12.1.39, 12, 1, 39-51, 12:29-41, 2005.02.
25. Ide Y, Tsuchimoto D, Tominaga Y, Nakashima M, Watanabe T, Sakumi K, Ohno M, Nakabeppu Y., Growth retardation and dyslymphopoiesis accompanied by G2/M arrest in APEX2-null mice., Blood, 10.1182/blood-2004-04-1476, 104, 13, 4097-4103, 104(13):4097-4103, 2004.12.
26. Tsuchimoto D, Tojo A, Asano S, A Mechanism of Transcriptional Regulation of the CSF-1 Gene by Interferon-gamma., Immunological Investigations, 10.1081/IMM-200038662, 33, 4, 397-405, 33(4):397-405, 2004.12.
27. Tominaga Y, Ushijima Y, Tsuchimoto D, Mishima M, Shirakawa M, Hirano S, Sakumi K, Nakabeppu Y., MUTYH prevents OGG1 or APEX1 from inappropriately processing its substrate or reaction product with its C-terminal domain, Nucleic Acids Research, 10.1093/nar/gkh642, 32, 10, 3198-3211, 32(10):3198-3211, 2004.06.
28. Miura T, Takahashi M, Horie H, Kurushima H, Tsuchimoto D, Sakumi K, Nakabeppu Y., Galectin-1beta, a natural monomeric form of galectin-1 lacking its six amino-terminal residues promotes axonal regeneration but not cell death, Cell Death and Differentiation, 10.1038/sj.cdd.4401462, 11, 10, 1076-1083, 11(10):1076-1083, 2004.10.
29. Nakabeppu Y, Tsuchimoto D, Ichinoe A, Ohno M, Ide Y, Hirano S, Yoshimura D, Tominaga Y, Furuichi M, Sakumi K., Biological significance of the defense mechanisms against oxidative damage in nucleic acids caused by reactive oxygen species: from mitochondria to nuclei, Ann N Y Acad Sci., 10.1196/annals.1293.011, 1011, 101-111, 1011:101-111, 2004.04.
30. Ichinoe A, Behmanesh M, Tominaga Y, Ushijima Y, Hirano S, Sakai Y, Tsuchimoto D, Sakumi K, Wake N, Nakabeppu Y., Identification and characterization of two forms of mouse MUTYH proteins encoded by alternatively spliced transcripts, Nucleic Acids Research, 10.1093/nar/gkh214, 32, 2, 477-487, 32(2):477-487, 2004.01.
31. Hirano S, Tominaga Y, Ichinoe A, Ushijima Y, Tsuchimoto D, Honda-Ohnishi Y,, Mutator phenotype of MUTYH-null mouse embryonic stem cells., J Biol Chem., 10.1074/jbc.C300316200, 278, 40, 38121-38124, 278(40):38121-38124, 2003.10.
32. Tahara K, Tsuchimoto D, Tominaga Y, Asoh S, Ohta S, Kitagawa M, Horie H, Nakabeppu Y, DeltaFosB, but not FosB, induces delayed apoptosis independent of cell
proliferation in the Rat1a embryo cell line., Cell Death Differ., 10.1038/sj.cdd.4401173, 10, 5, 496-507, 10(5):496-507., 2003.05.
33. Ide Y, Tsuchimoto D, Tominaga Y, Iwamoto Y, Nakabeppu Y., Characterization of the genomic structure and expression of the mouse Apex2
gene., Genomics, 10.1016/S0888-7543(02)00009-5, 81, 1, 47-57, 81(1):47-57., 2003.01.
34. Tsuchimoto D, Sakai Y, Sakumi K, Nishioka K, Sasaki M, Fujiwara T, Nakabeppu Y, Human APE2 protein is mostly localized in the nuclei and to some extent in the
mitochondria, while nuclear APE2 is partly associated with proliferating cell
nuclear antigen., Nucleic Acids Res., 10.1093/nar/29.11.2349, 29, 11, 2349-2360, 29(11):2349-2360, 2001.06.
