非環状人工核酸ａＴＮＡとＳＮＡを用いた高機能性超分子の創製

• Project/Area Number: 12J05431
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Chemistry related to living body
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 村山 恵司 名古屋大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000); Fiscal Year 2014: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2013: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2012: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 人工核酸 / 蛍光性核酸検出プローブ / Molecular Beacon / RNAモニタリング / 細胞内イメージング / SNA / aTNA

Outline of Annual Research Achievements

近年、合成が容易で高い酵素耐性を持つという特長から、非環状型の人工核酸が盛んに研究されている。当研究室では新規非環状型人工核酸としてD-aTNAとSNAを合成しており、D-aTNAが天然核酸と二重鎖形成しないのに対しSNAはDNA, RNAと二重鎖を形成することを見い出した。前年度までにSNAのみを用いた蛍光核酸検出プローブ(SNA-MB)を開発しており、高い検出感度・酵素耐性を持つことを報告した。また、SNA-MBで外部から導入したmRNAを検出することにも成功した。そこで本年度は、SNA-MBを用いた細胞内在性のmRNAの可視化と、新たな人工核酸の開発を行った。まず、細胞内に豊富に存在するbeta-actinをコードするmRNAをターゲットとするSNA-MBを設計し、細胞内に導入した結果、SNA-MBが細胞内在性RNAを正しく検出できることが示された。以上の結果から、SNA-MBは細胞内のRNAの特異的なリアルタイムイメージングへの応用が可能であり、細胞内での詳細なRNA挙動解析が期待できる。次に新たな人工核酸としてL-aTNAを設計・合成した。L-aTNAはD-aTNAのエナンチオマーであるため、二重螺旋構造が反転している。天然核酸との二重鎖形成能を評価した結果、D-aTNAはDNAやRNAと二重鎖形成しなかったのに対し、 L-aTNAはこれらとも二重鎖を形成できることを見い出した。さらに、L-aTNAと天然核酸の二重鎖は、SNA/天然核酸に比べ大きく安定化した。検討の結果、L-aTNAが天然核酸同様右巻きの構造を誘発していることが示された。つまり、D-aTNAは左巻きであったため、右巻きの天然核酸と二重鎖を形成出来なかったのに対し、右巻きのL-aTNAは天然核酸と安定な二重鎖を形成したと考えられる。L-aTNAはSNAよりも高い親和性を有することから、アンチセンス核酸や様々な生物学的ツールとして幅広い応用が期待できる。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Acyclic L-threoninol nucleic acid (L-aTNA) with suitable structural rigidity cross-pairs with DNA and RNA (2015)
  • Author(s): Keiji Murayama, Hiromu Kashida, Hiroyuki Asanuma
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 51 Issue: 30 Pages: 6500-6503
  • DOI: 10.1039/c4cc09244a
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Reversible photoswitching of RNA hybridization at room temperature with an azobenzene C-nucleoside (2015)
  • Author(s): Thomas Goldau, Keiji Murayama, Clara Brieke, Sabrina Steinwand, Padmabati Mondal, Mithun Biswas, Irene Burghardt, Josef Wachtveitl, Hiroyuki Asanuma, Alexander Heckel
  • Journal Title: Chemistry - A European Journal Volume: 21 Issue: 7 Pages: 2845-2854
  • DOI: 10.1002/chem.201405840
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Enhancement of stability and activity of siRNA by terminal substitution with Serinol Nucleic Acid (SNA) (2014)
  • Author(s): Yukiko Kamiya, Junya Takai, Hiroshi Ito, Keiji Murayama, Hiromu Kashida, Hiroyuki Asanuma
  • Journal Title: ChemBioChem Volume: 15 Issue: 17 Pages: 2549-2555
  • DOI: 10.1002/cbic.201402369
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Highly stable duplex formation by artificial nucleic acids aTNA and SNA with acyclic scaffolds. (2013)
  • Author(s): Murayama, K. ; Tanaka, Y. ; Toda, T. ; Kashida, H. ; Asanuma, H.
  • Journal Title: Chem. Eur. J. Volume: 19 Issue: 42 Pages: 14151-14158
  • DOI: 10.1002/chem.201301578
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The "sugar-deficient" G-quadruplex : incorporation of aTNA in quadruplex gtructures. (2013)
  • Author(s): Zhou, J. ; Murayama, K. ; Amrane, S. ; Kashida, H. ; Bourdoncle, A. ; Asanuma, H. ; Mergny, J. L.
  • Journal Title: Chem. Sci. Volume: 4 Issue: 9 Pages: 3693-3698
  • DOI: 10.1039/c3sc50474c
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 天然核酸と安定な二重鎖を形成する新規非環状型人工核酸の設計 (2015)
  • Author(s): 村山恵司, 樫田 啓, 浅沼浩之
  • Organizer: 日本化学会第95春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] 細胞内RNAの可視化を目指した完全人工核酸型新規蛍光プローブの開発 (2014)
  • Author(s): 村山恵司、神谷由紀子、樫田 啓、浅沼浩之
  • Organizer: 第63回高分子討論会
  • Place of Presentation: 長崎大 文教キャンパス
