| 【論文・著書】【口頭発表・講演】【特許】【受賞】 |
| |
| インテリジェント生物素子の創製 |
| 片平正人 |
| 【成果の概要】 |
|
機能性核酸(核酸アプタマー、核酸酵素等)を2つのサブユニットに分割する。この2つのサブユニットを、カリウムイオン等によって構造が1重鎖から4重鎖に変化すＤＮＡ(スイッチング部ＤＮＡ)の両端に連結する。イオン濃度が低い時にはスイッチング部ＤＮＡが1重鎖構造なので、2つのサブユニットは遠く離れていて活性は生じない。イオン濃度が高くなるとスイッチング部ＤＮＡが４重鎖を形成し、それに伴って2つのサブユニットは近づき、活性が生じるようになる。こうして、周りのイオン環境を感知して活性のスイッチングが生じる生物素子を創る事ができる。
スイッチング部ＤＮＡとしては、特異な4重鎖構造を形成する事を我々が見出したＧＧＡ配列の繰り返しからなるＤＮＡが使える。これに加え我々は、ヒトのテロメアＤＮＡが生理的なイオン条件下で形成する特異な4重鎖構造をＮＭＲ法によって決定する事に成功した(京大・杉山教授との共同研究)(図1)。3本の鎖が平行で、残り1本の鎖が反平行という、これまで想像されていたものとは全く異なる構造を形成する事が明らかになった。ヒトのテロメアＤＮＡが形成する構造を低分子化合物で安定化すると、癌と密接な関連のあるテロメラーゼの活性を抑制できるので、癌の治療に結びつくと考えられている。今回得られた構造は、このような低分子化合物の開発に役立つと期待される。そしてこのＤＮＡも、上述のスイッチング部ＤＮＡとして利用できると考えられる。
スイッチング部ＤＮＡの両端に連結する機能性核酸としては、ＨＩＶの病因性タンパク質Tatを捕捉するＲＮＡアプタマーやＣ型肝炎ウィルスの翻訳に必須であるIRESを捕捉するＲＮＡアプタマー等を用いようとしている。分割にあたっては、これらに関する構造情報が必要だが、我々は前者については既に構造を決定しており（産総研・クマール博士との共同研究）、後者についても解析を進行させている（産総研・西川副センター長との共同研究）。
また機能性核酸を実際に治療等に用いる際には、血清中における安定性が要求される。 デオキシリボースの4’位の酸素を硫黄に置換した糖から構成される4’チオDNAは、血清中においてヌクレアーゼによる切断に対して耐性を示し、安定である。この耐性のメカニズムを解明する為に、我々は4’チオDNAの構造を決定した(北大・南川准教授・松田教授との共同研究)(図2)。通常DNAはB型構造をとるが、4’チオDNAはA型構造をとる事が分かった。DNA切断酵素はB型特有の狭く・ある程度深い副溝に結合して切断を行う。しかし4’チオDNAが形成するＡ型構造においては副溝が広く・浅い為に切断酵素が結合できず、この為に4’チオDNAはヌクレアーゼに対する耐性を示すのだと考えられる。
さらに4重鎖核酸を膜に埋め込む事によってイオンチャネルとして機能させる事を試みている。これまでの予備的な結果は、このアイディアの実現の可能性を示唆している。 |
 |
 |
| 図1 ヒトのテロメアＤＮＡが生理的なイオン条件下で形成する特異な立体構造。左；模式図、右；実際の構造 |
図2 血清中でヌクレアーゼ耐性を示す4’チオDNAの立体構造。A型に特徴的な広く浅い副溝側から見た図。 |
|
|
|
【論文・著書】【口頭発表・講演】【特許】【受賞】 |
| 【主な論文・著書】 |
| 著者 |
Mashima, T., Matsugami, A., Nishikawa, F., Nishikawa, S. and Katahira, M. |
| 表題 |
Unique quadruplex structure and interaction of an RNA aptamer against bovine prion protein |
| 発表先 |
Nucleic Acids Res. |
| 掲載日 |
2009 |
|
| 著者 |
Nishikawa, F., Murakami, K., Matsugami, A., Katahira, M. and Nishikawa, S |
| 表題 |
Structural studies of an RNA aptamer containing GGA repeats under ionic conditions using microchip electrophoresis, circular dichroism and 1D-NMR |
| 発表先 |
Oligonucleotides |
| 掲載日 |
2009 |
|
| 著者 |
Sannohe, Y., Sato, K., Matsugami, A., Shinohara, K., Mashimo, T., Katahira, M. and Sugiyama, H. |
| 表題 |
The orientation of the ends of G-quadruplex structures investigated using end-extended oligonucleotides |
| 発表先 |
Bioorg. Medici. Chem. |
| 掲載日 |
2009 |
|
| 著者 |
Furukawa, A., Nagata, T., Matsugami, A., Habu, Y., Sugiyama, R., Hayashi, F., Yokoyama, S., Takaku, H. and Katahira, M. |
| 表題 |
Structure, interaction, and real-time monitoring of the enzymatic reaction of wild-type APOBEC3G |
| 発表先 |
EMBO J. |
| 掲載日 |
2009 |
|
| 著者 |
Nagata, T., Takada, Y., Ono, A., Nagata, K., Konishi, Y., Nukina, T., Ono, M., Matsugami, A., Furukawa, A., Fujimoto, N., Fukuda, H., Nakagama, H. and Katahira, M. |
| 表題 |
Elucidation of the mode of interaction in the UP1-telomerase RNA-telomeric DNA ternary complex which serves to recruit telomerase to telomeric DNA and to enhance the telomerase activity |
