細胞内外で活性をスイッチする機能性核酸のIn-cell NMR法等を用いた創製

• 研究課題/領域番号: 17K14515
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 生体関連化学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 山置 佑大 京都大学, エネルギー理工学研究所, 研究員 (00778095)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2018年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2017年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: in-cell NMR / 四重鎖核酸 / リボザイム / アプタマー / カリウムイオン

研究成果の概要

カリウムイオン濃度の違いを感知し自身の活性をオン/オフする機能性核酸は細胞内外で活性を自律的にスイッチする新規機能性核酸と成り得る。我々はGGAが繰り返す四重鎖構造形成配列を機能性RNAであるアプタマーと組み合わせることでカリウムイオン応答性アプタマーを開発した。さらに機能性RNAの構造やダイナミクスをこれらの分子が働く場所である生きた細胞内で観測するためにヒト生細胞を用いた核酸のin-cell NMR測定の手法を確立した。これによりヒト生細胞内核酸の構造情報を得ることに成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

カリウムイオン濃度を感知して細胞内に取り込まれた時のみ活性がオンになる新規機能性RNA分子は細胞内分子を標的とする核酸医薬品および同分野で課題となっているドラッグデリバリーシステム開発の一助と成り得る。また、細胞内は試験管内環境とは異なり、様々な生体分子が密に詰まった分子混雑環境である。このような混雑環境中では核酸の挙動が試験管内環境とは異なる。本研究で確立したヒト細胞を用いた核酸のin-cell NMR法はこのような分子混雑環境下で核酸の挙動を詳細に調べる手法と成り得る。これは核酸の制御する様々な生命現象を調べるツールと成ることが期待される。

研究成果

• [雑誌論文] RNA sequence and length contribute to RNA-induced conformational change of TLS/FUS (2020)
  • 著者名/発表者名: Hamad Nesreen、Mashima Tsukasa、Yamaoki Yudai、Kondo Keiko、Yoneda Ryoma、Oyoshi Takanori、Kurokawa Riki、Nagata Takashi、Katahira Masato
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 号: 1 ページ: 2629-2629
  • DOI: 10.1038/s41598-020-59496-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Recent progress of in-cell NMR of nucleic acids in living human cells (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamaoki, Y., Nagata, T., Sakamoto, T., and Katahira, M.
  • 雑誌名: Biophysical Reviews 巻: - 号: 2 ページ: 411-417
  • DOI: 10.1007/s12551-020-00664-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Versatility of RNA-Binding Proteins in Living Cells (2019)
  • 著者名/発表者名: R. Kurokawa et al.
  • 雑誌名: Biomedical Sciences 巻: 5 号: 1 ページ: 7-13
  • DOI: 10.11648/j.bs.20190501.12
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The anti‐prion RNA aptamer R12 disrupts the Alzheimer's disease‐related complex between prion and amyloid β (2019)
  • 著者名/発表者名: Iida Mamiko、Mashima Tsukasa、Yamaoki Yudai、So Masatomo、Nagata Takashi、Katahira Masato
  • 雑誌名: The FEBS Journal 巻: 印刷中 号: 12 ページ: 2355-2365
  • DOI: 10.1111/febs.14819
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 2023年に向けて (2019)
  • 著者名/発表者名: 武藤梨沙、河合(久保田)寿子、池上貴久
  • 雑誌名: 生物物理 巻: 59 号: 1 ページ: 001-001
  • DOI: 10.2142/biophys.59.001
  • NAID: 130007557811
  • ISSN: 0582-4052, 1347-4219
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Analysis of Interactions between Telomeric i-Motif DNA and a Cyclic Tetraoxazole Compound (2018)
  • 著者名/発表者名: Sedghi Masoud Shadi、Yamaoki Yudai、Ma Yue、Marchand Adrien、Winnerdy Fernaldo Richtia、Gabelica Valerie、Phan Anh Tuan、Katahira Masato、Nagasawa Kazuo
  • 雑誌名: ChemBioChem 巻: 19 号: 21 ページ: 2268-2272
  • DOI: 10.1002/cbic.201800425
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Multiplicity in Long Noncoding RNA Biomedical Sciences (2018)
