インターカレーション（生化学）
インターカレーションは構造の歪みを引き起こします。左：変化のないDNA鎖。右：3箇所（黒い部分）にインターカレーションされたDNA鎖。

生化学において、インターカレーションとは、デオキシリボ核酸（DNA）の平面塩基の間に分子が挿入されることを指します。このプロセスはDNAの分析方法として用いられ、また特定の種類の中毒の根拠ともなります。

2 つのアデニン-チミン塩基対の間に挿入されたエチジウム。

分子（この場合はリガンドとも呼ばれる）が DNA と相互作用する方法はいくつかある。リガンドは、共有結合、静電結合、またはインターカレーションによって DNA と相互作用する。[ 1 ]インターカレーションは、適切なサイズと化学的性質を持つリガンドが DNA の塩基対の間に収まるときに起こる。これらのリガンドはほとんどが多環式、芳香族、平面であるため、多くの場合、優れた核酸染色剤となる。集中的に研究されている DNA インターカレーターには、ベルベリン、エチジウムブロマイド、プロフラビン、ダウノマイシン、ドキソルビシン、サリドマイドなどがある。DNA インターカレーターは、急速に増殖する癌細胞における DNA 複製を阻害する化学療法に用いられる。例としては、ドキソルビシン（アドリアマイシン）とダウノルビシン（どちらもホジキンリンパ腫の治療に使用される）、およびダクチノマイシン（ウィルムス腫瘍、ユーイング肉腫、横紋筋肉腫に使用される）が挙げられます。

メタロインターカレーターは、金属カチオンと多環芳香族配位子との錯体です。最も一般的に使用される金属イオンはルテニウム(II)です。これは、その錯体が生物環境中で非常にゆっくりと分解するためです。他に使用されている金属カチオンとしては、ロジウム(III)やイリジウム(III)などがあります。金属イオンに結合する典型的な配位子は、平面構造がインターカレーションに理想的であるジピリジンとテルピリジンです。[ 2 ]

DNA中の塩基対は、インターカレーターがDNAに挿入されるために分離している必要がある。この分離はDNAの巻き戻しによって達成される。例えば、エチジウムはDNAを約26°巻き戻すが、プロフラビンは約17°巻き戻す。この巻き戻しによって塩基対が分離、つまり「上昇」し、約0.34 nm（3.4 Å）の隙間が生じる。同様に、チアゾールオレンジ誘導体のインターカレーションの場合、塩基対間の距離は約4.7 Åから約6.9 Åへと大幅に増加した。[ 3 ]この巻き戻しは、DNA鎖の伸長や塩基対のねじれなど、DNA鎖の局所的な構造変化を引き起こす。これらの構造変化は機能変化、特に転写、複製、DNA修復プロセスの阻害につながることが多く、インターカレーターは強力な変異原となる。このため、アフラトキシンB 1のエキソ(エンドではない) 8,9エポキシドや、プロフラビンやキナクリンなどのアクリジンなどの DNA インターカレーターは、発がん性があることが多い。

適切なサイズ（塩基対程度）の陽イオン性平面多環芳香族系間の相互作用機構としてのインターカレーションは、1961年にレオナルド・ラーマンによって初めて提唱されました。 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]提案されているインターカレーション機構の一つは、以下の通りです。等張水溶液中で、陽イオン性インターカレーターは多価陰イオン性DNAの表面に静電的に引き寄せられます。リガンドは、DNAを取り囲むこれらの陽イオンの「凝縮雲」に存在するナトリウムおよび／またはマグネシウム陽イオンを置換し（各リン酸酸素が持つ負電荷の合計を部分的に均衡させるため）、DNAの外表面と弱い静電結合を形成します。この位置から、リガンドはDNA表面に沿って拡散し、2つの塩基対の間にある疎水性環境に滑り込むことがあります。この疎水性環境は一時的に「開き」、インターカレーション部位を形成します。これにより、エチジウムはDNAを取り囲む親水性（水性）環境からインターカレーション部位へと移動します。塩基対は、溶媒分子との衝突中に吸収されたエネルギーにより、一時的にこのような開口部を形成します。

参照

参考文献

  1. ^ Richards, AD; Rodgers, A. (2007). 「DNA構造制御のための合成金属分子」(PDF) . Chemical Society Reviews . 36 (3): 471– 83. doi : 10.1039/b609495c . PMID  17325786 .
  2. ^ Schatzschneider, Ulrich (2018). 「第14章 メタロインターカレーターとメタロインサーター：DNA認識と抗癌活性のための構造要件」. Sigel, Astrid; Sigel, Helmut; Freisinger, Eva; Sigel, Roland KO (編). 『メタロドラッグ：抗癌剤の開発と作用』 第18巻. ベルリン: de Gruyter GmbH. pp.  387– 435. doi : 10.1515/9783110470734-020 . PMID 29394033 . {{cite book}}:|journal=無視されました (ヘルプ)
  3. ^ドマヒディ、ファルカス;コヴァチ、ベアトリクス。チェリ、レベンテ。カトナ、ゲルゲリー。ロザ、バラズ。ムクシ、ゾルタン。コヴァチ、アービン（2024年5月）。「チアゾールオレンジ系 DNA 色素の総合的研究」。ケムフォトケム。8 (10)。土井：10.1002/cptc.202400080。
  4. ^ Lerman, LS (1961). 「DNAとアクリジンの相互作用における構造的考察」(PDF) . Journal of Molecular Biology . 3 (1): 18– 30. doi : 10.1016/S0022-2836(61)80004-1 . PMID 13761054 . 
  5. ^ Luzzati, V.; Masson, F.; Lerman, LS (1961). 「DNAとプロフラビンの相互作用：小角X線散乱研究」. Journal of Molecular Biology . 3 (5): 634–9 . doi : 10.1016/S0022-2836(61)80026-0 . PMID 14467543 . 
  6. ^ Lerman, LS (1963). 「DNA-アクリジン複合体の構造」 .米国科学アカデミー紀要. 49 (1): 94– 102. Bibcode : 1963PNAS...49...94L . doi : 10.1073 /pnas.49.1.94 . PMC 300634. PMID 13929834 .  
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