細胞が産生する浸透圧調節分子と人工高分子化合物を用いた細胞モデル実験系の構築

• Project Area: Molecular Science for Nanomedicine
• Project/Area Number: 26107720
• 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: Konan University
• Principal Investigator: 三好 大輔 甲南大学, フロンティアサイエンス学部, 教授 (50388758)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2015: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2014: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
• Keywords: 分子クラウディング / 核酸 / 構造 / 熱力学的安定性 / 浸透圧調節分子 / 四重らせん構造 / 浸透圧調節物質 / 両性イオン

Outline of Annual Research Achievements

生体分子の機能に影響を及ぼす因子の一つに、周辺の分子環境がある。細胞内は生体分子が非常に混み合った分子クラウディング状態にあるに対し、生化学的な実験が行われる試験管内環境は分子濃度が極めて希薄である。そのため、試験管内での実験結果をもとにして、細胞での生体分子の物性を解明することが困難であることが明らかになりつつある。
そこで本研究では、①細胞核の化学環境を模倣するために、領域内の共同研究者が設計した負電荷高分子を用いて核内に高濃度に存在するゲノムを模倣した。また、②細胞質を化学模倣するために、細胞質に数百mMから数M程度も存在する浸透圧調節分子を用いて細胞を化学模倣した実験系を構築した。これらの分子環境において、核酸の構造安定性を定量解析したところ、核酸の非標準構造が特異的に安定化されることが明らかとなった。③さらにこれらの知見をもとにして、四重らせん構造リガンドを細胞内で放出するシステムを構築した。
これらの成果の一部は、掲載論文誌の表紙として取り上げられ、新聞報道もされた。これらのことから、研究の最終年度として、科学的・社会的にインパクトのある成果が得られたといえる。また、本研究課題を発展させた成果も得られつつあることから、研究開始当初に設定した目標を十分に達成したといえる。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Reevaluation of the stability of G-quadruplex structures under crowding conditions (2016)
  • Author(s): J. Zhou, H. Tateishi-Karimata, JL Mergny, M. Cheng, Z. Feng, D.Miyoshi, N. Sugimoto, C. Li
  • Journal Title: Biochimie Volume: 121 Pages: 204-208
  • DOI: 10.1016/j.biochi.2015.12.012
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A mRNA-Responsive G-Quadruplex-Based Drug Release System (2015)
  • Author(s): Hidenobu Yaku, Takashi Murashima, Daisuke Miyoshi, and Naoki Sugimoto
  • Journal Title: Sensors Volume: 15 Issue: 4 Pages: 9388-9403
  • DOI: 10.3390/s150409388
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Stabilization of DNA Structures with Poly(ethylene sodium phosphate) (2015)
  • Author(s): Rui Moriyama, Yasuhiko Iwasaki and Daisuke Miyoshi
  • Journal Title: J. Phys. Chem. B Volume: 119 Issue: 36 Pages: 11969-11977
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.5b03787
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Effects of background anionic compounds on the activity of the hammerhead ribozyme in Mg2+-unsaturated solutions (2015)
  • Author(s): Shu-ichi Nakano, Yuichi Kitagawa, Daisuke Miyoshi, Naoki Sugimoto
  • Journal Title: J. Biol. Inorg. Chem. Volume: 20 Pages: 1049-1058
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effects of Cosolvents on the Folding and Catalytic Activities of the Hammerhead Ribozyme (2015)
  • Author(s): S. Nakano, Y. Kitagawa, H. Yamashita, D. Miyoshi, N. Sugimoto
  • Journal Title: ChemBioChem Volume: 16 Issue: 12 Pages: 1803-1810
  • DOI: 10.1002/cbic.201500139
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] DNA G-quadruplex detection system employing a protein fibril ligand (2015)
  • Author(s): Ryuichi Maeda, Hidenobu Yaku, Takakazu Nakabayashi, Takashi Murashima, Naoki Sugimoto, Daisuke Miyoshi
  • Journal Title: Telomere and Telomerase Volume: 2
  • DOI: 10.14800/tt.691
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] DNA structures under molecular crowding conditions with a phosphorylcholine derivative (MPC) (2015)
