2022 Fiscal Year Annual Research Report
区画化による分子共生はRNAワールドを飛躍させるか？
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19K06579
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| Research Institution | University of Toyama |
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Principal Investigator |
松村 茂祥 富山大学, 学術研究部理学系, 講師 (40619855)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | RNAワールド / 実験進化 / リボザイム / 区画化 / マイクロ流体システム / 生命の起源 / 情報と機能の分離 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生命の起源において、RNAはいかに進化しえたのだろうか？ どのようにして、進化の原動力である分子の多様性が自発的に出現・蓄積し、またそこからどのようにRNAが高機能化しえたのかは、非常に重要かつ未解決の問題である。本研究では、マイクロ流路デバイスにより微小液滴を操作する技術（液滴マイクロ流体システム）を用いてRNA酵素（リボザイム）の実験進化を行い、この問題に切り込んでいる。
これまでに、リボザイムに人為的に変異を導入し、液滴を用いた実験進化を行うことで、リボザイムの高性能化を目指した。5ラウンドの進化サイクルの結果、活性の濃縮が確認されたため、プールから40種のクローンを単離し、配列および活性を解析したところ、野生型のリボザイムを超える活性を示すクローンを見出した。次に、得られた変異型リボザイムの活性を詳細に解析するとともに、実験進化をさらに進めるため、より高い選択圧をかけることのできる統合型マイクロ流体デバイスの開発を行った。これまでの実験では、液滴の生成・保温・選別を別々のデバイスを用いて行っていたのに対し、新開発のデバイスでは、上記の全ての過程を1つのチップ上で行うことができるため、液滴の保温時間を極めて均一に、かつ短くすることができる。この統合デバイスを用いて、ほぼ限界に近い選択圧をかけた追加の進化実験を行った。得られたライブラリを次世代シーケンサーで解析し、最終ラウンドで優勢なクローンの活性を測定した結果、もとのリボザイムの活性を大幅に上回る分子種を発見した。
また、上記の実験進化の過程で、リボザイムではない、基質RNAに結合してその蛍光を増強する能力をもつ新規なRNAが出現した。さらに、この分子種は情報と機能を分離させている非常に興味深い特徴をもつことも判明した。これらの分子種とその特性について、更なる詳細な解析を進めている。
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