DNAオリガミシートを使った分子デリバリーシステムの構築

• 研究課題/領域番号: 16K14033
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 生体関連化学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 遠藤 政幸 京都大学, 理学研究科, 特定准教授 (70335389)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2017年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2016年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: DNAナノテクノロジー / DNAオリガミ / リポソーム / 脂質膜 / 原子間力顕微鏡 / デリバリーシステム / 細胞機能制御 / DNAナノ構造体 / 人工受容体 / 細胞 / ドラッグデリバリー

研究成果の概要

本研究では、細胞膜を貫通するDNAナノ構造体の構築と分子デリバリーへの応用を目指した技術開発を目的とした。脂質膜を貫通できる針状の部位を持つ2次元DNAオリガミ構造体を設計・構築し、脂質二重膜と相互作用し格子状の集合体を形成することを高速AFMで動的に観察した。細胞のモデル系であるリポソームを用いることで、針状部位が脂質膜を貫通し、ターゲット分子のリポソーム内への導入と内部の生化学反応を開始することに成功した。この構築した系を用いて、細胞に対して目的分子を細胞表面から導入できる新たな系へと発展させる。

研究成果

• [国際共同研究] Kent State University(米国)
• [国際共同研究] Technische Universität München(Germany)
• [国際共同研究] University of Bordeaux(France)
• [国際共同研究] University of Leeds(英国)
• [雑誌論文] DNA Origami Scaffolds as Templates for Functional Tetrameric Kir3 K+ Channels (2018)
  • 著者名/発表者名: Kurokawa Tatsuki、Kiyonaka Shigeki、Nakata Eiji、Endo Masayuki、Koyama Shohei、Mori Emiko、Tran Nam Ha、Dinh Huyen、Suzuki Yuki、Hidaka Kumi、Kawata Masaaki、Sato Chikara、Sugiyama Hiroshi、Morii Takashi、Mori Yasuo
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 巻: 57 号: 10 ページ: 2586-2591
  • DOI: 10.1002/anie.201709982
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Direct Single-Molecule Observation of Mode and Geometry of RecA-Mediated Homology Search (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Lee, M. Endo, J. Hobbs, C. Walti
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: 12 号: 1 ページ: 272-278
  • DOI: 10.1021/acsnano.7b06208
  • NAID: 120006491911
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Triggering nucleic acid nanostructure assembly by conditional kissing interactions (2018)
  • 著者名/発表者名: L. Azema, S. Bonnet-Salomon, M. Endo, Y. Takeuchi, G. Durand, T. Emura, K. Hidaka, E. Dausse, H. Sugiyama, J.-J. Toulme
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 46 号: 3 ページ: 1052-1058
  • DOI: 10.1093/nar/gkx1267
  • NAID: 120006466621
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] DNAから作るナノスケールの構造体―そのデザインと作成― (2018)
  • 著者名/発表者名: 遠藤 政幸
  • 雑誌名: 化学と教育 巻: 66 ページ: 88-91
  • NAID: 130007589697
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single-Molecule Observation of the Photoregulated Conformational Dynamics of DNA Origami Nanoscissors (2017)
  • 著者名/発表者名: Willner Elena M.、Kamada Yuu、Suzuki Yuki、Emura Tomoko、Hidaka Kumi、Dietz Hendrik、Sugiyama Hiroshi、Endo Masayuki
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 56 号: 48 ページ: 15324-15328
  • DOI: 10.1002/anie.201708722
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Holliday junction resolvases mediate chloroplast nucleoid segregation (2017)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Y, Misumi O, Odahara M, Ishibashi K, Hirono M, Hidaka K, Endo M, Sugiyama H, Iwasaki H, Kuroiwa T, Shikanai T, Nishimura Y.