  • Author(s): Yu-mi Ueda, Tomohiro Konno, Kazuhiko Ishihara, Naoki Sugimoto, Daisuke Miyoshi
  • Journal Title: Transact. Mater. Res. Soc. Japan Volume: 未定
  • NAID: 130005089522
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Drastic stabilization of parallel DNA hybridizations by a polylysine omb-type copolymer with hydrophilic graft chain (2014)
  • Author(s): D. Miyoshi, Y. M. Ueda, N. Shimada, S. I. Nakano, N. Sugimoto, A. Maruyama
  • Journal Title: ChemMedChem Volume: 9 Issue: 9 Pages: 2156-2163
  • DOI: 10.1002/cmdc.201402157
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 脱ワトソン・クリックの核酸化学(26): カチオン性高分子によるDNA二重鎖の可逆的B-A構造遷移の誘起 (2016)
  • Author(s): 山口野乃花、嶋田直彦、中野修一、杉本直己、丸山厚、三好大輔
  • Organizer: 日本化学会第96春季年会
  • Place of Presentation: 同志社大学 京田辺キャンパス、京都
  • Year and Date: 2016-03-26
• [Presentation] 脱ワトソン・クリックの核酸化学(25): ヒストンテールペプチドとDNAとの結合親和性に対するエピジェネテック化学修飾の影響 (2016)
  • Author(s): 東田崇、村田耕平、杉本直己、三好大輔
  • Organizer: 日本化学会第96春季年会
  • Place of Presentation: 同志社大学 京田辺キャンパス、京都
  • Year and Date: 2016-03-26
• [Presentation] 脱ワトソン・クリックの核酸化学(24): 蛍光プローブを用いたスクリーニングシステムによるDNA四重らせん構造リガンドの新規構造モチーフの探索 (2016)
  • Author(s): 寺田康介、今川佳樹、前田龍一、杉本直己、三好大輔
  • Organizer: 日本化学会第96春季年会
  • Place of Presentation: 同志社大学 京田辺キャンパス、京都
  • Year and Date: 2016-03-26
• [Presentation] 脱ワトソン・クリックの核酸化学(23): アニオン性フタロシアニンによるがん関連遺伝子内の四重らせん構造の特異的光切断 (2016)
  • Author(s): 村田耕平、松野仁志、小川圭祐、杉本直己、三好大輔
  • Organizer: 日本化学会第96春季年会
  • Place of Presentation: 同志社大学 京田辺キャンパス、京都
  • Year and Date: 2016-03-26
• [Presentation] 脱ワトソン・クリックの核酸化学(22): 二次構造を形成したDNAとグラフェン酸化物の吸着挙動の解明 (2016)
  • Author(s): 上田侑美、造住有輝、杉本直己、三好大輔
  • Organizer: 日本化学会第96春季年会
  • Place of Presentation: 同志社大学 京田辺キャンパス、京都
  • Year and Date: 2016-03-26
• [Presentation] A comb-type cationic copolymer inducing a reversible B-A transition of DNA duplex (2016)
  • Author(s): Daisuke Miyoshi, Nonoka Yamaguchi, Naohiko Shimada, Naoki Sugimoto, Atushi Maruyama
  • Organizer: The 7th Japan-Taiwan Symposium on Nanomedicine, International Science
  • Place of Presentation: 京都大学 国際イノベーション棟、京都
  • Year and Date: 2016-01-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 細胞の分子クラウディングによって誘起される核酸の構造多様性 (2016)
  • Author(s): 三好大輔
  • Organizer: 高分子学会九州支部フォーラム
  • Place of Presentation: 熊本大学黒髪キャンパス、熊本
  • Year and Date: 2016-01-20
  • Invited
• [Presentation] Effects of epigenetic modifications on the binding of histone tail peptides with DNA strands (2015)
  • Author(s): Kohei Murata, Syu Higashida, Smritimoy Pramanik, Naoki Sugimoto, Daisuke Miyoshi
  • Organizer: International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem2015)
  • Place of Presentation: Honolulu, Hawaii, USA
  • Year and Date: 2015-12-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Adsorption mechanism and structure of DNA on graphene oxide nanosurface (2015)
  • Author(s): Yu-mi Ueda, Yu-ki Zouzumi, Naoki Sugimoto, Daisuke Miyoshi
  • Organizer: International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem2015)
  • Place of Presentation: Honolulu, Hawaii, USA
  • Year and Date: 2015-12-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] G-quadruplex ligands toward photodynamic therapy (2015)
  • Author(s): Daisuke Miyoshi, Kohei Murata, Hitoshi Matsuno, Naoki Sugimoto
