2019 Fiscal Year Annual Research Report
RNAの高次構造と機能を制御する小分子リガンドを用いる遺伝子発現RNAスイッチ
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18H02107
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
堂野 主税 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (60420395)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | リボザイム / RNA分子糊 / RNA結合リガンド / RNA高次構造 / 光スイッチ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、標的RNAと結合することによりその構造変化を誘導することのできる小分子リガンド「RNA分子糊」を用いて、遺伝子発現調節RNAスイッチを構築する。RNA分子糊によるリボザイム（RNA鎖切断を触媒するRNA酵素）の高次構造制御と活性制御を介して、遺伝子発現の精密制御、すなわち、１）抑制（OFFスイッチ）、２）促進（ONスイッチ）、３）双方向切り換え（光刺激による可逆的スイッチ）、を実現し、RNA結合リガンドを基盤とした合成生物学的システムを確立する。
本年度は、項目１）、２)で用いるRNA分子糊について、その特性となる結合能、標的配列・構造選択性、リボザイム活性制御能が異なる新規リガンド群の創製を行った。研究代表者が所有するRNA分子糊であるZ-NCTSを基盤となる分子骨格として用い、核酸認識部位の空間配置を調節できるリンカー部位の変換を中心に、分子設計とその合成を行った。合成した新規リガンドについて、そのDNA、RNA結合親和性、構造・配列選択性の評価、および、分子糊としての機能となる２つのRNAドメインの結びつける能力について評価を行った。また、項目３）の双方向切り換え（光刺激による可逆的スイッチ）で用いる、光応答性RNA結合リガンドの創製を行った。Z-NCTSを基盤骨格とし、種々置換基導入により光異性化能を調節したアゾベンゼンをリンカー部位に有する新規リガンドの設計と合成を行い、優れた光異性化特性を示す新たな光応答性リガンドの開発に成功した。
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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
本年度は、RNA分子糊の新規創製、機能拡大を実施した。以下のとおり、本研究実施に必須である分子糊の創製を中心に親展しており、概ね当初の計画通りに進行していると判断している。
研究代表者が所有するRNA分子糊であるZ-NCTSは、5’-XGG-3’/5’-XGG-3’配列（Xは、UもしくはA）を有するRNAに結合する。リボザイムのように高次構造を有するRNA標的に対しての結合特性は、Z-NCTSのリンカー構造により調節される。親和性の向上や、構造選択性の拡張を指向した、新しいRNA分子糊の創製を行った。ビフェニル基をリンカー構造にもつリガンドが、5’-CGGG-3’/5’-CGGG-3’配列と選択的に結合し、同配列を含む２つのRNAあるいはDNAらせん構造を結びつけることを見出した。２つのらせんRNA/DNAを結びつける新しい分子糊であり、特異的なRNA構造制御、機能制御への展開が期待できる。また、リボザイムの双方向切り換え（光刺激による可逆的スイッチ）で用いる、光応答性分子RNA結合リガンドの創製を行った。本課題では、光分子スイッチの権威であるオランダの研究グループと共同研究を推進した、光応答性基としてアゾベンゼンを用い、適切な置換基効果を組み込むことにより、熱平衡状態でほぼ完全なE体で存在し、光定常状態で90%以上のZ体へと変換できる、非常に光異性化能に優れた光応答性リガンドの創製に成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度までに開発したRNA分子糊を用いて、各研究項目にあげるRNA構造制御、リボザイムの機能調節、細胞内での遺伝子発現制御を進める。分子創製では、双方向切り換え型（光刺激による可逆的スイッチ）で用いる、光応答性分子糊の２つの異性体（E体、Z体）の分子糊としての特性を精査する。また、RNA分子糊による機能制御システムを他の機能性RNAにも展開する。従来用いてきたハンマーヘッド型リボザイムに加え、Twisterリボザイムの機能制御を検討する。
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