オーキシンデグロン技術のケミカルバイオロジー基盤開発

• 研究課題/領域番号: 18H02170
• 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38060:応用分子細胞生物学関連
• 研究機関: 国立遺伝学研究所
• 研究代表者: 鐘巻 将人 国立遺伝学研究所, 遺伝メカニズム研究系, 教授 (20444507)
• 研究分担者: 林 謙一郎 岡山理科大学, 理学部, 教授 (30289136)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円); 2020年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2019年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2018年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円)
• キーワード: 発現制御 / デグロン / タンパク質分解 / オーキシン / 細胞工学 / ケミカルバイオロジー / 阻害剤

研究成果の概要

オーキシンデグロン（AID）法は、植物由来のユビキチンリガーゼサブユニットTIR1を異種細胞に導入することにより、植物AUX/IAA由来デグロンを付加したタンパク質をオーキシン添加により分解除去することを可能にした。AID法における問題は、デグロン付加したタンパク質がオーキシン非添加時においても弱い分解を受けることであった。

本研究費を利用してAID法の改良をおこなった。変異型TIR1と新たなリガンドを利用することにより、従来の問題点を克服したAID2を開発することに成功した。さらに、AID2は細胞のみならず、マウス個体にも応用可能であることを示した。本研究成果を論文公表した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

AID2を確立できたことにより、タンパク質分解による発現制御を細胞から個体まで応用できることを示した。タンパク質分解に基づく発現制御は、ごく短時間に標的タンパク質の発現を抑制できるために、標的タンパク質除去直後に起きる影響を観察できる。また、この分解は可逆的であるため、再発現も可能である。本技術は細胞から個体を用いた基礎研究の貢献できるのみならず、創薬における実証実験や疾患モデル動物作成に役立つことが期待される。

