色彩を感知し自ら内部に非対称性を生み出すアメーバロボットの創出

• Project Area: Development of Molecular Robots equipped with sensors and intelligence
• Project/Area Number: 15H00790
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 小笠原 慎治 北海道大学, 創成研究機構, 特任助教 (50462669)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2016: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000); Fiscal Year 2015: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
• Keywords: 光遺伝学 / 分子ロボット / タンパク質 / 光操作 / アメーバロボット

Outline of Annual Research Achievements

本課題ではタンパク質発現の可逆的光制御法を動作機構に用い、色彩を感知して自ら内部にタンパク質の非対称性を生み出し活動状態が変わるアメーバロボットの創生を目指した。２８年度は２７年度に開発した光応答性capの改良を主に手がけた。
２７年度に開発した光応答性capはタンパク質を発現する状態と発現しない状態との差が２倍程度しかなく、ロボット内にタンパク質の非対称分布を生み出させるには不十分であった。２８年度は光応答性capを改良しその差を大きくすることを目的に研究を進めた。具体的にはcapに付加したフェニル基のパラ、オルト、メタ位にメチル基を修飾し最適なものを模索した。それぞれの光応答性capを付加した蛍光タンパク質のmRNAを培養細胞にインジェクションし、光を照射しcis体、trans体に異性化させてから２４時間後にタンパク質の発現量の差を測定した結果、メタ位にメチル基を修飾したcapで発現量の差が８倍程度まで向上した。これであればロボット内にタンパク質の非対称分布を生み出させるには十分である。
開発したシステムをリポソームに封入しロボットを作製するには至らなかったが、ロボットに見立てた細胞を使った実験においては２色の色彩を感知して細胞内で自律的にタンパク質の非対称性分布を生み出し移動させることに成功した。本課題は本年度で終了するが、引き続き本システムを実装させた分子ロボットの作製を行う。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Duration Control of Protein Expression in Vivo by Light-Mediated Reversible Activation of Translation (2017)
  • Author(s): Shinzi Ogasawara
  • Journal Title: ACS Chemical Biology Volume: 12 Issue: 2 Pages: 351-356
  • DOI: 10.1021/acschembio.6b00684
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Photoresponsive cap for reversible regulation of translation (2015)
  • Author(s): Shinzi Ogasawara
  • Organizer: International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
  • Place of Presentation: Hawaii, USA
  • Year and Date: 2015-12-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Optogenetic Tool for Controlling Translation by Photochromic Nucleobase (2015)
  • Author(s): Shinzi Ogasawara
  • Organizer: The 42nd International Symposium on Nucleic Acid Chemistry
  • Place of Presentation: Himeji, JAPAN
  • Year and Date: 2015-09-10
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 小笠原研究室
  • URL: http://www.cris.hokudai.ac.jp/ogasawara/
• [Patent(Industrial Property Rights)] プリンヌックレオシド誘導体、ポリヌクレオシド及びRNA (2016)
  • Inventor(s): 小笠原慎治
  • Industrial Property Rights Holder: 北海道大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2016-09-08