メタロＤＮＡを利用した導電性ナノワイヤーの開発

• 研究課題/領域番号: 14J03684
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 生体関連化学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 大樂 武範 東北大学, 薬学研究科, 特別研究員(DC2)
• 研究期間 (年度): 2014-04-25 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円); 2015年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2014年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: メタロ塩基対 / メタロDNA / 核酸ー金属相互作用 / 銀錯体 / 水銀錯体 / 導電性ナノワイヤー / NMR / 安定同位体標識 / J-カップリング / 核酸-金属相互作用

研究実績の概要

近年、金属を介した核酸塩基対(メタロ塩基対)形成を利用した分子デバイス開発研究が盛んに行なわれている。メタロ塩基対を含むDNA分子の三次元構造情報は、メタロ塩基対を基盤とした分子デバイスの開発に必須の情報である。そこで、本研究では、NMR分光法を用いて、銀を介したシトシン-シトシン塩基対(C-Ag(I)-C)を含むDNA分子の三次元構造決定を行なった。
はじめに、NMR分光法を用いた三次元構造解析に適したDNA配列の探索を行なった。1D 1H NMRスペクトル測定を用いた銀イオン滴定実験の結果から、C-Ag(I)-C塩基対をただ１つ含む独立30残基のDNA配列を見出した。次に、このDNA分子の2D 1H-1H NOESYスペクトル測定およびシグナルの帰属を行なった。得られたNOEデータからC-Ag(I)-C塩基対を含むDNA分子の三次元構造計算を行なった。DNA分子中でC-Ag(I)-C塩基対を形成している残基がC3’-endo様のパッカリングをとっていることを明らかとした。また、C-Ag(I)-C塩基対を含むDNA分子においても、C-Ag(I)-C塩基対を含むすべての塩基対はスタッキングしており、B型のらせん構造をとっていることが示された。さらに、Ag(I)はDNAのらせん軸近傍に位置することが明らかとなった。平成26年度の研究業績である、15N NMR分光法を用いたDNA中のC-Ag(I)-C塩基対の化学構造決定および本年度のC-Ag(I)-C塩基対を含むDNA分子の三次元構造決定の成果から、C-Ag(I)-C塩基対形成を用いた分子デバイスの論理的設計に必須の情報が得られた。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Direct Detection of the Mercury-Nitrogen Bond in the Thymine-HgII-Thymine Base-pair with 199Hg NMR Spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: Takenori Dairaku, Kyoko Furuita, Hajime Sato, Jakub Sebera, Daichi Yamanaka, Hiroyuki Otaki, Shoko Kikkawa, Yoshinori Kondo, Ritsuko Katahira, F. Matthias Bickelhaupt, Celia Fonseca Guerra, Akira Ono, Vladimir Sychrovsky, Chojiro Kojima and Yoshiyuki Tanaka
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 51 号: 40 ページ: 8488-8491
  • DOI: 10.1039/c5cc02423d
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Structures, physicochemical properties, and applications of T-HgII-T, C-AgI-C, and other metallo-base-pairs. (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoshiyuki Tanaka, Jiro Kondo, Vladimir Sychrovsky, Jakub Sebera, Takenori Dairaku, Hisao Saneyoshi, Hidehito Urata, Hidetaka Torigoe and Akira Ono
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 51 号: 98 ページ: 17313-17360
  • DOI: 10.1039/c5cc02693h
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] High-resolution crystal structure of AgI-RNA hybrid duplex containing Watson-Crick-like C-AgI-C metallo-base pairs (2015)
  • 著者名/発表者名: Jiro Kondo, Yoshinari Tada, Takenori Dairaku, Hisao Saneyoshi, Itaru Okamoto, Yoshiyuki Tanaka, Akira Ono
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 54 号: 45 ページ: 13323-13326
  • DOI: 10.1002/anie.201507894
  • 査読あり
• [雑誌論文] Exploring a DNA sequence for the three-dimensional structure determination of a silver(I)-mediated C-C base pair in a DNA duplex by 1H NMR spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: Takenori Dairaku, Kyoko Furuita, Hajime Sato, Yoshinori Kondo, Chojiro Kojima, Akira Ono and Yoshiyuki Tanaka