  • Organizer: International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem2015)
  • Place of Presentation: Honolulu, Hawaii, USA
  • Year and Date: 2015-12-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] DNA structures stabilized with poly(ethylene sodium phosphate) (2015)
  • Author(s): Rui Moriyama, Daisuke Miyoshi, Yasuhiko Iwasaki
  • Organizer: International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem2015)
  • Place of Presentation: Honolulu, Hawaii, USA
  • Year and Date: 2015-12-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 分子クラウディング環境で機能する核酸四重らせん構造リガンドとその展開 (2015)
  • Author(s): 三好大輔
  • Organizer: BMB2015（第38回日本分子生物学会年会、第88回日本生化学会大会合同大会）
  • Place of Presentation: ポートアイランド、神戸
  • Year and Date: 2015-12-01
  • Invited
• [Presentation] Cell-mimicking system with naturally-occurring osmolytes and chemically-synthesized polymers (2015)
  • Author(s): Daisuke Miyoshi
  • Organizer: 3rd International Symposium on Nanomedicine Molecular Science,
  • Place of Presentation: 東京大学本郷キャンパス、東京
  • Year and Date: 2015-11-25
• [Presentation] Thermodynamics of nucleic acid structures under molecular crowding conditions with zwitterionic biomolecules (2015)
  • Author(s): Y. Ueda, N. Sugimoto, and M. Daisuke
  • Organizer: 第42回国際核酸化学シンポジウム (ISNAC2015)
  • Place of Presentation: あいめっせホール、姫路
  • Year and Date: 2015-09-23
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effects of epigenetic modifications on bindings of histone tail peptides with DNA strands (2015)
  • Author(s): K. Murata, S. Higashida, S. Pramanik, N. Sugimoto and D. Miyoshi
  • Organizer: 第42回国際核酸化学シンポジウム (ISNAC2015)
  • Place of Presentation: あいめっせホール、姫路
  • Year and Date: 2015-09-23
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 亜鉛フタロシアニンによるRNA四重らせん構造の特異的光切断 (2015)
  • Author(s): 村田耕平、小河圭祐、松野仁志、杉本直己、三好大輔
  • Organizer: 第9回バイオ関連化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 熊本大学工学部 黒髪南地区キャンパス、熊本
  • Year and Date: 2015-09-10
• [Presentation] 二次構造をもつDNAとグラフェン酸化物の吸着機構におけるDNA一本鎖領域の影響 (2015)
  • Author(s): 上田侑美、造住有輝、杉本直己、三好大輔
  • Organizer: 第9回バイオ関連化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 熊本大学工学部 黒髪南地区キャンパス、熊本
  • Year and Date: 2015-09-10
• [Presentation] 細胞が産生する浸透圧調節分子と人工高分子化合物を用いた細胞モデル実験系の構築 (2015)
  • Author(s): 三好大輔
  • Organizer: 新学術領域研究「ナノメディシン分子科学」第9回全体会議
  • Place of Presentation: 東京大学本郷キャンパス、東京
  • Year and Date: 2015-07-02
• [Presentation] カチオン性高分子による細胞核内模倣環境におけるDNAが形成する二次構造の熱力学的安定性 (2015)
  • Author(s): 三好大輔、山口野乃花、嶋田直彦、中野修一、杉本直己、丸山厚
  • Organizer: 日本ケミカルバイオロジー学会第10回年会
  • Place of Presentation: 東北大学川内キャンパス、仙台
  • Year and Date: 2015-06-12
• [Presentation] 両性イオン分子によるクラウディング環境におけるDNAが形成する二次構造の熱力学的安定性 (2015)
  • Author(s): 上田侑美、金野智浩、石原一彦、杉本直己、三好大輔
  • Organizer: 日本ケミカルバイオロジー学会第10回年会
  • Place of Presentation: 東北大学川内キャンパス、仙台
  • Year and Date: 2015-06-12
• [Presentation] 細胞内分子クラウディング環境で安定化するDNAの非標準構造 (2015)
  • Author(s): 三好大輔
  • Organizer: 医学研セミナー
  • Place of Presentation: 東京都医学総合研究所、東京
  • Year and Date: 2015-05-08
  • Invited
• [Presentation] 脱ワトソン-クリックの核酸化学 (14): RNAの四重らせん構造に対して特異的結合する低分子化合物の開発 (2015)
  • Author(s): 松野仁志、下農修司、杉本直己、三好大輔
  • Organizer: 日本化学会第95春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学 船橋キャンパス
