| Project/Area Number |
22K15033
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 43010:Molecular biology-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
鯨井 智也 東京大学, 定量生命科学研究所, 助教 (70823566)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | cGAS / 自然免疫 / クロマチン / ヌクレオソーム / クライオ電子顕微鏡 / DNA |
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| Outline of Research at the Start |
自然免疫は外来DNAに対する防衛策である一方で、自己と非自己のDNAを適切に区別して応答しなければ自己免疫疾患を引き起こす。本研究では、自己DNAの実態であるクロマチン構造に着目して、クロマチン構造変換による自然免疫の制御機構を明らかにする。そのために、生化学的、構造生物学的手法を駆使して、核内に存在するクロマチン結合因子がクロマチン構造に与える影響と、多様なクロマチン構造と自然免疫DNAセンサーの相互作用を解析する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
生物は、ウイルスなどの外来の核酸に対する防衛機構として、自然免疫を備えている。その中でも、cGAS-STING経路はDNAに対する免疫機構の中で中心的な役割を果たす。この経路では、cGASが外来DNAに対するセンサーとして働き、2次メッセンジャーを合成してSTINGを介して炎症経路を活性化する。これまでにDNAセンサーであるcGASは、染色体を形成したゲノムDNAに対しては不活化され、これにより自己応答を回避されることが明らかになってきた。しかし近年、細胞分裂などの際の染色体の複製エラーによって生じる細胞質中の染色体断片や微小核に対しては活性化し、免疫応答が引き起こされることが明らかになりつつある。そのため、cGASは時と場合に応じて自己ゲノムDNAに対する応答が制御されていると考えられる。本研究では、クロマチン構造においてcGASが制御されるメカニズムの解明を目的として、クライオ電子顕微鏡を用いた立体構造解析と生化学的解析を駆使して研究を推進する。このメカニズムの解明は、自己免疫疾患、老化、がん化、ウイルス感染症など、広範な疾患に対する原因とその治療法への知見を提供すると期待される。これまでに、cGASの制御因子を見出し、cGAS-クロマチン複合体を再構成している。本年度は、再構成したcGASクロマチン複合体の立体構造解析を行った。そして、細胞内でのcGASの状況を可視化する系の確立を進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度は、これまでに見出したcGAS制御因子-cGAS-クロマチン複合体について、クライオ電子顕微鏡を用いた立体構造解析を行った。KriosG4によりデータを収集し、単粒子立体構造解析ソフトウェアRELIONを用いて、粒子を顕微鏡画像より切り出し、平均化、3次元構造解析を行った。この過程で、電子顕微鏡試料の作成に用いる架橋剤の再検討などを行った結果、ヒトのcGASクロマチン複合体の立体構造を決定し、cGAS制御因子によってクロマチン構造が変化することが明らかになった。しかし、cGAS制御因子の構造は可視化されなかった。さらに、細胞内でのcGASの制御機構を解明するため、細胞内cGASを可視化する実験を開始した。GFP融合cGASを細胞において発現させ、GFPシグナルを目印に、GFP-cGAS発現株をセルソータによって分離し、樹立した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、cGAS制御因子がcGASに与える影響を明らかにするため、引き続きcGAS制御因子-cGAS-クロマチン複合体の立体構造解析を行う。cGAS制御因子は電子顕微鏡試料作製のための凍結の際に崩壊していることが予想される。そのため、複合体を安定化して試料を作成するために、電子顕微鏡のグリッドにカーボンなどの膜を貼ったような特殊なグリッドを作成し、再度構造解析を検討する。また、cGAS制御因子はヌクレオソームとcGASの相互作用を変化させることが明らかになったため、高次クロマチン構造形成にcGASとcGAS制御因子が与える影響を、再構成クロマチンを用いて検討する。加えて、GFP-cGAS発現細胞を用いて、細胞内のcGASの動態と機能解析を行う。
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