静電相互作用を利用した球状錯体内部へのアニオン集積とその反応

利用静电相互作用在球形复合物内积累阴离子及其反应

• 批准号: 08J09201
• 负责人: 菊池 貴
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2010
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08J09201/
• 关键词: 自己集合; DNA; ペプチド; ナノ粒子; 自己組織化; 水素結合; 静電相互作用; π共役系分子; ポリオキソメタレート

昨年度まで私は、高度な機能を持つポリアニオン分子としてDNAに着目し、自己集合性錯体表面へのDNAの集積、および相補DNA鎖の認識を達成してきた。一方、真核細胞内でDNAは、カチオン性タンパク質であるヒストンに巻きついて多段階に折りたたまれ、その構造と転写活性を制御されている。精密構造を有する人工ポリカチオン性ナノ粒子を用いてDNAを折りたたむことができれば、DNAの転写活性の精密制御を期待できるが、そのような例は知られていない。本年度私は、24価の正電荷を有する自己集合性球状錯体表面をさらに24本のカチオン性ペプチドで修飾し、48価もの正電荷を高密度に有する分子性ナノ粒子として利用することで、DNAの構造制御を試みた。折れ曲がりの外側に正味1価の正電荷を有する6残基のペプチド(Ac-Arg-Lys-Leu-Pro-Asp-Ala-)を連結した二座配位子とPd(II)イオンから、表面に24本のペプチド鎖を有する球状錯体を定量的に得た。錯体の構造は各種NMRの解析により同定した。得られた錯体は、直径3.5nmの単一の球状骨格上に+1.25nm^<-2>という高い表面電荷密度を有し、効率的なDNAの折りたたみが期待できる。4363塩基対の環状DNAであるプラスミドpBR322の水溶液(0.75ng・μL^<-1>)に対し、得られた錯体の希釈水溶液を、電荷比1:0.9となるように加え、室温で10分間静置することで、DNAと錯体の複合体形成を行った。複合体溶液10μLをマイカ基板上に滴下し、乾燥させた後AFM観察したところ、剛直なDNA鎖にカチオン性錯体がランダムに結合している様子が見られた。錯体の当量を電荷比1:9まで増加させると、直径40-50nmの均一な粒子が多数観測された。この粒子はそれぞれ1分子のDNAを含むと考えられる。以上のことから、カチオン性球状錯体によってDNA分子が中間的な状態を経てコンパクトに折りたたまれることがわかった。このようなDNAの段階的折りたたみ挙動はヒストン類似の特異なものであることから、DNAはポリカチオン性の錯体表面に巻きつくことによって折りたたまれたものと考えられる。

直到去年，我专注于DNA这种具有高级功能的聚阴离子分子，实现了DNA在自组装复合物表面的积累以及互补DNA链的识别。另一方面，在真核细胞中，DNA 包裹在组蛋白（阳离子蛋白）周围，并分多个阶段折叠，控制其结构和转录活性。如果可以使用具有精确结构的人造聚阳离子纳米颗粒来折叠DNA，则可以精确控制DNA转录活性，但这样的例子尚不清楚。今年，我用24个阳离子肽修饰了具有24价正电荷的自组装球形复合物的表面，并将其用作具有高密度48价正电荷的分子纳米颗粒，我们尝试控制其结构。由与 6 残基肽 (Ac-Arg-Lys-Leu-Pro-Asp-Ala-) 连接的双齿配体（在弯曲外侧带有净单价正电荷）和 Pd(II) 离子，表面 A 呈球形定量获得了24条肽链的复合物。通过各种核磁共振分析鉴定了复合物的结构。所获得的复合物在直径为3.5nm的单个球形骨架上具有+1.25nm^ -2 的高表面电荷密度，并且有望有效地折叠DNA。将得到的复合体的稀释水溶液以1:0.9的电荷比添加到作为4363个碱基对的环状DNA的质粒pBR322的水溶液(0.75ng·μL^<-1>)中，将混合物在室温下孵育10分钟，使其静置，在DNA和复合物之间形成复合物。当将10μL复合物溶液滴在云母基底上，干燥，然后用AFM观察时，观察到阳离子复合物随机地键合到刚性DNA链上。当复合物的当量增加至电荷比1:9时，观察到许多直径为40-50 nm的均匀颗粒。每个粒子被认为含有一个 DNA 分子。由上可知，阳离子球形复合物使DNA分子经历中间状态，然后折叠成紧凑形式。由于DNA的这种逐步折叠行为是独特的并且与组蛋白的相似，因此人们认为DNA是通过包裹聚阳离子复合物的表面来折叠的。

项目成果

Well-Defined DNA Nanoparticles Templated by Self-Assembled M12L24 Molecular Spheres and Binding of Complementary Oligonucleotides

• DOI: 10.1021/ja108334g
• 发表时间: 2010-11-17
• 期刊: JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY
• 影响因子: 15
• 作者: Kikuchi, Takashi;Sato, Sota;Fujita, Makoto
• 通讯作者: Fujita, Makoto

オリゴヌクレオチドによるM12L24球状錯体の表面修飾

用寡核苷酸对 M12L24 球状复合物进行表面修饰

• 发表时间: 2009
• 作者: M.Otsuki;M.Tsukadaira;A.Kimura;F.Shibata;H.Tamura;菊池貴
• 通讯作者: 菊池貴

M12L24自己集合性球状錯体によるラジカル重合制御

使用 M12L24 自组装球形配合物进行自由基聚合控制

• 发表时间: 2008
• 作者: M.Otsuki;M.Tsukadaira;A.Kimura;F.Shibata;H.Tamura;菊池貴;菊池貴
• 通讯作者: 菊池貴