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細胞内外で活性を切り替える機能性核酸の創製

Publicly Offered Research

Project AreaDevelopment of Molecular Robots equipped with sensors and intelligence
Project/Area Number 15H00813
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

真嶋 司  京都大学, エネルギー理工学研究所, 助教 (20707426)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2017-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2016)
Budget Amount *help
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2016: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2015: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Keywordsリボザイム / アプタマー / 四重鎖核酸 / カリウムイオン / NMR
Outline of Annual Research Achievements

我々はr(GGAGGAGGAGG)配列のRNA、R11がカリウムイオン(K+)の無い水溶液中では伸びた立体構造をとること、一方で細胞内環境に相当するK+濃度下においては、K+を中心に配位したコンパクトな四重鎖構造を形成することを見出している。我々はR11のこの特徴に着目し、ハンマーヘッド型リボザイムを2つのサブユニットに分割して、R11の両端にそれぞれを連結させた四重鎖ハンマーヘッド型リボザイム (QHR)を設計した。QHRはK+存在下で活性が高く、K+非存在下で活性が低い。これはK+非存在下ではR11部分が伸びた構造となるためにサブユニット間が離ればなれになって活性を十分に発揮できず、一方K+存在下ではR11の四重鎖構造の形成に伴い、サブユニット同士が接近して活性部位の構造が再形成されることで、活性が復活したのだと考えられる。
平成28年度はK+による活性のスイッチング機構を、HIVの転写促進因子Tatタンパク質と高い親和性で結合するTatアプタマー分子に適用させることを試みた。我々は過去にTatアプタマーの立体構造とTatとの相互作用部位を明らかにしており、この情報を基にTatアプタマーを2つのサブユニットに分割し、R11の両端にそれぞれのサブユニットを連結させた、四重鎖Tat捕捉アプタマー(QTAp)を設計した。蛍光標識したTat由来ペプチドを用いた実験により、このQTApは100 mM ナトリウムイオン 条件下ではTat捕捉活性を発揮せず、100 mM K+条件下でTatを捕捉することを見出した。
細胞の内側と外側は大きく異なる環境であり、細胞外におけるカリウムイオン(K+)濃度は約5 mMであるのに対し、細胞内では約100 mMである。我々の創製したQHRおよびQTApはK+を感知して、その機能を細胞の内外で自律的にスイッチすることが期待される。これを検証すべく、生細胞内に導入した核酸のNMRスペクトルを検出する方法論の開発を進めた。その結果、ヒト生細胞内の核酸のNMR信号を捉えることに初めて成功した。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • Research Products

    (24 results)

All 2016 2015

All Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 5 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (19 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results)

  • [Journal Article] Arid5a regulates naive CD4+ T cell fate through selective stabilization of Stat3 mRNA2016

    • Author(s)
      Masuda, K., Ripley, B., Nyati, K., Dubey, P., Zaman, M., Hanieh, H., Hoga, M., Yamashita, K., Standley, D., Mashima, T., Katahira, M., Okamoto, T., Matsuura, Y., Takeuchi, O. and Kishimoto, T.
    • Journal Title

      Journal of Experimental Medicine

      Volume: 213 Issue: 4 Pages: 605-619

    • DOI

      10.1084/jem.20151289

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] The binding specificity of translocated in liposarcoma/fused in sarcoma with lncRNA transcribed from the promoter region of cyclin D12016

    • Author(s)
      Yoneda, R., Suzuki, S., Mashima, T., Kondo, K., Nagata, T., Katahira, M. and Kurokawa, R.
    • Journal Title

      Cell Biosci.

      Volume: 6(4) Issue: 1 Pages: 1-12

    • DOI

      10.1186/s13578-016-0068-8

    • NAID

      120005763383

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] K+-responsive off-to-on switching of hammerhead ribozyme through dual G-quadruplex formation requiring no heating and cooling treatment2015

    • Author(s)
      Yamaoki Y, Nagata T, Mashima T, Katahira M
    • Journal Title

      Biochemical and biophysical research communications

      Volume: 468(1-2) Issue: 1-2 Pages: 27-31

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2015.10.173

    • NAID

      120005712951

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Bifacial Base-Pairing Behaviors of 5-Hydroxyuracil DNA Bases Both through Hydrogen Bonding and Metal Coordination2015

    • Author(s)
      Takezawa, Y., Nishiyama K., Mashima T., Katahira, M. and Shionoya, M.
    • Journal Title