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] 脱ワトソン-クリックの核酸化学 (13): 様々な二次構造を形成したDNAとグラフェン酸化物の吸着挙動の速度論的解析 (2015)
  • Author(s): 上田侑美、造住有輝、杉本直己、三好大輔
  • Organizer: 日本化学会第95春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学 船橋キャンパス
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] 脱ワトソン-クリックの核酸化学 (12): チオフラビンTを用いた配列特異的RNA四重らせん構造検出法の開発 (2015)
  • Author(s): 前田龍一、森本一弘、樫田啓、浅沼浩之、杉本直己、三好大輔
  • Organizer: 日本化学会第95春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学 船橋キャンパス
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] Effects of naturally-occurring osmolytes on structure and stability of nucleic acids (2015)
  • Author(s): Yu-mi Ueda, Naoki Sugimoto, Daisuke Miyoshi
  • Organizer: The 4th Taiwan-Japan Symposium on Nanomedicine
  • Place of Presentation: Academia Sinica, Taipei
  • Year and Date: 2015-01-08 – 2015-01-09
• [Presentation] Structural polymorphism of DNA induced and regulated by molecular crowding (2015)
  • Author(s): Daisuke Miyoshi
  • Organizer: National Univ. of Kaohsiung Dept of Applied Chemistry Seminar
  • Place of Presentation: National Univ. of Kaohsiung Dept of Applied Chemistry
  • Year and Date: 2015-01-06
  • Invited
• [Presentation] 細胞内分子環境でも機能する分子の合理設計指針 (2014)
  • Author(s): 三好大輔
  • Organizer: 第３回 エキゾチック自己組織化材料シンポジウム（日本化学会新領域研究グループ「エキゾチック自己組織化材料」主催）
  • Place of Presentation: 鳥取大学工学部
  • Year and Date: 2014-12-18
  • Invited
• [Presentation] DNA structure and stability under molecular crowding conditions (2014)
  • Author(s): Daisuke Miyoshi, Yu-mi Ueda, Naohiko Shimada, Shu-ichi Nakano, Naoki Sugimoto, Atushi Maruyama
  • Organizer: Asian Chemical Biology Conference (ACBC) 2014
  • Place of Presentation: National University of Singapore, Singapore
  • Year and Date: 2014-12-15 – 2014-12-17
• [Presentation] Non-canonical DNA structures under molecular crowding conditions (2014)
  • Author(s): Daisuke Miyoshi
  • Organizer: School of Physics & Mathematical Science Lectures
  • Place of Presentation: Nanyang Technological University, Singapore
  • Year and Date: 2014-12-14
  • Invited
• [Presentation] Thermodynamics of DNA structures under molecular crowding conditions with naturally-occurring biomolecules (2014)
  • Author(s): Y. Ueda, T. Konno, K. Ishihara, N. Sugimoto, and D. Miyoshi
  • Organizer: 第41回国際核酸化学シンポジウム (ISNAC2014)
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場
  • Year and Date: 2014-11-05 – 2014-11-07
• [Presentation] FRET-based detection of G-quadruplexes in the 5’-UTR cancer related mRNAs (2014)
  • Author(s): R. Maeda, H. Kashida, H. Asanuma, N. Sugimoto, and D. Miyoshi
  • Organizer: 第41回国際核酸化学シンポジウム (ISNAC2014)
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場
  • Year and Date: 2014-11-05 – 2014-11-07
• [Presentation] 細胞内でも活性を保持できる機能性分子の合理設計に向けた取り組み (2014)
  • Author(s): 三好大輔
  • Organizer: 東京農工大学工学部講演会
  • Place of Presentation: 東京農工大学
  • Year and Date: 2014-09-18 – 2014-09-19
  • Invited
• [Presentation] カチオン性くし型共重合体によるDNA三重らせん構造の特異的安定化 (2014)
  • Author(s): 三好 大輔, 嶋田 直彦, 中野 修一, 杉本 直己, 丸山 厚
  • Organizer: 第8回バイオ関連化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 岡山大学
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Presentation] 様々な二次構造をもつDNAとグラフェン酸化物の吸着機構の解明 (2014)
  • Author(s): 上田 侑美, 岩木 研太, 杉本 直己, 三好 大輔
