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2011 年度 実績報告書

乾燥無代謝休眠覚醒過程に特異的な生体分子修復系の分子背景の解明

研究課題

研究課題/領域番号 21688004
研究機関独立行政法人農業生物資源研究所

研究代表者

黄川田 隆洋  独立行政法人農業生物資源研究所, 昆虫機能研究開発ユニット, 主任研究員 (60414900)

キーワード乾燥耐性 / 生体分子修復 / 乾燥休眠 / トレハロース / 網羅的解析 / ESTデータベース / 昆虫 / 吸水過程
研究概要

ESTデータベースに基づき作成したカスタムマイクロアレイには、約8,000個の独立した遺伝子を検出可能な16,652個のプローブを4x44kフォーマットで載せている。このマイクロアレイとESTデータベースを組み合わせることで、13個の独立した異性化タンパク質修復酵素PIMT.(brotein L-isoaspartyl methyl transferase)遺伝子を見いだした。加えて、ゲノム解析とmRNA-seqから新たに2個のPIMT遺伝子も発見した。
PIMTは、老化に伴うタンパク質のアスパラギン残基やアスパラギン酸残基の異性化を防ぐことで、タンパク質の健常性を維持する機能を持った酵素である。PIMTは、微生物から植物・動物まで広く存在しているが、そのコピー数は半数体当たり1つないし2つしか存在しない。15個ものPIMTのパラログを有する生物は、知る限りネムリユスリカのみである。mRNA-seqの結果を踏まえると、1つのパラログを除いて、ほとんどのPIMT遺伝子は乾燥に伴って発現が上昇していた。メタボローム解析の結果、メチル基供与基質であるS-アデノシルメチオニンの濃度が乾燥に伴って減少している事から、PIMTが乾燥過程で活性を発揮している事が示唆された。これらの結果から、多コピーかつ乾燥誘導性のPIMT遺伝子の発現によって、乾燥によって生じる活性酸素濃度の上昇がもたらす深刻な異性化から、健常性を維持するようにタンパク質を修復することで、anhydrobiosisに至る乾燥過程でも生体内の様々な機能を保持し続けることを可能としていると考えられた。

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

技術の進歩に伴い、サンガー法のみでは同定しづらかった多コピーの遺伝子を、mRNA-seqにより網羅的に同定できた。機能解析に関しては、既存の方法を踏襲して行うことで、進捗が期待可能である。

今後の研究の推進方策

乾燥に伴う酸化ストレスは、タンパク質に対して甚大な傷害をもたらす。本研究により、ネムリユスリカは、PIMTのような修復酵素を転写レベルで大量に発現するのみならず、ゲノム中のコピー数も増やすことで、酸化ストレスに対抗していることが示唆された。今後は、これらの遺伝子の機能を解析することで、PIMTパラログ間の生理学的役割分担と、極限乾燥耐性機構に対するタンパク修復系の寄与を考察していく予定である。

  • 研究成果

    (25件)

すべて 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (18件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] The induction of anhydrobiosis in the sleeping chironomid: Current status of our knowledge2011

    • 著者名/発表者名
      Cornette R, Kikawada T
    • 雑誌名

      IUBMB Life

      巻: 63 ページ: 419-429

    • DOI

      doi:10.1002/iub.463

    • 査読あり
  • [雑誌論文] ネムリユスリカ由来の細胞保護タンパク室の機能と低分子ペプチドによる代替2011

    • 著者名/発表者名
      畑中理恵,古木隆生,櫻井実,黄川田隆
    • 雑誌名

      バイオインダストリー

      巻: 28 ページ: 43-48

  • [雑誌論文] Salt effects on the structural and thermodynamic properties of a group 3 LEA protein model peptide2011

    • 著者名/発表者名
      Furuki T, Shimizu T, Kikawada T, Okuda T, Sakurai M
    • 雑誌名

      Biochemistry

      巻: 50 ページ: 7093-7103

    • DOI

      10.1021/bi200719s

    • 査読あり
  • [雑誌論文] グループ3LEAタンパク質の22-merモデルペプチドが示すタンパク質凝集抑制効果2011

    • 著者名/発表者名
      古木隆生, 清水天平, Chakraborte S, 畑中理恵, 高橋剛, 黄川田隆洋, 奥田隆, 三原久和, Tunnacliffe A, 櫻井実
    • 雑誌名

