物理的相互作用情報を用いたタンパク質の新規進化系統解析と進化モデルの構築

• Project/Area Number: 20J21144
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 43060:System genome science-related
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 山本 楠 慶應義塾大学, 政策・メディア研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2020-04-24 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000); Fiscal Year 2022: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2020: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: タンパク質 / 分子進化 / タンパク質間相互作用 / 遺伝子機能 / タンパク質進化 / DHFR-PCA法 / DNAバーコード

Outline of Research at the Start

先行研究ではタンパク質間相互作用情報を基にした細胞内分子ネットワークの比較情報解析や、２種の生物由来のタンパク質間相互作用の有無を検証から、タンパク質や遺伝子の進化過程を理解しようとする取り組みがなされている。しかしながら、複数種由来のタンパク質の相互作用情報を用いた比較解析を実験的に検証した例は未だかつてない。
本研究では、BFG-Y2H法とBFG-PCA法を併用することによる高精度なスクリーニングの技術的優位性を用いて、異なる10種由来と、配列を予測する祖先型遺伝子のタンパク質間相互作用を網羅的に同定する。これにより、これまでに行われることのなかった統合的なタンパク質の進化解析を実現する。

Outline of Annual Research Achievements

＜概要＞　本研究では、異種タンパク質の相互作用と関連情報からタンパク質複合体の進化についてモデルの構築を行うことが目的である。2022年度は（１）タンパク質間相互作用のスクリーニング　（２）タンパク質置換アッセイ　を実施し、順次データ解析と論文執筆を遂行している。具体的な内容は下記の通りである。
【（１）タンパク質間相互作用のスクリーニング】出芽酵母株のプロテアソームαサブユット７つと遺伝子置換実験に用いた相同遺伝子125の合計132について、その全通りの組合せについてタンパク質間相互作用データ取得・解析を行った。その結果、相同遺伝子間で出芽酵母の他サブユニット間との相互作用の強さが異なることが見出された。
【（２） タンパク質置換アッセイ】昨年度までに構築していた遺伝子置換実験系を用いて、プロテアソーム複合体の7つのβサブユニットをコードする遺伝子をそれぞれ発現抑制する出芽酵母株において14種計125の相同遺伝子について置換実験と評価を行った。結果、置換できる相同遺伝子はオーソログ間に限定されるほか、出芽酵母野生型に対する配列相同性との関連性についてサブユニット間で傾向が大きく異なることが見出された。また、遺伝子置換実験の結果が相互作用の消失に起因することが示唆された。
これらの結果によって、他種のタンパク質が出芽酵母のタンパク質機能を補完できる類似性の限度と、相同遺伝子の置換が細胞生育に及ぼされる影響がタンパク質間相互作用の消失により生じることが明らかになった。上記結果について論文投稿準備中である。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Universite Laval(カナダ)
• [Int'l Joint Research] Landry Laboratory/IBIS/Univeriste Laval(カナダ)
• [Int'l Joint Research] Universitie Laval/IBIS/Landry Laboratory(カナダ)
• [Journal Article] Barcode fusion genetics-protein-fragment complementation assay (BFG-PCA): tools and resources that expand the potential for binary protein interaction discovery (2022)
  • Author(s): Evans-Yamamoto Daniel、Rouleau Francois D、Nanda Piyush、Makanae Koji、Liu Yin、Despres Philippe C、Matsuo Hitoshi、Seki Motoaki、Dube Alexandre K、Ascencio Diana、Yachie Nozomu、Landry Christian R
  • Journal Title: Nucleic Acids Research Volume: gkac045 Issue: 9 Pages: 1-16
  • DOI: 10.1093/nar/gkac045
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Pooled matrix screen of protein interactomes using Barcode Fusion Genetics-Protein-fragment Complementation Assay (BFG-PCA) (2021)
  • Author(s): Daniel Evans-Yamamoto, Francois Rouleau, Piyush Nanda, Koji Makanae, Hitoshi Matsuo, Motoaki Seki, Alexandre K. Dube, Diana Ascencio, Cristian R. Landry and Nozomu Yachie.
  • Organizer: 2021 PROTEO symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Pooled matrix screen of protein interactomes using Barcode Fusion Genetics-Protein-fragment Complementation Assay (BFG-PCA) (2021)
  • Author(s): Daniel Evans-Yamamoto, Francois Rouleau, Piyush Nanda, Koji Makanae, Hitoshi Matsuo, Motoaki Seki, Alexandre K Dube, Diana Ascencio, Cristian R Landry, Nozomu Yachie
  • Organizer: 2021 Cold Spring Harbor meeting: Network Biology, Virtual meeting
  • Int'l Joint Research