DNA－高分子複合体の高次構造変換と転写の調節

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生物は、高分子の一次構造をもとに高次構造を組み上げ、その構造転移を通じて会合-解離の平衡を動かし、機能を創発、ついには生命の営みにつなげている。一方、現在の物質科学は、高分子集合体の高次構造を意図して組み上げることまでできているものの、それを構造変換することに踏み込めていない。本研究では、正電荷性連鎖と中性連鎖からなる高分子を使って一本のDNAに多様な高次構造を作らせ、その高次構造を電荷密度の調節によって変換、その効果を転写活性の制御として結実させる事に挑戦する。これにより「高次構造の変換－機能創発」を高分子科学的に再現し、生命活動の源とも言える遺伝子発現プロセスの作動原理を物質科学的に理解していく端緒を得る事を目的としている。そのために、ゲノムに見られる超らせん構造を有するDNAとしてプラスミドDNA（pDNA）を取り上げ、合成高分子を使って一本のpDNAを折りたたみ、高次構造を作らせることを行う。これをヌクレオソームのモデル系としてその高次構造の変換を試みる。合成高分子として、ヒストン－DNA間の相互作用に重要な役割を果たしているリジン残基を重合したポリ-L-リシン（PLL）に、PLL/pDNA複合体を二次会合させずに水和させるための親水性高分子ポリエチレングリコール（PEG）を結合させたブロック共重合体PEG-PLLを設計した。初年度は、PEG-PLLブロック共重合体を合成する環境整備ならびにPLLおよびPEG連鎖の分子量の異なる種々ブロック共重合体の用意を完了した。2022年度は、PEG-PLL/pDNA複合体を調製、その高次構造を原子間力顕微鏡を用いて観察する手段を構築した。また、PLL鎖の電荷密度をその場で減少させる条件検討を進めた。