2023 Fiscal Year Annual Research Report
核酸関連分子相互作用の大規模解析と物質共生研究への活用
Publicly Offered Research
| Project Area | Biophysical Chemistry for Material Symbiosis |
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| Project/Area Number |
23H04051
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
鬼塚 和光 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (00707961)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | RNA / 核酸結合タンパク質 / プロテオミクス / ラベル化 / 光触媒 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
RNAの動的高次構造やRNA-タンパク質複合体形成の包括的な理解は、未知の細胞内RNA機能を発見・解明していくために重要である。本研究では、①核酸－タンパク質間相互作用大規模解析、②RNA－低分子間相互作用大規模解析に関する研究を進めた。
①では核酸結合性タンパク質に特化した光触媒ラベル化反応の開発を行った。系の確立を目指し、最初にG4重鎖構造（G4構造）に様々な光触媒を化学修飾したG4-cat-DNAを合成し、タンパク質のラベル化・プロテオミクスを行った。その結果、核酸の末端にRu複合体を修飾したものが本系に最も適していることを確認できた。さらに、本系を用いることで新しいG4構造結合タンパク質を見出すことに成功した。興味深いことに、このタンパク質はDNAだけでなくG4RNAとも結合し、その結合力はRNAの方がより強いことも明らかにした。G4-cat-RNAのプロテオミクスの準備も進んでいる。またG4だけでなくヘアピンループ構造にも着目し、併せて解析を進めている。
②ではタンパク質ラベル化反応の知見を活かし、RNAの光触媒ラベル化反応に取り組んだ。様々な光触媒、蛍光性分子で光反応を行い次世代シーケンサーでその反応性・反応部位を解析したところ、その分子の結合位置や構造モチーフの理解につながる重要な結果が得られた。また、当初想定していなかった光酸化反応による面白い現象も見出せており、今後につながると考えている。現在動的構造解析への適用を含め、応用研究につなぐ準備を行っている。
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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
①核酸－タンパク質間相互作用大規模解析に関して、光触媒ラベル化反応を利用した核酸結合タンパク質大規模解析の系の確立に成功し、さらに得られた情報からG4重鎖構造に結合するタンパク質を新規に見出し、実験的に確かめるところまで研究が進んだため、おおむね順調に進展しているといえる。見出したタンパク質はＧ４とは一見無関係な機能を生体では果たしている。もしG4構造とそのタンパク質の生体内での関係を明らかにできれば、新たな生命現象の関係を解くことにつながるため、本研究を進めていくうえで非常に重要な結果を得ることができたと考えている。
②RNAの光触媒ラベル化反応では、反応を次世代シーケンサーで解析していくことで、その分子の結合位置や構造モチーフの理解につながる重要な結果が得られた。また、当初想定していなかった光酸化反応による面白い現象も見出せており、今後につながると考えている。こちらもおおむね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
ヒトテロメア配列を持つRu複合体修飾G4-Ru-RNAを用いて、結合タンパク質の調査を進める。具体的には、合成したG4-Ru-RNAを用いて、細胞抽出液中でタンパク質のデスチオビオチンラベル化反応を行う。ビオチン化されたG4結合タンパク質をストレプトアビジンビーズでプルダウン後、nanoLC-MS/MSを用いたRu-dsRNA（コントロール二本鎖）との差分解析により、結合タンパク質の大規模解析を実施する。得られたデータをもとに、興味深い結合タンパク質に関してはその結合性を検証する。同時にヘアピン構造を持つRNAの解析を行い、結合タンパク質の調査を行う。その他の構造モチーフや核酸医薬品候補に結合するタンパク質の調査も上記２つの解析が終わり次第挑戦する。
さらに、我々はタンパク質ラベル化反応だけでなく、RNAの光触媒ラベル化反応も最近見出している。この知見に基づき、様々な光触媒や蛍光性物質を用いて標的RNAに対して反応を行い、次世代シーケンサーを用いて反応点を解析する。これまでに見出した化合物を用いて、ライブラリスケールで反応を行いそれぞれの分子の特性をつかむ。さらに、細胞抽出液・細胞中でも同様の反応を行い、転写産物レベルでRNA高次構造の動的挙動の理解と動的高次構造マッピングに挑戦する。
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