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.

这项研究的目的是通过实验阐明由带电聚合物链组成的分子机器（例如核酸和酶）的行为，重点关注基于与环境相互作用的相变行为，我们成功构建了蛋白质（GFP）。在细胞大小的脂质双层囊泡（巨型脂质体：GLs）中使用DNA作为模板的表达系统，其结果是，GLs内的GFP表达率大约低于本体溶液中的10倍。更高（发表于CHEMBIOCHEM杂志（2003年））。该机制的方法是详细确认反应的每个基本过程，并根据使用其他蛋白质表达系统获得的结果来研究微观空间。有两种可能的方法。演绎地讨论微体积的影响，但在了解生物聚合物机器的操作环境的研究中，我们使用后一种方法，该方法基于更简单的酶反应和小体积环境中的相变现象，通过测量有效性。预计我们将通过与 的相互作用获得有关分子机械功能的知识（发表于 Chem. Phys. Lett. (2003)）（同时，我们开发了一种将 DNA 分子非接触引入细胞的方法）。使用激光将其引入外部溶液，并将其引入植物细胞的原生质体中，成功地选择性地引入DNA分子。 （发表于 Appl. Phys. Lett (2003)）通过相互作用（那些这表明可以提供与本体溶液（制备成与聚合物相同浓度）显着不同的环境。这为理解生物体使用领域的特征和意义提供了直接的研究基础带电聚合物机器被认为已经形成。

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） 。