修飾核酸塩基の金属配位に基づくDNA鎖置換・ブランチマイグレーションの速度論制御

基于修饰核碱基金属配位的 DNA 链位移和分支迁移的动力学控制

• 批准号: 22K19100
• 负责人: 竹澤 悠典
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K19100/
• 关键词: DNA; 鎖置換反応; 速度論; 金属錯体形成; 修飾核酸塩基; 金属配位; DNA; 鎖置換反応; 速度論; 金属錯体形成; 修飾核酸塩基; 金属配位

本研究は、動的DNAナノテクノロジーの根幹をなすDNA鎖置換反応の速度論を、修飾ピリミジン塩基の金属配位により精密に制御することを目的としている。本年度は主に、ウラシル塩基の5位にイミノ二酢酸配位子を導入したN,N-ジカルボキシメチル-5-アミノウラシル(dcaU)塩基を用い、DNA二重鎖中での金属錯体形成、および金属イオン添加・除去によるDNA二重鎖の組み換え反応について検討した。二重鎖融解実験から、一対のdcaU-dcaU対を含むDNA二重鎖が１当量のGd(III)イオン存在下で大きく安定化されることを見出した。これは2:1錯体(dcaU-Gd(III)-dcaU塩基対)の形成により、二重鎖が架橋されたためである。一方、dcaU塩基は水素結合型の天然様dcaU-A塩基対も形成した。dcaU-A塩基対を含む二重鎖は、Gd(III)イオンの添加により不安定化した。結果として、Gd(III)イオンの有無により二重鎖安定性が逆転し、dcaU-Gd(III)-dcaU塩基対とdcaU-A塩基対の相互変換が可能であることが示唆された。さらに、dcaU塩基を含むDNA鎖を用いて、Gd(III)イオンの添加および除去による二重鎖形成の制御を試みた。非変性ポリアクリルアミドゲル電気泳動、および蛍光修飾した相補鎖を用いた蛍光時間変化測定から、Gd(III)イオンを外部刺激として、DNA鎖の会合挙動を等温下で可逆的に変換できたことが示された。今後は、DNA鎖置換反応の速度論を詳細に解析し、修飾ウラシル塩基の数や導入位置に基づく速度論の制御を検討する計画である。

这项研究旨在精确控制DNA链位移反应的动力学，该反应构成了动态DNA纳米技术的基础，该反应是通过改良的嘧啶碱的金属配位来控制动态DNA纳米技术的基础。今年，我们主要研究了DNA双链体中金属复合物的形成和DNA双链体的重组反应，并使用N，N-二甲基甲基5-氨基酸（DCAU）碱基添加和去除金属离子，在该基础上将米诺二芳基体配体引入了乌拉西尔基础的5th位置的5th位置。从双链熔化的实验中，发现含有一对DCAU-DCAU对的DNA双链体在存在相当于GD（III）离子的存在的情况下显着稳定。这是因为形成了2：1复合物（DCAU-GD（III）-DCAU碱基对）导致双链交联。同时，DCAU碱还形成了氢键键样的天然DCAU-A碱基对。通过添加GD（III）离子，包含DCAU-A碱基对的双链体不稳定。结果，GD（III）离子的存在或不存在逆转了双链的稳定性，这表明DCAU-GD（III）-DCAU碱基对与DCAU-A碱基对之间的相互转换是可能的。此外，我们尝试通过使用含有DCAU碱基的DNA链添加和去除GD（III）离子来控制双链体的形成。使用荧光修饰的互补链显示，非定位的聚丙烯酰胺凝胶电泳和荧光时间变化测量表明，GD（III）离子用作外部刺激，以转化Isother在等体下的DNA链的缔合行为。将来，我们计划详细分析DNA链位移反应的动力学，并根据修饰的尿嘧啶碱基数量和引入位置研究动力学的控制。