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浅川研究室・神経システム病態研究室

C-mannosyltransferase Dpy19l1l regulates body axis formation via secretion of SCO-spondin in zebrafish

Tomoko Usami, Takehiro Suzuki, Sayaka Okubo, Hiroki Kamo, Hajime Fukui, Naoshi Dohmae, Kazuhide Asakawa, Siro Simizu

Biochemical and Biophysical Research Communications (2026)　 DOI:10.1016/j.bbrc.2026.153510

私たちの体は、発生の過程で正確に「まっすぐ」な体軸を作り上げます。今回我々は、体の軸をまっすぐに保つために不可欠な分子メカニズムを明らかにしました。

本研究では、C-マンノシル化と呼ばれる特殊な糖鎖修飾に注目しました。これは、タンパク質の特定のアミノ酸（トリプトファン）に糖（マンノース）を直接結合させる修飾で、進化的に保存されていますが、その生体内での役割はほとんど分かっていませんでした。

我々は、ゲノム編集法を用いてC-マンノシル化酵素のひとつであるDpy19l1l を欠損させたゼブラフィッシュを作製しました。その結果、胚の段階から体軸が下向きに強く曲がる「curly tail down」表現型が高頻度で出現しました。また、初期胚期に体軸の目立った異常を示さなかった変異体は、成長後にヒトの脊椎側弯症（せきついそくわんしょう）を思わせる体軸が湾曲する形態異常を示しました（図）。

では、なぜこの酵素が欠損すると体が曲がるのでしょうか？

鍵となったのは、SCO-spondinという巨大な分泌タンパク質です。SCO-spondinは脳脊髄液中でライスナー線維（Reissner fiber）という細い繊維構造を形成し、体軸の直線性の維持に重要な役割を果たしています。私たちは質量分析を用いて、SCO-spondinが実際にC-マンノシル化を受けることを証明しました。さらに、蛍光タンパク質で標識したSCO-spondinをライブイメージングで観察したところ、Dpy19l1l欠損胚ではSCO-spondinが正常に分泌されず、細胞内に蓄積してしまうことが分かりました。その結果、ライスナー線維が形成されず、体軸の湾曲が生じることが明らかになりました。

本研究の意義

本研究は、C-マンノシル化の生体内機能を明確に示しました。ヒトにおけるDpy19l1の機能や、Reissner fiberの役割はまだ不明ですが、脳脊髄液や分泌タンパク質の異常が体軸の異常に関与する可能性が示唆されます。今後は、脊椎側弯症の分子メカニズムの解明や、C-マンノシル化を標的とした創薬へと発展することが期待されます。本研究は、慶應義塾大学理工学部生物化学研究室（清水史郎教授）、国立遺伝学研究所神経システム病態研究室らの共同研究として、科研費、NIG-JOINT (12A2023、2A2024、 1B2025)の支援を受けて行われました。筆頭著者の宇佐美朋子さん（慶應義塾大学）は、特別共同利用研究員として国立遺伝学研究所に在籍し、ゼブラフィッシュを用いた実験を行いました。

　　dpy19l1ノックアウト変異体（右）は体軸が湾曲する。

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A curated resource of chemolithoautotrophic genomes and marker genes for CO₂ fixation pathway prediction
Shuichi Kawashima, Yoko Okabeppu, Seiha Miyazawa, Natsuko Ichikawa, Hikaru Nagazumi, Yutaka Nishihara, Takeru Nakazato, Susumu Goto, Ken Kurokawa, Masaharu Ishii, Hiroshi Mori
Scientific Data (2025) 

プレスリリース資料

微生物によるCO₂固定は、炭素が制限された環境で微生物が生息するために不可欠なプロセスであり、地球全体の炭素循環において重要な役割を果たしています。化学合成独立栄養細菌が持つCO₂固定経路は多様で、カルビン・ベンソン回路（CBB回路）をはじめとする7種類が知られています。

しかし、これらの経路に関わる酵素遺伝子は多様な系統が所持しており、一部の酵素は複数の経路に関わっているため、ゲノム情報だけでどの経路を持っているかを正確に推定することは困難でした。細菌用の既存の代謝経路予測ツール（METABOLICやgapseqなど）は一般的な代謝経路の予測には有用ですが、多様なCO₂固定経路、特に比較的最近発見されたいくつかの経路の予測では、精度に課題がありました。

