ＤＮＡ結合性ピロール・イミダゾールポリアミドの新機能の開発

• Project/Area Number: 15J00928
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Bio-related chemistry
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 河本 佑介 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2015-04-24 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000); Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: ピロール・イミダゾールポリアミド / ペプチド固相合成 / DNA / テロメア / １分子イメージング / 次世代シーケンサー / G-quadruplex / 光ピンセット

Outline of Annual Research Achievements

申請者の研究室ではこれまで疾患の治療法および遺伝子解析技術の開発を目的として、配列特異的なDNA結合分子ピロール・イミダゾール(Py-Im)ポリアミドの分子設計と合成法を研究してきた。Py-Imポリアミドは穏和な条件でDNA二重らせん構造の副溝に入り込んでDNAの各塩基に結合し、N-メチルピロールとN-メチルイミダゾールの配列を変えることで任意のDNA塩基配列を狙うことができる。これまで申請者らはテロメア繰り返し配列を標的としたPy-Imポリアミドの合成法と、それらを用いた染色体末端テロメア領域に対する特異的な蛍光ラベル化法を開発してきた。
申請者らは第３年度目において、①Py-Imポリアミドを用いた生細胞中でテロメアを可視化する手法の開発、②ゲノム中でAT richな部位を選択的に可視化するPy-Imポリアミドの開発、に関する研究を行った。
研究①について、申請者らはペプチド性デリバリー試薬を用いて、これまで生細胞の核内への移行が困難だった、比較的分子量の大きい(>2000 Da) Py-Imポリアミドの核内移行に成功した。またこの手法により、遺伝子導入を伴うことなく有機化合物であるヒトテロメアを狙ったPy-Imポリアミドにより、生細胞のテロメアを特異的に染色することに成功した。この手法は最長の２４塩基対を狙ったタンデムテトラマー型ポリアミドにも適応でき、また１２塩基対を標的としたタンデムダイマー型ポリアミドよりバックグラウンドを少なくしてテロメアを可視化することに成功した。
研究②について、申請者らはN-メチルピロールと蛍光基からなるポリアミドを、フローセル中の基盤に固定した大腸菌のゲノムDNAに処理することで、DNA１分子レベルでAT richな領域を可視化することに成功した。この手法は、DNA１分子レベルでその配列に依存した生物学的事象を解明するのに有用である。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Sogang University(韓国)
• [Int'l Joint Research] Kent State University(米国)
• [Journal Article] Sequence-specific DNA binding Pyrrole-imidazole polyamides and their applications (2018)
  • Author(s): Kawamoto, Y.; Bando, T.; Sugiyama, H.
  • Journal Title: Bioorg. Med. Chem. Volume: 26 Issue: 8 Pages: 1393-1411
  • DOI: 10.1016/j.bmc.2018.01.026
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The chemical compound bubblin induces stomatal mispatterning in Arabidopsis by disrupting the intrinsic polarity of stomatal lineage cells. (2017)
  • Author(s): Sakai Y, Sugano SS, Kawase T, Shirakawa M, Imai Y, Kawamoto Y, Sugiyama H, Nakagawa T, Hara-Nishimura I, Shimada T.
  • Journal Title: Development Volume: 144 Issue: 3 Pages: 499-506
  • DOI: 10.1242/dev.145458
  • NAID: 120005980855
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Targeting 24 bp within Telomere Repeat Sequences with Tandem Tetramer Pyrrole-Imidazole Polyamide Probes. (2016)
  • Author(s): Kawamoto, Y.,Sasaki, A., Chandrana, A., Hashiya, K., Ide, S., Bando, T., Maeshima, K., Sugiyama, H.
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 138 Issue: 42 Pages: 14100-14107
  • DOI: 10.1021/jacs.6b09023
  • NAID: 120006462489
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Telomere Visualization in Tissue Sections Using Pyrrole-Imidazole Polyamide Probes. (2016)
  • Author(s): Sasaki, A., Ide, S., Kawamoto, Y., Bando, T., Murata, Y., Shimura, M., Yamada, K., Hirata, A., Nokihara, K., Hirata, T., Sugiyama, H., Maeshima, K.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 6 Issue: 1 Pages: 29261-29261
  • DOI: 10.1038/srep29261
  • NAID: 120005774690
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Comparative analysis of DNA-binding selectivity of hairpin and cyclic pyrrole-imidazole polyamides based on next generation sequencing (2016)
  • Author(s): Kashiwazaki, G.; Chandran, A.; Asamitsu, S.; Kawase, T.; Kawamoto, Y.; Sawatani, Y.; Hashiya, K.; Bando, T.; Sugiyama, H.
  • Journal Title: ChemBioChem Volume: 17 Issue: 18 Pages: 1752-1758
  • DOI: 10.1002/cbic.201600282
  • NAID: 120006460111
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Pyrrole-Imidazole Polyamides for Visualization of Telomeres (2018)
  • Author(s): Yusuke Kawamoto, Asuka Sasaki, Anandhakumar Chandran, Kaori Hashiya, Satoru Ide, Toshikazu Bando, Kazuhiro Maeshima, Hiroshi Sugiyama
  • Organizer: The SPIRITS International Symposium "Multidisciplinary Approaches for Cell Control"
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Visualization of Human Telomeres with Pyrrole-Imidazole Polyamides Targeting Human Telomeric Repeats (2017)
