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2020 年度 実績報告書

ミトコンドリアDNAポリメラーゼの多様性と進化の全容解明

研究課題

研究課題/領域番号 19H03280
研究機関筑波大学

研究代表者

稲垣 祐司  筑波大学, 計算科学研究センター, 教授 (50387958)

研究分担者 平川 泰久  筑波大学, 生命環境系, 助教 (40647319)
中野 賢太郎  筑波大学, 生命環境系, 教授 (50302815)
石谷 佳之  筑波大学, 計算科学研究センター, 研究員 (60772043)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2023-03-31
キーワードミトコンドリア / DNA複製 / 真核生物系統 / DNAポリメラーゼ / オルガネラ進化 / 有孔虫
研究実績の概要

2019年度にはツクバモナス類とアンキロモナス類の新奇ミトコンドリアDNAポリメラーゼ(mtDNA pol)をそれぞれの遺伝子配列データ中に同定した。2020年度に稲垣(代表)と中野(分担)は共同して、それらのN末端アミノ酸配列はミトコンドリア輸送シグナルとして機能するかを検証するため緑色蛍光タンパク質と融合し、組換えタンパク質を酵母細胞内で発現させた。その結果GFP蛍光は細胞内でミトコンドリアとおなじ場所に局在することが分かり、新奇mtDNA polはミトコンドリアに局在すると考えられた。また稲垣はマラウィモナス類と近縁だと考えられる未記載真核微生物SRT706株の遺伝子配列データ内に新奇mtDNA polを探索し、その全長配列を発見した。我々はツクバモナス類、アンキロモナス類、マラウィモナス類とその近縁系統(SRT706株)で発見された新奇mtDNA polをheMPと呼称することとした。
石谷(分担)は1種の有孔虫のミトコンドリアゲノムを解析し、細菌型DNAポリメラーゼIIIホロ酵素を構成する5つのサブユニットをコードする遺伝子が発見された。
2019年度に稲垣はヒトや家畜の病原性寄生虫である熱帯マラリア原虫とその近縁種から、細菌型DNAポリメラーゼIに類似するDNAポリメラーゼを発見し、apiPolAと命名した。2020年度には、マラリア原虫apiPolA N末端配列とGFPとの融合タンパク質をサルマラリア原虫細胞中で発現させ、ミトコンドリアに局在するかどうかを検証するための発現ベクター作成に着手した。またマラリア原虫がふくまれるアピコンプレクサ類の広範な系統とその姉妹群となるクロモポデリッズ類にもapiPolAを探索した。その結果、アピコンプレクサ類だけでなくクロモポデリッズ類でもapiPolAが存在することが判明した。

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

酵母細胞をもちいた細胞内局在実験により、ツクバモナス類とアンキロモナス類のheMPがミトコンドリアに局在する可能性が高いことが分かった。またマラウィモナス類と近縁なSRT706株からもheMPが同定されたことから、真核生物におけるheMPの分布がより詳細に解明された。またマラリア原虫で発見されたapiPolAが、マラリア原虫をふくむアピコンプレクサ類の姉妹群まで分布していることが判明した。
ユーグレノゾア生物群のなかでもキネトプラスチダ類とディプロネマ類がもつmtDNA pol(PolIBCD+)が特定のファージがもつDNAポリメラーゼを起源とすることを明らかにし、英文査読付き論文として掲載された(原田&稲垣Genome Biology and Evolution 2021 13:evab003)。
真核生物内での各種mtDNA polの分布を詳細に検証するために、2020年度には自然環境からの新奇真核微生物の単離と培養を目指していた。しかし、COVID-19の感染状況が思わしくなく、感染状況が比較的収まった8月末に高知県にて実施したサンプリング調査だけに留まった。

