2021 Fiscal Year Research-status Report
Optical regulation system of mRNA translation with spatiotemporal and cell-type specificity
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19K20696
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| Research Institution | Tokyo Medical and Dental University |
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Principal Investigator |
中西 秀之 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, プロジェクト助教 (90722885)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 合成生物学 / 遺伝子治療 / 人工遺伝子回路 / mRNA医薬 / 細胞選別 / 翻訳制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2020年度に開発した、標的タンパク質を検知してmRNAの翻訳を活性化または抑制するタンパク質応答型翻訳制御システムについて、更なる検討を進めた。この翻訳制御システムは、標的タンパク質が細胞内に存在した場合にのみその標的タンパク質への結合を介して活性を持つ状態へと再構成される人工翻訳制御因子と、その人工翻訳制御因子の制御対象のmRNAにより構成されている。この人工翻訳制御因子はRNA結合ドメイン、翻訳活性化ドメイン、再構成を引き起こすのに必要なインテイン、ならびに標的タンパク質に結合するナノボディを融合させることで作製したものである。標的タンパク質の検知を担うのはナノボディ部分であるため、このナノボディを交換すれば別の標的タンパク質を検知できるようになると理論上は考えられていたが、実際には未確認であった。そこで2021年度は、2020年度に開発した人工翻訳制御因子のナノボディ部分を交換したものを新たに作製し、実際に別のタンパク質を標的として検知できるようになることを明らかにした。また、人工翻訳制御因子の再構成について、これまでは制御対象mRNAの翻訳量変化を介して間接的にしか評価していなかったが、ウェスタンブロット法により直接の確認を行った。これらの成果をまとめた論文はACS Synthetic Biology誌に受理され、2022年2月に公開された。
また、2020年度には抗生物質耐性タンパク質自体に標的タンパク質検知機能を持たせたものをmRNAにコードし、これを用いて標的タンパク質を発現している細胞を選択的に生存させられることを示したが、2021年度はこの逆に、標的タンパク質を発現している細胞で選択的に細胞死を引き起こせるタンパク質を発現するmRNAも開発した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
光翻訳制御と特定の細胞内タンパク質に応じた翻訳制御の両方を実現し、それぞれ論文発表も完了している。原理的には、これら二つを組み合わせて本研究の目標である光と特定の細胞内タンパク質双方に応じた翻訳制御を行うことは難しくないと考えられるため、概ね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
光翻訳制御システムとタンパク質応答翻訳制御システムを組み合わせ、本研究の目標である光とタンパク質双方に応答してmRNAの翻訳を制御するシステムを開発する。
また、現時点で開発に成功している光翻訳制御システムは生体透過性が低い紫外線で制御される仕様になっているため、より長波長の光で翻訳を制御できる新たな光翻訳制御システムの開発も行う。
更に、現在の光翻訳制御システム、タンパク質応答翻訳制御システムは光やタンパク質に応じた翻訳の増減がいずれも3～5倍程度に留まっているため、この点についてもシステムの改善を進める。
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| Causes of Carryover |
既に開発済みの光翻訳制御システムよりも長波長の光で翻訳を制御できるシステムを新たに開発するため、次年度には長波長の光を照射可能な装置が必要である。これにより次年度にはまとまった研究費が必要となるため、本年度は試薬の使用量等を節約して次年度に研究費をまわすこととした。
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