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所属 |
理学部 化学科 |
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職名 |
准教授 |
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研究室住所 |
〒350-0295 埼玉県坂戸市けやき台1-1 城西大学23号館 602号室 |
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連絡先 |
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外部リンク |
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赤沼 元気 (アカヌマ ゲンキ)
Akanuma Genki
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出身大学院 【 表示 ／ 非表示 】
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立教大学 理学研究科 生命理学専攻 博士課程 修了
- 2007年03月
国名：日本国
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立教大学 理学研究科 生命理学専攻 修士課程 修了
- 2004年03月
国名：日本国
学外略歴 【 表示 ／ 非表示 】
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学習院大学理学部生命科学科 助教
2019年10月 - 2024年03月
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立教大学 理学部 生命理学科 助教
2015年04月 - 2019年09月
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中央大学理工学部応用化学科 助教
2010年04月 - 2015年03月
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東京大学 醗酵学研究室 日本学術振興会特別研究員
2007年04月 - 2010年03月
論文 【 表示 ／ 非表示 】
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RecN spatially and temporally controls RecA-mediated repair of DNA double-strand breaks. 査読あり 国際誌
Shunsuke Noda, Genki Akanuma, Kenji Keyamura, Takashi Hishida
The Journal of biological chemistry 299 ( 12 ) 105466 - 105466 2023年12月
記述言語：英語 掲載種別：研究論文（学術雑誌）
RecN, a bacterial structural maintenance of chromosomes-like protein, plays an important role in maintaining genomic integrity by facilitating the repair of DNA double-strand breaks (DSBs). However, how RecN-dependent chromosome dynamics are integrated with DSB repair remains unclear. Here, we investigated the dynamics of RecN in response to DNA damage by inducing RecN from the PBAD promoter at different time points. We found that mitomycin C (MMC)-treated ΔrecN cells exhibited nucleoid fragmentation and reduced cell survival; however, when RecN was induced with arabinose in MMC-exposed ΔrecN cells, it increased a level of cell viability to similar extent as WT cells. Furthermore, in MMC-treated ΔrecN cells, arabinose-induced RecN colocalized with RecA in nucleoid gaps between fragmented nucleoids and restored normal nucleoid structures. These results suggest that the aberrant nucleoid structures observed in MMC-treated ΔrecN cells do not represent catastrophic chromosome disruption but rather an interruption of the RecA-mediated process. Thus, RecN can resume DSB repair by stimulating RecA-mediated homologous recombination, even when chromosome integrity is compromised. Our data demonstrate that RecA-mediated presynapsis and synapsis are spatiotemporally separable, wherein RecN is involved in facilitating both processes presumably by orchestrating the dynamics of both RecA and chromosomes, highlighting the essential role of RecN in the repair of DSBs.
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Natsuki Sugaya, Shion Tanaka, Kenji Keyamura, Shunsuke Noda, Genki Akanuma, Takashi Hishida
Genes & Genetic Systems 2023年
掲載種別：研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元：Genetics Society of Japan
DOI： 10.1266/ggs.23-00013
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Diploid-associated adaptation to chronic low-dose UV irradiation requires homologous recombination in Saccharomyces cerevisiae. 査読あり 国際誌
Mana Shibata, Kenji Keyamura, Takuya Shioiri, Shunsuke Noda, Genki Akanuma, Takashi Hishida
Genetics 222 ( 1 ) 2022年08月
記述言語：英語 掲載種別：研究論文（学術雑誌）
Ultraviolet-induced DNA lesions impede DNA replication and transcription and are therefore a potential source of genome instability. Here, we performed serial transfer experiments on nucleotide excision repair-deficient (rad14Δ) yeast cells in the presence of chronic low-dose ultraviolet irradiation, focusing on the mechanisms underlying adaptive responses to chronic low-dose ultraviolet irradiation. Our results show that the entire haploid rad14Δ population rapidly becomes diploid during chronic low-dose ultraviolet exposure, and the evolved diploid rad14Δ cells were more chronic low-dose ultraviolet-resistant than haploid cells. Strikingly, single-stranded DNA, but not pyrimidine dimer, accumulation is associated with diploid-dependent fitness in response to chronic low-dose ultraviolet stress, suggesting that efficient repair of single-stranded DNA tracts is beneficial for chronic low-dose ultraviolet tolerance. Consistent with this hypothesis, homologous recombination is essential for the rapid evolutionary adaptation of diploidy, and rad14Δ cells lacking Rad51 recombinase, a key player in homologous recombination, exhibited abnormal cell morphology characterized by multiple RPA-yellow fluorescent protein foci after chronic low-dose ultraviolet exposure. Furthermore, interhomolog recombination is increased in chronic low-dose ultraviolet-exposed rad14Δ diploids, which causes frequent loss of heterozygosity. Thus, our results highlight the importance of homologous recombination in the survival and genomic stability of cells with unrepaired lesions.
