2019 Fiscal Year Research-status Report
安全な細胞生長・分裂の基盤としての代謝変動日周リズムの解明
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18K06300
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| Research Institution | National Institute of Genetics |
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Principal Investigator |
藤原 崇之 国立遺伝学研究所, 遺伝形質研究系, 助教 (10595151)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 藻類 / 細胞周期 / 日周 / 代謝 / CDK / 紅藻 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和元年度は真核藻類の増殖機構を解明するために、単細胞紅藻Cyanidioschyzon merolaeを用いて日周および細胞周期のトランスクリプトーム解析を行った。
植物細胞は、葉緑体で光合成を行うことで、高効率のエネルギー変換を可能としているが、光合成は適切に駆動されなければ活性酸素種の発生源になり細胞を傷害する恐れがある。光合成を適切に駆動するためには代謝フロー（光合成産物の原料となる無機物の供給と、光合成産物の利用）を調節する必要があると考えられる。しかしながら、日周などの外部環境や細胞周期などの内部環境の変動と代謝がどのように関連しているかという光合成真核生物にとって極めて重要な問題はほとんどわかっていない。
この問題を解くために、まずC. merolaeのCDKA条件的ノックダウン株(CDKA-cKD)を作成し、細胞周期がG1期で停止する培養系を樹立した。野生型(WT)とCDKA-cKD株を12時間の明暗周期下（日周）で培養し、WTの細胞周期を同調的に進行させる一方で、CDKA-cKD株をG1期に停止させた。これらをトランスクリプトーム解析することで、細胞周期非依存的に日周変動する遺伝子を約1600個(全遺伝子約5000)、細胞周期依存的に変動する遺伝子を約400個同定した。KEGGパスウェイエンリッチメント解析により、ほとんどの代謝関連遺伝子は、細胞周期非依存的に日周で変動し、特に昼間に亢進した。これは昼間に光合成により細胞生長を行うことを反映していると考えられた。一方で、細胞周期依存的な代謝はdNTP新生とデンプン分解系に限定されることが分かった。デンプン分解系は解糖系によるATP合成を促進し、細胞分裂のためのエネルギーを供給する可能性がある。これらの遺伝子発現情報は、真核藻類の日周および細胞周期と代謝を解析するための基盤情報となる。
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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
真核藻類の細胞周期をG1期で効率的に停止させる阻害剤はなく、遺伝的改変技術によって初めてこれを達成できた。この株を用いて、細胞生長期(G1期)、細胞分裂期（S/M期）と日周の影響を分割して解析することが可能となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
トランスクリプトーム情報だけでは、代謝変動を予測することしか出来ないので、次年度は野生株およびCDKA-cKD株を用いて比較メタボローム解析を行い、日周および細胞周期進行に依存した代謝産物の変動を解析する予定である。
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| Causes of Carryover |
論文掲載料の支払いのために残しておいた予算であったが、論文のアクセプトが年度末に間に合わず、次年度に持ち越した。論文が受理され次第、支払う。
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