| 研究課題/領域番号 |
26506029
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| 研究機関 | 独立行政法人宇宙航空研究開発機構 |
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研究代表者 |
東端 晃 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 主任開発員 (30360720)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 微小重力 / 線虫 / 筋萎縮 / トランスクリプトーム |
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| 研究実績の概要 |
微小重力環境は生体において様々な影響を与えることが指摘されているが、本研究ではモデル生物である線虫C. elegansをクリノスタットによる模擬微小重力下で生育させ、各発生過程においてどのような影響が生じるか、また、そのクリティカルポイントを検討することにある。初年度にあたる平成２６年度では、模擬微小重力環境下で線虫を生育させることによって生じる遺伝子発現の変化について、特にこれまでの宇宙実験の結果から得られている筋肉の構成に関連した分子群の発現に注目して調べることを目的とし、研究を進めた。
まず線虫の培養環境を最適化するために、宇宙実験用に開発した培養容器（Disposable Culture Chamber：容量4.5mL）を使用し、大腸菌を餌として液体培地での培養環境の検討を行った。実験群としては模擬微小重力群（クリノスタット培養）、1G培養群（静置培養）、運動負荷群として1.2%のメチルセルロースを含む高粘度培地生育群（静置培養）の三種類を用意し、ブリーチ処理により発生段階を同調させてから3日間培養した。その後、各群からRNAを抽出・精製し、標品を得た。これまでの宇宙実験の結果から、微小重力環境下においては筋肉を構成するThick Filamentに関連するミオシン重鎖の分子群が低下することが分かっているので、myo-3、unc-54、unc-15の各遺伝子について定量PCRを行った。クリノスタットの回転数により発現量に差が生じるものの、ある一定の条件においては、宇宙実験で得られた発現変化と同様に減少傾向が見られた。また一方で、運動負荷群については、これらの遺伝子発現について上昇傾向が見られ、運動負荷が模擬微小重力で引き起こされる筋関連分子群の発現低下に対して、抑制作用を施すことができる可能性が示唆された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
筋肉のThick Filament構成分子であるmyo-3、unc-54、unc-15の各遺伝子は、過去の宇宙実験において微小重力環境下で発現が減少していることが示されている。このことを踏まえ、これらの遺伝子発現変化を指標に、本研究において重要となる模擬微小重力環境の条件設定について数回の検討を行ったところ、ある回転数において微小重力環境と同様の挙動を示す培養条件を設定することができた。また、予定していたDNAマイクロアレイによる遺伝子発現の経時的変化の解析については、線虫の培養条件の設定に時間を要したこと、また、宇宙実験に関わる射場現地での作業のため、長期に海外出張せざるを得なかったこともあり、初年度は解析の着手までには至らなかったが、実験条件や物品の準備までは完了しているので、すぐにでも着手できる状態にある。
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| 今後の研究の推進方策 |
初年度の結果を踏まえて、平成２７年度以降においては、まず模擬微小重力環境下での線虫の遺伝子発現の変化について早急に整理することを目標とする。重力変化が与える発生過程へのクリティカルポイントを探るために、DNAマイクロアレイを用いた遺伝子発現の網羅的な解析を行い、各発生過程での発現変化について整理を行う。これらの整理にあたっては、トランスクリプトームの専用解析ソフトを用いて行い、クラスタリング解析およびデータマインニングを実施する。このデータを踏まえ、線虫の発生過程における環境変化が大きく影響を及ぼしている遺伝子群について定量PCRを行い、データの裏付けを行う。これと並行して、タンパク質レベルでの発現変化についてもiTRAQや二次元電気泳動により各環境下および各生育段階でのタンパク質発現パターンをマッピングし、比較検討を行う。この検討にあたっては、遺伝子の網羅的発現解析の結果も取り込み、パスウェイ解析に必要となる源泉データを取得する。これらの結果から、変化が見出された分子群についての蛍光標識抗体を用いた形態観察を行い、これらの形成における重力変化の影響について考察する。
遺伝子およびタンパク質両レベルでの結果から、重力変化によって変化を示す分子群の整理を行い、重力変化依存性の生体反応系について考察し、「どのような分子が重力を感受して生体内で情報伝達を行い、どのような応答がなされるか。また、重力変化に対して各生育段階に特有な遺伝子あるいはタンパク質発現変化にはどのようなものがあり、そのクリティカルポイントはどこか」という情報の獲得を目指す。
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