機能モジュールライブラリーから構築した環境応答型合成プロモーターシステムの開発

• Project Area: Synthetic biology for the comprehension of biomolecular networks
• Project/Area Number: 24119512
• 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: Kyushu University
• Principal Investigator: 上平 正道 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40202022)
• 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: 合成生物学 / バイオテクノロジー / 遺伝子発現制御 / 環境応答 / 遺伝子プロモーター

Research Abstract

前年度までに開発した熱ショック誘導型の遺伝子大量発現システムがガンの温熱遺伝子治療に有効であるか検討することを目的として、担ガンマウスを使った動物実験を行った。磁性粒子は交番磁場中で発熱するため、磁場照射をスイッチとした遺伝子発現システムとして使用することとした。磁性粒子を担ガンマウスのガン組織に注入したのち、本研究により開発した温熱誘導治療遺伝子発現ベクターをガン組織に導入し、磁場照射によってガン組織を43℃、30分加温した。加温による温熱効果により、加温をしなかったものに比べて腫瘍の増大がある程度抑えられたものの、腫瘍組織の増大が認められたのに対し、本研究で開発した温熱誘導型遺伝子発現システムで発現遺伝子をTNF-αとしたプラスミドを導入した腫瘍組織では腫瘍の増大が完全に抑えられた。腫瘍組織で発現されたTNF-α量を測定したところ、磁場照射なしでは全く発現されておらず、加温によって生産量が増していることがわかった。以上より、本システムの遺伝子治療における有効性が確認された。
また、環境応答型遺伝子発現ユニット作製の他の例についても検討を行った。ティッシュエンジニアリング分野における利用を考慮して、細胞ダメージ応答や酸素濃度応答の遺伝子発現ユニットを新たに構築し、細胞センサーとしての利用を検討した。細胞ダメージを検出するための遺伝子発現ユニット構築では、p53遺伝子のプロモーター領域を利用して、発現感度を増幅するための転写増幅ユニットを組み込んだ合成プロモーターシステムを構築し、酸素濃度応答遺伝子発現ユニットの構築では、酸素応答性が報告されているRTP801プロモーターと高酸素濃度で分解されるタンパク質ドメインとして知られているODD領域を組み合わせて利用することで、転写レベルおよびタンパク質レベルでの低酸素を検出可能な遺伝子発現システムを開発した。