  • Year and Date: 2014-09-24 – 2014-09-26
• [Presentation] 細胞内RNAイメージングを目指した完全人工核酸型蛍光プローブの開発 (2014)
  • Author(s): 村山恵司、神谷由紀子、樫田 啓、浅沼浩之
  • Organizer: 第8回バイオ関連化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 岡山大 津島キャンパス
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Presentation] 細胞内RNAの可視化を目指した完全人工核酸型高感度蛍光プローブの開発 (2014)
  • Author(s): 村山恵司、神谷由紀子、樫田 啓、浅沼浩之
  • Organizer: 第2回バイオ関連化学シンポジウム若手フォーラム（第29回生体機能関連化学部会若手フォーラム）
  • Place of Presentation: 岡山大 津島キャンパス
  • Year and Date: 2014-09-10
• [Presentation] Development of an ultra-sensitive fluorescent probe composed of artificial nucleic acid for the detection of mRNA in cell (2014)
  • Author(s): Keiji Murayama, Yukiko Kamiya, Hiromu Kashida, Hiroyuki Asanuma
  • Organizer: XVIth Symposium on Chemistry of Nucleic Acid Components(SCNAC2014)
  • Place of Presentation: Czech
  • Year and Date: 2014-06-09 – 2014-06-13
• [Presentation] 細胞内RNAのモニタリングを目指した超高感度人工核酸蛍光プローブの開発 (2014)
  • Author(s): 村山恵司・神谷由紀子・樫田啓・浅沼浩之
  • Organizer: 日本化学会第94春季年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学(愛知県名古屋市千種区)
  • Year and Date: 2014-03-28
• [Presentation] Development of an ultra-sensitive fluorescent probe composed of artificial nucleic acid (2013)
  • Author(s): Keiji Murayama, ; Yoshihiro Tanaka, ; Hiromu Kashida, ; Hiroyuki Asanuma
  • Organizer: The 40th International Symposium on Nucleic Acid Chemistry
  • Place of Presentation: 神奈川大学(神奈川県横浜市神奈川区)
  • Year and Date: 2013-11-13
• [Presentation] 新規人工核酸SNAを用いた完全人工核酸型超高感度蛍光プローブの設計 (2013)
  • Author(s): 村山恵司・田中良寛・樫田啓・浅沼浩之
  • Organizer: 第7回バイオ関連化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 名古屋大学(愛知県名古屋市千種区)
  • Year and Date: 2013-09-29
• [Presentation] 新規人工核酸SNAを用いた完全人工核酸型超高感度蛍光プローブの設計 (2013)
  • Author(s): 村山恵司・田中良寛・樫田啓・浅沼浩之
  • Organizer: 第1回バイオ関連化学シンポジウム若手フォーラム
  • Place of Presentation: 名古屋大学(愛知県名古屋市千種区)
  • Year and Date: 2013-09-26
• [Presentation] Serinol骨格のみを使用した完全人工核酸型超高感度蛍光プローブの設計 (2013)
  • Author(s): 村山恵司・田中良寛・樫田啓・浅沼浩之
  • Organizer: 第62回高分子討論会
  • Place of Presentation: 金沢大学(石川県金沢市角間町)
  • Year and Date: 2013-09-12
• [Presentation] 非環状ジオールを骨格とする新規人工核酸aTNA及びSNAの開発と、その核酸検出プローブへの応用 (2013)
  • Author(s): 村山恵司
  • Organizer: 日本化学会第93春季年会
  • Place of Presentation: 立命館大学(滋賀県)
  • Year and Date: 2013-03-23
• [Presentation] 非環状ジオールを骨格とする新規人工核酸aTNAとSNAの開発 (2012)
  • Author(s): 村山恵司
  • Organizer: 第22回バイオ・高分子シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学(東京都)
  • Year and Date: 2012-09-07
• [Presentation] 非環状骨格を有する人工核酸SNAへの色素導入による機能化 (2012)
  • Author(s): 村山恵司
  • Organizer: 第6回バイオ関連化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 北海道大学(北海道)
  • Year and Date: 2012-09-07
• [Presentation] Functionalization of novel artificial nucleic acids from acyclic diols by the conjugation with dyes (2012)
  • Author(s): 村山恵司
  • Organizer: The Second Asian Chemical Biology Conference
  • Place of Presentation: Southern Beach Hotel & Resort OKINAWA(沖縄県)
  • Year and Date: 2012-07-05
• [Presentation] Control of the helicity of Serinol Nucleic Acid (SNA) by sequence design (2012)
  • Author(s): 村山恵司
  • Organizer: Chirality2012
  • Place of Presentation: Hilton Fort Worth(米国)
  • Year and Date: 2012-06-12
• [Book] 生体の科学 Vol.66 No.2 (2015)
  • Author(s): 樫田啓、村山恵司、浅沼浩之
  • Publisher: 医学書院
• [Remarks] メンバー紹介 | 名古屋大学 物質制御工学専攻 有機材料設計講座 浅沼研究室
  • URL: http://www.nubio.nagoya-u.ac.jp/seigyo1/m_murayama.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] 人工核酸を含むオリゴヌクレオチド (2015)
  • Inventor(s): 浅沼浩之、樫田啓、村山恵司
  • Industrial Property Rights Holder: 浅沼浩之、樫田啓、村山恵司
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2015-01-09