新井 大祐 (アライ ダイスケ)

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所属

理工学術院 先進理工学部

職名

講師(任期付)

学歴 【 表示 / 非表示

  • 2007年04月
    -
    2010年04月

    早稲田大学   大学院先進理工学研究科   生命理工学専攻 博士課程  

  • 2005年04月
    -
    2007年02月

    早稲田大学   大学院理工学研究科   生命理工学専攻 修士課程  

  • 2001年04月
    -
    2005年03月

    早稲田大学   教育学部   理学科 生物学専修  

学位 【 表示 / 非表示

  • 早稲田大学   博士(理学)

経歴 【 表示 / 非表示

  • 2019年04月
    -
    継続中

    早稲田大学 先進理工学部 化学・生命化学科   講師(任期付)

  • 2015年04月
    -
    2019年03月

    早稲田大学 理工学術院総合研究所   次席研究員(研究院講師)

  • 2016年10月
    -
    2016年11月

    The center for Epigenomics, Albert Einstein College of Medicine   Visiting Scientist

  • 2013年04月
    -
    2015年03月

    早稲田大学 先進理工学部 化学・生命化学科   助手

  • 2011年04月
    -
    2013年03月

    東京大学大学院 農学生命科学研究科 応用動物科学専攻   特任助教

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所属学協会 【 表示 / 非表示

  •  
     
     

    日本農芸化学会

  •  
     
     

    日本化学会

  •  
     
     

    日本ケミカルバイオロジー学会

  •  
     
     

    日本エピジェネティクス研究会

  •  
     
     

    日本分子生物学会

 

研究分野 【 表示 / 非表示

  • 発生生物学

  • 分子生物学

研究キーワード 【 表示 / 非表示

  • ゲノム編集

  • 分化・発生

  • 幹細胞

  • エピジェネティクス

研究シーズ 【 表示 / 非表示

論文 【 表示 / 非表示

  • Efficient biallelic knock-in in mouse embryonic stem cells by in vivo-linearization of donor and transient inhibition of DNA Polymerase θ/DNA-PK

    Daisuke Arai, Yoichi Nakao

    Scientific Reports   11   18132  2021年09月  [査読有り]

    担当区分:筆頭著者, 責任著者

     概要を見る

    CRISPR/Cas9-mediated homology-directed repair (HDR) is used for error-free targeted knock-in of foreign donor DNA. However, the low efficiency of HDR-mediated knock-in hinders establishment of knock-in clones. Double-strand breaks (DSBs) induced by CRISPR/Cas9 are preferentially repaired by non-homologous end joining (NHEJ) or microhomology-mediated end joining (MMEJ) before HDR can occur, thereby preventing HDR-mediated knock-in. NHEJ/MMEJ also cause random integrations, which give rise to false-positive knock-in events, or silently disrupt the genome. In this study, we optimized an HDR-mediated knock-in method for mouse embryonic stem cells (mESCs). We succeeded in improving efficiency of HDR-mediated knock-in of a plasmid donor while almost completely suppressing NHEJ/MMEJ-based integration by combining in vivo-linearization of the donor plasmid, transient knockdown of DNA Polymerase θ, and chemical inhibition of DNA-dependent protein kinase (DNA-PK) by M3814. This method also dramatically improved the efficiency of biallelic knock-in; at the Rosa26a locus, 95% of HDR-mediated knock-in clones were biallelic. We designate this method BiPoD (Biallelic knock-in assisted by Pol θ and DNA-PK inhibition). BiPoD achieved simultaneous efficient biallelic knock-in into two loci. BiPoD, therefore, enables rapid and easy establishment of biallelic knock-in mESC lines.

    DOI

  • Kakeromamide A, a new cyclic pentapeptide inducing astrocyte differentiation isolated from the marine cyanobacterium Moorea bouillonii

    Fumiaki Nakamura, Hiroshi Maejima, Midori Kawamura, Daisuke Arai, Tatsufumi Okino, Meng Zhao, Tao Ye, Jungyeol Lee, Young-Tae Chang, Nobuhiro Fusetani, Yoichi Nakao

    Bioorganic and Medicinal Chemistry Letters   28 ( 12 ) 2206 - 2209  2018年07月  [査読有り]

     概要を見る

    Kakeromamide A (1), a new cyclic pentapeptide encompassing a thiazole ring moiety and a β-amino acid, was isolated from the marine cyanobacterium Moorea bouillonii. Its structure was elucidated by the spectral analysis and the modified Marfey's method. Compound 1 induced differentiation of neural stem cells into astrocytes at the concentration of 10 µM.

