脳機能におけるグアニン四重鎖DNA可塑性/弾性のマルチスケール解析

• 研究領域: マルチスケール精神病態の構成的理解
• 研究課題/領域番号: 21H00207
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 熊本大学
• 研究代表者: 塩田 倫史 熊本大学, 発生医学研究所, 教授 (00374950)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円); 2022年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2021年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
• キーワード: グアニン四重鎖 / 神経機能 / DNA 可塑性 / ヘテロクロマチン / RNA エングラム / mRNA / ストレス顆粒

研究開始時の研究の概要

本研究では、DNA高次構造である「グアニン四重鎖 (G-quadruplex; G4) 」 認識フラグメント (BG4) を神経細胞に発現させることで、内在性の G4 構造を生理的に同定する革新的技術を用い、「G4 構造による DNA 可塑性/弾性 (G4DNA plasticity/elasticity) が記憶の分子階層を担うこと」を実証する。神経細胞における刺激依存性 G4 構造変化のゲノムマッピング、生細胞 G4 構造イメージングを行う。 DNA に可塑性/弾性が存在すること、また、それらが脳神経細胞における遺伝子発現を制御し、学習・記憶機能に関与することが実証できれば、生物学において画期的な発見となる。

研究実績の概要

本研究では、DNA高次構造である「グアニン四重鎖 (G-quadruplex; G4) 」 認識フラグメント (BG4) を神経細胞に発現させることで、内在性の G4 構造を生理的に同定する革新的技術を用い「G4 構造による DNA 可塑性/弾性 (G4DNA plasticity/elasticity) が記憶の分子階層を担うこと」を実証する。神経細胞における刺激依存性 G4 構造変化のゲノムマッピング、生細胞 G4 構造イメージングを行う。 DNA に可塑性/弾性が存在すること、また、それらが脳神経細胞における遺伝子発現を制御し、学習・記憶機能に関与することが実証できれば、生物学において画期的な発見となる。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] RNA G-quadruplex organizes stress granule assembly through DNAPTP6 in neurons (2023)
  • 著者名/発表者名: Asamitsu Sefan、Yabuki Yasushi、Matsuo Kazuya、Kawasaki Moe、Hirose Yuki、Kashiwazaki Gengo、Chandran Anandhakumar、Bando Toshikazu、Wang Dan Ohtan、Sugiyama Hiroshi、Shioda Norifumi
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 9 号: 8
  • DOI: 10.1126/sciadv.ade2035
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] α‐Synuclein decoy peptide protects mice against α‐synuclein‐induced memory loss (2023)
  • 著者名/発表者名: Guo Qingyun、Kawahata Ichiro、Jia Wenbin、Wang Haoyang、Cheng An、Yabuki Yasushi、Shioda Norifumi、Fukunaga Kohji
  • 雑誌名: CNS Neuroscience & Therapeutics 巻: Online ahead of print. 号: 6 ページ: 1-14
  • DOI: 10.1111/cns.14120
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Small molecule-based detection of non-canonical RNA G-quadruplex structures that modulate protein translation (2022)
  • 著者名/発表者名: Yousuke Katsuda, Shin-ichi Sato, Maimi Inoue, Hisashi Tsugawa, Takuto Kamura, Tomoki Kida, Rio Matsumoto, Sefan Asamitsu, Norifumi Shioda, Shuhei Shiroto, Yoshiki Oosawatsu, Kenji Yatsuzuka, Yusuke Kitamura, Masaki Hagihara, Toshihiro Ihara and Motonari Uesugi
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 50 号: 14 ページ: 8143-8153
  • DOI: 10.1093/nar/gkac580
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 5-Aminolevulinic acid antiviral efficacy against SARS-CoV-2 omicron variant in vitro (2022)
  • 著者名/発表者名: Ngwe Tun Mya Myat、Sakura Takaya、Sakurai Yasuteru、Kurosaki Yohei、Inaoka Daniel Ken、Shioda Norifumi、Smith Chris、Yasuda Jiro、Morita Kouichi、Kita Kiyoshi
  • 雑誌名: Tropical Medicine and Health 巻: 50 号: 1 ページ: 6-6
  • DOI: 10.1186/s41182-022-00422-7
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Antiviral activity of 5-aminolevulinic acid against variants of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Ngwe Tun Mya Myat、Sakura Takaya、Sakurai Yasuteru、Kurosaki Yohei、Inaoka Daniel Ken、Shioda Norifumi、Yasuda Jiro、Kita Kiyoshi、Morita Kouichi
  • 雑誌名: Tropical Medicine and Health 巻: 50 号: 1 ページ: 6-6
  • DOI: 10.1186/s41182-021-00397-x
  • NAID: 120007190850
  • 査読あり
• [雑誌論文] Father-to-offspring transmission of extremely long NOTCH2NLC repeat expansions with contractions: genetic and epigenetic profiling with long-read sequencing (2021)
  • 著者名/発表者名: Fukuda H, Yamaguchi D, Nyquist K, Yabuki Y, Miyatake S, Uchiyama Y, Hamanaka K, Saida K, Koshimizu E, Tsuchida N, Fujita A, Mitsuhashi S, Ohbo K, Satake Y, Sone J, Doi H, Morihara K, Okamoto T, Takahashi Y, Wenger AM, Shioda N, Tanaka F, Matsumoto N, Mizuguchi T
  • 雑誌名: Clin Epigenetics 巻: 13 号: 1 ページ: 204-204
  • DOI: 10.1186/s13148-021-01192-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Potential roles of G-quadruplex structures in RNA granules for physiological and pathological phase separation (2021)
  • 著者名/発表者名: Asamitsu Sefan、Shioda Norifumi
  • 雑誌名: The Journal of Biochemistry 巻: mvab018 号: 5 ページ: 527-533
  • DOI: 10.1093/jb/mvab018
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cav3.1 t‐type calcium channel is critical for cell proliferation and survival in newly generated cells of the adult hippocampus (2021)
  • 著者名/発表者名: Yabuki Yasushi、Matsuo Kazuya、Yu Mengze、Xu Jing、Sakimura Kenji、Shioda Norifumi、Fukunaga Kohji
  • 雑誌名: Acta Physiologica 巻: e13613 号: 1
  • DOI: 10.1111/apha.13613
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Pathophysiological significance of G-quadruplexes in neurobiology (2023)
  • 著者名/発表者名: Norifumi Shioda
  • 学会等名: G4 webinar
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 神経疾患におけるグアニン四重鎖の細胞内機能 (2022)
  • 著者名/発表者名: 塩田倫史
  • 学会等名: NEURO2022
• [学会発表] グアニン四重鎖の神経生物学的機能の解明を目指して (2022)
  • 著者名/発表者名: 塩田倫史
  • 学会等名: 2022年度 若手支援技術講習会
  • 招待講演
• [学会発表] 神経疾患の新しい治療標的 ～グアニン四重鎖～ (2021)
  • 著者名/発表者名: 塩田 倫史
  • 学会等名: 第44回日本神経科学大会・CJK第1回国際会議
  • 国際学会
• [学会発表] 神経生物学におけるDNA・RNA 高次構造の機能解明を目指して. (2021)
  • 著者名/発表者名: 塩田 倫史
  • 学会等名: 日本ケミカルバイオロジー学会第15回年会
  • 招待講演