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2017 年度 実施状況報告書

プリオンの異常化を抑制する四重鎖核酸の分子設計と抑制メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 16K07269
研究機関京都大学

研究代表者

真嶋 司  京都大学, エネルギー理工学研究所, 助教 (20707426)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワードNMR / アプタマー / 四重鎖核酸 / プリオン病
研究実績の概要

プリオンタンパク質の正常型から異常型への構造遷移がプリオン病の原因と考えられている。申請者等は正常型プリオンタンパク質に強く結合し、プリオンタンパク質の構造遷移を抑制できる(すなわち抗プリオン活性を有する)RNA分子、R12を得てその立体構造とプリオンタンパク質との相互作用様式を明らかにしてきた。申請者等はR12の構造情報およびプリオンタンパク質との相互作用情報を基に、より高い抗プリオン活性を有するRNA分子、R24を設計した。R24は高い抗プリオン活性を持つが、NMRスペクトルから立体構造に多型性があることがわかり、R24の立体構造の決定および抗プリオン活性を発揮するメカニズムの研究が困難であることがわかった。そこで平成28年度は構造解析に適したR24類似体の配列を探索した。R24の抗プリオン活性に与える影響が少ないと予想される部位に残基を付加し、高い抗プリオン活性を維持しつつも、良好なNMRスペクトルを示すR24類似体の配列を見出した。
平成29年度は、28年度の研究によって得られたR24類似体についての立体構造の解析を行った。一次元および二次元NMRスペクトルの測定・解析を行い、一部のプロトンを除き共鳴線の帰属が完了した。NOESYスペクトルにおけるNOEの帰属もほぼ完了し、NOEに基づく原子間距離の情報を抽出した。またプロトン-プロトン間のカップリング定数に基づく糖のパッカリング情報も可能な限り取得した。これらのNMR情報から立体構造の計算を行い、R24類似体のプレリミナリーな立体構造を決定した。
R24類似体は高い抗プリオン活性を持つ、核酸分子である。本研究が達成されることで、抗プリオン薬剤の創薬のための基盤の確立と、また近年注目さている核酸医薬の発展へと寄与することが期待される。

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

研究計画書における平成29年度の計画では、R24類似体と正常型プリオンタンパク質との相互作用の解析にも踏み込む予定であったが、それについては達成できていない。研究計画書の時点ではR24類似体と正常型プリオンタンパク質の複合体についての解析で論文化する予定であったが、R24類似体単独の立体構造の決定のみでも論文にする価値があると判断したため、現在それについて注力している。既にR24類似体のプレリミナリーな立体構造を求めること成功している。またR24類似体の抗プリオン活性について、ヒトのプリオン病を感染させたマウスの生細胞を用いて評価した。原型となるR24より活性が幾分弱くなったものの、R12より遥かに高い抗プリオン活性が維持されていることを見出した。

今後の研究の推進方策

平成29年度に引き続き、R24類似体の立体構造の決定を行う。既にR24類似体のプレリミナリーな立体構造について決定しており、今後は構造の精密化を行う。ここで得られたR24類似体の立体構造と、その抗プリオン活性の評価と併せて論文化する予定である。続いてR24類似体と正常型プリオンタンパク質との相互作用について、ゲルシフト法等の生化学的実験と、CD 及びNMR を用いた分光学的実験によって調べて、分子レベルおよび残基レベルの相互作用の情報を得ることを目指す。R24類似体の立体構造は決定できる見込みであり、まずは想定される複合体のモデルを構築する。複合体のNMRスペクトルが解析可能なレベルで良好なものであれば、R24類似体と正常型プリオン蛋白質の複合体の立体構造の解析を行う。

次年度使用額が生じた理由

理由:R24類似体の単独での立体構造の解析に注力しているため、正常型プリオンタンパク質の調製に必要な試薬一般、および正常型プリオンタンパク質に安定同位体標識を施すための13C標識グルコース及び15N標識塩化アンモニウムを大量に購入しなかったため、物品比が低く抑えられた。

使用計画:R24類似体の単独での構造解析が終了後、正常型プリオンタンパク質との相互作用研究を行う。この研究を行うにあたり、13C及び15N安定同位体標識を施した正常型プリオンタンパク質を得るのに必要な試薬一般、13C標識グルコース及び15N標識塩化アンモニウムを購入するのに使用する。またRNA分子の構造解析に必要となる、13C, 15N安定同位体標識された核酸合成用アミダイトの購入を計画している。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Plastic roles of phenylalanine and tyrosine residues of TLS/FUS in complex formation with the G-quadruplexes of telomeric DNA and TERRA2018

