ゲノム編集技術を活用した細胞内在性蛋白質の化合物・光操作技術の開発

細胞内の標的蛋白質を特異的にコントロールする技術は、生命現象の操作や作用機序解明を可能にする。これまでに、化合物や光を用いて標的蛋白質を制御するいくつかの手法が開発されてきた。しかし、既存の手法のほとんどは細胞内に人為的に過剰発現させた蛋白質改変体を標的とするものであり、内在性蛋白質を操作してその機能を調べることはできない。 そこで本研究では、ゲノム編集技術と、所属研究室が開発した局在性化合物およびそれを用いた蛋白質局在制御技術とを組み合わせることで、 ゲノムにコードされた内在性蛋白質を化合物や光で直接制御する汎用的な基盤技術の開発に取り組んだ。2021年度は以下の成果を挙げた。１）所属研究室の独自技術であるSLIPTシステムを発展させ、さまざまなシグナルタンパク質を細胞膜へ素早く特異的に移行させることのできる高汎用的なタンパク質タグ「eDHFR(69K6)」を開発した。２）新規タグタンパク質eDHFR(69K6)を標的遺伝子にノックインする手法を確立し、タグ付けされた標的タンパク質の局在と活性を化合物（局在性リガンド）で制御できることを示した。また、cRafを標的とした場合、内在性cRafの細胞膜移行によってcRaf自身のリン酸化・活性化、さらに下流のERKのリン酸化・活性化を誘導できることを確認した。３）ケージド局在性リガンドを用いることで、内在性cRafの光活性化も可能であることを実証した。以上の成果は、内在性蛋白質の局在を化合物で制御する先駆的な例であり、今後の応用展開が期待される。一連の成果は論文投稿準備中である。

細胞内の標的蛋白質を特異的にコントロールする技術は、生命現象の操作や作用機序解明を可能にする。これまでに、化合物や光を用いて標的蛋白質を制御するいくつかの手法が開発されてきた。しかし、既存の手法のほとんどは細胞内に人為的に過剰発現させた蛋白質改変体を標的とするものであり、内在性蛋白質を操作してその機能を調べることはできない。 そこで本研究では、ゲノム編集技術と、所属研究室が開発した局在性化合物およびそれを用いた蛋白質局在制御技術とを組み合わせることで、 ゲノムにコードされた内在性蛋白質を化合物や光で直接制御する汎用的な基盤技術の開発に取り組んだ。2021年度は以下の成果を挙げた。１）所属研究室の独自技術であるSLIPTシステムを発展させ、さまざまなシグナルタンパク質を細胞膜へ素早く特異的に移行させることのできる高汎用的なタンパク質タグ「eDHFR(69K6)」を開発した。２）新規タグタンパク質eDHFR(69K6)を標的遺伝子にノックインする手法を確立し、タグ付けされた標的タンパク質の局在と活性を化合物（局在性リガンド）で制御できることを示した。また、cRafを標的とした場合、内在性cRafの細胞膜移行によってcRaf自身のリン酸化・活性化、さらに下流のERKのリン酸化・活性化を誘導できることを確認した。３）ケージド局在性リガンドを用いることで、内在性cRafの光活性化も可能であることを実証した。以上の成果は、内在性蛋白質の局在を化合物で制御する先駆的な例であり、今後の応用展開が期待される。一連の成果は論文投稿準備中である。