Design of point mutations for gene regulation using RNA secondary structure

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18K18145
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 62010:Life, health and medical informatics-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Terai Goro 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: ２次構造 / RNA / 点突然変異 / 原核生物 / 翻訳

Outline of Final Research Achievements

We analyzed large-scale data on mRNA sequences and protein expression levels in E. coli and extracted secondary structural features of mRNA that are highly correlated with protein expression levels. This feature was shown to have a higher correlation than existing secondary structural features such as minimum free energy. In addition, we improved this feature and developed an algorithm to learn it. We have also developed an algorithm to design mutations that positively or negatively regulate protein expression based on the discovered feature.

Free Research Field

バイオインフォマティクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

遺伝子発現を人為的に制御する技術の開発は、学術的にも産業的にも重要である。本研究では、近年技術発展が著しいゲノムへの点突然変異を利用して、原核生物の遺伝子発現をプラスミド非依存的に制御する新しい情報技術を開発した。最近、大腸菌などの原核生物では開始コドン付近のmRNA 2次構造と、遺伝子の翻訳効率が強く関連することが示された。そこで、開始コドン付近の2次構造変化を引き起こすことで、翻訳効率を正あるいは負に制御できる点突然変異をデザインするアルゴリズムを開発した。この点突然変異による遺伝子制御は、面倒なゲノム改変や、外来性の発現調節因子なしで内在性遺伝子を個別に制御できるというメリットがある。