DNAナノデバイスによる細胞内動的構造と細胞機能の制御
| Project/Area Number |
23K24937
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| Project/Area Number (Other) |
22H03682 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 62010:Life, health and medical informatics-related
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| Research Institution | Mie University |
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Principal Investigator |
鈴木 勇輝 三重大学, 工学研究科, 准教授 (50636066)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2024: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000)
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| Keywords | DNAナノテクノロジー / DNAオリガミ / 生体分子デバイス / 細胞制御 / 細胞骨格 / ペプチド / ナノデバイス / 生体分子デザイン / 細胞機能制御 / 原子間力顕微鏡 |
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| Outline of Research at the Start |
生細胞膜上の受容体タンパク質の集積状態を自在に操作する生体分子ナノデバイスを開発し，細胞内の動的構造および細胞の形態・運動性を人為的に制御する新技術を創出する．DNAオリガミ法を駆使することで，受容体分子認識能と外部刺激応答能を兼ね備えたナノアクチュエータを構築し，標的細胞膜受容体の間隔・位置関係をアクチュエータの操作を介して制御する．本研究を通して，生きた細胞膜上で繰り返し機能する生体分子ナノデバイスを実現するとともに，細胞機能を外部から人為制御する技術を創出し，細胞運命の操作や細胞内医療などの次世代の産業技術に資する基盤を構築する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
2022年度に開発した外部刺激応答性のDNAナノデバイスを発展させ，pHやイオン変化および分子入力といった異なる刺激種に対して多重応答性を示すDNAアクチュエータを開発した。多数の変形モジュールの累積変形によって線状からコイルスプリング状へと収縮するナノアクチュエータを設計し，各モジュールの曲げ変形を二重らせん構造と四重鎖構造という異なるDNA構造の形成・解離によって制御することで，形状や機械的特性の可逆的な切り替えを実現した。高解像の原子間間力顕微鏡像と分子動力学シミュレーションにより，二重らせん構造形成条件下および四重鎖構造形成条件下，それぞれにおけるコイルスプリング構造を解析したところ，互いにコイル半径やピッチが異なるだけでなく，コイルの内側と外側が反転していることが明らかとなった。一方，コイルスプリングの巻き方については，ともに右巻きであることが示唆された。光ピンセットを用いた一分子解析により，各条件下における機械的特性を評価したところ，刺激依存的にバネ定数が変化することが示された。
さらに，上記のDNAナノアクチュエータを改変し，細胞種特異的に動作する機構を検討した。具体的には，細胞特異的に発現しているmicroRNA（miRNA）を入力信号とすることで，DNAナノデバイスに細胞識別機能を実装した。二種類の異なるmiRNAに対する認識配列を設計することで，miRNAの入力パターンに応じて特定の形状へと収縮・変形するアクチュエータを構築した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初予定していたpH応答性のDNAデバイスに加え，miRNAの発現パターンに応じて形状が変化するDNA分子デバイスを構築することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度に開発したmiRNA応答性にDNAアクチュエータに対して鎖置換反応に基づくロジックゲートを組み込むことで，さらなるインテリジェント化を図る。それらを用いて，細胞骨格系の運動や生細胞の形態および運動能の制御を挑戦する。
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Report
(2 results)
Research Products
(15 results)
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[Journal Article] Algorithmic Design of 3D Wireframe RNA Polyhedra2022
Author(s)
Elonen Antti、Natarajan Ashwin Karthick、Kawamata Ibuki、Oesinghaus Lukas、Mohammed Abdulmelik、Seitsonen Jani、Suzuki Yuki、Simmel Friedrich C.、Kuzyk Anton、Orponen Pekka
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Journal Title
ACS Nano
Volume: 16
Issue: 10
Pages: 16608-16616
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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