Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
申請者は最近、ヒト生細胞中の核酸のNMRシグナルを観測する事に、世界で初めて成功した。そこで本研究では、このin-cell NMR (インセルNMR)法によって、ヒト生細胞内における核酸の構造と低分子化合物・タンパク質との相互作用を原子レベルの分解能で直接観測・解析する方法論を確立する。そしてこの手法により、in vitroと生細胞内における非標準型核酸構造の違いを明らかにする。また、非標準型構造を形成する核酸と低分子化合物・タンパク質との相互作用を生細胞中で観測・解析する。以上により生細胞内における「弱い相互作用」の実態に迫り、「弱い相互作用」を介した物質共生の実現に向けた基盤確立に寄与する。
4重鎖構造を形成するテロメアDNAをSLO法によってヒト生細胞に導入し、核酸塩基対の開閉のダイナミクスをインセルNMR法により解析した。塩基のイミノプロトンと水との化学交換の速度を生細胞中で求め、ダイナミクスに関する情報を得た。なお、測定中はバイオリアクターによって細胞に栄養を供給し続ける事で、細胞を良好な状態に保った。比較の為、試験管中においても交換速度を求め、ダイナミクスに関する情報を得た。その結果、生細胞中においては、核酸塩基対が開く頻度が試験管中よりも高い事が分かった。また、ヘアピン構造を形成する核酸に関しても、同様な解析を行った。なお、ヘアピン構造におけるステム部分は、2重鎖核酸構造をミミックするものと見なす事ができる。ヘアピン構造のステム部分に関しても、生細胞中においては核酸塩基対が開く頻度が試験管中よりも高い事が分かった。細胞中の塩基性タンパク質との非特異的な相互作用が、塩基対が開く頻度の情報を引き起こしている事も分かった。核酸塩基対が頻繁に開く事で、核酸の構造遷移やタンパク質による認識が促進されている事が考えられる。今回得られて新しい知見は、基本的な生命現象の理解の一助となると思われる。また、核酸分子における鎖交換反応を促進する分子シャペロンに関しても、核酸の塩基のイミノプロトンと水との化学交換の速度を求め、ダイナミクスに関する情報を得た。その結果、この分子シャペロンが鎖交換反応を促進するメカニズムに関するヒントを得る事ができた。
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Chemical Communications
Volume: 59 Issue: 1 Pages: 102-105
10.1039/d2cc05576g
Nature Communications
Volume: 13 Issue: 1 Pages: 7143-7143
10.1038/s41467-022-34822-4
Volume: 57 Issue: 52 Pages: 5364-6367
10.1039/d1cc01761f
http://www.iae.kyoto-u.ac.jp/bio/