    DOI

  • Halistanol sulfates i and J, new SIRT1-3 inhibitory steroid sulfates from a marine sponge of the genus Halichondria

    Fumiaki Nakamura, Norio Kudo, Yuki Tomachi, Akiko Nakata, Misao Takemoto, Akihiro Ito, Hodaka Tabei, Daisuke Arai, Nicole De Voogd, Minoru Yoshida, Yoichi Nakao, Nobuhiro Fusetani

    Journal of Antibiotics   71 ( 2 ) 273 - 278  2018年02月  [査読有り]

     概要を見る

    Two new analogs of halistanol sulfate (1) were isolated from a marine sponge Halichondria sp. collected at Hachijo-jima Island. Structures of these new halistanol sulfates I (2) and J (3) were elucidated by spectral analyses. Compounds 1-3 showed inhibitory activity against SIRT 1-3 with IC 50 ranges of 45.9-67.9, 18.9-21.1 and 21.8-37.5 μM, respectively. X-ray crystallography of the halistanol sulfate (1) and SIRT3 complex clearly indicates that 1 binds to the exosite of SIRT3 that we have discovered in this study.

    DOI

  • 機能性物質増強味噌の試醸と増強方法の検討

    今崎眞司, 林田眞二郎, 松田茂樹, 嶋川淳, 中村文彬, 新井大祐, 加藤妙子, 中野京子, 大池昶威, 中尾洋一

    中央味噌研究所研究報告   39   36 - 42  2018年  [招待有り]

  • Sameuramide A, a new cyclic depsipeptide isolated from an ascidian of the family Didemnidae.

    Machida, Koshi, Arai, Daisuke, Katsumata, Ryosuke, Otsuka, Satoshi, Yamashita, Jun K, Ye, Tao, Tang, Shoubin, Fusetani, Nobuhiro, Nakao, Yoichi

    Bioorganic & Medicinal Chemistry   26 ( 13 ) 3852 - 3857  2018年  [査読有り]

    DOI

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Misc 【 表示 / 非表示

産業財産権 【 表示 / 非表示

  • アストロサイト分化促進用組成物

    中尾 洋一, 伏谷 伸宏, 新井 大祐, 川村 緑

    特許権

  • フェルラ酸誘導体含有組成物及びその製造方法

    特許6792753

    中尾 洋一, 塩田 邦郎, 新井 大祐, 中村 文彬

    特許権

  • 白血病幹細胞のニッチ形成抑制活性を有する海洋生物由来の抽出物、化合物及び組成物

    中尾洋一, 浅野茂隆, 新井大祐, 加勢友香梨, 下本哲平

    特許権

  • 高血糖によるエピゲノム異常の抑制のための方法及び組成物

    中尾洋一, 新井大祐, 塩田邦郎, 早川晃司

    特許権

  • アストロサイト分化誘導剤及びGFAP発現誘導剤

    中尾洋一, 新井大祐, 大塚悟史, 片岡亮佑, 斎政彦, 内田裕子

    特許権

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共同研究・競争的資金等の研究課題 【 表示 / 非表示

  • 天然化合物の活性発現分子機構を解析するための統合的プラットフォーム構築

    基盤研究(B)

    研究期間:

    2021年04月
    -
    2024年03月
     

    中尾洋一, 新井大祐, 町田光史

    担当区分: 研究分担者

  • In situエピジェネティクス:分化・発生のH3K27me3機能解析の新戦略

    基盤研究(C)

    研究期間:

    2020年04月
    -
    2023年03月
     

    新井 大祐

  • プロテアソームを中心とした分解ネットワークの解明

    基盤研究(A)

    研究期間:

