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本研究では、様々なDNA合成酵素を活用した金属配位子型人工DNAの酵素合成法を開発し、金属錯体形成を駆動力として構造・機能のスイッチングが可能な金属イオン応答性DNA超分子を創製することを目的としている。
本年度は、Cu(II)イオン存在下で金属錯体型塩基対H-Cu(II)-Hを形成するヒドロキシピリドン型ヌクレオチド(H)について、DNAポリメラーゼによる複数のHヌクレオチドの連続導入を検討した。損傷乗り越え型ポリメラーゼであるDpo4を用いたところ、鋳型塩基Tに対してHヌクレオチドが3個連続して導入されることを見出した。引き続くDNAリガーゼによる連結反応により、連続するHヌクレオチドを内部に含むDNA鎖の酵素合成に成功した。さらにこの方法は、Cu(II)イオンに応答して活性を制御できる一本鎖型デオキシリボザイム(DNAzyme)の開発にも応用できた。
また、より安定な金属錯体型塩基対を形成するカルボキシイミダゾール(ImC)塩基を用い、Cu(II)イオンに応答して活性を制御できるDNAzymeの開発を行った。モデルDNA二重鎖を用いた実験から、ImC-Cu(II)-ImC塩基対の形成により中性条件でDNA二重鎖が著しく安定化されることを見出した(ΔTm = +35 ℃)。さらに、二つに分割したDNAzyme配列のステム二重鎖部分にImC-ImCミスマッチ塩基対を導入することで、Cu(II)応答性DNAzymeを設計した。Cu(II)イオン存在下のDNAzymeの活性は、非存在下に比べて約12倍に上昇した。昨年度までに開発したH-Cu(II)-H塩基を用いたDNAzymeでは約5.5倍の効率であったことから、より効率のよい金属イオン応答性DNAzymeが開発できたと言える。
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