機能性ポリアミドによる緑藻の生殖プログラムのハッキング

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18K19337
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 西村 芳樹 京都大学, 理学研究科, 助教 (70444099)
• 研究分担者: 杉山 弘 京都大学, 理学研究科, 教授 (50183843)
• 研究期間 (年度): 2018-06-29 – 2021-03-31
• キーワード: 機能性ポリアミド

研究実績の概要

機能性ポリアミドは狙った特定塩基配列に直接結合する人工化学物質である。その標的配列は任意にデザインでき、目的遺伝子の発現抑制や、さらには蛍光物質や遺伝子発現活性化因子との複合体を合成することで、特定配列の可視化や目的遺伝子の過剰発現にも応用できる。この技術はこれまで再生医療やガン治療など主に医療分野で応用されてきたが、本研究ではこれを基礎科学の分野、具体的には単細胞生物における生殖プログラムのハッキングへの応用に挑みた。
単細胞緑藻クラミドモナスは雌雄（mating type plus/minus)の性をもつ。クラミドモナスでは雌雄の配偶子が融合して接合子を形成するとともに数百の遺伝子群が活性化され、それらが胞子形成、細胞核融合、葉緑体母性遺伝、ミトコンドリア父性遺伝、鞭毛の縮退、細胞壁合成など多岐にわたるイベントを整然と進行させる。これまでに接合子特異的遺伝子群に共有されるcis-element (Zygote response factor: ZYRE)がみえてきたが、生殖プログラムの全体構造やそこにおけるZYREの実際の役割は謎のままである。そこでZYRE特異的な機能性ポリアミドをデザインし、接合子形成前後の様々な段階で一過的に投与して、その効果について表現型観察およびRNAseq解析をおこなうことで、生殖プログラムの制御においてZYREが果たす役割、生殖プログラム全体構造の解明をめざした。研究遂行の上で大きな障壁となったのは、細胞透過性の問題であった。通常のポリアミドは全くクラミドモナスの接合子を透過せず、mCherryを付加し、さらにアルギニンを付加することでようやく部分的に細胞内に浸透することが確認された。現在RNAseqの結果について精査し、論文投稿の準備中である。

