2023 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
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22H03682
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Mie University |
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Principal Investigator |
鈴木 勇輝 三重大学, 工学研究科, 准教授 (50636066)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | DNAナノテクノロジー / DNAオリガミ / 生体分子デバイス / 細胞制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2022年度に開発した外部刺激応答性のDNAナノデバイスを発展させ，pHやイオン変化および分子入力といった異なる刺激種に対して多重応答性を示すDNAアクチュエータを開発した。多数の変形モジュールの累積変形によって線状からコイルスプリング状へと収縮するナノアクチュエータを設計し，各モジュールの曲げ変形を二重らせん構造と四重鎖構造という異なるDNA構造の形成・解離によって制御することで，形状や機械的特性の可逆的な切り替えを実現した。高解像の原子間間力顕微鏡像と分子動力学シミュレーションにより，二重らせん構造形成条件下および四重鎖構造形成条件下，それぞれにおけるコイルスプリング構造を解析したところ，互いにコイル半径やピッチが異なるだけでなく，コイルの内側と外側が反転していることが明らかとなった。一方，コイルスプリングの巻き方については，ともに右巻きであることが示唆された。光ピンセットを用いた一分子解析により，各条件下における機械的特性を評価したところ，刺激依存的にバネ定数が変化することが示された。
さらに，上記のDNAナノアクチュエータを改変し，細胞種特異的に動作する機構を検討した。具体的には，細胞特異的に発現しているmicroRNA（miRNA）を入力信号とすることで，DNAナノデバイスに細胞識別機能を実装した。二種類の異なるmiRNAに対する認識配列を設計することで，miRNAの入力パターンに応じて特定の形状へと収縮・変形するアクチュエータを構築した。
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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
当初予定していたpH応答性のDNAデバイスに加え，miRNAの発現パターンに応じて形状が変化するDNA分子デバイスを構築することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度に開発したmiRNA応答性にDNAアクチュエータに対して鎖置換反応に基づくロジックゲートを組み込むことで，さらなるインテリジェント化を図る。それらを用いて，細胞骨格系の運動や生細胞の形態および運動能の制御を挑戦する。
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