  • 雑誌名: Science 巻: 356 号: 6338 ページ: 631-634
  • DOI: 10.1126/science.aan0038
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Confined Space Facilitates G-quadruplex Formation (2017)
  • 著者名/発表者名: P. Shrestha, S. Jonchhe, T. Emura, K. Hidaka, M. Endo, H. Sugiyama, H. Mao
  • 雑誌名: Nature Nanotechnology 巻: 12 号: 6 ページ: 582-588
  • DOI: 10.1038/nnano.2017.29
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [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] A Photoregulated DNA-Based Rotary System And Direct Observation of Its Rotational Movement (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Yang, R. Tashiro, Y. Suzuki, T. Emura, K. Hidaka, H. Sugiyama, M. Endo
  • 雑誌名: Chemistry, A European Journal 巻: 23 号: 16 ページ: 3979-3985
  • DOI: 10.1002/chem.201605616
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] High-Resolution Imaging of a Single Gliding Protofilament of Tubulins by HS-AFM (2017)
  • 著者名/発表者名: Keya Jakia Jannat、Inoue Daisuke、Suzuki Yuki、Kozai Toshiya、Ishikuro Daiki、Kodera Noriyuki、Uchihashi Takayuki、Kabir Arif Md. Rashedul、Endo Masayuki、Sada Kazuki、Kakugo Akira
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 6166-6166
  • DOI: 10.1038/s41598-017-06249-1
  • NAID: 120006368158
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Programmable formation of catalytic RNA triangles and squares by assembling modular RNA enzymes (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Oi, D. Fujita, Y. Suzuki, H. Sugiyama, M. Endo, S. Matsumura, Y. Ikawa
  • 雑誌名: The Journal of Biochemistry 巻: - ページ: 451-462
  • DOI: 10.1093/jb/mvw093
  • NAID: 40021219839
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Torsional Constraints of DNA Substrates Impact Cas9 Cleavage (2016)
  • 著者名/発表者名: M. H. Raz, K. Hidaka, S. J. Sturla, H. Sugiyama, M. Endo
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 138 号: 42 ページ: 13842-13845
  • DOI: 10.1021/jacs.6b08915
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Triple Helix Formation in a Topologically Controlled DNA Nanosystem (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamagata, T. Emura, K. Hidaka, H. Sugiyama, M. Endo
  • 雑誌名: Chemistry, A European Journal 巻: 22 号: 16 ページ: 5494-5498
  • DOI: 10.1002/chem.201505030
  • NAID: 120006462499
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A light-driven 3D plasmonic nanosystem that translates molecular motion into reversible chiroptical function (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Kuzyk, Y. Yang, X. Duan, S. Stoll, A. O. Govorov, H. Sugiyama, M. Endo, N. Liu
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 7 号: 1 ページ: 10591-10591
  • DOI: 10.1038/ncomms10591
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Mechanical Properties of DNA Origami Nanoassemblies are Determined by Holliday Junction Mechanophores (2016)
  • 著者名/発表者名: P. Shrestha, T. Emura, D. Koirala, K. Hidaka, W. Maximuck, M. Endo, H. Sugiyama, H. Mao
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 44 号: 14 ページ: 6574-6582
  • DOI: 10.1093/nar/gkw610
  • NAID: 120005829396
  • 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] Examining cooperative binding of Sox2 on DC5 regulatory element upon complex formation with Pax6 through excess electron transfer assay (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Saha, S. Kizaki, D. De, M. Endo, K. K. Kim, H. Sugiyama
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 44 号: 14 ページ: e125-e125
  • DOI: 10.1093/nar/gkw478
  • NAID: 120005829395
  • 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] Single-molecule observations of RNA-RNA kissing interactions in a DNA nanostructure (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Takeuchi, M. Endo, Y. Suzuki, K. Hidaka, G. Durand, E. Dausse, J.-J. Toulme, H. Sugiyama
  • 雑誌名: Biomaterials Science 巻: 4 号: 1 ページ: 130-135
  • DOI: 10.1039/c5bm00274e
  • NAID: 120005980894
  • 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] Self-assembling DNA hydrogel-based delivery of immunoinhibitory nucleic acids to immune cells. (2016)
  • 著者名/発表者名: Nishida Y, Ohtsuki S, Araie Y, Umeki Y, Endo M, Emura T, Hidaka K, Sugiyama H, Takahashi Y, Takakura Y, Nishikawa M.
