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分子輪投げによる環状DNA1分子の直接リアルタイム解析

研究課題

研究課題/領域番号 18K06175
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分43040:生物物理学関連
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

平野 研  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 主任研究員 (80392653)

研究分担者 寺尾 京平  香川大学, 創造工学部, 准教授 (80467448)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2019年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2018年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワードゲノム / DNA / 直鎖 / 環状 / 1分子 / マイクロ流体デバイス / 分子輪投げ / 1分子DNA / 環状DNA / 1分子ダイナミクス解析 / 生物物理 / ナノバイオ / マイクロ・ナノ流体デバイス / DNA1分子 / マイクロ・ナノデバイス
研究成果の概要

本研究課題においては、環状DNA1分子を「輪」の状態で観察し、直接リアルタイム解析可能な手法を達成することを目的とした。従来は直鎖のDNA1分子観察により様々な発見や現象の解明が成されてきた。しかし、生体内でもう一つの重要なゲノムDNAの構造である「環状」DNAについては、その1分子観察手法自体が開発されていない状況である。本研究課題では、独自の分子輪投げデバイ スにより、環状DNA1分子を輪投げの要領でマイクロピラーに引っ掛け「輪」の状態で捕捉し観察する手法を提供する。これにより 周囲溶液環境等との相互作用など、環状DNAの構造・形態変化のダイナミクスについてリアルタイム観察の達成を目指す。

研究成果の学術的意義や社会的意義

近年、DNAを1分子レベルでリアルタイムに観察する技術の発展により、これまで未知であった生体内の働きや現象について、新たな発見をもたらしている。ただ、この観察技術は直線状のDNA分子にしか適用できていないのが現状である。生体内のゲノムDNAにはもう一つの構造があり、その「環状」のDNA構造は、直接的・間接的に生体内で重要な働きを担っているものの1分子解析ができなかった。そこで本研究課題では、環状DNAの1分子リアルタイム観察を実現するため、半導体微細加工技術を用いて作製した新規デバイスにより環状DNA1分子を分子輪投げの要領で捕まえて「輪」の状態で、且つリアルタイムに観察可能な手法を確立した。

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2021 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (3件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] On-site processing of single chromosomal DNA molecules using optically driven microtools on a microfluidic workbench2021

    • 著者名/発表者名
      Masuda Akihito、Takao Hidekuni、Shimokawa Fusao、Terao Kyohei
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 号: 1 ページ: 7961-7961

    • DOI

      10.1038/s41598-021-87238-3

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] SU-8ナノ加工を用いた光操作型ナノニードルの開発2021

    • 著者名/発表者名
      原田雅彦, 高尾英邦, 下川房男, 寺尾京平
    • 雑誌名

      電気学会論文誌E

      巻: 141 ページ: 20010386-20010386

    • NAID

      130008046595

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Stainless microfluidic probe with 2D-array microapertures2021

    • 著者名/発表者名
      Takahashi Koki、Kamiya Shogo、Takao Hidekuni、Shimokawa Fusao、Terao Kyohei
    • 雑誌名

      AIP Advances

      巻: 11 号: 1 ページ: 015331-015331

    • DOI

      10.1063/5.0014119

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Biomaterials: Bone Mineral Analogue Ceramic Block as an Instant Adhesive to Biological Soft Tissue (Adv. Mater. Interfaces 6/2021)2021

    • 著者名/発表者名
      Sugiura Yuki、Okada Masahiro、Hirano Ken、Matsumoto Takuya
    • 雑誌名

      Advanced Materials Interfaces

      巻: 8 号: 6 ページ: 2170033-2170033

    • DOI

      10.1002/admi.202170033

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Capture and elongation of single chromosomal DNA molecules using optically driven microchopsticks2020

    • 著者名/発表者名
      Inukai Ryo、Takao Hidekuni、Shimokawa Fusao、Terao Kyohei
    • 雑誌名

      Biomicrofluidics

      巻: 14 号: 4 ページ: 044114-044114

    • DOI

      10.1063/5.0017727

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Molecular ring toss of circular BAC DNA using micropillar array for single-molecule studies2020

    • 著者名/発表者名
      Dohi Daiki、Hirano Ken、Terao Kyohei
    • 雑誌名

      Biomicrofluidics

      巻: 14 号: 1 ページ: 014115-014115

    • DOI

      10.1063/1.5142666

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Stretching of single DNA molecules caused by accelerating flow on a microchip2018

    • 著者名/発表者名
      Hirano, K., Iwaki, T., Ishido, T., Yoshikawa, Y., Naruse, K., Yoshikawa, K.
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys.

      巻: 149 号: 16 ページ: 165101-165101

    • DOI

      10.1063/1.5040564

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 1分子DNAの操作・解析-静電気力・レーザー光圧力とマイクロ・ナノ流体デバイスが織りなす革新的技術-2018

    • 著者名/発表者名
      平野 研
    • 雑誌名

      静電気学会誌

      巻: 42 ページ: 156-161

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] DNA stretching induced by polymer stream tube in 1um channel2018

    • 著者名/発表者名
      Hirano, K.
    • 学会等名
      MicroTAS2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 分子輪投げによる環状DNA1分子のトラップ2018

    • 著者名/発表者名
      平野 研、土肥大輝、寺尾京平
    • 学会等名
      第56回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 1分子解析のためのマイクロピラー構造等を用いたマイクロ流体デバイスの開発2018

    • 著者名/発表者名
      平野 研
    • 学会等名
      第3回広島大学・山口大学・香川大学・FAIS合同ナノテクノロジープラットフォームシンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [図書] 暮らしと人を見守る水センシング技術2019

    • 著者名/発表者名
      暮らしと人を見守る水センシング技術研究調査委員会
    • 総ページ数
      222
    • 出版者
      シーエムシー出版
    • ISBN
      9784781314280
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-01-27  

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