主要総説, 論評, 解説, 書評, 報告書等
1. 土本 大介, 中別府 雄作, 酸化的DNA 損傷と防御機構, 別冊・医学のあゆみ「レドックスUPDATE」, 2015.07, 生物にとって,ゲノムDNA に保持された遺伝情報を細胞から細胞へ,親から子へと正確に伝え維持する
ことはもっとも基本的な生物学的機能であるが,ゲノムDNA やその前駆体のヌクレオチドは,酸素呼吸や
免疫応答などの過程で生じる活性酸素によって酸化される危険につねにさらされている.ゲノムDNA に酸
化損傷が蓄積すると,突然変異や細胞死を引き起こすことで癌や変性疾患の原因となる.これに対抗する防
御機構として,生物は酸化損傷DNA 修復や酸化ヌクレオチド排除のためのシステムを備えている..
2. Tsuchimoto D, Iyama T, Nonaka M, Abolhassani N, Ohta E, Sakumi K, and Nakabeppu Y., A comprehensive screening system for damaged nucleotide-binding proteins., Mutation Research, 2010.06.
3. 土本大介,中別府雄作, 酸化的DNA損傷と防御機構, 別冊・医学のあゆみ 『レドックス-ストレス防御の医学』, 2005.07.
4. 土本大介,中別府雄作 , ミトコンドリアDNAの酸化損傷に対する防御機構の生物学的重要性, 実験医学, 2003 Vol.21 No.13 1730−1735, 2003.09.
主要学会発表等
1. Daisuke Tsuchimoto, Yuichiro Koga, Yoshinori Hayashi, Nona Abolhassani, Yasuto Yoneshima, Kunihiko Sakumi, Hiroshi Nakanishi, Shinya Toyokuni, Yusaku Nakabeppu, Neural stem cell specific ITPA deficiency causes depolarization of neurons, resulting in epileptic seizure and early death in mice, 日本分子生物学会年会, 2019.12.
2. 土本 大介、古賀 祐一郎、林 良憲、アボルハッサニ ノナ、米嶋 康臣、中西 博、豊國 伸哉、中別府 雄作, ITPA欠損によるヒトてんかん性脳症のモデルとしての神経幹細胞特異的Itpaノックアウトマウス, 平成30年度「先端モデル動物支援プラットフォーム成果発表会」, 2019.01.
3. 土本 大介、古賀 祐一郎、林 良憲、アボルハッサニ ノナ、米嶋 康臣、中西 博、中別府 雄作, ITPA欠損によるヒトてんかん性脳症のモデルとしての神経幹細胞特異的Itpaノックアウトマウス, 第41回日本日本分子生物学会年会, 2018.11.
4. Daisuke Tsuchimoto, Yuichiro Koga, Yoshinori Hayashi, Nona Abolhassani,Yasuto Yoneshima, Hiroshi Nakanishi, Yusaku Nakabeppu , Neural stem cell-specific Itpa knockout mouse as a model of human epileptic encephalopathy caused by ITPA deficiency, The Joint Symposium of the 13th International Symposium of the Institute Network for Biomedical Sciences and the 28th Hot Spring Harbor International Symposium 2018, 2018.10.
5. Daisuke Tsuchimoto, Yuichiro Koga, Yoshinori Hayashi, Nona Abolhassani, Yasuto Yoneshima, Hiroshi Nakanishi, Yusaku Nakabeppu, Neural stem cell-specific Itpa knockout mouse as a model of human ITPA deficiency, 第41回日本神経科学大会, 2018.07, Inosine triphosphate pyrophosphatase (ITPA), which is encoded by ITPA gene, hydrolyzes ITP and other deaminated purine nucleoside triphosphates to the corresponding nucleoside monophosphates and pyrophosphates, thus sanitizing intracellular nucleotide pools. In human, it was recently reported that patients with ITPA homozygous mutations show severe encephalopathy with epileptic seizure and microcephaly. All patients show developmental retardation and most of them die before 3 years old.
