| 研究課題/領域番号 |
21K05283
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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37010:生体関連化学
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| 研究機関 | 甲南大学 |
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研究代表者 |
高橋 俊太郎 甲南大学, 先端生命工学研究所, 准教授 (40456257)
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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 |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
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)
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| キーワード | グアニン四重鎖 / i-motif / 熱力学 / 遺伝子複製 / 分子クラウディング / ミトコンドリア / リガンド / 変異 / 分子クラウディング環境 / DNA / 分子環境 / 核酸構造 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ミトコンドリアはアデノシン三リン酸（ATP）などの高エネルギー分子を生産する重要な細胞小器官である。近年、細胞内外の環境変化がミトコンドリアDNA（mtDNA）の変異を誘発し、細胞内の代謝異常を生じることで、癌や糖尿病などの生活習慣病が引き起こされることが明らかになってきた。本研究では、四重鎖構造の安定性やトポロジーがmtDNAの複製反応に及ぼす影響を定量解析することで、ミトコンドリア内環境依存的なmtDNA変異発生のメカニズムの解明とその化学的制御を目指す。mtDNAの変異発生を定量的に理解することで、生活習慣病のリスク診断技術や、mtDNAの四重鎖形成を制御する治療薬の開発などの新しい医工学の展開が期待できる。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、四重鎖構造の安定性やトポロジーがヒトのミトコンドリアDNAの複製反応に及ぼす影響を定量解析することで、ミトコンドリア内環境依存的なミトコンドリアDNA変異発生のメカニズムの解明とその化学的制御を目指す。令和5年度は、DNA上に形成される四重鎖構造の形成を調節してミトコンドリアDNAの変異発生を化学的に制御する技術の開発を進めた。その中で、i-motif型の四重鎖構造に対し、配列選択的に結合するリガンド分子を見出すことに成功した。一例として、クリスタルバイオレットがヒトBcl2遺伝子のプロモーター領域由来のi-motifに選択的に結合し、その転写活性を抑制することを示した。得られた結果は、i-motifのループ領域がアプタマーのように配列に応じて様々な低分子化合物の結合サイトになり得る事を示唆しており、今後はミトコンドリア特有のi-motif配列をターゲットとする低分子化合物を開発することで、ミトコンドリアDNAの変異発生を化学的に制御できることが期待される。また、細胞中のミトコンドリア内環境が四重鎖構造に及ぼす影響を観察するために、ミトコンドリア内あるいは核内で緑色蛍光タンパク質（GFP）を発現するレポーター系を構築した。プロモーター下流に四重鎖配列を導入したところ、ミトコンドリア内でGFPの発現量が減少した配列が得られた。以上から、ミトコンドリア内は核内とは異なる溶液環境により四重鎖構造の形成が制御されており、その解明がミトコンドリアDNAの変異発生を理解する上で重要であることを示した。
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