高速大規模な画像情報の取得を特徴としたゲノムプロフィリングシステムの開発と応用

• 研究課題/領域番号: 18K19839
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分62:応用情報学およびその関連分野
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 保川 清 京都大学, 農学研究科, 教授 (30397559)
• 研究分担者: ビヤニ マニッシュ 北陸先端科学技術大学院大学, エクセレントコア推進本部, 特任教授 (00599780) ; 吉高 淳夫 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (60263729)
• 研究期間 (年度): 2018-06-29 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2020年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2019年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2018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: ゲノムプロフィリング / PCR / リコンビナーゼポリメラーゼ増幅法 / RPA / 温度勾配ゲル電気泳動 / 画像処理 / 変曲点 / データベース / ゲノム / マイクロアレイ

研究成果の概要

ゲノムプロフィリング（GP）法はゲノムの一部の遺伝子断片群をランダムPCRにより増幅し、増幅産物を温度勾配ゲル電気泳動（TGGE）にかけ、泳動パターンを得て、コントロールと比較することにより、配列関連情報をシーケンシングせずに取得する方法である。本研究では、複数のTGGEを同時に行えるMultiple TGGEを開発した。また、TGGEの泳動パターンを追跡するソフトを開発し、変曲点を検出できるようにした。さらに、等温増幅法であるリコンビナーゼポリメラーゼ増幅法を用いて目的のDNA断片を増幅させる技術を構築した。そして、TGGEの泳動パターンの違いにより、DNA断片中の1塩基の変異を検出した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

種々の細胞、組織、個体、あるいは腸内や土壌などの微生物群集に対し、特定の遺伝子群に導入された変異を定量的に検出したり、これらを種々の環境下に置いた時にそのゲノムがどう変動するか、どの遺伝子が発現するかを高精度かつ迅速に計測したりすることは、生物学、農学、医学において基盤的に重要である。本研究では、従来マニュアル操作であったGP法をハードウエアとソフトウエアの両面から改良した。その結果、画像情報を高速に取得し、GP法を変異原性解析等の各種用途への応用や、GP法の画像情報とDNA配列情報を関連づけたデータベースの構築につなげる道を切り開いた。