研究成果

• [国際共同研究] University of Dundee/University of Aberdeen(英国)
• [国際共同研究] Florida State University/San Diego Biomedical Research Institute(米国)
• [国際共同研究] Stony Brook University/Baylor College of Medicine(米国)
• [国際共同研究] University of Aberdeen/University college of London(英国)
• [国際共同研究] University of Aberdeen(英国)
• [国際共同研究] Baylor College of Medicine(米国)
• [雑誌論文] Targeted Protein Depletion Using the Auxin‐Inducible Degron 2 (AID2) System (2021)
  • 著者名/発表者名: Saito Yuichiro、Kanemaki Masato T.
  • 雑誌名: Current Protocols 巻: 1 号: 8 ページ: 1-21
  • DOI: 10.1002/cpz1.219
  • 査読あり
• [雑誌論文] Replication timing maintains the global epigenetic state in human cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Klein Kyle N.、Zhao Peiyao A.、Lyu Xiaowen、Sasaki Takayo、Bartlett Daniel A.、Singh Amar M.、Tasan Ipek、Zhang Meng、Watts Lotte P.、Hiraga Shin-ichiro、Natsume Toyoaki、Zhou Xuemeng、Baslan Timour、Leung Danny、Kanemaki Masato T.、Donaldson Anne D.、Zhao Huimin、Dalton Stephen、Corces Victor G.、Gilbert David M.
  • 雑誌名: Science 巻: 372 号: 6540 ページ: 371-378
  • DOI: 10.1126/science.aba5545
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The auxin-inducible degron 2 technology provides sharp degradation control in yeast, mammalian cells, and mice (2020)
  • 著者名/発表者名: Yesbolatova Aisha、Saito Yuichiro、Kitamoto Naomi、Makino-Itou Hatsune、Ajima Rieko、Nakano Risako、Nakaoka Hirofumi、Fukui Kosuke、Gamo Kanae、Tominari Yusuke、Takeuchi Haruki、Saga Yumiko、Hayashi Ken-ichiro、Kanemaki Masato T.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 号: 1 ページ: 5701-5701
  • DOI: 10.1038/s41467-020-19532-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Constructing Auxin-Inducible Degron Mutants Using an All-in-One Vector (2020)
  • 著者名/発表者名: Yesbolatova Aisha、Saito Yuichiro、Kanemaki Masato T.
  • 雑誌名: Pharmaceuticals 巻: 13 号: 5 ページ: 103-103
  • DOI: 10.3390/ph13050103
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] UBC13-Mediated Ubiquitin Signaling Promotes Removal of Blocking Adducts from DNA Double-Strand Breaks (2020)
  • 著者名/発表者名: Akagawa Remi、Trinh Hai Thanh、Saha Liton Kumar、Tsuda Masataka、Hirota Kouji、Yamada Shintaro、Shibata Atsushi、Kanemaki Masato T.、Nakada Shinichiro、Takeda Shunichi、Sasanuma Hiroyuki
  • 雑誌名: iScience 巻: 23 号: 4 ページ: 101027-101027
  • DOI: 10.1016/j.isci.2020.101027
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Generation of conditional auxin-inducible degron (AID) cells and tight control of degron-fused proteins using the degradation inhibitor auxinole (2019)
  • 著者名/発表者名: Yesbolatova A, Natsume T, Hayashi K, Kanemaki MT
  • 雑誌名: Methods 巻: 印刷中 ページ: 73-80
  • DOI: 10.1016/j.ymeth.2019.04.010
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ligand-induced genetic degradation as a tool for target validation (2019)
  • 著者名/発表者名: Yesbolatova Aisha、Tominari Yusuke、Kanemaki Masato T.
  • 雑誌名: Drug Discovery Today: Technologies 巻: 31 ページ: 91-98
  • DOI: 10.1016/j.ddtec.2018.11.001
  • 査読あり
• [雑誌論文] HsSAS-6-dependent cartwheel assembly ensures stabilization of centriole intermediates (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshiba Satoko、Tsuchiya Yuki、Ohta Midori、Gupta Akshari、Shiratsuchi Gen、Nozaki Yuka、Ashikawa Tomoko、Fujiwara Takahiro、Natsume Toyoaki、Kanemaki Masato T.、Kitagawa Daiju
  • 雑誌名: Journal of Cell Science 巻: 132 ページ: 217521-217521
  • DOI: 10.1242/jcs.217521
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Auxin-mediated rapid degradation of target proteins in hippocampal neurons (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakano Risako、Ihara Naoki、Morikawa Shota、Nakashima Ai、Kanemaki Masato T.、Ikegaya Yuji、Takeuchi Haruki
