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Elucidation of amplification mechanism of epigenetics through liquid-liquid phase separation

Research Project

Project/Area Number 22KJ3064
Project/Area Number (Other) 22J21167 (2022)
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeMulti-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022)
Section国内
Review Section Basic Section 37010:Bio-related chemistry
Research InstitutionKonan University

Principal Investigator

鶴田 充生  甲南大学, フロンティアサイエンス研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2023-03-08 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2024: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2023: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2022: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords液液相分離現象 / DNA / ペプチド / グアニン四重らせん構造 / エピジェネティック修飾 / 四重らせん構造
Outline of Research at the Start

本研究では、エピジェネティック修飾と液液相分離現象(LLPS)の定量的相関(QREL: Quantitative Relationship of Epigenetic modification - LLPS ability)を解明する。これまでにタンパク質の化学修飾によるLLPSへの影響は多くの報告が挙げられている。その一方で、核酸の化学修飾のLLPSに対する影響についての研究例は数例しかない。そのために、まずモデル核酸やモデルペプチドを用いてLLPSに対するエピジェネティック修飾の効果を検討し、エピジェネティック修飾に依存した生体分子構造安定性とLLPSのQRELについて明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

エピジェネティックな遺伝子制御では、メチル基に代表される微視的な官能基レベルの変化が、クロマチン形成を介し遺伝子発現を劇的に制御して、細胞の分化や運命を決定づける巨視的な効果をもたらす。にもかかわらず、微視的化学変化を巨視的細胞変化に結び付ける分子機構の詳細は明らかではない。さらに、ヘテロクロマチンは液液相分離現象(LLPS)によって可逆的・動的に形成される液滴であることが報告されている。エピジェネティック修飾がヘテロクロマチンの形成にかかわる核酸-タンパク質相互作用やLLPSにおいても重要な役割を果たすと考えられるが、どのような影響を及ぼすかは全く明らかになっていない。これまでに、神経変性疾患である脆弱性X症候群の発症に関わることが知られている遺伝子では、四重らせん構造(G4)を形成可能であることが見出されている。さらにこの遺伝子のG4形成領域の近傍では、高頻度でエピジェネティック修飾が行われている。そこで本研究では、微視的なエピジェネティック修飾と巨視的な液液相分離現象(LLPS)の定量的相関(QREL: Quantitative Relationship of Epigenetic modification - LLPS ability)を解明する。
研究二年目では、初年度に構築したLLPSモデルシステムをより詳細に検討するためにラマン散乱顕微鏡を用いて液滴の形成によって液滴内部に濃縮されているDNAやペプチドの濃度を定量した。この内容は、国際誌にて原書論文として投稿した。さらにこのLLPSモデルシステムを用いて、DNAのメチル化のLLPSに対する効果を検討した。核酸-タンパク質相互作用に対するメチル化の効果も現在、検討をしている。文献調査や実験結果の議論などを進め、研究の推進させるための重要な知見が多く得られた。このように二年目の研究は、おおむね順調に進展している。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の計画では、研究二年目はエピジェネティック修飾の核酸の熱安定性及びLLPSに対する効果の定量を予定していた。核酸の熱安定性に対する効果の定量は、予定通りに達成し様々な知見が得られた。さらには、様々な核酸の二次構造に対するエピジェネティック修飾の影響についても検討した。LLPSに対する効果の定量については測定の一部は達成している。それらの結果を用いて、上記のQRELの解析も開始している。

Strategy for Future Research Activity

エピジェネティック修飾の核酸の熱安定性及びLLPSに対する効果の定量は、研究三年目でも引き続き行う。研究二年目に一部達成しているQRELも行う。これらの知見が細胞内でも反映されるのかを確認するために、細胞を用いたアッセイなども行う。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (18 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results)

  • [Journal Article] Quantification of the concentration in a droplet formed by liquid?liquid phase separation of G-quadruplex-forming RNA2023

    • Author(s)
      Yokosawa Kohei、Tsuruta Mitsuki、Kajimoto Shinji、Sugimoto Naoki、Miyoshi Daisuke、Nakabayashi Takakazu
    • Journal Title

      Chemical Physics Letters

      Volume: 826 Pages: 140634-140634

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2023.140634

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Controlling liquid-liquid phase separation of G-quadruplex-forming RNAs in a sequence-specific manner2022

    • Author(s)
      Tsuruta Mitsuki、Torii Takeru、Kohata Kazuki、Kawauchi Keiko、Tateishi-Karimata Hisae、Sugimoto Naoki、Miyoshi Daisuke
    • Journal Title

      Chemical Communications

      Volume: 58 Issue: 93 Pages: 12931-12934

    • DOI

      10.1039/d2cc04366a

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Topology dependent liquid-liquid phase separation of G-quadruplex2024

    • Author(s)
      Mitsuki Tsuruta・Keiko Kawauchi・Naoki Sugimoto・Daisuke Miyoshi
    • Organizer
      Supra FIBER International Summit for Nucleic Acids
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effect of G-quadruplex topology on liquid-liquid phase separation with cationic peptide2024

