DNAアプタマーと合成ポリマーの融合による特異的分子認識材料の開発

通过DNA适体与合成聚合物融合开发特定分子识别材料

• 批准号: 11J09545
• 负责人: 菅原 勇貴
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J09545/
• 关键词: 分子認識ゲート膜; DNA; 凝集現象; 荷電; 自由度; アプタマー; N-イソプロピルアクリルアミド; センサー; 感温性ポリマー; 柔軟性; 相転移; コンジュゲート

本研究は、多様な標的分子を特異的に検出する新規なセンサー材料を目指し、新規な分子認識ゲート膜の開発を行う。当ゲート膜は、レセプターとしてDNAを、アクチュエーターとして感温性ポリマー(ポリN-イソプロピルアクリルアミド)(PNIPAM)を持ち、標的分子の認識により多孔質膜の細孔の開閉を行う。今年度は、まず、2本鎖DNA末端にミスマッチの配列を持つリニア2本鎖DNA結合PNIPAMは高温域で凝集が抑制された状態が続くことを観察した。これはDNAの末端の自由度が高いためにエントロピー反発で凝集が抑制されている。このことから、DNAの自由度がPNIPAMの凝集を制御することが示された。次に、DNA結合PNIPAMの凝集挙動へのインターカレーターの影響を調査した。その結果、DNAへのインターカレーターの結合により高温域でDNA結合PNIP川は急激に凝集した。また荷電が弱くDNAとの結合親和性の低いインターカレーターでは、より高温でPNIPAMは激しく凝集した。これはDNA結合PNIPAMの凝集現象がインターカレーターにより荷電支配の現象から自由度支配の別の現象に切り替わったことを示す。次に、DNA固定化分子認識ゲート膜において、DNAが1本鎖の場合と2本鎖の場合で膜の水透過性を評価した。その結果、1本鎖DNA膜に比べ2本鎖DNA膜では細孔が開かず透過性が小さかった。これは2本鎖DNAの形成でDNAの荷電が増加し静電反発によりグラフトポリマーの収縮が抑制されたためと考えられ、膜の系でもDNAの荷電状態の違いでポリマーの形態が変化し、膜の透過性を制御可能であることが示された。次に、タンパク質であるトロンビンに特異的に結合するDNAアプタマーを持つ2本鎖DNA膜において、トロンビンの添加により膜の透過性が上昇したことを観察した。これはDNAアプタマーがトロンビンを認識すると同時に2本鎖DNAが解離し、DNAの荷電が減少したためである。以上のように、特異的標的分子の存在で細孔の開閉を行う、DNAをレセプターとした分子認識ゲート膜の開発に成功した。

在这项研究中，我们将开发一种新型分子识别门膜，旨在创造一种能够特异性检测多种目标分子的新型传感器材料。该门膜以DNA作为受体，以温度敏感聚合物（聚N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）作为执行器，并在识别目标分子时打开和关闭多孔膜的孔。今年，我们首次观察到线性双链 DNA 结合的 PNIPAM 的聚集在高温下仍然受到抑制，该 PNIPAM 在双链 DNA 末端具有不匹配的序列。这是因为DNA末端具有高度自由度，并且通过熵斥力抑制聚集。这表明DNA的自由度控制PNIPAM的聚集。接下来，我们研究了嵌入剂对 DNA 结合 PNIPAM 聚集行为的影响。结果，由于嵌入剂与 DNA 结合，结合 DNA 的 PNIP 河流在高温下迅速聚集。此外，由于嵌入剂带电较弱且与 DNA 的结合亲和力较低，PNIPAM 在较高温度下会剧烈聚集。这表明DNA结合的PNIPAM的聚集现象通过嵌入剂从电荷主导的现象转变为自由主导的现象。接下来，评估当DNA为单链和双链时固定有DNA的分子识别门膜的水渗透性。结果，双链DNA膜的孔开度较小，渗透性低于单链DNA膜。这被认为是由于双链DNA的形成，这增加了DNA上的电荷并抑制了接枝聚合物由于静电排斥而发生的收缩。即使在膜系统中，聚合物的形态也会根据电荷而变化DNA 和膜的状态 已经表明，可以控制 DNA 的渗透性接下来，在含有特异性结合蛋白质凝血酶的DNA适体的双链DNA膜中，我们观察到凝血酶的添加增加了膜的通透性。这是因为双链DNA在DNA适体识别凝血酶的同时解离，DNA上的电荷减少。如上所述，我们成功地开发了一种使用 DNA 作为受体的分子识别门膜，该膜在特定目标分子存在的情况下打开和关闭孔。

项目成果

DNAコンジュゲート感温性ポリマーを用いた分子認識材料の開発

使用DNA共轭热敏聚合物开发分子识别材料

• 发表时间: 2013
• 作者: Yuuki Sueawara;Hidenori Kuroki;Takanori Tamaki;Hidenori Ohashi;Taichi Ito;Takeo Yamaguchi;菅原勇貴;菅原勇貴;菅原勇貴;Yuuki Sugawara;Yuuki Sugawara;菅原勇貴
• 通讯作者: 菅原勇貴

DNA固定化分子認識ゲート膜の開発

DNA固定化分子识别门膜的开发

• 发表时间: 2013
• 作者: Yuuki Sueawara;Hidenori Kuroki;Takanori Tamaki;Hidenori Ohashi;Taichi Ito;Takeo Yamaguchi;菅原勇貴;菅原勇貴;菅原勇貴
• 通讯作者: 菅原勇貴

平成24年度 化学工学会 横浜大会において、学生賞(金賞)を受賞。Analytical Methodsの雑誌論文はinside front cover に採用。

荣获2012年化学工程师学会横滨大会学生奖（金奖）。

DNAアプタマーと感温性ポリマーを用いた分子認識ゲート膜の開発

利用DNA适体和热敏聚合物开发分子识别门膜

• 发表时间: 2011
• 作者: Yuuki Sueawara;Hidenori Kuroki;Takanori Tamaki;Hidenori Ohashi;Taichi Ito;Takeo Yamaguchi;菅原勇貴;菅原勇貴;菅原勇貴;Yuuki Sugawara;Yuuki Sugawara;菅原勇貴;田巻孝敬;Takanori Tamaki;菅原勇貴;菅原勇貴;Yuuki Sugawara;菅原勇貴
• 通讯作者: 菅原勇貴

Molecular Recognition Material based on DNA-conjugated Thermoresponsive Polymer

基于DNA共轭热响应聚合物的分子识别材料

• 发表时间: 2013
• 作者: Yuuki Sueawara;Hidenori Kuroki;Takanori Tamaki;Hidenori Ohashi;Taichi Ito;Takeo Yamaguchi;菅原勇貴;菅原勇貴;菅原勇貴;Yuuki Sugawara;Yuuki Sugawara;菅原勇貴;田巻孝敬;Takanori Tamaki
• 通讯作者: Takanori Tamaki