| 研究領域 | 分子サイバネティクス ー化学の力によるミニマル人工脳の構築 |
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| 研究課題/領域番号 |
21H05866
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| 研究種目 |
学術変革領域研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
学術変革領域研究区分(Ⅳ)
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
竹澤 悠典 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (70508598)
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| 研究期間 (年度) |
2021-09-10 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
10,400千円 (直接経費: 8,000千円、間接経費: 2,400千円)
2022年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2021年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
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| キーワード | DNA / 金属錯体形成 / 鎖交換反応 / DNAナノテクノロジー / DNA鎖交換反応 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
分子材料を組み上げてミニマル人工脳（ケミカルAI）を構築するには、個々の分子デバイス間や人工細胞間における情報伝達の実現が鍵となる。本研究ではシグナル伝達物質として金属イオンに着目し、金属イオンを入力として作動するDNA分子デバイスの開発を目的とする。具体的には、金属イオンを介して塩基対を作る人工ヌクレオチドをDNA配列に挿入し、金属錯体形成をトリガーとしたDNA鎖交換反応やDNAzymeの活性スイッチングに基づくDNA情報伝達回路を構築する。配位子部位の分子設計や人工DNAの配列設計を詳細に検討し、様々な種類・酸化数の金属種や金属イオン濃度に適用できる汎用的な設計指針を確立する。
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| 研究実績の概要 |
本研究は、DNAナノテクノロジーと金属錯体化学の双方に立脚し、金属イオンを入力シグナルとしたDNA分子回路を構築することを目的とした。本年度は主に、(1) 新たに設計・合成したN,N-ジカルボキシメチル-5-アミノウラシル(dcaU)塩基を用いたDNA鎖交換反応の検討、および (2) エテノアデニン(eA)塩基を用いた金属イオン応答性DNAzymeの開発 を行った。
(1) dcaU塩基を用いたDNA鎖交換反応の検討：ウラシル塩基の5位にイミノ二酢酸配位子を導入したN,N-ジカルボキシメチル-5-アミノウラシル(dcaU)塩基が、水素結合を介したdcaU-A塩基対に加え、Gd(III)イオン存在下で金属錯体型dcaU-Gd(III)-dcaU塩基対を形成することを見出した。そこで、dcaU塩基を含むDNA鎖を用いて、Gd(III)イオンを外部刺激としたDNA二重鎖の交換反応を試みた。蛍光修飾した相補鎖を用いた蛍光時間変化測定の結果、Gd(III)イオンの添加によりdcaU-Gd(III)-dcaU塩基対を含む二重鎖が形成し、EDTAによりGd(III)イオンを除去するとdcaU-A塩基対を含む二重鎖へと鎖交換が進むことが示された。
(2) eA塩基を用いた金属イオン応答性DNAzymeの開発：昨年度までに、修飾核酸塩基であるエテノアデニン(eA)の金属錯体型塩基対(eA-Cu(II)-eA)の形成挙動を評価した。今年度は、eA塩基を既報のDNAzyme配列中に導入し、Cu(II)イオンを外部刺激として活性が制御できるDNAzymeの開発を行った。eA-eA対を3対含むスプリット型のDNAzymeを設計したところ、3当量のCu(II)イオンの添加により活性が約5倍上昇することが示された。
以上のように、金属イオンを入力シグナルとして機能するDNA分子回路の基本要素の構築に成功した。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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