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実験と計算を融合した核酸酵素の進化工学

研究課題

研究課題/領域番号 19H02855
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
研究機関沖縄科学技術大学院大学

研究代表者

横林 洋平  沖縄科学技術大学院大学, 核酸化学・工学ユニット, 教授 (70769752)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2021年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
2020年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
2019年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
キーワード進化工学 / 核酸化学 / RNA / リボザイム / 核酸酵素 / 合成生物学
研究開始時の研究の概要

遺伝子情報を担うDNAやRNAといった核酸は、タンパク質酵素のように化学反応を触媒する機能も持ち、物質生産や遺伝子治療などに応用が期待されている。本研究の主な目的は、これらの核酸酵素を実験室内で人工的に進化させ、より活性の高い配列を発見することである。さらに、この人工進化の過程に、機械学習などコンピューターによる計算を取り入れ、従来の実験室進化を凌駕する手法を開発することを目指す。

研究成果の概要

触媒機能をもつ核酸、特にRNA(リボザイム)は、生命の起源や遺伝子治療など、基礎的にも応用的にも興味深い分子である。リボザイムの塩基配列とその機能とどのような関係を持っているかを、測定し、予測することが本研究の主な目的である。本研究では、リガーゼというRNAを結合するリボザイムについて、大量の配列とその活性を測定し、そのデータを機械学習などによって解析した。その結果、リボザイム配列とその触媒活性について、多くの興味深い知見が得られた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

触媒機能をもつRNA、リボザイムは、生命の起源に深く関わると考えられている。また、遺伝子治療などへの応用も有望な機能性核酸である。本研究は大量のリボザイム塩基配列とその機能を実験的に測定し、得られた大量のデータを機械学習などで解析することにより、これまでにない基礎的な知見が得られた。本研究により開発されたリボザイム測定技術やデータ解析法は、他の核酸酵素にも応用可能であり、様々な発展が期待できる。

報告書

(4件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2022 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 4件、 招待講演 4件)

  • [雑誌論文] High-throughput screening of cell-free riboswitches by fluorescence-activated droplet sorting2022

    • 著者名/発表者名
      Tabuchi Takeshi、Yokobayashi Yohei
    • 雑誌名

      Nucleic Acids Research

      巻: 50 号: 6 ページ: 3535-3550

    • DOI

      10.1093/nar/gkac152

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Directed evolution of orthogonal RNA-RBP pairs through library-vs-library in vitro selection2022

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Fukunaga and Yohei Yokobayashi
    • 雑誌名

      Nucleic Acids Research

      巻: 50 号: 2 ページ: 601-616

    • DOI

      10.1093/nar/gkab527

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Circularly-Permuted Pistol Ribozyme: A Synthetic Ribozyme Scaffold for Mammalian Riboswitches2021

    • 著者名/発表者名
      Mustafina Kamila、Nomura Yoko、Rotrattanadumrong Rachapun、Yokobayashi Yohei
    • 雑誌名

      ACS Synthetic Biology

      巻: 10 号: 8 ページ: 2040-2048

    • DOI

      10.1021/acssynbio.1c00213

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] High-Throughput Analysis and Engineering of Ribozymes and Deoxyribozymes by Sequencing2020

    • 著者名/発表者名
      Yokobayashi Yohei
    • 雑誌名

      Accounts of Chemical Research

      巻: 53 号: 12 ページ: 2903-2912

    • DOI

      10.1021/acs.accounts.0c00546

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Design of Mammalian ON-Riboswitches Based on Tandemly Fused Aptamer and Ribozyme2020

    • 著者名/発表者名
      Kamila Mustafina, Keisuke Fukunaga, and Yohei Yokobayashi
    • 雑誌名

      ACS Synthetic Biology

      巻: 9 号: 1 ページ: 19-25

    • DOI

      10.1021/acssynbio.9b00371

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Self-powered RNA nanomachine driven by metastable structure2019

    • 著者名/発表者名
      Kobori Shungo、Nomura Yoko、Yokobayashi Yohei
    • 雑誌名

      Nucleic Acids Research

      巻: 47 号: 11 ページ: 6007-6014

    • DOI

      10.1093/nar/gkz364

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Systematic minimization of RNA ligase ribozyme through large-scale design-synthesis-sequence cycles2019

    • 著者名/発表者名
      Nomura Yoko、Yokobayashi Yohei
    • 雑誌名

      Nucleic Acids Research

      巻: 47 号: 17 ページ: 8950-8960

    • DOI

      10.1093/nar/gkz729

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] High-throughput analysis of ribozyme sequence-function relationship2022

    • 著者名/発表者名
      Yohei Yokobayashi
    • 学会等名
      RIKEN BDR Symposium 2022
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] セルフリーシステムにおける人工リボスイッチの構築2020

    • 著者名/発表者名
      横林 洋平
    • 学会等名
      生物工学Webシンポジウム2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Designing RNA Devices in Test Tubes and Cells2019

    • 著者名/発表者名
      Yokobayashi Y.
    • 学会等名
      46th International Symposium on Nucleic Acids Chemistry
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 人工細胞でも使える(?)RNAデバイスの作成2019

    • 著者名/発表者名
      横林 洋平
    • 学会等名
      「細胞を創る」研究会12.0
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Systematic Minimization of RNA Ligase Ribozyme Through Large-Scale Design-Synthesis-Sequence Cycles2019

    • 著者名/発表者名
      Nomura Y, Yokobayashi Y.
    • 学会等名
      46th International Symposium on Nucleic Acids Chemistry
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Design of Mammalian ON-riboswitches Based on Tandemly Fused Aptamer and Ribozyme2019

    • 著者名/発表者名
      Mustafina k, Fukunaga K, Yokobayashi Y.
    • 学会等名
      46th International Symposium on Nucleic Acids Chemistry
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2023-01-30  

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