研究課題
ヒトゲノムプロジェクトをはじめとするDNAの研究においては、遺伝情報の抽出を目的となる場合が多く、DNAの塩基配列(一次構造)が注目されてきた。しかし、RNAと同様に、DNAにおいても、二重らせん以外の高次構造が形成され、遺伝子発現の調節などに関与していることが明らかになりつつある。そのため、細胞内において、DNAがどのような構造を形成するかを検討することが重要である。特に、細胞内には多量の生体分子が存在し、分子クラウディング状態にあることから、本研究では、遺伝情報の発現を制御する非コード領域のDNAが形成する高次構造とその熱力学的安定性を分子クラウディング環境下で検討した。まず、DNAの標準構造である逆平行型二重らせん構造、非標準高次構造である平行型二重らせん構造および三重らせん構造を形成するDNA鎖を設計した。これらの構造形成に及ぼす分子クラウディングの効果を検討したところ、Watson-Crick塩基対によって形成される構造は、その熱力学的安定性が分子クラウディングによって低下することが示された。これとは逆に、非標準型塩基対の代表例であるHoogsteen塩基対によって形成される構造は、分子クラウディングによって安定化することが明らかになった。これは、遺伝子の組み換えやRNAの高次構造中に頻出するジャンクション(枝分かれ)構造においても観測された。すなわち、二重らせん構造は不安定化し、ジャンクション部位は分子クラウディングによって安定化したのである。これらの結果から、分子クラウディング環境にある細胞内においては、DNAが多様な構造を形成する可能性が示唆された。
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