Biomod/2013/Sendai/sandbox2/design: Difference between revisions

Revision as of 03:10, 24 October 2013

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/*column content*/

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/*****キャプションレフト*****/

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/*****キャプションライト*****/

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div.clear{ clear: both; margin: 0 0 10px 0; }

/***floatの影響を絶つ。<div class="c-both"></div> のように使う***/

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div.title{

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div.caption{

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div.captiontable{

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/*topに戻る*/

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      background:url(http://openwetware.org/images/f/f2/%E5%90%8D%E7%A7%B0%E6%9C%AA%E8%A8%AD%E5%AE%9A-1.png) no-repeat left bottom;}

/* IE6以下用、アスタリスクハックでググれ */

html #ttop {margin:0 0 -390px 0;

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ttop:hover {background:url(http://openwetware.org/images/b/b9/Top2.png) no-repeat left bottom;/* 画像の高さによって適当に調整 */

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   <title>Biomod2013 Sendai ver2.0</title>
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</head>

   <header>

        <nav>      
          <div>

<!--

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           </div>
          <a href="http://openwetware.org/wiki/Biomod/2013/Sendai" class="whiteSendai">Top</a> 
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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"

                                              width="75" height="75" alt="Biomod2013" border="0"></a><br>
           <a href="http://openwetware.org/wiki/Biomod/2013/Sendai/protocol" class="whiteSendai">Protocol</a>   
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           </nav>
            <a href="http://openwetware.org/wiki/Biomod/2013/Sendai"><h1 style="color:white;" ><b>Biomod<span>2013<br>&emsp; Team</span>Sendai</b></h1></a>

</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>Project goal</h3> To realize Lipo-HANABI, following two systems is needed. Our goal of this summer project is achieving these subgoals.

i) To make a initiation system: liposomes disruption as a result of sensing thier environment ii) To make a chain-reactive disruption system: this system need followng two subsystems. ii-a)Liposomes dispution by attaching key DNA and anchor DNA ii-b)Selective disruption by key DNA species ii-c)Chain reactive disruption by a released key DNA

<!-- Lipo-HANABI is driven by the following two stage mechanism. <br><br>

1st stage (initiation by the triggering signal): A temperature-sensitive liposome as an initiator. We chose temperature as an environmental initiator because of controllability. Increasing temperature is the trigger to collapse initiator liposome and releases key DNA that is designed for collapsing 2nd stage liposomes<br><br>

2nd stage: ２段階目ではリポソームの連鎖反応が起きる。In 2nd stage, a chain reactive liposomal destruction happens. 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Once a liposome collapse, neighbor liposomes collapse one after another.<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。 1st stage liposome is temperature-sensitive liposome; conjugated by polymer NIPAM. <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> NIPAM switches to hydrophobic on the border of 32 Celsius. 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> NIPAM shrinks and make the surface of liposome unstable more than 32 Celsius. その結果リポが割れる<br> As a consequence, liposome collapses.

<h4 id=sensing>２段階目 DNAによる連鎖的リポソームの破壊 </h4> ２ndステージのリポソームは外側の表面にアンカーDNA（コレステロール付きのDNA）が生え、内部には鍵DNAとペイロードがある。1stステージのイニシエーターから放出された鍵DNAと２ndステージのリポソームのアンカーDNAが結合することでリポソームは割れる。その時に放出される次の鍵DNAが別のアンカーDNAを持つリポソームに結合し、破壊する。この繰り返しにより連鎖的に割る。（アンカーDNAと鍵DNAはリポソーム破壊を誘発するため、）アンカーDNAが内部に存在する場合、内部の鍵DNAにより破壊されてしまう。これを避けるためには、アンカーDNAは外側だけに存在している必要がある。私たちのプロジェクトではリポソーム作製後、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とでこれを達成する。

