Rational design of DNA molecular machines based on supramolecular coordination chemistry

基于超分子配位化学的DNA分子机器的合理设计

• 批准号: 21H02055
• 负责人: 竹澤 悠典
• 金额: $ 11.07万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H02055/
• 关键词: DNA; 超分子化学; 核酸化学; 金属錯体; 分子機械

本研究では、配列設計によりプログラムできるDNAのナノスケール自己組織化と、超分子金属錯体の動的化学の双方に立脚し、金属錯体形成を駆動力として構造・機能のスイッチングが可能なDNA分子機械素子の創製を目的とした。本年度は主に、(1) 金属錯体形成によりペアを作る新規人工核酸塩基の開発、(2) 金属配位性修飾ピリミジン塩基を用いた金属イオン応答性DNA鎖交換反応の開発、および (3) 金属錯体形成により構造変換可能なDNA三叉路分岐モチーフの開発 を行った。(1) 金属錯体形成によりペアを作る新規人工核酸塩基の開発：新たに2-オキソ-4-イミダゾールカルボン酸(ImOC)を核酸塩基として有する人工ヌクレオシドを合成し、DNA二重鎖中での金属錯体型塩基対の形成の評価を行った。一対のImOC-ImOC塩基対を導入したDNA二重鎖の融解実験や質量分析測定から、二重鎖中でImOC-Cu(II)-ImOCおよびImOC-Hg(II)-ImOC塩基対を形成することを見出した。(2) 金属配位性修飾ピリミジン塩基を用いた金属イオン応答性DNA鎖交換反応の開発：5-ヒドロキシウラシル(UOH)塩基を導入したDNA鎖を用いて、Gd(III)イオンとの金属錯体形成をトリガーとしたDNA鎖交換反応を開発した。さらに、DNAヘアピン構造やDNA分子ピンセット構造の構造制御への応用を検討した。(3) 金属錯体形成により構造変換可能なDNA三叉路分岐モチーフの開発：ヌクレオシドの2’位にアミド結合を介してビピリジン配位子やフェナントロリン配位子を導入したDNA鎖を合成し、3:1金属錯体形成に基づくDNA三叉路分岐構造の安定化を行った。また、ビピリジン修飾DNAについては、金属イオン添加・除去による「DNA二重鎖⇔三叉路分岐構造」の可逆な相互変換や、セルフソーティングを実現した。

This study で は, column design に よ り プ ロ グ ラ ム で き る DNA の ナ ノ ス ケ ー ル yourself organized と, supramolecular metal misprinted の move both chemical の に footing misprinted し, metal forming を 駆 power と し て structure, functional の ス イ ッ チ ン グ が may な DNA molecular mechanical element child の created を purpose と し た. は に Lord this year, (1) metal misprinted form に よ り ペ ア を as る new rules on artificial nucleic acid salt of の open 発, (2) the metal ligand modified ピ リ ミ ジ ン salt base を with い た metal イ オ ン 応 a sexual swap DNA lock anti 応 の 発, お よ び misprinted (3) metal forming に よ り structural variations in May な DNA road junction branching モ チ ー フ の 発 open Youdaoplaceholder0 lines った. (1) metal misprinted に よ り ペ ア を as る new rules on artificial nucleic acid salt of の open 発 : new た に 2 - オ キ ソ - 4 - イ ミ ダ ゾ ー ル カ ル ボ ン acid (ImOC) を nucleic acid salt と し て have す る artificial ヌ ク レ オ シ ド を synthetic し, DNA double lock で の wrong size metal salt formed の seaborne の review 価 を line っ た. A の seaborne ImOC - ImOC salt base を seaborne import し た DNA double lock の melting be 験 や quality analysis determination か ら, double lock in で ImOC - Cu (II) - ImOC お よ び ImOC - Hg (II) - ImOC salt formed を seaborne す る こ と を shows し た. (2) metal ligand modified ピ リ ミ ジ ン salt base を with い た metal イ オ ン 応 a sexual swap DNA lock against 応 の open 発 : 5 - ヒ ド ロ キ シ ウ ラ シ ル (UOH) salt を import し た DNA lock を with い て, Gd (III) イ オ ン と の metal misprinted を ト リ ガ ー と し た DNA lock exchange the 応 を open 発 し た. さ ら に, DNA ヘ ア ピ ン tectonic や DNA molecule ピ ン セ ッ ト structure の suppression へ の 応 with を beg し 検 た. (3) Metal misalignment formation によ structural change possible なDNA trifork bifurcation モチ によ フ development: ヌ ク レ オ シ ド の 2 'a に ア ミ ド combining を interface し て ビ ピ リ ジ ン ligand や フ ェ ナ ン ト ロ リ ン ligand を import し し た lock を DNA synthesis, 3:1 misprinted metal forming に づ く DNA road junction の branching structure stabilization line を っ た. ま た, ビ ピ リ ジ ン modified DNA に つ い て は, metal イ オ ン add, remove に よ る "DNA double lock as indicated by road junction branching structure" の reversible な variations in や, セ ル フ ソ ー テ ィ ン グ を be presently し た.

项目成果

5-ヒドロキシウラシルの金属錯体形成に基づくDNA分子ピンセットの開閉の繰り返し制御

基于5-羟基尿嘧啶金属络合物形成的DNA分子镊子开闭重复控制

• 发表时间: 2021
• 作者: 森 圭太;西山 康太郎;竹澤 悠典;塩谷 光彦;野口結子・ 石井弘明・ 東若菜・ 笹部雄作;森 圭太・竹澤 悠典・塩谷 光彦;森 圭太・竹澤 悠典・塩谷 光彦
• 通讯作者: 森 圭太・竹澤 悠典・塩谷 光彦

塩基除去修復酵素を用いたフェナントロリン配位子修飾DNA三叉路分岐構造の合成

使用碱基切除修复酶合成菲咯啉配体修饰的 DNA 三叉结构

• 发表时间: 2022
• 作者: Hirano Toshiyuki Hirano;Sato Fumitoshi;櫻井 航平・竹澤 悠典・塩谷 光彦
• 通讯作者: 櫻井 航平・竹澤 悠典・塩谷 光彦

金属イオンの結合により活性を制御できる化学修飾DNAzyme の開発

开发化学修饰的脱氧核糖核酸酶，其活性可通过结合金属离子来控制

• 发表时间: 2021
• 作者: 藤岡祐仁;大坂侑吾;児玉昭雄;辻口拓也;Ema Onodera;竹澤 悠典・中間 貴寛・胡 凌雲・塩谷 光彦
• 通讯作者: 竹澤 悠典・中間 貴寛・胡 凌雲・塩谷 光彦

金属イオンに応答するDNAzymeの開発―金属錯体型人工核酸塩基対の導入に基づく合理設計

开发响应金属离子的DNA酶——基于金属络合物型人工核碱基对的合理设计

• 发表时间: 2021
• 期刊: 化学と工業
• 作者: Koinkar Pankaj;Sasaki Kohei;Katayama Tetsuro;Furube Akihiro;Sugano Satoshi;竹澤 悠典
• 通讯作者: 竹澤 悠典

金属錯体型人工DNAの構築を目指したDNAポリメラーゼによるエテノアデノシンの連続導入

使用DNA聚合酶连续引入乙烯腺苷构建金属络合物型人工DNA

• 发表时间: 2022
• 作者: H Fukumoto;K Ishihara;SI Yusa;Takashi Tachikawa;若野 将大・Silpa Chandran Rajasree・竹澤 悠典・塩谷 光彦
• 通讯作者: 若野 将大・Silpa Chandran Rajasree・竹澤 悠典・塩谷 光彦