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2018 年度 実施状況報告書

DNA膜モチーフによる人工膜システムの創成

研究課題

研究課題/領域番号 18K19830
研究機関東北大学

研究代表者

村田 智  東北大学, 工学研究科, 教授 (10334533)

研究分担者 川又 生吹  東北大学, 工学研究科, 助教 (30733977)
研究期間 (年度) 2018-06-29 – 2020-03-31
キーワードDNA膜 / DNAモチーフ / 分子ロボティクス
研究実績の概要

本研究の目的は,塩基配列をデザインして人工的に合成したDNA分子(膜モチーフ)により人工の膜面(DNA膜)を構成することである.
今年度は,DNAモチーフ間のループ・ループ相互作用を実現するための基礎ステップとして,硬い二本鎖ステムと柔らかい一本鎖ループを有するD字型モチーフを設計した.まず熱力学的シミュレーションに基づいて,配列長および塩基配列を決定した.実験的にその特性を調べるため,一本鎖部分の配列を共通として,ステム部の長さを3種類に変えたNormal, Relaxed, Stressed を合成した.これらのDNA鎖を混合し,アニーリングによりDモチーフを作製した.酵素反応(ライゲーション,エクソヌクレアーゼ,RCA)により,意図通りのモチーフが形成されていることを確認した.まず,DNA鎖の混合順序によりモチーフ同士が絡み合うものとそうでないものが作り分けられることがわかった.
電気泳動による相互作用の確認を行ったところ,モチーフ2量体のバンドがごく弱くあらわれただけで,それ以外の多量体形成は確認できなかった.これは,そもそも多量体形成ができていないか,あるいは,結合が弱いため,ゲルの中を泳動中に多量体が壊れたと考えられる.それを確認するため,ループ相互作用の融解温度を測定したが,やはり有意な温度変化は観測されなかった.最後に,モチーフ単体および複合体の粒子径の温度変化を測定したところ,3種のモチーフの粒子径に差はなく,結果として,多量体形成が確認できなかった.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

モチーフの設計および単体モチーフの形成は実験的に確認できたが,モチーフ間の相互作用が予想と異なり,かなり弱いため,意図した多量体の形成ができていない.

今後の研究の推進方策

モチーフ間相互作用する一本鎖部分の長さの延長,配列の工夫(GC含有量及び繰り返し配列を入れるなど),モチーフ濃度を上げる,バッファー塩濃度を上げるなどにより,より強い結合強度をもたせ,多量化させることを目指す.

次年度使用額が生じた理由

膜モチーフ実験のために,多種類のオリゴマーの合成を外部委託したが,一部のオリゴマーが年度内に納品されなかったため.このオリゴマーは,引き続き次年度の実験に用いる.

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2019 2018

すべて 学会発表 (5件) 図書 (1件)

  • [学会発表] 相互作用力が調整可能なDNAモチーフの幾何学設計2019

    • 著者名/発表者名
      内田健央,川又生吹,野村慎一郎,村田智
    • 学会等名
      第2回分子ロボティクス年次大会(東京工業大学)
  • [学会発表] キッシングループ相互作用によるDNAモチーフの構造化2019

    • 著者名/発表者名
      遠藤佑真,川又生吹,野村慎一郎,村田智
    • 学会等名
      第2回分子ロボティクス年次大会(東京工業大学)
  • [学会発表] 脂質膜上に形成した2次元DNAナノ構造の評価2018

    • 著者名/発表者名
      遠藤 佑真(東北大学)、内田 健央、川又 生吹、鈴木 勇輝、野村 M. 慎一郎、村田 智
    • 学会等名
      第1回分子ロボティクス年次大会(東北大学)
  • [学会発表] DNAナノ構造形成における微小空間の効果に関する研究2018

    • 著者名/発表者名
      渡辺泰基(東北大学)、村田智、野村慎一郎、川又生吹、鈴木勇輝
    • 学会等名
      第1回分子ロボティクス年次大会(東北大学)
  • [学会発表] 複数の自己集合モードを持つDNAオリガミ構造体の設計と構築2018

    • 著者名/発表者名
      武田祐貴(東北大学)、鈴木勇輝、川又生吹、野村慎一郎、村田智
    • 学会等名
      第1回分子ロボティクス年次大会(東北大学)
  • [図書] 分子ロボティクス概論~分子のデザインでシステムをつくる2019

    • 著者名/発表者名
      分子ロボティクス研究会著,村田智編
    • 総ページ数
      302
    • 出版者
      CBI学会出版
    • ISBN
      978-4-9909076-4-8

URL: 

公開日: 2019-12-27  

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