    • Author(s)
      鶴田充生・川内敬子・三好大輔
    • Organizer
      日本化学会 第104春季年会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] エピジェネティック修飾によるDNAグアニン四重鎖構造が誘起する相分離に対する影響2023

    • Author(s)
      鶴田充生・川内敬子・杉本直己・三好大輔
    • Organizer
      第49回生体分子科学討論会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Epigenetic modification regulates liquid-liquid phase separation induced by G-quadruplex via structure transition2023

    • Author(s)
      Mitsuki Tsuruta・Takeru Torii・Keiko Kawauchi・Naoki Sugimoto・Daisuke Miyoshi
    • Organizer
      Nucleosides, Nucleotides and Oligonucleotides Gordon Research Conference, [Epigenetic modification regulates liquid-liquid phase separation induced by G-quadruplex via structure transition
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Liquid-liquid phase separation of G-quadruplex regulated by DNA cytosine methylation2023

    • Author(s)
      Mitsuki Tsuruta・Takeru Torii・Keiko Kawauchi・Naoki Sugimoto・Daisuke Miyoshi
    • Organizer
      FIBER International Summit for Nucleic Acids 2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] グアニン四重鎖構造が誘起する相分離に対するエピジェネティック修飾の影響2023

    • Author(s)
      鶴田充生・取井猛流・川内敬子・杉本直己・三好大輔
    • Organizer
      第72回高分子討論会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] DNAの四重らせん構造が誘起する相分離に対するエピジェネティック修飾の影響の検討2023

    • Author(s)
      鶴田充生・取井猛流・川内敬子・杉本直己・三好大輔
    • Organizer
      第17回バイオ関連化学シンポジウム
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 液液相分離に対するDNA反復拡張により誘起されるシトシンメチル化の影響2023

    • Author(s)
      鶴田充生・取井猛流・川内敬子・杉本直己・三好大輔
    • Organizer
      第1回異分野融合若手研究者の会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Liquid-liquid phase separation of G-quadruplex is tuned by DNA cytosine methylation2023

    • Author(s)
      Mitsuki Tsuruta・Takeru Torii・Keiko Kawauchi・Naoki Sugimoto・Daisuke Miyoshi
    • Organizer
      The 50th International Symposium on Nucleic Acids Chemistry,
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] エピジェネティック修飾のメチル化はDNAグアニン四重鎖とアルギニンリッチなペプチドによる液滴形成を抑制する2023

    • Author(s)
      itsuki Tsuruta, Takeru Torii, Kazuki Kohata, Keiko Kawauchi, Hisae Tateishi-Karimata, Naoki Sugimoto, and Daisuke Miyoshi
    • Organizer
      日本化学会 第103春季年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Development for regulation method of phase separation induced by nucleic acid which causes neurodegenerative diseases2022

    • Author(s)
      itsuki Tsuruta, Takeru Torii, Kazuki Kohata, Keiko Kawauchi, Hisae Tateishi-Karimata, Naoki Sugimoto, and Daisuke Miyoshi
    • Organizer
      第11回国際被嚢動物学会議
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Dissolution of RNA G-quadruplex droplet via nucleic acid structure transition2022

    • Author(s)
      itsuki Tsuruta, Takeru Torii, Kazuki Kohata, Keiko Kawauchi, Hisae Tateishi-Karimata, Naoki Sugimoto, and Daisuke Miyoshi
    • Organizer
      XXIV International Table on nucleosides, nucleotides and Nucleic acids
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] グアニン四重らせん構造が形成する液滴の核酸配列特異的制御2022

    • Author(s)
      itsuki Tsuruta, Takeru Torii, Kazuki Kohata, Keiko Kawauchi, Hisae Tateishi-Karimata, Naoki Sugimoto, and Daisuke Miyoshi
    • Organizer
      第16回バイオ関連化学シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Redissolution of Nucleic Acid-containing Droplet via Nucleic Acid Secondary Structure Transition2022

    • Author(s)
      itsuki Tsuruta, Takeru Torii, Kazuki Kohata, Keiko Kawauchi, Hisae Tateishi-Karimata, Naoki Sugimoto, and Daisuke Miyoshi
    • Organizer
      第12回CSJ化学フェスタ2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Redissolution of RNA G-quadruplex droplet via nucleic acid secondary structure transition2022

    • Author(s)
      itsuki Tsuruta, Takeru Torii, Kazuki Kohata, Keiko Kawauchi, Hisae Tateishi-Karimata, Naoki Sugimoto, and Daisuke Miyoshi
    • Organizer
      The 49th International Symposium on Nucleic Acids Chemistry
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Nucleic acid secondary structure transition regulates liquid-liquid phase separation2022

    • Author(s)
      itsuki Tsuruta, Takeru Torii, Kazuki Kohata, Keiko Kawauchi, Hisae Tateishi-Karimata, Naoki Sugimoto, and Daisuke Miyoshi
    • Organizer
      ナノバイオ交流会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report

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Published: 2022-04-28   Modified: 2024-12-25  

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