天然ラージ・リボザイムを用いたシグナル多重増幅・並列処理RNAデバイスの創成

• Project Area: Development of Molecular Robots equipped with sensors and intelligence
• Project/Area Number: 25104518
• 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: University of Toyama
• Principal Investigator: 井川 善也 富山大学, 大学院理工学研究部(理学), 教授 (70281087)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2014: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000); Fiscal Year 2013: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
• Keywords: RNAデバイス / リボザイム / 合成生物学 / スプライシング / RNA / ナノデバイス / 自己増幅

Outline of Annual Research Achievements

リボザイムの分子デバイス素材としての可能性に注目し、少量の入力シグナルを増幅して出力する分子デバイス・コンポーネントの構築を、GIリボザイムのモジュール性と自己スプライシング反応を活用して取り組んだ。増幅モジュール、出力モジュール、入力モジュールについて、それぞれ以下の研究成果を得た。（１）増幅モジュールについては、GIリボザイム(Rz)のP5アクチベータRNA配列をエキソンとして利用した基本回路（二分子スプライシング系）のデザインと作成を行ない、反応で生成したP5-RNAが更なるRz活性化を誘起することを実証した。またH25年度に構築した二つのRNAデバイスを混線させることなく並列に作動させるための相互作用界面を用いた増幅モジュールの構築も行い、同様の作動を確認した。（２）出力モジュールについては、増幅モジュールで生産されたP5アクチベータを感知し、スプライシング反応により蛍光型アプタマーを生産するGIリボザイムをデザインした。具体的には二種類のアウトプット信号としてMGとSpinachの二つの蛍光アプタマーを組み込んだ。生産された蛍光アプタマーを実験的に感知できることを確認した。（３）入力モジュールについては、テオフィリンを感知してアクチベータ型構造へと変換するアロステリックP5アクチベータの分子設計を完了した。以上の成果に加え、GI Rzとは異なるモジュール型Rz（VS Rz）を素子としたリボザイム・デバイス構築を松村茂祥博士（富山大）との共同研究として設計した。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Modulation of group I ribozyme activity by cationic porphyrins (2015)
  • Author(s): S. Matsumura, T. Ito, T. Tanaka, H. Furuta, Y. Ikawa
  • Journal Title: Biology (Basel) Volume: 4 Issue: 2 Pages: 251-263
  • DOI: 10.3390/biology4020251
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Artificial ligase ribozymes isolated by a “design and selection” strategy (2015)
  • Author(s): S. Matsumura, Y. Ikawa
  • Journal Title: Methods in Molecular Biology Volume: 1316 Pages: 1-1
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 集積ナノ構造と生体分子デバイス構築に向けたモジュール型RNAの人工改変 (2015)
  • Author(s): 井川善也
  • Journal Title: ファルマシア (日本薬学会会誌) Volume: 51 Pages: 42-46
  • NAID: 130007447859
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Installation of orthogonality to the interface that assembles two modular domains in the Tetrahymena group I ribozyme. (2014)
  • Author(s): T. Tanaka, H. Furuta, and Y. Ikawa
  • Journal Title: J. Biosci. Bioeng. Volume: 117 Issue: 4 Pages: 407-411
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2013.10.008
  • NAID: 110009817054
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] RNA Tectonics (tectoRNA) for RNA nanostructure design and its application in synthetic biology. (2013)
  • Author(s): J. Ishikawa, H. Furuta, and Y. Ikawa
  • Journal Title: WIREs RNA Volume: 4 Issue: 6 Pages: 651-664
  • DOI: 10.1002/wrna.1185
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 二分子スプライシング・リボザイムを基盤としたシグナル増幅型RNAデバイス (2015)
  • Author(s): 清岡 隆司、松村 茂祥、井川 善也
  • Organizer: 日本化学会 第95春季年会2015
  • Place of Presentation: 千葉県船橋市 日本大学理工学部船橋キャンパス
  • Year and Date: 2015-03-27
• [Presentation] Construction of splicing control module between two intron RNA strands by dimerization of the Tetrahymena group I ribozyme (2014)
  • Author(s): Takahiro Tanaka, Hiroyuki Furuta, Yoshiya Ikawa
  • Organizer: The 41st International Symposium on Nucleic Acids Chemistry
  • Place of Presentation: 福岡県北九州市 北九州国際会議場
  • Year and Date: 2014-11-06
• [Presentation] Self-dimerizing group I ribozymes as a new class of modular units for cooperative editing between two RNA strands (2014)
  • Author(s): Takahiro Tanaka, Hiroyuki Furuta, Yoshiya Ikawa
  • Organizer: The 20th International Conference on DNA Computing and Molecular Programming
  • Place of Presentation: 京都府京都市 京都大学芝蘭会館
  • Year and Date: 2014-09-22
• [Presentation] RNA 2分子間の同時編集制御を目指したTetrahymenaグループIリボザイム2量体の構築 (2014)
  • Author(s): 田中貴大、古田弘幸、井川善也
  • Organizer: 第16回日本RNA学会年会
  • Place of Presentation: 愛知県名古屋市 ウインクあいち
  • Year and Date: 2014-07-14
• [Presentation] Self-dimerizing group I ribozymes as a new class of modular units for RNA synthetic biology (2013)
  • Author(s): T. Tanaka, H. Furuta, Y. Ikawa
  • Organizer: The 18th Annual Meeting of RNA society
  • Place of Presentation: ダボス・スイス
  • Invited
• [Presentation] RNA合成生物学における機能モジュールとしての自己二量化グループIイントロン (2013)
  • Author(s): 田中貴大、古田弘幸、井川善也
  • Organizer: 第15回日本RNA学会年会
  • Place of Presentation: 松山（愛媛）
  • Invited
• [Presentation] シンセティック・グループＩリボザイムの構築と多重イントロン切り出し機構の解析と人工制御への応用 (2013)
  • Author(s): 冨永雄人、古田弘幸、井川善也
  • Organizer: 第15回日本RNA学会年会
  • Place of Presentation: 松山（愛媛）
  • Invited
• [Presentation] グループIイントロンRNAのモジュール改変による一次元ナノ構造体の構築 (2013)
  • Author(s): 上原 成海・古田 弘幸・井川 善也
  • Organizer: 第15回日本RNA学会年会
  • Place of Presentation: 松山（愛媛）
  • Invited
• [Presentation] グループIイントロンRNAのモジュール改変による一次元ナノ構造体の構築
  • Author(s): 上原 成海・古田 弘幸・井川 善也
  • Organizer: 第50回化学関連支部合同九州大会
  • Place of Presentation: 北九州
  • Invited