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2022 年度 実施状況報告書

光を用いたDNAメゾスコピック凝縮反応場の機能分析

研究課題

研究課題/領域番号 21K05108
研究機関電気通信大学

研究代表者

田仲 真紀子  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (90397703)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
キーワードDNA / 液晶 / 集合体
研究実績の概要

本研究では、メゾスコピックスケールの可逆的な微小凝縮場の形成がDNAに与える機能の解明を目指している。集合体のビルディングブロックとなる短鎖DNAについて、集合体形成を促進するために2塩基の粘着末端をもつ配列を用いたところ、ポリエチレングリコールを高濃度で加えることによって人工的に作製した分子混雑環境下において、マイクロメートルスケールのユニークな六角形プレート型液晶が形成していることが明らかとなった。DNAの配列と濃度、PEG濃度を変化させ、集合体形成への影響を検討することで六角形プレート型液晶の形成には最適なDNA濃度およびPEG濃度を調べた。また粘着末端の配列も六角形集合体の形成に影響を及ぼした。この新規に観測された六角形型DNA集合体について偏光顕微鏡による観測と、円二色性スペクトル測定を行った結果、二本鎖DNAの長軸が六角形の面に対して垂直に並んでいる構造であることが示唆された。六角形型DNA集合体を含む溶液について、吸光度の温度変化測定を行ったところ、二本鎖DNAの一本鎖への解離による吸光度変化以外に、より低い30-45 ℃の温度領域での吸光度変化が観測された。そこで集合体を加温しながら顕微鏡観測を行ったところ、30 ℃で集合体の溶解が始まり、45 ℃では集合体が消失することを確認した。よって二本鎖DNAが、周辺環境に依存して集合状態を変化させることが明らかとなった。このような集合状態変化がDNAの機能にも影響を及ぼしていることが考えられる。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

ユニークな六角形プレート型DNAがポリエチレングリコール高濃度条件で形成されることが明らかとなった。当初予期しなかった集合体の形成ではあるが、短鎖DNAが配列によってこのような集合体を容易に形成することは興味深く、六角形集合体への形態変化によるDNAの機能の変化について引き続き探索を進める。

今後の研究の推進方策

今後の方針として、適切な機能性分子を修飾したDNAを固相合成によって準備し、さまざまな形態をとるDNA集合体(凝縮場)内の電子移動特性についての調査を進める。またDNA液晶のみではなくDNA液滴を研究対象とし、その機能分析を液晶と比較して進める。さらにこのようなDNA凝縮場が生体分子の微小な分離場としてどのように機能しうるかについての検討を行う。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Self‐Assembled Micro‐Sized Hexagons Built from Short DNA in a Crowded Environment2022

    • 著者名/発表者名
      Makino Tetsunao、Nakane Daisuke、Tanaka Makiko
    • 雑誌名

      ChemBioChem

      巻: 23 ページ: -

    • DOI

      10.1002/cbic.202200360

    • 査読あり
  • [学会発表] 六角形型DNA集合体の形成におけるDNA配列と共溶質の影響2023

    • 著者名/発表者名
      牧野 哲直、田仲 真紀子
    • 学会等名
      日本化学会春季年会
  • [学会発表] Formation and Properties of DNA Liquid Crystalline Phase in Crowded Environment2022

    • 著者名/発表者名
      Makiko Tanaka
    • 学会等名
      International Congress on Pure & Applied Chemistry Kota Kinabalu 2022
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Formation of micro-sized hexagonal DNA assemblies in aqueous-salt PEG solution2022

    • 著者名/発表者名
      Tetsunao Makino, Daisuke Nakane, Makiko Tanaka
    • 学会等名
      The 49th International Symposium on Nucleic Acid Chemistry
    • 国際学会
  • [学会発表] 光学顕微鏡観察可能なマイクロメートルサイズの六角形型DNA構造体の形成2022

    • 著者名/発表者名
      牧野 哲直, 田仲 真紀子
    • 学会等名
      第12回CSJ化学フェスタ
  • [学会発表] 光照射によるDNA集合体の形態変化2022

    • 著者名/発表者名
      木下 晴弥, 山口 湧暉, 田仲 真紀子
    • 学会等名
      第12回CSJ化学フェスタ
  • [学会発表] 分子混雑環境における二本鎖DNAの集合体形成とその特性2022

    • 著者名/発表者名
      牧野哲直, 山口湧暉, 田仲真紀子
    • 学会等名
      第16回バイオ関連化学シンポジウム
  • [備考] 【ニュースリリース】二本鎖DNAが自己集合により六角形型液晶を形成することを発見

    • URL

      https://www.uec.ac.jp/news/announcement/2022/20221104_4914.html

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公開日: 2023-12-25  

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