化学エネルギーにより駆動するDNA液滴の動的挙動の制御

控制化学能驱动的 DNA 液滴的动态行为

基本信息

批准号：
22KJ1346
负责人：
丸山智也
金额：
$ 1.6万
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：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1346/
关键词：
DNA液滴 DNAナノテクノロジー人工細胞 DNAゲル生物物理学非平衡系

项目摘要

本年度は、(i)化学エネルギー依存的なDNA液滴の非平衡状態の実現と、化学エネルギーや反応温度の調整による非平衡状態の制御、および、(ii)複製機能を持つDNA液滴に利用可能な新規DNAナノ構造体の設計を目標とし、その実現に成功した。DNA液滴はY字型DNAナノ構造体が自己集積することによって構築される。(i)では、DNA液滴に対して、二本鎖DNAを解離する機能を持つ大腸菌由来耐熱性ヘリカーゼと化学エネルギーであるdATPを加えて加熱することにより、Y字型DNAナノ構造体間の二本鎖DNA結合を制御することで、DNA液滴の非平衡状態を実現することに成功した。また、非平衡状態のDNA液滴が酵素反応によって溶解する速度が、化学エネルギー量と酵素量に依存して変化することを発見した。さらに、反応温度を調節し、酵素の反応効率を調節することで、DNA液滴の溶解する速度を調節できることを発見した。これらの結果から、化学エネルギーと酵素依存的に、DNA液滴の非平衡状態を制御できるということがわかってきている。(ii)では、NUPACKやoxDNA等のDNA塩基配列設計用のシミュレーションソフトを用いて、大腸菌由来耐熱性ヘリカーゼやDNAポリメラーゼなどの酵素を使用したDNA複製反応とカップル可能な、機能的配列を持つ新規DNAナノ構造体の設計に成功した。また、当初の計画よりも進み、それらの新規DNAナノ構造体によって、DNA複製反応に適切なbuffer内でのDNA液滴の形成に成功した。さらに、新規DNAナノ構造体を構成する1本鎖DNAの複製にも成功した。

今年，我们将重点关注（i）实现DNA液滴化学能依赖的非平衡态，通过调节化学能和反应温度来控制非平衡态，以及（ii）将其应用于具有复制功能的DNA液滴目标是设计一种可用的新型 DNA 纳米结构，该团队成功实现了这一目标。 DNA 液滴是由 Y 形 DNA 纳米结构自组装而成。在(i)中，通过使用具有解离双链DNA功能的大肠杆菌来源的耐热解旋酶和作为化学能的dATP加热DNA液滴，通过控制双链DNA的结合，成功实现了DNA 液滴的非平衡状态。他们还发现，非平衡 DNA 液滴通过酶促反应溶解的速率会根据化学能和酶的量而变化。此外，他们发现可以通过调节反应温度和酶的反应效率来控制DNA液滴的溶解速度。这些结果表明 DNA 液滴的非平衡状态可以通过化学能和酶依赖性方式进行控制。在(ii)中，我们使用NUPACK和oxDNA等DNA碱基序列设计模拟软件来创建具有功能序列的新型蛋白质，这些蛋白质可以使用大肠杆菌热稳定解旋酶和DNA聚合酶等酶与DNA复制反应偶联。 DNA 纳米结构。此外，比最初计划更进一步的是，这些新颖的 DNA 纳米结构成功地用于在适合 DNA 复制反应的缓冲液中形成 DNA 液滴。此外，他们成功复制了构成新DNA纳米结构的单链DNA。