Development of molecular motor-based micro/nanodevice by using DNA pre-programming
| Project/Area Number |
20K15141
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 28040:Nanobioscience-related
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
井上 大介 九州大学, 芸術工学研究院, 助教 (40869765)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2022: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | 無細胞タンパク質発現系 / 合成生物学 / 細胞骨格 / 生体分子モーター / ナノテクノロジー / 無細胞タンパク質発現 / 微小管 / キネシン / DNAナノテクノロジー / 分子機械 |
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| Outline of Research at the Start |
生体システムを構成する多くのタンパク質は、超小型で優れた機能を有することから、マイクロ・ナノデバイスの材料として期待されている。しかし、タンパク質は熱や乾燥などに弱く、タンパク質で構築したデバイスは長期保存や輸送ができない。一方、DNAは極めて安定であると共に、タンパク質の情報記録分子である。本研究では、タンパク質(生体分子モーター系)をコードした遺伝子をもつＤＮＡをガラス基板上にプリントすることで、デバイス構成に必要な情報を基板上にプレ-プログラミングし、長期保存することを可能にする。基板表面でタンパク質を発現させ、タンパク質間の相互作用による自己集積を利用し、デバイスの構築技術を確立する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、ガラス基板上にDNAを印刷し、無細胞タンパク質合成系を用いてタンパク質デバイスを構築する技術を開発することを目的としている。タンパク質は通常、その不安定さから工業的に応用し、商業利用することが難しいが、この技術では遺伝情報を基板に印刷することにより、タンパク質デバイスの長期保存を可能にし、必要時にタンパク質を合成してデバイスとして機能させることができる。上記の目的を達成するために、本研究では、微小な生体動力系であり、以前からマイクロデバイスの構築材料として用いられてきた生体分子モーター系(細胞骨格/モータータンパク質)を無細胞合成することに挑戦した。これまでに一部のモータータンパク質については、運動性を有するものを合成することに成功している。さらに、ガラス基板に印刷したDNAから、モータータンパク質を合成し、機能させることにも成功している。
本年度では、アクチン細胞骨格と相補的に結合する主要なモータータンパク質であるミオシンII及びミオシンX、高速運動型のミオシンXIの合成に挑戦した。さらに、コムギ胚芽抽出液を用いてアクチン自体の無細胞合成も試みた。ミオシンXIは細胞で発現されたものと同等の速度で運動することが見出された。一方、ミオシンII及びミオシンXはアクチンと高い結合親和性を示すものが得られたものの運動は確認できず、また、合成アクチンは重合活性を示さなかった。
これにより、ミオシンの一部については無細胞合成系で運動性を有するものを容易に得ることができたが、アクチン合成の改善が必要であることが示された。過去の研究例より、アクチンのフォールディングに必要な分子シャペロンであるシャペロニン（CCT）を入手することで、アクチンの無細胞合成を最適化することができると予想される。本研究が達成されることにより、タンパク質デバイスの実用化と応用範囲の拡大が期待される。
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Report
(4 results)
Research Products
(31 results)
