| 研究課題/領域番号 |
21H02055
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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37010:生体関連化学
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
竹澤 悠典 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (70508598)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2023年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
2022年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2021年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
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| キーワード | DNA / 超分子化学 / 核酸化学 / 金属錯体 / 分子機械 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、配列設計によりプログラムできるDNAのナノスケール自己組織化と、超分子金属錯体の動的化学の双方に立脚し、金属配位を駆動力として構造・機能のスイッチングが可能なDNA分子機械素子を創製する。金属配位性修飾ピリミジン塩基や金属配位子修飾DNA三叉路分岐構造を用い、金属錯体形成によるDNA鎖交換反応やDNA自己集合の制御を行う。金属配位や外部刺激に応答するDNAアプタマー・DNA触媒や、可逆な構造・機能変換が可能なDNA分子マシンを開発する。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、配列設計によりプログラムできるDNAのナノスケール自己組織化と、超分子金属錯体の動的化学の双方に立脚し、金属錯体形成を駆動力として構造・機能のスイッチングが可能なDNA分子機械素子の創製を目的とした。本年度は主に、(1) 金属錯体形成によりペアを作る新規人工核酸塩基の開発、(2) 金属配位性修飾ピリミジン塩基を用いた金属イオン応答性DNA鎖交換反応の開発、および (3) 金属錯体形成により構造変換可能なDNA三叉路分岐モチーフの開発 を行った。
(1) 金属錯体形成によりペアを作る新規人工核酸塩基の開発：新たに2-オキソ-4-イミダゾールカルボン酸(ImOC)を核酸塩基として有する人工ヌクレオシドを合成し、DNA二重鎖中での金属錯体型塩基対の形成の評価を行った。一対のImOC-ImOC塩基対を導入したDNA二重鎖の融解実験や質量分析測定から、二重鎖中でImOC-Cu(II)-ImOCおよびImOC-Hg(II)-ImOC塩基対を形成することを見出した。
(2) 金属配位性修飾ピリミジン塩基を用いた金属イオン応答性DNA鎖交換反応の開発：5-ヒドロキシウラシル(UOH)塩基を導入したDNA鎖を用いて、Gd(III)イオンとの金属錯体形成をトリガーとしたDNA鎖交換反応を開発した。さらに、DNAヘアピン構造やDNA分子ピンセット構造の構造制御への応用を検討した。
(3) 金属錯体形成により構造変換可能なDNA三叉路分岐モチーフの開発：ヌクレオシドの2’位にアミド結合を介してビピリジン配位子やフェナントロリン配位子を導入したDNA鎖を合成し、3:1金属錯体形成に基づくDNA三叉路分岐構造の安定化を行った。また、ビピリジン修飾DNAについては、金属イオン添加・除去による「DNA二重鎖⇔三叉路分岐構造」の可逆な相互変換や、セルフソーティングを実現した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究は、金属錯体形成を駆動力として構造・機能のスイッチングが可能なDNA分子機械素子の創製を目的としている。本年度は主に、(1) Cu(II)イオンやHg(II)イオンとの2:1錯体形成により塩基対を形成する2-オキソ-4-イミダゾールカルボン酸型ヌクレオシドの開発、 (2) 5-ヒドロキシウラシル塩基を用いたGd(III)イオン応答性DNA鎖交換反応の開発、および (3) 3:1金属錯体形成により安定化・誘起される金属配位子修飾DNA三叉路分岐構造の開発 を行った。いずれも金属イオンに応答するDNA分子機械の重要な構成要素であり、研究はおおむね順調に進展していると考えられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度は主に、(1) 金属錯体形成により塩基対を形成する2-オキソ-4-イミダゾールカルボン酸型ヌクレオシドの開発、(2) 5-ヒドロキシウラシル塩基を用いたGd(III)イオン応答性DNA鎖交換反応の開発、(3) 金属錯体形成により構造変換可能なDNA三叉路分岐モチーフの開発 を遂行した。今後は、DNA分子機械素子の構築に向け、上記の金属配位子修飾DNA鎖を用いて、金属錯体形成によるDNA高次構造変換やDNAzymeなどの機能性核酸の活性制御を検討する計画である。
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