人工分子デバイス援用による新世代人工細胞

• 研究課題/領域番号: 15H02774
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生命・健康・医療情報学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 野村 慎一郎 東北大学, 工学研究科, 准教授 (50372446)
• 研究分担者: 齊藤 博英 京都大学, iPS細胞研究所, 教授 (20423014)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 16,510千円 (直接経費: 12,700千円、間接経費: 3,810千円); 2017年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2016年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2015年度: 8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円)
• キーワード: 人工細胞 / 分子ロボティクス / RNAナノテクノロジー / DNAナノテクノロジー / DNAコンピュータ / 細胞融合 / RNP / バイオテクノロジー

研究成果の概要

本課題では，DNA/RNAを用いて機能性分子デバイスを開発し，新規機能を示す新世代人工細胞の実現を目指した．人工分子デバイス群のデザインと機能評価を行い，さらにデバイスを実際に細胞内に導入するための手法の開発を行った.その結果，人工RNP（RNAとタンパク質の複合体）ナノ構造体を哺乳類細胞内で構築し機能させるという目標を達成した.また，脂質膜との連結をON/OFF制御するDNA複合体分子システム（分子クラッチ）を用いて，運動と静止が切り替わる人工細胞を構築した．その他構築された分子デバイスの成果も論文にて公表しており，本課題の成果は新世代の人工細胞構築に向けた基礎として利用されるだろう．

研究成果

• [雑誌論文] Construction of T-Motif-Based DNA Nanostructures through Enzymatic Reactions (2018)
  • 著者名/発表者名: Kageyama Ryo、Kawamata Ibuki、Tanabe Kaori、Suzuki Yuki、Nomura Shin-ichiro M.、Murata Satoshi
  • 雑誌名: ChemBioChem 巻: 19(8) 号: 8 ページ: 873-876
  • DOI: 10.1002/cbic.201700682
  • 査読あり
• [雑誌論文] DNA cytoskeleton for stabilizing artificial cells (2017)
  • 著者名/発表者名: Kurokawa Chikako、Fujiwara Kei、Morita Masamune、Kawamata Ibuki、Kawagishi Yui、Sakai Atsushi、Murayama Yoshihiro、Nomura Shin-ichiro M.、Murata Satoshi、Takinoue Masahiro、Yanagisawa Miho
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 巻: 114 号: 28 ページ: 7228-7233
  • DOI: 10.1073/pnas.1702208114
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In vitro transcription-translation using bacterial genome as a template to reconstitute intracellular profile (2017)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara Kei、Sawamura Tsunehito、Niwa Tatsuya、Deyama Tatsuki、Nomura Shin-ichiro M.、Taguchi Hideki、Doi Nobuhide
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 45 号: 19 ページ: 11449-11458
  • DOI: 10.1093/nar/gkx776
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Revolving Vernier Mechanism Controls Size of Linear Homomultimer (2017)
  • 著者名/発表者名: Takeo Uchida, Keita Abe, Yuma Endo, Shosei Ichiseki, Satoru Akita, Shiyun Liu, Sho Aradachi, Masataka Saito, Akihiko Fukuchi, Taiyo Kikkawa, Theo Dammaretz, Ibuki Kawamata, Yuki Suzuki, Shin-ichiro M. Nomura, Satoshi Murata
  • 雑誌名: Small 巻: 13 号: 41 ページ: 1702158-1702158
  • DOI: 10.1002/smll.201702158
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Stepping operation of rotary DNA origami device (2017)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Tomaru, Yuki Suzuki, Ibuki Kawamata, Shin-ichiro M Nomura and Satoshi Murata
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 53 ページ: 7716-7719
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unzipping and Shearing DNA with Electrophoresed Nanoparticle in Hydrogel (2017)
  • 著者名/発表者名: Keitel Abraham Cervantes-Salguero, Ibuki Kawamata, Shin-ichiro M Nomura and Satoshi Murata
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 巻: 19 ページ: 13414-13418
  • 査読あり
• [雑誌論文] アメーバ型分子ロボットの可能性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐藤祐介，川又生吹，野村慎一郎
  • 雑誌名: 医療と検査機器・試薬 巻: 40(3) ページ: 190-194
• [雑誌論文] Protein-driven RNA nanostructured devices that function in vitro and control mammalian cell fate. (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomonori Shibata, Yoshihiko Fujita, Hirohisa Ohno, Yuki Suzuki, Karin Hayashi, Kaoru R. Komatsu, Shunsuke Kawasaki, Kumi Hidaka, Shin Yonehara, Hiroshi Sugiyama, Masayuki Endo and Hirohide Saito
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 8 号: 1 ページ: 540-540
