Hammerhead Ribozymeは生理条件下で金属酵素と考えられており、金属との相互作用の研究はメカニズムの解明に不可欠である。Hammerhead Ribozymeの結晶構造解析の結果より、二価金属イオンと結合できるモチーフが見つかってきている。しかし、この二価金属結合モチーフが溶液中でも実際に機能しうるかどうかは確認されていない。そこで、溶液中でのこのモチーフの金属結合能等の溶液物性を明らかとすることを目的として、以下の実験を行った。金属結合モチーフとして必要最小限の塩基配列を含むRNAオリゴマー(GA10: rGGACGAGUCC)を化学合成した。次に、種々のMgCl₂濃度でGA10のNMRスペクトル（1D ¹⁵N NMR, natural abundance ¹H-¹³C HSQC, and ¹H-³¹P HMQC NOESY spetctra）を測定し、¹H, ¹⁵N, ¹³C, ³¹Pの化学シフト値の推移をモニターした。その結果、結晶構造から推定される二価金属結合部位（N7(G10.1), C8(G10.1), H8(G10.1), P(A9)）のシグナルが選択的に摂動を受けたことより、１）二価金属結合モチーフが溶液中でも実際に機能しうる、２）モチーフはリボザイムの他の保存配列がなくても独立して機能しうる、ということが明らかとなった (関連論文)。

　　　次に結合した金属イオンが配位結合しているかどうかを詳細に検討した。ある時期、このモチーフに結合した金属イオンがHammerhead Ribozymeの活性中心の金属ではないかという仮説が提唱されたことがある。従って、この金属イオンの配位子が全て水分子であるか、グアノシンの７位窒素原子が配位結合しているのかは、金属イオンの化学的性質（触媒活性の有無の評価）を知る上で必須の化学情報であった (註１)。その結果、金属イオン結合モチーフのグアノシン(G10.1)の７位窒素原子がCd^IIに配位結合していることが判った。その様な結論に至った理由は次の通りである。我々の実験で得られた金属イオン結合モチーフの¹⁵N NMRスペクトルの化学シフト値を過去のデータ（配位結合性化合物であるDMSO溶媒中でのグアノシン-水銀(II)複合体の¹⁵N NMR化学シフト値変化のデータ）と比較したところ、配位結合性化合物に相当する化学シフト値変化が見られたことが判った（化学シフト値についてはこちらを参照）。水溶液中で核酸-金属相互作用で配位結合と、配位水を介した水素結合による結合を区別した、世界で初めての研究例となった(関連論文)。

関連論文

註１：有機化学反応では有機金属試薬や有機金属触媒の反応性が金属核のリガンド（配位子）によって大きく変化することが知られている。