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Creation of biochemical reaction field for target specific reaction in cellulo, by synthetic chromatin liquid-liquid phase separation

通过合成染色质液-液相分离，为纤维素中的目标特异性反应创建生化反应场

基本信息

批准号：
22KJ0929
负责人：
上村祐悟
金额：
$ 1.09万
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：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

クロマチンは、遺伝子の発現・複製といった生命の中心的過程の主役となる重要な生体分子である。またそのような過程の制御においては、ヒストンの翻訳後修飾(PTMs)が重要な役割を果たすが、近年、クロマチンは領域ごとに液-液相分離(LLPS)により区画化され、そこに濃縮された生体分子が区画単位でPTMsの調節を行っていることが示唆されている。本研究では、クロマチンを含む液滴を人工的に形成させ、そこに触媒分子を濃縮することで、液滴を反応場として用い、その中においてクロマチンに対する修飾反応を加速することを目指す。触媒分子としては、申請者の所属研究室で開発した、生細胞内でヒストンをアシル化できる低分子触媒を用いる。本研究は、液滴内における空間選択的かつ高収率のヒストンPTMsの導入を可能にし、従って、遺伝子選択的かつ効率的な人工的PTMs制御への道を開くことが期待される。2022年度は、人工的に液滴を形成し、そこを反応場として用いるという、本研究の核となるアイデアの妥当性を実証した。まず、験管内においてクロマチンモデル分子の液滴形成を誘導し、触媒分子を加えた際に、液滴が形成される条件下では液滴が形成されない条件と比較して、反応が有意に加速されることを示した。遠心分離を用いた分画により、反応は液滴を含む画分で加速されていることも明らかになり、さらに、動的光散乱法による反応系中のパーティクルサイズの測定により、パーティクルの大きさと反応の促進効果は強く相関することが示唆された。触媒分子の代わりに蛍光分子を用いた実験により、液滴内に触媒分子が濃縮されていることを示唆するデータも得ており、仮説通り、液滴内において、分子の濃縮を含む液滴形成の効果により反応が加速されていると結論付けた。

The main task of the process of reproduction at the center of life is to discover and reproduce important biological molecules. In recent years, the regulation of PTMs has been demonstrated in the field of molecular partitioning and concentration of biological molecules in liquid-liquid phase separation (LLPS). In this study, the formation of artificial droplets, the concentration of catalyst molecules, the reaction field of droplets and the acceleration of modified reactions were studied. The catalyst molecule is developed in the applicant's laboratory, and the low molecular weight catalyst is used in the production of cells. In this study, we expect that the introduction of PTMs into liquid droplets with high spatial selection efficiency and artificial PTMs with high spatial selection efficiency will be possible. In 2022, the formation of artificial droplets and the use of anti-magnetic fields were verified. In addition, the catalyst molecule is added to the liquid droplet formation condition, and the liquid droplet formation condition is compared with the reaction condition. telecentric separation is used to separate and accelerate liquid droplets, such as light, light, and dynamic light scattering methods. The catalyst molecules are concentrated in the droplet, and the catalyst molecules are concentrated in the droplet. The catalyst molecules are concentrated in the droplet.