2020 Fiscal Year Annual Research Report
Single molecule observation and theoretical study of higher order structural change of DNA accompanied by DNA quadruplex formation
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17K05013
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| Research Institution | Oita University |
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Principal Investigator |
谷川 雅人 大分大学, 医学部, 教授 (90332890)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岩城 貴史 大分大学, 医学部, 助教 (60416419)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | G-quadruplex / ストップトフロー / 円偏光二色性 / 分子動力学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
蛍光顕微鏡で1分子で観察できるBAC DNAを用いて、溶液中のDNAの構造の揺らぎを調べることにより、DNAのミクロな領域の構造変化が、ゲノム構造などの大きな構造に影響を与えることを研究した。このために，レーザー光によるBAC DNAへのダメージを最小限に抑えるために、弱いレーザー光を斜めに照射して測定する方法を確立した。この方法によって、単一分子の長時間連続測定を行うことができるようになった。
G-quadruplex構造を取ることのできる配列のDNAがタンデムに複数あるときの相互作用を調べた。特に，溶媒の条件や含まれる分子によって，四重鎖構造の安定性が大きく変化することを見出した。同じ鎖の中にこの配列が複数あるとき，1か所が四重鎖構造を とると近傍のDNAに捩れ応力が伝搬し，一気にすべての配列部位で四重鎖構造を取ることを示唆する結果を得た。また，これらの実験を単純化したモデルを用いた計算機によるシミュレーションによって考察した。特に，Tirf顕微鏡による一分子観察の結果とCDを用いたストップトフローの結果は相関があり，DNAの微小な構造変化が挙動に影響を及ぼしていることを明確に捉えることができた。当初予定していたTMPyPやIdarubicin,irinotecanに加えてこれまでG-quadruplexと相互作用することが知られていない様々の小分子について構造変化をCDで一分子挙動を顕微鏡で調べ，これらに変化を生じさせる分子を複数見つけた。また，溶媒の効果を調べ，高濃度グリセロール溶液中での長円状DNA鎖の挙動は、希薄なポリマー溶液で用いられるZimmモデルではなく、濃厚なポリマー溶液で用いられるRouseモデルに従うことの詳細を明らかにした。
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