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Analysis of lethal stress response in insects

Research Project

Project/Area Number 22KJ0339
Project/Area Number (Other) 21J00318 (2021-2022)
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeMulti-year Fund (2023)
Single-year Grants (2021-2022)
Section国内
Review Section Basic Section 44050:Animal physiological chemistry, physiology and behavioral biology-related
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

松村 崇志  筑波大学, 生存ダイナミクス研究センター, 特別研究員(PD) (10985625)

Project Period (FY) 2023-03-08 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywordsストレス / 昆虫 / 個体死 / 細胞死 / プロテアーゼ / 転写因子 / 活性酸素 / カスパーゼ / 神経系
Outline of Research at the Start

Phae1は新規ストレス応答性プロテアーゼ遺伝子である。これまで、致死ストレス応答におけるPhae1の機能は未知であった。去年度までの解析の結果、Phae1の遺伝子発現は致死ストレス特異的に発現が上昇し、神経系でのカスパーゼの活性化に関与することが明らかになった。また、Phae1の変異体は致死ストレス後の生存率を増加させた。さらに、Phae1の発現を制御する転写因子としてzesteを同定した。zesteの変異体はPhae1の発現量を有意に減少させ、Phae1の変異体同様に致死ストレス後の生存率を増加させた。

Outline of Annual Research Achievements

Phae1は新規ストレス応答性プロテアーゼである。Phae1の発現を制御するシグナル経路を同定するために、前年度の研究により樹立したレポーターアッセイシステム(Phae1>luc)を用いて低分子化合物の阻害剤スクリーニングを行った。その結果、mTOR(mammalian target of rapamycin)の阻害剤として知られているラパマイシンの処理によって、ストレス誘導性のPhae1の発現および細胞死誘導が抑制されることを見出した。つぎに、神経系特異的にmTORをノックダウンした場合、致死的な高温ストレス後の生存率が、野生型の個体よりも高くなることが分かった。さらに、2023年度の解析から、Zesteのタンパク質発現量がmTORノックダウンによって抑制されることも分かった。以上の結果から、ストレスによって誘導されるPhae1の発現量はmTOR経路によって制御されている可能性が示唆された。
また、転写因子zesteはPhae1の遺伝子発現を制御する転写因子である。前年度のZeste組み換えタンパク質を用いてゲルシフトアッセイの結果から、ZesteのDNA結合領域がPhae1のプロモーター領域に結合し、DNA-Zesteタンパク質複合体が形成されることを明らかにした。2023年度のChip assayを用いた解析によっても、ZesteがPhae1の上流に結合することを確認できた。以上の結果から、ZesteはPhae1プロモーター領域に直接結合することで、ストレス後のPhae1の発現量を制御していることが示唆された。

Report

(3 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2024 2023 2022 2021

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 2 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Drosophila cytokine GBP2 exerts immune responses and regulates GBP1 expression through GPCR receptor Mthl102024

    • Author(s)
      Ono Masaya、Matsumura Takashi、Sung Eui Jae、Koyama Takashi、Ochiai Masanori、Shears Stephen B.、Hayakawa Yoichi
    • Journal Title

      Insect Biochemistry and Molecular Biology

      Volume: 167 Pages: 104086-104086

    • DOI

      10.1016/j.ibmb.2024.104086

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] N-acetyloxfenicine strongly induces mitohormesis in mice as well as in insects.2023

    • Author(s)
      Matsumura, T., Ono, M., Osada, S., Matsuhisa, F., Ochiai, M. and Hayakawa, Y.
    • Journal Title

      FEBS Letter

      Volume: 597 Issue: 2 Pages: 288-297

    • DOI

      10.1002/1873-3468.14566

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Stress-derived reactive oxygen species enable hemocytes to release activator of growth blocking peptide (GBP) processing enzyme2021

    • Author(s)
      Matsumoto Hitoshi、Ochiai Masanori、Imai Erina、Matsumura Takashi、Hayakawa Yoichi
    • Journal Title

      Journal of Insect Physiology

      Volume: 131 Pages: 104225-104225

    • DOI

      10.1016/j.jinsphys.2021.104225

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Abnormal increases in reactive oxygen species in dying insects infected with nematodes.2021

    • Author(s)
      Tonogawa U, Matsumura T, Ono M, Yoshiga T
    • Journal Title

      Arch Insect Biochem Physiol.

      Volume: - Issue: 2

    • DOI

      10.1002/arch.21758

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Stress-induced organismal death is genetically programed by the Zeste-Phae1 axis2024

    • Author(s)
      Takashi MATSUMURA, Masasuke RYUDA, Hitoshi MATSUMOTO, Takumi KAMIYAMA , Shu KONDO, Yoichi HAYAKWA , Ryusuke NIWA
    • Organizer
      27th European Drosophila Research Conference (EDRC)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Zeste-Phae1 axis is responsible for stress-induced organismal death in fruit fly Drosophila melanogaster2023

    • Author(s)
      Takashi Matsumura, Masasuke Ryuda, Hitoshi Matsumoto, Takumi Kamiyama, Shu Kondo, Yoichi Hayakawa and Ryusuke Niwa
    • Organizer
      第67回日本応用動物昆虫学会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] The induction of organismal death requires Zeste-mediated transcriptional up-regulation of a stress-responsive protease gene Phaedra12022

    • Author(s)
      Takashi Matsumura, Masasuke Ryuda, Hitoshi Matsumoto, Takumi Kamiyama, Shu Kondo, Yoichi Hayakawa and Ryusuke Niwa
    • Organizer
      The 15th Japan Drosophila Research Conference
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Identification and characterization of a novel stress response protease that mediates organismal death induction in Drosophila melanogaster2021

    • Author(s)
      Takashi Matsumura, Masasuke Ryuda, Hitoshi Matsumoto, Takumi Kamiyama, Shu Kondo, Yoichi Hayakawa and Ryusuke Niwa
    • Organizer
      The 14th Japan Drosophila Research Conference
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 個体死誘導に関わるキイロショウジョウバエ新規ストレス応答性プロテアーゼの同定と機能解析2021

    • Author(s)
      Takashi Matsumura, Masasuke Ryuda, Hitoshi Matsumoto, Takumi Kamiyama, Shu Kondo, Yoichi Hayakawa and Ryusuke Niwa
    • Organizer
      第44回日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report

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Published: 2021-05-27   Modified: 2024-12-25  

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