翻訳制御を基盤とした大規模な哺乳類細胞コンピューティングの実現

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K16110
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 川崎 俊輔 京都大学, iPS細胞研究所, 特定研究員 (10816036)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 合成生物学 / 翻訳制御

Outline of Annual Research Achievements

大規模な人工遺伝子回路は、細胞機能を自在に制御できるため、合成生物学及び医療研究において注目されつつある。中でも安全性、設計の容易さ、応用可能性の豊富さを兼ね備えている「翻訳を制御できる遺伝子回路の構築」が望まれている。本研究では、1.RNAエンジニアリングを用いた新規翻訳制御デバイスの発明と拡充を行い、2. 翻訳制御デバイスを組合せた高度な遺伝子回路の構築原理の解明を目指す。本年度は計画に従って、「翻訳制御デバイスを組合せた高度な遺伝子回路の構築」を行った。これを達成するために、まず、これまでに開発したデバイスが、高い直交性を有し、大規模な翻訳制御回路の構築に利用可能かどうか検証した。25種類のデバイスについてその性質を評価し、13種類が高い直交性を示すことを見出した。さらに、開発した人工分子デバイスを組み合わせ、2入力の論理回路と演算回路といった人工遺伝子回路を構築・試験した。ここまでの成果について、現在国際誌への論文投稿準備中である。また、大規模細胞コンピューティングを実現するための基本的な枠組みを明らかにするため、得られた結果を詳細に検討中である。今後、高度な遺伝子回路の構築するために要求される回路素子の特性をより詳細に明らかにする予定である。このようにして構築した遺伝子回路によって、将来的には治療機能を持つ細胞の挙動や、遺伝子治療薬の機能を正確にプログラム可能となり、精密医療や副作用の少ない医薬品開発に大きく貢献する成果がもたらされると考えられる。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究課題はおおむね順調に推移している。その理由として以下の点があげられる。
1. 新たに開発した25種類のデバイスが、人工遺伝子回路に利用できるかどうか、その直交性を網羅的に試験した。
2. 利用可能なデバイスを組み合わせ、基本論理回路、および演算回路を構築し、哺乳類細胞に実装した。現在、ここまでの成果をまとめて、国際誌への投稿を進めている。

Strategy for Future Research Activity

1. 高度な遺伝子回路の構築するために要求される回路素子の特性をより詳細に明らかにする。
2. 構築した遺伝子回路を人工哺乳類細胞に導入し、治療機能を持つ細胞の挙動や、遺伝子治療薬の機能を正確にプログラムすることを目指す。

Causes of Carryover

新型コロナウイルスの影響により、いくつかの物品が購入できず、代替品等を利用したため。また、同理由により学会参加の旅費が発生しなかったため。これらは、前年度購入が難しかった物品の購入や、より迅速な研究遂行に資する物品の購入に当てる予定である。