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2021 年度 実績報告書

実験と計算を融合した核酸酵素の進化工学

研究課題

研究課題/領域番号 19H02855
研究機関沖縄科学技術大学院大学

研究代表者

横林 洋平  沖縄科学技術大学院大学, 核酸化学・工学ユニット, 教授 (70769752)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード進化工学 / 核酸化学 / RNA / リボザイム
研究実績の概要

本年度は主に「機械学習による核酸酵素の適応度地形の予測」に取り組んだ。

RNAリガーゼ(結合)活性を持つリボザイム、F1*から、大量の変異体を設計、合成し、独自の次世代シーケンシング(NGS)を用いた活性測定を行うことにより、大量のリボザイム配列と機能相関データを得ることができた。このデータをもとに深層学習モデルを構築し、活性を保ちつつ、親配列の約50%の塩基がことなる変異体を得た。さらに、このデータを解析することにより、このリボザイム近辺の配列空間における適応度地形についての、定量的知見を得ることに成功した。具体的には、酵素活性を保った配列空間(neutral network)は比較的「スムーズ」な地形を有し、予測可能性が高いことが判明した。このような適応度地形に関する定量的な実験データは極めて珍しく、今後様々な解析により、生体分子の進化についての新たな知見が得られると期待できる。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2022 2021

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 (1件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] High-throughput screening of cell-free riboswitches by fluorescence-activated droplet sorting2022

    • 著者名/発表者名
      Tabuchi Takeshi、Yokobayashi Yohei
    • 雑誌名

      Nucleic Acids Research

      巻: 50 ページ: 3535~3550

    • DOI

      10.1093/nar/gkac152

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Circularly-Permuted Pistol Ribozyme: A Synthetic Ribozyme Scaffold for Mammalian Riboswitches2021

    • 著者名/発表者名
      Mustafina Kamila、Nomura Yoko、Rotrattanadumrong Rachapun、Yokobayashi Yohei
    • 雑誌名

      ACS Synthetic Biology

      巻: 10 ページ: 2040~2048

    • DOI

      10.1021/acssynbio.1c00213

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Directed evolution of orthogonal RNA-RBP pairs through library-vs-library in vitro selection2021

    • 著者名/発表者名
      Fukunaga Keisuke、Yokobayashi Yohei
    • 雑誌名

      Nucleic Acids Research

      巻: 50 ページ: 601~616

    • DOI

      10.1093/nar/gkab527

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] High-throughput analysis of ribozyme sequence-function relationship2022

    • 著者名/発表者名
      Yohei Yokobayashi
    • 学会等名
      RIKEN BDR Symposium 2022
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2022-12-28  

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