ゲノム多様性研究室の森宙史准教授と情報・システム研究機データサイエンス共同利用基盤施設　ライフサイエンス統合データベースセンター（DBCLS）、独立行政法人 製品評価技術基盤機構（NITE）、株式会社OKBPなどの共同研究グループは、ゲノム情報から化学合成独立栄養細菌が持つ二酸化炭素（CO₂）固定経路を、高精度に予測するソフトウェア「AutoFixMark（オートフィックスマーク）」の開発に成功しました。「AutoFixMark」は、ゲノム配列さえあればCO₂固定経路の有無を予測できるため、培養が困難な微生物を含むメタゲノム解析データやシングルセルゲノムへの適用が容易です。本ツールは、環境中における独立栄養細菌の系統的な多様性の解明に役立つだけでなく、CO₂を原料として有用物質を生産する微生物の探索など、脱炭素社会の実現に向けたバイオテクノロジーの応用への基盤となることが期待されます。

また、本ツールの開発にあたり、既知の7つのCO₂固定経路すべてについて特徴的なマーカー遺伝子を定義しました。さらに、347株の化学合成独立栄養細菌のゲノム情報と保有するCO₂固定経路の情報を整備した高品質な参照データセットを構築しました。本研究成果により、メタゲノムやシングルセルゲノム解析などで得られる膨大な微生物ゲノムデータから、CO₂を資源として利用できる微生物を効率的に探索することが可能となり、地球規模の炭素循環の理解や、バイオテクノロジーを活用した持続可能なものづくりへの貢献が期待されます。

本研究は主に、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）のグリーンイノベーション基金事業（JPNP22010）、および国立研究開発法人科学技術振興機構（JST）NBDC事業推進室の統合化推進プログラム（JPMJND2206）の支援を受けて行われました。

AutoFixMarkにおけるCO₂固定経路のマーカー酵素の定義方法

静岡市駿河区のふじのくに地球環境史ミュージアムで、国立遺伝学研究所（遺伝研）が協力した企画展「サクラ×さくら」が開催されています。会場にはアクリル樹脂に封じ込められた美しい桜が並び、ひと足早く満開の春を楽しむことができます。

展示に先立ち昨年、主に静岡県内で見ることのできる多数の桜を透明なアクリル樹脂に封入。会場には満開の花をそのまま閉じ込めた標本100種類が並びます。

展示を企画した同ミュージアムの渋川浩一教授は昨春、数回にわたり遺伝研を訪問。遺伝研の矢野弘之・技術課員の協力のもと桜を採取しました。花びらに傷がつかないよう三分咲きで枝を切り、満開のタイミングを見計らって樹脂に封入。繊細な工程を経て、美しい標本が完成しました。展示されている100種類のうち、約9割が遺伝研で採取された桜です。

渋川教授は「100種類の桜を美しいアクリル標本で一度に見られるのは、日本でもここだけ。ぜひ来場して、桜の多様性を感じていただきたい」と話しています。5月24日まで。

分子細胞工学研究室では、以下の実験業務を担当してくださる技術補佐員（短時間雇用職員）を募集します。

【問合先・提出先】
　国立遺伝学研究所　分子細胞工学研究室　鐘巻将人

仁木研究室・微生物機能研究室

Involvement of the inner surface residues of bacterial SMC protein MukB in the ssDNA binding in vitro

Koichiro Akiyama (秋山光市郎), Koichi Yano (矢野晃一) & Hironori Niki (仁木宏典)

Communications Biology (2025) 

細胞内には、細胞長をはるかに超える長大なDNAが格納されており、大腸菌では約2マイクロメートルの細胞に約1.5センチメートルのDNAが収められている。このDNAの凝縮には、「コンデンシン」と呼ばれるリング状タンパク質が重要であり、大腸菌ではMukBタンパク質がその役割を担っている。MukBは2つの棒状分子が端と端で結合し、リングを形成、その内側にDNAを捕捉して凝縮を促す。特に、MukBは二本鎖DNAよりも一本鎖DNAを効率よく捕捉する。本研究では、その分子機能の解明を目的に、1アミノ酸置換による多数の変異型MukBを作製し、機能解析を行った。その結果、リング内部に位置するアミノ酸残基の変異が一本鎖DNAの結合効率に影響を与えることがわかった。これらの残基はリング内で一直線に整列し、DNAが襷掛け状にMukBの端と端をつなぐことで構造が安定化し、捕捉効率が向上すると考えられる。一本鎖DNAはゲノム中の特定領域で形成されるため、MukBの集積にも関与している可能性があり、今後の研究が期待される。

