DNA中の疎水場空間を利用した分子スピン演算システムの開発

利用DNA疏水场空间的分子自旋计算系统的开发

基本信息

批准号：
08J02047
负责人：
前川健典
金额：
$ 1.54万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究課題における「テンプレートとしてのDNA二重鎖」をさらに拡張するため、DNA Origamiの基礎となる考え方を初めて提示したHarvard大学William Shih博士のもとに渡航した。DNAナノ構造体の設計・構築・観察手法等の様々な技術・ノウハウを学ぶとともに、自身の研究課題との融合・発展を試みた。まず、DNA Origamiの技術・手法を学ぶ一環として、3D DNA Origamiに基づいたタンパク質アレイの構築に取り組んだ。Square latticeを基本骨格とし、二種のナノ構造体を設計した。一つは、その中心部にターゲットたんぱく質としてのActin四量体の外形にフィットするよう設計されたCavity部を有する構造を持つ。もう一方は、よい対象実験となりうるRaft構造である。これらのDNA Origamiの設計を行い、それぞれの構造に対応するStrand diagramを得た。これにより生成される一連のStaple strandsと、Scaffold strandとしてのCircular single-stranded DNAを混ぜ合わせ、適切なアニーリングプロセスを経ることで、二種の構造体のFoldingを行った。透過型電子顕微鏡(TEM)を用いたナノ構造体観測の結果、そのマイクログラフ上でモデリングにて設計したCage、Raft構造ともにWell-foldされていることを明らかにした。その次元の長さは当初の設計と首尾一貫するものであった。また、Actinのオリゴヌクレオチドラベル化を行った。これは、上述のナノ構造体上へのActinの配置の際に、オリゴヌクレオチド間のハイブリダイゼーションによりそれを達成しようとするものである。Actinのための非変性ゲル電気泳動条件のもとで、ラベル化反応の評価を行った。その結果、40%の収率でオリゴラベル化が達成されていることを明らかにした。また、ラベル化されたアクチンのPolymerization activityはTEMを用いることで評価し、多数のフィラメント状態を観測する事ができた。

为了进一步拓展这个研究项目中“DNA双链体作为模板”的想法，我前往哈佛大学与第一个提出DNA基本想法的William Shih博士一起工作折纸。在学习各种技术和知识（例如设计、构建和观察 DNA 纳米结构的方法）的同时，我尝试将它们与我自己的研究主题相结合和发展。首先，作为学习 DNA Origami 技术和方法的一部分，我们致力于构建基于 3D DNA Origami 的蛋白质阵列。使用方晶格作为基本骨架设计了两种类型的纳米结构。其中一种结构的中心有一个空腔区域，旨在适应作为靶蛋白的肌动蛋白四聚体的轮廓。另一种是Raft结构，可以作为很好的目标实验。我们设计了这些DNA折纸并获得了与每个结构相对应的链图。由此产生的一系列 Staple 链与作为支架链的环状单链 DNA 混合，两种类型的结构通过适当的退火过程进行折叠。使用透射电子显微镜（TEM）观察纳米结构的结果表明，通过显微照片建模设计的笼式结构和筏式结构均折叠良好。该尺寸的长度与原设计一致。我们还进行了肌动蛋白的寡核苷酸标记。这试图通过在将肌动蛋白放置在上述纳米结构上期间寡核苷酸之间的杂交来实现。在非变性凝胶电泳条件下评估肌动蛋白的标记反应。结果表明寡标记的产率为40%。此外，使用TEM评估了标记肌动蛋白的聚合活性，我们能够观察到许多丝状态。