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

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16K14033
• 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
• キーワード: DNAナノテクノロジー / DNAナノ構造体 / 細胞機能制御 / リポソーム / 人工受容体

研究実績の概要

本研究では、DNAオリガミ構造体使った細胞膜を貫通するDNA集合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する。現在までに本研究者が蓄積してきたDNAによる構造体の設計と構築技術を基盤として、構築したDNA構造体を機能化し、マイクロメーターサイズに集合させ、細胞内への分子導入と機能制御が行える分子システムを開発する。
本年度は、シグナルに応答して構造変換し機能するDNA構造体の設計と構築を行った。前年度に作成した針状構造体を中心に導入した十字型のDNA構造体の設計方針を踏襲した。DNA構造体はDNAオリガミ法によって設計し、シグナル分子に応答して2つの平面なドメインが解離する動的なものである。構造体の2量化部位に針状構造体を導入してあり脂質二重膜を貫通できる。特異的な配列のDNA鎖を加えることで結合していた2つのドメインが切り離されることがAFM観察とゲル電気泳動によって確認された。これに伴って、針状構造の先端に導入したDNA増幅反応を開始するDNA鎖が切り離されることが確認された。また、単量体で針状構造を持つDNA構造体は、リポソーム表面と相互作用し、脂質二重膜を貫通して、リポソーム内部に導入したDNA増幅系を動作させることに成功した。今回作成したDNA構造体はシグナル分子となる特異的なDNA鎖に応答して、構造体の構造変換を誘導し、リポソーム内部に反応開始分子を生じさせることができる。今後、リポソーム内部の反応の誘導と細胞への応用を検討する。

研究成果

• [国際共同研究] Kent State University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Kent State University
• [国際共同研究] Technische Universität München(Germany)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Technische Universität München
• [国際共同研究] University of Bordeaux(France)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: University of Bordeaux
• [国際共同研究] University of Leeds(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University of Leeds
• [雑誌論文] DNA Origami Scaffolds as Templates for Functional Tetrameric Kir3 K+ Channels (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Kurokawa, S. Kiyonaka, E. Nakata, M. Endo, S. Koyama, E. Mori, N. H. Tran, H. Dinh, Y. Suzuki, K. Hidaka, M. Kawata, C. Sato, H. Sugiyama, T. Morii, Y. Mori
  • 雑誌名: Angewandte Chemie, International Edition 巻: 57 ページ: 2586-2591
  • DOI: 10.1002/anie.201709982
  • 査読あり
• [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 ページ: 272-278
  • DOI: 10.1021/acsnano.7b06208
  • 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. Azéma, S. Bonnet-Salomon, M. Endo, Y. Takeuchi, G. Durand, T. Emura, K. Hidaka, E. Dausse, H. Sugiyama, J.-J. Toulmé
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 46 ページ: 1052-1058
  • DOI: 10.1093/nar/gkx1267
  • 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
  • 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: E. M. Willner, Y. Kamada, Y. Suzuki, T. Emura, K. Hidaka, H. Dietz, H. Sugiyama, M. Endo
  • 雑誌名: Angewandte Chemie, International Edition 巻: 56 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: Y. Kobayashi, O. Misumi, M. Odahara, K. Ishibashi, M. Hirono, K. Hidaka, M. Endo, H. Sugiyama, H. Iwasaki, T. Kuroiwa, T. Shikanai, Y. Nishimura
  • 雑誌名: Science 巻: 22 ページ: 631-634
  • DOI: 10.1126/science.aan0038
• [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 ページ: 582-588
  • DOI: 10.1038/nnano.2017.29
  • 査読あり / 国際共著
• [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: T.Shibata, Y. Fujita, H. Ohno, Y. Suzuki, K. Hayashi, K. R. Komatsu, S. Kawasaki, K. Hidaka, S. Yonehara, H. Sugiyama, M. Endo, H. Saito
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 8 ページ: 540
  • DOI: 10.1038/s41467-017-00459-x
  • 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 ページ: 3979-3985
  • DOI: 10.1002/chem.201605616
  • 査読あり
• [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: J. J. Keya, D. Inoue, Y. Suzuki, T. Kozai, N. Kodera, T. Uchihashi, A. Md. R. Kabir, M. Endo, K.Sada, A. Kakugo
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 ページ: 6166
  • DOI: 10.1038/s41598-017-06249-1
  • 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: 161 ページ: 451-462
  • DOI: 10.1093/jb/mvw093
  • 査読あり
• [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] 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
• [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
  • 総ページ数: pages140-148
  • 出版者: 化学同人
• [備考] DNA Nanotechnology Group, Kyoto University
  • URL: http://kuchem.kyoto-u.ac.jp/chembio/top_page_j.html