  • DOI: 10.1038/s41467-017-00459-x
  • NAID: 120006346264
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Synthetic mRNA devices that detect endogenous proteins and distinguish mammalian cells. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kawasaki S, Fujita Y, Nagaike T, Tomita K, Saito H.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Res. 巻: 45(12)
  • NAID: 120006305984
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Micrometer-sized molecular robot changes its shape in response to signal molecules (2017)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Sato, Yuichi Hiratsuka, Ibuki Kawamata, Satoshi Murata, Shin-ichiro M. Nomura
  • 雑誌名: Science Robotics 巻: 2 号: 4
  • DOI: 10.1126/scirobotics.aal3735
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Reversible Gel-Sol Transition of Photo-Responsive DNA Gel (2016)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Kandatsu, Ibuki Kawamata, Shogo Hamada, Shin-ichiro M. Nomura, Kenzo Fujimoto, Satoshi Murata
  • 雑誌名: ChemBioChem 巻: 17 号: 12 ページ: 1118-1121
  • DOI: 10.1002/cbic.201600088
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] BIOMOD：分子ロボティクスの次世代育成大会 (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐藤佑介, 瀧ノ上正浩, 野村 M. 慎一郎
  • 雑誌名: 生物物理 巻: 56 号: 5 ページ: 290-292
  • DOI: 10.2142/biophys.56.290
  • NAID: 130005264848
  • ISSN: 0582-4052, 1347-4219
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] RNA and RNP as Building Blocks for Nanotechnology and Synthetic Biology. (2016)
  • 著者名/発表者名: Ohno, Hirohisa and Saito, Hirohide
  • 雑誌名: Prog. Mol. Biol. Transl. Sci. 巻: 139 ページ: 165-185
  • DOI: 10.1016/bs.pmbts.2015.12.004
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Design, assembly, and evaluation of RNA-protein nanostructures. (2015)
  • 著者名/発表者名: Ohno H, Osada E, Saito H
  • 雑誌名: Methods in molecular biology 巻: 1297 ページ: 197-211
  • 査読あり
• [雑誌論文] Folding RNA-Protein Complex into Designed Nanostructures. (2015)
  • 著者名/発表者名: Shibata T, Suzuki Y, Sugiyama H, Endo M, Saito H
  • 雑誌名: Methods in molecular biology 巻: 1316 ページ: 169-179
  • 査読あり
• [雑誌論文] Efficient Detection and Purification of Cell Populations Using Synthetic MicroRNA Switches. (2015)
  • 著者名/発表者名: Miki K, Endo K, Takahashi S, Funakoshi S, Takei I, Katayama S, Toyoda T, Kotaka M, Takaki T, Umeda M, Okubo C, Nishikawa M, Oishi A, Narita M, Miyashita I, Asano K, Hayashi K, Osafune K, Yamanaka S, Saito H, Yoshida Y.
  • 雑誌名: Cell Stem Cell. 巻: 16(6) 号: 6 ページ: 699-711
  • DOI: 10.1016/j.stem.2015.04.005
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Droplet-Shooting and Size-Filtration (DSSF) Method for Synthesis of Cell-Sized Liposomes with Controlled Lipid Compositions (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Morita, H. Onoe, M. Yanagisawa, H. Ito, M. Ichikawa, K. Fujiwara, H. Saito and M. Takinoue
  • 雑誌名: ChemBioChem 巻: 16 号: 14 ページ: 2029-2035
  • DOI: 10.1002/cbic.201500354
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Mammalian synthetic circuits with RNA binding proteins for RNA-only delivery. (2015)
  • 著者名/発表者名: Wroblewska L, Kitada T, Endo K, Siciliano V, Stillo B, Saito H, Weiss R
  • 雑誌名: Nature biotechnology 巻: 33 号: 8 ページ: 839-841
  • DOI: 10.1038/nbt.3301
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Synthetic RNA technologies to program cells (2018)
  • 著者名/発表者名: 齊藤博英
  • 学会等名: The SPIRITS INTERNATIONAL SYMPOSIUM 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Motility control of amoeba type molecular robot by DNA devices and molecular motors (2017)
  • 著者名/発表者名: Yusuke SATO, Yuichi HIRATSUKA, Ibuki KAWAMATA, Satoshi MURATA and Shin- ichiro M. NOMURA
  • 学会等名: FNANO2017
