2017 Fiscal Year Annual Research Report
Synthesis and characterization of metallo-DNA nanowire with infinite, uninterrupted one-dimensional metal ions array
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17H03033
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| Research Institution | Kanagawa University |
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Principal Investigator |
小野 晶 神奈川大学, 工学部, 教授 (10183253)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
近藤 次郎 上智大学, 理工学部, 准教授 (10546576)
山田 亮 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (20343741)
田中 好幸 徳島文理大学, 薬学部, 教授 (70333797)
實吉 尚郎 神奈川大学, 工学部, 助教 (10564784)
鳥越 秀峰 東京理科大学, 理学部第一部応用化学科, 教授 (80227678)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 金属含有DNA二重鎖 / DNAナノワイヤー / 超分子 / 金属錯体 / オリゴヌクレオチド合成 / 光連結法 / 単分子導電性 / 結晶構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
DNA二重鎖中で無限に金属イオンが連続する超分子錯体（金属-DNAワイヤー）を合成し、その構造と物性を研究するために、以下の研究を実施した。DNA二重鎖中で無限にAg(I)イオンが連続するAg(I)－DNAワイヤーの結晶を得ていたが、補助データを追加して、論文として公表した（Nature Chemistry, 2017, 9, 956-960）。また、Hg(II)とTTTGCの混液から、DNA構造に沿ってHg(II)イオンが連続する、長鎖のHg(II)－DNAワイヤーの結晶が得られた。さらに、4-thioThymine-2Ag(I)-4-thioThymineを有するDNA二重鎖の結晶構造を明らかにし、論文とした（Chem. Comm., 2017, 53, 11747-11750）。また、2-thioThymine-Hg(II)-2-thioThymine塩基対を有するDNA二重鎖、三本のDNA鎖から成る丁字路型の結晶構造を明らかにした（小野、近藤）。
将来、金属-DNAワイヤーに組み込むことを目的とし、新規金属含有塩基対を探索した。6-thioGuanone、4-thioThymine、2-thioThymineを組み合わせることで、種々の金属イオンが結合した、様々な金属含有塩基対が形成されることを見出した。また、4-位置換ピリミジン塩基から新しい金属含有塩基対を見出した（小野）。
10塩基～20塩基鎖長のオリゴヌクレオチドから金属含有DNA二重鎖を形成し、さらに連結して、長鎖の金属含有DNA二重鎖を合成する研究に着手した。二重鎖の連結法として、光反応法と酵素（リガーゼ）法を用いた。新たに光反応基を開発した。
金属-DNAワイヤーの物性研究の端緒として、金属含有塩基対、thymine-Hg(II)-thymine、を有する短鎖DNA二重鎖の単分子導電性解析に着手した（山田、田中）。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
金属含有DNA二重鎖の結晶構造を解析する研究は、順調に進行したといってよい。金属含有塩基対のみから成るワイヤー構造、Ag(I)-DNAワイヤーの結晶構造を報告した（Nature Chemistry, 2017, 9, 956-960）。また、4-thioThymine-2Ag(I)-4-thioThymineを有するDNA二重鎖の結晶構造を明らかにし、論文とした（Chem. Comm., 2017, 53, 11747-11750）。塩基対間に二つのAg(I)イオンが結合しているが、複数の金属イオンを有する金属含有塩基対の結晶構造の初めての例となった。2018年度に論文にするべき構造がある。Hg(II)とTTTGCの混液から、DNA構造に沿ってHg(II)イオンが連続する、長鎖のHg(II)－DNAワイヤーの結晶が得られた。また、2-thioThymine-Hg(II)-2-thioThymine塩基対を有するDNA二重鎖、三本のDNA鎖からなる丁字路型の結晶構造を明らかにした。金属含有塩基対を有する丁字路型構造は、世界で初めて発見されたものである。結晶化には到達していないが、多くの新規金属含有塩基対を見出した。
金属-DNAワイヤーの物性研究の端緒として、金属含有塩基対、thymine-Hg(II)-thymine、を有する短鎖DNA二重鎖の単分子導電性解析に着手した。導電性の計測に成功したことは、大きな成果であった。
10塩基～20塩基鎖長のオリゴヌクレオチドから金属含有DNA二重鎖を形成し、さらに連結して、長鎖の金属含有DNA二重鎖を合成する研究に着手した。二重鎖の連結法として、光反応法と酵素（リガーゼ）法を用いた。新たに光反応基を開発した。今後の発展の土台となる基本的手法を確立したことは重要である。
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| Strategy for Future Research Activity |
2017年度と同様に、金属含有DNA二重鎖の結晶構造を解析する研究を継続する。結晶化は、時間と手数のかかる実験操作を継続することが重要である。また、既存の結晶構造を論文として報告しなくてはならない。Hg(II)とTTTGCの混液から、DNA構造に沿ってHg(II)イオンが連続する、長鎖のHg(II)－DNAワイヤーの結晶が得られた。また、2-thioThymine-Hg(II)-2-thioThymine塩基対を有するDNA二重鎖、三本のDNA鎖からなる丁字路型の結晶構造を明らかにした。金属含有塩基対を有する丁字路型構造は、世界で初めて発見されたものである。
2017年度は、金属-DNAワイヤーの物性研究の端緒として、金属含有塩基対、thymine-Hg(II)-thymine、を有する短鎖DNA二重鎖の単分子導電性解析に着手した。導電性の計測に成功したことは、大きな成果であった。研究代表者は、thymine-Hg(II)-thymineのみならず、様々な金属含有塩基対を形成させる技術を持っており、2018年度の目標は、金属イオンの種類や、金属含有塩基対の構造を変えて物性（導電性）を測定することである。
2017年度は、10塩基～20塩基鎖長のオリゴヌクレオチドから金属含有DNA二重鎖を形成し、さらに連結して、長鎖の金属含有DNA二重鎖を合成する研究に着手した。二重鎖の連結法として、光反応法と酵素（リガーゼ）法を用いた。2018年度の目標は、表面科学的手法（AFM）を用いて、溶液中で、長鎖の金属含有DNAワイヤーが形成されることを証明することである。また、DNAワイヤー中の金属イオンを還元し、ナノ粒子とする。金属ナノ粒子が規則正しく配列する長、鎖のDNAワイヤーを合成したい。
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Research Products
(13 results)
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[Presentation] 多核NMR 分光法によるメタロ塩基対の構造決定2018
Author(s)
大樂 武範, 古板 恭子, 佐藤 一, 小野 哲也, 吉田 健太郎, 柏木 良友, 中島 勝幸, 近藤 次郎, 根東 義則, 小野 晶, 児嶋 長次郎, 田中 好幸
Organizer
日本薬学会第138年会
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