Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

乾燥耐性 / 相分離 / ゲル相転移 / ソフトマター / 弾性体 / クマムシ / 相転移 / ゲル

本研究課題では、これまでに同定してきた脱水ストレスに応答して可逆的に凝集するクマムシタンパク質群 DRYPs について解析することで、新たな耐性原理の検証と提唱を目指している。本年度は、まずストレス依存に動物細胞内で繊維構造を形成するクマムシ固有の CAHS タンパク質群について、線維化がもたらす物理特性の変化と生物学的影響を解析した。in vitro における微小液滴を用いた生物物理学的解析からCAHSタンパク質溶液は非ストレス時には完全に液体状態であるが、高塩環境下では顕著なヤング率の向上を検出し弾性体に変化することを明らかにした。さらに同CAHS遺伝子の安定発現昆虫細胞株を樹立したところ、高浸透圧ストレス下において細胞表面の弾性が有意に亢進するとともに、浸透圧による細胞体積減少が顕著に抑制されることを明らかにした。また、高浸透圧下における細胞の生存率も向上することを示した。これらの成果はCAHSタンパク質の線維化が細胞の物理特性に影響を与えるとともに生物学的なストレス耐性に寄与することを示している。ストレス耐性のメカニズムとして、CAHSタンパク質のようにストレス時にオンデマンドで線維化し細胞を物理的に強化するという新たな原理を提案するものである。また、CAHS 以外の DRYPs についてもストレス時における細胞内凝集形態を網羅的に解析し、様々な凝集パターンを示すものを同定した。なお、生物物理学的解析は東大・駒場の柳澤研・澤井研との共同研究として実施した。

ミトコンドリア / クマムシ / 乾燥耐性 / プロテオーム / 乾燥休眠

陸生クマムシの一部は乾眠と呼ばれる脱水状態になって乾燥に耐えるが、その分子基盤には不明な点が多い。本研究では耐性の単純モデルとしてクマムシのミトコンドリアに着目し、ストレス耐性に関わる候補タンパク質として2種の熱可溶性タンパク質を初めて同定した。これらのタンパク質はヒト培養細胞の高浸透圧耐性を向上させることを示した。さらに、クマムシ個体から高純度のミトコンドリア分画を分離する方法を確立し、ショットガンプロテオミクスにより、クマムシのミトコンドリアに局在するタンパク質を網羅的に同定した。これらはミトコンドリアの保護に関わる良い候補と考えられる。

緩歩動物 / 乾燥耐性 / 熱可溶性 / クマムシ / ミトコンドリア / 耐性 / 蛋白質 / 乾眠

陸生クマムシは乾燥に応じて脱水し様々な極限環境に耐性を示すが、その分子機構はほとんどわかっていない。耐性に関わる候補として大量に発現するクマムシ固有の遺伝子に着目して解析した結果、最大発現を示すA1遺伝子産物が螺旋状の構造体を形成することを明らかにし、機械的強度の付与を介して乾燥耐性に寄与することが考えられた。また、耐性能力の異なるクマムシ種から熱可溶性タンパク質を探索し新たなクマムシ固有タンパク質を同定するとともに、熱可溶性タンパク質量と耐性能力との間に相関関係があることを見出した。さらにミトコンドリアの保護に関わる候補としてミトコンドリアに局在する新規なクマムシ固有タンパク質を同定した。

メタボローム / システム生物学 / プロテオーム / 乾眠 / クマムシ / クリプトビオシス / マルチオミクス / バイオインフォマティクス / トランスクリプトーム / 乾燥耐性 / ヨコヅナクマムシ / Hypsibius dujardini / CE-MS / LC-MS / 極限環境

陸生のクマムシの多くは周囲の環境の乾燥により、ほぼ完全な脱水を伴って生命活動を可逆的停止する「乾眠」という機構を持つが、その分子機構は未だ明らかではない。そこで、本研究ではヨコヅナクマムシ乾眠前後の主にメタボロームとリン酸化プロテオームによるマルチオミクスにより、有意に変動を示す鍵分子を特定すると共に、その制御機構を解析した。結果、CE-TOFMSとLC-TOFMSを組み合わせたメタボロミクスにより、主に酸化ストレス応答や抗浸透圧ストレス関連の分子の変動がみられ、それらを合成・分解する経路の多くが乾眠時にリン酸化されていることを明らかにした。

【研究連携者】
久保健雄	東京大学	大学院理学系研究科	教授	(Kakenデータベース)