  • Organizer: 第8回バイオ関連化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 岡山大学
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Presentation] チオフラビンTを利用した新規四重らせん構造リガンドスクリーニングシステムの開発 (2014)
  • Author(s): 前田龍一, 鮎澤隼哉, 中林孝和, 村嶋貴之, 杉本直己, 三好大輔
  • Organizer: 第8回バイオ関連化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 岡山大学
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Presentation] High throughput screening for DNA G-quadruplex specific ligands (2014)
  • Author(s): Ayusawa, Naoki Sugimoto, Daisuke Miyoshi
  • Organizer: 3rd Swiss-Japan Chemical Biology Symposium 2014
  • Place of Presentation: University of Bern
  • Year and Date: 2014-09-02 – 2014-09-03
• [Presentation] DNA G-quadruplex detection system by use of a protein fibril ligand (2014)
  • Author(s): Ryuichi Maeda, Takakazu Nakabayashi, Valérie Gabelica, Hidenobu Yaku, Takashi Murashima, Naoki Sugimoto, Nobuhiro Ohta, Daisuke Miyoshi
  • Organizer: The 15th IUMRS-International Conference in Asia (IUMRS-ICA 2014)
  • Place of Presentation: Fukuoka Univ
  • Year and Date: 2014-08-24 – 2014-08-30
• [Presentation] DNA structures under molecular crowding conditions with choline phosphate derivative (MPC) (2014)
  • Author(s): Yu-mi Ueda, Tomohiro Konno, Kazuhiko Ishihara, Naoki Sugimoto, Daisuke Miyoshi
  • Organizer: The 15th IUMRS-International Conference in Asia (IUMRS-ICA 2014)
  • Place of Presentation: Fukuoka Univ
  • Year and Date: 2014-08-24 – 2014-08-30
• [Presentation] Target mRNA-Triggered Drug Release from G-quadruplex-Based Drug Delivery Carrier (2014)
  • Author(s): Hidenobu Yaku, Takashi Murashima, Daisuke Miyoshi, Naoki Sugimoto
  • Organizer: The 15th IUMRS-International Conference in Asia (IUMRS-ICA 2014)
  • Place of Presentation: Fukuoka Univ
  • Year and Date: 2014-08-24 – 2014-08-30
• [Presentation] 様々な二次構造を持つDNAとヒストン模倣ペプチドの相互作用解析 (2014)
  • Author(s): 村田耕平、Pramanik Smritimoy、臼井健二、杉本直己、三好大輔
  • Organizer: 第46回若手ペプチド夏の勉強会
  • Place of Presentation: 京都府立青少年海洋センター
  • Year and Date: 2014-08-03 – 2014-08-05
• [Presentation] 細胞が産生する浸透圧調節分子と人工高分子化合物を用いた細胞モデル実験系の構築 (2014)
  • Author(s): 三好大輔
  • Organizer: 学術領域「ナノメディシン分子科学」第７回全体会議
  • Place of Presentation: 東京大学
  • Year and Date: 2014-07-02 – 2014-07-03
• [Presentation] 細胞と試験管を繋ぐ細胞環境化学模倣系 (2014)
  • Author(s): 三好大輔
  • Organizer: ナノバイオ国際共同研究教育拠点 第3回若手国内シンポジウム/NanoBio 第7回若手ネットワーキングシンポジウム
  • Place of Presentation: 九州大学
  • Year and Date: 2014-06-13 – 2014-06-14
• [Presentation] 核酸四重らせん構造リガンドの新規スクリーニングシステムの開発 (2014)
  • Author(s): 前田龍一、中林孝和、村嶋貴之、杉本直己、三好大輔
  • Organizer: 日本ケミカルバイオロジー学会 第9 回年会
  • Place of Presentation: 大阪大学 豊中キャンパス
  • Year and Date: 2014-06-11 – 2014-06-13
• [Presentation] カチオン性くし型共重合体のDNA構造特異的相互作用: パラレル二重鎖選択的安定化 (2014)
  • Author(s): 丸山 厚・嶋田 直彦・三好 大輔・上田 侑美・中野 修一・杉本 直己
  • Organizer: 第63回高分子学会年次大会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
  • Year and Date: 2014-05-28 – 2014-05-30
• [Book] 自己組織化マテリアルのフロンティア（１．３．有機材料としてのDNA四重らせん構造） (2015)
  • Author(s): 松浦和則、岸村顕広、三好大輔、他４６名
  • Total Pages: 336
  • Publisher: フロンティア出版
• [Remarks] 分子設計化学研究室（三好研究室）ウェブページ
  • URL: http://www.pi.konan-u.ac.jp/miyoshi/
• [Remarks] 甲南大学フロンティアサイエンス学部分子設計化学研究室
  • URL: http://www.pi.konan-u.ac.jp/miyoshi/index.html