2013 Fiscal Year Annual Research Report
分子科学的アプローチによる遺伝子発現の制御と機構の解明
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24225005
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
杉山 弘 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (50183843)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
板東 俊和 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (20345284)
遠藤 政幸 京都大学, 学内共同利用施設等, 准教授 (70335389)
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| Project Period (FY) |
2012-05-31 – 2017-03-31
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| Keywords | 遺伝子発現 / エピジェネティックス / 初期化 / DNAナノ構造体 |
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| Research Abstract |
本研究では、エピジェネティックスな遺伝子発現の制御に関する分子科学的な総合研究を進めている。特に、DNA配列特異的な結合分子にエピジェネティックスな遺伝子発現の活性化機能を付与することによって、細胞の初期化•分化の制御を行なうことと、遺伝子制御に関連する酵素や反応を直接可視化し解析する方法の開発を行なうことを主な研究目的としている。
2013年度の主な研究成果を以下に示す。：
(1) 本年度は、マウス胚性線維芽細胞(MEF)からヒト皮膚線維芽細胞(HDF)を用いる評価系に本格的に移行した。実際に、HDFに対するSAHA Py-Imポリアミド(32種)の遺伝子発現の活性化能をマイクロアレイ、RT-PCR技術を駆使して評価を進めた。その結果、DNA塩基配列特異性を反映した特定遺伝子ONスイッチ機能を持ったエピジェネティックス制御機能分子としての可能性を示すことに成功した。
(2)高速原子間力顕微鏡(AFM)によって、DNAの微細な高次構造の変化やDNAと結合、解離するタンパク質の動態をリアルタイムで観察可能にする測定技術の確立に成功した。
現在、SAHA以外のエピジェネティックスを制御する機能分子を複合化させたPy-Imポリアミドの合成、評価を進めている。また、ヌクレオソーム-DNA複合体の構築、その結合、解離の動態を観察可能にする系の構築にも着手している。今年度も、合成、評価、解析技術を駆使して、DNA構造依存的な遺伝子発現の特異的な制御技術の確立と、その機構の可視化の実現に向けて研究を進めることができたと考える。
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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
当初計画していたDNA高次構造を認識する機能分子の新規設計に関しては、未だその機能を見出せていない。しかしながら、配列特異的なエピジェネティックス制御を利用した遺伝子発現の活性化や、AFMによるDNAナノ構造体の解析研究は進展しており、論文として報告している。加えて、IPGMシステムによる解析研究を本格的に進める準備も整ったことで、次の新しい研究展開に向けてコアとなるべき研究の解析基盤は整ったと考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
遺伝子発現の制御機構の解明は、生命科学に対する理解の根幹を成しており重要な研究課題である。特に、細胞内の遺伝子発現をエピジェネティックに如何に制御するか、ヒストンタンパクの化学修飾やシトシンの脱メチル化を特異的に制御する方法論の開発を続けている。
申請者らは、Py-Imポリアミドの配列特異性とSAHAのHDAC阻害活性を複合させたSAHA Py-Imポリアミドを開発し、それらを用いて特異的な遺伝子発現の活性化研究に鋭意取り組んでいる。Py-Imポリアミドの持つ配列特異性は、確かに特異的な遺伝子発現の活性化に影響を与えており、解析研究の進展により有用なエピジェネティックス制御機能分子が見出されることを期待している。また、高速原子間力顕微鏡(AFM)を活用し、様々なDNA ナノ構造体の構築、リアルタイムでのDNAの高次構造変化、各種DNA結合性タンパク質との結合と解離等を直接可視化することに成功している。この解析測定技術の確立は、本提案を推進していく上で重要な役割を担っている。
申請者らは、有機合成、機能評価、構造解析、AFM測定、各々の技術を確立しつつ、それらを複合的した化学的アプローチによって遺伝子発現の制御機構の解明研究を進めている。将来的には、化学的に合成したエピジェネティックス制御機能分子によって、培養細胞の初期化や分化を誘導することも可能になると考える。
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[Journal Article] Construction and Characterization of Cy3- or Cy5-Conjugated Hairpin Pyrrole / Imidazole Polyamide Binding to DNA in the Nucleosome2014
Author(s)
Han, Y-W.; Tsunaka, Y.; Yokota, H.; Matsumoto, T.; Kashiwazaki, G.; Morinaga, H.; Hashiya, K.; Bando, T.; Sugiyama, H.; Harada, Y.
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Journal Title
Biomater. Sci.
Volume: 2
Pages: 297-307
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Distinct DNA-based epigenetic switches trigger transcriptional activation of silent genes in human dermal fibroblasts2014
Author(s)
Pandian, G. N.; Taniguchi, J.;Junetha, S.; Sato, S.; Han, L.; Saha, A.; Anandhkumar, C.; Bando, T.; Nagase, H.; Thangavel, V.; Taylor, R. D.; Sugiyama, H.
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Journal Title
Sci. Rep.
Volume: 4
Pages: 3843
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] A Synthetic Small Molecule Enforces Targeted Transcriptional Activation of Germ Cell Genes in a Human Somatic Cell2013
Author(s)
Han, L.; Pandian, G. N.; Junetha, S.;Sato, S.; Anandhkumar, C.; Taniguchi, J.; Saha, A.; Bando, T.; Nagase, H.; Sugiyama, H.
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Journal Title
Angew. Chem. Int. Ed.
Volume: 52
Pages: 13410-13413
DOI
Peer Reviewed
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