Unraveling the internalization of nucleic acids nanostructures using correlated imaging of living cell surfaces

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H04201
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 62010:Life, health and medical informatics-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Suzuki Yuki 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (50636066)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: DNAナノテクノロジー / DNAオリガミ / 細胞膜 / 原子間力顕微鏡 / ライブセルイメージング / エンドサイトーシス

Outline of Final Research Achievements

The interaction between artificially-designed nucleic acid nanostructures, such as DNA origami, and the living cell surface was visualized by using high-speed atomic force microscopy combined with fluorescent microscopy. By correlating localizations of fluorescently-labeled DNA nanostructures and those of EGFP-fused clathrin molecules with morphological changes in the living cell surface obtained by high-speed AFM in the same spatiotemporal range, we have successfully monitored the internalization of DNA origami nanostructures into living cells. The sequential correlated images showed that DNA origami nanostructures were taken up into cells via clathrin-dependent endocytosis.

Free Research Field

生体分子工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

核酸分子を素材とした分子デバイスの開発研究が進展し，それらを細胞機能制御などへ応用しようとする動きが活性化している。しかし，人工的な形状へと折りたたまれた核酸分子が生きた細胞とどのように相互作用するのか，その原理や機構に関する研究は未だ開拓期にある。本研究課題で確立した手法では，細胞表層におけるDNAナノ構造体の局在と挙動を細胞膜そのものの微細構造変化と重ね合わせて可視化できるだけでなく，特定のタンパク質の動態とも相関させることが可能である。これによって，人工的な核酸ナノ構造体と生細胞膜との相互作用の分子機構の解明が進めば，核酸ナノテクノロジーの医学応用・薬学応用が加速されるものと期待される。