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遺伝子発現デバイスによる細胞内転写制御

Research Project

Project/Area Number 23K17867
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 28:Nano/micro science and related fields
Research InstitutionKansai University

Principal Investigator

遠藤 政幸  関西大学, 研究推進部, 特別任命教授 (70335389)

Project Period (FY) 2023-06-30 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2025: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
KeywordsDNAナノ構造 / 転写制御 / 遺伝子発現デバイス / 分子ロボット / DNAオリガミ
Outline of Research at the Start

本研究では、細胞内の任意の場所で転写を行える「遺伝子発現デバイス」を構築する。このデバイスは中空の3次元DNAオリガミ構造体を筐体として転写に必要な分子を集積し作成する。また、細胞内の特定の場所に局在化させるための標的分子をデバイス表面に結合する。これにより、細胞内の特異的な場所での転写や細胞の形態変化の誘導などを積極的に行える分子デバイスを創生する。

Outline of Annual Research Achievements

遺伝子からRNAやタンパクを合成する転写翻訳の自由な制御は分子テクノロジーの重要なテーマであり、細胞や生体の操作にも応用できる。本研究では、DNAナノ構造上で転写の制御を行う遺伝子制御システムを導入した「遺伝子発現デバイス」を構築する。これにより、細胞内で時空間を制御して転写を行う分子システムを開発する。本年度は、制御可能な転写系の構築と発光性RNAアプタマーSpinachとBroccoliを使用した発現の確認系の構築を行った。T7プロモーターの一部位を欠損したDNA鎖を用い、欠損部位と相補鎖DNAを制御分子として転写を行った。その結果、制御DNA鎖の欠損によって転写が大幅に抑制されたのに対して、制御DNAの添加によって、通常通りの転写が行われた。これによって、有効なON/OFFスイッチングが得られた。また、リポソームを使用して、その内部に転写系を構築した。転写系は界面通過法によりリポソーム内に封入した。共焦点蛍光顕微鏡観察の結果、制御DNA鎖の添加により、Broccoli アプタマーの生成が確認され、リポソーム内でのRNA合成が確認された。作成するRNAとして新規なRNAオリガミ構造体を設計し、転写後の構造体生成の確認と1次元と2次元集合体へのアセンブルを原子間力顕微鏡(AFM)により確認した。今後これらのRNAオリガミをリポソーム内で転写することにより、リポソームの動態の変化を観察する。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度は、制御可能な転写系の構築と発光性RNAアプタマーSpinachとBroccoliを使用した発現の確認系の構築を行った。T7プロモーターの一部位を欠損したDNA鎖を用い、欠損部位と相補鎖DNAを制御分子として転写を行った。その結果、有効なON/OFFスイッチングが得られた。また、リポソームを使用して、その内部に転写系を構築した。転写系は界面通過法によりリポソーム内に封入した。共焦点蛍光顕微鏡観察の結果、制御DNA鎖の添加によるRNAの生成が確認された。作成するRNAとしてRNAオリガミ構造体を設計し、転写後の構造体生成の確認と1次元と2次元集合体へのアセンブルをAFMにより確認した。

Strategy for Future Research Activity

現在までの結果を踏まえ、以下の4項目について研究を進める。
(1)転写活性化を制御するプロモーター部位への分子スイッチの作成を行う。
(2)外部からのスイッチング制御システムとして、光ケージ分子を導入し光照射による転写の開始系を構築する。酵素とプロモーター間の距離を光ケージ分子で制御する。
(3)リポソームへの導入内へ作成した遺伝子発現制御系を界面通過法で封入し、光照射による転写活性のレベルを共焦点顕微鏡によりタイムラプスで検討する。
(4)RNAオリガミ構造体のリポソーム内部への封入とその集合体形成の動態を共焦点顕微鏡により観察する。

Report

(1 results)
  • 2023 Research-status Report
  • Research Products

    (5 results)

All 2023

All Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 2 results)

  • [Journal Article] Isothermal self-assembly of multicomponent and evolutive DNA nanostructures2023

    • Author(s)
      Rossi-Gendron Caroline、El Fakih Farah、Bourdon Laura、Nakazawa Koyomi、Finkel Julie、Triomphe Nicolas、Chocron Lea、Endo Masayuki、Sugiyama Hiroshi、Bellot Ga?tan、Morel Mathieu、Rudiuk Sergii、Baigl Damien
    • Journal Title

      Nature Nanotechnology

      Volume: 18 Issue: 11 Pages: 1311-1318

    • DOI

      10.1038/s41565-023-01468-2

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Structural Expansion of Catalytic RNA Nanostructures through Oligomerization of a Cyclic Trimer of Engineered Ribozymes2023

    • Author(s)
      Siddika Mst. Ayesha、Oi Hiroki、Hidaka Kumi、Sugiyama Hiroshi、Endo Masayuki、Matsumura Shigeyoshi、Ikawa Yoshiya
    • Journal Title

      Molecules

      Volume: 28 Issue: 18 Pages: 6465-6465

    • DOI

      10.3390/molecules28186465

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Photocontrolled DNA nanotubes as stiffness tunable matrices for controlling cellular behavior2023

    • Author(s)
      Sethi Soumya、Emura Tomoko、Hidaka Kumi、Sugiyama Hiroshi、Endo Masayuki
    • Journal Title

      Nanoscale

      Volume: 15 Issue: 6 Pages: 2904-2910

    • DOI

      10.1039/d2nr05202d

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Single-Molecule Visualization of B-Z Transition in DNA Origami Using High-Speed AFM2023

    • Author(s)
      Endo Masayuki、Sugiyama Hiroshi
    • Journal Title

      Methods in Molecular Biology

      Volume: 2651 Pages: 241-250

    • DOI

      10.1007/978-1-0716-3084-6_17

    • ISBN
      9781071630839, 9781071630846
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Two-Dimensional DNA Origami Lattices Assembled on Lipid Bilayer Membranes2023

    • Author(s)
      Suzuki Yuki、Sugiyama Hiroshi、Endo Masayuki
    • Journal Title

      Methods in Molecular Biology

      Volume: 2639 Pages: 83-90

    • DOI

      10.1007/978-1-0716-3028-0_5

    • ISBN
      9781071630273, 9781071630280
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed

URL: 

Published: 2023-07-04   Modified: 2024-12-25  

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