| 研究領域 | 反応集積化が導く中分子戦略：高次生物機能分子の創製 |
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| 研究課題/領域番号 |
15H05838
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
永次 史 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (90208025)
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| 研究分担者 |
鬼塚 和光 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (00707961)
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| 研究期間 (年度) |
2015-06-29 – 2020-03-31
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| キーワード | 機能性中分子 / RNA高次構造 / RNA結合分子 / アルキル化反応 / グアニン４重鎖 |
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| 研究実績の概要 |
近年、核酸は配列情報のみならず形成される高次構造が遺伝子発現において重要な機能を持つことが明らかとなってきている。特に種々の機能性RNAではその機能を担うモチーフとして、様々なRNAの高次構造が重要であることがわかってきている。しかし現在これらの構造に結合するプローブはほとんど報告されておらず、その機能解明が進んでいない。これらの高次構造に結合しアルキル化反応を誘起するプローブはこれらの構造の役割を明らかにするのみならず、共有結合による強固な結合により、高次構造を認識する蛋白質の結合を効率的に阻害できると期待される。本申請研究では核酸高次構造を選択的にアルキル化する中分子として標的核酸に近接し反応を誘起する部位及び標的核酸構造を認識する部位という２つの異なる機能を合わせ持つハイブリッド型核酸標的プローブの開発を目指している。H29年度は、高次構造のモデルとして脱塩基部位を持つ２本鎖DNAに対して高い反応性及び選択性を持つ反応性塩基について検討を行った。その結果、２本鎖DNAのマイナーグルーブに結合するヘキストを導入したビニルキナゾリン誘導体が、脱塩基部位の向いのチミンに対して非常に効率的に反応することを明らかにした。さらにベンゼン環部分に種々の置換基を導入したプローブを合成し反応性を比較したところ置換基による反応性の差は観測されず、いずれの誘導体も反応24時間後に約90％の収率でアルキル反応が進行することがわかった。さらにヘキスト部位をアクリジンに置き換えたプローブを合成し、グアニン４重鎖DNAに対するアルキル化について検討した。その結果、合成したプローブはグアニン４重鎖DNAに対し効率的に反応することが示された。この結果は、高次構造を認識する構造の導入により、構造選択的なアルキル化反応を開発する可能性を示唆しており、高次構造を標的とした新たな創薬手法に繋がると考えている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本研究では核酸高次構造をアルキル化する中分子プローブ開発を目指している。現在までに核酸の高次構造として、塩基欠損部位を持つ２本鎖DNA、T-Tミスマッチ構造を持つ２本鎖DNAさらには４本鎖DNAを標的とする効率的なアルキル化プローブの開発に成功した。T-Tミスマッチ構造はトリプレットリピート配列に見られる高次構造で、筋緊張性ジストロフィー1 型における原因遺伝子ともいわれている。さらに４本鎖DNAは染色体末端のテロメアさらには多くの癌遺伝子のプロモーター領域で形成されることがわかってきており，新たな抗がん剤の分子標的として注目されている。これらの疾患に関連した高次構造のアルキル化プローブは、これらの疾患の治療法として展開できる可能性を持っている。既にT-Tミスマッチ構造をアルキル化するプローブに関しては、DNA複製及びアルキル化したDNAからのRNA転写も阻害できることを明らかにしており、遺伝子発現制御法に適用できる可能性を示すことに成功している。また本研究を進めていく中で、現在までにRNAの高次構造をアルキル化するプローブはまだ得られていない。この原因として、RNAの高次構造に効率的に結合する分子構造が少ないことが考えられる。そこで、平成29年度には新たにRNAのヘアピン構造を認識する分子として、多点水素結合により認識するプローブを設計した。本分子を合成しその結合能を評価したところ、ヘアピン構造中のグアニンを認識できることがわかった。これらの研究は当初の計画にはなかったが、問題点解決を目指した新たな研究として進展していると考えている。今後さらにこれらの分子を基本にRNAの高次構造をアルキル化できる分子へと検討を進めていく。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は下記について検討する。
１）RNAヘアピン構造をアルキル化する中分子プローブの開発：昨年度、RNAのヘアピン構造内のグアニンを認識できるプローブの開発に成功した。そこで今年度はこのプローブにアルキル化部位を導入し、ヘアピン構造をアルキル化できるプローブの開発について検討する。さらに、昨年度、高次構造を持つRNA配列に結合するプローブを検索する手法について予備的な検討を行った。今年度はこの検索法を用いて新規RNA結合中分子を検索し、RNA高次構造に対して効率的にアルキル化する中分子の創製を目指す。
２）G-カルテット構造をアルキル化する中分子プローブの開発：昨年度までにG-カルテット構造内で効率的に活性化されるアルキル化中分子プローブを開発した。これらの構造において、G-カルテット構造に結合する部位としては非常にシンプルなアクリジンを用いている。今年度は、アクリジン部位を４本鎖DNAに選択的に結合する結合分子であるテロメスタチン誘導体に、アルキル化部位を結合し、より選択的にG-カルテット構造をアルキル化する中分子プローブの開発を目指す。テロメスタチン誘導体は共同研究者である長澤和夫博士に提供していただく予定である。
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