テロメアDNAの四重らせん構造形成における揺らぎと機能に関する研究

• Project Area: Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions
• Project/Area Number: 21107528
• 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: Sojo University
• Principal Investigator: 松下 琢 崇城大学, 生物生命学部, 教授 (10209538)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000); Fiscal Year 2010: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2009: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
• Keywords: テロメア / 揺らぎ / G-quadruplex / 四重らせん構造 / 1分子計測 / ナノバイオ / ラロメア

Research Abstract

本研究では、染色体の安定化や、細胞の老化やがん化に関与するヒトテロメアDNAに特徴的な「四重らせん構造」形成と、その揺らぎに関与する金属陽イオンの影響の解明を目指している。
今年度は、昨年度構築した、ヒトテロメアテロメアDNAが一本鎖から四重鎖構造を形成したときのみFRET現象によって蛍光を発する実験系を用いて、以下の知見が得られた。
1、テロメア「四重らせん構造」形成を促進することを明らかにしたNa^+・K^+・Ca^<2+>・Rb^+の中で、四重、らせん構造を安定して形成したNa^+に関して、その濃度の影響について検討した結果、この四重らせん構造内には、二つの独立したNa+結合サイトが存在することが明らかになった。各々の結合サイトは、15mM Na^+を境に、低濃度領域で高い結合定数を持ち、高濃度領域では低い結合定数であった。文献調査から、細胞のがん化によって、細胞内Na6+濃度が上昇することが種々の細胞で報告されており、細胞のがん化とテロメア「四重らせん構造」形成の関連が示唆された。
2、上記の研究成果を踏まえ、代表者が所属する崇城大学上岡研と分子科学研究所平田文男先生との共同研究で、三次元RISM理論による水溶液中でのテロメア「四重らせん構造」に関する理論解析が行われ、実験結果と同様に、K^+よりもNa^+の方が「四重らせん構造」の全自由エネルギーが低く安定化していること、「四重らせん構造」内に二箇所のNa+結合部位が存在していることが、計算によっても示された。
3、理化学研究所田原分子分光研の石井邦彦先生との共同研究によって、本実験系は、蛍光寿命相関分光法による解析が可能なこと、テロメア「四重らせん構造」形成過程のナノ秒レベルでのダイナミクス(揺らぎ)が解析可能なことが示された。

Research Products

• [Journal Article] Solvent and Salt Effects of Structural Stability of Human Telomere (2011)
  • Author(s): Yutaka Maruyama
  • Journal Title: Journal of Physical Chemistry B Volume: 115 Pages: 2408-2416
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Enhancement of drug efflux activity via MDR1 protein by spheroid culture of human hepatic cancer cells (2011)
  • Author(s): Ayumi Oshikata
  • Journal Title: Journal of Bioscience and bioengineering Volume: 111 Pages: 590-593
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ハイブリッドリポソームを用いた形質転換肝幹細胞の選択的排除に関する基礎研究 (2011)
  • Author(s): 押方歩
  • Journal Title: YAKUGAKU ZASSHI Volume: 131(印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Histological bioanalysis for therapeutic effects of hybrid liposomes on the hepatic metastasis of colon carcinoma in vivo. (2010)
  • Author(s): Hideaki Ichihara
  • Journal Title: International Journal of Pharmaceutics Volume: 394 Pages: 174-178
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] テロメアDNAの四重らせん構造形成における揺らぎと機能 (2010)
  • Author(s): 松下琢
  • Journal Title: メディカルバイオ Volume: 10月号別冊 Pages: 61-65
• [Journal Article] ハイブリッドリポソームの肺がん細胞への特異的蓄積と制がん効果 (2010)
  • Author(s): 行原真美子
  • Journal Title: YAKUGAKU ZASSHI Volume: 130 Pages: 1581-1587
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ハイブリッドリポソームを用いた大腸がんの肝転移抑制に関する基礎研究 (2009)
  • Author(s): K.Funamoto
  • Journal Title: YAKUGAKU ZASSHI 129 Pages: 465-473
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hepatocyte growth factor and epidermal growth factor promote spheroid formation in polyurethane foam/hepatocyte culture and improve express ion and maintenance of albumin production (2009)
  • Author(s): H.Ijima
  • Journal Title: Biochemical Engineering J. 47 Pages: 19-26
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ヒト胎児肝細胞から肝幹細胞を誘導する培養システムの開発とその特徴 (2010)
  • Author(s): 松下琢
  • Organizer: 日本動物実験代替法学会第23回大会
  • Place of Presentation: 東京(招待講演)
  • Year and Date: 2010-12-05
• [Presentation] Effect of cations on G-quadruplex structure and fluctuation of telomeric DNA (2010)
  • Author(s): Taku Matsushita
  • Organizer: The 4th International Symposium on Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions
  • Place of Presentation: 滋賀
  • Year and Date: 2010-12-01
• [Presentation] Solvent effect of structural stability of human telomere (2010)
  • Author(s): Yutaka Maruyama
  • Organizer: The 4th International Symposium on Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions
  • Place of Presentation: 滋賀
  • Year and Date: 2010-12-01
• [Presentation] Application of Hybrid Liposomes to Regenerative Medicine-Selective Elimination of the Transformed Hepatic Stem Cells- (2010)
  • Author(s): Taku Matsushita
  • Organizer: 4th International Symposium on Nanomedicine
  • Place of Presentation: 愛知(招待講演)
  • Year and Date: 2010-11-29
• [Presentation] テロメアDNAの四重らせん構造形成における揺らぎと機能に関する研究 (2010)
  • Author(s): 松下琢
  • Organizer: 新学術領域研究「揺らぎが機能を決める生命分子の科学」平成22年度合同班会議
  • Place of Presentation: 石川
  • Year and Date: 2010-06-28
• [Presentation] 三次元培養を利用した肝がん細胞の高い薬物排出活性の発現とその応用に関する研究 (2010)
  • Author(s): 松下琢
  • Organizer: 第17回HAB研究機構学術年会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2010-05-21
• [Presentation] Effect of Cations on G-quadruplex Structure and Fluctuation of Telomeric DNA (2009)
  • Author(s): 松下琢
  • Organizer: The 3rd International Symposium on Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions
  • Place of Presentation: 愛知
  • Year and Date: 2009-12-20
• [Presentation] Solvation Effect of Structure-Stability of Human Telomere (2009)
  • Author(s): Yutaka Maruyama
  • Organizer: The 3rd International Symposium on Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions
  • Place of Presentation: 愛知
  • Year and Date: 2009-12-20
• [Presentation] テロメアDNAの四重らせん構造形成における揺らぎと機能に関する研究 (2009)
  • Author(s): 松下琢
  • Organizer: 新学術領域研究「揺らぎが機能を決める生命分子の科学」平成21年度合同班会議
  • Place of Presentation: 熊本
• [Remarks]
  • URL: http://www.life.sojo-u.ac.jp/biomed/index.html
• [Remarks]
  • URL: http://www.life.sojo-u.ac.jp/biomed/index.html