曲がるDNAを用いた信号変換素子の構築と分析化学的応用

• Project/Area Number: 17655036
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Analytical chemistry
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 井原 敏博 Kumamoto University, 大学院・自然科学研究科, 准教授 (40253489)
• Project Period (FY): 2005 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥3,300,000 (Direct Cost: ¥3,300,000); Fiscal Year 2007: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2006: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000); Fiscal Year 2005: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: DNAコンジュゲ-ト / アロステリック制御 / 金属錯体 / 融解実験 / 機能性核酸 / 三本鎖DNA / ターピリジン / 遺伝子診断 / DNAコンジュゲート / DNAコンジュケート / 金属配位性アミダイト試薬 / 高次構造制御 / 熱的安定性 / オリゴヌクレオチド

Research Abstract

terpyridine(terpy)は適当な金属イオンとの結合によりそのコンフォメーションが変化し、構造の自由度が著しく制限される。本研究では、terpyを基体とするアミダイト試薬を合成した。これを利用すると骨格中にterpyを組み込んだ、DNA、およびRNAを自動合成装置内で容易に合成することができる。
オリゴデオキシヌクレオチド骨格中にterpyを組み込んだ幾つかのDNAコンジュゲート合成した。このコンジュゲートの二本鎖形成、および三本鎖形成に及ぼす金属イオンの効果を検討した。
二本鎖中にterpyを導入した場合には金属イオン、特にNi^<2+>共存下、二本鎖構造が大きく安定化することが確認された。金属イオンとの錯生成により、terpyがより固い構造となり、エントロピー的に安定化した結果と考えられる。一方、三本鎖形成に関してはパラレルモチーフの2つのピリミジン鎖を結ぶループ部位にterpyを導入したものについて検討した。興味深いことに、この系では金属イオンにより三本鎖が著しく不安定化することが明らかになった。すなわち、Cu^<2+>共存下、融解温度にして約14℃、結合定数にして1/1000の不安定化であった。コンピュータシミュレーションなどの構造解析の結果、用いたterpy骨格はそのトランス状態でリンカーを含めた長さが三本鎖の直径とほぼ等しく、また芳香族のスタッキングの効果も加わって理想的なループとして振る舞うが、金属イオンとの錯生成によりcis型となり全体の長さが4-5Å短くなることがわかった。錯生成によりループ近傍の構造には歪みが誘起され、塩基間の水素結合、スタッキングを著しく乱すためであろうと考えている。
同じ構造でありながら導入する箇所の違いにより構造の安定性を高めたり低めたりすることが可能であることがわかり、これは今後の機能性核酸への導入に向けて非常に貴重な知見となる。

Research Products

• [Journal Article] The effect of local structural disruption on the yield of photochemical ligation between anthracene-oligonucleotide conjugates (2008)
  • Author(s): Pelin Arslan
  • Journal Title: Analytical Sciences 24 Pages: 173-176
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Homogeneous DNA-detection based on the non-enzymatic reactions promoted by target DNA (2007)
  • Author(s): Toshihiro Ihara
  • Journal Title: Analytical Sciences 23 Pages: 625-629
  • NAID: 130004441457
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Colorimetric Allele Typing through Cooperative Binding of DNA Probes Carrying a Metal Chelator for Luminescent Lanthanide Ions (2006)
  • Author(s): Yusuke Kitamura
  • Journal Title: Analytical Biochemistry 359巻 Pages: 259-261
• [Journal Article] Colorimetric Allele Analysis Based on the DNA-directed Cooperative Formation of Luminous Lanthanide Complexes (2006)
  • Author(s): Yusuke Kitamura
  • Journal Title: Nucleic Acids Symposium Series 50 Pages: 105-106
• [Journal Article] Colorimetric Multiplexed Immunoassay Using Specific Aggregation of Antigenic Peptide-Modified Luminous Nanoparticles (2006)
  • Author(s): Toshihiro Ihara
  • Journal Title: Analytical Chimica Acta 578 Pages: 11-18
• [Journal Article] Metal Ion-Directed Cooperative DNA Binding of Small Molecule (2006)
  • Author(s): Toshihiro Ihara
  • Journal Title: Journal of Inorganic Biochemistry 100 Pages: 1744-1754
• [Journal Article] Colorimetric Multiplexed Immunoassay Using Specific Aggregation of Antigenic Peptide-Modified Luminous Nanoparticles (2006)
  • Author(s): Toshihiro Ihara
  • Journal Title: Analytica Chimica Acta (in press)
• [Journal Article] Asymmetric Cooperativity in Tandem Hybridization of Enantiomeric Metal Complex-Tethered Short Fluorescent DNA Probe (2005)
  • Author(s): Yusuke Kitamura
  • Journal Title: Chemical Communications Pages: 4523-4525
• [Journal Article] ANA-Templated Cooperative Formation of the Luminous Lanthanide Complex and Its Analytical Application of Gene Detection (2005)
  • Author(s): Yusuke Kitamura
  • Journal Title: Chemistry Letters 34・12 Pages: 1606-1607
• [Journal Article] Photochemical Ligation between Anthracene-DNA Conjugates and Its Analytical Application to Gene Analysis (2005)
  • Author(s): Toshihiro Ihara
  • Journal Title: Nucleic Acids Symposium Series 49 Pages: 41-42
• [Journal Article] Asymmetric Cooperativity in Tandem Hybridization of the DNA Conjugates Bearing Chiral Metal Complexes (2005)
  • Author(s): Toshihiro Ihara
  • Journal Title: Nucleic Acids Symposium Series 49 Pages: 229-230
• [Presentation] 金属配位基を有するDNAの合成およびその高次構造に及ぼす金属イオンの効果 (2008)
  • Author(s): 今村 隆亮
  • Organizer: 第10回生命化学研究会シンポジウム・熊本(2008)
  • Place of Presentation: 熊本
  • Year and Date: 2008-01-11
• [Presentation] DNA評価を目指した分子材料の設計 (2007)
  • Author(s): 井原 敏博
  • Organizer: 日本化学会 第1回関東支部大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2007-09-27
• [Presentation] Metal Ion-Directed Cooperative DNA Labeling and Its Application to Colorimetric SNP Genotyping (2007)
  • Author(s): Toshihiro Ihara
  • Organizer: 12th IUPAC International Symposium on MacroM olecular Complexes
  • Place of Presentation: Fukuoka
  • Year and Date: 2007-08-28
• [Presentation] Cooperative Genotyping Using DNA Conjugates (2007)
  • Author(s): Toshihiro Ihara
  • Organizer: Gordon Research Conferences-Nucleosides, Nucleotides, & Oligonucleotides
  • Place of Presentation: Newport,USA
  • Year and Date: 2007-07-03
• [Remarks]
  • URL: http://133.95.131.186/~toshi/