| 研究課題/領域番号 |
20K06504
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分43020:構造生物化学関連
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| 研究機関 | 横浜国立大学 |
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研究代表者 |
田中 陽一郎 横浜国立大学, 研究推進機構, 技術専門職員 (70450426)
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| 研究分担者 |
永田 崇 京都大学, エネルギー理工学研究所, 准教授 (10415250)
杉本 千佳 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (40447347)
荻野 俊郎 横浜国立大学, 研究推進機構, 非常勤講師 (70361871)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | グアニン四重鎖 / AFM / データサイエンス / 機械学習 / NMR / G-quadruplex / 四重鎖DNA / SPM |
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| 研究開始時の研究の概要 |
DNAの特殊な構造の一つであるグアニン四重鎖構造がヒトゲノム上に多数存在し、がん等の疾病の治療のターゲットになり得る事が分かってきており、実際に疾病と関連する四重鎖を迅速に明らかにする事が重要な課題である。本研究では、四重鎖構造を直接検出可能な原子間力顕微鏡(AFM)によって、一度に多数のDNA分子を測定してデータサイエンスの手法で統計的に処理し、分子構造を基盤とした新しい四重鎖同定法を確立する。さらに、四重鎖が疾病の原因となるメカニズムを解明するため、四重鎖と蛋白質の相互作用測定法を同様の手法で確立する。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、四重鎖構造を直接検出可能な測定法として原子間力顕微鏡（AFM）を使用し、基板上に固定した多数のDNA分子の粒子形状を測定して各分子の表面形状パラメータを取得した。機械学習によって四重鎖DNAに特徴的なパラメータを同定することで、AFM測定によって高速に四重鎖を判別する新たな測定法を確立した。
確立した四重鎖判別法によって、大腸菌ゲノムに存在する未知の四重鎖DNA分子の評価を行った結果、本方法で四重鎖と判別されたDNAは、NMRや電気泳動実験で実際に四重鎖を形成することが確認できた。これらの成果から、AFM測定によって高速に四重鎖を検出する方法を構築した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
近年、DNAの特殊な構造の一つであるグアニン四重鎖構造がヒトゲノム上に多数存在し、疾病の治療ターゲットになり得る事が分かってきた。どのような配列が実際に四重鎖を形成し、疾病と関連しているかを解明することが喫緊の課題である。そのためには、四重鎖形成が推定される多数のDNA配列を高速に解析し、実験的に四重鎖構造の形成を判別する必要がある。本研究では、比較的安価に原子レベルの形状情報を得られる原子間力顕微鏡（AFM）を使用し、DNAの四重鎖形成を高速に同定可能な方法を開発した。得られた結果は実験的なデータに基づいており、疾病の原因となる四重鎖の同定等に高い能力を持つことが期待される。
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