核酸立体構造の選択的修飾による遺伝子調節技術の開発

寺 正行  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10643512)

グアニン豊富な核酸で形成されるグアニン四重鎖 (G-quadruplex: G4) は、ゲノムワイドに存在し、特にテロメア配列や遺伝子プロモーター領域などで多く発見されている)。生体内では、G4が「動的に形成される」ことで複製タイミングの調節や遺伝子の発現制御等、様々な生物機能に関与するが、過渡的に形成されることから、詳細な調節メカニズムは未解明である。G4は塩基配列に応じて多様な構造を形成しており、これらは「トポロジー」と呼ばれる三種の基本構造 (パラレル、ハイブリッド、アンチパラレル) に分類できる。近年、このトポロジーの違いがG4由来の生物機能に影響することが示唆されており、低分子化合物 (G4リガンド) 等でトポロジーを選択的に認識することが求められている。加えてG4リガンドを用いたG4との共有結合による修飾は、G4の動的平衡を不可逆的に固定化できるため、G4の安定化において有望な戦略である。過去20年に渡り、共有結合型G4リガンドが複数報告されているが、G4の各トポロジーを選択的に認識しG4と共有結合を形成するG4リガンドの報告は極めて少ない。G4は全てのG4に共通する構造である「G-quartet」と、G4の各トポロジーにより異なる構造の「Groove」とから成る。従って、G4リガンドがG4の各トポロジーを選択的に認識するためには、G-quartetとGrooveの二点を認識することが重要だと考えられる。これまでに、G-quartetとスタッキングによってG4を安定化するL2H2-6OTD (1) を報告している。そこで本年度は、二点認識を志向して、1の構造中にGrooveと相互作用することのできる、光架橋基を有するリンカーの導入により、特定のトポロジーのG4を選択的に認識し、かつG4と共有結合を形成することで当該構造を選択的に固定化する手法の開発を目的とした。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

これまでに、非共有結合を介して標的グアニン四重鎖に結合して遺伝子変動を引き起こす化合物を合成し、さらに今年度は共有結合型の分子を合成することができた。さらに、結合位置の特定にも成功している。これらの状況から、概ね順調に進展していると判断した。

本年度に合成を確立した共有結合型グアニン四重鎖結合リガンドを用いて、新生RNAの同定や、トランスクリプトームを用いて、遺伝子レベルでの変動を解析する。

新型コロナウイルス感染拡大を受けて、計画していた合成化合物の原料調達が困難となった。そこで、合成ルートを再検討することで、出発原料を変更することができた。しかし、新規合成ルートでは、反応効率が低いため、合成に要する期間を延長せざるを得ず、次年度使用額が生じた。来年度は、新たに策定した合成ルートを用いて、計画している化合物の合成を行うとともに、これらの遺伝子レベルで与える活性評価を合わせて行うことを計画している。