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脱水応答性繊維形成タンパク質が担う新規乾燥耐性原理の解明

Research Project

Project/Area Number 21J11385
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 43010:Molecular biology-related
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

田中 彬寛  東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2021-04-28 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Keywordsクマムシ / 乾燥耐性 / CAHS / 細胞骨格 / 相分離
Outline of Research at the Start

微小動物クマムシは高い乾燥耐性を有しており、乾燥した環境では体内の水分をほとんど失い、代謝を停止して乾燥に耐える。これまでに幾つかの耐性関連タンパク質は同定されてきたが、クマムシの乾燥耐性の分子メカニズムは依然不明である。近年、当研究室で脱水ストレスに応答して可逆的に線維化するクマムシ由来のタンパク質を同定した。この線維化タンパク質は脱水環境下で溶液のゲル化を誘導することから、脱水に応答してクマムシの細胞内がゲル化する仮説を想起した。ゲル構造は保水性や機械的強度の面で乾燥耐性に適した物性である。本研究ではゲル化仮説を実験的に証明し、線維化タンパク質を基盤とした新規乾燥耐性原理の解明を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

クマムシに固有のタンパク質CAHSは、緩やかな脱水を引き起こす高浸透圧ストレスに応答して可逆的に細胞骨格様の線維構造を形成する。脱水ストレスへの顕著な応答性から、CAHS線維の形成はクマムシの乾燥ストレス耐性に重要であると考えられるが、その保護メカニズムは不明だった。高い乾燥耐性能を持つヨコヅナクマムシの生体内と同程度の濃度のCAHS3タンパク質溶液に脱水環境を模擬する薬剤TFEを加え、線維化を誘導するとゲル状に凝固した。この結果からCAHSタンパク質はクマムシ細胞内を脱水ストレス依存にゲル転移している可能性がある。そこでゲル化による物性への影響を調べるために、CAHS3タンパク質を内包する小胞を作成し、ゲル化前後の硬さの計測を行ったところ、ゲル化に依存して小胞に弾性が検出された。CAHS線維が培養細胞においても機械的な強度の向上に寄与するかを明らかにするために、CAHS3恒常発現培養細胞株を作出し、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて、細胞表面の硬さの指標である弾性率を計測した。その結果、線維化の誘導依存に弾性率が向上した。脱水ストレスは細胞体積の減少を引き起こすため、続いて、CAHS線維の形成による体積変化への影響を調べたところ、CAHS3発現細胞では細胞体積の減少が抑制されていた。最後にCAHSの発現による細胞の生存率への影響を調べたところ、CAHS3発現細胞株では高浸透圧ストレス耐性が向上していた。以上の結果から、CAHSタンパク質は脱水ストレス依存に細胞の機械的な強度を向上させることで、脱水にともなう破壊的な変形から細胞を保護するという新たな耐性メカニズムを提唱した。さらに、線維形成能に差のあるCAHSパラログ間でアミノ酸配列を比較解析することで線維形成に関与するモチーフ構造も新たに同定した。

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。

Report

(2 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2023 2022 2021

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results) Funded Workshop (1 results)

  • [Journal Article] Stress-dependent cell stiffening by tardigrade tolerance proteins that reversibly form a filamentous network and gel2022

    • Author(s)
      Tanaka Akihiro、Nakano Tomomi、Watanabe Kento、Masuda Kazutoshi、Honda Gen、Kamata Shuichi、Yasui Reitaro、Kozuka-Hata Hiroko、Watanabe Chiho、Chinen Takumi、Kitagawa Daiju、Sawai Satoshi、Oyama Masaaki、Yanagisawa Miho、Kunieda Takekazu
    • Journal Title

      PLOS Biology

      Volume: 20 Issue: 9 Pages: 3001780-3001780

    • DOI

      10.1371/journal.pbio.3001780

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] クマムシの乾燥耐性を”支える”CAHS線維のはたらき2023

    • Author(s)
      田中 彬寛、本田 玄、柳澤 実穂、國枝 武和
    • Organizer
      第7回クマムシ学研究会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Physiological roles oftardigrade-unique heat-soluble proteins2022

    • Author(s)
      Akihiro Tanaka, Reitaro Yasui, Takekazu Kunieda
    • Organizer
      15th International Symposium on Tardigrada
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Stress-dependent cell-stiffening by tardigrade tolerance proteins CAHS through reversible formation of a cytoskeleton-like filamentous network and gel-transition2022

