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

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。

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。