| 研究課題/領域番号 |
20K06504
|
|---|
| 研究機関 | 横浜国立大学 |
|---|
研究代表者 |
田中 陽一郎 横浜国立大学, 研究推進機構, 技術専門職員 (70450426)
|
|---|
| 研究分担者 |
永田 崇 京都大学, エネルギー理工学研究所, 准教授 (10415250)
杉本 千佳 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (40447347)
荻野 俊郎 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 名誉教授 (70361871)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| キーワード | AFM / G-quadruplex / データサイエンス / 機械学習 / NMR |
|---|
| 研究実績の概要 |
近年、DNAの特殊な構造の一つであるグアニン四重鎖構造がヒトゲノム（全DNA）上に多数存在し、がん等の疾病の治療のターゲットになり得る事が分かってきた。どのような配列が実際に四重鎖を形成し、疾病と関連しているのかを明らかにすることが喫緊の課題である。
本研究では、四重鎖構造を直接検出可能な原子間力顕微鏡（AFM）を使用して一度に多数のDNA分子の構造情報を測定し、機械学習を活用して新たな四重鎖識別法と四重鎖-タンパク質複合体識別法を開発し、疾病の原因となりうる四重鎖とタンパク質の相互作用を評価する手法を構築することを目的としている。
令和２年度には、基板上に固定した既知のDNAをAFM(原子間力顕微鏡)によって高解像度に測定し、各分子の粒子としての多数の表面形状パラメータを抽出した。機械学習によって解析して四重鎖DNAを識別する分類器を作成して、一本鎖、二本鎖と四重鎖の分子構造を高い精度で識別する事が可能な表面形状パラメータの同定に成功した。
そこで、令和３年度は、大腸菌ゲノムに存在する未知の四重鎖を形成する可能性のあるDNA分子を調製し、令和２年度に確立した方法で解析を行った。同時にNMR法によって実際に四重鎖を形成しているかどうかを確認した結果、本研究で開発した四重鎖判別法によって四重鎖を形成すると判定されたDNAは、NMRによっても安定な四重鎖を形成していることを示す結果が得られた。さらに、本研究による四重鎖検出法では、100%四重鎖を形成している状態だけでなく、一本鎖、二本鎖の構造と四重鎖が混ざり合っている状態も評価できることが示唆された。
また、前年度より高品質のデータを取得し、機械学習による解析の高精度化を行ったことで、四重鎖形成を示す新たなパラメータが得られた事から、四重鎖判別法の高精度化が可能になった。
|
| 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
研究期間中に予定している４つの実施計画のうち、主要なテーマである「既知の四重鎖DNAのAFMによる測定」と「四重鎖の判別法の確立」については、多くの成果が得られたため、当初の計画通りの進展があった。研究期間後半に実施予定だった残りの２つの計画である「四重鎖-タンパク質の測定」と「相互作用評価法の確立」は、実験の条件検討の段階だが、最終年度に比重を多く充てることで十分に成果が得られる予定である。このため、実験計画の達成のための障害となる問題はなく、予定通り進められると想定される事から、本研究はおおむね順調に進展している。
|
| 今後の研究の推進方策 |
本研究は順調に進展しており、当初の計画通り進める予定である。
令和３年度までに確立した四重鎖判別法を、より正確にかつ広い範囲に応用するために、一部に四重鎖を含む200残基程度の長いDNA、RNA等について適用し、四重鎖形成を判別する方法を検討する。
さらに、四重鎖と四重鎖結合タンパク質の相互作用の判別法の開発を進め、既に成果が得られている四重鎖判別法の結果を活かすことで、四重鎖DNA単体、タンパク質単体、四重鎖-タンパク質複合体をそれぞれ液中で測定したAFM データを解析し、四重鎖DNA-タンパク質複合体を判別可能な形状変数を特定することで四重鎖-タンパク質複合体の形成を同定する方法を開発する。
研究期間の最終年度である事から、これまでに開発した方法をまとめ、新しい四重鎖同定法及び四重鎖DNA-タンパク質複合体の相互作用評価法として確立する。
|
| 次年度使用額が生じた理由 |
令和２年度、令和３年度の2年間にわたり、コロナ禍での学会等の中止やオンライン化によって、当初計画していた出張費が0になったこと、予定していたNMR等の試料調製費用が少額だったことが次年度使用額が生じた理由である。
令和４年度には高額の多数のRNA及びタンパク質試料の調製を予定していることから、繰越額を活用し、より多くの試料を作製して測定を行うことで、目標である新しい四重鎖同定法及び四重鎖DNA-タンパク質複合体の相互作用評価法の正確性を上げることを計画している。
|
