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研究活動

向 由起夫

フロンティアバイオサイエンス学科

向 由起夫(むかい・ゆきお)
Yukio Mukai

専門分野/遺伝学、分子生物学、微生物学

研究キーワード/細胞老化、細胞寿命、酵母、遺伝学

職位:教授
学位:工学博士(大阪大学)

  • 大阪大学大学院工学研究科博士後期課程修了
  • 大阪大学工学部助手、同大学院工学研究科助手を経て、テキサス大学 M.D.アンダーソンがんセンターへ出張後、本学へ

研究室紹介

研究テーマ

 高齢化社会が進むにつれて、老年期を健康に迎えることが強く求められています。老化の開始あるいは進行を遅らせると、加齢に伴う疾病を減らし、寿命を延ばすことが可能となります。そのために、老化の遺伝要因と環境要因および老化を制御する仕組みを明らかにし、抗加齢(アンチエイジング)へ応用する研究に着手しています。また、メタボローム情報を利用した遺伝子機能の解明にも取り組んでいます。

1.細胞レベルの老化・寿命研究

 個体と同様に、細胞にも有限の寿命があり、細胞寿命がどのように決められるかを知ることは重要です。出芽酵母は非対称な分裂(出芽)によって増殖するので、1個の細胞が死ぬまでに分裂する回数(分裂寿命)を測ることができる細胞寿命研究モデルです(Fig. 1)。
 出芽酵母を用いた研究から、ビタミンB6が分裂寿命の維持に必要であり、ビタミンB6を必要とする代謝酵素の活性低下が細胞老化の原因になる可能性を示しました(Fig. 2A)。また、出芽酵母の細胞内にポリリン酸を蓄積させると分裂寿命が短くなることをみつけました(Fig. 2B)。今後、この酵母の知見をヒトの抗老化研究へ発展させていきます。

2.メタボロミクスによる遺伝子機能研究

 出芽酵母のゲノム配列から推定された約6,600個のタンパク質遺伝子のうち約700個の遺伝子については機能がわかりません。そこで、プロトン核磁気共鳴分光法により未知および既知遺伝子破壊株の代謝物情報を取得し、その代謝プロファイルの類似性から遺伝子機能を推定します(Fig. 3)。また、このメタボローム解析技術を酒造酵母の育種にも応用し、新しい酒の開発にも取り組んでいます。

研究の応用領域 産官学連携で求めるパートナー
◦アンチエイジングの研究開発
◦実用酵母の育種
◦メタボロミクスによる遺伝子・細胞機能解析
◦老化・寿命研究に興味をもつ方
◦実用酵母を扱う企業
Topics of research

The aging society is progressing worldwide and elderly people (and young people) expect more healthy life years. Delaying the onset and progression of aging makes it possible to reduce the age-related diseases and prolong the life span. Hence, we are trying to discover the genetic and environmental aging factors and elucidate the mechanisms that control the aging process, for applying research to anti-aging. We also attempt to uncover the function of unknown genes via a metabolomics approach.

1. Cellular Aging and Lifespan Study

Cells as well as individuals have a finite lifespan, known as the Hayflick limit (Fig. 1). It is important to know how cellular lifespan is determined. The budding yeast Saccharomyces cerevisiae divides asymmetrically and has been investigated as a model organism for cellular aging and lifespan research. Yeast replicative lifespan is defined as the number of daughter cells produced by a mother cell before its senescence.

Recently, we showed that vitamin B6 is necessary to sustain the yeast replicative lifespan and suggested that decreases in vitamin B6-dependent enzyme activities cause cellular senescence (Fig. 2A). We also found that high accumulation of polyphosphate in yeast cells shortened the lifespan (Fig. 2B). These findings will be developed for human anti-aging research.

2. Metabolomics-based Gene Function Study

Among 6,600 protein-coding genes of the budding yeast, the function of about 700 genes remains unknown. Therefore, we obtain comprehensive information on metabolites of yeast strains disrupted for known and unknown genes by proton nuclear magnetic resonance spectroscopy method and predict the function of the unknown genes by comparing their metabolic profiling (Fig. 3). In addition, this metabolome analysis technique will be applied to the breeding of sake yeast for developing new sake.

主な業績論文等
  1. Tai, A., Y. Kamei, Y. Mukai. The forkhead-like transcription factor (Fhl1p) maintains yeast replicative lifespan by regulating ribonucleotide reductase 1 (RNR1) gene transcription. Biochem. Biophys. Res. Commun. 488: 218-223. (2017)
  2. Kamei, Y., A. Tai, S. Dakeyama, K. Yamamoto, Y. Inoue, Y. Kishimoto, H. Ohara, Y. Mukai. Transcription factor genes essential for cell proliferation and replicative lifespan in budding yeast. Biochem. Biophys. Res. Commun. 463: 351-356. (2015)
  3. Kamei, Y., Y. Tamada, Y. Nakayama, E. Fukusaki, Y. Mukai. Changes in transcription and metabolism during the early stage of replicative cellular senescence in budding yeast. J. Biol. Chem. 289: 32081-32093. (2014)
  4. Matsumura, H., N. Kusaka, T. Nakamura, N. Tanaka, K. Sagegami, K. Uegaki, T. Inoue, Y. Mukai. Crystal structure of the N-terminal domain of the yeast general corepressor Tup1p and its functional implications. J. Biol. Chem. 287: 26528-26538. (2012)
  5. Yoshida, R., T. Tamura, C. Takaoka, K. Harada, A. Kobayashi, Y. Mukai, E. Fukusaki. Metabolomics-based systematic prediction of yeast lifespan and its application for semi-rational screening of ageing-related mutants. Aging Cell 9: 616-625. (2010)