    • Author(s)
      Akihiro Tanaka, Tomomi Nakano, Kento Watanabe, Kazutoshi Masuda, Gen Honda, Shuichi Kamata, Reitaro Yasui, Hiroko Kozuka-Hata, Chiho Watanabe, Takumi Chinen, Daiju Kitagawa, Satoshi Sawai, Masaaki Oyama, Miho Yanagisawa, Takekazu Kunieda
    • Organizer
      15th International Symposium on Tardigrada
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] クマムシ固有の耐性タンパク質CAHSによるストレス依存的な細胞の機械的強度の向上2022

    • Author(s)
      田中 彬寛、中野 智美、渡邊 健人、増田 和俊、本田 玄、鎌田 周一、安井 玲太朗、渡邊 千穂、知念 拓実、澤井 哲、北川 大樹、 柳澤 実穂、國枝 武和
    • Organizer
      第7回ユニーク会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Cell-protective mechanisms and higher-order structures required for dehydration-like stress-responsive filamentation of the tardigrade-unique tolerance protein CAHS.2022

    • Author(s)
      Akihiro Tanaka, Gen Honda, Satoshi Sawai, Miho Yanagisawa, Takekazu Kunieda
    • Organizer
      第93回日本動物学会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Stress-dependent cell stiffening by tardigrade tolerance proteins CAHS reversibly forming cytoskeleton-like filament networks and gels2022

    • Author(s)
      Akihiro Tanaka, Tomomi Nakano, Kento Watanabe, Kazutoshi Masuda, Gen Honda, Shuichi Kamata, Reitaro Yasui, Satoshi Sawai, Miho Yanagisawa, Takekazu Kunieda
    • Organizer
      第60回日本生物物理学会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] クマムシ固有の繊維化耐性タンパク質CAHSによるストレス依存の細胞硬化と繊維形成に関わる静電相互作用の解明2022

    • Author(s)
      田中 彬寛、本田 玄、澤井 哲、柳澤 実穂、國枝 武和
    • Organizer
      第45回日本分子生物学会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] なぜクマムシは乾燥すると頑強になるのか?2022

    • Author(s)
      田中彬寛、渡邊健人、増田和俊、鎌田周一、柳澤実穂、國枝武和
    • Organizer
      第6回クマムシ学研究会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Stress-dependent cell stiffening by tardigrade tolerance proteins CAHS through reversible formation of cytoskeleton-like filamentous network and gel-transition2022

    • Author(s)
      Akihiro Tanaka, Tomomi Nakano, Kento Watanabe, Kazutoshi Masuda, Gen Honda, Shuichi Kamata, Reitaro Yasui, Hiroko Kozuka-Hata, Chiho Watanabe, Takumi Chinen, Daiju Kitagawa, Satoshi Sawai, Masaaki Oyama, Miho Yanagisawa, Takekazu Kunieda
    • Organizer
      Anhydrobiosis; cheating death and telling the tale. Scientific meeting of The Royal society.
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] クマムシ固有な新規細胞骨格様タンパク質による耐性への寄与の解析2021

    • Author(s)
      田中 彬寛、中野 智美、渡邊 健斗、増田 和俊、鎌田 周一、知念 拓実、北川 大樹、柳澤 実穂、國枝 武和
    • Organizer
      第92回日本動物学会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] クマムシ固有の耐性タンパク質CAHSの 線維/ゲル化メカニズムの解析2021

    • Author(s)
      田中 彬寛、中野 智美、渡邊 健斗、増田 和俊、鎌田 周一、安井 玲太朗、知念 拓実、北川 大樹、柳澤 実穂、國枝 武和
    • Organizer
      第22回極限環境生物学会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] クマムシ固有の乾燥耐性タンパク質による 脱水ストレスに応答した可逆的な細胞骨格様線維/ゲルの形成2021

    • Author(s)
      田中 彬寛、中野 智美、渡邊 健斗、増田 和俊、鎌田 周一、安井 玲太朗、知念 拓実、北川 大樹、柳澤 実穂、國枝 武和
    • Organizer
      第44回日本分子生物学会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Funded Workshop] 15th International Symposium on Tardigrada2022

    • Related Report
      2022 Annual Research Report

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Published: 2021-05-27   Modified: 2024-03-26  

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