  • 雑誌名: NeuroReport 巻: 30 号: 13 ページ: 908-913
  • DOI: 10.1097/wnr.0000000000001299
  • 査読あり
• [雑誌論文] Control of homologous recombination by the HROB-MCM8-MCM9 pathway (2019)
  • 著者名/発表者名: Hustedt Nicole、Saito Yuichiro、Zimmermann Michal、Alvarez-Quilon Alejandro、Setiaputra Dheva、Adam Salom?、McEwan Andrea、Yuan Jing Yi、Olivieri Michele、Zhao Yichao、Kanemaki Masato T.、Jurisicova Andrea、Durocher Daniel
  • 雑誌名: Genes & Development 巻: 33 号: 19-20 ページ: 1397-1415
  • DOI: 10.1101/gad.329508.119
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Temporal and Spatial Epigenome Editing Allows Precise Gene Regulation in Mammalian Cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Kuscu Cem、Mammadov Rashad、Czikora Agnes、Unlu Hayrunnisa、Tufan Turan、Fischer Natasha Lopes、Arslan Sevki、Bekiranov Stefan、Kanemaki Masato、Adli Mazhar
  • 雑誌名: Journal of Molecular Biology 巻: 431 号: 1 ページ: 111-121
  • DOI: 10.1016/j.jmb.2018.08.001
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Chk1-mediated Cdc25A degradation as a critical mechanism for normal cell cycle progression. (2019)
  • 著者名/発表者名: Goto H., Natsume T., Kanemaki M.T., Kaito A., Wang S., Gabazza E.C., Inagaki M., Mizoguchi A.
  • 雑誌名: J. Cell Sci. 巻: 132 号: 2
  • DOI: 10.1242/jcs.223123
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Temporal Regulation of ESCO2 Degradation by the MCM Complex, the CUL4-DDB1-VPRBP Complex, and the Anaphase-Promoting Complex. (2018)
  • 著者名/発表者名: Minamino M, Tei S, Negishi L, Kanemaki MT, Yoshimura A, Sutani T, Bando M, Shirahige K.
  • 雑誌名: Curr Biol. 巻: 28(16) 号: 16 ページ: 2665-2672
  • DOI: 10.1016/j.cub.2018.06.037
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] TAGing for destruction (2018)
  • 著者名/発表者名: Yesbolatova Aisha、Kanemaki Masato T.
  • 雑誌名: Nature Chemical Biology 巻: 14 号: 5 ページ: 414-415
  • DOI: 10.1038/s41589-018-0024-5
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Seh1 targets GATOR2 and Nup153 to mitotic chromosomes (2018)
  • 著者名/発表者名: Platani Melpomeni、Samejima Itaru、Samejima Kumiko、Kanemaki Masato T.、Earnshaw William C.
  • 雑誌名: Journal of Cell Science 巻: 131 号: 9
  • DOI: 10.1242/jcs.213140
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Replication stress induces accumulation of FANCD2 at central region of large fragile genes. (2018)
  • 著者名/発表者名: Okamoto Y, Iwasaki WM, Kugou K, Takahashi KK, Oda A, Sato K, Kobayashi W, Kawai H, Sakasai R, Takaori-Kondo A, Yamamoto T, Kanemaki MT, Taoka M, Isobe T, Kurumizaka H, Innan H, Ohta K, Ishiai M, Takata M.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Res. 巻: 46(6) 号: 6 ページ: 2932-2944
  • DOI: 10.1093/nar/gky058
  • NAID: 120006488604
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ki-67 and condensins support the integrity of mitotic chromosomes through distinct mechanisms (2018)
  • 著者名/発表者名: Takagi Masatoshi、Ono Takao、Natsume Toyoaki、Sakamoto Chiyomi、Nakao Mitsuyoshi、Saitoh Noriko、Kanemaki Masato T.、Hirano Tatsuya、Imamoto Naoko
  • 雑誌名: Journal of Cell Science 巻: 131 ページ: 212092-212092
  • DOI: 10.1242/jcs.212092
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Functional analysis after rapid degradation of condensins and 3D-EM reveals chromatin volume is uncoupled from chromosome architecture in mitosis (2018)
  • 著者名/発表者名: Samejima Kumiko、Booth Daniel G.、Ogawa Hiromi、Paulson James R.、Xie Linfeng、Watson Cara A.、Platani Melpomeni、Kanemaki Masato T.、Earnshaw William C.
  • 雑誌名: Journal of Cell Science 巻: 131 号: 4
  • DOI: 10.1242/jcs.210187
