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2015 Fiscal Year Annual Research Report

細胞で行われる核酸反応を解明するための新規モデル実験システムの構築と利用

Research Project

Project/Area Number 24550200
Research InstitutionKonan University

Principal Investigator

中野 修一  甲南大学, フロンティアサイエンス学部, 教授 (70340908)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2016-03-31
Keywordsタンパク質 / 分子クラウディング / DNA二重鎖 / 融解温度 / リゾチーム
Outline of Annual Research Achievements

本年度は、様々なタンパク質を用いて構築したモデル実験系を用いて、タンパク質による分子クラウディング環境がDNA二重鎖に与える影響を検討した。前年度に行った実験では、タンパク質の溶解度に限界があることから、5%を超える濃度による検討を行うことはできなかった。そこで、高濃度のクラウディング環境をつくり出すために、タンパク質とポリエチレングリコール(PEG)を共存させた「ハイブリッド型実験系」の構築を試みた。PEGが共存することによってタンパク質の溶解度は低下したが、PEGとタンパク質を合わせて20%のクラウディング溶液を調製することができた(うちタンパク質濃度は1~3%)。この実験系を用いてDNA二重鎖の融解温度(Tm)を蛍光測定によって算出したところ、本研究で用いたタンパク質(ウシ血清アルブミン、リゾチーム、ミオグロビン、ヘモグロビン、脂肪酸結合タンパク質)の中では、リゾチームだけがDNAのTmを上昇させる作用をもつことが見出された。この現象は、タンパク質による排除体積効果や溶液物性(粘度、水の活量、誘電率など)で十分に説明することができず、リゾチーム特有の性質(表面電荷など)が原因で生じた可能性がある。そこで、ループ構造を有するDNAに対して実験を行ったところ、DNA構造によってTmの上昇度が大きく異なり、熱融解曲線の形状から、PEG 存在下ではリゾチームはDNAと結合している可能性が考えられた。また、共存させるPEGの分子量が大きくなるほどTmの上昇度が大きくなり、タンパク質による分子クラウディング環境がDNAの構造安定性に大きな影響を与えうることが示された。このハイブリッド型実験系によって、分子クラウディング環境ではDNAとタンパク質の弱い相互作用が顕著になることが明らかになり、これは細胞の分子クラウディング環境が核酸に与える影響を解明する上でとても重要な知見である。

  • Research Products

    (11 results)

All 2016 2015 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] The structural stability and catalytic activity of DNA and RNA oligonucleotides in the presence of organic solvents2016

    • Author(s)
      S. Nakano and N. Sugimoto
    • Journal Title

      Biophys. Rev.

      Volume: 8 Pages: 1-13

    • DOI

      10.1007/s12551-015-0188-0

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effects of cosolvents on the folding and catalytic activities of the hammerhead ribozyme2015

    • Author(s)
      S. Nakano, Y. Kitagawa, H. Yamashita, D. Miyoshi, and N. Sugimoto
    • Journal Title

      ChemBioChem

      Volume: 16 Pages: 1803-1810

    • DOI

      10.1002/cbic.201500139

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Effects of background anionic compounds on the activity of the hammerhead ribozyme in Mg2+-unsaturated solutions2015

    • Author(s)
      S. Nakano, Y. Kitagawa, D. Miyoshi, and N. Sugimoto
    • Journal Title

      J. Biol. Inorg. Chem.

      Volume: 20 Pages: 1049-1058

    • DOI

      10.1007/s00775-015-1286-y

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 生体分子を含んだクラウディング環境がDNAに与える安定性変化のメカニズム2016

    • Author(s)
      中井大樹, 山口大輔, 杉本直己, 中野修一
    • Organizer
      日本化学会第96春季年会
    • Place of Presentation
      同志社大学(京都府京田辺市)
    • Year and Date
      2016-03-24
  • [Presentation] Effects of protein crowding on the thermal stability of DNA2015

    • Author(s)
      Hiroki Nakai, Daisuke Yamaguchi, Naoki Sugimoto, and Shu-ichi Nakano
    • Organizer
      第38回日本分子生物学会年会(BMB2015)
    • Place of Presentation
      神戸ポートアイランド(兵庫県神戸市)
    • Year and Date
      2015-12-02
  • [Presentation] Comparison of the effects of PEG, dextran and proteins on the thermal stability of a DNA duplex2015

    • Author(s)
      Hiroki Nakai, Daisuke Yamaguchi, Naoki Sugimoto, and Shu-ichi Nakano
    • Organizer
      第42回国際核酸化学シンポジウム(ISNAC2015)
    • Place of Presentation
      Egret Himeji(兵庫県姫路市)
    • Year and Date
      2015-09-23 – 2015-09-24
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effect of molecular crowding on ion binding to DNA G-quadruplexes studied by isothermal titration assay2015

    • Author(s)
      Kenta Iwaki, Hayato Sangen, Naoki Sugimoto, Shu-ichi Nakano
    • Organizer
      第42回国際核酸化学シンポジウム(ISNAC2015)
    • Place of Presentation
      Egret Himeji(兵庫県姫路市)
    • Year and Date
      2015-09-23 – 2015-09-24
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] タンパク質を用いた細胞内環境がDNAに与える影響2015

    • Author(s)
      中井大樹、中野修一
    • Organizer
      第6回生命機能研究会
    • Place of Presentation
      龍谷大学大阪梅田キャンパス(大阪府大阪市)
    • Year and Date
      2015-09-12
  • [Presentation] 細胞内模倣環境がDNA四重鎖のイオン結合におよぼす影響2015

    • Author(s)
      岩木研太、中野修一
    • Organizer
      第6回生命機能研究会
    • Place of Presentation
      龍谷大学大阪梅田キャンパス(大阪府大阪市)
    • Year and Date
      2015-09-12
  • [Remarks] バイオ分子機能研究室

    • URL

      http://www.kcc.zaq.ne.jp/konan1st_bmflab/

  • [Remarks] 補助金研究報告

    • URL

      http://www.kcc.zaq.ne.jp/konan1st_bmflab/Hojyokin_reports.html

URL: 

Published: 2017-01-06  

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