巨大単細胞海藻クビレズタにおける翻訳後生体分子の局在解析による形態形成機構の解明

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K16134
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 有本 飛鳥 広島大学, 統合生命科学研究科(理), 助教 (00794603)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 形態形成 / 緑藻 / 多核嚢状体 / セントラルドグマ

Outline of Annual Research Achievements

単細胞生物には，数メートルに成長し，多細胞生物に類似した複雑な形状を作り上げる種が存在する。巨大単細胞生物の体内は物理的に区切られておらず，多細胞生物が，多様な性質の細胞を有機的に多数集積することで，巨大かつ複雑な形状の体を作り上げることと対照的である。そのため巨大単細胞生物の形態形成には，多細胞生物とは異なる形態形成のメカニズムが関与していると示唆されるが，その分子機構には不明な点が多く残されている。
本研究では，研究代表者らが全ゲノムを解読した巨大単細胞生物である緑色海藻クビレズタを用いて，形状の異なる部位ごとに含まれているRNAとタンパク質を網羅的に検出し，各種分子の生産部位と最終的な局在部位を明らかにすることを目的としている。RNAの生産部位とタンパク質の局在部位の各データを統合的に理解するには，各部位においてどのようなRNAがタンパク質に翻訳されるのか把握することが重要になる。そのため，各部位に含まれるリボソームが結合し翻訳されている最中のRNAを単離し，次世代シークエンスで網羅的に明らかにする研究を実施した。昨年度の研究で試料に含まれるリボソーム結合RNAの量が非常に少なく，検出手法の好感度化が必要であることが明らかになったため，多細胞生物の単一細胞を標的とした手法を参考として手法の改良を行った。その結果，微量サンプルを用いてリボソームが結合したRNAの網羅的同定が可能と考えられる量の次世代シークエンスライブラリが調製に成功した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本年度の研究は，新型コロナウイルス感染症の世界的流行によって実験用プラスチック消耗品の供給不安定や試薬等の輸入困難の影響を受け，研究の円滑な実施が妨げられた。また，研究代表者の所属機関において研究用クビレズタの培養に支障が生じた場合に備えて，研究協力者が沖縄県にてバックアップ用のサンプルを培養していたが，新型コロナウイルス感染症による緊急事態宣言などで国内の移動自粛が求められ，実験に適したクビレズタ生体の入手が困難な期間も発生した。このような問題に見舞われたものの，リボソームが結合したRNAを標的とした次世代シークエンスライブラリの構築手法の改良に一定の目処をつけることができた。しかしながら，当該の次世代シークエンスライブラリの収量に若干のばらつきが見られるため，手法の更なる最適化が必要になる可能性がある。

Strategy for Future Research Activity

本年度に実施した研究によって当初から目的としていたクビレズタの体内において個々のRNAがどの部位でタンパク質に翻訳されるのか解析する目処が立った。来年度は，これまで確立した手法を用いて複数検体から各種解析用のサンプルを調製し，研究目標の達成を目指す。

Causes of Carryover

本年度の研究は，新型コロナウイルス感染症の世界的流行によって実験用プラスチック消耗品の供給不安定や試薬等の輸入困難の影響を受け，当初購入する予定だった物品を購入できなかったため，物品費に余剰が生じた。また，同様の理由で研究の円滑な実施が妨げられ，論文投稿にも遅延が生じたため，オープンアクセス費として計上していた経費を使用しなかった。さらに同感染症の流行を理由として国内の移動自粛が政府・居住自治体および所属機関から発出されたことに伴い，研究協力者の元に赴いて実施する予定だった研究計画を変更した。また，参加を予定していた学会等もオンライン開催もしくは中止となり，旅費の支出がほとんど生じなかった。これらの繰り越し経費については，物品費に関しては，令和3年度の請求経費と合算して，当初の予定通り，次世代シークエンスおよび質量分析による解析の実施に用いることを計画している。オープンアクセス費は令和3年度に論文を投稿する際に使用する予定である。旅費は，研究協力者との研究における研究試料の輸送費に振り替える予定である。