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2011 年度 実施状況報告書

自己複製能をもつRNA酵素を基盤とした人工生命体モデルの創出

研究課題

研究課題/領域番号 23651203
研究機関京都大学

研究代表者

齊藤 博英  京都大学, 次世代研究者育成センター, 准教授 (20423014)

研究分担者 野村 慎一郎  東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50372446)
研究期間 (年度) 2011-04-28 – 2013-03-31
キーワードRNA / リポソーム / 人工細胞モデル / 生命の起源 / 実験進化
研究概要

生命の起源において、核酸などの化学物質から、進化する生命システムがいかにして誕生したのかという問題の解決は、生命科学が目指す大きな目標の一つである。本研究では、我々が独自に開発した、自己連結する能力をもつ人工RNA酵素を基盤として、新しい人工細胞モデルシステムを創出する。この人工細胞モデルでは、内部化学反応システム及びそのシステムを内包する膜 (境界条件)の両方がRNA酵素から構築される。本年度は、RNA からなる人工膜モデル構築の基盤技術を開発した。さらに、RNA構造体が原子間力顕微鏡により確認された(野村)。設計指針としては、RNA同士の配列依存的 なループ・レセプター相互作用を利用する。この引力を複数の同種分子でシェアすることにより、分子間相互作用のフラストレーションを導き、流動的な高次構造の形成に用いる。 また、自身の配列を連結する能力をもつ人工RNA酵素の創製に成功した(齊藤)。天然に触媒分子として働くRNA、リボザイムが発見されて以来、遺伝子と代謝(触媒)機能の両者を兼ね備える生体分子として、RNAは生命の起源研究において注目されている。特に、RNA同士の連結反応を触媒するリガーゼリボザイムの存在が生命初期の進化に非常に重要であると考えられている。しかし、天然のリガーゼリボザイムは発見されていない。そこで、人工的なリガーゼリボザイムの創成を通して、RNAの自己複製の研究がおこなわれている。本研究では、人工リガーゼリボザイムを用い、RNA自己増幅系のモデルを新たに設計・構築することにより、新観点からRNAワールド仮説の実験的検証をおこなった。この知見を基に、RNA構造モチーフを利用し、RNA間のリガーゼ反応を基本とした新規RNA自己複製システムモデルを設計・構築した。

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

当初研究計画に記載した、自身の配列を連結する人工RNA 酵素によるRNA自己増幅系のモデルを新たに設計・構築することに成功した。RNAからなる人工細胞膜モデルについても、現在解析を進めている最中である。

今後の研究の推進方策

本研究で構築した人工RNA酵素を用いた構造体形成の評価を研究分担者と協力し、例えば微細構造の評価は専門業者に電子顕微鏡観察を委託するなど、効率よく進めたい。

次年度の研究費の使用計画

当初予定していたアルバイト雇用の学生が決まらず、人件費、それにかかる物品費の使用が進まなかったため、 当該研究費を次年度に使用することにした。 今年度分の使用計画としては、アルバイト雇用者の謝金及びそれにかかる実験消耗品の購入へ充填し、本研究計画を効率よく進めたいと考える。

  • 研究成果

    (35件)

すべて 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (26件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] 生命システムの理解と制御を目指す合成生物学-その現状と課題-2012

    • 著者名/発表者名
      齊藤 博英
    • 雑誌名

      生物学史研究  2012年2月号

      巻: 86 ページ: 45-56

  • [雑誌論文] Synthesis and in situ insertion of a site-specific fluorescently labeled membrane protein into cell-sized liposomes2011

    • 著者名/発表者名
      Takuma Ohtsuka, Satoshi Neki, Tamotsu Kanai, Kazunari Akiyoshi, Shin-ichiro M. Nomura, Takashi Ohtsuki
    • 雑誌名

      Analytical Biochemistry

      巻: 418 ページ: 97-101

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synthetic human cell fate regulation by protein-driven RNA swiches2011

    • 著者名/発表者名
      *Hirohide Saito, Yoshihiko Fujita, Shunnichi Kashida, Karin Hayashi, and Tan Inoue
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 2 ページ: 160

