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2018 年度 実績報告書

超高速光クロスリンクを用いたゲノム操作法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 17H03085
研究機関北陸先端科学技術大学院大学

研究代表者

藤本 健造  北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (90293894)

研究分担者 坂本 隆  和歌山大学, システム工学部, 准教授 (80423078)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワードDNA光クロスリンク / ゲノム操作 / ダブルストランドインベージョンDNA
研究実績の概要

ゲノムDNAを対象とした化学的・酵素的操作法は遺伝子増幅、メチル化DNA解析、ゲノム編集などに応用されている。研究者はこれまでの研究において光応答性人工核酸である3-シアノビニルカルバゾール(CNVK)とシアノウラシル(CNU)を併用することで自己架橋を抑制し、今まで困難とされていた二本鎖DNAへの光架橋に成功している。しかし、自己架橋抑制の為にCNVKとCNUを併用しているものCNVKとCNU同士で全く光架橋しないわけではなく、プローブDNA同士の自己架橋が副反応として観察された。そこで、平成30年度はまずCNUに変わる新たな光架橋抑制分子の検討を行い、ゲノムDNAの光操作に必要と考えられる副反応(自己架橋)が抑えられたダブルストランドインベージョンDNA構築を行った。アザウラシル、ニトロインドール、塩基部分のないd-スペーサー、C3リンカースペーサーを用いて検討を行った結果、CNVKの架橋位置にC3リンカースペーサーをおいた際にCNUよりも光架橋抑制効果が高いことを見出した。また、副反応として観察されていた自己架橋反応を抑制することでmダブルストランドインベージョンDNA構築が70%という高収率で進行することも見出した。さらに、高次構造を持つ核酸(mRNA)に対し、超高速光架橋能を有するアンチセンス核酸を作用させる事で遺伝子発現を強力に抑制することにも成功した。ゲノムDNA自体はヒストンに巻き付くなど複雑な高次構造を形成していると考えられ、超高速光架橋反応のゲノム操作への有効性を確認することに成功した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本年度はゲノムDNAの光操作に向け、シアノウラシル(CNU)に変わる新たな光架橋抑制分子の検討を行い、ゲノムDNAの光操作に必要と考えられる副反応(自己架橋)を抑えたダブルストランドインベージョンDNA構築に成功した。さらに、高次構造を持つ核酸(mRNA)に対し、超高速光架橋能を有するアンチセンス核酸を作用させる事で遺伝子発現を強力に抑制することにも成功しており、同様に高次構造を有するゲノムを対象とした核酸類操作として超高速光架橋反応が有効であることをを確認した。以上のことから計画はおおむね順調に進行していると考えている。

今後の研究の推進方策

平成30年度に開発したCNVKより長波長でのDNAと光架橋可能なピラノカルバゾール(PyC)を含む光反応性塩基を用いて、光誘導DNAダブルストランドインベージョン(Photo-induced DNA Double-strand Invasion: pDDI)を行う。pDDI法による内在性の遺伝子発現制御を実証することを目的に、ガン細胞中で過剰発現しているガン原遺伝子の遺伝子発現制御に挑戦する。遺伝子DNAを標的とするアンチジーン核酸の標的遺伝子として多数の報告がある(Clin. Cancer Res., 2012, 18, 796)を参考に、N-myc遺伝子を標的とするpDDI-dsODN-Sを設計し、DNA自動合成機により合成する。ガン原遺伝子であるN-myc遺伝子を過剰発現しているヒト神経芽細胞腫細胞株(IMR-32)を準備し、リポフェクションによりpDDI-dsODN-Sを細胞内に導入する。適切な時間・波長の光照射の後、CO2インキュベーター内でインキュベーション(1日程度)し、市販のセルカウンティングキット(MTTアッセイ)を用いた生細胞率の測定、RT-qPCRによるN-myc mRNAの定量(内部標準:GAPDH or β-actin)から、N-myc遺伝子発現の光制御により細胞死が誘導されていることを証明する。また、N-myc遺伝子の発現抑制抑制によるアポトーシスの活性化(Mol. Cancer Ther., 2005, 4, 779)が報告されている。本系においてもこれを確認すべく、光照射後の細胞中に現れることが予想されるアポトーシスマーカー(Casp3/7活性の亢進、フォスファチジルイノシトールの細胞膜表面への提示(アネキシンV染色))の検出を試みる。いずれのマーカーも定量・染色キットが市販されていることから、これらを用い、効率的に研究を進める。

  • 研究成果

    (48件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (39件) (うち国際学会 4件) 産業財産権 (3件)

  • [雑誌論文] Disassembly-driven Signal Turn-on Probes for Bimodal Detection of DNA with 19F NMR and Fluorescence2018

