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生物の細胞内液において、カリウム(K)の含有量がナトリウム(Na)に比べてはるかに多いことは広く知られているが、その明確な理由は未解明である。これまでに、無胞系での遺伝子発現実験で、スペルミジン(SPD;細胞に存在するポリアミン)存在下、Na+とK+ の効果を比較すると、K+が著しく遺伝子発現を促進することを、私たちの研究室から論文として発表してきている(西尾らPLoS ONE (2020))。今回は、種々の1価陽イオン(Li+、Na+、K+、Rb+、Cs+、(CH3)4N+)の、転写・翻訳(TX-TL)および、翻訳(TL)のみに対する影響を無細胞系遺伝子発現により比較した。その結果、TX-TL、TLいずれにおいても、Rb+ > K+ > Cs+ > Na+ ≈ Li+ > (CH3)4N+の順に遺伝子発現を強く促進し、Rb+が最も強く遺伝子発現を促進することを明らかにした。これらをまとめた論文が国際誌Advanced Biologyより出版された。西尾博士(本研究室およびドレスデン工科大学博士研究員)が第一著者、政岡君(2021年度卒業生)が第二著者。ドレスデン工科大学のSchiessel教授との共同研究。

2022.10.03

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生体内に存在するゲノムDNAは長さ数十μmから数cmに及ぶ巨大な分子であり、細胞周期など細胞内外の環境に応じて著しくその高次構造を変化させている。本研究では、高分子の100 kbpを超える長鎖DNAをPEGとDEXの高分子水溶液に加え、溶液を攪拌して水/水の相分離が起こると、細胞サイズの液滴にDNAが取り込まれた構造が自発的に生成するといった現象について研究を進めた(なお、高分子溶液をDNAやactinなどの生体高分子存在下、攪拌すると、細胞様の構造が自己組織化により生じることは、私たちの研究室から、論文として発表してきている:中谷ら、ChemBioChem(2018); 作田ら、ChemBiocChem(2020), など)。3価の生体ポリアミンであるスペルミジン(SPD)を添加することで、液滴内部でDNAの折り畳み転移を引き起こさせ、それを一分子鎖レベルで観察することに成功した。その結果、coil状態や、ゆるく凝縮したDNAは液滴内を自由にブラウン運動する一方で、タイトに凝縮したDNAは液滴の界面に局在する傾向があることを明らかにした。これらの成果をまとめた論文が国際誌PLOS ONEから出版された。西尾君(D3)が第一著者。

2021.12.15

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私たちの研究グループは、高分子溶液が引き起こす水/水ミクロ相分離現象に伴い生じるミクロ液滴を細胞の実空間モデリングに活用する研究を展開してきている。しかし、ミクロ液滴は、液滴同士が融合する傾向があるという問題点があった。本研究では、ガラス細管を用いることにより、細管内にサイズの揃った液滴が自律的に配列しその状態を長時間保てることを見出した。さらに、DNAや赤血球、生細胞などを加えた溶液においても、DNAや赤血球、生細胞を内包した状態で、サイズの揃ったミクロ液滴がガラス細管内に自律的に配列することも明らかにした。相分離の速度過程(spinodal decomposition)にガラス表面の境界条件をとりいれた理論計算により、実験結果を再現することにも成功している。本手法は、人工細胞作製の新規かつ有用な手法となることが期待される。これらをまとめた論文が国際誌Scientific Reportsより出版された。庄野さん(理工学研究科D1, 2020年度修士卒)と伊藤君(2020年度修士卒)が筆頭第一・第二著者、藤田さん(M2)が第三著者、作田博士(特任助教)が責任著者。

2021.11.28

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Markedly different effects of monovalent cations on the efficiency of gene expression

Takashi Nishio, Tomoya Masaoka, Yuko Yoshikawa, Koichiro Sadakane, Takahiro Kenmotsu, Helmut Schiessel, Kenichi Yoshikawa, Advanced Biology in press (2022).

Double-Strand Breaks in Genome-sized DNA Caused by Megahertz Ultrasound

Yue Ma, Kazuya Ishihara, Kenji Yoshida, Iwaki Akiyama and Kenichi Yoshikwa, The Journal of the Acoustical Society of America, 150, 241-247 (2021).

Longer DNA exhibits greater potential for cell-free gene expression

Takashi Nishio, Yuko Yoshikawa, Kenichi Yoshikawa, Shinichi Sato, Scientific Reports, 11, 11739 (2021).

Transitions among cracking, peeling and homogenization on drying of an aqueous solution containing glucose and starch

Hikari Baba, Risa Yoshioka, Satoshi Takatori, Yohei Oe, Kenichi Yoshikawa, Chem.Lett., 50, 1011-1014 (2021).

Emergence of Many Mini-Circles from a Coffee Suspension with Mechanical Rotation

Hiroshi Ueno, Mayu Shono, Momoko Ogawa, Koichiro Sadakane, Kenichi Yoshikawa, Physics, 3, 8-16 (2021).

Markedly different effects of monovalent cations on the efficiency of gene expression

Takashi Nishio, Tomoya Masaoka, Yuko Yoshikawa, Koichiro Sadakane, Takahiro Kenmotsu, Helmut Schiessel, Kenichi Yoshikawa, Advanced Biology in press (2022).

Double-Strand Breaks in Genome-sized DNA Caused by Megahertz Ultrasound

Yue Ma, Kazuya Ishihara, Kenji Yoshida, Iwaki Akiyama and Kenichi Yoshikwa, The Journal of the Acoustical Society of America, 150, 241-247 (2021).

Longer DNA exhibits greater potential for cell-free gene expression

Takashi Nishio, Yuko Yoshikawa, Kenichi Yoshikawa, Shinichi Sato, Scientific Reports, 11, 11739 (2021).

Transitions among cracking, peeling and homogenization on drying of an aqueous solution containing glucose and starch

Hikari Baba, Risa Yoshioka, Satoshi Takatori, Yohei Oe, Kenichi Yoshikawa, Chem.Lett., 50, 1011-1014 (2021).

Emergence of Many Mini-Circles from a Coffee Suspension with Mechanical Rotation

Hiroshi Ueno, Mayu Shono, Momoko Ogawa, Koichiro Sadakane, Kenichi Yoshikawa, Physics, 3, 8-16 (2021).