脂質・核酸複合体の動的構造と細胞内核酸送達機能相関の解明

• Project Area: Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions
• Project/Area Number: 23107713
• 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: Nagoya Institute of Technology
• Principal Investigator: 出羽 毅久 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70335082)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000); Fiscal Year 2012: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2011: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
• Keywords: ポリアミン脂質 / リポプレックス / 核酸複合体 / 原子間力顕微鏡 / 遺伝子治療 / 核酸送達 / ポリアミン / 脂質 / 形態変化 / DDS

Outline of Annual Research Achievements

核酸デリバリー用のキャリアの開発を目的として、ポリアミン脂質を新規に合成し、その核酸送達能およびポリアミン脂質核酸複合体の構造と細胞内デリバリー能を調べた。核酸送達はポリアミン部位の僅かな構造の違いにより著しくその送達活性が変化することが分かった。ポリアミン脂質と核酸(プラスミドDNA)との複合体の構造を原子間力顕微鏡および透過型電子顕微鏡により観察したところ、層状構造が観察され、ポリアミン脂質からなる二分子膜構造の層間にプラスミドDNAが挿入されたスメクチックラメラ構造であることが分かった。高い遺伝子送達活性を示すポリアミン脂質では、このスメクチックラメラ構造は比較的不安定で、細胞環境下において容易に崩壊し、プラスミドDNAを放出することが分かり、この構造変化が高い遺伝子送達活性の原因であることが示唆された。また共焦点顕微鏡観察から、高い遺伝子送達能を有する複合体は比較的短時間にプラスミドDNAを細胞核まで送達していることがわかった。さらに興味深いことに、細胞核ではプラスミドDNAとポリアミン脂質の共局在が認められ、核内へのプラスミドDNAの送達にポリアミン脂質が関与していることが示唆された。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Systemic delivery of small interfering RNA by use of targeted polycation liposomes for cancer therapy (2013)
  • Author(s): E. Kenjo
  • Journal Title: Biol. Pharm. Bull. Volume: 36 Pages: 287-291
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of miR-92a delivery system for antiangiogenesis-based cancer therapy. (2013)
  • Author(s): H. Ando, A. Okamoto, M. Yokota, K. Shimizu, T. Asai, T. Dewa, N. Oku
  • Journal Title: J. Gene Med. Volume: 15 Issue: 1 Pages: 20-27
  • DOI: 10.1002/jgm.2690
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Targeting of Polyplex to Human Hepatic Cells by Bio-nanocapsules, Hepatitis B Virus Surface Antigen L Protein Particles (2012)
  • Author(s): M. Somiya
  • Journal Title: Bioorganic Medicinal Chemistry Volume: 20 Pages: 3873-3879
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] RGD-based active targeting of novel polycation liposomes bearing siRNA for cancer treatment. (2012)
  • Author(s): Yonenaga N, Kenjo E, Asai T,Tsuruta A, Shimizu K, Dewa T, Nango M, Oku N:
  • Journal Title: J. Control. Release Volume: 160 Issue: 2 Pages: 177-181
  • DOI: 10.1016/j.jconrel.2011.10.004
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Immobilization and Photocurrent Activity of a Light-Harvesting Antenna Complex II, LHCII Isolated from a Plant on Electrodes (2012)
  • Author(s): M. Nagata, M. Amano, T. Joke, K. Fuji, A. Okuda, M. Kondo, S. Ishigure, T. Dewa, K. Iida, F. Secundo, Y. Amao, H. Hashimoto, M. Nango
  • Journal Title: ACS Macro Lett. Volume: 1 Issue: 2 Pages: 296-299
  • DOI: 10.1021/mz200163e
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Photocurrent and Electronic Activities of Oriented-His-tagged PhotosyntheticLight-Harvesting/Reaction Centre Core Complexes Assembled onto a Gold Electrode (2012)
  • Author(s): Masaharu Kondo, Kouji Iida, Takehisa Dewa, Hirofumi Tanaka, Takuji Ogawa, SakikoNagashima, Kenji V. P. Nagashima, Keizo Shimada, Hideki Hashimoto, Alastair T. Gardiner, Richard J. Cogdell, and Mamoru Nango
  • Journal Title: Biomacromolecules Volume: 13 Issue: 2 Pages: 432-438
  • DOI: 10.1021/bm201457s
