Biomod/2013/Sendai/sandbox2/design: Difference between revisions
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</td></tr></table> | </td></tr></table> | ||
<h3 id=chain>2 stage of Lipo-HANABI</h3> | |||
Lipo-HANABI is driven by the following two stage mechanism. <br><br> | |||
1st stage: we use a temperature-sensitive liposome as an initiator, that sense increase of the temperature because temperature change is easy to control. At a certain triggering high temperature, liposome of 1st stage collapses and releases key DNA(セカンドステージのリポソームを破壊するようにデザインされたDNA) triggers collapse of liposomes of the 2nd stage. <br><br> | |||
2nd stage: | |||
2段階目ではリポソームの連鎖反応が起きる<br> | |||
The 2nd stage liposomes contain payload molecules and also the key DNA. | |||
ひとつのリポソームが割れると中に入っていたかぎDNAで次々にリポソームが割れる<br> | |||
As a consequence, collapse of the liposomes goes on in a chain-reactive way. <br><br> | |||
An advantage of using the two-stage strategy is that we can change the 1st stage to deal with various types of trigger signal, without changing the 2nd stage. <br><br> | |||
<h3 id=bending>2段階それぞれにおけるリポソーム破壊の方法の説明</h3> | |||
<h4 id=Flower>1段階目 温度感受性リポソームによる反応の開始</h4> | |||
1段階目で反応の着火剤として使うリポソームは温度感受性リポソームと言って、リポソームにNIPAMというポリマーを修飾したものである。<br> | |||
< | NIPAMとは32度を境に親水から疎水に切り替わる性質をもつポリマーだ<br> | ||
32度より高くなると縮んで疎水性になりリポ表面が不安定化する<br> | |||
その結果リポが割れる<br> | |||
<h4 id=sensing>2段階目 DNAによる連鎖的リポソームの破壊 </h4> | |||
私たちはリポソームをDNAによって連鎖的に割るために2つのアプローチをした<br> | |||
2ndステージのリポソームは鍵DNA(とペイロード)が内部にあり、リポソーム外側の表面にはアンカーDNA(コレステロール付きのDNA)が生えている。2つのアプローチでは鍵DNAとして(1)DNAオリガミを使う方法と(2)DNAストランドを使う方法の2つである<br> | |||
リポソームを作製した後にコレステロール修飾したアンカーDNAをリポソームに振り掛ける。こうすることでリポソームの内側にアンカーDNAが生えないようにして、リポソームの外側だけに鍵DNAをつけることができる。<br><br> | |||
<h5 id=5> | <h5 id=5>DNAオリガミアプローチ</h5> | ||
< | このアプローチは「膜タンパクでリポを割る」論文を参考にして設計したものである(リンク)<br> | ||
このアプローチではアンカーDNAを通してリポソーム表面に大量のDNAオリガミを吸着させ、リポソーム膜面に「曲げ」ストレスを与えることにより、リポソームを壊す。<br><br> | |||
リポソーム表面にオリガミがハイブリすることでリポソーム表面がまっすぐになろうとする。これについては計算を行った(リンク)また、ハイブリしたDNAオリガミ同士の反発でさらにリポソーム表面が不安定化しリポソームが割れる。 | |||
前述の膜タンパクの論文からthe efficient design for destabilizing membranes is the structures that :<br> | |||
<ur> | |||
<li>have rigid scaffolds</li> | |||
<ur><li>have rigid scaffolds</li> | |||
<li>have large surface areas to maximize the effect of the scaffold on the membrane</li> | <li>have large surface areas to maximize the effect of the scaffold on the membrane</li> | ||
<li>produce a large pressure by collisions</li></ur> | <li>produce a large pressure by collisions</li> | ||
</ur> | |||
<br> | <br> | ||
To make rigid scaffolds, we took note of DNA origami, because DNA origami is a method for making rigid structures of any shape. Moreover, we adopted a 2D structure to make the surface area largest.<br> | To make rigid scaffolds, we took note of DNA origami, because DNA origami is a method for making rigid structures of any shape. Moreover, we adopted a 2D structure to make the surface area largest.<br> | ||
<br> | <br> | ||
そこで | |||
We | We designed rectangle origami to make the pressure of the collision highest.<br> | ||
<Img Src="http://openwetware.org/images/4/49/%E3%83%AA%E3%83%9D%E3%81%A1%E3%82%83%E3%82%93%EF%BC%91%EF%BC%92.png"> | <Img Src="http://openwetware.org/images/4/49/%E3%83%AA%E3%83%9D%E3%81%A1%E3%82%83%E3%82%93%EF%BC%91%EF%BC%92.png"> | ||
<div align="center">Fig.3 Rectangle origami</div><br> | <div align="center">Fig.3 Rectangle origami</div><br> | ||
We suppose that rectangle | |||
We suppose that rectangle structures are most effective because rectangle is expected to work as one scaffold in itself <br> | |||
The design of our rectangular DNA origami is as below.<br> | The design of our rectangular DNA origami is as below.<br> | ||
