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青色光適応メカニズムから概日的遺伝子発現制御の意義を理解する

研究課題

研究課題/領域番号 23KJ2175
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分基金
応募区分国内
審査区分 小区分43060:システムゲノム科学関連
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

河本 尚大  国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2023-04-25 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2025年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2024年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワード概日時計 / シアノバクテリア / 光合成 / RNA-seq / Ribo-seq
研究開始時の研究の概要

概日時計はバクテリアからヒトに至るまで保存されているシステムで、周期的に昼夜が交替する地球環境への適応に重要だと考えられている。一方、概日時計モデル生物シアノバクテリアの一部の時計変異株では概日リズムが異常となるが、実験室での日周条件で生育は正常なままであった。この事実が概日リズムの重要性および明暗環境への適応メカニズムを理解する上での障壁となっていた。
そうした状況で、上記の一部時計変異体の生育が青色光を用いた明暗サイクルで低下することを発見した。環境適応において青色光と概日時計に密接な関係があると考え、網羅的な遺伝子発現解析を行い、概日時計が環境適応を可能にするメカニズムの解明を目指す。

研究実績の概要

1.シアノバクテリアにおけるトランスクリプトームおよびトランスレイトームの解析。RNA-seq、Ribosome profiling により、シアノバクテリアSynechocystis sp PCC 6803における転写産物蓄積量・翻訳動態の変化を解析した。さらに発現の明暗応答メカニズムを明らかにするために光合成阻害剤DCMU、DBMIBでの処理サンプルの解析を行なった。光合成阻害によって、光化学系遺伝子の光応答は主に転写レベルで抑制され、翻訳活性の変化はほとんど寄与しないことを明らかにした。真核藻類や高等植物とのメカニズムの相違と葉緑体の進化的起源について議論し、学会発表を行なった。
2.シアノバクテリア概日発現リズムと光化学系に対する青色光の影響の解明。青色光が概日リズムおよび光化学系に与える影響について発光レポーター解析およびクロロフィル蛍光測定解析を行なった。前年度までに得ていた生育と光合成活性解析のデータと合わせて、国際学術雑誌Plant and Cell Physiology に第一著者および責任著者として発表した。
3.シロイヌナズナにおける翻訳リズムの解析。シロイヌナズナ幼苗における翻訳の概日リズムについて、Polysome profiling により解析を行なった。恒明条件に置かれたシロイヌナズナは、主観的夕方ごろにポリソーム/非ポリソーム比のピークを示し、主観的明け方から昼にかけて最低値を示すことを発見した。翻訳の概日リズムが観察可能な条件を見出したため、個々の遺伝子およびコドンレベルのより詳細な概日翻訳動態を明らかにするために2時間ごとに計84時間の時系列サンプルのRibosome profilingおよびRNA-seqを実施中である。

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

シアノバクテリアの概日リズム制御と青色光適応に関し、光合成の視点から解析を行い、その成果がPlant and Cell Physiology 誌に掲載された。
藻類および植物の培養環境を整備し、RNA-seq、Ribo-seqを実施した。植物および真核藻類の葉緑体とシアノバクテリアの光合成遺伝子の制御が異なる段階で行われていることを検証することができた。加えて、また、植物の翻訳動態の概日リズムを検証し、網羅的解析を実施している状況である。

今後の研究の推進方策

2024年度は、シアノバクテリアの概日時計を介した青色光応答に関してRNA蓄積量と翻訳の両面から調べる。また翻訳活性の概日振動に関して、シアノバクテリアと植物で調べられた実例がない。所属研究室が開発した96サンプルのライブラリ調整メソッドをいずれの種に対しても適用し、通常の白色光条件および青色光条件での網羅的な翻訳動態を明らかにする。

報告書

(1件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 研究成果

    (5件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Light Wavelength as a Contributory Factor of Environmental Fitness in the Cyanobacterial Circadian Clock2024

    • 著者名/発表者名
      Kawamoto Naohiro、Nakanishi Shuji、Shimakawa Ginga
    • 雑誌名

      Plant And Cell Physiology

      巻: - 号: 5 ページ: 798-808

    • DOI

      10.1093/pcp/pcae022

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] dCas13-mediated translational repression for accurate gene silencing in mammalian cells2024

    • 著者名/発表者名
      Apostolopoulos Antonios、Kawamoto Naohiro、Chow Siu Yu A.、Tsuiji Hitomi、Ikeuchi Yoshiho、Shichino Yuichi、Iwasaki Shintaro
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 15 号: 1 ページ: 1-18

    • DOI

      10.1038/s41467-024-46412-7

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 概日位相依存的な青色光への発現応答から概日時計の適応的意義を捉える2023

    • 著者名/発表者名
      河本尚大
    • 学会等名
      日本睡眠学会第45回定期学術集会・第30回日本時間生物学会学術大会 合同大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Early origin of synchronization between chloroplast translation and cytosolic mRNA abundance in plants2023

    • 著者名/発表者名
      河本尚大
    • 学会等名
      第24回日本RNA学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [備考] 超特異的な遺伝子ノックダウン法を開発 -CRISPR-Casシステムによる特異的翻訳抑制-

    • URL

      https://www.riken.jp/press/2024/20240314_2/index.html

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2023-04-26   更新日: 2024-12-25  

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