2021 Fiscal Year Research-status Report
動物活動の定量計測と非線形時系列解析による、老化を支配する力学系システムの解明
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20K20321
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
荒田 幸信 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 専任研究員 (40360482)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 線虫 / 老化 / 超長時間撮影 / 時系列解析 / ライフログ / 力学系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、線虫の活動を寿命時間（約一ヶ月間）に渡りビデオ撮影（5fps）し、得られた動画から線虫の運動を計測することで得られる巨大な時系列（ライフログ）から、動物の寿命時間を決定するモデル（力学系の方程式）を決定することである。本年度は、新たに野生型線虫において12˚Cから34˚Cまで飼育温度を変えて行動と寿命を計測した。さらに、寿命が短くなるまたは長くなる変異体について新たに6種類についてそれぞれ500匹を撮影した。これまでに、線虫の行動を記録した動画から、線虫の行動軌跡と寿命を計測する画像解析プログラムを構築した。特に、行動軌跡の解析から、線虫の運動活性は老化に伴って指数的に減衰することを見つけた。老化に伴う運動の指数減衰の背後にはトランスポゾンによるマルコフ的なゲノム破壊がある、という作業仮説を立てた。この仮説を検証するために、バイオインフォマティックスにより線虫ゲノムに存在するトランスポゾンを包括的に同定し、その中にコードされる転移を仲介するトランスポゾン転移酵素を単離し、さらにこの中から進化的に保存された酵素の活性中心のアミノ酸を維持する140遺伝子を同定した。これまでに、140遺伝子に含まれる逆転写酵素33遺伝子をノックアウトするためのgRNAとCas9を発現するvectorを構築し線虫に導入した。ターゲット遺伝子のノックアウトを確認するためのPCRプライマーの設計を行うソフトウエアを共同研究で開発した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初想定した目標では、線虫にはライフステージを経巡る複雑な老化動態が現れると想定していたが、老化動態は予想外に単純な指数減衰で進行した。この発見を基礎に実験的に検証可能な仮説を構築し、検証のための実験準備を進めることができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
逆転写酵素33遺伝子をノックアウトした線虫株構築のためのスクリーニングを進める。逆転写酵素のノックアウトに成功したら、残りの遺伝子を同じ手法でノックアウトする。最終的に140遺伝子全てのノックアウトしたトランスポゾン不活性化線虫株を構築する。
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| Causes of Carryover |
差額23,601円については、次年度計画で予定しているvectorシステムの改変に必要な酵素の購入に充てる
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