Speakers

1. 鈴木 団^1,2,*

¹大阪大学蛋白質研究所 ²JSTさきがけ

Title: 筋肉1細胞の１℃

Abstract: 筋肉は我々が体を動かすのに必要であるとともに、ふるえ熱産生と非ふるえ熱産生により熱源としての役割を担う点でも、やはり必要な臓器である。一般に、マイクロカロリメトリーを使えば細胞の懸濁液から放出される総熱量を高精度で計測できるが、それでもなお、単一細胞の分解能を得るには技術的障壁が高く、多細胞の平均的なふるまいを議論するにとどまることが多い。そこで放出された熱による温度変化を、高い時間、空間分解能で計測する手法として、生きた1細胞に使える発光型の温度センサーの開発が進んでいる。ここでは我々が開発してきた低分子蛍光色素型のセンサーと蛍光ポリマーナノ粒子型のセンサーについて、概要と、筋肉による熱産生の検出への応用を紹介する。なお自発的な熱産生を計測する用途ではまだまだ開発の余地が残されているいっぽう、外部からエネルギーを注入したときに生じる細胞内の温度変化を捉えるには、すでに十分な精度を備えている。

keywords: 温度イメージング、筋肉、熱産生

3. 蛭田 勇樹^{1, *}, 金澤 秀子²

¹ 慶應義塾大学理工学部応用化学科, ² 慶應義塾大学薬学部

^* correspondence: hiruta@applc.keio.ac.jp

Title: 細胞取り込み制御可能な温度応答性蛍光ポリマープローブの開発

Abstract: 刺激応答性ポリマーとは、周辺環境の温度、pH、光、低酸素状態などの変化により、その性質や形状を変化させるポリマーである。Poly(N-isopropylacrylamide)は温度に応答して、下限臨界溶解温度（Lower Critical Solution Temperature, LCST）である32℃を境に、迅速かつ可逆的に親水／疎水性の相転移を生じる。また、疎水性、親水性のモノマーと共重合させることで、この相転移温度を精密にコントロールすることが可能である。本発表では、精密に相転移温度をコントロールした温度応答性ポリマーに蛍光色素を結合させた温度応答性蛍光ポリマープローブについて報告する。このポリマープローブは、相転移温度よりも低い温度では、細胞に取り込まれず、相転移温度以上になった時に細胞に取り込まれるというように、細胞が置かれている温度環境を認識することができる¹。また、これらのポリマープローブに、pH応答性²を付加することや、ナノ粒子化³した研究についても報告する。

keywords: 温度応答性ポリマー, 蛍光イメージング, 細胞取り込み

Reference

1. Hiruta Y, et al. ACS Macro Letters, 3, 281-285 (2014)

2. Hiruta Y, et al. Sensors and Actuators B: Chemical, 207, 724-731 (2015)

3. Hiruta Y, et al. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 153, 2-9 (2017)

2. Oleg Gusev^{1,2, *,†}, Svetlana Kuznetsova², Olga Kozlova², Richard Cornette³, Takahiro Kikawada³

¹ RIKEN, Yokohama, Japan. ² Kazan Federal University, Kazan, Russia ³ National Agriculture and Food Research Organization, Tsukuba, Japan

^* correspondence: oleg.gusev@riken.jp

^† presenter

Title: Extreme biothermology: our current state of knowledge about mechanisms of unique tolerance of a turtle leech to deep freezing and desiccation.

Abstract: Ozobranchus jantseanus is the turtle leech capable to survive after exposure to super-low temperature.[1] In contrast to known cryotolerant invertebrates the turtle leeches does not require prolonged pre-conditioning and resist immediate freezing. However, in natural habitat leeches are never exposed to such low temperatures. Further understanding of the genetic mechanisms underlying such a unique ability would contribute to development of new technologies in non-toxic cryopreservation of living cells and tissues of animals. In contrast to many species resistant to low temperatures, the tolerance of the turtle leech is not adaptive, i.e. the extraordinary ability here is likely to be a side effect of existing molecular network. Thus, the leech is a promising model for discovery of new highly effective protectant against damaging effect of ice formation in the cells. We are conducting multi-approach analysis of closely related species of Ozobranchus and other leeches. Morphological changes upon freezing suggest that cell of the leech do experience ice formation inside of cells, but the damaging effect is compensated. Combination of genomics, metabolomics and morphological analysis allowed to elucidate several metabolic components and unique proteins likely contributing to the extra-ordinary capacity. We further argue that the turtle leech has high level resistance to water loss as well, and can be considered as a one of the largest anhydrobiotic organisms.

