アスガルド古細菌に探る細胞形態の制御機構の分子進化

阿斯加德古菌探索细胞形态控制机制的分子进化

基本信息

批准号：
19K23727
负责人：
千住洋介
金额：
$ 1.83万
依托单位：
Okayama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-08-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K23727/
关键词：
構造生物学分子進化真核生物起源生体膜

项目摘要

研究の目的真核生物が原核生物からどのように生じたのかは今のところよく分かっていない。しかしながら、アスガルド古細菌が真核生物と同様な細胞機能をすでに獲得していたことが分かれば、真核生物と原核生物のミッシングリンクを埋める可能性を秘めている。メタゲノム解析の結果から、真核生物に相同性を持つ細胞形態を制御するタンパク質がアスガルド古細菌でも見出されている。つまり、細胞膜の形態形成機構が、真核生物のみならず原核生物にも共通して保存されていることを示唆する。したがって、アスガルド古細菌に見出された細胞形態を制御するタンパク質の結晶構造を解き、機能を解明することで、細胞膜の形態変化に代表される生命システムがどのように進化してきたかを解明する。研究実施計画[Step1] アスガルド古細菌で見出された細胞形態を制御するタンパク質の人工遺伝子合成をした。[Step2] タンパク質の発現・精製をした。[Step3] 緑色蛍光タンパク質 (GFP) を融合したアスガルド古細菌の細胞形態を制御するタンパク質を細胞で発現させ、細胞膜の形態が変化するか調べるとともに、どのような細胞内構造に局在するか明らかにした。[Step4] タンパク質の結晶化条件のスクリーニングを行い、結晶を得た。[Step5] 大型放射光施設SPring-8のビームラインを用いることにより、X線結晶構造解析を試みた。得られたX線回折データから、立体構造を明らかにした。また、リン脂質との結合に必要なアミノ酸残基の保存性を考察した。上記の一連の研究から、アスガルド古細菌の細胞形態を制御するタンパク質による細胞の形態形成が、進化の過程を通して生命活動の維持に必須の機能であったか解明することが可能となる。

该研究的目的目前尚不清楚真核生物如何从原核生物中出现。但是，如果发现Asgardian古细菌已经获得了与真核生物相似的细胞功能，那么它们有可能填补真核生物和原核之间缺失的联系。从元基因组分析的结果中，在阿斯加德（Asgard）古细菌中也发现了调节细胞形态的蛋白质。这表明细胞膜的形态发生机理不仅在真核生物中，而且在原核生物中也是保守的。因此，通过阐明在阿斯加尔德古细胞中发现细胞形态的蛋白质的晶体结构和功能，我们将阐明如何以细胞膜形态的变化来代表的生命系统如何发展。研究实施计划[步骤1]人工基因合成蛋白质的蛋白质，这些蛋白质调节在阿斯加德古细胞中发现的细胞形态。 [步骤2]蛋白质被表达并纯化。 [Step3]一种调节与绿色荧光蛋白（GFP）融合的Asgardian古细菌细胞形态的蛋白质，并在细胞中表达，并检查了细胞膜形态以确定其本地化的细胞内结构类型。 [步骤4]筛选蛋白质的结晶条件以获得结晶。 [步骤5]使用大型同步加速器辐射设施弹簧-8的光束线尝试了X射线晶体结构分析。从获得的X射线衍射数据揭示了三维结构。此外，考虑了与磷脂结合所需的氨基酸残基的保护特性。从上面的一系列研究中，可以阐明调节阿斯加德古细菌细胞形态的蛋白质的细胞形态发生是否是通过进化过程维持生命活动的重要功能。