原始自己複製体の機能的再構成により生命の初期進化を追体験する

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15KT0080
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 市橋 伯一 大阪大学, 情報科学研究科, 准教授 (20448096)
• Project Period (FY): 2015-07-10 – 2020-03-31
• Keywords: RNA / 生命の起源 / 進化 / ハイパーサイクル / 再構成 / NDK / RNA複製

Outline of Annual Research Achievements

本研究で本研究ではこれまでに私達のグループで構築した人工ＲＮＡゲノム複製システムに、新しい遺伝子を加えて複雑化させることを試みる。新しい遺伝子として本年度はnucleotide diphosphate kinase (ndk)について検討した。この遺伝子は例えばＣＤＰをＣＴＰに変換する反応を触媒する。したがって翻訳には不要だが、ＲＮＡ複製には必須という状況を作り出すことができる。この遺伝子の利点として全長が約400 bpと短いということがある。通常の遺伝子をコードしたＲＮＡは我々のシステムではほとんど複製しない。それは私達の用いているＲＮＡ複製酵素により複製されるにはＲＮＡ全長に渡る強固な2次構造が必要だからである。本年度はこのndk遺伝子をコードしたＲＮＡに同義変異を導入することで、ndk遺伝子の機能を変えずに2次構造を導入し複製しやすくすることを試みた。その結果、数十個の変異の導入により100倍以上複製しやすいＲＮＡを得ることに成功した。
ndk遺伝子を使うことにより、反応系中のNDKの混入が問題となった。私達は精製された翻訳系を用いているが、わずかに残存したNDK活性があり、それによってＲＮＡからNDKが発現しなくてもＲＮＡ複製してしまうという問題が生じた。これを解決するために、翻訳系の成分を精製しなおして残存するNDK活性を無視できるほどに減らすことに成功した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本年度は第2ゲノムの候補遺伝子としてndkを検討したところ、十分に使えることが分かった。今後ndkを使って本研究課題で目指す複雑化したRNA複製システムを構築することが可能であることから順調に進んでいると判断した。

Strategy for Future Research Activity

本年度で構築したndkをコードしたRNAとこれまでに構築したRNA複製酵素をコードしたRNAを組み合わせて、これら2種類のRNAが協力しながらお互いを複製するハイパーサイクルシステムを構築する。

Causes of Carryover

昨年度の研究計画で候補としていた遺伝子が使えないことが判明したため、今年度は他の遺伝子について再検討を行った。そのため、元々計画していた実験をまだ進められなかったため、消耗品費が予定よりも少なくなった。

Expenditure Plan for Carryover Budget

次年度にＲＮＡ合成、および定量のための消耗品費、再構成翻訳システムの消耗品費、配列解析費用として使用する。

Research Products

• [Journal Article] Combinatorial selection for replicable RNA by Qβ replicase while maintaining encoded gene function (2017)
  • Author(s): Yumura, M., Yamamoto, N., Yokoyama, K., Mori, H., Yomo, T., Ichihashi, N.
  • Journal Title: Plos ONE Volume: 12 Pages: 1-14
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0174130
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant