Global study of haploinsufficient genes in Saccharomyces cerevisiae

• Project/Area Number: 19H03205
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 43050:Genome biology-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Ohya Yoshikazu 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (20183767)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000); Fiscal Year 2021: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2020: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2019: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
• Keywords: ハプロ不全性 / 出芽酵母 / CCTシャペロニン複合体 / 不十分量仮説 / CalMorph / 形態解析 / 細胞形態 / シャペロニンCCT / 形態表現型 / フェノーム

Outline of Research at the Start

ハプロ不全は二倍体生物のヘテロ接合体で機能欠損側の表現型が現れる遺伝現象であるが、そのメカニズムはほとんど明らかになっていなかった。今までハプロ不全は稀に見られる現象であると考えられてきたが、研究代表者らは最近出芽酵母変異株において半数以上の必須遺伝子ヘテロ破壊株が形態的にハプロ不全性を示すことを明らかにした。そこで本研究ではまず、形態的にハプロ不全性が生じる分子メカニズムを出芽酵母で網羅的に解析する。ハプロ不全性が起こりやすくなる条件、起こりにくくなる条件を明らかにする。この知見を踏まえて形態的なハプロ不全性を利用した化合物の細胞内標的方法を開発する。

Outline of Final Research Achievements

The purpose of this study is to elucidate the molecular mechanism of haploinsufficiency in essential genes of Saccharomyces cerevisiae. Using all 8 genes (TCT1, CCT2-CCT8) that encode the subunits of the chaperonin CCT complex essential for cell proliferation, it was examined whether overexpression of the genes shows the same morphological phenotypes as haploinsufficient morphological phenotypes. As a result, no significant morphological change was observed even after overexpression. This result denied the balance hypothesis that the same morphological phenotype appears whether the gene expression level was increased or decreased, and supported the insufficient amount hypothesis.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ヒト遺伝病データベース(OMIM)によると、ハプロ不全性様式のヒトの優性遺伝病は現在700件以上の登録がされている。ヒトゲノムの解析からハプロ不全性遺伝子に対する興味が高まる中で、本研究では遺伝子操作と表現型解析が容易に行える出芽酵母の利点を生かしてハプロ不全性のメカニズムに実験的にアプローチした。得られた結果からは、ハプロ不全性のメカニズムとして不十分量仮説が支持されるようになり、ハプロ不全様式の優性遺伝病の理解に役立つ知見が得られた。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ストラスブルグ大学(フランス)
• [Int'l Joint Research] トロント大学(カナダ)
• [Journal Article] AI-based forecasting of ethanol fermentation using yeast morphological data. (2021)
  • Author(s): Itto-Nakama K, Watanabe S, Kondo N, Ohnuki S, Kikuchi R, Nakamura T, Ogasawara W, Kasahara K, Ohya Y.
  • Journal Title: Biosci Biotechnol Biochem. Volume: 86 Issue: 1 Pages: 125-134
  • DOI: 10.1093/bbb/zbab188
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Are droplets really suitable for single-cell analysis? A case study on yeast in droplets. (2021)
  • Author(s): Nakagawa Y, Ohnuki S, Kondo N, Itto-Nakama K, Ghanegolmohammadi F, Isozaki A, Ohya Y, Goda K.
  • Journal Title: Lab Chip. Volume: 21 Issue: 19 Pages: 3793-3803
  • DOI: 10.1039/d1lc00469g
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Defining Functions of Mannoproteins in Saccharomyces cerevisiae by High-Dimensional Morphological Phenotyping. (2021)
  • Author(s): Ghanegolmohammadi F, Okada H, Liu Y, Itto-Nakama K, Ohnuki S, Savchenko A, Bi E, Yoshida S, Ohya Y.
  • Journal Title: J Fungi (Basel). Volume: 7 Issue: 9 Pages: 769-769
  • DOI: 10.3390/jof7090769
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Poacic acid, a β-1,3-glucan-binding antifungal agent, inhibits cell-wall remodeling and activates transcriptional responses regulated by the cell-wall integrity and high-osmolarity glycerol pathways in yeast. (2021)
  • Author(s): Garcia R, Itto-Nakama K, Rodriguez-Pena JM, Chen X, Sanz AB, de Lorenzo A, Pavon-Verges M, Kubo K, Ohnuki S, Nombela C, Popolo L, Ohya Y, Arroyo J.
  • Journal Title: FASEB J. Volume: 10 Issue: 9 Pages: 1299-1299
  • DOI: 10.1096/fj.202100278r
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Genome Editing to Generate Sake Yeast Strains with Eight Mutations That Confer Excellent Brewing Characteristics. (2021)
