クリックケミストリーを活用した自己複製・増幅能を有するナノバイオシステムの創製

• 研究課題/領域番号: 21655059
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 生体関連化学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 和田 健彦 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (20220957)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• 研究課題ステータス: 完了 (2010年度)
• 配分額: 3,200千円 (直接経費: 3,200千円); 2010年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円); 2009年度: 2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
• キーワード: ナノバイオ / ケミカルバイオロジー / 自己増殖 / 人工PCR / クリックケミストリー / 自己複製 / 人工核酸 / 分子認識 / 光反応 / 生体高分子 / 環境調和型プロセス / 不斉合成 / 超分子化学 / 超分子光不斉光化学 / 血清アルブミン / グリーンケミストリー

研究概要

本研究で提案する、従来にはない人工核酸を活用した自己複製・増幅システムを検討する場合、二官能性モノマーを用いた機能性分子やオリゴマー合成における本質的副反応である"自己反応によるポリマーや環状化合物生成"を抑制する必要がある。本研究では、我々が報告してきたモノマーにおいてさえ高い塩基配列認識性とテンプレート鎖への結合特性を有するペプチドリボ核酸(PRNA)やペプチド核酸(PNA)モノマーの活用している。
具体的には1.アジド基を有するヌクレオシド誘導体を用いた自己複製系の構築、2.アジド基とアセチレン基を両末端に有する新規ペプチドリボ核酸・ペプチド核酸系での自己複製・増幅反応の検討、3.天然DNA/RNA類似構造を有する自己複製・増幅系の構築、の3項目を論理的にかつ効率的に推進する。
本年度は、まずターゲット鎖に対して高い認識性・結合特性を有し、モノマーの自己会合・自己反応を抑制する低モノマー濃度条件下でも反応進行が期待される、ヌクレオシドの5'位にアジド基を導入した新規PRNAモノマーの設計・合成を検討した。
テンプレート鎖に相補的なPRNAオリゴマーの一塩基として、アセチレンを有するモノマーを導入し、主鎖にアセチレン部を有するクリックケミストリー適用オリゴマーの設計・合成を検討した。当初モノマー構造としては5'位にアジド基を、3'位にエチニル基の導入を検討した。しかし、このモノマーと相補的テンプレート鎖間ではほとんど相互作用が観測されなかった。この結果を踏まえ、ペプチド主鎖を用い、側鎖にエチニル基を導入した新規モノマー系を設計・合成を検討した。この系では相補的テンプレートとの相互作用が観測されることが明らかとなった。

