シンセティック・バイオロジーによる人工RNP複合体及びシステム進化系の構築

• Project/Area Number: 18681034
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Living organism molecular science
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 齊藤 博英 Kyoto University, 生命科学研究科, 助教 (20423014)
• Project Period (FY): 2006 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥28,860,000 (Direct Cost: ¥22,200,000、Indirect Cost: ¥6,660,000); Fiscal Year 2007: ¥14,170,000 (Direct Cost: ¥10,900,000、Indirect Cost: ¥3,270,000); Fiscal Year 2006: ¥14,690,000 (Direct Cost: ¥11,300,000、Indirect Cost: ¥3,390,000)
• Keywords: RNA / 進化分子工学 / 翻訳 / リボスイッチ / シンセティックバイオロジー / 遺伝子回路 / RNP / 遺伝子発現制御 / リボザイム / 試験管内進化

Research Abstract

近年、生体分子や遺伝子ネットワークを「人工的に創り出す」作業を通して生命システムを理解しようとする「シンセティック・バイオロジー」が注目を集めている。本研究では、生体内で多くの機能を担うRNA-蛋白質(RNP)複合体をシンセティック・バイオロジーの一つの素材と捉え、(1)機能性人工RNP創製のための基盤技術を開発し、(2)RNPを利用した人工遺伝子回路を構築することを目指した。さらにこの複合体を工学的に応用し、(3)RNA-蛋白質相互作用に基づいた新しい遺伝子発現制御システム(RNPスイッチ)を構築することを研究目的に定めた。本年度は、人工RNPをデザインする基盤技術の開発、及びそのRNPを利用した人工翻訳制御システムを試験管内、及びヒト細胞内で構築することに成功した。具体的には、以下の研究成果を達成した。(a)機能性人工RNP創製のための基盤技術として、天然に存在するRNA-蛋白質相互作用に関連したモチーフを取得した。HIVのRNA結合蛋白質RevとバクテリオファージλN、及びそれらと特異的に相互作用するRNAモチーフを基盤にして、人工RNPをデザインし、その構造と配向性のデザインをゲル電気泳動及びFRETにより確認し、目的の人工RNP構造をデザインする技術を確立した。(b)RNP相互作用を基盤とした人工遺伝子回路を作成するため、ヒト細胞内で機能する人工リボスイッチを作製した。モデルシステムとして、GFPの発現を様々なパターンで制御できるRNPスイッチを創出した。(c)さらに、このシステムをヒト細胞に導入することで、ガン細胞のアポトーシス誘導回路をON/OFFに制御するRNPスイッチを創出することに成功した。