  • Author(s): Chadani T, Ohnuki S, Isogai A, Goshima T, Kashima M, Ghanegolmohammadi F, Nishi T, Hirata D, Watanabe D, Kitamoto K, Akao T, Ohya Y.
  • Journal Title: Cells Volume: 10 Issue: 6 Pages: 1299-1299
  • DOI: 10.3390/cells10061299
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The kinetic landscape and interplay of protein networks in cytokinesis. (2020)
  • Author(s): Okada H, MacTaggart B, Ohya Y, Bi E.
  • Journal Title: iScience Volume: 24 Issue: 1 Pages: 101917-101917
  • DOI: 10.1016/j.isci.2020.101917
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Genetic profiling of protein burden and nuclear export overload. (2020)
  • Author(s): Kintaka R, Makanae K, Namba S, Kato H, Kito K, Ohnuki S, Ohya Y, Andrews BJ, Boone C, Moriya H.
  • Journal Title: Elife Volume: 9
  • DOI: 10.7554/elife.54080
  • NAID: 120006941058
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Sequentially addressable dielectrophoretic array for high-throughput sorting of large-volume biological compartments (2020)
  • Author(s): A Isozaki, Y Nakagawa, M H Loo, Y Shibata, N Tanaka, D L Setyaningrum, J-W Park, Y Shirasaki, H Mikami, D Huang, H Tsoi, C T Riche, T Ota, H Miwa, Y Kanda, T Ito, K Yamada, O Iwata, K Suzuki, S Ohnuki, Y Ohya, Y Kato, T Hasunuma, S Matsusaka, M Yamagishi, M Yazawa, S Uemura, K Nagasawa, H Watarai, D Di Carlo, K Goda
  • Journal Title: Science Advances Volume: 29 Issue: 22 Pages: 1-11
  • DOI: 10.1126/sciadv.aba6712
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Callose Synthesis Suppresses Cell Death Induced by Low-Calcium Conditions in Leaves (2020)
  • Author(s): Shikanai Yusuke、Yoshida Ryosuke、Hirano Tomoko、Enomoto Yusuke、Li Baohai、Asada Mayu、Yamagami Mutsumi、Yamaguchi Katsushi、Shigenobu Shuji、Tabata Ryo、Sawa Shinichiro、Okada Hiroki、Ohya Yoshikazu、Kamiya Takehiro、Fujiwara Toru
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: 182 Issue: 4 Pages: 2199-2212
  • DOI: 10.1104/pp.19.00784
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 6 Virtual-freezing fluorescence imaging flow cytometry. (2020)
  • Author(s): Mikami H, Kawaguchi M, Huang CJ, Matsumura H, Sugimura T, Huang K, Lei C, Ueno S, Miura T, Ito T, Nagasawa K, Maeno T, Watarai H, Yamagishi M, Uemura S, Ohnuki S, Ohya Y, Kurokawa H, Matsusaka S, Sun CW, Ozeki Y, Goda K.
  • Journal Title: Nat Commun. Volume: 6 Issue: 1 Pages: 1162-1162
  • DOI: 10.1038/s41467-020-14929-2
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 「メンデルの優性の法則」の今 (2020)
  • Author(s): 大矢禎一
  • Journal Title: 化学と生物 Volume: 58 Pages: 75-76
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Genome editing to generate nonfoam-forming sake yeast strains (2019)
  • Author(s): Shinsuke Ohnuki, Mao Kashima, Toshikazu Yamada, Farzan Ghanegolmohammadi, Yan Zhou, Tetsuya Goshima, Jun-ichi Maruyama, Katsuhiko Kitamoto, Dai Hirata, Takeshi Akao, Yoshikazu Ohya
  • Journal Title: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry Volume: 83 Issue: 8 Pages: 1583-1593
  • DOI: 10.1080/09168451.2019.1631146
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] History, lineage and phenotypic differentiation of sake yeast. (2019)
  • Author(s): Ohya Y, Kashima M
  • Journal Title: Biosci Biotechnol Biochem Volume: 83 Issue: 8 Pages: 1442-1448
  • DOI: 10.1080/09168451.2018.1564620
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cucurbitacin B Exerts Antiaging Effects in Yeast by Regulating Autophagy and Oxidative Stress (2019)
  • Author(s): Lin Y, Kotakeyama Y, Li J, Pan Y, Matsuura A, Ohya Y, Yoshida M, Xiang L, Qi J.
  • Journal Title: Oxid Med Cell Longev Volume: 2019 Pages: 4517091-4517091
  • DOI: 10.1155/2019/4517091
