초록 ▼

본 연구의 연차적인 목표는 1) 이핵 착물의 구조와 가수분해 반응성과의 상관관계를 조사하고 메카니즘을 바탕으로 각 기질에 맞는 효율적인 착물을 개발하며, 2) DNA를 포함하는 인산 에스테르의 메카니즘을 인지기가 연결된 착물을 이용하여 조사하고, 3) 착물을 효과적으로 고정시키는 방법을 개발하는 것이다. 총괄하여 본 연구의 최종목표는 생리학적 상태에서 안정하고 선택성이 좋은 artificial nuclease를 개발하고 이를 산업적 공정이나 분자 생물학 및 의약학 분야에 응용하는데 있다.
Metallohydrolase에서 금속

본 연구의 연차적인 목표는 1) 이핵 착물의 구조와 가수분해 반응성과의 상관관계를 조사하고 메카니즘을 바탕으로 각 기질에 맞는 효율적인 착물을 개발하며, 2) DNA를 포함하는 인산 에스테르의 메카니즘을 인지기가 연결된 착물을 이용하여 조사하고, 3) 착물을 효과적으로 고정시키는 방법을 개발하는 것이다. 총괄하여 본 연구의 최종목표는 생리학적 상태에서 안정하고 선택성이 좋은 artificial nuclease를 개발하고 이를 산업적 공정이나 분자 생물학 및 의약학 분야에 응용하는데 있다.
Metallohydrolase에서 금속이온의 역할은 Lewis 산(기질의 활성화), metal hydroxide 또는 metal alkoxide(친핵체)로 나눌 수 있는데 이핵 착물에서 금속이온의 역할은 보다 다양한 선택의 폭을 가지며 따라서 금속 이온들 간의 협동성을 주는 요인들과 더불어 착물에 의한 DNA 절단 반응 메카니즘 규명에 필요한 인자를 분리하여 찾아내는 것이 중요하다. 이를 위해 1)일련의 macrocyclic polyamine을 flexible한 spacer와 hydroxy기가 spacer에 존재하는 이핵착물 리간드를 합성하는 방법을 개발한다. Spacer의 탄소에 고체 지지체나 인지기와 결합할 수 있는 작용기가 사전 또는 추후에 도입된다. 2) BNPP, NPP, HNPP 등의 간단한 기질과 DNA에 대한 착물의 반응성을 조사하여 메카니즘을 비교한다. 3) 인지기로는 protonated polyamine 또는 acridine, anthracene 등의 intercalator를 사용하여 DNA에 대한 착물의 반응성을 조사한다. 아크리딘이 연결된 이핵 착물 리간드 및 해당 단핵 착물 리간드를 합성하고 그 Cu(II), Zn(II)착물을 합성하여 ds DNA의 절단 반응을 연구한다.
본 연구의 직접적인 결과는 1) 이핵 착물 리간드 및 인지기 연결을 위해 Boc/Bn protect된 질소거대고리를 합성하고 각종 spacer와 반응시키는 방법이 개발되었고, 특히 spacer의 탄소개수가 4-5인 경우 cyclic anhydride를 이용하여 정량적인 반응이 가능했으며 이는 특히 비대칭이핵 착물의 합성에 유용하게 쓰일 수 있다. 2) 유동성이 큰 alkyl spacer를 가진 구리 이핵착물이 해당 단핵착물에 비해 NPP를 가수분해하는데 300배 이상의 반응성을 보였으며 이중 루이스산류의 활성 메카니즘이 작동할 것으로 추정되었다. 3) 같은 Cu(II)착물에 의한 DNA 절단은 가수분해반응으로 진행되며 단핵 착물과 비교하여 15배 이상의 속도 증가와 더불어 DNA form III를 정량적으로 생성했다. 4) 이핵착물에 의한 ds DNA의 가수분해 효율성은 착물의 반응 중심과 DNA와 접촉하는 착물 주위의 환경에 영향을 받는데 DNA와의 정전기적 인력 보다는 금속이온의 작동 메카니즘이 보다 중요하다. 5) 아크리딘이 연결된 이핵착물은 DNA와 반응하여 아크리딘이 없는 이핵착물 경우와 같이 nicked form II를 생성하나 linear form III 생성을 억제하는 효과를 나타냈다.
일련의 이핵금속 착물의 구조와 DNA를 포함한 phosphate ester 가수분해 반응성과의 상관관계 및 메카니즘에 대한 본 연구의 결과는 보다 효율적인 촉매를 개발하는데 중요한 정보를 제공하고 착물의 반응성을 유지하면서 기질의 선택성을 부여할 수 있는 인지기나 고체 지지체를 효과적으로 결합하는 방법을 제공할 수 있으리라 기대한다.

Abstract ▼

The objectives are 1) to establish the relationships between structures and the efficiency of the dinuclear complexes and based on the corresponding mechanism, to develop the most effective metal complexes for each substrate type, 2) to investigate the DNA cleavage mechanism by using dinuclear metal

The objectives are 1) to establish the relationships between structures and the efficiency of the dinuclear complexes and based on the corresponding mechanism, to develop the most effective metal complexes for each substrate type, 2) to investigate the DNA cleavage mechanism by using dinuclear metal complexes tethered by DNA recognition groups, 3) to develope the synthetic methods for connecting the complexes to solid supports efficiently.
The metal ions in metallohydrolases could act as a Lewis acid, metal hydroxide or both. In dinuclear metal complexes the role of metal ions would be more diverse that it is important to find the factors giving the cooperativity among metal ions. In addition, it is also valuable to dissect the factors affecting DNA cleavage, compared with hydrolysis of simple model phosphates. In the research, we planned to synthesize a series of binuclear ligands having flexibe or rigid hydroxy group included linkers, and investigate the hydrolytic efficiency of their metal complexes. The functional groups were incooperated in the spacer for being used in attaching to solid supports or recognition groups. Reactivities and the mechanisms for model substrates such BNPP, NPP, HNPP including DNA were investigated. Intercalators including protonated polyamine, acridine, anthracene were attached to the metal complexes and the interaction of the catalyst to DNA were also investigated.
We have developed synthetic methods to provide selectively protected azamacrocycles and to react with spacers. In the case of ligands with hydroxy alkyl chain, it was possible to give systematic variation in the carbon chain length by using cyclic anhydrides, which could be useful in synthesizing asymmetric dinuclear ligands. Dinuclear Cu(II) complex with flexible spacer showed more than 300 times of reactivity over the corresponding mononuclear complex in hydrolyzing NPP, and double Lewis acid type mechanism was proposed. The same dinuclear metal complex mediated DNA hydrolysis at least 15 times more efficiently than the mononuclear did resulting DNA form III production quantitatively. The catalytic efficiency of the dinuclear metal complex in hydrolyzing DNA was affected by the reactive center of the catalyst and the electronic and steric environments around the catalyst, where the catalytic mechanism of the metal complex seemed to be more decisive. The dinuclear Cu complex tethered with acridine, produced the same nicked form of DNA as the dinuclear complex did, but no linear form of DNA unlike the dinuclear complex. The corresponding mononuclear complex with acridine attached resulted smearing in the gel indicating nonspecific binding. The relationships between the structures of the dinuclear metal complexes and their catalytic reactivity toward phosphates including DNA and mechanism studies performed in the study would provide valuable information in designing more efficient catalyst and the synthetic methods to attach ecognition group to complexes without loss of functionality and reactivity as well.

목차 Contents

• 1. 서론...6
• 2. 연구방법 및 이론...9
• 3. 결과 및 고찰...11
• 4. 결론...23
• 5. 인용문헌...26