We previously reported that ITPA deficiency in mice causes partial embryonic lethality and survived litters also die within 2 weeks after birth with features of growth retardation. Echocardiography and ultrastructural analysis of hearts of Itpa knockout mice revealed unsynchronized movement and disorganized sarcomere structure.
In the present study, we established and analyzed neural stem cell-specific Itpa knockout mice (Itpaflox/flox/Nestin-Cre+/Tg). Knockout in the neural stem cells results in ITPA deficiency in neurons and glial cells except microglia. Itpaflox/flox/Nestin-Cre+/Tg mice did not exhibit embryonic lethality, but showed growth retardation and died within 3 weeks after birth. Some of them showed spontaneous and generalized seizure. Artificial audiogenic stress induced similar seizure in all analyzed knockout mice but not in ITPA-proficient control mice. In contrast to human patients, the ITPA deficient mice did not show microcephaly.
To analyze molecular mechanism of the seizure caused by ITPA deficiency in brain, we performed electrophysiological analysis of brain slices. Whole-cell patch-clamp recordings from entorhinal cortex neurons in Itpaflox/flox/Nestin-Cre+/Tg brain slices showed depolarized resting membrane potential and more frequent firing rates both under spontaneous and stimulated conditions, in comparison to those in wild-type brain slices. The membrane potential in neuron is generated by ion channels and sodium/potassium-transporting ATPase (Na+/K+-ATPase), which contains ATP1A1 or ATP1A3 as its  subunit ATPase. Biochemical analysis of recombinant ATP1A1 or ATP1A3 showed that ITP is not good substrate for them and does not inhibit their ATPase activities, suggesting that ITPA deficiency may cause depolarization of resting membrane potential via other mechanisms such as alteration of ion channel function..
6. 土本 大介, 古賀 祐一郎, 米嶋 康臣, 浅田 真司, 作見 邦彦, 中別府 雄作, イノシン三リン酸分解酵素ITPA欠損症のモデルマウス作製と解析, 平成28年度先端モデル動物支援プラットフォーム成果発表会, 2017.02, (デオキシ)イノシン三リン酸([d]ITP)は,(d)ATPの酸化的脱アミノ化やイノシン一リン酸(IMP)のリン酸化によって生じると考えられているが,正常な哺乳動物細胞においてはイノシン三リン酸分解酵素(ITPA)により(d)IMPへと分解されるため検出されない.最近ヒトのITPA欠損が,発育遅延や小頭症,てんかん様けいれん発作を伴い生後2,3年以内に死亡する幼児脳症の原因となる事が報告された(Kevelam SH et al., Ann Neurol. 2015 Oct;78(4):649-58).またその後,ITPAの活性低下につながる遺伝子多型と若年発症型の結核症との相関が報告された(Nakauchi A et al., Hum Genome Var. 2016 Feb 4;3:15067).
 我々は,ITPA欠損が哺乳動物中枢神経系に及ぼす影響を調べる目的で,神経幹細胞特異的にItpa遺伝子を破壊したItpa(flox/flox)/NestinCre(Tg/+)マウスを樹立した.このマウスは正常ITPAを発現する同腹仔コントロールマウスと比較して発育遅延を示し,ほぼ全てが生後約3週間で死亡した.短期間の観察中に一部のマウスで自発性てんかん様けいれん発作を認めたことから,16日齢のマウスに対して音刺激によるけいれん発作誘発を試みたところ,音刺激を与えた8匹のITPA欠損マウスは全てにおいてけいれん発作が誘発されたが,正常ITPAを発現する同腹仔コントロールマウス19匹では全く発作を認めなかった.これらのことから,ITPA欠損マウスはヒトITPA欠損脳症のよいモデルであると考えられる.
 現在,このモデルマウスを用いてITPA欠損が脳症を引き起こすメカニズムの解析を行っている..
