RNAの高次構造と機能を制御する小分子リガンドを用いる遺伝子発現RNAスイッチ

• 研究課題/領域番号: 18H02107
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分37030:ケミカルバイオロジー関連
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 堂野 主税 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (60420395)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円); 2021年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2020年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2019年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2018年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
• キーワード: リボザイム / RNA分子糊 / RNA結合リガンド / 光スイッチ / RNAスイッチ / RNA高次構造

研究成果の概要

研究代表者らが開発したRNAの部分構造選択的に結合してその折りたたみ構造変化を誘導する合成小分子リガンド（RNA分子糊）と、RNA分子糊によって活性制御されるRNA酵素（リボザイム）の２つの独自技術を用いて、遺伝子発現を自在に調節することのできる人工RNAスイッチを構築した。特性の異なるRNA分子糊とリボザイムを適切に組み合わせることで、タンパク質発現を抑制するOFF型、活性化するON型、光によって双方向可逆的に制御することのできるON/OFF型をそれぞれ創製し、ヒト培養細胞中で動作する遺伝子発現調節RNAスイッチの構築に成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、RNA結合小分子リガンドと外部刺激となる光を用いて、ヒト培養細胞内における標的タンパク質の発現を自在に制御可能な人工システムを構築した。標的遺伝子下流にRNAスイッチとなる配列を挿入することで動作するコンパクトな制御系であり、任意のタイミングで形質を発現するモデル細胞構築など合成生物学的意義が高い。本研究で採用し、実証したRNA結合小分子リガンドを基盤とする戦略は、RNA高次構造と機能を相関付けることのできる様々な機能性RNAに適用することができ、細胞機能の精密制御を通じた機能解明、創薬に資する分子作用機序の創出に貢献する。

