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真核生物におけるミトコンドリア局在DNAポリメラーゼの進化と多様性の全容解明

研究課題

研究課題/領域番号 22KJ0401
補助金の研究課題番号 22J11104 (2022)
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分基金 (2023)
補助金 (2022)
応募区分国内
審査区分 小区分45030:多様性生物学および分類学関連
研究機関筑波大学

研究代表者

原田 亮  筑波大学, 理工情報生命学術院, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2023-03-08 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2023年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2022年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワード真核生物 / ミトコンドリア / 葉緑体 / DNA複製 / オルガネラ進化
研究開始時の研究の概要

ミトコンドリアゲノムは核にコードされたミトコンドリア局在DNAポリメラーゼ(mt局在DNAP)によって複製される。これまでにPolγ、POP、PolIA、PolIBCD+という4種類のmt局在DNAPが報告されている。しかし、そのいずれも検出されない真核生物系統が複数見つかっている。これらの系統においてもミトコンドリアゲノムが維持されていることから何らかのmt局在DNAPが存在しているはずであるが、詳細は不明である。
本研究では多様な真核生物系統におけるmt局在DNAP候補の探索とDNAPの大規模系統解析を行うことで、真核生物におけるmt局在DNAPの多様性と進化の解明を目指す。

研究実績の概要

今年度は昨年度までに行っていたDNAポリメラーゼの探索をさらに広範な真核生物で包括的に行うことで最終的に10種類の新奇DNAポリメラーゼを発見した。これらのうち、3種類については学内外の共同研究者との協力のもと、GFPを用いた細胞生物学的実験により細胞内局在を確認した。新たに発見したDNAポリメラーゼのうち、rdxPolAと名付けたものはミトコンドリアの起源となったαプロテオバクテリアに直接由来することを明らかにした。rdxPolAの発見は真核生物におけるミトコンドリア局在DNAPの理解を改めるものであり、ミトコンドリアの誕生から現生の真核生物に至るまでのミトコンドリア局在DNAPの進化シナリオの提案に成功した。この成果はMolecular Biology and Evolution誌に査読付き英文論文として掲載された。
また、ユーグレノゾアに属する未培養種の単細胞由来トランスクリプトームデータに含まれるDNAポリメラーゼ配列を探索することで、ユーグレノゾアにおけるミトコンドリア局在DNAPの分布を更新した。この成果はProtist誌に査読付き英文論文として掲載された。
さらに、真核生物ゲノムのアノテーションツールの解析を行った。アノテーションに必要となるイントロンとエキソンの境目となるスプライスサイトの予測を機械学習を用いて行った。この成果はIPSJ Transactions on Bioinformatics誌に査読付き英文論文として掲載された。
原田氏は研究成果の発表にも積極的であり、昨年度は情報処理学会第143回MPS・第74回BIO合同研究発表会、3rd Annual Congress on Euglenids、ECOP-ISOP 2023で研究成果の一部を口頭発表した。ECOP-ISOPではホルツ・コナートラベルアワードを受賞した。

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] University of Ostrava(チェコ)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Ostrava(チェコ)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] Encyclopedia of Family A DNA Polymerases Localized in Organelles: Evolutionary Contribution of Bacteria Including the Proto-Mitochondrion2024

    • 著者名/発表者名
      Harada Ryo、Hirakawa Yoshihisa、Yabuki Akinori、Kim Eunsoo、Yazaki Euki、Kamikawa Ryoma、Nakano Kentaro、Elias Marek、Inagaki Yuji
    • 雑誌名

      Molecular Biology and Evolution

      巻: 41 号: 2

    • DOI

      10.1093/molbev/msae014

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] AtLASS: A Scheme for End-to-End Prediction of Splice Sites Using Attention-based Bi-LSTM2023

    • 著者名/発表者名
      Harada Ryo、Kume Keitaro、Horie Kazumasa、Nakayama Takuro、Inagaki Yuji、Amagasa Toshiyuki
    • 雑誌名

      IPSJ Transactions on Bioinformatics

      巻: 16 号: 0 ページ: 20-27

    • DOI

      10.2197/ipsjtbio.16.20

    • ISSN
      1882-6679
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Gleaning Euglenozoa-specific DNA polymerases in public single-cell transcriptome data2023

    • 著者名/発表者名
      Harada Ryo、Inagaki Yuji
    • 雑誌名

      Protist

      巻: 174 号: 6 ページ: 125997-125997

    • DOI

      10.1016/j.protis.2023.125997

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 遺伝子水平伝播が支配するオルガネラ局在ファミリーA型DNAポリメラーゼの進化/Evolution of organelle-localized family A DNA polymerases mediated by lateral gene transfer2023

    • 著者名/発表者名
      Harada Ryo、Inagaki Yuji
    • 雑誌名

      月刊細胞

      巻: 55 ページ: 33-36

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] AtLASS: A scheme for end-to-end prediction of splice sites using attention-based bi-LSTM2023

    • 著者名/発表者名
      Ryo Harada, Keitaro Kume, Kazumasa Horie, Takuro Nakayama, Yuji Inagaki, Toshiyuki Amagasa
    • 学会等名
      第143回MPS・第74回BIO合同研究発表会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Has the DNA polymerase of the proto-mitochondrion been retained in Discoba, Malawimonadidae, and Ancyromonadida?: a novel mitochondrion-localized DNA polymerase with the phylogenetic affinity to the alpha-proteobacterial PolI2023

    • 著者名/発表者名
      Ryo Harada, Yoshihisa Hirakawa, Akinori Yabuki, Eunsoo Kim, Euki Yazaki, Ryoma Kamikawa, Kentaro Nakano, Marek Elias, Yuji Inagaki
    • 学会等名
      ECOP-ISOP joint meeting
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Evolution and switching of mitochondrion-localized DNA polymerases from LECA to Euglenoids2023

    • 著者名/発表者名
      Ryo Harada, Yoshihisa Hirakawa, Akinori Yabuki, Eunsoo Kim, Euki Yazaki, Ryoma Kamikawa, Kentaro Nakano, Marek Elias, Yuji Inagaki
    • 学会等名
      3rd Annual International Congress on Euglenoids 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] アピコンプレクサとその近縁系統におけるミトコンドリア局在DNAポリメラーゼの多様性と起源の解明2022

    • 著者名/発表者名
      原田 亮, 稲垣 祐司
    • 学会等名
      第91回日本寄生虫学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] ユーグレナ類はピラミモナス緑藻由来の色素体局在DNAポリメラーゼをもつ2022

    • 著者名/発表者名
      原田 亮, Marek Elias, 稲垣 祐司
    • 学会等名
      第81回日本寄生虫学会東日本支部大会・ 日本共生生物学会第6回大会 合同大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Euglenids have a plastid-localized DNA polymerase from a green alga related to Pyramimonas2022

    • 著者名/発表者名
      Ryo Harada, Marek Elias, Yuji Inagaki
    • 学会等名
      2nd Annual International Congress on Euglenoids 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考] 遺伝子のタンパク質をコードする部分を見つけ出す

    • URL

      https://casebank.sk-tsukuba.university/case/2574

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書

URL: 

公開日: 2022-04-28   更新日: 2024-12-25  

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