2017 Fiscal Year Annual Research Report
Practical design of molecular self-assembly systems due to cotranscriptional folding and optimization
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16H05854
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
関 新之助 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 助教 (30624944)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 分子自己組織化 / 共転写性フォールディング / 計算理論 / チューリングマシン / 設計最適化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
RNAはDNAからタンパク質を合成する際の中間媒体である。RNAポリメラーゼという酵素がDNAを走査しRNA鎖を合成（転写）していく。転写産物のRNA鎖は、伸長と並行して折り畳まれて高次構造をとり安定する。この局所最適化プロセスを共転写性フォールディング（CF）と呼ぶ。Gearyらが2014年にScience誌上で発表した「RNA origami」は、特定のRNA矩形構造へと共転写的に折り畳まれるRNA鎖の転写元となる人工DNA鎖の設計手法である。CFに基づく生体内の様々な情報処理が近年の研究から明らかになってきている。いずれは任意の情報処理機構を遺伝子に埋め込み、RNAポリメラーゼを用いてCFにより自己組織化する事が可能な段階までRNA origamiの技術は発展すると期待されている。CFによる自己組織化の計算モデルとしてGeary, Meunier, Schabanelらと代表者は「折り畳みシステム（OS）」を2016年に提唱した。
本研究計画の目的は、計算や構造生成など様々な目的に沿った折り畳みシステムを設計し、その設計を様々な基準に従って可能な限り簡素化する事であった。OSを提唱した論文では2進数を数え上げるOSを設計した。このカウンタを応用し、フラクタル構造の一種であるHeighway dragonの任意の有限部分構造を生成するOSを実装した。このOSはカウンタに新規開発した4状態オートマトンモジュールとビット列分岐モジュールを組み合わせたものである。次の成果として、万能チューリングマシンを模倣するOSの設計簡素化が挙げられる。このようなOSを先行研究計画（科研費スタートアップ）で設計したが、1000種類以上の高分子を用いていたため、その検証は計算機を用いても困難であった。本計画を通し、必要な高分子の種類数を540まで削減した結果、計算機を用いた検証に成功した。
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| Research Progress Status |
29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 |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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