• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to project page

2023 Fiscal Year Annual Research Report

Structural Analysis of Non Domain Biopolymer

Planned Research

Project AreaBiology of Non-domain Biopolymer
Project/Area Number 21H05281
Research InstitutionInstitute of Physical and Chemical Research

Principal Investigator

伊藤 拓宏  国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, チームリーダー (70401164)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 西増 弘志  東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (00467044)
Project Period (FY) 2021-09-10 – 2026-03-31
Keywords立体構造 / クライオ電子顕微鏡 / トモグラフィー / 単粒子解析
Outline of Annual Research Achievements

伊藤は非膜オルガネラのトモグラフィー解析が難航したため、クライオ電子トモグラフィー測定に適した古細菌試料を用いてトモグラム再構成とその解析を推進した。試料をグリッド上に集積させ凍結し、FIB-SEM装置を用いて薄膜化し、クライオTEM装置によりクライオ電子トモグラフィー測定を行い、解釈可能な3次元構造トモグラムを再構成することに成功した。現在セグメンテーション解析を進行中である。それと同時に植物リボソームがホウ素濃度に応じて翻訳制御する機構をクライオ電子顕微鏡による立体構造解析と生化学解析により明らかにし、Nature Chemical Biology誌に報告した。
西増は原核生物のトランスポゾンにコードされたIS110リコンビナーゼの機能構造解析を推進した。機能解析の結果、大腸菌ゲノムのIS110領域から、IS110リコンビナーゼと非コードRNA(bridge RNA;bRNA)が産生されること、および、IS110リコンビナーゼはbRNAと複合体を形成し、bRNAと相補的なドナーDNAおよびターゲットDNAの間の組換え反応を触媒することが明らかになった。すなわち、IS110リコンビナーゼは前例のないRNA依存性DNA組換え酵素であることを発見した。さらに、クライオ電子顕微鏡解析を用いて、IS110リコンビナーゼ-bRNA-ドナーDNA-ターゲットDNA複合体の立体構造を決定し、RNA依存性DNA組換えメカニズムを解明した。IS110リコンビナーゼはプログラム可能なDNA組換え酵素であり、Cas9などでは不可能だった長鎖DNA組込みなどのゲノム改変技術に利用できるため、生命科学分野に絶大なインパクトを与えると考えられる。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

伊藤も西増も順調に成果を出している。

Strategy for Future Research Activity

伊藤は古細菌のトモグラフィー解析を進め、これまでに見出されていなかった古細菌特異的な新規構造体の立体構造解析を進める。セグメンテーション解析に留まらず、可能であればサブトモグラム平均化の解析へと進める。また、それと同時に真核生物の細胞内構造解析、特に非膜オルガネラとERやミトコンドリアの膜状に局在する分子集合体のクライオ電子トモグラフィー解析を目指す。これらに関しては、細胞内解析が困難な場合においては抽出液から租精製した試料のトモグラフィー解析も試みる。
西増のこれまでの研究により、IS110リコンビナーゼが触媒するドナーDNAのターゲットDNAへの組込み反応のメカニズムは明らかになったが、IS110領域から環状ドナーDNAが切り出される反応の詳細は不明である。そこで、今後は、IS110リコンビナーゼによるドナーDNA切り出し反応のメカニズムの解明を目指し、構造機能解析を進める。また、配列解析の結果、IS110ファミリーリコンビナーゼは性質の異なる多様なオルソログからなることが示唆されているため、今後はIS110オルソログの機能構造解析を進め、IS110ファミリーリコンビナーゼの多様性を解明する。

  • Research Products

    (10 results)

All 2024 2023 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 5 results)

  • [Int'l Joint Research] Justus-Liebig University(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      Justus-Liebig University
  • [Journal Article] Boric acid intercepts 80S ribosome migration from AUG-stop by stabilizing eRF12024

    • Author(s)
      Tanaka Mayuki、Yokoyama Takeshi、Saito Hironori、Nishimoto Madoka、Tsuda Kengo、Sotta Naoyuki、Shigematsu Hideki、Shirouzu Mikako、Iwasaki Shintaro、Ito Takuhiro、Fujiwara Toru
    • Journal Title

      Nature Chemical Biology

      Volume: 20 Pages: 605~614

    • DOI

      10.1038/s41589-023-01513-0

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Switching on stress2023

    • Author(s)
      Kashiwagi Kazuhiro、Ito Takuhiro
    • Journal Title

      Nature Chemical Biology

      Volume: 20 Pages: 394~395

    • DOI

      10.1038/s41589-023-01436-w

  • [Journal Article] Protection of eIF2B from inhibitory phosphorylated eIF2: A viral strategy to maintain mRNA translation during the PKR-triggered integrated stress response2023

    • Author(s)
      Ito Takuhiro、Wuerth Jennifer Deborah、Weber Friedemann
    • Journal Title

      Journal of Biological Chemistry

      Volume: 299 Pages: 105287~105287

    • DOI

      10.1016/j.jbc.2023.105287

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Nondomain biopolymers: Flexible molecular strategies to acquire biological functions2023

    • Author(s)
      Arakawa Kazuharu、Hirose Tetsuro、Inada Toshifumi、Ito Takuhiro、Kai Toshie、Oyama Masaaki、Tomari Yukihide、Yoda Takao、Nakagawa Shinichi
    • Journal Title

      Genes to Cells

      Volume: 28 Pages: 539~552

    • DOI

      10.1111/gtc.13050

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Structural mechanism of IS110 bridge recombinases2024

    • Author(s)
      Hiroshi Nishimasu
    • Organizer
      Keystone Symposia
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] ホウ酸はeRF1をAサイトで安定化させ、植物80SリボソームのAUG-ストップuORFからの下流への移動を阻止する2023

    • Author(s)
      伊藤 拓宏
    • Organizer
      第46回日本分子生物学会年会
    • Invited
  • [Presentation] サシチョウバエ熱シチリアウイルス由来NSsタンパク質による統合的ストレス応答抑制の構造基盤2023

    • Author(s)
      伊藤 拓宏
    • Organizer
      第46回日本分子生物学会年会
    • Invited
  • [Presentation] Structure and engineering of CRISPR nuclease-protease2023

    • Author(s)
      Hiroshi Nishimasu
    • Organizer
      Frontiers in Genome Engineering
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Structure, function and engineering of the type III-E CRISPR nuclease-protease complex2023

    • Author(s)
      Hiroshi Nishimasu
    • Organizer
      Cold Spring Harbor Asia Conference
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2024-12-25  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi