脳機能におけるグアニン四重鎖DNA可塑性/弾性のマルチスケール解析

• Project Area: Constructive understanding of multi-scale dynamism of neuropsychiatric disorders
• Project/Area Number: 21H00207
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 塩田 倫史 熊本大学, 発生医学研究所, 教授 (00374950)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2022: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2021: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
• Keywords: グアニン四重鎖 / 神経機能 / DNA 可塑性 / ヘテロクロマチン / RNA エングラム / mRNA / ストレス顆粒

Outline of Research at the Start

本研究では、DNA高次構造である「グアニン四重鎖 (G-quadruplex; G4) 」 認識フラグメント (BG4) を神経細胞に発現させることで、内在性の G4 構造を生理的に同定する革新的技術を用い、「G4 構造による DNA 可塑性/弾性 (G4DNA plasticity/elasticity) が記憶の分子階層を担うこと」を実証する。神経細胞における刺激依存性 G4 構造変化のゲノムマッピング、生細胞 G4 構造イメージングを行う。 DNA に可塑性/弾性が存在すること、また、それらが脳神経細胞における遺伝子発現を制御し、学習・記憶機能に関与することが実証できれば、生物学において画期的な発見となる。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、DNA高次構造である「グアニン四重鎖 (G-quadruplex; G4) 」 認識フラグメント (BG4) を神経細胞に発現させることで、内在性の G4 構造を生理的に同定する革新的技術を用い「G4 構造による DNA 可塑性/弾性 (G4DNA plasticity/elasticity) が記憶の分子階層を担うこと」を実証する。神経細胞における刺激依存性 G4 構造変化のゲノムマッピング、生細胞 G4 構造イメージングを行う。 DNA に可塑性/弾性が存在すること、また、それらが脳神経細胞における遺伝子発現を制御し、学習・記憶機能に関与することが実証できれば、生物学において画期的な発見となる。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] RNA G-quadruplex organizes stress granule assembly through DNAPTP6 in neurons (2023)
  • Author(s): Asamitsu Sefan、Yabuki Yasushi、Matsuo Kazuya、Kawasaki Moe、Hirose Yuki、Kashiwazaki Gengo、Chandran Anandhakumar、Bando Toshikazu、Wang Dan Ohtan、Sugiyama Hiroshi、Shioda Norifumi
  • Journal Title: Science Advances Volume: 9 Issue: 8
  • DOI: 10.1126/sciadv.ade2035
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] α‐Synuclein decoy peptide protects mice against α‐synuclein‐induced memory loss (2023)
  • Author(s): Guo Qingyun、Kawahata Ichiro、Jia Wenbin、Wang Haoyang、Cheng An、Yabuki Yasushi、Shioda Norifumi、Fukunaga Kohji
  • Journal Title: CNS Neuroscience & Therapeutics Volume: Online ahead of print. Issue: 6 Pages: 1-14
  • DOI: 10.1111/cns.14120
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Small molecule-based detection of non-canonical RNA G-quadruplex structures that modulate protein translation (2022)
  • Author(s): Yousuke Katsuda, Shin-ichi Sato, Maimi Inoue, Hisashi Tsugawa, Takuto Kamura, Tomoki Kida, Rio Matsumoto, Sefan Asamitsu, Norifumi Shioda, Shuhei Shiroto, Yoshiki Oosawatsu, Kenji Yatsuzuka, Yusuke Kitamura, Masaki Hagihara, Toshihiro Ihara and Motonari Uesugi
  • Journal Title: Nucleic Acids Research Volume: 50 Issue: 14 Pages: 8143-8153
  • DOI: 10.1093/nar/gkac580
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 5-Aminolevulinic acid antiviral efficacy against SARS-CoV-2 omicron variant in vitro (2022)
  • Author(s): Ngwe Tun Mya Myat、Sakura Takaya、Sakurai Yasuteru、Kurosaki Yohei、Inaoka Daniel Ken、Shioda Norifumi、Smith Chris、Yasuda Jiro、Morita Kouichi、Kita Kiyoshi
  • Journal Title: Tropical Medicine and Health Volume: 50 Issue: 1 Pages: 6-6
  • DOI: 10.1186/s41182-022-00422-7
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Antiviral activity of 5-aminolevulinic acid against variants of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (2022)
  • Author(s): Ngwe Tun Mya Myat、Sakura Takaya、Sakurai Yasuteru、Kurosaki Yohei、Inaoka Daniel Ken、Shioda Norifumi、Yasuda Jiro、Kita Kiyoshi、Morita Kouichi
  • Journal Title: Tropical Medicine and Health Volume: 50 Issue: 1 Pages: 6-6
  • DOI: 10.1186/s41182-021-00397-x
  • NAID: 120007190850
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Father-to-offspring transmission of extremely long NOTCH2NLC repeat expansions with contractions: genetic and epigenetic profiling with long-read sequencing (2021)
  • Author(s): Fukuda H, Yamaguchi D, Nyquist K, Yabuki Y, Miyatake S, Uchiyama Y, Hamanaka K, Saida K, Koshimizu E, Tsuchida N, Fujita A, Mitsuhashi S, Ohbo K, Satake Y, Sone J, Doi H, Morihara K, Okamoto T, Takahashi Y, Wenger AM, Shioda N, Tanaka F, Matsumoto N, Mizuguchi T
  • Journal Title: Clin Epigenetics Volume: 13 Issue: 1 Pages: 204-204
  • DOI: 10.1186/s13148-021-01192-5
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Potential roles of G-quadruplex structures in RNA granules for physiological and pathological phase separation (2021)
  • Author(s): Asamitsu Sefan、Shioda Norifumi
  • Journal Title: The Journal of Biochemistry Volume: mvab018 Issue: 5 Pages: 527-533
  • DOI: 10.1093/jb/mvab018
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Cav3.1 t‐type calcium channel is critical for cell proliferation and survival in newly generated cells of the adult hippocampus (2021)
  • Author(s): Yabuki Yasushi、Matsuo Kazuya、Yu Mengze、Xu Jing、Sakimura Kenji、Shioda Norifumi、Fukunaga Kohji
  • Journal Title: Acta Physiologica Volume: e13613 Issue: 1
  • DOI: 10.1111/apha.13613
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Pathophysiological significance of G-quadruplexes in neurobiology (2023)
  • Author(s): Norifumi Shioda
  • Organizer: G4 webinar
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 神経疾患におけるグアニン四重鎖の細胞内機能 (2022)
  • Author(s): 塩田倫史
  • Organizer: NEURO2022
• [Presentation] グアニン四重鎖の神経生物学的機能の解明を目指して (2022)
  • Author(s): 塩田倫史
  • Organizer: 2022年度 若手支援技術講習会
  • Invited
• [Presentation] 神経疾患の新しい治療標的 ～グアニン四重鎖～ (2021)
  • Author(s): 塩田 倫史
  • Organizer: 第44回日本神経科学大会・CJK第1回国際会議
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 神経生物学におけるDNA・RNA 高次構造の機能解明を目指して. (2021)
  • Author(s): 塩田 倫史
  • Organizer: 日本ケミカルバイオロジー学会第15回年会
  • Invited