  • 発表場所: Snowbird Cliff Lodge, Snowbird, Utah, USA
  • 年月日: 2017-04-10
  • 国際学会
• [学会発表] Molecular robots under construction: amoeba-type artificial cell model (2017)
  • 著者名/発表者名: Nomura M. Shin-ichiro, Sato Yusuke, Hiratsuka Yuichi, Kawagishi Yui, Ogura Toshihiko, Kawamata Ibuki, Murata Satoshi
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2017-03-15
  • 招待講演
• [学会発表] 自動人工アメーバ型マイクロ分子ロボット (2017)
  • 著者名/発表者名: 野村 M. 慎一郎
  • 学会等名: NI-SIGNAC-CSS合同研究会
  • 発表場所: 東京工業大学，大岡山キャンパス
  • 年月日: 2017-03-10
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular robotics approach for creating artificial cells (2017)
  • 著者名/発表者名: Shinichiro Nomura
  • 学会等名: The 6th Conference on Exploring Next-Generation Materials Science and Nanoscience (6NGMSNS)
  • 発表場所: NISEKO CONFERENCE CENTRE，北海道，ニセコ町
  • 年月日: 2017-01-07
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular Robot: An artificial molecular system constructed by integration of molecular machines (2017)
  • 著者名/発表者名: Shin-ichiro M. NOMURA
  • 学会等名: ICRA2017 workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 物質転送ベシクル：細胞内への大規模物体導入法 (2017)
  • 著者名/発表者名: 野村 慎一郎
  • 学会等名: 第69回日本細胞生物学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] アメーバ型分子ロボットの構築 (2017)
  • 著者名/発表者名: 野村 慎一郎
  • 学会等名: バイオ高分子研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 物質転送ベシクル:細胞内への大規模物体導入法 (2017)
  • 著者名/発表者名: 野村 慎一郎
  • 学会等名: ミトコンドリアサイエンスワークショップ2017
  • 招待講演
• [学会発表] Non Natural Tiny-wet Machine: Molecular Robot (2017)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Sato, Yuichi Hiratsuka, Ibuki Kawamata, Satoshi Murata and Shin-ichiro M. Nomura
  • 学会等名: 2017 International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Molecular Robot with Switching Molecular Motors (2017)
  • 著者名/発表者名: NOMURA M. Shin-ichiro
  • 学会等名: International Symposium on Nanomedicine 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Molecular Robotics: yet another artificial cell (2017)
  • 著者名/発表者名: Shin-ichiro M. Nomura
  • 学会等名: The Active Matter Workshop 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Synthetic RNA switch technologies to purify and program target cell types (2017)
  • 著者名/発表者名: 齊藤博英
  • 学会等名: 14th US-Japan Symposium on Drag Delivery Systems
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] RNAナノデバイスによる細胞プログラミング (2017)
  • 著者名/発表者名: 齊藤博英
  • 学会等名: 第30回 バイオエンジニアリング講話会
  • 招待講演
• [学会発表] Synthetic RNA-protein nanostructured devices that function in vitro and in cells (2017)
  • 著者名/発表者名: 齊藤博英
  • 学会等名: 生物物理学会
  • 招待講演
• [学会発表] Robotic Vesicle: Motility Control of Microcapsule by DNA devices and Molecular Motors (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Sato, Y. Hiratsuka, I. Kawamata, S. Murata, S. M. Nomura
  • 学会等名: Thirteenth International Conference on Flow Dynamics
  • 発表場所: 仙台国際会議場
  • 年月日: 2016-10-10
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞様構造をつくる分子ロボットのデザイン (2016)
  • 著者名/発表者名: 野村 M. 慎一郎
  • 学会等名: アストロバイオロジーネットワーク2016年年会
  • 発表場所: 東北大学 さくら記念ホール
  • 年月日: 2016-09-22
  • 招待講演
• [学会発表] Protein-driven nanostructures:Controlling mammalian cell fate (2016)
  • 著者名/発表者名: Hirohide Saito
  • 学会等名: RNA Naonotechnology Conference
  • 発表場所: Wokefield Park, UK
  • 年月日: 2016-08-01
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Synthetic RNA switches & nanostructures that Indentify and control target mammmalian cells based n intracelluar information (2016)
  • 著者名/発表者名: Hirohide Saito
  • 学会等名: FIBER International summit for nucleic acids2016
  • 発表場所: 甲南大学，日本
  • 年月日: 2016-07-06
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Synthetic RNA switches & nanostructures: programming mammalian cell fate (2016)
  • 著者名/発表者名: Hirohide Saito
