「擬天然RNA構造デザイン」によるRNA超ナノ構造の人工集積と機能発現

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15K05561
• 研究機関: 富山大学
• 研究代表者: 井川 善也 富山大学, 大学院理工学研究部(理学), 教授 (70281087)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: RNA / リボザイム / RNAナノ構造 / ナノテクノロジー / RNA工学

研究実績の概要

大型の機能性RNAをユニット構造として、i) 一次元・二次元の「超ナノRNA構造体」を創成し、ii) 超ナノ構造に依存した高次機能の発現、iii) 超ナノ構造の細胞様環境下での構築を行なう。
（課題1）モジュール工学による「一次元RNA超構造アレイ」： H28年度までに、相互作用モジュールの組み込み位置等の改変により一次元配列の形状が異なる集積体を3種開発した。H29年度は分子デザインをより大きく変更した集積体を１種開発し、期間内に計4種の「一次元RNA超構造アレイ」の創成に成功し、うち３種はAFMによる形状観察にも成功した。
（課題２）二次元RNA超ナノ構造の構築： H28年度までに、単位モノマー間の相互作用界面の分子認識を差別化し、３種のモノマーの閉環によるヘテロ三角形、および２種のモノマーが２分子ずつ交互に集積して閉環したヘテロ正方形の効率的かつ選択的に集積に成功した。H29年度は、さらに分子デザインに改変を加え、四角形の辺の長さが異なる平行四辺形型のヘテロ集積体、ホモ５量化による正五角形型集積体という当初の予想を超えた形状の創出にも成功した。
（課題３）異種RNAユニットのヘテロ集積による高次機能の連携：H28年度にヘテロ集積型の超ナノ構造を形成するRNAユニットとして、RNasePリボザイムが有望であることを見いだし、ヘテロ集積型のRNasePリボザイムの集積依存的な活性発現に成功した。また蛍光RNAとリボザイムを複合化したヘテロ機能構造RNAの構築にも成功し、リボザイム機能を蛍光RNAの機能発現依存的にモニタリングできる系を開発した。H29年度はリボザイム機能と蛍光RNA機能の連携作動の細胞様環境下（細胞抽出液）、および複数のGI-リボザイムの反応を大腸菌内で連携して行なう系の作動にも成功した。

