Quantitative analysis and chemical regulation of DNA replication stall depending on mitchondrial environments

取决于线粒体环境的 DNA 复制停滞的定量分析和化学调控

• 批准号: 21K05283
• 负责人: 高橋 俊太郎
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Konan University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K05283/
• 关键词: グアニン四重鎖; i-motif; 熱力学; 遺伝子複製; 分子クラウディング; ミトコンドリア; リガンド; 分子クラウディング環境; DNA; 分子環境; 核酸構造; グアニン四重鎖; i-motif; 熱力学; 遺伝子複製; 分子クラウディング; ミトコンドリア; リガンド; 分子クラウディング環境; DNA; 分子環境; 核酸構造

本研究では、四重鎖構造の安定性やトポロジーがヒトのミトコンドリアDNAの複製反応に及ぼす影響を定量解析することで、ミトコンドリア内環境依存的なミトコンドリアDNA変異発生のメカニズムの解明とその化学的制御を目指す。令和4年度は、前年度に引き続き、ミトコンドリア内の分子クラウディング環境を計測するための核酸プローブの開発を進めた。プローブのコアとしてとしてG四重鎖構造を用いるために、G四重鎖構造の分子クラウディング環境下での挙動を定量的に解析した。圧力変化による体積値測定と分子動力学計算を用いることで、G四重鎖構造の配列に依存して変化する周囲の水和水の定量化に成功した（Anal. Chem. 94, 7400 (2022)）。それにより、溶液中の水の活量変化を核酸プローブで測定するための基礎的データを収集することができた。各四重鎖構造をコアとした核酸プローブを調製し、溶液中の水の活量変化と排除体積効果を定量的に解析できることをin vitroの実験系で確認し、現在は細胞内での解析を進めている。また、DNA複製反応制御の検討を進める過程で、本研究のアプローチが様々な核酸複製反応の制御法開発に活用できるという予期していなかった結果を見いだした。その一例として、新型コロナウイルスのRNA依存性RNAポリメラーゼの反応を、細胞内のG四重鎖構造を形成するRNAでRNA複製が阻害できることを発表した（Chem. Commun., 59, 872 (2023)）。さらに、高温にすることで低下する複製反応の効率を、圧力を上げることでその低下を抑制できることを明らかにした（Biophys. Chem. 292, 106914 (2023）。

在这项研究中，我们旨在定量分析四链体结构稳定性和拓扑对人线粒体DNA复制反应的影响，并阐明取决于线粒体环境并控制其化学控制的线粒体DNA突变的机制。在2022财年，与上一年一样，我们继续开发核酸探针，以测量线粒体内的分子云环境。要使用G四链体结构作为探针的核心，对分子云环境下G四链体结构的行为进行了定量分析。使用压力变化体积测量和分子动力学计算，我们成功地量化了周围的水合水，该水的变化取决于G-四链体结构的序列（Anal。Chem。94，7400（2022））。这允许收集基本数据，以测量用核酸探针在溶液中的水活性变化。我们已经准备了每个四链体结构作为核心的核酸探针，并确认了体外实验，即溶液中水活性的变化以及排除体积的效果可以定量分析，并且目前正在细胞内分析。此外，随着我​​们继续研究DNA复制反应控制，我们发现了一个意外的结果，即本研究中的方法可以用于开发各种控制核酸复制反应的方法。例如，宣布RNA复制可以被RNA抑制，该RNA响应了新型冠状病毒的RNA依赖性RNA聚合酶反应，从而形成了细胞中的G四链体结构（Chem。Commun。，59，872（2023））。此外，已经揭示了复制反应的效率，当将高温带入体内时会降低，可以通过增加压力来抑制（Biophys。Chem。292，106914（2023）。