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。

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。

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)。

 

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研究室ニュース

2015.11.14 第33回YEAST WORKSHOPを主催しました。当研究室の江口優一がポスター賞を受賞しました。

2015.11 過剰発現実験の定量的側面について書いたperspectiveがMBoC誌に掲載されました

2015.6 Lucileさんの歓迎会を行いました。

キリンビール工場にて

キリンビール工場にて



2015.5.7 異数体の増殖遅延は少数の量感受性遺伝子のコピー数の変化によるものではないことを示した論文が Genes & Development 誌に発表されました。この研究は、MIT の Angelika Amon教授グループとの共同研究の成果です。

2015.3.31 わずかなコピー数上昇で細胞増殖を阻害する新奇の小さな遺伝子(OTO1: Orphan toxic when overexpressed)の論文がPLOS ONEに発表になりました

2015.3.25 森くんと國末さんが博士課程修了いたしました。おめでとうございます。

國末さん、守屋先生、森くん

國末さん、守屋先生、森くん



楽しい時間をありがとうございました。

楽しい時間をありがとうございました。



2014.9.26 理化学研究所・疾患システムモデリンググループの川上英良さんにセミナーをしていただきました。

川上さんとラボメンバーの交流会

川上さんとラボメンバーの交流会



2014.9.23 9月22日〜23日に、異分野融合先端研究コアで「摂動生物学研究会2014」を開催しました。

摂動生物学研究会2014

摂動生物学研究会2014



2014.9.8 実験医学9月号のDr. キタノのシステムバイオロジー塾の「第6講 モデル構築におけるロバストネスとノイズ」で、海津・守屋の酵母の細胞周期のロバストネス研究が紹介されました。

2014.9.6 酵母実験講習会@岡大を行いました。科研費新学術領域「生合成マシナリー」の活動の一環です。皆さまお疲れさまでした。

酵母実験講習会の参加者の皆さんです。

酵母実験講習会の参加者の皆さんです。



2014.9.6 酵母遺伝学フォーラム第47回研究報告会で、守屋と金高が口頭発表、石川がポスター発表を行いました。石川がポスター賞を受賞しました。おめでとうございます。

ポスター賞を受賞したポスターと石川君



2014.9.6 実験医学8月号のクローズアップ実験法に「酵母の組換え能を利用した簡便・高効率なプラスミドの構築」を書きました。

2014.5.19-21 東北大学から牧野能士さんが来られました。酵母の進化実験などについて研究打ち合わせを行いました。

2014.5.9 岡山大学医歯薬総合研究科(薬学系)に4月に着任された、須藤雄気先生にセミナー「光生物物理化学:レチナールタンパク質の理解と利用」をしていただきました。

2014.4.1 RCIS技術職員の杉本育代さん、博士後期課程の石川浩史さんがメンバーに加わりました。

2014.3.28 関口さんの送別会をしました。

関口さん、お疲れさま&ありがとうございました。

関口さん、お疲れさま&ありがとうございました。



2014.1.29 岡山大学医学部の竹田哲也さんに、セミナー「細胞分裂における膜と細胞骨格のダイアログ:F-BAR蛋白質の研究を通じて」をしていただきました。

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セミナー後の懇親会。吉備土手です。



2014.1.9 タンパク質発現量の下限を測定する実験手法TIPI-gTOWの論文が、BMC Systems Biology誌に掲載されました。雀部さん・進谷さんが中心に行った研究です。

2014.1.1 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いたします。

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2012.12.28 「出芽酵母のもつすべての遺伝子の限界コピー数を測定した」論文が、Genome Research誌に掲載されました
2011.12.7 「分裂酵母の細胞周期のロバストネスを測り、そのロバストネスを再現する数理モデルを開発した」論文がMolecular Systems Biology誌に掲載されました
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