科学者は植物とともに人類のために大きな一歩を踏み出します。

28年2011月XNUMX日

科学者は植物を通じて人々のために大きな一歩を踏み出します。

ソーク研究所とダナ・ファーバーがん研究所の研究者が、植物タンパク質の相互作用に関する史上最大のマップの作成に貢献

28年2011月XNUMX日

ラホーヤ－科学は通常、小さな一歩ずつ進歩するが、まれに、研究の専門知識と最先端技術の新たな組み合わせが「大きな飛躍」を生み出すことがある。 ソーク研究所の植物生物学者が上級研究員に含まれる国際科学者チーム ジョゼフ・エッカーは、サイエンス誌の 29 年 2011 月 XNUMX 日号でそのような飛躍の XNUMX つを報告しています。 彼らは、細胞内の何千ものタンパク質間相互作用のマッピングと初期の分析について説明しています。 シロイヌナズナ -カラシの一種で、 植物生物学 人間の生物学にとって実験用マウスは何ですか。

「この XNUMX つの研究で、科学者が利用できる植物タンパク質相互作用データを XNUMX 倍にすることができました」と植物分子細胞生物学研究所のエッカー教授は言います。 「これらのデータと、今回のような将来の『インタラクトーム』マッピング研究のデータによって、生物学者は農作物を干ばつや病気に対してより耐性があり、より栄養価が高く、一般的に人類にとってより有用なものにすることができるはずです。」

この 8 年間のプロジェクトは、XNUMX 万ドルの国立科学財団の助成金によって資金提供され、ボストンのダナ・ファーバーがん研究所のマーク・ビダル、パスカル・ブラウン、デイビッド・ヒルらによって率いられました。 そしてソーク研究所のエッカー。 「それは自然な共同作業でした」とビダルは言う。「ジョーとソーク研究所の同僚はすでに配列を決定していたからです シロイヌナズナ ゲノムを解析し、多くのタンパク質をコードする遺伝子のクローンを作成していましたが、ダナ・ファーバー研究所では、酵母などの他の生物のタンパク質相互作用マップを作成した経験がありました。」

プロジェクトの初期段階で、研究技術者のメアリー・ガリ率いるエッカー研究室のメンバーは、蓄積されたライブラリーのほとんどを変換しました。 シロイヌナズナ タンパク質をコードする遺伝子をタンパク質相互作用試験に有用な形式にクローン化します。 「このプロジェクトでは、タンパク質相互作用スクリーニングの準備として、10,000 個を超える『オープン リーディング フレーム』クローンが変換され、配列が検証されました」と Galli 氏は言います。

Vidal、Braun、Hill らは、酵母ツーハイブリッド スクリーニングとして知られるテストに基づく、高品質のタンパク質相互作用スクリーニング プロセスを通じて、これらのオープン リーディング フレームを系統的に実行しました。 6,205 万以上の可能なペアの組み合わせの中から、合計 XNUMX 通りの組み合わせが見つかりました。 シロイヌナズナ 2,774 個の個々のタンパク質が関与するタンパク質間の相互作用。 研究者らは、過去の研究のタンパク質相互作用データとの重複を示すなどして、これらのデータの質の高さを確認した。

6,205 個のタンパク質パートナー関係の新しいマップは、タンパク質間の「相互作用」全体の約 XNUMX パーセントにすぎません。 シロイヌナズナ、スクリーニングテストでは全体の XNUMX 分の XNUMX しかカバーされなかったため、 シロイヌナズナ 多くの弱いタンパク質相互作用を検出するには十分な感度がありませんでした。 「このマップの後には、より大きなマップが登場する予定です」とエッカー氏は言います。

ただし、準備段階であっても、新しいマップが役立つことは明らかです。 研究者らは、発見したタンパク質相互作用ペアを機能グループに分類することができ、一緒に機能するタンパク質のネットワークと「コミュニティ」を明らかにしました。 「たとえば、植物ホルモンのシグナル伝達経路がどのように相互に通信するかについては、ほとんど情報がありませんでした」とエッカー氏は言う。 「しかし、この研究では、これらの経路間の興味深い関連性をいくつか見つけることができました。」