  • 著者名/発表者名: 3.R. Kurokawa, R. Komiya, T. Oyoshi, Y. Matsuno, H. Tani, M. Katahira, K. Hitachi, Y. Iwashita, T. Yamashita, K. Kondo, R. Yoneda, Y. Yamaoki, N. Ueda, T. Mashima, N. Kobayashi, T. Nagata, A. Kiyoishi, M. Miyake, F. Kano, M. Murata1, N. Hamad, K. Sasaki, N. Shoji
  • 雑誌名: Biomedical Sciences 巻: 4 号: 2 ページ: 18-23
  • DOI: 10.11648/j.bs.20180402.11
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Selective alkylation of T-T mismatched DNA using vinyldiaminotriazine-acridine conjugate (2018)
  • 著者名/発表者名: Onizuka Kazumitsu、Usami Akira、Yamaoki Yudai、Kobayashi Tomohito、Hazemi Madoka E、Chikuni Tomoko、Sato Norihiro、Sasaki Kaname、Katahira Masato、Nagatsugi Fumi
  • 雑誌名: Nucleic Acids Res. 巻: 46 号: 3 ページ: 1059-1068
  • DOI: 10.1093/nar/gkx1278
  • NAID: 120006466620
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The first successful observation of in-cell NMR signals of DNA and RNA in living human cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamaoki Yudai、Kiyoishi Ayaka、Miyake Masayuki、Kano Fumi、Murata Masayuki、Nagata Takashi、Katahira Masato
  • 雑誌名: Phys Chem Chem Phys 巻: 20 号: 5 ページ: 2982-2985
  • DOI: 10.1039/c7cp05188c
  • NAID: 130007557810
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of an RNA aptamer that acquires binding capacity against HIV-1 Tat protein via G-quadruplex formation in response to potassium ions (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamaoki, Y., Nagata, T., Mashima, T., Katahira, M.
  • 雑誌名: Chemical communications 巻: 53 号: 52 ページ: 7056-7059
  • DOI: 10.1039/c7cc03312e
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] In-cell NMR法を用いた非標準構造を形成する核酸の構造安定性の解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 阪本知樹, 山置佑大, 加納ふみ，村田昌之，永田崇, 片平正人
  • 学会等名: 第100回日本化学会年会
• [学会発表] Disruption of the Alzheimer's disease-related complex betweeen prion and amyloid b by an anti-prion aptamer (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Mashima, M. Iida, Y. Yamaoki, M. So, T. Nagata, M. Katahira
  • 学会等名: Commemorative International Symposium of the Japan Society of Nucleic Acids Chemistry (CISNAC)
  • 国際学会
• [学会発表] In-cell NMR法を用いたヒト生細胞内の核酸の構造と安定性の評価 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山置佑大, 永田崇，清石彩華，三宅雅之，Lin Kuan-Heng, 高見昇平, 加納ふみ，村田昌之，片平正人
  • 学会等名: 第21回日本RNA学会年会
• [学会発表] The observation of in-cell NMR signals of nucleic acids in living human cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamaoki, A. Kiyoishi, M. Miyake, K. H. Lin, F. Kano, M. Murata, T. Nagata, M. Katahira
  • 学会等名: 7th International Meeting on Quadruplex Nucleic Acids
  • 国際学会
• [学会発表] Evaluation of the structure and dynamics of nucleic acids inside the living human cells by in-cell NMR spectroscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamaoki, T. Nagata, A. Kiyoishi, M. Miyake, F. Kano, M. Murata, M. Katahira
  • 学会等名: 第57回日本生物物理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] Development of anti-prion RNA aptamers and destruction of the Alzheimer's disease-related complex (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Mashima, M. Iida, J. H. Lee, Y. Yamaoki, M. So, Y. O. Kamatari, T. Hayashi, M. Kinoshita, K. Kuwata, T. Nagata, M. Katahira
