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人工的なDNA類似体を基質とする核酸関連酵素反応の解析とその化学的深化

Publicly Offered Research

Project AreaDynamical ordering of biomolecular systems for creation of integrated functions
Project/Area Number 16H00757
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionUniversity of Toyama

Principal Investigator

井上 将彦  富山大学, 大学院医学薬学研究部(薬学), 教授 (60211752)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2018-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2017: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2016: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Keywords核酸 / DNA類似体 / キメラDNA / 酵素的ライゲーション / モンテカルロシミュレーション / リン酸化酵素反応 / 転移酵素伸長反応 / ポリメラーゼ伸長反応 / 人工DNA / 酵素 / 人工核酸塩基
Outline of Annual Research Achievements

(1)末端に人工ユニットを配置したキメラDNAを用いたキナーゼ反応の評価: 初年度に達成したキメラDNA(天然DNA鎖中に人工ヌクレオチドユニットを導入した非天然のミックス配列DNA)の合成を利用して、天然DNA鎖の5’-末端に人工ユニットを配置したキメラDNAを合成した。酵素的リン酸化反応を評価したところ、開発した全ての人工ユニットがポリヌクレオチドキナーゼ(PNK)により問題なくリン酸化されることを確認できた。
(2)人工ヌクレオチド三リン酸体の化学合成: ポリメラーゼなどのいくつかの核酸関連酵素は、ヌクレオチド三リン酸を基質とするため、人工ユニットの三リン酸体を合成した。初年度に合成した三リン酸体に加えて、同様の合成法で全ての人工ユニットの三リン酸体合成を達成した。
(3)人工ヌクレオチド三リン酸体を用いたトランスフェラーゼ反応の評価:合成した人工核酸の三リン酸体を用いて、末端ヌクレオチジルトランスフェラーゼ(TdT)による伸長反応を評価した。 TdTは人工の三リン酸体を基質として認識し、天然DNA鎖末端に人工ユニットを伸長させることがわかった。またDNA鎖末端が人工核酸骨格であっても、その先に人工ユニットを伸長可能であることも確認できた。さらに、全て人工核酸で作成した完全非天然型のDNA鎖に対しても、人工ユニットが伸長することが判明した。
(4)人工ヌクレオチド三リン酸体を用いたポリメラーゼ反応の評価:次に、ポリメラーゼに対する適合性を評価した。人工核酸の三リン酸体は、全てポリメラーゼの基質として適合し、DNA鎖の伸長反応を進行させることが確認できた。しかしながらいくつかの人工核酸骨格において、伸長反応の塩基選択性が低下することも判明した。そこで分子設計に立ち返り、新たな人工核酸ユニットを準備した結果、選択性を改善したポリメラーゼ伸長反応へと展開することが可能となった。

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。

Report

(2 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2018 2017 2016

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Synthesis of Alkynyl C-Nucleotide Triphosphates Toward Enzymatic Elongation of Artificial DNA2018

    • Author(s)
      Yutaro Oda, Junya Chiba, Masahiko Inouye
    • Journal Title

      Heterocycles

      Volume: 印刷中 Issue: 1 Pages: 612-612

    • DOI

      10.3987/com-18-s(t)48

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Kinetic Switching of Achirality/Chirality Memorization of meta-Ethynylpyridine Polymer by Coordination of Cu(II) Outside the Polymer2017

    • Author(s)
      H. Abe, S. Takashima, M. Inouye
    • Journal Title

      Heterocycles

      Volume: 印刷中 Issue: 2 Pages: 730-730

    • DOI

      10.3987/com-16-s(s)64

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Helix-Rotaxane Hybrid Systems: Rotaxane-Stabilized, Saccharide-Induced Chiral Ethynylpyridine Helices by a Thermodynamic Process2017

    • Author(s)
      S. Hirokane, S. Takashima, H. Abe, M. Inouye
    • Journal Title

      Eur. J. Org. Chem.

