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2016 Fiscal Year Annual Research Report

人工分子デバイス援用による新世代人工細胞

Research Project

Project/Area Number 15H02774
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

野村 慎一郎  東北大学, 工学研究科, 准教授 (50372446)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 齊藤 博英  京都大学, iPS細胞研究所, 教授 (20423014)
Project Period (FY) 2015-04-01 – 2018-03-31
Keywordsバイオテクノロジー / 人工細胞 / 分子ロボティクス
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、新世代人工細胞の構築に向けた基盤技術を創出する.DNA/RNAナノテクノロジーによる新規な分子デバイスを設計して細胞に導入し,本来細胞が有しない新機能を付与することを目指している.本年度も引き続き,細胞に導入するための人工分子デバイス群のデザインと評価を行った.1)膜チャネル: デザインされた人工DNAチャネルについて,その構造に依存したチャネル電流のON/OFF挙動が確認され,学会発表で議論を深め,論文投稿準備中である.2)座標制御デバイス:齊藤Gで新規な立体構造を示すRNAナノデバイスの設計と開発を進め,構造と機能の評価を行った.3)膜造形:DNAオリガミ製デバイス単体での改良では変形挙動が予想より小さく,他のデバイスに注力するものとした.この知見は,次項目・膜リンカーの構築に生かされている.4) 膜リンカー:リポソームを用いた脂質膜内外からの合体デバイスを構築し,その評価を行った.その改良版をリポソーム内部に導入し,タンパク質製分子モーターを強固にリポソーム膜内側にリンクすることを試みた結果,運動性を示す構造を得ることが出来,さらに膜リンカーの結合をON/OFFする分子システムをDNAによって組み上げ,実際に働くことが示された.その成果を論文発表した.これら開発中の分子デバイスを一括して細胞内部に導入可能とするGUV-細胞融合法の開発を進め,実用面での進展があった.以上の研究内容に関して雑誌論文発表2件,国際会議論文発表2件,招待講演5件を行った.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

膜チャネル,膜リンカー型分子デバイスの構築について進展があった.特に,細胞内での機能検証の前段階として,膜リンカー型分子デバイスを人工細胞構造内で働かせる試みを行い成功した.具体的には,膜リンカーと結合した分子モーターが細胞様構造の膜を内側から変形させる挙動のON/OFFをDNA分子信号によって制御することを可能にし,ScienceRobotics誌に報告した.この分子ロボットとも呼ぶべきシステムは凍結して輸送することが可能であるため,研究機関に配布して改良や発展させることも可能であるという特色がある.本成果はIEEE Spectrumをはじめ各国のTech系メディアによって注目されている.さらに,人工分子デバイスを細胞内に導入する手法について,実用性の向上に関わる進展があった.これについても論文投稿準備中である.

Strategy for Future Research Activity

前年度に引き続き,分子デバイス(膜チャネル,座標制御,膜リンカー)の開発を進める.前年までの検討の結果,膜造形については,期待した出力が得られなかったため,他のデバイスに注力する.GUV-細胞融合の技術開発の進捗について論文投稿を行う.分子デバイスの細胞内標的指向性の向上を行う.本年秋に開催される「細胞を創る研究会9.0」において,本課題成果の一部を発表し,議論を行う予定である.得られた結果をまとめ,論文投稿を行う.

  • Research Products

    (17 results)

All 2017 2016 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 9 results) Remarks (2 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results) (of which Overseas: 1 results)

  • [Journal Article] Micrometer-sized molecular robot changes its shape in response to signal molecules2017

    • Author(s)
      Yusuke Sato, Yuichi Hiratsuka, Ibuki Kawamata, Satoshi Murata, Shin-ichiro M. Nomura
    • Journal Title

      Science Robotics

      Volume: 2 Pages: eaal3735

    • DOI

      10.1126/scirobotics.aal3735

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Reversible Gel‐Sol Transition of Photo‐Responsive DNA Gel2016

    • Author(s)
      Daisuke Kandatsu, Keitel Cervantes-Salguero, Ibuki Kawamata, Shogo Hamada, Shin-Ichiro M Nomura, Kenzo Fujimoto and Satoshi Murata
    • Journal Title

      Chembiochem

      Volume: 17 Pages: 1118-1121

    • DOI

      10.1002/cbic.201600088

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] BIOMOD: 分子ロボティクスの次世代育成大会2016

    • Author(s)
      佐藤佑介, 瀧ノ上正浩, 野村 M. 慎一郎
    • Journal Title

      生物物理

      Volume: 56(5) Pages: 290-292

    • DOI

      10.2142/biophys.56.290

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] RNA and RNP as Building Blocks for Nanotechnology and Synthetic Biology.2016

    • Author(s)
      Ohno, Hirohisa and Saito, Hirohide
    • Journal Title

      Prog. Mol. Biol. Transl. Sci.

