| Project/Area Number |
22H04984
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Broad Section G
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| Research Institution | Institute for Molecular Science |
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Principal Investigator |
秋山 修志 分子科学研究所, 協奏分子システム研究センター, 教授 (50391842)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
成田 哲博 名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (30360613)
上久保 裕生 奈良先端科学技術大学院大学, デジタルグリーンイノベーションセンター, 教授 (20311128)
古池 美彦 分子科学研究所, 協奏分子システム研究センター, 助教 (70757400)
向山 厚 福井県立大学, 生物資源学部, 准教授 (80647446)
近藤 孝男 名古屋大学, 理学研究科, 名誉教授 (10124223)
藤原 悟 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子生命科学研究所, 専門業務員 (10354888)
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| Project Period (FY) |
2022-04-27 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥191,100,000 (Direct Cost: ¥147,000,000、Indirect Cost: ¥44,100,000)
Fiscal Year 2024: ¥41,990,000 (Direct Cost: ¥32,300,000、Indirect Cost: ¥9,690,000)
Fiscal Year 2023: ¥41,990,000 (Direct Cost: ¥32,300,000、Indirect Cost: ¥9,690,000)
Fiscal Year 2022: ¥23,140,000 (Direct Cost: ¥17,800,000、Indirect Cost: ¥5,340,000)
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| Keywords | シアノバクテリア / 概日時計 |
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| Outline of Research at the Start |
シアノバクテリアの概日時計研究は、複雑かつ多様な振動現象から冗長性を削ぎ落として単純化する「複雑多様性の単純化」の流れに沿って進展してきたが、研究の舞台が分子～原子スケールに到達した現段階で、更なる単純化を阻む3つの壁に直面している。単純化指向型アプローチにより、時計タンパク質KaiCの構造、活性、そして進化における複雑多様性を単純化し、概日時計の生理学的性質を裏打ちする機能構造相関を解明する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題では、概日時計の複雑多様性に関係する3つの問いを設定し、単純化指向型アプローチをとおして、時計の生理学的3性質の機能構造相関を解明する。我々が世界に先駆けて開発した単一リン酸化振動子を用いて、振動に必須となる最小構成の複雑多様性(アロステリー)を特定する。KaiC分子内におけるATPや加水分解産物(ADP)の寿命を評価する計測基盤を確立し、周期を規定するATPaseの律速過程を特定する。他種現生型／祖先型KaiCの調製と機能解析を行い、概日時計の進化を分子的側面から解明する。
(1)単一リン酸化振動子を用いて、振動に必須となる最小構成の複雑多様性を特定するための生化学実験を実施した。得られた結果をもとにリズム発生に必須となる多型群を絞り込んだ。また、リン酸化率が異なるKaiCについてクライオ電子顕微鏡単粒子解析を実施し、リン酸化率と構造多型の関係性を紐解く重要な観察結果を得た。(2)KaiC分子内における各種ヌクレオチドの寿命を定量的に評価する計測基盤を確立し、周期を規定するATPaseの速度論的解析を実施した。N末端ドメインのATPase反応と、C末端ドメインのATP消費を時間軸方向に分離計測することに成功し、前者の律速過程がATPのγリン酸基を分子内で切断する過程であることを特定した。(3)他種現生型および祖先型のKaiCについて、試料の調製と機能構造解析を実施した。概日時計の進化を分子的側面から解明した。振動能や温度補償能を獲得したであろう重要な進化上の分岐点を特定した。
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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
2022～2023年度にかけて研究を実施し、その間の成果として、雑誌論文8件(うち論文3件、プレプリント1件、総説4件)、海外招待講演1件、国内招待講演21件、図書2件を公表した。項目(1)については、想定していた数に匹敵する構造多型が検出され、それらが計時機能と対応関係にあることが見いだされつつある。また、成果の一部を論文・プレプリントとして発表した。項目(2)については、必須要素技術となる分離計測基盤の確立に成功しており、あとは当初の計画に沿って各種変異体を対象とした実験を進めるだけである。項目(3)については、計画していた全ての実験・解析を完了した。上記のとおり3項目の進捗状況は良好であり、その一部では、当初計画において予見していなかった展開や当初目標を上回る成果が得られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1)多様性分布解析については、リズムが確認された条件の近辺でより細かく混合比率を変えた実験を実施する。(2)異なるリン酸化率での単粒子解析を継続して粒子数を増強しつつ、捕捉された多型の構造モデリングを実施する。(3)周期変異体および温度依存型変異体を対象に解析を進める。(4)成果を論文として投稿するとともに、関連学会で成果を公開する。
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