7. 土本 大介, 米嶋康臣, 古賀祐一郎, ABOLHASSANI NONA, 猪山 輝昭, 浅田真司, 作見 邦彦, 塩見尚子, 森雅彦, 塩見忠博, 野田哲生, 中別府 雄作, イノシン三リン酸分解酵素ITPA欠損の哺乳動物細胞およびマウス中枢神経系への影響の解析, 日本分子生物学会, 2016.12, (デオキシ)イノシン三リン酸([d]ITP)は,(d)ATPの酸化的脱アミノ化やイノシン一リン酸(IMP)のリン酸化によって生じると考えられているが,正常な哺乳動物細胞においてはイノシン三リン酸分解酵素(ITPA)により(d)IMPへと分解されるため検出されない.昨年,ヒトのITPA欠損が発育遅延や,小頭症,けいれん,を伴う幼児脳症の原因となる事が報告された(doi: 10.1002/ana.24496).またその後,ITPAの活性低下につながる遺伝子多型と若年発症型の結核症との相関が報告された(doi: 10.1038/hgv.2015.67).
 我々は,ITPA欠損が哺乳動物細胞へ与える影響を調べる目的でItpaノックアウトマウス胎仔由来線維芽細胞やITPAノックダウンヒト培養細胞の解析を行った.その結果ITPA欠損はゲノムDNA中のデオキシイノシンの蓄積をもたらすと同時に,DNAミスマッチ修復関連タンパク質複合体MLH1/PMS2に依存したDNA一本鎖切断と細胞増殖抑制を引き起こした.この時ミスマッチ塩基対認識に必須のMSH2が関与しなかったことから,ミスマッチに依存しないMLH1/PMS2の機能であることが示された.更に細胞増殖抑制はp53依存性の細胞周期G1期停止を伴っていた.
 次に我々はITPA欠損がマウス中枢神経系へ与える影響を調べる目的で,神経幹細胞特異的にItpa遺伝子のエクソン5が切除されるItpa(flox/flox) /NestinCre(Tg/+)マウスを作成した.このマウスは同腹仔コントロールマウスと比較して発育遅延を示し,ほぼ全てが生後約3週間で死亡した.更に短時間の観察中に一部のマウスで自発性てんかん様けいれん発作を認めたことから,ヒトITPA欠損脳症のよいモデルであると考えられる.
 これらのITPA欠損細胞およびマウスの結果から,ヒトのITPA欠損が脳症や結核症を引き起こすメカニズムを考察したい..
8. 土本 大介, 古賀 祐一郎, 米嶋康臣, 浅田 真司, 中別府 雄作, イノシン三リン酸分解酵素ITPAの組織特異的欠損
マウス作成と解析, 日本分子生物学会/日本生化学会合同年会, 2015.12.
9. 土本 大介, 米嶋 康臣, ABOLHASSANI NONA, 猪山 輝昭, 作見 邦彦, 塩見 尚子, 森 雅彦, 塩見 忠博, 野田 哲生, 中別府 雄作, デオキシイノシン三リン酸の蓄積はミスマッチ修復タンパク質MLH1に依存した細胞周期の遅延をもたらす, 日本分子生物学会総会, 2014.11, DNA中に蓄積した損傷塩基は突然変異や細胞死を引き起こすため、様々な疾患の原因となる。我々は、DNA中の損傷塩基の起源としてヌクレオチドプール中に生じたの損傷ヌクレオチドに注目している。損傷ヌクレオチドはDNAに取り込まれることによりDNA損傷応答を引起こすと考えられる。このような損傷ヌクレオチドの多くは特異的加水分解酵素によって分解されることで、DNAへの取込みが抑制されている。
 デオキシイノシン三リン酸(dITP)はdATPの酸化的脱アミノ化によって生じる損傷ヌクレオチドである。これまでに我々は、ほ乳動物細胞にはdITPを加水分解するinosine triphosphatase(ITPA)や、nudix (nucleoside diphosphate linked moiety X)-type motif 16(NUDT16)が存在し、dITPの蓄積を抑えていることを明らかにしてきた。HeLa MR細胞ではNUDT16のノックダウンにより細胞増殖の抑制および核DNAに一本鎖切断の蓄積を認めたが、ミスマッチ修復(MMR)に必須の遺伝子MLH1の発現抑制によりこれらの現象は解除された。また、MLH1のナンセンス変異を両アリルに持つHCT116細胞はITPAノックダウンの影響を受けなかったが、この細胞に正常なMLH1配列をノックインしたH414細胞ではITPAノックダウンによる細胞増殖の抑制を認めた。
