赤色光による細胞内シグナル伝達の制御手法の開発とシグナル動的変化の意義の解明

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これまでの研究から生体反応においてシグナルの動的な変化に表現型の情報がコードされているという仮説が提案されている。この仮説を実証するため、赤色光に特異的に応答するPhyB-PIFシステムに着目した。PhyB-PIFシステムはPhyBとPIF と呼ばれるたんぱく質が赤色光によって二量体を形成するシステムである。また、遠赤色光によって二量体の解離を制御することが可能である。だが、PhyB-PIFシステムはPCBと呼ばれる色素が必要であった。そこで、本研究ではこの系をより汎用的に使えるよう改良し、シグナル伝達分子の活性の強度や周波数を再現性良く再構成することを目的として研究を進める。本年度は以下のように研究を実施した。１．PhyB-PIFシステムの改良前年度までに、シアノバクテリア由来のタンパク質群(PcyA, HO1, Fd, Fnr)を導入することで哺乳動物細胞内でPCBを産生させることに成功した。本年度は、さらに検討を重ね、FnrのN末端を切断しても機能に影響がないこと、また、N末端を切断したFnrとFdと融合させることでPCB産生のさらなる効率化に成功した。さらに、前年度にビリベルジン分解酵素(BVRa)がPCBを分解しており、BVRaのノックアウトによりPCB産生量が増加することを報告した。今年度はこの結果を踏まえ、より簡便にBVRaを抑制するためにvivo, vitroの両方においてBVRa阻害剤の探索を行った。２．細胞シグナルの制御PhyB-PIFシステムを用いてERKの活性を観察した。今年度はCRafのkinase domainを用いることでより少量の発現でERKの活性化を観察した。また、ホモ二量体化するシアノバクテリア由来Phytochrome (Cph)を用いてCRafを光依存的に凝集させ、１種類のタンパクの導入のみでERK活性の制御に成功した。