分子の「混雑」を調節するだけで、わずか1種類のDNAからファイバー型・二層構造チューブ型の異なる液晶が形成

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2026-07-08 電気通信大学

電気通信大学と東京科学大学の共同研究グループは、わずか1種類の短い自己相補DNAから、分子の混雑環境を調節するだけで「ファイバー型」と「二層構造チューブ型」という異なるDNA液晶を形成できることを初めて明らかにしました。従来はDNA配列の変更や複数種類のDNAの組み合わせが必要でしたが、本研究では共存するポリエチレングリコール(PEG)濃度を変えるだけで液晶構造を自在に制御できました。低PEG濃度ではDNA末端同士の積層が優勢となり細長いファイバー型、高PEG濃度では枯渇力が強まり、異なるDNA充填密度を持つ二層構造チューブ型が形成されることを、小角X線散乱解析などで解明しました。形成される液晶は10マイクロメートル以上、条件によってはサブミリメートルまで成長し、温度応答性も示します。本成果は、生体分子の自己組織化原理に基づくDNAソフトマテリアル設計の新たな指針となり、刺激応答性材料や機能性核酸材料への応用が期待されます。

分子の「混雑」を調節するだけで、わずか1種類のDNAからファイバー型・二層構造チューブ型の異なる液晶が形成
概要図:自己相補DNAの配列および、PEGの濃度に応じて形成されたDNAのファイバー型・二層構造チューブ型の液晶集合体の蛍光顕微鏡画像。

<関連情報>

単一の自己相補的DNAオリゴヌクレオチドから形成される繊維および二重層チューブ Fibers and Double-Layered Tubes Formed From a Single Self-Complementary DNA Oligonucleotide

So Shirai, Tetsunao Makino, Takashi Kajitani, Makiko Tanaka
Angewandte Chemie International Edition  Published: 23 June 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/anie.6741643

ABSTRACT

This study reports the first observation that a short self-complementary DNA oligonucleotide can self-assemble into two distinct liquid-crystalline architectures—long fibers and double-layered molecular tubes—upon thermal annealing. These two morphologies are determined by depletion forces tuned by the concentration of poly(ethylene glycol) (PEG) in solution. At lower PEG concentrations (25–30w/v%), the depletion forces between duplexes are relatively weak. Under these conditions, nucleation occurs only at lower temperatures after sufficient duplex DNA has formed, leading to predominantly longitudinal growth and the formation of elongated DNA fibers. Small-angle X-ray scattering (SAXS) revealed a single columnar hexagonal packing structure within these fibers. At higher PEG concentrations (35–40w/v%), the depletion forces become stronger. Under these conditions, nucleation occurs even at elevated temperatures, where the amount of duplex is still limited, leading to the formation of tubular assemblies. SAXS measurements conducted on the tubular DNA assemblies revealed two separate hexagonal lattice constants, suggesting differences in packing density between the inner core and the outer framework. This work establishes a new direction in DNA-based materials design, demonstrating that hierarchical liquid-crystalline architectures can emerge from a single short DNA oligonucleotide simply by tuning molecular crowding conditions.

生物化学工学
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