今後の研究の推進方策

2021年度にはマラウィモナス類と近縁なSRT706株のheMPがミトコンドリアに局在しうるかどうかを、酵母を用いた細胞内局在実験により検証する。他の生物種から新たにheMPが同定された場合、酵母を用いた細胞内局在実験を実施する。またapiPolAがミトコンドリアに局在するかを実験的に確認するため、引き続きサルマラリア原虫細胞内発現実験を行う。
heMPおよびapiPolAの発見は、これまでに検出されていない細菌型DNAポリメラーゼIに類似するDNAポリメラーゼ(PolI様DNAポリメラーゼ)が各種真核生物に分布している可能性を示唆する。そこで広範な真核生物系統からPolI様DNAポリメラーゼを探索する。この探索対象にはGenBankをはじめとする公的配列データベースに登録された系統的に広範な真核微生物から取得した遺伝子配列データを対象とする。これまでに認識されていないPolI様DNAポリメラーゼが検出された場合、その進化的起源を解明するための分子系統解析と細胞内での局在を推測するために必要な実験を行う。
真核生物におけるmtDNA polの多様性解明を目指し、自然環境から新奇真核微生物の単離と培養を行う。自然環境のサンプリング調査の可否はCOVID-19の感染状況を鑑み、慎重に判断する。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Phage Origin of Mitochondrion-Localized Family A DNA Polymerases in Kinetoplastids and Diplonemids2021

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

      Genome Biology and Evolution

      巻: 13 ページ: evab003

    • DOI

      10.1093/gbe/evab003

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Barthelonids represent a deep-branching metamonad clade with mitochondrion-related organelles predicted to generate no ATP2020

    • 著者名/発表者名
      Yazaki Euki、Kume Keitaro、Shiratori Takashi、Eglit Yana、Tanifuji Goro、Harada Ryo、Simpson Alastair G. B.、Ishida Ken-ichiro、Hashimoto Tetsuo、Inagaki Yuji
    • 雑誌名

      Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences

      巻: 287 ページ: 20201538

    • DOI

      10.1098/rspb.2020.1538

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Experimental Analysis of Diurnal Variations in Humic-Like Fluorescent Dissolved Organic Matter in Surface Seawater2020

    • 著者名/発表者名
      Omori Yuko、Saeki Akira、Wada Shigeki、Inagaki Yuji、Hama Takeo
    • 雑誌名

      Frontiers in Marine Science

      巻: 7 ページ: 589064

    • DOI

      10.3389/fmars.2020.589064

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 新奇ミトコンドリア局在DNAポリメラーゼは新たな真核生物高次系統群を示唆するか?2020

    • 著者名/発表者名
      原田亮,中野賢太郎,矢吹彬憲,白鳥峻志,Ensoo Kim,稲垣祐司
    • 学会等名
      第17回原生生物・寄生虫・進化セミナー
  • [学会発表] Time-course analysis of gene expression of a benthic protist during exposure to titanium dioxide nanoscale particles2020

    • 著者名/発表者名
      石谷佳之,氏家由利香,Caterina Ciacci,Frontalini Fabrizio,稲垣祐司
    • 学会等名
      JpGU-AGU Joint Meeting 2020: Virtual
    • 国際学会
  • [学会発表] 外洋性ディノフィシス目渦鞭毛藻2種に見られる共生シアノバクテリアのゲノム解析2020

    • 著者名/発表者名
      中山卓郎,野村真未,高野義人,柴小菊,稲葉一男,谷藤吾朗,稲垣祐司,河田雅圭
    • 学会等名
      日本植物学会第84回大会
    • 招待講演
  • [学会発表] キネトプラスチダ類及びディプロネマ類に特異的なミトコンドリア局在DNAポリメラーゼはファージ起源である2020

    • 著者名/発表者名
      原田亮,稲垣祐司
    • 学会等名
      日本共生生物学会第4回大会
  • [学会発表] 真核生物におけるSMCタンパク質ファミリーの多様化と二次的欠失2020

    • 著者名/発表者名
      吉永真理,稲垣祐司
    • 学会等名
      日本共生生物学会第4回大会

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公開日: 2022-12-28  

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