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] CCT複合体のサブユニットをコードする遺伝子が示すハプロ不全性の分子メカニズムの研究 (2021)
  • Author(s): ◯山本 一輝、大貫慎輔、大矢禎一
  • Organizer: 酵母遺伝学フォーラム（岡崎）
• [Presentation] 真菌細胞壁のβ-1,6-グルカン合成を阻害するジェルビンの作用機序の解析 (2021)
  • Author(s): ◯一刀かおり、稲田恵理、久保佳蓮、山中大輔、 安達禎之、野田陽一、大矢禎一
  • Organizer: 酵母遺伝学フォーラム（岡崎）
• [Presentation] 新規抗真菌剤ポアシジエンの作用メカニズムと抗真菌スペクトルの解析 (2021)
  • Author(s): ◯小川樹、大貫慎輔、一刀かおり、Fachuang Lu、Ashish Ranjan,、 Mehdi Kabbage、Abraham Gebre,、 山下真生、Sheena C. Li、八代田陽子、吉田知史、臼井健郎、Jeff S. Piotrowski、Brenda J. Andrews、 Charles Boone、 Grant W. Brown、John Ralph、大矢禎一
  • Organizer: 酵母遺伝学フォーラム（岡崎）
• [Presentation] CalMorphを用いた出芽酵母モノソミー変異体の形態表現型解析 (2021)
  • Author(s): ◯近藤直子、清水公貴、大貫慎輔、小川志帆、田中誠司、大矢禎一
  • Organizer: 酵母遺伝学フォーラム（岡崎）
• [Presentation] エタノール発酵量を細胞形態からリアルタイムに予想するAIの開発 (2021)
  • Author(s): 一刀かおり、渡部峻、近藤直子、◯大貫慎輔、菊地亮太、中村徹、小笠原渉、笠原堅、大矢禎一
  • Organizer: 酵母遺伝学フォーラム（岡崎）
• [Presentation] 複数の優良醸造特性を持つ清酒酵母のゲノム編集を用いた育種 (2021)
  • Author(s): ◯茶谷朋哉、大貫慎輔、磯谷敦子、五島徹也、鹿島舞央、Farzan Ghanegolmohammadi、西智之、平田大、北本勝ひこ、赤尾健、大矢禎一
  • Organizer: 酵母遺伝学フォーラム（岡崎）
• [Presentation] 微小液滴によるSaccharomyces cerevisiaeの培養と高速分取 (2021)
  • Author(s): ◯中川悠太、大貫慎輔、近藤直子、磯崎瑛宏、大矢禎一、合田圭介
  • Organizer: 酵母遺伝学フォーラム（岡崎）
• [Presentation] 出芽酵母必須遺伝子のハプロ不全性獲得メカニズムの解析 (2019)
  • Author(s): 大貫慎輔
  • Organizer: 分子生物学会
• [Presentation] ゲノム編集による泡なし清酒酵母の作出 (2019)
  • Author(s): 大貫慎輔
  • Organizer: 酵母遺伝学フォーラム
• [Presentation] 真菌の細胞壁に作用する新しい抗真菌薬Jervineの研究 (2019)
  • Author(s): 久保佳蓮
  • Organizer: 酵母遺伝学フォーラム
• [Presentation] 出芽酵母の細胞集団中に含まれる巨大細胞の解析 (2019)
  • Author(s): 福井理沙子
  • Organizer: 酵母遺伝学フォーラム
• [Presentation] セルソータを使った老化細胞の形態解析 (2019)
  • Author(s): 史 文聡
  • Organizer: 酵母遺伝学フォーラム
• [Presentation] 酵母フェノーム研究からわかること (2019)
  • Author(s): 大矢禎一
  • Organizer: 東京大学CRIIM 微生物ウイーク
  • Invited
• [Presentation] Sake yeasts: history and future (2019)
  • Author(s): 大矢禎一
  • Organizer: KAAB International Symposium 2019
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Q-Bio symposium (2019)
  • Author(s): 大矢禎一
  • Organizer: From Genome to Moprhology
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] From Genome to Moprhology (2019)
  • Author(s): 大矢禎一
  • Organizer: "JSPS C2C Japan Half Global Kickoff Symposium"
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] From Genome to Moprhology (2019)
  • Author(s): 大矢禎一
  • Organizer: EAST Yeast meeting
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Patent(Industrial Property Rights)] ゲノム改変微生物株 (2021)
  • Inventor(s): 大矢禎一、茶谷朋哉、赤尾健、五島徹也
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人東京大学、独立行政法人酒類総合研究所
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2021
  • Overseas
• [Patent(Industrial Property Rights)] ８－８ジフェルラ酸誘導体 (2021)
  • Inventor(s): 大矢禎一、一刀かおり、小川樹、アブラハム アベラ ゲブレ他３名
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人東京大学、ウィスコンシン大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2021
• [Patent(Industrial Property Rights)] 酵母の産業適格性予測システム及び方法 (2021)
  • Inventor(s): 大矢禎一、大貫慎輔、呉俊元、増尾直久、岩切亮
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人 東京大学、三菱商事ライフサイエンス株式会社
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2021
• [Patent(Industrial Property Rights)] 抗真菌剤 (2019)
  • Inventor(s): 大矢禎一、久保佳蓮
  • Industrial Property Rights Holder: 大矢禎一、久保佳蓮
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2019-150447
  • Filing Date: 2019
• [Patent(Industrial Property Rights)] 抗真菌剤のスクリーニング方法、及び、真菌病原性発現阻害剤である抗真菌剤 (2019)
  • Inventor(s): 大矢禎一、加藤大騎、長田裕之、平野弘之、関水和久
  • Industrial Property Rights Holder: 大矢禎一、加藤大騎、長田裕之、平野弘之、関水和久
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2019-124887
  • Filing Date: 2019
• [Patent(Industrial Property Rights)] 桂皮酸誘導体の二量体化合物の製造方法 (2019)
  • Inventor(s): 富永健一、嶋本康広、大矢禎一
  • Industrial Property Rights Holder: 富永健一、嶋本康広、大矢禎一
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2019-184436
  • Filing Date: 2019