      Volume: 139 Pages: 165-185

    • DOI

      10.1016/bs.pmbts.2015.12.004

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Motility control of amoeba type molecular robot by DNA devices and molecular motors2017

    • Author(s)
      Yusuke SATO, Yuichi HIRATSUKA, Ibuki KAWAMATA, Satoshi MURATA and Shin- ichiro M. NOMURA
    • Organizer
      FNANO2017
    • Place of Presentation
      Snowbird Cliff Lodge, Snowbird, Utah, USA
    • Year and Date
      2017-04-10 – 2017-04-13
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Molecular robots under construction: amoeba-type artificial cell model2017

    • Author(s)
      Nomura M. Shin-ichiro, Sato Yusuke, Hiratsuka Yuichi, Kawagishi Yui, Ogura Toshihiko, Kawamata Ibuki, Murata Satoshi
    • Organizer
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜
    • Year and Date
      2017-03-15
    • Invited
  • [Presentation] 自動人工アメーバ型マイクロ分子ロボット2017

    • Author(s)
      野村 M. 慎一郎
    • Organizer
      NI-SIGNAC-CSS合同研究会
    • Place of Presentation
      東京工業大学,大岡山キャンパス
    • Year and Date
      2017-03-10
    • Invited
  • [Presentation] Molecular robotics approach for creating artificial cells2017

    • Author(s)
      Shinichiro Nomura
    • Organizer
      The 6th Conference on Exploring Next-Generation Materials Science and Nanoscience (6NGMSNS)
    • Place of Presentation
      NISEKO CONFERENCE CENTRE,北海道,ニセコ町
    • Year and Date
      2017-01-07
    • Invited
  • [Presentation] Robotic Vesicle: Motility Control of Microcapsule by DNA devices and Molecular Motors2016

    • Author(s)
      Y. Sato, Y. Hiratsuka, I. Kawamata, S. Murata, S. M. Nomura
    • Organizer
      Thirteenth International Conference on Flow Dynamics
    • Place of Presentation
      仙台国際会議場
    • Year and Date
      2016-10-10 – 2016-10-12
    • Invited
  • [Presentation] 細胞様構造をつくる分子ロボットのデザイン2016

    • Author(s)
      野村 M. 慎一郎
    • Organizer
      アストロバイオロジーネットワーク2016年年会
    • Place of Presentation
      東北大学 さくら記念ホール
    • Year and Date
      2016-09-22 – 2016-09-23
    • Invited
  • [Presentation] Protein-driven nanostructures:Controlling mammalian cell fate2016

    • Author(s)
      Hirohide Saito
    • Organizer
      RNA Naonotechnology Conference
    • Place of Presentation
      Wokefield Park, UK
    • Year and Date
      2016-08-01 – 2016-08-04
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Synthetic RNA switches & nanostructures that Indentify and control target mammmalian cells based n intracelluar information2016

    • Author(s)
      Hirohide Saito
    • Organizer
      FIBER International summit for nucleic acids2016
    • Place of Presentation
      甲南大学,日本
    • Year and Date
      2016-07-06 – 2016-07-08
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Synthetic RNA switches & nanostructures: programming mammalian cell fate2016

    • Author(s)
      Hirohide Saito
    • Organizer
      special bioengineering seminar in Caltech
    • Place of Presentation
      カリフォルニア工科大学,USA
    • Year and Date
      2016-06-19 – 2016-06-20
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Development of Molecular Sensor and Device for Intelligent Molecular Robots2016

    • Author(s)
      Hirohide Saito
    • Organizer
      IEEE-NEMS2016
    • Place of Presentation
      Taikanso, Matsushima, Sendai
    • Year and Date
      2016-04-17 – 2016-04-20
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Remarks] 2017年 | プレスリリース

    • URL

      http://www.tohoku.ac.jp/japanese/2017/03/press20170228-02.html

  • [Remarks] Research News

    • URL

      http://www.tohoku.ac.jp/en/press/molecular_robot.html

  • [Patent(Industrial Property Rights)] RNA-タンパク質複合体とその使用2016

    • Inventor(s)
      齊藤博英, 柴田知範
    • Industrial Property Rights Holder
      齊藤博英, 柴田知範
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      PCT/JP2016/071029
    • Filing Date
      2016-07-16
    • Overseas

URL: 

Published: 2018-01-16  

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