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岡山大学大学院 ヘルスシステム統合科学研究科
バイオ・創薬部門 教授
世良 貴史 せ ら たか し
人工核酸結合タンパク質の
デザインとその応用
ライフサイエンス分野 新技術説明会 @JST東京本部 (11/08/18)
Okayama Univ. All rights reserved
人工DNA結合 タンパク質
遺伝情報の 読み取りを
望むように操作
人工DNA結合タンパク質
+ 転写調節 ドメイン
+ DNA切断 部位
ウイルス感染
抗ウイルス剤
耐病性植物
ゲノム工学
人工制限酵素
遺伝子発現
人工転写因子
新しい機能
人工生体分子
+ 機能ドメイン
人工DNA結合タンパク質とその応用
人工DNA結合タンパク質 がんの克服 再生医療
遺伝病の克服 新しい生物の創出
新しい バイオ技術
人々の生活を豊かにする バイオテクノロジー
感染症の治療 食糧問題の解決
DNAとアミノ酸との相互作用の最適化
N
N N
N
N
O
O
H
N
H
H
N
N
H
H
H
N
N
H
HN
H H
Arg
+
G
N
N N
N
N
O
N
ON
H
H
H
CH3
NHO
H
Asn
A
Gln
N
N N
N
N
O
O
H
N
H
H
N
N
H
H
N
N
H
His
G
H-bond Donors: Ser Lys
N
NN
N
N
O
O
H
N
H
H
N
N
H
H
C
_
O O
Asp
Glu
N
NN
N
N
O
N
O N
H
H
H
H3C
CH3
Thr
T
HydrophobicAmino Acids
H
OThr
Ser
H-bondDonors
これらの情報を基にDNA認識コード表を作製
人工DNA結合タンパク質のデザイン
標的DNA配列を決めれば
認識アミノ酸、すなわち目的タンパク質が一義的にデザイン!
結合ユニット
標的DNA中の4塩基対
特色:各場所の各塩基の認識に1アミノ酸をアサイン
人工DNA結合タンパク質のデザイン
高性能の人工DNA結合タンパク質(AZP)の簡便な創出
Artificial Zinc-finger Proteins
(AZPs)
フィンガー・ユニットのアッセンブル
(3N + 1) bp (N: finger #)
DNA認識コード表
6つのフィンガー・ユニット
例:19塩基対
標的DNA配列
・ 高いDNA結合能
・ 高い配列選択性
人工DNA結合タンパク質のデザイン
複製 発病
発病せず ウイルス複製 の阻害
人工DNA結合 タンパク質 (AZP)
複製起点
ウイルス ゲノム
人工DNA結合タンパク質(AZP)によるウイルス複製阻害
ウイルス ゲノム
AZP発現形質転換植物
ウイルス複製タンパク質(Rep)
ウイルス複製タンパク質(Rep)
農業分野への応用: ウイルス不活性化
Geminivirus particle
粒子構造 直径約20 nmの正二十面体構造が連結した構造。 この構造からGeminivirusと呼ばれている。 ( Geminiとは双子)
ゲノム 環状一本鎖DNAウィルス 全長:2.5~3.0 kbp
感染農作物
トマト、コショウ、タバコ、カボチャ、マニオック、サツマイモ、ワタ、メロン、ジャガイモ、ダイズ、ワイン、トウモロコシ、コムギ、サトウキビ、マメ、ビート、スイカなど多種多様
Bemisia tabaci
媒体 コナジラミ
農業分野への応用: ウイルスの不活性化
A B C D
野生型
開発植物
EtBr染色
BSCTV-
特異的 プローブ
野生型
開発植物
ウイルス DNA
Beet severe curly top virus
(BSCTV)を接種
ウイルス複製を 完全に抑制!
(2.5週間経過)
AZPによるウイルス複製の阻害
ヒト・パピローマ・ウイルス (human papillomavirus: HPV)
ヒトに感染するDNAウイルス
子宮頸ガンを誘発
(女性のガン死亡率第2位)
ヒト・パピローマ・ウイルスの複製阻害
HPV用の新しい抗ウイルス剤
医療分野への応用: ウイルスの不活性化
複製 発病
発病せず ウイルス複製 の阻害
複製起点
ウイルス ゲノム
人工制限酵素によるウイルス複製阻害
ウイルス ゲノム
ウイルス複製タンパク質
ウイルスDNAを切るハサミ = 人工制限酵素
利点:機構解明が不要、直ちに対応可能
ウイルス不活性化の新戦略
DNA結合部位 (HPVゲノムを 認識、結合)
DNA切断部位 (DNAを切断)
+
人工制限酵素 (ウイルスDNAを 切るハサミ)
人工制限酵素によるHPV DNAの特異的切断
ウイルス複製量
コントロール
DNA結合部位のみ
人工制限酵素
人工制限酵素
DNA結合部位 (HPVゲノムを 認識、結合)
DNA切断部位 (DNAを切断)
+ HPV
人工制限酵素遺伝子導入によるHPV複製阻害
ヒト細胞膜 透過ペプチド
抗ウイルス剤
ウイルス複製量
HPV
5 10 20 40 80 (pM)
人工制限酵素タンパク質
0
抗HPVウイルス剤としてのウイルス複製阻害能
MTTアッセイに よる評価
[ 抗HPVウイルス ] (nM)
細胞生存率
(%)
抗HPVウイルス剤の細胞毒性の評価
ヒト体内で標的遺伝子のみの 発現制御を可能にする
研究代表者のラボでは、このライブラリーを作製済みで、多種多様な
人工転写因子を迅速に作製することが可能
活性化ドメイン → 亢進 抑制ドメイン → 抑制
標的遺伝子発現
医療分野への応用: 遺伝子発現制御
細胞膜透過能を有する人工転写因子
= 新規プロテイン・ドラッグ
RNAウイルス不活性化の流れ
人工RNA切断酵素 (ウイルスRNAを 切る“ハサミ”)
人工RNA結合蛋白質 (ウイルスゲノムを認識)
RNA切断部位 (RNAを消化)
標的ウイルスRNA
+
増殖できない!
ウイルスの遺伝情報(ゲノム)を解析
ウイルスRNAを5分以内に切断
ウイルスRNAの 切断分解物
0.25 0.5 1 2 0 5分
完全に消失!
ウイルスRNA
汎用性の高さ
人工RNA結合蛋白質 (ウイルスゲノムを認識)
RNA切断部位 (RNAを消化)
+
人工RNA切断酵素 (ウイルスRNAを 切る“ハサミ”)
ノロウイルス用の “ハサミ”
エイズウイルス用 の“ハサミ”
エボラウイルス用 の“ハサミ”
国立大学法人岡山大学
研究推進産学官連携機構 知的財産本部
平野 芳彦
TEL 086-251 - 8476
FAX 086-251 - 8961
e-mail y-hirano@cc.okayama-u.ac.jp
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