ketwords: turtle leech, tolerance to deep freezing, cryoprotection of cells and tissues, metabolome, NGS

3. 大谷 美沙都^*

奈良先端科学技術大学院大学 バイオサイエンス研究科

^* correspondence: misato@bs.naist.jp

Title: RNA代謝を介した植物の温度情報処理戦略

Abstract: RNA（リボ核酸）は生命活動に必須の高次生体分子であり、分子間・分子内相互作用によって複雑な高次構造を生み出すユニークな分子的特性をもっている。この高次構造はさまざまな細胞環境要因によって変化し、RNA分子自体の代謝ダイナミクスに影響することで、遺伝子発現を直接的に制御する。植物においても、こうしたRNA代謝制御に関わる因子の変異は、しばしば温度に依存した発生や環境応答異常を引き起こすことが示されてきた。興味深いことに、温度依存的なRNA代謝制御は、植物細胞の特徴である分化全能性の発現にも重要であることが分かってきた。本講演では、RNA代謝の中でもとくにpre-mRNAスプライシングを取り上げ、シロイヌナズナ突然変異体を用いた最新の研究成果を紹介しながら、動かない植物がどうやって温度という環境情報を細胞機能や個体統御に活用しているのかを考えてみたい。

keywords: 植物, 分化全能性, pre-mRNAスプライシング, RNA代謝

Reference

1. 大谷美沙都 “pre-mRNA スプライシングが制御する植物の発生・環境応答・器官再生” BSJ-Review (2017) Vol.8, 80-98 DOI: 10.24480/bsj-review.8b6.00116

2. 大谷美沙都 “植物の器官再生におけるRNA代謝制御の役割” 生物科学 (2017) Vol.68, 240-249

3. 邊見 久^1,*

¹名古屋大学大学院 生命農学研究科

^* correspondence: hhemmi@agr.nagoya-u.ac.jp

Title: 古細菌の耐熱性と膜脂質の関係

Abstract: 古細菌は真核生物、真正細菌と並び、最上位の生物分類群であるドメインを形成する生物である。既知の古細菌の多くは高温、強酸性、高塩濃度といった、いわゆる極限環境から単離されており、例えばある好熱菌は121°Cで生育することができる。そのような極限環境での生育を可能にする生化学的な特徴として、しばしば古細菌に特有なエーテル膜脂質の存在が挙げられる。実際、古細菌膜脂質の構造的な多様性と環境適応との関係はきわめて興味深い。それらの膜脂質はどのように好熱性古細菌の耐熱性に関わっているのだろうか？これまでに得られた情報を紹介すると共に、我々が解明を進めている古細菌膜脂質生合成経路についてお話ししたい。

