Elucidation of the mechanism for dimensional response genome using intracellular environmental evaluation systems and development of dimensional response genome bank

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project Area: Elucidation of the mechanism for dimensional response genome across species regulated by nucleic acid structures
• Project/Area Number: 21H05109
• Research Category: Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Transformative Research Areas, Section (II)
• Research Institution: Konan University
• Principal Investigator: Tateishi-Karimata Hisae 甲南大学, 先端生命工学研究所, 准教授 (20593495)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鶴岡 孝章 甲南大学, フロンティアサイエンス学部, 准教授 (20550239)
• Project Period (FY): 2021-08-23 – 2024-03-31
• Keywords: 核酸構造 / 擬似細胞内環境 / 非二重らせん核酸 / 定量的解析 / 細胞内分子環境評価系 / データベース

Outline of Final Research Achievements

In this study, we tried to clarify the mechanism of gene expression through the structure of nucleic acids across species. We have developed a pseudo-cell evaluation system and clarified the mechanism of G-quadruplex formation in cells responsive to ion concentration changes (J. Am. Chem. Soc (2024)). Furthermore, we analyzed the mechanism of gene expression by G-quadruplexes (J. Am. Chem. Soc.(2021)) and developed parameters that can predict the formation and stability of nucleic acid structures (DNA/RNA hybrid and RNA structures) that are important for gene expression (J. Am. Chem. Soc.(2023), Nucleic Acids Res.(2023)). Based on these data, we analyzed the formation of non-canonical structures and the regulation mechanism of gene expression in plants.

Free Research Field

核酸化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、生物種の分類枠組みを超えて、核酸構造を物理化学的に解析し、環境変化に応じて変化する核酸構造（多元応答）を予測するための基礎的な知見を得ることができた。これらのデータと様々な生物種のゲノム情報を集約し、遺伝子発現に関わる核酸構造のデータベース、多元応答ゲノムバンク（Dir-GB）を構築した。今後、Dir-GBを活用し、様々な生物の遺伝子発現を制御することができれば、ヒトを対象とした新規の創薬指針、植物を対象としたゲノム編集を用いない品種改良の指針などを得ることができ、医工学、農学などの幅広い分野に発展的に展開できると期待される。