荷電高分子の相転移由来の非線形特性に基づき動作する分子機械モデルの研究

基于带电聚合物相变非线性特性的分子力学模型研究

• 批准号: 03J09447
• 负责人: 野村 慎一郎
• 金额: $ 0.7万
• 依托单位: Tokyo Medical and Dental University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03J09447/
• 关键词: 遺伝子発現; In vitroタンパク質合成; GFP; 細胞サイズリポソーム; 光ピンセット; 遺伝子導入; 荷電高分子の相転移; 微小体積効果

本研究は,荷電高分子鎖からなる分子機械(核酸や酵素など)の振る舞いを,環境との相互作用に基づく相転移挙動をキーワードに実験的に解き明かすことを目的としている.本研究期間においては,細胞サイズの脂質二分子膜胞(ジャイアントリポソーム:GL)におけるDNAを鋳型としたタンパク質(GFP)発現系の構築に成功した.その結果,GL内部におけるGFPの発現率がバルク溶液中よりも約10倍高いとの基礎的な知見を得た(CHEMBIOCHEM誌(2003)掲載).この機構に対するアプローチとして,反応の素過程を一つずつ詳細に確認してゆくという手法と,他のタンパク質発現系を用いた場合の結果から微小空間の効果を演繹的に議論する手法の二つが考えられるが,生体高分子機械の動作環境を知る研究においては後者のアプローチを行い,よりシンプルな酵素反応および高分子の相転移現象における微小体積の効果を測定することで環境との相互作用による分子機械の働きについての知見が得られると期待できる.関連して,自発的なリポソームの形成時に共存しているDNA分子が,リポソーム内部に濃縮されているという実験結果を得ている(Chem.Phys.Lett.誌(2003)掲載).(平行して,外部溶液よりDNA分子を細胞内へとレーザーを用いて非接触に導入する手法を開発し,植物細胞のプロトプラストにDNA分子を選択的に導入することに成功した(Appl.Phys.Lett誌(2003)掲載)).これらの実験結果は,細胞サイズの閉環境をつくる脂質膜構造が,内包したDNAやタンパク質等の高分子・低分子やイオンとの相互作用により(それらと同じ濃度に調製された)バルク溶液中とは大きく異なる環境をあたえうることを示すものである.これによって生物が荷電高分子機械を用いる場の特性と意義を知るための直接的な研究基盤が形成されたと考えられる.

In this study, charged polymer chains are linked to molecular machinery (nucleic acid enzymes), and the interaction between the environment and the environment is a fundamental phase shift. During this study, we successfully constructed a DNA typing and GFP development system for cell lipid binary membrane (GL). As a result, the GFP detection rate in GL was about 10-fold higher than that in GL solution (CHEMBIOCHEM Journal (2003)). The mechanism of this kind of mechanism is related to the process of reaction, and the process of reaction is related to the process of reaction. The method of reaction is related to the process of reaction. The method of reaction is related to the process of reaction. The method of reaction is related to the process of reaction. The method of reaction is related to the process of reaction. The phase shift phenomenon of enzymes and polymers, the measurement of micro-volume effects, the interaction between environment and molecular machinery, and the knowledge of micro-volume effects are expected. Related to this, DNA molecules co-shift during the formation of self-generated complex systems, and the concentration of DNA molecules within complex systems (Chem. Phys. Lett.(2003)). (In parallel, DNA molecules were successfully introduced into plant cells by non-contact introduction in an external solution (Appl.Phys.Lett (2003)). As a result, the lipid membrane structure of the cell in a closed environment, including DNA, proteins, and other polymers and low molecules, interacts with each other in a solution with different concentrations. The significance of the field properties of charged polymers in mechanical applications is discussed.

项目成果

Yuko Sato, Shin-ichiro M.Nomura, Kenichi Yoshikawa: "Enhanced Uptake of Giant DNA in Cell-sized Liposomes"Chem.Phys.Lett.. Volume380. 279-285 (2003)

Yuko Sato、Shin-ichiro M.Nomura、Kenichi Yoshikawa：“细胞大小脂质体中巨型 DNA 的增强摄取”Chem.Phys.Lett.. 第 380 卷。

S.-i.M.Nomura, K.Tsumoto, T.Hamada, K.Akiyoshi, Y.Nakatani, K.Yoshikawa: "Gene Expression Within Cell-Sized Lipid Vesicles"ChemBioChem. Volume4. 1172-1175 (2003)

S.-i.M.Nomura、K.Tsumoto、T.Hamada、K.Akiyoshi、Y.Nakatani、K.Yoshikawa：“细胞大小的脂质囊泡内的基因表达”ChemBioChem。

野村 慎一郎, 秋吉 一成: "ナノテクノロジーハンドブック 分担執筆 IV編,2・3"ナノテクノロジーハンドブック編集委員会編 オーム社. 934 (2003)

Shinichiro Nomura、Kazunari Akiyoshi：“纳米技术手册贡献者第 IV、2 和 3 部分”由纳米技术手册编辑委员会 Ohmsha 934 (2003) 编辑。

K.Kubo, M.Ichikawa, Y.Koyama, T.Niidome, T.Yamaoka, S.-i.M.Nomura, K.Yoshikawa: "Optically driven transport into a living cell"Appl.Phys.Lett.. Volume83. 2468-2470 (2003)

K.Kubo、M.Ichikawa、Y.Koyama、T.Niidome、T.Yamaoka、S.-i.M.Nomura、K.Yoshikawa：“光驱动传输到活细胞”Appl.Phys.Lett.. 第 83 卷。

野村 M.慎一郎, 秋吉 一成: "「図解 バイオ活用技術のすべて」分担執筆 第4章,4-11"東京工業大学・生命理工学研究科編 工業調査会(印刷中).

M. Shinichiro Nomura、Kazunari Akiyoshi：《关于生物利用技术的全部图解》合著者，第 4 章、4-11，东京工业大学生命科学技术研究生院工业研究组编辑（出版中） 。