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Diverse relationships between metal ions and the ribosome. 査読あり 国際誌
Genki Akanuma
Bioscience, biotechnology, and biochemistry 85 ( 7 ) 1582 - 1593 2021年06月
担当区分：筆頭著者, 責任著者 記述言語：英語 掲載種別：研究論文（学術雑誌）
The ribosome requires metal ions for structural stability and translational activity. These metal ions are important for stabilizing the secondary structure of ribosomal RNA, binding of ribosomal proteins to the ribosome, and for interaction of ribosomal subunits. In this review, various relationships between ribosomes and metal ions, especially Mg2+ and Zn2+, are presented. Mg2+ regulates gene expression by modulating the translational stability and synthesis of ribosomes, which in turn contribute to the cellular homeostasis of Mg2+. In addition, Mg2+ can partly complement the function of ribosomal proteins. Conversely, a reduction in the cellular concentration of Zn2+ induces replacement of ribosomal proteins, which mobilizes free-Zn2+ in the cell and represses translation activity. Evolutional relationships between these metal ions and the ribosome are also discussed.
DOI： 10.1093/bbb/zbab070
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Evolution of Ribosomal Protein S14 Demonstrated by the Reconstruction of Chimeric Ribosomes in Bacillus subtilis. 査読あり 国際誌
Genki Akanuma, Fujio Kawamura, Satoru Watanabe, Masaki Watanabe, Fumiya Okawa, Yousuke Natori, Hideaki Nanamiya, Kei Asai, Taku Chibazakura, Hirofumi Yoshikawa, Akiko Soma, Takashi Hishida, Yasuyuki Kato-Yamada
Journal of bacteriology 203 ( 10 ) 2021年04月
担当区分：筆頭著者, 責任著者 記述言語：英語 掲載種別：研究論文（学術雑誌）
Ribosomal protein S14 can be classified into three types. The first, the C+ type has a Zn2+ binding motif and is ancestral. The second and third are the C- short and C- long types, neither of which contain a Zn2+ binding motif and which are ca. 90 residues and 100 residues in length, respectively. In the present study, the C+ type S14 from Bacillus subtilis ribosomes (S14BsC+) were completely replaced by the heterologous C- long type of S14 from Escherichia coli (S14Ec) or Synechococcus elongatus (S14Se). Surprisingly, S14Ec and S14Se were incorporated fully into 70S ribosomes in B. subtilis However, the growth rates as well as the sporulation efficiency of the mutants harboring heterologous S14 were significantly decreased. In these mutants, the polysome fraction was decreased and the 30S and 50S subunits accumulated unusually, indicating that cellular translational activity of these mutants was decreased. In vitro analysis showed a reduction in the translational activity of the 70S ribosome fraction purified from these mutants. The abundance of ribosomal proteins S2 and S3 in the 30S fraction in these mutants was reduced while that of S14 was not significantly decreased. It seems likely that binding of heterologous S14 changes the structure of the 30S subunit, which causes a decrease in the assembly efficiency of S2 and S3, which are located near the binding site of S14. Moreover, we found that S3 from S. elongatus cannot function in B. subtilis unless S14Se is present.IMPORTANCE S14, an essential ribosomal protein, may have evolved to adapt bacteria to zinc-limited environments by replacement of a zinc-binding motif with a zinc-independent sequence. It was expected that the bacterial ribosome would be tolerant to replacement of S14 because of the previous prediction that the spread of C- type S14 involved horizontal gene transfer. In this study, we completely replaced the C+ type of S14 in B. subtilis ribosome with the heterologous C- long type of S14 and characterized the resulting chimeric ribosomes. Our results suggest that the B. subtilis ribosome is permissive for the replacement of S14, but coevolution of S3 might be required to utilize the C- long type of S14 more effectively.