    • DOI

      10.1038/ncomms1157

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synthetic RNA-protein complex shaped like an equilateral triangle2011

    • 著者名/発表者名
      Hirohisa Ohno, Tetsuhiro Kobayashi, Rinko Kabata, Kei Endo, Takuma Iwasa, Shige Yoshimura, Kunio Takeyasu, Tan Inoue, and *Hirohide Saito
    • 雑誌名

      Nature Nanotechnology

      巻: 6 ページ: 116-120

    • DOI

      10.1038/nnano.2010.268

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Self-Replication Reactions Dependent on Tertiary Interaction Motifs in an RNA Ligase Ribozyme2011

    • 著者名/発表者名
      Rei Ohmori, Hirohide Saito, Yochiya Ikawa,Yoshihiko Fujita,Tan Inoue
    • 雑誌名

      Journal of Molecular Evolution

      巻: 73 ページ: 221-229

    • DOI

      10.1007/s00239-011-9471-2

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Light-Regulated mRNA Condensation by a Photosensitive Surfactant Works as a Series Photoswitch of Translation Activity in the Presence of Small RNAs2011

    • 著者名/発表者名
      Sergii Rudiuk, Hirohide Saito, Tomoaki Hara, Tan Inoue, Kenichi Yoshikawa, Damein Baigl
    • 雑誌名

      Biomacromolecules

      巻: 12 ページ: 3945-3951

    • DOI

      10.1021/bm200962s

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 翻訳をON/OFFする人工RNAスイッチ―シンセティック・バイオロジーの新技術2011

    • 著者名/発表者名
      齊藤 博英、井上 丹
    • 雑誌名

      化学 2011年5月号 (Vo.66 No5)

      巻: 66 ページ: 46-50

  • [雑誌論文] Feedback Control of Protein Expression in Mammalian Cells by Tunable Synthetic Translational Inhibition

    • 著者名/発表者名
      James A. Stapleton, Kei Endo, Yoshihiko Fujita, Karin Hayashi, Masahiro Takinoue, *Hirohide Saito, and Tan Inoue
    • 雑誌名

      ACS Synthetic Biology

      巻: 1(3) ページ: 83-88

    • 査読あり
  • [学会発表] 超純水と超音波による簡便なcell-free翻訳溶液調製2012

    • 著者名/発表者名
      藤原 慶、野村 M. 慎一郎
    • 学会等名
      日本農芸化学会2012年度大会
    • 発表場所
      京都女子大学(京都市)
    • 年月日
      2012 – 323
  • [学会発表] 人工RNAを用いる新しい遺伝子操作技術2012

    • 著者名/発表者名
      齊藤 博英
    • 学会等名
      ヒト多機能性幹細胞の培養・解析の標準化レクチャーシリーズ第6回(招待講演)
    • 発表場所
      独立行政法人理化学研究所 神戸研究所 発生・再生科学総合研究センター(神戸市)
    • 年月日
      2012 – 22
  • [学会発表] 人工RNAスイッチ・ナノ構造体を活用した細胞運命制御システムの構築とイメージングへの可能性 "Synthetic RNA switches and nanostructure for controlling sell function"2012

    • 著者名/発表者名
      齊藤 博英
    • 学会等名
      Center for Molecular Imaging Science Seminar(招待講演)
    • 発表場所
      独立行政法人理化学研究所 神戸研究所 分子イメージング科学研究センター(神戸市)
    • 年月日
      2012 – 21
  • [学会発表] iPSとYAC: 両末端から生命-likeシステムの構築に迫る方法はあるか?2012

    • 著者名/発表者名
      齊藤 博英
    • 学会等名
      2011年度"Yet Another Artificial-Cells"研究会
    • 発表場所
      東京工業大学(横浜市)
    • 年月日
      2012 – 127
  • [学会発表] 生命の起源と宇宙の接点~生命は宇宙から降ってきた?2011

    • 著者名/発表者名
      大野 博久、齊藤 博英
    • 学会等名
      第7回お寺で宇宙学(招待講演)
    • 発表場所
      浄慶寺(京都市)
    • 年月日
      2011 – 930
  • [学会発表] RNPシンセティック・バイオロジー2011

