2021 Fiscal Year Research-status Report
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21K19014
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| Research Institution | National Institutes for Quantum Science and Technology |
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Principal Investigator |
長田 健介 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子医科学研究所 分子イメージング診断治療研究部, 主任研究員 (10396947)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Keywords | ＤＮＡ複合体 / 高次構造変換 / ポリイオンコンプレックス / ヌクレオソーム / 転写調節 / 非ウイルス性ベクター |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生物は、高分子の一次構造をもとに高次構造を組み上げ、その構造転移を通じて会合-解離の平衡を動かし、機能を創発、ついには生命の営みにつなげている。一方、現在の物質科学は、高分子集合体の高次構造を意図して組み上げることまでできているものの、それを構造変換することに踏み込めていない。本研究では、正電荷性連鎖と中性連鎖からなる高分子を使って一本のDNAに多様な高次構造を作らせ、その高次構造を電荷密度の調節によって変換、その効果を転写活性の制御として結実させる事に挑戦する。これにより「高次構造の変換－機能創発」を高分子科学的に再現し、生命活動の源とも言える遺伝子発現プロセスの作動原理を物質科学的に理解していく端緒を得る事を目的としている。そのために、ゲノムに見られる超らせん構造を有するDNAとしてプラスミドDNA（pDNA）を取り上げ、合成高分子を使って一本のpDNAを折りたたみ、高次構造を作らせることを行う。これをヌクレオソームのモデル系としてその高次構造の変換を試みる。
初年度は、一本のDNAに高次構造を作らせるための高分子の分子設計と合成を行った。具体的には、ヒストンにおいてDNAと相互作用する役割を果たしているリジン残基を重合したポリ-L-リシン（PLL）と、PLL/pDNA複合体を二次会合させずに水和させるための親水性高分子ポリエチレングリコール（PEG）からなるブロック共重合体を合成した。この際、DNAに多様な高次構造を作らせるために、PLLおよびPEG連鎖の分子量の異なる種々ブロック共重合体を用意した。こららとpDNAとの複合体を調製し、原子間力顕微鏡を用いて高次構造の観察を行った。
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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
初年度は、PLLおよびPEG連鎖の分子量が異なる一連のブロック共重合体を用意した。合成した高分子の同定には核磁気共鳴（NMR）測定が必要となるが、年度途中に使用できない状態となってしまったため、外部への測定依頼という形で合成の確認を行った。また、pDNA/PEG-PLL複合体の高次構造を透過型電子顕微鏡（TEM）を用いて観察する予定であったが、感染症の蔓延のため外部への出張が制限され、実施することが出来なかった。そのため、アクセス可能な原子間力顕微鏡（AFM）を用いて高次構造の観察を試みた。空間分解能という点ではTEMに及ばないものの高次構造をある程度観察可能であることを確認した。このように当初計画通りに進めることが難しい状況であったが、一連の高分子を用意するとともにpDNA/PEG-PLys複合体の高次構造をAFMで観察する体制が整えられつつある事から概ね順調に進んでいると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度に合成した分子量の異なる種々ブロック共重合体を用いてpDNAに高次構造を作らせるとともに、これをAFMで同定できるよう観察法の改善を進める。特に、高次構造変化を形態的に直接捉えられることが可能になるよう液中観察技術の確立を試みる。NMRに関して、近くの大学の共通機器センターを利用するなど合成を迅速に進められるように環境整備に努める。また、水中でPLL連鎖の一部をアセチル化させるための反応条件の検討を行う。これはPLL鎖の電荷密度の調節を狙ったもので、化学的な方法と酵素を使った生物的な方法の両者を検討する。期待通り進むようであれば、その条件をpDNAとの複合体に対して適用し、高次構造の変換が実現されるかを検証する。
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Research Products
(18 results)
