DNAナノデバイスによる細胞内動的構造と細胞機能の制御

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本提案研究では，生細胞上のタンパク質の集積状態を自在に操作する生体分子ナノデバイスを開発し，細胞内の動的構造および細胞の形態・運動性を人為的に制御する新技術の創出へつなげることを目指している．研究初年度はDNAナノデバイスの人為操作の実現を目標に据え，刺激応答性の設計から着手した．メカニカルな動作を示すDNAオリガミ構造体を基盤に，pH応答性塩基配列，光応答性オリゴヌクレオチド，核酸シグナルによる鎖置換反応などを実装することで，特定の外部刺激に応答して可逆的に収縮・伸張あるいは変形するDNAナノデバイスを設計・構築した．さらに，ペプチド-DNAコンジュゲートの設計と合成に取り組み，DNAナノデバイスの機能化を進めた．細胞接着活性配列であるRGDモチーフや各種ナノボディの抗原ペプチドをDNAデバイス上にアレイ化し，標的タンパク質に対する認識能を付与した．DNAナノデバイスの外部刺激依存的な構造変化については，ゲルシフトアッセイ（EMSA）をはじめとした生化学的手法に加え，蛍光共鳴エネルギー移動（FRET）測定や原子間力顕微鏡（AFM）によるナノイメージングなどで評価・解析した．溶液中での三次元構造については直接計測することが困難であるため，粗視化シミュレーションによりモデル構築を行ない，AFM画像からの測定値と比較解析した．これらの解析により，開発したDNAナノデバイスについて，設計通りの構造変化を実現できていることを確認した．