国立大学法人東海国立大学機構 名古屋大学未来材料・システム研究所の田川 美穂 准教授、横森 真麻 特任助教の研究グループは、国立研究開発法人産業技術総合研究所 生物プロセス部門の菅野 茂夫 主任研究員、鈴木 隼人 産総研特別研究員、中村 彰良 研究員の研究グループとの共同研究で、タンパク質などのナノスケールサイズの分子を簡便、迅速に封入可能なDNA修飾金ナノ粒子結晶の開発に成功しました。
本研究では、金ナノ粒子の表面にDNAを修飾することで、DNAのプログラマブルな性質を利用して粒子間距離や空間配置を制御し、結晶内の細孔にゲノム編集酵素CRISPR-Cas9^注3）等を封入することに成功しました。
DNA修飾金ナノ粒子結晶は局在表面プラズモン共鳴^注4）に基づく特異な光学特性等を発揮する材料として期待されており、また、DNAなどソフトマテリアルのみから構成される材料に比べて、乾燥下でも立体構造が壊れにくいといった利点をもちます。このDNA修飾金ナノ粒子結晶が有する生体分子との親和性や剛性、構造規則性、光学特性等を生かすことで、ドラッグデリバリーシステムのキャリアやバイオセンサー、新規材料創製などへの応用が期待されます。
本研究成果は、2022年9月6日付イギリス科学雑誌「Soft Matter」に掲載されました。

【ポイント】

・DNAを介して粒子間距離を制御し、ゲノム編集酵素などのタンパク質分子を封入可能なDNA修飾金ナノ粒子結晶の作製に成功した。
・結晶にビオチン^注1）分子や酵素が結合するためのDNAを組み込むことで、簡便かつ迅速な結晶内への標的分子の保持を実現した。
・ゲノム編集酵素を担持した結晶をパーティクルガン法により植物細胞に打ち込み、ゲノム編集が行われることを実証した。
・ドラッグデリバリーシステムのキャリア^注2）やバイオセンサー、新規材料創製などへの応用が期待される。

　
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【用語説明】

注1）ビオチン：
ビオチンは低分子ビタミンの一種であり、ストレプトアビジンと呼ばれるタンパク質に対して強い親和性を有し、結合することができる（ビオチン―ストレプトアビジン相互作用）。

注2）キャリア：
標的分子を細胞に運ぶことを目的としたドラッグデリバリーシステムにおいて、分子の運び手の役割を果たす物質。

注3）CRISPR/Cas9：
ヌクレアーゼであるCas9タンパク質と二次構造をとるgRNA(ガイドRNA)の複合体によって、RNAが指定した配列をもつDNAを切断する技術。ゲノム編集技術の中で最も普及した方法で、生物の育種への活用が期待されている。

注4）局在表面プラズモン共鳴：
ナノスケールにまで微粒子化した金属に光が照射された際に、電子の集団運動による振動（プラズモン）がその表面に局在化すること。この局在化したプラズモンが存在する近傍領域では、強い増強電場が発生し物質を励起することが可能となるため、発光増強などが期待できる。

【論文情報】

雑誌名：Soft Matter
論文タイトル：DNA-functionalized colloidal crystals for macromolecular encapsulation
著者：Maasa Yokomori, Hayato Suzuki, Akiyoshi Nakamura, Shigeo S. Sugano and Miho Tagawa　※本学関係教員は下線
DOI: 10.1039/D2SM00949H
URL: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/SM/D2SM00949H

【研究代表者】

未来材料・システム研究所　田川 美穂　准教授
https://ujihara.material.nagoya-u.ac.jp/