2018 Fiscal Year Annual Research Report
Regulation and mechanistic investigation of gene expression by artificial genetic switches
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16H06356
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
杉山 弘 京都大学, 理学研究科, 教授 (50183843)
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2016-05-31 – 2021-03-31
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| Keywords | 遺伝子発現制御 / エピジェネティックス / DNAナノ構造体 / AFM 解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究提案は、（１）Py-Imポリアミド(PIP)にエピジェネティックな発現制御機能を付与し、体細胞の初期化やiPS細胞の分化を誘導可能にする機能性PIPの開発、（２）グアニン四重鎖構造(G4)に特異的に結合する機能分子の開発、（３）DNAフレームと高速原子間力顕微鏡(AFM)を使用した遺伝子発現機構の解明と、ヌクレオソームの動的な一分子解析の研究テーマを遂行するものである。
平成30年度の主な研究成果は以下に示す。（１）i-モチーフ構造をナノケージ内に導入すると空間内での安定化が見られ、その安定化の要因がナノケージ内での水の物性に影響されることを、ケント州立大学Mao教授の光ピンセット測定による力学的な解析によって明らかにした。（２）共同研究として遺伝子ロジックチップを構築し、DNAフレーム上で起きるDNA-タンパク質の動態を観察した。（３）ヌクレオソームの構成成分であるH3-H4オクタソーム形成の動態を高速原子間力顕微鏡(AFM)によって解析した。（４）テロメスタチン誘導体とヒトテロメアG4構造の間の結合と関連するアニソトロピー変化をケント州立大学Mao教授との共同研究として観察した。（５）遺伝子発現を特異的に活性化する機能分子を比較検証した結果、新しくブロモドメイン阻害剤(Bi)がPIPとのコンジュゲート分子として、有望であることを見だした。（６）シクロデキストリンやアダマンタン、及び、PNAを導入したPIPを合成し、DNA上での二量体形成による標的配列特異性の向上を目指した研究を行った。（７）G4構造に対する化学的解析技術を活かした熊本大学発生医学研究所塩田准教授との共同研究の成果として、ATR-X症候群とG4構造の関連性、5-ALAの症状に対する抑制効果を報告した。（８）G4構造の安定化機能を有するPIP二量体の開発を進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
研究代表者は、Py-Imポリアミドによる遺伝子制御法とDNAフレームやDNAナノケージを用いた一分子観察法、この二つの側面から、ヌクレオソームや遺伝子発現機構の解明に必要な動的構造変化の観測技術を確立し、その解明を目指している。
当該年度は、DNAフレームやDNAナノケージを用いた一分子観察法の研究展開としてケント州立大学Mao教授やボルドー大学Toulme教授らと、Py-Imポリアミドの応用として西江大学校Jo教授らと、G4構造解析技術の応用として熊本大学発生医学研究所の塩田准教授らと共同研究を進め、その研究成果を論文として報告した。また、機能性Py-Imポリアミド開発の一環として、ブロモドメイン阻害剤(Bi)を導入したコンジュゲートや二量体形成型Py-Imポリアミドの開発等、新しい遺伝子制御法の可能性を拓くことができた。なお、平成30年度に計画変更と研究費繰越は発生したが、より優れた特性を持った機能性Py-Imポリアミドの開発を企図した変更であり、本研究期間内での研究目的の達成を遅延するものではなかった。
以上、研究代表者の合成と評価、解析技術を駆使して、共同研究を含めて遺伝子発現機構の解明に向けて計画以上に進展していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究代表者は、高速原子間力顕微鏡(AFM)を活用して、一分子のDNAやタンパク質の動きを直接観察可能にする独創的な解析手法の開発を推進している。その研究の一環としてとして、興味深いDNAナノケージ内でのDNAのG4構造やi-モチーフ、ヌクレオソームの構成モチーフ等の動態の観察に成功した。現在、AFMによるDNA高次構造の変化やタンパク質との相互作用を直接可視化する技術基盤は整っており、本研究期間内で遺伝子発現機構の解明を進める予定である。
また、DNA 塩基配列特異性をもつ機能性Py-ImポリアミドであるBi-PIPコンジュゲートを用いて、初期化・分化誘導遺伝子群を標的とした特異的な遺伝子発現の活性化機能の解析評価を進めている。今後、次世代シーケンサーやマイクロアレイ、RT-PCRによる詳細な機能の解析評価を進める予定である。
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