2019 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。
令和1年度の主な研究成果を以下に挙げる。（１）ヒトテロメア配列において、DNAの特殊な高次構造の一つであるグアニン四重鎖構造とその近傍の二本鎖DNA塩基配列を同時に認識して特異的に結合するピリドスタチン-PIPコンジュゲートの開発に成功した。ケント州立大学Hanbin Mao教授の光ピンセット測定技術によって、結合特異性 (Kd = 0.8 nM) を解析し、得られた解析結果を海外との共同研究成果として報告した。（2）高速原子間力顕微鏡を用いて光応答性転写因子GAL4とDNAとの相互作用や動態の１分子観察に成功した。このナノスケール分解能に迫る１分子イメージング技術は、様々なDNA結合性タンパク質の作用機序の解析に適用できる。（3）環状PIPのforward/reverse配向に関する結合能を評価した結果、（R）-アミノ基を持つ環状PIPの優れたforward配向性と、（S）-アミノ基を持つ環状PIPの前例のないreverse配向性を確認した。アミノ基の不斉によるforward/reverse配向制御技術は、標的遺伝子配列への特異性を改善するために役立つものと期待している。
上記の研究成果をまとめ、論文として報告した。これらの研究を進めることで、遺伝子発現に関連するヌクレオソーム全体の動態解析、並びに、遺伝子発現機構の解明に繋がると考える。
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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(PIP)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。
今年度は、DNAフレームや光ピンセット技術を用いた一分子観察法の研究展開としてMao教授(ケント州立大学)と、PIPとG4構造解析技術の応用として塩田准教授(熊本大学)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PIP開発の一環として、ピリドスタチンを導入したコンジュゲートや優れたforward/reverse配向性を有する環状PIP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、令和1年度に計画変更と研究費繰越は発生したが、ヌクレオソームタンパク質の劣化に伴う予期せず起きた計画変更であり、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、研究代表者は積極的な共同研究を進めながら、DNA-タンパク質に対する解析技術を用い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、原子間力顕微鏡を活用して、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。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PIPであるBi-PIPコンジュゲートや環状PIPを用いて、初期化・分化誘導遺伝子群や疾患関連遺伝子群を標的とした特異的な遺伝子発現の制御機能の解析を進める予定である。
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