外部刺激応答性DNAナノ構造体による分子デリバリーシステムの構築

• 研究課題/領域番号: 26620133
• 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, 物質―細胞統合システム拠点, 准教授 (70335389)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2015年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2014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: DNA / ナノ構造体 / DNAオリガミ / 光機能性 / 原子間力顕微鏡 / デリバリーシステム / 細胞機能制御 / DNAナノテクノロジー / ドラッグデリバリー / ＤＮＡオリガミ / デリバリー

研究成果の概要

本研究では、ナノサイズの機能性DNA構造体を細胞応答へと応用するための基礎技術を作ることを目的とし、高度な機能性を発現できるDNA分子システムの開発を検討した。本研究で作成したDNAナノ構造体は外部からの光照射によって構造体の開閉操作を行え、この構造体を使って金粒子の包摂と放出や酵素活性の制御を行う新たな分子システムを開発した。作成した光応答性DNAナノ構造体は細胞内への新規な生体分子のデリバリーと細胞応答に使用可能である。

研究成果

• [国際共同研究] Kent State University/University of Florida(米国)
• [国際共同研究] The Hebrew University of Jerusalem(Israel)
• [国際共同研究] Wuhan University(中国)
• [国際共同研究] University of Bordeaux(France)
• [雑誌論文] Direct visualization of walking motions of a photo-controlled DNA nanomachine on the DNA nanostructure (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Yang, M. Goetzfried, K. Hidaka, M. You, W. Tan, H. Sugiyama, M. Endo
  • 雑誌名: Nano Letters 巻: 15 号: 10 ページ: 6672-6676
  • DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b02502
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Single-Molecule Manipulation of the Duplex Formation and Dissociation at the G-quadruplex/i-motif Site in the DNA Nanostructure (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Endo, X. Xing, X. Zhou, T. Emura, K. Hidaka, B. Tuesuwan, H. Sugiyama
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: 9 号: 10 ページ: 9922-9929
  • DOI: 10.1021/acsnano.5b03413
  • NAID: 120006462492
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Lipid-bilayer-assisted two-dimensional self-assembly of DNA origami nanostructures (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuki Suzuki, Masayuki Endo, Hiroshi Sugiyama
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 6 号: 1 ページ: 8052-8052
  • DOI: 10.1038/ncomms9052
  • NAID: 120005649314
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Single-MolecSingle-Molecule Visualization of the Zn2+-Dependent DNAzyme Functions (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Endo Y. Takeuchi, Y. Suzuki, T. Emura, K. Hidaka, F. Wang, I. Willner, H. Sugiyama
  • 雑誌名: Angewandte Chemie, International Edition 巻: 54 号: 36 ページ: 10550-10554
  • DOI: 10.1002/anie.201504656
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Measuring chloride in live cells (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Endo, H. Sugiyama
  • 雑誌名: Nature Nanotechnology 巻: 10 号: 7 ページ: 569-570
  • DOI: 10.1038/nnano.2015.142
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Linking Two DNA Duplexes with a Rigid Linker for DNA Nanotechnology (2015)
  • 著者名/発表者名: R. Tashiro, M. Iwamoto, H. Morinaga, T. Emura, K. Hidaka, M. Endo, H. Sugiyama
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 43 号: 14 ページ: 6692-6700
  • DOI: 10.1093/nar/gkv662
  • NAID: 120005818257
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Efficient amplification of self-gelling polypod-like structured DNA by rolling circle amplification and enzymatic digestion (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Yata, Y. Takahashi, K. Hidaka, H. Sugiyama, M. Endo, Y. Takakura, M. Nishikawa
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 5 号: 1 ページ: 14979-14979
  • DOI: 10.1038/srep14979
  • NAID: 120005689202
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Small molecule binding to G-hairpin and G-triplex: A new insight in anticancer drug design targeting G-rich regions (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Rajendran, M. Endo, K. Hidaka, M.-P. Teulade-Fichou, J.-L. Mergny, H. Sugiyama
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 51 号: 44 ページ: 9181-9184
  • DOI: 10.1039/c5cc01678a
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Mimicking membrane-related biological events by DNA origami nanotechnology (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuki Suzuki, Masayuki Endo, Hiroshi Sugiyama
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: 9 号: 4 ページ: 3418-3420
  • DOI: 10.1021/acsnano.5b01723
  • 査読あり
• [雑誌論文] Studying RNAP?promoter interactions using atomic force microscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Suzuki, M. Endo, H. Sugiyama
  • 雑誌名: Methods 巻: 86 ページ: 4-9
  • DOI: 10.1016/j.ymeth.2015.05.018
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Self-assembling DNA dendrimer for effective delivery of immunostimulatory CpG DNA to immune cells (2015)
  • 著者名/発表者名: Kohta Mohri, Eri Kusuki, Shozo Ohtsuki, Natsuki Takahashi, Masayuki Endo, Kumi Hidaka, Hiroshi Sugiyama, Yuki Takahashi, Yoshinobu Takakura, Makiya Nishikawa.
