ポリアミド-転写活性化因子融合分子による特定遺伝子活性化法の開発

2011 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21603008
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 遠藤 政幸 京都大学, 物質-細胞統合システム拠点, 准教授 (70335389)
• キーワード: エピジェネティック制御 / DNAナノ構造 / ヌクレオソーム / ヒストン / DNA修復酵素 / 原子間力顕微鏡 / 1分子イメージング / ポリアミド

研究概要

本研究では、ヒストンのアセチル化やメチル化などの修飾によるヌクレオソーム構造の制御と遺伝子の活性化及びプロモーター部位の脱メチル化による遺伝子の活性化の機構に立脚し、ケミカルバイオロジーの手法によって遺伝子の活性化の機構の解明と手法の開発を行う。ピストン修飾酵素によるヌクレオソーム構造の変化の機構をDNAナノ構造内に関連する生体分子を導入し、高速原子間力顕微鏡(AFM)を用いて動的な挙動を直接1分子観察し解析する。この知見をもとに、特定のDNA配列を認識し結合するピロールーイミダゾールポリアミドを用いて、エピジェネティックな活性化に寄与する分子を導入した融合分子を設計する。
当年度は、ポリアミド誘導体の配列特異性を検討するため、複数のウエルをもつDNA構造体を構築し、その中に特異的な配列とミスマッチ配列を導入した。アルキル化分子とビオチンを結合したポリアミドは、特異的な配列により選択的に結合し、アルキル化反応をすることが1分子で確かめられた。この知見をヌクレオソームとポリアミドの相互作用の1分子観察系に反映させる。また、酵素反応の系を1分子観察するため、DNA構造体にDNA組み換えのためのDNA配列を導入して、DNA組み換え酵素の反応が観察できる系の構築を行った。高速AFMによってDNA組み換え酵素が動的に1分子観察をでき、その組み換え反応を直接観察できることが可能となった。転写の制御には、ナノ構造体を結合した転写のための鋳型DNAを使用して、特異的なDNA鎖を加えることで、活性化できる系の構築に成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Transcription Regulation System Mediated by Mechanical Operation of DNA Nanostructure (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Endo, R. Miyazaki, T. Emura, K. Hidaka, H. Sugiyama
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc 巻: 134 ページ: 2852-2855
  • DOI: DOI:10.1021/ja2074856
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sequence-Selective Single-Molecule Alkylation with a Pyrrole-Imidazole Polyamide Visualized in a DNA Nanoscaffold (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshidome, M. Endo, G. Kashiwazaki, K. Hidaka, T. Bando, H. Sugiyama
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc 巻: 134 ページ: 4654-4660
  • DOI: DOI:10.1021/ja209023u
  • 査読あり
• [雑誌論文] A DNA-based molecular motor that can navigate a network of tracks (2012)
  • 著者名/発表者名: S. F. J. Wickham, J. Bath, Y. Katsuda, M. Endo, K. Hidaka, H. Sugiyama, A. J. Turberfield
  • 雑誌名: Nature Nanotechnology 巻: 7 ページ: 169-173
  • DOI: DOI:10.1038/NNANO.2011.253
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single-Molecule Analysis Using DNA Origami (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Rajendran, M. Endo, H. Sugiyama
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed 巻: 51 ページ: 874-890
  • DOI: doi:10.1002/anie.201102113
  • 査読あり
• [雑誌論文] Zinc finger proteins as adaptor for locating proteins at specific addresses of DNA origami (2012)
  • 著者名/発表者名: E.Nakata, L.Fong, C.Uwatoko, S.Kiyonaka, Y.Mori, Y.Katsuda, M.Endo, H.Sugiyama, T.Morii
  • 雑誌名: Angew.Chem.Int.Ed. 巻: 51 ページ: 2421-2424
  • DOI: 10.1002/anie.201108199
  • 査読あり
• [雑誌論文] DNA Origami : Synthesis and Self-Assembly (2012)
  • 著者名/発表者名: A.Rajendran, M.Endo, H.Sugiyama
