自律的な分子分離に向けた微小管運動の電気的制御による分子設計論の確立

利用电控制微管运动进行自主分子分离的分子设计理论的建立

基本信息

批准号：
14J02439
负责人：
磯崎直人
金额：
$ 2.05万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

平成28年度は，当初の目的通り，高精度な微小管分離システムを実証した．まず，これまで提案してきた微小管の特性制御技術を応用し，キネシン上を運動する微小管を複数方向に輸送する技術を確立した．微小管の重合条件の調整，および微小管へのDNAの修飾により，曲げ剛性と電気泳動移動度を改変した複数の微小管を作製した．それぞれの一様電界中における運動方向を定量的に評価した後，その結果を基に分離に最適なマイクロ流体デバイスを設計した．微細加工技術を用いて作製したマイクロ流体デバイス内で，特性の異なる2種類の微小管を運動させた結果，一様なアッセイ環境下においても微小管を約80%の精度で分離できることを初めて実証した．以上の成果は，キネシンと微小管の系を用いた高次機能を有する分子システムの構築につながるものであり，マイクロナノシステムに関する国際会議MicroTASにおいて口頭発表で採択された．さらに，CBMSによる旅費助成を受けるなど，世界的に認められつつある．また，平成28年度においては，生物物理学的な方面にも研究を発展させ，微小管の曲げ剛性に関する新たな知見を得た．従来の曲げ剛性の測定値には2桁程度のばらつきがあるなど，曲げ剛性に関する統一された見解はなかった．画像解析における微小管の位置決定精度，および微小管の伸長速度を変えて曲げ剛性を測定し，これまで考慮されてこなかったこれらの条件が曲げ剛性を決定する重要な要因であることを明らかにした．さらに，曲げ剛性の正確な測定手法を確立することで，微小管の伸長速度がある閾値を超えると，曲げ剛性が急速に低下するという新たな知見を得た．以上の成果は，曲げ剛性の関わる細胞内輸送の制御機構の解明につながるものであり，生物物理学に関する国際会議Biophysical Societyに採択され，分野を跨いで注目されている．

2016年，我们按照最初的预期展示了高精度的微管分离系统。首先，通过应用先前提出的控制微管特性的技术，我们建立了一种在驱动蛋白上沿多个方向运输微管的技术。通过调整微管聚合条件并用 DNA 修饰微管，我们创建了多个具有改进的弯曲刚度和电泳迁移率的微管。在定量评估每个均匀电场中的运动方向后，我们根据结果设计了用于分离的最佳微流控装置。通过在使用微加工技术制造的微流体装置中移动两种具有不同特性的微管，首次证明即使在均匀的测定环境下也可以以约 80% 的精度分离微管。上述结果导致利用驱动蛋白和微管系统构建了具有高阶功能的分子系统，并在国际微纳系统会议MicroTAS上被接受为口头报告。此外，它正在获得全世界的认可，包括从 CBMS 收取差旅费。此外，2016年，我们将研究扩展到生物物理方面，获得了有关微管弯曲刚度的新知识。关于弯曲刚度没有统一的意见，传统的弯曲刚度测量值相差大约两个数量级。我们通过改变图像分析中微管的定位精度和微管的伸长速度来测量弯曲刚度，并发现这些迄今为止尚未考虑的条件是决定弯曲刚度的重要因素。此外，通过建立精确的弯曲刚度测量方法，我们得到了新的发现：当微管的伸长率超过一定阈值时，弯曲刚度迅速下降。上述结果将有助于阐明与弯曲刚度相关的细胞内运输的控制机制，并已被生物物理学国际会议Biophysical Society采纳，正在引起跨领域的关注。

项目成果

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科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Controlling Gliding Trajectories of Microtubules by Altering Microtubule Flexural Rigidity

通过改变微管弯曲刚度控制微管的滑动轨迹

DOI：
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
0
作者：
Naoto Isozaki; Scott Erickson; Hirofumi Shintaku; Hidetoshi Kotera; Taviare L. Hawkins; Jennifer L. Ross; Ryuji Yokokawa
通讯作者：
Ryuji Yokokawa

Microtubule Sorting within a Given Electric Field by Designing Flexural Rigidity

通过设计抗弯刚度在给定电场内进行微管分类