      低温生物工学会誌

      巻: 57 ページ: 139-142

    • 査読あり
  • [雑誌論文] ネムリユスリカLEAタンパク質(PvLEA4)の機能解析2011

    • 著者名/発表者名
      畑中理恵, 薦田(萩原)優香, 金森保志, 藤田弥佳, コルネット・リシャー, 奥田隆, 黄川田隆洋
    • 雑誌名

      低温生物工学会誌

      巻: 57 ページ: 135-138

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mechanisms underpinning induction of anhydrobiosis in Polypedilum vanderplanki2011

    • 著者名/発表者名
      Kikawada T
    • 雑誌名

      低温生物工学会誌

      巻: 57 ページ: 33-43

  • [学会発表] The sleeping chironomid genome project toward understanding molecular context underlying the extreme desiccation tolerance, anhydrobiosis2012

    • 著者名/発表者名
      Kikawada T, Gusev O, Cornette R, Okuda T
    • 学会等名
      International symposium of NODAI genome research center, Genome Research, Current challenges and Future directions
    • 発表場所
      東京品川コクヨホール(招待講演)
    • 年月日
      2012-01-21
  • [学会発表] Molecular mechanisms of anhydrobiosis in larvae of the African midge Polypedilum vanderplanki2012

    • 著者名/発表者名
      Cornette R, Kikawada T, Okuda T
    • 学会等名
      6th International Workshop on Desiccation Sensitivity and Tolerance in Seeds and Vegetative Plant Tissues
    • 発表場所
      Cradle of Humankind, South Africa
    • 年月日
      2012-01-09
  • [学会発表] Mecanisme de l' anhydrobiose chez la larve du Chironome africain Polypedilum vanderplanki2011

    • 著者名/発表者名
      Cornette R, Kikawada T, Okuda T
    • 学会等名
      Journee Francophone de la Recherche 2011
    • 発表場所
      東京日仏会館
    • 年月日
      2011-12-17
  • [学会発表] 極限乾燥耐性昆虫ネムリユスリカのLEAタンパク質は乾燥時に抗凝集活性を示す2011

    • 著者名/発表者名
      畑中理恵, 薦田(萩原)優香, 金森保志, 藤田弥佳, 奥田隆, 黄川田隆洋
    • 学会等名
      第12回極限環境生物学会年会
    • 発表場所
      長崎大学
    • 年月日
      2011-11-27
  • [学会発表] ネムリユスリカの乾燥耐性特異的遺伝子を導入したキイロショウジョウバエにおける耐性能力検証の試み2011

    • 著者名/発表者名
      金森保志, 山田博万,渡邊和代, コルネット・リシャー, 黄川田隆洋, 奥田隆, 山本雅敏
    • 学会等名
      第12回極限環境生物学会年会
    • 発表場所
      長崎大学
    • 年月日
      2011-11-27
  • [学会発表] 乾燥・放射線ストレスによる活性酸素種除去機構の差異2011

    • 著者名/発表者名
      迎恭輔, コルネット・リシャー, グセフ・オレグ, 奥田隆, 黄川田隆洋
    • 学会等名
      第12回極限環境生物学会年会
    • 発表場所
      長崎大学
    • 年月日
      2011-11-27
  • [学会発表] 昆虫の排泄器官における糖の再吸収に関与するトランスポーターの同定2011

    • 著者名/発表者名
      菊田真吾, 萩原(薦田)優香, 野田博明, 黄川田隆洋
    • 学会等名
      日本農芸化学会関東支部2011年度大会
    • 発表場所
      群馬県邑楽郡板倉町東洋大学生命科学部
    • 年月日
      2011-10-15
  • [学会発表] Adaptation to extreme environments and small genome size in Chironomids2011

    • 著者名/発表者名
      Comette R, Gusev O, Nakahara Y, Shimura S, Kikawada T, Okuda T
    • 学会等名
      4th International Symposium of Environmental Physiology of Ectotherms and Plants
    • 発表場所
      Rennes, France
    • 年月日
      2011-07-18
  • [学会発表] Effects of Group 3 LEA model peptides on desiccation-induced protein aggregation2011

    • 著者名/発表者名
      Fukui T, Shimizu T, Chakrabortee S, Hatanaka R, Kikawada T, Okuda T, Tunnacliffe A, Sakurai M
    • 学会等名
      4th International Symposium of Environmental Physiology of Ectotherms and Plants
    • 発表場所
      Rennes, France
    • 年月日
      2011-07-18
  • [学会発表] DNA damage and repair upon anhydrobiosis in the Sleeping Chironomid, Polypedilum vanderplanki2011

