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2014 Fiscal Year Annual Research Report

蛋白質の捕捉と酵素活性のスイッチングの二面性を有するRNAの動作原理の解明と活用

Publicly Offered Research

Project AreaScience on Function of Soft Molecular Systems by Cooperation of Theory and Experiment
Project/Area Number 26104520
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

片平 正人  京都大学, エネルギー理工学研究所, 教授 (70211844)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2016-03-31
KeywordsRNAアプタマー / プリオン / スイッチング
Outline of Annual Research Achievements

我々はGGAGGAGGAGGAという配列からなるRNA(以下R12)が、プリオンタンパク質(狂牛病等の原因タンパク質)を高い親和性で捕捉するRNAアプタマー(特定の分子に対して高い親和性を示すRNA分子のこと)として機能する事を見出した。一方R12は、カリウムイオンに依存したその大きな構造変化により、酵素活性のスイッチング素子としても機能する事も見出した。R12が状況に応じて柔軟に変化して全く異なる二つの機能を発揮するメカニズムの解明と、その応用を目指した。
R12とプリオンタンパク質の複合体の構造解析をNMR法によって行った。その結果、R12がプリオンタンパク質に対して高い親和性を示すのは、2量化してプリオンタンパク質と2箇所で同時に結合する為である事が解明された。またR12は正常型プリオンタンパク質に結合してこれを安定化し、同タンパク質の異常型への遷移を抑制する事で抗プリオン活性を示す事が、生細胞を用いたアッセイによって示された。
R12は生理的濃度のカリウムイオンの有無によって、立体構造が大きく変化する事が分かった。核酸酵素を二つのサブユニットに分断し、これをR12の両端に結合させると、カリウムイオンの有無によってサブユニットの配置が大きく変化する。この事を応用して、カリウムイオンの有無によって活性がスイッチングする核酸酵素を創製する事に成功した。第一世代においては、活性の増強は4倍程度であった。核酸酵素に対する相補鎖を導入して、カリウムイオンが存在しない時の活性をしっかりと抑制した第二世代においては、活性の増強を大幅に増大し、30倍程度にする事に成功した。
抗HIV活性を有する酵素の反応をリアルタイムNMR法によって解析する方法論を開発し、DNA上のスライディングとカップルした動作機序を解明する事に成功した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

R12がRNAアプタマーとして機能するメカニズム及びR12が酵素活性のスイッチング素子として機能するメカニズムを解明する事に成功した。

Strategy for Future Research Activity

酵素活性のスイッチングに成功したので、今後はアプタマー活性をスイッチングする事をにチャレンジする。

  • Research Products

    (6 results)

All 2015 2014 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (2 results) (of which Invited: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Boosting of activity enhancement of K+-responsive quadruplex hammerhead ribozyme2015

    • Author(s)
      Yamaoki, Y., Mashima, T., Nagata, T. and Katahira, M.
    • Journal Title

      Chem. Commun.

      Volume: 51 Pages: 5898-5901

    • DOI

      10.1039/c5cc00961h.

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] 立体構造散歩道:APOBEC3G2015

    • Author(s)
      片平正人
    • Journal Title

      生物物理

      Volume: -

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] "Quantitative analysis of the location- and sequence-dependent deamination by APOBEC3G using real-time NMR2014

    • Author(s)
      Furukawa, A., Sugase, K., Morishita, R., Nagata, T., Kodaki, T., Takaori, A., Ryo, A. and Katahira, M.
    • Journal Title

      Angew. Chem. Int. Ed.

      Volume: 53 Pages: 2349-2352

    • DOI

      10.1002/anie.201309940

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Real-time monitoring and switching of enzyme/aptamer activities2015

    • Author(s)
      Katahira, M.
    • Organizer
      The 4th International Symposium on Drug Discovery and Design by NMR
    • Place of Presentation
      理化学研究所(横浜市)
    • Year and Date
      2015-02-04 – 2015-02-05
    • Invited
  • [Presentation] Real-time NMR monitoring of enzymatic reaction of anti-HIV protein, structure of anti-prion RNA aptamer and wood biomass analysis2014

    • Author(s)
      Kanba, K., Mashima, T., Okamura, H., Furukawa, A., Sugase, K., Nishimura, H., Watanabe, T., Nagata, T., and Katahira, M.
    • Organizer
      The 5th Japan-Taiwan NMR symposium
    • Place of Presentation
      北海道大学(札幌市)
    • Year and Date
      2014-09-29 – 2014-09-30
    • Invited
  • [Remarks] 片平研究室

    • URL

      http://www.iae.kyoto-u.ac.jp/bio/

URL: 

Published: 2016-06-01  

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