生細胞内のグアニン四重鎖を可視化するライトアップ型リガンドの創製

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16K13094
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 長澤 和夫 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10247223)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: グアニン４重鎖 / ライトアップ / リガンド / 大環状ポリオキサゾール / 蛍光リガンド

研究実績の概要

グアニン四重鎖（以下G4）は、グアニンが豊富な核酸の１本鎖領域で可逆的に形成される核酸の高次構造である。近年、DNAの複製、遺伝子の転写調節などの生命現象を直接的に制御することが報告されている。また、がんなどの難治生疾患の分子標的としての研究も精力的に行われている。現在、G4を介した生命現象を明らかにするために、生細胞内でのG4形成の直接的な可視化に関して、精力的に研究展開されている。
本研究では生細胞内でのG4形成を、リガンドを用いて直接可視化することを計画した。特に、G4構造を形成したときに相互作用し、同時に蛍光を発するライトアップ型リガンドの創製を目的とした。
これまでに我々は、G4と選択的かつ強力に相互作用する大環状ヘキサオキサゾール化合物（以下6OTD）の創製を報告し、そのG4に対する相互作用様式も明らかにしている。そこでこれらの知見を基に、6OTDの側鎖にG4との会合により蛍光特性が変化する置換基候補としてナフチル基を設計し、これを導入した化合物の合成を行った。その結果、当該リガンドは、G4形成配列と選択的に相互作用し、かつその構造を安定化すること、また相互作用することで蛍光特性が大きく変化することがわかった。この蛍光特性の変化は、核酸との相互作用による疎水場効果によることもわかった。そこで、本結果をもとに、新たにナフチル基に電子求引基、電子供与基を置換したリガンドを系統的に合成した。その結果、その中の一つの化合物に、G4と相互作用することで蛍光を発するライトアップ型の特性を有するリガンドを見出すことができた。