  • 雑誌名: Nucleosides, Nucleotides & Nucleic Acids 巻: 34 号: 12 ページ: 877-900
  • DOI: 10.1080/15257770.2015.1088160
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] C-Ag(I)-C塩基対を含むメタロDNAの立体構造解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 古板恭子, 大樂武範, 児嶋長次郎, 田中好幸
  • 学会等名: NMR討論会 2015
  • 発表場所: 千葉工業大学 津田沼キャンパス
  • 年月日: 2015-11-06
• [学会発表] Structure of C-Ag(I)-C metallo base pair in RNA duplex (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoshinari Tada, Takenori Dairaku, Itaru Okamoto, Hisao Saneyoshi, Yoshiyuki Tanaka, Akira Ono, Jiro Kondo
  • 学会等名: 第42回 国際核酸化学シンポジウム
  • 発表場所: 姫路市本町68番290イーグレひめじ あいめっせホール
  • 年月日: 2015-09-23
• [学会発表] NMR structure of a DNA duplex containing a silver-mediated C-C base pair (2015)
  • 著者名/発表者名: Kyoko Furuita, Takenori Dairaku, Chojiro Kojima, Yoshiyuki Tanaka
  • 学会等名: 第42回 国際核酸化学シンポジウム
  • 発表場所: 姫路市本町68番290イーグレひめじ あいめっせホール
  • 年月日: 2015-09-23
• [学会発表] Multinuclear NMR spectroscopic studies of metal-ion-mediated DNA base pairs (2014)
  • 著者名/発表者名: 大樂武範, 岡本到, 古板恭子, 織田修司, 山中大地, 根東義則, 小野晶, 児嶋長次郎, Vladimir Sychrovsky, 田中好幸
  • 学会等名: 41st International Symposium on Nucleic Acids Chemistry
  • 発表場所: 北九州国際会議場(福岡県北九州市小倉北区浅野3-9-30 )
  • 年月日: 2014-11-05 – 2014-11-07
• [学会発表] 多核NMR分光法によるDNA二重らせん分子中の金属を介した塩基対の構造決定 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大樂武範, 山中大地, 織田修司, 根東義則, 田中好幸
  • 学会等名: 第53回 日本薬学会東北支部大会
  • 発表場所: いわき明星大学(福島県いわき市中央台飯野5-5-1)
  • 年月日: 2014-10-05
• [学会発表] Nitrogen-15 NMR spectroscopic studies of Ag(I)-mediated C-C base-pairs (2014)
  • 著者名/発表者名: 大樂武範, 古板恭, 岡本到, 織田修司, 山中大地, 根東義則, 小野晶, 児嶋長次郎, Vladimir Sychrovsky, 田中好幸
  • 学会等名: 第52回 日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター(札幌市白石区東札幌6条1丁目1-1)
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] Proton and nitrogen-15 NMR spectroscopic studies of Ag(I)-mediated C-C base-pairs (2014)
  • 著者名/発表者名: 大樂武範, 岡本到, 古板恭子, 織田修司, 山中大地, 鳥越秀隆, 小笹哲夫, 根東義則, 小野晶, 児嶋長次郎, Vladimir Sychrovsky, 田中好幸
  • 学会等名: 12th European Biological Inorganic Chemistry Conference
  • 発表場所: University of Zurich (Winterthurerstrasse 190 CH-8057 Zurich Switzerland)
  • 年月日: 2014-08-24 – 2014-08-28
• [学会発表] DNA中における銀イオンを介したC-C塩基対の構造解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大樂武範, 古板恭子, 岡本到, 織田修司, 山中大地, 根東義則, Vladimir Sychrovsky, 小野晶, 児嶋長次郎, 田中好幸
  • 学会等名: 第12回次世代を担う若手のためのフィジカル・ファーマフォーラム
  • 発表場所: 箱根高原ホテル(神奈川県足柄下郡箱根町元箱根164)
  • 年月日: 2014-07-14 – 2014-07-15
• [学会発表] 多核NMR分光法によるC-Ag(I)-C塩基対の構造解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大樂武範, 古板恭子, 岡本到, 織田修司, 山中大地, 根東義則, Vladimir Sychrovsky, 小野晶, 児嶋長次郎, 田中好幸
  • 学会等名: 第15回 若手NMR研究会
  • 発表場所: 生命の森リゾート(千葉県長生郡長柄町上野521-4)
  • 年月日: 2014-07-11 – 2014-07-13
• [学会発表] DNA中における銀イオンを介したC-C塩基対の構造解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大樂武範, 古板恭子, 岡本到, 織田修司, 山中大地, 根東義則, 小笹哲夫, 鳥越秀隆, Vladimir Sychrovsky, 小野晶, 児嶋長次郎, 田中好幸
  • 学会等名: 第41回生体分子科学討論会2014
  • 発表場所: 九州大学西新プラザ(福岡市早良区西新2-16-23)
  • 年月日: 2014-06-06 – 2014-06-07