研究成果

• [国際共同研究] University of Groningen(オランダ)
• [国際共同研究] University of Groningen(オランダ)
• [国際共同研究] University of Groningen(オランダ)
• [国際共同研究] ポーランド科学アカデミー生物有機化学研究所(ポーランド)
• [雑誌論文] Premature translation termination mediated non-ER stress induced ATF6 activation by a ligand-dependent ribosomal frameshifting circuit (2022)
  • 著者名/発表者名: Hsu Hsiu-Ting、Murata Asako、Dohno Chikara、Nakatani Kazuhiko、Chang KungYao
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 50 号: 9 ページ: 5369-5383
  • DOI: 10.1093/nar/gkac257
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Small molecule-induced trinucleotide repeat contractions during <i>in vitro</i> DNA synthesis (2021)
  • 著者名/発表者名: Dohno Chikara、Hagihara Masaki、Binti Mohd Zaifuddin Nursakinah、Nihei Mizuki、Saito Kaoru、Nakatani Kazuhiko
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 57 号: 26 ページ: 3235-3238
  • DOI: 10.1039/d1cc00349f
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rational design of a photoswitchable DNA glue enabling high regulatory function and supramolecular chirality transfer (2021)
  • 著者名/発表者名: Simeth Nadja A.、Kobayashi Shotaro、Kobauri Piermichele、Crespi Stefano、Szymanski Wiktor、Nakatani Kazuhiko、Dohno Chikara、Feringa Ben L.
  • 雑誌名: Chemical Science 巻: 12 号: 26 ページ: 9207-9220
  • DOI: 10.1039/d1sc02194j
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cyclic mismatch binding ligands interact with disease-associated CGG trinucleotide repeats in RNA and suppress their translation (2021)
  • 著者名/発表者名: Konieczny Patryk、Mukherjee Sanjukta、Stepniak-Konieczna Ewa、Taylor Katarzyna、Niewiadomska Daria、Piasecka Agnieszka、Walczak Agnieszka、Baud Anna、Dohno Chikara、Nakatani Kazuhiko、Sobczak Krzysztof
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 49 号: 16 ページ: 9479-9495
  • DOI: 10.1093/nar/gkab669
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Short Tandem Repeat Contractions during In Vitro DNA Synthesis by Repeat-binding Molecules (2021)
  • 著者名/発表者名: Hagihara Masaki、Dohno Chikara、Saito Kaoru、Sugimoto Kazuhiro、Hishinuma Yuta、Sohma Yuri、Shibata Tomonori、Nakatani Kazuhiko
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 50 号: 11 ページ: 1848-1851
  • DOI: 10.1246/cl.210415
  • NAID: 130008113718
  • 査読あり
• [雑誌論文] Novel Naphthyridine Tetramer that Recognizes Tandem G-G Mismatches by Formation of Interhelical Complex (2020)
  • 著者名/発表者名: Lu, Y. ; Dohno, C. ; Nakatani, K.
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 56 号: 5 ページ: 754-757
  • DOI: 10.1039/c9cc08111a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Assembly of ruthenium complexes on double strand DNA using mismatch binding ligand (2020)
  • 著者名/発表者名: Ni, L. ; Yamada, T. ; Nakatani, K.
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 56 号: 1 ページ: 56-61
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2020.03.107
  • 査読あり
• [雑誌論文] The dimeric form of 1, 3 - diaminoisoquinoline derivative rescued the mis - splicing of Atp2a1 and Clcn1 genes in myotonic dystrophy type 1 mouse model (2020)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto, J. ; Nakamori, M. ; Okamoto, T. ; Murata, A. ; Dohno, C. ; Nakatani, K.
  • 雑誌名: Chem. Eur. J. 巻: 26 号: 63 ページ: 14305-14309
  • DOI: 10.1002/chem.202001572
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Molecular glue for RNA: Regulating RNA structure and function through a synthetic RNA binding molecule (2019)
  • 著者名/発表者名: Dohno, C.; Nakatani, K.
  • 雑誌名: ChemBioChem 巻: 20 号: 23 ページ: 2903-2910
  • DOI: 10.1002/cbic.201900223
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural insights into synthetic ligands targeting A?A pairs in disease-related CAG RNA repeats (2019)
  • 著者名/発表者名: Mukherjee Sanjukta、Blaszczyk Leszek、Rypniewski Wojciech、Falschlunger Christoph、Micura Ronald、Murata Asako、Dohno Chikara、Nakatani Kazuhiko、Kiliszek Agnieszka
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 47 号: 20 ページ: 10906-10913
  • DOI: 10.1093/nar/gkz832
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Restoration of Ribozyme Tertiary Contact and Function by Using a Molecular Glue for RNA (2018)
  • 著者名/発表者名: Dohno, C. ; Kimura, M. ; Nakatani, K.
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 57 号: 2 ページ: 506-510
