高温適応進化におけるプロテオスタシスネットワークの挙動とその機能の解明
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20H03302
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 45020:Evolutionary biology-related
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| Research Institution | Toho University |
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Principal Investigator |
岸本 利彦 東邦大学, 理学部, 教授 (90339200)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
河野 暢明 慶應義塾大学, 政策・メディア研究科(藤沢), 准教授 (90647356)
古倉 健嗣 東邦大学, 理学部, 准教授 (30344039)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
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| Keywords | 進化 / 大腸菌 / プロテオスタシス / 高温適応進化 |
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| Outline of Research at the Start |
プロテオスタシスは、生命維持に必須であり、タンパク質の正しいフォールディング、不要タンパク質の分解、およびそれらの制御因子の発現制御などにより維持されている。しかし外部環境変化への適応進化における、プロテオスタシスの挙動に関する知見はほとんど無い。本申請では、大腸菌高温適応進化におけるプロテオスタシスネットワークの挙動とその機能を、①プロテオスタシス制御因子の変異機能解析、②シャペロン系因子のターゲットタンパク質網羅解析、③プロテオスタシス制御転写因子σ32のターゲット遺伝子とその転写制御能の解析、により解明する。本研究により、持続ストレスに対する生命の維持・進化機構の理解が進む。
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| Outline of Annual Research Achievements |
2022年度は下記の研究実績を得た。
１）大腸菌高温適応進化と進化におけるネットワーク解析 2系統の大腸菌高温適応進化により48℃以上で増殖可能となった大腸菌株の至適増殖温度を解析し、第2系統の48.1℃適応株の至適増殖温度が45℃以上となり、実験室進化で中温菌である大腸菌が高温菌に進化したことが判明した。高温適応進化過程の大腸菌株のRNAseq解析、ゲノム解析を実施した。
２）プロテオスタシス制御因子の変異機能解析 ①高温適応進化で ORFに3箇所の変異が固定されたGroELに関して、全ての変異の組み合わせを持つGroEL遺伝子発現系をAnc株に導入・発現し、40℃での増殖特性を確認した。その結果、変異蓄積に従い高温での増殖様式が安定することが確認され、GroEL変異が高温での増殖にポジティブであることが確認された。②シャペロン系因子のターゲットタンパク質の網羅解析 Kernerの 方法(Kerner, Cell, 2005)を用い、Hisタグ付きGroESの発現を行い、GroEL/ES複合体精製の検討を行った。その結果、各種変異型GroELを発現する高温適応進化株からのGroEL/ES複合体精製が確認された。 ③RpoH変異による転写制御能ネットワーク変化の解析 高温適応進化過程におけるrpoH変異前後の大腸菌株を用いたRNAseq解析を行った。その結果、rpoH変異によりプロテオスタシス系８遺伝子全ての発現が上昇していた。その他の遺伝子群の発現は、rpoH変異による大きな影響を受けておらず、rpoH変異はプロテオスタシス系の発現上昇を行うことで、高温適応進化にポジティブな影響を与えていることが示唆された。 ④プロテオスタシス系必須遺伝子変異前後のタンパク質構造変化をAlphaFold2解析し、変異により高温菌の相同タンパク質の構造に似る傾向があることが確認された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
高温適応進化において、実験室進化で種を超える高温菌への進化が起こったことを確認（世界初）。
プロテオスタシス系のネットワーク進化を解析するためのRNAseq解析を実施し、複合体解析の予備検討が完了した。
ネットワーク進化解析の予備検討に着手した。
などにより、順調に進捗していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
上記進捗状況を加味して、プロテオスタシス系を中心とした高温適応進化による細胞内ネットワークの変化の解析を進める。
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Report
(3 results)
Research Products
(14 results)
