2021 Fiscal Year Annual Research Report
Revisiting genetic information: introducing the concept of the collective dynamics of DNA and water
| Project/Area Number |
20H03298
|
|---|
| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
|---|
Principal Investigator |
今清水 正彦 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 主任研究員 (90465930)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 真人 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究グループ長 (30386643)
徳永 裕二 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 研究員 (80713354)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | サブテラヘルツ / DNA / 転写因子 / 反復パターン / イミノプロトン / 水素結合 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
テラヘルツ（THz）・サブテラヘルツ領域の電磁波による水溶液中DNAの揺らぎ運動への摂動を観測するために、溶液NMR法を用いてDNA塩基対イミノプロトンの水との交換を測定した。これまでの研究から予想した二本鎖DNAにおける反復配列パターンと0.1THz波照射によるイミノプロトンシグナル変化の間に明確な相関性は観測されなかった。その一方で、DNA試料が不完全な二本鎖の場合、0.1THz波照射に依存したイミノプロトンシグナルの増強が観測された。DNAに加えて水和水への0.1THz波照射作用を調べるため、同様の試料を用いた誘電緩和測定を行なっている。
DNA反復配列パターンと転写因子への結合親和性の関係について統計的な評価を行なった。具体的には、c-Myc/Max転写因子の結合を(1)負に制御することが予想される反復パターンを含むDNAと、(2)正に制御することが予想される反復パターンを含むDNAを用い、その塩基対水素結合環境の特徴をイミノプロトンシグナルを指標として同様に調べた。結合制御の予想は、David Lukatsky氏（ネゲブ・ベン＝グリオン大）らがゲノムワイドデータ解析によって行なった。その結果、負の制御が予想される特定の反復配列では、水溶液中の二本鎖DNA塩基対の水素結合環境がB型よりもA型に近くなることが示唆された。c-Myc/Max転写因子とランダムDNA配列ライブラリーを用いたin vitro結合アッセイを行い（転写因子との結合によって選択された特定の反復配列をハイスループットDNAシーケンスを用いて解析し）、特定反復配列による正と負の制御の予想を実験的に検証している。さらに、Lukatskyグループと協力し、in vivo レポーターアッセイを行い、in vivoとin vivoの両面で予測と矛盾がない結合親和性が得られるかについて、検証を行なっている。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
テラヘルツ波・サブテラヘルツ波による水溶液中DNAの揺らぎ運動への摂動をDNA塩基対のイミノプロトンシグナルを指標として観測する手段を得ることができた。また、転写因子結合性を反映する特定のDNA反復配列パターンと二重らせん構造型を反映する特定のDNA塩基対水素結合環境を関係づけることができた。さらに、国際共同研究を取り入れ、反復配列パターンと転写因子結合親和性の関係をin vitroとin vivoの両面で評価できていることから、おおむね順調に進展していると判断した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
0.1THz波照射により観測されたDNA塩基対イミノプロトンシグナルの増強について、その水素結合環境変化の詳細を溶液NMR法と誘電分光法を用いて調べる。転写因子への結合性を反映する特定の配列反復性とA型二重らせん構造の相関について、溶液NMR法を用いて詳細に調べる。また、このようなDNAの揺らぎ運動や塩基対水素結合環境に関係する現象と転写調節機構との繋がりを、これまでに本研究で構築したTHz-ストップトフロー法などを用いて生化学レベルで明らかにする。
|
