静電相互作用を利用した球状錯体内部へのアニオン集積とその反応

利用静电相互作用在球形复合物内积累阴离子及其反应

• 批准号: 08J09201
• 负责人: 菊池 貴
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2010
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08J09201/
• 关键词: 自己集合; DNA; ペプチド; ナノ粒子; 自己組織化; 水素結合; 静電相互作用; π共役系分子; ポリオキソメタレート

昨年度まで私は、高度な機能を持つポリアニオン分子としてDNAに着目し、自己集合性錯体表面へのDNAの集積、および相補DNA鎖の認識を達成してきた。一方、真核細胞内でDNAは、カチオン性タンパク質であるヒストンに巻きついて多段階に折りたたまれ、その構造と転写活性を制御されている。精密構造を有する人工ポリカチオン性ナノ粒子を用いてDNAを折りたたむことができれば、DNAの転写活性の精密制御を期待できるが、そのような例は知られていない。本年度私は、24価の正電荷を有する自己集合性球状錯体表面をさらに24本のカチオン性ペプチドで修飾し、48価もの正電荷を高密度に有する分子性ナノ粒子として利用することで、DNAの構造制御を試みた。折れ曲がりの外側に正味1価の正電荷を有する6残基のペプチド(Ac-Arg-Lys-Leu-Pro-Asp-Ala-)を連結した二座配位子とPd(II)イオンから、表面に24本のペプチド鎖を有する球状錯体を定量的に得た。錯体の構造は各種NMRの解析により同定した。得られた錯体は、直径3.5nmの単一の球状骨格上に+1.25nm^<-2>という高い表面電荷密度を有し、効率的なDNAの折りたたみが期待できる。4363塩基対の環状DNAであるプラスミドpBR322の水溶液(0.75ng・μL^<-1>)に対し、得られた錯体の希釈水溶液を、電荷比1:0.9となるように加え、室温で10分間静置することで、DNAと錯体の複合体形成を行った。複合体溶液10μLをマイカ基板上に滴下し、乾燥させた後AFM観察したところ、剛直なDNA鎖にカチオン性錯体がランダムに結合している様子が見られた。錯体の当量を電荷比1:9まで増加させると、直径40-50nmの均一な粒子が多数観測された。この粒子はそれぞれ1分子のDNAを含むと考えられる。以上のことから、カチオン性球状錯体によってDNA分子が中間的な状態を経てコンパクトに折りたたまれることがわかった。このようなDNAの段階的折りたたみ挙動はヒストン類似の特異なものであることから、DNAはポリカチオン性の錯体表面に巻きつくことによって折りたたまれたものと考えられる。

直到去年，我一直专注于DNA作为高度功能的聚苯二分子，从而实现了DNA在自组装复合物表面的积累和互补DNA链的识别。另一方面，将DNA包裹在阳离子蛋白，组蛋白上，并折叠成多个阶段，其结构和转录活性在真核细胞内得到控制。如果可以使用具有精确结构的人工多阳离子纳米颗粒折叠DNA，则可以预期对DNA的转录活性的精确控制，但尚无此类示例。今年，我试图通过用24个阳离子肽的24价正电荷来修饰自组装球形复合物的表面，并将其用作分子纳米颗粒，高密度为48 valent阳性电荷，以控制DNA的结构。 bi齿配体和Pd（II）离子连接了6个沉积的肽（Ac-arg-lys-Leu-Pro-asp-ala-），弯曲外的净单价正电荷和一个带有24个肽链的球形复合物在表面上获得了净值。通过各种NMR分析鉴定了复合物的结构。所得复合物的高表面电荷密度在单个球形主链上的高度高度密度为+1.25 nm^<-2>，直径为3.5 nm，并且可以预期有效的DNA折叠。在质粒PBR322（0.75 ng .mu.l^<-1>）的水溶液中，该溶液是4363个碱基对圆形DNA，将所获得的配合物的稀释水溶液添加至1：0.9的电荷比为1：0.9，并且将络合物在室温下保持10分钟，以在室温下形成10分钟的DNA和配合物之间的复合物。将10μL的复合溶液滴入云母基板上，干燥，然后观察到AFM，并发现阳离子复合物随机与刚性DNA链随机结合。当复合物的等效量增加到1：9的电荷比时，观察到许多直径为40-50 nm的均匀颗粒。这些颗粒中的每一个都被认为包含一个DNA分子。从上面可以发现，阳离子球形复合物将DNA分子紧凑地通过中间状态折叠。由于DNA的逐步折叠行为是组蛋白独有的，因此据信通过将DNA折叠在多阳离子复合物的表面上。

项目成果

Well-Defined DNA Nanoparticles Templated by Self-Assembled M12L24 Molecular Spheres and Binding of Complementary Oligonucleotides

• DOI: 10.1021/ja108334g
• 发表时间: 2010-11-17
• 期刊: JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY
• 影响因子: 15
• 作者: Kikuchi, Takashi;Sato, Sota;Fujita, Makoto
• 通讯作者: Fujita, Makoto

オリゴヌクレオチドによるM12L24球状錯体の表面修飾

用寡核苷酸对 M12L24 球状复合物进行表面修饰

• 发表时间: 2009
• 作者: M.Otsuki;M.Tsukadaira;A.Kimura;F.Shibata;H.Tamura;菊池貴
• 通讯作者: 菊池貴

M12L24自己集合性球状錯体によるラジカル重合制御

使用 M12L24 自组装球形配合物进行自由基聚合控制

• 发表时间: 2008
• 作者: M.Otsuki;M.Tsukadaira;A.Kimura;F.Shibata;H.Tamura;菊池貴;菊池貴
• 通讯作者: 菊池貴