Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
多数の膜貫通合成ナノポアの集積密度・集積パターンを人工的に設計した分子アクチュエータを介して自在制御することで，合成ナノポアの「集団としての性能」を人為的に変調するための方法論を開拓する．具体的には，入力刺激の種類や組合せに応じて特異的な変形を示すDNAナノアクチュエータを構築し，それを足場として合成ナノポアをアレイ化することで，リコンフィギュラブルなナノポアクラスターを構築する．合成ナノポア群の集積密度・集積パターンの変化に伴うポア機能の向上/低下を検証する．本挑戦を通して，複数の異なる人工ナノデバイスを統合・システム化し，個々の分子デバイスでは成しえない機能を発現するための学理を探求する．
本研究では，多数の膜貫通合成ナノポアの集積密度・集積パターンをDNA分子アクチュエータシステムを介して自在制御することで，合成ナノポアの「集団としての性能」を人為的に変調するための方法論を開拓する．具体的には，入力刺激の種類や組合せに応じて特異的な変形を示す二次状DNAナノアクチュエータを構築し，それを足場として合成ナノポアをアレイ化することで，リコンフィギュラブルな合成ナノポアクラスターを構築する．研究初年度となる2023年度は，以下の2項目に取り組んだ。項目1：多様に変形するDNAナノアクチュエータの構築と評価複数の刺激やそれらの組み合わせに応じて，特異的な形状へと変化する二次元格子型の分子アクチュエータをDNAオリガミ法により構築した。格子の各フレームの形状を一対のシグナルDNAによって指定できるように設計し，それぞれのフレームに対して特異的なシグナルDNAのペアを設計した。互いに直交するシグナルDNAの組み合わせに応じて，多種類の異なる形状へと変形することを確認したほか，鎖置換反応によりシグナルDNAを任意に入れ換えることで，ナノアクチュエータの繰り返しの動作や形状変換が可能であることを実証した。鎖置換反応に基づく動作機構に加え，i-motif構造の形成と解離を併用することで，pH変化および分子信号（シグナルDNA）という異なる刺激種に対する二重応答性も実現した。項目２: DNAナノポアの構築酵素反応により合成した一本鎖DNA(700~800 nt)をScaffold鎖として，小型の合成DNAナノポアを構築した。コレステロール修飾鎖を介してDNAナノポアをリポソームに導入し，その膜表面への局在を共焦点レーザー顕微鏡により確認した。
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
当初の計画通り，初年度に新規DNA分子アクチュエータの設計と構築および刺激依存的な形状変化の評価を完了した。DNAナノポアの構築についても順調に進んでいる。
分子アクチュエータとDNAナノポアの複合化および性能評価に重点を置き，研究を進める。新たに合成したDNAナノポアのイオン透過能については各種イオンインジケーター蛍光プローブを用いた蛍光シグナルの変化を観察・解析することで評価する。
All 2023
All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results, Peer Reviewed: 3 results, Open Access: 3 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results)
Nature Communications
Volume: 14 Issue: 1 Pages: 6459-6459
10.1038/s41467-023-41604-z
JACS Au
Volume: To appear Issue: 5 Pages: 1-8
10.1021/jacsau.3c00091
PNAS Nexus
Volume: 3 Issue: 1
10.1093/pnasnexus/pgad437