    • 著者名/発表者名
      Gusev O, Nakahara Y, Cornette R, Iwata K, Sakashita T, Hamada N, Kikawada T, Kobayashi Y, Majima H, Okuda T
    • 学会等名
      4th International Symposium of Environmental Physiology of Ectotherms and Plants
    • 発表場所
      Rennes, France
    • 年月日
      2011-07-18
  • [学会発表] Biochemical characterization of the chironomid LEA protein, PvLEA42011

    • 著者名/発表者名
      Hatanaka R, Hagiwara-Komoda Y, Kanamori Y, Fujita M, Cornette R, Okuda T, Kikawada T
    • 学会等名
      4th International Symposium of Environmental Physiology of Ectotherms and Plants
    • 発表場所
      Rennes, France
    • 年月日
      2011-07-18
  • [学会発表] Anhydrobiomics research of the sleeping chironomid : toward a comprehensive understanding the molecular context underlying extreme desiccation tolerance2011

    • 著者名/発表者名
      Kikawada T, Cornette R, Gusev O, Suetsugu Y, Mukae K, Kikuta S, Hatanaka R, Shimura S, Satoh N, Okuda T
    • 学会等名
      4th International Symposium of Environmental Physiology of Ectotherms and Plants
    • 発表場所
      Rennes, France
    • 年月日
      2011-07-18
  • [学会発表] グループ3LEAタンパク質の22merモデルペプチドが示すタンパク質凝集抑制効果2011

    • 著者名/発表者名
      古木隆生, 清水天平, Chakraborte S, 高橋剛, 畑中理恵, 黄川田隆洋, 三原久和, 奥田隆, Tunnacliffe A, 櫻井実
    • 学会等名
      第56回低温生物工学会年会セミナー及び年会
    • 発表場所
      盛岡市いわて県民情報交流センター
    • 年月日
      2011-07-08
  • [学会発表] ネムリユスリカLEAタンパク質(PvLEA4)の機能解析2011

    • 著者名/発表者名
      畑中理恵, 薦田(萩原)優香, 金森保志, 藤田弥佳, コルネット・リシャー, 奥田隆, 黄川田隆洋
    • 学会等名
      第56回低温生物工学会年会セミナー及び年会
    • 発表場所
      盛岡市いわて県民情報交流センター
    • 年月日
      2011-07-08
  • [学会発表] 極限乾燥耐性の分子メカニズム理解に向けたネムリユスリカanhydrobiomics2011

    • 著者名/発表者名
      黄川田隆洋, Cornette R, Gusev O, 末次克行, 菊田真吾, 迎恭輔, 畑中理恵, 志村幸子, 佐藤矩行, 奥田隆
    • 学会等名
      第56回低温生物工学会年会セミナー及び年会
    • 発表場所
      盛岡市いわて県民情報交流センター
    • 年月日
      2011-07-08
  • [学会発表] マイクロアレイを用いたネムリユスリカにおける乾燥耐性機構の解析2011

    • 著者名/発表者名
      迎恭輔, コルネット・リシャー, オレグ・グセフ, 畑中理恵, 奥田隆, 黄川田隆洋
    • 学会等名
      第56回低温生物工学会年会セミナー及び年会
    • 発表場所
      盛岡市いわて県民情報交流センター
    • 年月日
      2011-07-08
  • [学会発表] ヌマエラビル(Ozobranchus jantseanus)における耐凍性2011

    • 著者名/発表者名
      鈴木大, 宮本智子, 黄川田隆洋, 渡辺学, 鈴木徹
    • 学会等名
      第56回低温生物工学会年会セミナー及び年会
    • 発表場所
      盛岡市いわて県民情報交流センター
    • 年月日
      2011-07-08
  • [学会発表] ユスリカにおける極限環境適応の進化:系統関係とゲノムサイズの影響2011

    • 著者名/発表者名
      Cornette R, Gusev O, 中原雄一, 黄川田隆洋, 奥田隆
    • 学会等名
      第22回ユスリカ研究集会
    • 発表場所
      滋賀県近江八幡市「休暇村近江八幡」
    • 年月日
      2011-05-08
  • [備考]

    • URL

      http://www.nias.affrc.go.jp/anhydrobiosis

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公開日: 2013-06-26  

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