  • 雑誌名: Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine 巻: 12 号: 1 ページ: 123-130
  • DOI: 10.1016/j.nano.2015.08.004
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] DNAオリガミの応用 構造から機能へ (2016)
  • 著者名/発表者名: 遠藤 政幸
  • 雑誌名: 現代化学 巻: 544 ページ: 40-45
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 自己集合性3次元DNA結晶のAFMによる結晶表面観察 (2018)
  • 著者名/発表者名: 浴 晴彦, 杉山 弘, 遠藤 政幸
  • 学会等名: 日本化学会第98春季年会(2018)
• [学会発表] 狭小空間での分子の振る舞い (2018)
  • 著者名/発表者名: 遠藤 政幸
  • 学会等名: 第１回分子ロボティクス年次大会
• [学会発表] DNAオリガミを使った１分子の観察 (2018)
  • 著者名/発表者名: 遠藤 政幸
  • 学会等名: 静岡ライフサイエンスシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] High-speed AFM imaging of synthetic nanomachines and nanostructures (2018)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Endo
  • 学会等名: The SPIRITS International Symposium 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Chemically controllable nanosystems constructed in the nanostructures (2017)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Endo
  • 学会等名: 日本生物物理学会 第54回年会
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 2017-11-27
  • 招待講演
• [学会発表] DNA鎖の拘束によるCas9切断への影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: Michael H. Reaz, 日高 久美, Shana J. Sturla, 杉山 弘, 遠藤 政幸
  • 学会等名: 日本化学会第97春季年会(2017)
  • 発表場所: 慶応大学日吉キャンパス
  • 年月日: 2017-03-18
• [学会発表] コンフォメーション変換により化学反応を誘導するDNAナノ構造体の構築 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鎌田 佑, 竹内 洋祐, 竹中 友洋, 江村 智子, 杉山 弘, 遠藤 政幸
  • 学会等名: 日本化学会第97春季年会(2017)
  • 発表場所: 慶応大学日吉キャンパス
  • 年月日: 2017-03-18
• [学会発表] Observation of single-molecule behavior in the DNA nanospace (2017)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Endo
  • 学会等名: The 3rd SPIRIT international symposium, Light Opening up Frontier of DNA and Nanocrystal Superstructures
  • 発表場所: Kyoto University
  • 年月日: 2017-02-02
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ナノ空間での1分子の振る舞い (2017)
  • 著者名/発表者名: 遠藤 政幸
  • 学会等名: ケミカルバイオロジー Mini-sumposium at KIT
  • 発表場所: 京都工芸繊維大学
  • 年月日: 2017-01-16
  • 招待講演
• [学会発表] Observation of biophysical property of G-quadruplex in a confined nanospace (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Endo, P. Shrestha, S. Jonchhe, T. Emura, K. Hidaka, H. Sugiyama, H. Mao
  • 学会等名: The 44th International Symposium on Nucleic Acid Chemistry
  • 国際学会
• [学会発表] Direct observation of photoresponsive DNA nanodevice and its self-assembly (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Kamada, E. Willner, Y. Suzuki, T. Emura, K. Hidaka, H. Dietz, H. Sugiyama, M. Endo
  • 学会等名: The 44th International Symposium on Nucleic Acid Chemistry
  • 国際学会
• [学会発表] Biophysical property of G-quadruplex caged in a confined DNA nanospace (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Endo, P. Shrestha, S. Jonchhe, T. Emura, K. Hidaka, H. Sugiyama, H. Mao
  • 学会等名: The 23rd International Meeting on DNA Computing and Molecular Programming
  • 国際学会
• [学会発表] 制限された空間でのグアニン四重鎖の物性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 遠藤 政幸, Prakash Shrestha, Sagun Jonchhe, 江村 智子, 日高 久美, 杉山 弘, Hanbin Mao
  • 学会等名: 第11回バイオ関連化学シンポジウム
• [学会発表] High-speed AFM imaging of synthetic nanomachines and nanostructures (2017)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Endo
