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核酸の特異構造形成に基づく錯生成プログラミング

Publicly Offered Research

Project AreaCoordination Programming - Science of Molecular Superstructures for Chemical Devices
Project/Area Number 24108734
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 InstitutionKumamoto University

Principal Investigator

井原 敏博  熊本大学, 自然科学研究科, 教授 (40253489)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2014-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2013)
Budget Amount *help
¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000)
Fiscal Year 2013: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2012: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
KeywordsDNAコンジュゲート / 金属錯体 / ターピリジン / ビピリジン / DNAzyme / 可逆的スプライシング / シークエンス編集 / 核酸 / 希土類金属錯体 / モレキュラービーコン / DNAアプタマー / ATPセンサー / 分子認識 / スプリットプローブ / 時間分解発光測定
Research Abstract

terpyridine(terpy)を基体とするアミダイト試薬を合成し、これを用いて骨格中の互いに離れた位置に2つのterpyユニットを組込んだDNA、terpy2DNAを合成した。Cu2+、Zn2+、Ni2+、Fe2+などの2価の遷移金属イオン共存下、terpy2DNAとterpy2DNA上の2つのterpyの外側の2つのシークエンスに相補的な連続配列との間で形成する二本鎖の熱安定性を評価した結果、遷移金属イオン共存下、二本鎖が著しく安定化することを確認することができた。また、Fe2+添加に伴う吸収スペクトル変化を観察した結果、可視部にterpy:Fe2+ = 2:1錯体に特徴的な吸収が定量的に生じていることがわかった。すなわち、terpy2DNAはFe2+との錯生成によりΩ型構造を形成し、terpyの外側の2つのシークエンスが直接連結されたような状態になる。これは、金属イオンによるシークエンスの編集、または可逆的なスプライシングと見做すことができる。
この性質を利用して、Fe2+およびNi2+により、DNAzymeの機能制御を行った。ペルオキシダーゼ活性を持つDNAzymeを一旦スプリットして不活化する、terpy2DNAが特定の金属イオンとの相互作用によりΩ構造をとったときにのみこれらスプリットDNAzymeの有効なテンプレートとしてはたらき、完全体のDNAzymeが再構成されるシステムを構築した。酸化反応により発色する基質を利用して反応をモニターした。金属非共存下においてはほとんど触媒活性が見られなかったが、terpy2DNAと同濃度のFe2+やNi2+を添加すると著しい触媒活性を示すことがわかった。この活性は、EDTA添加によりほぼ完全に消失した。また、terpy間のシークエンス、すなわち、ループに相補的な一本鎖DNAを導入した際にも反応の進行を認めることはできなかった。ループが二本鎖となり剛直になった結果、Ω構造を維持できなくなったためと考えられる。

Current Status of Research Progress
Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • Research Products

    (20 results)

All 2014 2013 2012 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 1 results) Presentation (14 results) (of which Invited: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Alteration of DNAzyme Activity by Silver Ion2014

    • Author(s)
      Urata, T. Miyahata, H. Matsuura, Y. Kitamura, T. Ihara
    • Journal Title

      Chem. Lett.

      Volume: 43

    • NAID

      130004868237

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Metallo-regulation of the bimolecular triplex formation of a peptide nucleic acid.2013

    • Author(s)
      Shimada H, Sakurai T, Kitamura Y, Matsuura H, Ihara T
    • Journal Title

      Dalton Trans.

      Volume: 42(45) Issue: 45 Pages: 16006-13

    • DOI

      10.1039/c3dt51386f

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Versatile Allosteric Molecular Devices Based on Reversible Formation of Luminous Lanthanide Complexes2013

    • Author(s)
      Y. Kitamura, S. Yamamoto, Y. Osawa, H. Matsuura, T. Ihara
    • Journal Title

      Chem. Commun.

      Volume: 49 Issue: 3 Pages: 285-287

    • DOI

      10.1039/c2cc36979f

    • Related Report
      2013 Annual Research Report 2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Rational design for cooperative recognition of specific nucleobases using β-cyclodextrin-modified DNAs and fluorescent ligands on DNA and RNA scaffolds2013

    • Author(s)
      A. Futamura, A. Uemura, T. Imoto, Y. Kitamura, H. Matsuura, C. -X. Wang, T. Ichihashi, Y. Sato, N. Teramae, S. Nishizawa, T. Ihara
    • Journal Title

      Chemistry, A European Journal

      Volume: 19 Issue: 32 Pages: 10526-10535

    • DOI

      10.1002/chem.201300985

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] DNA Recognition and Analysis Through Cooperative Metal-ion Complex Formation of Split Probes2012

