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2022 Fiscal Year Annual Research Report

高い放射線耐性を示す動物クマムシが持つ防護と修復の新規メカニズムの解明

Research Project

Project/Area Number 20H04332
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

國枝 武和  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (10463879)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords放射線耐性 / クマムシ / DNA防護 / FRAP / ゲノム編集
Outline of Annual Research Achievements

Dsup はクマムシ固有のDNA結合タンパク質であり、in vitroや動物細胞において放射線などのDNA傷害性ストレスからDNAを防護する活性を持つ。この防護にはDNA結合活性が必須であり物理的なシールドとして機能していると考えられているが、複製や転写などDNAへのアクセスを必要とする基本的な生命プロセスに負の影響を与えることなくDNA防護を可能にする原理は不明であった。Dsupには哺乳類のHMGNファミリーのクロマチン結合モチーフの一部と類似した配列が存在しクロマチンへの結合に必要であると主張されてきたが、前年度までにこの領域を欠失してもDsupのクロマチンとの共局在に影響ないことを見出してきた。本年度はさらに当該領域に着目しつつDsupとクロマチンとの結合の動的性状をFRAP法を用いて解析した。その結果、当該領域を欠失したDsupは細胞内クロマチンと共局在するもののその移動速度が顕著に増大することを見出した。この結果は当該領域はDsupとクロマチンとの安定的な結合に関わることを示すとともに、当該領域以外に極めてダイナミックにクロマチンと結合する領域があることを示唆している。その他、Dsupの全領域について網羅的な欠失スクリーニングを行い、各領域のDsupとクロマチンとの結合の動的性状への寄与を明らかにした結果、動的性状の異なる少なくとも2種類の結合領域が存在すること、また動的性状を維持するために必要な領域を見出した。こうしたDsupの結合の動的な性状、特に極めてダイナミックに結合している領域の存在は、DNAの防護と転写・複製の両立を説明するモデルの構築を可能にした。また、前年度までにクマムシの体細胞で実現したCRISPR/Cas9によるゲノム編集系を改良し、生殖細胞系列への導入によるゲノム編集個体の作出系を構築し、クマムシ個体を用いた遺伝子の機能解析に道を拓いた。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (28 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (9 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 4 results) Presentation (19 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 5 results)

  • [Journal Article] The major inducible small heat shock protein HSP20-3 in the tardigrade Ramazzottius varieornatus forms filament-like structures and is an active chaperone2024

    • Author(s)
      Al-Ansari Mohammad、Fitzsimons Taylor、Wei Wenbin、Goldberg Martin W.、Kunieda Takekazu、Quinlan Roy A.
    • Journal Title

      Cell Stress and Chaperones

      Volume: 29 Pages: 51~65

    • DOI

      10.1016/j.cstres.2023.12.001

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Single-step generation of homozygous knock-out/knock-in individuals in an extremotolerant parthenogenetic tardigrade using DIPA-CRISPR2024

    • Author(s)
      Kondo Koyuki、Tanaka Akihiro、Kunieda Takekazu
    • Journal Title

      bioRxiv

      Volume: 2024.01.10 Pages: 575120

    • DOI

      10.1101/2024.01.10.575120

    • Open Access
  • [Journal Article] Considerations on the TardiVec-based analyses of tissue specificity and desiccation-induced supramolecular structure of target proteins2023

    • Author(s)
      Tanaka Akihiro、Kunieda Takekazu
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      Volume: 120 Pages: e2312563120

    • DOI

      10.1073/pnas.2312563120

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 進化がもたらす極限環境への多様な適応戦略2023

    • Author(s)
      國枝武和
    • Journal Title

      月刊「細胞」

      Volume: 55(14) Pages: 2-3

  • [Journal Article] 極限耐性を支えるクマムシ固有のタンパク質2023

    • Author(s)
      橋本拓磨、國枝武和
    • Journal Title

      月刊「細胞」

      Volume: 55(14) Pages: 8-11

  • [Journal Article] クマムシの極限環境耐性を支える非ドメイン型タンパク質2023

    • Author(s)
      國枝武和
    • Journal Title

      Medical Science Digest

      Volume: 49(9) Pages: 21-24

  • [Journal Article] Stress-dependent cell stiffening by tardigrade tolerance proteins that reversibly form a filamentous network and gel2022

    • Author(s)
      Tanaka Akihiro、Nakano Tomomi、Watanabe Kento、Masuda Kazutoshi、Honda Gen、Kamata Shuichi、Yasui Reitaro、Kozuka-Hata Hiroko、Watanabe Chiho、Chinen Takumi、Kitagawa Daiju、Sawai Satoshi、Oyama Masaaki、Yanagisawa Miho、Kunieda Takekazu
    • Journal Title

