Development of molecular motor-based micro/nanodevice by using DNA pre-programming

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本研究では、タンパク質遺伝子をコードしたＤＮＡをガラス基板上にプリントすることで、タンパク質マイクロデバイスの構築に必要な情報を基板上にプレ-プログラミングし、長期保存することを可能にする。基板上でタンパク質を発現させ、タンパク質間の相互作用による自己集積を利用し、マイクロ・ナノデバイスの構築技術を確立する。昨年度まで、キネシンおよびミオシン生体分子モーターの無細胞タンパク質発現に成功し、運動活性があることも確認できた。さらに、DNAをガラス基板に固定する手法も確立し、本研究の目的であるガラス基板上でのタンパク質発現にも成功した。しかしながら、詳細な評価により、合成した生体分子モーターの運動活性が、従来の遺伝子組み換え生物を用いて発現させたものよりも低いことが判明した。そこで、本年度はデバイスの動力タンパク質であるキネシンおよびミオシン生体分子モーターの運動活性を向上することを試みた。合成したキネシンに関しては、使用するバッファー組成を検討することで、その運動活性を10倍程度に向上することができた。さらに、大腸菌発現したキネシンとの詳細な比較により、合成したキネシンは、大腸菌発現したキネシンよりも微小管（キネシンと相補的に結合する細胞骨格繊維）との結合親和性が高いことや、失活したキネシンの量が少なくなることを明らかとした。他方、ミオシンは、合成時に適切なシャペロンを用いることで、持続的な運動が得られるようになった。今回使用したミオシンVIは、フォールディングに必要なシャペロンが未同定であったが、本研究により、主要なシャペロンを突き止めることができた。すなわち、このことは従来の遺伝子組み換え生物から精製したものと同等の性能をもつミオシンVIを試験管内合成する技術を世界で初めて確立したということを意味する。