彼らの地図をさらに分析したところ、植物の進化に関する新たな洞察が得られました。 エッカーとその仲間たち シロイヌナズナ 1900年前に報告されたゲノムデータにより、植物は動物よりもはるかに高い範囲で遺伝子をランダムに複製することが明らかになった。 これらの遺伝子重複イベントは、植物に、環境の変化に適応し続けるために必要な遺伝的多用途性の一部を与えているようです。 この研究で、研究者らは、古代の遺伝子重複事象の産物であると思われる、マッピングされたタンパク質のXNUMX対を発見した。

研究者らは、高度なゲノム年代測定技術を使用して、これらの各遺伝子重複事象からの期間（最長期間は700億年）を測定し、それをXNUMXつのタンパク質の相互作用パートナーの変化と比較することができた。 「これは、進化がこれらのタンパク質の機能をどのように再配線したかを示す尺度を提供します」とビダルは言う。 「私たちの大規模で高品質なデータセットと、これらの遺伝子重複の自然な高頻度は、 シロイヌナズナ 初めてこのような分析を行うことができました。」

研究者らは、 シロイヌナズナ タンパク質のパートナーシップは、複製イベントの後すぐに変化する傾向があり、その後、複製された遺伝子が新しい機能に定着し、進化の圧力によってそこに保持されるにつれて、よりゆっくりと変化する傾向があります。 「これらのタンパク質のアミノ酸配列の分岐は続く可能性がありますが、それぞれのパートナーに関する分岐は、私たちが予想していなかった急速な初期変化の後、大幅に減速します」とビダルは言う。

29月XNUMX日号には 科学 からの研究者 シロイヌナズナ インタラクトーム マッピング研究では、彼らのアプローチの有用性を示すさらに別の実証が報告されました。 ノースカロライナ大学チャペルヒル校のジェフリー・L・ダングル氏が主導し、彼らは調査を行った。 シロイヌナズナ タンパク質と細菌の相互作用 シュードモナス・シリンガエ（Psy） と呼ばれる真菌のような微生物 ヒアロペロノスポラ アラビドプシディス (Hpa)。 「これら XNUMX つの病原体は約 XNUMX 億年の進化を経て分離されていますが、それらが破壊するために使用する「エフェクター」タンパク質は、 シロイヌナズナ 感染中の細胞は両方とも、高度に接続された同じセットを標的とします。 シロイヌナズナ タンパク質です」とエッカー氏は言う。 「私たちはこれらのターゲットをいくつか調べました シロイヌナズナ タンパク質を研究し、それらが植物の免疫系および関連システムの「ハブ」または制御点として機能するという証拠を発見しました。」

エッカー氏らは、これらの研究が植物生物学の理解と、その知識を人類の利益のために活用する上での急速な進歩の始まりとなることを期待している。 「これにより、システムレベルでの全体像が見え始めます。 シロイヌナズナ そして、そのシステムレベルの全体像の多くは、人間の農業や医薬品でさえも使用される植物を含む他の植物種に関連し、さらなる研究の指針となるでしょう」とエッカー氏は言う。

「シロイヌナズナ インタラクトーム マッピング コンソーシアム」は、国立科学財団や国立衛生研究所を含む多くの資金提供機関の支援を受けてこの研究に貢献する 20 を超える国内外の研究室で構成されています。

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国立科学財団は、「科学の進歩を促進する」ために 1950 年に議会によって設立された独立連邦機関です。 国民の健康、繁栄、福祉を増進する。 NSF の目標である発見、学習、研究インフラ、管理は、知識の最前線を前進させ、世界クラスの科学工学人材を育成し、すべての国民の科学的リテラシーを拡大し、高度な機器や施設への投資を通じて国の研究能力を向上させ、有能で対応力のある組織を通じて科学と工学の研究と教育における卓越性をサポートします。 NSF の詳細については、次のサイトをご覧ください。 www.nsf.gov.

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ソーク生物学研究所について：
ソーク生物学研究所は世界有数の基礎研究機関の XNUMX つであり、国際的に有名な教員がユニークで協力的かつ創造的な環境で生命科学の基礎的な疑問を研究しています。 ソークの科学者は、発見と次世代の研究者の指導の両方に重点を置き、神経科学、遺伝学、細胞生物学、植物生物学、および関連分野を研究することで、がん、老化、アルツハイマー病、糖尿病、感染症の理解に画期的な貢献をしています。

教員の功績は、ノーベル賞や全米科学アカデミーの会員など、数多くの栄誉によって認められています。 ポリオワクチンの先駆者であるジョナス・ソーク医学博士によって 1960 年に設立されたこの研究所は、独立した非営利団体であり、建築上のランドマークでもあります。