研究成果

• [雑誌論文] Active control by external factors of DNA recognition behavior of α-peptide ribonucleic acids containing basic amino acid residues (2010)
  • 著者名/発表者名: Wada, Takehiko; Sawa, Nobuya; Sato, Hirofumi; Kikkawa, Mayuko; Onodera, Keiko; Sakamoto, Seiji; Inoue, Yoshihisa
  • 雑誌名: Chem.Lett. 巻: 39 ページ: 112-113
  • NAID: 10027177113
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diastereodifferentiating the [2+2] Photocycloaddition of Ethylene to Arylmenthyl Cyclohexenonecarboxylates : Stacking-Driven Enhancement of the Product Diastereoselectivity That Is Correlated with the Reactant Ellipticity (2010)
  • 著者名/発表者名: Tsutsumi, Ken; Yanagisawa, Yuuki; Furutani, Akinori; Morimoto, Tsumoru; Kakiuchi, Kiyomi; Wada, Takehiko; Mori, Tadashi; Inoue, Yoshihisa
  • 雑誌名: Chemistry-A European Journal 巻: 16 ページ: 7448-7455
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design and preparation of split-GFP for sensing of caspase-3 activities (2010)
  • 著者名/発表者名: Sakamoto, Seiji; Terauchi, Mika; Araki, Yasuyuki; Wada, Takehiko
  • 雑誌名: Peptide Science 巻: 46 ページ: 343-344
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis, properties and complexation behavior of positively charged peptide ribonucleic acids with amino linkages in the backbone structure (aza-PRNA) (2010)
  • 著者名/発表者名: Sawa, Nobuya; Sakamoto, Seiji; Yang, Cheng; Fukuhara, Gaku; Mori, Tadashi; Inoue, Yoshihisa; Wada, Takehiko
  • 雑誌名: Peptide Science 巻: 46 ページ: 321-324
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bio-supramolecular photochirogenesis with molecular chaperone : enantiodifferentiating photocyclodimerization of 2-anthracenecarboxylate mediated by prefoldin (2010)
  • 著者名/発表者名: Bando, Kazuki; Zako, Tamotsu; Maeda, Mizuo; Wada, Takehiko; Nishijima, Masaki; Pace, Tamara C.S.; Bohne, Cornelia; Inoue, Yoshihisa
  • 雑誌名: Photochemical & Photobiological Sciences 巻: 9 ページ: 655-660
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular imprinting of cyclodextrin to physiologically active oligopeptides in water (2010)
  • 著者名/発表者名: Song, Shi-Hui; Shirasaka, Kazumi; Hirokawa, Yasuhito; Asanuma, Hiroyuki; Wada, Takehiko; Sumaoka, Jun; Komiyama, Makoto
  • 雑誌名: Supramolecular Chemistry 巻: 22 ページ: 149-155
  • 査読あり
• [雑誌論文] The effect of atomic nitrogen on the C60 cage (2010)
  • 著者名/発表者名: Nikawa, Hidefumi; Araki, Yasuyuki; Akasaka, Takeshi; Wada, Takehiko; Ito, Osamu; Dinse; Ata, Masafumi; Kato, Tatsuhisa; Nagase, Shigeru
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 46 ページ: 631-633
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and DNA-recognition behavior of a novel peptide ribonucleic acid with a serine backbone (oxa-PRNA) (2010)
  • 著者名/発表者名: Sawa, Nobuya; Wada, Takehiko; Inoue, Yoshihisa
  • 雑誌名: Tetrahedron 巻: 66 ページ: 344-349
  • 査読あり
• [雑誌論文] Catalytic Enantiodifferentiating Photocyclodimerization of 2-Anthracenecarboxylic Acid Mediated by a Non-Sensitizing Chiral Metallosupramolecular Host (2009)
  • 著者名/発表者名: Ke, Chenfeng; Yang, Cheng; Mori, Tadashi; Wada, Takehiko; Liu, Yu; Inoue, Yoshihisa
  • 雑誌名: Angew.Chem.,Int.Ed. 48 ページ: 6675-6677
  • 査読あり
• [雑誌論文] Supramolecular complexation and enantiodifferentiating photocyclodimerization of 2-anthracenecarboxylic acid with 4-aminoprolinol derivatives as chiral hydrogen-bonding templates (2009)
  • 著者名/発表者名: Kawanami, Yuko; Pace, Tamara C.S.; Mizoguchi, Jun-ichi; Yanagi, Toshiharu; Nishijima, Masaki; Mori, Tadashi; Wada, Takehiko; Bohne, Comelia; Inoue, Yoshihisa
  • 雑誌名: J.Org.Chem. 74 ページ: 7908-7921
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photophysical Studies on the Supramolecular Photochirogenesis for the Photocy clodimerization of 2-Anthracenecarboxylate within Human Serum Albumin (2009)
  • 著者名/発表者名: Pace, Tamara C.S.; Nishijima, Masaki; Wada, Takehiko; Inoue, Yoshihisa; Bohne, Cornelia
  • 雑誌名: J.Phys.Chem.B 113 ページ: 10445-10453
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and Photophysical and Photovoltaic Properties of Porphyrin-Furan and -Thiophene Alternating Copolymers (2009)
  • 著者名/発表者名: Umeyama, Tomokazu; Takamatsu, Takeshi; Tezuka, Noriyasu; Matano, Yoshihiro; Araki, Yasuyuki; Wada, Takehiko; Yoshikawa, Osamu; Sagawa, Takashi; Yoshikawa, Susumu; Imahori, Hiroshi.
  • 雑誌名: J.Phys.Chem.C 113 ページ: 10798-10806
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular imprinting of cyclodextrin to physiologically active oligopeptides in water (2009)
  • 著者名/発表者名: Shi-Hui Song; Kazumi Shirasaka; Yasuhito Hirokawa; Hiroyuki Asanuma; Takehiko Wada; Jun Sumaoka; Makoto Komiyama
  • 雑誌名: Supramolecular Chemistry 21 ページ: 1029-10478
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-sensitivity HPLC quantification of nonfluorescent but photolabile analyte through photoreversion in fluorescence detector (2009)
  • 著者名/発表者名: Nishijima, Masaki; Wada, Takehiko; Nagamori, Koushi; Inoue, Yoshihisa
  • 雑誌名: Chem.Lett 38 ページ: 726-727
  • NAID: 10025124381
  • 査読あり
• [雑誌論文] (2009)
  • 著者名/発表者名: 和田健彦
  • 雑誌名: 超分子サイエンス&テクノロジー(NTS出版) ページ: 930-939
• [学会発表] The invention of intracellular environmental response artificial nucleic acid (PRNA) and its applications to cancer cell specific oligonucleotide ther apeutics (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Wada
  • 学会等名: The 1^<st> Asian Chemical Biology Conference (ACBC2010)
  • 発表場所: Seoul, Korea
  • 年月日: 2010-06-25
• [学会発表] Studies on the effects of arginine residues introduced to peptide ribonucleic acids(PRNA)on thecomplex stability with RNA and the cell membrane permeability (2009)
  • 著者名/発表者名: Takehiko Wada
  • 学会等名: The 73th PRAGUE MEETINGS ON MACROMOLECULES
  • 発表場所: Prague, Czech Republic
  • 年月日: 2009-07-08
• [図書] 「酵素活用ハンドブック」,第5章バイオ超分子第4編酵素を創るII-化学的改変と人工酵素第5章人工酵素(小宮山真監修) (2010)
  • 著者名/発表者名: 和田健彦
  • 出版者: NTS出版
• [備考]
  • URL: http://www.tagen.tohoku.ac.jp/labo/wada/index-j.html
• [備考]
  • URL: http://db.tagen.tohoku.ac.jp/php/db/view-personal.php?pserial=591