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セリウム触媒を利用した人工制限酵素の高機能化および遺伝子操作への応用

Research Project

Project/Area Number 07J03030
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Chemistry related to living body
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

愛場 雄一郎  The University of Tokyo, 大学院・工学系研究科, 特別研究員(DC1) (10581085)

Project Period (FY) 2007 – 2009
Project Status Completed (Fiscal Year 2009)
Budget Amount *help
¥2,700,000 (Direct Cost: ¥2,700,000)
Fiscal Year 2009: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2008: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2007: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
KeywordsDNA / セリウム(IV) / 位置選択的切断 / 遺伝子組換え / 制限酵素 / PNA / 加水分解 / セシウム(IV)
Research Abstract

遺伝子組換え技術は、遺伝子の本体であるDNAを位置選択的に切断し、他の遺伝子と連結することで達成される。しかし、DNA切断に用いられる天然制限酵素は、切断位置が限定されたり、選択性が不十分であったりと、ゲノムなどの巨大DNAを扱うツールとしては不十分であった。これに対し我々は、DNA加水分解触媒Ce(IV)/EDTAとPNA(ペプチド核酸)を併用し、天然を超える高い位置特異性と自由度を有した人工制限酵素の構築を行ってきた。
本研究では、さらに高度な遺伝子操作に向けた汎用的なツールとして完成させるべく、切断効率・選択性をより向上させた次世代の人工制限酵素の構築を目指した。今年度は、DNA配列認識部位であるPNAにリンカーを導入し、その認識能が配列全体として向上していることを明らかにした(投稿作業中)。さらに本系を発展させ、機能性リンカーを用いたPNAへの新機能付与にも成功した(論文1、2)。また、EDTP配位子とCeとの相互作用を利用して切断効率の大幅な向上に成功し、その切断機構の解明も行った(論文3)。
現在は、PNAへの配位子修飾へと展開が行われている。EDTP以外にもCeとの強い相互作用を示すポリアミン系錯体のPNA導入に成功し、切断の高効率化が確認されており、今後のさらなる展開が期待される。
上記の結果はいずれも、本系を次世代の遺伝子操作ツールとして今後展開していく上で非常に重要な知見である。巨大DNAを対象とし長鎖PNAを用いる場合では、複数のリンカーを導入してミスマッチ識別能を向上させたり、EDTPなどの配位子を修飾したPNAを用いたりすることで、さらなる切断効率の向上が期待される。このように本人工制限酵素をさらに発展させ、より高い活性・選択性でDNAを位置選択的に切断する技術が確立されることで、従来は達成が困難であった遺伝子操作などへの応用が期待される。

Report

(3 results)
  • 2009 Annual Research Report
  • 2008 Annual Research Report
  • 2007 Annual Research Report
  • Research Products

    (20 results)

All 2010 2009 2008 2007 Other

All Journal Article (8 results) (of which Peer Reviewed: 7 results) Presentation (11 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Oxidation of Oligonucleotide-bound CeIII/Multiphosphonate Complex for Site-Selective DNA Scission2010

    • Author(s)
      T.Lonnberg, Y.Aiba, Y.Hamano, Y.Miyajima, J.Sumaoka, M.Komiyama
    • Journal Title

      Chemistry-A European Journal 16

      Pages: 855-859

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Chemical and enzymatic stability of amino acid derived phosphoramidates of antiviral nucleoside 5'-monophosphates bearing a biodegradable protecting group2010

    • Author(s)
      A.Leisvuori, Y.Aiba, T.Lonnberg, P.Poijarvi-Virta, L.Blatt, L.Beigelman, H.Lonnberg
    • Journal Title

      Organic & Biomolecular Chemistry (掲載確定, In press)

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      2009 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Handy and Prompt DNA Separation Using PNA with Internal Disulfide Bond2009

    • Author(s)
      Y.Aiba, M.Komiyama
    • Journal Title

      Nucleic Acids Symp.Ser. 53

      Pages: 175-176

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      2009 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Introduction of Disulfide Bond to the Main Chain of PNA to Switch Its Hybridization and Invasion Activity2009

    • Author(s)
      Y.Aiba, M.Komiyama
    • Journal Title

      Organic & Biomolecular Chemistry 7

      Pages: 5078-5083

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      2009 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Introduction of linkers into PNA for versatile applications2008

    • Author(s)
      Y. Aiba, M. Komiyama
    • Journal Title

      Nucleic Acids Symp. Ser. 52

      Pages: 143-144

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      2008 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Solid-phase synthesis of pseudo-complementary peptide nucleic acids2008

