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2000 年度 研究成果報告書概要

人工制限酵素の合成とニュー・バイオテクノロジーの創成

研究課題

研究課題/領域番号 11308023
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 生物有機科学
研究機関東京大学

研究代表者

小宮山 真  東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (50133096)

研究分担者 須磨岡 淳  東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (10280934)
八代 盛夫  東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (30192785)
研究期間 (年度) 1999 – 2000
キーワード人工制限酵素 / 加水分解 / 核酸 / RNA / DNA / ランタニド / インターカレーター / セリウム
研究概要

人工制限酵素の実用化のためには,切断能と選択性の一層の向上が急務であるので,本申請研究においては,ここに焦点を絞った.その結果,以下に示すように,(1)大きなDNA切断活性を持つCe(IV)錯体の開発,ならびに,(2)DNAの特定部位の活性化に基づく切断効率の向上の2点で,特に大きな成果を上げることができた.
(1)大きなDNA切断活性を持つCe(IV)錯体の開発
Ce(IV)とEDTAとの1:1錯体が,生理条件でDNAを極めて迅速に加水分解することを発見した.この錯体は,ニュー・バイオテクノロジーを創生する第2世代の人工制限酵素の触媒部位として十分な触媒能と化学的安定性をもっている.
さらに,Ce(IV)・EDTA錯体のDNA切断触媒能が,ジエチレントリアミン,スペルミンなどとの協同触媒作用により飛躍的に(数十倍以上)増進できることを見出した.EDTA錯体/オリゴアミン協同触媒系は非常に高活性であり,わずかに数μMの濃度でもDNAを効率的に切断する.セリウムイオンによるDNA切断ではmMオーダーの触媒濃度が必要であり実用化の障害となっていたが,この問題は完全に解決された.
(2)DNAの特定部位の活性化に基づく切断効率の向上
DNAを効率的に切断するもう一つの方法は,基質を構造的にひずませて活性化することである.種々検討した結果,インターカレーターを結合した修飾DNAが,基質核酸の活性化に非常に有効であることを見出した.すなわち,基質核酸がこの修飾DNAと2重らせんを形成すると,インターカレーターの近傍が選択的に活性化される.この現象を利用して,核酸の位置選択的な加水分解に成功した.この知見は,人工制限酵素の設計に際して,「高活性触媒」と「基質の活性化」の両者を併用することにより,切断効率と選択性との飛躍的な向上が可能であることを強く示唆している.

  • 研究成果

    (36件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (36件)

  • [文献書誌] H.Shigekawa et al.: "Extended x-ray absorption fine structure study on the cerium (IV)-induced DNA hydrolysis.-Implication to the roles of 4f orbitals in the catalysis-"Appl.Phys.Lett.,Appl.Phys.Lett.. 74. 460-462 (1999)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] M.Komiyama et al.: "Hydrolysis of DNA and RNA by lanthanide ions : Mechanistic studies leading to new applications."Chem.Commun.(Feature Article). 1443-1452 (1999)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] T.Igawa et al.: "Improvement of efficiency of the Ce(IV)-induced DNA scission-Relationship between the kinetic parameters (k__<cal> and k__m)and the DNA structure-"Nucleic Acids,Symp Ser.. 42. 231-232 (1999)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] J.Sumaoka et al.: "Photo-regulation of RNA hydrolysis by the zinc (II)complex carrying azobenzene."Chem.Lett.. 439-440 (1999)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] A.Kuzuya et al.: "Non-covalent combinations of lanthanide (III)ion and two DNA oligomers for sequence-selective RNA scission."Chem.Lett.. 1035-1036 (1999)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] J.Sumaoka et al.: "Homogeneous Ce(IV)complexes for efficient hydrolysis of plasmid DNA."Chem.Lett.. 56-57 (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] T.Igawa et al.: "Kinetic studies on Ce(IV)-induced hydrolysis of single-stranded and double-stranded oligonucleotides."Nucleosides & Nucleotides. 19. 891-902 (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] T.Igawa et al.: "Hydrolysis of oligonucleotides by homogeneous Ce(IV)-EDTA complex."Chem.Lett.. 356-357 (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] N.Takeda et al.: "Kinetic and theoretical studies on the mechanism of alkaline hydrolysis of DNA."J.Org.Chem.. 65. 4391-4396 (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] A.Kuzuya et al.: "Non-covalent ternary systems (DNA-acridine hybrid/DNA/lanthanide(III))for efficient and site-selective RNA scission."Chem.Commun.. 2019-2020 (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] Y.Yamamoto et al.: "Hydrolysis of DNA by Ce(IV)/EDTA complexes. The mechanism of DNA cleavage and design of artificial restriction enzymes-"Nucleic Acids,Symp Ser.. 44. 231-232 (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] A.Kuzuya et al.: "Sequence-selective RNA scission by non-covalent combination of acridine-tethered DNA and lanthanide (III)ion"Chem.Lett. 1378-1379 (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] J.Sumaoka et al.: "Cooperation of the Ce(IV)/EDTA complex and oligoamine for prompt scission of DNA."Chem.Lett.. 20-21 (2001)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] 葛谷明紀 他: "人工酵素によるRNAの切断とその応用"化学工業. 50. 197-203 (1999)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] 小宮山真 他: "次世代バイオテクノロジーと新材料"未来材料. 1. 41-42 (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] M.Komiyama et al.: "Sequence-Selective Artificial Ribonucleases."Methods in Enzymology. (in press).

