| 研究領域 | 感覚と知能を備えた分子ロボットの創成 |
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| 研究課題/領域番号 |
15H00798
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
多田隈 尚史 京都大学, 物質-細胞統合システム拠点, 特定研究員 (10339707)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 1分子計測(SMD) / 核酸 / 蛋白質 / 分子機械 / 分子モーター |
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| 研究実績の概要 |
自律的に動作する分子ロボットを構築する為に、DNAナノ構造(DNA-tile)上に多数の蛋白質を固定した"DNA-蛋白質ハイブリッドナノシステム"を構築し観察を行った。本年度は、T7-RNAポリメラーゼ(T7-RNA polymerase、以下RNAP)蛋白質をモデル蛋白質として用い、機能モジュールとしての性質を明らかにした。具体的には、DNA-tile上にRNAPと、(RNAPが転写する)遺伝子を集積化し(以下Gene-nano-chip)、転写活性を溶液反応系で測定した。その結果、Gene-nano-chipには自律動作する分子ロボット構築に都合の良い性質が備わっている事が明らかになった。1つめは合理設計性であり、Gene-nano-chip上のRNAPと基質遺伝子間の距離を制御することで、転写活性を設計できる事が明らかになった。2つ目は、直交性であり、自身の内部遺伝子を高効率に転写する一方、溶液中を漂う外部遺伝子はあまり転写しないという性質が明らかになった。これらの性質を利用する事で、無細胞翻訳系PURE systemにおいて、2つの遺伝子の発現量を合理設計可能である事を示した。また、人工細胞に見立てたエマルジョンの中で、1個のnano-chipの測定を行った所、10^4-10^5のRNAPに相当する活性を持っている事を明らかにした。また、分子ロボット構築には、機能モジュールとして1ユニット単体で動作する必要があるが、従来の反応拡散系では、濃度を希釈していくと、ランダムな配分により、重要な因子が欠けてしまい、確実に動作できなくなる可能性があった。一方、nano-chipでは、必要な因子を全部集積化するので、この問題を回避できる可能性がある。そこで、人工細胞を用いて、完結したユニットとして機能することを確認した。これらの結果は、従来は経験則的に反応設計が行われてきた転写活性を工学的なアプローチで反応設計可能な事を示しており、生物化学反応の制御にDNA-蛋白質ハイブリッドナノシステムを用いる事の有用性を示唆する。
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| 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
本研究では、自律的に動作する分子ロボットの構築を目的としている。初年度は、構築した機能モジュールが必要な動作用件を満たすことを、活性測定から示し、次年度の基盤を確かにした。
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| 今後の研究の推進方策 |
自律的に動作する分子ロボットを構築する為に、作成したGene-nano-chipを2つの方向性で発展させていく。1つは、自律性を付与させるために、Gene-nano-chipに分子スイッチやセンサーの組込を行う。まずは、溶液内のmiRNA検出を目的とする。他方は、Gene-nano-chipを試験管内だけでなく、細胞内などの様々な環境への適用を試みる。いずれの方向性に関しても、ナノシステムの特徴である、ナノメートル精度での分子配置、という性質を生かし、蛋白質相互作用における分子間距離の影響評価や、逆に距離制御による反応制御に注力する。
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