  • 雑誌名: Current Protocols in Nucleic Acids Chem 巻: 48 ページ: 12.9.1-12.9.18
  • DOI: 10.1002/0471142700.nc1209s48
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photo-cross-linking-assisted thermal stability of DNA origami structures and its application for higher-temperature self-assembly (2011)
  • 著者名/発表者名: A. Rajendran, M. Endo, K. Hidaka, H. Sugiyama
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc 巻: 133 ページ: 14488-14491
  • DOI: DOI:10.1021/ja204546h
  • 査読あり
• [雑誌論文] Programmed placement of gold nanoparticles onto a slit-type DNA origami scaffold (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Endo, Y. Yang, T. Emura, K. Hidaka, H. Sugiyama
  • 雑誌名: Chem. Commun 巻: 47 ページ: 10743-10745
  • DOI: DOI:10.1039/C1CC13984C
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recent Progress of DNA origami technology (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Endo, H.Sugiyama
  • 雑誌名: Current Protocols in Nucleic Acids Chem 巻: 45 ページ: 12.8.1-12.8.19
  • DOI: 10.1002/0471142700.nc1208s45
  • 査読あり
• [学会発表] DNAナノ構造変換を利用した転写の制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 遠藤政幸、宮崎亮次、江村智子、日高久美、杉山弘
  • 学会等名: 日本化学会第92春季年会
  • 発表場所: 横浜市
  • 年月日: 2012-03-28
• [学会発表] DNAナノ構造体の生体反応への応用 (2011)
  • 著者名/発表者名: 遠藤政幸
  • 学会等名: 創剤フォーラム若手研究会シンポジウム
  • 発表場所: 京都市(招待講演)
  • 年月日: 2011-11-19
• [学会発表] AFM-based Imaging of the Movement of Biomolecules in the Designed DNA Nanostructures (2011)
  • 著者名/発表者名: 遠藤政幸
  • 学会等名: 5th Annual Symposium on Nanobiotechnology, Seoul NanoHealth 2011
  • 発表場所: Seoul, Korea(招待講演)
  • 年月日: 2011-11-17
• [学会発表] Designed DNA Nanostructures for Assembly, Functionalization, and Visualization (2011)
  • 著者名/発表者名: 遠藤政幸
  • 学会等名: POSTECH AMS Symposium on Nanotechnology
  • 発表場所: Pohang, Korea(招待講演)
  • 年月日: 2011-11-16
• [学会発表] Direct Observation of DNA recombination in the DNA nanoscaffold (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Endo,Y.Katsuda, K.Ou, K.Hidaka, H.Sugiyama
  • 学会等名: The 38th International Symposium on Nucleic Acid Chemistry
  • 発表場所: 札幌市
  • 年月日: 2011-11-09
• [学会発表] DNAナノマシーンの1分子運動の可視化 (2011)
  • 著者名/発表者名: 遠藤政幸
  • 学会等名: 第84回日本生化学会大会シンポジウム「分子ロボティクス」
  • 発表場所: 京都市(招待講演)
  • 年月日: 2011-09-21
• [学会発表] DNAオリガミ上でのDNA分子の移動の精密な操作 (2011)
  • 著者名/発表者名: 遠藤政幸、勝田陽介、日高久美、S.F.J.Wickham, J.Bath, A.D.Turberfield, 杉山弘
  • 学会等名: ケミカルバイオロジー学会第6回年会
  • 発表場所: 東京都
  • 年月日: 2011-05-25
• [学会発表] Programmed assembly of DNA nanostructures using designed DNAorigami tiles (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Endo, A.Rajendran, T.Sugita, Y.Katsuda, K.Hidaka, H.Sugiyama
  • 学会等名: 8th Conference on the Foundations of Nanoscience 2011
  • 発表場所: Utah、USA
  • 年月日: 2011-04-19