  • 雑誌名: Biomacromolecules 巻: 16 号: 4 ページ: 1095-1101
  • DOI: 10.1021/bm501731f
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Atomic Force Microscopy Analysis of Orientation and Bending of Oligodeoxynucleotides in Polypod-like Structured DNA (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Shiomi, M. Tan, N. Takahashi, M. Endo, T. Emura, K. Hidaka, H. Sugiyama, Y. Takahashi, Y. Takakura, M. Nishikawa
  • 雑誌名: Nano Research 巻: 8 ページ: 3764-3771
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Optimal Arrangement of Four Short DNA Strands for Delivery of Immunostimulatory Nucleic Acids to Immune Cells (2015)
  • 著者名/発表者名: Shozo Ohtsuki, Noriyuki Matsuzaki, Kohta Mohri, Masayuki Endo, Tomoko Emura, Kumi Hidaka, Hiroshi Sugiyama, Yuki Takahashi, Kenichi Ishiyama, Norimitsu Kadowaki, Yoshinobu Takakura, Makiya Nishikawa.
  • 雑誌名: Nucleic Acid Therapeutics 巻: 25 号: 5 ページ: 245-253
  • DOI: 10.1089/nat.2014.0524
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [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 Mol Biol. 巻: 1316 ページ: 169-179
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-2730-2_14
  • ISBN: 9781493927296, 9781493927302
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Preparation of chemically modified RNA origami nanostructures. (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Endo, Y. Takeuchi, T. Emura, K. Hidaka, H. Sugiyama
  • 雑誌名: Chemistry A European Journal 巻: 20 号: 47 ページ: 15330-15333
  • DOI: 10.1002/chem.201404084
  • NAID: 120005625635
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Photoresponsive DNA Nanocapsule Having an Open/Close System for Capture and Release of Nanomaterials (2014)
  • 著者名/発表者名: Takenaka, T.; Endo, M.; Suzuki, Y.; Yang, Y.; Emura, T.; Hidaka, K.; Kato, T.; Mitata, T.; Namba, K.; Sugiyama, H
  • 雑誌名: Chemistry - A European Journal 巻: 20 号: 46 ページ: 14951-14954
  • DOI: 10.1002/chem.201404757
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Engineering RNA-protein complexes with different shapes for imaging and therapeutic applications (2014)
  • 著者名/発表者名: E. Osada, Y. Suzuki, K. Hidaka, H. Ohno, H. Sugiyama, M. Endo, H. Saito
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: 8 号: 8 ページ: 8130-8140
  • DOI: 10.1021/nn502253c
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Single-molecule mechanochemical sensing using DNA origami nanostructures (2014)
  • 著者名/発表者名: D. Koirala, P. Shrestha, T. Emura, K. Hidaka, S. Mandal, M. Endo, H. Sugiyama, H. Mao
  • 雑誌名: Angewandte Chemie, International Edition 巻: 53 号: 31 ページ: 8137-8141
  • DOI: 10.1002/anie.201404043
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Helical DNA origami tubular structures with various sizes and arrangements (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Endo, S. Yamamoto, T. Emura, K. Hidaka, N. Morone, J. E. Heuser, H. Sugiyama
  • 雑誌名: Angewandte Chemie, International Edition 巻: 53 号: 29 ページ: 7484-7490
  • DOI: 10.1002/anie.201402973
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Lock-and-key mechanism for the controllable fabrication of DNA origami structures (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Arivazhagan, M.Endo, K. Hidaka, N. Shimada, A. Maruyama, H. Sugiyama
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 59 号: 63 ページ: 8743-8746
  • DOI: 10.1039/c4cc02244k
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Direct analysis of Holliday junction resolving enzyme in a DNA origami nanostructure. (2014)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Y, Endo M, Canas C, Ayora S, Alonso JC, Sugiyama H, Takeyasu K.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Res. 巻: 2(11) 号: 11 ページ: 7421-28
  • DOI: 10.1093/nar/gku320
  • NAID: 120005458291
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Single-Molecule Imaging of Dynamic Motions of Biomolecules in DNA Origami Nanostructures Using High-Speed Atomic Force Microscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Endo, H. Sugiyama
