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人工シャペロン工学に立脚した生体分子の機能創発

研究課題

研究課題/領域番号 21H03816
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分90120:生体材料学関連
研究機関東京工業大学

研究代表者

丸山 厚  東京工業大学, 生命理工学院, 教授 (40190566)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2023年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2022年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
2021年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
キーワードartificial chaperone / oligonucleotides / peptides / lipid membrane / folding / molecular assembly / graft copolymer / 人工シャペロン / カチオン性高分子 / 刺激応答性 / 核酸 / ペプチド / 脂質膜 / DNA / peptide / lipid / イオン性共重合体 / 自己組織化 / artificial chaperones / graft copolymers / nucleic acids / polyelectrolytes / 脂質 / 自律制御 / 遺伝子デリバリー / 脂質シート / 人工シャペロン材料 / 機能創発
研究開始時の研究の概要

本課題は、生体高分子の機能を飛躍的に高め、さらに新たな機能を創出する高分子ナノ材料の構築とそれによる医工学デバイスの革新を目的とする。生体高分子の機能発現にはその高次構造形成・組織化が重要となる。さらに、異なる構造間の転移が、シグナル伝達、物質輸送、物質合成などの高度な生体機能の基幹となっている。申請者らは、生体分子のイオン的性質に着目し、核酸、ペプチドに対して優れた構造形成促進能「シャペロン活性」を発現する合成高分子の設計法に世界に先駆けて成功してきた。本研究課題では、シャペロン活性をタンパク質、生体膜にも普遍的に活用するとともに、生体分子のみでは不可能な機能の創出に挑戦する。

研究成果の概要

本研究課題は、生体高分子の機能を飛躍的に高め、さらに新たな機能を創出する高分子ナノ材料の構築とそれにより医工学デバイスを革新的に発展させることを目的とした。生体高分子の機能発現にはその高次構造形成・組織化が重要となる。さらに、異なる構造間の転移が、シグナル伝達、物質輸送、物質合成などの高度な生体機能の基幹となっている。申請者らは、生体分子のイオン的性質に着目し、核酸、ペプチドに対して優れた構造形成促進能「シャペロン活性」を発現する合成高分子の設計法に世界に先駆けて構築した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は、生体分子の高次構造を制御し得る人工シャペロン高分子材料を、様々な生体機能の強化手法として先鋭かつ広く展開するとともに、高い次元で厳密かつ柔軟に組織化可能な特徴を活用し、生体分子のみでは実現不可能な新たな機能創出につなげ、診断・治療の革新的発展の促す基盤材料として発展させた。例えば、診断・治療法のツールとして期待されている核酸酵素の活性や核酸分子コンピューターや核酸自己組織化反応も迅速化に人工シャペorン材料が有用である事を見いだした。また、人工シャペロン材料は、膜活性ペプチドなどの機能性ペプチドの高機能化に有用である事も見いだした。

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (30件)

すべて 2024 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (15件) (うち国際共著 2件、 査読あり 14件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 4件、 招待講演 8件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Chulalongkorn University(タイ)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [国際共同研究] Chulalongkorn University(タイ)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] Spontaneous Liquid Droplet-to-Gel Transition of Citrulline Polypeptide Complexed with Nucleic Acids2024

    • 著者名/発表者名
      Nomura Shouhei、Miyasaka Ayano、Maruyama Atsushi、Shimada Naohiko
    • 雑誌名

      ACS Biomaterials Science & Engineering

      巻: 10 号: 3 ページ: 1473-1480

    • DOI

      10.1021/acsbiomaterials.3c01716

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Malachite green-derivatized cationic comb-type copolymer acts as a photoresponsive artificial chaperone2023

    • 著者名/発表者名
      Takemura Seiya、Shimada Naohiko、Maruyama Atsushi
    • 雑誌名

      Journal of Biomaterials Science, Polymer Edition

      巻: 34 号: 18 ページ: 2463-2482

    • DOI

      10.1080/09205063.2023.2265127

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Encapsulation in cooling-induced coacervates augments DNA enzyme activity2023

    • 著者名/発表者名
      Komachi Takuya、Kawai Shunya、Hirayama Yuki、Maruyama Atsushi、Shimada Naohiko
    • 雑誌名

