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2022 Fiscal Year Annual Research Report

SARS-CoV2のタンパク質Nによる液滴とRNAタンパク質複合体の形成機構

Research Project

Project/Area Number 21H02438
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

高橋 聡  東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (30283641)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
KeywordsSARS-CoV2 / Nタンパク質 / 一分子蛍光分光法 / 蛍光相関分光法
Outline of Annual Research Achievements

新型コロナウイルスは約3万塩基もの長さを持つRNAをウイルス内にコンパクトにパッキングし、遺伝情報として維持している。ウイルスにおいて、本来不安定なRNAを安定化しコンパクトに収縮させる役割を持つと考えられるのが、Nタンパク質である。今年度も、Nタンパク質と短いRNAが形成する複合体の構造を、一分子蛍光分光法と蛍光相関分光法を用いて調べる研究を継続した。用いた試料は、一本鎖構造を持ち、長さが20塩基、30塩基、40塩基のポリアデニル酸と、ステムループ構造を作る複数のRNA配列である。これらの試料の5'および3'末端を蛍光色素でラベル化し、Nタンパク質を滴定し、試料に引き起こされた構造変化を一分子蛍光分光法により観察した。その結果、これらの試料は、RNAが二次構造を持つかどうかに関わらず、Nタンパク質がRNAに対して高い親和性を持ち、不均一な構造を形成することを見出した。ステムループ構造を作る試料の場合、ステムループがある程度引き伸ばされた構造が形成された。これらの結果は、Nタンパク質がRNAと結合することで非特異的な構造変化を引き起こすことを示している。同じ試料を蛍光色素一つでラベル化し、蛍光相関分光法を用いて解析した結果も、RNAとNの高い親和性を示した。
数百ベースを超える長鎖RNAをin vitro転写により合成する方法を確立し、さらに、合成した長鎖RNAに蛍光色素をラベル化する方法を開発した。この試料を用いて、RNAのコンパクト化を調べることを可能とした。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

これまで、RNAとNタンパク質の相互作用を調べてきたが、Nタンパク質を精度良く生成する作業が大変難しく、再現性のある結果を得ることに時間が必要だった。また、Nタンパク質そのものを蛍光色素ラベル化する作業も進めていたが、それも大変難しく、Nタンパク質のラベル化は断念することにした。このように試行錯誤が続いているが、ラベル化していないNタンパク質を精度良く生成することには成功しており、今後の実験の展開につながると期待している。

Strategy for Future Research Activity

第一に、これまでに得られた成果の報告をいそぐ。データの再現性などを確認しており、現在論文の執筆を進めているところである。
第二に、長鎖RNAをどのようにNが収縮させるかを調べる予定である。これまでの研究で、Nタンパク質は非特異的にRNAに結合し、RNAをコンパクトに収縮させることがわかってきた。これらの観察を基に、コンパクト化するドメインがウイルスのゲノムRNAにコードされており、Nの存在下で特定の構造に折り畳まれるという仮説を考えている。この可能性を検証する実験を行う。そのために、長鎖RNAの両端に色素をラベル化し、Nの存在下において色素感のFRETが観察されるかどうかを検証する。2022年度の研究で、長鎖RNAのin vitro合成とその色素ラベル化を行い、FCSおよびFRET測定の予備実験を行った。複数の長鎖RNAを合成し、配列に依存した効果があるかどうかを検証する予定である。

  • Research Products

    (8 results)

All 2023 2022

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 3 results) Presentation (5 results) (of which Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Flexible Target Recognition of the Intrinsically Disordered DNA-Binding Domain of CytR Monitored by Single-Molecule Fluorescence Spectroscopy2022

    • Author(s)
      Mitra Shrutarshi、Oikawa Hiroyuki、Rajendran Divya、Kowada Toshiyuki、Mizukami Shin、Naganathan Athi N.、Takahashi Satoshi
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry B

      Volume: 126 Pages: 6136~6147

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.2c02791

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Hyper-mobile Water and Raman 2900 cm<sup>?1</sup> Peak Band of Water Observed around Backbone Phosphates of Double Stranded DNA by High-Resolution Spectroscopies and MD Structural Feature Analysis of Water2022

    • Author(s)
      Suzuki Makoto、Tsuchiko Akira、Tanaka Yoshiyuki、Matubayasi Nobuyuki、Mogami George、Uozumi Nobuyuki、Takahashi Satoshi
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry B

      Volume: 127 Pages: 285~299

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.2c06952

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Quantification of Entropic Excluded Volume Effects Driving Crowding-Induced Collapse and Folding of a Disordered Protein2022

    • Author(s)
      Rajendran Divya、Mitra Shrutarshi、Oikawa Hiroyuki、Madhurima Kulkarni、Sekhar Ashok、Takahashi Satoshi、Naganathan Athi N.
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry Letters

      Volume: 13 Pages: 3112~3120

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.2c00316

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] ポストAlphaFold時代のフォールディング研究2023

    • Author(s)
      髙橋 聡
    • Organizer
      日本生物物理学会東北支部会
    • Invited
  • [Presentation] タイムタグ光子測定方式によるナノ秒蛍光相関分光測定システムの開発2023

    • Author(s)
      佐野豊, 伊藤優志, 小井川浩之, 高橋聡
    • Organizer
      日本生物物理学会東北支部会
  • [Presentation] AlphaFold時代にこそ重要性を増すアンサンブルおよび一分子蛍光分光法の基礎2022

    • Author(s)
      髙橋 聡
    • Organizer
      第22回日本蛋白質科学会年会
    • Invited
  • [Presentation] タイムタグ光子測定方式によるナノ秒蛍光相関分光測定システムの開発2022

    • Author(s)
      佐野豊, 伊藤優志, 小井川浩之, 高橋聡
    • Organizer
      第60回日本生物物理学会年会
  • [Presentation] 一分子蛍光測定を目指した SARS-CoV2 の N 蛋白質の精製及びラベル化2022

    • Author(s)
      遠藤隼, 伊藤優志, 小井川浩之, 高橋聡
    • Organizer
      第60回日本生物物理学会年会

URL: 

Published: 2023-12-25  

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