RNA工学の基礎と応用

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RNA工学の基礎と応用 / 中村義一, 大内将司監修

Edition:

普及版

Format:

Book[Scientific Book]

Published:

東京 : シーエムシー出版, 2010.9

Description:

vi, 268p ; 21cm

Series:

CMCテクニカルライブラリー ; 368 . バイオテクノロジーシリーズ||バイオテクノロジーシリーズ <BA49949541>

Authors:

ISBN:

9784781302669 [4781302661]

NCID:

BB03279641

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Bibliography Details

Other titles:

RNA工学の最前線
Basic and application of RNA Engineering

Note:

その他のタイトルは「普及版の刊行にあたって」による
初版のタイトル: RNA工学の最前線(2005年刊行)
文献: 章末

Reading of Title:

RNA コウガクノキソトオウヨウ

Reading of Author:

ナカムラ, ヨシカズ
オオウチ, ショウジ

Subject:

リボ核酸; 遺伝子工学

Language:

Japanese

Table of Contents:

序章　RNA入門（中村義一）

1.　はじめに 1

　1.1　RNAの研究の歴史 1

　1.2　RNAルネッサンス 2

　1.3　RNA医工学と疾患 4

　1.4　展望 5

2.　RNAとは（RNAの物性と代謝）（稲田利文） 7

　2.1　RNAの共有結合構造 8

　2.2　修飾塩基 9

　2.3　生合成 9

　2.4　加工 10

　2.5　分解等 12

　2.6　RNaseを用いた解析 14

　2.7　RNAの構造と機能 16

3.　非翻訳型RNA（ncRNA）（中村幸治） 18

　3.1　生体内で安定に存在するncRNAの探索 18

　3.2　ゲノムワイドなスクリーニングによる新規ncRNAの同定 20

　3.3　真正細菌における機能性ncRNAの遺伝子発現制御機構 22

　3.4　病原細菌におけるncRNAの機能解析 23

　3.5　アロステリックなリボスイッチによる遺伝子発現制御機構 25

第1章　RNA interference(RNAi)とmicroRNA(miRNA)

