水を舞台とするDNAの高次構造相転移

水介导的DNA高阶结构相变

• 批准号: 16041225
• 负责人: 吉川 研一
• 金额: $ 9.28万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-16041225/
• 关键词: DNA凝縮転移; 水溶媒; 荷電高分子鎖; 多様な秩序構造; 単分子観測; クロマチン; DNA; 荷電高分子; 高次構造; 相転移; 静電相互作用; ミクロ相分離; 折り畳み転移; キラル選択性

数十kbp(キロ塩基対)以上のサイズのDNA分子は、膨潤したコイルと折り畳まれたコンパクトな凝縮状態との間で、密度差が数万倍に及ぶ不連続な転移(一次相転移)を示すことを見出し、系統的な研究を進めてきている。特に最近、我々のDNA単一分子計測の実験より、3-4価の多価カチオン存在下において温度の上昇により折り畳み転移が促進されることが明らかになった。これは、折り畳み転移がエントロピーを大きくさせていることを意味しており、水溶媒ならではの特殊性が現れていることを示している。DNAにとって水は良溶媒であるので、その温度依存性は全く異なるメカニズムによると考えられる。そこで、これまでの単一分子鎖の構造転移に関する実験を更に展開するとともに、水媒質の特異性を取り入れた理論的なモデルを作り上げることを目的として次の研究を進めた。1.水溶液の誘電率を変化させながらDNA凝縮転移に関する実験を行うことにより、DNAの凝縮転移が起こる際にDNA分子鎖の負電荷の約87〜88%が中和されていることが明らかになった。また、水溶液中に含まれるカチオンのイオン半径が大きく寄与していることも明らかになった。すなわち、原子番号の大きいカチオンの方がイオン半径が大きいためPNAとの結合能は小さくなると考えられるが、実際には、水和により実効的なイオン半径が逆転するため原子番号が小さいカチオンの方がDNAとの結合能が小さくなる。その結果、原子番号の大きいカチオンの方がDNAの凝縮能が高くなると考えられる。2.真核細胞の中では、DNAはヒストンと結合しクロマチンと呼ばれる複合体を形成して存在している。そこで、正電荷を帯びたナノ粒子をヒストンに見立てて、DNAとナノ粒子との複合体の形成に関して実験を行った。その結果、ナノ粒子を加えることによって、DNAはより凝縮しやすくなることを明らかにした。

More than dozens of KBP (キ ロ salt base) seaborne の サ イ ズ の は, swelling of the DNA molecule し た コ イ ル と fold り 畳 ま れ た コ ン パ ク ト な condensation state と の で, density difference between が に tens of thousands of times and ぶ not even 続 な planning to move (a planning move) を shown す こ と を see し, な を into the study on the め て き て い る. に, recently I 々 の 単 DNA molecular measuring の be 験 よ り, 3-4 価 の more 価 カ チ オ ン presence に お い て temperature rising の に よ り fold り 畳 み planning move が promote さ れ る こ と が Ming ら か に な っ た. こ れ は, folding り 畳 み planning move が エ ン ト ロ ピ ー を big き く さ せ て い る こ と を mean し て お り, water solvent な ら で は の particularity が now れ て い る こ と を shown し て い る. DNAにとって water <s:1> good solvent である <s:1> で で そ そ temperature dependence <s:1> all く differences なるメカニズムによると study えられる. そ こ で, こ れ ま で の 単 a molecular lock の structure planning move に masato す る be 験 を would be す に る と と も に, water medium の specificity を take り れ た theory な モ デ ル を made げ り る こ と を purpose と し て の study を into め た. Aqueous solution 1. の を induced electric rate - the さ せ な が ら DNA condensation planning move に masato す る be 験 を line う こ と に よ り, DNA condensation の planning move が こ る interstate に DNA molecules lock の negative の is about 87-88% が neutralization さ れ て い る こ と が Ming ら か に な っ た. ま た, に in aqueous solution containing ま れ る カ チ オ ン の イ オ ン radius が big き く send し て い る こ と も Ming ら か に な っ た. す な わ ち, atomic mash の big き い カ チ オ ン の party が イ オ ン radius が big き い た め PNA と の binding energy は small さ く な る と exam え ら れ る が, be interstate に は, water and に よ り be sharper な イ オ ン radius が inverse planning す る た め atomic mash が small さ い カ チ オ ン の party が DNA と の binding energy が small さ く な る. The そ <s:1> result, the larger the atomic number <e:1>, the more the <s:1> カチ カチ カチ <e:1> <s:1>, the がDNA <s:1> condensation energy が is higher くなると tests えられる. 2. の eukaryotic cells で は, DNA は ヒ ス ト ン と combining し ク ロ マ チ ン と shout ば れ る complex を form し て exist し て い る. そ こ で, positive charge を 帯 び た ナ ノ particle を ヒ ス ト ン に see stand て て, DNA と ナ ノ particle と の complex の form に masato し て be 験 を line っ た. そ の results, ナ ノ particle を plus え る こ と に よ っ て, DNA は よ り condensation し や す く な る こ と を Ming ら か に し た.

项目成果

Stereoisomeric Discrimination in DNA Compaction.

DNA 压缩中的立体异构歧视。

• 发表时间: 2004
• 期刊: Angew.Chem.Int.Ed. 43(18)
• 作者: A.A.Zinchenko;K.Yoshikawa;et al.
• 通讯作者: et al.

Why is the compact state of DNA preferred at higher temperature? Folding transition of a single DNA chain in the presence of a multivalent cation

• DOI: 10.1209/epl/i2004-10541-6
• 发表时间: 2004-11
• 期刊: EPL
• 影响因子: 1.8
• 作者: Takuya Saito;Takafumi Iwaki;K. Yoshikawa

Rings-on-a-string chain structure in DNA

DNA中的环串链结构

• 发表时间: 2005
• 期刊: Journal of Chemical Physics 122
• 作者: N.Miyazawa;T.Sakaue;K.Yoshikawa;R.Zana
• 通讯作者: R.Zana

Dielectric control of counterion-induced single-chain folding transition of DNA

• DOI: 10.1529/biophysj.105.059493
• 发表时间: 2005-05-01
• 期刊: BIOPHYSICAL JOURNAL
• 影响因子: 3.4
• 作者: Baigl, D;Yoshikawa, K
• 通讯作者: Yoshikawa, K

Compaction of Single-Chain DNA by Histone-Inspired Nanoparticles

受组蛋白启发的纳米颗粒压缩单链 DNA

• 发表时间: 2005
• 期刊: Physical Review Letters 95
• 作者: A.A.Zinchenko;K.Yoshikawa;D.Baigl
• 通讯作者: D.Baigl