修飾核酸塩基の金属配位に基づくDNA鎖置換・ブランチマイグレーションの速度論制御

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本研究は、動的DNAナノテクノロジーの根幹をなすDNA鎖置換反応の速度論を、修飾ピリミジン塩基の金属配位により精密に制御することを目的としている。本年度は主に、ウラシル塩基の5位にイミノ二酢酸配位子を導入したN,N-ジカルボキシメチル-5-アミノウラシル(dcaU)塩基を用い、DNA二重鎖中での金属錯体形成、および金属イオン添加・除去によるDNA二重鎖の組み換え反応について検討した。二重鎖融解実験から、一対のdcaU-dcaU対を含むDNA二重鎖が１当量のGd(III)イオン存在下で大きく安定化されることを見出した。これは2:1錯体(dcaU-Gd(III)-dcaU塩基対)の形成により、二重鎖が架橋されたためである。一方、dcaU塩基は水素結合型の天然様dcaU-A塩基対も形成した。dcaU-A塩基対を含む二重鎖は、Gd(III)イオンの添加により不安定化した。結果として、Gd(III)イオンの有無により二重鎖安定性が逆転し、dcaU-Gd(III)-dcaU塩基対とdcaU-A塩基対の相互変換が可能であることが示唆された。さらに、dcaU塩基を含むDNA鎖を用いて、Gd(III)イオンの添加および除去による二重鎖形成の制御を試みた。非変性ポリアクリルアミドゲル電気泳動、および蛍光修飾した相補鎖を用いた蛍光時間変化測定から、Gd(III)イオンを外部刺激として、DNA鎖の会合挙動を等温下で可逆的に変換できたことが示された。今後は、DNA鎖置換反応の速度論を詳細に解析し、修飾ウラシル塩基の数や導入位置に基づく速度論の制御を検討する計画である。