2016 Fiscal Year Annual Research Report
Construction of multi-molecular information conversion devices by employing nucleic acid nanostructures
| Project Area | Development of Molecular Robots equipped with sensors and intelligence |
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| Project/Area Number |
24104002
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
齊藤 博英 京都大学, iPS細胞研究所, 教授 (20423014)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
瀧ノ上 正浩 東京工業大学, 情報理工学院, 准教授 (20511249)
遠藤 政幸 京都大学, 物質－細胞統合システム拠点, 特定拠点准教授 (70335389)
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| Project Period (FY) |
2012-06-28 – 2017-03-31
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| Keywords | 分子ロボティクス / リポソーム / RNA / 自律性 / 人工細胞モデル / DNAナノ構造体 / 人工レセプター / センサー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
代表者の齊藤は、細胞内外の環境を検知して作動するRNA型分子ロボットの構築を行い、細胞内でタンパク質やマイクロRNAの情報を検知してその運命を制御できるRNAナノデバイスの開発に成功した。これは、細胞内シグナルをナノサイズの距離に集積することで、細胞運命を精密に制御できる。さらに、iPS細胞や標的細胞内の環境を検知して、その内部状態に応じて特異的に機能するRNAナノデバイスの開発にも成功した。すなわち、生きた細胞内で感覚シグナルを検知し、作動するRNA型分子ロボットのプロトタイプが創出できた。このように細胞内外で機能するRNA分子ロボットは、再生医療や分子治療など、今後様々な応用が期待できる。
分担者の遠藤は、分子ロボットのセンサーとなる2種類の人工レセプター構造体の構築を行った。第一に、脂質膜を貫通する針状構造を持つ十字型DNAオリガミ構造体を構築し、リポソーム表面に結合することを確かめた。次にDNA増幅系を含むリポソームを使用することで内部でのDNA増幅に成功した。第二に、2つのドメイン間にセンサー部位を導入したDNAオリガミ構造体を構築し、特異的なDNA鎖に対して構造変化の誘導と反応起こせることを見出した。
分担者の瀧ノ上は、まず、細胞サイズDNA分子ロボットの構築を行った。ナノポアの開いたDNAオリガミで細胞様の膜カプセル構造を形成させ、DNA分子ロボット間での物質のやり取りを実現し、分子情報通信や分子センシングの基礎を確立した。また、Y字モチーフ構造のゲル化による多孔性DNAマイクロ構造の構築も実現し、新規DNA分子ロボット構築の自己組織化技術を発見した。さらに、細胞サイズ構造体の自律運動の研究も行い、外場（非対称形状電場）をセンシングして、自律的に方向を決めて集団運動する現象の発見とそのシミュレーションによる再現に成功した。
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| Research Progress Status |
28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 |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(60 results)
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[Journal Article] MicroRNA-302 switch to identify and eliminate undi erentiated human pluripotent stem cells2016
Author(s)
Callum J. C. Parr1,*, Shota Katayama1,*, Kenji Miki1, Yi Kuang1, Yoshinori Yoshida1, Asuka Morizane2, Jun Takahashi2, Shinya Yamanaka1,3 & Hirohide Saito1
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Journal Title
Scientific reports
Volume: ６
Pages: 32532
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Self-assembling DNA hydrogel-based delivery of immunoinhibitory nucleic acids to immune cells2016
Author(s)
Y. Nishida, S. Ohtsuki, Y. Araie, Y. Umeki, M. Endo, T. Emura, K. Hidaka, H. Sugiyama, Y. Takahashi, Y. Takakura, M. Nishikawa
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Journal Title
Nanomedicine
Volume: 12
Pages: 123-130
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] プログラマブルな性質を有するDNA ナノプレートからなるマイクロカプセルの形成, Microcapsular compartments composed of programmable DNA nanoplates2016
Author(s)
Daisuke Ishikawa, Yuki Suzuki, Chikako Kurokawa, Masayuki Ohara, Misato Tsuchiya,Masamune Morita, Miho Yanagisawa, Ryuji Kawano, Masayuki Endo, Masahiro Takinoue,
Organizer
第54回日本生物物理学会
Place of Presentation
つくば国際会議場, 茨城
Year and Date
2016-11-25 – 2016-11-27
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[Presentation] Synthetic cell programming2016
Author(s)
Hirohide Saito
Organizer
Malaysian Society for stem Cell Research and Therapy
Place of Presentation
The Light Hotel,Seberang Jaya ,Penang
Year and Date
2016-11-17 – 2016-11-18
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Self-Assembled Microcapsule of Amphiphilic Janus DNA Nanoplates at the Water-Oil Interface2016
Author(s)
Daisuke Ishikawa, Yuki Suzuki, Chikako Kurokawa, Masayuki Ohara, Masamune Morita, Miho Yanagisawa, Ryuji Kawano, Masayuki Endo, *Masahiro Takinoue,
Organizer
The 20th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (microTAS2016)
Place of Presentation
Convention Center Dublin, Dublin, Ireland.
Year and Date
2016-10-09 – 2016-10-13
Int'l Joint Research
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