シグナル増幅法を組み合わせた赤色光作動性の新規遺伝子発現制御システムの開発

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K23716
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 河野 風雲 東京大学, 大学院総合文化研究科, 助教 (20786090)
• Project Period (FY): 2019-08-30 – 2021-03-31
• Keywords: 光遺伝学 / タンパク質工学 / 遺伝子発現制御

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、遺伝子工学的手法を基に菌由来の赤色光受容体にタンパク質工学を施した光遺伝学を基盤技術として、哺乳動物生体内で遺伝子発現の光操作を高い効率で実現する「シグナル増幅法を組み合わせた赤色光作動性の新規遺伝子発現制御システムの開発」に取り組んだ。現在までに多数報告されている青色光受容体を基盤とした技術において大きな課題の一つである組織透過性の問題において、「生体の窓」と呼ばれる650 nmから1,000 nmまでの赤色光から近赤外光と呼ばれる電磁波に応答する光受容体を基盤とする光遺伝学の基盤技術を開発することによって克服することを目指した。昨年度までに、放射線耐性細菌由来の赤色光受容体バクテリアフィトクロムDrBphPを基に、LexA DNA結合ドメインと転写因子VP16を融合させたキメラタンパク質の開発を遂行してきた。結果として、赤色光依存的に数倍の遺伝子発現誘導に成功した。その一方で、光が照射されない暗所での遺伝子発現誘導（dark-leakiness）が大きな課題として残されていた。本年度では、シアノバクテリア由来の赤色光受容体バクテリアフィトクロムを基にDNA結合ドメインと転写因子を融合させたキメラタンパク質の開発を遂行した。結果として、光が照射されない暗所での遺伝子発現誘導（dark-leakiness）は大きな改善がみられた。しかしその一方で、光依存性においては大きく低下し、結果として光誘導効率の改善が大きな課題として残された。今後、開発した当該技術を基に、シグナル増幅法を組み合わせることによって光誘導効率を改善し、哺乳動物生体内で遺伝子発現の赤色光操作を高い効率で実現する光遺伝学の基盤技術の開発を目指す。