  • DOI: 10.1002/anie.201709041
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Dimeric 2,9‐Diamino‐1,10‐phenanthroline Derivative Improves Alternative Splicing in Myotonic Dystrophy Type 1 Cell and Mouse Models (2018)
  • 著者名/発表者名: Li Jinxing、Nakamori Masayuki、Matsumoto Jun、Murata Asako、Dohno Chikara、Kiliszek Agnieszka、Taylor Katarzyna、Sobczak Krzysztof、Nakatani Kazuhiko
  • 雑誌名: Chemistry - A European Journal 巻: 24 号: 68 ページ: 18115-18122
  • DOI: 10.1002/chem.201804368
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] オルト位フッ素置換アゾベンゼンを有する新規光応答性核酸分子スイッチ (2023)
  • 著者名/発表者名: 梶原 優佳、堂野 主税、中谷 和彦
  • 学会等名: 日本化学会第103春季年会
• [学会発表] RNA反復配列を標的とした光応答性リガンドによる細胞内RNA fociの形成制御 (2023)
  • 著者名/発表者名: 藤原 侑亮、柴田 知範、堂野 主税、中谷 和彦
  • 学会等名: 日本化学会第103春季年会
• [学会発表] Control of RNA Foci Formation by Photo-Switchable Ligands (2022)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Fujiwara, Tomonori Shibata, Chikara Dohno, Kazuhiko Nakatani
  • 学会等名: ISNAC2022
  • 国際学会
• [学会発表] 直列連結したグアニン認識部位を有する新規核酸結合リガンドの合成と評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小柴 佑輔、堂野主税、中谷和彦
  • 学会等名: 日本化学会第101春季年会
• [学会発表] Photoswitching of RNA structure and function by synthetic RNA binding ligands (2021)
  • 著者名/発表者名: Chikara Dohno
  • 学会等名: The 24th SANKEN International Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 光異性化特性を向上させた新規光応答性核酸結合分子の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小林笙太朗・堂野主税・中谷和彦
  • 学会等名: 日本化学会第100春季年会
• [学会発表] Synthetic molecular switch to regulate DNA/RNA structures and functions (2020)
  • 著者名/発表者名: Chikara Dohno
  • 学会等名: 2nd Indo-Japan (NCBS/inStem-ISIR, Osaka University) Meeting: Interfacing Chemistry and Biology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Modulation of DNA/RNA structure and function by photoresponsive synthetic ligands (2020)
  • 著者名/発表者名: Chikara Dohno
  • 学会等名: Osaka University - Groningen University Data Workshop
  • 国際学会
• [学会発表] ピペラジン骨格を有する新規ナフチリジン誘導体の創成と RNA と の結合評価 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小林笙太朗, 廬 藝歡, 堂野主税, 中谷和彦
  • 学会等名: 日本化学会第９９春季年会
• [学会発表] Targeting RNA structure and function by synthetic RNA binding ligand (2019)
  • 著者名/発表者名: Chikara Dohno
  • 学会等名: Indo-Japan (NCBS/inStem-ISIR, Osaka University) Meeting: Interfacing Chemistry and Biology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Regulation of RNA cleaving activity of hammerhead ribozyme by a synthetic RNA binding molecule (2019)
  • 著者名/発表者名: Chikara Dohno, Maki Kimura, Kazuhiko Nakatani
  • 学会等名: The Commemorative International Symposium of the Japan Society of Nucleic Acids Chemistry (CISNAC 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Modulation of ribozyme activity by conformational changes induced by a synthetic RNA binding molecule (2019)
  • 著者名/発表者名: Chikara Dohno, Maki Kimura, Kazuhiko Nakatani
  • 学会等名: 27th International Society of Heterocyclic Chemistry Congress
  • 国際学会
• [学会発表] RNA-based Genetic Switch Controlled by Synthetic RNA Binding Ligands (2018)
  • 著者名/発表者名: Chikara Dohno
  • 学会等名: Asian 3 Roundtable on Nucleic Acids (A3RONA 2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Recognition of DNA GGGGCC repeats by novel naphthyridine tetramer (2018)
  • 著者名/発表者名: Yihuan Lu, Chikara Dohno, Kazuhiko Nakatani
  • 学会等名: International Symposium on Nucleic Acids Chemistry (ISNAC) 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Rationally engineered ribozyme activatable by ligand induced restoration of tertiary structure (2018)
  • 著者名/発表者名: Chikara Dohno, Maki Kimura, Kazuhiko Nakatani
  • 学会等名: International Symposium on Nucleic Acids Chemistry (ISNAC) 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Development of Isoquinoline Ligand Binding to r(CUG) Repeats (2018)
  • 著者名/発表者名: Jun Matsumoto, Jinxing Li, Masayuki Nakamori, Asako Murata, Chikara Dohno, Kazuhiko Nakatani
  • 学会等名: International Symposium on Nucleic Acids Chemistry (ISNAC) 2018
  • 国際学会
• [学会発表] RNA結合分子によるRNA高次構造と機能の制御 (Small molecules that modulate RNA structures and functions) (2018)
  • 著者名/発表者名: 堂野主税
  • 学会等名: 第三回 核酸を標的とした低分子創薬研究会
  • 招待講演
• [備考] 産業科学研究所定例記者会見～合成分子でRNAの「形」と「機能」を制御する～
  • URL: https://www.sanken.osaka-u.ac.jp/regular_press/teirei_89.pdf