2013 Fiscal Year Annual Research Report
ＤＮＡを利用する重金属イオン除去膜、導電性ワイヤーの開発研究―構造、物性、応用
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24245037
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| Research Institution | Kanagawa University |
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Principal Investigator |
小野 晶 神奈川大学, 工学部, 教授 (10183253)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
近藤 次郎 上智大学, 理工学部, 助教 (10546576)
田中 好幸 東北大学, 薬学研究科(研究院), 准教授 (70333797)
浦田 秀仁 大阪薬科大学, 薬学部, 教授 (80211085)
鳥越 秀峰 東京理科大学, 理学部, 教授 (80227678)
實吉 尚郎 神奈川大学, 工学部, 助手 (10564784)
南川 典昭 徳島大学, ヘルスバイオサイエンス研究部, 教授 (40209820)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 環境浄化 / 水銀イオン / 金属含有DNA / 機能性核酸 / NMR / 結晶解析 / 等温滴定型カロリメトリー / DNA合成酵素 |
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| Research Abstract |
2012年度の研究で、2残基のチミンをアルキルリンカーで結合したチミンダイマーの合成ルートを確立し、金属イオンの結合を検討した結果、チミンダイマーは、他の金属イオンには結合しないで、Hg(II)イオンと選択的に結合することを明らかにした。2013年度は、チミンダイマーとHg(II)イオンの結合の熱力学的パラメータを、等温滴定型カロリメトリーにより解析した。同手法で、DNA二重鎖中のT－TペアとHg(II)イオンの結合における熱力学的パラメータが報告されているが、エントロピー項の寄与で安定化されることが分かっている。チミンダイマーとHg(II)イオンの結合にはエントロピー項の寄与は小さく、エンタルピー項の寄与により促進されることが分かった。
チミン―Hg(II)－チミン(T－Hg(II)－T)を有するDNA二重鎖の立体構造をNMR法、X-線結晶解析法で解析したが、これらの成果は著名な国際誌に掲載され、高く評価された。両手法とも、良好な三次元構造を与えた。金属イオン含有DNA二重鎖は、天然のそれと同様に、B－型の構造であった。Hg(II)イオンはチミン残基間に位置しており、チミン3位とHg(II)が結合していることが明らかである。
シトシン―Ag(I)－シトシン、C－Ag(I)－C、を有するDNA二重鎖の構造解析に着手した。窒素15で標識したシトシン残基を有するDNA鎖を合成し、多核NMR法を用いてC－CペアとAg(I)イオンの結合を解析し、シトシンN3位にAg(I)が結合していることを証明した。
DNA合成酵素、合成DNA鋳型とプライマーを用いて、Ag(I)イオン存在下でDNA合成を行ったところ、A－Ag(I)－C、C－Ag(I)－Cが形成されるのみならず、C－Ag(I)－T が形成されることを見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2012年度の研究で、2残基のチミンをアルキルリンカーで結合したチミンダイマーの合成ルートを確立し、金属イオンの結合を検討した結果、チミンダイマーは、他の金属イオンには結合しないで、Hg(II)イオンと選択的に結合することを明らかにした。2013年度は、チミンダイマーとHg(II)イオンの結合の熱力学的パラメータを、等温滴定型カロリメトリーにより解析した。同手法で、DNA二重鎖中のT－TペアとHg(II)イオンの結合における熱力学的パラメータが報告されているが、エントロピー項の寄与で安定化されることが分かっている。チミンダイマーとHg(II)イオンの結合にはエントロピー項の寄与は小さく、エンタルピー項の寄与により促進されることが分かった。
チミン―Hg(II)－チミン(T－Hg(II)－T)を有するDNA二重鎖の立体構造をNMR法、X-線結晶解析法で解析したが、これらの成果は著名な国際誌に掲載され、高く評価された。両手法とも、良好な三次元構造を与えた。金属イオン含有DNA二重鎖は、天然のそれと同様に、B－型の構造であった。Hg(II)イオンはチミン残基間に位置しており、チミン3位とHg(II)が結合していることが明らかである。
シトシン―Ag(I)－シトシン、C－Ag(I)－C、を有するDNA二重鎖の構造解析に着手した。窒素15で標識したシトシン残基を有するDNA鎖を合成し、多核NMR法を用いてC－CペアとAg(I)イオンの結合を解析し、シトシンN3位にAg(I)が結合していることを証明した。
DNA合成酵素、合成DNA鋳型とプライマーを用いて、Ag(I)イオン存在下でDNA合成を行ったところ、A－Ag(I)－C、C－Ag(I)－Cが形成されるのみならず、C－Ag(I)－T が形成されることを見出した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2014年度は、チミンダイマーを高分子合成用モノマーへと誘導し、重合反応に用いることで、チミンダイマーを結合した高分子担体とする研究を実施する。担体の構造を工夫して水系に混入した効率よくHg(II)を除去する手法を開発する。チミンダイマー結合担体を用いて、水溶液中のHg(II)イオンの除去実験を行う。水溶液中のHg(II)イオン量はICP（既存の設備）を利用する。また、修飾チミジル酸を重合してポリマーとし、Hg(II)イオン除去剤とするする手法の開発に着手したい。特にリボ型、キシロ型糖部を有するチミジル酸アナログを合成し、そのHg(II)イオン結合能を研究する。
チミン―Hg(II)－チミンを有するDNA二重鎖の構造解析に成功し、論文を上梓することが出来た。今後、連続するチミン―Hg(II)－チミンを有するDNA二重鎖の構造解析は重要である。さらに、シトシン―Ag(I)－シトシンを有するDNA二重鎖の構造解析は喫緊の課題である。2－チオチミン塩基対や4－チオチミン塩基対など、複数の金属イオンを結合した塩基対の構造解析も残っている。また、これら、人工塩基と金属イオンの結合の熱力学的パラメータを解析する。新規金属イオン含有塩基対の開発研究も、継続すべき実験である。
核酸の糖－リン酸バックボーンの構造と金属イオン結合能の関係を研究することは重要である。2013年度までの研究にはデオキシリボ核酸を用いてきたが、今後は、リボ核酸、キシロ核酸の金属イオン結合を研究する必要がある。
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Research Products
(14 results)
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[Journal Article] The structure of metallo-DNA with consecutive thymine-Hg(II)-thymine base pairs explains positive entropy for the metallo base pair formation2014
Author(s)
H. Yamaguchi, J. Sebera, J. Kondo, S. Oda, T. Komuro, T. Kawamura, T. Dairaku, Y. Kondo, I. Okamoto, A. Ono,J. V. Burda, C. Kojima, V. Sychrovsky and Y. Tanaka
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Journal Title
Nucleic Acids Research
Volume: 42
Pages: 4094-4099
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Structure of Ag(I)-mediated C-C base pair determined by hetero-nuclear NMR spectroscopy2013
Author(s)
Takenori Dairaku, Itaru Okamoto, Kyoko Furuita, Jakub Sebera, Mathias Bickelhaupt, Shuji Oda1 Daichi Yamanaka, Yoshinori Kondo, Vladimir Sychrovsky, Chojiro Kojima, Akira Ono, Yoshiyuki Tanaka
Organizer
The 40th International Symposium on Nucleic Acids Chemistry
Place of Presentation
Kanagawa University
Year and Date
20131113-20131115
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