2017 Fiscal Year Research-status Report
非コードRNAを介した遺伝子発現制御によるマクロな適応現象の解明
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16K18477
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
小田 有沙 東京大学, 教養学部, 特任助教 (00760084)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | グルコース飢餓ストレス応答 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生物は常に、様々な外界の環境変化にさらされている。このため、環境ストレスへの適切な応答は、自然界での生存において重要である。今日までに、多くの研究により、様々なシグナルパスウェイやネットワークを介して、ストレス応答遺伝子の発現が制御され、細胞の適応応答が引き起こされることが明らかにされてきた。本研究では、このようなミクロな分子レベルの現象が細胞全体のマクロな適応現象として、どのような効果を及ぼすのかを明らかにすることを目的とする。とりわけ、多くの生物にとって重要なエネルギー源となるグルコースの饑餓ストレスに着目し、グルコース機がストレスへの応答時に転写される生体内でのゲノム制御分子の一つである非コードRNAが関与した環境適応を実験と理論生物学の両面から探っている。本研究で着目しているグルコース飢餓ストレス応答性非コードRNAを介した遺伝子発現制御は、状況に応じて、分子レベルで局所的かつ一過的な遺伝子発現制御を可能としていると考えられる。この分子の応答が、細胞、ないし細胞集団に及ぼす現象を探るために、本年は特に、マクロな適応を、分裂酵母を用いたモデル系で観察することにより、グルコースの飢餓ストレスを受けた時に、細胞全体がどのような応答を示すかを定量的に測定する系を確立し、ストレス応答の時系列観察を行なった。さらに、環境適応時の細胞個体の生存と、細胞集団の生存の応答の違いにも着目し、解析を行なった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
前述した目的を達成するために、平成29年度は、分裂酵母の培地中のグルコース濃度を変化させ、グルコース飢餓ストレス応答時におけるマクロな適応現象を観察した。細胞増殖を指標として、環境変動への適応度合いを評価し、遺伝学・分子生物学的な手法やオミックス、さらに構成論的なアプローチを駆使して、代謝応答の責任遺伝子の発現変動や代謝産物やその経路を同定を試みた。
また、代謝応答遺伝子やハウスキーピング遺伝子に蛍光タグをつけたりストレス死した細胞を染色した上でセルソーターを用いて選別することで、細胞集団のなかで、適応したものと適応しなかったものを選別して、その応答を観察することができた。
当初の予定より進捗がやや遅れているが、研究を進めているうちに、完全合成培地であっても、異なるロットの培地を用いると、ストレス下で細胞が生存する確率が大幅にかわる現象が観察され、一時期、特定のストレスを与えた時に、細胞が全く生き残らなくなったためである。これは当初、想定していなかった条件が生存確率に大きな影響を与えていたからであった。特定の培地を用いると、ストレスを加える前のプレカルチャーのコンディションの違いなどが、非ストレス条件下での細胞状態を変え、その後のストレスへの応答性にも影響を及ぼすことがわかった。この実験条件の定量的な検証を行なっていたために、予定よりは進捗が遅れたが、適応の限界条件への理解が深まった。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、1細胞レベルでのグルコース飢餓ストレス応答のばらつきを観察するために、マイクロ流路デバイスを用いて時系列観測を行い、バルクでの細胞増殖と、単一の細胞の代謝の違いを確かめる。本年度までに得られたデータから、グルコース飢餓ストレス応答において重要な役割を担う遺伝子をノックダウンした株やオーバーエクスプレッションする株を作成する。これらの株を用いて、グルコース飢餓ストレス応答性の違いを比較することで、ミクロな分子制御の違いが、単一の細胞、または、細胞集団の適応応答へと及ぼす影響を検証する。これらの株から、ストレスに対する適応度を高めた、あるいは、適応度のより低い細胞を選別し、どのような分子制御が、ストレス応答の有利さを生み出すのかを実験的に探る。
また、ミクロな分子レベルでの応答がマクロな適応現象へと及ぼす影響について、普遍的な理解を深めるために、数理モデルを用いて理論的な考察を行う。理論モデルでは、非コードRNAが素早い遺伝子発現応答の制御を担うことにより、環境中のグルコースの濃度のわずかな変化に超感度応答する様子を評価する。また、シンプルな単細胞のモデル実験系を用いたとしても実験的に実現することが難しいコンディションを想定したパラメーターを用いて、シミュレーションを行う。
さらに、平成30年度は、これまでに得られた知見を元に、分裂酵母のストレス応答時のマクロな適応現象に関する論文を執筆する予定である。
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| Causes of Carryover |
(理由) 分裂酵母を用いた実験において、実験コンディションを決定するのに当初の予定よりも時間がかかり、一部の実験については分子生物学試薬の購入が遅れた。
(使用計画) 実験条件の検討は平成29年度内に完了したので、平成29年とに実施を予定していた一部の分子生物学実験は、平成30年度に行う。
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Research Products
(7 results)
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[Journal Article] Transcriptomes and Raman spectra are linked linearly through a shared low-dimensional subspace2017
Author(s)
Koseki J Kobayashi-Kirschvink, Hidenori Nakaoka, Arisa Oda, F Kamei Ken-ichiro, Kazuki Nosho, Hiroko Fukushima, Yu Kanesaki, Shunsuke Yajima, Haruhiko Masaki, Kunihiro Ohta, Yuichi Wakamoto
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Journal Title
bioRxiv
Volume: -
Pages: 235580
DOI
Open Access
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