水を舞台とするDNAの高次構造相転移

水介导的DNA高阶结构相变

基本信息

批准号：
16041225
负责人：
吉川研一
金额：
$ 9.28万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

数十kbp(キロ塩基対)以上のサイズのDNA分子は、膨潤したコイルと折り畳まれたコンパクトな凝縮状態との間で、密度差が数万倍に及ぶ不連続な転移(一次相転移)を示すことを見出し、系統的な研究を進めてきている。特に最近、我々のDNA単一分子計測の実験より、3-4価の多価カチオン存在下において温度の上昇により折り畳み転移が促進されることが明らかになった。これは、折り畳み転移がエントロピーを大きくさせていることを意味しており、水溶媒ならではの特殊性が現れていることを示している。DNAにとって水は良溶媒であるので、その温度依存性は全く異なるメカニズムによると考えられる。そこで、これまでの単一分子鎖の構造転移に関する実験を更に展開するとともに、水媒質の特異性を取り入れた理論的なモデルを作り上げることを目的として次の研究を進めた。1.水溶液の誘電率を変化させながらDNA凝縮転移に関する実験を行うことにより、DNAの凝縮転移が起こる際にDNA分子鎖の負電荷の約87〜88%が中和されていることが明らかになった。また、水溶液中に含まれるカチオンのイオン半径が大きく寄与していることも明らかになった。すなわち、原子番号の大きいカチオンの方がイオン半径が大きいためPNAとの結合能は小さくなると考えられるが、実際には、水和により実効的なイオン半径が逆転するため原子番号が小さいカチオンの方がDNAとの結合能が小さくなる。その結果、原子番号の大きいカチオンの方がDNAの凝縮能が高くなると考えられる。2.真核細胞の中では、DNAはヒストンと結合しクロマチンと呼ばれる複合体を形成して存在している。そこで、正電荷を帯びたナノ粒子をヒストンに見立てて、DNAとナノ粒子との複合体の形成に関して実験を行った。その結果、ナノ粒子を加えることによって、DNAはより凝縮しやすくなることを明らかにした。

具有数十KBP（千行酶对）或更多大小的DNA分子正在进行系统的研究，发现在肿胀的线圈和紧凑的折叠冷凝状态之间，表现出不连续的过渡（一阶相变），其密度差的密度差为千倍。特别是，我们对单个DNA分子测量的实验最近表明，在存在3-4个价值多价阳离子的情况下，温度升高促进了折叠过渡。这意味着折叠过渡会增加熵，表明水溶剂所特有的独特特性已表现出来。水是DNA的良好溶剂，因此其温度依赖性被认为是由于完全不同的机制引起的。因此，我们进一步开发了先前关于单分子链结构转移的实验，并进行了下一项研究，目的是创建结合水培养基特异性的理论模型。 1。在更改水溶液的介电常数的同时，对DNA凝结过渡的实验表明，当DNA缩合转变发生时，DNA分子链中约87-88％的负电荷被中和。还揭示了水溶液中包含的阳离子的离子半径极有贡献。换句话说，人们认为原子数较高的阳离子具有较大的离子半径，并且具有较小的PNA结合能力，但实际上，由于水合由于水合而导致的有效离子半径逆转，原子数较小的阳离子具有较小的DNA结合能力。结果，人们认为原子数较高的阳离子具有较高的DNA降低性。 2。在真核细胞中，通过与组蛋白结合并形成一种称为染色质的复合物来存在DNA。因此，我们使用带正电的纳米颗粒作为组蛋白进行了有关DNA和纳米颗粒之间复合物形成的实验。结果，发现添加纳米颗粒使DNA更有可能凝结。