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] Heat-inducible gene expression system by applying alternating magnetic field to magnetic nanoparticles (2014)
  • Author(s): Masaki Yamaguchi, Akira Ito, Akihiko Ono, Kawabe Yoshinori, Masamichi Kamihira
  • Journal Title: ACS Synthetic Biology Volume: 印刷中 Issue: 5 Pages: 0-0
  • DOI: 10.1021/sb4000838
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of hybrid viral vectors for gene therapy (2013)
  • Author(s): Shuohao Huang et al.
  • Journal Title: Biotechnology Advances Volume: 31 Issue: 2 Pages: 208-223
  • DOI: 10.1016/j.biotechadv.2012.10.001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Heat-inducible transgene expression system incorporating a positive feedback loop of transcriptional amplification for hyperthermia-induced gene therapy (2012)
  • Author(s): Masaki Yamaguchi et al.
  • Journal Title: Journal of Bioscience and Bioengineering Volume: 114 Issue: 4 Pages: 460-465
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2012.05.006
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Heat-inducible transgene expression with transcriptional amplification mediated by a transactivator (2012)
  • Author(s): Akira Ito et al.
  • Journal Title: International Journal of Hyperthermia Volume: 28 Issue: 8 Pages: 788-798
  • DOI: 10.3109/02656736.2012.738847
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ハイブリッドプロモーターシステムを用いた磁場誘導型がん温熱遺伝子治療法の開発 (2013)
  • Author(s): 山口 雅紀ら
  • Organizer: 化学工学会第７８年会
  • Place of Presentation: 大阪大学豊中キャンパス
• [Presentation] 部位特異的遺伝子導入のためのCre組込みレトロウイルスベクターの作製 (2013)
  • Author(s): 下村 卓矢ら
  • Organizer: 化学工学会第７８年会
  • Place of Presentation: 大阪大学豊中キャンパス
• [Presentation] ハイブリッドプロモーターシステムを用いたストレス応答型細胞センサーの開発 (2012)
  • Author(s): 鈴木 大雅ら
  • Organizer: 第49回化学関連支部合同九州大会
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場
• [Presentation] IN欠損型レンチウイルスベクターを用いた動物細胞染色体上への配列特異的遺伝子導入 (2012)
  • Author(s): 下村 卓矢ら
  • Organizer: 第49回化学関連支部合同九州大会
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場
• [Presentation] Heat-inducible gene expression system using hybrid HSP70 promoter for hyperthermia gene therapy (2012)
  • Author(s): Masaki Yamaguchi et al.
  • Organizer: The 11th International Congress of Hyperthermia Oncology The 29th Japanese Congress of Thermal Medicine (ICHO JCTM 2012)
  • Place of Presentation: Hyatt Regency Kyoto
• [Presentation] ハイパーサーミア遺伝子治療システムの開発 (2012)
  • Author(s): 上平 正道
  • Organizer: バイオマテリアル学会第２回九州地区講演会
  • Place of Presentation: 九州大学伊都キャンパス
• [Presentation] Cre組込型レトロウイルスベクターによるCHO細胞への部位特異的遺伝子導入 (2012)
  • Author(s): 下村 卓矢ら
  • Organizer: 化学工学会第４４回秋季大会
  • Place of Presentation: 東北大学川内キャンパス
• [Presentation] ハイブリッドウイルスベクターの開発 (2012)
  • Author(s): 上平 正道
  • Organizer: 化学工学会第４４回秋季大会
  • Place of Presentation: 東北大学川内キャンパス
• [Presentation] A heat-inducible gene expression system for gene therapy (2012)
  • Author(s): Masaki Yamaguchi et al.
  • Organizer: World Academy of Science, Engineering and Technology 2012 Paris, France (WASET 2012-Paris)
  • Place of Presentation: Holiday Inn Paris
• [Presentation] インテグラーゼ欠損型ガンマレトロウイルスおよびレンチウイルスベクターを用いた組換え酵素による配列特異的遺伝子導入法の開発 (2012)
  • Author(s): 河邉 佳典ら
  • Organizer: 第35回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: マリンメッセ福岡
• [Presentation] DNAダメージ誘導型遺伝子発現システムを用いた細胞センサーの開発
  • Author(s): 鈴木 大雅, 井藤 彰, 山口 雅紀, 河邉 佳典, 上平 正道
  • Organizer: 化学工学会第４５回秋季大会
  • Place of Presentation: 岡山大学
• [Presentation] 磁場誘導型遺伝子大量発現システムを用いた遺伝子治療法の開発
  • Author(s): 山口 雅紀, 井藤 彰, 河邉 佳典, 上平 正道
  • Organizer: 第65回日本生物工学会大会
  • Place of Presentation: 広島国際会議場
• [Presentation] A magnetically triggered gene expression system mediated by heating of nanoparticles
  • Author(s): Masaki Yamaguchi, Akira Ito, Yoshinori Kawabe, Masamichi Kamihira
  • Organizer: CBI学会2013年大会
  • Place of Presentation: タワーホール船堀
• [Presentation] Site-specific cellular modification by Cre-incorporating integrase-defective retroviral vectors
  • Author(s): Takuya Shimomura, Shuohao Huang, Yoshinori Kawabe, Akira Ito, Masamichi Kamihira
  • Organizer: CBI学会2013年大会
  • Place of Presentation: タワーホール船堀
• [Presentation] 低酸素誘導型遺伝子発現システムの開発
  • Author(s): 佐藤 智詠, 井藤 彰, 河邉 佳典, 上平 正道
  • Organizer: 化学工学会第７９年会
  • Place of Presentation: 岐阜大学柳戸キャンパス
• [Remarks] 機能モジュールライブラリーから構築した環境応答型合成プロモーターシステムの開発
  • URL: http://www.syn-biol.com/public/kouboA0106.html