Development of Super Sensitive Detection Systems for Biomolecules Utilizing DNA Origami Molecular Machines

利用 DNA 折纸分子机开发生物分子超灵敏检测系统

• 批准号: 21H01774
• 负责人: 葛谷 明紀
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: Kansai University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01774/
• 关键词: DNAオリガミ; 人工抗体; 分子機械; 超解像蛍光顕微鏡; 発光タンパク質; BRET; FRET

本研究課題は今日の医療分野で広く利用されている「抗体分子」(特にIgG抗体)を模倣し、さらに高度な機能性を付与した「人工抗体」を、タンパク質以外を使用 して構築することを目的とする。そのために、DNA二重らせんを束ねて望みのナノ構造体を構築する技術である「DNAオリガミ法」を用いて、研究代表者が世界に 先駆けて独自に発表した「動く」ことで機能する「DNAオリガミ分子機械」を人工抗体の本体部として使用し、さらにこの分子機械の構造変化を超解像イメージング法でリアルタイム観察することにより、生体分子を一分子レベルで検出することができる超高感度検出法を開発することをめざしている。本年度は昨年度新たに見いだした1. DNAを足場に活用した生物発光共鳴エネルギー移動/蛍光共鳴エネルギー移動複合システムについてより詳細に検討し、2. 蛍光修飾したDNAオリガミの顕微鏡観察、についても引き続き検討を行った。その結果、1. これまでに実現していた緑色蛍光色素を利用した青色→緑色の発光色変調に加えて、緑色蛍光色素から赤色蛍光色素へのフェルスター共鳴エネルギー移動（FRET）を活用して、鮮明な赤色への色調変調に成功した。さらに、DNA末端で再構成した発光タンパク質を分子内単分子励起源として、複数の同種蛍光色素間のFRETを介して、本来エネルギー移動が起こりえない長距離までエネルギーを伝送することにも成功した。2. については、ガラス基板上に固定化したDNAオリガミ構造体を原子間力顕微鏡で明瞭に可視化することに成功し、修飾した蛍光色素からの蛍光も観察することに成功した。

This research topic today は の medical eset で hiroo く using さ れ て い る "antibody molecules (に IgG antibody)" を imitate し, さ ら に highly な functional を give し た "artificial antibodies" を, タ ン パ ク mass outside を use し て build す る こ と を purpose と す る. そ の た め に, DNA double ら せ ん を beam ね て hope み の ナ ノ constructs を build す る technology で あ る "DNA オ リ ガ ミ method" を with い て representatives, research が に all over the world First 駆 け て に alone 発 table し た "move く" こ と で function す る "DNA オ リ ガ ミ molecular mechanical" を の ontology of artificial antibody と し て use し, さ ら に こ の molecular の - mechanical structure is changed を super resolution イ メ ー ジ ン グ method で リ ア ル タ イ ム 観 examine す る こ と に よ り, bare body molecular を molecular レ ベ ル で 検 out す る こ と が で き 検 る ultra high sensitivity Export: を development: する とをめざ て る る る. This year's annual new は yesterday た に see い だ し た 1. DNA を foot field に use し た biological 発 resonance light エ ネ ル ギ ー mobile / 蛍 resonance light エ ネ ル ギ ー mobile composite シ ス テ ム に つ い て よ り detailed に 検 for し, 2. 蛍 light modify し た DNA オ リ ガ ミ の 顕 micro mirror 観 examine, に つ い て も lead き 続 き 検 line for を っ た. そ の results, 1. こ れ ま で に be presently し て い を た 蛍 light green pigment using し た blue - > green の 発 color - light tones に plus え て 蛍 light, the green pigment か ら red 蛍 photopigment へ の フ ェ ル ス タ ー resonance エ ネ ル ギ ー mobile を transfer (FRET) し て, bright red へ な の tonal variations adjustable に successful し た. さ ら に, DNA end で reconstitution し た 発 light タ ン パ ク qualitative を intramolecular 単 molecular excitation origin と し て acting, plural の 蛍 light pigment の FRET を interface し て, originally エ ネ ル ギ ー mobile が こ り え な い ま long distances で エ ネ ル ギ ー を 伝 send す る こ と に も successful し た. 2. に つ い て は, ガ ラ ス substrate に immobilized し た DNA オ リ ガ ミ constructs を interatomic force 顕 micromirror straightforward で す に visualization る こ と に successful し, modified し た 蛍 photopigment か ら の 蛍 light も 観 examine す る こ と に successful し た.

项目成果

DNA quadruplex hydrogels for biomedical applications

用于生物医学应用的 DNA 四链体水凝胶

• 发表时间: 2021
• 作者: 福家聖也;佐々木拓生;川合良知;日比野浩樹;Akinori Kuzuya
• 通讯作者: Akinori Kuzuya

関西大学 化学生命工学部 知能分子学研究室

关西大学化学与生物技术学院智能分子科学实验室

DNA Nanodevices for Single-Molecule Optical Detection of Various Biomolecules

用于各种生物分子单分子光学检测的 DNA 纳米器件

• 发表时间: 2022
• 作者: Takahashi Yuhei;Naito Tomoyuki;Nakamura Takashi;Takahashi Masato;Mikihiro Shibata;Akinori Kuzuya
• 通讯作者: Akinori Kuzuya

スイス連邦工科大学チューリッヒ校(スイス)

瑞士苏黎世联邦理工学院（瑞士）

発光タンパク質を分子内励起光源とした効率的な分子内エネルギー伝送

使用发光蛋白作为分子内激发光源进行有效的分子内能量转移

• 发表时间: 2023
• 作者: 南出悠貴;谷本晃一;仁木智哉;田花汐理;高野史章;葛谷明紀
• 通讯作者: 葛谷明紀