1.　概論（三好啓太，塩見美喜子） 30

　1.1　はじめに 30

　1.2　RNAiのメカニズム 31

　1.3　miRNAによる翻訳制御機構のメカニズム 34

　1.4　siRNAとmiRNAによる生体内プロセスの制御 36

　1.5　おわりに 38

2.　線虫(C.elegans)におけるRNAiの応用（飯田直子，杉本亜砂子） 41

　2.1　はじめに 41

　2.2　線虫RNAiの概説 41

　2.3　RNAiを用いた線虫遺伝子の網羅的機能解析 43

　2.4　実験プロトコール 46

　　2.4.1　プロトコール1：dsRNAの合成 46

　　2.4.2　プロトコール2：dsRNAの導入と表現型の観察 48

3.　ショウジョウバエ(D.melanogaster)におけるRNAiの応用（高橋邦明，上田龍） 52

　3.1　はじめに 52

　3.2　RNAiハエバンクについての概要 52

　3.3　ショウジョウバエ誘導型RNAiの原理 53

　3.4　UAS-IR transgene構築 56

　3.5　おわりに 66

4.　RNAiによる哺乳動物個体レベルでのノックダウン（蓮輪英毅，岡部勝） 67

　4.1　はじめに 67

　4.2　合成siRNAの投与によるマウス個体におけるRNAi 67

　　4.2.1　ハイドロダイナミクス法を用いたsiRNAの導入 67

　　4.2.2　siRNAの化学修飾による安定化と高効率な導入 67

　　4.2.3　27塩基の2本鎖RNAの可能性 68

　4.3　ベクターによるsiRNA(dsRNA)の発現系を用いたマウス個体におけるRNAi 68

　　4.3.1　pol IIIプロモーターを用いたRNAiトランスジェニックマウスの作製 68

　　4.3.2　pol IIプロモーターを用いたRNAiトランスジェニックマウスの作製 70

　4.4　実験例（実験プロトコール） 71

　　4.4.1　実験材料および実験機器 71

　　4.4.2　プロトコール 72

5.　RNAiの神経疾患への応用（横田隆徳，仁科一隆） 77

　5.1　はじめに 77

　5.2　siRNAの特異性：変異遺伝子特異的なsiRNA 77

　5.3　siRNAの特異性：Off-Target効果などの副反応 78

　5.4　神経疾患への応用：ウイルス性，免疫性疾患 78

　5.5　神経疾患への応用：遺伝性神経変性疾患 79

　5.6　神経疾患への応用：弧発性神経変性疾患 82

　5.7　siRNAのin vivoへのデリバリー 83

　5.8　実験プロトコール 84

　　5.8.1　Hydrodynamics法を用いたマウスへのsiRNA発現プラスミドDNAの投与 84

　　5.8.2　臓器の採取とRNAi効果の評価 84

　5.9　おわりに 86

6.　アテロコラーゲンによるがん治療を目的としたsiRNAのin vivoデリバリーシステム（竹下文隆，落谷孝広） 88

　6.1　はじめに 88

　6.2　siRNAのin vivoデリバリー 88

　6.3　がんモデル動物を用いての研究 89

　　6.3.1　アデノウイルスベクター 90

　　6.3.2　カチオニックリポソームなどの導入試薬 90

　　6.3.3　shRNA発現プラスミドベクター 90

　　6.3.4　抗体結合型 90

　6.4　アテロコラーゲン 91

　　6.4.1　アテロコラーゲンの性状と核酸との複合体の形成 91

　　6.4.2　アテロコラーゲンによる核酸医薬のin vivoデリバリー 91

　6.5　アテロコラーゲンによるsiRNAのin vivoデリバリーの実験プロトコール 92

　　6.5.1　プロトコール 92

　　6.5.2　局所投与の実験例 93

　　6.5.3　全身投与の実験例 94

　6.6　おわりに 94

7.　miRNAと疾患（神津知子） 97

　7.1　はじめに 97

　7.2　miRNAと疾患 97

　7.3　miRNAのクローニング（Ligation-mediated法） 99

