新規に開発したクマムシ遺伝子発現ベクターを用いた、乾燥耐性の分子基盤解析

使用新开发的缓步动物基因表达载体进行干燥耐受性的分子基础分析

基本信息

批准号：
22K19302
负责人：
田中冴
金额：
$ 4.08万
依托单位：
Center for Novel Science Initatives, National Institutes of Natural Sciences
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

乾燥耐性をもつクマムシという微小動物では、乾燥時に体内の水分量を３％以下まで低下させた無水生命状態（乾眠）に入ることが知られている。この状態では、酸素消費やタンパク質合成などの代謝は一時的に停止しているが、給水後１０分ほどで元の状態に戻ることができる。クマムシのこの乾眠能力は、生体の完全な乾燥保存方法の良い手本であるだけでなく、生き物のなかの自由な水分子が存在しない状態として「生命に水は必須である」という生物学的な常識に切り込むことができるという点でも非常に興味深い。これまで、クマムシの乾眠機構の解明に向け、ゲノムやプロテオームなどのオミクス解析をおこない、いくつかの乾眠候補遺伝子を同定してきた。さらに本研究では、新たな技術としてクマムシ独自のin vivo発現システムの開発をおこなうことで、それら候補遺伝子をクマムシ個体内で強制発現させることに成功した。この新規に開発したクマムシ専用の遺伝子発現ベクターをTardiVecと名付け、非モデル生物クマムシにおけるライブイメージングの基礎を構築した[S. Tanaka et al. PNAS, 2023]。このTardiVecはクマムシゲノム由来を配列を含むことで、組織特異的な発現パターンを示し、10日間以上導入したDNAとその発現産物を維持することができることから、ゲノムに直接組み込んだものとほぼ同等に扱うことができると言える。本研究ではこのTardiVecを用いて、クマムシ個体内の細胞において候補遺伝子を強制的に発現させることによって、候補タンパク質の細胞内挙動や乾燥耐性への寄与を調べた。その結果、これまでに乾眠候補遺伝子として挙がっていたクマムシ固有の遺伝子が、全身に発現するのではなく、組織特異的に発現することが明らかになった。これにより、それぞれの細胞種により乾眠機構に用いている遺伝子が異なる可能性が示唆された。

在一种称为干燥抗性的虫子的小动物中，众所周知，它会进入运动状态（干睡眠），在干燥过程中，体内的水含量降低至3％或更少。在这种状态下，诸如氧气消耗和蛋白质合成之类的新陈代谢已暂时停止，但可以在供水后约10分钟后返回原始状态。甲虫的这种干燥能力不仅是活体的完整干燥储存方法的一个很好的例子，而且是一种生物学：“水对于生命至关重要，因为在生物中没有自由水分子的状态。这非常有趣，因为它可以将其切成常识。到目前为止，我们已经分析了诸如基因组和蛋白质组之类的OMICS，以阐明甲虫的干燥机理，并鉴定出一些干候选基因。此外，这项研究成功地通过开发独特的体内表达系统作为一种新技术来迫使Kumamushi个体中的这些候选基因。这个新开发的基因表达载体被命名为Tardivec，在非模型生物甲虫中的实时成像的基础[S. Tanaka等人，2023年]。由于该tardivec包含一系列kumam sigenom，因此可以维持已引入10天或更高的表达产物的DNA，因此它与直接掺入基因组的DNA几乎相同。可以处理。在这项研究中，tardivec被用来强行表达熊个人细胞中的候选基因，以确定候选蛋白细胞和干燥耐药性的贡献。结果，已经揭示了库玛穆什（Kumamushi）所独有的基因，该基因被提高为干燥的候选基因，在整个身体中没有表达，而是在组织中表达的。结果，建议在干燥机制中使用的基因可能因每种细胞类型而有所不同。