| 研究課題/領域番号 |
19J22448
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
亀井 健一郎 東京大学, 総合文化研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| キーワード | プロテオーム / ラマン分光 / 量比 / homeostatic core / 低次元 / オミクス / 細胞状態 |
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| 研究実績の概要 |
本年度は（１）なぜ大腸菌のプロテオームがラマンスペクトルと対応するのかについて調べる中で、プロテオームの中に発現量比を保つタンパク質の一群があることを示した。さらに（２）プロテオームの中にあるこの発現コアが摂動の種類や細胞種を超えて存在していることを示した。（３）技術面については、昨年度末に始めたラマン光学系の改変の続きを行い、新しい光学系で計測ができるようにした。
（１）について。ラマンスペクトルとプロテオームを接続する行列を観察することで、環境条件が変わっても量比を保つタンパク質の一群がプロテオームの中にあることを明らかにした。この一群の存在は、プロテオームの環境依存的変動が実質的に低次元に拘束されている様子（つまりプロテオームの低次元性の実体）の一端を示していると考えられ、低次元であるラマンからプロテオームの推定ができる一つの要因となっていた。また、特に遺伝情報処理関連のタンパク質の多くがこの一群に属していることも見えた。
（２）について。公開されている絶対定量プロテオームデータを用いることで、上記（１）で環境依存的に変化するプロテオームの中に見いだされた発現コアが、遺伝的変化（株の違い）に対しても量比を保っていることを示した。さらに生物種を超えて同様の特徴が見られることも確認した。これらの結果は、量比を保って発現量変化するこの一群の存在がある程度普遍的である可能性を示唆する。我々はこれを「homeostatic core」と名付けた。
（３）について。昨年度末ラマン観察システム全体の改変を行った。今年度はこの新システムの立ち上げを行った。例えば、これまで手動で行っていた計測をある程度自動化する顕微鏡制御プログラムを書きシステムに詳しくないラボメンバーでも計測がしやすくなるようにしたり、解析に詳しくないラボメンバーでもスペクトルの基本的な解析ができるソフトを作ったりした。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本年度の研究により、細胞種や摂動の種類を超えたオミクスの特徴の一端が明らかとなり、ラマンとオミクスが対応する背景に迫りつつある。これらの研究の延長線上に、細胞システムを支える背景原理について考えるための重要な道が開けている可能性があるのではないかと考えている。また、細胞ラマンスペクトルに反映されている細胞状態とはいかなるものなのかについて解明することができるかもしれない。
このような研究の展開は当初の予想を上回る。
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| 今後の研究の推進方策 |
研究実績の概要の（１）については、今後この発現コア（homeostatic core）をプロテオームデータのみから抽出する枠組みを作ることを目指す。これができれば、プロテオームデータの低次元構造の全体像に迫り、さらに低次元細胞ラマンスペクトルの各次元の生物学的解釈へアプローチすることができるのではないだろうか。
（２）については、homeostatic coreがどの程度普遍的に存在するものなのか、どういった背景機構で量比が保たれているのか、どのような摂動が加わると量比が崩れるのか、といった点を実験、データ解析、理論の各面から考える。（１）の内容とも関連させながら進めることで、細胞システムへの理解を一段深められるのではないかと期待する。
（３）について、633 nmの光学系において、用いているファイバーに由来する迷光が発生し、細胞ラマンスペクトルを取得する上での障害となっていることが判明した。今年度中に解決への道はある程度見え、必要光学部品の選定も済んだので、今後早いうちに解決したいと考えている。その後、これまで532 nmで確認してきたラマンとオミクスの対応が633 nmでも存在するかを調べる予定である。
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