Elucidation of molecular machinery essential for extremotolerant ability in tardigrades

• Project Area: "LIVING IN SPACE" - Integral Understanding of life-regulation mechanism from "SPACE"
• Project/Area Number: 16H01632
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 國枝 武和 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (10463879)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2017: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2016: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
• Keywords: クマムシ / 乾燥耐性 / RNA干渉 / 放射線耐性 / DNA保護 / 分子間力顕微鏡 / ストレス / 生体機能利用 / 耐性 / 極限環境耐性

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では、耐性能力の異なる複数のクマムシのゲノム・トランスクリプトームデータを基に新規耐性遺伝子の探索を進めている。本年度は、乾燥耐性の非常に高いクマムシ種で常時高発現し、耐性誘導型のクマムシでは乾燥暴露によって発現が有意に誘導される新規タンパク質を同定し、RNAi 法を用いて同タンパク質のクマムシの乾燥耐性への寄与を検証した。同タンパク質は相同性検索においてクマムシ類の一部の配列とは明瞭な相同性を示すものの、クマムシ以外の生物に由来する配列には相同性が見出されず、クマムシ類に固有のタンパク質であることが判明した。耐性の高いクマムシの同タンパク質に対する抗体を作成し、細胞内局在を解析した。また、同種では RNAi による耐性への影響は観察されなかったが、耐性誘導型のクマムシを用いたRNAi実験では、乾燥・給水を特定の条件で行った際に乾眠後の回復率が有意に低下することが分かった。同タンパク質は乾燥からの生体分子の保護に寄与していることが考えられる。また、前年度までに同定していたクマシム固有のDNA防護タンパク質Dsupについて、より詳細な生化学的な解析を行ったほか、DNA やヌクレオソームと混合した状態で分子間力顕微鏡を用いた解析を行い、それぞれに対する結合様式を明らかにした。特にヌクレオソームに対してはDNA単体よりもより低濃度で顕著な形態変化を誘導することを見出し、Dsupがヒストンと協調してDNAに結合/高次構造を変化させることを明らかにした。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Vienna Biocenter(Austria)
• [Int'l Joint Research] Durham University(United Kingdom)
• [Journal Article] DNA Protection Protein, a Novel Mechanism of Radiation Tolerance: Lessons from Tardigrades (2017)
  • Author(s): Hashimoto Takuma、Kunieda Takekazu
  • Journal Title: Life Volume: 7 Issue: 2 Pages: 26-26
  • DOI: 10.3390/life7020026
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Comparative genomics of the tardigrades Hypsibius dujardini and Ramazzottius varieornatus (2017)
  • Author(s): Yoshida Yuki、Koutsovoulos Georgios、Laetsch Dominik R.、Stevens Lewis、Kumar Sujai、Horikawa Daiki D.、Ishino Kyoko、Komine Shiori、Kunieda Takekazu、Tomita Masaru、Blaxter Mark、Arakawa Kazuharu
  • Journal Title: PLOS Biology Volume: 15 Issue: 7 Pages: e2002266-e2002266
  • DOI: 10.1371/journal.pbio.2002266
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Novel protein in tardigrade, Ramazzottius varieornatus, improves radio-tolerance of human cultured cells (2017)
  • Author(s): Hashimoto Takuma、Horikawa D Daiki、Kunieda Takekazu
  • Journal Title: Radiation Biology Research Communications Volume: 52(1) Pages: 1-13
  • NAID: 40021183602
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Novel protein in tardigrade, Ramazzottius varieornatus, improves radio-tolerance of human cultured cells. (2017)
  • Author(s): Hashimoto T, Horikawa DD and Kunieda T
  • Journal Title: Radiation Biology Research Communications Volume: 52(1) Pages: 1-13
  • NAID: 40021183602
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Extremotolerant tardigrade genome and improved radiotolerance of human cultured cells by tardigrade-unique protein. (2016)
  • Author(s): Hashimoto T, Horikawa DD, Saito Y, Kuwahara H, Kozuka-Hata H, Shin-I T, Minakuchi Y, Ohishi K, Motoyama A, Aizu T, Enomoto A, Kondo K, Tanaka S, Hara Y, Koshikawa S, Sagara H, Miura T, Yokobori S, Miyagawa K, Suzuki Y, Kubo T, Oyama M, Kohara Y, Fujiyama A, Arakawa K, Katayama T, Toyoda A and Kunieda T
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 7 Issue: 1 Pages: 12808-12808
  • DOI: 10.1038/ncomms12808
  • NAID: 120005971035
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Establishment of an isogenic strain of the desiccation-sensitive tardigrade Isohypsibius myrops (Parachela, Eutardigrada) and its life history traits. (2016)
  • Author(s): Ito M, Saigo T, Abe W, Kubo T and Kunieda T
  • Journal Title: Zool J Linn Soc Volume: 178(4) Issue: 4 Pages: 863-870
  • DOI: 10.1111/zoj.12449
