2016 Fiscal Year Annual Research Report
Effect of DNA secondary structures and chemical environments on the regulation of rate of gene replication
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26410188
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| Research Institution | Konan University |
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Principal Investigator |
高橋 俊太郎 甲南大学, 先端生命工学研究所, 講師 (40456257)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | DNA / 複製 / グアニン四重鎖 / 分子クラウディング / i-motif |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成28年度はまず鋳型核酸の安定性と複製速度の相関性の定量解析を行った。核酸構造のトポロジー毎に安定性（-ΔG）の異なる配列を用意し、複製反応速度定数（k）を解析したところ、-ΔGとlnkが直線関係にあることが見出された。この直線の傾きはトポロジーの違いを反映していた。最も傾きが負に大きいものがi-motif構造を形成する鋳型核酸の複製であり、i-motif構造が他の核酸構造より複製を抑制する効果が大きいことが定量的に解析できた。続いて、分子環境の影響を解析するために20 wt%ポリエチレングリコール1000（平均分子量1000）存在下で測定を行ったところ、構造の安定性が向上し複製速度はさらに低下した。興味深いことに、ヒトテロメアG四重鎖の鋳型核酸がポリエチレングリコールの影響でMixed型からParallel型へと構造変化し、それによりトポロジー依存的な複製速度が変化し、構造安定性と複製速度の相関がi-motifに近い値を取るようになった。本研究で得られた結果は、細胞内環境に応じて生じるトポロジー依存的な遺伝子発現の可能性を示唆する。
複製速度が構造安定性とトポロジーに依存するという以上の知見から、トポロジーの違いによる四重鎖の解消ダイナミクスが複製反応の速度を調節し、特定の四重鎖の特異的な遺伝子の複製制御が起こっている可能性がある。構造ダイナミクス（揺らぎの大きさ）の影響を調べるために、高圧力を利用したDNA構造安定性解析を行ったところ、G四重鎖の形成に伴うダイナミクスがそのトポロジーと溶液環境によって変化する事を見出し、論文発表した（S. Takahashi et al., Mol. Enz. Drug Targ., 2, 3 (2016), S. Takahashi et al., J. Inorg. Biochem., 166, 199-207 (2017).）。
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