    • 著者名/発表者名
      Takashi Sakamoto, Takashi Hasegawa, Kenzo Fujimoto
    • 雑誌名

      Organic &Biomolecular Chemistry

      巻: 16 ページ: 7157-7162

    • DOI

      10.1039/C8OB02218F

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Study of Photochemical Cytosine to Uracil Transition via Ultrafast Photo-Cross-Linking Using Vinylcarbazole Derivatives in Duplex DNA2018

    • 著者名/発表者名
      Siddhant Sethi, Shigetaka Nakamura, Kenzo Fujimoto
    • 雑誌名

      Molecules

      巻: 23 ページ: 828-937

    • DOI

      10.3390/molecules23040828

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Multiplexed detection of nucleic acids using 19F NMR chemical shift change based on DNA photo-cross-linking of 3-vinylcarbazole derivatives2018

    • 著者名/発表者名
      Shigetaka Nakamura, Yasuharu Takashima, Kenzo Fujimoto
    • 雑誌名

      Organic & Biomolecular Chemistry

      巻: 16 ページ: 891ー894

    • DOI

      10.1039/C7OB03008H

    • 査読あり
  • [雑誌論文] DNA photocrosslinking using 3-vinylcarbazole derivatives in two-color detection of methylcytosine2018

    • 著者名/発表者名
      Shigetaka Nakamura, Ryou Nakajima, Kenzo Fujimoto
    • 雑誌名

      Chemistry Letter

      巻: 47 ページ: 875-877

    • DOI

      10.1246/cl.180205

    • 査読あり
  • [雑誌論文] DNA Photo-cross-linking Using Pyranocarbazole and Visible Light2018

    • 著者名/発表者名
      Kenzo Fujimoto, Shinobu Sasago, Junichi Mihara, Shigetaka Nakamura
    • 雑誌名

      Organic Letter

      巻: 20 ページ: 2802-2805

    • DOI

      10.1021/acs.orglett.8b00593

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ultra‐acceleration of Photochemical Cytosine Deamination by 5'‐phosphate ODN probe containing 3‐Cyanovinylcarbazole at 5'‐end2018

    • 著者名/発表者名
      Siddhant Sethi, Nozomi Honda, Licheng Wan, Shigetaka Nakamura, Kenzo Fujimoto
    • 雑誌名

      ChemBioChem

      巻: 19 ページ: 2257-2261

    • DOI

      10.1002/cbic.201800384

    • 査読あり
  • [学会発表] Development of photo-cross-linkable artificial peptide for DNA2019

    • 著者名/発表者名
      Qiu Zhiyong, Nakamura Shigetaka, Fujimoto Kenzo
    • 学会等名
      第99回日本化学会春季年会
  • [学会発表] 可視光応答性人工核酸の開発および生細胞内遺伝子発現制御への応用2019

    • 著者名/発表者名
      三原純一、笹子しのぶ、中村重孝、藤本健造
    • 学会等名
      第99回日本化学会春季年会
  • [学会発表] Development of DNA photo-cross-linkable probe for photo-triggered double duplex DNA formation2019

    • 著者名/発表者名
      Maeda Daisuke, Nakamura Shigetaka, Fujimoto Kenzo
    • 学会等名
      第99回日本化学会春季年会
  • [学会発表] Photo-triggered construction of DNA nanostructure on the surfaces of liposomes by using DNA photo-cross-linking2019

    • 著者名/発表者名
      Uehara Nobuharu, Nakamura Sigetaka, Fujimoto Kenzo
    • 学会等名
      第99回日本化学会春季年会
  • [学会発表] Development of RNA FISH in living cells using RNA photo-cross-linkable beacon probe2019

    • 著者名/発表者名
      Hashimoto Misaki, Nakamura Shigetaka, Fujimoto Kenzo
    • 学会等名
      第99回日本化学会春季年会
  • [学会発表] Regulation of enzymatic activity of DNAzyme using DNA photo-cross-linking2019

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Yasuha, Nakamura Shigetaka, Fujimoto Kenzo
    • 学会等名
      第99回日本化学会春季年会
  • [学会発表] Development of novel DNA photo-cross-linker with pyranocarbazole via D-threoninol2019

    • 著者名/発表者名
      Yamaguchi Tsubasa, Inatsugi Takahiro, Takamura Masahiko, Ishimaru Isao, Koto Ayako, Nakamura Shigetaka, Fujimoto Kenzo
    • 学会等名
      第99回日本化学会春季年会
  • [学会発表] 従来と異なる位置のピリミジンと架橋する新規DNA光架橋反応2019

    • 著者名/発表者名
      石田健太・中村重孝・藤本健造
    • 学会等名
      第99回日本化学会春季年会
  • [学会発表] Multiplexed detection of nucleic acids using 19F NMR chemical shift based on DNA photo-cross-linking of 3-vinylcarbazole derivatives.2019