| 発表先 |
Nucleic Acids Res. |
| 掲載日 |
2009 |
|
| 著者 |
松上明正、片平正人 |
| 表題 |
テロメアＤＮＡと4’チオＤＮＡの溶液中構造とその生物学的意義 |
| 発表先 |
日本化学会・情報化学部会誌(CICSJ Buletin) |
| 掲載日 |
2008/8/1 |
|
| 著者 |
Furukawa, A., Nagata, T., Habu, Y., Sugiyama, R., Hayashi, F., Yokoyama, S., Takaku, H. and Katahira, M. |
| 表題 |
NMR assignments and the identification of the secondary structure of the anti-retroviral cytidine deaminase |
| 発表先 |
Nucleic Acids Symp. Ser. |
| 掲載日 |
2008(印刷中) |
|
| 著者 |
Sannohe, Y., Sato, K., Matsugami, A., Shinohara, K., Mashimo, T., Katahira, M., Sugiyama, H. |
| 表題 |
Orientation of ends of G-quadruplex structure investigated with end-extended oligonucleotides |
| 発表先 |
Nucleic Acids Symp. Ser. |
| 掲載日 |
2008(印刷中) |
|
| 著者 |
Ohyama, T., Furukawa, A., Mashima, T., Sugiyama, T., Ohgara, S., Yamazaki, T., Imai, T., Okano, H., Nagata, T. and Katahira, M. |
| 表題 |
Structural analysis of Musashi-RNA complex on the basis of long-range structural information |
| 発表先 |
Nucleic Acids Symp. Ser. |
| 掲載日 |
2008(印刷中) |
|
| 著者 |
Matsugami, A., Mashima, T., Nishikawa, F., Murakami, K., Nishikawa, S., Noda K., Yokoyama, T. and Katahira M. |
| 表題 |
Structural analysis of r(GGA)4 found in RNA aptamer for prion protein |
| 発表先 |
Nucleic Acids Symp. Ser. |
| 掲載日 |
2008(印刷中) |
|
| 著者 |
Mashima, T., Kudo, M., Takada, Y., Matsugami, A., Gopinath, S. C. B., Kumar, P. K. R. and Katahira, M. |
| 表題 |
Interactions between antitumor drugs and vault RNA |
| 発表先 |
Nucleic Acids Symp. Ser. |
| 掲載日 |
2008(印刷中) |
|
| 著者 |
Matsugami, A., Ohyama, T., Inada, M., Inoue, N., Minakawa, N., Matsuda, A., Katahira, M. |
| 表題 |
Unexpected A-form formation of 4’-thioDNA in solution, revealed by NMR, and the implications as to the mechanism of nuclease-resistance |
| 発表先 |
Nucleic Acids Res. |
| 掲載日 |
2008/2/5 |
|
| 著者 |
Takeda, M., Miyanoiri, Y., Nogami, T., Oda, K., Saito, T., Kato, K., Koizumi, J. I., Katahira, M. |
| 表題 |
Structural analysis of the fundamental polymer of the sheath constructed by Sphaerotilus natans |
| 発表先 |
Biosci. Biotechnol. Biochem., |
| 掲載日 |
2007/12/7 |
|
| 著者 |
Fukuda, H., Katahira, M., Tanaka, E., Enokizono, Y., Tsuchiya, N., Higuchi, K., Nagao, M., and Nakagama, H. |
| 表題 |
Unfolding of higher DNA structures formed by the d(CGG) triplet repeat by UP1 protein |
| 発表先 |
Genes Cells |
| 掲載日 |
2005 |
|
| 著者 |
Matsugami, M., Xu, Y., Noguchi, Y., Sugiyama, H. and Katahira, M. |
| 表題 |
Structure of human telomeric DNA under physiological ionic conditions stabilized by proper incorporation of 8-bromoguanosines, as determined by NMR |
| 発表先 |
FEBS J. |
| 掲載日 |
2007 |
|
| 著者 |
片平正人 |
| 表題 |
NMRの応用・生体高分子 |
| 発表先 |
第5版 実験化学講座 8 NMR・ESR（分担）、丸善、 2006 |
| 掲載日 |
2006 |
|
| 著者 |
片平正人 |
| 表題 |
RNA |
| 発表先 |
生物物理学ハンドブック(分担)、朝倉書店 |
| 掲載日 |
2007 |
|
| 著者 |
大山貴子、松上明正、片平正人 |
| 表題 |
紫外吸収スペクトル |
| 発表先 |
生命科学のための機器分析実験ハンドブック(分担)羊土社 |
| 掲載日 |
2007 |