<Img Src="http://openwetware.org/images/4/45/Outsidefig8.png"> | <Img Src="http://openwetware.org/images/4/45/Outsidefig8.png"> | ||
Line 206: | Line 133: | ||
The DNA origami has a rectangle shape of 67.6nm (26 helixes) by 127 nm (374 bases).<br> | The DNA origami has a rectangle shape of 67.6nm (26 helixes) by 127 nm (374 bases).<br> | ||
We cut out a smaller rectangle of 10 helixes by 161 bases at one edge of this origami, so that we could distinguish the two sides during AFM (Atomic Force Microscope) observation.<br> | We cut out a smaller rectangle of 10 helixes by 161 bases at one edge of this origami, so that we could distinguish the two sides during AFM (Atomic Force Microscope) observation.<br> | ||
Besides, to destabilize the membrane by inserting this origami, we designed 141 staples at the center of the origami to hybridize with | Besides, to destabilize the membrane by inserting this origami, we designed 141 staples at the center of the origami to hybridize with anchors (These anchors give our origami amphipathicity), and enabled it to insert into the membrane. | ||
<br> | <br> | ||
<div class="c-both"></div> | <div class="c-both"></div> | ||
To sum up, the | To sum up, the anchor not only connects DNA origami and liposomes but also inserts into the membrane and destabilizes it.<br> | ||
<Img Src="http://openwetware.org/images/3/37/%E3%83%AA%E3%83%9D%E3%81%A1%E3%82%83%E3%82%93%EF%BC%93.png"> | |||
<Img Src="http://openwetware.org/images/3/37/%E3%83%AA%E3%83%9D%E3%81%A1%E3%82%83%E3%82%93%EF%BC%93.png | |||
<div align="center">Fig.6 Unstable liposome</div> | <div align="center">Fig.6 Unstable liposome</div> | ||
<br> | <br> | ||
<h5 id=6>Flower DNAによるアプローチ</h5> | |||
このアプローチは「高分子フラワーミセル」の論文をDNAに応用したものである。 | |||
リポソームに振り掛ける前にアンカーDNAに相補なもう一本の長いコレステロール付きDNAをハイブリさせる。このハイブリしたものをFlower DNAと呼ぶ。Flower DNAの一本鎖になっている部分に鍵DNAが相補になっており、ハイブリダイゼーションによって持続長が長くなったフラワーDNAはリポソーム膜面に「引っ張り(引き裂き)」ストレスを与え、リポソームを壊すのである。 | |||
<h5 id=6> | <Img Src="http://openwetware.org/images/8/8b/Flower-new.png" Align="center" ><br> | ||
<Img Src="http://openwetware.org/images/6/69/%E3%83%AA%E3%83%9D%E3%81%A1%E3%82%83%E3%82%93%EF%BC%92.png" Align="center" width="900px" hight="800" ><br> | |||
<Img Src="http://openwetware.org/images/8/8b/Flower-new.png" Align="center | |||
<Img Src="http://openwetware.org/images/ | |||
<div align="center">Fig.10 How to straighten loop</div> | <div align="center">Fig.10 How to straighten loop</div> | ||
<img src="http://openwetware.org/images/0/03/Flower3.png"><br> | |||
<img src="http://openwetware.org/images/ | |||
<div align="center">Fig.7 Process of flower micelle approach</div><br><br> | <div align="center">Fig.7 Process of flower micelle approach</div><br><br> | ||
<div <!--class="caption-right"-->> | <div <!--class="caption-right"-->> | ||
<Img Src="http://openwetware.org/images/e/ed/%E3%83%AA%E3%83%9D%E3%81%A1%E3%82%83%E3%82%93%E2%91%A5.png" style="width:425px;"><br> | <Img Src="http://openwetware.org/images/e/ed/%E3%83%AA%E3%83%9D%E3%81%A1%E3%82%83%E3%82%93%E2%91%A5.png" style="width:425px;"><br> | ||
<span>Fig.8 Flower micelle method</span></div> | <span>Fig.8 Flower micelle method</span></div> | ||
We tried to collapse liposomes by applying the mechanism of flower micelles.<br> | We tried to collapse liposomes by applying the mechanism of flower micelles.<br> | ||
Line 267: | Line 158: | ||
・鍵DNAのハイブリによってDNAの性質が変化すること<br> | ・鍵DNAのハイブリによってDNAの性質が変化すること<br> | ||
といった要素が重要になってくる。<br><br> | といった要素が重要になってくる。<br><br> | ||
以下の図のように持続長の変化によって変形するDNAを設計した | |||
<div class="c-both"></div> | <div class="c-both"></div> | ||
