極限的な乾燥耐性をつかさどる制御因子を同定

ad
ad
ad

カラカラに干からびても死なない昆虫の秘密の一端が明らかに

2018-03-08 理化学研究所,農業・食品産業技術総合研究機構

要旨

理化学研究所(理研)予防医療・診断技術開発プログラムのオレグ・グセフマネージャー、農業・食品産業技術総合研究機構(農研機構)生物機能利用研究部門の黄川田隆洋上級研究員、リシャー・コルネット主任研究員らの国際共同研究グループは、ネムリユスリカ[1]という干からびても死なない昆虫を用いて、熱ショック転写因子[2]であるHSF1が極限的な乾燥耐性を制御することを明らかにしました。

アフリカ中部の半乾燥地帯に生息するネムリユスリカは「乾燥無代謝休眠[3]」と呼ばれる珍しい能力を持つ昆虫で、体内の水分のほとんどがなくなるほど干からびても死なないことで知られています。これまで、ネムリユスリカの乾燥耐性機構を理解するために、乾燥耐性関連因子の同定やゲノム構造の解読が進められてきました。しかし、乾燥耐性機構を制御する遺伝子発現ネットワークについてはほとんど分かっていませんでした。

今回、国際共同研究グループは、ネムリユスリカとその近縁で乾燥耐性がないヤモンユスリカのゲノムの比較から、ネムリユスリカでは乾燥で発現が上昇する遺伝子の転写開始点近傍に、ゲノム特異的なDNAモチーフ(TCTAGAA)が多く、かつ偏って存在すること、プロモーター領域[4]にTCTAGAAを持つ乾燥誘導性遺伝子には乾燥耐性関連遺伝子が多く含まれることを見いだしました。また、TCTAGAAはHSF1の結合領域に酷似していました。そこで、ネムリユスリカの培養細胞(Pv11細胞[5])を用いて、Hsf1遺伝子を機能抑制したところ、乾燥耐性関連遺伝子の発現が減少しました。さらに、Hsf1の発現を抑制したPv11細胞を乾燥させると、通常のPv11細胞を乾燥させたものと比べて、再び水に浸けた後の生存率が低下しました。すなわち、HSF1が乾燥耐性を制御する重要な転写因子であることが明らかとなりました。これらのことから、ネムリユスリカは進化の過程で、熱ストレス応答性の遺伝子発現制御ネットワークを転用化[6]した結果、極限的な乾燥耐性を発揮するようになった可能性が示されました。

今後、ネムリユスリカの乾燥無代謝休眠に関連した遺伝子群を任意の細胞で発現させることで、細胞や組織の常温乾燥保存法の開発が進みます。また、新しい乾燥耐性因子の同定にもつながると期待できます。

本研究は、米国の科学雑誌『Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America』に掲載されるのに先立ち、オンライン版(2月20日付け:日本時間2月21日)に掲載されました。

本研究は、日本学術振興会(JSPS)科学研究費補助金 若手研究(A)「Mechanisms of anhydrobiosis-associated gene regulation in the cells and tissues of chironomid Polypedilum vanderplanki.(研究代表者:オレグ・グセフ)」、基盤研究(C)「ネムリユスリカの極限乾燥耐性におけるトレハロースの複合的な役割の解明(研究代表者:リシャー・コルネット)」、挑戦的萌芽研究「乾燥・塩ストレス制御型タンパク質発現システムの開発(研究代表者:黄川田隆洋)」および農林水産省農林水産技術会議−ロシア科学基金(MAFF/AFFRC-RSF)国際共同研究パイロット事業などの支援を受けて行われました。

※国際共同研究グループ

理化学研究所 予防医療・診断技術開発プログラム
マネージャー オレグ・グセフ(Oleg Gusev)

農業・食品産業技術総合研究機構 生物機能利用研究部門
上級研究員 黄川田 隆洋 (きかわだ たかひろ)(東京大学大学院 新領域科学研究科先端生命専攻 客員准教授)
主任研究員 リシャー・コルネット(Richard Cornette)
JSPS特別研究員(研究当時)十亀 陽一郎(そがめ よういちろう)(現 福島工業高等専門学校 特命助教)

カザン大学
主任研究員 エレナ・シャギマルダノワ(Elena Shagimardanova)
研究員 オルガ・コズロワ(Olga Kozlova)
研究員 アレクサンドル・チェルカソフ(Alexander Cherkasov)

東京大学大学院 新領域科学研究科 先端生命専攻
大学院生 徳本 翔子 (とくもと しょうこ)

東京工業大学 バイオ研究基盤支援総合センター
博士研究員 宮田 佑吾 (みやた ゆうご)

スコルコボ科学技術大学
教授 ミハイル・ゲルファンド(Mikhail S. Gelfand)
研究員 パベル・マジン(Pavel V. Mazin)
大学院生 ビタ・ステパノワ(Vita V. Stepanova)

モスクワ大学
研究員 マリア・ロガチェワ(Maria Logacheva)
研究員 アレクセイ・ペニン(Aleksey Penin)

タイトルとURLをコピーしました