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 |
本提案研究では，生細胞上の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の創出へつなげることを目指している．
研究初年度はDNAナノデバイスの人為操作の実現を目標に据え，刺激応答性の設計から着手した．メカニカルな動作を示すDNAオリガミ構造体を基盤に，pH応答性塩基配列，光応答性オリゴヌクレオチド，核酸シグナルによる鎖置換反応などを実装することで，特定の外部刺激に応答して可逆的に収縮・伸張あるいは変形するDNAナノデバイスを設計・構築した．
さらに，ペプチド-DNAコンジュゲートの設計と合成に取り組み，DNAナノデバイスの機能化を進めた．細胞接着活性配列であるRGDモチーフや各種ナノボディの抗原ペプチドをDNAデバイス上にアレイ化し，標的タンパク質に対する認識能を付与した．
DNAナノデバイスの外部刺激依存的な構造変化については，ゲルシフトアッセイ（EMSA）をはじめとした生化学的手法に加え，蛍光共鳴エネルギー移動（FRET）測定や原子間力顕微鏡（AFM）によるナノイメージングなどで評価・解析した．溶液中での三次元構造については直接計測することが困難であるため，粗視化シミュレーションによりモデル構築を行ない，AFM画像からの測定値と比較解析した．これらの解析により，開発したDNAナノデバイスについて，設計通りの構造変化を実現できていることを確認した．
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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
2022年度は，本研究課題の基盤技術であるDNAナノデバイスの刺激応答能について，当初の計画以上に拡張性を持たせることができた．DNAナノデバイス上への各種ペプチドのアレイ化についても完了した．
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度に作製した生体分子ナノデバイスを実際に生細胞に作用させ，その効果を検証する．必要に応じて，プロテオリポソームや再構成キネシン－微小管系など用いた機能評価も行なう．
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Report
(1 results)
Research Products
(8 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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