システム細胞学

〜「ロバストネス」から新しい細胞の姿が見える〜

 

細胞の生命活動は、数千から数万の遺伝子の働きにより成し遂げられる。ほとんどの遺伝子は、細胞内でさまざまな機能を発揮するタンパク質の情報をコードしている。遺伝子がコードしている情報は、タンパク質の配列だけではない。そのタンパク質を、いつ、どれだけ作るのかという情報が含まれてこそ、細胞は正常に機能できる。それぞれのタンパク質の必要量は、10000倍以上もちがうのだ。

プロテオマップにより可視化した酵母のゲノムとプロテオーム。それぞれのタンパク質の発現量は1000倍以上も異なる。

プロテオマップにより可視化した酵母のゲノムとプロテオーム。それぞれのタンパク質の発現量は1000倍以上も異なる。


この「量」は、どれほど厳密でなければならないのだろうか?

私たちは、「タンパク質の発現量をどこまで増やしたら細胞の機能が破たんするのか?」を調べている。そのために、遺伝子つなひき法という新しい実験手法を開発した。もっともシンプルな細胞のモデルである、酵母を研究対象としてもちいている。パンやビールを作るのに使われるアレだ。遺伝子つなひき法では、細胞内でそれぞれの遺伝子の複製(コピー)をどんどん増やし、細胞が死ぬ直前の「限界コピー数」を測ることができる。遺伝子がコードするタンパク質は、その遺伝子のコピー数が増えた分だけよりたくさん作られる。

私たちは、5年間をかけて酵母がもつ6000の遺伝子すべての限界コピー数を測った*。驚いたことに、その80%以上の遺伝子をそれぞれ100コピー以上にあげても、細胞の機能は破たんしなかった。細胞が、実に高いロバストネス(頑健性)をもっていることがあらわになった瞬間だった。一方、わずかにコピー数が増えただけで細胞の機能が破たんする遺伝子も100ほど見つけた。これらの遺伝子はどうしてわずかに余剰にあるだけで、細胞に悪影響をおよぼすのだろうか?それが、今、私たちが追求していることだ。

酵母内でわずかに過剰にしただけで増殖を阻害する遺伝子(DSG)が作るネットワーク

酵母内でわずかに過剰にしただけで増殖を阻害する遺伝子(DSG)が作るネットワーク


遺伝子の数の限界が、私たちの生活に何の関係があるのか。ダウン症候群やがんなど、余剰の遺伝子がうみだす病態がある。「量」の異常が引き起こす疾患を理解するためには、ロバストネスの視点から細胞の姿をとらえる必要がある。私たちのアプローチから、今、新しい細胞の姿が見えてきつつある。

*Makanae et al., Genome Research 23(2):300-311.

本研究室は、酵母とシステムバイオロジーをキーワードとして、細胞システムの設計原理(ロバストネス)について研究しています。本ページでは、研究室のメンバー研究テーマ研究室の備品などを紹介しています。本研究室での研究に興味がある方は、酵母を使った研究やシステムバイオロジーに興味がある方、気軽にご連絡ください



出芽酵母の増殖を顕微鏡で撮影した動画です。「遺伝子つなひき法」によって、あるタンパク質を過剰に作らせています。中央の細胞は、そのタンパク質がたくさん作られすぎて細胞周期がおかしくなり、異常な増殖をして最後は死んでしまいます。音は実際には聞こえません(後で人工的につけました)。

非常に平たく研究内容を紹介するとこうなります。

学部生向け研究紹介



ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー

研究室ニュース

2017.4.3 Okayama University Research Highlights (Vol.36, Vol.37)で私たちの研究を紹介していただきました。

タンパク質の局在化プロセスへの過負荷が引き起こす細胞増殖遅延について調べた論文が、Biotechniques誌で紹介されました

2017.3.24 堀内くんが卒業、巻尾さんが博士前期課程修了、石川くん・金高さんが博士後期課程修了いたしました。おめでとうございます。

堀内くんと江口くん



巻尾さんと守屋先生



石川くん、守屋先生、金高さん



2017.3.8 実験医学増刊「生命科学で使える 初めての数理モデルとシミュレーション」に、石川・江口・守屋が「細胞内パラメータを測定するという研究志向」を書きました。

2017.1.26 遺伝子発現の乱れがタンパク質分解により調整されることを明らかにした論文が、PLOS genetics誌に掲載されました。プレスリリースの内容はこちら

2017.1.18 東北大学の牧野さんに次世代シーケンサーのデータ解析についての講習会をしていただきました。

講習会のあと牧野さんといつもの「吉備土手」へ



2017.1.14 トロント大学のCharles Boone先生が来られました。

Boone先生と岡山城へ

Boone先生と岡山城へ



2017.1 あけましておめでとうございます。今年もよろしくお願いします。

 

▼過去の守屋研ニュース