Research Abstract
極限環境に耐えるクマムシのゲノム解読とクマムシに固有なタンパク質によるヒト培養細胞の放射線耐性向上
Extremotolerant tardigrade genome and improved radiotolerance of human cultured cells by tardigrade-unique protein
2016年9月20日 Nature Communications 7 : 12808 doi: 10.1038/ncomms12808
「クマムシ」の名でも知られる緩歩動物は、水生の微小な動物群である。ある種のクマムシはほぼ完全な水の喪失にも耐え、脱水状態でさまざまな極限環境に顕著な耐性を示す。今回我々は、緩歩動物のなかでも特にストレス耐性が強いヨコヅナクマムシ（Ramazzottius varieornatus）の高精度なゲノム塩基配列を明らかにした。遺伝子レパートリーを精密に解析した結果、動物以外に由来する外来遺伝子はごく少数で（1.2％以下）、ストレス傷害を誘起する遺伝子経路の欠失、傷害の緩和に関与する遺伝子ファミリーの拡大、さらにクマムシ類に固有な新規タンパク質の獲得と高発現が明らかにされた。脱水時ならびに再吸水時において遺伝子発現プロファイルはほとんど変化せず、耐性関連遺伝子は構成的に発現していることが示唆される。さらに、ヒトの培養細胞を用いた実験により、クマムシに固有なDNA結合性タンパク質がX線によるDNA傷害を約40％抑制し、放射線耐性を向上させることが示された。以上の知見は、クマムシに固有なタンパク質が耐性に寄与していることを示しており、緩歩動物は新たな防御遺伝子およびメカニズムの豊富な資源となる可能性がある。
Corresponding Authors
Tardigrades, also known as water bears, are small aquatic animals. Some tardigrade species tolerate almost complete dehydration and exhibit extraordinary tolerance to various physical extremes in the dehydrated state. Here we determine a high-quality genome sequence of Ramazzottius varieornatus, one of the most stress-tolerant tardigrade species. Precise gene repertoire analyses reveal the presence of a small proportion (1.2% or less) of putative foreign genes, loss of gene pathways that promote stress damage, expansion of gene families related to ameliorating damage, and evolution and high expression of novel tardigrade-unique proteins. Minor changes in the gene expression profiles during dehydration and rehydration suggest constitutive expression of tolerance-related genes. Using human cultured cells, we demonstrate that a tardigrade-unique DNA-associating protein suppresses X-ray-induced DNA damage by ∼40% and improves radiotolerance. These findings indicate the relevance of tardigrade-unique proteins to tolerability and tardigrades could be a bountiful source of new protection genes and mechanisms.
