Comprehensive analysis of nucleic acid structures involved in modulation of gene expression across species
| Project Area | Elucidation of the mechanism for dimensional response genome across species regulated by nucleic acid structures |
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| Project/Area Number |
21H05108
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (II)
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| Research Institution | Konan University |
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Principal Investigator |
遠藤 玉樹 甲南大学, 先端生命工学研究所, 准教授 (90550236)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
凌 一葦 新潟大学, 医歯学系, 助教 (70804540)
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| Project Period (FY) |
2021-08-23 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥40,950,000 (Direct Cost: ¥31,500,000、Indirect Cost: ¥9,450,000)
Fiscal Year 2023: ¥13,650,000 (Direct Cost: ¥10,500,000、Indirect Cost: ¥3,150,000)
Fiscal Year 2022: ¥13,650,000 (Direct Cost: ¥10,500,000、Indirect Cost: ¥3,150,000)
Fiscal Year 2021: ¥13,650,000 (Direct Cost: ¥10,500,000、Indirect Cost: ¥3,150,000)
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| Keywords | 多元応答深化 / 核酸構造 / 環境応答 / バイオインフォマティクス / オミクス解析 |
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| Outline of Research at the Start |
本計画研究では、様々な環境要因で変動する核酸構造に依存した遺伝子の発現調節（多元応答）に着目し、生命システムに維持されている「多元応答」の分子機構を解明する。そのために、
1. 生物種がさらされ得る環境変動に対する「多元応答」の網羅的解析
2. バイオインフォマティクス解析による「多元応答」を誘起する核酸構造の抽出
3. 生物種間に存在する「多元応答」機構の共通点、相違点の解析
の研究課題を進める。
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| Outline of Annual Research Achievements |
大腸菌、枯草菌などのゲノムDNAから、分子クラウディング環境やカリウム濃度に応答して安定性の変動を示すグアニン四重鎖（G4）構造を網羅的に解析した結果、2枚のカルテットから構成されるG4構造が多数形成されることが確認された。また、グアニンの連続配列の間に長いループ配列が存在する場合でも、安定なG4構造を形成し得る配列が見出された。このことは、これまで考えられてきた以上に多くの領域でG4構造が形成され、「多元応答」として遺伝子の発現調節に関与し得ることを示している。G4構造については、微生物種を中心としたゲノム配列のデータベースからG4構造形成可能領域の抽出が完了しており、ゲノム上でのG4構造の数や場所、予測されるG4構造の安定性やコードされている遺伝子種別などを、個別に、あるいは生物種間で比較しながら解析できる新たなデータベース（G4 database）の開発を進めた。
G4構造とは異なる四重らせん構造であるi-motif構造について、特定の分子との相互作用を解析する研究も進め、G4構造リガンドとしても知られるいくつかの化合物が、i-motif構造にも相互作用し得ること、その相互作用はi-motif構造のループ配列に大きく依存することを明らかにした。
RNAが形成するシュードノット構造について、分子環境に対する熱安定性の応答を解析した。その結果、シュードノット構造の鍵となるループ領域に対する塩基対形成が、水分子の活量が低下し、排除体積効果が大きくなるクラウディング環境において安定化されることを明らかにした（論文投稿中）。また、バルジを含むRNA構造について、そこに相互作用する天然化合物に化学的な修飾を施し、RNAに対する結合親和性を高めることで遺伝子の発現を効果的に抑制することにも成功した（New J. Chem., 48, 8529 (2024)）。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(32 results)