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Publisher Correction: Exosomes maintain cellular homeostasis by excreting harmful DNA from cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Akiko、Okada Ryo、Nagao Koji、Kawamata Yuka、Hanyu Aki、Yoshimoto Shin、Takasugi Masaki、Watanabe Sugiko、Kanemaki Masato T.、Obuse Chikashi、Hara Eiji
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 号: 1 ページ: 06613-3
  • DOI: 10.1038/s41467-018-06613-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Endosomal Rab cycles regulate Parkin-mediated mitophagy. (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamano K, Wang C, Sarraf SA, Münch C, Kikuchi R, Noda NN, Hizukuri Y, Kanemaki MT, Harper W, Tanaka K, Matsuda N, Youle RJ.
  • 雑誌名: eLife 巻: 7
  • DOI: 10.7554/elife.31326
  • NAID: 120006457172
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Dynein-Dynactin-NuMA clusters generate cortical spindle-pulling forces as a multi-arm ensemble (2018)
  • 著者名/発表者名: Okumura Masako、Natsume Toyoaki、Kanemaki Masato T、Kiyomitsu Tomomi
  • 雑誌名: eLife 巻: 7 ページ: 1-24
  • DOI: 10.7554/elife.36559
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] AID2技術を使ってゲノムと非ゲノム情報複製の関係を探る (2020)
  • 著者名/発表者名: 鐘巻将人
  • 学会等名: 日本遺伝学会
  • 招待講演
• [学会発表] The Auxin-Inducible Degron (AID) system as a tool for target validation (2019)
  • 著者名/発表者名: Masato Kanemaki
  • 学会等名: TPD Forum Japan
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] MCMBP is an MCM chaperon protecting the MCM subunits from degradation (2019)
  • 著者名/発表者名: Masato Kanemaki
  • 学会等名: CSHL meeting on eukaryotic DNA replication and genome maintenance
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Auxin-inducible degron (AID) technology for rapid protein depletion in human cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Masato Kanemaki
  • 学会等名: 日本遺伝学会 国際シンポジウム
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The Auxin-Inducible Degron (AID) system as a tool for target validation (2019)
  • 著者名/発表者名: Masato Kanemaki
  • 学会等名: TPD summit in Boston
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] MCMBP is an MCM chaperon protecting the MCM subunits from degradation (2019)
  • 著者名/発表者名: 鐘巻将人
  • 学会等名: 3Rワークショップ
• [学会発表] オーキシンデグロン技術を標的タンパク質誘導分解薬開発に利用する (2019)
  • 著者名/発表者名: 鐘巻将人
  • 学会等名: 日本分子生物学会 ワークショップ3AW-19
  • 招待講演
• [学会発表] Rapid protein depletion in human cells by the auxin-inducible degron technology (2018)
  • 著者名/発表者名: Masato Kanemaki
  • 学会等名: NIG International Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] A non-canonical DNA replication important for genome maintenance (2018)
  • 著者名/発表者名: Masato Kanemaki
  • 学会等名: Okazaki Fragment Memorial Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] 生物の科学遺伝 ヒト疾患とモデル生物：ヒト培養細胞を用いた解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 鐘巻将人
  • 総ページ数: 5
  • 出版者: エヌ・ティー・エス
  • ISBN: 9784860435530
• [図書] 実験医学 2018年 6月号：抗体による内在性タンパク質分解除去 (2018)
  • 著者名/発表者名: 鐘巻将人
  • 総ページ数: 2
  • 出版者: 羊土社
  • ISBN: 9784758125086
• [図書] 実験医学 2018年 12月号：複製フォークの異常が自己炎症性疾患を引き起こす (2018)
  • 著者名/発表者名: 鐘巻将人
  • 総ページ数: 2
  • 出版者: 羊土社
  • ISBN: 9784758125147
• [備考] オーキシンデグロン(AID)法のためのCRISPR/Cas9を利用した新規タグ導入と分解阻害剤の開発
  • URL: https://www.nig.ac.jp/nig/ja/2019/05/research-highlights_ja/rh20190510.html
• [備考] 遺伝子が転写される際のDNAの「動き」を生きた細胞の中で捉えた!
  • URL: https://www.nig.ac.jp/nig/ja/2019/03/research-highlights_ja/20190305.html
• [備考] 世界初！光で細胞分裂装置の操作に成功 ～体作りに重要な細胞分裂の仕組みの理解促進に期待～
  • URL: https://www.nig.ac.jp/nig/ja/2018/07/research-highlights_ja/20180709.html
• [産業財産権] オーキシンデグロンシステムのキット、およびその使用 (2019)
  • 発明者名: 鐘巻将人、林謙一郎
  • 権利者名: 大学共同利用機関法人情報・システム研究機構、学校法人加計学園
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2019-131464
  • 出願年月日: 2019