2020 Fiscal Year Research-status Report
Development of molecular motor-based micro/nanodevice by using DNA pre-programming
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20K15141
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
井上 大介 九州大学, 大学院芸術工学研究院, 助教 (40869765)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 微小管 / キネシン / 無細胞タンパク質発現 / ナノテクノロジー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生体システムは、多種多様なタンパク質によって機能している。その多くは、生体外でも機能することから、マイクロ・ナノデバイスの材料として期待されている。しかし、タンパク質は、熱やpH、乾燥などに弱く、デバイスを製造したとしても長期の保存や輸送ができない。一方、DNAは極めて安定であるとともに、タンパク質の情報記録分子である。本研究では、タンパク質をコードした遺伝子をもつＤＮＡをガラス基板上にプリントすることで、デバイス構成に必要な情報を基板上にプレ-プログラミングし、長期保存することを可能にする。基板上でタンパク質を発現させ、タンパク質間の相互作用による自己集積を利用し、マイクロ・ナノデバイスの構築技術を確立する。マイクロ・ナノデバイスの材料タンパク質には、生体動力としてマイクロ・ナノテクノロジー関連の基礎研究分野で活用されていている生体分子モーター系(微小管・キネシン)を選択した。初年度は、北海道大学の共同研究者の支援の下、微小管を構成するα,βチューブリンヘテロダイマーおよびGFPキネシンのプラスミドを作成した。コムギ胚芽由来の無細胞タンパク質発現キットを利用し、反応条件の検討を行うことで、試験管内でGFPキネシンを合成することに世界で初めて成功した。さらに、試験管内合成したGFPキネシンと別途用意した豚大脳由来の微小管を用いて、微小管の運動試験を行い、合成したGFPキネシン固定基板上で微小管が運動することも確認している。
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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
初年度は当初の計画通り、世界で初めて運動性を有するキネシンの試験管内合成に成功した。そのため、進捗は順調である
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度は、GFPキネシンの無細胞発現に成功した。次年度以降は、微小管を構成するα,βチューブリンヘテロダイマーの合成を試みる。α,βチューブリンはダイマーであるため、合成後はBlue-Native-PAGE等によりタンパク質の発現およびダイマー形成を確認する。α,βチューブリンの発現を確認した後、GFPキネシンまたはチューブリンをコードするプラスミドをガラス基板に固定する方法を検討する。手始めに、各プラスミドを静電的な相互作用により簡易的に固定する手法としてアミノシランを修飾する方法を試す。ガラスに対するアミノシランの修飾条件を検討する。アミノシラン表面にプラスミドを添加し、DNA特異的な蛍光染色法により基板表面に固定されたプラスミドを検出する。プラスミドを固定したガラス基板表面にコムギ胚芽細胞抽出液を添加することで、ガラス表面上での無細胞タンパク質発現を試みる。キネシンの発現はGFPの蛍光により、チューブリンは微小管の形成の有無により評価する予定である。
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