新規トランスジェニック細胞樹立の基盤技術確立と合成生物学への応用

• Project Area: Synthetic biology for the comprehension of biomolecular networks
• Project/Area Number: 24119506
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: 野村 渉 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 准教授 (80463909)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥14,040,000 (Direct Cost: ¥10,800,000、Indirect Cost: ¥3,240,000); Fiscal Year 2013: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000); Fiscal Year 2012: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000)
• Keywords: タンパク質 / 合成生物学 / ゲノム編集 / DNA / ヌクレアーゼ / ゲノム修飾 / ケミカルバイオロジー / 蛋白質 / ゲノム / 遺伝子 / 酵素 / 分子進化

Research Abstract

Synthetic Biology（合成生物学）の分野では，細胞を部品の集合であると考え，それらの部品を人工的なものに置き換えてみる，もしくは完全な人工物で集合体（細胞・広い意味での生物）を組み上げる（再構成する）研究が進んでおり，細胞ベースの優れた技術を生み出す領域としての役割も担う。細胞の構成要素としてのゲノムは，普遍的遺伝情報を格納する場としてその他の生体高分子の成り立ちにも大きく影響をもつ。従って，ゲノムを自在に操作および制御する技術が，合成生物学研究，特に哺乳類細胞における研究の発展に大きく貢献すると期待される。
ゲノムに対する人為的な制御を可能とするためには30億塩基対から構成されるヒトゲノム配列に対して標的となるDNA配列に対して高い特異性で結合するタンパク質が必要となる。これを用いてエフェクタードメインを融合させ，酵素機能を有する機能分子を創製することができ，かつタンパク質発現系を利用して細胞内で作用させることができる。
DNA切断反応を用いたゲノム編集技術によって内因性遺伝子に自在にトランス遺伝子や変異を導入できる。本研究では，ジンクフィンガーヌクレアーゼ（ZFN）を用いたトランスジェニック（ノックアウト）細胞樹立を行い，テロメア伸長酵素であるhTERT遺伝子のプロモーター領域を標的としたゲノム編集に成功した。他の標的としてこれまでノックアウトマウスの作製が困難であったASH1遺伝子（耐性致死）のエクソン配列を標的とし，それぞれZFNによる配列特異的なDNA切断による変異導入で標的箇所をゲノム編集した細胞を得ることに成功した。また，標的遺伝子部分を特異的に組み換えるDNA組換え酵素（ZFR）を用いた研究では目的とする欠損配列を生成させることに成功した。以上の結果は哺乳類細胞での内因性遺伝子に対するエンジニアリング技術基盤の確立につながると考えられる。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] A CD4 Mimic as an HIV Entry Inhibitors: Pharmacokinetics (2013)
  • Author(s): Hashimoto, C., Narumi, T., Otsuki, H., Hirota, Y., Arai, H., Yoshimura, K., Harada, S., Ohashi, N., Nomura, W., Miura, T., Igarashi, T., Matsuhita, S., Tamamura, H.
  • Journal Title: Bioorg. Med. Chem. Volume: 21 Issue: 24 Pages: 7884-7889
  • DOI: 10.1016/j.bmc.2013.10.005
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] CXCR4-derived synthetic peptides inducing anti-HIV-1 antibodies. (2013)
  • Author(s): Hashimoto C, Nomura W, Narumi T, Fujino M, Nakahara T, Yamamoto N, Murakami T, Tamamura H.
  • Journal Title: Bioorg. Med. Chem. Volume: 21 Issue: 22 Pages: 6878-6885
  • DOI: 10.1016/j.bmc.2013.09.037
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Anti-HIV-1 Peptide Derivatives Based on the HIV-1 Co-receptor CXCR4. (2013)
  • Author(s): Hashimoto C, Nomura W, Narumi T, Fujino M, Tsutsumi H, Haseyama M, Yamamoto N, Murakami T, Tamamura H.
  • Journal Title: ChemMedChem Volume: 8 Issue: 10 Pages: 1668-1672
  • DOI: 10.1002/cmdc.201300289
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cell-Permeable Stapled Peptides Based on HIV-1 Integrase Inhibitors Derived from HIV-1 Gene Products. (2013)
  • Author(s): Nomura W, Aikawa H, Ohashi N, Urano E, Metifiot M, Fujino M, Maddali K, Ozaki T, Nozue A, Narumi T, Hashimoto C, Tanaka T, Pommier Y, Yamamoto N, Komano JA, Murakami T, Tamamura H.
