2021 Fiscal Year Annual Research Report
Quantum chemical challenge to elucidate the functional mechanism of base sequence specificity deciding removal of the DNA damage
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19K22903
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
鈴木 愛 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 准教授 (40463781)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
安井 学 国立医薬品食品衛生研究所, 変異遺伝部, 室長 (50435707)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Keywords | 遺伝子損傷 / 水 / 量子化学計算 / DNA / 塩基配列 / 分子認識 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ＤＮＡの健康状態を監視し損傷を除去するhOGG1(8-オキソグアニングリコシラーゼ)はＤＮＡ中のグアニンが酸化損傷を受けた分子である8oxoG(8-オキソグアニン)が 孤立・離散して塩基配列中に存在している時は高効率で除去するが、8oxoGが密集して存在している場合は除去しない。hOGG1-ＤＮＡの間には、何らかの選別基準に則した分子認識機構が存在し、損傷除去反応が起こる塩基配列と、損傷が残存したままとなる塩基配列が予め決まっていると考えられる。
しかしＤＮＡ構造の内在因子に影響されたhOGG1とDNAとの初期分子認識過程は実験では解明し難い。そこで、精度が第一原理計算と同等でありながら高速な量子ダイナミクスを健康なＤＮＡ塩基配列、損傷が除去される塩基配列、損傷が残存したままとなる塩基配列の３次元構造に適用し、ＤＮＡ鎖の構造を解析した。
ＤＮＡヘリックス鎖のねじれや損傷塩基対から構成されるグリコシド結合の相違を無傷なＤＮＡのものと比較し、ＤＮＡが損傷を受けることで生じる骨格構造を8oxoG損傷除去率の実測値と比較検証した。
オリゴヌクレオチドにG:C(Guanine:Cytosin)を含む無傷のＤＮＡ、1か所の孤立損傷8-oxoG:C(8-オキソグアニン：Cytosin)をもつＤＮＡ、2か所の連続した損傷8-oxoG:C(8-オキソグアニン：Cytosin)をもつＤＮＡを体温および水和環境下で高速化量子ダイナミクス計算を行った結果、損傷の有無によってＤＮＡ骨格およびグリコシド結合角の差が見られた。また動径分布関数の解析結果から、水分子の集合形成も異なる事がわかり、これらが塩基配列特異性を示す要因であると考えられる。
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