アルコールの摂取は多くの疾患との関連が指摘されており、遺伝子の活性を変化させている可能性もあるが、その詳細は不明であった。本研究では、アルコールが転写-翻訳（TX-TL）および翻訳（TL）に及ぼす影響について無細胞遺伝子発現系を用いて検討した。その結果、TX-TL反応において、エタノールおよび2-プロパノールは遺伝子発現の促進・阻害の二相性効果を示す一方で、1-プロパノールは抑制効果のみを示すことが明らかとなった。また、アルコールがDNA分子の動的性質に及ぼす影響について、揺動散逸定理に基づく長鎖DNA一分子の鎖内揺らぎについて定量的解析を行った結果、1-プロパノールは他のアルコール類よりもDNA分子のバネ定数と減衰定数を著しく増加させることが分かった。このように、本研究では遺伝子発現に対するアルコール異性体の促進・抑制作用が、DNA分子の粘弾性特性の変化と相関していることを明らかにした。このようにDNA分子の粘弾性とその生物活性が関連していることを示すような研究はこれまでにはなされておらず、新規性の高い研究となっている。これらをまとめた論文が国際誌Polymersより出版された。藤野君(M2)が第一著者、西尾博士(本研究室およびドレスデン工科大学博士研究員)が第二著者、藤岡君(2021年度卒業生)が第三著者。

生物の細胞内液において、カリウム(K)の含有量がナトリウム(Na)に比べてはるかに多いことは広く知られているが、その明確な理由は未解明である。これまでに、無胞系での遺伝子発現実験で、スペルミジン(SPD；細胞に存在するポリアミン)存在下、Na+とK+ の効果を比較すると、K+が著しく遺伝子発現を促進することを、私たちの研究室から論文として発表してきている(西尾らPLoS ONE (2020))。今回は、種々の1価陽イオン(Li+、Na+、K+、Rb+、Cs+、(CH3)4N+)の、転写・翻訳(TX-TL)および、翻訳(TL)のみに対する影響を無細胞系遺伝子発現により比較した。その結果、TX-TL、TLいずれにおいても、Rb+ > K+ > Cs+ > Na+ ≈ Li+ > (CH3)4N+の順に遺伝子発現を強く促進し、Rb+が最も強く遺伝子発現を促進することを明らかにした。これらをまとめた論文が国際誌Advanced Biologyより出版された。西尾博士(本研究室およびドレスデン工科大学博士研究員)が第一著者、政岡君(2021年度卒業生)が第二著者。ドレスデン工科大学のSchiessel教授との共同研究。

本研究室がホストとなって開催される、”生命現象の物理　生命物理科学研究会2022”が2022年1月8日（土）に開催されます。

生体内に存在するゲノムDNAは長さ数十μmから数cmに及ぶ巨大な分子であり、細胞周期など細胞内外の環境に応じて著しくその高次構造を変化させている。本研究では、高分子の100 kbpを超える長鎖DNAをPEGとDEXの高分子水溶液に加え、溶液を攪拌して水/水の相分離が起こると、細胞サイズの液滴にDNAが取り込まれた構造が自発的に生成するといった現象について研究を進めた（なお、高分子溶液をDNAやactinなどの生体高分子存在下、攪拌すると、細胞様の構造が自己組織化により生じることは、私たちの研究室から、論文として発表してきている：中谷ら、ChemBioChem(2018); 作田ら、ChemBiocChem(2020), など）。3価の生体ポリアミンであるスペルミジン(SPD)を添加することで、液滴内部でDNAの折り畳み転移を引き起こさせ、それを一分子鎖レベルで観察することに成功した。その結果、coil状態や、ゆるく凝縮したDNAは液滴内を自由にブラウン運動する一方で、タイトに凝縮したDNAは液滴の界面に局在する傾向があることを明らかにした。これらの成果をまとめた論文が国際誌PLOS ONEから出版された。西尾君(D3)が第一著者。