モジュラーなDNAアクチュエータシステムで拓く脂質膜変形の新機構
Publicly Offered Research
| Project Area | Molecular Cybernetics -Development of Minimal Artificial Brain by the Power of Chemistry |
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| Project/Area Number |
21H05864
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (IV)
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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) |
2021-09-10 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥10,400,000 (Direct Cost: ¥8,000,000、Indirect Cost: ¥2,400,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
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| Keywords | ナノデバイス / 分子アクチュエータ / モジュラー設計 / 刺激応答性 / 多重応答性 / DNAナノテクノロジー / DNAオリガミ / モジュラーデザイン / 人工分子システム / アクチュエータ / 自己集合 / 分子システム工学 / 脂質膜 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，DNAナノ技術を駆使することで，細胞サイズリポソームの変形制御に資する分子アクチュエータシステムを創出する．複数種の刺激それぞれに対して特異的な変形を示すナノアクチュエータを構築（複数の変形モードの実装）し，それらをさまざまな大規模構造へと自己組織化させる（複数の集合モードの実装）ことで，ナノアクチュエータの変形モードと集合モードの組み合わせに応じた多彩な大規模変形を実現する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
異なる刺激種に対して特異的な変形を示す多重応答性分子アクチュエータの構築し，それらの構造と力学的特性について定量的に解析した．特に，スプリング型および二次元格子型の二種のアクチュエータについて機構改良を進め，それぞれについて，生化学的実験手法と原子間力顕微鏡（AFM）を用いた直接可視化により刺激依存的・シグナル分子依存的な構造変化を評価した．
グアニン四重鎖形成を利用した動作機構とDNA分子の鎖置換反応に基づく動作機構を併用することで，カリウムイオン濃度の変化および分子信号（シグナルDNA）に応じて，特異的なスプリング形状へと変形するナノアクチュエータを開発した．AFMを用いた形状解析により，刺激の種類に依存して，ピッチや直径が異なる特異的ならせん構造へと形状変化することを示した．光ピンセットを用いた単分子解析により，アクチュエータの形状だけでなく，その機械的特性についても刺激依存的に変換できることを明らかにした．
二次元格子型のナノアクチュエータについても，構造バリエーションの作製を進めた．i-motif形成を利用した変形機構と二重らせん形成に基づいたロック機構を組み合わせることで，pH変化およびシグナルDNAに応じた特異的な変形を実現した．鎖置換反応によりシグナルDNAの入れ換えを可能とすることで，繰り返しの動作や形状変換を実現した．
さらに，各アクチュエータを連結・多量体化することで，個々のアクチュエータの変形を累積させ，より大規模な変形を生み出すことにも成功した．
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(10 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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[Journal Article] Anisotropic, Degradable Polymer Assemblies Driven by a Rigid Hydrogen-Bonding Motif That Induce Shape-Specific Cell Responses2022
Author(s)
Kazuki Fukushima, Kodai Matsuzaki, Masashi Oji, Yuji Higuchi, Go Watanabe, Yuki Suzuki, Moriya Kikuchi, Nozomi Fujimura, Naofumi Shimokawa, Hiroaki Ito, Takashi Kato, Seigou Kawaguchi, and Masaru Tanaka
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Journal Title
Macromolecules
Volume: 55
Issue: 1
Pages: 15-25
DOI
Related Report
Peer Reviewed
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