研究成果

• [国際共同研究] 浦項工科大学校(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: 浦項工科大学校
• [雑誌論文] Model studies for isolation of G-quadruplex-forming DNA sequences through a pull-down strategy with macrocyclic polyoxazole (2019)
  • 著者名/発表者名: Iida Keisuke、Tsushima Yamato、Ma Yue、Sedghi Masoud Shadi、Sakuma Mai、Yokoyama Tomomi、Yoshida Wataru、Ikebukuro Kazunori、Nagasawa Kazuo
  • 雑誌名: Bioorganic & Medicinal Chemistry 巻: 27 ページ: 1742～1746
  • DOI: 10.1016/j.bmc.2019.02.056
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and Telomeric G-Quadruplex-Stabilizing Ability of Macrocyclic Hexaoxazoles Bearing Three Side Chains (2019)
  • 著者名/発表者名: Ma Yue、Iida Keisuke、Sasaki Shogo、Hirokawa Takatsugu、Heddi Brahim、Phan Anh、Nagasawa Kazuo
  • 雑誌名: Molecules 巻: 24 ページ: 263～263
  • DOI: 10.3390/molecules24020263
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Synthesis of All Stereoisomers of RK460 and Evaluation of Their Activity and Selectivity as Abscisic Acid Receptor Antagonists (2019)
  • 著者名/発表者名: Mikame Yu、Yoshida Kazuko、Hashizume Daisuke、Hirai Go、Nagasawa Kazuo、Osada Hiroyuki、Sodeoka Mikiko
  • 雑誌名: Chemistry: A European Journal 巻: 25 ページ: 3496～3500
  • DOI: 10.1002/chem.201806056
  • 査読あり
• [雑誌論文] Binding of a Telomestatin Derivative Changes the Mechanical Anisotropy of a Human Telomeric G-Quadruplex (2018)
  • 著者名/発表者名: Jonchhe Sagun、Ghimire Chiran、Cui Yunxi、Sasaki Shogo、McCool Mason、Park Soyoung、Iida Keisuke、Nagasawa Kazuo、Sugiyama Hiroshi、Mao Hanbin
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 58 ページ: 877～881
  • DOI: 10.1002/anie.201811046
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Random Formation of G-Quadruplexes in the Full-Length Human Telomere Overhangs Leads to a Kinetic Folding Pattern with Targetable Vacant G-Tracts (2018)
  • 著者名/発表者名: Abraham Punnoose Jibin、Ma Yue、Hoque Mohammed Enamul、Cui Yunxi、Sasaki Shogo、Guo Athena Huixin、Nagasawa Kazuo、Mao Hanbin
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 57 ページ: 6946～6955
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.8b00957
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Molecular architecture of G-quadruplex structures generated on duplex Rif1-binding sequences (2018)
  • 著者名/発表者名: Masai Hisao、Kakusho Naoko、Fukatsu Rino、Ma Yue、Iida Keisuke、Kanoh Yutaka、Nagasawa Kazuo
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 293 ページ: 17033～17049
  • DOI: 10.1074/jbc.RA118.005240
  • 査読あり
• [雑誌論文] A force sensor that converts fluorescence signal into force measurement utilizing short looped DNA (2018)
  • 著者名/発表者名: Mustafa Golam、Chuang Cho-Ying、Roy William A.、Farhath Mohamed M.、Pokhrel Nilisha、Ma Yue、Nagasawa Kazuo、Antony Edwin、Comstock Matthew J.、Basu Soumitra、Balci Hamza
  • 雑誌名: Biosensors and Bioelectronics 巻: 121 ページ: 34～40
  • DOI: 10.1016/j.bios.2018.08.073
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Analysis of Interactions between Telomeric i-Motif DNA and a Cyclic Tetraoxazole Compound (2018)
  • 著者名/発表者名: Sedghi Masoud Shadi、Yamaoki Yudai、Ma Yue、Marchand Adrien、Winnerdy Fernaldo Richtia、Gabelica Valerie、Phan Anh Tuan、Katahira Masato、Nagasawa Kazuo
  • 雑誌名: ChemBioChem 巻: 19 ページ: 2268～2272
  • DOI: 10.1002/cbic.201800425
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Development of G-quadruplex ligands for selective induction of a parallel-type topology (2018)
  • 著者名/発表者名: Ma Yue、Tsushima Yamato、Sakuma Mai、Sasaki Shogo、Iida Keisuke、Okabe Sachiko、Seimiya Hiroyuki、Hirokawa Takatsugu、Nagasawa Kazuo
  • 雑誌名: Organic & Biomolecular Chemistry 巻: 16 ページ: 7375～7382
  • DOI: 10.1039/C8OB01702F
  • 査読あり
• [学会発表] テロメアグアニン四重鎖構造をアンチパラレル型に誘起する鎖状型ヘキサオキサゾール化合物の合成および物性評価 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐々木捷悟、松田未沙子、馬 悦、長澤和夫
  • 学会等名: 日本化学会 第99春季年会
• [学会発表] グアニン四重鎖を標的としたLight-up型蛍光リガンドの創製研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 若林勇樹、馬悦、飯田圭介、齋藤良太、長澤和夫
  • 学会等名: 日本化学会 第99春季年会
• [学会発表] グアニン四重鎖選択的に蛍光特性の変化するリガンドの創製 (2018)
  • 著者名/発表者名: 馬悦、飯田圭介、齋藤良太、長澤和夫
  • 学会等名: 日本ケミカルバイオロジー学会 第13回年会
• [学会発表] The interaction analysis of a cyclic tetraoxazole with telomeric i-motif DNA (2018)
  • 著者名/発表者名: Shadi Sedghi Masoud, Yudai Yamaoki, Yue Ma, Adrian Marchand, Fernaldo Richtia Winnerdy, Valerie Gabelica, Anh Tuan Phan, Masato Katahira, Kazuo Nagasawa
  • 学会等名: ISNAC 2018 (The 45rd International Symposium on Nucleic Acids Chemistry)
  • 国際学会
• [学会発表] Development of linear hexaoxazoles as topology-selective G-quadruplex stabilizing ligands (2018)
  • 著者名/発表者名: Shogo SASAKI, Yue Ma, Kazuo Nagasawa
  • 学会等名: BIONIC2018
  • 国際学会
• [学会発表] Design and synthesis of macrocyclic hexaoxazole compounds as G-quadruplex ligands (2018)
  • 著者名/発表者名: Yue Ma, Shogo Sasaki, Masayuki Tera, Keiko Shimamoto, Kazuo Nagasawa
  • 学会等名: 2nd International BMS Symposium 2018 in Kyoto
  • 国際学会
• [学会発表] 大環状ヘキサオキサゾール誘導体を用いた生細胞内でのグアニン四重鎖構造の可視化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 安田瑞穂、馬悦、岡部幸子、清宮啓之、Young-Tae Chang、長澤和夫
  • 学会等名: 日本ケミカルバイオロジー学会 第13回年会
• [学会発表] In situ Click反応を基盤とする生細胞中でのG4の可視化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 安田瑞穂、馬悦、岡部幸子、Young-Tae Chang、清宮啓之、長澤和夫
  • 学会等名: 第36回メディシナルケミストリーシンポジウム
• [備考] 生細胞内での核酸高次構造の動態解析