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2014 年度 実施状況報告書

外部刺激応答性DNAナノ構造体による分子デリバリーシステムの構築

研究課題

研究課題/領域番号 26620133
研究機関京都大学

研究代表者

遠藤 政幸  京都大学, 物質-細胞統合システム拠点, 准教授 (70335389)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
キーワードDNA / ナノ構造体 / DNAオリガミ / 光機能性 / 原子間力顕微鏡 / デリバリー / 細胞機能制御
研究実績の概要

本研究では、DNAによって様々な3次元構造体を設計・機能化し、ナノサイズの機能性DNA構造体を細胞応答へと応用するための基礎技術を作ることを目的とし、高度な機能性を発現できるDNA分子システムの開発を検討した。この機能性DNAナノ構造体は外部からの操作で構造変換を行え、この構造体を使って金粒子の包摂と放出や酵素活性の制御を行う新たな分子システムを開発した。これらの機能化したDNAナノ構造体を細胞内への新規な生体分子のデリバリーに使い、アポトーシス(細胞死)の誘導、遺伝子発現の抑制、免疫増強など細胞応答に応用する。
2つの四角錐構造からなる1辺50 nmの八面体のDNA構造体(ナノカプセルL)を構築し、光応答性DNA鎖を導入し、構造体の開閉を光照射により制御した。構造体は設計どおりに構築され、開閉は電気泳動による移動度の違いとAFMによる構造変化によって確認した。UV光または可視光の照射によって開閉が繰り返し制御できることも確認した。次に、ナノカプセル内への10 nmの金ナノ粒子の導入と放出の制御を行った。導入には金粒子のDNAによる修飾とカプセル内への相補鎖を導入することで、開いた状態のカプセル内に金粒子を固定した。光照射によってナノカプセルを閉じ、電子顕微鏡によってその構造を解析した。閉じたカプセル内には金粒子が約50%包摂されることが確かめられた。次に、UV光照射によってカプセルを開き、金粒子を放出するためのDNA鎖を添加した。この結果、ほぼすべての金粒子が放出された。また、カプセルを閉じた状態では金粒子の放出が抑制された。これらの結果から、DNA構造体に比較的大きなナノ材料を導入でき、開閉によってその包摂や放出を制御できる分子システムの開発に成功した。

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

当初計画した外部刺激に応答できるDNAナノ構造体‐ナノ材料・酵素複合体を設計どおり構築し、光照射による構造体の開閉を制御しDNA構造体の形態変化によって機能発現できる新たな分子システムを開発できたため。

今後の研究の推進方策

本年度は、作成した光応答性の機能化したDNAナノ構造体をキャリアーとして、細胞に導入し、細胞内部の環境に応答して細胞機能発現の誘導を行える分子システムを構築する。また、提案したもうひとつの構造体の構築を行う。

次年度使用額が生じた理由

昨年度は細胞培養を行っていないため、経費に残額が生じた。

次年度使用額の使用計画

来年度は細胞培養を行うため、当初のとおりの経費を使用する予定である。

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (10件) (うち査読あり 10件、 謝辞記載あり 10件) 学会発表 (8件) (うち招待講演 4件)

  • [雑誌論文] Preparation of chemically modified RNA origami nanostructures.2014

    • 著者名/発表者名
      M. Endo, Y. Takeuchi, T. Emura, K. Hidaka, H. Sugiyama
    • 雑誌名

      Chemistry A European Journal

      巻: 20 ページ: 15330-15333

    • DOI

      10.1002/chem.201404084

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Photoresponsive DNA nanocapsule having an open/close system for capture and release of nanomaterials2014

    • 著者名/発表者名
      T. Takenaka, M. Endo, Y. Suzuki, Y. Yang, T. Emura, K. Hidaka, T. Kato, T. Miyata, K. Namba, H. Sugiyama
    • 雑誌名

      Chemistry A European Journal

      巻: 20 ページ: 14951-14954

    • DOI

      10.1002/chem.201404757

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Engineering RNA-protein complexes with different shapes for imaging and therapeutic applications2014

    • 著者名/発表者名
      E. Osada, Y. Suzuki, K. Hidaka, H. Ohno, H. Sugiyama, M. Endo, H. Saito
    • 雑誌名

      ACS Nano

      巻: 8 ページ: 8130-8140

    • DOI

      10.1021/nn502253c

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Single-molecule mechanochemical sensing using DNA origami nanostructures2014

    • 著者名/発表者名
      D. Koirala, P. Shrestha, T. Emura, K. Hidaka, S. Mandal, M. Endo, H. Sugiyama, H. Mao
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie, International Edition

      巻: 53 ページ: 8137-8141

    • DOI

      10.1002/anie.201404043

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Helical DNA origami tubular structures with various sizes and arrangements2014

    • 著者名/発表者名
      M. Endo, S. Yamamoto, T. Emura, K. Hidaka, N. Morone, J. E. Heuser, H. Sugiyama
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie, International Edition

