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分野グループ・研究チーム(ライフサイエンス)

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[ライフサイエンス] 池袋チーム

核酸の高次構造制御を基盤とするDNAメチル化解析技術の開発

代表者について

池袋 一典  

所属研究機関 工学研究院
部門 生命機能科学部門
役職 教授
URL http://web.tuat.ac.jp/~tanpaku/

外国人研究者について

Richard J. Simpson

所属研究機関 ラトローベ大学(オーストラリア
部門 Department of Biochemistry and Genetics
役職 教授
URL http://www.latrobe.edu.au/biochemistry-and-genetics/staff/profile?uname=R2Simpson

早出 広司

所属研究機関 ノースカロライナ大学 チャペルヒル校
部門 Joint Department of Biomedical Engineering
役職 教授
URL https://www.bme.unc.edu/people/koji-sode/

Man Bock Gu

所属研究機関 高麗大学校(韓国)
部門 Department of Biotechnology
役職 教授
URL https://koreauniv.pure.elsevier.com/en/persons/man-bock-gu

研究者一覧

長澤 和夫(工学研究院・教授)、大栗 博穀(工学研究院・教授)、白樫 淳一(工学研究院・教授)、渋谷 淳(農学研究院・教授)、天竺桂 弘子(農学研究院・准教授)、馬 悦(グローバルイノベーション研究院・特任助教)

研究概要

ヒトゲノムDNAのメチル化はヒトの日常生活、生活習慣により変化し、様々な疾病の進行状況により変化するので、あらゆる疾病の発症前診断で極めて有望なマーカーである。従って予防・先制医療の為に、迅速なDNAメチル化解析技術の開発が必須である。
本研究では、DNAの高次構造の一つであるグアニン4重鎖(以下G4)に着目し、これまでとは全く異なるDNAメチル化検出技術、即ち「DNAのメチル化によるG4構造変化の検出」に基づく新規検出原理を開発することを目的とする。
本チームの長澤と池袋は、国立成育医療研究センターの秦と共に、世界で初めてヒトゲノムのメチル化が大きく変化する領域(CpGアイランド:CGI)で、核酸高次構造の一つであるG4構造が、多数形成されることを報告した(Angew. Chem. Int. Ed., 2013, 52, 12052)。
そこで、メチル化により構造変化するG4構造の変化を、最先端の検出技術で検出することにより、迅速な新規DNAメチル化解析技術を構築する。

研究目的

超高齢化社会に先進国の先陣を切って突入した日本において、医療費の削減は、喫緊の政治課題であり、社会全体が一丸となって対処する最重要課題である。その為に予防医療・先制医療の重要性は自明であり、発症前診断技術の開発は最優先される。
DNAのメチル化は発症前診断で、あらゆる疾病に対応しうる最も有望なマーカーであり、現在その基礎研究は精力的に行われているが、その解析はバイサルファイトシーケンシング法に全面的に依存している。バイサルファイトシーケンシングは、非常に解析時間がかかることから、発症前診断にはこの手法は適さない(通常の診断では15分以内の診断時間が求められる)。DNAのメチル化は、ヒトの日常生活、生活習慣により変化し、様々な疾病の進行状況により変化するので、これを解析すれば、様々な疾病の発症前診断が可能であり、予防・先制医療の為に、迅速なDNAメチル化解析技術の開発が必須である。従って迅速にDNAのメチル化を検出する技術の開発が必要不可欠である。
しかし、DNAのメチル化(=メチル化されたシトシン)は増幅できず、これまでの遺伝子解析技術は、DNAの増幅を前提に開発されてきたため、DNAのメチル化を検出するには,これまでと全く異なる発想が必要である。
そこで本研究では、DNAの高次構造の一つであるグアニン4重鎖(以下G4)に着目し(図2)、これまでとは全く異なるDNAメチル化検出技術、即ち「DNAのメチル化によるG4構造変化の検出」に基づく新規検出原理を開発することを目的とする。

研究計画

「G4構造の変化に基づくメチル化DNAの検出手法」を開発する上で、以下の基本技術を検証/確立する必要がある。そこで以下の項目の技術の検証と確立を期間内の目標とする。
1) DNAのメチル化による、形成するG4構造の構造変化に関する一般的法則の検証
2) DNAのメチル化により、G4構造への結合が変化する低分子リガンドの開発
3) DNAのメチル化により、G4構造への結合が変化する蛋白質の探索
4) G4構造の変化、G4への低分子リガンドの結合、G4への蛋白質の結合を検出する新規デバイス・検出法の開発

これまで我々の研究グループで発見したCGIの中から複数の配列を選択して1)の検証を行うとともに、2)-4)の技術開発を行う。

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