筋分化促進ホスホロチオエート修飾オリゴ DNA の鏡像異性体に関する計算構造集団解析
榎本湧也1, 高谷智英1,2,3, 下里剛士1,2,3, 梅澤公二1,2,3.
- 信州大学大学農学部.
- 信州大学大学院総合理工学研究科.
- 信州大学バイオメディカル研究所.
日本農芸化学会2024年度大会 (東京), 2024/03/25 (口演).
Abstract
筋分化促進オリゴデオキシヌクレオチド iSN04 は一本鎖18塩基のアプタマーである。その生理活性の発現に特定の立体構造が示唆されている。iSN04 は安定化のためにホスホロチオエート (PS) 修飾ヌクレオチドとして実験に用いられている。PS 修飾によってＲ体とＳ体の鏡像異性体が生じる。本研究では、鏡像異性体が iSN04 の立体構造へ与える影響を立体構造集団の観点から明らかにすることを目的に分子シミュレーションによって解析した。
これまでにマルチカノニカル分子動力学 (McMD) シミュレーションをホスホジエステル体に適用することで、iSN04 の13-15番グアニン塩基がスタッキングしている構造的特徴を示した。McMD シミュレーションは効率的に平衡状態の立体構造集団を算出できる。McMD シミュレーションをＲ体の PS 修飾 iSN04 ((R)-iSN04) 及びＳ体の PS 修飾 iSN04 ((S)-iSN04) へ適用した。
McMD シミュレーションから計算された立体構造集団について塩基間コンタクトを解析した。その結果、(R)-iSN04 及び (S)-iSN04 においても13-15番グアニン塩基がスタッキングを形成していた。また、(R)-iSN04 及び (S)-iSN04 の立体構造集団は、ホスホジエステル体と比べて、分子が伸長した立体構造を多く含んでいた。本発表では、これらの分子構造の差異について詳細を述べる。
The single-stranded 18-base oligodeoxynucleotide aptamer, iSN04, promotes myogenic differentiation. It is suggested that iSN04 fold into a biologically active conformation. The molecule of iSN04 is synthesized as a phosphorothioate (PS)-modified nucleotide. The PS-modified nucleotide contains enantiomer: (R)-iSN04 and (S)-iSN04. The stable conformations of iSN04 enantiomer have not been revealed. Then, we conducted molecular simulation to investigate the conformational ensembles of iSN04 enantiomer.
We have performed multicanonical molecular dynamics (McMD) simulation, an enhanced-sampling method, for phosphodiester-iSN04. The results have shown the 13-15 guanine base stacking. In this study, McMD simulations were applied for (R)-iSN04 and (S)-iSN04.
The conformational ensembles were analyzed by inter-base contacts and structural clustering. The results showed that both conformations of (R)-iSN04 and (S)-iSN04 contained the 13-15 guanine base stacking as well as phosphodiester-iSN04 does. The conformations of enantiomers preferred to be extended than that of phosphodiester-iSN04. The details will be discussed.
Keywords
aptamer, guanine base stacking, molecular simulation, structure