水素結合および金属配位結合により対合する人工塩基対を用いたＤＮＡ鎖交換反応の開発

2018 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 16K14029
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 生体関連化学
• 研究機関: 東京大学
• 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)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: DNA / 人工塩基対 / 鎖交換反応 / 金属錯体 / 人工核酸

研究成果の概要

天然核酸塩基と水素結合型塩基対を形成し、かつ金属イオン存在下では配位結合により対合して金属錯体型人工塩基対を形成する「ヤヌス型人工塩基」を合成し、水素結合型塩基対と金属錯体型塩基対の可逆な変換に基づくDNA鎖交換反応の開発を行った。5-ヒドロキシウラシル(UOH)を導入したDNA鎖を用い、水素結合型塩基対UOH-Aと金属錯体型塩基対UOH-Gd(III)-UOHの組み換えにより、Gd(III)イオン添加を外部刺激とした可逆なDNA鎖交換を実現した。さらに新規ヤヌス型人工塩基として5-カルボキシウラシルを設計し、DNA二重鎖中で水素結合型塩基対と金属錯体型塩基対の双方を形成することを見出した。

自由記述の分野

生体関連化学

研究成果の学術的意義や社会的意義

DNA鎖交換反応は生体内では相同組換えの過程でも見られるが、近年ではDNAナノ構造体の動的変換などDNAナノテクノロジーの分野でも活用されている。本研究で開発した金属錯体形成に基づくDNA鎖交換反応は、金属イオンを外部刺激として駆動するDNA分子マシンの開発や、機能性人工核酸の機能スイッチングなどへの応用が期待される。特に、水素結合型塩基対と金属錯体型塩基対の双方を形成する「ヤヌス型人工核酸塩基」の設計戦略は、外部刺激応答性のDNA材料や機能性核酸の新規なビルディングブロックとして有用であると考えられる。