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2012 Fiscal Year Annual Research Report

特殊なアミノ酸を用いて深海生物が硫化水素を無毒化するしくみ

Research Project

Project/Area Number 22380107
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

井上 広滋  東京大学, 大気海洋研究所, 准教授 (60323630)

Project Period (FY) 2010-04-01 – 2014-03-31
Keywords特殊環境 / 生理学 / 共生 / 適応 / 深海
Research Abstract

深海の熱水噴出域に生息する生物が、熱水中に含まれる硫化水素の毒性にどのように適応しているのかを、熱水噴出域固有生物の組織に特異的に蓄積しているチオタウリンと、その前駆体であるヒポタウリンという物質を手がかりとして解明を試みている。本年度の研究概要は以下の通りである。
1.生物採集と実験:シチヨウシンカイヒバリガイを海洋研究開発機構の研究船なつしま研究航海NT12-10に参加した研究者に依頼して入手した。また、年度末の2013年3月にNT13-05に乗船する機会を得たので、同種を採集した。NT13-05では、条件の異なる3つのコロニーから個体を採集したほか、同一コロニーから採集した個体を異なる温度に曝露する実験を行った。また、システインやシステインスルフィン酸を注射する実験を行った。
2.分子生物学的解析:ヒポタウリン合成に関わるシステインスルフィン酸デカルボキシラーゼ(CSAD)の新たな分子種を発見し、cDNA全長を決定した。昨年度までに発見していたCSAD用遺伝子とは配列が異なり、分子系統解析では新しく発見した配列のほうが他の生物のCSADにより似ていることが分かった。新しく発見したCSAD遺伝子について、mRNA定量法を確立し、様々な硫化物濃度や塩濃度に曝露した個体の組織における発現を比較したところ、CDOや先に発見したもうひとつのCSAD様遺伝子と同様、条件に関わらず鰓で強く発現していることがわかった。
3.メタボローム解析
昨年のアミノ酸分析においては、ヒポタウリン合成の中間体であるシステインやシステインスルフィン酸を検出することができなかった。そこで、関連する物質の相対量を一斉に解析できるキャピラリー電気泳動によるメタボローム解析を行った。その結果、やはりシステインやシステインスルフィン酸は検出されず、そのさらに上流にあるいくつかの物質が検出された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

目標としていた、生物の採集や投与実験、CSADcDNA全長の取得を完了することができた。さらに、予想外の成果として、CSADについては類似配列が2種類存在することを発見した。(昨年度までに部分配列を得ていた遺伝子は、同じ反応を触媒できる姉妹分子であるグルタミン酸デカルボキシラーゼである可能性が高い。)
ムラサキイガイなどの浅海近縁種での実験を行うことはできなかったが、シチヨウシンカイヒバリガイにおけるヒポタウリン合成の場が鰓であることを明らかにしたうえで、キャピラリー電気泳動によるメタボローム解析を行うことで、昨年たてた仮説(システインやシステインスルフィン酸は強い酵素活性により速やかにヒポタウリンに変換されるため、ヒポタウリン合成の出発物質はシステインより上流の物質であるという)を確認するとともに、シチヨウシンカイヒバリガイのヒポタウリン合成を単一の経路でなく、代謝ネットワークとして理解できるようになった。

Strategy for Future Research Activity

二つのCSAD様遺伝子の配列および活性の比較を行う。また、メタボローム解析の結果を活用しつつ、昨年度末の航海で採集し、合成中間体やその上流にある物質の投与を行ったサンプルのアミノ酸および遺伝子発現解析を行って、ヒポタウリン合成経路のネットワークを明らかにする。

  • Research Products

    (12 results)

All 2013 2012

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (8 results)

  • [Journal Article] Influence of water temperature on the larval development of Neoverruca sp. and Ashinkailepas seepiophila - implications for larval dispersal and settlement in the vent and seep environments2013

