| 研究課題/領域番号 |
15KT0148
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| 研究機関 | 早稲田大学 |
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研究代表者 |
鮎川 翔太郎 早稲田大学, 理工学術院, 次席研究員(研究院助教) (70645845)
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| 研究分担者 |
木賀 大介 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (30376587)
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| 研究期間 (年度) |
2015-07-10 – 2019-03-31
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| キーワード | 合成生物学 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、相互抑制系など、パラメタに微小な差異を持った種々の人工遺伝子回路を数理モデルに基づいて動物細胞内に組み合わせるためのシステム論を確立する。合成生物学では、生物実験結果とモデルの差異に基づいて、次サイクルの生物実験のためのDNA 配列を設計し、モデルを改良するというアプローチが取られている。こうしたアプローチを用いて大腸菌を始めとした微生物ではすでに多くの成果が得られており方法論もある程度確立されているが、動物細胞では実験系の複雑さからまだ難しいというのが現状である。そこで、本研究では、この方法論を動物細胞へと拡張する。その結果として、動物細胞を活用する合成生物学でこれまで不可能であった、細胞の多様化比率における数理モデルと実際の細胞の挙動との対応の精緻化を達成する。
平成29年度は、これまで使用していたTALエフェクターではなく、dCas9から構成される人工転写調節タンパク質を用いるための設計変更を行った。ロバストな双安定性を持つ相互抑制ネットワークを人工遺伝子回路によって作製するためには、協同性の高い転写タンパク質を用いることがこれまでの一般的な考えであった。これは転写タンパク質の協同性によって入力に対する出力応答の非線形性を高めるためであるが、分子滴定という考え方を用いることで協同性が高くない人工転写タンパク質でも、高い非線形性を持たせることができることがわかった。そこで、dCas9から構成される人工転写調節タンパク質を用いて、分子滴定によ
り非線形性を持つ人工遺伝子回路の設計を行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
dCas9から構成される人工転写調節タンパク質を用いることで、双安定性を持つ相互抑制ネットワークに必要となる非線形な応答が起きることを数理的には示すことができたが、人工遺伝子回路の実装には至らなかったため。
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| 今後の研究の推進方策 |
ロバストな双安定性を実現させるために、dCas9を用いた人工転写調節タンパク質から構成される相互抑制回路を実装する。その後、相互抑制回路と大量発現回路を組み合わせて動物細胞の人工染色体に組み込み、細胞の多様化を達成させるための人工遺伝子回路を作製する。さらにパラメタが異なる種々の回路を作製し、細胞の多様化比率のプログラミングを行う。その後、細胞実験の結果と数理モデルを比較することで、細胞分化メカニズムの理解を目指す。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
平成29年度は双安定性を持つ相互抑制ネットワークを作製するために、dCas9を使用するという設計変更を行い、数理的な予測をすることができたが、細胞に導入する人工遺伝子回路の実装までには至らなかった。このため次年度使用額が生じた。
平成３０年度は、dCas9を用いた人工転写調節タンパク質を用いた人工遺伝子回路を作製する。まずは、人工転写調節タンパク質を組み合わせて、ロバストな双安定回路の作製を行う。完成した人工遺伝子回路を人工染色体に組み込み、細胞の多様化を達成させる。さらに細胞実験の結果と数理モデルを比較することで、細胞分化メカニズムの理解を目指す。
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