2016 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of DNA higher order conformation by development of a novel tweezer controlling force and torque independently
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26400426
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
村山 能宏 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60334249)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | DNA / 高次構造 / 捩じれ / 張力 / トルク / 磁気ピンセット |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，1分子DNAの張力とトルクを独立に制御できる装置を開発し，未知の張力，トルク領域におけるDNAの高次構造を解明することを目的として研究を行った。
平成26年度は装置の主要部分となるヘルムホルツ型コイルおよびレーザー光照射部分の光学系を構築した。これにより，磁性体ビーズに加える力とトルクの独立制御を実現した。平成27年度は開発した装置を用いて，1分子DNAの捩じれ応答（DNAの捩じれ回数と末端間距離の関係）を測定した。捩じれ速度を0.3 Hz，1 Hz，3 Hzと変化させたところ，捩じれ速度が速いほど伸長率の変化量が大きいことから，高速で捩じることで急激な高次構造変化が生じやすくなることがわかった。また，上述の過程で開発したビーズの位置検出技術を応用し，核内のような高濃度DNA溶液中における微粒子の拡散現象について調べた結果，DNA濃度の増加にともない粘性に加え，弾性の寄与が顕著に現れることを見出した。
平成28年度は，従来型の磁気ピンセットでは観測が困難である低張力領域の捩じれ応答の観測を行った。その結果，0.1 pN程度の低張力領域まで捩じれ応答を観測することに成功した。生体内でDNAに生じる捩じれに起因した張力は1 pN以下と推測されることから，本装置を用いることで生体内環境と同程度のDNAの構造変化が測定可能となる。さらに，同一DNA試料に対し，複数回の捩じれ応答を測定した結果，同一の回転数で同一の構造変化が生じる箇所が存在することを見出した。この結果は，DNAの塩基配列には蛋白質の設計情報だけでなく，構造変化の情報も蓄積されていることを示唆している。
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