DOI： 10.1128/JB.00599-20
MISC 【 表示 ／ 非表示 】
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Regulatory C-terminal domain of the ε subunit in FoF1 ATP synthase is important to maintain cellular membrane potential by activating ATP-dependent H+ pumping in Bacillus subtilis
Kato-Yamada Y, Akanuma G, Tagana T, Sawada M, Suzuki S, Shimada T, Tanaka K, Kawamura F
Biochimica et Biophysica Acta - Bioenergetics 1859 e78 2018年08月
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Stearyl alcohol, one of the most effective lipase-super-inducers, not only induces the expression of virulence related genes but also induces the production of polyester in Ralstonia sp NT80
Ishizuka M, Akanuma G, Yoshizawa R, Nagakura M, Shiwa Y, Watanabe S, Yoshikawa H, Ushio K
FEBS Journal 282 195 2015年06月
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Characterization of group I introns in bacterial flagellin gene and homing endonuclease from thermophilic Bacillus sp Kps3
Ishizuka M, Umano W, Ishibashi N, Hayakawa J, Akanuma G
FEBS Journal 281 678 2014年06月
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A study of rpsN and yhzA genes, coding for two types of S14 ribosomal protein in Bacillus subtilis
Yousuke Natori, Genki Akanuma, Hideaki Nanamiya, Fujio Kawamura
GENES & GENETIC SYSTEMS 81 ( 6 ) 442 - 442 2006年12月
記述言語：英語 掲載種別：研究発表ペーパー・要旨（国際会議） 出版者・発行元：GENETICS SOC JAPAN
科研費（文科省・学振）獲得実績 【 表示 ／ 非表示 】
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グアニン四重鎖DNAの適切な複製に必要なMgs1機能の解明
研究課題/領域番号：23K05014 2023年04月 - 2026年03月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(C)
赤沼 元気
配分額：4810000円 （ 直接経費：3700000円 、 間接経費：1110000円 ）
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慢性的DNA損傷ストレス耐性におけるリボソームの役割
研究課題/領域番号：20K05790 2020年04月 - 2023年03月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(C)
赤沼 元気
配分額：4160000円 （ 直接経費：3200000円 、 間接経費：960000円 ）
本年度は主に、染色体異数化によるリボソームタンパク質遺伝子欠損株の増殖速度回復と、DNA損傷ストレス耐性低下に関する解析を行った。
リボソームタンパク質L42B欠損株以外にも、6種のリボソームタンパク質欠損株について、染色体異数化による増殖速度回復が見られるかを検討し、全てのサプレッサー変異株でパラログ遺伝子がコードされている染色体の倍加を確認した。これらの株では、DNA損傷剤や複製阻害剤への感受性増加が認められたが、感受性増加の程度は株によって大きく異なっており、増加した染色体とパラログ遺伝子の種類によってDNA損傷ストレス耐性への影響は変化すると考えられた。
出芽酵母は通常１倍体として増殖するが、２倍体化することで環境に適応する例が知られている。L42B欠損株でも2倍体化によりパラログ遺伝子が2コピーとなるため、増殖速度の回復が予想されるが、L42B欠損株から細胞増殖速度が回復した２倍体は得られていない。そこで、２倍体細胞のL42BとL42Aの遺伝子コピー数を制限した株を作製して調査した。L42A遺伝子のみ２コピー保持する2倍体株の増殖速度は１倍体のL42B欠損株とほとんど変わらず、80Sやpolysomeの含有量の増加も認められなかった。恐らく2コピーのL42A遺伝子では2倍体細胞に十分な量のリボソームタンパク質を供給できないことが原因と考えられる。
L42B欠損株のサプレッサー変異株ではDNA損傷ストレス耐性が低下するが、この表現型を抑圧する変異株の単離を試みた。サプレッサー変異株からMMS耐性株を選択し、そこから異数性が解消された株を除いた。これらの株のゲノム塩基配列を次世代シーケンサーで解析したところ、多くの変異がリボソーム合成や翻訳に関わる遺伝子から検出された。今回の結果は細胞の翻訳活性低下がタンパク質の不均衡解消に一定の効果があることを示すものである。 -
リパーゼ超誘導分泌の分子機構解明と有用蛋白質大量生産システムの構築