    • 著者名/発表者名
      Kondo Keiko、Mashima Tsukasa、Oyoshi Takanori、Yagi Ryota、Kurokawa Riki、Kobayashi Naohiro、Nagata Takashi、Katahira Masato
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 8 ページ: 2864

    • DOI

      10.1038/s41598-018-21142-1

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] DNA G-wire formation using an artificial peptide is controlled by protease activity2017

    • 著者名/発表者名
      Usui, K., Okada, A., Sakashita, S., Shimooka, M., Tsuruoka, T., Nakano, S., Miyoshi, D., Mashima, T., Katahira, M., Hamada, Y.
    • 雑誌名

      Molecules

      巻: 22 ページ: E1991

    • DOI

      10.3390/molecules22111991

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of an RNA aptamer that acquires binding capacity against HIV-1 Tat protein via G-quadruplex formation in response to potassium ions2017

    • 著者名/発表者名
      Yamaoki, Y., Nagata, T., Mashima, T., Katahira, M.
    • 雑誌名

      Chemical communications

      巻: 53 ページ: 7056-7059

    • DOI

      10.1039/C7CC03312E

    • 査読あり
  • [学会発表] The effect of different target nucleic acids on the structural change of TLS2017

    • 著者名/発表者名
      Hamad, N., Mashima, T., Watanabe, H., Uchihashi, T., Kurokawa, R., Nagata, T. Katahira, M.
    • 学会等名
      2017年度生命科学系学会合同年次大会
  • [学会発表] Interaction between non-coding RNA and TLS/FUS protein, and structural change2017

    • 著者名/発表者名
      Mashima, T., Nagata, T., Hamad, N., Ozawa, S., Yamaoki, Y., Kondo, K., Watanabe, H., Yoneda, R., Uchihashi, T., Kurokawa, R. Katahira, M.
    • 学会等名
      The 44th International Symposium on Nucleic Acids Chemistry
    • 国際学会
  • [学会発表] 非コードRNAとTLS/FUSタンパク質の相互作用様式と結合に伴うTLS/FUSの大きな構造変化2017

    • 著者名/発表者名
      真嶋司,ハマッド ネスリン,小澤駿介,渡辺大輝,内橋貴之,米田竜馬,黒川理樹,永田崇,片平正人
    • 学会等名
      第56回NMR討論会
  • [学会発表] テロメア長短縮をもたらすTLS/FUS蛋白質とテロメアDNAおよびTERRAのグアニン四重鎖との複合体に関するNMR解析2017

    • 著者名/発表者名
      近藤敬子, 真嶋司, 大吉崇文, 黒川理樹, 小林直宏, 永田崇, 片平正人
    • 学会等名
      第55回日本生物物理学会年会
  • [学会発表] プリオンアプタマーはアルツハイマー病に関与するプリオン蛋白質と Aβ オリゴマーの複合体の形成を阻害する2017

    • 著者名/発表者名
      飯田真美子, 真嶋司, 山置佑大, 永田崇, 片平正人
    • 学会等名
      第55回日本生物物理学会年会
  • [学会発表] TLS/FUS の非コード RNA の認識機構の構造学的研究2017

    • 著者名/発表者名
      真嶋司,小澤 駿介, N. Hamad, 米田 竜馬, 黒川理樹,永田崇,片平正人
    • 学会等名
      第19回日本RNA学会年会
  • [学会発表] Conformational change detection of translocated in liposarcoma, TLS, upon binding to various RNAs2017

    • 著者名/発表者名
      Hamad, N., Mashima, T., Yamaoki, Y., Kondo, K., Kurokawa, R., Nagata, T. Katahira, M.
    • 学会等名
      第19回日本RNA学会年会
  • [学会発表] TLS/FUS のRNA認識機構と結合に伴うコンフォメーション変化の研究2017

    • 著者名/発表者名
      真嶋司,小澤 駿介, N. Hamad, 米田 竜馬, 黒川理樹,永田崇,片平正人
    • 学会等名
      第17回日本蛋白質科学会年会
  • [学会発表] Invention of RNA aptamer and ribozyme whose activities switch on in response to potassium ion via G-quadruplex formation2017

    • 著者名/発表者名
      Yamaoki, Y., Mashima, T., Nagata, T. Katahira, M.
    • 学会等名
      6th International Meeting on Quadruplex Nucleic Acids
    • 国際学会

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公開日: 2018-12-17  

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