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

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