We designed the DNA sequences for this approach by <A Href="http://www.dna.caltech.edu/DNAdesign/">DNA design</A>, software for designing DNA sequences. <br> | We designed the DNA sequences for this approach by <A Href="http://www.dna.caltech.edu/DNAdesign/">DNA design</A>, software for designing DNA sequences. <br> | ||
<br> | <br> | ||
私たちはこのソフトでFlower DNAの二本とKey DNA の3種類のDNAを設計しました。 | |||
</article> | |||
Revision as of 22:37, 22 October 2013
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<title>Biomod2013 Sendai ver2.0</title> <meta name="viewport" content="width=device-width,initial-scale=1"> <style type="text/css"> h1{color: white;} </style>
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<body> <!-- <div style="max-width:900px; position:fixed;">****/ -->
<header>
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<a href="http://openwetware.org/wiki/Biomod/2013" class="whiteSendai" style="float:right;"><img src="http://openwetware.org/images/6/6e/Biomod-logo.jpg"
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</header>
<section role="main"> <article> <h2>Design</h2>
<table id="toc" class="toc" summary="Contents"><tr><td><div id="toctitle"><h2>Contents</h2></div> <ul> <li class="toclevel-1"><a href="#chain"> <span class="tocnumber">1</span> <span class="toctext">Our Target(Lipo HANABI)</span></a></li> <li class="toclevel-1"><a href="#bending"> <span class="tocnumber">2</span> <span class="toctext">How to break</span></a></li> <ul> <li class="toclevel-2"><a href="#Flower"> <span class="tocnumber">2-1</span> <span class="toctext">step1 温度感受性リポソームの破壊</span></a></li> <li class="toclevel-2"><a href="#sensing"> <span class="tocnumber">2-2</span> <span class="toctext">step2 DNAによる連鎖的リポソームの破壊</span></a></li> <ul> <li class="toclevel-2"><a href="#5"> <span class="tocnumber">2-2-1</span> <span class="toctext">DNAオリガミによるアプローチ</span></a></li> <li class="toclevel-2"><a href="#6"> <span class="tocnumber">2-2-2</span> <span class="toctext">anchored DNAによるアプローチ</span></a></li> </li>
</ul>
</li>
</ul>
</td></tr></table>
<h3 id=chain>2 stage of Lipo-HANABI</h3> Lipo-HANABI is driven by the following two stage mechanism. <br><br>
1st stage: we use a temperature-sensitive liposome as an initiator, that sense increase of the temperature because temperature change is easy to control. At a certain triggering high temperature, liposome of 1st stage collapses and releases key DNA(セカンドステージのリポソームを破壊するようにデザインされたDNA) triggers collapse of liposomes of the 2nd stage. <br><br>
2nd stage: 2段階目ではリポソームの連鎖反応が起きる<br> The 2nd stage liposomes contain payload molecules and also the key DNA. ひとつのリポソームが割れると中に入っていたかぎDNAで次々にリポソームが割れる<br> As a consequence, collapse of the liposomes goes on in a chain-reactive way. <br><br>
An advantage of using the two-stage strategy is that we can change the 1st stage to deal with various types of trigger signal, without changing the 2nd stage. <br><br>
<h3 id=bending>2段階それぞれにおけるリポソーム破壊の方法の説明</h3> <h4 id=Flower>1段階目 温度感受性リポソームによる反応の開始</h4> 1段階目で反応の着火剤として使うリポソームは温度感受性リポソームと言って、リポソームにNIPAMというポリマーを修飾したものである。<br>
NIPAMとは32度を境に親水から疎水に切り替わる性質をもつポリマーだ<br> 32度より高くなると縮んで疎水性になりリポ表面が不安定化する<br> その結果リポが割れる<br>
<h4 id=sensing>2段階目 DNAによる連鎖的リポソームの破壊 </h4> 私たちはリポソームをDNAによって連鎖的に割るために2つのアプローチをした<br>
2ndステージのリポソームは鍵DNA(とペイロード)が内部にあり、リポソーム外側の表面にはアンカーDNA(コレステロール付きのDNA)が生えている。2つのアプローチでは鍵DNAとして(1)DNAオリガミを使う方法と(2)DNAストランドを使う方法の2つである<br>
リポソームを作製した後にコレステロール修飾したアンカーDNAをリポソームに振り掛ける。こうすることでリポソームの内側にアンカーDNAが生えないようにして、リポソームの外側だけに鍵DNAをつけることができる。<br><br>
<h5 id=5>DNAオリガミアプローチ</h5> このアプローチは「膜タンパクでリポを割る」論文を参考にして設計したものである(リンク)<br> このアプローチではアンカーDNAを通してリポソーム表面に大量のDNAオリガミを吸着させ、リポソーム膜面に「曲げ」ストレスを与えることにより、リポソームを壊す。<br><br>
