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2020 年度 実施状況報告書

細胞内環境で変化する非二重らせん構造の定量的機能解析と遺伝子発現制御

研究課題

研究課題/領域番号 18KK0164
研究機関甲南大学

研究代表者

杉本 直己  甲南大学, 先端生命工学研究所, 教授 (60206430)

研究分担者 TENG Ye  甲南大学, 先端生命工学研究所, 博士研究員 (00830621) [辞退]
建石 寿枝  甲南大学, 先端生命工学研究所, 准教授 (20593495)
高橋 俊太郎  甲南大学, 先端生命工学研究所, 准教授 (40456257)
遠藤 玉樹  甲南大学, 先端生命工学研究所, 准教授 (90550236)
GHOSH SAPTARSHI  甲南大学, 先端生命工学研究所, 博士研究員 (40840781) [辞退]
松本 咲  甲南大学, 先端生命工学研究所, 特任教員(助教) (50850822)
研究期間 (年度) 2018-10-09 – 2022-03-31
キーワード非標準構造 / 熱力学 / 結晶構造解析 / NMR
研究実績の概要

本研究では、非標準核酸構造の安定性と立体構造を細胞内環境で解析し、非標準核酸構造による遺伝子発現制御機構を分子レベルで解明することを目的としてい る。2020年度は細胞内環境で遺伝子発現制御する非標準構造のエネルギーパラメータの解析をさらに充実させた。まず、2019年度まで 本研究に参画していたGhoshと研究分担者の高橋を中心とし、核酸構造の安定性を様々な分子クラウディング環境において正確に予測できる手法を発表した(PNAS, 117, 14194 (2020))。また、研究分担者の松本が中心となって行った、細胞内環境を模した分子クラウディング環境でRNA四重らせんの構造安定性に与えるカルテット数とループ長の効果に関する研究成果を論文発表した(Biochemistry, 59, 2640 (2020))。これらは、本研究に参加した若手研究者(Ghosh、松本)が筆頭著者となり論文発表した特筆すべき成果である。また、細胞内環境における核酸構造の安定性とその予測に関して、これまでの本研究の成果により総説として発表することができた(Chem. Soc. Rev., 49, 9439 (2020))。海外との共同研究成果として、非天然核酸の複製反応における分子クラウディング環境の影響(Molecules, 25, 4120 (2020))や、核酸を用いたエクソソームの工学的活用(PNAS, 118, e2020241118 (2021))に関する論文を発表した。
一方で、新型コロナウイルス感染症の影響により、渡航を伴う共同研究及び打ち合わせは全て中止し、Web会議による研究打ち合わせを行った。また、共同研究自体も国内外の研究体制の制限等により2020年度の共同研究計画を進展させることがほとんどできなかった。そのため、2020年度で終了予定であった本事業を1年延期し、2021年度も国際共同研究を実施する。

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

2020年度は、2019年度に引き続き、参画する若手研究者を中心とした研究成果を論文発表することができ、本事業の目的の一つである若手研究者の養成に関して一定の成果をあげることができた。一方、新型コロナウイルス感染症の影響で海外との共同研究が滞っており、当初の研究計画から遅れが生じている。

今後の研究の推進方策

本研究は2020年度で終了の事業であったが、新型コロナウイルス感染症の影響による研究遅延のため、事業の延長申請を行った。遅れている国際共同研究は2021年度も引き続き実施する。2021年度は、2020年度に実施予定であった研究を行う予定である。具体的には、これまで得られた非標準核酸構造の安定化エネルギーの変化(ΔG)についてのデータを活かし、複製・転写・翻訳などの遺伝子発現反応の相関を解析する。これらの遺伝子発現の反応効率から反応の活性化自由エネルギー(ΔG‡)を算出し、安定化エネルギーとの相関を検討する。さらに分子クラウディング環境下における非標準構造の立体構造変化の解析を英国Reading大学やチェコMasaryk大学をはじめとして海外の共同研究グループと推進する。また、植物を用いた組織レベルの解析を南京農業大学の研究グループと進める。一方、申請者のグループが現地で行う予定だった共同研究は実施せず、全て国内でサンプル調製などをし、現地の共同研究先に解析を依頼する。研究打ち合わせや若手研究者同士の研究発表等の国際交流は情勢が好転しない限り、Web会議で行う。しかしながら、以前実施体制は厳しい状況にあるため、状況を精査しつつ柔軟に研究計画を変更していく。

次年度使用額が生じた理由

2020年度は新型コロナウイルス感染症の影響により、本事業に関する研究を進めることが困難であった。そのため、本事業は2020年度で終了予定であったが、2021年度も延長して行う。予算の使用計画は、当初2020年度に行う予定であった研究計画に沿う予定である。しかし、渡航制限がしばらくも続くことが想定されることから、計上してある旅費は情勢を見極めつつ国際共同研究に必要な物品費などに振り替える。

  • 研究成果

    (21件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (5件) 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 2件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (7件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] University of Reading(英国)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      University of Reading
  • [国際共同研究] Masaryk University(チェコ)

    • 国名
      チェコ
    • 外国機関名
      Masaryk University
  • [国際共同研究] 中国南京農業大学(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      中国南京農業大学
  • [国際共同研究] Carnegie Mellon University(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Carnegie Mellon University
  • [国際共同研究] KU Leuven(ベルギー)

    • 国名
      ベルギー
    • 外国機関名
      KU Leuven
  • [雑誌論文] Engineering exosome polymer hybrids by atom transfer radical polymerization2021

    • 著者名/発表者名
      S. Lathwal, S. S. Yerneni, S. Boye, U. L. Muza, S. Takahashi, N. Sugimoto, A. Lederer, S. R. Das, P. G. Campbell, and K. Matyjaszewski
    • 雑誌名

      Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.

