真核生物におけるミトコンドリア局在DNAポリメラーゼの進化と多様性の全容解明

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22KJ0401
• 配分区分: 基金
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 原田 亮 筑波大学, 理工情報生命学術院, 特別研究員(DC2)
• 研究期間 (年度): 2023-03-08 – 2024-03-31
• キーワード: 真核生物 / ミトコンドリア / 葉緑体 / DNA複製 / オルガネラ進化

研究実績の概要

今年度は昨年度までに行っていたDNAポリメラーゼの探索をさらに広範な真核生物で包括的に行うことで最終的に10種類の新奇DNAポリメラーゼを発見した。これらのうち、3種類については学内外の共同研究者との協力のもと、GFPを用いた細胞生物学的実験により細胞内局在を確認した。新たに発見したDNAポリメラーゼのうち、rdxPolAと名付けたものはミトコンドリアの起源となったαプロテオバクテリアに直接由来することを明らかにした。rdxPolAの発見は真核生物におけるミトコンドリア局在DNAPの理解を改めるものであり、ミトコンドリアの誕生から現生の真核生物に至るまでのミトコンドリア局在DNAPの進化シナリオの提案に成功した。この成果はMolecular Biology and Evolution誌に査読付き英文論文として掲載された。
また、ユーグレノゾアに属する未培養種の単細胞由来トランスクリプトームデータに含まれるDNAポリメラーゼ配列を探索することで、ユーグレノゾアにおけるミトコンドリア局在DNAPの分布を更新した。この成果はProtist誌に査読付き英文論文として掲載された。
さらに、真核生物ゲノムのアノテーションツールの解析を行った。アノテーションに必要となるイントロンとエキソンの境目となるスプライスサイトの予測を機械学習を用いて行った。この成果はIPSJ Transactions on Bioinformatics誌に査読付き英文論文として掲載された。
原田氏は研究成果の発表にも積極的であり、昨年度は情報処理学会第143回MPS・第74回BIO合同研究発表会、3rd Annual Congress on Euglenids、ECOP-ISOP 2023で研究成果の一部を口頭発表した。ECOP-ISOPではホルツ・コナートラベルアワードを受賞した。

研究成果

• [国際共同研究] University of Ostrava(チェコ)
  • 国名: チェコ
  • 外国機関名: University of Ostrava
• [雑誌論文] Encyclopedia of Family A DNA Polymerases Localized in Organelles: Evolutionary Contribution of Bacteria Including the Proto-Mitochondrion (2024)
  • 著者名/発表者名: Harada Ryo、Hirakawa Yoshihisa、Yabuki Akinori、Kim Eunsoo、Yazaki Euki、Kamikawa Ryoma、Nakano Kentaro、Elias Marek、Inagaki Yuji
  • 雑誌名: Molecular Biology and Evolution 巻: 41 ページ: msae014
  • DOI: 10.1093/molbev/msae014
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] AtLASS: A Scheme for End-to-End Prediction of Splice Sites Using Attention-based Bi-LSTM (2023)
  • 著者名/発表者名: Harada Ryo、Kume Keitaro、Horie Kazumasa、Nakayama Takuro、Inagaki Yuji、Amagasa Toshiyuki
  • 雑誌名: IPSJ Transactions on Bioinformatics 巻: 16 ページ: 20～27
  • DOI: 10.2197/ipsjtbio.16.20
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Gleaning Euglenozoa-specific DNA polymerases in public single-cell transcriptome data (2023)
  • 著者名/発表者名: Harada Ryo、Inagaki Yuji
  • 雑誌名: Protist 巻: 174 ページ: 125997
  • DOI: 10.1016/j.protis.2023.125997
  • 査読あり
• [雑誌論文] 遺伝子水平伝播が支配するオルガネラ局在ファミリーA型DNAポリメラーゼの進化／Evolution of organelle-localized family A DNA polymerases mediated by lateral gene transfer (2023)
  • 著者名/発表者名: Harada Ryo、Inagaki Yuji
  • 雑誌名: 月刊細胞 巻: 55 ページ: 33～36
• [学会発表] AtLASS: A scheme for end-to-end prediction of splice sites using attention-based bi-LSTM (2023)
  • 著者名/発表者名: Ryo Harada, Keitaro Kume, Kazumasa Horie, Takuro Nakayama, Yuji Inagaki, Toshiyuki Amagasa
  • 学会等名: 第143回MPS・第74回BIO合同研究発表会
• [学会発表] Has the DNA polymerase of the proto-mitochondrion been retained in Discoba, Malawimonadidae, and Ancyromonadida?: a novel mitochondrion-localized DNA polymerase with the phylogenetic affinity to the alpha-proteobacterial PolI (2023)
  • 著者名/発表者名: Ryo Harada, Yoshihisa Hirakawa, Akinori Yabuki, Eunsoo Kim, Euki Yazaki, Ryoma Kamikawa, Kentaro Nakano, Marek Elias, Yuji Inagaki
  • 学会等名: ECOP-ISOP joint meeting
• [学会発表] Evolution and switching of mitochondrion-localized DNA polymerases from LECA to Euglenoids (2023)
  • 著者名/発表者名: Ryo Harada, Yoshihisa Hirakawa, Akinori Yabuki, Eunsoo Kim, Euki Yazaki, Ryoma Kamikawa, Kentaro Nakano, Marek Elias, Yuji Inagaki
  • 学会等名: 3rd Annual International Congress on Euglenoids 2023
• [備考] 遺伝子のタンパク質をコードする部分を見つけ出す
  • URL: https://casebank.sk-tsukuba.university/case/2574