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脱水応答性繊維形成タンパク質が担う新規乾燥耐性原理の解明

研究課題

研究課題/領域番号 21J11385
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分43010:分子生物学関連
研究機関東京大学

研究代表者

田中 彬寛  東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2021-04-28 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
2022年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
キーワードクマムシ / 乾燥耐性 / CAHS / 細胞骨格 / 相分離
研究開始時の研究の概要

微小動物クマムシは高い乾燥耐性を有しており、乾燥した環境では体内の水分をほとんど失い、代謝を停止して乾燥に耐える。これまでに幾つかの耐性関連タンパク質は同定されてきたが、クマムシの乾燥耐性の分子メカニズムは依然不明である。近年、当研究室で脱水ストレスに応答して可逆的に線維化するクマムシ由来のタンパク質を同定した。この線維化タンパク質は脱水環境下で溶液のゲル化を誘導することから、脱水に応答してクマムシの細胞内がゲル化する仮説を想起した。ゲル構造は保水性や機械的強度の面で乾燥耐性に適した物性である。本研究ではゲル化仮説を実験的に証明し、線維化タンパク質を基盤とした新規乾燥耐性原理の解明を目指す。

研究実績の概要

クマムシに固有のタンパク質CAHSは、緩やかな脱水を引き起こす高浸透圧ストレスに応答して可逆的に細胞骨格様の線維構造を形成する。脱水ストレスへの顕著な応答性から、CAHS線維の形成はクマムシの乾燥ストレス耐性に重要であると考えられるが、その保護メカニズムは不明だった。高い乾燥耐性能を持つヨコヅナクマムシの生体内と同程度の濃度のCAHS3タンパク質溶液に脱水環境を模擬する薬剤TFEを加え、線維化を誘導するとゲル状に凝固した。この結果からCAHSタンパク質はクマムシ細胞内を脱水ストレス依存にゲル転移している可能性がある。そこでゲル化による物性への影響を調べるために、CAHS3タンパク質を内包する小胞を作成し、ゲル化前後の硬さの計測を行ったところ、ゲル化に依存して小胞に弾性が検出された。CAHS線維が培養細胞においても機械的な強度の向上に寄与するかを明らかにするために、CAHS3恒常発現培養細胞株を作出し、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて、細胞表面の硬さの指標である弾性率を計測した。その結果、線維化の誘導依存に弾性率が向上した。脱水ストレスは細胞体積の減少を引き起こすため、続いて、CAHS線維の形成による体積変化への影響を調べたところ、CAHS3発現細胞では細胞体積の減少が抑制されていた。最後にCAHSの発現による細胞の生存率への影響を調べたところ、CAHS3発現細胞株では高浸透圧ストレス耐性が向上していた。以上の結果から、CAHSタンパク質は脱水ストレス依存に細胞の機械的な強度を向上させることで、脱水にともなう破壊的な変形から細胞を保護するという新たな耐性メカニズムを提唱した。さらに、線維形成能に差のあるCAHSパラログ間でアミノ酸配列を比較解析することで線維形成に関与するモチーフ構造も新たに同定した。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 3件) 学会・シンポジウム開催 (1件)

  • [雑誌論文] Stress-dependent cell stiffening by tardigrade tolerance proteins that reversibly form a filamentous network and gel2022

    • 著者名/発表者名
      Tanaka Akihiro、Nakano Tomomi、Watanabe Kento、Masuda Kazutoshi、Honda Gen、Kamata Shuichi、Yasui Reitaro、Kozuka-Hata Hiroko、Watanabe Chiho、Chinen Takumi、Kitagawa Daiju、Sawai Satoshi、Oyama Masaaki、Yanagisawa Miho、Kunieda Takekazu
    • 雑誌名

      PLOS Biology

      巻: 20 号: 9 ページ: 3001780-3001780

    • DOI

      10.1371/journal.pbio.3001780

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] クマムシの乾燥耐性を”支える”CAHS線維のはたらき2023

    • 著者名/発表者名
      田中 彬寛、本田 玄、柳澤 実穂、國枝 武和
    • 学会等名
      第7回クマムシ学研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Physiological roles oftardigrade-unique heat-soluble proteins2022

