究極の細胞核再構成系の構築を目指した生細胞内における人工核創製の試み

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25650073
• Research Institution: National Institute of Information and Communications Technology
• Principal Investigator: 小林 昇平 独立行政法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所バイオICT研究室, 主任研究員 (40425765)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: DNAビーズ / 核膜 / BAF / DNAセンサー / オートファジー回避

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、生きたヒト培養細胞に生体分子結合ビーズを導入し、それを種として細胞内に「人工細胞核」を創製することを目指すものである。昨年度の解析から、DNAや核膜形成関連タンパク質であるRanGTPaseなどが結合したビーズの周囲には、核膜に類似した形態の膜構造（核膜様構造）が形成されることが分かった。そこで本年度は、これらの核膜様構造の機能評価を行った。まず核膜孔複合体の構成因子に対する免疫染色を行ったところ、DNAビーズ周囲にはほとんどシグナルが見られなかったのに対し、RanGTPase結合ビーズの場合にはシグナルが高頻度に検出された。一方、いずれのビーズについても、核移行シグナル配列を付与した蛍光タンパク質の、ビーズ表面への蓄積は見られなかった。
上記と並行して、DNAビーズ周囲における核膜様構造形成の意義を調べた。オートファジーのマーカーであるGFP-LC3、および、昨年の解析でDNAビーズへの集積が見られていたmRFP-BAFの両方を発現する細胞にDNAビーズを導入して、生細胞蛍光観察と電顕観察を組み合わせた観察法により解析したところ、ビーズ周囲へのBAFの集積はLC3の集積に先立つこと、および、時間の経過とともにLC3のシグナルは消失し、核膜様構造がビーズ全体を覆って存在するようになることが分かった。また、BAFノックダウン細胞では、DNAビーズは効率よくオートファジー経路へ取り込まれた。これらの結果は、BAFが外来DNAのオートファジー回避に役立つDNAセンサー分子として働くことを示している。
以上のように、生体分子結合ビーズをヒト培養細胞に導入することにより、様々な性状の核膜様構造をビーズ周囲に形成させ解析できる実験系の構築に成功した。今後、より詳細な条件検討を進めることによって、より機能的な人工細胞核の創製に繋がるものと期待できる。

Research Products

• [Journal Article] BAF is a cytosolic DNA sensor that leads to exogenous DNA avoiding autophagy. (2015)
  • Author(s): Kobayashi,S., Koujin, T., Kojidani, T., Osakada, H., Mori, C., Hiraoka, Y., Haraguchi, T.
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1073/pnas.1501235112
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Externally Controllable Molecular Communication Systems. (2014)
  • Author(s): Nakano, T., Kobayashi, S., Suda, T., Okaie, Y., Hiraoka, Y., Haraguchi, T.
  • Journal Title: IEEE Journal of Selected Areas in Communications Volume: 32 Pages: 2417-2431
  • DOI: 10.1145/2619955.2619971
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] BAFによる外来DNAのオートファジー回避 (2014)
  • Author(s): 小林昇平、荒神尚子、糀谷知子、小坂田裕子、森 知栄、平岡 泰、原口徳子
  • Organizer: 第32回染色体ワークショップ
  • Place of Presentation: 安芸グランドホテル（広島県）
  • Year and Date: 2014-12-15 – 2014-12-17
• [Presentation] 細胞内導入人工ビーズで明らかになったクロマチン-核膜タンパク質相互作用の役割 (2014)
  • Author(s): 原口徳子、小林昇平、荒神尚子、小坂田裕子、糀谷知子、森 知栄、平岡 泰
  • Organizer: 第87回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館・グランドプリンスホテル京都（京都府）
  • Year and Date: 2014-10-18
• [Presentation] 核膜形成における核膜タンパク質とクロマチンの動的相互作用の役割 (2014)
  • Author(s): 原口 徳子、小林 昇平、荒神 尚子、小坂田 裕子、糀谷 知子、森 知栄、平岡 泰
  • Organizer: 第52回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター(北海道)
  • Year and Date: 2014-09-26
• [Presentation] BAFによる外来物質のオートファジー回避 (2014)
  • Author(s): 小林昇平、荒神尚子、糀谷知子、小坂田裕子、森 知栄、平岡 泰、原口徳子
  • Organizer: 第六回光イメージング若手の会（光塾）
  • Place of Presentation: （独）情報通信研究機構未来ICT研究所（兵庫県）
  • Year and Date: 2014-09-06 – 2014-09-07
• [Presentation] BAF依存的な膜集合による外来DNAのオートファジー回避 (2014)
  • Author(s): 小林昇平、荒神尚子、糀谷知子、小坂田裕子、森 知栄、平岡 泰、原口徳子
  • Organizer: 第66回細胞生物学会年会
  • Place of Presentation: 奈良県新公会堂（奈良県）
  • Year and Date: 2014-06-11
• [Presentation] 微小核の形成・維持の仕組みの解析から明らかになった核膜の役割 (2014)
  • Author(s): 原口 徳子、荒神 尚子、小坂田 裕子、糀谷 知子、小林 昇平、舛本 寛、平岡 泰
  • Organizer: 第66回細胞生物学会年会
  • Place of Presentation: 奈良県新公会堂（奈良県）
  • Year and Date: 2014-06-11
• [Book] 生体模倣技術と新材料・新製品開発への応用（第三章 第一節 生細胞が行う分子通信のメカニズムとその産業応用への期待） (2014)
  • Author(s): 小林昇平
  • Total Pages: 702(217-224)
  • Publisher: 株式会社 技術情報協会
• [Remarks] 外から来たDNAの細胞内侵入を感知するDNAセンサーを発見
  • URL: http://www.nict.go.jp/press/2015/05/19-1.html