新規CRISPR-Cas系酵素の構造解析および作動機構の解明
Project/Area Number |
22KJ0608
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Project/Area Number (Other) |
21J20951 (2021-2022)
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Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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Allocation Type | Multi-year Fund (2023) Single-year Grants (2021-2022) |
Section | 国内 |
Review Section |
Basic Section 38020:Applied microbiology-related
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Research Institution | The University of Tokyo |
Principal Investigator |
中川 綾哉 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
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Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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Budget Amount *help |
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2023: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
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Keywords | CRISPR-Cas / CRISPR-Cas system / RNA編集 / cryo-EM |
Outline of Research at the Start |
最小のRNA依存性RNAヌクレアーゼとして注目を集めているCas13bt3の立体構造を解明することで、Cas13bt3がどのようにしてRNAを特異的に認識し、切断機構を解明する。また、得られた立体構造を基にした合理的な改変によって、RNA編集効率が向上した高活性変異体の作製を目指す。RNA編集技術は、ゲノムを直接書き換えることなく発現タンパク質の形質を変えることができるという点でゲノム編集技術よりも安全であり、本研究は遺伝性疾患に対する革新的な治療法の確立に繋がる。
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Outline of Annual Research Achievements |
申請者は、小型RNA依存性RNAヌクレアーゼであるCas13bt3-crRNA 2者複合体構造、および、Cas13bt3-crRNA-target RNA 3者複合体構造をそれぞれX線結晶構造解析とクライオ電子顕微鏡を用いた単粒子解析という2つの異なる手法を用いて決定した。得られた構造情報から、Cas13bt3はHEPNと呼ばれるヌクレアーゼドメインが、大きく構造変化することによって標的RNAを認識していることがわかった。また、構造情報と動力学シミュレーションの結果を組み合わせることで、Cas13bt3はアクティブサイトループと命名した活性部位近傍に存在するループ構造が活性化に重要であることを明らかにした。これらの標的RNAの認識・切断機構はこれまでに報告されていたCas13aやCas13dの、HEPNドメインの活性部位自体が大きく構造変化をすることによって活性化する機構とは全く異なる機構であった。さらに、得られた構造に基づいた合理的な改変によって、野生型Cas13bt3と比較してよりRNA編集活性が向上した高活性変異体(enCas13bt3/miniCas13bt3)の開発に成功した。これらの変異体は、哺乳類細胞においても高い活性を示した。申請者はこれらの成果をまとめ、筆頭著者としてMolecular Cell誌に報告した。現在は、さらなる高活性変異体の作製に取り組むとともに、作製した変異体を用いて複数の遺伝性疾患の治療応用にむけて検証を行っている。
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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
研究がうまく進行し、すでに論文を国際誌に投稿したため。
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Strategy for Future Research Activity |
さらなる高活性変異体の作製に取り組むとともに、作製した変異体を用いて複数の遺伝性疾患の治療応用にむけて検証を行っている。
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Report
(2 results)
Research Products
(3 results)
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[Journal Article] Amplification-free RNA detection with CRISPR?Cas132021
Author(s)
Shinoda Hajime、Taguchi Yuya、Nakagawa Ryoya、Makino Asami、Okazaki Sae、Nakano Masahiro、Muramoto Yukiko、Takahashi Chiharu、Takahashi Ikuko、Ando Jun、Noda Takeshi、Nureki Osamu、Nishimasu Hiroshi、Watanabe Rikiya
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Journal Title
Communications Biology
Volume: 4
Issue: 1
Pages: 476-476
DOI
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Peer Reviewed / Open Access