  • 学会等名: special bioengineering seminar in Caltech
  • 発表場所: カリフォルニア工科大学，USA
  • 年月日: 2016-06-19
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of Molecular Sensor and Device for Intelligent Molecular Robots (2016)
  • 著者名/発表者名: Hirohide Saito
  • 学会等名: IEEE-NEMS2016
  • 発表場所: Taikanso, Matsushima, Sendai
  • 年月日: 2016-04-17
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] アメーバ型分子ロボットのデザインと構築 (2016)
  • 著者名/発表者名: 野村 M. 慎一郎
  • 学会等名: 11th Beyond^x Robotics 研究会
  • 発表場所: 仙台市，東北大学
  • 年月日: 2016-03-26
  • 招待講演
• [学会発表] Synthetic RNA Switches and Circuits to Detect and Purify Target Live Cells (2016)
  • 著者名/発表者名: Hirohide Saito
  • 学会等名: UC San Diego Kyoto University joint Sympojium
  • 発表場所: University of Califonia ,San Diego（USA・SanDiego）
  • 年月日: 2016-03-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Synthetic RNA Switches and Nanostructures ti Detect,Purify,and Control Target Mammalian Calls (2016)
  • 著者名/発表者名: Hirohide Saito
  • 学会等名: SBE's 6ｔｈ International Conference on Biomolecular Engineerin
  • 発表場所: Grand Hyatt Singapore(Singapore)
  • 年月日: 2016-01-04
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] RNA membrane vesicle: micro compartment made by designed RNA molecules (2015)
  • 著者名/発表者名: NOMURA M. Shin-ichiro, SAITO Hirohide, TAKINOUE Masahiro, FUJIWARA Kei, OHNO Hirohisa
  • 学会等名: PacifiChem2015
  • 発表場所: Honolulu, Hawaii, USA
  • 年月日: 2015-12-16
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] "Synthetic RNA technologies to detect, purify, and control live cell populations" (2015)
  • 著者名/発表者名: Hirohide Saito
  • 学会等名: Paris Symposium on Integrated Cell-Material Sciences
  • 発表場所: Institut Pierre-Gilles de Gennes pour la Microfluidique(Paris,France)
  • 年月日: 2015-10-12
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 合成細胞生物学ツールとして活用するGUV人工細胞モデル (2015)
  • 著者名/発表者名: NOMURA M. Shin-ichiro
  • 学会等名: 第53回日本生物物理学会
  • 発表場所: 金沢市，金沢大学
  • 年月日: 2015-09-15
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular information processing in micro gel beads with entrapped DNAs (2015)
  • 著者名/発表者名: Satoru Yoshizawa, Ibuki Kawamata, Shin-ichiro M. Nomura, Satoshi Murata
  • 学会等名: DNA21
  • 発表場所: Harvard Univ., Boston, USA
  • 年月日: 2015-08-17
  • 国際学会
• [学会発表] Electrofusion of Cell-GUV enables micrometer-sized artificial objects transfer into live cells (2015)
  • 著者名/発表者名: Akira C. Saito, Toshihiko Ogura, Satoshi Murata, and Shin-ichiro M. Nomura
  • 学会等名: 10th European Biophysics Congress
  • 発表場所: Dresden, Germany
  • 年月日: 2015-07-18
  • 国際学会
• [学会発表] Designing an Artificial Membrane Channel From DNA origami (2015)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Hirahara, Ibuki Kawamata, Satoshi Murata, NOMURA M. Shin-ichiro
  • 学会等名: FNANO15
  • 発表場所: SNOWBIRD, UT, USA
  • 年月日: 2015-04-13
  • 国際学会
• [図書] ナノテクノロジーが拓く 未来の医療（第3章, 3-1） (2017)
  • 著者名/発表者名: 齊藤博英
  • 総ページ数: 272
  • 出版者: 丸善プラネット
• [備考] 骨格で支えられた人工細胞の形成に成功 薬用カプセルや化粧品などの応用に耐える補強が実現
  • URL: https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2017/06/press20170626-02.html
• [備考] 細胞内でタンパク質を検出して運命制御できる「RNA ナノマシン」の構築
  • URL: http://www.cira.kyoto-u.ac.jp/j/pressrelease/news/170915-080000.html
• [備考] 2017年 | プレスリリース
  • URL: http://www.tohoku.ac.jp/japanese/2017/03/press20170228-02.html
• [備考] Research News
  • URL: http://www.tohoku.ac.jp/en/press/molecular_robot.html
• [産業財産権] RNA-タンパク質複合体とその使用 (2016)
  • 発明者名: 齊藤博英, 柴田知範
  • 権利者名: 齊藤博英, 柴田知範
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2016-07-16
  • 外国
• [産業財産権] 生きた細胞内へのミトコンドリア導入法 (2015)
  • 発明者名: 小椋利彦，野村慎一郎，齋藤明
  • 権利者名: 国立研究開発法人科学技術振興機構
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2015-185058
  • 出願年月日: 2015-09-18