研究成果

• [国際共同研究] NIH(米国)
• [国際共同研究] Biyani Girls College/University of Allahabad(インド)
• [国際共同研究] Patanjali Insititute(インド)
• [国際共同研究] NIH(米国)
• [雑誌論文] Increase in thermostability of Moloney murine leukemia virus reverse transcriptase by introducing a disulfide bridge in the ribonuclease H region (2021)
  • 著者名/発表者名: Narukawa, Y., Kandabashi, M., Li, T., Baba, M., Kojima, K., Iida K, Hiyama, T., Yokoe, S., Yamasaki, T., Takita, T., and Yasukawa, K.
  • 雑誌名: Protein Engineering, Design & Selection 巻: 未定
  • 査読あり
• [雑誌論文] Solvent engineering studies on recombinase polymerase amplification (2021)
  • 著者名/発表者名: Kojima, K., Juma, K. M., Akagi, S., Hayashi, K., Takita, T., O’Sullivan, C. K., Fujiwara, S., Nakura, Y., Yanagihara, I., and Yasukawa, K.
  • 雑誌名: Journal of Bioscience and Bioengineering 巻: 131 号: 2 ページ: 219-224
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2020.10.001
  • NAID: 40022484464
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Comparison of sensitivity and rapidness of PCR, recombinase polymerase amplification, and RNAspecific amplification for detection of Rice yellow mottle virus (2021)
  • 著者名/発表者名: Juma, K. M., Kojima, K., Takita, T., Natsuaki, K., and Yasukawa, K.
  • 雑誌名: Journal of Biological Macromolecules 巻: 21 ページ: 27-32
  • NAID: 130007971101
  • 査読あり
• [雑誌論文] リコンビナーゼポリメラーゼ増幅法 (2020)
  • 著者名/発表者名: 保川清
  • 雑誌名: 臨床化学 巻: 49 ページ: 220-221
• [雑誌論文] Val143 of human ribonuclease H2 is not critical for, but plays a role in determining catalytic activity and substrate specificity (2020)
  • 著者名/発表者名: Baba Misato、Kojima Kenji、Nishimura Takuto、Sugiura Takuya、Takita Teisuke、Uehara Ryo、Crouch Robert J.、Yasukawa Kiyoshi
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 15 号: 2 ページ: e0228774-e0228774
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0228774
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Inhibition of HIV-1 reverse transcriptase activity by the extracts of Indian plants (2020)
  • 著者名/発表者名: Ishizuka, K., Tsutsumi, Y., Baba, M., Biyani, R., Meng, C.W., Biyani, M., Takagi, M., Jaiswal, J., Sharma, B., Kojima, K., Takita, T., and Yasukawa, K.
  • 雑誌名: Journal of Biologcal Macromolecules 巻: 20 ページ: 17-22
  • NAID: 130007889345
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Characterization of six recombinant human RNase H2 bearing Aicardi-Goutieres syndrome causing mutations (2019)
  • 著者名/発表者名: Nishimura, T., Baba, M., Ogawa, S., Kojima, K., Takita, T., Crouch, R. J., and Yasukawa, K.
  • 雑誌名: The Journal of Biochemistry 巻: 166 号: 6 ページ: 537-545
  • DOI: 10.1093/jb/mvz073
  • NAID: 40022093086
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Construction and characterization of ribonuclease H2 knockout NIH3T3 (2019)
  • 著者名/発表者名: Tsukiashi, M., Baba, M., Kojima, K., Himeda, K., Teisuke T., and Yasukawa, K.
  • 雑誌名: The Journal of Biochemistry 巻: 165 号: 3 ページ: 249-256
  • DOI: 10.1093/jb/mvy101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Accurate fidelity analysis of the reverse transcriptase by a modified next-generation sequencing (2018)
  • 著者名/発表者名: 165.Okano, H., Baba, M., Hidese, R., Iida, K., Li, T., Kojima, K., Takita, T., Yanagihara, I., Fujiwara, S., and Yasukawa, K.
  • 雑誌名: Enzyme Microbial Technology 巻: 115 ページ: 81-85
  • DOI: 10.1016/j.enzmictec.2018.05.001
  • 査読あり
• [学会発表] 現場使用が可能で操作が容易な等温RNA/DNA増幅反応の電気化学センサー シンポジウム「現場で使用可能な 核酸検査実現のための技術開発」 (2021)
  • 著者名/発表者名: Manish Biyani
  • 学会等名: 日本農芸化学会2021年度大会（招待講演）
  • 招待講演
• [学会発表] リコンビナーゼポリメラーゼ増幅法の溶媒工学的研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: Kevin Maafu Juma、兒島憲二、赤木志保実、林魁一、滝田禎亮、 Ciara K. O’Sullivan、藤原伸介、名倉由起子、柳原格、保川清
  • 学会等名: 日本農芸化学会2021年度大会
• [学会発表] 酵素の改良と核酸増幅への応用 シンポジウム「現場で使用可能な 核酸検査実現のための技術開発」 (2021)
  • 著者名/発表者名: 保川清
  • 学会等名: 日本農芸化学会2021年度大会（招待講演）
  • 招待講演
• [学会発表] Alteration of enzymes and their application in rapid nucleic acid amplification to combat the virus pandemic (2020)
  • 著者名/発表者名: Kiyoshi Yasukawa
  • 学会等名: BICON2020（招待講演）
  • 招待講演
• [学会発表] Comparison of sensitivity and rapidness of PCR, recombinase polymerase amplification, and RNA-specific amplification for detection of Rice yellow mottle virus (2020)
  • 著者名/発表者名: Kevin Maafu Juma, Kenji Kojima, Teisuke Takita, Keiko T. Natsuaki, Kiyoshi Yasukawa
  • 学会等名: 第93回日本生化学会大会
• [学会発表] リボヌクレアーゼH2を欠損させたマウス線維芽細胞株NIH3T3の性状解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 姫田康平、月足元希、馬場美聡、兒島憲二、滝田禎亮、保川清
