Quantitative prediction of nucleic acid structures and functions affected by spaciotemporal environmental factors in cells

细胞内时空环境因素影响的核酸结构和功能的定量预测

基本信息

批准号：
22H04975
负责人：
杉本直己
金额：
$ 126.3万
依托单位：
Konan University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-27 至 2027-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

研究期間の初年度である2022年度は、当初の研究計画に従い、細胞内の時空環境による核酸構造への影響を【知る】研究を中心に遂行した。非標準的なDNA構造であるグアニン四重らせん（G4）構造に関して、高圧力環境下での熱安定性解析を行った。その結果、G4構造の基礎となる積層されたカルテット構造が、構造形成に伴い脱水和を引き起こすことを見出した（Anal. Chem., 94, 7400 (2022)）。また、長期的な時間経過を考慮した細胞老化とDNA構造の関連を解析した結果、老化細胞で促進されるDNAのメチル化反応がG4構造によって抑制されることが見出された（Chem. Commun., 58, 12459 (2022)）。これらの成果により、G4構造が細胞内の自由水濃度の変動に応じて構造安定性を変化させ、DNAの化学修飾状態を調節している可能性が示された。RNAが形成する高次構造についても、その基礎構造として欠かせないシュードノット（PK）構造の熱安定性解析を行った。PK構造に欠かせないステム領域に焦点を絞り、PK構造からヘアピン構造への変化における熱安定性解析を行った結果、このステム領域の安定性を最近接塩基対モデルから予測可能であることを示す結果を得た（Chem. Commun., 58, 5952 (2022)）。本成果は、PK構造に関するSETUPパラメータの取得に重要な知見となる。2022年度はさらに、G4構造に関して、その安定性が生体反応にどの程度影響を及ぼすのかを予測しつつ、G4構造に依存した遺伝子発現を制御するツールの開発を目指し、G4構造に結合する化合物の解析を行い、当初の計画に先行して研究成果が得られた。具体的には、国際共同研究によりルテニウムを配位した新規の金属錯体を合成し、この化合物がG4構造の中でもイス型トポロジーに結合して複製反応を抑制することを明らかにした（J. Am. Chem. Soc., 144, 5956 (2022)）。

2022年，即研究期的第一年，我们按照原研究计划，重点研究细胞内时空环境对核酸结构的影响。对非标准DNA结构鸟嘌呤四螺旋(G4)结构进行了高压环境下的热稳定性分析。结果，他们发现 G4 结构下方的堆叠四重体结构在结构形成时会导致脱水（Anal. Chem., 94, 7400 (2022)）。此外，考虑到长期时间过程，分析细胞衰老和DNA结构之间的关系，结果发现衰老细胞中促进的DNA甲基化反应被G4结构抑制（Chem. Commun., 58, 12459 (2022))。这些结果表明G4结构可能响应细胞内游离水浓度的变化而改变其结构稳定性，从而调节DNA的化学修饰状态。对于RNA形成的高阶结构，我们还分析了作为基本结构所必需的假结（PK）结构的热稳定性。我们重点关注对 PK 结构至关重要的茎区，并分析了从 PK 结构到发夹结构转变过程中的热稳定性。结果发现，可以从以下方面预测该茎区的稳定性。最近邻碱基对模型获得了以下结果（Chem. Commun., 58, 5952 (2022)）。该结果为获取与PK结构相关的SETUP参数提供了重要的知识。 2022财年，我们将进一步开发依赖G4结构控制基因表达的工具，同时预测其稳定性将在多大程度上影响生物反应，并比原计划提前获得研究结果。具体来说，通过国际合作研究，我们合成了一种与钌配位的新型金属配合物，并揭示了该化合物与G4结构内的椅形拓扑结合并抑制复制反应（J. Am Chem. Soc., 144, 5956 （2022））。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Applicability of Nearest-neighbour Model for Pseudoknot RNAs

假结 RNA 最近邻模型的适用性

DOI：
10.1039/d1cc07094k
发表时间：
2022
期刊：
Chem. Commun.
影响因子：
0
作者：
S. Satpathi;T. Endoh;and N. Sugimoto
通讯作者：
and N. Sugimoto

Applications of nearest-neighbor parameters for RNA/DNA hybrid duplexes in the advancement of therapeutics

RNA/DNA 杂交双链体的最近邻参数在治疗学进展中的应用

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
Dipanwita Banerjee;Hisae Tateishi-Karimata;Saptarshi Ghosh;Shuntaro Takahashi;Tatsuya Ohyama;Tamaki Endoh;Maria Toplishek;Marko Trajkovski ;Janez Plavec;Naoki Sugimoto
通讯作者：
Naoki Sugimoto

i-motif 型 DNA 構造に対する分子クラウディング効果の定量的解析

i-motif 型 DNA 结构分子拥挤效应的定量分析