酵素反応をメモリー装置とする核酸の超高次構造転移の解析

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圧力は有用な実験変数であり、これまで蛋白質や脂質、生体膜の構造形成・安定性・ダイナミクス、あるいは機能の研究に広く適用されてきた。しかし、核酸の構造や機能に対する圧力の効果は研究例がなく、核酸の構造や機能を理解する上でも重要かつ興味ある問題であると永らく指摘されてきた。一方、核酸の持つ遺伝情報発現機能において、その高次構造の変化・制御がきわめて大きな役割を果たしていることは広く認職されて久しいが、タンパク質とは異なりその構造変化を直接観察できることはきわめてまれであり、何らかの構造変化の「固定化」「可視化」の方法論が必要である。そこで本研究では、上記の酵素反応を介しての「可視化」原理を、これまでの核酸のローカルな構造についてだけでなく、より高次の構造-すなわち超螺旋構造-にまで拡大適用することを主眼としている。本年度はDNAのみならずそのモデルポリマーとしての、水溶性・両親媒性高分子の溶液内構造に対する圧力・温度の効果を調べ、さらに高圧力および高有機溶媒含量が高分子の構造や酵素の機能に及ぼす効果について詳細な検討を加えた。2年間の研究により、指標とする酵素反応系が、対象圧力・温度域において正常な触媒作用を行えること、核酸の基本構造(2次構造)が対象圧力・温度域において安定であることを知るとともに、一連の核酸・酵素の最適組み合わせにより、広い圧力・温度域において超高次構造(超螺旋構造)の解析を行い、熱力学的解釈を得ることができた。さらに、これらの超高次構造転移がより広範な高分子物質の性質として捉えられることを、種々のポリマー、生体高分子を対象とすることによって明らかにすることができた。