The 2nd stage liposomes have anchored DNA (DNA with cholesterol) on the outside surface and also have key DNA and payload in the interior. When key DNA released from the 1st stage initiators and anchored DNA on the 2nd stage liposomes

（図を入れる） To achieve liposomal burst by outside triggers, we propose the following two approaches.<br>

リポソームを割るには、活性化エネルギーを越えための触媒が必要である(See 計算) 我々のプロジェクトでは、この触媒を鍵DNAで行う。<br>鍵DNAとして（１）DNAオリガミを使う方法と（２）フラワーDNAを使う方法の２つを考案した<br>

２つのアプローチで使用するアンカーDNAは違うもので、それぞれオリガミアンカーDNA、フラワーアンカーDNAと呼ぶ。

<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> This approach refers a paper about<a Href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19780639"> Membrane-bending proteins</a> このアプローチではオリガミアンカーDNA（１０nt3’コレ修飾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> Hybridize 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>

＜オリガミの設計＞長方形のオリガミは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。

このアプローチでは１０ntとそれと一部が相補になっている５０nt3’コレ付きDNAがハイブリしたものをFlower アンカーDNAと呼ぶ。Flower アンカーDNAの一本鎖になっている４０ntの部分に鍵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>

<div > <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

<img src="http://openwetware.org/images/0/03/Flower3.png"><br> <div align="center">Fig.7 Process of flower micelle approach</div><br><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> 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>

</section>

   <footer>
       <p>&copy; Copyright Biomod 2013 Team Sendai
               <a href="http://www.molbot.mech.tohoku.ac.jp/index.html">

　　　　　　　　　　　　　　　　　　<img src="http://openwetware.org/images/3/36/Murata-nomura-logo.png"

                                     width="180" height="50" alt="Molcular Robotics Lab" border="0" align="right">

　　　　　　　　 </a> 　　　　 </p>

       <p>E-MAIL:
           <a href="mailto:biomod.teamsendai.2012@gmail.com">biomod.teamsendai.2012@gmail.com
           </a>
       </p>
       <br>
       <a href="?action=edit" align="center"><p>edit</p></a>
   </footer>

