情報/仮説駆動型プロテオゲノミクス戦略の構築

2020 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 20K21386
• 研究機関: 新潟大学
• 研究代表者: 松本 雅記 新潟大学, 医歯学系, 教授 (60380531)
• 研究期間 (年度): 2020-07-30 – 2022-03-31
• キーワード: プロテオゲノミクス / 定量プロテオミクス

研究実績の概要

生命システムの本質である多様性を理解する上で、核酸オミクス情報とプロテオームの間の関数の解明が極めて重要な課題である。この問題に取り組むため質量分析データをゲノム情報と照合するプロテオゲノミクスが盛んになりつつある。しかしながら、偶発的なデータ取得に依存した従来のプロテオーム解析では、定量的な議論ができない状況にある。本研究は、申請者らが構築した大規模精密定量プロテオーム解析技術iMPAQT法（Matsumoto M. et al. Nature Methods 2017）を発展させ、既存のプロテオゲノミクス解析の戦略と正反対の情報／仮説駆動型プロテオゲノミクスを確立し、核酸情報とプロテオーム情報の間に存在するブラックボックスの解明に挑む。本年度は以下の項目を達成した。
１）情報/仮説駆動型プロテオゲノミクス支援データベース構築
仮説駆動でプロテオゲノミクスを実施するために、公共データベースに蓄積しているゲノム情報やトランスクリプトーム情報を解析し整理したデータベース（＝Peptide-centric ProteoGenomics DataBase: PcPG-DB）を構築した。さらに、これらのデータベースから未知タンパク質特異的ペプチドを選出し集約した連結体のデザイン支援ツールを開発するとともに、対応するペプチド配列をA-NNやPrositツールを用いてMS/MSスペクトルやリテンションタイムを予測したスペクトルライブラリーを作成し格納した。
２）ゲノム情報に基づく大規模ペプチド評品の取得
PcPG-DBから得られるペプチド配列を集約した連結体を設計し、安定同位体標識組換えタンパク質評品として調製した。また、それぞれの連結体を識別・定量可能なバーコードタグを設計し、異なる連結体をまとめて添加可能なシステムを開発した。

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

当初計画していたデータベースや連結体デザインツールの開発に関しては予定通りのスケジュールで完了した。一方、大きな課題であったMS/MSスペクトルの予測に関しては、時間をかけて独自開発する予定であったが、最近いくつかのAIを用いたツールが報告・公開されたため、これらの利用を検証したところ、十分な性能が得られることが判明した。そこでこれらのツールで得られた予測結果をわれわれのデータベースに登録し、利用できるように改変した。このため、インフォマティクス部分の開発に関する時間と労力を削減することができ、定量用バーコードタグの開発など実験を必要とする開発項目に注力できたことで、予定より早く計画を進行することができている。

今後の研究の推進方策

上述したように、インフォマティクスの開発の省力化のため定量タグの開発や連結体デザインを予定より早く完了している。そこで、本年度はこれらに対応する人工遺伝子を作製し、内部標準ペプチドを得ることを進める。また、より高速なペプチドの同定・定量を進めるため、多数のペプチドを同時計測可能なHyper Reaction Monitoring (HRM)法とPRM法を連動させる手法であるSequentially Linked Mass-spectrometry (SLiM)の開発を進める。SLiM法では、HRMの感度を極力上げることがその後のPRM測定数を減らすことで大幅な効率化を実現できることから、特にHRM法の最適化を重点的に実施する。また、微量タンパク質の検出効率を上げるため、液体クロマトグラフィーによる事前分画法も導入を予定している。最終的には複数のがん細胞株を対象にしてこれらの方法を適用し、変異を有するタンパク質の発現を定量的に実証することが可能か検証する。

次年度使用額が生じた理由

予定していた研究打ち合わせや学会発表の旅費がコロナウイルス感染拡大の影響で中止となったため旅費の使用がほとんどなくなった。また、プラスチックウェアを含むいくつかの物品の購入も輸入制限等で調達時期不明となったため、他の資金で購入していた物品の流用で対応した。当年度は質量分析計の試料前処理でタンパク質の分画が必要となるため、分取型のHPLCの購入や関連するカラム類の購入を予定している。