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Two-Dimensional Molecular Assembly of Bacteriochlorophyll a Derivatives Using Synthetic Poly(Ethylene Glycol)-Linked Light-Harvesting Model Polypeptides on a Gold Electrode Modified with Supported Lipid Bilayers (2012)
  • Author(s): T. Ochiai, M. Nagata, K. Shimoyama, T. Kato, T. Asaoka, M. Kondo, T. Dewa, K. Yamashita, A. Kashiwada, S. Futaki, H. Hashimoto, M. Nango
  • Journal Title: ACS Macro Lett. Volume: 1 Issue: 1 Pages: 28-22
  • DOI: 10.1021/mz200048m
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Overexpression of Rhodobacter sphaeroides PufX-bearing maltose-binding protein and its effect on the stability of reconstituted light-harvesting core antenna complex (2012)
  • Author(s): S. Sakai, A. Hiro, M. Kondo, T. Mizuno, T. Tanaka, T. Dewa, M. Nango
  • Journal Title: Photosynthesis Res. Volume: 111 Issue: 1-2 Pages: 63-69
  • DOI: 10.1007/s11120-011-9673-x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Construction and Structural Analysis of Tethered Lipid Bilayer Containing Photosynthetic Antenna Proteins for Functional Analysis (2012)
  • Author(s): Ayumi Sumino
  • Journal Title: Biomacromolecules Volume: 12 Issue: 7 Pages: 2850-2858
  • DOI: 10.1021/bm200585y
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Reconstitution and Organization of Photosynthetic Antenna Protein Complex Bearing Functional Hydrophilic Domains (2011)
  • Author(s): Shunsuke Sakai
  • Journal Title: Chemistry Letters Volume: 40 Issue: 11 Pages: 1280-1282
  • DOI: 10.1246/cl.2011.1280
  • NAID: 130004426094
  • ISSN: 0366-7022, 1348-0715
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Single-protein study of photoresistance of pigment-protein complex in lipid bilayer (2011)
  • Author(s): A D.Uchiyama, H.Hoshino, K.Otomo, T.Kato, K.Onda, A.Watanabe, H.Oikawa, S.Fujiyoshi, M.Matsushita,_M.Nango, N.Watanabe, A.Sumino,_T.Dewa
  • Journal Title: Chem.Phys.Lett. Volume: 511 Issue: 1-3 Pages: 135-137
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2011.06.019
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Reconstitution of bacterial photosynthetic unit in a lipid bilayer studied by single-molecule spectroscopy at 5 K (2011)
  • Author(s): Daisuke Uchiyama
  • Journal Title: Physical chemistry chemical physics : PCCP Volume: 13 Issue: 24 Pages: 11615-11619
  • DOI: 10.1039/c1cp20172g
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Inhibition of Akt (ser473) Phosphorylation and Rapamycin-Resistant Cell Growth by Knockdown of Mammalian Target of Rapamycin with Small Interfering RNA in Vascular Endothelial Growth Factor Receptor-1-Targeting Vector (2011)
  • Author(s): Koide, et al
  • Journal Title: Biological and Pharmaceutical Bulletin Volume: 34 Issue: 5 Pages: 602-608
  • DOI: 10.1248/bpb.34.602
  • NAID: 130000657768
  • ISSN: 0918-6158, 1347-5215
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Functional Analysis of Polyamine#8211;Lipid/DNA Complex (Lipoplex) for Gene Delivery: Relationship between Metamorphosis of Lipoplex and its Function (2012)
  • Author(s): T. Dewa
  • Organizer: 新学術領域研究「揺らぎと生体機能」第６回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2012-12-05
• [Presentation] Polyamine-lipid/Nucleic Acid Complex (Lipoplex) for Gene Delivery: Relationship Between Metamorphosis of Lipoplex and its Function (2012)
  • Author(s): T. Dewa
  • Organizer: 6th International Symposium on Nanomedicine (ISNM2012)
  • Place of Presentation: Shimane Prefectural Convention Center
  • Year and Date: 2012-11-29
  • Invited
