生命の遺伝情報を保持するDNAは、化学者からも注目されている研究対象です。たとえばDNAがよい電子の伝導体になるのではないかという視点から、DNAを媒体とした電子移動の研究が進められてきました。DNA内電子移動の研究は、カリフォルニア工科大学Barton教授らによる長距離ホール（正孔）移動の報告以来、飛躍的に発展してきた分野であり、電子ドナー・電子アクセプターを含む合成DNAを用いた膨大な研究例があります。核酸塩基グアニンの酸化損傷はDNAの電子移動特性と密接な関わりがあり、また酵素がDNAを介して電子移動シグナルの伝達を行なっているという報告もあります。しかしDNA内電子移動特性はこれまで主に希薄水溶液中の短鎖DNAを用いて研究されてきました。系をシンプルにすることで詳細な解析が可能になりますが、実際の生体内ではDNAは様々な周囲の環境、タンパクや生体分子との協同により複雑な生命を高機能に維持しています。取り出された単独のDNAは実際のところ本来の高い機能を発揮できていないのかもしれません。
そこで本グループでは分子混雑環境下やタンパク存在下、核抽出液中など各種の媒体環境を用いることで、これまでに未解明の生体内環境でのDNAの電子移動特性の解明を目的とした研究をはじめました。DNA内電子移動は光をトリガーとして、DNA内の電子ドナーもしくはアクセプターを励起することで調べることができます。周囲の水分子との接触が少ない分子混雑状態での誘電率の低下や排除体積効果、共存金属イオン、共存タンパクとの相互作用等はDNA内電子移動に大きく影響を及ぼすことが予想されます。
近年では特に、周囲の環境や共存分子によって液晶や液滴になるなど、集合状態をとるDNAの機能と特性についても着目しています。特に高濃度のポリエチレングリコールが共存する条件では、DNAがマイクロメートルスケールの六角形プレート型液晶となることが明らかとなりました。さらにDNA液晶は、その配列や周囲の環境条件によってさまざまな形状をとることがわかってきました。このようなDNAの集合制御はあらたなソフトマテリアルや医薬品の創生にも繋がります。
またばらばらに存在していた短鎖のDNAが秩序を持って集合し、積層することで新たな特性を獲得するならば、DNAの集合体は原始生命の誕生の前触れにもなりえるほどの機能をもつ可能性があるのかもしれません。わたしたちはDNAが集合によって獲得する機能を探索することで、最終的には、生命の起源の解明の一助となるような物質と生命をつなぐシステムを見出すことを目指しています。

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