材料化学：タンパク質とDNAの共集合化によるナノワイヤー形成をコンピューターで設計する

生体分子の自己集合体は、機能的多様性と生体適合性を持つため、ナノテクノロジーにおいて強い関心を集めている。この10年間で、核酸のみ、ペプチドのみ、タンパク質のみで構成される精巧な単一成分ナノ構造体が報告され、こうしたナノ構造体が薬物送達から分子コンピューティングまでさまざまな用途に用いられてきた。こうした単一成分の集合体の開発には成功したものの、核酸とタンパク質のハイブリッド共集合体の開発にはまだ成功していない。今回我々は、コンピューターによるタンパク質設計を利用し、非共有結合相互作用によって共集合化を駆動することで、タンパク質–DNA共集合ナノ材料を生成した。共集合させるために、ショウジョウバエ（Drosophila）のエングレイルドホメオドメイン（ENH）上にホモ二量体化界面を作り、二量体化したタンパク質複合体が2つの二本鎖DNA（dsDNA）分子と結合できるようにした。dsDNA上のタンパク質結合部位の配置を変化させ、これらのタンパク質構成ブロックとdsDNA構成ブロックを混ぜ合わせることによって、いびつな塊状のナノ粒子や分子1個分の幅のナノワイヤーを自発的に形成させることができた。我々は、蛍光顕微鏡法、原子間力顕微鏡法、X線結晶構造解析法を用いてタンパク質–DNAナノワイヤーの特性を評価し、提案した機構でナノワイヤーが形成されることを確認した。今回の結果は、新種のタンパク質–DNAハイブリッド材料の開発に向けて基礎を築くものである。今回提示したタンパク質–DNA骨格にDNA折り紙やDNAアプタマー、ペプチドエピトープを組み込むことによって、今後の応用の探究が可能になる。

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