ハプロ不全性の分子メカニズムの網羅的解析

• 研究課題/領域番号: 19H03205
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分43050:ゲノム生物学関連
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 大矢 禎一 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (20183767)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円); 2021年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2020年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2019年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
• キーワード: ハプロ不全性 / 出芽酵母 / CCTシャペロニン複合体 / 不十分量仮説 / CalMorph / 形態解析 / 細胞形態 / シャペロニンCCT / 形態表現型 / フェノーム

研究開始時の研究の概要

ハプロ不全は二倍体生物のヘテロ接合体で機能欠損側の表現型が現れる遺伝現象であるが、そのメカニズムはほとんど明らかになっていなかった。今までハプロ不全は稀に見られる現象であると考えられてきたが、研究代表者らは最近出芽酵母変異株において半数以上の必須遺伝子ヘテロ破壊株が形態的にハプロ不全性を示すことを明らかにした。そこで本研究ではまず、形態的にハプロ不全性が生じる分子メカニズムを出芽酵母で網羅的に解析する。ハプロ不全性が起こりやすくなる条件、起こりにくくなる条件を明らかにする。この知見を踏まえて形態的なハプロ不全性を利用した化合物の細胞内標的方法を開発する。

研究成果の概要

本研究の目的は、出芽酵母の必須遺伝子でハプロ不全性が生じる分子メカニズムを解明することである。増殖に必須なシャペロニンCCT複合体のサブユニットをコードする全８遺伝子（TCT1,CCT2-CCT8）を用いて、遺伝子高発現させた時に、果たして発現量を減らした時と同じ表現型を示すのかどうかを形態的観点から調べた。その結果、過剰発現しても顕著な形態変化は認められなかった。この結果は遺伝子の発現レベルを増加させても減少させても同じ形態表現型が現れるとするバランス仮説を否定し、不十分量仮説を支持した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

ヒト遺伝病データベース(OMIM)によると、ハプロ不全性様式のヒトの優性遺伝病は現在700件以上の登録がされている。ヒトゲノムの解析からハプロ不全性遺伝子に対する興味が高まる中で、本研究では遺伝子操作と表現型解析が容易に行える出芽酵母の利点を生かしてハプロ不全性のメカニズムに実験的にアプローチした。得られた結果からは、ハプロ不全性のメカニズムとして不十分量仮説が支持されるようになり、ハプロ不全様式の優性遺伝病の理解に役立つ知見が得られた。

