2013 Fiscal Year Annual Research Report
共生による生命システムの統合と進化：アブラムシ細胞内共生系をモデルに
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25291083
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | National Institute for Basic Biology |
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Principal Investigator |
重信 秀治 基礎生物学研究所, 生物機能解析センター, 特任准教授 (30399555)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 共生 / アブラムシ / 進化 |
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| Research Abstract |
共生系において、いかにして異なる生物の構造や機能が融合し統合されたひとつの生命システムに進化するのか？その遺伝子基盤を明らかにするために、昆虫アブラムシと共生細菌ブフネラの細胞内共生系をモデルに研究する。本課題では、３つの小課題を設定しているが、本年度は新規分泌ペプチドの解析に重点を置いて研究を進め、大きな進展があった。
私はアブラムシにしかみられない新規の分泌タンパク質ファミリーを同定し、それらのmRNAが共生器官特異的に発現することを明らかにした（Shigenobu et al., 2013）。これらは、100アミノ酸残基以下の短いペプチドをコードし、分泌シグナルをN末に持ちC末側のわずか数十アミノ酸の中にシステインを6個もしくは8個持つ特徴的な一次構造持っており、BCR遺伝子群と命名した。
Pichia酵母による組換えBCRの発現と精製に成功した。また一部のBCRについては、ペプチド合成にも成功し、さらにリフォールディングのプロトコルを確立した。このようにBCRをin vitroで機能解析するための材料を調えることが出来た。これらのペプチドと大腸菌を使ってBCRの生理活性を評価したところ、BCRには細菌の増殖抑制活性があることが明らかになった。BCRタンパク質の局在を調べるために抗体を作製し、現在その性能を評価しているところである。BCRの蛍光標識化などの更なる機能解析の準備も着々と進行中である。BCR遺伝子を導入したトランスジェニックショウジョウバエの作製にも成功している。これらは来年度以降の機能解析に活用される。
マメ科植物の根粒の内部でもシステインリッチ短ペプチドが組織特異的に発現し共生の維持に重要であることが示されている。システインリッチペプチドの進化は、動植物の共生系に共通の原理なのではないか考えている。それらの議論を和文総説にまとめた。
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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
３つの小課題のうち新規分泌ペプチドの解析に重点を置いて研究を進め、抗菌活性をもつことが明らかになるなど大きな進展があった。また、タンパク質の精製や抗体作製も順調に進んでいる。マメ科植物の根粒共生との類似性について和文総説にまとめるなどアウトプットの成果もあった。また、本年度に、３つのグループ（根粒共生の研究グループ、システインリッチペプチドの生化学の専門家、構造解析の専門家、イメージングの専門家）の共同研究者を得ることができ、今後の研究を加速的に進展させる基盤が調ったといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
1) Antimicrobial effect of BCR: We found an antimicrobial effect for several BCRs against E. coli. In this period we will collect more detailed data, for example, concentration dependency, and ion strength dependency. We also inspect the effect against other microbes, i.e., antimicrobial spectrum.
2) Fine-scale imaging: Buchnera are localized within vesicles produced aphid cells. Our hypothesis is that BCRs are targeted to Buchnera through the secretory pathway. We intend to image BCR peptide localization in fixed and living aphid tissues and also in E. coli cultures. A standard strategy to study protein localization is using immunohistochemistry with antibodies specific to proteins. We will also develop fluorescence-labeled BCRs that can be used for imaging studies and other applications. Ultimately, we hope that super-resolution microscopy will allow us to determine whether BCRs are targeted to the symbiosomal membrane surrounding Buchnera, whether they attach to specific parts of the bacterial membrane (e.g. cell division plane), and whether they enter into the bacteria.
3) Structural biology of BCRs: Understanding the structural basis of BCR activity is important for two reasons. First, information of 3D structure of BCR is essential to understand how they interact with bacteria and how they function. Second, the BCR family has no sequence similarity with any proteins of other species, but it is possible that they share some structural similarity with other proteins. We will attempt to crystallize BCRs so that the structures may be solved by crystallographic methods.
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
カスタム抗体を複数作製するために100万円以上を計上していたが、業者のディスカウントキャンペーンを利用することにより、大幅にコスト削減をすることができた。
共同研究者が増えた（海外含む）ので、その旅費に充てる。また、今年度の下半期にポスドクもしくは研究支援員の雇用を検討する。
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