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In vitro reconstitution of genome self-replication system and its evolution

Research Project

Project/Area Number 16KT0076
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section特設分野
Research Field Constructive Systems Biology
Research InstitutionRikkyo University

Principal Investigator

SU'ETSUGU Masayuki  立教大学, 理学部, 教授 (00363341)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 高田 啓  立教大学, 理学部, ポストドクトラルフェロー (70747899)
Project Period (FY) 2016-07-19 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥18,720,000 (Direct Cost: ¥14,400,000、Indirect Cost: ¥4,320,000)
Fiscal Year 2019: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2018: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2017: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2016: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Keywords染色体複製 / 自己複製 / 人工細胞 / 試験管内自己複製系 / 複製サイクル再構成系 / ゲノム複製再構成系 / 転写翻訳再構成系 / ミニ染色体 / 合成生物学
Outline of Final Research Achievements

Self-replication is a fundamental feature of living cells. Cells produce their own copy based on their genetic information. We recently developed an in vitro reconstitution system termed RCR (replication cycle reaction), in which replication cycle of the Escherichia coli chromosome repeats continuously to propagate a mini-chromosome that is a circular DNA having replication origin, oriC. RCR consists of 26 proteins .
In this study, we combined an in vitro transcription-translation reconstitution system, PURE system with RCR (PURE-coupled RCR). All 26 RCR proteins were able to express functionally from DNA in PURE system. We constructed a mini-chromosome encoding the RCR proteins. This mini-chromosome allow us to propagate the circular DNA depending on the transcription-translation from its own DNA. We further developed a system in which the PURE-coupled RCR progress from a single mini-chromosome molecule in water-in-oil emulsion for purpose of in vitro evolution of the mini-chromosome.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

生命の自己複製能の本質は、自身が持つ遺伝情報に基づいて、多様な機能タンパク質がつくられ、それによって再び自身の遺伝情報が複製されることにある。その繰り返しで、生命は増殖し、また遺伝情報に変異が入れば進化する。本研究では大腸菌から精製された因子を用いて、この自己複製系を再現した。自己複製系では、自己複製DNAからの転写翻訳に依存して複製タンパク質がつくられ、複製タンパク質によって自己複製DNA自身の増殖が促される。今後、DNA複製エラーなどにより遺伝情報の変異を導けば、自己複製DNAを試験管内で進化させ、より自己複製に優位なDNA分子が勝ち残っていく、といった進化実験も可能となると期待される。

Report

(5 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Research-status Report
  • 2017 Research-status Report
  • 2016 Research-status Report
  • Research Products

    (63 results)

All 2020 2019 2018 2017 2016 Other

All Journal Article (10 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 5 results) Presentation (45 results) (of which Int'l Joint Research: 11 results,  Invited: 17 results) Book (1 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (6 results)

  • [Journal Article] 大腸菌いらずのセルフリー長鎖DNAクローニング2020

    • Author(s)
      奈良 聖亜、末次 正幸
    • Journal Title

      羊土社「実験医学」

      Volume: 38 Pages: 1023-28

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    • Author(s)
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    • Journal Title

      ACS Synth. Biol.

      Volume: 8 Issue: 5 Pages: 1215-18

    • DOI

      10.1021/acssynbio.9b00055

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      末次正幸
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      化学と生物

      Volume: Vol.57, 1 Pages: 64-69

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      Hasebe Tomonori、Narita Kouhei、Hidaka Shiomi、Su’etsugu Masayuki
    • Journal Title

      Life

      Volume: 8 Issue: 4 Pages: 43-43

    • DOI

      10.3390/life8040043

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      Takemoto Norihiko、Numata Itaru、Su’etsugu Masayuki、Miyoshi-Akiyama Tohru
    • Journal Title

      Nucleic Acids Research

      Volume: 46 Issue: 12 Pages: 6152-6165

    • DOI

      10.1093/nar/gky481

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      Takada H., Shiwa Y., Takino Y., Osaka N., Ueda S., Watanabe S., Chibazakura T., Su'etsugu M., Utsumi R., Yoshikawa H
    • Journal Title

      Microbiology

      Volume: 164 Issue: 4 Pages: 670-684

    • DOI

      10.1099/mic.0.000625

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      末次正幸
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      月刊バイオインダストリー

      Volume: 8月号 Pages: 22-30

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      末次正幸
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      現代科学

      Volume: 262 Pages: 47-51

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      Kamada K, Suetsugu M, Takada H, Miyata M, Hirano T
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      Structure

      Volume: 25 Issue: 4 Pages: 603-16

    • DOI

      10.1016/j.str.2017.02.008

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      Su'etsugu M1, Takada H, Katayama T, Tsujimoto H.
    • Journal Title