研究成果

• [国際共同研究] ストラスブルグ大学(フランス)
• [国際共同研究] トロント大学(カナダ)
• [雑誌論文] AI-based forecasting of ethanol fermentation using yeast morphological data. (2021)
  • 著者名/発表者名: Itto-Nakama K, Watanabe S, Kondo N, Ohnuki S, Kikuchi R, Nakamura T, Ogasawara W, Kasahara K, Ohya Y.
  • 雑誌名: Biosci Biotechnol Biochem. 巻: 86 号: 1 ページ: 125-134
  • DOI: 10.1093/bbb/zbab188
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Are droplets really suitable for single-cell analysis? A case study on yeast in droplets. (2021)
  • 著者名/発表者名: Nakagawa Y, Ohnuki S, Kondo N, Itto-Nakama K, Ghanegolmohammadi F, Isozaki A, Ohya Y, Goda K.
  • 雑誌名: Lab Chip. 巻: 21 号: 19 ページ: 3793-3803
  • DOI: 10.1039/d1lc00469g
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Defining Functions of Mannoproteins in Saccharomyces cerevisiae by High-Dimensional Morphological Phenotyping. (2021)
  • 著者名/発表者名: Ghanegolmohammadi F, Okada H, Liu Y, Itto-Nakama K, Ohnuki S, Savchenko A, Bi E, Yoshida S, Ohya Y.
  • 雑誌名: J Fungi (Basel). 巻: 7 号: 9 ページ: 769-769
  • DOI: 10.3390/jof7090769
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Poacic acid, a β-1,3-glucan-binding antifungal agent, inhibits cell-wall remodeling and activates transcriptional responses regulated by the cell-wall integrity and high-osmolarity glycerol pathways in yeast. (2021)
  • 著者名/発表者名: Garcia R, Itto-Nakama K, Rodriguez-Pena JM, Chen X, Sanz AB, de Lorenzo A, Pavon-Verges M, Kubo K, Ohnuki S, Nombela C, Popolo L, Ohya Y, Arroyo J.
  • 雑誌名: FASEB J. 巻: 10 号: 9 ページ: 1299-1299
  • DOI: 10.1096/fj.202100278r
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Genome Editing to Generate Sake Yeast Strains with Eight Mutations That Confer Excellent Brewing Characteristics. (2021)
  • 著者名/発表者名: Chadani T, Ohnuki S, Isogai A, Goshima T, Kashima M, Ghanegolmohammadi F, Nishi T, Hirata D, Watanabe D, Kitamoto K, Akao T, Ohya Y.
  • 雑誌名: Cells 巻: 10 号: 6 ページ: 1299-1299
  • DOI: 10.3390/cells10061299
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The kinetic landscape and interplay of protein networks in cytokinesis. (2020)
  • 著者名/発表者名: Okada H, MacTaggart B, Ohya Y, Bi E.
  • 雑誌名: iScience 巻: 24 号: 1 ページ: 101917-101917
  • DOI: 10.1016/j.isci.2020.101917
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Genetic profiling of protein burden and nuclear export overload. (2020)
  • 著者名/発表者名: Kintaka R, Makanae K, Namba S, Kato H, Kito K, Ohnuki S, Ohya Y, Andrews BJ, Boone C, Moriya H.
  • 雑誌名: Elife 巻: 9
  • DOI: 10.7554/elife.54080
  • NAID: 120006941058
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Sequentially addressable dielectrophoretic array for high-throughput sorting of large-volume biological compartments (2020)
  • 著者名/発表者名: A Isozaki, Y Nakagawa, M H Loo, Y Shibata, N Tanaka, D L Setyaningrum, J-W Park, Y Shirasaki, H Mikami, D Huang, H Tsoi, C T Riche, T Ota, H Miwa, Y Kanda, T Ito, K Yamada, O Iwata, K Suzuki, S Ohnuki, Y Ohya, Y Kato, T Hasunuma, S Matsusaka, M Yamagishi, M Yazawa, S Uemura, K Nagasawa, H Watarai, D Di Carlo, K Goda
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 29 号: 22 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1126/sciadv.aba6712
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Callose Synthesis Suppresses Cell Death Induced by Low-Calcium Conditions in Leaves (2020)
  • 著者名/発表者名: Shikanai Yusuke、Yoshida Ryosuke、Hirano Tomoko、Enomoto Yusuke、Li Baohai、Asada Mayu、Yamagami Mutsumi、Yamaguchi Katsushi、Shigenobu Shuji、Tabata Ryo、Sawa Shinichiro、Okada Hiroki、Ohya Yoshikazu、Kamiya Takehiro、Fujiwara Toru
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 182 号: 4 ページ: 2199-2212
  • DOI: 10.1104/pp.19.00784
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 6 Virtual-freezing fluorescence imaging flow cytometry. (2020)
  • 著者名/発表者名: Mikami H, Kawaguchi M, Huang CJ, Matsumura H, Sugimura T, Huang K, Lei C, Ueno S, Miura T, Ito T, Nagasawa K, Maeno T, Watarai H, Yamagishi M, Uemura S, Ohnuki S, Ohya Y, Kurokawa H, Matsusaka S, Sun CW, Ozeki Y, Goda K.
  • 雑誌名: Nat Commun. 巻: 6 号: 1 ページ: 1162-1162
  • DOI: 10.1038/s41467-020-14929-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 「メンデルの優性の法則」の今 (2020)
  • 著者名/発表者名: 大矢禎一
  • 雑誌名: 化学と生物 巻: 58 ページ: 75-76
  • 査読あり
• [雑誌論文] Genome editing to generate nonfoam-forming sake yeast strains (2019)
