形態変化する分子を用いた並行計算と分散計算

2006 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14085202
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 萩谷 昌己 東京大学, 大学院・情報理工学系研究科, 教授 (30156252)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 横山 茂之 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (00159229) ; 陶山 明 東京大学, 大学院・総合文化研究科, 教授 (90163063) ; 浅沼 浩之 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (20282577) ; 藤井 輝夫 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (30251474) ; ROSE John 立命館アジア太平洋大学, アジア太平洋学部, 助教授 (00345125)
• Keywords: DNAコンピュータ / 生体生命情報学 / 自己組織化 / ナノバイオ / バイオテクノロジー

Research Abstract

形態変化するDNA分子の設計方法:萩谷は、連続ヘアピンからなる分子マシンに関して、ヘアピンの配列を変化させたときに、3連続ヘアピンから成る分子マシンの挙動がどのように変化するかを調べた。分子マシンの光制御を目指した光機能性超分子の構築:浅沼は、これまでとは逆に「cis-体で二重鎖形成、trans-体で解離」というスイッチングが可能な光応答性DNAの設計と実現に成功した。ヘアピンとバルジによる並行計算:萩谷は、Whiplash PCRの熱力学的な解析と、状態遷移の効率化(Displacement WPCR)を行った。レトロウィルスによる並行計算:陶山は、二つの正帰還と一つの負帰還反応から構成されたオシレータをRTRACの基本反応を用いて構築した。シミュレーションにより発振可能な条件が存在することを確かめた後、実装を進めた。翻訳系による並行計算:横山は、翻訳システムを利用した「オートマトン」を動物細胞(培養細胞)内でも構築することを目標に、非天然型アミノ酸が細胞に与えられた場合にのみ活性化され、サプレッサーtRNAにアミノ酸を結合するような酵素(アミノアシルtRNA合成酵素)を用いることにより、サプレションを制御する機構を構築した。DNA Walker:萩谷は、DNA Walkerの構築に向けて、温度、pH、光の三種類の入力によって駆動する分子マシンに関する予備実験を行った。特に、これらの三種類の入力の独立性について調べた。マイクロチップのための微量液体制御機構の開発:藤井は、液滴操作に必要な周辺技術等の整備を進め、オンデマンド式で液滴の生成・合一の操作が可能にした。また、本技術を用いてDNAとPNAのハイブリダイゼーション反応と電気泳動による反応産物の分離操作をデバイス上で実現した

