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2018 年度 実績報告書

動物の温度馴化スピードを司る分子生理機構

研究課題

研究課題/領域番号 17J00642
研究機関甲南大学

研究代表者

岡畑 美咲  甲南大学, 自然科学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2017-04-26 – 2020-03-31
キーワード温度馴化 / 多型株 / 酸素 / カリウムチャネル
研究実績の概要

カリウムチャネルKQT-2の変異体は野生株よりも低温に馴化するスピードが早くなる異常を示し、この異常は大きな寒天培地で飼育した際に顕著に異常が強くなった。そこで、kqt-2変異体の飼育空間依存的な低温馴化に関わる細胞を同定するに着想した。kqt-2遺伝子はASKとADL頭部感覚ニューロンと腸で発現しており、kqt-2変異体の低温馴化異常は、ADL感覚ニューロン特異的にkqt-2遺伝子を発現させることによって回復した。kqt-2変異体はADLの温度変化に対する神経活動の低下がみられたことから、KQT-2は野生株においてADLの神経活動を活性化させる働きをもつことが示唆された。ADLは、酸素受容ニューロンURXで酸素情報が受容されることにより活性が変化することが知られている。そこで、ADLとURXの関連性を調べるために、kqt-2の変異体にURXで酸素受容体として働くGCY-35の変異を導入し、gcy-35;kqt-2二重変異体の低温馴化を測定した。その結果、kqt-2の低温馴化異常はgcy-35変異によって抑圧された。以上の結果から、ADL感覚ニューロンにおいてカリウムチャネルKQT-2は、URX酸素受容ニューロンからの酸素情報依存的に温度情報伝達を制御していることが示唆された。
温度適応性の獲得に重要な遺伝子の多様性を明らかにするため、多型株間の温度馴化を解析したところ、オーストラリア産AB1株は新しい温度に馴化するのが早く、ハワイ産CB4856株は遅かった。この温度馴化スピードの違いを決める遺伝子多型を同定するために、次世代DNAシーケンサーを用いて全ゲノム配列を決定し、ゲノムデータベースを作成した。これらのSNP情報と単離した組換え系統を駆使して、遺伝学的解析を行ったところ、候補遺伝子のひとつの変異体で温度馴化の異常が見られた。

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

線虫C.elegansを用いた動物の温度応答メカニズムの解明を目指し、2つのアプローチから解析を行い、温度馴化スピードに関わるカリウムチャネルKQTの解析も順調に進み、カリウムチャネル KQT-2 を介した酸素情報依存的な低温馴化制御のシンプルな神経経路を同定したため(Okahata et al., Science Advances, 2019)。
また、世界各地の C.elegansの温度馴化に関わる原因遺伝子多型の候補が絞られたため。

今後の研究の推進方策

世界各地のC. elegans多型株の温度馴化を解析し、温度馴化の多様性に関わる原因遺伝子多型をI番染色体の中央にマッピングした(Okahata et al., Journal of Comparative Physiology B, 2016)。さらに現在、候補遺伝子がひとつに絞り込まれているため、この遺伝子が温度馴化の多様性に関わる遺伝子多型であるかを解析し、動物の温度適応の新規機構と進化的側面を明らかとする。
具体的には、下記の通りである。
同定した遺伝子が原因遺伝子多型であるかを調べるため、 AB1 型と CB4856 型の多型をもつ遺伝子断片を候補遺伝子の変異体に導入し、 低温馴化を測定する。その後、候補遺伝子の低温馴化における機能細胞を同定するために、GFP を用いた発現細胞の解析と、発現が見られた細胞特異的に候補遺伝子のを発現させ、低温馴化の変化を解析する。

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (14件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] シアトルチルドレン研究所(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      シアトルチルドレン研究所
  • [雑誌論文] Cold acclimation via the KQT-2 potassium channel is modulated by oxygen in Caenorhabditis elegans2019

    • 著者名/発表者名
      Okahata Misaki、Wei Aguan D.、Ohta Akane、Kuhara Atsushi
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 5 ページ: 1-12

    • DOI

      10.1126/sciadv.aav3631

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Molecular and Cellular Network Systems Underlying Cold Tolerance of Caenorhabditis elegans2019

    • 著者名/発表者名
      Ohnishi K., Takagaki N., Okahata M., Fujita M., Ohta A., Kuhara A.
    • 雑誌名

      Cryobiology and Cryotechnology

      巻: 64 ページ: 53-59

    • DOI

      https://doi.org/10.20585/cryobolcryotechnol.64.2_53

    • 査読あり
  • [学会発表] Oxygen affects simple circuit for cold acclimation via KQT potassium channel and HADH in C. elegans2019

