2020 Fiscal Year Annual Research Report
Design of point mutations for gene regulation using RNA secondary structure
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18K18145
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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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)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | RNA2次構造 / 遺伝子発現 / 比較ゲノム / 配列設計 / 点突然変異 |
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| 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。
昨年度までに、設計に必要な２次構造エネルギー変化を効率よく計算するプログラムのプロトタイプの作成した。また比較ゲノムを利用して２次構造エネルギーを大きく変化させる点突然変異が進化的に避けられている傾向があることを示した。さらに、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、遺伝子の翻訳効率と相関の高い特徴を発見した。この特徴は、現在公開されている２つの大規模データにおいて、既存の特徴よりも翻訳効率と高い相関を示すことを確認した。今年度は、発見した２次構造的特徴の詳細を分析するとともに、この特徴に基づき翻訳効率を予測するためのツールを開発し公開した。また、発見した２次構造的特徴に関する論文を投稿し採択された。さらに、翻訳開始点付近の塩基配列と翻訳効率のデータから詳細な２次構造的特徴を自動的に学習する手法を開発した。そして、この特徴を利用することで、これまでと同等以上の精度で翻訳効率を予測できることを示した。学習した２次構造的特徴は、これまでに開発したデザインアルゴリズムに組み込んで、設計に利用することができる。
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