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第232回生命環境科学系セミナー

荒木 崇 博士(京都大学 大学院生命科学研究科)
ゼニゴケを用いた雄性配偶子特異的な小分子RNAの生合成経路と役割の研究

要旨

われわれの研究室では、陸上植物における生殖系列の決定から胚発生開始に至るまでの有性生殖過程に関心を持ち(文献1〜3)、主にゼニゴケ(コケ植物苔類)とシロイヌナズナ(被子植物)を用いて研究をおこなってきた。その中でも、ゼニゴケを含む基部陸上植物における雄性配偶子(精子)形成は、よく研究されている被子植物のそれとは大きく異なることから、特に強い関心を持って研究している過程である。  これまでの研究から、見かけ上の大きな相違にもかかわらず、精細胞分化過程の鍵となる転写因子(DUO1)が被子植物(シロイヌナズナ、イネ)とコケ植物(ゼニゴケ)でよく保存されていることが明らかになった(文献4, 5)。さらに、ゼニゴケにおいては、精子変態や精子機能に関わる多くの実行因子の遺伝子の転写制御を担うのは、DUO1による直接的な転写制御を受けて発現する下流の転写因子EMINENCE GRISE (EGR)(仮称)であることが明らかになりつつある。   DUO1−EGRにより制御されるモジュールの一つに、精細胞で特異的かつ大量に発現する小分子RNAであるphasiRNAの生合成および作用経路がある。この小分子RNAは、渡邊雄一郎先生の研究室が、雄生殖枝特異的に発現する小分子RNAとして発見し、sex-specific phasing siRNAs (SS-phasiRNAs)と名付けていたもの(Tsuzuki et al. 2016 Plant Cell Physiol.)で、われわれはその前駆体RNA遺伝子座PHASを同定するとともに、生合成経路の概要を明らかにした。また、phasiRNAとRISCを形成すると考えられる精細胞特異的な2つのAGOが、被子植物には見られないPIWIクレードのものであり、成熟精子のプロテオーム解析で検出されることを見出した。さらに、PHAS座の欠失変異体の作出により、有性生殖におけるphasiRNAの役割を探っている。  本セミナーでは、そうした研究の現状について紹介したい。

【参考文献】
1. Hisanaga, Yamaoka, Kawashima et al. 2019 Nature Plants
2. 山岡, 河内, 荒木 2019 生化学
3. Yamaoka, Inoue, Araki 2021 Plant Reprod.
4. Higo et al. 2016 Plant Cell Physiol.
5. Higo et al. 2018 Nature Commun.

第231回生命環境科学系セミナー

立石遼央(データスタジアム株式会社 アナリスト)
見えなかったものが見えてくる ― アナリストと学ぶスポーツ×データの世界

要旨

スポーツは今、アナリティクスによって大きな変革を遂げています。本講演では、バスケットボールを題材に、実際にアナリティクスが競技に与えた影響やその活用事例を紹介します。さらに、ゼロからスポーツアナリストとしてキャリアを築いた自身の経験をもとに、アナリストに求められるスキルや思考法についても考察します。データを通じてスポーツの「見えない構造」を読み解く面白さを体感できる内容です。  

第230回生命環境科学系セミナー

本田 信吾 (Postdoctoral Scholar, Institute for Protein Design, University of Washington, USA)
タンパク質でオリガミする ― Computational design of highly addressable protein assembly

要旨

DNAオリガミは自在なナノ構造設計を可能にしましたが、タンパク質でも同様のことは可能でしょうか? 本セミナーでは、深層学習によりこれを実現しようとする「Protein Origami」という技術を紹介します。ナノスケールでの精密な配置制御と、任意の構造形成を可能にする新しいタンパク質設計基盤について議論します。

第229回生命環境科学系セミナー

門口智泰 (東京大学大学院総合文化研究科 身体運動科学研究室 助教)
「なぜ骨格筋は弱るのか?活性酸素や代謝から読み解くサルコペニア」

今井一博 (東京大学大学院総合文化研究科 身体運動科学研究室 准教授) 「ジュニアトップアスリートにおけるスポーツ損傷調査」

中田研 (大阪大学大学院医学系研究科 スポーツ医学教室 教授)  「運動器治療・予防から「ヘルスプロモーション」に向けて:身体活動・スポーツ心身データ DX からメタバース・デジタルツイン活用」