      PLOS Biology

      Volume: 20 Pages: e3001780

    • DOI

      10.1371/journal.pbio.3001780

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Application of CRISPR/Cas9 system and the preferred no-indel end-joining repair in tardigrades2022

    • Author(s)
      Kumagai Hitomi、Kondo Koyuki、Kunieda Takekazu
    • Journal Title

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      Volume: 623 Pages: 196~201

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2022.07.060

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Description of a model tardigrade Paramacrobiotus metropolitanus sp. nov. (Eutardigrada) from Japan with a summary of its life history, reproduction and genomics2022

    • Author(s)
      SUGIURA KENTA、MATSUMOTO MIDORI、KUNIEDA TAKEKAZU
    • Journal Title

      Zootaxa

      Volume: 5134 Pages: 92~112

    • DOI

      10.11646/ZOOTAXA.5134.1.4

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] The unique tricks tardigrade uses to enable anhydrobiosis and extremotolerance2023

    • Author(s)
      Takekazu Kunieda
    • Organizer
      The Tardigrade Story - 250th Anniversary
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 極限環境における生体適応2023

    • Author(s)
      國枝武和
    • Organizer
      日本運動生理学会第31回大会
    • Invited
  • [Presentation] 宇宙にも耐える動物クマムシのサバイバル戦略を読み解く2023

    • Author(s)
      國枝武和
    • Organizer
      2023年度日本冷凍空調学会
    • Invited
  • [Presentation] なぜクマムシは極限環境に耐えられるのか?その謎を探る2023

    • Author(s)
      國枝武和
    • Organizer
      日本学術会議・公開シンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] Generation of gene-edited individuals in tardigrades2023

    • Author(s)
      近藤小雪
    • Organizer
      第46回日本分子生物学会
    • Invited
  • [Presentation] クマムシ固有のDNA保護タンパク質Dsupの動的なふるまい2023

    • Author(s)
      新崎康太
    • Organizer
      クマムシ学研究会
  • [Presentation] クマムシ固有のDNA保護タンパク質Dsupの2つの結合部位と動的性状2023

    • Author(s)
      新崎康太
    • Organizer
      日本動物学会関東支部第76回大会
  • [Presentation] 乾燥耐性を持つクマムシにおけるゲノム編集2023

    • Author(s)
      近藤小雪
    • Organizer
      第7回クマムシ学研究会
  • [Presentation] クマムシの乾燥耐性を”支える”CAHS線維のはたらき2023

    • Author(s)
      田中彬寛
    • Organizer
      第7回クマムシ学研究会
  • [Presentation] Physiological roles of tardigrade-unique heat-soluble proteins2022

    • Author(s)
      Akihiro Tanaka
    • Organizer
      15th International Symposium on Tardigrada
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Stress-dependent cell-stiffening by tardigrade tolerance proteins CAHS through reversible formation of a cytoskeleton-like filamentous network and gel-transition2022

    • Author(s)
      Akihiro Tanaka
    • Organizer
      15th International Symposium on Tardigrada
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] クマムシ固有の繊維化耐性タンパク質CAHSによるストレスに応答した細胞の硬化と耐性の向上2022

    • Author(s)
      國枝武和
    • Organizer
      極限環境生物学会第23回年会
  • [Presentation] クマムシタンパク質が示すストレス応答性の多様な細胞内局在及び構造の変化2022

    • Author(s)
      近藤小雪
    • Organizer
      極限環境生物学会第23回年会
  • [Presentation] 乾燥耐性を持つクマムシにおけるゲノム編集2022

    • Author(s)
      近藤小雪
    • Organizer
      第45回日本分子生物学会
  • [Presentation] Tardigrade-unique tolerance protein CAHS forms filaments via electrostatic interaction and stiffens cells in response to hyperosmotic stress2022

    • Author(s)
      田中彬寛
    • Organizer
      第45回日本分子生物学会
  • [Presentation] クマムシ固有の繊維化耐性タンパク質CAHSによるストレス依存の細胞硬化と繊維形成に関わる静電相互作用の解明2022

    • Author(s)
      田中彬寛
    • Organizer
      第45回日本分子生物学会
  • [Presentation] 脱水ストレス依存に細胞骨格様の線維やゲルを形成するクマムシタンパク質CAHSによる細胞の機械的強度の向上2022

    • Author(s)
      田中彬寛
    • Organizer
      第60回日本生物物理学会年会
  • [Presentation] クマムシ固有の耐性タンパク質CAHSによるストレス依存的な細胞の機械的強度の向上2022

    • Author(s)
      田中彬寛
    • Organizer
      第7回ユニーク会
  • [Presentation] クマムシ固有の耐性タンパク質CAHSの脱水様ストレス依存の線維化に必要な高次構造と細胞を保護するメカニズムの解析2022

    • Author(s)
      田中彬寛
    • Organizer
      日本動物学会第93回大会

URL: 

Published: 2024-12-25  

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