遠藤政幸 物質－細胞統合システム拠点（iCeMS＝アイセムス）特定拠点准教授、杉山弘 同教授（兼 理学研究科教授）、ハンビン?マオ ケント州立大学教授らの研究グループは、DNA鎖で囲まれたナノスケールの立体空間を作成し、その空間の中に、染色体の末端に存在し細胞の癌化などに関与しているDNA構造の一つ「グアニン四重鎖構造」を配置することで、この構造体が熱力学的に極めて安定した性質を示すことを見出しました。特定のサイズのナノスケールの空間に閉じ込められた生体分子が、機械的?熱力学的に極めて安定化され、構造体が折り畳まれたりほどけたりする速度が極めて増大することが明らかとなりました。
本研究成果は、2017年3月28日午前0時に英国の科学誌「Nature Nanotechnology」で公開されました。
研究者からのコメント
远藤特定拠点准教授
本成果は、空间の広さを制限することによって生体分子がどれくらい安定化するかを実测した初めての例で、顿狈础构造体を使いデザインできる空间を使っているため、タンパク质や酵素などのもつ反応性と空间の関係性を探索する手段として活用できます。今后は、ナノ空间内で、より复雑な搁狈础构造体やペプチド、タンパク质の安定性や折り畳みについても研究を进め、新たなナノサイエンスを创出します。
概要
细胞内で合成される核酸(顿狈础や搁狈础)やタンパク质、酵素などの生体分子は、固有の立体构造に折り畳まれることで机能を持つようになります。そのため、その折り畳みやほどけるメカニズムが分子のおかれる环境によってどのように异なるかを解明することは、それらの生体分子の反応の多様性について理解することにつながります。
本研究グループは、生体分子の立体构造の形成に、分子が置かれた空间の広さがもたらす影响に着目しました。「顿狈础オリガミ」と呼ばれる、顿狈础锁を折り曲げてナノスケールの构造体を作る手法で作成した数ナノメートルのさまざまなサイズの角筒状の构造体（ナノケージ）を用い、その中にグアニン四重锁构造を配置することで、ナノ空间に闭じ込められた分子を再现しました。分子を空间的に操作できる光ピンセットを用いて、グアニン四重锁构造を両方向から引っ张ることで、その构造がほどけたり、再び折り畳まれたりする过程を1分子レベルで测定しました。
この结果、特定のサイズのナノケージ内に导入したグアニン四重锁构造は、构造的?机械的?热力学的に极めて安定化され、构造体の折り畳みやほどける速度が大きく増大することが明らかとなりました。このことにより、これまでは计算科学のシミュレーションによって推定されていた反応メカニズムが実験的に确かめられました。
図：グアニン四重锁构造を顿狈础で作られた角筒状のナノケージに入れ、その物性を光ピンセットを用いて1分子测定した。グアニン四重锁は、ナノケージ内で大きく安定化され、ケージのない状态に比べて折り畳みの速度が100倍になった。ナノスケールの空间が生体分子の物性を大きく変えることが実测できた。
详しい研究内容について
书誌情报
【顿翱滨】
Prakash Shrestha, Sagun Jonchhe, Tomoko Emura, Kumi Hidaka, Masayuki Endo, Hiroshi Sugiyama and Hanbin Mao. (2017). Confined space facilitates G-quadruplex formation. Nature Nanotechnology.