研究課題/領域番号：18K05414 2018年04月 - 2023年03月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(C)
石塚 盛雄, 赤沼 元気
配分額：4290000円 （ 直接経費：3300000円 、 間接経費：990000円 ）
Stearyl alcohol(StOH、高級アルコール)等の培養培地への添加による界面活性タンパク質（EliA）とリパーゼ（lipase）超発現・超分泌、及び生分解性ポリエステルのpolyhydroxyalkanoate（PHA）の細胞内大量蓄積時に、発現量増加タンパク質の中から、プロテオーム解析によりアルコール脱水素酵素（AdhA）が同定され、その遺伝子（adhA）欠損株ではlipase生産量が低下することが判明している。相同組換え技術によりadhA相補株の作製に成功し、StOHを加えた時のAdhA・lipase活性が野生株培養時のAdhA・lipase活性と同程度まで回復したので、StOHによるlipase超発現・超分泌にはAdhAの発現が必須であることが判明した。AdhAによるStOHの酸化を経由したaldehyde、脂肪酸への酸化、β-酸化経路によるアセチルCoAの大量蓄積、生分解性ポリエステルのpolyhydroxyalkanoate（PHA）の大量蓄積経路の推定が可能になった意義は大きい。研究代表者らの今までの研究により、二種類のlipaseと一種類のカルボン酸エステルesteraseが見出され、その遺伝子配列、発現タンパク質の性質の一部が判明した。二種類のlipaseは共に50℃でも安定で、超発現誘導・分泌生産可能であり、例えばNT80-lipaseはt-buthyl-3-acetoxy-butanoate、NT92-lipaseはEthyl-2-heptanoateに良好な立体選択性を有し、部位特異的アミノ酸置換法で熱安定性に寄与するアミノ酸残基についても徐々に解明されてきたので、このままでも実用的応用が可能である。NT80-esteraseはlactone特異的酵素作用があるが、熱に不安定な為、分子進化工学的手法により12℃の熱安定性向上に成功している。
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細胞内Mg2+濃度とリボソームの相関関係解明と応用
研究課題/領域番号：17K15253 2017年04月 - 2020年03月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 若手研究(B)
赤沼 元気
配分額：4290000円 （ 直接経費：3300000円 、 間接経費：990000円 ）
本研究では細胞内のマグネシウムイオン（Mg2+）濃度変化に対してどのような影響を受けるのかを検証した。細胞内Mg2+濃度の増加に際しては、リボソームの翻訳活性低下が観察されたが、リボソームを新規合成する傾向も見られた。一方Mg2+濃度低下時には70Sリボソームが分解されることが分かった。今回の結果から、細胞の1/4のMg2+をキレートするリボソームが、Mg2+の貯蔵庫として機能する可能性が示唆された。
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高級アルコールによるリパーゼとポリエステル生産誘導機構の解明
研究課題/領域番号：26450101 2014年04月 - 2017年03月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(C)
赤沼 元気, 石塚 盛雄
配分額：5070000円 （ 直接経費：3900000円 、 間接経費：1170000円 ）
ステアリルアルコールによるリパーゼ生産菌のリパーゼとポリエステル生産誘導機構について調査し、リパーゼの発現を誘導する転写因子の同定に成功した。また、ステアリルアルコールによって発現誘導されるアルコール脱水素酵素を発見し、この酵素がリパーゼの発現誘導に重要であることを見出した。さらに、ステアリルアルコールに対する細胞の反応全般に分泌タンパク質EliAが必要であることを発見した。
その他競争的資金獲得実績 【 表示 ／ 非表示 】
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原始的リボソームの構築と進化の考察
2022年04月 - 2024年03月
公益財団法人発酵研究所 公益財団法人発酵研究所平成22年度一般研究助成
赤沼元気
担当区分：研究代表者
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2013年
産学が連携した研究開発成果の展開 研究成果展開事業 研究成果最適展開支援プログラム(A-STEP) 探索タイプ
赤沼 元気
リパーゼ発現誘導促進タンパク質EliAを高発現させることで、Ralstonia sp. NT80株においてステアリルアルコールによるリパーゼ生産誘導時間を12時間短縮させることに成功した。さらに、リパーゼの工業生産に利用されているBurkholderia glumaeにおいて、生産誘導までの時間、誘導効率ともに一般的な誘導剤であるオリーブオイルよりもステアリルアルコールが優れたリパーゼ誘導剤であることを見出した。また、ステアリルアルコールによるリパーゼ誘導時には、リパーゼの比活性を向上させる因子も同時に発現誘導されていることをin vitroで証明した。EliAのより安定かつ恒常的な発現系構築と、リパーゼ比活性向上因子の同定が今後の課題として残されているが、技術移転を目指した研究開発へのステップアップの可能性が示されたと言える。
共同研究実施実績 【 表示 ／ 非表示 】
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原始的リボソームの作製と進化の考察
2020年04月 - 2025年07月
公益財団法人大隅基礎科学創成財団 微生物機能探究コンソーシアム活動費
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リボソームプロファイルの取得
2019年04月 - 2023年03月
三菱商事ライフサイエンス