DNA protection and repair mechanisms in radiotolerant tardigrades

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H04332
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 63020:Radiation influence-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Kunieda Takekazu 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (10463879)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: クマムシ / 放射線耐性 / DNA防護 / 動的相互作用 / ゲノム編集 / DNA修復

Outline of Final Research Achievements

Dsup is a novel DNA protection protein only found in some radiotolerant tardigrades. Here, using a heterologous expression system in human cultured cells, protein mutational analyses revealed that Dsup interacts with chromatin through at least two distinct regions. Each region provides quite different dynamicity to the interaction of Dsup protein with chromatin. These characteristics could explain how Dsup stably protect DNA from stressors while retaining DNA accessibility to other cellular machinery. We also developed genome-editing technology feasible in tardigrade somatic cells and found some somatic cells had strong preference in no-indel non-homologous end-joining repair after DNA cleavage by CRISPR/Cas9. Furthermore, we established an efficient method to generate homozygous knockout/knock-in tardigrade individuals in a single step, which substantially facilitate in vivo analysis of gene functions.

Free Research Field

極限生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

Dsupは放射線や活性酸素種からDNAを守る活性を持つ一方で、生命活動を維持するために必要な細胞マシーナリーのDNAへのアクセスを確保する必要がある。今回明らかになった2種類の性状の大きく異なる結合様式の存在は、生命活動と適合的な人工DNA防御剤を設計するうえで重要な知見を提供する。また、ゲノム編集系を利用してクマムシの一部の体細胞では二本鎖切断を受けたDNAに対して傷跡を残さないDNA修復が優先していることを示し、こうした修復機構も放射線耐性に寄与していることを示唆した。ノックアウト・ノックインクマムシの作出法の確立は様々な耐性メカニズムの解明に貢献することが期待される。