    • 著者名/発表者名
      Mayu Fujita, Misaki Okahata, Yohei Minakuchi, Atsushi Toyoda, Akane Ohta, Atsushi Kuhara
    • 学会等名
      the 9th Federation of the Asian and Oceanian Physiological Sciences Congress (FAOPS2019)
  • [学会発表] 酸素濃度依存的な温度受容に関わる神経回路2018

    • 著者名/発表者名
      久原篤、岡畑美咲、Aguan D. Wei、太田茜
    • 学会等名
      新学術領域研究「温度生物学」夏の領域会議
  • [学会発表] Analysis of neural circuit for cold acclimation depending on oxygen concentration2018

    • 著者名/発表者名
      Misaki Okahata-Yamasaki, Aguan D. Wei, Akane Ohta, Atsushi Kuhara
    • 学会等名
      8th Asia-Pacific C.elegans meeting
  • [学会発表] Genetic and epigenetic analysis of cold acclimation2018

    • 著者名/発表者名
      Mayu Fujita, Shiori Sakai, Misaki Okahata, Yohei Minakuchi, Atsushi Toyoda, Akane Ohta, Atsushi Kuhara
    • 学会等名
      8th Asia-Pacific C.elegans meeting
  • [学会発表] Identification of a responsible polymorphism for cold acclimation2018

    • 著者名/発表者名
      Honomi Koyama, Misaki Okahata, Yoshina Sawako, Yohei Minakuchi, Atsushi Toyoda, Shohei Mitani, Akane Ohta, Atsushi Kuhara
    • 学会等名
      8th Asia-Pacific C.elegans meeting
  • [学会発表] Identification of responsible polymorphism and analysis of KQT-type potassium channels for cold acclimation2018

    • 著者名/発表者名
      Misaki Okahata, Sawako Yoshina, Aguan D. Wei, Yohei Minakuchi, Atsushi Toyoda, Shohei Mitani, Akane Ohta, Atsushi Kuhara
    • 学会等名
      神経科学学会
  • [学会発表] Genetic and epigenetic analysis of temperature acclimation of C. elegans2018

    • 著者名/発表者名
      Mayu Fujita, Shiori Sakai, Misaki Okahata, Yohei Minakuchi, Atsushi Toyoda, Akane Ohta, Atsushi Kuhara
    • 学会等名
      神経科学学会
  • [学会発表] Genetic and epigenetic analysis of temperature response in Caenorhabditis elegans2018

    • 著者名/発表者名
      Mayu Fujita, Shiori Sakai, Misaki Okahata, Yohei Minakuchi, Atsushi Toyoda, Akane Ohta, Atsushi Kuhara
    • 学会等名
      日本線虫学会
  • [学会発表] 線虫C. elegansにおける酸素濃度依存的な温度受容に関わる神経回路の解析2018

    • 著者名/発表者名
      岡畑美咲、Aguan D. Wei、太田茜、久原篤
    • 学会等名
      日本遺伝学会
  • [学会発表] Genetic and epigenetic analysis of cold acclimation in C. elegans2018

    • 著者名/発表者名
      Mayu Fujita, Shiori Sakai, Misaki Okahata, Yohei Minakuchi, Atsushi Toyoda, Akane Ohta, Atsushi Kuhara
    • 学会等名
      日本遺伝学会
  • [学会発表] 線虫C. elegansにおける酸素濃度依存的な温度受容に関わる神経回路の解析2018

    • 著者名/発表者名
      岡畑美咲、Aguan D. Wei、太田茜、久原篤
    • 学会等名
      公開会議:自然科学研究科研究成果発表会
  • [学会発表] 脂肪酸代謝酵素を介した低温耐性の制御とエピジェネティクス2018

    • 著者名/発表者名
      藤田茉優、坂井詩織、岡畑美咲、水口洋平、豊田敦、太田茜、久原篤
    • 学会等名
      公開会議:自然科学研究科研究成果発表会
  • [学会発表] Genes required for natural variation of cold acclimation in nematode C. elegans2018

    • 著者名/発表者名
      Honomi Koyama, Misaki Okahata, Sawako Yoshina , Yohei Minakuchi, Atsushi Toyoda, Shohei Mitani, Akane Ohta, Atsushi Kuhara
    • 学会等名
      比較性理性化学学会
  • [学会発表] 脂肪酸代謝酵素を介した低温耐性の制御とエピジェネティクス2018

    • 著者名/発表者名
      Mayu Fujita, Shiori Sakai, Misaki Okahata, Yohei Minakuchi, Atsushi Toyoda, Akane Ohta, Atsushi Kuhara
    • 学会等名
      温度生物学若手の会
  • [備考] 所属研究室ホームページ

    • URL

      http://kuharan.com/reserch2.html

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公開日: 2019-12-27  

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