      Chemistry

      Volume: 21 Issue: 42 Pages: 14713-14716

    • DOI

      10.1002/chem.201502772

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Crosslinking reactions of 4-amino-6-oxo-2-vinylpyrimidine with guanine derivatives and structural analysis of the adducts2015

    • Author(s)
      S.Kusano, S. Ishiyama,Sik Lok Lam, T. Mashima, M. Katahira, K. Miyamoto, M. Aida, F. Nagatsugi
    • Journal Title

      Nucl.Acids Res

      Volume: 43 Issue: 16 Pages: 7717-7730

    • DOI

      10.1093/nar/gkv797

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 三者複合体形成によってテロメア短縮をもたらすTLS/FUSのテロメアDNAおよびTERRA認識機構に関するNMR解析2016

    • Author(s)
      近藤敬子, 真嶋司, 大吉崇文, 永田崇, 片平正人
    • Organizer
      第39回日本分子生物学会年会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜、神奈川県
    • Year and Date
      2016-11-30
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 非コードRNAと結合してcyclin D1転写を抑制するTLS/FUSのRNA認識機構の構造学的基盤2016

    • Author(s)
      真嶋司, 小澤駿介, 近藤敬子, Nesreen Hamad, 米田竜馬, 黒川理樹, 永田崇, 片平正人
    • Organizer
      第39回日本分子生物学会年会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜、神奈川県
    • Year and Date
      2016-11-30
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] プリオンタンパク質とプリオンタンパク質を標的とする RNA 分子の Aβ線維化への影響2016

    • Author(s)
      M. Iida, T. Mashima, Y. Yamaoki, T. Nagata, M. Katahira
    • Organizer
      生物物理学会第54回年会
    • Place of Presentation
      生物物理学会第54回年会
    • Year and Date
      2016-11-25
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Cyclin D1遺伝子転写抑制やテロメア長制御に関わる TLS/FUS タンパク質と非コード核酸間の相互作用のNMR法による解析2016

    • Author(s)
      近藤敬子, 真嶋司, 大吉崇文, 米田竜馬, 黒川理樹, 永田崇, 片平正人
    • Organizer
      第55回NMR討論会
    • Place of Presentation
      広島国際会議場、広島県
    • Year and Date
      2016-11-16
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] C:G塩基対を選択的に認識する人工塩基を含む三重鎖DNAの構造解析2016

    • Author(s)
      真嶋司、岡村秀紀、王磊、谷口陽祐、佐々木茂貴、片平正人
    • Organizer
      第55回NMR討論会
    • Place of Presentation
      広島国際会議場、広島県
    • Year and Date
      2016-11-16
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] リグノセルロースバイオリファイナリーのためのリグニン・ペプチド間相互作用解析2016

    • Author(s)
      山口亜佐子,末富高志,大城理志,徳永有希,西村裕司,永田崇,真嶋司,片平正人,礒﨑勝弘,高谷光,中村正治,渡辺隆司
    • Organizer
      第61回リグニン討論会
    • Place of Presentation
      京都大学、京都府
    • Year and Date
      2016-10-27
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Non-coding RNA/DNA recognition by TLS/FUS that causes repression of cyclin D1 transcription and telomere elongation2016

    • Author(s)
      K. Kondo, T. Mashima, T. Oyoshi, R. Yoneda, R. Kurokawa, T. Nagata, M. Katahira
    • Organizer
      The 43rd International Symposium on Nucleic Acids Chemistry
    • Place of Presentation
      熊本大学、熊本県
    • Year and Date
      2016-09-27
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] カリウムイオン応答性Tat結合RNAアプタマーおよびハンマーヘッドリボザイムの創製および in-cell NMR法による細胞内核酸の観測2016

    • Author(s)
      山置佑大, 清石彩華, 真嶋司, 加納ふみ, 村田昌之, 永田崇, 片平正人
    • Organizer
      第10回バイオ関連化学シンポジウム
    • Place of Presentation
      県立音楽堂、石川県
    • Year and Date
      2016-09-07
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] NMR studies of non-coding RNA and DNA recognition by TLS/FUS which induces transcriptional repression of cyclin D1 and telomere shortening2016

    • Author(s)
      K. Kondo, T. Mashima, T. Oyoshi, R. Yoneda, R. Kurokawa, T. Nagata, M. Katahira
    • Organizer
      The XXVIIth International Conference on Magnetic Resonance in Biological Systems
    • Place of Presentation
      京都国際会館、京都府
    • Year and Date
      2016-08-21
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] K+-responsive activation of ribozyme system via structural transition from duplex to dual-quadruplex requiting no heating and cooling treatment2016

