分解反応の遷移状態構造に立脚した新型核酸医薬を志向した核酸酵素の創製

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15KT0057
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 岡本 晃充 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (60314233)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 林 剛介 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (40648268)
• Project Period (FY): 2015-07-10 – 2018-03-31
• Keywords: 核酸 / 遷移状態 / アプタマー

Outline of Annual Research Achievements

核酸アプタマーを検討し、大腸菌を認識すると蛍光発光するアプタマーを得ることができた。この分子は、50ヌクレオチド長の蛍光性RNA分子であり、抗生物質ネオマイシンと強く結合することができた。蛍光性ヌクレオチドを合成したうえで、核酸自動合成装置を用いて目的の人工核酸アプタマーを合成した。この人工核酸アプタマーをバクテリアが持つ30Sリボソームユニットと共存させると、初めアプタマーに結合していたネオマイシンがリボソームユニットによってはぎとられ、アプタマー内の抑制されていた蛍光が強く蛍光発光するようになった。蛍光発光は、514ナノメートルで観察された。分子モデルを検討すると、ネオマイシン結合時にはネオマイシンによって蛍光色素がアプタマー本体との結合が阻害される構造を取り、その結果蛍光色素どうしが相互作用して蛍光が抑制されたと思われる。ネオマイシンが取り除かれると蛍光色素がアプタマー内の二重らせん構造にインターカレーションできるようになり強い蛍光を発光するようになったと考えられる。このアプタマーシステムの蛍光を用いることにより、固体発酵した混合物にこのシステムの溶液1滴を加えるだけで大腸菌の増殖状況を把握することができるようになった。簡単にさらに、さまざまなバクテリアに応用可能な発展的なアプタマーを設計するためは、ネオマイシン脱着における構造変化の遷移状態を理解し、それをRNAの構造の中で模倣することを考えたい。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

当初は、目的の加水分解反応の遷移状態を近似した安定小分子を作製することを目標としていた。しかし、本研究を通して早くも、遷移状態を議論の俎上に載せることができるアプタマーモデルを一つ得ることができ、このことは研究を大きく前進させた。さらに研究を進めていくことによって遷移状態に基づく新規アプタマーの研究を効果的に推進できると考える。

Strategy for Future Research Activity

認識タイプや加水分解タイプなどのさまざまな機能性アプタマーの作成を進めていく。特に核酸医薬へ将来的につながっていけるような機能性アプタマーの作成に取り組みたい。この研究を進めていく中で、実験と計算の両面で構造の遷移状態の議論を進めていき、実例としての成果を積み上げていきたい。