ＤＮＡ結合性ピロール・イミダゾールポリアミドの新機能の開発

• 研究課題/領域番号: 15J00928
• 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: 京都大学
• 研究代表者: 河本 佑介 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2015-04-24 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 2,800千円 (直接経費: 2,800千円); 2017年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2016年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2015年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: ピロール・イミダゾールポリアミド / ペプチド固相合成 / DNA / テロメア / １分子イメージング / 次世代シーケンサー / G-quadruplex / 光ピンセット

研究実績の概要

申請者の研究室ではこれまで疾患の治療法および遺伝子解析技術の開発を目的として、配列特異的なDNA結合分子ピロール・イミダゾール(Py-Im)ポリアミドの分子設計と合成法を研究してきた。Py-Imポリアミドは穏和な条件でDNA二重らせん構造の副溝に入り込んでDNAの各塩基に結合し、N-メチルピロールとN-メチルイミダゾールの配列を変えることで任意のDNA塩基配列を狙うことができる。これまで申請者らはテロメア繰り返し配列を標的としたPy-Imポリアミドの合成法と、それらを用いた染色体末端テロメア領域に対する特異的な蛍光ラベル化法を開発してきた。
申請者らは第３年度目において、①Py-Imポリアミドを用いた生細胞中でテロメアを可視化する手法の開発、②ゲノム中でAT richな部位を選択的に可視化するPy-Imポリアミドの開発、に関する研究を行った。
研究①について、申請者らはペプチド性デリバリー試薬を用いて、これまで生細胞の核内への移行が困難だった、比較的分子量の大きい(>2000 Da) Py-Imポリアミドの核内移行に成功した。またこの手法により、遺伝子導入を伴うことなく有機化合物であるヒトテロメアを狙ったPy-Imポリアミドにより、生細胞のテロメアを特異的に染色することに成功した。この手法は最長の２４塩基対を狙ったタンデムテトラマー型ポリアミドにも適応でき、また１２塩基対を標的としたタンデムダイマー型ポリアミドよりバックグラウンドを少なくしてテロメアを可視化することに成功した。
研究②について、申請者らはN-メチルピロールと蛍光基からなるポリアミドを、フローセル中の基盤に固定した大腸菌のゲノムDNAに処理することで、DNA１分子レベルでAT richな領域を可視化することに成功した。この手法は、DNA１分子レベルでその配列に依存した生物学的事象を解明するのに有用である。

現在までの達成度 (段落)