      Nucleic acids research

      Volume: 45 Issue: 20 Pages: 11525-11534

    • DOI

      10.1093/nar/gkx822

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      末次 正幸、長谷部 友憲、高田 啓
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      Masayuki Su'etsugu
    • Organizer
      The 2nd Asian Synthetic Biology Association
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  • [Presentation] Cell-free assembly and amplification of genome-scale DNA2019

    • Author(s)
      Masayuki Su'etsugu
    • Organizer
      2019 Synthetic Biology: Engineering, Evolution & Design (SEED)
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Cell-free assembly and amplification of genome-scale DNA2019

    • Author(s)
      Masayuki Su'etsugu
    • Organizer
      Marine Biotechnology Conference 2019
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  • [Presentation] Cell-free DNA technology for synthetic biology2019

    • Author(s)
      Masayuki Su'etsugu
    • Organizer
      SynbioBeta 2019
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  • [Presentation] In vitro repetition of chromosome-replication cycle and its applications2019

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      Su'etsugu, M
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      7th Bioscience and Biotechnology International Symposium, Tokyo Institute of Technology
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    • Author(s)
      末次 正幸
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      nano tech 2019
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      末次 正幸
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  • [Presentation] ゲノム合成時代のセルフリー技術2019

    • Author(s)
      末次 正幸
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      日本農芸化学会 2019大会シンポジウム「ゲノム合成の世界的なうねりと現状:日本の貢献」
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    • Invited
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      Su'etsugu, M.
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      Kurata, T. and Su'etsugu, M.
    • Organizer
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    • Int'l Joint Research
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      Nara, S. and Su'etsugu, M.
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      長谷部 友憲、末次 正幸
    • Organizer
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  • [Presentation] 放線菌で見つかった新規ミスマッチ修復タンパク質EndoMSのエンドヌクレアーゼ活性2018

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      沼田 格、竹本 訓彦、秋山 徹、末次 正幸
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      第15回 21世紀大腸菌研究会
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      奈良 聖亜、篠原 赳、末次 正幸
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      第15回 21世紀大腸菌研究会
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      倉田竜明、加納巧希、末次 正幸
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      第15回 21世紀大腸菌研究会
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      末次正幸
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  • [Presentation] 複製サイクル再構成系を利用した長鎖DNAへの塩基置換導入法2018

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      俵木彩子、末次 正幸
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      「細胞を創る」研究会11.0
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      奈良 聖亜、末次 正幸
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      「細胞を創る」研究会11.0
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      倉田竜明、末次 正幸
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  • [Presentation] Large plasmid synthesis using cell-free chromosome replication technology2018

    • Author(s)
      Su'etsugu, M. and Kurata, T
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      The 1st Asian Synthetic Biology Association
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  • [Presentation] 長鎖DNA増幅反応RCRと共役した遺伝子編集法2018

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      俵木彩子、末次 正幸
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      第41回日本分子生物学会年会
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      末次 正幸
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  • [Presentation] DNA集積・増幅反応からなる無細胞ゲノム合成技術2017

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  • [Presentation] ゲノム複製サイクル再構成系を利用した新規DNA増幅技術2017

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      高田 啓,末次 正幸
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      加納巧希,倉田竜明,篠原赳,末次正幸
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      奈良 聖亜,末次 正幸
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      東北大学、仙台、宮城
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      末次正幸
    • Publisher
      シーエムシー出版
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  • [Remarks] 研究室WEBページ

    • URL

      https://www2.rikkyo.ac.jp/web/sue-lab/

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  • [Patent(Industrial Property Rights)] 無細胞系でDNAを編集する方法2018

    • Inventor(s)
      末次正幸、加納巧希、俵木彩子
    • Industrial Property Rights Holder
      JST
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2018-142274
    • Filing Date
      2018
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  • [Patent(Industrial Property Rights)] 環状DNAの複製または増幅方法2018

    • Inventor(s)
      末次正幸、奈良聖亜
    • Industrial Property Rights Holder
      JST
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2018
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 環状DNAの増幅方法2017

    • Inventor(s)
      末次正幸、小林寛子、篠原赳
    • Industrial Property Rights Holder
      JST
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2017
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] DNAの産生方法およびDNA断片連結用キット2017

    • Inventor(s)
      末次正幸、倉田竜明
    • Industrial Property Rights Holder
      JST
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2017-132084
    • Filing Date
      2017
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] DNAの産生方法およびDNA断片連結用キット2017

    • Inventor(s)
      末次正幸、倉田竜明
    • Industrial Property Rights Holder
      JST
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2017-231732
    • Filing Date
      2017
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 環状DNAの複製または増幅方法2017

    • Inventor(s)
      末次正幸
    • Industrial Property Rights Holder
      末次正幸
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2017-037489
    • Filing Date
      2017-02-28
    • Related Report
      2016 Research-status Report

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Published: 2016-07-20   Modified: 2023-03-08  

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