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Decoding the Molecular Strategy of Radiotolerance in Extremotolerant Animal Model, Tardigrades. (2018)
  • Author(s): Kunieda Takekazu
  • Organizer: The Endocrine Society's 100th annual meeting
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Unique strategy for amazing resilience of tardigrades. (2018)
  • Author(s): Kunieda Takekazu
  • Organizer: Symposium "Organs under stress"
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Decoding of unique strategy for extreme tolerance in tardigrades. (2017)
  • Author(s): Kunieda Takekazu
  • Organizer: Vienna Biocenter Seminar
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ベールを脱ぎ始めたクマムシの極限環境耐性メカニズム (2017)
  • Author(s): 國枝武和、橋本拓磨、堀川大樹、近藤小雪、田中冴、柴原礼良、桑原宏和、秦裕子、尾山大明、榎本敦、宮川清、原雄一郎、横堀伸一、小原雄治、藤山秋佐夫、久保健雄、荒川和晴、片山俊明、豊田敦
  • Organizer: 2017年度生命科学系学会合同年次大会ConBio2017
  • Invited
• [Presentation] 動物の極限環境耐性から生命の本質を探る (2017)
  • Author(s): 國枝武和
  • Organizer: 未来へのバイオ技術勉強会-超絶生物イノベーション
  • Invited
• [Presentation] 高い放射線耐性を持つクマムシに固有なDNA防護タンパク質DsupのDNA結合様式の解析 (2017)
  • Author(s): 柴原礼良、日詰光治、橋本拓磨、荒木弘之、久保健雄、國枝武和
  • Organizer: 2017年度生命科学系学会合同年次大会ConBio2017
• [Presentation] 高い放射線耐性を持つクマムシに固有なDNA防護タンパク質DsupのDNA結合様式の解析 (2017)
  • Author(s): 柴原礼良、日詰光治、橋本拓磨、久保健雄、國枝武和
  • Organizer: 極限環境生物学会2017年度年会
• [Presentation] Novel tardigrade protein protects DNA from radiation and ROS in human cultured cells. (2017)
  • Author(s): Kunieda T
  • Organizer: International Symposium on LIVING IN SPACE 2017
  • Place of Presentation: 一ツ橋ホール（東京都千代田区）
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ヨコヅナクマムシ由来細胞の分離法の確立と耐性能力の解析 (2017)
  • Author(s): 小島広樹、久保健雄、國枝武和
  • Organizer: 日本動物学会関東支部第69回大会
  • Place of Presentation: 筑波大学東京キャンパス（東京都文京区）
• [Presentation] 極限環境に耐えるヨコヅナクマムシのゲノム戦略 (2016)
  • Author(s): 國枝武和、橋本拓磨、堀川大樹、桑原宏和、近藤小雪、田中冴、原雄一郎、横堀伸一、小原雄治、藤山秋佐夫、久保健雄、荒川和晴、片山俊明、豊田敦
  • Organizer: 第17回極限環境生物学会
  • Place of Presentation: 東京工業大学（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-11-25
• [Presentation] 放射線耐性動物クマムシの新規タンパク質によるヒト培養細胞におけるDNA傷害の抑制と放射線耐性の向上 (2016)
  • Author(s): 橋本拓磨、斎藤裕樹、秦裕子、榎本敦、堀川大樹、荒川和晴、片山俊明、豊田敦、尾山大明、宮川清、久保健雄、國枝武和
  • Organizer: 日本放射線影響学会第59回大会
  • Place of Presentation: JMSアステールプラザ（広島県広島市）
  • Year and Date: 2016-10-26
  • Invited
• [Presentation] 極限環境に耐える動物クマムシの秘密を探る (2016)
  • Author(s): 國枝武和
  • Organizer: 第72回日本寄生虫学会西日本支部大会
  • Place of Presentation: 岐阜大学サテライトキャンパス（岐阜県岐阜市）
  • Year and Date: 2016-10-15
  • Invited
• [Presentation] Correct Decoding of Genomic Strategy in Extremotolerant Tardigrade, Ramazzottius varieornatus (2016)
  • Author(s): Kunieda T, Hashimoto T, Horikawa DD, Kuwahara H, Kondo K, Tanaka S, Saigo T, Kubo T, Fujiyama A, Arakawa K, Katayama T, Toyoda A
  • Organizer: 11th International Congress on Extremophiles
  • Place of Presentation: 京都大学（京都府左京区）
  • Year and Date: 2016-09-12
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Involvement of PP1/PP2A in Tolerance and the Initial Transcriptional Response to Desiccation in Anhydrobiotic Tardigrade, Hypsibius dujardini. (2016)
  • Author(s): Kondo K, Katou Y, Shirahige K, Kubo T, Kunieda T
  • Organizer: 11th International Congress on Extremophiles
  • Place of Presentation: 京都大学（京都府左京区）
  • Year and Date: 2016-09-12
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] くまむし研究グループ
  • URL: http://www.bs.s.u-tokyo.ac.jp/~saibou/kuma/
• [Remarks] 遺伝子機能阻害系を用いた動物の極限環境耐性に必須な遺伝子の同定と耐性再構築の試み
  • URL: http://living-in-space.jp/public-research/B01-3/
• [Remarks] くまむし研究グループ
  • URL: http://www.biol.s.u-tokyo.ac.jp/users/saibou/kuma/
• [Remarks] ヒト培養細胞の放射線耐性を向上させる新規タンパク質をクマムシのゲノムから発見
  • URL: https://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2016/5001/
• [Remarks] Molecular machinery of tardigrade extremotolerance
  • URL: http://living-in-space.jp/en/publicly-invited-research/B01-3/