    • 著者名/発表者名
      Nakamura Shigetaka, Takashima Yasuharu, Fujimoto Kenzo
    • 学会等名
      第99回日本化学会春季年会
  • [学会発表] ゲノムDNA中のメチルシトシンを標的としたDNA光操作法の開発2018

    • 著者名/発表者名
      中村重孝、前田大輔、藤本健造
    • 学会等名
      第12回日本エピジェネティクス研究会
  • [学会発表] ゲノム編集に向けた超高速DNA光架橋反応を用いたゲノム操作法の開発2018

    • 著者名/発表者名
      前田大輔、笹子しのぶ、中村重孝、藤本健造
    • 学会等名
      日本ゲノム編集学会第3回大会
  • [学会発表] 超高速光架橋素子を含むオリゴDNAを用いたアンチセンス効果の光制御2018

    • 著者名/発表者名
      三原純一、洪揚竣、中村 重孝、藤本健造
    • 学会等名
      日本ケミカルバイオロジー学会 第13回年会
  • [学会発表] 2 本鎖DNAに対して光架橋可能なGCN4 人工ペプチドの開発2018

    • 著者名/発表者名
      Qiu Zhiong、中村重孝、藤本健造
    • 学会等名
      核酸医薬学会第4回年会
  • [学会発表] アンチジーン法に向けた超高速光応答性人工核酸プローブによる2本鎖DNA同時光架橋2018

    • 著者名/発表者名
      前田大輔、川端勇人、中村重孝、藤本健造
    • 学会等名
      核酸医薬学会第4回年会
  • [学会発表] 超高速核酸類光架橋反応を利用したC→U変異反応開発2018

    • 著者名/発表者名
      中村重孝、Siddhant Sethi、本田望、高嶋康晴、藤本健造
    • 学会等名
      核酸医薬学会第4回年会
  • [学会発表] ゲノムDNAの光操作に向けて:光をトリガーとしたDouble duplex invasion DNAの構築2018

    • 著者名/発表者名
      中村重孝、前田大輔、藤本健造
    • 学会等名
      第28回バイオ高分子シンポジウム
  • [学会発表] 二本鎖 DNA に対する光架橋を可能とする核酸プローブの開発2018

    • 著者名/発表者名
      前田 大輔、川端 勇人、中村 重孝、藤本 健造
    • 学会等名
      第12回バイオ関連化学シンポジウム
  • [学会発表] 光照射をトリガーとしたリポソーム内部への配列選択的 DNA 輸送2018

    • 著者名/発表者名
      中村重孝、上原敦晴、長谷川貴司、藤本健造
    • 学会等名
      第12回バイオ関連化学シンポジウム
  • [学会発表] トリフルオロメチル基を有するピリミジン塩基を用いた 19F NMR による B-Z 構造転移解析2018

    • 著者名/発表者名
      WANG CHEN、YANG HUI、中村重孝、藤本健造
    • 学会等名
      第12回バイオ関連化学シンポジウム
  • [学会発表] 3-シアノビニルカルバゾール基を有する光応答性アミノ酸の合成2018

    • 著者名/発表者名
      QIU Zhiyong、中村重孝、藤本健造
    • 学会等名
      第12回バイオ関連化学シンポジウム
  • [学会発表] カルバゾール誘導体を光増感剤として用いたチミンダイマーの光修復2018

    • 著者名/発表者名
      山口翼、神保亮輔、中村重孝、藤本健造
    • 学会等名
      第12回バイオ関連化学シンポジウム
  • [学会発表] 超高速RNA光架橋反応を用いた生細胞内アンチセンス効果の光制御2018

    • 著者名/発表者名
      三原純一、洪揚竣、中村重孝、藤本健造
    • 学会等名
      第12回バイオ関連化学シンポジウム
  • [学会発表] Development of visible light responsive nucleic acid for application of nucleic acid medicine2018

    • 著者名/発表者名
      Junichi Mihara, Shinobu Sasago, Shigetaka Nakamura, Kenzo Fujimoto
    • 学会等名
      IKCOC2018
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of photo-cross-linkable ODN equipped with 3-cyanovinylcarbazole tethered by carbon linker based on click chemistry2018

    • 著者名/発表者名
      Kenta Ishida, Li Xue, Shigetaka Nakamura, Kenzo Fujimoto
    • 学会等名
      The 45th International Symposium on Nucleic Acids Chemistry
    • 国際学会
  • [学会発表] Photochemical repair of thymidine dimer in DNA using 3-vinylcarbazole derivatives as photosensitizer2018