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Tanaka, Reitaro Yasui, Takekazu Kunieda
    • 学会等名
      15th International Symposium on Tardigrada
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Stress-dependent cell-stiffening by tardigrade tolerance proteins CAHS through reversible formation of a cytoskeleton-like filamentous network and gel-transition2022

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Tanaka, Tomomi Nakano, Kento Watanabe, Kazutoshi Masuda, Gen Honda, Shuichi Kamata, Reitaro Yasui, Hiroko Kozuka-Hata, Chiho Watanabe, Takumi Chinen, Daiju Kitagawa, Satoshi Sawai, Masaaki Oyama, Miho Yanagisawa, Takekazu Kunieda
    • 学会等名
      15th International Symposium on Tardigrada
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] クマムシ固有の耐性タンパク質CAHSによるストレス依存的な細胞の機械的強度の向上2022

    • 著者名/発表者名
      田中 彬寛、中野 智美、渡邊 健人、増田 和俊、本田 玄、鎌田 周一、安井 玲太朗、渡邊 千穂、知念 拓実、澤井 哲、北川 大樹、 柳澤 実穂、國枝 武和
    • 学会等名
      第7回ユニーク会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Cell-protective mechanisms and higher-order structures required for dehydration-like stress-responsive filamentation of the tardigrade-unique tolerance protein CAHS.2022

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Tanaka, Gen Honda, Satoshi Sawai, Miho Yanagisawa, Takekazu Kunieda
    • 学会等名
      第93回日本動物学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Stress-dependent cell stiffening by tardigrade tolerance proteins CAHS reversibly forming cytoskeleton-like filament networks and gels2022

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Tanaka, Tomomi Nakano, Kento Watanabe, Kazutoshi Masuda, Gen Honda, Shuichi Kamata, Reitaro Yasui, Satoshi Sawai, Miho Yanagisawa, Takekazu Kunieda
    • 学会等名
      第60回日本生物物理学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] クマムシ固有の繊維化耐性タンパク質CAHSによるストレス依存の細胞硬化と繊維形成に関わる静電相互作用の解明2022

    • 著者名/発表者名
      田中 彬寛、本田 玄、澤井 哲、柳澤 実穂、國枝 武和
    • 学会等名
      第45回日本分子生物学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] なぜクマムシは乾燥すると頑強になるのか?2022

    • 著者名/発表者名
      田中彬寛、渡邊健人、増田和俊、鎌田周一、柳澤実穂、國枝武和
    • 学会等名
      第6回クマムシ学研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Stress-dependent cell stiffening by tardigrade tolerance proteins CAHS through reversible formation of cytoskeleton-like filamentous network and gel-transition2022

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Tanaka, Tomomi Nakano, Kento Watanabe, Kazutoshi Masuda, Gen Honda, Shuichi Kamata, Reitaro Yasui, Hiroko Kozuka-Hata, Chiho Watanabe, Takumi Chinen, Daiju Kitagawa, Satoshi Sawai, Masaaki Oyama, Miho Yanagisawa, Takekazu Kunieda
    • 学会等名
      Anhydrobiosis; cheating death and telling the tale. Scientific meeting of The Royal society.
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] クマムシ固有な新規細胞骨格様タンパク質による耐性への寄与の解析2021

    • 著者名/発表者名
      田中 彬寛、中野 智美、渡邊 健斗、増田 和俊、鎌田 周一、知念 拓実、北川 大樹、柳澤 実穂、國枝 武和
    • 学会等名
      第92回日本動物学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] クマムシ固有の耐性タンパク質CAHSの 線維/ゲル化メカニズムの解析2021

    • 著者名/発表者名
      田中 彬寛、中野 智美、渡邊 健斗、増田 和俊、鎌田 周一、安井 玲太朗、知念 拓実、北川 大樹、柳澤 実穂、國枝 武和
    • 学会等名
      第22回極限環境生物学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] クマムシ固有の乾燥耐性タンパク質による 脱水ストレスに応答した可逆的な細胞骨格様線維/ゲルの形成2021

    • 著者名/発表者名
      田中 彬寛、中野 智美、渡邊 健斗、増田 和俊、鎌田 周一、安井 玲太朗、知念 拓実、北川 大樹、柳澤 実穂、國枝 武和
    • 学会等名
      第44回日本分子生物学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会・シンポジウム開催] 15th International Symposium on Tardigrada2022

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

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公開日: 2021-05-27   更新日: 2024-03-26  

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