  • Journal Title: ACS Chem. Biol. Volume: 8 Issue: 10 Pages: 2235-2244
  • DOI: 10.1021/cb400495h
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Peptide-based Ligand Screening and Functional Analysis of Protein Kinase C (2013)
  • Author(s): Ohashi, N., Nomura, W., Narumi, T., Tamamura, H.
  • Journal Title: Biopolymers: Peptide Science Volume: 100 Issue: 6 Pages: 613-620
  • DOI: 10.1002/bip.22324
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Multimerized CHR-Derived Peptides as HIV-1 Fusion Inhibitors. (2013)
  • Author(s): Nomura W, Hashimoto C, Suzuki T, Ohashi N, Fujino M, Murakami T, Yamomoto N, Tamamura H.
  • Journal Title: Bioorg. Med. Chem. Volume: 21 Issue: 15 Pages: 4452-4458
  • DOI: 10.1016/j.bmc.2013.05.060
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Low Molecular Weight CXCR4 Ligands with Variable Spacers. (2013)
  • Author(s): Narumi, T., Aikawa, H., Tanaka, T., Hashimoto、C., Ohashi, N., Nomura, W., Kobayakawa, T., Takano, H., Hirota, Y., Murakami, T., Yamamoto, N. and Tamamura, H.
  • Journal Title: ChemMedChem Volume: 8 Issue: 1 Pages: 118-124
  • DOI: 10.1002/cmdc.201200390
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] CD4 mimics as HIV entry inhibitors: Lead optimization studies of the aromatic substituents. (2012)
  • Author(s): Narumi T, Arai H, Yoshimura K, Harada S, Hirota Y, Ohashi N, Hashimoto C, Nomura W, Matsushita S, Tamamura H
  • Journal Title: Bioorg. Med. Chem. Volume: 21 Pages: 2518-2526
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pharmacophore-Based Small Molecule CXCR4 Ligands. (2012)
  • Author(s): Narumi, T., Tanaka, T., Hashimoto, C., Nomura, W., Aikawa, H., Sohma, A., Itotani, K., Kawamata, K., Murakami, T., Yamamoto, N. and Tamamura, H.
  • Journal Title: Bioorg.Med. Chem. Lett. Volume: 22 Issue: 12 Pages: 4169-4172
  • DOI: 10.1016/j.bmcl.2012.04.032
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Evaluation of a Synthetic C34 Trimer of HIV-1 gp41 as AIDS Vaccines (2012)
  • Author(s): Hashimoto, C., Nomura, W., Ohya, A., Urano, E., Miyauchi, K., Narumi, T., Aikawa, H., Komano, J.A., Yamamoto, N., Tamamura, H.
  • Journal Title: Bioorg.Med.Chem. Volume: (in press) Issue: 10 Pages: 3287-3291
  • DOI: 10.1016/j.bmc.2012.03.050
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 人工酵素によるゲノム編集工学とその応用、可能性 (2014)
  • Author(s): 野村渉
  • Organizer: 日本薬学会第134年会
  • Place of Presentation: ホテル日航熊本
  • Invited
• [Presentation] ジンクフィンガー融合酵素による遺伝子発現制御法の開発 (2013)
  • Author(s): 野村渉
  • Organizer: 日本薬学会第133年会
  • Place of Presentation: 横浜市
  • Year and Date: 2013-03-27
  • Invited
• [Presentation] ジンクフィンガーヌクレアーゼによるテロメア活性の制御 (2013)
  • Author(s): 野村渉、増田朱美、玉村啓和
  • Organizer: 第7回バイオ関連化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 名古屋大学東山キャンパス
• [Presentation] Effects of Zinc Finger Nucleases Targeting Telomerase Promoter Region (2013)
  • Author(s): Wataru Nomura, Akemi Masuda, Hirokazu Tamamura
  • Organizer: The 2nd Annual Conference of the International Chemical Biology Society
  • Place of Presentation: 京都大学紫蘭会館
• [Presentation] DNA Modification Enzymes Utilizing Sequence-Specificity of Zinc Finger Domains (2013)
  • Author(s): Wataru Nomura, Hirokazu Tamamura
  • Organizer: CBI学会2013年大会
  • Place of Presentation: 船堀タワーホール
