2022 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of amplification mechanism of epigenetics through liquid-liquid phase separation
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22J21167
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Konan University |
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Principal Investigator |
鶴田 充生 甲南大学, フロンティアサイエンス研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2022-04-22 – 2025-03-31
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| Keywords | エピジェネティック修飾 / 液液相分離現象 / 四重らせん構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
エピジェネティック修飾による微視的な官能基レベルの変化が、クロマチン形成を介し遺伝子発現を劇的に制御して、細胞の分化や運命を決定づける巨視的な効果をもたらす。にもかかわらず、微視的化学変化を巨視的細胞変化に結び付ける分子機構の詳細は明らかではない。さらに、ヘテロクロマチンは液液相分離現象（LLPS）によって可逆的・動的に形成される液滴であることが報告されている。しかし、エピジェネティック修飾が、核酸－タンパク質相互作用やLLPSにどのような影響を及ぼすかは全く明らかになっていない。これまでに、細胞内LLPSの一種であるストレス顆粒の内部には、四重らせん構造（G4）を形成するRNAが豊富に含まれていることが知られている。さらに、RNAは様々なエピジェネッティック修飾を受けることも知られている。そこで本研究では、マクロなエピジェネティック修飾とメゾスコピックな液液相分離現象（LLPS）の定量的相関(QREL: Quantitative Relationship of Epigenetic modification - LLPS ability)を解明する。そのために、初年度ではまずG4形成DNAおよびRNAとRGGモデルペプチドを用いてLLPSモデルシステムの構築を試み、この内容に関連する原書論文を投稿した。同時に、様々なタンパク質由来のRGGドメインや、既にG4と結合することが知られているタンパク質群についてもＧ４とのLLPSの検討を試みた。そのほか、文献調査や実験結果の議論などを進め、研究の推進に有用な知見が得られた。
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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
研究初年度である本年の達成目標は、G4を形成するRNAとカチオン性のペプチドを用いたLLPSのモデルシステムを構築することであった。これについては、筋萎縮性側索硬化症の原因遺伝子由来のRNAとRNA結合タンパク質が共通してもつドメインであるRGGドメインを模倣したペプチドを用いることで達成した。さらにはRNAの二次構造をG4から二重鎖への遷移を誘起することによる液滴の分解方法も確立することができた。また、エピジェネティック修飾を施したDNAを用いて、エピジェネティック修飾がLLPSに及ぼす影響についての定量解析も進めている。以上のことから、2022年度については、おおむね順調に研究が進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度に構築したモデル系を用いて、①エピジェネティック修飾が核酸の二次構造の構造安定性に対する影響を定量する。また、当初の計画通り、②核酸に対するエピジェネティック修飾が液滴形成能に及ぼす影響やその相関を定量することを進める。さらには、より長鎖のDNAを合成することや、エピジェネティック修飾を行う酵素を用いることで、細胞内環境を模倣した条件下でも同様の定量を行う。その後に、③細胞内の液滴に対するエピジェネティクスの影響についても検討を進める。
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