福井尚志 (東京大学大学院総合文化研究科 身体運動科学研究室 教授) 「私の軌跡と現在地」

第228回生命環境科学系セミナー

Prof Fumiaki Katagiri (University of Minnesota)
How can plants stay in this world while their pathogens can evolve much faster? – the properties, dynamics, and evolution of the plant immune signaling network

要旨

Plants survive in a world where their pathogens can evolve much faster—but plants don’t play fair when the odds are against them. Instead, plants hide and shift the evolutionary goals of their pathogens. In terms of network properties, the plant immune signaling network is built with multiple backup mechanisms that effectively obscure its core functions, making it harder for pathogens to target. In terms of dynamics, plants can activate immune responses ahead of pathogen spread—although many pathogens appear to have already figured this out. While a one-gene-versus-one-gene race would be a losing battle, plants coordinate the evolution of homologous but not-too-similar genes to constantly move the goalposts for their enemies. In some cases, plants have evolved entirely new ways to synthesize a key immune hormone. It is fortunate for us humans that plants have evolved such creative strategies to stay in this world so that we can enjoy them (in many ways!).

第227回生命環境科学系セミナー

木村暁 教授 (国立遺伝学研究所)
核の中央配置にみる細胞内距離認識の原理:C. elegansを用いた解析

要旨

ナノスケールの分子が細胞内の空間をどのように認識して働くのか。この根本的な問いに対し、C. elegans受精卵における核の中央移動現象をモデルに、微小管を介した力学的メカニズムの検証を行ってきました。本講演では、最近開発した力の定量測定法によって得られた知見をもとに、細胞内での距離認識の仕組みについて考察します。

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第226回生命環境科学系セミナー

Prof. Athi N. Naganathan (Department of Biotechnology, Indian Institute of Technology Madras, India)
The Native Conformational Landscape of Eukaryotic Protein Kinases

要旨

Kinases constitute a family of structurally similar enzymes responsible for catalyzing the transfer of phosphate groups from adenosine triphosphate (ATP) to serine, threonine, or tyrosine residues on target proteins. The activation mechanisms are conserved across different families of kinases, raising questions on the mechanisms through which selectivity in both phosphorylation and regulation is achieved. Here, we employ the statistical mechanical Wako-Saito-Munoz-Eaton (WSME) model of protein folding to derive insights into the conserved thermodynamic design principles underlying the native ensemble of 274 eukaryotic kinases. Despite the large sequence diversity, we show that kinases display similar unfolding mechanisms, but with native ensembles exhibiting pervasive differences in local stabilities, which in turn lead to non-conserved sensitivity to perturbations. Most of the known allosteric pockets are thermodynamically coupled to the orthosteric site but to different extents across kinases, highlighting how sequence patterning around the active site can lead to dramatic functional outcomes. We finally validate these predictions via a detailed analysis of the native conformational landscape of Abl1 kinase. In summary, taken together with similar observations on GPCRs, it appears that the entire intra-molecular interaction network works as a whole in contributing to the unique functionality of every member in the kinase family.

