2021 Fiscal Year Research-status Report
核酸塩基の水素結合解析による冷結晶化メカニズムの解明
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21K14725
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
本田 暁紀 東京理科大学, 理学部第一部化学科, 助教 (10812977)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 核酸塩基 / 冷結晶化 / 水素結合 / 蓄熱 / 赤外分光法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
アルキル基を導入した核酸塩基分子の示す冷結晶化について研究を行った。ここで冷結晶化とは、冷却時に過冷却液体やガラス状態になった分子を再加熱した際に、加熱過程で発熱を伴った結晶化が生じる現象を指す。また、熱挙動を赤外分光法によって解析した。
ドデシル基を導入したアデニン、チミン、シトシン、ウラシル分子の合成を行った。既に冷結晶化が発現することが分かっているアデニンとチミンの1:1混合系について、示差走査熱量測定(DSC)を実施し、再現性良く冷結晶化が発現することを明らかにした。また、赤外分光光度計と組み合わせることが可能な温度ステージを導入し、冷結晶化における水素結合の状態を解析した。核酸塩基分子は生体内において相補的な水素結合を形成することで知られており、冷結晶化により生じた結晶中でも相補的な水素結合を形成していることが分かった。DNA中でペアとなるアデニン・チミンに加えて、RNA中でペアとなるアデニン・ウラシルについても熱分析を行った。ドデシル基を導入したアデニンとウラシルを1:1で混合した後にDSC測定を行ったところ、冷結晶化が発現した。加えて赤外分光法による解析を行ったところ、冷結晶化で生じた結晶中で相補的な水素結合が形成されていることを示唆する結果が得られた。一方で、相補的なペアとならないアデニンとシトシンの混合系では、今のところ冷結晶化の発現は確認されていない。ゆえに、核酸塩基の混合系における熱挙動において、相補的な水素結合の存在が過冷却および冷結晶化の要因となっていることが明らかになった。
また、赤外分光法による冷結晶化の解析をその他の系に適用する前段階として、色素分子などの低分子の冷結晶化についても研究を展開した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初予定していたアルキル基を導入した核酸塩基分子の合成については、グアニン以外の合成法は確立できた。また、冷結晶化における水素結合の解析に用いる、赤外分光光度計用の温度ステージの導入は完了した。アルキル置換した核酸塩基分子において、新たにアデニンとウラシルの混合系で冷結晶化が発現することを見出し、学会発表を行った。加えて、ドデシル基以外の鎖長のアルキル基を導入した核酸塩基分子の合成にも着手している。冷結晶化を示すその他の冷結晶化低分子に関する研究も進展させており、論文発表を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
冷結晶化が発現することが分かったアデニンとチミン、アデニンとウラシルの混合系における、水素結合と冷結晶化の相関について、より定量的なデータを取得する。液体・過冷却液体・ガラス状態・結晶における水素結合の状況を、より詳細に解析する。また、現状では1:1の混合比のみで熱分析を行っているため、異なる混合比でも熱分析を行う。また、新規分子の合成としては、アルキル化したグアニン分子の合成手法の確立を目指す。核酸塩基分子のペアリング・アルキル鎖長の違いに応じた熱挙動と水素結合の差異を網羅的に調べることにより、水素結合と冷結晶化の相関を明らかにする。
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