keywords: 古細菌、膜脂質、極限環境

Reference

邊見 久 「生体膜の分子機構－リピッドワールドが先導する生命科学」 梅田真郷 編（化学同人、2014年）第２章 古細菌の膜と脂質、p. 41-62

2. 中辻 博貴^1* 今堀 博² 村上 達也³

¹ 大阪大学工学研究科 ²京都大学工学研究科 ³富山県立大学医薬品工学科

^* correspondence: h-nakatsuji@chem.eng.osaka-u.ac.jp

Title: ドラッグデリバリー技術を利用した光機能性ナノ材料による細胞局所加温とそれを用いた細胞機能制御

keywords: ナノ粒子、細胞機能制御、光機能性材料、光線温熱材料、ドラッグデリバリー

2. 篠崎 和子^{1, *}

¹ 東京大学大学院農学生命科学研究科

^* correspondence: akys@mail.ecc.u-tokyo.ac.jp

Title： 植物の熱ストレス応答における転写調節ネットワークと耐性の獲得

Abstract: 動くことができない植物は一旦根付くと同じ場所で生育しなければならない。植物を取り巻く環境は絶えず変化して植物の成長に影響を与えている。特に、水分や温度環境は植物の生存を脅かす重要な環境因子であり、地球温暖化が進むにつれて熱ストレスは作物の生産にとってもますます重要な問題になってきている。これまで、我々は植物の熱ストレス応答に関わる遺伝子発現制御機構について研究を行ってきた。その結果、植物では独自の複雑な熱ストレスに応答する転写調節ネットワークが形成されていることが明らかになってきた。ここでは、この熱ストレス応答で働く転写因子群による転写調節ネットワークや翻訳後調節に関してお話しして、動くことができない植物が持つ巧妙な熱ストレス耐性の獲得機構を紹介する。

keywords: 植物、転写因子カスケード、アラビドプシス、熱ストレス耐性、翻訳後調節

Reference

1. Morimoto K, et al. Proc Natl Acad Sci USA. (2017) 114, E8528-E8536.

2. Ohama N, et al. Trends Plant Sci. (2017) 22, 53-65.

3. Ohama N, et al. Plant Cell (2016) 28,181-201.

1. 川上 直人^{1 *}、渡邊 飛鳥¹、藤 茂雄^{1, 2}、Giltsu Choi³

¹ 明治大学農学部生命科学科 ² 名古屋大学大学院理学研究科生命理学専攻 ³ Department of Biological Sciences, Korea Advanced Institute of Science and Technology

^* correspondence: kawakami@meiji.ac.jp

Title: 種子が温度を感知し、発芽を制御するメカニズム

keywords: 種子発芽、温度センシングとシグナリング、植物ホルモン作用制御、光と温度のクロストーク、フィトクロム

2. 宮川 信一^{1, *}

¹ 和歌山県立医科大学先端医学研究所

^* correspondence: miyagawa@wakayama-med.ac.jp

Title: 温度環境に依存する爬虫類の性決定機構

keywords: 性決定、爬虫類、Trp

3. 北野 健^{1 *}、古川 史弥¹

¹ 熊本大学大学院自然科学研究科

^* correspondence: tkitano@kumamoto-u.ac.jp

Title: メダカの温度依存的性決定における熱ショック転写因子の役割

Abstract: 性決定が温度により左右される温度依存的性決定は、魚類、両生類、爬虫類等で知られている現象であり、ワニ、ヒラメ、メダカ等で研究が進展している。最近、これらの生物種において、高温処理により熱ショックタンパク質(HSP)の発現が誘導されることが報告されている。

メダカ(Oryzias latipes)は、哺乳類と同じXX/XY型の性決定様式を持ち、近年Y染色体上の性決定遺伝子DMY(DM-domain gene on Y chromosome)が同定されている。通常このDMYを持つXY個体が雄、持たないXX個体が雌に分化するが、メダカ胚を性分化時期に32-34℃の高水温ストレス下で飼育すると、XX個体の一部が雄化することが報告されている。また、本研究室のDNAマイクロアレイ解析により、高温処理でhsp70及びhsp27の発現量が上昇することが明らかとなっている。これらHSPは分子シャペロンとしての機能を持ち、この発現は熱ショック転写因子1(HSF1)により制御されていることが分かっているが、温度依存的性決定におけるHSF1の働きは全く分かっていない。そこで本研究では、ゲノム編集技術により作製したhsf1ノックアウトメダカを用いて、温度依存的性決定におけるHSF１の役割について調べたので、ここで報告したい。

keywords: 温度依存的性決定、熱ショックタンパク質、熱ショック転写因子、メダカ

Reference

1.Kitano T, Hayashi Y, Shiraishi E, Kamei Y. "Estrogen rescues masculinization of genetically female medaka by exposure to cortisol or high temperature. " Mol. Reprod. Dev. (2012), 79, 719-726.

2.Hayashi Y., Kobira H., Yamaguchi T., Shiraishi E., Yazawa T., Hirai T., Kamei Y. and Kitano T. "High temperature causes masculinization of genetically female medaka by elevation of cortisol. " Mol. Reprod. Dev. (2010), 77, 679-686.