      巻: 53 ページ: 7484-7490

    • DOI

      10.1002/anie.201402973

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A lock-and-key mechanism for the controllable fabrication of DNA origami structures2014

    • 著者名/発表者名
      A. Rajendran, M. Endo, K. Hidaka, N. Shimada, A. Maruyama, H. Sugiyama
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 50 ページ: 8743-8746

    • DOI

      10.1039/c4cc02244k

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Direct analysis of Holliday junction resolving enzyme in a DNA origami nanostructure2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Suzuki, M. Endo, C. Cañas, S. Ayora, J. C. Alonso, H. Sugiyama, K. Takeyasu
    • 雑誌名

      Nucleic Acids Research

      巻: 42 ページ: 7421-7428

    • DOI

      10.1093/nar/gku320

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Single-Molecule Imaging of Dynamic Motions of Biomolecules in DNA Origami Nanostructures Using High-Speed Atomic Force Microscopy2014

    • 著者名/発表者名
      M. Endo, H. Sugiyama
    • 雑誌名

      Accounts of Chemical Research

      巻: 47 ページ: 1645-1653

    • DOI

      10.1021/ar400299m

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Single molecule visualization and characterization of Sox2-Pax6 complex formation on a regulatory DNA element using a DNA origami frame2014

    • 著者名/発表者名
      S. Yamamoto, D. De, K. Hidaka, K-. K. Kim, M. Endo, H. Sugiyama
    • 雑誌名

      Nano Letters

      巻: 14 ページ: 2286-2292

    • DOI

      10.1021/nl4044949

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] AFM analysis of changes in nucleosome wrapping induced by DNA epigenetic modification2014

    • 著者名/発表者名
      S. Kizaki, Y. Suzuki, T. Takenaka, M. Endo, H. Sugiyama
    • 雑誌名

      Biomaterials Science

      巻: 2 ページ: 1399-1403

    • DOI

      10.1039/c4bm00113c

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 光ピンセットによる力測定を使ったDNAナノ構造上での1分子検出2015

    • 著者名/発表者名
      遠藤 政幸、D. Koirala、P. Shrestha、S. Mandal、江村 智子、日高 久美、H. Mao、杉山 弘
    • 学会等名
      日本化学会第95春季年会(2015)
    • 発表場所
      日本大学 (船橋)
    • 年月日
      2015-03-27
  • [学会発表] DNAナノ構造体を使った1分子イメージング法の開発2015

    • 著者名/発表者名
      遠藤 政幸
    • 学会等名
      兵庫県立大 第8回分子ナノテクノロジーセンター講演会
    • 発表場所
      兵庫県立大学 (姫路)
    • 年月日
      2015-03-06
    • 招待講演
  • [学会発表] Novel helical DNA tubular structures with defined size and arrangement2014

    • 著者名/発表者名
      M. Endo, S. Yamamoto, T. Emura, K. Hidaka, N. Morone, J. E. Heuser, H. Sugiyama
    • 学会等名
      The 41st International Symposium on Nucleic Acid Chemistry
    • 発表場所
      北九州国際会議場 (小倉)
    • 年月日
      2014-11-06
  • [学会発表] Creation of mechanical nanodevices using DNA origami2014

    • 著者名/発表者名
      Masayuki Endo
    • 学会等名
      The 8th International Symposium on NanoBiotechnology
    • 発表場所
      National Center for Nanoscience and Technology, Beijing, China
    • 年月日
      2014-10-20
    • 招待講演
  • [学会発表] Construction of helical DNA origami tubes with various sizes and arrangements2014

    • 著者名/発表者名
      M. Endo, S. Yamamoto, T. Emura, K. Hidaka, N. Morone, J. E. Heuser, H. Sugiyama
    • 学会等名
      DNA20: The Twentieth International Meeting on DNA Computing and Molecular Programming
    • 発表場所
      京都大学 (京都)
    • 年月日
      2014-09-22
  • [学会発表] 新規DNAチューブ構造体の構築とその性質2014

    • 著者名/発表者名
      遠藤 政幸、山本 清義、江村 智子、日高 久美、杉山 弘
    • 学会等名
      第8回バイオ関連化学シンポジウム
    • 発表場所
      岡山大学 (岡山)
    • 年月日
      2014-09-11
  • [学会発表] DNAナノテクノロジーの1分子観察への応用2014

    • 著者名/発表者名
      遠藤 政幸
    • 学会等名
      東京大学大学院化学生命工学専攻 2014年度第1回談話会
    • 発表場所
      東京大学 (東京)
    • 年月日
      2014-07-05
    • 招待講演
  • [学会発表] Photoresponsive DNA nanostructures; single-molecule imaging and controlled assembly2014

    • 著者名/発表者名
      Masayuki Endo
    • 学会等名
      11th Conference on the Foundations of Nanoscience 2014
    • 発表場所
      Snowbird, UT, USA
    • 年月日
      2014-04-18
    • 招待講演

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公開日: 2016-05-27  

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