| 研究領域 | 時間タンパク質学：多様な「時」を生み出すタンパク質マシーナリー |
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| 研究課題/領域番号 |
24H02301
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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 | 分子科学研究所 |
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研究代表者 |
秋山 修志 分子科学研究所, 協奏分子システム研究センター, 教授 (50391842)
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| 研究分担者 |
寺内 一姫 立命館大学, 生命科学部, 教授 (70444370)
八木田 和弘 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (90324920)
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| 研究期間 (年度) |
2024-04-01 – 2029-03-31
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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 |
142,610千円 (直接経費: 109,700千円、間接経費: 32,910千円)
2026年度: 27,430千円 (直接経費: 21,100千円、間接経費: 6,330千円)
2025年度: 28,470千円 (直接経費: 21,900千円、間接経費: 6,570千円)
2024年度: 28,860千円 (直接経費: 22,200千円、間接経費: 6,660千円)
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| キーワード | シアノバクテリア / 概日時計 / 真核生物 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
シアノバクテリアにおいては、3種類の時間タンパク質(KaiA、KaiB、KaiC)とATPを混合するだけで、概日リズムを試験管内に再構成できる。KaiCには、1日に1回の頻度を安定に生み出す特性(周波数特性)がエンコードされており、その特性が多重の階層を貫くように伝播することで、細胞レベルのリズムの周波数や温度補償性が決定される。本研究では、KaiCが内包する複雑かつ多様な機能を漏れなくかつ定量的に把握し、それらの知見を指標に、KaiCの役割を担う哺乳類の時間タンパク質を探索する。
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| 研究実績の概要 |
KaiCの結晶構造から得られた知見をもとに、生化学や計算科学の手法を援用しつつ、KaiCのリン酸化サイクルを駆動する第一リン酸化過程を原子レベルで検証した。リン酸基がKaiCに結合する反応過程を詳細に解析したところ、KaiC内部に存在するグルタミン酸やアルギニンなどのアミノ酸がリン酸化反応の進行・停止を制御する重要な役割を担っていることを突き止めた。KaiCに作用する可能性のある化合物の候補が見つかった。また、祖先型および現生型KaiCの構造解析を実施し、KaiCの形状や構造の進化を可視化した。
窒素固定性シアノバクテリア Leptolyngbya boryana における2種類のKaiCホモログ（Lb-KaiC1およびLb-KaiC2）の基礎的な生化学的特性を解析した。その結果、Lb-KaiC1が概日時計機能を担う主要な因子であることが明らかとなった。
哺乳類の概日時計においては、依然として24時間の周波数特性を付与する機構については明らかになっていない。そこで、時計遺伝子が構成する転写-翻訳フィードバックループ（TTFL）に24時間の周波数特性を与えるタンパク質の同定とその制御機構を明らかにするために、マウスES細胞を用いた時間タンパク質動態解析を行った。まず、内在性時計遺伝子Bmal1、Per1、Cry1へFlagタグをノックインしたES細胞株を樹立し、in vitro分化誘導培養による概日時計形成プロセスにおける時計タンパク質複合体の動態解析を進めた。その結果、時計タンパク質複合体形成に同期した概日時計の分子振動出現を確認し、TTFLの成立による24時間周期のリードアウト機構を明らかにした。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
2: おおむね順調に進展している
理由
KaiCに作用する可能性のある化合物の候補を見出し、両者間の相互作用を調べるための基礎的な生化学的実験に着手できている。窒素固定性シアノバクテリア Leptolyngbya boryana が保有する2種類のKaiCホモログについては、Lb-KaiC1に関する生化学的な解析が終了し、Lb-KaiC2の機能検証実験に着手できている。哺乳類の概日時計については、内在性時計遺伝子にFlagタグをノックインしたES細胞株を樹立し、時計タンパク質複合体の動態解析に着手できている。
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| 今後の研究の推進方策 |
ヌクレオチド寿命計測法とリン酸化・脱リン酸化模倣変異を用いて、KaiCにおける基質レベルのリン酸化活性を詳細に解析する。2025年度は、候補となる化合物とKaiCの相互作用や反応様式を調べるための基礎的な生化学的実験を実施する。また、KaiCと一部類似した機能を有する可能性が見込まれる哺乳類の酵素について、試料調製系を立ち上げるとともに、機能解析を実施するための諸準備を行う。
Lb-KaiC2はATP加水分解活性を有するものの、その生理的機能については未解明でありる。2025年度は、Leptolyngbya boryanaにおける窒素固定と光合成の概日振動をタンパク質レベルで解析する培養系の立ち上げとプロテオーム解析を実施するための準備を行う。
哺乳類の概日時計については、今後、24時間周期を包含する候補タンパク質に注目し、概日時計の発生プロセスにおいてみられる24時間周期の時間創出機構を明らかにする。
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