| 研究課題/領域番号 |
17H03033
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| 研究機関 | 神奈川大学 |
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研究代表者 |
小野 晶 神奈川大学, 工学部, 教授 (10183253)
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| 研究分担者 |
近藤 次郎 上智大学, 理工学部, 准教授 (10546576)
實吉 尚郎 神奈川大学, 工学部, 助教 (10564784)
山田 亮 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (20343741)
田中 好幸 徳島文理大学, 薬学部, 教授 (70333797)
鳥越 秀峰 東京理科大学, 理学部第一部応用化学科, 教授 (80227678)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 金属含有DNA二重鎖 / DNAナノワイヤー / 超分子 / 金属錯体 / オリゴヌクレオチド合成 / 単分子導電性 / 結晶構造 / 金属イオン－核酸 |
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| 研究実績の概要 |
2018年度の研究目標は、DNA二重鎖中で無限に金属イオンが連続する超分子錯体（金属-DNAワイヤー）を合成し、その構造と物性を研究することであった。また、新規金属含有塩基対を見出す実験を実施した。昨年度、DNA二重鎖中で無限にAg(I)イオンが連続するAg(I)－DNAワイヤーの結晶構造を報告したが（Nature Chemistry, 2017, 9, 956-960が、2018年度は同様のAg(I)－DNAワイヤーを与える新規オリゴヌクレオチド、5’-d(CGCGCBCBCGCG)-3’、を見出した。即ち、このオリゴヌクレオチドとAg(I)イオンの溶液からAg(I)－DNAワイヤーの結晶を得た。新規Ag(I)－DNAワイヤーの構造は、既存のAg(I)－DNAワイヤーの構造に類似していた。5’-d(CGCGCBCBCGCG)-3’とAg(I)イオンから、溶液中でAg(I)－DNAワイヤー構造が形成されることを支持する実験結果を得た。
10塩基～20塩基鎖長のオリゴヌクレオチドから金属含有DNA二重鎖を形成し、さらに連結して、長鎖の金属含有DNA二重鎖を合成する手法を確立した。上記の5’-d(CGCGCBCBCGCG)-3’とAg(I)イオンから形成されるAg(I)－DNAワイヤー構造を連結することで、溶液中で形成された長鎖のAg(I)－DNAワイヤーをAFM等の技術で検出する研究に目途が付いた。
金属-DNAワイヤーの物性研究の端緒として、金属含有塩基対、thymine-Hg(II)-thymine、を有する短鎖DNA二重鎖の単分子導電性を解析したところ、T-Tミスペアを有する二重鎖にHg(II)イオンを添加することで導電性が向上することが確認された。
チミン塩基3位にジアミン側鎖を結合したDNA二重鎖を合成し、ジアミン側鎖を利用して金属イオンを結合する手法を開発した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
金属含有DNA二重鎖の結晶構造を解析する研究は順調に成果を生み出している。2017年度にAg(I)-DNAワイヤーの結晶構造（Nature Chemistry, 2017, 9, 956-960）、二つのAg(I)イオンを有する塩基対、4-thioThymine-2Ag(I)-4-thioThymine、を有を含むDNA二重鎖の結晶構造（Chem. Comm., 2017, 53, 11747-11750）を報告したのに引き続き、新規のオリゴヌクレオチド5’-d(CGCGCBCBCGCG)-3’とAg(I)イオンから、新規のAg(I)-DNAワイヤーを得た。分光法を用いることで、このAg(I)-DNAワイヤーが溶液中で安定に形成されることが支持される結果を得た。一方、10塩基～20塩基鎖長のオリゴヌクレオチドから金属含有DNA二重鎖を形成し、さらに連結して、長鎖の金属含有DNA二重鎖を合成する手法を確立した。即ち、上記の5’-d(CGCGCBCBCGCG)-3’とAg(I)イオンから形成されるAg(I)－DNAワイヤー構造連を結し、溶液中で形成された長鎖のAg(I)－DNAワイヤーをAFM等の技術で検出する研究に目途が付いた。DNA折り紙法を利用してT-Hg(II)-Tから成る二重鎖形成させ、AFM法で観測することに成功しており、長鎖のAg(I)-DNAワイヤーの観測にも目途が付いた。
金属-DNAワイヤーの物性研究の端緒として、金属含有塩基対、thymine-Hg(II)-thymine、を有する短鎖DNA二重鎖の単分子導電性解析に着手し、導電性の計測に成功したことは大きな成果である。Ag(I)-DNAワイヤーの導電性を解析する手法を検討したい。
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| 今後の研究の推進方策 |
2018年度と同様に、金属含有DNA二重鎖の結晶構造を解析する研究を継続する。結晶化は、時間と手数のかかる実験操作を継続することが重要である。また、既存の結晶構造を論文として報告する。さて、2018年度に新たに見出したAg(I)-DNAワイヤーは、溶液中でも安定に形成されることが期待されている。2019年度は、NMR法を用いて溶液中におけるAg(I)-DNAワイヤーの形成を観測し、さらにAFMを利用して長鎖のAg(I)-DNAワイヤーを検出する。既に結晶構造解析に成功している。即ち、原子レベルの部分構造から全体構造まで、様々な視点から解析したデータを蓄積することが、今後の目的である。
上記のように金属-DNAワイヤーの合成と構造解析に関するデータが蓄積されつつある。一方、金属-DNAワイヤーの物性解析は今後の課題である。2018年度、金属含有塩基対、thymine-Hg(II)-thymine、を有する短鎖DNA二重鎖の単分子導電性を解析し、T-Tミスペアを有する二重鎖にHg(II)イオンを添加することで導電性が向上することが確認された。同様の手法を用いて、2019年度はAg(I)-DNAワイヤーの導電性測定を試みる。
2019年度は新たな研究に着手する。一つは、金属-DNAワイヤーを連結して、さらなる高次構造を構築する研究である。即ち、DNAワイヤーの側鎖を結合し、側鎖間の相互作用を利用して金属-DNAワイヤーを連結する手法を開発する。また、金属-DNAワイヤーを還元条件で処理することで、金属ナノ粒子を形成させる手法を検討する。金属としてはAgまたはAuを用いる。DNAを基盤としてAgナノ粒子を合成する手法は報告があるが、DNAを利用するAナノ粒子の合成は報告が無い。金属ナノ粒子を合成するに加えて、DNAを利用して金属ナノ粒子を連結する手法の開発を視野に入れている。
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