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新規CRISPR-Cas系酵素の構造解析および作動機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 22KJ0608
補助金の研究課題番号 21J20951 (2021-2022)
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分基金 (2023)
補助金 (2021-2022)
応募区分国内
審査区分 小区分38020:応用微生物学関連
研究機関東京大学

研究代表者

中川 綾哉  東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2023-03-08 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
2023年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2022年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
キーワードCRISPR-Cas / CRISPR-Cas system / RNA編集 / cryo-EM
研究開始時の研究の概要

最小のRNA依存性RNAヌクレアーゼとして注目を集めているCas13bt3の立体構造を解明することで、Cas13bt3がどのようにしてRNAを特異的に認識し、切断機構を解明する。また、得られた立体構造を基にした合理的な改変によって、RNA編集効率が向上した高活性変異体の作製を目指す。RNA編集技術は、ゲノムを直接書き換えることなく発現タンパク質の形質を変えることができるという点でゲノム編集技術よりも安全であり、本研究は遺伝性疾患に対する革新的な治療法の確立に繋がる。

研究実績の概要

CRISPR-Cas systems in prokaryotes provide adaptive immunity against foreign nucleic acids, and are divided into two classes (classes 1 and 2) and six types (type I-VI). In the class 1 systems, multiple Cas proteins associate with a guide RNA to de-grade invading nucleic acids. By contrast, in the class 2 systems, single multidomain Cas proteins, Cas9 (type II), Cas12 (type V), and Cas13 (type VI), associate with their guide RNA to form effector complexes responsible for target nucleic acid cleavage. Since class 2 Cas proteins operate as single components, they have been harnessed for various innovative techniques, such as genome editing. I performed biochemical and structural analyses on three effectors associated with the class 2 CRISPR-Cas system: Cas9 (type II), Cas12 (type V), and Cas13 (type VI), elu-cidating the mechanistic details of the RNA-guided DNA/RNA cleavage. These find-ings advance our understanding of the conservation and divergence among the class 2 CRISPR-Cas systems, and shed light on their evolutionary scenario originating from transposon-encoded proteins. Furthermore, I rationally engineered com-pact Cas ef-fectors with enhanced activities. These results expand the CRISPR-Cas toolbox for therapeutic genome engineering.

報告書

(3件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (5件)

すべて 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 4件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 5件)

  • [雑誌論文] Cryo-EM structure of the transposon-associated TnpB enzyme2023

    • 著者名/発表者名
      Nakagawa Ryoya、Hirano Hisato、Omura Satoshi N.、Nety Suchita、Kannan Soumya、Altae-Tran Han、Yao Xiao、Sakaguchi Yuriko、Ohira Takayuki、Wu Wen Y.、Nakayama Hiroshi、Shuto Yutaro、Tanaka Tatsuki、Sano Fumiya K.、Kusakizako Tsukasa、Kise Yoshiaki et al.
    • 雑誌名

      Nature

      巻: 616 号: 7956 ページ: 390-397

    • DOI

      10.1038/s41586-023-05933-9

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] An AsCas12f-based compact genome-editing tool derived by deep mutational scanning and structural analysis2023

    • 著者名/発表者名
      Hino Tomohiro、Omura Satoshi N.、Nakagawa Ryoya、Togashi Tomoki、Takeda Satoru N.、Hiramoto Takafumi、Tasaka Satoshi、Hirano Hisato、Tokuyama Takeshi、Uosaki Hideki、Ishiguro Soh、Kagieva Madina、Yamano Hiroyuki、Ozaki Yuki、Motooka Daisuke、Mori Hideto、Kirita Yuhei、Kise Yoshiaki et al.
    • 雑誌名

      Cell

      巻: 186 号: 22 ページ: 4920-4935

    • DOI

      10.1016/j.cell.2023.08.031

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Structure and engineering of the minimal type VI CRISPR-Cas13bt32022

    • 著者名/発表者名
      Nakagawa Ryoya、Kannan Soumya、Altae-Tran Han、Takeda Satoru N.、Tomita Atsuhiro、Hirano Hisato、Kusakizako Tsukasa、Nishizawa Tomohiro、Yamashita Keitaro、Zhang Feng、Nishimasu Hiroshi、Nureki Osamu
    • 雑誌名

      Molecular Cell

      巻: 82 号: 17 ページ: 3178-3192

    • DOI

      10.1016/j.molcel.2022.08.001

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Engineered Campylobacter jejuni Cas9 variant with enhanced activity and broader targeting range2022

    • 著者名/発表者名
      Nakagawa Ryoya、Ishiguro Soh、Okazaki Sae、Mori Hideto、Tanaka Mamoru、Aburatani Hiroyuki、Yachie Nozomu、Nishimasu Hiroshi、Nureki Osamu
    • 雑誌名

      Communications Biology

      巻: 5 号: 1 ページ: 1-8

    • DOI

      10.1038/s42003-022-03149-7

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Amplification-free RNA detection with CRISPR?Cas132021

    • 著者名/発表者名
      Shinoda Hajime、Taguchi Yuya、Nakagawa Ryoya、Makino Asami、Okazaki Sae、Nakano Masahiro、Muramoto Yukiko、Takahashi Chiharu、Takahashi Ikuko、Ando Jun、Noda Takeshi、Nureki Osamu、Nishimasu Hiroshi、Watanabe Rikiya
    • 雑誌名

      Communications Biology

      巻: 4 号: 1 ページ: 476-476

    • DOI

      10.1038/s42003-021-02001-8

    • 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

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公開日: 2021-05-27   更新日: 2024-12-25  

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