|
| 著者 |
Tsuchibayashi, H., Ohyama, T., Matsugami, A., Nanjo, T., Iwai, S. and Katahira, M. |
| 表題 |
Structural analysis of DNA containing (6-4) photoproduct in complex with distamycin A by NMR |
| 発表先 |
Nucleic Acids Symp. Ser. |
| 掲載日 |
2006 |
|
| 著者 |
Matsugami, A., Tsuchibayashi, H., Xu, Y., Noguchi, Y., Sugiyama, H. and Katahira, M. |
| 表題 |
The new models of the human telomere DNA in K+ solution revealed by NMR analysis assisted by the incorporation of 8-bromoguanines |
| 発表先 |
Nucleic Acids Symp. Ser. |
| 掲載日 |
2006 |
|
| 著者 |
Ohyama, T., Furukawa, A., Miyoshi, T., Takada, Y., Ohgara, S., Hiratsuka, K., Imai, T., Okano, H., Nakagama, H., Nagata, T. and Katahira, M. |
| 表題 |
Interactions with RNA/DNA of proteins involved in the regulation of transcription, translation and telomere elongation |
| 発表先 |
Nucleic Acids Symp. Ser. No. 51 |
| 掲載日 |
2007 |
|
| 著者 |
Matsugami A., Ohyama, T., Inada, M., Inoue, N., Minakawa, N., Matsuda, A. and Katahira, M. |
| 表題 |
Structure of 4'-thioDNA which exhibits endonuclease resistance |
| 発表先 |
Nucleic Acids Symp. Ser. No. 51 |
| 掲載日 |
2007 |
|
| 著者 |
宮ノ入洋平、片平正人 |
| 表題 |
N M Rによるタンパク質構造解析の展望 |
| 発表先 |
酵素工学ニュース |
| 掲載日 |
2006 |
|
| 著者 |
Nakagama, H., Higuchi, K., Tanaka, E., Tsuchiya, N., Nakashima, K., Katahira, M. and Fukuda, H. |
| 表題 |
Molecular mechanism for maintenance of G-rich short tandem repeats capable of adopting G4 DNA structures |
| 発表先 |
Mutat. Res. |
| 掲載日 |
2006/6/25 |
|
| 著者 |
Makita, H., Nakahara, Y., Fukui, H., Miyanoiri, Y., Katahira, M., Seki, H., Takeda, M. and Koizumi, J. |
| 表題 |
Identification of 2-(cysteinyl)amido-2-deoxy-D-galacturonic acid residue from the sheath of Leptothrix cholodnii |
| 発表先 |
Biosci. Biotech. & Biochem |
| 掲載日 |
2006/5/1 |
|
| 著者 |
Tagashira, H., Shimotori, T., Sakamoto, N., Katahira, M., Miyanoiri, Y., Yamamoto, T., Mitsunaga, K., Shimada, H., Kusunoki, S. and Akasaka K. |
| 表題 |
Unichrom, a novel nuclear matrix protein, binds to the ars insulator and canonical Mars |
| 発表先 |
Zoolog. Sci. |
| 掲載日 |
2006/1/8 |
|
| 著者 |
Matsugami, A., Tani, K., Ouhashi, K., Uesugi, S., Morita, M., Ohyama, T. and Katahira M. |
| 表題 |
Structural property of DNA that migrates faster in gel electrophoresis, as deduced by CD spectroscopy |
| 発表先 |
Nucleosides, Nucleotides and Nucleic Acids |
| 掲載日 |
2006 |
|
| 著者 |
Gopinath, S.C.B. Matsugami, A. Katahira, M. and Kumar, P. K. R. |
| 表題 |
Human vault-associated non-coding RNAs bind to mitoxantrone, a chemotherapeutic compound |
| 発表先 |
Nucleic Acids Research |
| 掲載日 |
2005 |
|
|
| 【主な発表・講演】 |
| 発表者 |
Katahira, M. |
| 表題 |
Structural analyses of proteins and nucleic acids related to telomere elongation, neural differentiation, prion, and anti-retroviral process |
| 発表の場 |
Yokohama NMR International Symposium -Drug Discovery and Design by NMR- |
| 発表日 |
2008/10/21 |
|
| 発表者 |
