リボザイム機能構造のネットワーク

• 研究課題/領域番号: 14035224
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 井上 丹 京都大学, 大学院・生命科学研究科, 教授 (40114855)
• 研究期間 (年度): 2002 – 2006
• 研究課題ステータス: 完了 (2006年度)
• 配分額: 64,400千円 (直接経費: 64,400千円); 2006年度: 13,300千円 (直接経費: 13,300千円); 2005年度: 13,300千円 (直接経費: 13,300千円); 2004年度: 12,600千円 (直接経費: 12,600千円); 2003年度: 12,600千円 (直接経費: 12,600千円); 2002年度: 12,600千円 (直接経費: 12,600千円)
• キーワード: RNA / リボザイム / synthetic biology / リガーゼ / RNP / 分子デザイン / 分子エンジニアリング / ナノ / ナノバイオ / 分子認識 / 遺伝子 / 核酸 / 酵素 / in vitroセレクション / self-folding RNA / ナオバイオ / self-foldingRNA / in vitro セレクション / P4-P6 RNA / 立体構造 / 触媒部位

研究概要

「RNAナノ構造体の人工的構築」を目的に、コンピュータープログラムにより分子デザインし、実際に構築したself-folding RNAを基本骨格として、分子エンジニアリングを行い、反応部位と触媒部位を新たに組み込んだRNAをデザインした。触媒部位は30のランダムな塩基配列を持つヌクレオチドプールとし、このプールからのin vitroセレクションの条件を設定、セレクションを行い、de novoで分子構造をデザインし、そのデザインされた分子に、活性中心を搭載して実際にRNAリガーゼ活性を有するRNAを作成することに成功した。また、つづけてこの人工リボザイムに、さらに機能を付け加えることを試み、シス型のものからトランス型のものへと分子変換に成功した。さらには、新たに小分子レセプター機能をもつ構造ユニットを組み込みアロステリックにリボザイムを制御することに成功した。これは、天然のリボザイムの機能と構造の相関関係を解析し、それを蓄積して開発した技術を実践的に応用することができた初めての例となった。
このRNAの分子デザインの技術をさらに進めることにより、RNAとタンパク質の複合体であるRNPの分子デザインと作成をおこない、RNA骨格上に固定した二つの構造既知のタンパク質の間でFRETを行わせることに成功した。また、FRETの効率をRNAのデザインにより制御できることを示した。この基礎技術の開発の成功は、将来、シンセティックバイオロジーの新分野を切り開く為に有効であるものと期待される。