• [Presentation] プロタミン由来膜透過ペプチドを提示した脂質ナノ粒子によるsiRNAデリバリー (2012)
  • Author(s): 奥直人
  • Organizer: 第34回生体膜と薬物の相互作用シンポジウム
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2012-11-15
• [Presentation] 遺伝子送達能を有するポリアミン脂質の開発とその機能評価 (2012)
  • Author(s): 出羽毅久
  • Organizer: 第43回中部化学関係学協会支部連合秋季大会
  • Place of Presentation: 名古屋工業大学
  • Year and Date: 2012-11-10
• [Presentation] 遺伝子送達キャリアとしてのポリアミン脂質の合成と機能評価 (2012)
  • Author(s): 出羽毅久
  • Organizer: 第６１回高分子討論会
  • Place of Presentation: 名古屋工業大学
  • Year and Date: 2012-09-19
• [Presentation] 脂質・核酸複合体の動的構造と細胞内核酸送達機能相関の解明 (2012)
  • Author(s): 出羽毅久
  • Organizer: 合同公開シンポジウム「ゆらぎと水－生命のエネルギーと機能の分子機構を探る」
  • Place of Presentation: 大阪ガーデンパレス
  • Year and Date: 2012-09-14
• [Presentation] 脂質・核酸複合体の動的構造と細胞内核酸送達機能相関の解明 (2012)
  • Author(s): 出羽毅久
  • Organizer: 揺らぎが機能を決める生命分子の科学 平成24年度合同班会議
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2012-07-29
• [Presentation] 中赤外光が誘起するタンパク質一分子の色素結合部位の構造変化 (2012)
  • Author(s): 大友康平, 他
  • Organizer: 日本化学会第92春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学日吉キャンパス
  • Year and Date: 2012-03-28
• [Presentation] Organization and Functional Analysis of Supramolecular Assembly of Photosynthetic Antenna Proteins (2012)
  • Author(s): T.Dewa
  • Organizer: 日本化学会第92春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学日吉キャンパス
  • Year and Date: 2012-03-26
• [Presentation] 光合成膜タンパク質超分子集合体の脂質膜中への再構成と集合構造-機能相関解明 (2012)
  • Author(s): 角野歩, 他
  • Organizer: 日本化学会第92春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学日吉キャンパス
  • Year and Date: 2012-03-26
• [Presentation] 組み換えLH1タンパク質とバクテリオクロロフィル誘導体、カロテノイドを用いたLH1複合体の再構成 (2012)
  • Author(s): 酒井俊亮, 他
  • Organizer: 日本化学会第92春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学日吉キャンパス
  • Year and Date: 2012-03-26
• [Presentation] 酸素発生型光化学系I,II色素-タンパク質複合体の脂質二重膜への再構成と光化学活性 (2012)
  • Author(s): 野地智康, 他
  • Organizer: 日本化学会第92春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学日吉キャンパス
  • Year and Date: 2012-03-26
• [Presentation] 高等植物の膜タンパク質-色素複合体の基板上への固定化とその光電流特性 (2012)
  • Author(s): 近藤政晴, 他
  • Organizer: 日本化学会第92春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学日吉キャンパス
  • Year and Date: 2012-03-26
• [Presentation] Polyamine-lipid/DNA Complex as a Gene Carrier : Morphological Observation and its Function (2012)
  • Author(s): Y.Urita, et al
  • Organizer: 5th International Symposium on Nanomedicine (ISNM2011)
  • Place of Presentation: Nagoya University
  • Year and Date: 2012-03-16
• [Presentation] 原子間力顕微鏡によるKcsAのpH依存的開閉構造の直接観察 (2012)
  • Author(s): 角野歩・出羽毅久, 他
  • Organizer: 高次系分子科学第15回ミニ公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 大阪大学(豊中キャンパス)
  • Year and Date: 2012-01-23
• [Presentation] 光線力学的療法のためのクロリン-脂質誘導体の合成と細胞導入 (2012)
  • Author(s): 出羽毅久
  • Organizer: 第21回DDSカンファランス
  • Place of Presentation: 静岡県コンベンションアーツセンター
• [Presentation] Functional analysis of polyamine-lipid/nucleic acid complex (lipoplex) for nucleic acid delivery : Relationship between metamorphosis of lipoplex and its function (2012)
  • Author(s): Dewa, et al
  • Organizer: 5th International Symposium on Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions
  • Place of Presentation: Todaiji Culture Center, Nara
• [Presentation] AFMによる光合成膜タンパク質の集合構造観察とその機能評価 (2011)
  • Author(s): 出羽毅久
  • Organizer: 第3回プローブ顕微鏡による表面分析研究会
  • Place of Presentation: 豊田中央研究所(招待講演)
  • Year and Date: 2011-12-02
• [Presentation] 生体機能解明のプラットフォームとしての脂質二分子膜 (2011)
  • Author(s): 出羽毅久
