Molecular Design and Characterization of DNA Phosphorylation Probes Driven by Surface-assisted Blunt-end Stacking

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05618
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 35020:Polymer materials-related
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (2021-2023); Shinshu University (2020)
• Principal Investigator: Kanayama Naoki 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 / リン酸化 / 平滑末端 / スタッキング / 光ピンセット / 金ナノ粒子

Outline of Final Research Achievements

The objective of this study was to examine a new principle for the assessment of phosphorylation/dephosphorylation of sample DNA terminals based on the terminal-structure-selective stacking phenomenon between DNA brush layers at the solid-liquid interface. As a verification of the basic principle, we confirmed with the optical tweezers that the stacking interactions between the blunt ends of DNA duplex in high salt conditions are significantly suppressed by the terminal phosphate group. We then applied this phenomenon to a gold nanoparticle dispersion system covered with DNA brushes and demonstrated that the phosphorylation/dephosphorylation of the DNA terminals can be discriminated as visible information.

Free Research Field

高分子材料化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本課題で開発したプローブ材料が対象とするDNA鎖末端のリン酸化は、DNAの修復・代謝などの生命プロセスに関与し、その異常発生と疾患発症の関連性に近年注目が集まっている。DNA末端のリン酸化・脱リン酸化を司る関連酵素の活性評価には、放射性同位体RI（32P）標識がしばしば用いられ、実施施設の制限や作業被ばくの危険性に加え、スループット性にも課題が残る。本課題で実証した原理は、32P標識を用いることなく一般的なラボ環境で安全かつ簡便にDNAリン酸化・脱リン酸化を評価するツールの提供に繋がるものである。