　7.4　実験プロトコール 101

8.　効率的なsiRNAの設計（内藤雄樹，山田智之，程久美子，森下真一，西郷薫） 104

　8.1　はじめに 104

　8.2　効率的なsiRNAの配列規則性 104

　8.3　siRNA設計ウェブサイト 109

　　8.3.1　ヒトvimentin遺伝子に対するsiRNAの設計例 110

　　8.3.2　siRNA設計オプション 112

9.　miRNAと標的遺伝子の予測（櫻井仁美，ロベルト・バレロ，五條堀孝） 114

　9.1　はじめに 114

　9.2　miRNAのコンピューター予測 115

　9.3　動物のmiRNA標的遺伝子の予測アルゴリズム 117

　9.4　ウェブサーバー・データベースの紹介と比較 118

　　9.4.1　miRNA Registryの概要 119

　　9.4.2　名前の意味 121

　　9.4.3　miRNA判定基準 121

　　9.4.4　その他のデータベース 122

　　9.4.5　標的遺伝子データベース 122

10.　siRNA医薬品の現状と今後の展望（山田佳世子，水谷隆之） 126

　10.1　はじめに 126

　10.2　創薬関連遺伝子のスクリーニング 126

　10.3　治療薬の開発 128

　　10.3.1　HIV治療への応用 129

　　10.3.2　HBV/HCV 132

　　10.3.3　冠動脈疾患（CAD） 132

　　10.3.4　AMD 133

　10.4　薬物送達法の改善 134

　　10.4.1　vehicle 134

　　10.4.2　キャリアの利用 135

　　10.4.3　oligo末端修飾 136

　　10.4.4　その他外力を用いた透過促進方法 136

　10.5　off-target等の副作用 136

　10.6　おわりに 137

第2章　アプタマー

1.　概論（大内将司） 139

　1.1　はじめに 139

　1.2　アプタマーとは 139

　　1.2.1　SELEX法 139

　　1.2.2　アプタマーの特徴 141

　1.3　SELEX法におけるさまざまな選別プロセス 141

　　1.3.1　一般的な選別方法 142

　　1.3.2　標的の切り替えをともなう選別方法 142

　　1.3.3　精密測定装置を用いた選別方法 143

　　1.3.4　光架橋を応用した選別方法 144

　　1.3.5　アロステリック・セレクション 144

　　1.3.6　複雑な標的を用いた選別方法 146

　1.4　アプタマーの応用技術 146

　　1.4.1　標的分子精製への応用 147

　　1.4.2　ホットスタートPCRへの応用 148

　　1.4.3　機能解析ツールとしての応用 148

　1.5　アプタマーを用いた検出システム 148

　　1.5.1　アプタマー・チップ 148

　　1.5.2　アプタマー・ビーコン 149

　　1.5.3　近接効果を利用した検出方法 149

　　1.5.4　生細胞を用いた検出方法 150

　1.6　アプタマー医薬品 151

　　1.6.1　抗血管内皮細胞増殖因子アプタマー 151

　　1.6.2　抗血液凝固因子アプタマー 152

　　1.6.3　その他 153

　1.7　おわりに 153

2.　翻訳開始因子に対するアプタマーによる制がん戦略（小黒明広） 155

　2.1　がんと翻訳開始因子 155

　2.2　翻訳開始因子に対するRNAアプタマー 157

　2.3　SELEXのプロトコール 158

　　2.3.1　RNAプールの作製 158

　　2.3.2　標的に結合するRNAの選択 161

3.　Efficient methodologies for RNA aptamer selection, and the isolation of antiviral aptamers and their application in novel diagnostic platform development（Penmetcha K.R. Kumar） 167

