2020 Fiscal Year Research-status Report
Elucidation of drug-resistant mechanism in Salmonella infection by construction of gene regulatory network
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19K16635
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
川田 健太郎 東京大学, アイソトープ総合センター, 特任助教 (50825007)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 遺伝子制御ネットワーク / 情報量 / 代謝標識 / 転写制御 / RNA分解制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では抗菌薬投与によるサルモネラ菌の非増殖状態への移行メカニズムを解明し、効果的な多剤併用療法を設計することを目的とする。これにあたり、(1) 抗菌薬負荷時の非増殖状態サルモネラ菌に特異的な遺伝子制御ネットワークを同定し、(2) 上記ネットワークのハブ分子を標的とした多剤併用療法の設計を行う。
2020年度は、抗菌薬負荷時の非増殖状態サルモネラ菌に特異的な遺伝子制御ネットワークの同定に先立ち、細胞内ネットワークを網羅的に同定する手法を開発した。当研究室では過去にサルモネラ感染において特定の遺伝子から発現したRNAの安定性が変化し、細胞内転写物量が制御されることを明らかにしている。したがって我々は、それぞれのRNAにおける転写速度と分解速度を同時に定量する新規手法 “Dyrec-seq” を開発した。本手法の開発により、各遺伝子が転写を介して受ける制御とRNA分解を介して受ける制御を正確に推定することが可能となった。本研究成果は、既に論文としてGenome research誌に掲載済みである。
また遺伝子制御ネットワークの解析と共に、これらを人為的に制御する手法についても並行した開発を進めている。上記の通り、細胞内RNA量は転写と分解のバランスによって制御される。したがって、細胞内RNAの安定性を制御する機能性RNA配列を探索し、これらを細胞内RNAに組み込むことで、人為的に細胞内RNA量の詳細な制御が可能になるとの発想に至った。具体的には、種々のウイルス配列をシードとして利用し、断片化したウイルス配列を組み込んだ人工mRNAライブラリを構築する。これらを細胞内に導入し、一定時間後に回収・計測することで、mRNAの安定化に寄与するRNA配列を探索することが可能となった。本研究成果は、既に論文としてBBRC誌に掲載済みである。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
上記の通り、既にサルモネラ感染時の転写およびRNA分解制御を定量する新規手法「Dyrec-seq」を開発を完了し、論文として報告している。したがって本研究課題は「おおむね順調に進展している」と判断される。
また現在これに引き続き、遺伝子制御ネットワークを伝達する情報の計測手法を開発している。具体的にはサルモネラ感染細胞に対し4sUを用いたRNA標識を施し、回収したRNAから上記手法を用いて個々のRNAの存在量および転写・分解速度を一細胞単位で計測する。既存データベースより遺伝子制御関係を抽出し、これらの上流遺伝子の発現量、および下流遺伝子の転写・分解速度間の依存関係を、情報学的尺度を用いて定量することで、伝子制御ネットワークを伝達する情報を計測する。本手法においては既に既存データベースからの遺伝子制御関係の抽出を終了しており、引き続き標識RNAの回収を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
上記の通り現在、サルモネラ感染時の細胞内遺伝子制御ネットワークを伝達する情報を定量する手法の開発を進めている。本手法開発には一細胞レベルでの遺伝子発現解析が必要となるため、開発段階では既存データベースに含まれる4sU標識RNAの一細胞RNA-seqデータを使用する。上記の開発が終了し次第、サルモネラ菌を感染させたヒト骨髄由来マクロファージの細胞内RNAを取得し、一細胞RNA-seqで解析する。これにより、抗菌薬を与えた場合と与えていない場合での遺伝子制御ネットワークの時間的変化を比較し、抗菌薬投与によるサルモネラ菌の非増殖状態への移行メカニズムを解明する。
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