2022 Fiscal Year Research-status Report
細胞内アミノ酸組成の維持機構を過剰量のトリプトファンへの細胞応答から解き明かす
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20K05952
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
大橋 一登 群馬大学, 生体調節研究所, 助教 (30775862)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | トリプトファン / アミノ酸 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
タンパク質構成アミノ酸は一般に20種類で、これらは生体に必須の化合物である。しかし、必要最低限のアミノ酸を摂取しても、摂取するアミノ酸に極端な偏りがあると生育が抑制される。また、近年では血中のアミノ酸バランスの変化はがんや生活習慣病の未病状態の指標として期待されている。このように、アミノ酸バランスは重要であると考えられるが、その維持に必要な分子機構は全く不明である。
これまでに研究代表者は真核生物のモデル細胞である出芽酵母で、Trpを過剰に与えると細胞増殖が抑制されることを見出し、過剰なTrpの分解に重要な経路を報告した (Ohashi et al., Sci. Rep., 2017)。また、過剰なTrpへの応答に細胞膜や細胞壁へのストレス応答に必要なCell Wall Integrity (CWI) 経路が必要であることを示した (Ohashi et al., Biosci. Biotechnol. Biochem., 2021)。過剰なTrpの感知は、アミノ酸バランスの異常を感知する仕組みの一端と考えられることから、その分子機構と存在意義の解明に取り組んだ。CWI経路の上流に着目し、研究を進めた結果、過剰なTrpの感知に必要な分子を新たに見出した。さらに、この分子の遺伝子欠損株を用いて、この分子を介した応答が必要とされるストレス条件を明らかにした。この条件下では、過剰なTrpの感知を介したストレス応答が細胞の生存に必要である可能性がある。すなわち、Trpの増加が低分子のシグナルとして機能している可能性が示された。現在は、上記ストレス条件下での細胞内Trpの増加を確認するための実験を進めている。また、バイオインフォマティクス的な手法を取り入れ、過剰なTrpを認識する分子の特定とその詳細な仕組みの解明を目指している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
生体内のアミノ酸組成はある程度一定に保たれており、アミノ酸バランスは重要であると考えられるが、その維持に必要な分子機構は全く不明である。
研究代表者は真核生物のモデル細胞である出芽酵母で、Trpを過剰に与えると細胞増殖が抑制される現象に着目し、アミノ酸バランスの異常を感知する分子機構とその存在意義の解明を目指している。これまでに過剰なTrpへの応答には、細胞膜や細胞壁へのストレス応答に必要なCell Wall Integrity (CWI) 経路が必要であることを示している (Ohashi et al., Biosci. Biotechnol. Biochem., 2021)。そこで、CWI経路の上流に着目し、研究を進めた結果、過剰なTrpの感知に必要な分子を新たに見出した。また、この分子を介した応答が必要とされるストレス条件を特定し、この分子の役割を明らかにした。また、これらの結果からTrpの増加が低分子のシグナルとして機能している可能性が示された。
これらの結果は、アミノ酸バランスの異常を感知する分子機構の一端を明らかにし、その意義を示したといえる。過剰なTrpを認識する分子 (Trpセンサー) の同定には、予定していた方法では不十分であった。そのため、Trpセンサーの同定には予定よりも時間を要しているものの、上記のように過剰なTrpを認識する生物学的な意義は明らかになりつつあり、研究は着実に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究代表者は真核生物のモデル細胞である出芽酵母で、Trpを過剰に与えると細胞増殖が抑制される現象に着目し、アミノ酸バランスの異常を感知する分子機構とその存在意義の解明を目指している。これまでに過剰なTrpの感知に必要な分子をいくつか見出している。また、これらの分子の中から、外部環境変化によるストレスへの応答に必要な分子を特定しており、このストレス応答において細胞内Trpの増加が低分子のシグナルとして機能している可能性が示された。
今後は、上記のストレス条件下において、実際にTrpの細胞内濃度が上昇していることを、細胞抽出液の分析によって確認する。また、未だ不明な、過剰なTrpを認識する分子 (Trpセンサー) を同定するため、Trpセンサー候補分子の立体構造情報を用いて、Trpとの結合可能性を検証する。また、過剰なTrpに応答して変動する遺伝子発現をRNAシーケンスによって明らかにしているので、この情報も活用し、Trpセンサーを同定したい。なお、Trpセンサーの証明には、精製タンパク質を用いたTrpとの結合実験を予定している。
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| Causes of Carryover |
目的の達成に、実験の追加と変更が必要となり、想定以上に時間を要した。そのため、研究計画を見直し、目的の達成に必要な実験とその成果報告を行う。
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