ヘムー核酸複合体の機能解析とその応用展開に関する基礎研究

2006 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18550148
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 三田 肇 筑波大学, 大学院数理物質科学研究科, 講師 (00282301)
• キーワード: 四重鎮DNA / 構造と機能相関 / 標準酸化還元電位 / 軸配位子 / ヘム / 二量化反応 / NMR / 熱力学

研究概要

立体構造が制御された核酸中の特定の部位に、機能発現を誘起させるための分子を配置することにより、高度に設計された新規機能性材料を合成することを目指した研究を進めている。本研究機期間では、テロメア部位のモチーフ配列d(TTAGGG)がK^+存在下で形成するパラレル四重らせん構造に補欠分子族であるヘムを組み込んだヘム-核酸複合体を合成し、外部配位子の配位や酸化還元特性とその制御機構の解析を行った。
1)軸配位子の配位
d(TTAGGG)が形成する四重鎖DNAとヘムの複合体に、外部軸配位子としてイミダゾールとその誘導体、メルカプトエタノールを配位させた。その親和性の変化と分光学的特長を測定し、ミオグロビンなどと類似していることを見出した。
2)酸化還元電位と軸配位子(酸化還元電位の制御)
1)でヘム-核酸複合体に配位することが明らかとなった軸配位子について、標準酸化還元電位を測定し、ミオグロビンなどの標準酸化還元電位と比較した。ヘムタンパク質類では、第五軸配位子が窒素の場合、第六配位子がSONと変化するに従い標準酸化還元電位が低下する傾向が見られるが、このヘム核酸複合体でも同様の変化が観測された。この結果から、ヘム核酸の第五配位子として塩基の窒素が配位することが支持された。
3)四重鎖DNA二量化反応の熱力学に及ぼす金属イオンの効果
Mg^<2+>の存在により四重鎖DNAの二量化反応が促進することが見出された。さらに、Mg^<2+>濃度の増大により、エントロピーの寄与が増加することに起因することが明らかになり、リン酸基の負電荷をMg^<2+>が中和し、Mg^<2+>を含めた脱溶媒和の寄与によると考えられた。

研究成果

• [雑誌論文] 四重鎖DNAのダイナミクスとポルフィリン誘導体との相互作用 (2007)
  • 著者名/発表者名: 山本泰彦, 三田肇, 大山貴子
  • 雑誌名: 生物物理 47 ページ: 23-28
• [雑誌論文] Formation of a complex of 5,10,15,20-tetrakis(N-methylpyridinium-4-yl)-21H,23H-porphyrin with G-quadruplex DNA. (2006)
  • 著者名/発表者名: Mita, H., Ohyama, T., Tanaka Y., Yamamoto, Y.
  • 雑誌名: Biochemistr 45 ページ: 6765-6772
• [雑誌論文] Exogenous ligand binding property of a heme-DNA coordination complex (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Ohyama, Y.Kato, H.Mita, Y.Yamamoto
  • 雑誌名: Chem. Lett 35 ページ: 126-127
• [雑誌論文] Effects of various cations on the dynamics and thermodynamics of the dimerization of G-quadruplex DNA. (2006)
  • 著者名/発表者名: Mita, H., Kato, Y., Ozawa, M., Fujisaki T., Yamamoto, Y.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Symp. Ser. 50 ページ: 191-192
• [雑誌論文] Influence of a single amide group on the redox function of Pseudomonas aeruginosa cytochrome c_551. (2006)
  • 著者名/発表者名: Y.Takahashi, S.J.Takayama, S.Mikami, H.Mita, Y.Sambongi, Y.Yamamoto
  • 雑誌名: Chem. Lett. 35 ページ: 528-529
• [雑誌論文] A spectroscopic index for estimating the age of amber. (2006)
  • 著者名/発表者名: H.Kimura, Y.Tsukada, H.Mita, Y.Yamamoto, R.Chujo, T.Yukawa
  • 雑誌名: Bull. Chem. Soc. Jpn. 79 ページ: 451-453
• [雑誌論文] Further enhancement of the thermostability of Hydrogenobacter thermophilus cytochrome c_552. (2006)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, Y., Sasaki, H., Takayama, S.J., Mikami, S., Kawano S., Mita, H., Sambongi, Y., Yamamoto, Y.
  • 雑誌名: Biochemistry 45 ページ: 11005-11011
• [雑誌論文] cDNA-derived amino acid sequences of myoglobins from nine species of whales and dolphins. (2006)
  • 著者名/発表者名: Iwanami, K., Mita, H., Yamamoto, Y., Fujise, Y., Yamada T., Suzuki, T.
  • 雑誌名: Comp. Biochem. Physiol B145 ページ: 249-256