      Polymer Chemistry

      巻: 14 号: 41 ページ: 4743-4747

    • DOI

      10.1039/d3py00923h

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Cationic Copolymer Enhances Responsiveness and Robustness of DNA Circuits2023

    • 著者名/発表者名
      Wang Jun、Raito Hayashi、Shimada Naohiko、Maruyama Atsushi
    • 雑誌名

      Small

      巻: 19 号: 42 ページ: 2304091-2304091

    • DOI

      10.1002/smll.202304091

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 2D?3D‐Convertible, pH‐Responsive Lipid Nanosheets2023

    • 著者名/発表者名
      Zhang Wancheng、Takahashi Shutaro、Shimada Naohiko、Maruyama Atsushi
    • 雑誌名

      Small

      巻: 19 号: 43 ページ: 2301219-2301219

    • DOI

      10.1002/smll.202301219

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Cationic copolymer and crowding agent have a cooperative effect on a Na<sup>+</sup>-dependent DNAzyme2023

    • 著者名/発表者名
      Wang Jun、Huang He、Hanpanich Orakan、Shimada Naohiko、Maruyama Atsushi
    • 雑誌名

      Biomaterials Science

      巻: 11 号: 21 ページ: 7062-7066

    • DOI

      10.1039/d3bm01119d

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Label free electrochemical DNA biosensor for COVID-19 diagnosis2023

    • 著者名/発表者名
      Lomae Atchara、Preechakasedkit Pattarachaya、Hanpanich Orakan、Ozer Tugba、Henry Charles S.、Maruyama Atsushi、Pasomsub Ekawat、Phuphuakrat Angsana、Rengpipat Sirirat、Vilaivan Tirayut、Chailapakul Orawon、Ruecha Nipapan、Ngamrojanavanich Nattaya
    • 雑誌名

      Talanta

      巻: 253 ページ: 123992-123992

    • DOI

      10.1016/j.talanta.2022.123992

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Label-free detection of HPV mRNA with an artificial chaperone-enhanced MNAzyme (ACEzyme)-based electrochemical sensor2023

    • 著者名/発表者名
      Hanpanich Orakan、Lomae Atchara、Maruyama Atsushi、Palaga Tanapat、Chailapakul Orawon、Ngamrojanavanich Nattaya
    • 雑誌名

      Biosensors and Bioelectronics

      巻: 221 ページ: 114352-114352

    • DOI

      10.1016/j.bios.2022.114352

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] Cationic Copolymer-Augmented DNA Hybridization Chain Reaction2022

    • 著者名/発表者名
      Wang Jun、Shimada Naohiko、Maruyama Atsushi
    • 雑誌名

      ACS Applied Materials &amp; Interfaces

      巻: 14 号: 34 ページ: 39396-39403

    • DOI

      10.1021/acsami.2c11548

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Smart Protein Refolding System Based on UCST-Type Ureido Polymers2022

    • 著者名/発表者名
      Tanaka Yamato、Niu Chun Hao、Sasaki Taira、Nomura Shouhei、Maruyama Atsushi、Shimada Naohiko
    • 雑誌名

      Biomacromolecules

      巻: 23 号: 9 ページ: 3860-3865

    • DOI

      10.1021/acs.biomac.2c00694

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Autonomous Vesicle/Sheet Transformation of Cell-Sized Lipid Bilayers by Hetero-Grafted Copolymers2022

    • 著者名/発表者名
      Masuda Tsukuru、Takahashi Shutaro、Ochiai Takuro、Yamada Takayoshi、Shimada Naohiko、Maruyama Atsushi
    • 雑誌名

      ACS Applied Materials & Interfaces

      巻: 14 号: 48 ページ: 53558-53566

    • DOI

      10.1021/acsami.2c17435

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Selective Photo-Crosslinking Detection of Methylated Cytosine in DNA Duplex Aided by a Cationic Comb-Type Copolymer2022

    • 著者名/発表者名
      Kojima Atsuhiro、Nakao Juki、Shimada Naohiko、Yoshida Naoki、Abe Yota、Mikame Yu、Yamamoto Tsuyoshi、Wada Takehiko、Maruyama Atsushi、Yamayoshi Asako
    • 雑誌名

