2018 Fiscal Year Research-status Report

RNA 2次構造を利用した遺伝子制御のための点突然変異のデザイン

Research Project

Project/Area Number	18K18145
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	寺井悟朗東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 特任准教授 (40785375)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2021-03-31
Keywords	RNA2次構造 / 遺伝子発現 / 比較ゲノム / 配列設計
Outline of Annual Research Achievements	本研究の目的は、原核生物の遺伝子発現を制御するための点突然変異をデザインする方法を開発することである。原核生物のモデル生物である大腸菌では翻訳開始点付近のRNA2次構造が遺伝子発現に大きな影響を与えることが知られている。そこで、RNA2次構造を安定化あるいは不安定化させる塩基置換を求めることにより、目的の点突然変異をデザインする。これを実現するために、効率の良いデザインアルゴリズムの開発、比較ゲノムなどを利用したデザイン結果の評価、翻訳開始点付近の2次構造的性質の精査を行う。今年度は研究全体の見通しをつけるため、予定していた研究項目を幅広く実施するとともに必要なデータの収集を中心に行うことで研究全体の基礎固めを行った。具体的には、原核生物の翻訳開始点付近の突然変異によるRNA2次構造エネルギーの変化を高速に計算するアルゴリズムをプログラムとして実装した。また、大腸菌の翻訳開始点付近に対して開発したプログラムにより点突然変異の設計を行い、その結果と比較ゲノム解析を組み合わせることにより、翻訳開始点付近のRNA2次構造を大きく変化させる点突然変異は進化的に避けられている傾向があることを確認した。また、大腸菌以外のいくつかの原核生物でも同様の傾向があることを確認した。また、公開された翻訳開始点と遺伝子発現量に関する網羅的なデータの収集と整備を行った。このデータをもとに、RNA2次構造エネルギーを含む様々な2次構造的特徴の中から、遺伝子発現と相関の高い特徴を抽出した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 点突然変異の設計アルゴリズムのプロトタイプを作成し、その適用範囲について調査を行った。また比較ゲノムを利用して、設計した点突然変異が進化的に避けられている（つまり、遺伝子発現に影響を与えると考えられる）という傾向を得た。また、公開データを利用して2次構造的特徴と遺伝子発現の詳細な解析を行い、設計に寄与する新たな特徴を抽出した。予定していたすべての研究項目でそれぞれで進捗があり、特に2次構造的特徴の抽出については想定した以上に有望な結果が得られている。以上により、全体として順調に推移していると評価する。
Strategy for Future Research Activity	初年度は今年度は研究全体の見通しをつけるため、予定していた研究項目を幅広く実施した。翻訳開始点付近の2次構造的特徴の抽出は最も難易度が高いと予想していたが、想定していた以上に有望な結果が得られている。そこで、来年度はこの研究項目に集中して取り組む予定である。設計アルゴリズムのプログラムの改良や、比較ゲノム解析による設計アルゴリズムの適用範囲の調査については、ソフトウェア開発やデータ調査などの作業的な側面が強い。そこで、それらの研究項目の作業的な部分については外注を利用することで効率的に研究を進める予定である。まとめると、初年度の研究により研究時間を集中すべき部分が見えてきた。そこで、来年度はこの部分に研究時間を集中し、他の部分については外注を利用することで研究全体の効率化を図る。
Causes of Carryover	初年度は今年度は研究全体の見通しをつけるため、予定していた研究項目を幅広く実施した。その結果、すべての研究項目で想定通り、あるいは予想以上の結果が得られるという見通しが、早い段階で判明した。特にRNA2次構造の特徴解析については　予定よりも多くの研究時間を割く価値があると判断した。他の研究項目についてはソフトウェア開発などの作業的な側面があり、この部分に関しては外注で行うことが可能である。そこで、当初予定していた初年度の物品の購入費を削減し、次年度の外注費として利用することとした。初年度に繰り越した助成金と来年度の助成金を合わせてソフトウェア開発や調査的の側面が強いデータ解析のための外注に充てることとする。