Research Products

• [Journal Article] Synthetic biology with RNA motifs (2009)
  • Author(s): Hirohide Saito and Tan Inoue
  • Journal Title: The International Journal of Biochemistry & Cell Biology 41 Pages: 398-404
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A designed RNA selection : establishment of a stable complex between a target and selectant RNA via two (2009)
  • Author(s): Tomoaki Shiohara, Hirohide Saito, and Tan Inoue
  • Journal Title: Nucleic Acids Research 37
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Motif-programmed artificial protein induces apoptosis in several cancer cells by disrupting mitochondria (2008)
  • Author(s): Hirohide Saito, Tamiko Minamisawa, Takao Yamori, Kiyotaka Shiba
  • Journal Title: Cancer Science 99 Pages: 398-406
  • NAID: 10024002827
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] RNA and RNP as new molecular parts in synthetic biology (2007)
  • Author(s): Hirohide Saito and Tan Inoue
  • Journal Title: Journal of Biotechnology 132 Pages: 1-7
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Motif programming : a microgene-based method for creating synthetic proteins containing multiple functional motifs (2007)
  • Author(s): Hirohide Saito, Tamiko Minamisawa, Kiyotaka Shiba
  • Journal Title: Nucleic Acids Research 35
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The role of peptide motifs in the evolution of a protein network (2007)
  • Author(s): Hirohide Saito, Shunichi Kashida, Tan Inoue, Kiyotaka
  • Journal Title: Nucleic Acids Research 35 Pages: 6357-6366
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Motif programming : A microgene-based method for creating synthetic proteins containing multiple functional motifs (2007)
  • Author(s): Hirohide Saito, Tamiko Minamisawa, Kiyotaka Shiba
  • Journal Title: Nucleic Acids Research 35・6
• [Journal Article] A synthetic approach for protein evolution and cell engineering (2006)
  • Author(s): Hirohide Saito, Tan Inoue, Kiyotaka Shiba
  • Journal Title: IEEE Micro-NanoMechatronics and Human Science, 2006 International Symposium on 10・1109 Pages: 320321-320321
• [Journal Article] 合成生物学の医療展開 (2006)
  • Author(s): 齊藤 博英, 芝 清隆
  • Journal Title: Bionics 3・3 Pages: 40-45
• [Journal Article] モチーフ・プログラミング〜複数種マイクロ遺伝子のコンビナトリアル重合から機能性人工タンパク質を創る〜 (2006)
  • Author(s): 齊藤 博英
  • Journal Title: バイオテクノロジージャーナル 6・2 Pages: 193-196
• [Presentation] RNP-based nanostructures and translational regulatory switches in vitro (2008)
  • Author(s): Hirohide Saito
  • Organizer: Cold Spring Harbor Laboratory meeting : Engineering Principles in Biological Systems
  • Place of Presentation: コールドスプリングハーバーLab、アメリカ合衆国
  • Year and Date: 2008-12-12
• [Presentation] RNA-タンパク質相互作用モチーフを用いたナノスケール構造体の分子設計および構築 (2008)
  • Author(s): 大野 博久
  • Organizer: BMB2008
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2008-12-09
• [Presentation] Synthetic Translational Regulation with RNP Motifs (2008)
  • Author(s): Hirohide Saito
  • Organizer: First International Frontiers in Synthetic Biology -2008- Meeting on Synthetic Biology : Engineering Genes, Genomes & Cells for Drug Discovery
  • Place of Presentation: ハーバード大学、アメリカ合衆国、ボストン
  • Year and Date: 2008-12-02
• [Presentation] Synthetic Biology with RNA Motifs (2008)
  • Author(s): Hirohide Saito
  • Organizer: The First Annual Meeting of the Japanese Society for Researchers on Cell Synthesis(細胞を創る研究会1.0)
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 2008-10-17
• [Presentation] RNP相互作用モチーフを活用したシンセティック・バイオロジー (2008)
  • Author(s): Hirohide Saito
  • Organizer: 第10回日本RNA学会年会
  • Place of Presentation: 札幌
• [Book] ゲノム中に潜むRNA機能構造モチーフ (2009)
  • Author(s): 齊藤博英
  • Total Pages: 6
  • Publisher: 細胞工学、秀潤社
• [Book] ナノブロックとしてのRNA分子、バイオナノプロセス (2008)
  • Author(s): 齊藤博英、井上丹
  • Total Pages: 10
  • Publisher: シーエムシー出版
• [Patent(Industrial Property Rights)] 機能性RNA-蛋白質複合体の分子デザイン (2008)
  • Inventor(s): 齊藤 博英、倉光祥平、菊田 雅之、井上 丹
  • Industrial Property Rights Holder: JST
  • Filing Date: 2008-11-21
• [Patent(Industrial Property Rights)] RNPモチーフを利用した、蛋白質応答型shRNA/RNAi制御システムの構築 (2008)
  • Inventor(s): 齊藤 博英、樫田俊一、林香簡、井上丹
  • Industrial Property Rights Holder: JST
  • Filing Date: 2008-12-09
• [Patent(Industrial Property Rights)] RNPナノ構造体の作成法 (2008)
  • Inventor(s): 齊藤 博英、大野博久、井上 丹
  • Industrial Property Rights Holder: JST
  • Industrial Property Number: 2008-188241
  • Filing Date: 2008-07-22
• [Patent(Industrial Property Rights)] 低分子RNAによる細胞または人工細胞モデルでの翻訳制御システム (2008)
  • Inventor(s): 齊藤 博英、加藤祐章、吉川研一、山田彩子、山中透、井上丹
  • Industrial Property Rights Holder: JST
  • Filing Date: 2008-11-21
  • Overseas
• [Patent(Industrial Property Rights)] RNP翻訳制御システムの作成法 (2008)
  • Inventor(s): 齊藤 博英、小林哲大、原知明、井上丹
  • Industrial Property Rights Holder: JST
  • Filing Date: 2008-11-21
  • Overseas