    2018年04月
    -
    2022年03月
     

    佐伯 泰, 新井 大祐

     概要を見る

    これまでプロテアソームによるタンパク質分解はユビキチン化反応が律速であり、ユビキチン化されれば一義的にプロテアソームで分解されると考えられてきた。しかし近年、ユビキチンデコーダー(情報解読)分子群による基質選別機構やアクセサリー分子群によるプロテアソーム活性の巧妙な制御機構が存在することが明らかとなり、プロテアソーム研究は新時代を迎えている。本研究では、「プロテアソームを中心としたタンパク質分解の分子ネットワークマップ」を作出し、さらに「種々のストレスや細胞分化に伴うプロテアソーム分解ネットワークの変動」を解析することでプロテアソームによるタンパク質分解の統合的理解に挑戦する。
    本年度は以下の成果が得られた。
    1.プロテアソームを中心とした分子ネットワークマップの作出:これまで約30種類のプロテアソーム結合分子を同定しているが、本年度は2価性クロスリンカーDSSOを用いたクロスリンクIP/MS解析に着手し、プロテアソームと各結合分子の直接の相互作用部位を決定することに成功した。
    2.種々のストレスに伴うプロテアソーム分解ネットワークの変動:高浸透圧ストレス刺激に応答してプロテアソームが核内で液-液相分離しタンパク質分解のための液滴を形成することをNature誌に発表した。また、ATP枯渇時に形成するプロテアソーム液滴についても形成機構の一部を解明した。
    3.ES細胞特異的プロテアソーム結合分子の解析:内在性のプロテアソームサブユニット遺伝子にEGFP-3xFLAGタグ配列をノックインしたマウスES細胞をin vitroで分化させ、IP/MS解析により両者のプロテアソーム結合分子を網羅的に比較したところ、分化後に減少する分子(UCHL5など)、増加する分子(KIAA0368など)が同定され、分化に伴うプロテアソームの変化が示唆された。

  • 新規ヒストンO-Glc NAc修飾による栄養状態依存的Nodal遺伝子制御機構

    若手研究(B)

    研究期間:

    2017年04月
    -
    2020年03月
     

    新井 大祐

     概要を見る

    Nodal遺伝子はマウスES細胞においてエピジェネティック制御領域(ERE)により発現誘導されている。先行研究において、EREがグルコース反応性のヒストン修飾であるH2AS40-Gcを受けており、培地中のグルコース濃度により修飾レベルが変化するものの、培地中のグルコース濃度がNodalの発現レベルに影響を与えないことがわかった。EREの中でもOct4モチーフの欠失がNodalの発現レベルを顕著に減少させたが、完全には消失しなかったことから、他の転写誘導経路が働いていると示唆された。本年度はCRISPR/dCas9法によりNodalの領域が転写誘導に重要であるかを検討した。dCas9のエフェクターとして、H3K9me3を介して標的を抑制するKRABドメインを用いた。マウスES細胞で転写開始点近傍からOct4モチーフまでの領域にdCas9-KRABを誘導するとNodalの発現が顕著に低下した。この領域は分化に伴いH3K27me3修飾を受けており、抑制の標的領域であるという過去の知見と一致した。Oct4モチーフより上流の領域は分化に伴いDNAが高メチル化状態となるが、この領域へのdCas9-KRABの効果はマイルドであった。Oct4モチーフ欠失細胞においてEREにdCas9-KRABを誘導すると、Nodalの発現レベルはさらに減少したことから、EREへのエピジェネティックな抑制はOct4以外の転写誘導経路に対しても機能することがわかった。最後に、Oct4と複合体を形成し転写活性化に寄与するヒストン脱メチル化酵素Utxを野生型マウスES細胞でノックダウンしたところ、予想外にNodalの発現上昇が確認された。既報のChIP-seqデータからUtxはERE上に局在することが予想され、直接あるいは間接的にNodalの転写制御に参加している可能性が示された。

  • アストロサイト分化を促進する食品成分の探索

    研究期間:

    2017年07月
    -
    2018年06月
     

    新井大祐

    担当区分: 研究代表者

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講演・口頭発表等 【 表示 / 非表示

  • Marine Natural Products that Control a Specific Set of Histone Modifications.

