2015 Fiscal Year Annual Research Report
環境応答ＤＮＡと脂質膜小胞の融合による動的な細胞型分子ロボットの設計と構築
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14J10002
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
森田 雅宗 東京工業大学, 大学院総合理工学研究科, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | リポソーム / DNAナノ構造 / DNAゲル / 分子ロボット / 人工細胞システム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
当該年度の研究成果として，採用初年度で実施した研究成果がChemBioChemおよび J. Vis. Exp.の国際学術誌にそれぞれ掲載された．これらの成果では，主に，遠心型マイクロ流体デバイスによるサイズ均一な細胞サイズの油中水滴・リポソームの作製法の開発と, この技術を改良しサイズ制御可能な油中水滴の作製法の開発を行った．これにより，本申請課題である細胞型分子ロボットのボディを作製する技術が確立された．
さらに，当該年度では脂質膜の機能をDNAを用いて制御するための研究の実施状況について報告する．本研究では，3種類のDNAがハイブリダイゼーションすることで，Y-motif構造を形成し，さらに粘着末端(sticky-end)を介してネットワーク構造を形成しゲル化する．マイクロサイズの油中水滴内にDNAを封入し，アニーリングを行うことで，脂質膜界面上にミクロ構造を形成させた．観察されたミクロ構造は，(i)水滴内で分散するDNAゲル粒子，(ii)脂質膜に一様に吸着し，カプセル状構造のHomogeneous hollow capsule，(iii)カプセル状構造内にGapが見られるHeterogeneous hollow capsuleの3種類のDNAミクロ構造が観察された．また，HomoとHeteroのDNAミクロ構造の形成はアニーリング時の冷却速度に依存して変化することを明らかにし，これらの構造が可逆的に制御可能であることを示した．さらには，油中水滴内で作製されたHeterogeneous hollow capsuleを溶液交換を行うことで，水溶液中への取り出しにも成功し，DNAゲルによる新たな材料研究への発展性を秘めた研究成果を得ることが出来た．現在，DNAミクロ構造が現れるメカニズムについて理論的な検証を行っており，論文投稿準備中である．またDNAゲル構造を裏打ちしたリポソームの作製にも取り組んでおり，今後，DNAの情報で脂質膜の機能(相分離構造や変形の誘起)を制御する系の構築へとつなげる．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度はマイクロサイズの油中水滴内にDNAを封入し，アニーリングを行うことで，脂質膜界面上にミクロ構造を形成させることに成功した．３種類のミクロ構造を作製する事ができ，さらには，油中水滴内で作製された構造体を，水溶液中へ取り出す事にも成功した．DNAゲルによる新たな材料研究への発展性を秘めた研究成果を得ることが出来た．現在，DNAミクロ構造が現れるメカニズムについて理論的な検証を行っており，論文投稿準備中である．またDNAゲル構造を裏打ちしたリポソームの作製にも取り組んでおり，今後，DNAの情報で脂質膜の機能を制御する系の構築へとつなげる．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の推進方策として，昨年度から引き続きDNAゲルによって形成されたミクロ構造体に光や小分子，核酸配列などの外部からのシグナルや刺激に応答する事で，ミクロ構造体が変形する機能やミクロ構造体から分子やシグナルが出力されるようなシステムを開発する事を目指す．また，DNAミクロ構造体をリポソームの裏打ち構造として利用し，リポソームの膜上における相分離現象・変形現象を誘起する機能を生み出す人工細胞型の分子ロボットシステムを作製する方法論を開発する事を目指す．
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Research Products
(7 results)
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[Presentation] 脂質膜表面上での自己組織化されたDNAナノ構造体の構築2015
Author(s)
Masamune Morita, Miho Yanagisawa, Shogo Hamada, Shin-ichiro M. Nomura, Satoshi Murata, Masahiro Takinoue
Organizer
第53回日本生物物理学会
Place of Presentation
金沢大学角間キャンパス
Year and Date
2015-09-13 – 2015-09-15
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