細胞核内のアクチン繊維によるゲノム機能制御のメカニズム解明と応用展開
| Project/Area Number |
21H02151
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 38060:Applied molecular and cellular biology-related
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
原田 昌彦 東北大学, 農学研究科, 教授 (70218642)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
堀籠 智洋 東北大学, 農学研究科, 助教 (10771206)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2021: ¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000)
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| Keywords | 細胞核 / 核内アクチン / ゲノム機能 / クロマチン / テラヘルツ光 |
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| Outline of Research at the Start |
細胞核にもアクチンとアクチンファミリーが存在し、クロマチンの核内配置や移動を司ることで遺伝子発現・DNA損傷修復などのゲノム機能を制御している。我々は、その分子機構の解明を進めると共に、細胞核内のアクチン繊維を人為操作する手法の開発を進めている。たとえば、合成二重環状ペプチドやテラヘルツ(THz)光照射の利用可能性を報告している。本研究では、ゲノム機能制御における核内アクチン繊維とクロマチンの相互作用メカニズムを明らかにすると共に、合成二重環状ペプチドやTHz光を核内アクチン繊維に作用させることで、ゲノム機能制御を人為操作する技術基盤を確立し、農学・医学分野への応用展開を図る。
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| Outline of Annual Research Achievements |
細胞核内のクロマチン構造や核内配置がゲノム機能の制御に重要な役割を果たしている。アクチンとアクチンファミリーは、これまでにも細胞質での機能が知られているが、細胞核内ではクロマチン構造変化や核内配置においても重要や役割を果たしている。我々は、これまでにも遺伝子発現やDNA損傷修復に核内アクチンが関与していることを示している。本研究では、遺伝子発現制御とDNA損傷修復における、核内アクチン繊維とクロマチンの相互作用メカニズムを明らかにし、合成二重環状ペプチドやテラヘルツ光を核内アクチン繊維に作用させることで、ゲノム機能制御の人為操作技術の基盤を確立することを目的としている。これまでの出芽酵母や培養細胞を用いた解析によって、ヒストンバリアントH2A.Zが導入されているゲノム領域と、核内アクチンのクロマチン結合領域での重複が観察された。また、培養細胞にテラヘルツ光を照射することで、細胞質のアクチン繊維形成が促進されること、また細胞周期の細胞質分裂の際に、アクチン収縮管の脱重合が抑制されて細胞質分裂が抑制されることなどが示された。さらに、培養細胞に抗がん剤などを作用させてDNA二重鎖切断を誘導させた状態でテラヘルツ光を細胞に照射することによって、DNA損傷修復を促進させる効果があることも示された。これらの観察結果は、核内アクチンがゲノム機能制御に重要な役割を果たすと共に、テラヘルツ光による核内アクチン制御がゲノム機能の人為制御に有用である可能性を示している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
ヒストンバリアントH2A.Zが導入されているゲノム領域と、核内アクチンのクロマチン結合領域での重複を示すことができた。また、培養細胞にテラヘルツ光を照射することで、細胞質のアクチン繊維形成が促進されること、また細胞周期の細胞質分裂の際に、アクチン収縮管の脱重合が抑制されて細胞質分裂が抑制されることなどが示された。さらに、培養細胞に抗がん剤などを作用させてDNA二重鎖切断を誘導させた状態でテラヘルツ光を細胞に照射することによって、DNA損傷修復を促進させる効果があることを示すことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
ゲノム機能制御におけるアクチンの重要性や、テラヘルツ光による人為制御可能性を示すことができたため、このような現象をさらに詳細に解析すると共に、このような現象を支える分子メカニズムについても解析を進める。
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Report
(1 results)
Research Products
(26 results)
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[Journal Article] 食品研究における放射光のポテンシャル2022
Author(s)
日髙將文、原田昌彦
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Journal Title
KAGAKU TO SEIBUTSU
Volume: 60
Issue: 10
Pages: 499-501
DOI
ISSN
0453-073X, 1883-6852
Year and Date
2022-10-01
Related Report
Peer Reviewed
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[Journal Article] In Vitro-Evolved Peptides Bind Monomeric Actin and Mimic Actin-Binding Protein Thymosin-beta42021
Author(s)
Gubeli RJ, Bertoldo D, Shimada K, Gerhold CB, Hurst V, Takahashi Y, Harada K, Mothukuri GK, Wilbs J, Harata M, Gasser SM, Heinis C.
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Journal Title
ACS Chem Biol
Volume: 16
Issue: 5
Pages: 820-828
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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