遺伝子ネットワークを制御する分子の開発と細胞への応用
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21H04705
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 37:Biomolecular chemistry and related fields
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
杉山 弘 京都大学, 高等研究院, 研究員 (50183843)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
板東 俊和 京都大学, 理学研究科, 准教授 (20345284)
ナマシヴァヤム パンディアン 京都大学, 高等研究院, 講師 (20625446)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥42,120,000 (Direct Cost: ¥32,400,000、Indirect Cost: ¥9,720,000)
Fiscal Year 2023: ¥13,000,000 (Direct Cost: ¥10,000,000、Indirect Cost: ¥3,000,000)
Fiscal Year 2022: ¥13,780,000 (Direct Cost: ¥10,600,000、Indirect Cost: ¥3,180,000)
Fiscal Year 2021: ¥15,340,000 (Direct Cost: ¥11,800,000、Indirect Cost: ¥3,540,000)
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| Keywords | 遺伝子発現制御 / ミトコンドリア / AFM解析 / ヌクレオソーム / DNAナノ構造体 / 遺伝子発現 |
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| Outline of Research at the Start |
細胞内でおこる生命現象は、生物学的な構成単位であるヌクレオソーム中のヒストンや核酸塩基の化学修飾よって誘導され、エピジェネティックに制御されている。遺伝子発現機構を分子レベルで解明することができれば、細胞の運命を自在にコントロールし、再生医療や基礎研究への応用が期待できる。本研究申請では、ヌクレオソームを中心とした遺伝子発現の機構を1分子レベルの可視化技術を確立し、我々の構築した「遺伝子スイッチ」の作用を評価する。これらの知見に基づき遺伝子ネットワークを制御するための新たな分子の開発と細胞への応用を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究提案は、ヌクレオソームを中心とした遺伝子発現の機構をDNA塩基配列特異的なピロールーイミダゾールポリアミド分子や1分子レベルの可視化技術を駆使して、遺伝子発現機構やネットワークの解明することを目的とする。そのために、まずヌクレオソームの空間配置やミトコンドリアとの相互作用から生まれる遺伝子発現の動態の可視化と機構の解明を行い、遺伝子ネットワークを制御するための新たな分子の開発と細胞への応用を進めている。
２０２１年度の主な研究成果を以下に挙げる。（１）ミトコンドリアの活性化するポリアミドを設計し、実際に抗体療法の作用を増強できることをマウスレベルで示した。（２）ミトコンドリアDNAの変異を修正するアルキル化ポリアミドを設計し、実際にミトコンドリアDNAの変異の修正が可能であることを示した。（３）DNA origamiを基盤とする単分子観測研究を進め、細胞内でのDNAナノ構造体の光制御法を開発した。 さらに植物で重要な働きをする蛋白の結合を分子レベルで可視化した。一連の技術開発によって細胞内の遺伝子発現を解析評価する研究が進展している。
また、(4) Runx結合配列を標的としたアルキル化ポリアミドによる抗がん作用を解析評価した。(5) GAA繰り返し配列を標的とする環状のポリアミドを合成し評価した。これらの解析結果は、遺伝子発現制御を目指す上で役立つと期待する。これらの研究成果によって、遺伝子発現機構の分子レベルでの解明、並びに、遺伝子ネットワークを制御する機能分子開発が順調に進んでいる。
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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
研究代表者は、DNAナノ構造を活用した一分子観察技術と様々なPIポリアミド誘導体による遺伝子発現制御技術を駆使して、遺伝子発現機構やネットワークの解明を目指している。
令和２０２１年度は、遺伝子発現制御に関する研究展開としてミトコンドリアに注目して研究を行った。ミトコンドリアはATP合成を担う細胞のエンジンとして働く機関であるが、その制御は未知の部分が多い。そこでPIポリアミド誘導体を駆使してミトコンドリアの活性化、および変異の修正などにチャレンジした。これらの結果はそれぞれ研究成果を論文として報告した。また、Runx配列やGAA繰り返し配列を標的とする様々なPIポリアミドconjugatesの開発や、DNA origamiを基盤とするDNAナノ構造体による細胞内応用が進み、遺伝子発現ネットワークの制御に向けた方法論を拓くことができた。なお、令和2021年度にコロナ禍により研究が遅れが生じ研究費繰越が発生した。予期せず起きた計画遅延であったが、結果として本研究期間内で設定している研究目的の達成に与える影響は軽微であった。以上、研究代表者は、遺伝子ネットワークを制御する機能分子やDNAナノ構造体を用いる解析技術を駆使し、本研究目的を当初の計画以上に進展させることができたと考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究代表者は、DNA塩基配列特異的なピロールーイミダゾールポリアミド分子や原子間力顕微鏡を活用して独自の研究を行っている。遺伝子発現の制御や、一分子のDNAやタンパク質の動きを直接観察可能にする独創的な研究開発を進めており、国際共同研究において有効に活用している。また近年、ミトコンドリアDNAやG４高次構造を標的とする蛍光性解析プローブの開発や、ヒト細胞内の疾患性リピート配列を標的とする遺伝子ネットワークの制御法の開発を進めている。現在までの成果を基に遺伝子発現制御技術の実用化を続けている。
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Report
(2 results)
Research Products
(8 results)