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] 小宮山真 他: "バイオミメテイックス・ハンドブック 長田義人,片岡一則 編"NTS(印刷中).

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] 須磨岡淳 他: "化学フロンティア:生命化学のニューセントラルドクマ,第4章遺伝子切断"化学同人(印刷中).

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] H.Shigekawa, M.Ishida, K.Miyake, R.Shioda, Y.Iijima, T.Imai, H.Takahashi, J.Sumaoka, and M.Komiyama.: "Extended x-ray absorption fine structure study on the cerium (IV) -induced DNA hydrolysis. -Implication to the roles of 4f orbitals in the catalysis-"Appl.Phys.Lett.. 74. 460-462 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] M.Komiyama, N.Takeda, and H.Shigekawa.: "Hydrolysis of DNA and RNA by lanthanide ions : Mechanistic studies leading to new applications."Chem.Commun.(Feature Article). 1443-1452 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] T.Igawa, J.Sumaoka, and M.Komiyama.: "Improvement of efficiency of the Ce (IV) -induced DNA scission -Relationship between the kinetic parameters (K_<cat> and K_m) and the DNA structure-"Nucleic Acids, Symp Ser.. 42. 231-232 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] J.Sumaoka, K.Kawata, and M.Komiyama: "Photo-regulation of RNA hydrolysis by the zinc (II) complex carrying azobenzene."Chem.Lett.. 439-440 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] A.Kuzuya, M.Akai, and M.Komiyama.: "Non-covalent combinations of lanthanide (III) ion and two DNA oligomers for sequence-selective RNA scission."Chem.Lett.. 1035-1036 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] J.Sumaoka, T.Igawa, K.Furuki, and M.Komiyama.: "Homogeneous Ce (IV) complexes for efficient hydrolysis of plasmid DNA."Chem.Lett.. 56-57 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] T.Igawa, J.Sumaoka, and M.Komiyama.: "Kinetic studies on Ce (IV) -induced hydrolysis of single-stranded and double-stranded oligonucleotides."Nucleosides & Nucleotides. 19. 891-902 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] T.Igawa, J.Sumaoka, and M.Komiyama.: "Hydrolysis of oligonucleotides by homogeneous -Ce (IV) -EDTA complex."Chem.Lett.. 356-357 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] N.Takeda, M.Shibata, N.Tajima, K.Hirao, and M.Komiyama.: "Kinetic and theoretical studies on the mechanism of alkaline hydrolysis of DNA."J.Org.Chem.. 65. 4391-4396 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] A.Kuzuya and M.Komiyama, J.Chem.Soc., Chem.Communi., 2000, 2019-2020: "Non-covalent ternary systems (DNA-acridine hybrid/DNA/lanthanide (III)) for efficient and site-selective RNA scission."Chem.Commun.. 2019-2020 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] Y.Yamamoto, T.Igawa, J.Sumaoka, and M.Komiyama.: "Hydrolysis of DNA by Ce (IV) /EDTA complexes. The mechanism of DNA cleavage and design of artificial restriction enzymes-"Nucleic Acids, Symp Ser.. 44. 231-232 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] A.Kuzuya and M.Komiyama.: "Sequence-selective RNA scission by non-covalent combination of acridine-tethered DNA and lanthanide (III) ion"Chem.Lett.. 1378-1379 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] J.Sumaoka, T.Igawa, T.Yagi, and M.Komiyama: "Cooperation of the Ce (IV) /EDTA complex and oligoamine for prompt scission of DNA."Chem.Lett.. 20-21 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] A.Kuzuya, M.Komiyama.: "RNA Hydrolysis by artificial ribonuclease and its application"Kagaku kogyo. 50. 197-203 (1999)

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  • [文献書誌] M.Komiyama.: "New-biotecnology and new material"Miraizairyo. 1. 41-42

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] M.Komiyama, J.Sumaoka, A.Kuzuya, and Y.Yamamoto.: "Sequence-Selective Artificial Ribonucleases."Methods in Enzymology. (in press).

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] M.Komiyama, J.Sumaoka, A.Kuzuya.: "Artificila restriction enzyme"Biomimetic Handbook. (in press).

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] J.Sumaoka, A.Kuzuya, M.Komiyama.: "Scission of gene"Kagaku no frontier. (in press).

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より

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公開日: 2002-03-26  

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