  • 学会等名: Unconventional Computation and Natural Computation 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 光応答性を持つDNA分子デバイスの構築とその自己集積化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鎌田 佑, Elena Willner, 鈴木 勇輝, 江村 智子, 日高 久美, Hendrik Dietz, 杉山 弘, 遠藤 政幸
  • 学会等名: 日本ケミカルバイオロジー学会 第12回年会
• [学会発表] Observation of single biomolecule properties in a DNA nanospace (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Endo, P. Shrestha, S. Jonchhe, T. Emura, K. Hidaka, H. Sugiyama, H. Mao
  • 学会等名: 14th Conference on the Foundations of Nanoscience 2017
  • 国際学会
• [学会発表] AFM-based single-molecule imaging of biomolecules and synthetic molecules in the DNA origami nanostructures (2016)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Endo
  • 学会等名: Department of Health Sciences and Technology, ETH Zurich
  • 発表場所: Zurich, Switzerland
  • 年月日: 2016-09-30
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Direct observation of the duplex formation and dissociation in the G-quadruplex-/i-motif-forming site (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Endo, X. Xing, X. Zhou, T. Emura, K. Hidaka, B. Tuesuwan H. Sugiyama
  • 学会等名: The 43rd International Symposium on Nucleic Acid Chemistry
  • 発表場所: Kumamoto University
  • 年月日: 2016-09-28
  • 国際学会
• [学会発表] Photoregulated DNA-based rotary nanomachine and direct visualization of the rotational movement (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Yang, R. Tashiro, Y. Suzuki, T. Emura, K. Hidaka, H. Sugiyama, M. Endo
  • 学会等名: DNA22: The Twentieth International Meeting on DNA Computing and Molecular Programming
  • 発表場所: udwig-Maximilians-University Munchen, Germany
  • 年月日: 2016-09-04
  • 国際学会
• [学会発表] Filling cavities of lipid-bilayer-supported two-dimensional DNA origami arrays (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Suzuki, H. Sugiyama, M. Endo
  • 学会等名: DNA22: The Twentieth International Meeting on DNA Computing and Molecular Programming
  • 発表場所: udwig-Maximilians-University Munchen, Germany
  • 年月日: 2016-09-04
  • 国際学会
• [学会発表] High-speed AFM imaging of biomolecules and synthetic molecules in the DNA origami nanostructures (2016)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Endo
  • 学会等名: Department of Chemistry and Biochemistry, Kent State University
  • 発表場所: Kent, OH, USA
  • 年月日: 2016-07-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Photo-controlled mobile DNA nanosystems constructed in the DNA nanostructures (2016)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Endo
  • 学会等名: 13th Conference on the Foundations of Nanoscience 2016
  • 発表場所: Snowbird, UT, USA
  • 年月日: 2016-04-11
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] CSJカレントレビュー 分子マシンの展開 (2017)
  • 著者名/発表者名: 遠藤政幸 杉山弘
  • 出版者: 化学同人
• [図書] RNA Technologies (V. A. Erdmann, S. Jurga, J. Barciszewski Eds.) Modified Nucleic Acids in Biology and Medicine Volume 7 (2016)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Endo
  • 出版者: Springer Verlag
• [備考] DNA Nanotechnology Group, Kyoto University
  • URL: http://kuchem.kyoto-u.ac.jp/chembio/top_page_j.html
• [備考] 京都大学 DNAナノテクノロジー
  • URL: http://kuchem.kyoto-u.ac.jp/chembio/top_page_j.html