高分子電解質の孤立高分子鎖コンフォメーション解析

• Project/Area Number: 19031003
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 山崎 裕一 The University of Tokyo, 大学院・工学系研究科, 准教授 (00322678)
• Project Period (FY): 2007 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥10,300,000 (Direct Cost: ¥10,300,000); Fiscal Year 2008: ¥4,800,000 (Direct Cost: ¥4,800,000); Fiscal Year 2007: ¥5,500,000 (Direct Cost: ¥5,500,000)
• Keywords: DNA / 高分子電解質 / コンフォメーション / 荷電状態 / 相転移

Research Abstract

本研究では、高分子電解質であるDNAの単一鎖でみられる凝縮転移のコンフォメーション解析を行った。DNAのコンフォメーション変化は、荷電状態変化を伴い、両者の相関については未解明な部分が多い。直鎖状DNA分子が多価カチオン共存下で膨潤状態から単分子凝縮状態へ転移するDNA凝縮は、蛍光顕微鏡下での転移挙動の解析により、分子鎖全域に渡り不連続に生じる場合と、分子内相分離状態を経て転移が生じる場合に分類される。後者の転移の終状態では、DNAのリン酸基の負電荷がほぼ完全に中和されていることが電気泳動光散乱によって明らかとなっている。しかし、転移領域でのコンフォメーション変化と荷電状態変化との相関は未解明で、適切な実験方法も提案されていなかった。本研究では、蛍光顕微鏡下でDNAの自由溶液電気泳動を行い、コンフォメーション解析と荷電状態解析を同時に行った。その結果、転移領域で膨潤状態のDNAは一定の残留電荷を帯びたままであるが、凝縮鎖においてはブラウン運動解析によりほぼ完全な電荷中和が達成されていることが示された。これより、DNAのコンフォメーション変化と荷電状態変化との相関が解明された。また、遺伝子治療において治療用遺伝子を細胞内に導入する際に用いられるプラスミドDNAは、環状超らせん構造という複雑な構造を持つため、直鎖状DNAとは大きく異なるコンフォメーション変化を誘起する。本研究では、環状超らせんDNAについてもカチオン性物質添加時のコンフォメーション解析を行い、新しい折りたたみ機序を提案した。

Research Products

• [Journal Article] pH-Dependent permeability change and reversible structural transition of PEGylated polyion complex vesicles (PICsomes) in aqueous media (2009)
  • Author(s): A. Kishimura, S. Liamsuwan, H. Matsuda, W. Dong, K. Osada, Y. Yamasaki K. Katanka
  • Journal Title: Soft Matter 5(3) Pages: 529-532
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Polyplex micelles with cyclic RGD peptide ligands and disulfide cross-links directing to the enhanced transfection via controlled intracellular trafficking (2008)
  • Author(s): M. Oba, K. Aoyagi, K. Miyata, Y. Matsumoto, K. Itaka, N. Nishivamn. Y. Yamasaki. H.
  • Journal Title: Mol. Pharm 5(6) Pages: 1080-1092
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Polyplexes from poly(aspartamide) bearing 1, 2-diaminoethane side chains induce pH-selective, endosomal membrane destabilization with amplified transfection and nnvligihin cvtotoxicitv (2008)
  • Author(s): K. Miyata, M. Oba, M. Nakanishi, S. Fukushima, Y. Yamasaki, H. Knvama. N. Nigbivama. K. Kataoka
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc 130(48) Pages: 16287-16294
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] PEG-based block catiomers possessing DNA anchoring and endosomal escaping functions to form polyplex micelles with improved stability and high transfection efficacy (2007)
  • Author(s): K. Miyata, S. Fukushima, N. Nishiyama, Y. Yamasaki, and K. Kataoka
  • Journal Title: J. Control. Release 122 Pages: 252-260
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Encapsulation of myoglobin in PEGylated polyion complex vesicles made from a pair of oppositely charged block ionomers: a physiologically available oxygen carrier (2007)
  • Author(s): A. Kishimura, A. Koide, K. Osada, Y. Yamasaki, and K. Kataoka
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. 46 Pages: 6085-6088
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Colloidal Au replacement assay for highly sensitive quantification of low molecular weight analytes by surface plasmon resonance (2007)
  • Author(s): S. Takae, Y. Akiyama, Y. Yamasaki, Y. Nagasaki, and K. Kataoka
  • Journal Title: Bioconjugate. Chem 18 Pages: 1241-1245
  • Peer Reviewed
• [Presentation] DNA condensation mechanism revealed under fluorescence video-microscope (2008)
  • Author(s): Y. Yamasaki
  • Organizer: CNSI-CNBI Symposium on NanoBioTechnology
  • Place of Presentation: Iron Gate Memorial Hall, The University of Tokyo
  • Year and Date: 2008-09-09