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

基本信息

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

项目摘要

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。

本研究的目的是通过修饰嘧啶碱基的金属配位来精确控制 DNA 链置换反应的动力学，这构成了动态 DNA 纳米技术的基础。今年，我们将主要利用N,N-二羧甲基-5-氨基尿嘧啶（dcaU）碱基（在尿嘧啶碱基的5位引入亚氨基二乙酸配体）来研究DNA双链中金属配合物的形成。我们还通过添加和去除金属离子研究了 DNA 双链的重组反应。从双链体熔解实验中，我们发现含有 dcaU-dcaU 对的 DNA 双链体在 1 当量的 Gd(III) 离子存在下显着稳定。这是因为双链因形成 2:1 复合物（dcaU-Gd(III)-dcaU 碱基对）而交联。另一方面，dcaU碱基也形成氢键连接的类似天然的dcaU-A碱基对。通过添加 Gd(III) 离子，含有 dcaU-A 碱基对的双链体变得不稳定。结果，双链体稳定性根据 Gd(III) 离子的存在或不存在而逆转，表明 dcaU-Gd(III)-dcaU 碱基对和 dcaU-A 碱基对之间的相互转化是可能的。此外，使用含有 dcaU 碱基的 DNA 链，我们尝试通过添加和去除 Gd(III) 离子来控制双链体的形成。通过使用荧光修饰互补链的非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳和荧光时间变化测量，我们发现使用 Gd(III) 离子作为外部刺激在等温条件下可以可逆地改变 DNA 链的缔合行为。未来，我们计划详细分析DNA链置换反应的动力学，并研究基于修饰尿嘧啶碱基的数量和引入位置对动力学的控制。