研究成果

• [雑誌論文] The pentatricopeptide repeat protein PGR3 is required for the translation of petL and ndhG by binding their 5'UTRs. (2021)
  • 著者名/発表者名: Higashi, H., Kato, Y., Fujita, T., Iwasaki, S., Nakamura, M., Nishimura, Y., Takenaka, M., Shikanai, T.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol 巻: - ページ: -
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] マイクロ流体デバイスが捉えた葉緑体核様体分裂の瞬間 (2021)
  • 著者名/発表者名: 上村嘉誉, 西村芳樹
  • 雑誌名: Plant Morphology 巻: - ページ: -
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 色素体核様体の構造と分裂機構 (2021)
  • 著者名/発表者名: 西村芳樹, 田草川真理
  • 雑誌名: BSJ review 巻: - ページ: -
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] HBD1 protein with a tandem repeat of two HMG box domains is a DNA clip to organize chloroplast nucleoids in Chlamydomonas reinhardtii. (2021)
  • 著者名/発表者名: Takusagawa, M., Kobayashi, Y., Fukao, Y., Hidaka, K., Endo, M., Sugiyama, H., Hamaji, T., Kato, Y., Miyakawa, I., Misumi, O., Shikanai, T., Nishimura, Y.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 巻: - ページ: -
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Three genomes in the algal genus Volvox reveal the fate of a haploid sex-determining region after a transition to homothallism (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, K., Hamaji, T., Kawai-Toyooka, H., Matsuzaki, R., Takahashi, F., Nishimura, Y., Kawachi, M., Noguchi, H., Minakuchi, Y., Umen, J.G., Toyoda, A., Nozaki, H.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 巻: - ページ: -
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Step-wise elimination of alpha-mitochondrial nucleoids and mitochondrial structure as a basis for the strict uniparental inheritance in Cryptococcus neoformans (2020)
  • 著者名/発表者名: Nishimura Yoshiki, Shikanai Toshiharu, Kawamoto Susumu, Toh-e Akio
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1038/s41598-020-59277-9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dynamic Motion of Chloroplast Nucleoids Captured by the Microfluidic System (2020)
  • 著者名/発表者名: Kamimura Yoshitaka, Kobayashi Yusuke, Nishimura Yoshiki
  • 雑誌名: CYTOLOGIA 巻: 85 ページ: 177-178
  • DOI: 10.1508/cytologia.85.177
  • 査読あり
• [雑誌論文] Holliday Junction Resolvase MOC1 Maintains Plastid and Mitochondrial Genome Integrity in Algae and Bryophytes (2020)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Yusuke, Odahara Masaki, Sekine Yasuhiko, Hamaji Takashi, Fujiwara Sumire, Nishimura Yoshiki, Miyagishima Shin-ya
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 184 ページ: 1870-1883
  • DOI: 10.1104/pp.20.00763
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A non-photosynthetic green alga illuminates the reductive evolution of plastid electron transport systems (2020)
  • 著者名/発表者名: Kayama Motoki, Chen Jun-Feng, Nakada Takashi, Nishimura Yoshiki, Shikanai Toshiharu, Azuma Tomonori, Miyashita Hideaki, Takaichi Shinichi, Kashiyama Yuichiro, Kamikawa Ryoma
  • 雑誌名: BMC Biology 巻: 18 ページ: 1譛?15譌・
  • DOI: 10.1186/s12915-020-00853-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 葉緑体核様体のダイナミクスを司るもの (2020)
  • 著者名/発表者名: 西村芳樹
  • 学会等名: シンポジウム「葉緑体学事始 ～植物研究が開拓する「細胞とオルガネラの間」の新境地をめざして～」日本植物学会第84回大会
  • 招待講演
• [学会発表] マイクロ流体デバイスで捉えた葉緑体核様体のダイナミズム (2020)
  • 著者名/発表者名: 西村芳樹
  • 学会等名: シンポジウム「異分野融合が推進するイメージング研究」 日本植物学会第84回大会
  • 招待講演
• [学会発表] 核様体の膜アンカーは葉緑体分化時の核様体の分散に必要である (2020)
  • 著者名/発表者名: 藤井祥，鹿内利治，西村芳樹
  • 学会等名: 日本植物学会第84回大会
• [学会発表] 葉緑体核様体分裂のダイナミズムを捉える (2020)
  • 著者名/発表者名: 西村芳樹
  • 学会等名: 第４３回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 葉緑体がもつ「染色体」のダイナミズム (2020)
  • 著者名/発表者名: 西村芳樹
  • 学会等名: 名古屋大学 GTRオンライン植物科学セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 葉緑体核様体にみられる光応答反応 ～光分散・暗集合反応～ (2020)
  • 著者名/発表者名: 石原静圭、坂下幸汰、石田悠介、木森義隆、西村芳樹、小林優介、西村いくこ、岩渕功誠
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Anchoring of nucleoids to the thylakoid membrane is essential for distribution of plastid DNA during chloroplast development. (2020)
  • 著者名/発表者名: Sho Fujii, Toshiharu Shikanai, Yoshiki Nishimura.
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Chloroplast DNA ligase controls the shape of chloroplast nucleoids through the modulation fo DNA supercoils. (2020)
  • 著者名/発表者名: Nishimura, Y., Hamaji, T., Kobayashi, Y., Takusagawa, M., Shikanai, T.
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 葉緑体核様体の伝達戦略 (2020)
  • 著者名/発表者名: 西村芳樹
  • 学会等名: 第14回クラミドモナス研究会
  • 招待講演
• [備考] 京都大学植物分子遺伝学研究室
  • URL: https://sites.google.com/view/shikanailab/research/nishimura-group