2012 Fiscal Year Annual Research Report
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22310038
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
鹿園 直哉 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究主幹 (10354961)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
村上 洋 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究職 (50291092)
赤松 憲 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究副主幹 (70360401)
樋口 真理子 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力基礎工学研究部門, 研究職 (90370460)
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| Project Period (FY) |
2010-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 複雑損傷 / 難修復性 / DNA分子構造 / 分子動力学 / テラヘルツ分光 |
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| Research Abstract |
本年度は複雑損傷の難修復性に関与する因子の同定並びに損傷をもつDNA分子の動きの計算を進めるとともにテラヘルツ分光装置開発の高度化を進めた。
1. 複雑損傷の難修復性に関する実験においては、化学的に合成したDNA損傷からなる複雑損傷を細胞に取り込ませ、複雑損傷の形質転換効率及び突然変異誘発頻度を調べる研究を進めた。８－オキソグアニンを一方の鎖に、チミングリコール、ジヒドロチミン、脱塩基部位、鎖切断等様々なタイプの損傷をもう一方の鎖に配置した複雑損傷で測定を行った結果、（１）複雑損傷の形質転換効率は、損傷が無い場合や単独損傷の場合と同程度であること、（２）複雑損傷では８－オキソグアニンの相補鎖上にある他の損傷の種類によらず突然変異頻度が高まること、が明らかとなった。これらのことは、８－オキソグアニンを含む複雑損傷の複製効率は損傷が無い場合と差がないが、突然変異誘発能は同じ経路によって高まることを示唆している。難修復性を明らかにする上で重要な知見である。
2. テラヘルツ分光においては、DNA分子の骨格伸縮、変角、ねじれなどのマクロな振動を測定可能な試料ホルダー及び試料作成法の開発を試みた。テラヘルツ分光測定は、複雑損傷の分子構造の特徴を明らかにし、難修復性を分子構造から説明しようとする試みの実現につながる。
3. 分子動力学計算においては、脱塩基部位と８－オキソグアニンの単独損傷及びそれらを二つの鎖にある複雑損傷をもつ分子の挙動の計算を行った。その結果、脱塩基部位と８－オキソグアニンが３’方向に１塩基離れた複雑損傷はDNA分子の揺らぎ及び曲がりが特に大きいことが明らかになった。この計算結果は難修復性との関連が強く示唆されるため、今後の研究を進める上で非常に重要な成果である。現在複雑損傷をもつ分子と修復酵素との相互作用について計算を進めているところである。
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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
複雑損傷の難修復性を調べるためには、損傷DNAの分子構造を調べる必要があるが、その分子構造を測定するために、蛍光共鳴エネルギー移動現象を利用したDNA損傷分布の測定法、任意の損傷配置を有する複雑損傷の生物影響の測定法及び揺らぎや曲がりを測定する分子動力学計算コードを確立してきた。DNA損傷分布の測定に関しては、熱処理による脱塩基部位の生成を行いその空間分布が指数分布に従うランダムな分布をもつことを明らかにし、手法を確立することができた。複雑損傷の生物影響の測定に関しては、複製効率及び突然変異誘発頻度を簡便かつ高い再現性で評価する手法を開発し、難修復性に関して重要な知見を得てきている。さらに、分子動力学計算コードではDNA損傷をもつ分子の挙動を明らかにするとともに、修復酵素の複雑損傷に対する結合に関しての計算を開始している。このように、多面的に複雑損傷の研究を進めており、DNA損傷の空間分布や分子構造に基づいた修復効率や生物作用の機構解明への手がかりが得られつつある。今後放射線照射によって誘発されるDNA損傷の空間分布を明らかにするとともに、複雑損傷の分子構造に基づいた修復効率や生物影響を明らかにする研究を進め、得られた結果を総合的に解析することで複雑損傷の難修復性の原因に迫ることができると考えている。研究はおおむね当初の計画通りに進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題は実験及び計算を用い、多角的な観点から複雑損傷の難修復性を明らかにしようと研究を進めてきた。実験及び計算手法の確立がなされたことから、今後はそれらの手法に立脚し、（１）損傷DNAの分子構造の詳細、（２）損傷DNAと修復酵素との結合安定性、（３）複雑損傷の修復の有無、（４）複雑損傷の生物作用に影響を及ぼす因子、を調べることにより複雑損傷の難修復性の原因について明らかにしていく予定である。
損傷DNAのテラヘルツ分光は、分子のマクロな振動を調べうる魅力的な測定法であるが、その一方水分子の吸収が大きくDNA水溶液でのスペクトル測定は容易ではないことが想定される。これまで装置の高度化を行い、発生テラヘルツ波の高強度化、検出システムのための光学系の調整等によりテラヘルツ信号検出の最適化を行ってきた。今後はさらに測定周波数域の拡大や試料作成の工夫を組み合わせることにより、この非常に挑戦的な課題に取り組む予定である。損傷を有するDNA分子はもとよりDNA分子そのものの測定ができない可能性は残ってはいるが、当初研究計画で想定していたように、複雑損傷をもつ分子のダイナミックスに関する必要な情報は分子動力学計算により得ることが可能であると考えている。
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