核酸シャペロン機能を持つ高分子材料設計と核酸ナノテクノロジーへの応用

具有核酸伴侣功能的高分子材料的设计及其在核酸纳米技术中的应用

• 批准号: 05F05112
• 负责人: 丸山 厚
• 金额: $ 1.92万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05F05112/
• 关键词: DNA; ナノマシン; 鎖交換反応; ポリカチオン; くし型共重合体; 4重鎖核酸; ナノバイオテクノロジー; 生体材料; カチオン性くし型共重合体; DNAハイブリダイゼーション; 核酸シャペロン; グアニジノ化; DNA鎖交換反応; 静電的相互作用

核酸は遺伝学的な興味のみならずナノテク素材としても期待されている。核酸から構成され、核酸を"燃料"として駆動する様々な"核酸ナノマシン(DNA-fueled DNA nanomachine)"が提案されている。このような核酸ナノマシンの作動原理は、2種の核酸構造間を燃料核酸とのハイブリダイゼーションあるいは鎖交換反応を利用して転移させることである。一方、核酸ナノマシンの応用を高めるためには、(1)マシンの出力、堅牢性の向上、(2)応答性の向上、および(3)燃料核酸以外には応答しない安定、正確な動作などが求められる。マシンの出力および堅牢性は、核酸ハイブリッドの安定性に依存する。一方で、応答性はハイブリダイゼーションおよび鎖交換速度に依存する。しかし、通常、核酸ハイブリッドの安定性を高めると、鎖交換速度は低下してしまう。つまり、この二つの要求は相反しジレンマとなる。すでに、カチオン性共重合体は、核酸ハイブリッドを安定化しつつハイブリッド形成速度や、鎖交換速度を顕著に高めることを見いだした。つまり、共重合体は、核酸ナノマシンのジレンマを取り除く上で、有用と推測された。伸縮型の核酸ナノマシンに対する共重合体の効果を評価した。その結果、応答が顕著に加速され、またシグナル変化も大きくなった。また、10サイクル後も50%近い応答性を保持していた。共重合体が、核酸ナノマシンの応答速度と堅牢性を高める上で有用であることがわかった。核酸ナノマシンは、核酸ハイブリッドが不安定化する低イオン強度条件では、動作が緩慢になる。実際、塩濃度を50mMとすると、マシンの応答性が顕著に低下した。しかし、共重合体を共存させることで、低塩濃度下でも迅速かつ大きな応答が得られることが確認された。共重合体は、核酸ナノマシンの応答性を改善しかつ作動条件上の制約を取り除くことで、その展開を広げるものと期待された。

The な interest of nucleic acid <s:1> heritage 伝, <s:1> みならずナノテ る, と と, て な, anticipation されて, る, る. Nucleic acid か ら constitute さ れ, nucleic acid を "fuel" と し て 駆 dynamic す る others 々 な "nucleic acid ナ ノ マ シ ン DNA (DNA - fueled nanomachine)" proposed が さ れ て い る. こ の よ う な nucleic acid ナ ノ マ シ ン の actuation principle は, two の nucleic acid structure between を fuel nucleic acid と の ハ イ ブ リ ダ イ ゼ ー シ ョ ン あ る い は lock exchange the 応 を using し て planning move さ せ る こ と で あ る. Party, nucleic acid ナ ノ マ シ ン の 応 with high を め る た め に は, (1) マ シ ン の output, fast の upward, and (2) 応 a の upward, お よ び nucleic acid (3) the fuel outside に は 応 answer し な い stability and correct な action な ど が o め ら れ る. Youdaoplaceholder0 シ <s:1> the strength of the output および the firmness of および, the nucleic acid ハ ブリッド the stability of に depends on する. Party で, 応 answer は ハ イ ブ リ ダ イ ゼ ー シ ョ ン お よ び lock exchange rate に dependent す る. <s:1> めると, normal, nucleic acid ハ ブリッド ブリッド <s:1> stability を high めると lock exchange speed <s:1> low て て まう まう. Youdaoplaceholder0 ま ま and ま require ジレ to be opposite and ジレ ジレ ジレ となる となる. す で に, カ チ オ ン weigh fit は, nucleic acid ハ イ ブ リ ッ ド を stabilization し つ つ ハ イ ブ リ ッ ド forming speed や, lock exchange を 顕 with high に め る こ と を see い だ し た. つ ま り, weigh fit は, nucleic acid ナ ノ マ シ ン の ジ レ ン マ を take り except く で, useful と speculation さ れ た. Evaluation of the effect of stretchable <s:1> nucleic acid ナノ シ シ に に に on する corecombination を を 価 価 た た. Youdaoplaceholder0 the result, 応 the answer is が顕 the に acceleration され, またシグナ the evolution が顕 is large くなった くなった. Youdaoplaceholder0, 10サ サ and サ を after また 50% nearly また 応 answerable を maintain た て and た た た. Weigh fit が, nucleic acid ナ ノ マ シ ン の 応 と a speed fast を high め る で on useful で あ る こ と が わ か っ た. Nucleic acid ナノ, シ, <s:1>, になる, ブリッドが, instability, する, low <s:1> and <s:1> intensity conditions, で, が, slow movement, になる. The actual concentration and salt concentration are を50mMとすると, and the とすると シ <e:1> <s:1> 応 response is が顕 and に are low and <s:1> た. し か し, weigh fit を coexistence さ せ る こ と で, low salt concentrations で も quickly か つ big き な 応 が must answer ら れ る こ と が confirm さ れ た. Weigh fit は, nucleic acid ナ ノ マ シ ン の 応 a sexual を improve し か つ actuation condition constraints の を take り except く こ と で, そ の expand を hiroo げ る も の と expect さ れ た.

项目成果

DNA Nanomachine Switching Improved by Cationic Comb-Type Copolymer

• DOI: 10.1002/masy.200750352
• 发表时间: 2007-04
• 期刊: Macromolecular Symposia
• 作者: S. Choi;Naoki Makita;Arihiro Kano;A. Yamayoshi;T. Akaike;A. Maruyama

The molecular structure effect of cationic comb-type copolymers on nucleic acid chaperone activity

阳离子梳型共聚物的分子结构对核酸伴侣活性的影响

• 发表时间: 2005
• 期刊: Nucleic Acids Symposium Series 4
• 作者: Choi;S.W.;Takada;K.;Mochida;J.;Yamayoshi;A.;Kano;A.;Akaike;T.;Maruyama;A.
• 通讯作者: A.

Cationic comb-type copolymers having high density of PEG graft chains for gene carriers.

用于基因载体的具有高密度PEG接枝链的阳离子梳型共聚物。

• 发表时间: 2007
• 期刊: Macromolecular Symposia 249-250
• 作者: S.W.Choi;et al.
• 通讯作者: et al.

Spectroscopic investigation of cationic comb-type copolymers/DNA interaction : interpolyelectrolyte complex enhancement synchronized with DNA hybridization

阳离子梳型共聚物/DNA相互作用的光谱研究：与DNA杂交同步的聚电解质复合物增强

• 发表时间: 2007
• 期刊: Langmuir 23
• 作者: 真下知士;他;張 賢徳;Y.Sato et al.
• 通讯作者: Y.Sato et al.

Cationic comb-type copolymers for boosting DNA-fueled nanomachines.

• DOI: 10.1021/nl0626232
• 发表时间: 2007
• 期刊: Nano letters
• 影响因子: 10.8
• 作者: S. Choi;Naoki Makita;S. Inoue;Charles Lesoil;A. Yamayoshi;Arihiro Kano;T. Akaike;A. Maruyama