メタロＤＮＡを利用した導電性ナノワイヤーの開発

• Project/Area Number: 14J03684
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Bio-related chemistry
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 大樂 武範 東北大学, 薬学研究科, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000); Fiscal Year 2015: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2014: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: メタロ塩基対 / メタロDNA / 核酸ー金属相互作用 / 銀錯体 / 水銀錯体 / 導電性ナノワイヤー / NMR / 安定同位体標識 / J-カップリング / 核酸-金属相互作用

Outline of Annual Research Achievements

近年、金属を介した核酸塩基対(メタロ塩基対)形成を利用した分子デバイス開発研究が盛んに行なわれている。メタロ塩基対を含むDNA分子の三次元構造情報は、メタロ塩基対を基盤とした分子デバイスの開発に必須の情報である。そこで、本研究では、NMR分光法を用いて、銀を介したシトシン-シトシン塩基対(C-Ag(I)-C)を含むDNA分子の三次元構造決定を行なった。
はじめに、NMR分光法を用いた三次元構造解析に適したDNA配列の探索を行なった。1D 1H NMRスペクトル測定を用いた銀イオン滴定実験の結果から、C-Ag(I)-C塩基対をただ１つ含む独立30残基のDNA配列を見出した。次に、このDNA分子の2D 1H-1H NOESYスペクトル測定およびシグナルの帰属を行なった。得られたNOEデータからC-Ag(I)-C塩基対を含むDNA分子の三次元構造計算を行なった。DNA分子中でC-Ag(I)-C塩基対を形成している残基がC3’-endo様のパッカリングをとっていることを明らかとした。また、C-Ag(I)-C塩基対を含むDNA分子においても、C-Ag(I)-C塩基対を含むすべての塩基対はスタッキングしており、B型のらせん構造をとっていることが示された。さらに、Ag(I)はDNAのらせん軸近傍に位置することが明らかとなった。平成26年度の研究業績である、15N NMR分光法を用いたDNA中のC-Ag(I)-C塩基対の化学構造決定および本年度のC-Ag(I)-C塩基対を含むDNA分子の三次元構造決定の成果から、C-Ag(I)-C塩基対形成を用いた分子デバイスの論理的設計に必須の情報が得られた。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Direct Detection of the Mercury-Nitrogen Bond in the Thymine-HgII-Thymine Base-pair with 199Hg NMR Spectroscopy (2015)
  • Author(s): Takenori Dairaku, Kyoko Furuita, Hajime Sato, Jakub Sebera, Daichi Yamanaka, Hiroyuki Otaki, Shoko Kikkawa, Yoshinori Kondo, Ritsuko Katahira, F. Matthias Bickelhaupt, Celia Fonseca Guerra, Akira Ono, Vladimir Sychrovsky, Chojiro Kojima and Yoshiyuki Tanaka
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 51 Issue: 40 Pages: 8488-8491
  • DOI: 10.1039/c5cc02423d
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Structures, physicochemical properties, and applications of T-HgII-T, C-AgI-C, and other metallo-base-pairs. (2015)
  • Author(s): Yoshiyuki Tanaka, Jiro Kondo, Vladimir Sychrovsky, Jakub Sebera, Takenori Dairaku, Hisao Saneyoshi, Hidehito Urata, Hidetaka Torigoe and Akira Ono
  • Journal Title: Chem. Commun. Volume: 51 Issue: 98 Pages: 17313-17360
  • DOI: 10.1039/c5cc02693h
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] High-resolution crystal structure of AgI-RNA hybrid duplex containing Watson-Crick-like C-AgI-C metallo-base pairs (2015)
  • Author(s): Jiro Kondo, Yoshinari Tada, Takenori Dairaku, Hisao Saneyoshi, Itaru Okamoto, Yoshiyuki Tanaka, Akira Ono
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 54 Issue: 45 Pages: 13323-13326
  • DOI: 10.1002/anie.201507894
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Exploring a DNA sequence for the three-dimensional structure determination of a silver(I)-mediated C-C base pair in a DNA duplex by 1H NMR spectroscopy (2015)
  • Author(s): Takenori Dairaku, Kyoko Furuita, Hajime Sato, Yoshinori Kondo, Chojiro Kojima, Akira Ono and Yoshiyuki Tanaka
  • Journal Title: Nucleosides, Nucleotides & Nucleic Acids Volume: 34 Issue: 12 Pages: 877-900
  • DOI: 10.1080/15257770.2015.1088160