  • 学会等名: International Symposium on Nucleic Acids Chemistry 2019(ISNAC2019)
  • 国際学会
• [学会発表] In-cell NMR法を用いたヒト生細胞内のDNAおよびRNAの構造安定性評価 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山置佑大，永田崇，高見昇平，阪本知樹，片平正人
  • 学会等名: 第58回NMR討論会
• [学会発表] Promotor associated non-coding RNA, pncRNA, can diminish the aggregation of TLS caused by shearing stress (2019)
  • 著者名/発表者名: N. Hamad, T. Mashima, Y. Yamaoki, K. Kondo, R. Yoneda, R. Kurokawa, T. Nagata, M. Katahira
  • 学会等名: 第42回分子生物学会
• [学会発表] In-cell NMR法によるヒト生細胞内の核酸の構造およびダイナミクスの解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山置佑大, 永田崇, 阪本知樹, 高見昇平, 加納ふみ, 村田昌之, 片平正人
  • 学会等名: 第42回分子生物学会
• [学会発表] In-cell NMR法によるヒト生細胞内における核酸‐リガンド相互作用の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 高見昇平, 山置佑大, 加納ふみ，村田昌之，坂本秦一，原田和雄，永田崇, 片平正人
  • 学会等名: 第42回分子生物学会
• [学会発表] ヒト生細胞内における核酸の非標準構造および構造安定性のin-cell NMR法を用いた解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 阪本知樹, 山置佑大, 加納ふみ，村田昌之，永田崇, 片平正人
  • 学会等名: 第42回分子生物学会
• [学会発表] In-cell NMR法によるヒト細胞内DNAおよびRNAの観測 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山置佑大
  • 学会等名: 第2回長鎖非コードRNA勉強会
• [学会発表] In-cell NMR法によるヒト細胞内DNAおよびRNAの観測 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山置佑大
  • 学会等名: 第19回若手NMR研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Conformational change detection of translocated in liposarcoma, TLS, upon binding to promoter-associated non-coding RNA, pncRNA (2018)
  • 著者名/発表者名: Nesreen Hamad, Tsukasa Mashima, Yudai Yamaoki, Keiko Kondo, Hiroki Watanabe, Takayuki Uchihashi, Riki Kurokawa, Takashi Nagata, Masato Katahira
  • 学会等名: International Conference on Biochemistry, Molecular Biology and Biotechnology 2018 (ICBMBB2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Observation of imino proton signals of DNA and RNA introduced inside the living human cells by using in-cell NMR spectroscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: Yudai Yamaoki, Takashi Nagata, Ayaka Kiyoishi, Masayuki Miyake, Fumi Kano, Masayuki Murata, Masato Katahira
  • 学会等名: XXVIII International Conference on Magnetic Resonance in Biological Systems (ICMRBS2018)
  • 国際学会
• [学会発表] In-cell NMR studies on structure and dynamics of DNA and RNA introduced inside the living human cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Yudai Yamaoki, Takashi Nagata, Ayaka Kiyoishi, Masayuki Miyake, Kuan-Heng Lin, Shohei Takami, Fumi Kano, Masayuki Murata, Masato Katahira
  • 学会等名: The 45th International Symposium on Nucleic Acids Chemistry (ISNAC2018)
  • 国際学会
• [学会発表] In-cell NMR法を用いたヒト生細胞内のDNAおよびRNAの構造とダイナミクスの解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山置佑大, 永田崇, 清石彩華, 三宅雅之, 加納ふみ, 村田昌之, 片平正人
  • 学会等名: 第57回NMR討論会
• [学会発表] In-cell NMR法によるヒト生細胞内環境下の核酸の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山置佑大, 永田崇, 清石彩華, 三宅雅之, Lin Kuan-Heng, 高見昇平, 加納ふみ, 村田昌之, 片平正人
  • 学会等名: 核酸化学若手フォーラム2018
• [学会発表] In-cell NMR analysis for structure and dynamics of nucleic acids introduced inside the living human cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Yudai Yamaoki, Takashi Nagata, Ayaka Kiyoishi, Masayuki Miyake, Kuan-Heng Lin, Shohei Takami, Fumi Kano, Masayuki Murata, Masato Katahira
