2015 Fiscal Year Research-status Report
極限環境におけるDNA相互作用を活用したDNA塩基対形成の制御
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26810094
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| Research Institution | Konan University |
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Principal Investigator |
建石 寿枝 甲南大学, 先端生命工学研究所, 助教 (20593495)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 分子クラウディング / イオン液体 / 四重鎖 / フーグスティーン塩基対 / DNAナノスイッチ / 一塩基変異 / DNAセンサー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
DNAを薬剤や材料として活用する際、DNAは細胞内やチップ基板上の“超クラウディング環境”やイオン液体中の“超高塩濃度環境”などの“極限環境”下におかれ、DNAの構造や安定性は溶液環境の影響を大きく受ける。本年度は、極限環境が核酸に及ぼす影響を分子レベルで“知る研究”および得られた知見を基に機能性DNAを開発する”使う研究”を遂行した。
まず、Hoogsteen(H)塩基対から成るDNA構造体は、細胞内で転写などの生体反応を制御する。今年度は、超クラウディング環境がH塩基対から成るDNA四重鎖構造に及ぼす影響を解析した。その結果、ポリエチレングリコールによって誘起された超クラウディング環境下におけるDNA四重鎖の安定性は、1価カチオン共存下では安定化するが、鉛など2価カチオン共存下では不安定化することが示された（Nucleic Acids Res., 43, 10114, 2015, Biochimie, 121, 204, 2016など)。さらに、リン酸二水素型の水和イオン液体による超高塩濃度環境下では、コリンーH塩基対の相互作用によって、標準水溶液中では形成されないほど不安定なi-motif四重鎖構造が、安定に形成されることが明らかになった（Chem. Commun., 51, 6909, 2015、2015年4月8日の日刊工業新聞掲載）。
このようなコリンーH塩基対の相互作用を活用して、イオン液体中で標的遺伝子共存下において、DNA構造が変化するDNAナノスイッチを構築した。このDNAナノスイッチ用いて標的遺伝子をセンシングした結果、遺伝子の変異を従来法の10000倍の感度で検出できることが分かった（Analyst., 140, 4393, 2015、2015年6月24日の日刊工業新聞掲載）。
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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
平成27年度は、極限環境が核酸構造に及ぼす影響を昨年度よりさらに詳細に解析する“知る研究”を遂行すると共に、得られた知見を基に、塩基対の安定性を溶液環境によって制御してDNAの構造をダイナミックに制御するDNAナノスイッチの構築を試みた（“使う研究”）。“知る研究”においては、昨年度は解析の容易なモデル配列のDNA構造を対象としていたが、本年度はがん化に関わるDNA配列上のH塩基対をもつ四重鎖または三重鎖構造を対象とした。解析は、紫外可視分光光度計、円二色性分散計により、DNAの融解曲線を測定し、この融解曲線から、DNA及びRNA構造の熱力学的パラメータ（ΔHo、ΔSo、ΔGo37）を算出した。得られパラメータより、極限環境下におけるH塩基対の特性（水和構造の重要性やコリンイオンとの特異的な相互作用）を明らかにすることができ、“知る研究”に関しては、予定通り遂行することができた。さらに本年度は、これまでの研究成果により、IL中での核酸構造を簡便に制御できることが可能となったため、IL中で標的遺伝子があれば、H塩基を持つDNA三重鎖へ構造変化するDNAナノスイッチを構築することができた。これらの成果から、“使う研究”に関しても一定の成果を挙げたと考えている。
しかしながら、平成27年度は産前産後休暇のため、約3か月の休暇を取得した。そのため、“使う研究”の一部の研究成果に関して、論文執筆のための追加実験を遂行しており、研究期間を平成28年度まで延長申請を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成27年度の研究成果によってH塩基対に及ぼす極限環境効果が明らかとなった。そのため、環境変化に応答したH塩基対を基にしたDNAナノスイッチの構築が可能となった。平成28年度は、設計したDNAナノスイッチを基に、HIVの逆転写反応を阻害可能な機能性核酸の構築に着手する。一方でH塩基対をもつ三重鎖、四重鎖に関しては、極限環境の効果をDNA水和またはDNAのsolvent accessible surface area（SASA）に依存してある程度予測可能になりつつあるが、ワトソン・クリック塩基対からなる二重鎖に関しては未だ評価中である。平成28年度は、二重鎖構造の水和に注目して、極限環境の効果を定量的に解析し、データベース化することを試みる。
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| Causes of Carryover |
産前産後休暇のため、約3か月の休暇を取得した。そのため、研究期間を延長し、繰り越し金額が発生した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
研究はほぼ計画どおり進捗しているが、現在、論文執筆のための追加実験を遂行している。次年度の前半にはすべての実験を終了し、研究成果をまとめる予定である。そのための経費として、DNAや実験試薬などの事件消耗品を2680千円、その他の英文校正費80千円を予定している。
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[Presentation] G-quadruplexes control Gene expression2015
Author(s)
H. Tateishi-Karimata, T. Endoh, N. Sugimoto
Organizer
Gordon Research Conference-Nucleosides, Nucleotides & Oligonucleoside-
Place of Presentation
Salve Regina Univerisity, New Port, USA
Year and Date
2015-06-28 – 2015-07-03
Int'l Joint Research
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