Investigating the structural conversion mechanism of DNA strands by new single molecule spectroscopy

通过新的单分子光谱研究DNA链的结构转换机制

基本信息

批准号：
19F19340
负责人：
田原太平
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-11-08 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は、以下の研究を行った。１．走査型二次元蛍光寿命相関分光法（2D-FLCS）を用いたDNAホリデイジャンクション（HJ）の構造異性化ダイナミクスの計測本課題では、前年度までに得られたHJの走査型2D-FLCS実験の結果について、以下の考察を行った。(1) HJの２つの構造異性体の間の相互変換の程度は、十分遅い遅延時間においても70%程度であった。この結果を、一部のHJが非常に長寿命の状態に捕捉されているためにダイナミクスの不均一性が生じているためであると解釈した。(2) 各構造異性体に帰属される独立蛍光成分は複数の蛍光寿命ピークを示した。このことから、HJの二重鎖間の角度がその中心値である60°付近で揺らいでいると結論した。(3) 独立蛍光成分の平均蛍光寿命とFRET効率は、高FRET種・低FRET種のいずれにおいてもMg2+濃度に依存する変化を示した。このことから、高Mg2+濃度ではHJの二重鎖間の角度が平均的に小さくなるとともに、二重鎖結合部周りの柔軟性がMg2+イオンによって失われると結論した。これらをまとめ、学会での口頭発表および論文発表を行った。２．2D-FLCSとラピッドミキシング法を用いた非平衡状態の構造不均一性の研究本課題では、前年度までに得られた知見を踏まえ、3流路合流型のマイクロ流路チップを専門業者に委託して製作した。このチップを用いて、pHジャンプによるDNAのi-モチーフ構造形成機構を調べた。pHジャンプ後10ミリ秒から数秒の遅延時間に対応する測定点において2D-FLCS計測を行い、得られる二次元マップの遅延時間による変化を検討した。この目的のために、複数の二次元マップを同時に解析して独立蛍光成分をモデルフリーで分離同定する手法を開発し、これを応用した結果、生成物と中間体に帰属できる成分を得ることに成功した。

今年，我们进行了以下研究。 1.使用扫描二维荧光寿命相关光谱 (2D-FLCS) 测量 DNA 霍利迪连接体 (HJ) 的结构异构化动力学在本项目中，我们将使用扫描 2D-FLCS 实验测量 DNA 霍利迪连接体 (HJ) 的结构异构化动力学截至上一年获得的 HJ 对结果进行了以下考虑。 (1) 即使在足够慢的延迟时间下，HJ 的两种结构异构体之间的互变程度也约为 70%。我们将这个结果解释为因为一些 HJ 被困在极其长寿的状态，导致动力学的异质性。 (2)分配给每个结构异构体的独立荧光成分显示出多个荧光寿命峰。由此，我们得出结论，HJ双链之间的角度围绕其中心值60°波动。 (3) 在高FRET和低FRET物种中，独立荧光成分的平均荧光寿命和FRET效率均随Mg2+浓度而变化。由此，我们得出结论，在高 Mg2+ 浓度下，HJ 双链体之间的角度平均变小，并且双链键周围的灵活性因 Mg2+ 离子而丧失。我们整理了这些结果，并在学术会议上进行了口头报告和论文报告。 2. 利用2D-FLCS和快速混合研究非平衡条件下的结构异质性已委托生产。使用该芯片，我们研究了由于 pH 突变而形成 DNA i-motif 结构的机制。我们在 pH 跃变后 10 毫秒到几秒的延迟时间对应的测量点进行了 2D-FLCS 测量，并检查了由于延迟时间而产生的二维图的变化。为此，我们开发了一种无模型方法，通过同时分析多个二维图来分离和识别独立的荧光成分，并且应用该方法，我们能够获得可分配给产物和中间体的成分成功了。

项目成果

期刊论文数量（9）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

理化学研究所　田原分子分光研究室

RIKEN田原分子光谱实验室

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

アリゾナ州立大学(米国)

亚利桑那州立大学（美国）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Direct photon-by-photon analysis of time-resolved pulsed excitation data using Bayesian nonparametrics

使用贝叶斯非参数对时间分辨脉冲激发数据进行直接逐光子分析

DOI：
10.1016/j.xcrp.2020.100234
发表时间：
2020
期刊：
Cell Reports Physical Science
影响因子：
8.9
作者：
Meysam Tavakoli;Sina Jazani;Ioannis Sgouralis;Wooseok Heo;Kunihiko Ishii;Tahei Tahara;and Steve Presse
通讯作者：
and Steve Presse

Molecular Spectroscopy Laboratory, RIKEN

RIKEN 分子光谱实验室