Quantitative analysis and chemical regulation of DNA replication stall depending on mitchondrial environments

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K05283
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 37010:Bio-related chemistry
• Research Institution: Konan University
• Principal Investigator: Takahashi Shuntaro 甲南大学, 先端生命工学研究所, 准教授 (40456257)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: グアニン四重鎖 / i-motif / 熱力学 / 遺伝子複製 / 分子クラウディング / ミトコンドリア / 圧力 / リガンド

Outline of Final Research Achievements

The objective of this study is to quantitatively elucidate the chemical mechanisms by which mtDNA mutations are caused by changes in the chemical environment within mitochondria. To this end, we quantitatively analyzed the control mechanism of the replication reaction by the quadruplex DNA structure, and explored, designed, and synthesized small molecular compounds that regulate specific quadruplex structures. Furthermore, by developing an instrument to evaluate the intramitochondrial environment, he analyzed the formation of intramitochondrial quadruplexes in HeLa cells. These achievements have been published in international journals, including the Journal of the American Chemical Society.

Free Research Field

生体関連化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は、物理的な環境の効果と生物学的な遺伝子変異を定量的に結びつけるという特色がある。本研究成果を基盤として、ミトコンドリア内の溶液物性、四重鎖構造の安定性、および複製阻害効果を統合したデータベースを構築することができる。それにより、ミトコンドリア内の環境変化とmtDNAの変異発生を定量的に結びつける。このようなデータベースを活用することで今後新しい医工学技術の創出が期待できる。例えば、細胞内環境から生活習慣病の発症リスクを評価する診断技術の確立や、mtDNAの四重鎖構造を制御して複製阻害を抑える薬剤の合目的的な開発などに貢献できると考えられる。