 今回、ITPAノックダウンにより細胞増殖が抑制されたH414細胞をフローサイトメトリーにより解析したところ、S期の細胞の減少と同時にG1期とG2期のそれぞれの細胞集団の増加を認めた。次に、ITPAをノックダウンしたH414細胞の培地にデオキシイノシンを添加したところさらなる細胞増殖の抑制を認めたが、イノシンでは何ら効果を認めなかった。この結果は、dITPの蓄積が細胞増殖抑制の原因になっていることを示している。現在、ミスマッチ修復において損傷部位の認識に関わるMSH2の欠損の影響や細胞周期チェックポイント機構に対する阻害剤の影響を解析しており、それらの結果も合わせて報告する。
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10. 米嶋 康臣, 土本 大介, アボルハッサニ ノナ, 猪山 輝昭, 作見 邦彦, 塩見 尚子, 森 雅彦, 塩見 忠博, 中別府 雄作, デオキシイノシン三リン酸の蓄積はミスマッチ修復機構に依存した細胞増殖抑制とゲノム不安定性を引き起こす, 第36回日本分子生物学会年会、ポスター発表(2013年12月4日2P-0150), 2013.12, DNAの損傷は遺伝子変異や細胞死を引き起こすとともに、様々な疾患の原因となる。また、細胞内の遊離ヌクレオチドの損傷体は、DNAに取り込まれることによりDNA損傷の一因となる。このような損傷ヌクレオチドの多くは特異的加水分解酵素によって分解除去される。
 デオキシイノシン三リン酸(dITP)はdATPの酸化的脱アミノ化によって生じる損傷ヌクレオチドである。これまでに我々は、哺乳動物細胞にはdITPを加水分解するinosine triphosphatase(ITPA)や、nudix (nucleoside diphosphate linked moiety X)-type motif 16(NUDT16)が存在し、dITPの蓄積を抑えていることを明らかにしてきた。
 今回我々は、dITP分解酵素欠損による細胞増殖抑制とDNA中のデオキシイノシン(dI)の認識排除機構との関連性を調べた。HeLa MR細胞において、NUDT16のノックダウンを行うと細胞増殖抑制および核DNA一本鎖切断の蓄積を認めたが、DNAミスマッチ修復(MMR)に必須の遺伝子MLH1の発現抑制によりこれらの現象は解除された。また、MLH1のナンセンス変異を両アリルに持つHCT116細胞、およびこの細胞に正常なMLH1配列をノックインしたH414細胞を用いて、ITPAノックダウンの影響を解析したところ、MLH1に依存した細胞増殖抑制の誘導を認めた。次に、dIを含むオリゴ二本鎖DNAとHeLa MR細胞の核抽出物を用いたゲルシフトアッセイを行ったところ、dI:デオキシグアノシン(dG)ペアを含むDNAとMMRタンパク質との特異的結合が確認された。さらに抗MSH6抗体を加えるとこの結合は消失した。
 以上の結果から、細胞中に蓄積した遊離dITPが複製時にDNAに取り込まれ、dIがdGと塩基対を形成した場合に、MMRによる認識とそれに続く修復機構に依存して細胞増殖抑制が誘導されると考えられた。

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11. 瀧口友香, 太田詠子, 土本 大介, 作見 邦彦, 中別府 雄作, 2-OH-ATPによる細胞増殖抑制と細胞死に関与する遺伝子の網羅的解析, 日本遺伝学会第84回大会(演題番号2C-05), 2012.09, これまでに我々は、ATPの酸化体である2-OH-ATPおよびその脱リン酸化体である2-OH-adenosineが酸化プリンヌクレオチド分解酵素MTH1の欠損マウス細胞においてp38 MAPK経路を介した細胞増殖抑制と細胞死を誘導し, ヒトMTH1の発現がこれを抑制することを見出してきた。今回これらの細胞障害に関わる因子を明らかにするためMth1-/-マウス細胞およびヒトMTH1発現マウス細胞を用いて,2-OH-adenosine処理による転写プロファイルの変化をGeneChip Arrayを用いて解析した。変化を認めた遺伝子のうち,細胞増殖抑制や細胞死に関わる遺伝子に関してReal-time PCRで発現の確認を行った。.
