2022 Fiscal Year Annual Research Report
時間タンパク質学：生命の時間を宿す機能的KaiCホモログの探索技術の開発
| Project Area | Chrono-proteinology: principle and design for protein timers |
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| Project/Area Number |
21H05132
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| Research Institution | Institute for Molecular Science |
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Principal Investigator |
向山 厚 分子科学研究所, 協奏分子システム研究センター, 助教 (80647446)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
八木田 和弘 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (90324920)
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| Project Period (FY) |
2021-08-23 – 2024-03-31
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| Keywords | 概日時計 / KaiC / 周波数特性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は概日時計の持つ最も単純な生物の一つであるシアノバクテリアにおいて、24時間に相当する周波数特性を備えた時計タンパク質KaiCの理解、およびそこから得られた知見に基づいて哺乳類における機能的KaiCホモログを探索するための要素技術の開発である。
本年度は、研究代表者（向山）はKaiCのリズミックな構造変化を高感度に検出するためのトリプトファン(Trp)蛍光プローブ挿入部位を探索した。その結果、サイクル中にリン酸基の脱着を繰り返す部位近傍にTrpを挿入したKaiC変異体ではリズムの安定性や周期長を保ちつつ、Trp蛍光を指標としたリズムの振幅が10倍以上増加することを見出した（Mukaiyama et al., Biochem. J. 2022)。
研究分担者（八木田）は哺乳類（マウス）のES細胞を用い、周波数特性の表出の背後にある物質的基盤の解明に取り組んだ。ES細胞の分化誘導に伴う概日時計のリズム発振成立過程に焦点を当て、概日時計振動の形成前後での時計タンパク質複合体の詳細な解析を開始した。
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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
タンパク質に内在するTrp蛍光を指標としたリズム計測法を、従来に比べ10倍強の高感度化に成功し、学術論文として出版することができた。本成果はこれまで見落とされていた変異体にまで解析対象の幅を広げることにつながり、KaiCに潜む周波数特性の実体解明の足がかりとなる技術といえる。一方、機能的KaiCホモログをピックアップする方法論はいまだ開発途上であり、哺乳類系への展開にまで至っていない。これらを総合的に勘案して判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、KaiCの配列および酵素特性を指標として機能的KaiCホモログを探索する技術の整備を進める（向山）。また、概日振動の形成プロセスにおける時計タンパク質複合体の動態に関与する因子を体系的に探索し、取得した候補因子の時間特性解析に取り組む（八木田）。これらのアプローチにより、哺乳類における周波数特性の表出の背後にある物質的基盤の解明を目指す。
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[Journal Article] Regulation mechanisms of the dual ATPase in KaiC2022
Author(s)
Furuike Yoshihiko、Mukaiyama Atsushi、Koda Shin-ichi、Simon Damien、Ouyang Dongyan、Ito-Miwa Kumiko、Saito Shinji、Yamashita Eiki、Nishiwaki-Ohkawa Taeko、Terauchi Kazuki、Kondo Takao、Akiyama Shuji
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Journal Title
Proceedings of the National Academy of Sciences
Volume: 119
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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