    • 著者名/発表者名
      Tsubasa Yamaguchi, Ryosuke Jinbo, Shigetaka Nakamura, Kenzo Fujimoto
    • 学会等名
      The 45th International Symposium on Nucleic Acids Chemistry
    • 国際学会
  • [学会発表] Photo-triggered double duplex invasion DNA using ultrafast photo-cross-linking2018

    • 著者名/発表者名
      Shigetaka Nakamura, Daisuke Maeda, Kenzo Fujimoto
    • 学会等名
      The 45th International Symposium on Nucleic Acids Chemistry
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of wash-free RNA FISH using photo-cross-linkable beacon probe containing 3-cyanovinylcarbazole2018

    • 著者名/発表者名
      Misaki Hashimoto, Chinami Kano, Shigetaka Nakamura and Kenzo Fujimoto
    • 学会等名
      第41回分子生物学会年会
  • [学会発表] 2本鎖DNAに光架橋する人工ペプチドの合成2018

    • 著者名/発表者名
      QIU Zhiyong,中村重孝,藤本健造
    • 学会等名
      平成30年度 北陸地区講演会と研究発表会
  • [学会発表] ユニークな末端構造を持つ二本鎖DNAを鋳型としたPCR効率の評価2018

    • 著者名/発表者名
      WANG Chen、中村重孝、藤本健造
    • 学会等名
      平成30年度 北陸地区講演会と研究発表会
  • [学会発表] トレオニノール骨格を有する新規DNA・RNAクロスリンカーの開発2018

    • 著者名/発表者名
      山口翼, 稲継崇宏, 高村雅彦, 石丸勇雄,向當綾子, 中村重孝, 藤本健造
    • 学会等名
      平成30年度 北陸地区講演会と研究発表会
  • [学会発表] UFCを用いた細胞内アンチセンス効果の制御2018

    • 著者名/発表者名
      三原純一、洪揚竣、中村重孝、藤本建造
    • 学会等名
      平成30年度 北陸地区講演会と研究発表会
  • [学会発表] 光化学的DNAナノ構造構築によるリポソーム膜形態変化の誘起2018

    • 著者名/発表者名
      上原敦晴、長谷川貴司、中村重孝、藤本健造
    • 学会等名
      平成30年度 北陸地区講演会と研究発表会
  • [学会発表] 可逆的光架橋反応を用いたDNAzyme活性の制御2018

    • 著者名/発表者名
      渡部康羽、中村重孝、藤本健造
    • 学会等名
      平成30年度 北陸地区講演会と研究発表会
  • [学会発表] 光架橋能を有するBeacon型プローブを用いた生細胞内RNA FISH法の開発2018

    • 著者名/発表者名
      橋本実沙季、狩野千波、中村重孝、藤本健造
    • 学会等名
      平成30年度 北陸地区講演会と研究発表会
  • [学会発表] 光をトリガーとしたDouble duplex invasion DNA構造における自己光架橋抑制分子の検討2018

    • 著者名/発表者名
      前田大輔、中村重孝、藤本健造
    • 学会等名
      平成30年度 北陸地区講演会と研究発表会
  • [学会発表] Click chemistryを用いた新規光架橋性オリゴ核酸の合成2018

    • 著者名/発表者名
      石田健太、李雪、中村重孝、藤本健造
    • 学会等名
      平成30年度 北陸地区講演会と研究発表会
  • [学会発表] UFC(超高速光架橋反応)を用いたDNA鎖中メチルシトシンの定量解析2018

    • 著者名/発表者名
      中野雅元、中島涼、中村重孝、藤本健造
    • 学会等名
      平成30年度 北陸地区講演会と研究発表会
  • [学会発表] 光照射をトリガーとした ATP 依存型核酸シグナル放出系の開発2018

    • 著者名/発表者名
      渡辺ななみ、松野仁志、中村重孝、藤本健造
    • 学会等名
      平成30年度 北陸地区講演会と研究発表会
  • [学会発表] 光化学的シトシン脱アミノ化反応における標的シトシンの周辺塩基の影響2018

    • 著者名/発表者名
      万李成、Sethi Siddhant、本田 望、高嶋康晴、中村重孝、藤本健造
    • 学会等名
      平成30年度 北陸地区講演会と研究発表会
  • [産業財産権] 二本鎖形成によって19Fケミカルシフトの変化を生じさせる方法2019

    • 発明者名
      藤本健造
    • 権利者名
      北陸先端科学技術大学院大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2019-19115
  • [産業財産権] 光応答性ヌクレオチドアナログの製造方法2019

    • 発明者名
      藤本健造
    • 権利者名
      北陸先端科学技術大学院大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2019-14890
  • [産業財産権] 光反応性人工アミノ酸、及び光架橋性人工ポリペプチド2018

    • 発明者名
      藤本健造、中村重孝
    • 権利者名
      北陸先端科学技術大学院大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2018-72685

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公開日: 2019-12-27  

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