| 研究課題/領域番号 |
20H02876
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| 研究機関 | 東京農工大学 |
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研究代表者 |
長澤 和夫 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10247223)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | グアニン四重鎖 / ライトアップ型プローブ / G４リガンド / G４トポロジー |
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| 研究実績の概要 |
グアニン四重鎖 (G4) 構造は、グアニン残基を豊富に含む核酸の1本鎖配列で、動的に形成される核酸の高次構造の一つである。近年G4形成が、DNA の複製、遺伝子の転写調節などの生命現象を、直接的に制御する例が、多数報告されている(in vitro)。しかしG4が、生細胞内の「どこで」「いつ」形成されるのか、また複製や転写等の生命現象との関連を直接的に明らかにした例はない。
本研究では、生細胞内で動的に形成されるG4を可視化しながら観察するためのツールとして、ライトアップ型G4リガンドの創製を目的とした。特に、G4に特有な3つの各トポロジーを区別して、G4の動的形成を可視化することを目的としている。これによりトポロジーを介したG4由来の生命現象を in vivoで解析するための研究基盤を構築する。
本研究を推進する上で、これまでに研究室で開発してきた、G4と特異的かつ強力に相互作用する大環状ポリオキサゾール型G４リガンドの、側鎖構造に着目した構造展開により、トポロジー選択的なライトアップ型G4リガンドの創製を計画した。
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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
私達はこれまで、天然のG4リガンドであるテロメスタチンをリードに、ヘキサオキサゾール大環状化合物である6OTD(Oxazoles Telomestatin Derivative)類をG4リガンドとして独自に開発してきた。6OTD類は、極めて強力かつ選択的にG4と結合する。NMRを用い、6OTD誘導体の一つとテロメ ア領域で形成されるG4のモデル配列 (テロメアG4)との結合様式を解析した結果、6OTD類は、G4のG-カルテット平面とπ-π相互作用を介してスタッキングしていることを見出している。そこで当該知見を基に、ライトアップ型G4リガンドの創製研究に取り組んできた。 ライトアップ型G4リガンドを設計する上で、G4を構成するG-カルテット平面の活用を計画することとした。G4は、グアニン4分子からなる平面(G-カルテット)が複数積層することで形成される。そこで、「リガンドがG-カルテット平面と相互作用することでリガンドが構造変化し、これに伴い蛍光を発する(または蛍光特性が変化する)仕組み」を分子設計に取り入れることとした。具体的には、分子のねじれ解消を駆動力とするライトアップ型G4リガンドの開発を行った。 6OTDの骨格中の側鎖に「G-カルテットとの相互作用を駆動力とするねじれ解消型蛍光基」としてビニルナフチル基を導入したリガンドを合成したところ、当該リガンドが、G４と相互作用した時にのみ蛍光を示すことを見出した。またナフチル基に適切な置換基を導入することで、ストークスシフトの大きいリガンドを創製することができた。一方、G４のトポロジーを認識するリガンドを創製するために、G４のG-カルテットとグルーブの両者を同時に認識するリガンド戦略が有効であることを見出した。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでに、私が開発してきたG４リガンドであるOTD骨格にビニルナフチル基を導入することで、G4と相互作用した時にのみ蛍光を発するターンオン型のライトアップG４リガンドを開発することができた。本リガンドでは、G-カルテットとの相互作用する部位での、分子のねじれを解消する仕組みを基本としている。また、G4の３つのトポロジーを認識するG４リガンドを開発するために、G4構造中のG-カルテットとグルーブの両者を同時に認識することで、トポロジーへの選択性が向上することを見出した。
これらの知見をもとに、トポロジーを区別しながらG４と相互作用した時にのみ蛍光を発するライトアップ型リガンドの創製を計画する。具体的には、トポロジーを認識するリガンドのG-カルテット認識部位側鎖に、ビニルナフチル誘導体を導入することを計画する。ビニルナフチル基の導入位置は、G４リガンドのG４への相互作用様式により変わることから、系統的な構造展開の必要性もある。これらの構想展開により取得されるG4リガンについて、in vitroでの評価（FRET融解実験、PCRストップアッセイ、CDによるG４トポロジー認識評価等）を行った上で、生細胞での当該リガンドを用いたG4形成検出に関する評価を検討する。
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