2017 Fiscal Year Research-status Report

発光モード変化で微細環境を識別する新規蛍光核酸の開発と遺伝子検出プローブへの応用

Research Project

Project/Area Number	16K05853
Research Institution	Nihon University
Principal Investigator	齋藤義雄日本大学, 工学部, 准教授 (40385985)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	根本修克日本大学, 工学部, 教授 (30237812)
Project Period (FY)	2016-04-01 – 2019-03-31
Keywords	蛍光核酸 / 一塩基多型 / プローブ
Outline of Annual Research Achievements	実用に耐え得る遺伝子診断法を確立するためには、誰にでも簡単に使える一塩基多型 (SNPs, Single Nucle otide Polymorphisms) 識別プローブの開発が重要であるとかんがえられる。本研究では、極性環境をはじめ、粘性、pHなどの周辺のミクロ環境変化に応じて蛍光強度や蛍光発光波長を鋭敏に変化させる環境感応型蛍光核酸塩基を開発し、標的核酸（DNAやRNA）とハイブリダイズした際のマッチ－ミスマッチの違いによるミクロ環境変化を蛍光発光色（発光波長）の変化で検出するという全く新しい概念を用いた蛍光プローブの開発を行っている。平成28年度は、環境感応型蛍光核酸塩基として新たにデザインした２種類の発光モードを示す環境感応型蛍光核酸塩基の開発をおこなった。分子内にドナー・アクセプター構造を有する蛍光核酸塩基（モノマー分子）をデザインし、それらを実際に合成し評価した。数種類の蛍光ヌクレオシドを実際に合成し、光学特性等を評価したところ、いくつかの化合物で、当初目指した性質に近い分子を得ることができた。しかしながら、蛍光波長などが当初考えていたよりも若干短く、オリゴヌクレオチドに導入した際にも十分な塩基識別能が得られなかったため、未だ改良する余地が残っていた。そこで28年度の後半から29年度にかけて、これらの問題点を克服すべくさらに数種類かの蛍光核酸塩基を合成した。その結果。実際に興味深い光学特性を有する分子がいくつか得られた。そのため、再度最適化された分子の光学特性の評価を行った結果、蛍光DNAプローブとして応用できそうなモノマー分子が得られたため、モノマー分子のDNA導入の検討を行っている。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 平成２８年度の前半には、環境感応型蛍光核酸塩基の候補となる新しい分子のデザインを行い、それを基に実際の分子の合成を進めてきた。平成２８年度の前半の段階で合成を完了できたものもあり、それらに関しては、光学特性の評価を行い改良点を見出すための知見を得ることができた。実際にそこで得られた知見、結果をフィードバックし、平成２９年度分子設計および合成に役立てることができており、これらを実際に繰り返し、合目的の分子を得るために必要な分子の特徴がわかってきた。特に平成２９年度には、実際に蛍光DNAプローブとして利用できそうな分子が得られオリゴヌクレオチド鎖への導入を検討している。この他にもいくつかの分子についてオリゴヌクレオチドレベルでの評価を行うことができている。オリゴヌクレオチド鎖での塩基識別能を評価することで、モノマーレベルでの光学特性の評価では分からなかった問題点も知ることができ、それらの結果を組み込んだ上での新たなモノマー分子のデザインに取り組むこともできている。そのため、研究は申請書の計画と同様に進展していると考えている。
Strategy for Future Research Activity	平成２８年度に行った研究の過程で、興味深い光学特性を有する分子も得られており、また、平成２９年度も同様に精力的にモノマー分子のデザインと合成を行った結果、蛍光プローブとして利用できそうなモノマー分子が得られている。これは平成２９から新たに研究分担者として加わったグループとの連携がうまくいっているためと考えられる。平成３０年度も継続してより優れた分子のデザインと合成を行って行く予定である。また、平成２９年度までの研究で、実際にいくつかの蛍光ヌクレオシドを得ることに成功している。特に平成２９年度には、蛍光プローブとして利用できそうなモノマー分子が得られたため、平成３０年度にはオリゴヌクレオチド配列に導入し、DNAプローブとしての性能評価を中心に研究を推進する予定である。実際にオリゴヌクレオチド鎖が得られたら、それらの光学特性および塩基識別能の評価を迅速に行い、問題点等があれば、結果をさらにフィードバックして、合目的かつ実用的なプローブが得られるように検討を進めて行く予定である。
Causes of Carryover	平成２９年度も、平成28年度と同様により目的に近い性質を示すモノマー分子を得るための研究を推進してきた。その結果、目的に近いモノマー分子を得ることができた。そのため、合成試薬がより高価であるDNA合成が相対的に減り、次年度使用額が生じる結果となった。（使用計画）当初計画より精力的に、モノマー分子を合成しており、平成30年度度は合成試薬がより高価であるDNA合成を中心に研究を行う予定である。平成２９年度に行う予定であった分のDNA合成も、本年度に行う予定であるため、その際に次年度使用額分を使用する予定である。