29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

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Sogang University(韓国)
• [国際共同研究] Kent State University(米国)
• [雑誌論文] Sequence-specific DNA binding Pyrrole-imidazole polyamides and their applications (2018)
  • 著者名/発表者名: Kawamoto, Y.; Bando, T.; Sugiyama, H.
  • 雑誌名: Bioorg. Med. Chem. 巻: 26 号: 8 ページ: 1393-1411
  • DOI: 10.1016/j.bmc.2018.01.026
  • 査読あり
• [雑誌論文] The chemical compound bubblin induces stomatal mispatterning in Arabidopsis by disrupting the intrinsic polarity of stomatal lineage cells. (2017)
  • 著者名/発表者名: Sakai Y, Sugano SS, Kawase T, Shirakawa M, Imai Y, Kawamoto Y, Sugiyama H, Nakagawa T, Hara-Nishimura I, Shimada T.
  • 雑誌名: Development 巻: 144 号: 3 ページ: 499-506
  • DOI: 10.1242/dev.145458
  • NAID: 120005980855
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Targeting 24 bp within Telomere Repeat Sequences with Tandem Tetramer Pyrrole-Imidazole Polyamide Probes. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kawamoto, Y.,Sasaki, A., Chandrana, A., Hashiya, K., Ide, S., Bando, T., Maeshima, K., Sugiyama, H.
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 138 号: 42 ページ: 14100-14107
  • DOI: 10.1021/jacs.6b09023
  • NAID: 120006462489
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Telomere Visualization in Tissue Sections Using Pyrrole-Imidazole Polyamide Probes. (2016)
  • 著者名/発表者名: Sasaki, A., Ide, S., Kawamoto, Y., Bando, T., Murata, Y., Shimura, M., Yamada, K., Hirata, A., Nokihara, K., Hirata, T., Sugiyama, H., Maeshima, K.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 号: 1 ページ: 29261-29261
  • DOI: 10.1038/srep29261
  • NAID: 120005774690
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Comparative analysis of DNA-binding selectivity of hairpin and cyclic pyrrole-imidazole polyamides based on next generation sequencing (2016)
  • 著者名/発表者名: Kashiwazaki, G.; Chandran, A.; Asamitsu, S.; Kawase, T.; Kawamoto, Y.; Sawatani, Y.; Hashiya, K.; Bando, T.; Sugiyama, H.
  • 雑誌名: ChemBioChem 巻: 17 号: 18 ページ: 1752-1758
  • DOI: 10.1002/cbic.201600282
  • NAID: 120006460111
  • 査読あり
• [学会発表] Pyrrole-Imidazole Polyamides for Visualization of Telomeres (2018)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Kawamoto, Asuka Sasaki, Anandhakumar Chandran, Kaori Hashiya, Satoru Ide, Toshikazu Bando, Kazuhiro Maeshima, Hiroshi Sugiyama
  • 学会等名: The SPIRITS International Symposium "Multidisciplinary Approaches for Cell Control"
  • 国際学会
• [学会発表] Visualization of Human Telomeres with Pyrrole-Imidazole Polyamides Targeting Human Telomeric Repeats (2017)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Kawamoto, Anandhakumar Chandran, Toshikazu Bando, Kazuhiro Maeshima, Hiroshi Sugiyama
  • 学会等名: 日本化学会第９７春季年会
  • 発表場所: 慶応義塾大学
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] Development of Functional Pyrrole-Imidazole Polyamides for Human Telomeres (2017)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Kawamoto, Asuka Sasaki, Anandhakumar Chandran, Kaori Hashiya, Satoru Ide, Toshikazu Bando, Kazuhiro Maeshima, Hiroshi Sugiyama
  • 学会等名: Gordon Research Conference on Nucleosides, Nucleotides & Oligonucleotides
  • 国際学会
• [学会発表] Recognition and Visualization of Human Telomeres by Pyrrole-Imidazole Polyamides (2016)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Kawamoto, Asuka Sasaki, Anandhakumar Chandran, Kaori Hashiya, Satoru Ide, Toshikazu Bando, Kazuhiro Maeshima, Hiroshi Sugiyama
  • 学会等名: The 43rd International Symposium on Nucleic Acids Chemistry 2016
  • 発表場所: 熊本大学
  • 年月日: 2016-09-27
  • 国際学会
• [学会発表] ヒトテロメアを標的としたピロール・イミダゾールポリアミドの合成と評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 河本 佑介、佐々木 飛鳥、橋谷 かおり、井手 聖、板東 俊和、前島 一博、杉山 弘
  • 学会等名: 日本ケミカルバイオロジー学会第１１回年会
  • 発表場所: 京都テルサ
  • 年月日: 2016-06-15
• [学会発表] Visualization of human telomeres with N-methylpyrrole-N-methylimidazole polyamide probes. (2016)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Kawamoto, Asuka Sasaki, Anandhakumar Chandran, Kaori Hashiya, Satoru Ide, Toshikazu Bando, Kazuhiro Maeshima, Hiroshi Sugiyama
  • 学会等名: Gordon Research Conference on Bioorganic Chemistry
  • 発表場所: Proctor Academy
  • 年月日: 2016-06-05
  • 国際学会
• [学会発表] テロメア繰り返し配列中の２４塩基対を標的としたピロール・イミダゾールポリアミド (2016)
  • 著者名/発表者名: 河本佑介、佐々木飛鳥、橋谷かおり、井手聖、板東俊和、前島一博、杉山弘
  • 学会等名: 日本化学会 第９６春季年会（２０１６）
  • 発表場所: 同志社大学
  • 年月日: 2016-03-24
• [学会発表] Visualization of human telomeres using fluorescent pyrrole-imidazole polyamides (2016)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Kawamoto, Asuka Sasaki, Kaori Hashiya, Satoru Ide, Toshikazu Bando, Kazuhiro Maeshima, Hiroshi Sugiyama
  • 学会等名: 2016 KYOTO-KAIST-NTHU Junior Chemist Symposium
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2016-02-16
  • 国際学会
• [学会発表] Synthesis and evaluation of N-methylpyrrole-N-methylimidazole polyamide probes for human telomeres (2015)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Kawamoto, Asuka Sasaki, Satoru Ide, Kaori Hashiya, Toshikazu Bando, Kazuhiro Maeshima, Hiroshi Sugiyama
  • 学会等名: The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015
  • 発表場所: Honolulu
  • 年月日: 2015-12-15
  • 国際学会
• [学会発表] Synthesis and Evaluation of Fluorescent Pyrrole-Imidazole Polyamides for Human Telomeres (2015)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Kawamoto, Asuka Sasaki, Satoru Ide, Kaori Hashiya, Toshikazu Bando, Kazuhiro Maeshima, Hiroshi Sugiyama
  • 学会等名: The 42nd International Symposium on Nucleic Acids Chemistry
  • 発表場所: イーグレ姫路
  • 年月日: 2015-09-23
  • 国際学会
• [学会発表] Pyrrole-Imidazole Polyamides for Human Telomeres (2015)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Kawamoto, Asuka Sasaki, Satoru Ide, Kaori Hashiya, Toshikazu Bando, Kazuhiro Maeshima, Hiroshi Sugiyama
  • 学会等名: 7th WPI-iCeMS Annual Retreat
  • 発表場所: レイクフォレストリゾート
  • 年月日: 2015-09-07
• [学会発表] テロメアを標的としたピロール・イミダゾールポリアミドの合成と評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 河本佑介、佐々木飛鳥、井手聖、橋谷かおり、板東俊和、前島一博、杉山弘
  • 学会等名: 生体機能関連化学部会若手の会 第２７回サマースクール
  • 発表場所: 神戸市立神戸セミナーハウス
  • 年月日: 2015-07-17
• [備考] さまざまな組織切片の染色体テロメアの長さを3時間で検出できる方法を開発
  • URL: http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2016/160706_1.html
• [備考] さまざまな組織切片の染色体テロメアの長さを３時間で検出できる方法を開発
  • URL: http://www.jst.go.jp/pr/announce/20160706/
• [備考] 短時間でがん組織切片の染色体テロメア長を測定できる方法を開発
  • URL: https://www.nig.ac.jp/nig/ja/2016/07/research-highlights_ja/20160707-2.html