      Volume: - Issue: 3 Pages: 726-733

    • DOI

      10.1002/ejoc.201601323

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A D3h-Symmetric Macrocycle Alternatingly Composed of Pyridine and Benzyl Alcohol Units Linked with Acetylene Bonds2016

    • Author(s)
      H. Abe, R. Yumoto, M. Inouye
    • Journal Title

      Heterocycles

      Volume: 93 Issue: 2 Pages: 580-592

    • DOI

      10.3987/com-15-s(t)44

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] D3h-Symmetrical Shape-Persistent Macrocycles Consisting of Pyridine-Acetylene-Phenol Conjugates as a Highly Efficient Host Architecture for Saccharide Recognition2016

    • Author(s)
      H. Abe, T. Yoneda, Y. Ohishi, M. Inouye
    • Journal Title

      Chem.-Eur. J.

      Volume: 22 Pages: 18944-18952

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Cyclodextrin-Isolated Alkynylpyrenes as UV-Stable and Blue-Light-Emitting Molecules Even in Condensed States2016

    • Author(s)
      5.M. Inouye, A. Yoshizawa, M. Shibata, Y. Yonenaga, K. Fujimoto, T. Sakata, S. Matsumoto, M. Shiro
    • Journal Title

      Org. Lett.

      Volume: 18 Issue: 9 Pages: 1960-1963

    • DOI

      10.1021/acs.orglett.6b00420

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Distance Dependence of the Electron-Transfer Rate of Electrode-Bound Duplex DNAs Modified with a Distal Redox Unit2018

    • Author(s)
      千葉 順哉, 青木 駿, 井上 将彦
    • Organizer
      The 6th International Symposium "Dynamical ordering of biomolecular systems for creation of integrated functions"
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Kinetic Analysis of Single Nucleotide Insertion with Alkynyl C-Nucleotide Triphosphates by DNA Polymerase2018

    • Author(s)
      小田 裕太郎, 千葉 順哉, 井上 将彦
    • Organizer
      The 6th International Symposium "Dynamical ordering of biomolecular systems for creation of integrated functions"
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Enzymatic Ligation and Structural Redesign of Alkynyl C-Nucleotides by T4 DNA Ligase2018

    • Author(s)
      黒崎 史大, 小田 裕太郎, 千葉 順哉, 井上 将彦
    • Organizer
      The 6th International Symposium "Dynamical ordering of biomolecular systems for creation of integrated functions"
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] アミノピリジン誘導体をアデニン類自体とする新規アルキニルC-ヌクレオチドの設計および合成2018

    • Author(s)
      黒崎 史大, 千葉 順哉, 井上 将彦
    • Organizer
      日本化学会第98春季年会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] アルキニルヌクレオチドからなる人工DNAの創出と核酸関連酵素反応への展開2017

    • Author(s)
      千葉 順哉, 井上 将彦
    • Organizer
      日本化学会第97春季年会
    • Place of Presentation
      慶応大学 日吉キャンパス(神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2017-03-16
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] ポリメラーゼ伸長反応における相補性の向上を目指した アルキニル C-ヌクレオチドの構造改良2017

    • Author(s)
      小田 裕太郎, 千葉 順哉, 井上 将彦
    • Organizer
      日本化学会第97春季年会
    • Place of Presentation
      慶応大学 日吉キャンパス(神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2017-03-16
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Chemically Redesigned Alkynyl C-Nucleosides with Improved Performance to T4 DNA Ligase2017

    • Author(s)
      小田 裕太郎, 千葉 順哉, 井上 将彦
    • Organizer
      The 5th International Symposium "Dynamical ordering of biomolecular systems for creation of integrated functions"
    • Place of Presentation
      東京大学 数理科学研究棟(東京都目黒区)
    • Year and Date
      2017-01-21
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] DNA replication using artificial C-nucleotide triphosphates with nonnatural nucleobases by Klenow fragment2016

    • Author(s)
      小田 裕太郎, 千葉 順哉, 井上 将彦
    • Organizer
      The First International Symposium on Toyama-Asia-Africa Phamaceutical Network
    • Place of Presentation
      富山国際会議場(富山県富山市)
    • Year and Date
      2016-09-12
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] アルキニル C-ヌクレオチド三リン酸を用いた酵素的 DNA 複製における一塩基伸長反応の速度論評価2016

    • Author(s)
      小田 裕太郎, 千葉 順哉, 井上 将彦
    • Organizer
      第10回バイオ関連化学シンポジウム
    • Place of Presentation
      石川県立音楽堂(石川県金沢市)
    • Year and Date
      2016-09-07
    • Related Report
      2016 Annual Research Report

URL: 

Published: 2016-04-26   Modified: 2018-12-17  

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