DNA junctionに蛍光色素と金属錯体を組み込んだ人工光合成系の開発

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21J23582
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 東 秀憲 名古屋大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2021-04-28 – 2024-03-31
• Keywords: DNA / 人工光合成 / FRET / フォトレドックス触媒

Outline of Annual Research Achievements

本研究ではDNA junctionに触媒活性がある金属錯体を多数の蛍光色素とともに組み込んだ人工光合成系の構築を目指す。本年度は当研究室で開発されたD-Threoninolリンカーを介してフォトレドックス触媒であるRu(bpy)3をDNAに導入することに成功した。当初予定していたRu(bpy)3をD-Threoninolに縮合後、アミダイトモノマーにする手法は合成困難であると判断した。そこで、まずbpyのみをDNAに導入した後、Ru(bpy)2Cl2との配位子交換反応を利用することでDNAにRu(bpy)3を導入する手法を考案した。具体的には、bpyをD-Threoninolに縮合後、アミダイトモノマー化し核酸自動合成機でDNA配列中に導入した。その後、Ru(bpy)2Cl2、NaCl存在下で水・メタノール混合溶媒中で加熱することで高効率に配位子交換反応が進行し、目的のRu(bpy)3が導入されたDNAが得られることを見出した。
DNA二重鎖や3-way junction DNAにドナー色素としてpyreneをRu(bpy)3と同時に導入すると、pyreneからRu(bpy)3へ高効率に光エネルギーが移動することが確認された。また、DNA二重鎖にRu(bpy)3を導入すると構造体が不安定化された。それに対し、3-way junctionにRu(bpy)3を導入すると構造体を安定化させることが明らかとなった。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本年度はDNA中にRu(bpy)3を導入する方法を探索した。当初計画していた導入方法では合成的に困難であったため断念し、導入方法の変更を余儀なくされた。別の導入方法でDNAにRu(bpy)3を導入することには成功したが、導入方法を変更するにあたり時間を要した。
実際にDNA構造体に導入したRu(bpy)3へ別の蛍光色素からエネルギー移動が起きることが確認された。また、Ru(bpy)3をDNA構造体に導入した際の構造安定性の変化についての知見も得られた。以上のことからやや遅れていると評価した。

Strategy for Future Research Activity

まず、ドナー色素からRu(bpy)3へのエネルギー移動についてより詳細に検討し、DNA junctionへのドナー色素とRu(bpy)3の最適な集積化方法を探索する。さらに、DNA junctionの構造を変化させエネルギー移動を評価することで、最適なDNA junctionの構造を探索する。