Understanding the relationship between aerobic energy metabolisms and cell cycle progression in eukaryotes.

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K18588
• Research Institution: National Institute of Genetics
• Principal Investigator: 藤原 崇之 国立遺伝学研究所, 細胞遺伝研究系, 助教 (10595151)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 概日リズム / 細胞周期 / 真核藻類

Outline of Annual Research Achievements

多くの真核藻類は、昼間に光合成産物を用いて細胞生長を行い、光合成の起こらない夜間に細胞分裂を行う。これは概日リズムに制御された現象で、光合成由来の酸化ストレスのない時間帯にDNA複製や細胞分裂を行い、安全に細胞増殖を行うことに寄与していると考えられる。この機構により、真核藻類は、細胞増殖において好気代謝エネルギー変換によるメリットを最大化していると推察できる。平成29年度は、単細胞紅藻Cyanidioschyzon merolaeを研究材料に用い、概日リズムの形成メカニズムを調べるために時計を司る転写因子の解析を行った。時計遺伝子をホモロジーサーチにより絞り込み、遺伝子欠損株を作成して、明暗周期下の遺伝子発現リズムを網羅的に調べた。得られたトランスクリプトームデータからは、光合成や代謝関連遺伝子の発現強度の低下や、細胞周期制御下にある遺伝子の同調的な遺伝子発現が失われていることがわかった。次に、時計転写因子の遺伝子発現制御メカニズムの一旦を調べるために、細胞内局在を調べた。その結果、日周において特定の時間にのみ細胞核に局在し、この変化によって転写因子としての活性が制御されていることが推察された。さらに日周においてリン酸化レベルが大きく変わることが明らかになり、これが何らかの制御に関わっていることが予想された。さらに、時計転写因子に結合するタンパク質をプロテオーム解析によって明らかにした。これらのことから、時計タンパク質の活性は多重に制御されているとことが予測された。これらの知見は、細胞時計あるいが、どのように代謝関連遺伝子の発現や細胞周期進行の制御を行い、安全な細胞増殖と関連しているのかという問題を理解することに役立つと考えられる。

Research Products

• [Journal Article] Cell size for commitment to cell division and number of successive cell divisions in multicellular volvocine green algae Tetrabaena socialis and Gonium pectorale. (2017)
  • Author(s): Jong LW, Fujiwara T, Nozaki H, Miyagishima SY.
  • Journal Title: Proc Jpn Acad Ser B Phys Biol Sci. Volume: 93 Pages: 832-840
  • DOI: doi: 10.2183/pjab.93.052.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Evolution of cytokinesis-related protein localization during the emergence of multicellularity in volvocine green algae. (2017)
  • Author(s): Arakaki Y, Fujiwara T, Kawai-Toyooka H, Kawafune K, Featherston J, Durand PM, Miyagishima SY, Nozaki H.
  • Journal Title: BMC Evol Biol. Volume: 17 Pages: 243
  • DOI: doi: 10.1186/s12862-017-1091-z.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Glycosyltransferase MDR1 assembles a dividing ring for mitochondrial proliferation comprising polyglucan nanofilaments. (2017)
  • Author(s): Yoshida Y, Kuroiwa H, Shimada T, Yoshida M, Ohnuma M, Fujiwara T, Imoto Y, Yagisawa F, Nishida K, Hirooka S, Misumi O, Mogi Y, Akakabe Y, Matsushita K, Kuroiwa T.
  • Journal Title: Proc Natl Acad Sci U S A. Volume: 114 Pages: 13284-13289
  • DOI: doi: 10.1073/pnas.1715008114.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Acidophilic green algal genome provides insights into adaptation to an acidic environment. (2017)
  • Author(s): Hirooka S, Hirose Y, Kanesaki Y, Higuchi S, Fujiwara T, Onuma R, Era A, Ohbayashi R, Uzuka A, Nozaki H, Yoshikawa H, Miyagishima SY.
  • Journal Title: Proc Natl Acad Sci U S A. Volume: 114 Pages: E8304-E8313
  • DOI: doi: 10.1073/pnas.1707072114.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Development of a Double Nuclear Gene-Targeting Method by Two-Step Transformation Based on a Newly Established Chloramphenicol-Selection System in the Red Alga Cyanidioschyzon merolae. (2017)
  • Author(s): Fujiwara T, Ohnuma M, Kuroiwa T, Ohbayashi R, Hirooka S, Miyagishima SY.
  • Journal Title: Front Plant Sci. Volume: 8 Pages: 343
  • DOI: doi: 10.3389/fpls.2017.00343. eCollection 2017.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 真核藻類の日周リズムと細胞周期進行における遺伝子発現変動の網羅的解析 (2017)
  • Author(s): 藤原崇之、廣岡俊亮、大林龍胆、宮城島進也
  • Organizer: 日本植物学会第81回大会
• [Book] Cyanidioschyzon merolae A New Model Eukaryote for Cell and Organelle Biology Chapter 7 (2017)
  • Author(s): Kuroiwa, T., Miyagishima, S., Matsunaga, S., Sato, N., Nozaki, H., Tanaka, K., Misumi, O. (Eds.)
  • Total Pages: 365
  • Publisher: Springer
  • ISBN: 978-981-10-6100-4
• [Book] Cyanidioschyzon merolae A New Model Eukaryote for Cell and Organelle Biology Chapter 11 (2017)
  • Author(s): Kuroiwa, T., Miyagishima, S., Matsunaga, S., Sato, N., Nozaki, H., Tanaka, K., Misumi, O. (Eds.)
  • Total Pages: 365
  • Publisher: Springer
  • ISBN: 978-981-10-6100-4