2021 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of the molecular mechanism of spider silk biosynthesis for the realization of various mechanical properties
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21H02210
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
河野 暢明 慶應義塾大学, 政策・メディア研究科(藤沢), 特任准教授 (90647356)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西口 茂孝 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, 生命創成探究センター, 特任研究員 (50873121)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | クモ糸 / バイオマテリアル / オミクス解析 / 高機能構造タンパク素材 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
クモ糸はその強さが特に注目を集めやすいが、実は物性の多様性にこそ最大の魅力が詰まっている。その多様な物性を実現するためにはクモ糸タンパクを人工合成することで解決すると考えられていた。ところが最近になってクモ糸はクモ糸タンパクと複数種類のSpiCEと呼ばれる低分子タンパクとの複合材であり、このSpiCEが糸の物性向上を支えている証拠が見出された。そこで本課題ではこれまでに明らかにしてきたクモの全ゲノム・糸タンパク組成情報やマルチオミクス解析手法を基盤に、各関連因子がクモ糸生合成過程にどう関与しているのかを明らかにすることで、クモ糸合成経路の全容解明を目指す。蜘蛛糸の天然物性を支える新規物質であるSpiCEは種ごとに10種類程度あり、平均50 kDa程度の機能未知タンパクである。全SpiCEが雌成体の糸から発見されており、タンパク量が多いもので糸全体の5%を占めるものもある。糸腺それぞれでSpiCEの遺伝子発現パターンが異なっていることも確認されている。今年度はそのSpiCEが糸物性にどれほど影響を与えているのかを定量的に解明すべく、蜘蛛糸タンパク質で作られた人工フィルムへの添加実験を行った。その結果SpiCEを蜘蛛糸タンパク質と混ぜることでフィルムの物性は1.5-2倍上昇することが確認された。さらにこのSpiCEがクモ全体でどれほど保存されているのかを明らかにすべく、複数の近縁種を対象にクモゲノムシーケンスを実施した。SpiCEの配列保存性は多く見られなかったが、糸物性に関与する可能性のある数種のSpiCEを発見することに成功した。
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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
SpiCEを混ぜたフィルム・糸を人工合成することで効果を実験的に証明することに成功した。また初年度実施予定であったクモサンプリング、飼育、観察設備をはじめとする研究実施環境を整備できた。一方で遺伝学的アプローチの実験系はまだ試行錯誤の段階にあり、今後様々な条件検討を進めていかなければならない点がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
まずSpiCEの保存傾向などを体系的に理解することを目指す。そのためには系統的に離れたクモや、蜘蛛糸の物性がそこまで高くない種も対象にSpiCEの発現場所・時期に関する情報を網羅的に整備していく。また同時に、人工クモ糸では検証できているが、天然のクモ糸へはどの程度の影響があるかは不明瞭である。そこで天然クモ糸を中心とした観察を進め、SpiCEの効果を調査していく。
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