2016 Fiscal Year Annual Research Report
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15H01807
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
丸山 厚 東京工業大学, 生命理工学院, 教授 (40190566)
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2015-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 高分子電解質複合体 / くし型共重合体 / ペプチド / DNA / 脂質膜 / フォールディング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
カチオン性くし型共重合体による機能性核酸およびペプチドとの構造と機能制御に関して以下の知見が得られた。
１）リボヌクレアーゼ模倣核酸酵素（DNAzyme）のマルチプルターンオーバー条件下の活性に対する化学修飾核酸の効果を検討し、さらにくし型共重合体との相加、相乗効果を検討した。LNAをDNAzymeのバインディングアームに導入した場合、活性は顕著に低下した。一方、2'Oメチル化核酸（2'-OMe)を導入したDNAzymeでは、酵素活性が数倍程度向上した。さらに、くし型共重合体では2'-OMe修飾と高い相乗効果が認められ数十倍活性が高められる事がわかった。
２）DNAzymeを基盤とした核酸センサー（MNAzyme)において、カチオン性くし型共重合体を添加することで、センサー感度の顕著な向上が可能なことが示された。また、MNAzyme構造を改変することでバックグラウンドシグナルを抑制できることを明らかにした。基質のターンオーバーに加え、標的核酸のターンオーバーも共重合体により促進された結果を考えられる。
３）膜破壊ペプチドであるE5をくし型共重合体がランダム構造から秩序構造へ変換することを明らかにしたが、ペプチド配列を変換したE5誘導体においてもくし型共重合体が秩序構造へ効果的に変換することを明らかにした。溶存性を保ちつつペプチドとの高分子電解質複合体を形成することで、ペプチド単独の構造形成が促された結果と考えられる。
４）ペプチド配列を改変したE5誘導体の脂質膜構造転移活性を評価した結果、疎水性度の高いペプチドほど共重合体の存在下で活性が高くなり、一方ヘリックス含量は中程度のものが良好であることが見いだされた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
機能性核酸に対する共重合体の効果では、たとえば共重合体と非天然核酸との組み合わせにより、酵素活性を30倍増強させるなど、当初の予想を上回る機能が示された。二つの全く異なるストラテジーを組み合わせ、核酸酵素の活性を相乗的に向上した初めての例と考えられる。また、核酸酵素を基盤とするMNAzymeセンサーに関しては共重合体により活性を高められるだけでなく、至適温度を低下させる方法論が見いだされた。生理的温度において活性を高く保つ上で有用な知見である。一方、膜破壊活性ペプチドのアミノ酸配列の最適化を行い、より高い活性のペプチドを得ると共に、機能向上に求められるペプチド構造について分子設計法が見いだされた。さらに、くし型共重合体の構造特異性について基礎的な知見が得られ、より機能の高い共重合体の設計が期待される。
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| Strategy for Future Research Activity |
より高い機能性分子の実現に向け、以下の項目に今後注力する。
１）共重合体によるDNAzyme活性化機構について分レベルでの機構を明らかにする。
２）MNAzyme型核酸センサーのオンサイト核酸検出法への展開を図る。特に、最近疾病マーカーとしての重要性が指摘されているmiRNAなどの短鎖核酸を簡便、高感度に検出するシステムの構築を目指す。
３）脂質膜に対するペプチド・共重合体の作用を分子レベルで解析し、ペプチド・共重合体複合体が脂質シートを安定化する機構を明らかにする。
４）脂質シートの生体成分、細胞との相互作用を明らかにし、医療デバイスへの応用展開を図る。
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