2020 Fiscal Year Final Research Report

Elucidation of physical properties of biomolecules in the designed nanoscale space

Research Project

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Project/Area Number	18KK0139
Research Category	Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Medium-sized Section 28:Nano/micro science and related fields
Research Institution	Kyoto University
Principal Investigator	Endo Masayuki 京都大学, 理学研究科, 特定准教授 (70335389)
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)
Project Period (FY)	2018-10-09 – 2021-03-31
Keywords	DNAナノテクノロジー / DNAオリガミ / 光ピンセット / 高速原子間力顕微鏡 / ナノ空間 / ナノ構造 / 酵素反応
Outline of Final Research Achievements	In this research, we intend to elucidate the influence of nanoscale space on biomolecules and the interaction between space and molecules by measuring the physical properties of biomolecules and controlling their reactions in the nanospace. By arranging guanine quadruplex and i-motif in the nanospace created by DNA origami, we clarified that these DNA structures were greatly stabilized, which was derived from the state of water molecules in the nanospace. We also clarified that double-stranded DNA was destabilized in the nanospace, and that chemical modification of space affected the stability of molecules. We also successfully created a system that controls biomolecular reactions in nanospace and mechanically controlling DNA origami structures. By understanding the physical properties of the nanospace, these provide us great insights for controlling biomolecules.
Free Research Field	ナノサイエンス
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	本研究は、生体分子や構造に見られるナノスケールの空間が分子に与える影響と空間-分子間に働く相互作用の解明を目指した。空間を自由に設計できる技術と生体分子の安定性を一分子で計測する技術を組み合わせることで、これらの現象の一端を解明した。生体中は均一ではなく、構成される空間に偏りがあるため、これらの空間を使って反応の促進や減速を局所的に行っていることも考えられる。これは新たな知見であり、空間という環境要因によっても反応が制御できることを示している。本研究のナノ空間の物性の理解によって、空間に分子を配列することで生体分子反応を制御するなど新たな応用もできる。