Single-molecule visualization of epigenetic gene expression using DNA origami

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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。