A01：「生命金属錯体と核酸の組織化による機能創発と生命金属元素戦略解明への応用」
山本 泰彦（筑波大学 数理物質系）
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リボザイムの発見は、原始地球上における前生物進化で存在していたと考えられている「RNAワールド」仮説の根拠の一つとして知られている。ただし、現在知られているリボザイムは、加水分解反応に対する触媒活性を示すRNAのみであるので、RNAワールドにおける自己複製系の実現には不十分である。生命の起源に迫るためには、多様な機能を示すリボザイムを新しいアプローチで探索する研究が必要である。 ポルフィリンなどのテトラピロール類縁体はアセチレンやアンモニアなどの簡単な分子から合成できるので、原始地球上で存在していた可能性がある。そして、テトラピロール類縁体と生命金属元素の錯形成反応で生じた錯体がRNAに組込まれることによりRNA の機能拡張が達成され、RNAワールドにおける自己複製系の実現に貢献していた可能性がある。私共は、ヘムと核酸の複合体が示す酸化触媒活性の発現機構の解明に成功している。本研究では、ヘムと核酸の複合体の機能と構造の相関関係に基づいて、多様な触媒機能を示すリボザイムを創出する。そして、ヘムの祖先と言えるテトラピロール類縁体と生命金属元素からなる錯体が、リボザイムの機能拡張に貢献していた可能性を検証する。
【関連する代表的論文】
K. Hayasaka, T. Shibata, A. Momotake, T. Matsui, S, Neya, T. Ishizuka, Y. Xu, Y. Yamamoto
“Characterization of Structure and Catalytic Activity of a Complex between Heme and an All Parallel-Stranded Tetrameric G-Quadruplex Formed from DNA/RNA Chimera Sequence d(TTA)r(GGG)dT”
Bull. Chem. Soc. Jpn. 2020, 93, 621-629
doi:10.1246/bcsj.20190157
R. Shinomiya, H. Araki, A. Momotake, H. Kotani, T. Kojima, Y. Yamamoto
“Identification of Intermediates in Peroxidase Catalytic Cycle of a DNAzyme Possessing Heme”
Bull. Chem. Soc. Jpn. 2019, 92, 1729-1736
doi:10.1246/bcsj.20200013
C.-D. Xiao, T. Shibata, Y. Yamamoto, Y. Xu
“An intramolecular antiparallel G-quadruplex formed by human telomere RNA”
Chem. Commun. 2018, 54, 3944-3946
doi:10.1039/c8cc01427b
Y. Yamamoto, H. Araki, R. Shinomiya, K. Hayasaka, Y. Nakayama, K. Ochi, T. Shibata, A. Momotake, T. Ohyama, M. Hagihara, H. Hemmi
“Structures and Catalytic Activities of Complexes between Heme and All Parallel-Stranded Monomeric G-Quadruplex DNAs”
Biochemistry 2018, 57, 5938-5948
doi:10.1021/acs.biochem.8b00792
R. Shinomiya, Y. Katahira, H. Araki, T. Shibata, A. Momotake, S. Yanagisawa, T. Ogura, A. Suzuki, S. Neya, Y. Yamamoto
“Characterization of Catalytic Activities and Heme Coordination Structures of Heme-DNA Complexes Composed of Some Chemically Modified Hemes and an All Parallel-Stranded Tetrameric G-Quadruplex DNA Formed from d(TTAGGG)”
Biochemistry 2018, 57, 5930-5937
doi:10.1021/acs.biochem.8b00793