Elucidation of the molecular evolution to acquire luminous mechanism by luminous animals

阐明发光动物获得发光机制的分子进化

• 批准号: 22H02692
• 负责人: 三谷 恭雄
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H02692/
• 关键词: 生物発光; ルシフェラーぜ; ウミホタル; 発光ゴカイ; 発光生物; ルシフェラーゼ

研究代表者らはこれまでにウミホタルやゴカイなどの発光種について網羅的な遺伝子解析を行なっており、発光酵素遺伝子やその類似配列を見出してきた。本研究では、これら遺伝子間で多面的な比較解析を行うことで、発光酵素の進化を通じた発光生物の多様性に迫れるものと考え、多様な種の発光酵素遺伝子取得とその機能を明らかにすることを目指している。これまでにウミホタルやゴカイなどの発光種についてRNA-Seq解析を実施しており、発光酵素遺伝子配列およびその類似配列を見出している。しかしながら、それら生物の発光酵素については活性部位や基質認識部位などは全く知られておらず、相同性からの活性残基の推察ができなかった。そこで、本研究では、まずはウミホタルについて、これまでに未解析の種も含め、5種以上の新たな種について採取からRNA-Seq解析までを実施し、発光酵素様配列を得た。並行して、ウミホタル発光酵素の結晶構造解析を進めた。ウミホタル発光酵素は分泌型タンパク質であり、SS結合が多いことから大腸菌発現系では機能を有したタンパク質が生産できなかったため各種培養細胞などを試し、最適な発現条件を見出した。さらに発現させた組換え発光酵素は水への溶解性が極めて高く、結晶化が困難であることが分かったが、結晶化条件を工夫することで安定的に良質な結晶が得られる条件を見出した。得られた結晶をもとに構造解析を進めており、低解像度ながらも予想活性部位を含む構造が明らかになりつつある。

主要研究人员迄今已对海萤、沙蚕等发光物种进行了全面的遗传分析，发现了发光酶基因和类似序列。在本研究中，我们相信通过对这些基因进行多方面的比较分析，我们将能够通过发光酶的进化来了解发光生物的多样性，并阐明发光酶基因在各个物种中的获得及其功能。这就是我的目标。目前，我们已经对海萤、沙蚕等发光物种进行了RNA-Seq分析，发现了发光酶基因序列及其相似序列。然而，这些生物体的发光酶的活性位点和底物识别位点完全未知，并且无法从同源性推断活性残基。因此，在本研究中，我们首先对超过5个新的鲤鱼物种（包括之前未分析的物种）进行了RNA-Seq分析，获得了发光酶样序列。与此同时，我们对 Cypridina 荧光素酶进行了晶体结构分析。 Cypridina荧光素酶是一种分泌蛋白，具有许多SS键，因此不可能使用大肠杆菌表达系统产生功能性蛋白，因此我们用各种培养细胞进行实验并找到最佳表达条件。此外，发现表达的重组发光酶在水中具有极高的溶解度并且难以结晶；然而，通过改变结晶条件，我们发现了可以获得稳定的高质量晶体的条件。基于获得的晶体进行结构分析，包含预测的活性位点的结构正在变得清晰，尽管分辨率较低。

项目成果

Genome analysis of Phrixothrix hirtus (Phengodidae) railroad worm shows the expansion of odorant-binding gene families and positive selection on morphogenesis and sex determination genes

• DOI: 10.1016/j.gene.2022.146917
• 发表时间: 2022-10-05
• 期刊: GENE
• 影响因子: 3.5
• 作者: Amaral，Danilo Trabuco;Mitani，Yasuo;Viviani，Vadim Ravara
• 通讯作者: Viviani，Vadim Ravara

Potential use of Cypridina luciferin for quantifying alpha 1-acid glycoprotein in human serum

• DOI: 10.1007/s44211-022-00191-7
• 发表时间: 2022-10
• 期刊: Analytical Sciences
• 影响因子: 1.6
• 作者: Shusei Kanie;Y. Mitani

Gene Cloning and Functional Analysis of the Luciferase from Luminous Syllids of the Genus Odontosyllis

齿鳅属发光鳅荧光素酶基因克隆及功能分析

• DOI: 10.1007/978-1-0716-2453-1_1
• 发表时间: 2022
• 期刊: Bioluminescence: Methods and Protocols
• 作者: Yasuno Rie;Mitani Yasuo;Ohmiya Yoshihiro
• 通讯作者: Ohmiya Yoshihiro

産業技術総合研究所HP

产业技术综合研究所 HP