• [Presentation] Creation of Zinc Finger Nucleases Targeting Telomerase Promoter Region (2013)
  • Author(s): Wataru Nomura, Akemi Masuda, Hirokazu Tamamura
  • Organizer: 4th Asia-Pacific International Peptide Symposium
  • Place of Presentation: ホテル阪急エキスポパーク
• [Presentation] Development of Peptide-derived Molecular Probes and Inhibitors Based on the Interactions with Biomacromolecules (2013)
  • Author(s): Wataru Nomura
  • Organizer: 4th Asia-Pacific International Peptide Symposium
  • Place of Presentation: ホテル阪急エキスポパーク
  • Invited
• [Presentation] テロメラーゼプロモーター領域を標的としたゲノム編集 (2013)
  • Author(s): 野村渉、増田朱美、玉村啓和
  • Organizer: 細胞を創る会6.0
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学鶴岡タウンキャンパス
• [Presentation] ジンクフィンガーからゲノム編集ツールへの展開 (2013)
  • Author(s): 野村渉
  • Organizer: 2013年東日本スクリプス会
  • Place of Presentation: ゆうぽうと五反田
  • Invited
• [Presentation] Development of Zinc Finger Enzymes for Genome Engineering. (2012)
  • Author(s): Nomura W, Masuda A, Tamamura H
  • Organizer: The First International Symposium on Biofunctional Chemistry
  • Place of Presentation: Tokyo, Japan
  • Year and Date: 2012-11-28
• [Presentation] 人工酵素のデザインに基づくゲノム修飾・編集法の開発 (2012)
  • Author(s): 野村 渉
  • Organizer: 「細胞を創る」研究会 5.0
  • Place of Presentation: 横浜市
  • Year and Date: 2012-11-21
  • Invited
• [Presentation] 設計型 DNA組換え酵素の配列特異的反応に関する定量的解析 (2012)
  • Author(s): 増田朱美、野村渉、玉村啓和
  • Organizer: 第49回ペプチド討論会
  • Place of Presentation: 鹿児島市
  • Year and Date: 2012-11-07
• [Presentation] Development of zinc finger nucleases targeting Epstain-Barr virus genome for suppression of viral production in B cells. (2012)
  • Author(s): Nomura W, Kondo A, Masuda A, Ryo A, Tamamura H
  • Organizer: FASEB SRC, Genome Engineering: Research Applications
  • Place of Presentation: Lucca, Italy
  • Year and Date: 2012-09-02
• [Presentation] Studies of Designer Zinc Finger Enzymes and Applications for Genome Editing and Modification. (2012)
  • Author(s): Nomura W, Masuda A, Kondo A, Ohba K, Yamamoto N, Tamamura H
  • Organizer: The 26th Annual Symposium of the Protein Society
  • Place of Presentation: San Diego, USA
  • Year and Date: 2012-08-05
• [Presentation] ジンクフィンガー融合型酵素によるゲノム編集法の開発 (2012)
  • Author(s): 野村渉、増田朱美、卜部亜里沙、玉村啓和
  • Organizer: 日本ケミカルバイオロジー学会 第 7回年会
  • Place of Presentation: 京都市
  • Year and Date: 2012-06-07
• [Book] Peptide Science 2012 (2013)
  • Author(s): Masuda A, Nomura W, Tamamura H.
  • Total Pages: 419
  • Publisher: Kazuhisa Sugimura (Ed.), The Japanese Peptide Society, Osaka
• [Book] Peptide Science 2012 (2013)
  • Author(s): Hashimoto C, Nomura W, Komano JA, Tamamura H.
  • Total Pages: 419
  • Publisher: Kazuhisa Sugimura (Ed.), The Japanese Peptide Society, Osaka
• [Book] Peptide Science 2012 (2013)
  • Author(s): Nomura W, Narumi T, Aikawa H, Tamamura H.
  • Total Pages: 419
  • Publisher: Kazuhisa Sugimura (Ed.), The Japanese Peptide Society, Osaka
• [Book] 「HIV阻害剤・腫瘍認識プローブとしてのケモカイン受容体リガンド」ペプチド医薬の最前線 (2012)
  • Author(s): 野村 渉
  • Total Pages: 240
  • Publisher: (株)シーエムシー出版
• [Remarks] 東京医科歯科大学生体材料工学研究所メディシナルケミストリー分野 研究業績
  • URL: http://www.tmd.ac.jp/i-mde/www/molb/publication/index.html
• [Remarks] 東京医科歯科大学生体材料工学研究所メディシナルケミストリー分野ウェブページ
  • URL: http://www.tmd.ac.jp/i-mde/www/molb/member/nomura.html