  • Organizer: 揺らぎと生体機能A03班班会議
  • Place of Presentation: 近江八幡市
  • Year and Date: 2011-11-04
• [Presentation] 光合成アンテナ膜タンパク質集合体の原子間力顕微鏡による観察と機能解析 (2011)
  • Author(s): 出羽毅久
  • Organizer: 高次系分子化学第12回ミニ公開シンポジウム「光受容タンパク質」
  • Place of Presentation: 三谷温泉愛知県
  • Year and Date: 2011-10-26
• [Presentation] 光合成アンテナタンパク質集合体の再構成と構造-機能評価 (2011)
  • Author(s): 出羽毅久, 他
  • Organizer: 第60回高分子討論会
  • Place of Presentation: 岡山大学
  • Year and Date: 2011-09-29
• [Presentation] Polyamine-lipid/nucleic acid complex (lipoplex) for nucleic acid delivery : Relationship between metamorphosis of lipoplex and its function (2011)
  • Author(s): 出羽毅久, 他
  • Organizer: 第49回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 兵庫県立大学姫路書写キャンパス
  • Year and Date: 2011-09-17
• [Presentation] Reconstitution of photosynthetic antenna protein assemblies into lipid bilayers and their evaluation of energy transfer (2011)
  • Author(s): 渡部奈津子・出羽毅久, 他
  • Organizer: 第49回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 兵庫県立大学姫路書写キャンパス
  • Year and Date: 2011-09-17
• [Presentation] 光合成アンテナ膜タンパク質の基板上への組織化とその光電流特性 (2011)
  • Author(s): 近藤政晴, 他
  • Organizer: 第5回バイオ関連化学シンポジウム
  • Place of Presentation: つくば国際会議場
  • Year and Date: 2011-09-13
• [Presentation] 光合成アンテナタンパク質集合体の構造-機能評価 (2011)
  • Author(s): 出羽毅久, 他
  • Organizer: 第5回バイオ関連化学シンポジウム
  • Place of Presentation: つくば国際会議場
  • Year and Date: 2011-09-13
• [Presentation] 光合成膜タンパク質集合系の構築と機能解析 (2011)
  • Author(s): 出羽毅久
  • Organizer: 名工大-自然科学研究機構合同講演会第2回講演会
  • Place of Presentation: 名古屋工業大学
  • Year and Date: 2011-08-29
• [Presentation] Morphological Study of Polyamine-Lipid/DNA Complexes (Lipoplexes) as Effective Gene Carriers (2011)
  • Author(s): Dewa, et al
  • Organizer: AFM BioMed Conference, Fourth International Meeting on AFM in Life Science and Medicine
  • Place of Presentation: Paris, France
  • Year and Date: 2011-08-25
• [Presentation] Reconstitution of photosynthetic antenna membrane protein assembly in to lipid bilayer and its direct observation using atomic force microscopy (2011)
  • Author(s): Sumino, Dewa, et al
  • Organizer: AFM BioMed Conference, Fourth International Meeting on AFM in Life Science and Medicine
  • Place of Presentation: Paris, France
  • Year and Date: 2011-08-25
• [Presentation] Self-assembly of photosynthetic antenna core complex onto a with defined orientation and its photocurrent activity (2011)
  • Author(s): Kondo, et al
  • Organizer: International Conference on Tetrapyrrole Photo-receptors of Photosynthetic Organisms
  • Place of Presentation: Berlin Germany
  • Year and Date: 2011-07-26
• [Presentation] Molecular Assembly of Light-Harvesting Antenna Complexes Isolated from Spinach on Electrodes for Photoenergy Harvesting Materials (2011)
  • Author(s): Amano, et al
  • Organizer: International Conference on Tetrapyrrole Photo-receptors of Photosynthetic Organisms
  • Place of Presentation: Berlin Germany
  • Year and Date: 2011-07-26
• [Presentation] ポリアミン脂質による遺伝子送達能とDNA複合体形態のAFM観察 (2011)
  • Author(s): 出羽毅久, 他
  • Organizer: 第40回医用高分子シンポジウム
  • Place of Presentation: 関西大学千里山キャンパス
  • Year and Date: 2011-07-26
• [Presentation] 光合成アンテナ膜タンパク質集合体の脂質膜中への再構成と原子間力顕微鏡による集合形態の観察 (2011)
  • Author(s): 角野歩・出羽毅久, 他
  • Organizer: 第21回バイオ・高分子シンポジウム
  • Place of Presentation: 関西大学千里山キャンパス
  • Year and Date: 2011-07-25
• [Presentation] 光合成アンテナ膜タンパク質集合体の脂質膜中におけるエネルギー移動評価 (2011)
  • Author(s): 渡部奈津子・出羽毅久, 他