12. 米嶋 康臣, 土本 大介, 作見 邦彦, 野田 哲生, 中別府 雄作, イノシン三リン酸によるゲノム不安定化機構と細胞内イノシン三リン酸生成経路の解明, 日本遺伝学会第84回大会(演題番号2E-02), 2012.09, イノシンヌクレオチドは、一部はプリンヌクレオチド合成経路の前駆体として生合成されている一方で、アデノシンヌクレオチドのC6位の脱アミノ化反応によっても生じる。(デオキシ)イノシン三リン酸((d)ITP)はゲノムDNA不安定化やATP依存性タンパク質の機能阻害など、さまざまな生体障害を引き起こすと考えられる。我々は哺乳動物細胞の(d)ITPおよび(デオキシ)イノシン二リン酸の分解酵素としてITPAとNUDT16をそれぞれ同定して来た。今回、ITPA欠損マウス由来初代線維芽細胞を用いて(d)ITPによるゲノムDNA不安定化分子機構と細胞内(d)ITP生成経路の検討を行った。.
13. 土本大介、猪山輝昭、アボルハッサニ・ノナ、米嶋康臣、作見邦彦、塩見尚子、森雅彦、塩見忠博、中別府雄作, ほ乳動物細胞におけるデオキシイノシンヌクレオチドによるゲノム不安定化機構とその防御システム, 第34回日本分子生物学会年会, 2011.12.
14. 土本大介、猪山輝昭、アボルハッサニ・ノナ、米嶋康臣、作見邦彦、中別府雄作, ほ乳動物細胞におけるデオキシイノシンヌクレオチドによるゲノム不安定化とその防御機構, 日本遺伝学会, 2011.09.
15. Teruaki Iyama, Nona Abolhassani, Daisuke Tsuchimoto, Yusaku Nakabeppu, NUDT16 is a (deoxy)inosine diphosphatase, and its deficiency induces accumulation of single-strand breaks in nuclear DNA and growth arrest, The 7th Global COE International Symposium and 6th Young Investigators Forum, 2011.02.
16. Teruaki Iyama, Nona Abolhassani, Daisuke Tsuchimoto, Yusaku Nakabeppu, NUDT16 is a (deoxy)inosine diphosphatase, and its deficiency induces accumulation of single-strand breaks in nuclear DNA and growth arrest, Keystone Symposia on Molecular and Cellular Biology, Genomic Instability and DNA Repair, 2011.02.
17. 土本大介、猪山輝昭、アボルハッサニ ノナ、野中麻里、中別府雄作, NUDT16は(デオキシ)イノシン二リン酸分解酵素であり、その欠損は核DNAの一本鎖切断の蓄積と増殖抑制をもたらす, BMB2010, 2010.12.
18. Teruaki Iyama, Nona Abolhassani, Daisuke Tsuchimoto, Mari Nonaka, Yusaku Nakabeppu, NUDT16 is a (deoxy)inosine diphosphatase, and its deficiency induces accumulation of single-strand breaks in nuclear DNA and growth arrest., The 7th 3R Symposium, 2010.10.
19. Nona Abolhassani, Teruaki Iyama, Daisuke Tsuchimoto, Kunihiko Sakumi, Mizuki Ohno, Behmanesh Mehrdad, Yusaku Nakabeppu, An increased expression of NUDT16 with IDP/dIDP hydrolyzing activity in immortalized ITPA-null mouse embryonic fibroblasts suppressed ITPA-deficient phenotypes, 第32回日本分子生物学会年会, 2009.12.
