シアノバクテリア光受容体を用いた近赤外光スイッチタンパク質の開発

利用蓝藻光感受器开发近红外光开关蛋白

• 批准号: 20J14492
• 负责人: 桑崎 勇人
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J14492/
• 关键词: 光遺伝学; 光受容タンパク質; CRISPR-Cas9; 遺伝子発現; DNA組換え; 光操作; Cre-loxP; 近赤外; ゲノム

光スイッチタンパク質は，細胞内や生体内の様々な生体分子の機能を光で操作するための技術である．赤色光のような長波長の光は生体組織透過性に優れ，光毒性が小さいという点から光操作技術において有用な光質とされている．赤色光に応答する光スイッチタンパク質は既にいくつか報告されていたが，光制御能が著しく低い点や汎用性が低い点など，大きな課題が残されていた．本研究では，バクテリアが持つ赤色光受容タンパク質バクテリオフィトクロム（BphP）に着目し，赤色光照射依存的にBphPへ結合するバインダー分子を進化分子工学的手法に基づいて探索することで新規赤色光スイッチタンパク質の開発を試みた．スクリーニングで得られたバインダー分子に対し様々な改変を加え、光応答性を改善した赤色光スイッチタンパク質MagRedを開発した．次にMagRedをCRISPR-Cas9システムと組み合わせることで赤色光照射時にのみ標的遺伝子の発現を誘導するRed-CPTSを開発した．既存の赤色光スイッチタンパク質を用いたCPTSでは暗環境下での高いリーク活性が検出されたが，Red-CPTSでは赤色光照射により効率よく遺伝子発現を誘導できただけでなく暗環境下においてほとんどリーク活性が検出されず高い光制御性を持つことがわかった．さらにMagRedをDNA組換え酵素Creの分割体と繋げ，暗環境下ではDNA組換え活性を持たないが，赤色光照射によるMagRedの会合に伴いCre分割体が再構成されDNA組換え活性を取り戻すRedPA-Creを開発した．RedPA-Creは既存の赤色光制御可能なDNA組換えシステムと比較して優れたパフォーマンスを示した．以上より，本研究で開発した新しい赤色光スイッチタンパク質は生体深部における生命現象の解明や，遺伝子疾患や細胞治療など生命科学・医学分野を含む幅広い研究分野において役立つことが期待される．

Light and technology can be used to manipulate molecular functions in cells and organisms. Red light and long-wavelength light have excellent biological tissue transmittance, low phototoxicity and useful light quality. Red light is the light source of light. The quality of light is the report of light control. The light control energy is low and the utility is low. In this study, we try to explore the new way to develop the quality of red light by combining BphP, which is dependent on red light irradiation, with molecular evolution. In addition, the optical properties of the molecules were improved. MagRed CRISPR-Cas9 is the first group to be developed when the red light is irradiated. Existing red light source, CPTS, high activity in dark environment, red CPTS, red light source, high activity in dark environment, red CPTS, red light source, red CPTS, red light source, red CPTS, red CPTS, red CP MagRed DNA sequencing enzyme Cre fragments and red DNA sequencing enzyme Cre fragments were found to be active under dark conditions. MagRed DNA sequencing enzyme Cre fragments were found to be active under red light irradiation. RedPA-Cre DNA sequencing enzyme was found to be active under red light irradiation. This study is a new development in understanding biological phenomena in the deep body, and in understanding genetic diseases and cell therapy in the field of life science and medicine.

项目成果

赤色光で操作可能な光操作技術の開発

开发可使用红光进行操作的光操纵技术

• 发表时间: 2021
• 作者: Kagawa Osamu;Uchida Shota;Yamazaki Daishi;Osawa Yumiko;Ito Shun;Chiba Satoshi;The green-costumed snail’s citizen researchers;桑崎 勇人
• 通讯作者: 桑崎 勇人