</body> </html>

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 </td></tr></table>
-<h3 id=chain>1. Our target(Lipo-HANABI) </h3>
+<h3 id=chain>Project goal</h3>
+To realize Lipo-HANABI, following two systems is needed. Our goal of this summer project is achieving these subgoals.
+i) To make a initiation system: liposomes disruption as a result of sensing thier environment
+ii) To make a chain-reactive disruption system: this system need followng two subsystems.
+ii-a)Liposomes dispution by attaching key DNA and anchor DNA
+ii-b)Selective disruption by key DNA species
+ii-c)Chain reactive disruption by a released key DNA
+<!--
+Lipo-HANABI is driven by the following two stage mechanism. <br><br>
-Our system is driven by the following two stage mechanism. <br><br>
+st stage (initiation by the triggering signal): A temperature-sensitive liposome as an initiator. We chose temperature as an environmental initiator because of controllability. Increasing temperature is the trigger to collapse initiator liposome and releases key DNA that is designed for collapsing 2nd stage liposomes<br><br>
-st 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 for the 2nd stage.ここでkey DNAとは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である。<br><br>
+nd stage: ２段階目ではリポソームの連鎖反応が起きる。In 2nd stage, a chain reactive liposomal destruction happens. 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Once a liposome collapse, neighbor liposomes collapse one after another.<br>
+As a consequence, collapse of the liposomes goes on in a chain-reactive way. <br><br>
-nd stage: The key molecule released from the 1st stage triggers collapse of liposomes of the 2nd stage. The 2nd stage liposomes contain payload molecules and also the key DNA. 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. How to collapse liposomes</h3>
+<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>2-1）Step1 Initiation by temperature sensitive liposome</h4>
+<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。
+st stage liposome is temperature-sensitive liposome; conjugated by polymer NIPAM. <br>
-Initiator lipoの温度感受性 lipoはNIPAMというポリマーを修飾したリポだ
+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>
-NIPAM（poly…）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
+NIPAM switches to hydrophobic on the border of 32 Celsius.
-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
+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
+NIPAM shrinks and make the surface of liposome unstable more than 32 Celsius.
+その結果リポが割れる<br>
+As a consequence, liposome collapses.
-<h4 id=sensing>2-2）Step2 DNAによる連鎖的リポソームの破壊 <br>The chain-reactive collaption by DNA </h4>
+<h4 id=sensing>２段階目 DNAによる連鎖的リポソームの破壊 </h4>
+２ndステージのリポソームは外側の表面にアンカーDNA（コレステロール付きのDNA）が生え、内部には鍵DNAとペイロードがある。1stステージのイニシエーターから放出された鍵DNAと２ndステージのリポソームのアンカーDNAが結合することでリポソームは割れる。その時に放出される次の鍵DNAが別のアンカーDNAを持つリポソームに結合し、破壊する。この繰り返しにより連鎖的に割る。
+（アンカーDNAと鍵DNAはリポソーム破壊を誘発するため、）アンカーDNAが内部に存在する場合、内部の鍵DNAにより破壊されてしまう。これを避けるためには、アンカーDNAは外側だけに存在している必要がある。私たちのプロジェクトではリポソーム作製後、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とでこれを達成する。
-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
+The 2nd stage liposomes have anchored DNA (DNA with cholesterol) on the outside surface and also have key DNA and payload in the interior. When key DNA released from the 1st stage initiators and anchored DNA on the 2nd stage liposomes
-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、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
-<h5 id=5>2-2-1)  DNA origami approach</h5>
-<h6>The abstract of this approach</h6>
+<br><br>
-<h6>このアプローチの原理的根拠<br>The fundamental reason of the approach</h6>
+（図を入れる）
+To achieve liposomal burst by outside triggers, we propose the following two approaches.<br>
+リポソームを割るには、活性化エネルギーを越えための触媒が必要である(See 計算)
+我々のプロジェクトでは、この触媒を鍵DNAで行う。<br>鍵DNAとして（１）DNAオリガミを使う方法と（２）フラワーDNAを使う方法の２つを考案した<br>
+２つのアプローチで使用するアンカーDNAは違うもので、それぞれオリガミアンカーDNA、フラワーアンカーDNAと呼ぶ。
+<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>
+This approach refers a paper about<a Href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19780639"> Membrane-bending proteins</a>
+このアプローチではオリガミアンカーDNA（１０nt3’コレ修飾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>
+Hybridize
+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。
-<h6>このアプローチのDNAデザイン<br>The DNA design of the approach</h6>
+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>
+＜オリガミの設計＞
+長方形のオリガミはexpected to work as one scaffold in itself<br>
-<h5 id=6>2-2-2) Flower DNAによるアプローチ</h5>
+The design of our rectangular DNA origami is as below.<br>
-<h6>このアプローチの概要<br>The abstraction of the approach</h6>
+<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。
+このアプローチでは１０ntとそれと一部が相補になっている５０nt3’コレ付きDNAがハイブリしたものをFlower アンカーDNAと呼ぶ。Flower アンカーDNAの一本鎖になっている４０ntの部分に鍵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>
+<div >
+<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
-<h6>このアプローチの原理的根拠<br>The fundamental reason of the approach</h6>
+<img src="http://openwetware.org/images/0/03/Flower3.png"><br>
+<div align="center">Fig.7 Process of flower micelle approach</div><br><br>
-<h6>このアプローチのDNAデザイン<br>The design of the approach</h6>
-        </article>
+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。
+       </article>
 </section>
 <!-- /***** </div> ****/ -->
@@ Line 161: / Line 214: @@
 </html>
-{{Biomod/2013/Sendai/sandbox/template2}}
+{{Biomod/2013/Sendai/sandbox/temp