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。

大小为几十kbp（千碱基对）或更大的DNA分子在膨胀线圈和折叠致密凝聚态之间经历不连续转变（一级相变），其中密度差为数万倍。一直在进行系统的研究。特别是，我们最近的单分子 DNA 测量实验表明，在 3-4 个多价阳离子存在的情况下，升高温度会促进折叠转变。这意味着折叠转变增加了熵，表明了水溶剂独有的特殊特性。由于水是 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所致。因此，我们进行了下一步的研究，旨在进一步发展之前的单分子链结构转变实验，并创建一个结合水介质特异性的理论模型。 1.通过改变水溶液的介电常数进行DNA缩合转变实验，发现当DNA缩合转变发生时，DNA分子链上大约87-88%的负电荷被中和。还表明水溶液中所含的阳离子的离子半径也有很大贡献。换句话说，人们认为原子序数较大的阳离子具有较大的离子半径，因此与 PNA 的结合能力较小，但实际上，原子序数较小的阳离子具有较小的结合能力，因为有效离子半径相反与DNA结合的能力变小。因此，人们认为原子序数较大的阳离子具有较高的凝聚 DNA 的能力。 2.在真核细胞中，DNA 与组蛋白结合形成称为染色质的复合物。因此，我们使用带正电荷的纳米颗粒作为组蛋白，进行了DNA与纳米颗粒之间形成复合物的实验。结果表明，添加纳米粒子使 DNA 更容易凝结。