    • Author(s)
      Y. Yamaoki, T. Mashima, T. Nagata, M. Katahira
    • Organizer
      The XXVIIth International Conference on Magnetic Resonance in Biological Systems
    • Place of Presentation
      京都国際会館、京都府
    • Year and Date
      2016-08-21
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] K+-responsive activation of dual-quadruplex forming ribozyme system requiring no heating and cooling treatment2016

    • Author(s)
      Y. Yamaoki, T. Mashima, T. Nagata, M. Katahira
    • Organizer
      The 21st Annual Meeting of the RNA Society
    • Place of Presentation
      京都国際会館、京都府
    • Year and Date
      2016-06-28
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] NMR analysis of the recognition of non-coding RNA and DNA by TLS/FUS which causes transcriptional repression of cyclin D1 1 and telomere shorteningThe 21st Annual Meeting of the RNA Society2016

    • Author(s)
      T. Mashima. K. Kondo, T. Oyoshi, R. Yoneda, R. Kurokawa, T. Nagata, M. Katahira
    • Organizer
      The 21st Annual Meeting of the RNA Society
    • Place of Presentation
      京都国際会館、京都府
    • Year and Date
      2016-06-28
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] プリオン蛋白質とそれを標的とする RNA 分子の Aβ線維化への影響2016

    • Author(s)
      飯田真美子, 真嶋司, 山置佑大, 永田崇, 片平正人
    • Organizer
      第16回日本蛋白質科学会年会
    • Place of Presentation
      福岡国際会議場、福岡県
    • Year and Date
      2016-06-07
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Cyclin D1転写抑制を担う TLS/FUS タンパク質と非コードRNA の相互作用の NMR 法による解析2016

    • Author(s)
      真嶋司, 小澤駿介, 近藤敬子, 永田崇, 黒川理樹, 片平正人
    • Organizer
      第16回日本蛋白質科学会年会
    • Place of Presentation
      福岡国際会議場、福岡県
    • Year and Date
      2016-06-07
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Development of the selective crosslinking reactions to 8-oxoguanine2015

    • Author(s)
      Nagatsugi, F., Kusano, S., Ishiyama, S., Lam, S. L., Mashima, T. and Katahira, M.
    • Organizer
      The 42nd International Symposium on Nucleic Acids Chemistry
    • Place of Presentation
      Egret Himeji, Himeji-shi, Hyogo
    • Year and Date
      2015-09-23
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] NMR study of the recognition of non-coding RNA and DNA by TLS/FUS, a key regulator of cyclin D12015

    • Author(s)
      Kondo, K., Mashima, T., Oyoshi, T., Kurokawa, R., Nagata, T. and Katahira, M.
    • Organizer
      The 42nd International Symposium on Nucleic Acids Chemistry
    • Place of Presentation
      Egret Himeji, Himeji-shi, Hyogo
    • Year and Date
      2015-09-23
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] カリウムイオンを認識して活性がスイッチングするTat結合RNAアプタマーおよびハンマーヘッドリボザイムの創製2015

    • Author(s)
      山置 佑大、真嶋 司、永田 崇、片平 正人
    • Organizer
      第9回バイオ関連化学シンポジウム
    • Place of Presentation
      熊本大学工学部, 熊本県熊本市
    • Year and Date
      2015-09-10
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 異常型プリオン蛋白質の産生を抑制する四重鎖核酸の構造解析2015

    • Author(s)
      真嶋 司、西川 富美子、鎌足 雄司、永田 崇、西川 諭、桑田 一夫、片平 正人
    • Organizer
      第9回バイオ関連化学シンポジウム
    • Place of Presentation
      熊本大学工学部, 熊本県熊本市
    • Year and Date
      2015-09-10
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 転写抑制やテロメア短縮を引き起こすTLS/FUSと長鎖非コードRNAおよびDNAとの結合の構造基盤2015

    • Author(s)
      近藤 敬子、真嶋 司、大吉 崇文、黒川 理樹、永田 崇、片平 正人
    • Organizer
      第17回RNAミーティング
    • Place of Presentation
      ホテルライフォート札幌, 北海道札幌市
    • Year and Date
      2015-07-15
    • Related Report
      2015 Annual Research Report

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Published: 2015-04-16   Modified: 2018-03-28  

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