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] C-Ag(I)-C塩基対を含むメタロDNAの立体構造解析 (2015)
  • Author(s): 古板恭子, 大樂武範, 児嶋長次郎, 田中好幸
  • Organizer: NMR討論会 2015
  • Place of Presentation: 千葉工業大学 津田沼キャンパス
  • Year and Date: 2015-11-06
• [Presentation] Structure of C-Ag(I)-C metallo base pair in RNA duplex (2015)
  • Author(s): Yoshinari Tada, Takenori Dairaku, Itaru Okamoto, Hisao Saneyoshi, Yoshiyuki Tanaka, Akira Ono, Jiro Kondo
  • Organizer: 第42回 国際核酸化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 姫路市本町68番290イーグレひめじ あいめっせホール
  • Year and Date: 2015-09-23
• [Presentation] NMR structure of a DNA duplex containing a silver-mediated C-C base pair (2015)
  • Author(s): Kyoko Furuita, Takenori Dairaku, Chojiro Kojima, Yoshiyuki Tanaka
  • Organizer: 第42回 国際核酸化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 姫路市本町68番290イーグレひめじ あいめっせホール
  • Year and Date: 2015-09-23
• [Presentation] Multinuclear NMR spectroscopic studies of metal-ion-mediated DNA base pairs (2014)
  • Author(s): 大樂武範, 岡本到, 古板恭子, 織田修司, 山中大地, 根東義則, 小野晶, 児嶋長次郎, Vladimir Sychrovsky, 田中好幸
  • Organizer: 41st International Symposium on Nucleic Acids Chemistry
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場(福岡県北九州市小倉北区浅野3-9-30 )
  • Year and Date: 2014-11-05 – 2014-11-07
• [Presentation] 多核NMR分光法によるDNA二重らせん分子中の金属を介した塩基対の構造決定 (2014)
  • Author(s): 大樂武範, 山中大地, 織田修司, 根東義則, 田中好幸
  • Organizer: 第53回 日本薬学会東北支部大会
  • Place of Presentation: いわき明星大学(福島県いわき市中央台飯野5-5-1)
  • Year and Date: 2014-10-05
• [Presentation] Nitrogen-15 NMR spectroscopic studies of Ag(I)-mediated C-C base-pairs (2014)
  • Author(s): 大樂武範, 古板恭, 岡本到, 織田修司, 山中大地, 根東義則, 小野晶, 児嶋長次郎, Vladimir Sychrovsky, 田中好幸
  • Organizer: 第52回 日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター(札幌市白石区東札幌6条1丁目1-1)
  • Year and Date: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [Presentation] Proton and nitrogen-15 NMR spectroscopic studies of Ag(I)-mediated C-C base-pairs (2014)
  • Author(s): 大樂武範, 岡本到, 古板恭子, 織田修司, 山中大地, 鳥越秀隆, 小笹哲夫, 根東義則, 小野晶, 児嶋長次郎, Vladimir Sychrovsky, 田中好幸
  • Organizer: 12th European Biological Inorganic Chemistry Conference
  • Place of Presentation: University of Zurich (Winterthurerstrasse 190 CH-8057 Zurich Switzerland)
  • Year and Date: 2014-08-24 – 2014-08-28
• [Presentation] DNA中における銀イオンを介したC-C塩基対の構造解析 (2014)
  • Author(s): 大樂武範, 古板恭子, 岡本到, 織田修司, 山中大地, 根東義則, Vladimir Sychrovsky, 小野晶, 児嶋長次郎, 田中好幸
  • Organizer: 第12回次世代を担う若手のためのフィジカル・ファーマフォーラム
  • Place of Presentation: 箱根高原ホテル(神奈川県足柄下郡箱根町元箱根164)
  • Year and Date: 2014-07-14 – 2014-07-15
• [Presentation] 多核NMR分光法によるC-Ag(I)-C塩基対の構造解析 (2014)
  • Author(s): 大樂武範, 古板恭子, 岡本到, 織田修司, 山中大地, 根東義則, Vladimir Sychrovsky, 小野晶, 児嶋長次郎, 田中好幸
  • Organizer: 第15回 若手NMR研究会
  • Place of Presentation: 生命の森リゾート(千葉県長生郡長柄町上野521-4)
  • Year and Date: 2014-07-11 – 2014-07-13
• [Presentation] DNA中における銀イオンを介したC-C塩基対の構造解析 (2014)
  • Author(s): 大樂武範, 古板恭子, 岡本到, 織田修司, 山中大地, 根東義則, 小笹哲夫, 鳥越秀隆, Vladimir Sychrovsky, 小野晶, 児嶋長次郎, 田中好幸
  • Organizer: 第41回生体分子科学討論会2014
  • Place of Presentation: 九州大学西新プラザ(福岡市早良区西新2-16-23)
  • Year and Date: 2014-06-06 – 2014-06-07