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2022 Fiscal Year Annual Research Report

DNAナノデバイスによる細胞内動的構造と細胞機能の制御

Research Project

Project/Area Number 22H03682
Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionMie University

Principal Investigator

鈴木 勇輝  三重大学, 工学研究科, 准教授 (50636066)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
KeywordsDNAナノテクノロジー / DNAオリガミ / ペプチド / ナノデバイス / 生体分子デザイン / 細胞機能制御
Outline of Annual Research Achievements

本提案研究では,生細胞上のタンパク質の集積状態を自在に操作する生体分子ナノデバイスを開発し,細胞内の動的構造および細胞の形態・運動性を人為的に制御する新技術の創出へつなげることを目指している.
研究初年度はDNAナノデバイスの人為操作の実現を目標に据え,刺激応答性の設計から着手した.メカニカルな動作を示すDNAオリガミ構造体を基盤に,pH応答性塩基配列,光応答性オリゴヌクレオチド,核酸シグナルによる鎖置換反応などを実装することで,特定の外部刺激に応答して可逆的に収縮・伸張あるいは変形するDNAナノデバイスを設計・構築した.
さらに,ペプチド-DNAコンジュゲートの設計と合成に取り組み,DNAナノデバイスの機能化を進めた.細胞接着活性配列であるRGDモチーフや各種ナノボディの抗原ペプチドをDNAデバイス上にアレイ化し,標的タンパク質に対する認識能を付与した.
DNAナノデバイスの外部刺激依存的な構造変化については,ゲルシフトアッセイ(EMSA)をはじめとした生化学的手法に加え,蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)測定や原子間力顕微鏡(AFM)によるナノイメージングなどで評価・解析した.溶液中での三次元構造については直接計測することが困難であるため,粗視化シミュレーションによりモデル構築を行ない,AFM画像からの測定値と比較解析した.これらの解析により,開発したDNAナノデバイスについて,設計通りの構造変化を実現できていることを確認した.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

2022年度は,本研究課題の基盤技術であるDNAナノデバイスの刺激応答能について,当初の計画以上に拡張性を持たせることができた.DNAナノデバイス上への各種ペプチドのアレイ化についても完了した.

Strategy for Future Research Activity

初年度に作製した生体分子ナノデバイスを実際に生細胞に作用させ,その効果を検証する.必要に応じて,プロテオリポソームや再構成キネシン-微小管系など用いた機能評価も行なう.

  • Research Products

    (8 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 2 results)

  • [Int'l Joint Research] Aalto University(フィンランド)

    • Country Name
      FINLAND
    • Counterpart Institution
      Aalto University
  • [Int'l Joint Research] Kent State University(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      Kent State University
  • [Journal Article] Lipid bilayer-assisted dynamic self-assembly of hexagonal DNA origami blocks into monolayer crystalline structures with designed geometries2022

    • Author(s)
      Suzuki Yuki、Kawamata Ibuki、Watanabe Kotaro、Mano Eriko
    • Journal Title

      iScience

      Volume: 25 Pages: 104292~104292

    • DOI

      10.1016/j.isci.2022.104292

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Box-shaped ribozyme octamer formed by face-to-face dimerization of a pair of square-shaped ribozyme tetramers2022

    • Author(s)
      Islam Md Dobirul、Hidaka Kumi、Suzuki Yuki、Sugiyama Hiroshi、Endo Masayuki、Matsumura Shigeyoshi、Ikawa Yoshiya
    • Journal Title

      Journal of Bioscience and Bioengineering

      Volume: 134 Pages: 195~202

    • DOI

      10.1016/j.jbiosc.2022.06.008

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Algorithmic Design of 3D Wireframe RNA Polyhedra2022

    • Author(s)
      Elonen Antti、Natarajan Ashwin Karthick、Kawamata Ibuki、Oesinghaus Lukas、Mohammed Abdulmelik、Seitsonen Jani、Suzuki Yuki、Simmel Friedrich C.、Kuzyk Anton、Orponen Pekka
    • Journal Title

      ACS Nano

      Volume: 16 Pages: 16608~16616

    • DOI

      10.1021/acsnano.2c06035

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] DNAで創って動かすナノ構造2023

    • Author(s)
      鈴木 勇輝
    • Organizer
      2022年度東海高分子学生研究会
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Self-assembly of DNA origami blocks into two-dimensional crystalline structures with designed geometries2022

    • Author(s)
      Yuki Suzuki、 Ibuki Kawamata
    • Organizer
      第60回日本生物物理学会年会
  • [Presentation] Creation of nano- and microscale structures from DNA2022

    • Author(s)
      Yuki Suzuki
    • Organizer
      Workshop on Biosystems Design-From nanotechnology to microfluidics in biotechnology
    • Invited

URL: 

Published: 2023-12-25  

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