ペプチドとの複合化とＲＮＡモチーフの創成によるモチーフ集積型ＲＮＡ酵素の機能創発

• Project Area: Emergent Chemistry of Nano-scale Molecular System
• Project/Area Number: 23111717
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 井川 善也 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70281087)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2012: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2011: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
• Keywords: リボザイム / RNA / バイオモチーフ / RNA結合ペプチド / RNAレセプター

Outline of Annual Research Achievements

RNAは生体内で最も多機能な高分子であり、タンパク質との複合化により、その機能と構造はさらに高度化する。本課題では、H21-22年度の本領域での成果を基盤に、リボソーム（2009年ノーベル化学賞受賞）に代表されるRNA-蛋白質複合体(RNP)の機能構造の構築原理とその進化の実証的解明を目指す。「RNA酵素（リボザイム）」を素材とし、ペプチド・モチーフとの複合化による機能向上、および新規RNAバイオモチーフの進化的創製を行う。具体的な２課題として、課題[1] ペプチド因子の組み込みによるモジュール集積型リボザイムの高機能化、課題[2] モジュール集積型リボザイムを用いた新規RNAバイオモチーフの進化工学による創成、を並行して実施した。H24年度は、課題[1]について、天然のRNA構造体をプラットフォームに用い、コンピュータモデリングによる分子設計と、新規なペプチド因子の化学合成、設計したリボザイムRNAの合成を行い、新規なペプチド連結反応を促進するリボザイムの性能を評価した。その結果、顕著なシングルターンオーバー条件化での反応促進と、一定の多重ターンオーバー化での促進効果を見いだした。だたしその効果については基質ペプチドの種類によって程度に差があった。課題[2]について、昨年度に機能解析を終了したGAACループを認識する新規RNAバイオモチーフの構造解析を生化学的に行った。その結果、新規モチーフは、当初予想した柔らかなinduced-fit型の分子認識でなく、pre-organizeした比較的硬い構造を有する事を見いだした。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] An in vitro-Selected RNA Receptor for the GAAC loop : Modular Receptor for Non-GNRA-Type Tetraloop (2013)
  • Author(s): Junya Ishikawa
  • Journal Title: Nucleic Acids Research Volume: (in press) Issue: 6 Pages: 3748-3759
  • DOI: 10.1093/nar/gkt040
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A two-piece derivative of a group I intron RNA as a platform for designing self-assembling RNA templates to promote peptide ligation (2012)
  • Author(s): T. Tanaka, H. Furuta & Y. Ikawa
  • Journal Title: J. Nucleic Acids Volume: vol. 2012 Pages: 10-10
  • DOI: 10.1155/2012/305867
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] RNA立体構造のボトムアップ構築とリボザイム・リボスイッチの人工改変 (2012)
  • Author(s): 田中貴大、古田弘幸、井川善也
  • Journal Title: Antisense Volume: 16 Pages: 13-23
• [Journal Article] Functional roles of a tetraloop/receptor interacting module in a cyclic-di-GMP riboswitch (2012)
  • Author(s): Y.Fujita, T.Tanaka, H.Furuta, Y.Ikawa
  • Journal Title: J.Biosci.Bioeng. Volume: 113 Issue: 2 Pages: 141-145
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2011.10.004
  • NAID: 110009418659
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Trans-acting RNAs as molecular probes for monitoring time-dependent structural change of an RNA complex adapting two structures (2011)
  • Author(s): Y.Maeda, H.Furuta, Y.Ikawa
  • Journal Title: J.Biosci.Bioeng. Volume: 111 Issue: 3 Pages: 370-376
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2010.11.007
  • NAID: 110008593171
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Turnover Ability of a Designed RNA Acting as a Template for Chemical Peptide Ligation (2011)
  • Author(s): K.Yamashita, N.Kashiwagi, H.Furuta, Y.Ikawa
  • Journal Title: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry Volume: 75 Issue: 10 Pages: 2021-2024
  • DOI: 10.1271/bbb.110255
  • NAID: 130001257631
  • ISSN: 0916-8451, 1347-6947
  • Peer Reviewed
• [Presentation] An in vitro-selected RNA receptor for the GAAC loop: The first modular receptor for non-GNRA-type tetraloop (2013)
  • Author(s): 井川 善也
  • Organizer: 2nd Meeting on RNA and Biofunctions-Asia Study
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2013-01-09
  • Invited
• [Presentation] 2分子型グループIイントロンを用いた自己組織型ペプチド連結鋳型 (2012)
  • Author(s): 田中貴大・古田弘幸・井川善也
  • Organizer: 第6回バイオ関連化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 札幌
  • Year and Date: 2012-09-05
• [Presentation] 2分子型TetrahymenaグループIイントロンを基盤とするペプチド連結システムの構築 (2012)
  • Author(s): 田中貴大・古田弘幸・井川善也
  • Organizer: 第14回日本RNA学会年会
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2012-07-18
• [Presentation] Modular Engineering of a RNA molecular switch controlled by c-diGMP (2011)
  • Author(s): Yoshiya Ikawa
  • Organizer: RNAアジア会議(RNA Asia Studies)
  • Place of Presentation: 台北(台湾)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-11-12
• [Presentation] 人工RNA創製における二刀流のススメ:分子デザインと進化工学 (2011)
  • Author(s): 井川善也
  • Organizer: 生体機能関連化学部会若手の会第23回サマースクール
  • Place of Presentation: 広島(招待講演)
  • Year and Date: 2011-07-22
• [Presentation] Functional roles of a conserved GAAA/receptor interaction in a cyclic di-GMP riboswitch (2011)
  • Author(s): Yoshiya Ikawa, et al
  • Organizer: RNA 2011
  • Place of Presentation: Kyoto
  • Year and Date: 2011-06-15