Ohyama, T., Matsugami, A., Furukawa, A., Mashima, T., Sugiyama, T., Nagata, T. and Katahira, M. |
| 表題 |
Structures and interactions of 4’-thioDNA and RNA/DNA-binding proteins |
| 発表の場 |
XXIII International Conference on Magnetic Resonance in Biological Systems |
| 発表日 |
2008/8/26 |
|
| 発表者 |
Ohyama, T., Furukawa, A., Matsugami, A., Mashima, T., Nagata, T. and Katahira, M. |
| 表題 |
Structure determination of a multi-domain protein by the use of PRE and RDC, and the unexpected A-form structure of 4’-thioDNA exhibiting nuclease-resistance |
| 発表の場 |
Korea-Japan Symposium on Biological NMR |
| 発表日 |
2008/4/25 |
|
| 発表者 |
Matsugami, A., Ohyama, T., Ono, A., Ono, M., Nagata, T. and ○Katahira, M. |
| 表題 |
The structure of human telomeric DNA and the interactions of hnRNP A1/hnRNP D proteins with telomeric DNA |
| 発表の場 |
International Workshop on Perspectives on Stable Isotope Aided NMR Methods for Protein Structural Analysis |
| 発表日 |
2007/3/30 |
|
| 発表者 |
Ohyama, T., Tsuchibayashi, H., Matsugami, A., Miyanoiri, Y., Niyada, E., Nagata, T. and○Katahira, M. |
| 表題 |
Structures of Musashi in Complex with RNA, Wild and Mutant (Phosphorylation-Mimicking) DNA-Binding Proteins, GT-1, and Telomere DNA in K+ Solution |
| 発表の場 |
The Switzerland-Japan Symposium on Structural Biology |
| 発表日 |
2006/9/17 |
|
| 発表者 |
Tsuchibayashi, H., Ohyama, T., Matsugami, A., Miyanoiri, Y., Niyada, E., Nagata, T. and Katahira, M. |
| 表題 |
Investigations of functional RNA/DNA and RNA/DNA-binding proteins |
| 発表の場 |
4th Japan-Taiwan NMR Symposium |
| 発表日 |
2006/10/16 |
|
| 発表者 |
Ohyama, T., Tsuchibayashi, H., Matsugami, A., Miyanoiri, Y., Niyada, E., Enokizono, Y., Nagata, T. and Katahira, M. |
| 表題 |
Wild and mutant (phosphorylation-mimicking) GT-1 structures, hnRNP D-telomere DNA complex structure, and Musashi structure complexed with RNA |
| 発表の場 |
Korea-Japan Bilateral Symposium on Biological NMR |
| 発表日 |
2006/7/7 |
|
| 発表者 |
片平正人 |
| 表題 |
Unique quadruplex structures and unfolding of quadruplexes by proteins |
| 発表の場 |
PACIFICHEM 2005(環太平洋化学会 2005) |
| 発表日 |
2005/12/17 |
|
| 発表者 |
片平正人 |
| 表題 |
Structure of hnRNP D complexed with telomere DNA, unfolding of quadruplex, and discrimination of intra- and intermolecular hydrogen bonds |
| 発表の場 |
PACIFICHEM 2005(環太平洋化学会 2005) |
| 発表日 |
2005/12/16 |
|
| 発表者 |
片平正人 |
| 表題 |
Recognition mechanism of the target by RNA aptamer and Musashi protein, studied with the aid of residue specific labeling, 13C-detection and RDCs |
| 発表の場 |
The first Asia-Pacific NMR Symposium |
| 発表日 |
2005/11/11 |
|
| 発表者 |
Matsugami, A., Tochio, H., , Niyada, E.,, Tamura, Y., , Kudo, M.,, Misono, T., Kumar, P. and Katahira, M. |
| 表題 |
Structure of RNA aptamer complexed with an RNA-binding peptide of Tat with aid of residue-epecific 13C, 15N labeling |
| 発表の場 |
4th International Symposium on Nucleic Chemistry |
| 発表日 |
2005/9/21 |
|
| 【特許】 |
|
| 【受賞】 |
|
|
|
