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2016 Fiscal Year Annual Research Report

DNA演算技術による癌腫瘍マーカーmiRNAの自律的検出と治療

Research Project

Project/Area Number 16H06043
Research InstitutionTokyo University of Agriculture and Technology

Principal Investigator

川野 竜司  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 特任准教授 (90401702)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2020-03-31
Keywordsナノポア / 一分子計測 / microRNA / DNAコンピューティング / ロジックゲート
Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、DNAコンピューティングの自律的演算機構を利用し、次世代腫瘍マーカーであるmicroRNA(miRNA)を膜タンパク質ナノポアにより特異的、リアルタイムで検出するシステムを構築することにある。
miRNAは腫瘍以外にも様々な器官から分泌され、特定のマーカーだけ検出するには多段階の処理が必要であった。本提案では特定の配列のDNA・RNAを認識し演算処理を行うDNA演算機構を利用し、これを解決を試みる。またこれまでDNA演算の出力検出は蛍光観察で行われてきたが、これをナノポアを用いることで電気的かつリアルタイムで検出を行う。本年度はDNAコンピューティング技術を利用してmiRNAをナノポアで計測するために下記の課題に関して取り組んだ。
1)プログラム化DNAの設計と出力DNAのナノポア計測:miRNAを自律的に認識し、出力分子を放出するプログラマブルDNAの配列設計と動作確認を行った。また出力分子をナノポア計測により定量分析することを試みた。
2)ドロップレット内でDNA演算を行うためのデバイス開発:より複雑な酵素反応を組み合わせたDNA演算を可能とするため、ナノポア計測を始める前にインキュベートできるドロップレットデバイス開発に取り組んだ。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

本年度、小細胞肺癌由来のmiRNAに対し自律認識しアンチセンスDNAを放出するシステムの構築に成功した。これをナノポアを用いて定量分析したところ従来のゲル電気泳動による定量よりも高い定量性を示すことを明らかにした。またドロップレットデバイスのセパレータ部分をスライド式に改良し、酵素反応を行った後ナノポアを再構成可能なデバイスの作製にも成功した。

Strategy for Future Research Activity

本年度は一種類のmiRNAに対し、自律認識・出力分子の合成に成功した。しかし癌マーカーとなるmiRNAは複数存在し、複数の分子をパターンで認識する必要がある。したがってDNAコンピューティング技術を利用し、このパターン認識に関して要素技術を開発する。

  • Research Products

    (7 results)

All 2017 2016 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 1 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Nanopore Logic Operation with DNA to RNA Transcription in a Droplet System2017

    • Author(s)
      Ohara Masayuki、Takinoue Masahiro、Kawano Ryuji
    • Journal Title

      ACS Synthetic Biology

      Volume: 6 Pages: 1427~1432

    • DOI

      10.1021/acssynbio.7b00101

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Amplification and quantification of an antisense oligonucleotide from target microRNA using programmable DNA and a biological nanopore2017

    • Author(s)
      M. Hiratani, M. Ohara and R. Kawano
    • Journal Title

      Analytical Chemistry

      Volume: 89 Pages: 2312-2317

    • DOI

      DOI: 10.1021/acs.analchem.6b03830

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] A Single Molecular Logic Gate: “AND” Operation Using DNA Immobilized in Biological Nanopore2016

    • Author(s)
      M. Ohara and R. Kawano
    • Organizer
      MicroTAS2016
    • Place of Presentation
      Dublin, Ireland
    • Year and Date
      2016-10-09 – 2016-10-13
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Recognition of microRNA Expression Pattern in Serum Using Programmable Droplet System for Cancer Diagnosis2016

    • Author(s)
      M. Hiratani, M. Ohara and R. Kawano
    • Organizer
      MicroTAS2016
    • Place of Presentation
      Dublin, Ireland
    • Year and Date
      2016-10-09 – 2016-10-13
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Nanopore sensing with a stable lipid bilayer in microfabricated devices2016

    • Author(s)
      R. Kawano
    • Organizer
      PRiME2016
    • Place of Presentation
      Hawaii, USA
    • Year and Date
      2016-10-02 – 2016-10-07
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Book] PharmStage2017

    • Author(s)
      保皓大、平谷萌恵、川野竜司
    • Total Pages
      -
    • Publisher
      情報技術協会
  • [Remarks] 東京農工大学 川野研究室

    • URL

      http://web.tuat.ac.jp/~rjkawano/

URL: 

Published: 2018-01-16  

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