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。

染色质是重要的生物分子，在生活的中心过程中起着领先作用，例如基因表达和复制。此外，在控制此类过程时，组蛋白的翻译后修饰（PTM）起着重要作用，但是近年来，染色质被液态液相分离（LLP）在区域划分，这表明浓缩的生物分子在隔离基础上有调制PTMS。在这项研究中，我们旨在人为地形成含有染色质的液滴，并将其中的催化剂分子浓缩，以将液滴用作反应场，并加速其内部染色质的修饰反应。催化剂分子是一种小分子催化剂，可以在申请人的实验室中开发的活细胞中酰化组蛋白。预计这项研究将允许在液滴中引入组蛋白PTM的空间选择性和高产量，从而为基因选择性有效的人造PTMS调节铺平了道路。在2022年，我们证明了人为形成液滴并将其用作反应场的核心思想的有效性。首先，结果表明，在试管中诱导了染色质模型分子的液滴的形成，并且在添加催化分子时，与未在形成液滴的条件下未形成液滴的条件相比，反应显着加速。使用离心分离的分馏还表明，通过动态光散射在反应系统中粒度的测量表明粒度和促进反应的效果密切相关。使用荧光分子代替催化分子的实验还提供了数据，表明催化分子集中在液滴中，并且如上所述，我们得出结论，由于液滴形成（包括分子浓度），由于液滴形成的作用，该反应在液滴中加速了。