20. Daisuke Tsuchimoto, Teruaki Iyama, Nona Abolhassani, Yusaku Nakabeppu, Human NUDT16 is a novel nucleotide pool sanitizing enzyme hydrolyzing (deoxy)inosine diphosphate to (deoxy)inosine monophosphate, 第32回日本分子生物学会年会, 2009.12.
21. Teruaki Iyama, Daisuke Tsuchimoto, Nona Abolhassani, Yusaku Nakabeppu, Human NUDT16 Is a Novel Nucleotide Pool Sanitizing Enzyme Hydrolyzing (Deoxy)Inosine Diphosphate to (Deoxy)Inosine Monophosphate. , The 49th annual meeting of the American Society for Cell Biology, 2009.12.
22. 土本大介、猪山輝昭、アボルハッサニ・ノナ、中別府雄作, ヒトNUDT16は(デオキシ)イノシン二リン酸を(デオキシ)イノシン一リン酸に加水分解する新規ヌクレオチドプール浄化酵素である, 第20回DNA複製・組換え・修復ワークショップ, 2009.11.
23. 土本大介、岩間映二、野中麻里、作見邦彦、中別府雄作, 神経芽腫予後関連タンパク質Prune2の全長フォームの同定, 第32回日本神経科学大会, 2009.09.
24. 土本大介、猪山輝昭、吉田奈桜子、中別府雄作, 新規損傷ヌクレオチド浄化酵素ITPBP2の同定と機能解析, BMB2008, 2008.12.
25. 岩間映二、土本大介、中別府雄作, 新規cAMP phosphodiesteraseの同定と癌転移に関与する可能性の検討, BMB2008, 2008.12.
26. 野中麻里、土本大介、太田詠子、作見邦彦、中別府雄作, ITP結合タンパク質ITPBP1の生物学的特性の解析, 日本分子生物学会, 2007.12.
27. 土本大介、野中麻里、太田詠子、作見邦彦、中別府雄作, ATP固定化樹脂を用いた損傷ヌクレオチド結合タンパク質の探索, 日本分子生物学会2006フォーラム, 2006.12.
28. 野中麻里、土本大介、太田詠子、作見邦彦、中別府雄作, ITP結合タンパク質ITPBP1の生化学的特性, 日本分子生物学会2006フォーラム, 2006.12.
29. 土本大介,鳥巣久美子,中別府雄作, Neil3遺伝子改変マウスにおける末梢白血球減少, 第28回日本分子生物学会年会, 2005.12.
特許出願・取得
特許出願件数  1件
特許登録件数  0件
学会活動
所属学会名
日本遺伝学会
日本神経科学学会
日本分子生物学会
日本ミトコンドリア研究会
学術論文等の審査
年度 外国語雑誌査読論文数 日本語雑誌査読論文数 国際会議録査読論文数 国内会議録査読論文数 合計
2019年度      
2018年度    
2016年度      
2014年度      
2011年度      
2008年度      
受賞
優秀ポスター賞, 日本分子生物学会, 2016.12.
研究資金
科学研究費補助金の採択状況(文部科学省、日本学術振興会)
2018年度~2020年度, 基盤研究(C), 代表, イノシン三リン酸分解酵素欠損症の分子病態解明とそれを利用した治療法開発.
2017年度~2019年度, 基盤研究(A), 分担, 活性酸素による脳機能障害とその防御機構の解明
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2011年度~2012年度, 新学術領域研究, 代表, ATPの酸化体によるシグナル伝達.
2010年度~2014年度, 基盤研究(S), 分担, 環境ストレスによるヌクレオチドプールの恒常性破綻の分子病態と制御機構の解明.
2009年度~2010年度, 新学術領域研究, 代表, ATPおよびGTPの酸化体による細胞内シグナル伝達機構の解明.
2007年度~2009年度, 基盤研究(B), 代表, マウスを用いたDNAおよび遊離ヌクレオチドの品質管理機構欠損の分子病態解析.
2004年度~2006年度, 基盤研究(B), 代表, 遺伝子改変マウスをモデルとしたDNA塩基除去修復欠損の分子病態解明.

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