Research Products

• [Journal Article] A Coupled Equilibrium Model for Hybridization Error Estimation for the DNA Microarray and Tag-Antitag Systems (2007)
  • Author(s): J.A.Rose, R.J.Deaton, M.Hagiya, A.Suyama
  • Journal Title: IEEE Transactions in NanoBioscience, Special Issue on Computational NanoBioscience (in press)
• [Journal Article] Site-specific incorporation of non-natural amino acids into proteins in the mammalian cells with an expanded genetic code (2007)
  • Author(s): Nobumasa Hino, Akiko Hayashi, Kensaku Sakamoto, Shigeyuki Yokoyama
  • Journal Title: Nature protocols 1 Pages: 2957-2962
• [Journal Article] Site-specific functionalization of proteins by organopalladium reactions (2007)
  • Author(s): Kodama, K., Fukuzawa, S., Nakayama, H., Sakamoto, K., Kigawa, T., Yabuki, T., Matsuda, N., Shirouzu, M., Takio, K., Yokoyama, S., Tachibana, K.
  • Journal Title: Chembiochem 8 Pages: 232-238
• [Journal Article] Unravel Four Hairpins! (2006)
  • Author(s): Atsushi Kemada, Masahito Yamamoto, Azuma Ohuchi, Satsuki Yaegashi, Masami Hagiya
  • Journal Title: The Twelfth International Meeting on DNA Computing, DNA12, Preliminary Proceedings Pages: 65-74
• [Journal Article] Towards Robust DNA Logic Gates (2006)
  • Author(s): Masami Hagiya, Satsuki Yaegashi
  • Journal Title: The Twelfth International Meeting on DNA Computing, DNA12, Preliminary Proceedings Pages: 413
• [Journal Article] Insertion of Two Pyrene Moieties to Oligodeoxyribonucleotides for the Efficient Detection of Insertion/Deletion Polymorphisms (2006)
  • Author(s): Kashida, H., Asanuma, H., Komiyama, M.
  • Journal Title: Chem. Commun Pages: 2768-2770
• [Journal Article] Exciplex Formation between Pyrene and N, N-Dimethylaniline in DNA for the Detection of One-base Deletion (2006)
  • Author(s): Kashida, H., Komiyama, M., Asanuma, H.
  • Journal Title: Chem. Lett 35(8) Pages: 934-935
• [Journal Article] Enhancement of RNA cleavage activity of 10-23 DNAzyme by covalently introduced intercalator (2006)
  • Author(s): H.Asanuma, H.Hayashi, J.Zhao, X.Liang, A.Yamazawa, T.Kuramochi, D.Matsunaga, Y.Aiba, H.Kashida, M.Komiyama
  • Journal Title: Chem. Commun. Pages: 5062-5064
• [Journal Article] Incorporation of methyl group on azobenzene for the effective photo-regulation of hybridization and suppression of thermal isomerization (2006)
  • Author(s): Komiyama, M., Liang, X., Asanuma, H.
  • Journal Title: Nucleic Acids Res. Supple. 50 Pages: 85-86
• [Journal Article] Activation of DNA enzyme 10-23 by tethering an intercalator to its backbone (2006)
  • Author(s): Hayashi, H., Liang, X., Zhao, J., Komiyama, M., Asanuma, H.
  • Journal Title: Nucleic Acids Res. Supple. 50 50 Pages: 167-168
• [Journal Article] Experimental Validation of the Statistical Thermodynamic Model for Prediction of the Behavior of Autonomous Molecular Computers Based on Hairpin Formation (2006)
  • Author(s): Ken Komiya, Satsuki Yaegashi, Masami Hagiya, Akira Suyama, John A. Rose
  • Journal Title: The Twelfth International Meeting on DNA Computing, DNA12, Preliminary Proceedings Pages: 382-392
• [Journal Article] Displacement Whiplash PCR : Optimized architecture and experimental validation (2006)
  • Author(s): John A.Rose, Ken Komiya, Satsuki Yaegashi, Masami Hagiya
  • Journal Title: The Twelfth International Meeting on DNA Computing, DNA12, Preliminary Proceedings Pages: 393-403
• [Journal Article] An autonomous molecular computing system in cell-sized liposome (2006)
  • Author(s): Koh-ichiroh Shohda, Daisuke Kiga, Masahiro Takinoue, Kageyama Yoshiyuki, Tadashi Sugawara, Akira Suyama
  • Journal Title: Proceedings of NanoBio-Tokyo 2006 Pages: 357-358
• [Journal Article] Bionano clock based on an autonomous biomolecular computing system (2006)
  • Author(s): Masahiro Takinoue, Daisuke Kiga, Koh-ichiroh Shohda, Akira Suyama
  • Journal Title: Proceedings of NanoBio-Tokyo 2006 Pages: 361-362
• [Journal Article] Turing machine using RTRACS (2006)
  • Author(s): Akira Suyama, C.Mao, T.Yokomori, B.Zhang
  • Journal Title: Preliminary proceedings of DNA 12 Pages: 422
• [Journal Article] Autonomous DNA computer in small vesicle (2006)
  • Author(s): Daisuke Kiga, Koh-ichiroh Shoda, Masahiro Takinoue, Akira Suyama, C. Mao, T. Yokomori, B. Zhang
  • Journal Title: Preliminary proceedings of DNA 12 Pages: 420
• [Journal Article] A numerical analysis of an autonomous molecular computing system, RTRACS. (2006)
  • Author(s): Masahiro Takinoue, Daisuke Kiga, Akira Suyama, C. Mao, T. Yokomori, B. Zhang
  • Journal Title: Preliminary proceedings of DNA 12 Pages: 411
• [Journal Article] Cation-π interaction in triterpene biosynthesis revealed by incorporating unnatural amino acids into the catalytic site of a squalene cyclase (2006)
  • Author(s): Noriko Morikubo, Yoriyuki Fukuda, Kazumasa Ohtake, Naoko, Shinya, Daisuke Kiga, Kensaku Sakamoto, Miwako Asanuma, Hiroshi Hirota, Shigeyuki Yokoyama, Tsutomu Hoshino
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc 128 Pages: 13184-13194
• [Journal Article] A New Protein Engineering Approach Combining Chemistry and Biology, Part I; Site-Specific Incorporation of 4-Iodo-L-phenylalanine in vitro by Using Misacylated Suppressor tRNA (Phe) (2006)
  • Author(s): Kodama K, Fukuzawa S, Sakamoto K, Nakayama H, Kigawa T, Yabuki T, Matsuda N, Shirouzu M, Takio K, Tachibana K, Yokoyama S
  • Journal Title: Chembiochem 7 Pages: 1577-1581
• [Journal Article] Translation of 'rare' Codons in a Cell-free Protein Synthesis System from Escherichia coli (2006)
  • Author(s): Chumpolkulwong N, Sakamoto K, Hayashi A, Iraha F, Shinya N, Matsuda N, Kiga D, Urushibata A, Shirouzu M, Oki K, Kigawa T, Yokoyama S
  • Journal Title: J Struct Funct Genomics 7 Pages: 31-36
• [Journal Article] Microfluidic Device for Droplet-based DNA-PNA Hybridization and Separation (2006)
  • Author(s): S Kaneda, K.Somei, K.Ono, T.Yamamoto, T.Fujii
  • Journal Title: Proc. μTAS2006 2 Pages: 1151-1153
• [Journal Article] 微量液滴ハンドリングデバイスによる反応・分析操作 (2006)
  • Author(s): 金田祥平, 染井康太郎, 小野航一, 山本貴富喜, 藤井輝夫
  • Journal Title: 第13回化学とマイクロ・ナイシステム研究会予稿集 PC-039
• [Journal Article] マイクロ流体デバイスによるバイオ分析 (2006)
  • Author(s): 金田祥平, 藤井輝夫
  • Journal Title: 精密工学会誌 72 Pages: 937-976
• [Journal Article] Research on Retargetable Code Generators (2006)
  • Author(s): Seika Abe
  • Journal Title: Ph. D. Thesis, Department of Computer Science, Graduate School of Information Science and Technology, University of Tokyo
• [Book] 岩波科学ライブラリ 執筆中
  • Author(s): 西川明男, 萩谷昌己
  • Publisher: DNAマシン-分子が動く,計算する