2016 Fiscal Year Annual Research Report
低分子化合物を用いた全ゲノム中のグアニン四重鎖の網羅的探索と特異的安定化
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26282214
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
長澤 和夫 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10247223)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | グアニン四重鎖 / テロメア / トポロジー / テロメスタチン / ポリオキサゾール / ビオチンプローブ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
グアニン四重鎖は、グアニンが豊富な核酸の１本鎖領域で可逆的に形成される核酸の高次構造の１つである。グアニン四重鎖は、これまでにテロメア領域や遺伝子プロモーター領域で形成が示唆され、転写や複製に関与していることが報告されている。現在グアニン四重鎖は、様々な生命現象を司る鍵因子として捉えられている。
グアニン四重鎖は、グアニン豊富な領域で形成する可能性があるが、実際形成可能な配列を探索するのはこれまで非常に困難であった。我々は、グアニン四重鎖と相互作用する大環状ポリオキサゾール骨格を有する化合物をグアニン四重鎖へのリガンドとして開発してきた。これまでに当該骨格を有する化合物を蛍光プローブ化することでDNAマイクロアレイ上のグアニン四重鎖形成配列の網羅的探索に成功し、またビオチン化することで、既知グアニン四重鎖形成配列の単離に成功している。
今年度は、ビオチン化リガンドを用い、細胞抽出液を用いた全ゲノムからのグアニン四重鎖形成配列の単離を試みた。これまでモデル配列で確立した条件下、単離を試みた。その結果、グアニン４重鎖形成配列をビオチンリガンドに固定化できることがわかった。今後、リガンドからDNA断片を回収する工程について検討を行ない、ゲノム中からのグアニン四重鎖形成配列の探索を行う。
グアニン四重鎖は、大きく三つのトポロジー構造（アンチパラレル、パラレル、ハイブリッド）に分類される。これらを選択的に安定化することは、対応するグアニン四重鎖の特異的機能制御につながる。本年度、大環状骨格に四本のグアニジノアルキル側鎖を有するリガンドを創製した。本リガンドは、グアニン四重鎖構造をパラレル型に強力に安定化し、また他のトポロジーからもパラレル型に誘起することを見いだした。現在、本リガンドのトポロジー誘起機構について解析中である。
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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
本研究で計画をした、全ゲノムからのグアニン四重鎖の探索について検討を行うことができた。現在のところ、グアニン四重鎖をリガンド固定化することが可能であることを見いだしたが、用いたリガンドプローブとグアニン四重鎖との相互作用能が強く、リガンドからのDNAの切り出しと同定のための条件検討を行っている。リガンドの構造を変えることによるアプローチ（アフィニティの減弱）も併せて検討している。ほぼ計画した研究を推進することができた。
また、グアニン四重鎖のトポロジーを安定化するリガンド開発においては、パラレル型トポロジーを強力に安定化し、かつ他のトポロジー（アンチパラレル、ハイブリッド）に安定化されているグアニン四重鎖を、当該リガンドを滴定することで、パラレル型に誘起することを見いだした。本リガンドは今後、パラレル構造に起因するグアニン四重鎖の生物機能を解明するための有用なプローブとなることが期待できる。
以上の進捗から、おおむね順調に進行した、と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後、全ゲノムからのグアニン四重鎖形成配列の単離に向けて、リガンド上に固定化されたグアニン四重鎖形成配列の切り出し条件の検討、およびDNAを固定化するためのリガンド構造の改良を行うことで、グアニン四重鎖形成配列の同定を行う。
また今回見出したパラレル型トポロジーを強力に誘起、安定化するリガンドの構造誘起能について精緻な解析を行う。これにより、他のトポロジーに対する特異的な相互作用能を有するリガンドの開発行う。
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| Causes of Carryover |
創製したグアニン四重鎖リガンドを用い、グアニン四重鎖の特異的安定化を検討している過程で、リガンドの一つがグアニン四重鎖のトポロジーの一つであるパラレル型と特異的な親和性を示すことを見出した。当該化合物の機能解析の結果、当該化合物がグアニン四重鎖に対して二分子で相互作用し、また二分子目が相互作用する際にトポロジー特異的な親和性を誘起することを示唆する興味深い知見を得た。グアニン四重鎖の特異的機能制御の観点から、本知見のより精緻な結合解析の実施が必要となったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
当該化合物を用いたイオンモビリティ質量分析、NMRを用いた解析、コンピュータを用いたドッキングスタディ実験を行うことで、リガンドの特異性の発現に関する解析を行う。これらの実験を行うために、リガンド合成のための消耗品費、解析のための機器使用料として用いる。
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