| 研究領域 | 非ドメイン型バイオポリマーの生物学：生物の柔軟な機能獲得戦略 |
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| 研究課題/領域番号 |
21H05279
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| 研究種目 |
学術変革領域研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
学術変革領域研究区分(Ⅲ)
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| 研究機関 | 慶應義塾大学 |
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研究代表者 |
荒川 和晴 慶應義塾大学, 政策・メディア研究科(藤沢), 教授 (40453550)
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| 研究分担者 |
國枝 武和 兵庫県立大学, 理学研究科, 教授 (10463879)
田中 冴 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(機構直轄研究施設), 生命創成探究センター, 特任助教 (60770336)
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| 研究期間 (年度) |
2021-09-10 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2025年度)
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| 配分額 *注記 |
142,740千円 (直接経費: 109,800千円、間接経費: 32,940千円)
2025年度: 25,870千円 (直接経費: 19,900千円、間接経費: 5,970千円)
2024年度: 25,610千円 (直接経費: 19,700千円、間接経費: 5,910千円)
2023年度: 25,740千円 (直接経費: 19,800千円、間接経費: 5,940千円)
2022年度: 25,610千円 (直接経費: 19,700千円、間接経費: 5,910千円)
2021年度: 39,910千円 (直接経費: 30,700千円、間接経費: 9,210千円)
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| キーワード | 非ドメイン型タンパク / クマムシ / 天然変性タンパク / 乾眠 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
極限環境耐性を持つクマムシは種特異的なタンパク質を多数有しており、それらの多くは煮沸処理後も可溶性を失わない「熱可溶性」という特異な性質を示す。本研究ではクマムシが示す優れたストレス耐性能力に注目し、クマムシ特異的な非ドメイン型タンパク質の細胞レベルでの機能解析を進めると共に、それらの分子レベルの作用機序から個体レベルでの生理機能まで、全階層横断的な解析を主導的に進める。さらに、比較ゲノム解析の手法を駆使して配列への機能依存性を高めずに機能を獲得する分子進化戦略を明らかにするほか、クマムシ特異的タンパクを強制発現し、新たな生体機能を持った個体の作製も目指す。
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| 研究実績の概要 |
極限環境耐性を持つクマムシは種特異的なタンパク質を多数有しており、それらの多くは煮沸処理後も可溶性を失わない「熱可溶性」という特異な性質を示す。本研究ではクマムシが示す優れたストレス耐性能力に注目し、クマムシ特異的な非ドメイン型タンパク質の細胞レベルでの機能解析を進めると共に、それらの分子レベルの作用機序から個体レベルでの生理機能まで、全階層横断的な解析を主導的に進めることを目的としている。本年度は、まず、昨年度まで開発した新技術Droplet-MDAによる超微量ゲノムDNAからの全ゲノム解析を進めた。飼育系が確立されていない異クマムシ三種を含める多様なクマムシのゲノムを四種決定した。その上で、非ドメイン型タンパクは配列類似性を持たないため、Alphafold2による立体構造予測によって類似構造を持つタンパクをクラスタリングし、約300種類のクマムシ固有非ドメイン型タンパクを見出した。
加えて、前年度までに耐性に関わる候補としてT-DRYPsと名付けたストレスに応答して可逆的に凝集するクマムシタンパク質群を多数同定してきており、今年度はこれらの中から機能獲得型スクリーニングにより耐性向上をもたらすものを選別・同定した。具体的にはT-DRYPsを導入した動物細胞群に対してストレス環境下での競合生存・増殖実験を実施し、ストレス曝露によって一部のT-DRYPsが顕著に濃縮されることを見出した。さらにそのうちの一部は単体の導入で実際に動物細胞のストレス耐性を向上させることを確認した。これまで解析されたことのないクマムシ固有タンパク質が含まれており、これらは新たな耐性タンパク質と考えられ今後の耐性に寄与するメカニズムの解析に供する予定である。また、これまでに確立したゲノム編集個体作出系の改良を進め、別途同定した耐性遺伝子の破壊個体を作出し解析を進めている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初の計画通り、クマムシの乾眠に関わる非ドメイン型タンパクの機能解析と、新規タンパクの探索を進められている。昨年度開発したクマムシ内in vivo 遺伝子発現系TardiVecによって、これまでに発見してきたクマムシ乾眠関連タンパクが強い組織特異性を持って発現していることが明らかになり、クマムシ乾眠メカニズムのモデルは再考が必要となっているが、一方で発現特異性に関するデータも徐々に蓄積してきており、研究全体としては順調に進行している。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでに開発したクマムシin vivo 遺伝子発現系TardiVecを用い、1. 詳細に非ドメイン型タンパクの発現制御機構を同定し、2.これまでに明らかになってきた乾眠関連非ドメイン型タンパクの組織特異的発現について、1細胞解像度の空間トランスクリプトーム解析によって組織特異的発現パターンを網羅的に解明し、3. RNAiやCRISPR-Cas9系を用いてこれら非ドメイン型タンパクの役割をライブイメージングによって解析する。加えて、本研究課題で開発したCRISPR/Cas9によるゲノム編集個体作出技術を用いて、これまで見出してきた耐性候補タンパク質群について、ノックアウトクマムシ個体を作出し耐性に必須な新規タンパク質群の同定・解析を進める。また、昨年度gain of function screeningによって新たに同定した新規耐性タンパク質について、配列への変異導入による機能への影響をin vitro 、培養細胞、クマムシ個体を用いて解析することで詳細な耐性メカニズムの解明を目指す。
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