    Arai D

    XVI International Symposium on Marine Natural Products & XI European Conference on Marine Natural Products   (Peniche) 

    開催年月:
    2019年09月
     
     
  • Search and mechanism study of food ingredients affecting histone modifications.

    Arai D  [招待有り]

    Health Promotion through Food Science, Chrono-nutrition and Sports Science-From basic to applied research-   (Singapore) 

    発表年月: 2018年10月

  • Piceatannol promotes neural stem cell differentiation into astrocytes.

    Arai D

    Food, exercise and technology for health promotion   (Singapore) 

    発表年月: 2018年01月

  • Marine natural products that control a specific set of histone modifications.

    Arai D, Sakuma C, Hayashi-Takanaka Y, Kimura H, Nakao Y  [招待有り]

    The 2015 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies   (Honolulu) 

    開催年月:
    2015年12月
     
     
  • Marine natural products that control a specific set of histone modifications.

    Arai D, Sakuma C, Kanto K, Hayashi-Takanaka Y, Kimura H, Nakao Y[国際共著]

    (札幌) 

    開催年月:
    2015年09月
     
     

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特定課題研究 【 表示 / 非表示

  • ヒストン修飾H3K27me3の真の役割を解明するためのES細胞株の開発

    2020年  

     概要を見る

    本研究の目的はH3K27me3の働きとPRC2の非触媒性の機能を区別して解析可能な「PRC2スイッチ細胞」の開発である。まずマウスES細胞において、PCR2の触媒サブユニットであるEzh1とEzh2のうち、Ezh1遺伝子をゲノム編集により恒久的に欠失させた。この細胞についてさらに、Ezh2タンパク質を薬剤処理により一過的に分解できるよう、Ezh2遺伝子にAID(Auxin inducible degron)タグをノックインした。今後、この細胞にDox誘導型Ezh2変異体の発現カセットを導入することでPRC2スイッチ細胞を完成させる。

  • エピゲノム編集によるNodal遺伝子ヒストン修飾制御の意義の解明

    2019年  

     概要を見る

    A goal of this study is to understand the true functions of trimethylation on histone H3 lysine 27 (H3K27me3) by CRISPR/dCas9-mediated epigenome editing. Here, we developed a series of expression vectors for H3K27me3 editing. The main components of H3K27me3 methyltransferase PRC2, including EZH2, EED, or JARID2, were adopted as the effector domain of dCas9. These vectors also carry a Puromycin-resistant gene, so that the transfectants could be rapidly selected by Puromycin treatment. The promoter region of Nodal gene was targeted by the CRISPR/dCas9-PRC2 vectors in mouse embryonic stem cells. As a result, dCas9-PRC2 caused mild but relatively long transcriptional repression of Nodal gene. This was in contrast to the case of dCas9-KRAB, which led to strong but very short repression through H3K9me3 deposition. It may suggest a difference between a mode of transcriptional repression by H3K27me3 and H3K9me3.

  • 革新的ヒストン修飾制御天然化合物の探索と応用

    2014年  

     概要を見る

    申請者は酵素活性の直接的阻害に限らない多様な機序に基づくヒストン修飾制御剤の探索およびメカニズム解明を目的とし、海洋生物抽出物ライブラリーを対象に、生細胞におけるヒストン修飾レベルの変化を指標としたスクリーニングを進めてきた。昨年度までにヒストンH3の27番目のリジン(H3K27)やH3K9のトリメチル化を亢進させる天然化合物を同定しており、本年度はその作用機序解析を進めた。結果、ヒストン修飾と細胞毒性との関係や、ヒストン修飾・脱修飾酵素遺伝子への影響を明らかにした。さらに化合物探索を進め、カイメン抽出エキスからヒストン修飾制御活性を有する新たな化合物を同定することに成功した。 Smallcompounds that affect histone modifications could be powerful tools toinvestigate epigenetics. We have screened for compounds that affect histone modificationpattern in living cells from library of diverse marine invertebrate extracts,and have identified some active natural products. In this year, the mechanismsof these compounds were investigated. We discovered the relationship betweenthe histone modification altering activity and cytotoxicity caused by thesecompounds, and also the influence on expression of several genes that encodehistone-modifying enzymes. Additionally, we identified a novel natural productwhich can affect histone modifications.

