DNA膜モチーフによる人工膜システムの創成

2019 年度 実績報告書

• 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．脂質膜面と同様な動的な分子の入れ替えを意図して，DNAのループループ相互作用に基づく分子モチーフの開発を目指している．初年度は，熱力学的シミュレーションに基づいて3種類のD型膜モチーフを設計した．モチーフ間のループ・ループ相互作用（20ntを基本とする）を電気泳動，融解温度により評価したが，多量体形成は確認できなかった．2年度目（最終年度）は，相互作用する一本鎖部分の長さの延長，配列の工夫（G含有量等）などの設計修正に加え，モチーフ濃度・バッファー塩濃度を上げるなど，より膜形成しやすい実験条件に変更し，動的光散乱法（DLS）をもちいた粒径測定を行った．その結果，2量体までの小さな構造体は形成されたが，集合体の形成は観測されなかった．そこで，一本鎖ループ部分の塩基数をさらに増やし（60nt），ループ間相互作用を最大化したO型モチーフを新たに設計し，6通りの条件で集合体形成実験を試みたところ，絡み数による集合体の大きさの変化は認められたものの，構造体の形成には至らなかった．これらの結果より，モチーフ間の相互作用はループという幾何学構造により強く阻害されることがわかった．そこで，確実に形成することがわかっているDNAオリガミによるトラス型平面構造に対象を変更し，その形成条件を調べる研究を行った．その結果，構造体形成をする場として，ミクロンサイズの閉鎖空間が構造体形成に有利に働くことが確かめられた．

研究成果

• [雑誌論文] Programming methods for DNA based reaction-diffusion systems (2020)
  • 著者名/発表者名: Keita Abe, Satoshi Murata
  • 雑誌名: New Generation Computing 巻: Online ページ: 1－15
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Large Deformation of a DNA-Origami Nanoarm Induced by the Cumulative Actuation of Tension-Adjustable Modules (2020)
  • 著者名/発表者名: Y Suzuki, I Kawamata, K Mizuno, S Murata
  • 雑誌名: Angewandte Chemie (International ed. in English) 巻: 59(15) ページ: 6230-6234
  • DOI: 10.1002/anie.201916233
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] DNA Origami “Quick” Refolding inside of a Micron-Sized Compartment (2020)
  • 著者名/発表者名: Taiki Watanabe, Yusuke Sato, Hayato Otaka, Ibuki Kawamata, Satoshi Murata, Shin-Ichiro M Nomura
  • 雑誌名: Molecules 巻: 25-1 ページ: 1-8
  • DOI: 10.3390/molecules25010008
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Pattern formation on discrete gel matrix based on DNA computing (2019)
  • 著者名/発表者名: T Hosoya, I Kawamata, MN Shin-ichiro, S Murata
  • 雑誌名: New Generation Computing 巻: 37 (1) ページ: 97-111
  • DOI: 10.1007/s00354-018-0047-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Developing Students Abilities by Design Competition (2019)
  • 著者名/発表者名: S Murata, I Kawamata, Y Suzuki
  • 雑誌名: JSEE Annual Conference 2019, International Session Proceeding 巻: None ページ: 1-6
  • DOI: 10.20549/jseeen.2019.0_68
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Isothermal amplification of specific DNA molecules inside giant unilamellar vesicles (2019)
  • 著者名/発表者名: Y Sato, K Komiya, I Kawamata, S Murata, MN Shin-ichiro
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 55 (62) ページ: 9084-9087
  • DOI: 10.1039/c9cc03277k
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Programmable reactions and diffusion using DNA for pattern formation in hydrogel medium (2019)
  • 著者名/発表者名: K Abe, I Kawamata, MN Shin-ichiro, S Murata
  • 雑誌名: Molecular Systems Design & Engineering 巻: 4 (3) ページ: 639-643
  • DOI: 10.1039/C9ME00004F
  • 査読あり