Investigation of elementary steps of transcription initiation by HS-AFM combined with single-molecule fluorescence microscopy

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K15140
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 28040:Nanobioscience-related
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: Fukuda Shingo 金沢大学, ナノ生命科学研究所, 特任助教 (90829186)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 一分子計測 / 転写 / 走査型プローブ顕微鏡 / 高速AFM

Outline of Final Research Achievements

Transcription is the first step in the central dogma of molecular biology. To understand the basics of biological phenomena, therefore it is important to reveal mechanisms how RNA polymerase initiates the transcription. This research developed techniques to allow HS-AFM to visualize the transcription initiation and uncovered the mechanism at single-molecule level. Since the developed methods are applicable for various biological samples, HS-AFM would be a more practical tool for analyzing biological phenomena.

Free Research Field

生物物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

これまでの転写開始過程の観察では、X線結晶構造解析や電子顕微鏡、光学顕微鏡、光ピンセットなどの手法が用いられてきた。しかしながら、これらの手法ではRNAP-DNA複合体のダイナミックな構造変化をリアルタイムに観察することはできなかった。一方で本研究では、高速AFMを使った観察によってRNAPとDNAが相互作用して働く様子を直接、可視化することに成功し、これまで解像することの出来なかった転写開始メカニズムを明らかにすることが出来た。これらの一分子レベルでの基礎研究の成果が、医薬創薬開発等の応用研究へ向けた知識基盤へと発展していくことが期待される。