  • 内分泌かく乱物質が神経発生に及ぼす直接的影響ならびにエピジェネティクス変化の解明

    2014年  

     概要を見る

    本研究では、東日本大震災の津波被災地で検出された内分泌かく乱物質が神経発生およびエピジェネティクスに及ぼす影響を、マウスES細胞およびin vitro分化細胞を用いて解析した。結果、各物質はそれぞれが分化段階ごとに異なる作用を及ぼすことが判明した。すなわち、エストロゲン活性では説明できない化合物ごとの特異的作用が神経発生に様々な影響を与えることが示唆された。また、神経細胞の核全体のヒストン修飾レベルの強弱を免疫染色により調べたが、現在のところ内分泌かく乱物質による影響は認められておらず、標的遺伝子ごとに解析する必要があると予想される。From our previous field work, we noticedthat several kinds of endocrinedisruptor existed in soil of the areas affected by the Great East JapanEarthquake and tsunami. Thus,we examined effects of these endocrine disruptors on neural development andepigenetic mechanisms by using mouse embryonic stem cells and in-vitrodifferentiated cells. Although these compounds commonly possess estrogenicactivity, their functions were often different from each other, and varied withdifferentiation stages. We also investigated influences of these compounds onhistone modification levels, but no significant change was observed in immunofluorescenceassay. More detailed analysis, focusing on target gene, may be required todetect epigenetic changes caused by endocrine disruptors.

  • 海洋生物由来エピジェネティクス制御剤の開発

    2013年  

     概要を見る

     DNAやヒストンの可逆的な化学修飾から成るエピジェネティクスは細胞機能の基盤であり、正常細胞の分化制御や腫瘍形成などに深く関わる。申請者が所属する中尾研究室ではユニークな活性を持つ天然化合物の探索源となる海洋生物抽出物ライブラリーを保有しており、ヒストン修飾制御剤のスクリーニングを進めてきた。本研究では過去の成果を発展させ、エピジェネティクスの基礎研究における新規プローブや医薬品の候補としての新規ヒストン修飾制御剤を開発する事を目的とした。以下に本年度の主な成果を記す。1. スクリーニング手法の効率化 これまではヒストン修飾を免疫染色で検出し、蛍光の変化を目視にて観察していたが、蛍光強度を細胞単位で数値化する新たなプログラムを開発した。これにより、スクリーニングによる大量の実験結果をヒートマップ解析により俯瞰的に整理することや、複数の修飾間の相関を用意に検出することが可能となった。これを海洋生物抽出物ライブラリーによるヒストン修飾スクリーニングの結果に適用することで、新たな制御剤候補を同定した。現在活性本体の精製を進めている。2. 薬理作用の検討 スクリーニングにより同定された、ヒストン脱アセチル化酵素(HDAC)ならびにDNAメチル基転移酵素(DNMT)阻害活性を有する既知化合物psammaplinについて、胚様体形成に対する影響を調べたところ、外胚葉分化を阻害し、中胚葉、内胚葉分化を促進する作用を持つ事がわかった。 Aurilideはがん細胞に対して非常に強い毒性を持ち、PHB1を標的としミトコンドリアの断片化ならびにアポトーシスを誘導することが知られている。ヒストン修飾スクリーニングによりaurilideはヒストンH3の27番目のリジン(H3K27)やH3K9のトリメチル化を亢進させ、アセチル化を減少させる化合物として同定された。さらにaurilideのヒストン修飾への作用はPHB1とは無関係であり、新たな作用経路が存在する事が明らかとなった。

 

現在担当している科目 【 表示 / 非表示

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担当経験のある科目(授業) 【 表示 / 非表示

  • 生命化学実験

    早稲田大学  

  • 機器分析実験

    早稲田大学  

  • 理工学基礎実験1B

    早稲田大学  

  • 理工学基礎実験1A

    早稲田大学  

  • 基礎化学演習

    早稲田大学  

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メディア報道 【 表示 / 非表示