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CRISPRシステムにおけるエフェクター複合体の構造機能解析

公募研究

研究領域細胞シグナリング複合体によるシグナル検知・伝達・応答の構造的基礎
研究課題/領域番号 25121744
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
研究機関独立行政法人産業技術総合研究所

研究代表者

沼田 倫征  独立行政法人産業技術総合研究所, バイオメディカル研究部門, 主任研究員 (10401564)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
研究課題ステータス 完了 (2014年度)
配分額 *注記
9,620千円 (直接経費: 7,400千円、間接経費: 2,220千円)
2014年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2013年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
キーワードCRISPR-Cas / crRNA / Casタンパク質 / Cmr複合体 / Csm複合体 / エフェクター複合体 / ガイド鎖 / タグ配列 / CRISPR-Casシステム / RNAサイレンシング / 結晶構造解析 / リボ核タンパク質複合体
研究実績の概要

原核生物は獲得免疫機構CRISPR-Casシステムを利用してウイルスの感染から身を守っている。Cmr複合体は6種類のタンパク質(Cmr1~Cmr6)とcrRNAからなるエフェクター複合体で、ガイド配列と相補的なウイルスRNAを分解する。今年度は、Cmr複合体の作動原理を解明するために、その機能構造解析を行った。まず、Cmr複合体を再構成し、標的類似体との複合体の結晶構造を決定した。その結果、Cmr複合体にらせん状の溝が形成され、そこにcrRNAが配置されていることが分かった。標的類似体は、この溝に沿ってcrRNAのガイド配列に相補的に捕捉されていた。crRNAのガイド領域と標的類似体は2本鎖を形成していたが、核酸の一般的な2重らせん構造とは異なり、ほどけたリボン状であった。これは、Cmr4が持つ特徴的なループ領域が、6塩基対ごとに2本鎖の間に割って入り、塩基対の形成を周期的に阻害しているためである。Cmr複合体は3分子のCmr4を含むため、ガイド領域と標的の2本鎖は3カ所で塩基対の形成が阻害され、標的RNAの構造が大きく歪んで不安定化していた。生化学的な実験から、Cmr複合体は6 nt周期でこれら3カ所を切断することが分かった。crRNAの5’側に存在するタグ配列はCmr3に認識され、複合体中で固定化されていた。このため、Cmr複合体はcrRNAの5’側から数えて一定距離にある14番目、20番目、26番目の塩基対の形成を阻害し、標的RNAを6 nt周期で切断する。crRNAのタグ配列はヌクレオチドの配列に依存してCmr3によって認識されていたが、ガイド配列とCmrタンパク質との間の結合は、ガイド部分の配列に依存しないことが分かった。したがって、Cmr複合体は、任意のガイド配列をもったcrRNAと結合でき、さまざまな標的RNAを捕捉し分解することが明らかとなった。

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2015 2013 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Crystal structure of the Csm3-Csm4 subcomplex in the type III-A CRISPR-Cas interference complex2015

    • 著者名/発表者名
      T.Numata, H.Inanaga, C.Sato, and T.Osawa
    • 雑誌名

      J Mol Biol

      巻: 427 号: 2 ページ: 259-273

    • DOI

      10.1016/j.jmb.2014.09.029

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Crystal structure of the CRISPR-Cas RNA silencing Cmr complex bound to a target analog2015

    • 著者名/発表者名
      Takuo Osawa, Hideko Inanaga, Chikara Sato, and Tomoyuki Numata
    • 雑誌名

      Molecular Cell

      巻: 58 号: 3 ページ: 418-430

    • DOI

      10.1016/j.molcel.2015.03.018

    • NAID

      130005115744

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Crystallization and preliminary X-ray diffraction analysis of the CRISPR-Cas RNA silencing Cmr complex2015

    • 著者名/発表者名
      Takuo Osawa, Hideko Inanaga, and Tomoyuki Numata
    • 雑誌名

      Acta Crystallographica Section F

      巻: - 号: 6 ページ: 735-740

    • DOI

      10.1107/s2053230x15007104

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Crystal structure of the Cmr2-Cmr3 subcomplex in the CRISPR-Cas RNA silencing effector complex2013

    • 著者名/発表者名
      Osawa, T., Inanaga, H. and Numata, T.
    • 雑誌名

      J. Mol. Biol.

      巻: 425 号: 20 ページ: 3811-3823

    • DOI

      10.1016/j.jmb.2013.03.042

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Crystallization and preliminary X-ray diffraction analysis of the Cmr2-Cmr3 subcomplex in the CRISPR-Cas RNA-silencing effector complex2013

    • 著者名/発表者名
      Osawa, T., Inanaga, H. and Numata, T.
    • 雑誌名

      Acta Crystallogr. Sect. F

      巻: 69 号: 5 ページ: 585-587

    • DOI

      10.1107/s1744309113011202

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 標的アナログと結合したCRISPR-Cas Cmr複合体の結晶構造2015

    • 著者名/発表者名
      沼田 倫征、大澤 拓生
    • 学会等名
      第15回日本蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      あわぎんホール(徳島)
    • 年月日
      2015-06-24
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] CRISPR-Casシステムのエフェクター複合体を構成するCmr2-Cmr3複合体の結晶構造

    • 著者名/発表者名
      沼田倫征、大澤拓生
    • 学会等名
      第13回日本蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      とりぎん文化会館(鳥取市)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [備考] プレス発表:細菌などの生体防御機構を解明

    • URL

      http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2015/pr20150424/pr20150424.html

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書

URL: 

公開日: 2013-05-15   更新日: 2019-07-29  

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