    • Author(s)
      Yorusue, T., Kado, R., Watanabe, H., Høeg, J.T., Inoue, K., Kojima, S., Chan, B.K.K.
    • Journal Title

      Deep-Sea Res

      Volume: 71 Pages: 33-37

    • DOI

      10.1016/j.dsr.2012.10.007

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 猛毒の硫化水素をエネルギー源とする深海生物の生存戦略2012

    • Author(s)
      井上広滋
    • Journal Title

      バイオサイエンスとインダストリー

      Volume: 70 Pages: 251-254

    • URL

      http://www.jba.or.jp/pc/archive/2012/vol70_no4.html

  • [Journal Article] Trophic structure of hydrothermal vent communities at the Myojin Knoll and the Nikko Seamount in the northwestern Pacific: Implications for photosynthesis-derived food supply.2012

    • Author(s)
      Yorisue T
    • Journal Title

      Plankton and Benthos Research

      Volume: 7 Pages: 35-40

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] New distribution record of deep-sea mussel, Bathymodiolus aduloides Hashimoto & Okutani 1994 [Mollusca: Bivalvia: Mytilidae] from a hydrothermal vent, Myojinsho2012

    • Author(s)
      Koito T
    • Journal Title

      Marine Biodiversity Records

      Volume: 5 Pages: e38

    • DOI

      10.1017/S1755267212000267

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 硫化物存在下でのシチヨウシンカイヒバリガイタウリントランスポーター遺伝子の発現誘導2013

    • Author(s)
      日下部郁美
    • Organizer
      平成25年度日本水産学会春季大会
    • Place of Presentation
      東京海洋大学
    • Year and Date
      20130326-30
  • [Presentation] 深海性二枚貝におけるヒポタウリン生合成経路と硫化物に対する発現応答2013

    • Author(s)
      長﨑稔拓
    • Organizer
      平成25年度日本水産学会春季大会
    • Place of Presentation
      東京海洋大学
    • Year and Date
      20130326-20130330
  • [Presentation] シチヨウシンカイヒバリガイ類とその共生菌の集団構造解析2013

    • Author(s)
      小糸智子
    • Organizer
      平成25年度日本水産学会春季大会
    • Place of Presentation
      東京海洋大学
    • Year and Date
      20130326-20130326
  • [Presentation] 硫化物存在下でのシチヨウシンカイヒバリガイタウリントランスポーター遺伝子の発現誘導2013

    • Author(s)
      日下部郁美
    • Organizer
      ブルーアースシンポジウム
    • Place of Presentation
      東京海洋大学
    • Year and Date
      20130222-20130223
  • [Presentation] シンカイヒバリガイ類のGAT-1から解き明かすGABA輸送体グループの進化の歴史2013

    • Author(s)
      金城梓
    • Organizer
      ブルーアースシンポジウム
    • Place of Presentation
      東京海洋大学
    • Year and Date
      20130222-20130223
  • [Presentation] 海産無脊椎動物のGAT-1が示すGABA輸送体グループの進化の歴史2012

    • Author(s)
      金城梓
    • Organizer
      東京大学生命科学シンポジウム
    • Place of Presentation
      東京大学
    • Year and Date
      20120630-20120630
  • [Presentation] Mechanisms of adaptation to hydrothermal vents using taurine-related amino acids2012

    • Author(s)
      Inoue K
    • Organizer
      University of Hawaii and University of Tokyo Joint Symposium on Ocean Coastal, and Atmospheric Sciences
    • Place of Presentation
      University of Hawaii
    • Year and Date
      20120613-20120615
  • [Presentation] Evolutionary history of the GABA transporter group revealed by marine invertebrate GAT-1 genes2012

    • Author(s)
      Kinjo A
    • Organizer
      University of Hawaii and University of Tokyo Joint Symposium on Ocean Coastal, and Atmospheric Sciences
    • Place of Presentation
      University of Hawaii
    • Year and Date
      20120613-20120615

URL: 

Published: 2014-07-24  

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