三重鎖DNA形式のメカニズムとアンチセンスとしての応用

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09558090
• Research Institution: The Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 皿井 明倫 理化学研究所, 細胞材料開発室, 副主任研究員 (20221286)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): PICHIERRI Fabio 理化学研究所, 計算科学研究室, 協力研究員 ; 鳥越 秀峰 理化学研究所, 遺伝子基盤研究部, 研究員 (80227678) ; 横山 一成 理化学研究所, 遺伝子基盤研究部, 副主任研究員 (80182707) ; 神藤 平三郎 東京薬科大学, 薬学部, 教授 (80138966)
• Keywords: 三重鎖DNA / アンチセンス / 熱力学 / 計算機シミュレーション

Research Abstract

核酸の塩基及びバックボーンの化学修飾が三重鎖の安定性と配列特異性に及ぼす効果を調べるため、バックボーン及び塩基に対する種々の化学修飾を施した修飾核酸について、三重鎖形成の平衡熱力学量(結合の自由エネルギー、エントロピー、エンタルピー、熱容量変化など)及びカイネティックス(会合速度定数、解離速度定数)を測定した。測定方法としては、適定型カロリメトリー、フィルター結合法、共鳴ミラー法、蛍光偏光解消法、ゲルシフトアッセイなどの方法を組み合わせて行った。これらの解析の結果、化学修飾の効果は塩基よりもバックボーンに対するほうが大きかった。このことから、核酸の構造だけでなく、その柔軟性などの物性に対する影響の重要性が示唆された。
このメカニズムをさらにくわしく調べるため、核酸の性質と化学修飾の効果について計算機シミュレーションを行った。対象とする核酸としては通常のDNA、バックボーンを修飾したphosphorothioate DNA、RNA、Omet-DNAなどについて考察した。方法としては、ab-initio量子化学計算による電荷分布や構造変化、それに伴うエネルギーの計算、新たに開発した構造サンプリングアルゴリズムを用いたコンフォメーション解析などを行った。これらの計算より、化学修飾によって核酸の電荷分布、構造やコンフォメーションの柔軟性に大きな変化がもたらされることが明らかになった。このことは、これらの分子レベルでの性質が三重鎖の安定性と配列特異性にも重要な役割を果たすことが示唆される。

Research Products

• [Publications] F.Pichierri and A.Sarai: "Properties of phosphorothioate DNA backbones. An ab initio study of prototype model linkages derived from dimethyl-phosphate anion"J.Mol.Struct.(Theochem). 460. 103-116 (1999)
• [Publications] H.Torigoe et al.: "Triplex formation of chemically modified homopyrimidine oligonucleotides : thermodynamic and kinetic studies"Biochemistry. 38. 14653-14659 (1999)