Single-molecule visualization of epigenetic gene expression using DNA origami

使用 DNA 折纸对表观遗传基因表达进行单分子可视化

• 批准号: 21H02057
• 负责人: 遠藤 政幸
• 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-21H02057/
• 关键词: 遺伝子発現; エピジェネティクス; 1分子観察; 原子間力顕微鏡; DNAオリガミ; 高速原子間力顕微鏡; ヌクレオソーム; エピジェネティックズ

本研究では、遺伝子発現の制御に連動する配列化されたヌクレオソーム多量体の高次構造について、これらをDNAオリガミ構造体に集積し、DNAオリガミの持つ空間を使って、高速原子間力顕微鏡（高速AFM）により動的な状態で一分子の解像度で可視化する技術を開発する。複数のヌクレオソームが結合した複合体を作成するため、6個あるいは12個のヌクレオソーム結合サイト間の距離を制御したDNA鎖を合成した。これら複数の結合サイトを持つDNA鎖を使い、ヒストン8量体を再構成した。また、これらを導入し観察するためのDNAオリガミ構造体を作製した。一方でヌクレオソームの安定化を図るため2本鎖DNAの複数のサイトを結合する手法を検討した。異なる配列を認識する2個のDNA結合分子(dCas9)をDNA鎖によってつなぎ、長鎖のDNA鎖内の任意の2箇所を結合する手法を開発した。前年度に引き続き外部からの物理的な刺激による細胞内での遺伝子発現の操作について検討を行った。細胞は外部の細胞外マトリックスの硬軟に応答して細胞の形態変化とそれに伴った関連する遺伝子の発現が変化する。光に応答して剛直な直鎖状または軟化した形状に変化するDNAナノ構造体を開発し、これを細胞外マトリックスとして、光の波長に応答した細胞形態の観察を行い可逆的な伸縮変化の操作に成功した。可逆的なDNAナノ構造体の光操作に伴い細胞内部遺伝子群の発現を操作する手法を開発できた。

在这项研究中，我们将开发一项技术，在该技术中，与基因表达调节相关的测序核小体多聚体的高阶结构在DNA折纸结构中积累，并使用高速原子质的高速原子力显微镜（高速AFM）在动态状态下可视化，并在动态状态下使用高速型高速ATOMIC ATHOMIC ATEMIC MICIRCOPER（高速AFM）（高速AFM）（高速AFM）进行可视化。为了创建一个复合物，其中多个核小体是结合的，将合成六个或12个核小体结合位点距离的DNA链。使用包含多个结合位点的DNA链重构组蛋白八聚体。此外，准备DNA折纸结构用于引入和观察这些结构。另一方面，我们研究了一种结合双链DNA多个位点以稳定核小体的方法。已经开发了一种方法来连接两个DNA结合分子（DCAS9），该分子通过使用DNA链来识别不同序列，以结合长DNA链中的任何两个位置。从上一年开始，我们通过外部的身体刺激研究了细胞中基因表达的操纵。细胞改变细胞的形态以及与外部外细胞外基质的硬和柔软性相关的基因的相关表达。我们开发了一种DNA纳米结构，该纳米结构会响应光线而变为刚性线性或软化的形状，并将其用作细胞外基质，以响应光的光波长观察细胞形态，并成功地操纵了伸展时的可逆变化。已经开发了一种方法来操纵内部细胞基因的表达，并具有可逆的DNA纳米结构的光持续性。

项目成果

Molecular Robotics: An Introduction (S. Murata Ed.) Molecular Nanotechnology for Molecular Robotics

分子机器人学：简介（S. Murata Ed.）分子机器人学的分子纳米技术

• 发表时间: 2022
• 作者: 瀧川紘;加藤律希;田渡司;山岡 庸介;高須清誠;M. Endo
• 通讯作者: M. Endo

Nanoscopic observation of a DNA crystal surface and its dynamic formation and degradation using atomic force microscopy

使用原子力显微镜对 DNA 晶体表面及其动态形成和降解进行纳米观察

• DOI: 10.1039/d0cc07458f
• 发表时间: 2021
• 期刊: Chemical Communications
• 影响因子: 4.9
• 作者: Eki Haruhiko;Abe Katsuhiko;Sugiyama Hiroshi;Endo Masayuki
• 通讯作者: Endo Masayuki

講談社サイエンティフィック『核酸科学ハンドブック』 「DNAオリガミを利用した１分子可視化と計測」

讲谈社科学“核酸科学手册”“使用DNA折纸的单分子可视化和测量”

• 发表时间: 2021
• 作者: Moriyama Takahiro;Mizukami Daiki;Yoritate Makoto;Usui Kazuteru;Takahashi Daisuke;Ota Eisuke;Sodeoka Mikiko;Ueda Tadashi;Karasawa Satoru;Hirai Go;遠藤 政幸
• 通讯作者: 遠藤 政幸

DNAをノリシロとした世界最小のオリガミに挑戦！ DNAオリガミを使った生体分子デバイスの開発

挑战自己，用 DNA 创造世界上最小的折纸！

• 发表时间: 2021
• 作者: Tone Yuichiro;Mamchaoui Kamel;Tsoumpra Maria K.;Hashimoto Yasumasa;Terada Reiko;Maruyama Rika;Gait Michael J.;Arzumanov Andrey A.;McClorey Graham;Imamura Michihiro;Takeda Shin'ichi;Yokota Toshifumi;Wood Matthew J.A.;Mouly Vincent;Aoki Yoshitsugu;大塚悟史，中尾洋一;小山彩 友利貴人 江利川友紀 正木慶昭 清尾康志;遠藤 政幸
• 通讯作者: 遠藤 政幸

A Hexameric Ribozyme Nanostructure Formed by Double‐Decker Assembly of a Pair of Triangular Ribozyme Trimers

一对三角形核酶三聚体双层组装形成的六聚核酶纳米结构

• DOI: 10.1002/cbic.202100573
• 发表时间: 2022
• 期刊: ChemBioChem
• 影响因子: 3.2
• 作者: Yu Kai;Hidaka Kumi;Sugiyama Hiroshi;Endo Masayuki;Matsumura Shigeyoshi;Ikawa Yoshiya
• 通讯作者: Ikawa Yoshiya