研究成果

• [雑誌論文] The role of peptide motifs in the evolution of a protein network. (2007)
  • 著者名/発表者名: Saito H, Kashida S, Inoue T, Shiba K.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Res. 35 ページ: 6357-6366
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] RNA and RNP as new molecular parts in synthetic biology・ (2007)
  • 著者名/発表者名: Saito H, Inoue T.
  • 雑誌名: J Biotechnol. 132 ページ: 1-7
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural and Biochemical Characterization of DSL Ribozyme (2006)
  • 著者名/発表者名: Horie, S. Ikawa, Y. & Inoue, T.
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun. 339 ページ: 115-121
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural and biochemical characterization of DSL ribozyme (2006)
  • 著者名/発表者名: Souta Horie, Yoshiya Ikawa, Tan Inoue
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 339 ページ: 115-121
• [雑誌論文] Redesign of an Artificial Ligase Ribozyme Based on the Analysis of Its Structural Elements (2005)
  • 著者名/発表者名: Yoshiya Ikawa, Junko Matsumoto, Souta Horie, Tan Inoue
  • 雑誌名: RNA biology 2・4 ページ: 137-142
• [雑誌論文] Generation of a catalytic module on a self folding RNA (2004)
  • 著者名/発表者名: Yoshioka, W., Ikawa, Y., Jaeger, L., Shiraishi, H., Inoue, T.
  • 雑誌名: RNA 10 ページ: 1900-1906
• [雑誌論文] De novo synthesis and development of an RNA enzyme (2004)
  • 著者名/発表者名: Ikawa, Y., Tsuda, K., Matsumura, S., Inoue T.
  • 雑誌名: Proc.Nad.Acad.Sci.USA 101 ページ: 13750-13755
• [雑誌論文] リボザイムの分子設計法-RNA構造情報の分子デザインへの還元 (2004)
  • 著者名/発表者名: 井上丹, 井川 善也
  • 雑誌名: 実験医学(増刊) 22 ページ: 2401-2407
• [雑誌論文] A ligase ribozyme obtained from a structural pool (2004)
  • 著者名/発表者名: Yoshioka, Y., Ikawa, Y., Jaeger, L., Inoue, T.
  • 雑誌名: Nucleic Acids res.Symp.Ser. 48 ページ: 209-210
• [雑誌論文] Artificial Modules for Enhancing Rate Constants of a Group I Intron Ribozyme without a P4-P6 Core Element (2004)
  • 著者名/発表者名: Shoji J.Ohuchi, Yoshiya Ikawa, Hideaki Shiraishi, Tan Inoue
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 279 ページ: 540-546
• [学会発表] RNAシンセティックバイオロジー (2007)
  • 著者名/発表者名: 井上丹
  • 学会等名: BMB 2007 第30回日本分子生物学会・第80回日本生化学会
  • 発表場所: パシフイコ横浜・ヨコハマグランドインクーコンチネンタルホテル
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [図書] Nucleic Acid Switches and Sensors (edited by Scott K.Silverman) (2006)
  • 著者名/発表者名: Tan Inoue*, Yoshiya Ikawa
  • 総ページ数: 12
  • 出版者: Eurekah. com and Springer Science+Business Media
• [文献書誌] Ohuchi, S.J., Ikawa, Y., Shiraishi, H., Inoue, T.: "Artificial Modules for Enhancing Rate Constants of a Group I Intron Ribozyme without a P4-P6 Core Element"J.Biol.Chem.. 279. 540-546 (2004)
• [文献書誌] Matsumura, S., Ikawa, Y., Inoue, T.: "Biochemical characterization of the kink-turn RNA motif"Nucleic Acids Research. 31. 5544-5551 (2003)
• [文献書誌] Ikawa, Y., Sasaki, K., Tominaga, H., Inoue.T.: "P5 activator of a group IC ribozyme can replace P7.1/7.2 activator of a group IA ribozyme."J.Biochem.. 133. 665-670 (2003)
• [文献書誌] Ikawa, Y., Tsuda, K., Matsumura, S., Atsumi, S., Inoue, T.: "Putative intermediary stages for the molecular evolution from a ribozyme to a catalytic RNP"Nucleic Acids Research. 31. 1488-1496 (2003)
• [文献書誌] Ikawa, Y., Inoue, T.: "Designed structural rearrangement of an active group I ribozyme"J.Biochem. 133. 189-195 (2003)
• [文献書誌] Atsumi, S., Ikawa, Y., Shiraishi, H., Inoue, T.: "Selections for constituting new RNA-protein interactions in catalytic RNP"Nucleic Acids Research. 31. 661-669 (2003)
• [文献書誌] Shimizu, T., Shiraishi, H., Inoue, T.: "Cloning and characterization of novel extensin-like cDNAs that are expressed during late somatic cell phase in the green alga Volvox carteri"Gene. 284. 179-187 (2002)
• [文献書誌] Oe, Y., Ikawa, Y., Shiraishi, H., Inoue, T.: "Relationship between the Self-Splicing Activity and the Solidity of the Master Domain of the Terahymena Group I Ribozyme"Biochem Biophys Res Commun. 291. 1225-1231 (2002)
• [文献書誌] Ikawa, Y., Fukada, K., Watanabe, S., Shiraishi, H., Inoue, t.: "Design, Construction, and Analysis of a Novel Class of Self-Folding RNA"Structure. Vol.10. 527-534 (2002)
• [文献書誌] Kitamura, A., Muto, Y., Watanabe, S., Kim, I., Ito, T., Nishiya, Y., Sakamoto, T., Otsuki, T., Kawai, G., Watanabe, K., Hosono, K., Takaku, H., Katoh, E., Yamazaki, T., Inoue, T., Yokoyama, S.: "Solution structure of an RNA fragment with the P7/P9.0 region and the 3'-terminal guanosine of the Tetrahymena group I intron"RNA. Vol.8,Number.4. 440-451 (2002)
• [文献書誌] Aono, N., Shimizu, T., Inoue, T., Shiraishi, H.: "Palindromic repetitive elements in the mitochondrial genome of Volvox1"FEBS Lett. 521. 95-99 (2002)
• [文献書誌] Ohuchi, S., Ikawa, Y., Shiraishi, H., Inoue, T.: "Modular engineering of a Group I intron ribozyme"Nucleic Acids Res. Vol.30,No.15. 3473-3480 (2002)