分子認識機能の制御を目指した人工核酸の化学合成と気相分光による微細構造解析

人工核酸的化学合成旨在利用气相光谱控制分子识别功能和精细结构分析

基本信息

批准号：
13J02918
负责人：
浅見祐也
金额：
$ 3.53万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013 至 2014
项目状态：
已结题

项目摘要

ケトーエノール互変異性体を有するグアニン塩基は核酸塩基の中でも最も励起寿命の短い分子として良く知られる。これは生体中で最安定構造であるケト体においてサブピコ秒からフェムト秒オーダーの極めて速い緩和過程が存在することが主な原因である。従って、このケト体を光によって観測する手段は限定的であり、ケトーエノール互変異性体の存在比の議論は極めて困難であった。そこで本研究では、グアニン塩基に新たな発色団(ナフチル基)を導入した核酸塩基誘導体(GNap)を合成し、孤立気相状態でのUV吸収およびIR吸収スペクトルの測定を試みた。これにより、励起波長の異なる互変異性体を同一の条件で観測し、質量選択的なスペクトルを測定することが可能となる。フランス原子エネルギー研究所(CEA Saclay)の装置を用いてこの試みを行ったところ、ケト体のみのIR吸収スペクトルを初めて測定し、その象徴的な振動であるC=O伸縮のバンドを初めて観測することに成功した。またナフタレンのS2励起状態を利用することにより、その互変異性体の存在比が2:1であることを初めて明らかにした。これらの結果は、これまでの手法では知ることのできなかった極めて重要な知見であり、ナフチル基を発色団として用いるこの手法の有効性を強く支持する。また本年度に確立できたこの方法論は、核酸塩基が示す分子認識能を観測するための基盤技術と成り得る。これまで核酸塩基対のUV吸収はブロードなスペクトルとして観測されることが一般的であり、様々な塩基対の構造を分離して、その構造の安定性を実験的に議論することは極めて困難であった。しかし、この方法論では塩基対においても構造選択的な観測が可能であり、塩基対形成の安定性を一分子レベルで正確に捉えることが可能になる。これにより、より高い分子認識能を持つ塩基対を創出するための基礎的知見を得られると期待している。

鸟嘌呤碱基具有酮烯醇互变异构体，是众所周知的核碱基中激发寿命最短的分子。这主要是由于酮形式存在亚皮秒到飞秒数量级的极快弛豫过程，酮形式是生物体中最稳定的结构。因此，通过光观察这种酮形式的手段是有限的，并且讨论酮烯醇互变异构体的丰度比是极其困难的。在本研究中，我们合成了一种核碱基衍生物（GNap），其中在鸟嘌呤碱基中引入了新的发色团（萘基），并尝试测量其在隔离气相中的紫外和红外吸收光谱。这使得可以在相同条件下观察不同激发波长的互变异构体并测量质量选择光谱。当使用法国原子能实验室（CEA Saclay）的设备进行这一尝试时，首次仅测量了酮形式的红外吸收光谱，并得出了作为其象征性振动的C=O伸缩带。第一次观察，非常成功。此外，利用萘的S2激发态，首次揭示其互变异构体的丰度比为2:1。这些结果是使用以前的方法无法获得的极其重要的发现，并且有力地支持了这种使用萘基作为发色团的方法的有效性。此外，今年建立的这一方法可以作为观察核酸碱基所表现出的分子识别能力的基础技术。迄今为止，核酸碱基对的紫外吸收通常被观察为广谱，并且通过实验分离各种碱基对的结构并讨论这些结构的稳定性是极其困难的。然而，这种方法还允许对碱基对进行结构选择性观察，从而可以在单分子水平上准确捕获碱基配对的稳定性。我们希望这能为创建具有更高分子识别能力的碱基对提供基础知识。

项目成果

期刊论文数量（7）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Laser desorption supersonic jet spectroscopy of a UV-tagged nucleobase by using photoionization of naphthyl group

利用萘基光电离对紫外标记核碱基进行激光解吸超声喷射光谱

DOI：
发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
0
作者：
H. Asami;M. Tokugawa;Y. Masaki;S. Ishiuchi;E. Gloaguen;B. Tardivel;K. Seio;H. Saigusa;M. Fujii;M. Sekine;M. Mons
通讯作者：
M. Mons

ナフチル基の光励起を利用した核酸塩基の気相分光

使用萘基光激发的核碱基气相光谱