  • Organizer: 第21回バイオ・高分子シンポジウム
  • Place of Presentation: 関西大学千里山キャンパス
  • Year and Date: 2011-07-25
• [Presentation] 人工光合成タンパク質/色素複合体の基板上への組織化と光電変換能評価 (2011)
  • Author(s): 酒井俊亮, 他
  • Organizer: 第21回バイオ・高分子シンポジウム
  • Place of Presentation: 関西大学千里山キャンパス
  • Year and Date: 2011-07-25
• [Presentation] Organization of Photosynthetic Membrane Protein Assembly and its Functional Analysis by Microscopy/Photocurrent Sensing (2011)
  • Author(s): T.Dewa
  • Organizer: The 5^<th> Symposium Molecular Science for Supra Functional Systems
  • Place of Presentation: Sapporo, Japan
  • Year and Date: 2011-07-12
• [Presentation] Reconstitution and Structural/Functional Analysis of Photosynthetic Membrane Protein Assembly in Lipid Bilayers (2011)
  • Author(s): Sumino, Dewa, et al
  • Organizer: The 5^<th> Symposium Molecular Science for Supra Functional Systems
  • Place of Presentation: Sapporo, Japan
  • Year and Date: 2011-07-12
• [Presentation] Immobilization of the Photosynthetic Protein Complexes with a Defined Orientation onto Solid Supports via Specific Interactions between Tagpeptide-sequences and Counterpart-ligands (2011)
  • Author(s): Sakai, et al
  • Organizer: The 5^<th> Symposium Molecular Science for Supra Functional Systems
  • Place of Presentation: Sapporo, Japan
  • Year and Date: 2011-07-12
• [Presentation] 光合成アンテナ膜タンパク質集合系の機能解明:生体分子集合系の分子科学に向けて (2011)
  • Author(s): 出羽毅久
  • Organizer: 分子科学研究所所長招聘研究会「2020年の物質・生命分子科学を語る」
  • Place of Presentation: 分子科学研究所岡崎(招待講演)
  • Year and Date: 2011-06-29
• [Presentation] 脂質・核酸複合体の動的構造と細胞内核酸送達機能相関の解明 (2011)
  • Author(s): 出羽毅久
  • Organizer: 揺らぎが機能を決める生命分子の科学平成23年度合同班会議
  • Place of Presentation: 夕張
  • Year and Date: 2011-06-27
• [Presentation] Reconstitution of photosynthetic antenna membrane protein assembly into lipid bilayer and its direct observation using AFM (2011)
  • Author(s): Sumino, Dewa, et al
  • Organizer: 60^<th> SPSJ Annual Meeting
  • Place of Presentation: 大阪国際会議場
  • Year and Date: 2011-05-27
• [Presentation] Self-assembly of photosynthetic antenna membrane protein onto substrate with a defined orientation and its photocurrent activity (2011)
  • Author(s): Kondo, et al
  • Organizer: 60^<th> SPSJ Annual Meeting
  • Place of Presentation: 大阪国際会議場
  • Year and Date: 2011-05-27
• [Presentation] 光合成のアンテナタンパク質/ポルフィリン関連色素複合体の電極基板上への組織化およびその光電流測定 (2011)
  • Author(s): 天野瑞貴, 他
  • Organizer: 第1回ポルフィリン-ALA研究会
  • Place of Presentation: 東京工業大学(大岡山)
  • Year and Date: 2011-05-07
• [Presentation] ポルフィリン-脂質誘導体の合成と細胞内導入 (2011)
  • Author(s): 二井知紀, 他
  • Organizer: 第1回ポルフィリン-ALA研究会
  • Place of Presentation: 東京工業大学(大岡山)
  • Year and Date: 2011-05-07
• [Presentation] Reconstitution of supramolecular assembly of bacterial photosynthetic antenna/reaction center complexes into lipid bilayers : AFM observation, energy transfer, and photocurrent generation of the assembly (2011)
  • Author(s): Dewa, et al
  • Organizer: Light-Harvesting Processes (LHP2011)
  • Place of Presentation: Banz Monastery, Germany
  • Year and Date: 2011-04-12
• [Presentation] 顕微鏡-電流同時計測による光合成膜タンパク質超分子集合系の機能解明 (2011)
  • Author(s): 出羽毅久, 他
  • Organizer: 高次系分子科学第6回合同班会議
  • Place of Presentation: 沖縄
• [Presentation] ペプチドジェミニ界面活性剤の平面二分子膜形成 (2011)
  • Author(s): 水野稔久, 他
  • Organizer: 高次系分子科学第6回合同班会議
  • Place of Presentation: 沖縄
• [Book] NON-VIRAL GENE THERAPY (2011)
  • Author(s): T.Dewa, T.Asai, N.Oku, M.Nango
  • Total Pages: 696
  • Publisher: INTECH