研究成果

• [国際共同研究] University of California, Santa Barbara(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: University of California, Santa Barbara
• [雑誌論文] Biogenic triamine and tetraamine activate core catalytic ability of Tetrahymena group I ribozyme in the absence of its large activator module (2018)
  • 著者名/発表者名: Gulshan Mst Ara、Rahman Md Motiar、Matsumura Shigeyoshi、Higuchi Tsunehiko、Umezawa Naoki、Ikawa Yoshiya
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 496 ページ: 594～600
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2018.01.085
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recognition of cyclic-di-GMP by a riboswitch conducts translational repression through masking the ribosome-binding site distant from the aptamer domain (2018)
  • 著者名/発表者名: Inuzuka Saki、Kakizawa Hitoshi、Nishimura Kei-ichiro、Naito Takuto、Miyazaki Katsushi、Furuta Hiroyuki、Matsumura Shigeyoshi、Ikawa Yoshiya
  • 雑誌名: Genes to Cells 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1111/gtc.12586
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparative study of polyethylene polyamines as activator molecules for a structurally unstable group I ribozyme (2018)
  • 著者名/発表者名: Gulshan Mst Ara、Matsumura Shigeyoshi、Higuchi Tsunehiko、Umezawa Naoki、Ikawa Yoshiya
  • 雑誌名: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1080/09168451.2018.1465811
  • 査読あり
• [雑誌論文] Engineered group I ribozymes as RNA-based modular tools to control gene expression (2018)
  • 著者名/発表者名: Ikawa Yoshiya、Matsumura, Shigeyoshi
  • 雑誌名: Applied RNA Bioscience 巻: － ページ: 203～220
• [雑誌論文] Programmable formation of catalytic RNA triangles and squares by assembling modular RNA enzymes (2017)
  • 著者名/発表者名: Oi Hiroki、Fujita Daisuke、Suzuki Yuki、Sugiyama Hiroshi、Endo Masayuki、Matsumura Shigeyoshi、Ikawa Yoshiya
  • 雑誌名: Journal of Biochemistry 巻: 161 ページ: 451～462
  • DOI: 10.1093/jb/mvw093
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rational Engineering of a Modular Group I Ribozyme to Control Its Activity by Self-Dimerization (2017)
  • 著者名/発表者名: Tanaka Takahiro、Ikawa Yoshiya、Matsumura Shigeyoshi
  • 雑誌名: Methods in Molecular Biology 巻: 1632 ページ: 325～340
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-7138-1_21
  • 査読あり
• [雑誌論文] Heterodimerization of Group?I Ribozymes Enabling Exon Recombination through Pairs of Cooperative trans-Splicing Reactions (2017)
  • 著者名/発表者名: Tanaka Takahiro、Hirata Yusuke、Tominaga Yuto、Furuta Hiroyuki、Matsumura Shigeyoshi、Ikawa Yoshiya
  • 雑誌名: ChemBioChem 巻: 18 ページ: 1659～1667
  • DOI: 10.1002/cbic.201700053
  • 査読あり
• [雑誌論文] Artificial RNA Motifs Expand the Programmable Assembly between RNA Modules of a Bimolecular Ribozyme Leading to Application to RNA Nanostructure Design (2017)
  • 著者名/発表者名: Rahman Md Motiar、Matsumura Shigeyoshi、Ikawa Yoshiya
  • 雑誌名: Biology 巻: 6 ページ: E37～E37
  • DOI: 10.3390/biology6040037
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Effects of polyamines on the catalytic properties of a mutant Tetrahymena ribozyme lacking its large peripheral element (2017)
  • 著者名/発表者名: Ara Mst. Gulshan, Shigeyoshi Matsumura, Yoshiya Ikawa
  • 学会等名: 第19回日本RNA学会年会
• [学会発表] Expanding the RNA-RNA interaction interface in the Tetrahymena group I ribozyme and its application to RNA-nanostructure desgin (2017)
  • 著者名/発表者名: Motiar Md. Rahman, Takahiro Tanaka, Hiroki Oi, Shigeyoshi Matsumura, Yoshiya Ikawa
  • 学会等名: 第19回日本RNA学会年会
• [学会発表] Adaptor modules for T-loop_PK RNA motif that enable us to apply the motif as a new assembly unit for RNA nanostructure design (2017)
  • 著者名/発表者名: Sohanur Md. Rahman, Junya Ishikawa, Hiroyuki Furuta, Luc Jaeger, Shigeyoshi Matsumura, Yoshiya Ikawa
  • 学会等名: 第19回日本RNA学会年会
• [学会発表] リボザイムシステムを用いた小分子を蛍光に変換するRNAコンバーターの構築 (2017)
  • 著者名/発表者名: 前島昂弥，鮎川翔太郎，清岡隆司，松村茂祥，木賀大介，井川善也
  • 学会等名: 第19回日本RNA学会年会
• [学会発表] 改変型RNase Pによるナノ構造体形成および触媒機能の解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 能澤友梨，萩原恵，青山理紗子，松村茂祥，井川善也
  • 学会等名: 第19回日本RNA学会年会
• [学会発表] 三角形型リボザイム三量体を集積ユニットとしたRNAナノ構造の拡張 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大井宏紀，Yu Kai，杉山弘，遠藤政幸，松村茂祥，井川善也
  • 学会等名: 第11回バイオ関連化学シンポジウム
• [学会発表] Recognition of c-di-GMP by a riboswitch represses translation through masking the SD element distant from the aptamer domain (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshiya Ikawa, Saki Inuzuka, Hitoshi Kakizawa, Kei-ichiro Nishimura, Hiroyuki Furuta, Shigeyoshi Matsumura
  • 学会等名: The 44th International Symposium on Nucleic Acids Chemistry
• [学会発表] リボザイム閉環三量体によるナノ三角形をユニットとしたRNAナノ構造の拡張 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大井宏紀，Yu Kai，杉山弘，遠藤政幸，松村茂祥，井川善也
  • 学会等名: ConBio2017 生命科学系学会合同年次大会