2020 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of physical properties of biomolecules in the designed nanoscale space
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18KK0139
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
遠藤 政幸 京都大学, 理学研究科, 特定准教授 (70335389)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
多田隈 尚史 東京大学, 定量生命科学研究所, 協力研究員 (10339707)
鈴木 勇輝 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (50636066)
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| Project Period (FY) |
2018-10-09 – 2021-03-31
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| Keywords | DNAナノテクノロジー / DNAオリガミ / 光ピンセット / ナノ空間 / 転写反応 / グアニン四重鎖 / i-モチーフ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、DNAによって様々なナノ空間やナノ構造体を設計・構築し、その空間内で１分子の物性の計測と反応の制御を通じて、環境要素の一つである空間が生体分子の物性に与える影響と空間-分子間に働く相互作用を解明する。
生体中でDNA鎖は2本鎖DNA構造だけではなく、特異な立体構造であるグアニン四重鎖（GQ）やi-モチーフも形成している。これらの構造は遺伝子発現の調節に使われていると考えられている。生体内の狭小空間とその内部環境を模倣するため、狭小空間を模倣した数ナノメーターの空間（ナノケージ）を作成し、内部をポリエチレングリコール（PEG）によって化学修飾し、内部に導入したGQの物性を1分子測定した。
GQ配列を内部をPEG修飾したナノケージ中に導入し、光ピンセットを使って、1分子力測定を行い、GQ構造の安定性を検討した。その結果、GQをほどくのに必要な力がPEG修飾のないナノケージ対し、PEG修飾ナノケージ中では増加した。つまり、形成されたGQがPEGによって安定化されることが分かった。また、その安定性が空間内のPEGの修飾位置や数に影響を受けることも分かった。つまり、PEGがナノ空間内で水分子を排除する効果によってナノケージ内でGQがより安定化し、GQが形成されやすくなることが明らかになった。
ナノ空間内での生体分子反応に関しては、ナノ空間内での生体分子反応に関しては、転写ナノチップの活性制御のために、ナノシートにグアニン四重鎖や、i-モチーフ構造を用いたセンサーの組み込みを行い、塩濃度やｐHに応答して、転写活性をオフにできることを確認した。
i-モチーフ構造の形成・解離をナノスケールの収縮・伸張機構として利用することで，環境のpH変化に応答するスプリング型のDNAアクチュエータを開発した．光ピンセットを用いた一分子解析により，このアクチュエータの機械化学的特性を明らかにした。
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