Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

Saccharomyces cerevisiae / morphology / CalMorph / phenotyping / 出芽酵母 / 遺伝子機能 / 形態表現型 / 必須遺伝子 / 形態プロファイル / 形態異常度 / 画像解析 / 遺伝子ネットワーク / 細胞形態 / ケミカルゲノミクス / 高次元表現型解析 / カルシウム / 遺伝的相互作用 / 形態表現型解析 / 遺伝学 / 大規模解析 / ハプロ不全性

遺伝情報による生命体の動作原理、すなわち遺伝型という「原因」が表現型という「結果」にどのように結びつくかという原理を解き明かすことは、遺伝学の中心課題のひとつである。我々は、遺伝型と表現型との関係を明らかにするために、単細胞真核生物の出芽酵母（S. cerevisiae）の優れた遺伝学的ツールを駆使し、蛍光顕微鏡で得られる細胞画像を画像解析システムCalMorphにより解析し、形態プロファイリングと形態異常度の二つの観点から高次元表現型を定量的に解析することによって遺伝子機能と形態表現型の間に密接な関係があることを発見した。その関係を用いて、薬剤の細胞内標的を同定することに成功した。

イオンチャネル / 出芽酵母 / 液胞 / カルシウム / 酵母 / Ca2+ / トランスポーター / チャネル

出芽酵母TRPチャネルTRPY1の活性調節機構の解明を行なった。 TRPY1は高浸透圧ストレスによって活性化して液胞から細胞質にCa2+を放出し、PI(3,5)P2合成酵素欠損株ではこの高浸透圧応答が消失する。この知見から、TRPY1の高浸透圧応答にPI(3,5)P2が必要もしくはPI(3)Pの蓄積によってTRPY1が抑制される可能性が推察される。本課題を明らかにするためにPI(3)P処理した酵母液胞膜を用いて電気生理学的測定であるパッチクランプ法を用いた活性測定を行なったところ、TRPY1活性の低下を見出した。このことより、PI(3)PによってTRPY1が抑制されることを明らかにした。

カルモデュリン / カルシウム / シグナル伝達 / 分子認識 / 接合 / 情報伝達 / NUF1 / 出芽酵母

細胞は環境の要求に応じて多くの細胞機能を適切に制御する必要がある。各細胞機能を一つのシステムとみなせば、この問題はシステム制御の問題として捉えることができる。カルモデュリンはCa2+情報伝達系で重要な役割を持つCa2+結合タンパク質であり、Ca2+と結合することで多種のターゲットタンパク質と結合し、その活性を調節している。多くのターゲットのカルモデュリン結合部位の間にはアミノ酸の一次配列上の相同性がなく、カルモデュリンによる多種のターゲットの認識機構には大きな関心が寄せられている。そこで、カルモデュリンのCa2+存在下、非存在下における多種のターゲットとの結合スペクトラムをin vitroおよびin vivoで測定し、分子遺伝学的手法を用いて、両結合スペクトラムの差の生理的意義を調べることにした。これにより、カルモデュリンの情報伝達モード切り替えスイッチ仮説の検証を目指した。10以上のカルモデュリンのターゲットについてin vitroの実験系で、すなわちゲルオーバーレイ法、免疫沈降法を用いて解析した結果、まず、酵母CaMはCa濃度を感知する「切り換えスイッチ」の役割を担いうる性質を持っていることを明かにした。さらに、Ca非結合型に固定されているCaM (cmd1-6)を使って、Ca非結合型でも結合できる標的タンパク質があること、およびCa非結合型では活性化できない経路があることを示した。以上の結果は、CaMはCa濃度を感知して2種類の異なる機能を果たすという、「切り換えスイッチ」の役割を担っていることを支持している。

【研究分担者】
岡野浩行	理化学研究所	フロンティア研究システム	研究員
木村英紀	東京大学	大学院・新領域創成科学研究科	教授	(Kakenデータベース)