研究成果

• [雑誌論文] Trans-omic analysis reveals obesity-associated dysregulation of inter-organ metabolic cycles between the liver and skeletal muscle (2021)
  • 著者名/発表者名: Egami Riku、Kokaji Toshiya、Hatano Atsushi、et al.
  • 雑誌名: iScience 巻: 24 ページ: 102217～102217
  • DOI: 10.1016/j.isci.2021.102217
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Senolysis by glutaminolysis inhibition ameliorates various age-associated disorders. (2021)
  • 著者名/発表者名: Johmura Y, Yamanaka T, Omori S, Wang T, Sugiura Y, Matsumoto M, Suzuki N, Kumamoto S, Yamaguchi K, Hatakeyama S, Takami T, Yamaguchi R, Shimizu E, Ikeda K, Okahashi N, Mikawa R, Suematsu M, Arita M, Sugimoto M, Nakayama KI, Furukawa Y, Imoto S, Nakanishi M.
  • 雑誌名: Science 巻: 371 ページ: 265-２70
  • DOI: 10.1126/science.abb5916
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transomics analysis reveals allosteric and gene regulation axes for altered hepatic glucose-responsive metabolism in obesity (2020)
  • 著者名/発表者名: Kokaji Toshiya、Hatano Atsushi、Ito Yuki、et al.
  • 雑誌名: Science Signaling 巻: 13 ページ: -
  • DOI: 10.1126/scisignal.aaz1236
  • 査読あり
• [雑誌論文] A phospho-switch controls RNF43-mediated degradation of Wnt receptors to suppress tumorigenesis (2020)
  • 著者名/発表者名: Tsukiyama Tadasuke、Zou Juqi、Kim Jihoon、Ogamino Shohei、Shino Yuki、Masuda Takamasa、Merenda Alessandra、Matsumoto Masaki、Fujioka Yoichiro、Hirose Tomonori、Terai Sayuri、Takahashi Hidehisa、Ishitani Tohru、Nakayama Keiichi I.、Ohba Yusuke、Koo Bon-Kyoung、Hatakeyama Shigetsugu
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 ページ: 4586
  • DOI: 10.1038/s41467-020-18257-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chemical acetylation of mitochondrial transcription factor A occurs on specific lysine residues and affects its ability to change global DNA topology (2020)
  • 著者名/発表者名: Fang Yuan、Akimoto Masaru、Mayanagi Kouta、Hatano Atsushi、Matsumoto Masaki、Matsuda Shigeru、Yasukawa Takehiro、Kang Dongchon
  • 雑誌名: Mitochondrion 巻: 53 ページ: 99～108
  • DOI: 10.1016/j.mito.2020.05.003
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Autism-Related Protein SETD5 Controls Neural Cell Proliferation through Epigenetic Regulation of rDNA Expression (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakagawa Tadashi、Hattori Satoko、Nobuta Risa、Kimura Ryuichi、Nakagawa Makiko、Matsumoto Masaki、Nagasawa Yuko、Funayama Ryo、Miyakawa Tsuyoshi、Inada Toshifumi、Osumi Noriko、Nakayama Keiichi I.、Nakayama Keiko
  • 雑誌名: iScience 巻: 23 ページ: 101030～101030
  • DOI: 10.1016/j.isci.2020.101030
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cell cycle-dependent localization of the proteasome to chromatin (2020)
  • 著者名/発表者名: Kito Yuki、Matsumoto Masaki、Hatano Atsushi、Takami Tomoyo、Oshikawa Kiyotaka、Matsumoto Akinobu、Nakayama Keiichi I.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 ページ: 5801
  • DOI: 10.1038/s41598-020-62697-2
  • 査読あり
• [学会発表] ペプチド先導型プロテオミクス-精密で信頼性の高いタンパク質定量技術- (2020)
  • 著者名/発表者名: 松本雅記
  • 学会等名: CBI学会2020
  • 招待講演
• [学会発表] 多重ターゲットプロテオミクスを用いたタンパク質動態解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 松本雅記
  • 学会等名: 第93回日本生化学会大会
  • 招待講演