  • 雑誌名: Accounts of Chemical Research 巻: 47 号: 6 ページ: 1645-1653
  • DOI: 10.1021/ar400299m
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Single molecule visualization and characterization of Sox2-Pax6 complex formation on a regulatory DNA element using a DNA origami frame (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Yamamoto, D. De, K. Hidaka, K-. K. Kim, M. Endo, H. Sugiyama
  • 雑誌名: Nano Letters 巻: 14 号: 5 ページ: 2286-2292
  • DOI: 10.1021/nl4044949
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] AFM analysis of changes in nucleosome wrapping induced by DNA epigenetic modification (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Kizaki, Y. Suzuki, T. Takenaka, M. Endo, H. Sugiyama
  • 雑誌名: Biomaterials Science 巻: 2 号: 10 ページ: 1399-1403
  • DOI: 10.1039/c4bm00113c
  • NAID: 120005625646
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] High-speed AFM imaging of synthetic molecules and nanostructures (2016)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Endo
  • 学会等名: Ten Years of DNA Origami
  • 発表場所: California Institute of Technology, Pasadena, CA, USA
  • 年月日: 2016-03-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Controllable molecular nanosystems using DNA origami nanostructures (2016)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Endo
  • 学会等名: The 2nd SPIRIT international symposium, Light Opening up Frontier of DNA and Nanocrystal Superstructures
  • 発表場所: Kyoto University
  • 年月日: 2016-02-04
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Single-molecule nanosystems constructed in the DNA nanostructures (2016)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Endo
  • 学会等名: University of Bordeaux-Kyoto University Mini-Symposium on Biomolecular Science
  • 発表場所: Kyoto University
  • 年月日: 2016-01-25
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Single-molecule manipulation and visualization of multiple DNA structural changes in the DNA nanostructures using high-speed AFM (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Endo, H. Sugiyama
  • 学会等名: 2015 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
  • 発表場所: Honolulu, HI, USA
  • 年月日: 2015-12-19
  • 国際学会
• [学会発表] AFM based imaging of single-molecule motions using DNA origami nanostructures (2015)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Endo
  • 学会等名: The 1st SPIRIT international symposium, Frontier of DNA and Nanocrystal Superstructure
  • 発表場所: Honolulu, HI, USA
  • 年月日: 2015-12-16
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Single-molecule imaging of photoresponsive molecular system constructed in the DNA nanostructures (2015)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Endo
  • 学会等名: 601. Wilhelm und Else Heraeus-Seminar, DNA Nanotechnology Meets Plasmonics
  • 発表場所: Physikzentrum, Bad Honnef, Germany
  • 年月日: 2015-12-10
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 分子ロボットの感覚となるDNAレセプターの構築 (2015)
  • 著者名/発表者名: 遠藤 政幸
  • 学会等名: 第59回人工知能学会 分子生物情報研究会
  • 発表場所: 慶応大学日吉キャンパス、横浜
  • 年月日: 2015-11-14
  • 招待講演
• [学会発表] DNA ナノ構造体上での光駆動型DNA モーターの歩行運動の1 分子観察 (2015)
  • 著者名/発表者名: 遠藤 政幸、楊 泱泱、Marisa A. Goetzfried、日高 久美、Mingxu You、Weihong Tan、杉山 弘
  • 学会等名: 「細胞を創る」研究会 8.0
  • 発表場所: 大阪大学吹田キャンパス、吹田
  • 年月日: 2015-11-12
• [学会発表] AFM based imaging of single-molecule motions using DNA origami nanostructures (2015)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Endo
  • 学会等名: The 2nd Kobe mini-symposium on functionalized organic molecules
  • 発表場所: Kobe University, Kobe
  • 年月日: 2015-11-05
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 分子ロボットの感覚となるDNAオリガミ構造体と脂質二重膜との相互作用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 遠藤 政幸
  • 学会等名: 情報計算化学生物(CBI)学会2015大会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2015-10-27
  • 招待講演
