動物活動の定量計測と非線形時系列解析による、老化を支配する力学系システムの解明

通过动物活动的定量测量和非线性时间序列分析阐明控制衰老的动力系统

基本信息

批准号：
20K20321
负责人：
荒田幸信
金额：
$ 16.22万
依托单位：
Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、線虫の性成熟から死に至るまでの一生（約一ヶ月間）をビデオ撮影（5fps）し、動画から線虫の行動を計測することで、線虫の一生を支配する力学系システムを解明することである。本年度は、画像解析プログラムの精度を改善することで、線虫の運動が指数的に減衰する時期とほぼ変化しない時期があることを見つけた。我々ヒトの一生に、幼年期、青年期、中年期、老年期といったライフステージがあるように、線虫でも幾つかのライフステージ様の状態を遷移して死に至ることが明らかとなった（投稿準備中）。さらに、老化に伴う運動に指数減衰が現れたことから、その背後にはマルコフ的な体細胞ゲノム破壊があるという仮説、特にトランスポゾンによる体細胞ゲノム破壊の可能性に注目した。この仮説を検証するために、バイオインフォマティックス解析を行い、トランスポゾンの移動を仲介する135酵素遺伝子を同定した（投稿準備中）。これら135酵素遺伝子の内、10遺伝子は特にゲノム上に同じDNA配列をもつコピーが多数存在する遺伝子であった。これらの10遺伝子をfeeding RNAiによりノックダウンする準備を進めた。例えばTIR型DNAトランスポゾンの転移を仲介するトランスポゼース遺伝子(tpz)はtpz-10、tpz-139、tpz-150の３つだけで、94個のtpz遺伝子の約70%をノックダウンすることができる。また、レトロトランスポゾンの転移を仲介する逆転写酵素(rtz)については、18種類のsgRNAにより33遺伝子すべてをノックアウトすることができることがわかった。Cas9とsgRNAを発現する線虫株を構築し、ノックアウト株を樹立するためのスクリーニングを進めている。

这项研究的目的是对线虫从性成熟到死亡（大约一个月）的生命进行录像（5fps），并从视频中测量线虫的行为，从而阐明线虫的生命动态。系统。今年，通过提高图像分析程序的准确性，我们发现线虫运动有时呈指数衰减，有时则几乎保持不变。正如人类有童年、青春期、中年和老年等生命阶段一样，线虫在死亡前也会经历几个类似生命阶段的状态（（准备屈服）。此外，由于与衰老相关的运动中出现了指数衰减，因此我们重点关注马尔可夫体细胞基因组破坏是其背后的假设，特别是转座子破坏体细胞基因组的可能性。为了检验这一假设，我们进行了生物信息学分析，并鉴定了 135 个介导转座子运动的酶基因（准备提交）。在这135个酶基因中，有10个基因组中具有多个拷贝且DNA序列相同的基因。我们继续准备通过喂食 RNAi 来敲除这 10 个基因。例如，只有三个转座酶基因（tpz）：tpz-10、tpz-139和tpz-150介导TIR型DNA转座子的转移，并且94个tpz基因中大约70%可以被敲除。此外，还发现介导逆转录转座子转移的逆转录酶（rtz）的所有33个基因都可以使用18种类型的sgRNA敲除。我们已经构建了表达Cas9和sgRNA的线虫菌株，并正在进行筛选以建立敲除菌株。