    • 著者名/発表者名
      齊藤 博英、藤田 祥彦、樫田 俊一、大野 博久、遠藤 慧、井上 丹
    • 学会等名
      第63回日本生物工学会大会
    • 発表場所
      東京農工大学(東京都小金井市)
    • 年月日
      2011 – 928
  • [学会発表] 分子デザイン型人工RNA-タンパク質複合体を活用した細胞機能制御技術の開発2011

    • 著者名/発表者名
      長田 江里子、齊藤 博英
    • 学会等名
      第10回産学官連携推進会議
    • 発表場所
      東京国際フォーラム(東京都)
    • 年月日
      2011 – 921
  • [学会発表] 分子ロボティクスにおけるRNA-タンパク質複合体の可能性2011

    • 著者名/発表者名
      齊藤 博英、大野 博久、井上 丹
    • 学会等名
      第84回日本生化学会大会(招待講演)
    • 発表場所
      京都国際会館(京都市)
    • 年月日
      2011 – 921
  • [学会発表] 細胞サイズリポソームは超分子ロボット構築に有効なデバイスであるか2011

    • 著者名/発表者名
      野村 M. 慎一郎、藤原慶、青井啓太
    • 学会等名
      第84回日本生化学会大会
    • 発表場所
      京都国際会館(京都市)
    • 年月日
      2011 – 921
  • [学会発表] A bacterial ion-sensing device without electrodes.2011

    • 著者名/発表者名
      Fujiwara Kei, Aoi Keita, Nomura M. Shin-ichiro
    • 学会等名
      第49回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      兵庫県立大学(兵庫県姫路市)
    • 年月日
      2011 – 916-18
  • [学会発表] 人工RNAスイッチを活用した細胞機能・運命制御2011

    • 著者名/発表者名
      齊藤 博英
    • 学会等名
      遺伝子・デリバリー研究会 第11回夏期セミナー(招待講演)
    • 発表場所
      三翠園ホテル(高知県高知市)
    • 年月日
      2011 – 89
  • [学会発表] RNA-Protein複合体の分子デザインが拓く新世界2011

    • 著者名/発表者名
      齊藤 博英
    • 学会等名
      ERATO伊藤グライコトリロジープロジェクトシンポジウム(招待講演)
    • 発表場所
      独立行政法人理化学研究所 和光研究所(埼玉県和光市)
    • 年月日
      2011 – 727
  • [学会発表] 冷静と情熱のあいだ:RNAシンセティックバイオロジーの現状と未来2011

    • 著者名/発表者名
      齊藤 博英
    • 学会等名
      生化学若い研究者の会 初夏セミナー(招待講演)
    • 発表場所
      奈良女子大学(奈良県奈良市)
    • 年月日
      2011 – 710
  • [学会発表] Synthetic approaches to construct RNA protein complexes-based nanostructures and translational regulatory system2011

    • 著者名/発表者名
      齊藤 博英、大野 博久、樫田 俊一、遠藤 慧、James A Stapleton、藤田 祥彦、井上 丹
    • 学会等名
      第16回RNA Society Meeting(招待講演)
    • 発表場所
      京都国際会館(京都市)
    • 年月日
      2011 – 617
  • [学会発表] 人工RNA-タンパク質ナノ構造体を活用したバイオエンジニアリング2011

    • 著者名/発表者名
      齊藤 博英
    • 学会等名
      第8回分子複合医薬研究会(招待講演)
    • 発表場所
      産業技術総合研究所 関西センター(大阪府池田市)
    • 年月日
      2011 – 129
  • [学会発表] RNAシンセティックバイオロジーとアストロバイオロジーの接点2011

    • 著者名/発表者名
      齊藤 博英
    • 学会等名
      第4回アストロバイオロジーワークショップ(招待講演)
    • 発表場所
      神戸大学(神戸市)
    • 年月日
      2011 – 1127
  • [学会発表] 人工RNA-タンパク質複合型ナノシステムによる細胞機能制御2011

    • 著者名/発表者名
      齊藤 博英
    • 学会等名
      第17回創剤フォーラム若手研究会 核酸工学・核酸医薬の新展開(招待講演)
    • 発表場所
      京都大学(京都市)
    • 年月日
      2011 – 1119
  • [学会発表] 人工RNAとiPS細胞を用いた精密な細胞運命制御にむけて2011

