末端スタッキング駆動型DNAリン酸化プローブの創出と機能検証

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K05618
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 金山 直樹 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (80377811)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: DNAブラシ / 末端構造 / スタッキング相互作用 / 光ピンセット / リン酸化

Outline of Annual Research Achievements

本課題は、ブラシ状に集積したオリゴDNA鎖（以下、DNAブラシ）において明らかになりつつあるDNA二重鎖間の末端構造選択的なスタッキング促進現象に基づき、サンプルDNAにおける末端リン酸化状態に応じて明瞭な色変化を示す呈色システムの新原理の確立を目的としている。本年度は昨年度から引き続き、直径2マイクロ・メートルのラテックス粒子表面に形成させたDNAブラシを対象とし、DNA二重鎖末端間におけるスタッキング促進現象に末端リン酸基が及ぼす影響を評価した。昨年度までの検討において、DNAブラシを構成する一本鎖オリゴDNA鎖が平滑末端構造の二重鎖となるよう配列設計した相補鎖を添加し、さらに溶液（分散媒）の塩濃度を高めた場合に、DNAブラシ間にDNA二重鎖末端同士のスタッキング促進現象に基づく引力的な相互作用が生じることを、光ピンセットを用いた粒子間力計測より明らかにした。そこで本年度は、完全相補配列で且つ末端がリン酸化されたサンプルDNAを使用することで、DNAブラシ内に形成されるDNA二重鎖の末端にリン酸基を付与した。これまでの検討において、DNAブラシの二重鎖形成率は僅か数パーセント程度であることが確認されており、今回の検討で形成された末端リン酸化DNAブラシは、末端にリン酸基が付与された二重鎖と一本鎖が混在した構造であると推定される。末端リン酸化DNAブラシで覆われたラテックス粒子間に生じる相互作用について、溶液の塩濃度依存性を評価したところ、末端リン酸基を付与してない場合と比較して、粒子間引力が発生する臨界塩濃度が有意に上昇することを確認した。この結果は、末端リン酸基の付与によりDNA二重鎖末端間スタッキングが抑制されることを意味し、本課題で提案する末端スタッキング駆動型DNAリン酸化プローブ設計の妥当性を支持するものである。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

R３年度に研究代表者が所属機関を異動した影響で、研究環境の再整備に時間を要したものの、本課題のベースとなるDNAブラシ間の末端構造選択的なスタッキング促進現象に関して、DNA末端リン酸化プローブの設計指針に繋がる基本的な知見を誌上発表としてまとめた。更に、末端スタッキング現象に及ぼす末端リン酸基の影響を明らかにしつつある。

Strategy for Future Research Activity

これまでの検討から、本課題で提案する末端スタッキング駆動型DNAリン酸化プローブ設計の妥当性を示すことができた。今後は、本プローブ設計をもとに明瞭な可視情報を与えるDNA鎖リン酸化プローブを試作し、その有効性を検証する。

Causes of Carryover

R３年度に研究代表者が所属機関を異動し、それに伴なう研究環境の再整備に想定以上の時間がかかった。その影響を受け、研究計画どおりに実施することが時間的に難しくなった項目が生じ、計画を一部変更したために繰越金が生じた。次年度への繰越金は、変更後の研究計画を遂行するために使用する計画である。