第225回生命環境科学系セミナー

吉岡祐亮 (東京医科大学 医学総合研究所 分子細胞治療研究部門)
細胞外小胞を通じて切り拓く生命科学と医療応用

要旨

私たちの体は、数えきれないほどの細胞によって構成されています。これらの細胞は、単に存在しているだけではなく、互いに情報をやり取りしながら、組織や臓器としての機能を発揮し、複雑な生命現象を支えています。こうした「細胞間コミュニケーション」の仕組みを解き明かすことは、生命科学における重要な研究テーマの一つです。近年では、細胞外小胞(Extracellular Vesicles: EVs)という微粒子が、細胞間の情報伝達において重要な役割を担っていることが明らかになってきました。EVsは、細胞が分泌するナノサイズの膜構造体であり、その中にはタンパク質やRNAなど、さまざまな生体分子が含まれています。これらが他の細胞に取り込まれることで、細胞の状態や機能に影響を与えることが知られるようになりました。EV研究の注目度は年々高まっており、PubMedによると、2024年だけでも約1万報のEV関連論文が公開され、さまざまな分野の研究者がEVsに注目していることがわかります。EVsが関与する生命現象の理解が進むにつれて、EVsの活用がさまざまな分野で検討されるようになりました。特に、疾患と関連するEVsの存在が多く報告されており、それを医療に応用する試みが世界中で進められています。私たちの研究室では、これまで10年以上にわたり、がんをはじめとしたさまざまな疾患とEVsの関わりについて研究を続けてきました。そして、基礎的な知見の蓄積に加え、それらの成果を実用化へとつなげる取り組みも進めています。本セミナーでは、これまでの研究成果を紹介するとともに、現在のEV研究が抱える技術的・倫理的な課題や、医療応用に向けた現実的なハードルについてもお話しします。

第224回生命環境科学系セミナー

Daniel R. Buchholz (Professor) (Department of Biological Sciences, University of Cincinnati, Cincinnati, OH, USA
Corticosteroids in the regulation of development)

Yun-Bo Shi (Principal Investigator) (Section on Molecular Morphogenesis, Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development, NIH, Bethesda, MD, USA)
Organ-specific roles of TR in controlling larval tissue resorption, adult organ development, and regeneration capacity in Xenopus tropicalis tadpoles

要旨

Daniel R. Buchholz (Professor)
 Two main corticosteroids are present in tadpoles during development, the glucocorticoid corticosterone (CORT) and the mineralocorticoid aldosterone (ALDO). Exogenous CORT and ALDO enhance TH signaling required for metamorphosis by altering deiodinase activity, expression of TH receptors, and transcription of TH-regulated genes. The impact of this increased TH signaling by corticosteroids on normal development is complex and not well characterized. We used RNA-seq and CRISPR knockout technology in frogs to examine the importance of corticosteroids in the regulation of development. Impairment of CORT signaling via knockout of adrenocorticotropin or glucocorticoid receptor is lethal in frogs. Surprisingly, exogenous TH rescues from death in mutant frogs lacking CORT signaling, indicating that sufficient TH signaling via enhancement by CORT is required for metamorphosis. Knockout of mineralocorticoid receptor is not known to affect transcription or development in tadpoles. The interpretation that the sole role of CORT is to increase tissue TH sensitivity is complicated by RNA-seq data showing antagonistic effects on gene expression by TH and CORT that are in apparent contrast to the exclusively synergistic effects of TH and CORT on morphological development. Control of development by corticosteroids is not well conserved among vertebrates.

Yun-Bo Shi (Principal Investigator)
 Thyroid hormone (T3) plays important roles in regulating vertebrate development and pathogenesis. We have been studying T3-dependent Xenopus metamorphosis as a model to investigate the function of T3 and its underlying molecular mechanisms during postembryonic vertebrate development, a period around birth in human when plasma T3 level also peaks. T3 exerts its metamorphic effects through T3 receptors (TRs), which are sequence-specific DNA binding transcription factors. We have previously proposed a dual function model for TRs during Xenopus development. That is, unliganded TRs represses T3-inducible genes during premetamorphosis to prevent premature metamorphosis while liganded TR is required for metamorphic transformation of a tadpole to a frog when T3 is present. I will present some of our studies to show that knockout of both TRa and TRb genes, the only TR genes in all vertebrates, leads to premature metamorphosis but reduces the rate of metamorphic progression once metamorphosis begins, indicating that TR controls metamorphic timing and the rate of metamorphosis in the unliganded and liganded state, respectively. Individual TR gene knockouts have distinct organ- and developmental stage-dependent effects. TR double knockout leads to tadpole lethality at the metamorphic climax and prevents the loss of tail regeneration capacity at the metamorphic climax. Mechanistically, the receptor-subtype specific roles of TRa and TRb are largely, if not all, dictated by their distinct temporal expression levels in different organs, which in turn, determine their target binding in the organs to mediate the developmental effects of T3.


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