    • Author(s)
      T. Ihara, and Y. Kitamura
    • Journal Title

      BUNSEKI KAGAKU

      Volume: 61 Issue: 3 Pages: 193-206

    • DOI

      10.2116/bunsekikagaku.61.193

    • NAID

      10030135293

    • ISSN
      0525-1931
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 金属配位構造を骨格に導入したDNAによる機能性核酸の制御2014

    • Author(s)
      大浦博之、白浜千里、古園智大、北村裕介、井原敏博
    • Organizer
      日本化学会第94春季年会
    • Place of Presentation
      名古屋大学
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 核酸上でのデザインされた分子間相互作用およびその分析化学的応用2013

    • Author(s)
      井原敏博
    • Organizer
      生命理工学研究科セミナー
    • Place of Presentation
      東京工業大学
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      2013 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 錯生成を利用した可逆的スプライシングによる機能性核酸の制御2013

    • Author(s)
      大浦博之、古園智大、白浜千里、北村裕介、井原敏博
    • Organizer
      第7回バイオ関連化学シンポジウム
    • Place of Presentation
      名古屋大学
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  • [Presentation] Metal Ion-directed Drastic Conformational Change of DNA and Its Application to DNAzyme Activity Control2013

    • Author(s)
      Hiroyuki Ohura, Tomohiro Furuzono, Chisato Shirahama, Yusuke Kitamura, Toshihiro Ihara
    • Organizer
      第40回国際核酸化学シンポジウム
    • Place of Presentation
      神奈川大学
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    • Author(s)
      大浦博之、白浜千里、古園智大、北村裕介、井原敏博
    • Organizer
      第50回化学関連支部合同九州大会
    • Place of Presentation
      北九州国際会議場
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  • [Presentation] ターピリジンを組み込んだ人工核酸によるDNAzymeの活性制御2013

    • Author(s)
      大浦博之、白浜千里、古園智大、北村裕介、井原敏博
    • Organizer
      バイオマテリアル学会九州講演会2013
    • Place of Presentation
      熊本大学
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 刺激応答性を有するDNA2013

    • Author(s)
      井原敏博
    • Organizer
      バイオマテリアル学会九州講演会2013
    • Place of Presentation
      熊本大学
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] DNA-directed metal complex formation and analytical applications2013

    • Author(s)
      Toshihiro Ihara
    • Organizer
      Asian International Symposium
    • Place of Presentation
      立命館大学、草津市
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      2012 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Flexible Fluorometry for DNA and RNA Analysis Using Rationally Combined Two Probes2012

    • Author(s)
      Toshihiro Ihara
    • Organizer
      The 39th International Symposium on Nucleic Acids Chemistry
    • Place of Presentation
      名古屋大学 豊田講堂、名古屋市
    • Year and Date
      2012-11-15
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      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Versatile Molecular Devices Based on the Reversible Formation of Luminous Lanthanide Complexes2012

    • Author(s)
      Toshihiro Ihara
    • Organizer
      The 39th International Symposium on Nucleic Acids Chemistry
    • Place of Presentation
      名古屋大学 豊田講堂、名古屋市
    • Year and Date
      2012-11-15
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Cooperative formation of luminescent lanthanide complexes by metal chelator-DNA conjugates and their application to biosensors2012

    • Author(s)
      Toshihiro Ihara
    • Organizer
      11th European Biological Inorganic Chemistry Conference
    • Place of Presentation
      Granada, Spain
    • Year and Date
      2012-09-12
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      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 希土類金属錯体の可逆的形成を利用したアロステリック分子センサーの開発2012

    • Author(s)
      井原敏博
    • Organizer
      第6回バイオ関連化学シンポジウム
    • Place of Presentation
      北海道大学 高等教育推進機構、札幌市
    • Year and Date
      2012-09-06
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] DNA/RNA Probing Using Rationally Selected Two DNA Ligands2012

    • Author(s)
      Toshihiro Ihara
    • Organizer
      The Second Asian Chemical Biology Conference
    • Place of Presentation
      サザンビーチホテル、糸満市
    • Year and Date
      2012-07-04
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Versatile molecular beacons based on the reversible formation of luminous lanthanide complexes2012

    • Author(s)
      Toshihiro Ihara
    • Organizer
      The Second Asian Chemical Biology Conference
    • Place of Presentation
      サザンビーチホテル、糸満市
    • Year and Date
      2012-07-04
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://133.95.131.186/~toshi/

    • Related Report
      2012 Annual Research Report

URL: 

Published: 2013-05-15   Modified: 2019-07-29  

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