　3.1　Introduction 167

　3.2　Aptamer selection 168

　　3.2.1　Aptamer selection methods 168

　　3.2.2　Aptamer selection by SPR 169

　3.3　Anti-viral aptamers 172

　3.4　Modulating aptamers 174

　3.5　Conclusion 176

第3章　リボザイム

1.　概論（井上丹） 180

　1.1　はじめに 180

　1.2　Large ribozyme(ラージリボザイム) 181

　1.3　構造解析 182

　1.4　活性発現のメカニズム 183

2.　人工リボザイム 185

　2.1　はじめに（井川善也） 185

　　2.1.1　リガーゼ・リボザイム 185

　　2.1.2　自己切断リボザイム 186

　　2.1.3　タンパク合成に関わるリボザイム 187

　　2.1.4　その他の人工リボザイム 188

　2.2　アミノアシルtRNA合成機能をもつ人工リボザイムとその技術的応用（菅裕明） 191

　　2.2.1　アミノアシルtRNA合成リボザイムの重要性 191

　　2.2.2　人工ARSリボザイムの創製 191

　　2.2.3　翻訳への応用：遺伝暗号の拡張 193

　　2.2.4　PCR・試験管内転写 195

　　2.2.5　フレキシレジンの調整 196

　　2.2.6　アミノアシル化 196

　　2.2.7　無細胞翻訳系 196

　2.3　RNAアーキテクチャ(RNA建築学)と人工リボザイム創製への応用（井川善也） 198

　　2.3.1　分子骨格を利用した人工酵素創製リボザイム創製 198

　　2.3.2　分子骨格からの人工酵素創製リボザイム創製 199

　　2.3.3　RNAアーキテクチャ(RNA建築学) 200

　　2.3.4　RNAアーキテクチャからの人工リボザイムの進化 201

　　2.3.5　DSLリガーゼ・リボザイムのin vitroセレクション（実験プロトコール） 202

第4章　RNA工学プラットホーム

1.　アンチセンスRNAテクノロジー（舩渡忠男，高橋美奈子） 205

　1.1　はじめに 205

　1.2　アンチセンス法 205

　1.3　ナチュラルアンチセンスRNA（naturally occurring antisense RNA） 206

　1.4　Non-coding RNAs（ncRNAs） 208

　1.5　インプリント遺伝子 209

　1.6　アンチセンスRNAの臨床応用 210

　1.7　実験例 210

　1.8　おわりに 213

2.　RNase PおよびtRNase Zの遺伝子治療への応用（羽生勇一郎，黒崎直子，高久洋） 215

　2.1　はじめに 215

　2.2　実験プロトコール 217

　　2.2.1　標的部位の選択およびEGSのデザイン 217

　2.3　実験例 223

3.　リボソームの立体構造と抗生物質の作用機序（北原圭，鈴木勉） 225

　3.1　はじめに 225

　3.2　タンパク合成のメカニズム 225

　3.3　30Sの立体構造と暗号解読の分子機構 227

　3.4　誤翻訳を誘発する抗生物質：アミノグリコシド系 229

　　3.4.1　パロモマイシン 229

　　3.4.2　ストレプトマイシン 230

　3.5　Aサイトへの結合を阻害する抗生物質：テトラサイクリン 230

　3.6　50Sの立体構造 231

　3.7　ペプチド転移反応を阻害する抗生物質 233

　　3.7.1　ピューロマイシン 233

　　3.7.2　クロラムフェニコール 233

　　3.7.3　リンコサミド 235

　3.8　ペプチド脱出トンネルに作用する抗生物質：マクロライド系 235

　3.9　新規抗生物質デザイン 236

4.　核酸医薬の安定化戦略（和田猛，宮川伸） 238

　4.1　はじめに 238

　4.2　リボース部位修飾 238

　　4.2.1　2'-修飾核酸 238

　　4.2.2　LNA 240

　　4.2.3　3'-N-ホスホロアミデートDNA 240

　　4.2.4　4'-S-RNA 240

　　4.2.5　シュピーゲルマー 240

　4.3　バックボーン修飾 241

　　4.3.1　ホスホロチオエートDNA/RNA 241

　　4.3.2　ボラノホスフェートDNA/RNA 242

　　4.3.3　ペプチド核酸 242

　　4.3.4　モルホリノホスホロジアミデート 242

　4.4　塩基部修飾 243

　4.5　RNAの末端修飾 243

　4.6　RNAアプタマーの修飾 245

5.　核酸医薬品のデリバリーシステム（北村義浩） 250

　5.1　ウイルス系デリバリーシステム 250

　　5.1.1　レトロウイルス 250

　　5.1.2　レンチウイルス 252

　　5.1.3　アデノウイルス 254

　　5.1.4　アデノ随伴ウイルス（Adeno-associated virus，AAV） 255

　　5.1.5　センダイウイルス（HVJ） 255

　5.2　非ウイルス系デリバリーシステム 256

　　5.2.1　電気穿孔法 256

　　5.2.2　膜融合型リポソーム法 256

　　5.2.3　非膜融合型キャリア法 256

　　5.2.4　DEAE Dextran法 257

6.　人工RNA結合ペプチド（原田和雄） 259

　6.1　はじめに 259

　6.2　人工RNA結合ポリペプチドを候補ポリペプチドのライブラリーから同定するためのアプローチ 259

　　6.2.1　RNAはポリペプチドによってどのように認識されているか？ 259

　　6.2.2　RNA-ポリペプチド相互作用検出系の比較 260

　　6.2.3　ライブラリーのデザイン 261

　6.3　ファージλNタンパク質によるアンチターミネーションを利用したRNA結合ペプチドの同定 264

　　6.3.1　アンチターミネーション法の原理 264

　　6.3.2　LacZレポーターを用いたHIV RRE結合ペプチドの単純な（Low-Complexity）ライブラリーからの「スクリーニング」 265

　　6.3.3　NPT IIレポーターを用いたHIV RRE結合ペプチドの複雑な（High-Complexity）ライブラリーからの「セレクション」 266

　6.4　おわりに 267