化学修飾DNAを用いた遺伝子発現の光制御

• 研究課題/領域番号: 13022210
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 浅沼 浩之 東京大学, 先端科学技術研究センター, 助教授 (20282577)
• 研究分担者: 小宮山 真 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (50133096)
• 研究期間 (年度): 2001 – 2002
• 研究課題ステータス: 完了 (2002年度)
• 配分額: 4,100千円 (直接経費: 4,100千円); 2002年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円); 2001年度: 2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
• キーワード: アゾベンゼン / 核酸 / DNA / 融解温度 / 二重鎖 / 三重鎖 / 光制御 / RNAポリメラーゼ / RNAポロメラーゼ

研究概要

遺伝子の発現形態であるタンパク質は、DNAの塩基配列にシンクロナイズして生産される。DNAの化学修飾は、このような遺伝子発現などへの応用から多くの注目が集められ、これまで数多くの報告がされてきた。しかし光のような外部刺激に応答して遺伝子発現を可逆的に制御した例はほとんど報告されていない。我々は、光照射で可逆的に構造異性化するアゾベンゼンを組み込んだ化学修飾DNAを合成し、これを用いて遺伝子発現の光制御を目指す。
前年度我々は、T7プロモーターにアゾベンゼンを導入することで、T7-RNAポリメラーゼ(T7-RNAP)による転写反応のOn-Off光制御の実現に成功した。本年度はT7の代わりにSP6-RNAPを使用し、プロモーターへのアゾベンゼン導入による転写反応の光制御に汎用性があるかどうかについて検討した。
ファージRNAPの一種であるSP6-RNAPの17塩基対からなるプロモーター配列はRNAP結合領域とTATA領域を含む転写開始領域といった二つの領域に分けられる。そこで、この2つの領域にアゾベンゼンを導入し、転写反応の光制御効果を検討した。アゾベンゼン残基を含まない天然のプロモーターを用いた場合には迅速な転写反応が進行し、UV照射下と未照射下で転写速度に差はほとんど認められなかった。一方アゾベンゼン残基をTATA領域のNon-template strand側の-1位と+1位の間と、RNAP結合領域の-11位と-12位の間にそれぞれ導入したプロモーターを用いたところ、UV未照射下では転写反応が著しく抑制された。それに対してインキュベーション前に1分間UV照射したところ、転写が効率よく進行することが明らかとなった(図1 lane4-6)。以上より、アゾベンゼンをSP6 RNAPのプロモーターに導入することでも、転写反応のON/OFF的な光制御に成功した。また、RNase H反応の光制御にも成功した。

研究成果

• [文献書誌] H.Asanuma et al.: "Photo-Regulation of DNA-Triplex Formation by Azobenzene"J. Am. Chem. Soc.. 124. 1877-1883 (2002)
• [文献書誌] H.Asanuma et al.: "Spectroscopic Anatomy of Molecular-Imprinting of Cyclodextrin. Evidence for Preferential Formation of Ordered Cyclodextrin Assemblies"J. Am. Chem. Soc.. 124. 570-575 (2002)
• [文献書誌] H.Asanuma et al.: "Photo-Regulation of Transcription Reaction by T7 RNA Polymerase by Tethering an Azobenzene in the Promoter"CHEMBIOCHEM. 786-789 (2002)
• [文献書誌] H.Asanuma et al.: "Photo-regulation of transcription by RNA polymerase with azobenzene-tethered promoter"Nucleic Acids Res. Supple.. 2. 75-75 (2002)
• [文献書誌] H.Asanuma et al.: "H-Aggregation of Methyl Reds by the Hybridization of DNA-Dye conjugates"Chem. Lett. 2002. 490-491 (2002)
• [文献書誌] H.Asanuma et al.: "DNA-Methyl Red conjugates for controllable H^* aggregation"J. Am. Chem. Soc. 125. 2217-2223 (2003)
• [文献書誌] H.Asanuma et al.: "Molecular imprinting -from fundamentals to applications -"Wiley-VCH-. 200 (2002)
• [文献書誌] H.Asanuma et al.: "Photo-Control of DNA-Duplex Formation by Using Oligonucleotide Carrying an Azobenzene"CHEMBIOCHEM. 2. 39-44 (2001)
• [文献書誌] H.Asanuma et al.: "Spiropyran as a regulator of DNA hybridization with reversed switching mode to that of azobenzene"Chem.Lett.. 2001. 108-109 (2001)
• [文献書誌] H.Asanuma et al.: "Enantioselective incorporation of azobenzenes into oligodeoxyribonucleotide for the effective photo-regulation of duplex formation"Angew.Chem.Int.Ed.Engl.. 40(14). 2671-2673 (2001)
• [文献書誌] H.Asanuma et al.: "L-Threoninol as a Chiral Linker of Azobenzene for the Effective Photo-regulation of DNA Triplex Formation"Chem.Lett.. 2001. 732-733 (2001)
• [文献書誌] H.Asanuma et al.: "Phenylazonaphthalene as a Superb Photo-Regulator for DNA-Triplex Formation"Tetrahedron Lett.. 42(38). 6723-6725 (2001)
• [文献書誌] H.Asanuma et al.: "Photo-regulation of RNA polymerase reaction by use of modified DNA carrying an azobenzene"Nucleic Acids Symp.Supple.. 1. 55-56 (2001)
• [文献書誌] H.Asanuma et al.: "Regulation of aggregated structure of dye molecules by DNA hybridization"Nucleic Acids Symp.Supple.. 2001. 193-194 (2001)
• [文献書誌] H.Asanuma et al.: "Photo-Regulation of DNA-Triplex Formation by Azobenzene"J.Am.Chem.Soc.. 124. 1877-1883 (2002)