  • 学会等名: 2019年度日本生化学会近畿日本支部例会
• [学会発表] エカルディーグティエール症候群を引き起こす変異を有する6種類の組換えヒトリボヌクレアーゼH2の性状解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 西村拓人、馬場美聡、小川紗央里、兒島憲二、滝田禎亮、Robert J. Crouch、保川清
  • 学会等名: 第92回日本生化学会大会
• [学会発表] エカルディーグティエール症候群（AGS）の患者で同定された変異を有する6種類の組換えヒトRNase H2の性状解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小川紗央里、西村拓人、馬場美聡、兒島憲二、滝田禎亮、Robert J. Crouch、保川清
  • 学会等名: 日本農芸化学会関西・中部支部合同大会（関西支部第510回講演会）
• [学会発表] RNA amplification (2019)
  • 著者名/発表者名: Kiyoshi Yasukawa, Kenji Kojima
  • 学会等名: BICON-2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Recombinase polymerase amplification (2019)
  • 著者名/発表者名: Kenji Kojima, Itaru Yanagihara, Shinsuke Fujiwara, Manish Biyani, Kiyoshi Yasukawa
  • 学会等名: BICON-2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Inhibition of the DNA polymerase activities of HIV-1 reverse transcriptase and HIV-1 replication by Brasenia schreberi (Junsai) (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuto Tsutsumi, Keiko Ishizuka, Misato Baba, Kosaku Nishimura, Keishi Hata, Saori Takahashi, Shozo Sakuda, Teisuke Takita, Kenji Kojima, Kiyoshi Yasukawa
  • 学会等名: BICON-2019
  • 国際学会
• [学会発表] Characterization of recombinant human ribonuclease H2 bearing Aicardi-Goutieres syndrome causing mutations (2019)
  • 著者名/発表者名: Takuto Nishimura, Misato Baba, Saori Ogawa, Kenji Kojima, Teisuke Takita, Robert J. Crouch, Kiyoshi Yasukawa
  • 学会等名: MECC 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Construction and characterization of ribonuclease H2 knockout mouse NIH3T3 cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Kohei Himeda, Motoki Tsukiashi, Misato Baba, Saori Ogawa, Kenji Kojima, Teisuke Takita, Kiyoshi Yasukawa
  • 学会等名: MECC 2019
  • 国際学会
• [学会発表] リボヌクレアーゼH2を欠損させたマウス線維芽由来NIH3T3細胞の樹立 (2019)
  • 著者名/発表者名: 月足元希、馬場美聡、兒島憲二、姫田康平、滝田禎亮、保川清
  • 学会等名: 日本農芸化学会2019年大会
• [学会発表] リボヌクレアーゼH2を欠損させたマウス線維芽由来NIH3T3細胞の性状解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 月足元希、馬場美聡、兒島憲二、姫田康平、滝田禎亮、保川清
  • 学会等名: 日本農芸化学会2019年大会
• [学会発表] 改良された次世代シーケンスによる逆転写酵素の正確性の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 岡野啓志、馬場美聡、秀瀬涼太、飯田慶、李瞳陽、兒島憲二、滝田禎亮、柳原格、藤原伸介、保川清
  • 学会等名: 日本農芸化学会2019年大会
• [学会発表] リボヌクレアーゼH2をノックアウトしたNIH3T3細胞株の性状解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 月足元希、馬場美聡、兒島憲二、滝田禎亮、保川清
  • 学会等名: 2018年度日本生化学会大会
• [学会発表] リボヌクレアーゼH2を欠損したNIH3T3細胞株の樹立とその性状解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 月足元希、馬場美聡、兒島憲二、滝田禎亮、保川清
  • 学会等名: 日本農芸化学会関西支部第503回講演会
• [学会発表] 部位特異的変異導入によるヒトリボヌクレアーゼ H2の基質特異性の改変 (2018)
  • 著者名/発表者名: 兒島憲二、馬場美聡、西村拓人、滝田禎亮、上原了、Robert J. Crouch、保川清
  • 学会等名: 2018年度日本生化学会近畿日本支部例会
• [学会発表] エカルディーグティエール症候群（AGS）の患者で同定された変異を有する組換えヒトRNase H2の性状解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西村拓人、馬場美聡、兒島憲二、滝田禎亮、保川清
  • 学会等名: 日本農芸化学会関西支部第505回講演会
• [学会発表] Next-generation sequencing-based analysis of reverse transcriptase fidelity (2018)
  • 著者名/発表者名: Kiyoshi Yasukawa, Hiroyuki Okano, Misato Baba, Kei Iida, Ryota Hidese, Itaru Yanagihara, Kenji Kojima, Teisuke Takita, Shinsuke Fujiwara
  • 学会等名: BICON-2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Construction and characterization of ribonuclease H2 knockout NIH3T3 cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Motoki Tsukiashi, Misato Baba, Kenji Kojima, Kouhei Himeda, Teisuke Takita, Kiyoshi Yasukawa
  • 学会等名: RNaseH2018
  • 国際学会
• [学会発表] Improved GPMA (genome profiling-based mutation assay) using mammalian cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Misato Baba, Motoki Tsukiashi, Yutaro Narukawa, Parmila Kumari, Sunita Ghimire Gautam, Koji Matsuoka, Koichi Nishigaki, Kenji Kojima, Teisuke Takita, Kiyoshi Yasukawa
  • 学会等名: RNaseH2018
  • 国際学会
• [学会発表] Next-generation sequencing-based analysis of reverse transcriptase fidelity (2018)
  • 著者名/発表者名: Kiyoshi Yasukawa, Hiroyuki Okano, Misato Baba, Kei Iida, Ryota Hidese, Itaru Yanagihara, Kenji Kojima, Teisuke Takita, Shinsuke Fujiwara
  • 学会等名: RNaseH2018
  • 国際学会
• [学会発表] Mutations of Val143 in the catalytic subunit of human RNase H2 affect its substrate preference (2018)
  • 著者名/発表者名: Kenji Kojima，Misato Baba，Takuto Nishimura，Takuya Sugiura，Teisuke Takita，Ryo Uehara，Robert J. Crouch，Kiyoshi Yasukawa
  • 学会等名: RNaseH2018
  • 国際学会
• [備考] 酵素化学研究室ホームページ
  • URL: http://www.enzchem.kais.kyoto-u.ac.jp/