Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
分子材料を組み上げてミニマル人工脳（ケミカルAI）を構築するには、個々の分子デバイス間や人工細胞間における情報伝達の実現が鍵となる。本研究ではシグナル伝達物質として金属イオンに着目し、金属イオンを入力として作動するDNA分子デバイスの開発を目的とする。具体的には、金属イオンを介して塩基対を作る人工ヌクレオチドをDNA配列に挿入し、金属錯体形成をトリガーとしたDNA鎖交換反応やDNAzymeの活性スイッチングに基づくDNA情報伝達回路を構築する。配位子部位の分子設計や人工DNAの配列設計を詳細に検討し、様々な種類・酸化数の金属種や金属イオン濃度に適用できる汎用的な設計指針を確立する。
本研究は、DNAナノテクノロジーと金属錯体化学の双方に立脚し、金属イオンを入力シグナルとしたDNA分子回路を構築することを目的とした。本年度は主に、(1) 新たに設計・合成したN,N-ジカルボキシメチル-5-アミノウラシル(dcaU)塩基を用いたDNA鎖交換反応の検討、および (2) エテノアデニン(eA)塩基を用いた金属イオン応答性DNAzymeの開発 を行った。(1) dcaU塩基を用いたDNA鎖交換反応の検討：ウラシル塩基の5位にイミノ二酢酸配位子を導入したN,N-ジカルボキシメチル-5-アミノウラシル(dcaU)塩基が、水素結合を介したdcaU-A塩基対に加え、Gd(III)イオン存在下で金属錯体型dcaU-Gd(III)-dcaU塩基対を形成することを見出した。そこで、dcaU塩基を含むDNA鎖を用いて、Gd(III)イオンを外部刺激としたDNA二重鎖の交換反応を試みた。蛍光修飾した相補鎖を用いた蛍光時間変化測定の結果、Gd(III)イオンの添加によりdcaU-Gd(III)-dcaU塩基対を含む二重鎖が形成し、EDTAによりGd(III)イオンを除去するとdcaU-A塩基対を含む二重鎖へと鎖交換が進むことが示された。(2) eA塩基を用いた金属イオン応答性DNAzymeの開発：昨年度までに、修飾核酸塩基であるエテノアデニン(eA)の金属錯体型塩基対(eA-Cu(II)-eA)の形成挙動を評価した。今年度は、eA塩基を既報のDNAzyme配列中に導入し、Cu(II)イオンを外部刺激として活性が制御できるDNAzymeの開発を行った。eA-eA対を3対含むスプリット型のDNAzymeを設計したところ、3当量のCu(II)イオンの添加により活性が約5倍上昇することが示された。以上のように、金属イオンを入力シグナルとして機能するDNA分子回路の基本要素の構築に成功した。
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
All 2023 2022 2021
All Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results, Peer Reviewed: 5 results, Open Access: 3 results) Presentation (34 results) (of which Int'l Joint Research: 11 results, Invited: 2 results)
Chemical Communications
Volume: 59 Issue: 8 Pages: 1006-1009
10.1039/d2cc06179a
Volume: 59 Issue: 7 Pages: 892-895
10.1039/d2cc06205d
Chemical Science
Volume: 14 Issue: 5 Pages: 1082-1088
10.1039/d2sc06534g
Volume: 13 Issue: 14 Pages: 3977-3983
10.1039/d2sc00926a
Chem. Eur. J.
Volume: 67 Issue: 67 Pages: 16626-16633
10.1002/chem.202102977
化学と工業
Volume: 74 Pages: 684-485