• [学会発表] Single-molecule observation of a photo-controlled DNA walker on the DNA origami tile (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Yang, M. A. Goetzfried, K. Hidaka, M. You, W. Tan, H. Sugiyama , M. Endo
  • 学会等名: The 42nd International Symposium on Nucleic Acid Chemistry
  • 発表場所: Himeji
  • 年月日: 2015-09-23
  • 国際学会
• [学会発表] 脂質2重膜を利用したDNAナノ構造体の自己集合化とその動的な挙動の観察 (2015)
  • 著者名/発表者名: 遠藤 政幸
  • 学会等名: 第64回高分子討論会
  • 発表場所: 東北大学、仙台
  • 年月日: 2015-09-15
  • 招待講演
• [学会発表] 脂質2重膜上でのDNAナノ構造体の自己集合過程の動的な観察 (2015)
  • 著者名/発表者名: 遠藤 政幸、鈴木 勇輝、杉山 弘
  • 学会等名: 第9回バイオ関連化学シンポジウム
  • 発表場所: 熊本大学、熊本
  • 年月日: 2015-09-10
• [学会発表] Direct visualization of a photo-controlled DNA walker on the DNA nanostructure (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Endo, Y. Yang, M. Goetzfried, K. Hidaka, M. You, W. Tan, H. Sugiyama
  • 学会等名: The Twentieth International Meeting on DNA Computing and Molecular Programming
  • 発表場所: Harvard University, Cambridge, MA, USA
  • 年月日: 2015-08-17
  • 国際学会
• [学会発表] DNAナノ構造体を使った1分子イメージング法の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 遠藤 政幸
  • 学会等名: 第52回薬剤学懇談会研究討論会
  • 発表場所: 加賀
  • 年月日: 2015-07-16
  • 招待講演
• [学会発表] AFM based single-molecule imaging of molecular motions in the DNA origami scaffold (2015)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Endo
  • 学会等名: The 5th International Conference on Nucleic Acid-Protein Chemical and Structural Biology for Drug Discovery
  • 発表場所: Sichuan University, Chengdu, China
  • 年月日: 2015-05-04
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Direct visualization of the dynamic process of DNA origami assembly on the lipid bilayer surface (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Endo, Y, Suzuki, H. Sugiyama
  • 学会等名: 12th Conference on the Foundations of Nanoscience 2015
  • 発表場所: Snowbird, UT, USA
  • 年月日: 2015-04-14
  • 国際学会
• [学会発表] 光ピンセットによる力測定を使ったDNAナノ構造上での1分子検出 (2015)
  • 著者名/発表者名: 遠藤 政幸、D. Koirala、P. Shrestha、S. Mandal、江村 智子、日高 久美、H. Mao、杉山 弘
  • 学会等名: 日本化学会第95春季年会(2015)
  • 発表場所: 日本大学 (船橋)
  • 年月日: 2015-03-27
• [学会発表] DNAナノ構造体を使った1分子イメージング法の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 遠藤 政幸
  • 学会等名: 兵庫県立大 第8回分子ナノテクノロジーセンター講演会
  • 発表場所: 兵庫県立大学 (姫路)
  • 年月日: 2015-03-06
  • 招待講演
• [学会発表] Novel helical DNA tubular structures with defined size and arrangement (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Endo, S. Yamamoto, T. Emura, K. Hidaka, N. Morone, J. E. Heuser, H. Sugiyama
  • 学会等名: The 41st International Symposium on Nucleic Acid Chemistry
  • 発表場所: 北九州国際会議場 (小倉)
  • 年月日: 2014-11-06
• [学会発表] Creation of mechanical nanodevices using DNA origami (2014)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Endo
  • 学会等名: The 8th International Symposium on NanoBiotechnology
  • 発表場所: National Center for Nanoscience and Technology, Beijing, China
  • 年月日: 2014-10-20
  • 招待講演
• [学会発表] Construction of helical DNA origami tubes with various sizes and arrangements (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Endo, S. Yamamoto, T. Emura, K. Hidaka, N. Morone, J. E. Heuser, H. Sugiyama
  • 学会等名: DNA20: The Twentieth International Meeting on DNA Computing and Molecular Programming
  • 発表場所: 京都大学 (京都)
  • 年月日: 2014-09-22
• [学会発表] 新規DNAチューブ構造体の構築とその性質 (2014)
  • 著者名/発表者名: 遠藤 政幸、山本 清義、江村 智子、日高 久美、杉山 弘
  • 学会等名: 第8回バイオ関連化学シンポジウム
  • 発表場所: 岡山大学 (岡山)
  • 年月日: 2014-09-11
• [学会発表] DNAナノテクノロジーの１分子観察への応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 遠藤 政幸
  • 学会等名: 東京大学大学院化学生命工学専攻 2014年度第1回談話会
  • 発表場所: 東京大学 (東京)
  • 年月日: 2014-07-05
  • 招待講演
• [学会発表] Photoresponsive DNA nanostructures; single-molecule imaging and controlled assembly (2014)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Endo
  • 学会等名: 11th Conference on the Foundations of Nanoscience 2014
  • 発表場所: Snowbird, UT, USA
  • 年月日: 2014-04-18
  • 招待講演
• [備考] 京都大学物質－細胞統合システム拠点DNAナノテクノロジーグループ
  • URL: http://kuchem.kyoto-u.ac.jp/chembio/top_page_j.html