Construction of highly efficient enzyme reaction system by high-ordered self-assembly of DNA nanostructure

DNA纳米结构高序自组装构建高效酶反应体系

基本信息

批准号：
20H02860
负责人：
中田栄司
金额：
$ 11.4万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

DNAナノ構造体を足場として、酵素を1分子レベルで配置したナノ空間内で高効率な酵素連続反応場の設計原理を確立するのが目的である。これまでに開発してきた独自の手法である「DNA結合性アダプター法」には、複数種類の酵素を配置するためには一定の利用制限があることが明らかであった。これを反応メカニズムを基に再設計することで、複数種類の酵素を配置する際に用いることができるDNA結合性アダプター(モジュール型アダプター)の選択肢の拡充を図り、その獲得に成功した。具体的には、モジュール型アダプターの構成要素であるDNA結合性タンパク質とタグタンパク質のうち、DNA結合性タンパク質の多様性を利用して直交性を発揮するモジュール型アダプターの設計戦略とその実施をおこなった。タグタンパク質の反応性が高すぎるために選択性が発揮できないことが明らかとなったため、あえて反応性を抑制する設計を施し、その結果、期待したような直交性を有するDNA結合性アダプターの拡充に成功した。これは、タグタンパク質に比べると、DNA結合性タンパク質には様々な選択肢があることを考慮すると、より柔軟な選択ができるような方法論へと洗練できたと考えている。また、反応場が酵素反応自体に及ぼす影響についての評価及び考察もおこなった。また、別途DNAが集積することで形成される液相状態の構築をおこない、その構造的特徴の測定評価をおこなった。ナノ構造体の階層的集積化については進行中である。

目的是在纳米空间内建立高效酶连续反应场的设计原理，在该酶中，使用DNA纳米结构将酶放置在单分子水平上。很明显，我们到目前为止开发的独特方法是，DNA结合适配器方法具有某些用于放置多种类型酶的用法限制。通过基于反应机制对此进行重新设计，我们扩展了在放置多种类型的酶时可以使用的DNA结合适配器（模块化适配器）的选项，并已成功获取它们。具体而言，我们设计了一个模块化适配器，该适配器在DNA结合蛋白和TAG蛋白中发挥正交性，它们是模块化适配器的组成部分，并实施了使用DNA结合蛋白多样性的模块化适配器的设计策略和实现。据揭示，由于TAG蛋白过于反应性，因此无法证明选择性，因此我们故意将其设计以抑制反应性，因此，我们成功地扩展了DNA结合适配器，并以所需的正交性扩展了。这表明，鉴于与TAG蛋白相比，鉴于DNA结合蛋白的多种选择，我们能够完善该方法以允许更灵活的选择。另外，评估并考虑了反应场对酶反应本身的影响。另外，分别构建了由DNA积累形成的液相状态，并测量和评估了其结构特征。纳米结构的层次整合目前正在进行中。