      ACS Biomaterials Science &amp; Engineering

      巻: 8 号: 5 ページ: 1799-1805

    • DOI

      10.1021/acsbiomaterials.2c00048

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Simple and rapid RNA detection using cationic copolymer-chaperoned MNAzyme (ACEzyme)2021

    • 著者名/発表者名
      YOSHIDA Naoki、HANPANICH Orakan、HAYASHI Raito、SHIMADA Naohiko、MARUYAMA Atsushi
    • 雑誌名

      Translational and Regulatory Sciences

      巻: 3 号: 3 ページ: 102-105

    • DOI

      10.33611/trs.2021-026

    • NAID

      130008133945

    • ISSN
      2434-4974
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A cationic copolymer as a cocatalyst for a peroxidase-mimicking heme-DNAzyme2021

    • 著者名/発表者名
      Araki Haruka、Hagiwara Shota、Shinomiya Ryosuke、Momotake Atsuya、Kotani Hiroaki、Kojima Takahiko、Ochiai Takuro、Shimada Naohiko、Maruyama Atsushi、Yamamoto Yasuhiko
    • 雑誌名

      Biomaterials Science

      巻: 9 号: 18 ページ: 6142-6152

    • DOI

      10.1039/d1bm00949d

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Control of Triplet Blinking Using Cyclooctatetraene to Access the Dynamics of Biomolecules at the Single‐Molecule Level2021

    • 著者名/発表者名
      Xu Jie、Fan Shuya、Xu Lei、Maruyama Atsushi、Fujitsuka Mamoru、Kawai Kiyohiko
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 60 号: 23 ページ: 12941-12948

    • DOI

      10.1002/anie.202101606

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Polymer materials to boost DNA nanotechnology2023

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Maruyama
    • 学会等名
      The 10th international conference on DNA nanotechnology
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Polymer Materials to Boost Biomolecular Nanodevices2023

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Maruyama
    • 学会等名
      2023 International Symposimu on Nanomedicine
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] DNA-commanded Morphological Transformation of Lipid Bilayer Chaperoned by PNA-cationic Copolymer Conjugates2023

    • 著者名/発表者名
      ZHANG WANCHENG , Naohiko Shimada, Atsushi Maruyama
    • 学会等名
      International Symposium on Nucleic Acid Chemistry
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A cationic copolymer for acceleration of DNA circuits and elimination of toehold length dependency2023

    • 著者名/発表者名
      Jun Wang, Hayashi Raito, Naohiko Shimada, Atsushi Maruyama
    • 学会等名
      72nd SPSJ Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Activation of sodium dependent DNAzyme by crowding agent and cationic copolymer2023

    • 著者名/発表者名
      Jun Wang, Naohiko Shimada, Atsushi Maruyama
    • 学会等名
      33rd Biopolymer Symposium
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 生体高分子に”喝(活)”を入れる合成高分子2023

    • 著者名/発表者名
      丸山厚
    • 学会等名
      北九州市立大学バイオマテリアル研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 合成ポリマーを用いた生体高分子操作2022

    • 著者名/発表者名
      丸山厚
    • 学会等名
      九州大学理学部最新化学談話シリーズ
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 弱い相互作用でアーズをねらえ!2022

    • 著者名/発表者名
      丸山厚
    • 学会等名
      学術変革領域研究(A)「物質共生」
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Stimuli-responsive vesicle/sheet transformation of lipid membranes mediated by smart chaperone polymers2021

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Maruyama
    • 学会等名
      第59回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Engineering of nucleic acid and peptides functions with ionic copolymers having chaperone-like activities2021

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Maruyama
    • 学会等名
      International Symposium on Nanomedicine
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 核酸酵素型核酸センサーを機能強化するシャペロン高分子2021

    • 著者名/発表者名
      丸山厚
    • 学会等名
      第4回TRSシンポジウム新型コロナウイルス感染症対策関連研究開発事業の成果報告会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Ionic polymers for biomolecular engineering2021

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Maruyama
    • 学会等名
      Spring Seminar 2021, KAIST
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] 東京工業大学・生命理工学院・丸山研究室

    • URL

      http://mlab.bio.titech.ac.jp

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2025-01-30  

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