2016 Fiscal Year Annual Research Report
酵母における遺伝的変化によるフェロモン／受容体の共進化
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15J03416
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| Research Institution | National Institute of Genetics |
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Principal Investigator |
清家 泰介 国立遺伝学研究所, 系統生物研究センター, 特別研究員(PD)
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2015-04-24 – 2018-03-31
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| Keywords | 分裂酵母 / 性フェロモン / Gタンパク質共役型受容体 / 生殖隔離 / 種分化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
過去に、分裂酵母Schizosaccharomyces pombeのフェロモンと受容体遺伝子のそれぞれを協調的に改変し、野生型集団から生殖隔離された新しい交配型細胞の作製に成功した (Seike et al., Proc Natl Acad Sci USA, 2015)。この実験室での成功は、自然界でもフェロモンと受容体の遺伝的な変化が生殖隔離を引き起こしうることを強く示唆している。しかし、フェロモンと受容体がその特異性を保ちつつ、変化するメカニズムはよく分かっていない。そこで本研究では、Schizosaccharomyces属の4種間の比較解析により、フェロモン系がどのようにして進化してきたかを解析し、共進化の実態解明に挑む。
平成28年度では、Sz. pombeとSz. octosporus間の遺伝学的解析を中心に行った。M型細胞から分泌される性フェロモンM-factorは種特異的に作用することが分かったので、両種間のM-factorで異なる3アミノ酸を一つずつ入れ替えた。その結果、M-factorの7番目のアミノ酸残基の置換が認識特異性を大きく変えていることを見出した。また受容体の方は、220-233に位置する領域がM-factorの認識に重要で、第6番目の膜貫通領域と第3番目の細胞外ループの間の部分が、どうやらM-factorの結合に重要であるらしいことが示唆された。
さらにSz. octosporusの遺伝子組換え技術の開発・ヘテロタリック株の作製に成功した。また培地の検討を行い、この種の交配に適切な条件も決定した。この成果はすでに論文投稿し、現在Revise中である。
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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
平成28年度は引き続き、分裂酵母Sz. pombeと近縁種Sz. octosporus間におけるフェロモンと受容体の認識特異性の検証を行った。M-factorはそれぞれ種特異的に作用することが前年度の結果から分かったので、両種間で異なる3つのアミノ酸に注目し、1つずつ部位特異的に入れ替えた変異型M-factorをin vitroで作製した。その結果、Sz. octosporusのM-factorの7番目のアミノ酸がアラニン残基に置換されているため (Sz. pombeではチロシン残基)に、Sz. pombeに対して作用しないことが明らかになった。
M-factorの認識では、受容体の204-264に位置する領域をさらに8つに分割して両種間で入れ替える実験を行い、220-233に位置する領域がフェロモンの認識能を大きく変えることを見出した。この部分でM-factorが結合する可能性は高く、これは大きな進展と言える。
またこれまでほとんど研究に使用されてこなかったSz. octosporusの培地の検討を行い、遺伝子組換え技術の開発・ヘテロタリック株の作製にも成功した。この成果はすでに論文投稿し、現在Revise中である。
本年度では、Sz. japonicusを対象とした実験はほとんどできなかったので、これは来年度に優先的に行いたいと思う。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度では、Sz. japonicusにおいて同様の比較解析を行いたいと考えている。ただし、この種においてはM-factorの構造遺伝子が分かっていない。そこでまずは、該当遺伝子の同定が先決である。培地中からM-factorを部分精製し、質量分析によりSz. japonicusのM-factorの構造/修飾を決定する。その明らかになったペプチドの一次配列からゲノム上の位置を特定し、遺伝子の同定を試みる。構造が決まったM-factorは人工合成し、細胞へ添加することにより活性測定を行う。近縁種間での交叉反応により、認識特異性の検証を行う。この一連の研究により、受容体がフェロモンを受け取る仕組みの解明も期待できる。
また最終年度であるので、これまでの成果を論文にまとめ、国際一流誌への掲載を目指す。
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