Development of micro second measurement for functional analysis of DNA binding proteins

2018 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 16K07313
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Biophysics
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Kamagata Kiyoto 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (90432492)
• Research Collaborator: TAKAHASHI SATOSHI
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: がん / 蛋白質 / 一分子計測 / DNA

Outline of Final Research Achievements

DNA-binding proteins can search for and bind to the target DNA sequence among a huge non-target sequence. We hypothesized that the proteins use “hopping” and “intersegmental transfer”, which is difficult to measure, during the target search. In this study, we developed sub-millisecond time resolved single-molecule fluorescence microscopy for DNA-binding proteins and aligned DNA array “DNA garden”, and investigated the target search mechanism of the proteins by visualizing the motion at single molecule level. We found that a tumor suppressor p53 searches for the target DNA by hopping and intersegmental transfer. Furthermore, we revealed the accuracy for recognizing the target DNA and proposed the molecular mechanism for bypassing the obstacles on DNA.

Free Research Field

生物物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

がんなどの疾患は、p53などのDNA結合蛋白質がDNAの標的配列を探索できず結合できないことに起因するため、DNA結合蛋白質の標的配列探索の仕組みの解明は重要である。本研究の特徴は、p53が標的配列を探索する過程を可視化し、従来の方法では計測が難しい、ホッピングやセグメント間移動による探索を検証することである。マイクロ秒時間分解単分子計測法は、DNA結合タンパク質の機能の解明に貢献する。さらに、開発したDNA整列固定法は、世界でもっとも簡便で単純な方法である。このDNA整列固定による単分子計測は、様々なDNA結合蛋白質の探索の仕組みの解明、薬候補のスクリーニングなどの創薬に使用できる。