  • 著者名/発表者名: Shinsuke Ohnuki, Mao Kashima, Toshikazu Yamada, Farzan Ghanegolmohammadi, Yan Zhou, Tetsuya Goshima, Jun-ichi Maruyama, Katsuhiko Kitamoto, Dai Hirata, Takeshi Akao, Yoshikazu Ohya
  • 雑誌名: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 巻: 83 号: 8 ページ: 1583-1593
  • DOI: 10.1080/09168451.2019.1631146
  • 査読あり
• [雑誌論文] History, lineage and phenotypic differentiation of sake yeast. (2019)
  • 著者名/発表者名: Ohya Y, Kashima M
  • 雑誌名: Biosci Biotechnol Biochem 巻: 83 号: 8 ページ: 1442-1448
  • DOI: 10.1080/09168451.2018.1564620
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cucurbitacin B Exerts Antiaging Effects in Yeast by Regulating Autophagy and Oxidative Stress (2019)
  • 著者名/発表者名: Lin Y, Kotakeyama Y, Li J, Pan Y, Matsuura A, Ohya Y, Yoshida M, Xiang L, Qi J.
  • 雑誌名: Oxid Med Cell Longev 巻: 2019 ページ: 4517091-4517091
  • DOI: 10.1155/2019/4517091
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] CCT複合体のサブユニットをコードする遺伝子が示すハプロ不全性の分子メカニズムの研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: ◯山本 一輝、大貫慎輔、大矢禎一
  • 学会等名: 酵母遺伝学フォーラム（岡崎）
• [学会発表] 真菌細胞壁のβ-1,6-グルカン合成を阻害するジェルビンの作用機序の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: ◯一刀かおり、稲田恵理、久保佳蓮、山中大輔、 安達禎之、野田陽一、大矢禎一
  • 学会等名: 酵母遺伝学フォーラム（岡崎）
• [学会発表] 新規抗真菌剤ポアシジエンの作用メカニズムと抗真菌スペクトルの解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: ◯小川樹、大貫慎輔、一刀かおり、Fachuang Lu、Ashish Ranjan,、 Mehdi Kabbage、Abraham Gebre,、 山下真生、Sheena C. Li、八代田陽子、吉田知史、臼井健郎、Jeff S. Piotrowski、Brenda J. Andrews、 Charles Boone、 Grant W. Brown、John Ralph、大矢禎一
  • 学会等名: 酵母遺伝学フォーラム（岡崎）
• [学会発表] CalMorphを用いた出芽酵母モノソミー変異体の形態表現型解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: ◯近藤直子、清水公貴、大貫慎輔、小川志帆、田中誠司、大矢禎一
  • 学会等名: 酵母遺伝学フォーラム（岡崎）
• [学会発表] エタノール発酵量を細胞形態からリアルタイムに予想するAIの開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 一刀かおり、渡部峻、近藤直子、◯大貫慎輔、菊地亮太、中村徹、小笠原渉、笠原堅、大矢禎一
  • 学会等名: 酵母遺伝学フォーラム（岡崎）
• [学会発表] 複数の優良醸造特性を持つ清酒酵母のゲノム編集を用いた育種 (2021)
  • 著者名/発表者名: ◯茶谷朋哉、大貫慎輔、磯谷敦子、五島徹也、鹿島舞央、Farzan Ghanegolmohammadi、西智之、平田大、北本勝ひこ、赤尾健、大矢禎一
  • 学会等名: 酵母遺伝学フォーラム（岡崎）
• [学会発表] 微小液滴によるSaccharomyces cerevisiaeの培養と高速分取 (2021)
  • 著者名/発表者名: ◯中川悠太、大貫慎輔、近藤直子、磯崎瑛宏、大矢禎一、合田圭介
  • 学会等名: 酵母遺伝学フォーラム（岡崎）
• [学会発表] 出芽酵母必須遺伝子のハプロ不全性獲得メカニズムの解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 大貫慎輔
  • 学会等名: 分子生物学会
• [学会発表] ゲノム編集による泡なし清酒酵母の作出 (2019)
  • 著者名/発表者名: 大貫慎輔
  • 学会等名: 酵母遺伝学フォーラム
• [学会発表] 真菌の細胞壁に作用する新しい抗真菌薬Jervineの研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 久保佳蓮
  • 学会等名: 酵母遺伝学フォーラム
• [学会発表] 出芽酵母の細胞集団中に含まれる巨大細胞の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 福井理沙子
  • 学会等名: 酵母遺伝学フォーラム
• [学会発表] セルソータを使った老化細胞の形態解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 史 文聡
  • 学会等名: 酵母遺伝学フォーラム
• [学会発表] 酵母フェノーム研究からわかること (2019)
  • 著者名/発表者名: 大矢禎一
  • 学会等名: 東京大学CRIIM 微生物ウイーク
  • 招待講演
• [学会発表] Sake yeasts: history and future (2019)
  • 著者名/発表者名: 大矢禎一
  • 学会等名: KAAB International Symposium 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Q-Bio symposium (2019)
  • 著者名/発表者名: 大矢禎一
  • 学会等名: From Genome to Moprhology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] From Genome to Moprhology (2019)
  • 著者名/発表者名: 大矢禎一
  • 学会等名: "JSPS C2C Japan Half Global Kickoff Symposium"
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] From Genome to Moprhology (2019)
  • 著者名/発表者名: 大矢禎一
  • 学会等名: EAST Yeast meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [産業財産権] ゲノム改変微生物株 (2021)
  • 発明者名: 大矢禎一、茶谷朋哉、赤尾健、五島徹也
  • 権利者名: 国立大学法人東京大学、独立行政法人酒類総合研究所
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2021
  • 外国
• [産業財産権] ８－８ジフェルラ酸誘導体 (2021)
  • 発明者名: 大矢禎一、一刀かおり、小川樹、アブラハム アベラ ゲブレ他３名
  • 権利者名: 国立大学法人東京大学、ウィスコンシン大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2021
• [産業財産権] 酵母の産業適格性予測システム及び方法 (2021)
  • 発明者名: 大矢禎一、大貫慎輔、呉俊元、増尾直久、岩切亮
  • 権利者名: 国立大学法人 東京大学、三菱商事ライフサイエンス株式会社
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2021
• [産業財産権] 抗真菌剤 (2019)
  • 発明者名: 大矢禎一、久保佳蓮
  • 権利者名: 大矢禎一、久保佳蓮
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2019-150447
  • 出願年月日: 2019
• [産業財産権] 抗真菌剤のスクリーニング方法、及び、真菌病原性発現阻害剤である抗真菌剤 (2019)
  • 発明者名: 大矢禎一、加藤大騎、長田裕之、平野弘之、関水和久
  • 権利者名: 大矢禎一、加藤大騎、長田裕之、平野弘之、関水和久
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2019-124887
  • 出願年月日: 2019
• [産業財産権] 桂皮酸誘導体の二量体化合物の製造方法 (2019)
  • 発明者名: 富永健一、嶋本康広、大矢禎一
  • 権利者名: 富永健一、嶋本康広、大矢禎一
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2019-184436
  • 出願年月日: 2019