Development of topology-selective light-up G4 ligand

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H02876
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 37030:Chemical biology-related
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture and Technology
• Principal Investigator: Nagasawa Kazuo 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10247223)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: グアニン四重鎖 / ライトアップ型プローブ / G４リガンド / G４トポロジー

Outline of Final Research Achievements

The G- quadruplex (G4) structure is one of the higher-order structures of nucleic acids that are “dynamically formed” in single-stranded sequences of guanine-rich nucleic acids. G4 formation is believed to regulate various life phenomena such as DNA replication and gene transcription. However, the relationship between G4 formation and biological phenomena has remained unclear in live cells. In this study, we aimed to create a light-up G4 ligand to observe dynamically formation of G4 in live cells. We have developed a new ligand that incorporates a vinylnaphthyl derivatives into the polyoxazole-type G4 ligand which we have developed previously. One of the ligands was found to show fluoresce only when it interacts with parallel type G4 selectively among the characteristic three-topologies of G4. We were also confirmed that the fluorescence of the probe disappeared as G4 was de-formed.

Free Research Field

有機合成化学・ケミカルバイオロジー・創薬化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

G4は、転写、複製、翻訳、ゲノム安定性等、多様な生命現象に関与する。本研究で開発した新規プローブを用いることで、これまで不明だった生体内での「動的なG4形成に由来する生命現象」を解析するための新たな研究基盤が構築される。
これまでに報告されているG4由来の生物機能は、がんなどの難治性疾患と関連している。本研究の推進により、これら疾患のG4に由来した新たな発症メカニズムの解明　と創薬分子標的の探索へ発展する。加えてG4以外の生細胞内で動的に形成される非B型DNAの高次構造も、転写調節を中心とする様々な生物機能を担うことが予想されている。本研究の成果は、他の非B型DNAの機能解明にも応用される。