化学修飾DNAを用いた遺伝子発現の光制御

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本申請では、遺伝子発現の光制御を目指している。前年度我々は、トリメチレンリンカーの中心の炭素にアゾベンゼンを導入した修飾DNAを合成し、アゾベンゼンの光異性化によって二重鎖の形成と解離を光のみで制御できることを明らかにしている。本年度はその機構を明らかにするため、アゾベンゼンを含むDNAの二重鎖の構造を2D NMRによって解析した。その結果、1)trans-アゾベンゼンが隣接する塩基対間にインターカレートしている、2)trans-アゾベンゼンがインターカレートすることでメジャーグルーブ側に傾いている、ことが判明した。一方cis-体は非平面分子であるため、スタッキングによる安定化が得られずむしろ立体障害で不安定化し、結果としてtrans→cis異性化によって二重鎖形成能が大きく変化することが明らかとなった。また、NOESYの詳細な解析から、極性の高い成分はRのコンフィギュレーションであることも明らかにした。更に光応答性DNAを、T7-DNAポリメラーゼによるDNAの伸長反応に応用し、目論見どおりアゾベンゼンの光異性化で、伸長反応をON-OFF制御できることを明らかにした。更に詳細な解析から、モジュレーターが5'末端付近から徐々に剥がれるような機構で光制御が実現できていることを見出した。光応答性DNAを酵素反応の制御に応用するためには、天然の構造からの差異は小さいほうが良い。そこでリボースの2'Oにアゾベンゼンを導入したウリジンを合成し、DNA内に組み込んだ。この系は配列依存性が大きいが、trans-cis異性化でTmが変化することを見出した。また、アゾベンゼンと並んで代表的な光異性化分子であるスピロピラン導入DNAも合成に成功した。