| 研究課題/領域番号 |
18K05315
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
朴 昭映 京都大学, 理学研究科, 助教 (10628556)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | DNA / グアニン四重鎖構造 / 金属酵素 / 不斉合成 |
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| 研究実績の概要 |
DNAらせん構造についての興味は、今や分子生物学だけに留まらず、DNAナノテクノロジーを含む様々な研究分野に拡がっている。例えば、DNAのらせん構造は不斉合成における不斉源としても用いることができる。本研究は、DNAのユニークな四重らせん構造に由来する空間とその動的構造変化に着目し、この特徴を精密制御することで、スイッチング可能なDNA金属酵素を開発することを目標とする。最近申請者は、DNAのリン酸骨格にビピリジン配位子を導入する方法を確立し、反応場の制御できない超分子アセンブリ型DNAハイブリッド触媒の欠点を克服した、精密制御可能なDNA金属酵素を開発することに成功している。本研究では、グアニン繰り返し配列の中心にビピリジン配位子を導入し、触媒システムを構築している。具体的には、K+イオン存在下で最も単純な逆平行（antiparallel）型グアニン四重鎖構造を形成するDNA配列として、5’-GG-[Bpy]-GG-3’を設計・合成し、予想通りK+イオン存在下で四重らせん構造の形成を確認した。また、様々な金属イオンとの結合性を調べた結果、Ni(II)やCu(II)イオンとの結合性を示唆する結果を得ている。さらに、5’-GG-[Bpy]-GG-3’からなる四重らせんDNAハイブリッド触媒を用いてマイケル付加反応を行ったところ、良好なエナンチオ選択性で目的物を得ることに成功した。本研究により、生命化学と触媒化学、DNAナノテクノロジーという多様な研究分野を融合した学際的な研究領域を開拓し、未来を先導する革新的技術として確立することが期待できる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
申請者が確立した方法を利用し、グアニン繰り返し配列の中心にビピリジン配位子を導入した5’-GG-[Bpy]-GG-3’配列を合成した。円偏光二色性分析(CD)を測定することにより5’-GG-[Bpy]-GG-3’はK+イオン存在下で逆平行（antiparallel）型グアニン四重鎖構造を形成することを検証した。今回合成したDNAを用いて金属酵素としての応用を試みた結果、不斉マイケル付加反応において良好なエナンチオ選択性で目的物を得ることに成功している。また、新しいグアニン四重鎖構造を有するDNA金属酵素として、グアニン繰り返し配列の中心にヒスチジンを導入したDNAやユリア基を含むDNAの合成に成功し、その物性と金属酵素としての可能性を検証している。最初の計画以上、多様なDNAの合成に成功し、これから触媒としての応用が期待できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
グアニン繰り返し配列の中心にヒスチジンを導入したDNAは、ヘミンと複合体を形成することにより酸化酵素としての応用可能性を試みる。ユリア基はニトロ化合物との相互作用が知られているため、ユリア基を含む四重らせんDNAはニトロ化合物を基質とする反応への応用が期待できる。最近、Phanらにより四重鎖ー二本鎖ハイブリッドDNAの構造及び二本鎖と四重鎖との間の両立性が報告されている。本研究ではビピリジン配位子を含む四重鎖ー二本鎖ハイブリッドDNAを構築し、不斉合成への応用を検討する。また、分子モデリングやNMR構造解析、X線結晶構造分析を行い、DNA金属酵素の四重鎖構造内に構築される活性化サイトの立体構造と反応生成物の立体選択性の関係を明らかにする。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本来3月中にまとめる予定であった実験が終わらず引き続き行うことになったため、4月に入ってからすぐ試薬を注文する必要があった。
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