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2023 Fiscal Year Annual Research Report

合成分子と生体分子によって超越する遺伝子発現光制御システムの構築

Publicly Offered Research

Project AreaBottom-up creation of cell-free molecular systems: surpassing nature
Project/Area Number 22H05425
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

蓑島 維文  大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (20600844)

Project Period (FY) 2022-06-16 – 2024-03-31
Keywords光スイッチングリガンド / 転写制御 / フォトクロミック分子 / 合成生物学
Outline of Annual Research Achievements

細胞内における遺伝子発現は転写調節因子によって発現量が巧妙に調節されており、細胞機能を維持するための基盤となるシステムといえる。そのため、外部刺激を利用した転写量の自在な制御法を再構築できれば、無細胞も含めたさまざまな遺伝子発現系を任意に動かすことが可能となる。光は範囲、時間、量を選択して照射することができるため、時空間的な操作が可能な外部刺激源として生命活動の制御に利用されている。そこで、本研究では、光応答性のリガンドを利用した遺伝子発現の光制御システムの開発を行うことを目的とした。
近年超解像イメージング等へ応用されているphotoactivatableな蛍光色素に着目し、細菌由来の薬剤排出に関わる転写因子の機能と組み合わせることで光応答性の遺伝子発現制御システムの構築に取り組んだ。この転写因子は通常は対応するDNA配列に結合することで薬剤排出に関連する遺伝子を制御するリプレッサーとしてはたらいている。ここにリガンドが結合すると、DNAから解離し、下流の遺伝子発現が活性化される。芳香環を有するカチオン性の化合物がリガンドとしてはたらくことが知られており、光照射によってカチオン性を示す色素をリガンドとして利用できるのではないかと考えた。
上記のデザインに基づき、光応答性リガンドとなるphotoactivatableな色素を合成した。光照射を行ったところ速やかに変換が起こり、発色団の形成に伴い蛍光の大幅な増大が確認された。光照射前後における転写因子タンパク質との結合を評価したところ、光照射後の化合物は強く結合することが確認された、続いて無細胞転写系による遺伝子発現量を評価したところ、光照射後ではmRNA量の増加が見られ、本遺伝子発現制御システムの光駆動化に成功した。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (10 results)

All 2024 2023

All Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 1 results) Presentation (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Activatable 19F MRI probe for detection of α-amylase activity2024

    • Author(s)
      Konishi Yuki、Otera Yuya、Minoshima Masafumi、Kikuchi Kazuya
    • Journal Title

      Chemistry Letters

      Volume: 53 Pages: upae003

    • DOI

      10.1093/chemle/upae003

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Rational Design of Hydroxylated Thiazole Orange Photocages for Green Light‐Triggered DNA Recombination2024

    • Author(s)
      Hashimoto Ryu、Minoshima Masafumi、Kikuchi Kazuya
    • Journal Title

      ChemBioChem

      Volume: 25 Pages: e202300799

    • DOI

      10.1002/cbic.202300799

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Recent advancements of fluorescent biosensors using semisynthetic probes2024

    • Author(s)
      Reja Shahi Imam、Minoshima Masafumi、Hori Yuichiro、Kikuchi Kazuya
    • Journal Title

      Biosensors and Bioelectronics

      Volume: 247 Pages: 115862~115862

    • DOI

      10.1016/j.bios.2023.115862

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Elastic Polymer Coated Nanoparticles with Fast Clearance for 19F MR Imaging2023

    • Author(s)
      Konishi Yuki、Minoshima Masafumi、Fujihara Kohei、Uchihashi Takayuki、Kikuchi Kazuya
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: 62 Pages: e202308565

    • DOI

      10.1002/anie.202308565

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Development of a Versatile Protein Labeling Tool for Live‐Cell Imaging Using Fluorescent β‐Lactamase Inhibitors2023

    • Author(s)
      Minoshima Masafumi、Umeno Taro、Kadooka Kohei、Roux Margaux、Yamada Namiko、Kikuchi Kazuya
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: 62 Pages: e202301704

    • DOI

      10.1002/anie.202301704

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 生命機能を可視化するさまざまな化学蛍光プローブ2023

    • Author(s)
      蓑島維文、菊地和也
    • Journal Title

      医学のあゆみ 生体イメージングの最前線

      Volume: 286 Pages: 337~342

  • [Journal Article] MRIの現在と未来-マルチカラー19F MRIがもたらすもの2023

    • Author(s)
      小西祐輝、蓑島維文、菊地和也
    • Journal Title

      化学12月号

      Volume: 12 Pages: 62~63

  • [Presentation] Development of pH-activatable Fluorescent Probes for in vivo Imaging-based Analysis of Osteoclastic Bone Resorption2023

    • Author(s)
      Masafumi Minoshima, Hatsune Miki, Yasutaka Yoshimura, Kazuya Kikuchi
    • Organizer
      EMBL symposium: seeing is believing: imaging the molecular processes of life
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] β-ラクタマーゼ阻害剤を用いたタンパク質ラベル化法の開発とオートファジーに伴うタンパク質動態の可視化2023

    • Author(s)
      蓑島維文、梅野太朗、門岡康平、Margaux Roux、山田菜美子、菊地和也
    • Organizer
      日本分子イメージング学会 第17回学術集会
  • [Patent(Industrial Property Rights)] タンパク質間相互作用を可視化する方法2024

    • Inventor(s)
      蓑島維文、Jiatong Li、菊地和也
    • Industrial Property Rights Holder
      蓑島維文、Jiatong Li、菊地和也
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2024-31686

URL: 

Published: 2024-12-25  

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