リポソーム表面にオリガミがハイブリすることでリポソーム表面がまっすぐになろうとする。これについては計算を行った(リンク)また、ハイブリしたDNAオリガミ同士の反発でさらにリポソーム表面が不安定化しリポソームが割れる。
前述の膜タンパクの論文からthe efficient design for destabilizing membranes is the structures that :<br> <ur> <li>have rigid scaffolds</li> <li>have large surface areas to maximize the effect of the scaffold on the membrane</li> <li>produce a large pressure by collisions</li> </ur> <br>
To make rigid scaffolds, we took note of DNA origami, because DNA origami is a method for making rigid structures of any shape. Moreover, we adopted a 2D structure to make the surface area largest.<br> <br> そこで We designed rectangle origami to make the pressure of the collision highest.<br> <Img Src="http://openwetware.org/images/4/49/%E3%83%AA%E3%83%9D%E3%81%A1%E3%82%83%E3%82%93%EF%BC%91%EF%BC%92.png"> <div align="center">Fig.3 Rectangle origami</div><br>
We suppose that rectangle structures are most effective because rectangle is expected to work as one scaffold in itself <br>
The design of our rectangular DNA origami is as below.<br> <Img Src="http://openwetware.org/images/4/45/Outsidefig8.png"> <div align="center">Fig.4 Rectangular origami</div> <br> <div class="caption-right">
<Img Src="http://openwetware.org/images/a/a7/Lipo5.png" ><span>Fig.5 DNA origami designed by caDNAno</span>
</div> We used <A Href="http://cadnano.org/">caDNAno2</A> for our DNA origami design.<br> The DNA origami has a rectangle shape of 67.6nm (26 helixes) by 127 nm (374 bases).<br> We cut out a smaller rectangle of 10 helixes by 161 bases at one edge of this origami, so that we could distinguish the two sides during AFM (Atomic Force Microscope) observation.<br> Besides, to destabilize the membrane by inserting this origami, we designed 141 staples at the center of the origami to hybridize with anchors (These anchors give our origami amphipathicity), and enabled it to insert into the membrane. <br> <div class="c-both"></div> To sum up, the anchor not only connects DNA origami and liposomes but also inserts into the membrane and destabilizes it.<br> <Img Src="http://openwetware.org/images/3/37/%E3%83%AA%E3%83%9D%E3%81%A1%E3%82%83%E3%82%93%EF%BC%93.png"> <div align="center">Fig.6 Unstable liposome</div> <br> <h5 id=6>Flower DNAによるアプローチ</h5> このアプローチは「高分子フラワーミセル」の論文をDNAに応用したものである。 リポソームに振り掛ける前にアンカーDNAに相補なもう一本の長いコレステロール付きDNAをハイブリさせる。このハイブリしたものをFlower DNAと呼ぶ。Flower DNAの一本鎖になっている部分に鍵DNAが相補になっており、ハイブリダイゼーションによって持続長が長くなったフラワーDNAはリポソーム膜面に「引っ張り(引き裂き)」ストレスを与え、リポソームを壊すのである。 <Img Src="http://openwetware.org/images/8/8b/Flower-new.png" Align="center" ><br> <Img Src="http://openwetware.org/images/6/69/%E3%83%AA%E3%83%9D%E3%81%A1%E3%82%83%E3%82%93%EF%BC%92.png" Align="center" width="900px" hight="800" ><br> <div align="center">Fig.10 How to straighten loop</div> <img src="http://openwetware.org/images/0/03/Flower3.png"><br> <div align="center">Fig.7 Process of flower micelle approach</div><br><br>
<div <!--class="caption-right"-->> <Img Src="http://openwetware.org/images/e/ed/%E3%83%AA%E3%83%9D%E3%81%A1%E3%82%83%E3%82%93%E2%91%A5.png" style="width:425px;"><br> <span>Fig.8 Flower micelle method</span></div>
We tried to collapse liposomes by applying the mechanism of flower micelles.<br> フラワーミセルをリポソームに応用するためには、<br> ・多くのコレ付きDNAを表面に埋め込むこと<br> ・鍵DNAのハイブリによってDNAの性質が変化すること<br> といった要素が重要になってくる。<br><br> 以下の図のように持続長の変化によって変形するDNAを設計した <div class="c-both"></div>
We designed the DNA sequences for this approach by <A Href="http://www.dna.caltech.edu/DNAdesign/">DNA design</A>, software for designing DNA sequences. <br> <br> 私たちはこのソフトでFlower DNAの二本とKey DNA の3種類のDNAを設計しました。
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