Investigating the structural conversion mechanism of DNA strands by new single molecule spectroscopy

通过新的单分子光谱研究DNA链的结构转换机制

• 批准号: 19F19340
• 负责人: 田原 太平
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Institute of Physical and Chemical Research
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-11-08 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19F19340/
• 关键词: 一分子ＦＲＥＴ; ＤＮＡダイナミクス; 二次元蛍光寿命相関分光法; マイクロ流路

本年度は、以下の研究を行った。１．走査型二次元蛍光寿命相関分光法（2D-FLCS）を用いたDNAホリデイジャンクション（HJ）の構造異性化ダイナミクスの計測本課題では、前年度までに得られたHJの走査型2D-FLCS実験の結果について、以下の考察を行った。(1) HJの２つの構造異性体の間の相互変換の程度は、十分遅い遅延時間においても70%程度であった。この結果を、一部のHJが非常に長寿命の状態に捕捉されているためにダイナミクスの不均一性が生じているためであると解釈した。(2) 各構造異性体に帰属される独立蛍光成分は複数の蛍光寿命ピークを示した。このことから、HJの二重鎖間の角度がその中心値である60°付近で揺らいでいると結論した。(3) 独立蛍光成分の平均蛍光寿命とFRET効率は、高FRET種・低FRET種のいずれにおいてもMg2+濃度に依存する変化を示した。このことから、高Mg2+濃度ではHJの二重鎖間の角度が平均的に小さくなるとともに、二重鎖結合部周りの柔軟性がMg2+イオンによって失われると結論した。これらをまとめ、学会での口頭発表および論文発表を行った。２．2D-FLCSとラピッドミキシング法を用いた非平衡状態の構造不均一性の研究本課題では、前年度までに得られた知見を踏まえ、3流路合流型のマイクロ流路チップを専門業者に委託して製作した。このチップを用いて、pHジャンプによるDNAのi-モチーフ構造形成機構を調べた。pHジャンプ後10ミリ秒から数秒の遅延時間に対応する測定点において2D-FLCS計測を行い、得られる二次元マップの遅延時間による変化を検討した。この目的のために、複数の二次元マップを同時に解析して独立蛍光成分をモデルフリーで分離同定する手法を開発し、これを応用した結果、生成物と中間体に帰属できる成分を得ることに成功した。

This year, the following research was conducted. 1. The study of structural heterogeneity of DNA molecules using 2D-FLCS was carried out in the previous year and the results of 2D-FLCS study of HJ were obtained. (1)The degree of mutual transformation between structural heteromorphisms is 70% of the time delay. As a result, a part of the HJ has a very long life span. (2)Anisotropy is the result of independent luminescence components and multiple luminescence lifetimes. The angle between the two locks is equal to the center value. The angle between the two locks is equal to the center value. (3)The average fluorescence lifetime and FRET efficiency of individual fluorescence components vary depending on Mg2 + concentration. High Mg2+ concentration, average angle of double lock, flexibility of double lock, Mg2+ concentration, average angle of double lock, average angle of double lock. This is the first time that we've learned how to express ourselves orally and in a way that we can express ourselves. 2. Research on Structural Heterogeneity of 2D-FLCS in Non-equilibrium State by Using 2D-FLCS Method. The structure of DNA is regulated by pH, pH and pH The pH value is measured in 10 seconds, the delay time is several seconds, and the pH value is measured in 2D FLCS. For this purpose, a plurality of binary components are analyzed simultaneously, and the method for separating the binary components is developed.

项目成果

理化学研究所 田原分子分光研究室

RIKEN田原分子光谱实验室

アリゾナ州立大学(米国)

亚利桑那州立大学（美国）

Direct photon-by-photon analysis of time-resolved pulsed excitation data using Bayesian nonparametrics

使用贝叶斯非参数对时间分辨脉冲激发数据进行直接逐光子分析

• DOI: 10.1016/j.xcrp.2020.100234
• 发表时间: 2020
• 期刊: Cell Reports Physical Science
• 影响因子: 8.9
• 作者: Meysam Tavakoli;Sina Jazani;Ioannis Sgouralis;Wooseok Heo;Kunihiko Ishii;Tahei Tahara;and Steve Presse
• 通讯作者: and Steve Presse

Molecular Spectroscopy Laboratory, RIKEN

RIKEN 分子光谱实验室

理化学研究所 田原分子分光研究室

RIKEN田原分子光谱实验室