2012 Fiscal Year Annual Research Report
Evolutionary engineering of biomacromolecules for improvement of artificial genetic circuits
| Project Area | Synthetic biology for the comprehension of biomolecular networks |
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| Project/Area Number |
23119005
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
木賀 大介 東京工業大学, 総合理工学研究科(研究院), 准教授 (30376587)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井上 丹 京都大学, 生命科学研究科, 教授 (40114855)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 合成生物学 / 進化分子工学 / タンパク質 / RNA |
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| Outline of Annual Research Achievements |
種々の生体分子を試験管内、細胞内に組み合わせることで、人工生体分子ネットワークが構築され、多くの注目を集めている。しかし、天然と異なるネットワークを作成してはいても、ほとんどの構築では天然に見られる生体分子をそのまま用いているのが実情である。人工ネットワークのポテンシャルを最大限に発揮するためには、個々の部品となる生体分子の持つ特性を、人工ネットワークに対して最適化することが重要であり、本研究では、人工遺伝子回路の機能向上のために進化分子工学的手法を用いて生体分子を改良する。開発した分子は他班においても活用される。
人工遺伝子回路研究で使用される新規なプロモータである(Lux-Lacプロモータ)を開発した。このプロモータを活用し、山村班とともに人工遺伝子回路の設計に着手している。リボスイッチを活用して自律的に動作する転写制御系の改変について、精査を行い、論文を発表した。無細胞タンパク質合成系の改変を行い、論文を出版した。また、天然の RNA-蛋白質複合体(RNP)を改変し、進化分子工学的手法により信号伝達経路の制御などに使える新しいRNPモジュール(独立した機能構造単位) を作成することに成功した。このモジュールがヒト細胞内で実際に使用可能であるかどうかを検証するために、既に開発されている翻訳制御システムにこれを組み込み、新しいクラスの翻訳制御スイッチを開発した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
プロモーターの開発や細胞表面レセプターからの信号伝達の制御法開発の基礎実験など順調に進展しており、これらを確実な手法とすることで領域全体に資する高度な信号伝達制御システムの開発を可能にしたい。しかし、他班が必要とするタンパク質の進化工学の計画や、細胞内マーカータンパク質に特異的に結合するアプタマーなどによる翻訳制御の試みにおいてアプタマーを開発し、それらに対応する結合蛋白質を用いる当初の計画について、これらが成功していないためシステムの改良が必要である。
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| Strategy for Future Research Activity |
伊庭班のwebフォーマットを活かしてプロモータ開発を続け、山村班、花井班に情報を提供する。ロンドレーツ班、柘植班が必要とする酵素を改変する。田川班と協力し、哺乳細胞人工遺伝子回路の設計を進める。無細胞タンパク合成系の改変をさらに進める。
これまでに分担研究者の井上が改良を進めている、さまざまなRNA結合タンパク質を用いるRNAスイッチおよびRNA-タ ンパク質複合体モジュールの改良をさらに進める。具体的には、いろいろなシグナルに対応するシグナル入力装置および情報伝達デバイスとして、様々なものを 作成し、領域の研究者が自由にシグナル伝達全般に使えるように全体として機能拡張する事をめざす。また、信号伝達の制御をこれまでのOFF スイッチのみではなくONスイッチを新たに作成し、これと組み合わせて，信号の定量的な扱いができるようにする。たとえば、 これらを動物細胞内で動作する人工遺伝子回路のためのタンパク質生産システムの調整に用いることを視野に入れて研究をすすめる。
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