合成生物学的手法による環境応答型プロモーターシステムの開発と応用

• Project Area: Synthetic biology for the comprehension of biomolecular networks
• Project/Area Number: 26119714
• 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): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥14,430,000 (Direct Cost: ¥11,100,000、Indirect Cost: ¥3,330,000); Fiscal Year 2015: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000); Fiscal Year 2014: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000)
• Keywords: 合成生物学 / 生物・生体工学 / バイオテクノロジー / 細胞・組織 / 遺伝子

Outline of Annual Research Achievements

これまで開発してきた温度誘導型遺伝子発現システムや細胞傷害感受性遺伝子発現システムと同様に、RTP801プロモーターを用いて低酸素感受性の遺伝子発現システムの構築を検討した。酸素濃度に対する感受性を高めるためにトランスアクチベーターに低酸素誘導因子（HIF）由来のODD領域を組込むこととした。ODD領域は高い酸素濃度時にユビキチン化を介してタンパク質分解を引き起こすことができるので、低酸素誘導型の遺伝子発現システムをさらに高精度なものにすることが期待できる。構築した低酸素誘導型遺伝子発現システムをHeLa細胞に一過性で遺伝子導入したところ、RTP801プロモーターによる低酸素状態の検出では発現の大きなリークが認められ、細胞センサーとしてはあまり良好ではなかった。しかし、トランスアクチベーターに酸素感受性のODD領域を組込むことで、低酸素状態に特異的にレポーター遺伝子発現を誘導することができた。次に、低酸素状態検出のための遺伝子発現ユニットをHeLa細胞のゲノム染色体に組込まれた細胞を作製した。種々の酸素濃度で細胞を培養し、レポーター遺伝子（GFP）の発現を観察・測定することで低酸素環境に応答した遺伝子発現を調べたところ、この遺伝子発現システムを導入されたHeLa細胞は、低酸素濃度に条件に応答して遺伝子発現を示し、センサー細胞を樹立することに成功した。さらに、三次元組織中の低酸素環境を検出するためのセンサー機能を評価するために、この細胞を用いて三次元細胞シートを作製し、GFP蛍光を観察したところ、酸素濃度が低いと考えられるシート内部において強い蛍光が観察された。これらの結果より、本研究で開発した低酸素応答型遺伝子発現システムは、低酸素環境に応答して遺伝子発現が誘導される細胞センサーとして利用できると考えられる。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] 動物細胞で作動する温熱応答型遺伝子発現システムの開発 (2016)
  • Author(s): 上平正道, 井藤 彰
  • Journal Title: 生物工学会誌 Volume: 94 Pages: 180-184
• [Journal Article] DNA damage-responsive transgene expression mediated by the p53 promoter with transcriptional amplification (2015)
  • Author(s): 6.Akihiko Ono, Akira Ito, Taiga Suzuki, Masaki Yamaguchi, Yoshinori Kawabe, Masamichi Kamihira
  • Journal Title: Journal of Bioscience and Bioengineering Volume: 120 Issue: 4 Pages: 463-466
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2015.02.009
  • NAID: 110010010231
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [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
• [Presentation] A heat-inducible gene expression system by applying alternating magnetic field to magnetic nanoparticles for controlling animal cell functions (2015)
  • Author(s): 上平 正道, 井藤 彰, 山口 雅紀, 小野 章彦, 河邉 佳典
  • Organizer: 「細胞を創る」研究会8.0
  • Place of Presentation: 大阪大学吹田キャンパス
  • Year and Date: 2015-11-12
  • Invited
• [Presentation] 低酸素応答型遺伝子発現システムを搭載した細胞センサーの開発 (2015)
  • Author(s): 小野 章彦, 井藤 彰, 佐藤 智詠, 山口 雅紀, 鈴木 大雅, 河邉 佳典, 上平 正道
  • Organizer: 第67回日本生物工学会大会
  • Place of Presentation: 城山観光ホテル（鹿児島）
  • Year and Date: 2015-10-28
• [Presentation] Development of stimuli-responsive cell-based sensors (2015)
  • Author(s): Akihiko Ono, Akira Ito, Tomonaga Sato, Masaki Yamaguchi, Taiga Suzuki, Kawabe Yoshinori, Masamichi Kamihira
  • Organizer: The 21st Symposium of Young Asian Biochemical Engineering Community (YABEC2015)
  • Place of Presentation: Elysian Gangchon Resort, Chuncheon, Korea
  • Year and Date: 2015-10-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 磁場誘導型細胞内局所加温システムによる遺伝子発現誘導 (2015)
  • Author(s): 寺西 亮士, 井藤 彰, 小野 章彦, 山口 雅紀, 河邉 佳典, 上平 正道
  • Organizer: 化学工学会第４７回秋季大会
  • Place of Presentation: 北海道大学札幌キャンパス
  • Year and Date: 2015-09-09
• [Presentation] 機能性磁性ナノ粒子を用いた細胞内局所加温による遺伝子発現誘導 (2015)
  • Author(s): 寺西 亮士, 井藤 彰, 小野 章彦, 山口 雅紀, 河邉 佳典, 上平 正道
  • Organizer: 第52回化学関連支部合同九州大会
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場
  • Year and Date: 2015-06-27
• [Presentation] DNA damage-induced gene expression system for living cell sensors (2014)
  • Author(s): Akihiko Ono, Akira Ito, Taiga Suzuki, Yoshinori Kawabe, Masamichi Kamihira
  • Organizer: The 27th Annual and International Meeting of Japanese Association for Animal Cell Technology (JAACT2014)
  • Place of Presentation: Kitakyushu International Conference Center (Kitakyushu)
  • Year and Date: 2014-11-14
• [Presentation] 低酸素応答型細胞センサーの開発 (2014)
  • Author(s): 佐藤 智詠, 井藤 彰, 河邉 佳典, 上平 正道
  • Organizer: 化学工学会第４６回秋季大会
  • Place of Presentation: 九州大学伊都キャンパス（福岡）
  • Year and Date: 2014-09-17
• [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 (2014)
  • Author(s): 小野 章彦, 井藤 彰, 鈴木 大雅, 山口 雅紀, 河邉 佳典, 上平 正道
  • Organizer: 第66回日本生物工学会大会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（札幌）
  • Year and Date: 2014-09-09
• [Remarks] 研究室ホームページ
  • URL: http://www.chem-eng.kyushu-u.ac.jp/lab3/