      巻: 118 ページ: e2020241118

    • DOI

      10.1073/pnas.2020241118

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Nearest-neighbor parameters for predicting DNA duplex stability in diverse molecular crowding conditions2020

    • 著者名/発表者名
      S. Ghosh, S. Takahashi, T. Ohyama, T. Endoh, H. Tateishi-Karimata, and N. Sugimoto
    • 雑誌名

      Proc. Natl. Acad. Sci. USA.

      巻: 117 ページ: 14194-14201

    • DOI

      10.1073/pnas.1920886117

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effect of morecular crowding on the stability of RNA G-quadruplexes with various numbers of quartets and lengths of loops2020

    • 著者名/発表者名
      S. Matsumoto, H. Takeishi-Karimata, S. Takahashi, T. Ohyama, and N. Sugimoto
    • 雑誌名

      Biochemistry

      巻: 59 ページ: 2640-2649

    • DOI

      10.1021/acs.biochem.0c00346

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Molecular crowding induces primer extension by RNA polymerase through base stacking beyond Watson-Crick rules2020

    • 著者名/発表者名
      S. Takahashi, H. Okura, P. Chilika, S. Ghosh, and N. Sugimoto
    • 雑誌名

      RSC Adv.

      巻: 10 ページ: 33052-33058

    • DOI

      10.1039/D0RA06502A

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effect of Molecular Crowding on DNA Polymerase Reactions along Unnatural DNA Templates2020

    • 著者名/発表者名
      S. Takahashi, P. Herdwijn, and N. Sugimoto
    • 雑誌名

      Molecules

      巻: 25 ページ: 4120

    • DOI

      10.3390/molecules25184120

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Improved nearest-neighbor parameters for the stability of RNA/DNA hybrids under a physiological condition2020

    • 著者名/発表者名
      D. Banerjee, H. Tateishi-Karimata, T. Ohyama, S. Ghosh, T. Endoh, S. Takahashi, and N. Sugimoto
    • 雑誌名

      Nucleic Acids Res.

      巻: 48 ページ: 12042-12054

    • DOI

      10.1093/nar/gkaa572

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Stability prediction of canonical and non-canonical structures of nucleic acids in various molecular environments and cells2020

    • 著者名/発表者名
      S. Takahashi and N. Sugimoto
    • 雑誌名

      Chem. Soc. Rev.

      巻: 49 ページ: 8439-8468

    • DOI

      10.1039/d0cs00594k

    • 査読あり
  • [学会発表] 脱ワトソン・クリックの核酸化学(68): 老化における細胞内環境変化によるCpGアイランドのグアニン四重らせん構造のトポロジー制御2021

    • 著者名/発表者名
      松本咲, 大山達也, 杉本 直己
    • 学会等名
      日本化学会第101回春季年会
  • [学会発表] 神経変性疾患に関わるリピートRNAによる相分離機構の解析2020

    • 著者名/発表者名
      建石寿枝, Ye Teng, 大山達也, 田中成典, 杉本直己
    • 学会等名
      第14回バイオ関連化学シンポジウム
  • [学会発表] バルジを含むRNA二重鎖と天然アルカロイドとの相互作用解析2020

    • 著者名/発表者名
      遠藤 玉樹, Satpathi Saga, Podbev?ek Peter, Plavec Janes, 杉本 直己
    • 学会等名
      第14回バイオ関連化学シンポジウム
  • [学会発表] 異なるGカルテット数とループ長を有するRNAグアニン四重らせんの安定性への分子クラウディングの効果2020

    • 著者名/発表者名
      松本咲, 建石寿枝, 高橋俊太郎, 大山達也, 杉本直己
    • 学会等名
      第14回バイオ関連化学シンポジウム
  • [学会発表] Stability prediction of DNA duplexes available under diverse molecular crowding conditions2020

    • 著者名/発表者名
      GHOSH Saptarshi, 高橋俊太郎, 大山達也, 遠藤玉樹, 建石寿枝, 杉本直己
    • 学会等名
      第14回バイオ関連化学シンポジウム
  • [学会発表] Development of the prediction method for stability of RNA/DNA hybrids under a physiological condition2020

    • 著者名/発表者名
      BANERJEE Dipanwita, 建石寿枝, 大山達也, GHOSH Saptarshi, 遠藤玉樹, 高橋俊太郎, 杉本直己
    • 学会等名
      第14回バイオ関連化学シンポジウム
  • [学会発表] Empirical rule of i-motif stability regulated by different molecular crowding conditions2020

    • 著者名/発表者名
      PALLAVI Chilka, 高橋俊太郎,杉本直己
    • 学会等名
      第14回バイオ関連化学シンポジウム
  • [図書] 核酸科学ハンドブック2020

    • 著者名/発表者名
      杉本直己
    • 総ページ数
      565
    • 出版者
      講談社
    • ISBN
      978-4-06-520786-4
  • [備考] 甲南大学先端生命工学研究所ホームページ

    • URL

      http://www.konan-fiber.jp/index.php

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公開日: 2021-12-27  

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