| 研究領域 | ＤＮＡの物性から理解するゲノムモダリティ |
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| 研究課題/領域番号 |
20H05935
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| 研究種目 |
学術変革領域研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
学術変革領域研究区分(Ⅲ)
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
瀧ノ上 正浩 東京工業大学, 情報理工学院, 教授 (20511249)
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| 研究分担者 |
鈴木 宏明 中央大学, 理工学部, 教授 (20372427)
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| 研究期間 (年度) |
2020-11-19 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
127,530千円 (直接経費: 98,100千円、間接経費: 29,430千円)
2024年度: 26,260千円 (直接経費: 20,200千円、間接経費: 6,060千円)
2023年度: 26,260千円 (直接経費: 20,200千円、間接経費: 6,060千円)
2022年度: 25,740千円 (直接経費: 19,800千円、間接経費: 5,940千円)
2021年度: 33,280千円 (直接経費: 25,600千円、間接経費: 7,680千円)
2020年度: 15,990千円 (直接経費: 12,300千円、間接経費: 3,690千円)
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| キーワード | DNAナノテクノロジー / 人工染色体 / 人工細胞 / マイクロ流体工学 / ソフトマター / 分子ロボティクス / 人工クロマチン / 人工細胞核 / DNA液滴・DNAゲル / DNAナノテクノロジ / DNAゲル |
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| 研究開始時の研究の概要 |
DNAは、ナノスケールでは硬い構造を持ち、メゾスケール (ゲノムDNAスケール; 数百 nmから数十μm) では柔軟な高分子物性を示す階層性のある「ソフトマター」である。DNAのナノスケールの熱力学は分かっているものの、細胞生物学的に重要なメゾスケールの構造物性や動態については解明が進んでいない。本研究では、ゲノムDNAモデルや細胞核モデルを人工合成することにより、メゾスケールのDNAの構造物性や制御原理をナノスケールから解明することを目指す。
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、DNAが、ナノ情報を元に、細胞核スケールの微小空間で、いかにしてメゾ・マイクロスケールのマルチモーダルなゲノムDNAの構造・物性・機能(液-液相分離、分子内相分離、界面張力、粘弾性、体積相転移、非平衡性など)を発現するのか、そのソフトマター物理学的な起源は何かということを解明することである。
今年度、研究代表者・瀧ノ上は、DNAゲルやDNA液滴といった、メゾ・マイクロスケールの集合体とその構成要素であるナノスケールのDNAナノ構造との関係を、粘性・表面張力等の基礎物性と塩基配列の関係の点から詳細に調べた。その結果、相転移温度付近におけるDNA液滴の界面張力および粘性が、塩基配列設計により変わることを見出した。また、メゾ・マイクロスケールの集合体であるDNAゲル・DNA液滴の相分離挙動を光で制御する技術を構築した。具体的には、アゾベンゼン基を導入したDNAゲル・DNA液滴が、紫外光（UV）と可視光の照射によりそれぞれ、ゲル→液滴、液滴→ゲルの可逆な転移をすることを示し、塩基配列やアゾベンゼン基の導入位置によって、転移点をコントロールすることができることも見出した。また、A01-1班研究協力者の吉川らとともに発見した、DNAナノプレート等の比較的大きな構造が、液-液相分離液滴の界面に集積する現象の物理的なメカニズムの探求とともに、自発的にDNAナノプレートが集積したマイクロカプセル構造を示すことを見出した。
分担者の鈴木は、研究代表者・瀧ノ上と協力し、マイクロ流路による均一GUV生成技術により細胞を模擬した人工脂質膜小胞を形成させ、その中でのDNA凝集体（DNA液滴、DNAゲル）の挙動を詳細に調べた。この系は、今後、人工核として機能させる。また、振動誘起流れを用いることでも、DNA凝集体のマクロサイズ制御が行えることを示した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
代表者、分担者ともに、研究計画書に記載の実施内容について予定通り順調に研究を進めており、成功を収めている。実施過程でメゾ・マイクロスケールのDNAに関する新たな発見もあり、それを発展させている。
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| 今後の研究の推進方策 |
代表者・瀧ノ上は、これまでの基礎技術を発展させ、DNA液滴等のメゾ・マイクロスケールのDNA集合体のゲル-液滴-分散転移現象における協同的な現象について、構成要素であるDNAナノ構造モノマーの形状との関連を調べる。また、化学エネルギー（ATP等）や酵素存在下での動的物性についてさらに検証し、物理メカニズムを探求する。これらを応用した人工細胞核の構築も進める。分担者・鈴木は、引き続き、マイクロ流路による均一GUV生成技術を発展させることで、混雑環境が遺伝子発現に与える影響の解析や、DNA凝集たんぱく質がDNAのコンフォメーションに与える影響、について詳細な検討を行う。また、必要に応じ、本技術を領域内の他の研究グループに提供する。
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