細胞内反応場の自在制御に向けた相分離分子ネットワークのボトムアップ構築

自下而上构建相分离分子网络，自由控制细胞内反应场

• 批准号: 22KJ0293
• 负责人: 安海 一優
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0293/
• 关键词: RNA; 相分離; タンパク質

本課題では、生体分子が引き起こす相分離現象について、ネットワーク構造に焦点を当てて分子設計を行うことで人工的に再構築し、構成論的な現象解明、そして制御技術の開発を目指す。そこで2種類の生体分子であるRNAとタンパク質にモジュール性を持たせて設計することにより、様々な分子間相互作用や構造多様性を利用し、ネットワーク構造を精密に作りこむ。複数の異なるRNA-RNA相互作用の親和性を付与したモジュールを設計し、分子集合体を作成した。異なる分子間相互作用を有しているモジュールを用いて実験を行い、観測された分子集合体の流動性をFRAPによって評価した。その結果、設計したモジュールを用いるとゲルに近い、低い流動性を示した。これは液体から固体といった天然の細胞で観測される相分離現象の一部の再構築に成功した結果といえる。また、RNAとタンパク質の分子設計、またそれらの分子が自己集合し構築されるネットワーク構造の形成を評価するにあたり次のような手法を発案した。蛍光分子により修飾されたRNAを用いて、RNAの単位ユニット、そしてネットワーク構造中におけるRNAユニットの立体構造情報を間接的に取得する方法である。これにはFRETという蛍光分子間のエネルギー伝達によって2つの対象間の距離を評価する原理を利用している。RNAが設計通りに構築できていれば、FRETが2段階で起こり、UV波長域の光を照射することで長波長の赤色波長域の蛍光を発するというものである。ここでは青、緑、赤の3種類の色素を使い分けることで、どのネットワークモジュールがうまく形成していないか、分子集合体内のどの箇所に不具合が起きているかを蛍光観察によって視覚的に評価することができ、かつ色によってその程度を分けることができる。現在上記の評価方法によって分子集合体内部のネットワーク構造、RNA分子の情報取得するための実験を実践している。

在这个项目中，我们的目标是通过关注网络结构的分子设计来人为地重建生物分子引起的相分离现象，从组成的角度阐明这种现象，并开发控制技术。因此，通过模块化设计RNA和蛋白质两种生物分子，我们可以利用各种分子间相互作用和结构多样性来精确创建网络结构。我们设计了一个具有多种不同 RNA-RNA 相互作用亲和力的模块并创建了一个分子组装体。使用具有不同分子间相互作用的模块进行实验，并通过 FRAP 评估观察到的分子组装体的流动性。结果，设计的模块表现出低流动性，接近凝胶。这可以说是成功重建了在自然细胞中观察到的部分相分离现象，从液体到固体的结果。我们还设计了以下方法来评估RNA和蛋白质的分子设计，以及这些分子自组装形成的网络结构的形成。该方法利用荧光分子修饰的RNA间接获得RNA单元和网络结构中RNA单元的3D结构信息。这利用了 FRET 原理，通过荧光分子之间转移能量来评估两个物体之间的距离。如果RNA按照设计构建，FRET分两步发生，当暴露于紫外波长范围内的光时，它会发出长红色波长范围内的荧光。通过使用蓝色、绿色和红色三种染料，我们可以通过荧光观察直观地评估哪些网络模块未正确形成以及分子组装中出现了缺陷，并且可以根据颜色对缺陷程度进行分类。我们目前正在进行实验，利用上述评估方法获取分子组装体和RNA分子内部网络结构的信息。

项目成果

Designing RNP network structures for inducing um-scale molecular assembly

设计 RNP 网络结构以诱导微米级分子组装

• 发表时间: 2022
• 作者: Kazuya Ankai; Hirohisa Ohno; Hirohide Saito; Shin
• 通讯作者: Shin