新規ポリマー空間の拡張に向けた人工Ribosomeの構築

构建人工核糖体以拓展新的聚合物空间

• 批准号: 22KJ1977
• 负责人: 小坂 唯心
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Kyoto 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-22KJ1977/
• 关键词: 大腸菌; リボソーム; 合成生物学; 無細胞転写翻訳系

リボソーム生合成の試験管内再構成は、新規機能を持つ人工リボソームの創出に繋がる。しかし、リボソーム生合成とは、200種近くの因子が相互作用しつつ、既に存在するリボソームが新たなリボソームを合成するという複雑な過程であり、試験管内再構成はこれまで達成されていなかった 。そこで本研究課題では、大腸菌リボソーム生合成の試験管内再構成を確立し、自在なリボソーム改変を可能とすることで、特殊な側鎖および骨格や、非ペプチド結合を含むポリマーを効率よく重合可能な人工リボソームを創成することを目的として設定していた。令和4年度に実施した研究では、研究の目的のうち、「大腸菌リボソームの生合成を試験管内で再構成可能な系を確立する」という項目を達成した。具体的には、大腸菌無細胞転写翻訳系を用いて、リボソーマルタンパク質（r-protein）遺伝子とリボソーマルRNA（rRNA）遺伝子を一斉に転写・翻訳・アセンブリさせ、リボソーム生合成を可能とする反応条件を探索した。その結果、出発物質である、天然リボソーム・r-protein遺伝子・rRNA遺伝子の各濃度を検討することで、機能的なリボソーム小サブユニットおよび大サブユニットを試験管内で合成することに成功した。さらに、r-protein遺伝子およびrRNA遺伝子への変異導入により、新生リボソームに抗生物質耐性を付与することにも成功した。本成果は、リボソーム生合成を試験管内で再構成した初の例であり、新規機能を持つ人工リボソームの創出を加速させると期待される。

核糖体生物发生的体外重建可以产生具有新功能的人工核糖体。然而，核糖体生物合成是一个复杂的过程，现有核糖体合成新核糖体，近200个因素相互作用，目前尚未实现体外重构。因此，在本研究项目中，我们将建立大肠杆菌核糖体生物合成的体外重建，并通过使自由修饰核糖体成为可能，我们将能够有效地聚合含有特殊侧链和主链以及非肽键的聚合物。目的是制造人工核糖体。在 2021 年进行的研究中，我们实现了研究目标之一：“建立一个可以在体外重建大肠杆菌核糖体生物发生的系统。”具体来说，大肠杆菌无细胞转录翻译系统用于同时转录、翻译和组装核糖体蛋白（r蛋白）基因和核糖体RNA（rRNA）基因，这是我寻找条件实现核糖体生物发生的反应。 。结果，通过检查起始材料、天然核糖体、r蛋白基因和rRNA基因的浓度，他们成功在体外合成了功能性小核糖体亚基和大核糖体亚基。此外，通过在 r 蛋白和 rRNA 基因中引入突变，他们成功地赋予新生核糖体抗生素抗性。该结果是体外重建核糖体生物发生的第一个例子，有望加速具有新功能的人工核糖体的创造。

项目成果

無細胞タンパク質合成系でのリボソームの製造方法

在无细胞蛋白质合成系统中制造核糖体的方法

• 发表时间: 2022

In vitro reconstitution of ribosome biogenesis

核糖体生物发生的体外重建

• 发表时间: 2023
• 作者: Yuishin Kosaka; Yumi Miyawaki; Megumi Mori; Shunsuke Aburaya; Mao Fukuyama; Mitsuyoshi Ueda; Wataru Aoki
• 通讯作者: Wataru Aoki

Reconstitution in vitro of ribosome biogenesis

核糖体生物发生的体外重建

• 发表时间: 2022
• 作者: 小坂 唯心;宮脇 佑実;森 めぐみ;油屋 駿介;福山 真央;植田 充美;青木 航
• 通讯作者: 青木 航