分子生物情報学研究室｜名城大学農学部

生物情報を分子レベルで理解してみよう

兒島孝明准教授

研究内容

1) バイオインフォマティクスを駆使した転写制御機構の網羅的解析
転写因子とは生体内の転写に関与するタンパク質の総称です。DNA結合ドメインを保持するDNA結合型転写因子は転写制御ネットワークの中枢を担っており、その機能は極めて重要と言われております。これらがゲノム上でどの遺伝子近傍に結合し、どの遺伝子の発現制御に関与するのかを網羅的に解析することは転写制御ネットワークを解析し、そして理解する上で、非常に重要になります。
　本研究室では、バイオインフォマティクス技術を駆使し、DNA結合型転写因子の機能を網羅的かつ多面的に解析し、生体内における遺伝子の発現制御機構の包括的な理解を目指しています。

2) タンパク質の立体構造情報を活用した生命機構の論理的解析
タンパク質はそれぞれ固有の立体構造を形成し、かつダイナミックに構造を変化させながら機能を発揮しています。このため、様々なタンパク質の機能のメカニズムを解き明かすためには、その立体構造 (タンパク質分子を構成する原子の座標)情報が重要となります。近年、アミノ酸配列情報からタンパク質の構造を高精度に予測するAIプログラム、AlphaFold2が開発され(Jumper J. et al. Nature 596, 583–589 (2021)) 、未知のタンパク質の立体構造情報へのアクセスが容易になりました。
　本研究室では、バイオインフォマティクス技術とAI技術を駆使し、タンパク質の構造情報を基にその機能を説明するモデルの構築を通して、タンパク質を介した複雑かつ多様な生命現象の論理的な理解を目指しています。

3) 微生物叢の網羅的解析による植物-微生物間相互作用の包括的理解
環境中において、微生物は特有のコミュニティーを形成しています。このコミュニティーは微生物叢と呼ばれ、その組成は様々な環境要因、時期、場所などによってダイナミックに変化しています。近年、この微生物叢の網羅的解析によって生命現象の理解を試みるアプローチが盛んに行われています。
　本研究室では、植物土壌の微生物叢を反映した膨大なDNA配列情報を基に、植物と微生物との未知の関係性を探索し、植物-微生物間相互作用の包括的理解を目指しています。

4) 環境微生物の大規模比較ゲノム解析
近年のDNAシーケンシング技術の向上により、未知の微生物のゲノム構造を比較的容易に特定することができるようになってきました。環境中の微生物をゲノムレベルで比較することで、より詳細な微生物の集団構造を明らかにできます。
　本研究室では、ロングリードシーケンサーMinIONを活用し、様々な未知の微生物のゲノム構造の特定と比較を通して、環境中の微生物の役割をゲノム情報から解き明かすことを目指しています。

