2022 Fiscal Year Annual Research Report
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21H02128
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
西村 慎一 広島大学, 統合生命科学研究科(生), 教授 (30415260)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 膜脂質 / 生理活性化合物 / 化学遺伝学 / ケミカルバイオロジー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
細胞の内外を仕切り、細胞内をコンパートメント化する生体膜は、重量にして約50％を脂質が占める。脂質は抗生物質や代謝疾患治療薬の標的であることからも、その機能の理解が求められる。ところが、タンパク質とは異なりゲノムに直接コードされていないため、遺伝学的アプローチのみで機能を理解することは難しい。本研究では脂質に作用して特徴的な表現型を示す生理活性化合物に着目し、それらの作用機序を各種のオミクス解析を基盤に解析することで、生体膜脂質の機能の多面性を明らかにする。二年度目にあたる本年度の研究実績は以下のとおりである。
・ステロールを標的にする海洋天然物セオネラミドを用いたケミカルバイオロジー：セオネラミドを分裂酵母に処理すると細胞末端と分裂面に1,3-β-グルカン合成酵素が集積し、グルカンの異常蓄積が起こる。前年度にはこの現象にはCdc42が関与する可能性が示唆された。本年度はこの可能性を遺伝学的、化学遺伝学的に検証し、セオネラミドが何らかの経路を介してCdc42を活性化していること、それによりグルカン合成酵素の集積と壁肥厚が引き起こされることが示された。
・奇数鎖脂肪酸が示す抗真菌活性の分子メカニズム：奇数鎖脂肪酸が分裂酵母において顕著な生育阻害を示し、その際、細胞分裂時に形成される隔壁の形成不全、染色体分配の異常、細胞膜脂質の極性消失をともなう。初年度はこれらの形態変化を詳細に解析することで特定のオルガネラの形態変化が細胞分裂を直接的に阻害することを明らかにした。本年度はリピドーム解析の結果を受けていくつかの脂質代謝酵素群に着目してフォーカスドスクリーニングを実施し、複数の代謝酵素の関与を遺伝学的に示すことが出来た。
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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
本研究課題は以下のようにおおむね順調に進んでいる。
・ステロールを標的にする海洋天然物セオネラミドを用いたケミカルバイオロジー：セオネラミドが引き起こす細胞壁異常に関わる因子として、細胞壁合成酵素、細胞壁合成やアクチン骨格制御などの細胞形態に関連するRho1タンパク質、そして新たに細胞極性のマスターレギュレーターである低分子量Gタンパク質Cdc42の関与が示された。すなわちセオネラミドによりアクチン重合や膜輸送といったCdc42の下流イベントが亢進し、Cdc42の阻害剤により1,3-β-グルカン合成酵素の細胞極性部位への局在が抑制されることが観察され、またCdc42の発現量の抑制やドミナンドネガティブ変異型の発現により細胞壁肥厚が低下する様子が観察された。Rho1やCdc42の活性化因子についてもセオネラミドによる局在変化の観察を開始しており、膜ステロールと低分子量GTPaseとの関連解明が期待される。
・奇数鎖脂肪酸が示す抗真菌活性の分子メカニズム：初年度は奇数鎖脂肪酸が誘導する細胞の形態変化を詳細に解析することで特定のオルガネラの形態変化が細胞分裂を直接的に阻害することを明らかにしており、本年度は分子機構の解明を試みた。奇数鎖脂肪酸はリピドームに大きな影響を与えることから、いくつかの脂質代謝酵素群に着目してフォーカスドスクリーニングを実施し、生育阻害に関与する脂質代謝酵素の同定を試みた。その結果、分裂酵母が有する2つのCoAリガーゼのうちの一つ、また、17のO-アシル転移酵素のうちの一つは、その欠損により奇数鎖脂肪酸による生育阻害が完全にキャンセルされた。またこれら変異株では特徴的なオルガネラの形態変化も見られず、奇数鎖脂肪酸がリピドームに取り込まれてオルガネラの形態変化を誘導する、というシナリオを支持するものであった。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの結果を受けて、下記を計画している。
・ステロールを標的にする海洋天然物セオネラミドを用いたケミカルバイオロジー：セオネラミドを分裂酵母に処理すると細胞末端と分裂面に1,3-β-グルカン合成酵素が集積し、グルカンの異常蓄積が起こる。これまでに本現象には低分子量GTPaseであるRho1とCdc42の関与を明らかにしており、次年度はこれらタンパク質の活性制御機構とセオネラミドとの関連を調べることで膜ステロールと低分子量GTPaseとの機能的関連解明を目指す。
・奇数鎖脂肪酸が示す抗真菌活性の分子メカニズム：2年目までの研究において、奇数鎖脂肪酸は分裂酵母に処理すると、特定の脂肪酸代謝酵素に認識されることで特定のオルガネラに形態変化を引き起こし、細胞分裂を阻害するという作用経路が見えてきた。2023年度は各種の変異株を用いることで、何故、奇数鎖脂肪酸のみが顕著な生育抑制を引き起こすのかを検証したい。それによって生体による厳密な分子認識機構を明らかにしたい。
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