微細藻類におけるプログラム細胞死の分子機構解明と物質生産制御への応用

阐明微藻程序性细胞死亡的分子机制及其在材料生产控制中的应用

• 批准号: 20K06237
• 负责人: 辻 敬典
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K06237/
• 关键词: クラミドモナス; タンパク質リン酸化酵素; トリアシルグリセロール; プログラム細胞死; 硫黄欠乏応答; トリアシルグリセロール（TAG）蓄積; 珪藻; バイオ燃料; クラミドモナス; タンパク質リン酸化酵素; トリアシルグリセロール; プログラム細胞死; 硫黄欠乏応答; トリアシルグリセロール（TAG）蓄積; 珪藻; バイオ燃料

本研究では、微細藻類のプログラム細胞死（PCD）の理解とPCDを利用した物質生産制御機構の確立を目指して研究を推進した。2023年度は下記の点について明らかにした。１）緑藻クラミドモナスにおいて、細胞死を制御するタンパク質リン酸化酵素TAG accumulation regulator 1 (TAR1) が、窒素欠乏応答（細胞死を含む）を制御するしくみについて詳細に調べた。野生株では、窒素欠乏移行後に一回分裂して配偶子へと分化するが、tar1変異体では窒素欠乏移行後の細胞分裂が起こらず、配偶子への分化能が低下していた。RNA-seqデータの再解析により、tar1変異体では窒素欠乏移行後にサイクリン依存性キナーゼB（CDKB）の発現量が低下していた。tar1変異体におけるCDKB転写産物量の低下は、qRT-PCRによっても確認され、TAR1は窒素欠乏移行後にCDKBの発現量を維持することで、窒素欠乏移行後の細胞分裂を駆動することが示唆された。また、栄養欠乏応答制御のマスターレギュレーターとして知られるラパマイシン標的キナーゼがTAR1を制御する上流因子であることを明らかにした。２）硫黄欠乏下で細胞死を促進する新奇コイルドコイルドメイン含有タンパク質（CCDC）を同定し、その機能解析を進めた。硫黄欠乏下でCCDC変異体 (ccdc)と、野生株の転写産物蓄積量を比較するためのRNA-seq解析を進め、ccdc変異体では硫黄欠乏移行後に細胞分裂に関与する因子、特に染色体の複製や分配に関与する因子の発現量が野生株と比較して低下していた。染色体分配の異常やDNA損傷によりPCDが起こる例は動物細胞などで知られており、クラミドモナスでも同様のシステムが働いている可能性が考えられた。

促进了这项研究，目的是了解微藻中的程序性细胞死亡（PCD）并建立了使用PCD控制物质生产的机制。在2023年：1）在绿色藻类衣原体中揭示了以下几点，该机制详细研究了控制细胞死亡的蛋白磷酸酶TAG积累调节剂1（TAR1）的调节，详细研究了氮缺乏反应（包括细胞死亡）。在野生菌株中，它们在氮缺乏症过渡后一次分裂并分化为配子，但是在Tar1突变体中，氮缺乏症过渡后的细胞分裂并没有发生，从而降低了分化为配子的能力。 RNA-seq数据的重新分析表明，在氮缺乏过渡后，在TAR1突变体中，细胞周期蛋白依赖性激酶B（CDKB）的表达水平降低。 QRT-PCR还证实了TAR1突变体中CDKB转录量的减少，这表明TAR1通过维持氮缺乏过渡后CDKB的表达水平来驱动细胞分裂。我们还透露，雷帕霉素靶激酶是营养缺乏响应控制的主要调节剂，是调节TAR1的上游因素。 2）鉴定出促进细胞死亡的新型含卷线圈结构域蛋白质（CCDC），并进行了功能分析。进行RNA-Seq分析以比较硫缺乏症下CCDC突变体（CCDC）的转录本积累，与野生菌株相比，CCDC突变体中硫缺乏症后涉及细胞分裂后涉及的因子的表达水平。由于异常的染色体分布或DNA损伤，在动物细胞中已知PCD的实例，并且人们认为类似的系统可能在衣原体中起作用。