| Project/Area Number |
23K14153
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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 43040:Biophysics-related
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
水内 良 早稲田大学, 理工学術院, 専任講師 (60845535)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | RNA / 自己複製 / 生命の起源 / 前生物化学 / 自己触媒 / 進化 |
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| Outline of Research at the Start |
原始地球で誕生した最初の自己複製体は短い単純なRNAであったと考えられているが、実験的な証拠がない。本研究では、鋳型依存連結反応によって再帰的に自己複製する最小のRNAを構築することで、原始的な自己複製RNAの存在可能性を支持する一つの直接的証拠を提示し、またその進化を探究するための新たな実験モデルを創出する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、鋳型依存連結反応によって再帰的に自己複製する最小のRNAを構築することで、原始的な自己複製RNAの存在可能性を支持する一つの直接的証拠の提示を目指す。鋳型依存連結反応では、鋳型となるRNAが基質 (2種類の短いRNA) の連結を触媒して自身を合成することで、自己複製する。本年度はまず、鋳型依存連結反応で自己複製しうる20塩基程度のRNAとその基質 (2種類の10塩基程度のRNA) のセットを複数設計し、自己複製能力 (自己複製の強さと再帰的複製の可能性) を生化学実験と自己複製方程式を用いて調べた。このとき、連結反応を促進するために、片方の基質RNAの末端には2',3'-環状リン酸を付与して活性化した。同修飾は原始地球に有りえたもっともらしいRNAの活性化機構である。検証の結果、十分に自己複製の程度が高く、かつ再帰的複製の可能性を示す自己複製RNAと基質のセットを一つ見出した。特に、連結反応によって非天然の2'-5'ホスホジエステル結合が生じ、鋳型と連結産物の複合体形成を不安定化させることを見出した。2'-5'ホスホジエステル結合も原始地球のRNAに広く見られたと考えられている。また鋳型に2'-5'ホスホジエステル結合が含まれていても同様に連結反応の触媒と非天然結合の形成が起きたため、完全な自己複製が実現された。このRNAはこれまでに知られていた最小の自己複製RNAの1/3 以下の長さである。一方で、再帰的複製は部分的であり、持続的な複製はまだ達成されていない。様々な実験から、特に基質RNA同士の結合と2',3'-環状リン酸の加水分解が問題であることが示唆された。そこで今後は、上記の自己複製RNAを基にさらに配列構造の改変を行い、また環境条件を最適化することで、鋳型依存連結反応によって持続的に自己複製する最小RNAの開発を試みる。
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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
当初の予定であった最小の自己複製RNAが得られたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度に見つかった最小自己複製RNAを基に、持続的に複製が可能な配列構造と環境条件を探索する。その後、多様な基質RNAを用いて、自己複製RNAが進化していく可能性も検証する。
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