2017 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of genomic diversification in Group A Streptococci based on GWAS and epigenome
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16H05501
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
丸山 史人 京都大学, 医学研究科, 准教授 (30423122)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小椋 義俊 九州大学, 医学研究院, 准教授 (40363585)
村瀬 一典 京都大学, 医学研究科, 研究員 (40710869)
中川 一路 京都大学, 医学研究科, 教授 (70294113)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 比較ゲノム / メチローム / トランスクリプトーム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、ヒトの重要な病原細菌である「A群レンサ球菌の株特異的病原性発揮機構の解明」を1,000株程度の比較ゲノム解析、ゲノム連鎖解析、トランスクリプトームとメチローム解析から明らかとし、これをモデルとして「細菌におけるエピジェネティック駆動型の適応進化」研究基盤を築くことを目的として研究を実施してきている。すなわち、i) 劇症型株特異的遺伝子は存在しないため、劇症型特異的SNPsの関与、ii) ファージによってもたらされる外来性の病原因子の組み合わせ、iii) ファージ由来メチラーゼによるメチル化に伴う病原遺伝子発現への影響を明らかにする(病原性大腸菌では全遺伝子の1/3に影響を与えることが報告された, Nat Biotechnol. 2012)。昨年度までの予備データからA群レンサ球菌は、ゲノム内の可動性因子 (CRISPR) を段階的に変化させることで、分化し、高病原性株が出現していることが明らかにすることができた。また、これまでの259株では、段階的なゲノム変化が未知な箇所が見られたことから、必要な追加ゲノムシーケンスを実施し、合計約330株のデータを準備することが出来た。また、本菌では、CRISPRのみならず、制限修飾因子、ファージなどの細菌の可動性因子の系統分化への寄与が情報学的に明らかにすることができた。A群レンサ球菌において、さらなる可動性因子とその抑制因子の系統分化への寄与の解明が期待できる成果だと考えられる。また、制限修飾因子の予測、メチローム解析から、宿主のトランスクリプトームに影響をあたえる可能性の高い、特にファージ上のメチラーゼの情報的選定までは達成した。また、対数増殖期にある本菌のmRNAを４株で再現性を3回取るため、合計１２試料について、RNA-seqによりトランスクリプトームデータを取得した。
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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
昨年度までの予備データからA群レンサ球菌は、ゲノム内の可動性因子 (CRISPR) を段階的に変化させることで、分化し、高病原性株が出現していることがわかった。しかし、259株では、段階的な変化が未知な箇所が見られたことから、必要な追加ゲノムシーケンスをIllumina MiSeqシーケンサーにより合計約330株のデータを準備することが出来た。また、本菌では、CRISPRのみならず、制限修飾因子、ファージなどの細菌の可動性因子の系統分化への寄与が明らかとなった。A群レンサ球菌において、さらなる可動性因子とその抑制因子の系統分化への寄与の解明が期待できる。また、制限修飾因子の予測、メチローム解析から、宿主のトランスクリプトームに影響をあたえる可能性の高い、特にファージ上のメチラーゼの情報的選定まではできたものの、破壊株の作製には到達していないことが課題として残った。
抽出したRNAについて、cDNA、ライブラリの作製（インサート長500-800 bp程度）、Illumina MiSeqでの配列取得を1試料につき1 Gb以上実施した (101 bp paired-endで10M reads以上がquality filtering後に残る十分量、４株で再現性を3回取るため、合計１２試料)。しかし、網羅的Transcription Start Site (TSS)については、予定通りには実施することができなかったため。
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| Strategy for Future Research Activity |
さらなる比較ゲノム解析を続け、メチル化酵素とメチル化の関係を詳細に明らかにするとともに、ファージによる異なるメチラーゼの持ち込みがゲノムメチル化に与える影響について調べる。これらを通じて、異なる可動性因子 (特にファージ) がもたらすメチロームの違い、そしてトランスクリプトームに影響を与えることが、段階的な系統進化、しいてはA群レンサ球菌の高病原化をもたらしている遺伝因子を、ゲノム連関解析により統計的に有意な部位を見出す。これらの成果により、A群レンサ球菌の株特異的病原性発揮機構の解明とエピジェネティック駆動型の適応進化仮説を証明し、病原細菌学のみならず、幅広い微生物学全般に大きな影響を与える、新たな分野の提唱につなげたいと考えている。
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