2016 Fiscal Year Research-status Report
飢餓ストレスに応答して作動する新規エピジェネティック制御システム
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16K07346
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
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Principal Investigator |
山口 政光 京都工芸繊維大学, 応用生物学系, 教授 (00182460)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉田 英樹 京都工芸繊維大学, 応用生物学系, 助教 (30570600)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ショウジョウバエ / ヒストンメチル化酵素 / dG9a / RNA-seq / メタボローム / 飢餓ストレス / オートファジー / エピジェネティック制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
RNAシークェンス（RNA-seq）解析と特異的な抗体を用いたクロマチン免疫沈降法を駆使して、ショウジョウバエヒストンメチル化酵素dG9a依存的に飢餓ストレスに応答して発現が変化する遺伝子群を網羅的に同定する。またdG9aがそれらの遺伝子を制御する仕組みを明らかにする。さらに同様の条件下でメタボローム解析を実施することにより、これらの遺伝子発現にリンクして変動する代謝経路を明らかにする。このように生物個体の生死に関わる飢餓ストレスに応答して作動する新しいエピジェネティック制御の仕組みを明らかにすることを本研究の目的とした。
これまでに飢餓条件下に置いたショウジョウバエ野生型系統とdG9a欠失変異系統を用いたRNA-seq解析とメタボローム解析を完了し、オートファジーに関連する代謝経路と、それらの経路で重要な働きをする遺伝子の発現がdG9a遺伝子の欠失により異常となっていることを発見した。またdG9a欠失変異系統の脂肪体ではオートファジー活性が著しく低下していることを明らかにした。オートファジーは主に飢餓ストレスに応答して細胞内のエネルギーをリサイクルするための仕組みである。dG9a欠失変異系統ではそのリサイクルの活性が低下したためにエネルギーが飢餓後早期に枯渇し、生存率が低下するものと考えられる。これらの発見は、生物個体の生死に関わる飢餓ストレスに応答して作動する新しいエピジェネティック制御の仕組みとして大きな意義がある。またdG9aで得られた結果を他のエピジェネティック制御因子にまで一般化するために、Rpd3、Tip60やJumonji/Jarid2に関しても同様の解析を進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
dG9a突然変異系統と野生型成虫を飢餓条件下に置いた後、時間経過をおって全RNAを抽出後、RNA-seq解析を行い、野生型ショウジョウバエ成虫で発現するmRNA群とdG9a変異系統成虫で発現しているmRNA群を比較した。また並行して、同様の条件でGC-MSとLC-MSを用いたメタボローム解析を実施した。その結果、オートファジーに関連する代謝経路やそれらの経路で重要な働きをする遺伝子の発現がdG9a遺伝子の欠失により異常となっていることを見出した。次にオートファジーの進行に必須なAtg8a遺伝子に注目し解析した結果、dG9a遺伝子の欠失により、飢餓ストレスに応答したAtg8aの発現誘導がかからなくなることがわかった。このようにdG9が飢餓ストレスに応答したオートファジーの誘導に必須であることが明らかになった。また抗dG9抗体を用いたクロマチン免疫沈降法を試みたが、Atg8a遺伝子領域へのdG9の結合は認められずdG9によるAtg8a遺伝子発現制御は間接的なものであることが示唆された。このように当初はRNA-seq解析のみを計画していたが、メタボローム解析も完了でき、予想を上回る進展が見られた。得られた成果の一部は論文にまとめて、査読性のある国際学術雑誌に現在投稿中である。またdG9aで得られた結果を他のエピジェネティック制御因子にまで一般化するために、Rpd3、Tip60やJumonji/Jarid2に関しても同様の解析を進め、成果の一部は学術論文として報告している。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでのRNA-seqデータの詳細な分析により、オートファジー関連遺伝子だけでなく、味覚・嗅覚受容体遺伝子の発現が、dG9依存的に飢餓ストレスに応答して変化することがわかってきた。そこで、味覚・嗅覚受容体遺伝子の発現をより詳細にモニタリングするとともに、野生型に比べてdG9a変異系統成虫で味覚感受性の亢進が見られるかどうかについて検討する。味覚感受性の評価にはショウジョウバエで確立されている吻伸展反射のモニタリングにより行う。またdG9が神経系の制御にも関わるとの報告もあるので、成虫の活動量のモニタリングを行い、サーカディアンリズムなどの行動変化が飢餓ストレスに応答して引き起こされるのか、またそれにdG9aが関与するのかについて検討する。行動変化が見られれば、その仕組みとdG9aの役割についてさらに詳細な解析を進める。またdG9aで得られた結果を他のエピジェネティック制御因子にまで一般化するために、Rpd3、Tip60やJumonji/Jarid2に関しても同様の解析を進めることを計画している。
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[Journal Article] Polycomb-dependent nucleolus localization of Jumonji/Jarid2 during Drosophila spermatogenesis.2016
Author(s)
Goto, M.*, Toda, N.*, Shimaji, K., Suong, D. N. A., Vo, N., Kimura, H., Yoshida, H., Inoue, Y. H. and Yamaguchi, M.
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Journal Title
Spermatogenesis
Volume: 6
Pages: e1232023
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] The histone deacetylase gene Rpd3 is required for starvation stress resistance.2016
Author(s)
Nakajima, E., Shimaji, K., Umegawachi, T., Tomida, S., Yoshida, H., Yoshimoto, N., Izawa, S., Kimura, H., Yamaguchi, M.
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Journal Title
PLoS One
Volume: 11
Pages: e0167554
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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