立体構造から理解するRNAタクソノミ

2015 年度 実績報告書

• 研究領域: ノンコーディングRNAネオタクソノミ
• 研究課題/領域番号: 15H01463
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 西増 弘志 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (00467044)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 結晶構造

研究実績の概要

細菌Streptococcus pyogenesに由来するCas9（SpCas9）の改変体の結晶構造を決定した。細菌Staphylococcus aureusに由来する小型のCas9（SaCas9）、ガイドRNA、（5’-TTGAAT-3’ PAM、5’-TTGGGT-3’ PAM）を含む標的DNAからなる複合体の結晶構造を決定した。細菌Francisella novicidaに由来する大型のCas9（FnCas9）の、ガイドRNA、（5’-TGG-3’ PAM、5’-TGA-3’ PAM）を含む標的DNAからなる複合体の結晶構造を決定した。SpCas9、SaCas9、FnCas9の構造比較から、Cas9オルソログのあいだのアミノ酸配列の保存性は低いにもかかわらず基本的な作動原理は高度に保存されていることが明らかになった。一方、SpCas9、SaCas9、FnCas9はそれぞれ構造の異なるRECドメインおよびWEDドメインをもち、ガイドRNAのリピート：アンチリピート2本鎖を特異的に認識していることが明らかになった。さらに、SpCas9、SaCas9、FnCas9のガイドRNAは構造の異なるステムループをもち、Cas9によって特異的に認識されていた。SpCas9、SaCas9、FnCas9を利用したツールは直交性をもつため、これらを組み合せることにより複数の標的遺伝子を同時に編集・活性化・抑制できる可能性が広がった。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

SaCas9、FnCas9の結晶構造をCell誌に発表し、SpCas9改変体の結晶構造をMol Cell誌に発表したため。

今後の研究の推進方策

異なるCas9オルソログの結晶構造解析を進める。

研究成果

• [国際共同研究] Broad Institute of MIT and Harvard(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Broad Institute of MIT and Harvard
• [雑誌論文] Structure and Engineering of Francisella novicida Cas9 (2016)
  • 著者名/発表者名: Hisato Hirano, Jonathan S. Gootenberg, Takuro Horii, Omar O. Abudayyeh, Mika Kimura, Takanori Nakane, Ryuichiro Ishitani, Izuho Hatada, Feng Zhang, Hiroshi Nishimasu, Osamu Nureki
  • 雑誌名: Cell 巻: 164 ページ: 950-961
  • DOI: 10.1016/j.cell.2016.01.039
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Structural Basis for the Altered PAM Specificities of Engineered CRISPR-Cas9 (2016)
  • 著者名/発表者名: Seiichi Hirano, Hiroshi Nishimasu, Ryuichiro Ishitani, Osamu Nureki
  • 雑誌名: Molecular Cell 巻: 61 ページ: 886-894
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2016.02.018
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Crystal Structure of Staphylococcus aureus Cas9 (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Nishimasu, Le Cong, Winston X. Yan, F. Ann Ran, Bernd Zetsche, Yinqing Li, Arisa Kurabayashi, Ryuichiro Ishitani, Feng Zhang, Osamu Nureki
  • 雑誌名: Cell 巻: 162 ページ: 1113-1126
  • DOI: 10.1016/j.cell.2015.08.007
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] 小型CRISPR-Cas9の結晶構造 (2015)
  • 著者名/発表者名: 西増弘志、石谷隆一郎、濡木 理
  • 学会等名: BMB2015
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-12-03 – 2015-12-03
• [学会発表] CRISPR-Cas9の結晶構造 (2015)
  • 著者名/発表者名: 西増弘志
  • 学会等名: 第53回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県金沢市）
  • 年月日: 2015-09-15 – 2015-09-15
  • 招待講演
• [備考] ゲノム編集のための「小さなはさみ」のかたち
  • URL: http://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2015/36.html
• [備考] ゲノム編集のための新たな「はさみ」-立体構造にもとづくCRISPR-Cas9の改変-
  • URL: https://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2016/4599/