| Project/Area Number |
22K15115
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 44010:Cell biology-related
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| Research Institution | National Institutes of Natural Sciences |
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Principal Investigator |
杉山 博紀 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(機構直轄研究施設), 生命創成探究センター, 特別研究員 (90910026)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 分裂酵母 / バイオイメージング / バイオセンサー / GPCR / 光遺伝学 / マイクロ流体デバイス / ライブイメージング |
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| Outline of Research at the Start |
基礎生物学・医薬学上の主要な研究対象であるGタンパク質共役型受容体（GPCR）のリガンドの生体内での時空間的動態はほとんど可視化されていない．実用的な膜局在型のプローブの開発に係るスクリーニング戦略として，人海戦術以外を確立できていないためである．本研究では，分裂酵母の遺伝学・光遺伝学とマイクロ流体デバイスとを緊密に組み合わせることで，膜局在型プローブに汎用可能な大規模なスクリーニング法を開発する．特に，ライブイメージングから得られる動的な情報もとにしてスクリーニングするという観点でも，従来にない方法論となることが期待される．
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| Outline of Annual Research Achievements |
ライブイメージング技術の発達は、細胞機能の動的な機構へのアプローチを開拓しつつある。タンパク質の量の変動は、蛍光タンパク質との融合により比較的容易に把握できるが、あるタンパク質の活性の変動を知るためには、その目的に特化したバイオセンサーの開発が必要である。他方、そうしたバイオセンサーの開発には明確な設計指針はないことが多く、その多くを人海戦術に依拠している。特に、膜局在型のプローブについては、たとえばＧＰＣＲのような医薬学上の応用への期待からニーズは著しいものの、これまでの報告はごく限定的である。
そこで本研究課題では、膜局在型プローブの汎用的開発法の創出を掲げ、分裂酵母をプラットフォームとする、マイクロ流体デバイス技術と光遺伝学を組み合わせた簡易かつハイスループットなスクリーニング系の構築を目指す。
本年度は、実際の光遺伝学系の構築に主として取り組み、基本的な概念実証について概ね良好な成果が得られている。具体的には、分裂酵母の中で働くことのできる転写プロモータについて、その有無によってある興味のある遺伝子の発現レベルを著しく変化させることができること、また、それによって実際に意図した表現型レベルでの違いを誘導できることを示すことができた。現在、照射する光の波長によってこの表現型の差異を誘導するシステムの構築に取り組んでいるところである。特に、ＯＮにするだけでなく、必要ないときには、より強固にＯＦＦにすることができるよう、複数の光遺伝学ツールを組み合わせた系を試行している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初の計画では、本年度中に光遺伝学系の構築を終え、最終年度に当たる来年度は、このスクリーニング系を実際に利用して、対象とするGPCRのセンサー構築に集中することを想定していた。しかし実際には、光遺伝学系の構築自体はおおむね順調に進んでいるものの、スクリーニング系として確立できるまでには至っていない。これは、光によりＯＮにするだけではなく、より積極的にＯＦＦにする機構も含めて検討するなど、より切れの良い、実用的なスクリーニング系とするための当初想定していない追加検討項目を設定したこともあるが、自身の異動に加え、所属研究室自体も別機関へ異動することとなり、実験時間やリソースが想定よりも少なくなってしまった影響も否めない。
他方、マイクロ流体デバイスによる観察という本研究課題のもう一つの柱については、それに関連する仕事が論文としてまとまるなど、順調に進行していると考えている。ただし、前者の検討項目が、本研究課題としてはより中核にあると考え、全体としては「やや遅れている」という自己評価とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度にあたる2024年度は、最低でも、本研究提案の根幹をなす、光遺伝学を用いたスクリーニングシステムの構築を完了する必要がある。これについてはすでに、候補となる光遺伝学ツールのコンストラクト作成は終わっており、それらの動作確認をする段階にあるため、順次進める予定である。
本研究提案では、最終的なスクリーニング系として、マイクロ流体デバイスによる計測との組み合わせを想定している。デバイスを利用した顕微鏡下での観察については、概ねその基礎検討がすすんでおり、光遺伝学ツールの完成次第、速やかに統合を進める。
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