| 研究課題/領域番号 |
21K19323
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
鬼塚 和光 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (00707961)
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| 研究期間 (年度) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| キーワード | 貫通構造体 / 核酸 / RNA / ロタキサン / 機能性核酸 |
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| 研究実績の概要 |
ロタキサンやカテナンといった環状分子を構成成分とする貫通構造体は、そのユニークな構造や性質のため、超分子化学の分野では分子マシンへの展開など様々な研究が試みられている。ロタキサンをキーワードとした研究は数多く行われている一方で、ロタキサン構造構築の難しさのため、生化学分野への応用に関しては未だ課題が多く、更なるブレイクスルーが必要とされている。
本研究では独自の研究で見出した標的核酸塩基のフリップアウトを誘起する機能性核酸を利用し、新しい核酸貫通構造体（ロタキサン様構造）を構築することおよびその機能探索によりその構造体の生物機能、特に翻訳反応のコントロールを目標とし研究を行った。
①設計した分子の合成：必要なアミダイト体を合成し、DNA自動合成機にて修飾DNAを合成、脱保護・精製後、活性エステル体を用いた機能化により、設計した機能性核酸の合成に成功した。②機能評価：最初にフリップアウト能を2-アミノプリンを用いた蛍光測定により評価した。その結果、機能性核酸は相補鎖の標的塩基を期待通りフリップアウトしていることが示唆された。次に、貫通構造体形成反応を試みた。しかし、様々な検討を行った結果、当初設計した本法で貫通構造体を形成するのは困難であるという結論に至った。代わりの方法として、以前の研究の知見をもとに、テイル鎖をもつ環状化核酸のスリッピングによる貫通構造体形成の改良を試みた。その結果、従来の合成法を大幅に簡便化することに成功し、さらに環状化核酸のテイルの長さ・配列により貫通する速度・方向性を制御できることを新たに明らかにした。
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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
本研究では当初、標的核酸塩基のフリップアウトを誘起する機能性核酸を利用し、新しい核酸貫通構造体（ロタキサン様構造）の構築を目指したが、様々な条件を検討した結果、最初の設計による構造体構築は難しいという結論に至った。しかしこの研究過程で、様々なフリップアウト誘起機能性核酸を合成でき、その機能調査の中から構造によるフリップアウト効率の違いの知見や蛍光プローブになりうる化合物の開発など、当初考えていなかった成果が得られた。
また当初の目的達成を目指すため、代わりの方法として以前の研究の知見をもとに、テイル鎖をもつ環状化核酸のスリッピングによる貫通構造体形成の改良を試みた。その結果、従来の合成法を大幅に簡便化することに成功し、さらにこれまでに得られていなかった環状化核酸の性質を新たに明らかにすることにも成功した。これらの結果は、様々な知見を残しながら当初計画していた目標に向かって進んでいるため、おおむね順調に進展しているといえる。
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| 今後の研究の推進方策 |
①化学反応に基づいた新たな貫通構造体形成が現在までのところ達成できておらず、異なる化学反応を用いてもう一度、挑戦する予定である。同時に、スリッピングによる貫通構造体形成の原理を精査し、応用につなげる準備を進める。
②貫通構造体の翻訳反応に対する効果を調査する。ロタキサン様構造形成核酸でmRNAの末端、特に3’末端をキャッピングすることでRNA分解酵素等からRNA本体を保護し安定性の増大を狙う。
③設計した機能性核酸をリンカーでつないだダイマーやトリマーを合成することで、mRNAの環状体やmRNAが高度に集積した顆粒体の作成・機能評価を行う。
④スリッピングによる貫通構造体の形成、続くRNAの環化によりカテナン構造の構築とその機能評価にも取り組む。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
次年度使用額が生じた理由は、学会のオンライン開催に伴い旅費がかからなかったため、また、研究が途中から設計した分子よりも既存の技術の改良の方が好ましいことが分かり、試薬の在庫分で研究が遂行できたためである。
すでに試薬の在庫は切れたため、次年度改めて購入する際に残額は使用する。また、本研究の加速に必要な試薬・消耗品、および本研究内で新たに得られた知見に関する検証・追加実験に必要な試薬などの購入に使用する。
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