脱水応答性繊維形成タンパク質が担う新規乾燥耐性原理の解明

阐明脱水反应性纤维形成蛋白的新型耐干燥原理

基本信息

批准号：
21J11385
负责人：
田中彬寛
金额：
$ 0.96万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J11385/
关键词：
クマムシ乾燥耐性 CAHS 細胞骨格相分離

项目摘要

クマムシに固有のタンパク質CAHSは、緩やかな脱水を引き起こす高浸透圧ストレスに応答して可逆的に細胞骨格様の線維構造を形成する。脱水ストレスへの顕著な応答性から、CAHS線維の形成はクマムシの乾燥ストレス耐性に重要であると考えられるが、その保護メカニズムは不明だった。高い乾燥耐性能を持つヨコヅナクマムシの生体内と同程度の濃度のCAHS3タンパク質溶液に脱水環境を模擬する薬剤TFEを加え、線維化を誘導するとゲル状に凝固した。この結果からCAHSタンパク質はクマムシ細胞内を脱水ストレス依存にゲル転移している可能性がある。そこでゲル化による物性への影響を調べるために、CAHS3タンパク質を内包する小胞を作成し、ゲル化前後の硬さの計測を行ったところ、ゲル化に依存して小胞に弾性が検出された。CAHS線維が培養細胞においても機械的な強度の向上に寄与するかを明らかにするために、CAHS3恒常発現培養細胞株を作出し、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて、細胞表面の硬さの指標である弾性率を計測した。その結果、線維化の誘導依存に弾性率が向上した。脱水ストレスは細胞体積の減少を引き起こすため、続いて、CAHS線維の形成による体積変化への影響を調べたところ、CAHS3発現細胞では細胞体積の減少が抑制されていた。最後にCAHSの発現による細胞の生存率への影響を調べたところ、CAHS3発現細胞株では高浸透圧ストレス耐性が向上していた。以上の結果から、CAHSタンパク質は脱水ストレス依存に細胞の機械的な強度を向上させることで、脱水にともなう破壊的な変形から細胞を保護するという新たな耐性メカニズムを提唱した。さらに、線維形成能に差のあるCAHSパラログ間でアミノ酸配列を比較解析することで線維形成に関与するモチーフ構造も新たに同定した。

缓步动物特异性蛋白 CAHS 可逆地形成细胞骨架样纤维结构，以响应导致逐渐脱水的高渗应激。由于对脱水应激具有显着的反应性，CAHS纤维的形成被认为对于缓步动物对干燥应激的耐受性很重要，但其保护机制尚不清楚。 TFE是一种模拟脱水环境的药物，将其添加到CAHS3蛋白溶液中，其浓度与具有高干燥耐受性的缓步动物体内的浓度相似，以诱导纤维化并凝固成凝胶状。这一结果表明，CAHS 蛋白可能在缓步动物细胞内以脱水应激依赖性方式经历凝胶转变。因此，为了研究凝胶化对物理性质的影响，我们制备了含有CAHS3蛋白的囊泡并测量了凝胶化前后的硬度，结果发现囊泡中检测到的弹性取决于凝胶化。为了阐明CAHS纤维是否也有助于提高培养细胞的机械强度，我们创建了组成型表达CAHS3的培养细胞系，并使用原子力显微镜（AFM）研究了细胞表面的刚度、弹性模量。这是一个索引其结果是，弹性模量通过纤维化的诱导而提高。由于脱水应激导致细胞体积减少，我们接下来研究了CAHS纤维形成对体积变化的影响，发现在表达CAHS3的细胞中细胞体积的减少受到抑制。最后，当我们研究CAHS表达对细胞存活率的影响时，我们发现表达CAHS3的细胞系具有改善的高渗应激耐受性。基于上述结果，我们提出了一种新的抵抗机制，其中CAHS蛋白通过以脱水应激依赖性方式提高细胞的机械强度来保护细胞免受脱水引起的破坏性变形。此外，通过比较原纤维形成能力不同的CAHS旁系同源物的氨基酸序列，我们新鉴定了参与原纤维形成的基序结构。