  • Author(s): Yusuke Kawamoto, Anandhakumar Chandran, Toshikazu Bando, Kazuhiro Maeshima, Hiroshi Sugiyama
  • Organizer: 日本化学会第９７春季年会
  • Place of Presentation: 慶応義塾大学
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] Development of Functional Pyrrole-Imidazole Polyamides for Human Telomeres (2017)
  • Author(s): Yusuke Kawamoto, Asuka Sasaki, Anandhakumar Chandran, Kaori Hashiya, Satoru Ide, Toshikazu Bando, Kazuhiro Maeshima, Hiroshi Sugiyama
  • Organizer: Gordon Research Conference on Nucleosides, Nucleotides & Oligonucleotides
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Recognition and Visualization of Human Telomeres by Pyrrole-Imidazole Polyamides (2016)
  • Author(s): Yusuke Kawamoto, Asuka Sasaki, Anandhakumar Chandran, Kaori Hashiya, Satoru Ide, Toshikazu Bando, Kazuhiro Maeshima, Hiroshi Sugiyama
  • Organizer: The 43rd International Symposium on Nucleic Acids Chemistry 2016
  • Place of Presentation: 熊本大学
  • Year and Date: 2016-09-27
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ヒトテロメアを標的としたピロール・イミダゾールポリアミドの合成と評価 (2016)
  • Author(s): 河本 佑介、佐々木 飛鳥、橋谷 かおり、井手 聖、板東 俊和、前島 一博、杉山 弘
  • Organizer: 日本ケミカルバイオロジー学会第１１回年会
  • Place of Presentation: 京都テルサ
  • Year and Date: 2016-06-15
• [Presentation] Visualization of human telomeres with N-methylpyrrole-N-methylimidazole polyamide probes. (2016)
  • Author(s): Yusuke Kawamoto, Asuka Sasaki, Anandhakumar Chandran, Kaori Hashiya, Satoru Ide, Toshikazu Bando, Kazuhiro Maeshima, Hiroshi Sugiyama
  • Organizer: Gordon Research Conference on Bioorganic Chemistry
  • Place of Presentation: Proctor Academy
  • Year and Date: 2016-06-05
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] テロメア繰り返し配列中の２４塩基対を標的としたピロール・イミダゾールポリアミド (2016)
  • Author(s): 河本佑介、佐々木飛鳥、橋谷かおり、井手聖、板東俊和、前島一博、杉山弘
  • Organizer: 日本化学会 第９６春季年会（２０１６）
  • Place of Presentation: 同志社大学
  • Year and Date: 2016-03-24
• [Presentation] Visualization of human telomeres using fluorescent pyrrole-imidazole polyamides (2016)
  • Author(s): Yusuke Kawamoto, Asuka Sasaki, Kaori Hashiya, Satoru Ide, Toshikazu Bando, Kazuhiro Maeshima, Hiroshi Sugiyama
  • Organizer: 2016 KYOTO-KAIST-NTHU Junior Chemist Symposium
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2016-02-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Synthesis and evaluation of N-methylpyrrole-N-methylimidazole polyamide probes for human telomeres (2015)
  • Author(s): Yusuke Kawamoto, Asuka Sasaki, Satoru Ide, Kaori Hashiya, Toshikazu Bando, Kazuhiro Maeshima, Hiroshi Sugiyama
  • Organizer: The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015
  • Place of Presentation: Honolulu
  • Year and Date: 2015-12-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Synthesis and Evaluation of Fluorescent Pyrrole-Imidazole Polyamides for Human Telomeres (2015)
  • Author(s): Yusuke Kawamoto, Asuka Sasaki, Satoru Ide, Kaori Hashiya, Toshikazu Bando, Kazuhiro Maeshima, Hiroshi Sugiyama
  • Organizer: The 42nd International Symposium on Nucleic Acids Chemistry
  • Place of Presentation: イーグレ姫路
  • Year and Date: 2015-09-23
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Pyrrole-Imidazole Polyamides for Human Telomeres (2015)
  • Author(s): Yusuke Kawamoto, Asuka Sasaki, Satoru Ide, Kaori Hashiya, Toshikazu Bando, Kazuhiro Maeshima, Hiroshi Sugiyama
  • Organizer: 7th WPI-iCeMS Annual Retreat
  • Place of Presentation: レイクフォレストリゾート
  • Year and Date: 2015-09-07
• [Presentation] テロメアを標的としたピロール・イミダゾールポリアミドの合成と評価 (2015)
  • Author(s): 河本佑介、佐々木飛鳥、井手聖、橋谷かおり、板東俊和、前島一博、杉山弘
  • Organizer: 生体機能関連化学部会若手の会 第２７回サマースクール
  • Place of Presentation: 神戸市立神戸セミナーハウス
  • Year and Date: 2015-07-17
• [Remarks] さまざまな組織切片の染色体テロメアの長さを3時間で検出できる方法を開発
  • URL: http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2016/160706_1.html
• [Remarks] さまざまな組織切片の染色体テロメアの長さを３時間で検出できる方法を開発
  • URL: http://www.jst.go.jp/pr/announce/20160706/
• [Remarks] 短時間でがん組織切片の染色体テロメア長を測定できる方法を開発
  • URL: https://www.nig.ac.jp/nig/ja/2016/07/research-highlights_ja/20160707-2.html