2013 Fiscal Year Annual Research Report
DNAソフト界面の特性を活かしたバイオマテリアルの創製
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25220204
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Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
前田 瑞夫 独立行政法人理化学研究所, 前田バイオ工学研究室, 主任研究員 (10165657)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宝田 徹 独立行政法人理化学研究所, 前田バイオ工学研究室, 専任研究員 (30336010)
藤田 雅弘 独立行政法人理化学研究所, 前田バイオ工学研究室, 専任研究員 (50342845)
金山 直樹 独立行政法人理化学研究所, 前田バイオ工学研究室, 研究員 (80377811)
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| Project Period (FY) |
2013-05-31 – 2018-03-31
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| Keywords | 核酸 / 細胞・組織 / 生体材料 / ゲル / ソフト界面 |
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| Research Abstract |
１．DNAを担持した擬似ナノロッド構造の動的制御
二重鎖DNA（16塩基対）で表面修飾した金ナノ粒子（直径5 nm）を、一本鎖DNA（200塩基）の上に等間隔で3つ配置したナノ構造体を高純度で作製することに成功した。この構造体内の金ナノ粒子が、塩化マグネシウムの存在下で自発的に接近して粒子間平均距離が短縮することを透過型電子顕微鏡による観察で実証した。これに対して、粒子表面上の二重鎖DNAの最末端が一塩基ミスマッチの場合は、この構造変化が強く抑制されることを明らかにした。
２．刺激応答性を示すDNA担持ハイドロゲルの開発
ポリ（N-イソプロピルアクリルアミド）（PNIPAAm）とDNAの二成分ブロック共重合体の作成法を開発した。この共重合体は温度上昇によりPNIPAAmセグメントが会合し、DNAが表層に密生したコアシェル型のナノミセルを形成する。このナノミセル形成は可逆的なため、温度低下でミセルは崩壊する。反応性の官能基を側鎖に有するモノマーを第三成分として導入したブロック共重合体を合成し、架橋剤により分子間を共有結合させると、ミセル構造が安定化した。このナノミセルは温度に応答してそのサイズを可逆的に変化させることができるなど興味深い物性を示すことがわかった。
３．DNA界面の特性解析に基づく細胞培養基板の開発
DNA界面の界面エントロピーを左右するDNA鎖末端の運動性・柔軟性を定量的に評価するための準備に着手した。具体的には、電子スピン共鳴法による当該評価に有効なプローブとなることが期待される有機安定ラジカルを、核酸塩基に直接導入する手法の検討をおこなった。アリールボロン酸ピナコールエステル部を有する有機安定ラジカル化合物を合成し、この化合物がPd触媒存在下、水/アセトニトリル混合溶媒中において、ハロゲン化ヌクレオチドと効率的にカップリングすることを確認した。
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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
１．DNA を担持した擬似ナノロッド構造の動的制御
当初の計画どおり、DNA担持金ナノ粒子の３量体を構築する方法を確立するとともに、動的な構造変化が誘起できることを示唆する結果も得られた。
２．刺激応答性を示すDNA担持ハイドロゲルの開発
DNA―高分子コンジュゲートに反応性モノマーを第三成分として導入することで、構造の明確なナノゲルの作製に成功した。構造解析の結果、このナノゲルが温度に応答して収縮と膨張を起こすことが明らかになるなど、狙いどおりに研究が進展したと考える。
３．DNA界面の特性解析に基づく細胞培養基板の開発
特定の核酸塩基に選択的に電子スピンプローブを導入する手法を計画どおり、ほぼ確立することができた。以降、本手法をオリゴDNAへ展開することで、DNA界面の末端構造に依存した運動性・柔軟性などのダイナミクスを定量的に評価することが可能になるものと期待される。
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| Strategy for Future Research Activity |
１．DNAを担持した擬似ナノロッド構造の動的制御
より大きなDNA担持金ナノ粒子を、さらに数多く、線形に配列することをめざす。本年度の研究により、ナノ構造体の熱安定性がやや不十分で、結果的に収率の低下を招いてしまっていることがわかった。これは今後の物性評価の効率的な遂行を妨げる可能性がある。そこで次年度は、二重鎖形成能にすぐれた人工架橋型核酸を粒子の連結部位に用いることで、ナノ構造体の収率を向上させることを検討する。
２．刺激応答性を示すDNA担持ハイドロゲルの開発
濃厚系におけるDNA密生相の特性の解明といった基礎科学を推進しつつ、その知見をうまく活かしながら、新規ハイドロゲル創製へと繋げることが今後の主な目的となる。これまでに確立したナノゲル生成法やDNA密生相の特異性をうまく組み合わせた新規ハイドロゲル創製へ展開していく。
３．DNA界面の特性解析に基づく細胞培養基板の開発
DNA界面の特性を決定する要因の一つであるDNA鎖末端構造に依存した運動性・柔軟性を定量的に評価し、当該DNA界面上へのタンパク吸着性さらには細胞接着性との相関を明らかにする。
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