Why can hibernating animals survive even with a low oxygen consumption?

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K20749
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0802:Biomedical structure and function and related fields
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: Hiroaki Ono 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 研究員 (80908591)
• Project Period (FY): 2021-08-30 – 2023-03-31
• Keywords: 合成生物学 / 休眠 / CRISPRスクリーニング / ウイルスベクター

Outline of Final Research Achievements

The aim of this study is to compile a list of essential genes for hypo-metabolic resistance during hibernation, using the liver as the model organ and performing CRISPR genome-wide screening. The project has achieved four significant outcomes. First, I have established a protocol to introduce genes into nearly 100% of hepatocytes in vivo (1). Secondly, I have established a protocol to isolate hepatocytes with a high viability rate of over 90% (2). By combining this protocol and scRNA-seq, I have identified molecular markers that respond uniquely to hypo-metabolism (3). Moreover, to label the identified molecular markers, I have developed a tool that can target RNA itself in vivo and induce the expression of any protein, such as reporter genes (4).

Free Research Field

冬眠生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

休眠中は正常状態の30％以下のエネルギー使用量（低代謝）になるにも関わらず、細胞障害を呈することはない（低代謝耐性）。本研究は、休眠中の低代謝耐性の分子基盤を明らかにするために、哺乳類の全遺伝子から低代謝耐性に必須な遺伝子群を抽出することが目的である。本研究の成果によって、低代謝状態の細胞を特徴づける分子と、それを標識する技術を開発することができた。この技術を駆使することで、低代謝耐性の分子基盤が明らかとなれば、休眠現象の理解を飛躍的に進めるだけでなく、エネルギーの供給が不足することが問題となる多くの疾患への画期的な治療方法となることが期待される。