    • Author(s)
      Makoto Komiyama
    • Journal Title

      Nature Protocols 3

      Pages: 646-654

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      2007 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Artificial restriction DNA cutter for site-selective scission of doqble-stranded DNA with tunable scission-site and specificity2008

    • Author(s)
      Makoto Komiyama
    • Journal Title

      Nature Protocols 3

      Pages: 655-662

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      2007 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] スーパー制限酵素ARCUTによる新規遺伝子操作法の開発2007

    • Author(s)
      愛場 雄一郎
    • Journal Title

      細胞工学 26

      Pages: 1296-1302

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  • [Presentation] リン酸系配位子による人工DNAカッターARCUTの高効率化2009

    • Author(s)
      愛場雄一郎・小宮山眞
    • Organizer
      The 6th International Symposium on Nucleic Acids Chemistry, 2009
    • Place of Presentation
      Gifu, Japan
    • Year and Date
      2009-09-28
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      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] リン酸系配位子による人工DNAカッターARCUTの高効率化2009

    • Author(s)
      愛場雄一郎・濱野悠也・河邉明博・鈴木裕太・Tuomas Lonnberg・徐岩・須磨岡淳・小宮山眞
    • Organizer
      第19回バイオ・高分子シンポジウム
    • Place of Presentation
      東京大学
    • Year and Date
      2009-07-30
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  • [Presentation] ジスルフィド結合を導入したPNAによるDNAの認識とその制御2009

    • Author(s)
      愛場雄一郎, 小宮山眞
    • Organizer
      日本化学会第89春季年会
    • Place of Presentation
      日本大学
    • Year and Date
      2009-03-27
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      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] Novel functionalization of PNA by using linkers for versatile applications2009

    • Author(s)
      Yuichiro Aiba, Makoto Komiyam
    • Organizer
      U-Tokyo/Yonsei U GCOE Joint Symposium "Chemistry Innovation"
    • Place of Presentation
      東京大学
    • Year and Date
      2009-01-19
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      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] Novel modification of Peptide Nucleic Acid(PNA)by functional linkers for versatile applications2009

    • Author(s)
      愛場雄一郎・小宮山眞
    • Organizer
      2nd Switzerland-Japan Biomolecular Chemistry Symposium 2009
    • Place of Presentation
      Tokyo, Japan
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      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] ジスルフィド結合導入PNAによるインベージョンとその制御2008

    • Author(s)
      愛場雄一郎, 須磨岡淳, 小宮山眞
    • Organizer
      第3回バイオ関連化学合同シンポジウム2008
    • Place of Presentation
      東京工業大学
    • Year and Date
      2008-09-19
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      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] Introduction of linkers into PNA for versatile applications2008

    • Author(s)
      Yuichiro Aiba, Makoto Komiyama
    • Organizer
      Joint Symposium of 18th International Roundtable on Nucleosides, Nucleotides and Nucleic Acids and 35th International Symposium on Nucleic Acids Chemistry
    • Place of Presentation
      京都大学
    • Year and Date
      2008-09-09
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      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] リン酸系配位子導入によるDNA位置選択的切断の高率化と遺伝子操作2008

    • Author(s)
      愛場雄一郎, Tuomas Lonnberg, 鈴木裕太, 小宮山眞
    • Organizer
      生体機能関連化学若手の会サマースクール
    • Place of Presentation
      宮城県
    • Year and Date
      2008-08-06
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      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] リン酸系配位子導入によるDNA切断の効率化とその応用2008

    • Author(s)
      愛場 雄一郎
    • Organizer
      日本化学会第89春季年会
    • Place of Presentation
      立教大学
    • Year and Date
      2008-03-29
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      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] Ce(IV)/EDTAとpcPNAを用いた2本鎖DNAの位置選択的切断2007

    • Author(s)
      愛場 雄一郎
    • Organizer
      東京大学生命科学研究ネットワークシンポジウム2007
    • Place of Presentation
      東京大学
    • Year and Date
      2007-09-15
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      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] Rapid site-selective hydrolysis of double-stranded DNA by use of Ce(IV)/EDTA and PNA bearing phosphate group2007

    • Author(s)
      Yuichiro Aiba
    • Organizer
      International Symposium Series of NanoBio Molecular Assemblies, Yonsei University-The University of Tokyo Joint Symposium
    • Place of Presentation
      Yonsei University(韓国)
    • Year and Date
      2007-09-07
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.mkomi.rcast.u-tokyo.ac.jp/member/aiba.html

    • Related Report
      2009 Annual Research Report

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Published: 2007-04-01   Modified: 2024-03-26  

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