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2015 Fiscal Year Annual Research Report

周辺環境を記憶するDNA分子システムの開発

Research Project

Project/Area Number 26620131
Research InstitutionJapan Advanced Institute of Science and Technology

Principal Investigator

藤本 健造  北陸先端科学技術大学院大学, マテリアルサイエンス研究科, 教授 (90293894)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2016-03-31
KeywordsDNA鎖交換 / 光架橋
Outline of Annual Research Achievements

DNA分子のプログラミング能に着目し、これまでDNA分子自体に基本演算素子(AND, OR, NOT 等)が実装できることが報告されている。一方で、さらに高度な情報処理を実現するには,過去の入力情報を記憶して,その記憶と現在の入力にもとづいて次の出力を決定する計算機構(状態遷移機械)を実現することが必須であるが、これまで報告された試験管内の化学反応回路は,ほとんどが記憶能を持たない論理回路であった。一方で研究代表者が開発した光クロスリンク反応は秒単位で鋳型DNAに対して光架橋する系であるが、秒単位で高速操作できる特徴があり、この高速光架橋反応を組み込むことで、光照射によりDNAの鎖置換反応が数十倍加速することを見出した。昨年度は従来のリボース骨格ではなくアミノ酸骨格(D-トレオニノール骨格)に置換したシアノビニルカルバゾール誘導体(cnvD)を合成し、鎖置換交換反応の加速効果を評価した。今年度は高度なDNA演算の為に必要と考えられる異なった加速効果を有する3種類の光応答性塩基の作成に成功した。またそれら塩基がそれぞれ相補鎖との水素結合様式に応じて異なった加速効果を持つことを見出した。例えばシトシンへの光操作において通常相補塩基はグアニンであるが、イノシンやアミノプリンに変換することでDNA鎖置換反応を3倍から5倍程度高速化させることに成功した。類似配列でありながら光応答性人工塩基(cnvK, cnvDなど)と対象ターゲットシトシンの相補塩基(グアニン、イノシン、アミノプリン)を組み合わせる事で固有の反応係数を有するDNA鎖交換システムが構築でき、複雑な演算処理に向け重要な知見が得られた。

  • Research Products

    (6 results)

All 2016 2015

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Critical Effect of Base Pairing of Target Pyrimidine on the Inter-strand Photo-cross-linking of DNA via 3-Cyanovinylcarbazole Nucleoside2015

    • Author(s)
      Takashi Sakamoto; Minako Ooe; Kenzo Fujimoto
    • Journal Title

      Bioconjugate Chemistry

      Volume: 26 Pages: 1475 - 1478

    • DOI

      10.1021/acs.bioconjchem.5b00352

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Photo-cross-linking using trifluorothymidine and 3-cyanovinylcarbazole induced large shifted 19F MR signal2015

    • Author(s)
      Shigetaka Nakamura; Kenzo Fujimoto
    • Journal Title

      Chemical Communications

      Volume: 51 Pages: 11765 - 11768

    • DOI

      10.1039/C5CC02972D

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] A versatile puromycin-linker using cnvK for high-throughput in vitro selection by cDNA display2015

    • Author(s)
      Yuki Mochizu; Takeru Suzuki; Kenzo Fujimoto; Naoto Nemoto
    • Journal Title

      Journal of Biotechnology

      Volume: 212 Pages: 174 - 180

    • DOI

      10.1016/j.jbiotec.2015.08.020.

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] New insight of Engineering Expression System based on ultrafast DNA and RNA photo-cross-linking2015

    • Author(s)
      Shigetaka Nakamura, Kenzo Fujimoto
    • Organizer
      PEGS Europe 2015
    • Place of Presentation
      Lisbon, Portugal
    • Year and Date
      2015-11-03
  • [Presentation] Development about 19F chemical shift imaging of DNA conformation change2015

    • Author(s)
      Kenzo Fujimoto
    • Organizer
      World Molecular Imaging Congress (WMIC2015)
    • Place of Presentation
      Hawaii, U.S.A
    • Year and Date
      2015-09-02
    • Int'l Joint Research
  • [Book] Mofified Nucleic Acids2016

    • Author(s)
      Takashi Sakamoto; Kenzo Fujimoto
    • Total Pages
      14
    • Publisher
      Springer

URL: 

Published: 2017-01-06  

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