  • 学会等名: The 41st Annual Meeting of the Molecular Biology Society of Japan
• [学会発表] Evaluation of the structural stability and dynamics of nucleic acids inside the living cells by using in-cell NMR spectroscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: Takashi Nagata, Yudai Yamaoki, Masato Katahira
  • 学会等名: The 18th Annual Meeting of the Protein Science Society of Japan
  • 招待講演
• [学会発表] Evaluation of the structural stability and dynamics of nucleic acids inside the living cells by using in-cell NMR spectroscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: Nagata Takashi、Yamaoki Yudai、Katahira Masato
  • 学会等名: The 18th Annual Meeting of the Protein Science Society of Japan
• [学会発表] In-cell NMR法によるヒト細胞内DNAおよびRNAの観測 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山置佑大、清石彩華、三宅雅之、加納ふみ、村田昌之、永田崇、片平正人
  • 学会等名: 第56回 NMR討論会
• [学会発表] Interaction of a cyclic tetraoxazole with i-motif DNA and its effect on this structure (2017)
  • 著者名/発表者名: Masoud Shadi Sedghi、Yamaoki Yudai、Ma Yue、Katahira Masato、Nagasawa Kazuo
  • 学会等名: The 44rd International Symposium on Nucleic Acids Chemistry (ISNAC)
  • 国際学会
• [学会発表] An anti-prion aptamer inhibits the formation of prion protein-amyloid β oligomer complex that is related to Alzheimer's disease (2017)
  • 著者名/発表者名: Iida Mamiko、Mashima Tsukasa、Yamaoki Yudia、Nagata Takashi、Katahira Masato
  • 学会等名: 第55回 日本生物物理学会年会
• [学会発表] DNA中のT-Tミスマッチ構造を選択的にアルキル化する小分子の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鬼塚和光、宇佐美彬、山置佑大、小林倫仁、Madoka Eurika Hazemi、千国友子、片平正人、永次史
  • 学会等名: 第11回バイオ関連化学シンポジウム
• [学会発表] Analysis of conformational changes of translocated in liposarcoma, TLS, upon binding to promoter-associated non-coding RNA, pncRNA (2017)
  • 著者名/発表者名: Hamad Nesreen、Mashima Tsukasa、Yamaoki Yudai、Kondo Keiko、Nagata Takashi、Katahira Masato
  • 学会等名: 3rd International Conference on New Horizons in Basic and Applied Science
  • 国際学会
• [学会発表] Invention of RNA aptamer and ribozyme whose activities switch on in response to potassium ion via G-quadruplex formation (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamaoki Yudai、Mashima Tsukasa、Nagata Takashi、Katahira Masato
  • 学会等名: 6th International Meeting on Quadruplex Nucleic Acids
  • 国際学会
• [学会発表] Synthesis of cyclic polyoxazole compound as i-motif binder (2017)
  • 著者名/発表者名: Masoud Shadi Sedghi、Ma Yue、Marchand Adrien、Gabelica Valerie、Yamaoki Yudai、Katahira Masato、Nagasawa Kazuo
  • 学会等名: 6th International Meeting on Quadruplex Nucleic Acids
  • 国際学会
• [学会発表] Development of K+-responsive RNA aptamer and ribozyme, and in-cell NMR of nucleic acids in human cells (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamaoki Yudai、Kiyoishi Ayaka、Mashima Tsukasa、Kano Fumi、Murata Masayuki、Nagata Takashi、Katahira Masato
  • 学会等名: International Symposium for NMR of Nucleic Acids
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 京都大学エネルギー理工学研究所 エネルギー構造生命科学研究分野 片平研究室
  • URL: http://www.iae.kyoto-u.ac.jp/bio/