MukBのリングが閉じるとセンサー残基が整列し一本鎖DNA結合領域を形成する。一本鎖DNAがリング内に入ると安定に保持され、二本鎖DNAの場合は再度放出される。

北野研究室・生態遺伝学研究室

Speciation by sexual selection and hybridization

Kotaro Kagawa

Proceedings of the Royal Society B (2025) DOI:10.1098/rspb.2025.2605

動物のオスは様々な方法でメスに求愛します。魚や鳥のカラフルな婚姻色や、虫やカエルの鳴き声、鳥やクモの求愛ダンスなどは求愛ディスプレイの代表例です。興味深いことに、急速な種の多様化が起きた分類群の多くで求愛ディスプレイも種間で多様化しています。求愛ディスプレイの多様化を伴う種分化はいかにして起きるのでしょうか？

このたび、生態遺伝学研究室の香川幸太郎研究員は、コンピューターを用いた進化のシミュレーションに基づいて「雑種形成と性選択の相乗効果が新たな求愛ディスプレイを持つ新種の形成を促進する」という理論を発表しました。本研究のシミュレーションでは、コンピューター上に生物を模しつつ単純化した「仮想の生物」を構築し、仮想生物の集団が性選択や遺伝子の突然変異を通じて進化する様子を再現しました。様々な条件設定の下で仮想生物を進化させるシミュレーションを行うことで、現実の生物にも一般化できる進化の法則やメカニズムを見出すことを目指しました。

初めに雑種形成が起こらない場合の進化をシミュレーションした結果、全く同じ条件設定のシミュレーションでも性選択によって進化する求愛ディスプレイは毎回同じではなく、進化が行き着く先には複数通りの可能性があることが分かりました（同様の結果は過去の研究でも報告されています）。これは、メスの配偶相手への好み（選好性）も進化を通じて変化するため、性選択によってオスの求愛ディスプレイが進化する方向が最初から一意に決まっている訳ではないためです。この結果から、異なる求愛ディスプレイをもつ複数の種が進化することは潜在的に可能だと言えます。ただし、一度のシミュレーションの中で進化する求愛ディスプレイと選好性の組み合わせは一通りだけで、メスの選好性とオスの求愛ディスプレイが互いにマッチした状態がひとたび実現するとその状態が安定的に維持される傾向がありました。したがって、祖先種で既に選好性と求愛ディスプレイの進化が進んでいる場合には、その種から新たに異なる求愛ディスプレイを持つ新種が分岐する進化は非常に起こりにくいと言えます。

そのような状況下で、遺伝的に分化した系統間の交雑（雑種形成）が新たな選好性と求愛ディスプレイの組み合わせを持つ新種の進化を促進しました（図を参照）。雑種形成を考慮したシミュレーションでは、祖先種がいちど二集団に分かれ、しばらく別々に進化した後に再会して交雑するシナリオを想定しました。二集団が別々に進化した期間中は祖先種の求愛ディスプレイと選好性が引き続き維持されましたが、各集団に遺伝的な変異が少しずつ蓄積し、同じ表現型を生み出す遺伝的な基盤は徐々に分化しました。その結果、二集団の遺伝子が混ざり合う雑種集団では遺伝的多様性が一時的に増大し、求愛ディスプレイや選好性の個体間のバリエーションも増加しました。メスの選好性にバリエーションが生じたことで、性選択における祖先種の求愛ディスプレイの優位性が弱まり、祖先種で固定化された選好性と求愛ディスプレイの組み合わせから抜け出す進化が促進されました。その後、雑種集団の遺伝的多様性が減少する過程で祖先種とは異なるメスの選好性が固定化されると、性選択を介して新たな求愛ディスプレイを持つ新種が形成されました。

今後の課題は、シミュレーションの中で起きたような進化が実際の生物でも可能なのかどうかを確かめる事です。そのために必要な次のステップは、雑種形成によってメスの選好性がどの程度多様化し、性選択の作用がどう変化するのかを調べることです。

本研究は科研費（22K15163; 25K09750）の支援を受けて実施しました。

本研究で提案する仮説の概要。この仮説は祖先種の中に表現型は似ているが遺伝的に分化した２系統が存在する状況(a)を想定する。これらの系統間の雑種集団ではメスの選好性の個体間バリエーションが増加し、性選択の作用が変化する(b)。その結果、新たな求愛ディスプレイを持つ新種の形成が促進される(c)。

【問合先・提出先】〒411-8540 静岡県三島市谷田1111
　国立遺伝学研究所　生命ネットワーク研究室
　有田正規 E-mail:
　Tel: 055-981-9449