免疫細胞によるDNA折り紙ベースの2次元または3次元ナノ構造体のDNA密度依存的取り込み。

DNA density-dependent uptake of DNA origami-based two-or three-dimensional nanostructures by immune cells.

• Tatsuoki Maezawa
• Shozo Ohtsuki
• Kumi Hidaka
• Hiroshi Sugiyama
• Masayuki Endo
• Yuki Takahashi
• Yoshinobu Takakura
• Makiya Nishikawa

抄録

DNAナノ構造体は、免疫細胞への標的薬物送達への応用が期待されている。しかし、薬物送達に必要なDNAナノ構造体の構造特性は十分に解明されていませんでした。本研究では、免疫細胞による薬物の認識・取り込みに重要なDNA密度に着目しました。これを調べるために、分子量や構造の柔軟性はほぼ同じだが、形状やDNA密度が異なるDNAナノ構造体をDNA折り紙技術を用いて設計した。私たちは、以下の5種類のDNAナノ構造を比較したが、これらはすべて、同一の円形の一本鎖足場とステープルを使用して10本のDNAらせんからなるものであった。Rec180は、長方形のほぼ平坦な構造をしていた。Rec90、Rec50およびRec0は、Rec180の中心でそれぞれ90度、50度または0度に曲がった形態であった。Rec50/50は、両端がくっついて三角形のプリズム形状を形成するように、それぞれ50度ずつの2つの屈曲を有していた。これらのＤＮＡナノ構造体の溶液条件下での変動、すなわち柔軟性は、ＣａｎＤｏソフトウェアを用いて推定した。DNAナノ構造体中の10本のDNAらせんのうち、任意の2本の平均距離から推定したDNA密度は、それぞれ異なっており、Rec50、Rec0、Rec50/50はRec180、Rec90に比べて密度が高かった。アガロースゲル電気泳動および原子間力顕微鏡法により、すべてのナノ構造体が高収率で調製されていることが示された。フローサイトメトリー解析の結果、マウスマクロファージ様RAW264.7細胞によるDNAナノ構造体の取り込みは、密度の低いものよりも密度の高いものの方が高いことが明らかになった。また、密度と細胞の取り込みには正の相関があった。これらの結果は、DNA密度の高いDNAナノ構造体が免疫細胞への送達に適していることを示している。

DNA nanostructures are expected to be applied for targeted drug delivery to immune cells. However, the structural properties of DNA nanostructures required for the delivery have not fully been elucidated. In this study, we focused on the DNA density that can be important for the their recognition and uptake by immune cells. To examine this, DNA nanostructures with almost identical molecular weights and structural flexibility, but with different shapes and DNA densities, were designed using DNA origami technology. We compared the following five types of DNA nanostructures, all of which consisted of ten DNA helices using an identical circular, single-stranded scaffold and staples. Rec180 had a rectangular-shaped, almost flat structure. Rec90, Rec50 and Rec0 were bent forms of Rec180 at the center by 90, 50 or 0 degrees, respectively. Rec50/50 has two bends of 50 degrees each so that the both ends stick together to form a triangular prism shape. The fluctuation, or flexibility, of these DNA nanostructures under solution conditions was estimated using CanDo software. The DNA density estimated from the average distance between any two of the ten DNA helices in the DNA nanostructures was different among them; Rec50, Rec0 and Rec50/50 had a higher density than Rec180 and Rec90. Agarose gel electrophoresis and atomic force microscopy showed that all of the nanostructures were prepared with high yield. Flow cytometry analysis revealed that the uptake of DNA nanostructures by murine macrophage-like RAW264.7 cells was higher for those with higher DNA density than those with low density. There was a positive correlation between the density and cellular uptake. These results indicate that DNA nanostructures with high DNA density are suitable for delivery to immune cells.