| 研究課題/領域番号 |
20H03298
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分45010:遺伝学関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
今清水 正彦 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 主任研究員 (90465930)
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| 研究分担者 |
田中 真人 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究グループ長 (30386643)
徳永 裕二 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 助教 (80713354)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)
2022年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2021年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2020年度: 10,010千円 (直接経費: 7,700千円、間接経費: 2,310千円)
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| キーワード | サブテラヘルツ / DNA / 転写因子 / 反復配列 / イミノプロトン / 水素結合ネットワーク / 溶液NMR / 水和 / 水素結合 / テラヘルツ / 反復パターン / 水 / 反復DNA配列 / テラヘルツ光 / 転写調節 / 遺伝情報 / RNAポリメラーゼ / 転写開始 / ポージング / アボーティブ転写 / 水素結合ダイナミクス |
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| 研究開始時の研究の概要 |
生物のゲノムDNA配列には、様々な反復パターンがコードされている。私達は、酵素が熱揺らぎを反復DNA配列と組み合わせて利用する転写調節機構を発見した。しかし、個々の反復パターンがどのようにDNAの物性と結びつき、転写反応に影響するのか、その詳細は未解明である。本研究では、熱揺らぎを水素結合ダイナミクスとして捉え、DNAの反復パターンと水素結合ダイナミクスの相関から転写調節機能を理解することを目的とする。また、テラヘルツ光を用いてDNAと水の水素結合ネットワークに摂動を与える。本研究の達成により、DNAの遺伝学的な概念とDNA・水の協同的な分子運動に基づいた物性的な概念を繋げることができる。
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| 研究成果の概要 |
転写開始反応、転写因子とDNAの結合アフィニティーを解析対象とし、反復DNA配列に依存した転写調節機能を生化学的・統計学的に評価した。種々の配列反復性を含むDNA水溶液を用いたイミノプロトン交換の溶液NMR測定、および誘電緩和現象の測定を行い、分光学的にDNA及び水和水の物性変化、その反復配列依存性を評価した。以上の測定にサブテラヘルツ（sub-THz）照射による水素結合ネットワークへの摂動を組み合わせた新手法を構築し、得られた結果から物性変化と生物分子機能変化の関係について、できる限り微視的な解釈を試みた。本成果から、sub-THz波照射による水素結合の組み替えへの直接的作用が示唆された。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
ピコ秒付近の生体高分子と水の集団的な運動あるいは分子間の運動が、通常マイクロ秒以下の遅い生物分子機能を駆動する機構は、分光研究や理論研究から長く示唆されていた。しかし、振動・回転モードの励起や緩和過程の分光分析から得られた解釈を生物学的な機能に結び付けるには、物理化学から生物学までの学問領域の壁を乗り越える必要があり、容易ではない。本研究は、生物学の現象論と分子分光研究で得られた微視的な情報を結びつける新しい学際研究に位置づけることができる。上述した本研究の成果は、DNAの遺伝学的な概念とDNA・水分子の集団的な分子間運動に基づいた物性的な概念を繋げる学術基盤としての意義があると考えている。
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