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研究室からのお知らせ

2023年4月より分子生物情報学研究室の活動が正式にスタートしました。
どうか今後とも引き続き宜しくお願い致します。　兒島

最近の主な論文・著書

・岡大椰, 兒島孝明, 中野秀雄技術情報協会タンパク質の構造解析手法とIn silicoスクリーニングへの応用事例第4章第1節バイオインフォマティクスの今後の展望 (分担執筆)
・兒島孝明 (2023) 大規模DNA配列解析の実践的ノウハウ. Scientific Reports of the Faculty of Agriculture, Meijo University (名城大農学部学術報告) 59, 47−54.
・Morita, S., Shibata, F.T., Nishiyama, T., Kobayashi, Y., Yamaguchi, K., Toga, K., Ohde, T., Gotoh, H., Kojima, T., Weber, N.J. Salvemini, M., Bino, T., Mase, M., Nakata, M., Mori, T., Mori, S., Cornette, R., Sakura, K., Lavine, C.L., Emlen, J.D. Niimi, T. and Shigenobu, S. (2023) The draft genome sequence of the Japanese rhinoceros beetle Trypoxylus dichotomus septentrionalis towards an understanding of horn formation. Sci. Rep. 13, 8735.
・Ojima-Kato, T., Yuma Nishikawa, Y., Furukawa, Y., Kojima, T., and Nakano, H. (2023) Nascent MSKIK Peptide Cancels Ribosomal Stalling by Arrest Peptides in Escherichia coli. J. Biol. Chem. 299, 104676.
・牛島俊和,中山敬一／編羊土社実験医学別冊論文図表を読む作法:第7章 NGSなどを用いた網羅的解析 (編集協力)
・Uesaka, K., Oka, H., Kato, R., Kanie, K., Kojima, T., Tsugawa, H., Toda, Y., and Horinouchi, T. (2022) Bioinformatics in bioscience and bioengineering: Recent advances, applications, and perspectives. J. Biosci. Bioeng. 134, 363-373.
・Damnjanović, J., Odake, N., Fan, J., Camagna, M., Jia, B., Kojima, T., Nemoto, N., Hitomi, K., and Nakano, H. (2022) Comprehensive analysis of transglutaminase substrate preference by cDNA display coupled with next-generation sequencing and bioinformatics. Sci. Rep. 12, 13578.
・Nomura, R., Tsuzuki, S., Kojima, T., Nagasawa, M.,Sato, Y., Uefune, M., Baba, Y. Hayashi, T., Nakano, H., Kato, M., and Shimizu, M. (2022) Administration of Aspergillus oryzae suppresses DSS-induced colitis. Food Chem: Mol. Sci. 4, 100063.
・Uchida, S., Kojima, T., and Sugino, T. (2022) Frequency and Clinicopathological Characteristics of Patients With KRAS/BRAF Double-Mutant Colorectal Cancer: An In Silico Study. Pathol. Oncol. Res. 28, 1610206.
・Kawai, T., Shibata, K., Akahoshi, R., Nishiuchi, S., Takahashi, H., Nakazono, M., Kojima, T., Nosaka-Takahashi, M., Sato, Y., Toyoda, A., Lucob-Agustin, N., Kano-Nakata, M., Suralta, R. R., Niones, J. M., Chen, Y., Siddique, K. H. M., Yamauchi, A., and Inukai, Y. (2021) WUSCHEL-related homeobox family genes in rice control lateral root primordium size. Proc Natl Acad Sci U S A. 119, e2101846119.
・Ishikawa, M., Kojima, T., and Hori, K. (2021) Development of a Biocontained Toluene-Degrading Bacterium for Environmental Protection. Microbiol Spectr. 9, e0025921.
・Uchida, S., Kojima, T., and Sugino, T. (2021) Clinicopathological Features, Tumor Mutational Burden, and Tumour-Infiltrating Lymphocyte Interplay in ERBB2-Mutated Breast Cancer: In Silico Analysis. Pathol. Oncol. Res. 27, 633243.
・Sun, S., Araki, Y., Hanzawa, F.,Umeki, M., Kojima, T., Nishimura, N., Ikeda, S., Mochizuki, S., and Oda, H. (2021) High sucrose diet-induced dysbiosis of gut microbiota promotes fatty liver and hyperlipidemia in rats. J. Nutr. Biochem. 93, 108621.
・Hasegawa, T., Lucob-Agustin, N., Yasufuku, K., Kojima, T., Nishiuchi, S., Ogawa, A., Takahashi-Nosaka, M., Kano-Nakata, M., Inari-Ikeda, M., Sato, M., Tsuji, H., Wainaina, M. C., Yamauchi, A., and Inukai, Y. (2021) Mutation of OUR1/OsbZIP1, which encodes a member of the basic leucine zipper transcription factor family, promotes root development in rice through repressing auxin signaling. Plant Sci. 306, 110861.
・Zhu, B., Gan, R., Cabezas, M. D., Kojima, T. Nicol, R., Jewett, M. C., and Nakano, H. (2020) Increasing cell‐free gene expression yields from linear templates in Escherichia coli and Vibrio natriegens extracts by using DNA‐binding proteins. Biotechnol. Bioeng. 117, 3849-3857.
・Kojima, T. (2020) Ultra-high-throughput analysis of functional biomolecules using in vitro selection and bioinformatics. Biosci Biotechnol Biochem 84, 1767-1774.
・Ohtsuka, H., Kato, T., Sato, T., Shimasaki, T., Kojima, T., and Aiba, H. Leucine depletion extends the lifespans of leucine-auxotrophic fission yeast by inducing Ecl1 family genes via the transcription factor Fil1. Mol. Genet. Genomics. 294, 1499–1509.
・Kojima, T., Nakane, A. Zhu, B., Alfi, A., and Nakano, H. (2019) A simple, real-time assay of horseradish peroxidase using biolayer interferometry. Biosci. Biotechnol. Biochem. 83, 1822-1828.
・Oka, H., Kojima, T., Ihara, K., Kobayashi, T., and Nakano, H. (2019) Comprehensive investigation of the gene expression system regulated by an Aspergillus oryzae transcription factor XlnR using integrated mining of gSELEX-Seq and microarray data. BMC Genomics 20, 16.
・Kojima, T., Hata, J., Oka, H., Hayashi, K., Hitomi, K., and Nakano, H. (2018) Spatial arrangement of proteins using scCro-tag: application for an in situ enzymatic microbead assay. Biosci. Biotechnol. Biochem. 82, 1911-1921.
・Zinna, R., Gotoh, H., Kojima, T., and Niimi,T. (2018) Recent advances in understanding the mechanisms of sexually dimorphic plasticity: Insights from beetle weapons and future directions. Curr. Opin. Insect. Sci. 25, 35-41.
・Kojima, T., Kunitake, E., Ihara, K., Kobayashi, T., and Nakano, H. (2016) A Robust Analytical Pipeline for Genome-Wide Identification of the Genes Regulated by a Transcription Factor: Combinatorial Analysis Performed Using gSELEX-Seq and RNA-Seq. PLoS One 11 e0159011.
・Murzabaev, M., Kojima, T., Mizoguchi, T., Kobayashi, I., DeKosky, B. J., Georgiou, G., and Nakano, H. (2016) Handmade microfluidic device for biochemical applications in emulsion. J. Biosci. Bioeng. 121, 471-476.
・Kojima, T., Mizoguchi, T., Ota, E., Hata, J., Homma, K., Zhu, B., Hitomi, K., and Nakano, H. (2016) Immobilization of proteins onto microbeads using a DNA binding tag for enzymatic assays. J. Biosci. Bioeng. 121, 147-153.

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