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2015 年度 実施状況報告書

遺伝子複製速度を制御するDNA高次構造と化学環境の効果

研究課題

研究課題/領域番号 26410188
研究機関甲南大学

研究代表者

高橋 俊太郎  甲南大学, 先端生命工学研究所, 講師 (40456257)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワードDNA / 複製 / グアニン四重鎖 / 分子クラウディング / i-motif
研究実績の概要

本研究ではDNA複製反応の経時的な観察を行い、鋳型核酸の安定性および周囲の分子環境によって複製速度が制御されるメカニズムを定量的に解明することである。平成27年度は鋳型DNAの熱力学的安定性と複製反応の相関性を定量的に解析することを中心に研究を推進した。その結果、Klenow FragmentによるDNA複製反応速度は鋳型核酸のもつ熱力学的安定性(-ΔG)が大きくなるにつれ低下する事が観察された。興味深いことに、複製速度の熱安定性依存性は鋳型DNAが形成する二次構造のトポロジーに大きく依存した。特に、シトシンリッチな配列が形成するi-motif構造は、グアニン(G)リッチな配列からなるG四重鎖構造と比較して複製速度を大きく低下させた。また、G四重鎖構造でもパラレル型の方がアンチパラレル型の方が複製速度を低下させる影響は大きかった。
高次構造を持つ鋳型核酸の複製反応における分子環境の影響についても検討し、ポリエチレングリコール存在下で変化するG四重鎖のトポロジー変化によって複製速度が大きく変化することも見出した。さらに圧力の影響を検討し、圧力によってG四重鎖が不安定化する一方、i-motif構造が安定化することを明らかにし、論文発表した。この知見を基に、現在複製反応に対する圧力効果の定量的解析を進めている。

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

複製反応における鋳型DNAの高次構造の影響は定性的には知られていたが、定量的な解析はこれまでほとんどなかった。本研究において複製速度と高次構造の熱力学的安定性が定量的に相関付けられただけでなく、そのトポロジー依存的な速度差があることが見出されたことは、これまで未知であった核酸高次構造のトポロジーの生化学的意義に迫るに極めて重要な知見である。以上から研究課題に対する進捗は現在までのところ順調に進展している。

今後の研究の推進方策

DNA複製反応のリアルタイム解析法の開発を行い、スループット性をあげた解析手法の開発に取り組む。また、核酸の高次構造形成速度に関しても知見を得るために、ストップトフロー解析などを行い、得られた速度定数を複製速度と関連性があるか評価する。さらにG四重鎖やi-motif構造に対して結合する低分子化合物やタンパク質が存在する際の影響を定量的に解析する。

次年度使用額が生じた理由

論文発表用の英文校正の納品が遅れたため。

次年度使用額の使用計画

英文校正の支払を次年度に行う。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] Reading大学(英国)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      Reading大学
  • [雑誌論文] Pressure-dependent formation of i-motif and G-quadruplex DNA structures2015

    • 著者名/発表者名
      S. Takahashi, N. Sugimoto
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 17 ページ: 31004-31010

    • DOI

      doi: 10.1039/c5cp04727g

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Nucleic Acids Chemistry beyond the Watson-Crick Double Helix (16): Replication reaction of DNA regulated by the formation of i-motif structure2016

    • 著者名/発表者名
      S. Takahashi, J. Brazier A., N. Sugimoto
    • 学会等名
      日本化学会第96春季年会(2016)
    • 発表場所
      同志社大学京田辺キャンパス(京都府・京田辺市)
    • 年月日
      2016-03-24 – 2016-03-27
  • [学会発表] 分子クラウディングと高圧力が与える核酸の非標準型構造への影響2015

    • 著者名/発表者名
      高橋 俊太郎、杉本直己
    • 学会等名
      第38回溶液化学シンポジウム プレシンポジウム
    • 発表場所
      高知市文化プラザカルポート(高知県・高知市)
    • 年月日
      2015-10-20 – 2015-10-20
    • 招待講演
  • [学会発表] Role of poly(ethylene glycol) during the formation of G-quadruplex under high pressure2015

    • 著者名/発表者名
      S. Takahashi and N. Sugimoto
    • 学会等名
      第42回国際核酸化学シンポジウム (ISNAC2015)
    • 発表場所
      イーグレひめじ あいめっせホール(兵庫県・姫路市)
    • 年月日
      2015-09-23 – 2015-09-25
    • 国際学会
  • [学会発表] Analysis of the formation of G-quadruplex DNA with hemin under high pressure2015

    • 著者名/発表者名
      S. Takahashi, N. Sugimoto
    • 学会等名
      第65回錯体化学会討論会
    • 発表場所
      奈良女子大学(奈良県・奈良市)
    • 年月日
      2015-09-22 – 2015-09-24
  • [学会発表] 高圧力が拓く核酸の新たな可能性2015

    • 著者名/発表者名
      高橋 俊太郎、杉本 直己
    • 学会等名
      第64回高分子討論会
    • 発表場所
      東北大学川内キャンパス(宮城県・仙台市)
    • 年月日
      2015-09-15 – 2015-09-17
  • [学会発表] 二次構造を形成するDNAの複製反応を圧力で制御する2015

    • 著者名/発表者名
      高橋 俊太郎、杉本 直己
    • 学会等名
      第9回バイオ関連化学シンポジウム
    • 発表場所
      熊本大学工学部(熊本県・熊本市)
    • 年月日
      2015-09-10 – 2015-09-12

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公開日: 2017-01-06   更新日: 2022-02-03  

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