酸化還元反応と共役する冥王代ヌクレオチド生成反応

• Project Area: Hadean Bioscience
• Project/Area Number: 15H01062
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 清尾 康志 東京工業大学, 生命理工学院, 准教授 (20313356)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000); Fiscal Year 2016: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2015: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
• Keywords: 分子進化 / シュライバーサイト / ヌクレオシド合成 / 亜リン酸 / 核酸化学 / 化学進化 / ヌクレオシド生成 / N－グリコシド結合 / 酸化還元反応

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、冥王代におけるヌクレオシドの生成のメカニズムとして、酸化剤と還元剤とか反応うすることに共役して、リボースと核酸塩基とが縮合する反応を考え、有機化学反応の一種である光延反応をモデル化合物として検討そ行った。その結果、光延試薬としてトリブチルホスフィンとアゾジカルボニルジピペリジンを用いて、水酸基を保護したデオキシリボースと種々、のプリン塩基もしくはピリミジン塩基を反応させることで効率よくデオキシヌクレオシドが生成することが分かった。また、上記の光延試薬の他にも冥王代地球環境下で存在しえた、ホスフィナイトやマレイン酸を用いて反応を行った場合も同様に光延反応が進行することが分かり、冥王代においても適切な酸化剤と還元剤の組み合わせが存在すれば、類似の反応によりヌクレオシドが生成する可能性が示唆された。
また、リボースが活性化されるもうひとつのメカニズムとして、冥王代に存在したシュライバーサイトおよびシュライバーサイトから生成する還元的リン化学種が反応した可能性を考え、シュライバーサイトから生成するジホスホン酸と種々の生命分子前駆体との反応を検討した。その結果、反応系のpHを9程度の弱アルカリ性に保つことで、ヌクレオシド、リボース、グリセロールなどの水酸基が亜リン酸化されることが分かった。さらに、検討を進めたところ、チロシン、セリン、スレオニンなどの側鎖も同様の条件で亜リン酸化されることが分かった。
これらの結果から、冥王代地球環境に存在したと予想される還元的なリン化学種が生命分子の分子進化に関与していることが示唆された。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Enzymatic synthesis and reverse transcription of RNAs incorporating 2 -O-carbamoyl uridine triphosphate (2016)
  • Author(s): Masaki Y, Ito H, Oda Y, Yamazaki K, Tago N, Ohno K, Ishii N, Tsunoda H, Kanamori T, Ohkubo A, Sekine M, Seio K.
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 52 Issue: 87 Pages: 12889-12892
  • DOI: 10.1039/c6cc05796a
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 7-(Benzofuran-2-yl)-7-deazadeoxyguanosine as a fluorescence turn-ON probe for single-strand DNA binding protein (2016)
  • Author(s): Tokugawa M, Masaki Y, Canggadibrata JC, Kaneko K, Shiozawa T, Kanamori T, Grotli M, Wilhelmsson LM, Sekine M, Seio K.
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 52 Pages: 3809-3812
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] ピリダジン-3-オンを核酸塩基部に有する核酸の核酸合成酵素による合成 (2017)
  • Author(s): 長岡健斗・友利貴人・竹下玲央・宮武佑弥・正木慶昭・関根光雄・清尾康志
  • Organizer: 第97日本化学会春季年会
  • Place of Presentation: 慶応大学日吉キャンパス
• [Presentation] DNA ポリメラーゼによる取り込み能向上を目指した光ケージ ドヌクレオシド三リン酸の合成と性質 (2017)
  • Author(s): 竹下玲央・大野健太郎・長岡健斗・正木慶昭・清尾康志
  • Organizer: 第97日本化学会春季年会
  • Place of Presentation: 慶応大学日吉キャンパス
• [Presentation] 糖および糖前駆体とジホスホン酸との反応の検討 (2017)
  • Author(s): 塩澤貴史・友利貴人・金子和平・正木慶昭・清尾康志
  • Organizer: 第97日本化学会春季年会
  • Place of Presentation: 慶応大学日吉キャンパス
• [Presentation] Chemical and enzymatic synthesis of photo-caged DNA containing of N1 -nitrobenzyl-2'- deoxypseudouridine for UV dependent regulation of transcription (2016)
  • Author(s): Takeshita L, Ohno K, Masaki Y, Sekine M, Seio K.
  • Organizer: The 43rd International Symposium on Nucleic Acids Chemistry
  • Place of Presentation: 熊本大学
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Synthesis and Enzymatic properties of C-nucleoside Triphosphate Containing Pyridazin-3- one as a uracil analog (2016)
  • Author(s): Tomori T, Nagaoka K, Miyatake Y, Masaki Y, Sekine M, Seio K.
  • Organizer: The 43rd International Symposium on Nucleic Acids Chemistry
  • Place of Presentation: 熊本大学
  • Int'l Joint Research