2019 Fiscal Year Research-status Report
Mechanochemical tuning of artificial mechanosensitive channels at the two-dimensional interface
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19K20404
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
石川 大輔 東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (00722919)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | DNAナノテクノロジー / メカノケミストリー / 機械受容チャネル / 界面膜 / 力学的チューニング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，二次元界面膜を駆使して生体機能を無生物モデル化することである．具体的には，力の感知と細胞内シグナルへの変換機構における，力学的刺激による機械受容チャネル駆動と付随して起こる分子変換反応の人工的構築を目指す．本研究では，界面の異方性を利用して，まず二次元脂質二重膜を構築し，これに人工機械受容チャネル(DNAナノチャネル)を挿入することによって，一軸方向からのマクロスコピックな力学的刺激の印加によるナノスコピックな機械受容分子輸送チャネル機能の発現を行う．さらに，このチャネルを介して輸送される基質分子の水相中常温触媒反応をチャネルの開閉と連動させることで，1つの系にチャネル駆動(分子の輸送)と化学反応を統合させた動的な階層的機能を構築する．本研究の達成によって，生体に対する力学的刺激の応答機構を探求しその応用を目指すメカノバイオロジーに対し，誰にでも扱えるシンプルな無生物モデル構築技術を提供できる．
本年度の研究では，DNAオリガミで作製したナノチャネルの作製とその両親媒化に成功した．作製したDNAナノチャネルは，四隅が柔らかく変形するように設計したため，内角は様々な値をとると予想した．DNAナノチャネルに対して，負染色TEM観察を行い内角の定量評価を行ったところ，その値は59.1°±20.6°であった．DNAナノチャネルの内角は常温においてほぼ90°になるよう設計され，また四隅が柔らかく変形し得ることを考慮すると，90°寄りに偏り，かつ幅広い分布を示した結果は妥当である．この幅広い分布は，外的要因によってDNAナノチャネルが大きく変形可能であることを示唆している．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度はDNAナノチャネルの作製とその両親媒化による親水/疎水界面への集積確認が目標であり，そのいずれも達成した．昨年11月末に報告者の研究機関異動があったが，現所属機関において両親媒化DNAナノチャネルを用いた界面膜作製機器およびチャネル内部を反応場としたときの水相中常温触媒反応を評価する装置もすでに準備できている．したがって，計画はおおむね順調に進展しているといえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
当該年度に実施した研究によって両親媒化DNAナノチャネルの作製とその柔軟な変形について確認ができている．したがって，今後の研究では両親媒化DNAナノチャネルを用いて気水界面膜を作製し，その圧縮と拡張によるナノチャネルの力学的変形を観察する．またナノチャネル内部に酵素を導入して反応場を構築し，水相中常温触媒反応を実施することでナノチャネル内部が微小反応場として機能することを確認する．
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| Causes of Carryover |
購入を予定していた装置機器が想定よりも安価で購入できたことにより，物品費に未使用分が生じた．また旅費として，日本化学会第100春季年会(2020)参加費および交通費を計上していたが，新型コロナウイルス感染症の影響により当該学会が中止となったため,未使用分が生じた．今年度も新型コロナウイルス感染症の影響により，参加を予定している学会が開催されるか否か現状不明なため，次年度使用額は今年度の旅費ではなく物品費に計上する予定である．
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[Presentation] イオンチャネル機能を有する両親媒化DNAナノプレート集積カプセル, DNA origami nanoplate-based microcapsule with designed nanopore function2019
Author(s)
石川大輔, 鈴木勇輝, 黒川知加子, 大原正行, 土屋美恵, 森田雅宗, 柳澤実穂, 川野竜司, 遠藤政幸, 瀧ノ上正浩
Organizer
「細胞を創る」研究会12.0
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