高感度遺伝子トランジスタによる長鎖塩基配列解析を目指した機能性界面ゲートの構築

• Project/Area Number: 25790012
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Nanomaterials chemistry
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: 三條 舞 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 助教 (60588797)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2015: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2014: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2013: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
• Keywords: ピロリン酸 / ピリジルボロン酸 / 分子認識 / ボロン酸 / トランジスタ / シーケンシング

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、電界効果トランジスタ(FET)の原理を用いた電気化学的測定によるDNAシーケンシング技術をベースに、トランジスタゲート表面の徹底的な造り込みによって、新しい手法に基づくFET型DNAシーケンサを開発する事を目的とする。ここではDNA伸長反応により放出されるピロリン酸(PPi)を特異的に認識結合する人工レセプターの設計・合成・分子認識能の評価を通して、最適化された機能性界面ゲートを構築する。具体的には、水溶性が高く、かつ多くの誘導体のなかでも顕著に低い酸解離定数(pKa)を有するピリジルボロン酸(PyBA)に着目し、 PPi認識レセプトーとしての有用性を検討した。11B-および31P-核磁気共鳴(NMR)測定の結果から、PyBAとPPiの間で可逆的かつ比較的安定な結合を形成することが確認され、特に酸性領域で安定なコンプレックスを形成することが明らかとなった。また質量分析(MS)測定の結果から、PyBAとPPiの結合においては、解離型（4価）のボロン酸基が安定な結合をもたらすことが判明した。さらに一リン酸、三リン酸、dATPをはじめ他のリン酸化合物とは殆ど結合を示さないことから、PyBAのPPiへの選択性は極めて高いと言える。このPPiを選択的に認識結合するPyBAレセプターの発見は本研究で初めて明らかにされ、実用的観点だけでなく、基礎学問の観点からも興味深い重要な知見を与えた。PyBAを用いた機能性界面ゲートの構築により長鎖塩基配列解析が達成された暁には、これまで以上に簡便、高速、安価に遺伝子配列解析を可能にする技術として、広く社会に貢献できると考える。

Research Products

• [Journal Article] Boronate Based Metal-Free Platform for Diphosphate-Specific Molecular Recognitions (2015)
  • Author(s): Mai Sanjoh, Daisuke Iizuka, Akira Matsumoto, Yuji Miyahara
  • Journal Title: Organic Letters Volume: 17 Issue: 3 Pages: 588-591
  • DOI: 10.1021/ol5036003
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Phenylboronic Acids-based Diagnostic and Therapeutic Applications (2014)
  • Author(s): Mai Sanjoh, Yuji Miyahara, Kazunori Kataoka, Akira Matsumoto
  • Journal Title: Analytical Sciences Volume: 30 Issue: 1 Pages: 111-117
  • DOI: 10.2116/analsci.30.111
  • NAID: 130004442231
  • ISSN: 0910-6340, 1348-2246
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] ボロン酸誘導体の分子認識能を利用したピロリン酸の選択的検出 (2015)
  • Author(s): 三條 舞
  • Organizer: 第24回ｲﾝﾃﾘｼﾞｪﾝﾄ材料・ｼｽﾃﾑｼﾝﾎﾟｼﾞｳﾑ
  • Place of Presentation: 東京女子医大
  • Year and Date: 2015-01-19
• [Presentation] 二リン酸特異的な結合能を示すボロン酸誘導体による分子認識場の構築 (2014)
  • Author(s): 三條 舞
  • Organizer: 第63回高分子討論会等
  • Place of Presentation: 長崎大学
  • Year and Date: 2014-09-24 – 2014-09-26
• [Presentation] A new molecular basis for specific pyrophosphate chemosencing (2014)
  • Author(s): 三條 舞
  • Organizer: The 7th Asia-Pacific Conference on Transducers and Micro/Nano Technologies: APCOT 2014
  • Place of Presentation: Hotel Inter-Burgo EXCO
  • Year and Date: 2014-06-29 – 2014-07-02
• [Presentation] ボロン酸誘導体による二リン酸特異的結合様式の発見と新規ピロリン酸検出法への展開 (2014)
  • Author(s): 三條舞，松元亮，宮原裕二
  • Organizer: 第16回電気学会全国大会
  • Place of Presentation: 愛媛(愛媛大学)
• [Presentation] Molecular recognition by boronic acid derivertive for effective pyrophosphate chemosensing (2013)
  • Author(s): Mai Sanjoh, Akira Matsumoto, Yuji Miyahara
  • Organizer: The 7th International Conference on Microtechnologies in Medicine and Biology
  • Place of Presentation: USA, California, (Marina del Rey)
• [Presentation] ピリジルボロン酸による分子認識能を利用したピロリン酸の選択的検出 (2013)
  • Author(s): 三條舞，松元亮，宮原裕二
  • Organizer: 第62回高分子討論会
  • Place of Presentation: 金沢(金沢大学)
• [Presentation] 核酸増幅の電気化学的モニタリング (2013)
  • Author(s): 山田恵梨子，野上こずえ，田畑美幸，三條舞，前田康弘，合田達郎，松元亮，宮原裕二
  • Organizer: 第35回日本バイオマテリアル学会大会
  • Place of Presentation: 東京(タワーホール船堀)
• [Presentation] Electrochemical Monitoring of Nucleic Acid Amplification (2013)
  • Author(s): Eriko Yamada, Kozue Nogami, Miyuki Tabata, Mai Sanjoh, Yasuhiro Maeda, Taturo Goda, Akira Matsumoto, Yuji Miyahara
  • Organizer: International Symposium on EcoTopia Science 2013
  • Place of Presentation: Nagoya(Nagoya University)
• [Patent(Industrial Property Rights)] 二リン酸化合物検出器、及び二リン酸化合物検出方法 (2014)
  • Inventor(s): 宮原 裕二、松元 亮、三條 舞
  • Industrial Property Rights Holder: 宮原 裕二、松元 亮、三條 舞
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2014-03-27