    • 著者名/発表者名
      齊藤 博英
    • 学会等名
      CiRA MINI-SYMPOSIUM 2011
    • 発表場所
      京都大学(京都市)
    • 年月日
      2011 – 1117
  • [学会発表] 超純水と超音波で調製した無細胞タンパク質合成系2011

    • 著者名/発表者名
      藤原 慶、野村 M. 慎一郎
    • 学会等名
      無細胞生命科学研究会
    • 発表場所
      兵庫県立大学(兵庫県姫路市)
    • 年月日
      2011 – 1116-17
  • [学会発表] Mammalian mRNA engineering for controlling transgene expression in response to an intracellular protein2011

    • 著者名/発表者名
      Kei Endo,Tan Inoue,and Hirohide Saito
    • 学会等名
      「細胞を創る」研究会4.0
    • 発表場所
      千里ライフサイエンスセンター(大阪府豊中市)
    • 年月日
      2011 – 1027
  • [学会発表] RNA/RNP molecular design and functional RNP nanostructure for controlling cell function2011

    • 著者名/発表者名
      Eriko Osada,Yoshihiko Fujita,Rie Furushima,Hirohisa Ohno,Tan Inoue, and Hirohide Saito
    • 学会等名
      「細胞を創る」研究会4.0
    • 発表場所
      千里ライフサイエンスセンター(大阪府豊中市)
    • 年月日
      2011 – 1027
  • [学会発表] Synthetic RNA/RNP biology-based approaches to regulate cellular functions2011

    • 著者名/発表者名
      Hirohide Saito,Yoshihiko Fujita,Kei Endo,Hirohisa Ohno,Shunnichi Kashida,Eriko Osada, and Tan Inoue
    • 学会等名
      「細胞を創る」研究会4.0(招待講演)
    • 発表場所
      千里ライフサイエンスセンター(大阪府豊中市)
    • 年月日
      2011 – 1027
  • [学会発表] An ion-sensing device consists of genetically-tuned bacteria.2011

    • 著者名/発表者名
      Kei FUJIWARA, Keita AOI, Shin-ichiro M. NOMURA
    • 学会等名
      International Symposium on SYNTHESIZING LIFE AND BIOLOGICAL SYSTEMS(細胞を創る研究会4.0合同開催)
    • 発表場所
      千里ライフサイエンスセンター(大阪府豊中市)
    • 年月日
      2011 – 1025-28
  • [学会発表] Cloud liposomes squeezed up from multi-linked pore structures.2011

    • 著者名/発表者名
      Shin-ichiro M. NOMURA, Kei FUJIWARA, Keita AOI
    • 学会等名
      International Symposium on SYNTHESIZING LIFE AND BIOLOGICAL SYSTEMS(細胞を創る研究会4.0合同開催)
    • 発表場所
      千里ライフサイエンスセンター(大阪府豊中市)
    • 年月日
      2011 – 1025-28
  • [学会発表] Design and synthesis of RNA/RNP-based molecules and systems2011

    • 著者名/発表者名
      齊藤 博英
    • 学会等名
      ERATO International Symposium on Synthesizing life and biological systems(招待講演)
    • 発表場所
      千里ライフサイエンスセンター(大阪府豊中市)
    • 年月日
      2011 – 1024
  • [学会発表] 人工RNAスイッチ・ナノ構造体を基盤とする細胞操作・運命制御システムの開発2011

    • 著者名/発表者名
      齊藤 博英
    • 学会等名
      第5回物質科学フロンティアセミナー「新時代の物質創製を目指して -光、金属、生命を操る-」(招待講演)
    • 発表場所
      名古屋大学(名古屋市)
    • 年月日
      2011 – 1021
  • [図書] 人工細胞モデルとコミュニケーション能(細胞を創る・生命システムを創る)2011

    • 著者名/発表者名
      野村M. 慎一郎 (竹内昌治、上田泰己・編)
    • 総ページ数
      220
    • 出版者
      羊土社

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公開日: 2013-07-10  

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