2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Super Sensitive Detection Systems for Biomolecules Utilizing DNA Origami Molecular Machines
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21H01774
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| Research Institution | Kansai University |
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Principal Investigator |
葛谷 明紀 関西大学, 化学生命工学部, 教授 (00456154)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | DNAオリガミ / 人工抗体 / 分子機械 / 超解像蛍光顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は今日の医療分野で広く利用されている「抗体分子」(特にIgG抗体)を模倣し、さらに高度な機能性を付与した「人工抗体」を、タンパク質以外を使用して構築することを目的とする。そのために、DNA二重らせんを束ねて望みのナノ構造体を構築する技術である「DNAオリガミ法」を用いて、研究代表者が世界に先駆けて独自に発表した「動く」ことで機能する「DNAオリガミ分子機械」を人工抗体の本体部として使用し、さらにこの分子機械の構造変化を超解像イメージング法でリアルタイム観察することにより、生体分子を一分子レベルで検出することができる超高感度検出法を開発することをめざしている。本年度は1. DNAオリガミ分子機械の構造変化を可視化するための生物発光共鳴エネルギー移動/蛍光共鳴エネルギー移動複合システムの開発、および2. 蛍光修飾したDNAオリガミの顕微鏡観察、について検討を行った。その結果、1. 深海エビ由来の発光タンパク質について、既報のスプリット体に注目し、銅フリークリック反応を活用してペプチド修飾DNAを合成することにより、効率良く発光タンパク質をDNAオリガミ上に局在化できることを確かめた。さらに、DNAを介して近傍に蛍光色素を配置しておくと、発光タンパク質において生じたエネルギーが非常に効果的に蛍光色素に移動することが明らかとなった。そこでこれを活用して、発光タンパク質からの発光をDNAオリガミ分子機械の構造変化に応じて波長変調するシステムを開発した。2. については、DNAオリガミ構造体をガラス基板上に固定化する条件を最適化した。
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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
市販のスマートフォンのカメラによる撮影でも明瞭に検知できるほど感度良くDNAオリガミ分子機械の構造変化を可視化することに成功しており、この項目については、当初計画以上の成果が得られている。DNAオリガミ分子機械の超解像観察については、光学顕微鏡でDNAオリガミ分子機械を観察するための基礎的技術が順調に蓄積されてきており、おおむけ計画通りに伸展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
発光タンパク質からの発光をDNAオリガミ分子機械の構造変化に応じて波長変調するシステムについては、これまでに実現している緑色蛍光への変換に加えて、赤色蛍光への変換を実現することで、多色で複数のターゲットを同時に検出する系を開発することを検討する。またDNAオリガミ分子機械の超解像観察についても、同様にこれまでの取り組みを継続し、ガラス基板上に固定化したDNAオリガミ分子機械について、原子間力顕微鏡と全反射蛍光顕微鏡でそれぞれ観察することにより、DNAオリガミ分子機械の蛍光顕微鏡観察の基礎的技術を早期に確立することをめざす。
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