光応答性人工核酸を用いた新機能創出とその応用

光响应人工核酸新功能的创造及其应用

基本信息

批准号：
22KJ0214
负责人：
山野雄平
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0214/
关键词：
光反応光触媒光修飾反応ロタキサン核酸人工核酸

项目摘要

本研究では、申請者らがこれまでに開発してきた相補塩基をフリップアウトさせる人工核酸塩基モチーフを利用し、1．特定のグアニン塩基を選択的に光酸化・修飾できる人工核酸と、2．光で可逆的にロタキサン様構造を形成する人工核酸を開発することを目指した。１．本年度は、光触媒を導入したフリップアウト誘起塩基を設計し、これらを含むプローブDNA配列を合成した。ラベル化試薬存在下、プローブDNAと相補鎖（標的配列）の二重鎖に対して455nmまたは505 nmの光を照射することで、標的配列中のフリップアウトされたグアニンがラベル化試薬で修飾されるかを検証した。照射後のサンプルを変性PAGEで解析した結果、（EosinやRu錯体を光触媒に用いた場合には）修飾された標的配列に対応するバンドが観察され、本設計を利用した核酸の酸化・ラベル化が可能であることが示唆された。しかしながら、標的配列のフリップアウト位置の塩基をグアニンからシトシンなどに変えた場合にも同様の光修飾反応が観測された。つまり、酸化・修飾反応はフリップアウトされた塩基で選択的に起きているわけではなく、位置選択性に課題があることが明らかとなった。2．ロタキサン様構造の構築を目指し、PEGリンカーを介してスチリルピレンを二分子導入した光架橋型フリップアウト誘起塩基を設計・合成し、DNA配列中に導入した。この修飾DNAに455 nmの光を照射するとスチリルピレンが二量化（すなわち修飾DNAが環状化）することが、吸収スペクトルなどの結果から示唆された。しかし、（ロタキサン様構造の軸となる）相補鎖と二重鎖形成させた状態で修飾DNAに光を照射した場合には架橋反応はほぼ起こらず、効率的にロタキサン様構造を形成させるためには設計の改良（光架橋性分子やリンカー長の検討）が必要であることが示された。

在这项研究中，我们将利用申请人迄今为止开发的人工核碱基基序来翻转互补碱基。1。能够选择性光氧化和修饰特定鸟嘌呤碱基的人工核酸；2.我们的目标是开发一种人工核酸，当暴露在光线下时，它可逆地形成轮烷样结构。 1.今年，我们设计了带有光催化剂的翻转诱导碱基，并合成了包含它们的探针DNA序列。通过在标记试剂存在下用455 nm或505 nm光照射探针DNA和互补链（目标序列）的双链体，验证了目标序列中翻转的鸟嘌呤是否被标记试剂修饰。通过变性 PAGE 分析照射后的样品，结果观察到与修饰的靶序列相对应的条带（当使用曙红或 Ru 复合物作为光催化剂时），并且观察到使用该设计的核酸的氧化和标记。有人建议这是可能的。然而，当靶序列翻转位置的碱基从鸟嘌呤变为胞嘧啶时，也观察到类似的光修饰反应。换句话说，很明显氧化和修饰反应不会选择性地发生在翻转的碱基上，并且存在区域选择性问题。 2.为了构建类似轮烷的结构，我们设计并合成了一种可光交联的翻转诱导碱基，其中通过 PEG 连接体引入了两分子苯乙烯芘，并将其引入到 DNA 序列中。吸收光谱和其他结果表明，当用455 nm光照射这种修饰的DNA时，苯乙烯芘二聚化（即，修饰的DNA变成环状）。然而，当修饰的DNA在与互补链(形成类轮烷结构的轴)形成双链的同时用光照射时，几乎不发生交联反应，并且难以形成类轮烷结构。研究表明，需要改进设计（检查可光交联分子和连接体长度）。