テロメア部位DNA配列が形成する四重鎖構造のNMRによる研究

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テロメア領域とは染色体の末端部位のことで、このテロメア部位には3'末端側の鎖ではグアニン残基(G)に富む配列が、5'末端側ではシトシン残基(C)に富む配列が繰り返し並び、お互いが相補鎖を形成している。これら連続したG及び、Cを含むDNAオリゴマーは、それぞれ特異な四重鎖構造(Gカルテット、i-motif)を形成することが知られている。本研究の目的は、DNA鎖の複製や、減数分裂の際に、テロメア部位がとりうる構造や、四重鎖間の相互作用についての構造的な知見を得ることである。ヒトテロメアの繰り返し配列であるd(CCCTAA)が形成するi-motif構造についてNMR分光法を用いて詳しく解析した結果、d(CCCT)では観測されなかった新規のトポロジーを持つi-motif構造を発見し、その新規なトポロジーを持つi-motif構造を距離制限付き分子動力学計算により決定した。また、Gカルテットとi-motif構造の安定性と相互作用を円二色性分光法(CD)によって評価した。各種のテロメア繰り返し配列が相補的な二重鎖を形成している状態から、カリウムイオンを添加することによってGカルテット形成を示すCDパターンが観測された。特に、単体で二分子で反平行二量体Gカルテットを形成するd(G_4T_4G_4)を相補鎖[d(C_4A_4C_4)]存在下で、カリウムイオンを加えると、二重鎖と多数のGカルテットの平衡状態になることをNMR分光法により見いだした。これは、テロメア相補鎖部位においてもGカルテットが生成しうることを示唆している。