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1分子解析技術による網羅的頻度解析が可能な人工核酸分子タグの創製

Research Project

Project/Area Number 17J10215
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Bio-related chemistry
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

古畑 隆史  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2017-04-26 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2019: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2018: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords量子シーケンサー / トンネル電流 / 非天然核酸 / HOMOレベル / 金親和性 / 分子導電性 / 非天然核酸塩基 / トンネル電流値
Outline of Annual Research Achievements

量子シーケンサーは、核酸配列、およびその頻度の網羅的解析の実現に高い潜在能力を持つ次々世代の単分子解析手法である。本研究は、量子シーケンサーによる「頻度解析が可能な核酸分子タグ」の創製に向け、核酸塩基の化学物性とトンネル電流の相関の理解に基づき正確に識別可能なヌクレオシド群の実現を目指すものである。前年度までに、トンネル電流強度と核酸塩基のHOMOレベルが高い相関関係にあることを見いだしている。本年度前半では、上記知見に基づき、高いトンネル電流を示し、高精度に同定可能な非天然核酸の設計を試みた。また後半では、分子タグとして利用可能な核酸分子ユニットの拡張のため、トンネル電流のより詳細な理解と分子設計指針の拡張を試みた。
第一に、高い電流強度を示す非天然核酸塩基の設計を試みた。具体的には、天然の核酸塩基骨格であるウラシルに広いπ共役系を有する芳香族環を導入することで、核酸塩基のHOMOレベルと金のフェルミ準位を近接するアプローチを試みた。そして、設計されたヌクレオシドが標準塩基に比べ高いトンネル電流強度を示し、正確に識別可能であることを明らかにした。
第二に、量子シーケンサーにより解読可能な分子ユニットの拡張に向けて、分子設計戦略の拡張を試みた。具体的には、トンネル電流特性を支配する新たな要素として金と核酸塩基の相互作用に着目し、金親和性基の導入によるトンネル電流特性の変調を試みた。その結果、本戦略によりトンネル電流強度を含め複数のトンネル電流特性を変調できる可能性を見いだした。また、以上の電流特性を多次元的に解析することにより、これまでにない高い精度で標準塩基、およびHOMOレベルをもとに開発された高導電性非天然核酸とも識別可能であるヌクレオシドを見出した。以上に結果は、「頻度解析が可能な核酸分子タグ」の創製に向け、正確に識別可能な非天然ヌクレオシド群を実現するものである。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2020 2019 2018 2017

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] “Chemical Labeling-Assisted Detection of Nucleobase Modifications by Quantum Tunneling-Based Single Molecule Sensing2020

    • Author(s)
      Furuhata, T; Ohshiro, T.; Izuhara, Y.; Tomoaki, S.; Ueki, R.; Taniguchi, M.; Sando, S.
    • Journal Title

      ChemBioChem

      Volume: 21 Issue: 3 Pages: 335-339

    • DOI

      10.1002/cbic.201900422

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Highly Conductive Nucleotide Analogue Facilitates Base-Calling in Quantum-Tunneling-Based DNA Sequencing2019

    • Author(s)
      Furuhata Takafumi、Ohshiro Takahito、Akimoto Gaku、Ueki Ryosuke、Taniguchi Masateru、Sando Shinsuke
    • Journal Title

      ACS Nano

      Volume: 13 Issue: 5 Pages: 5028-5035

    • DOI

      10.1021/acsnano.9b01250

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 核酸塩基の電子物性制御戦略に基づいたDNA 修飾の電気的一分子解析2019

    • Author(s)
      古畑 隆史, 大城 敬人,出原 優一, 鈴木 智瑛, 植木 亮介, 谷口 正輝, 山東 信介
    • Organizer
      第13回生体関連化学シンポジウム
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Evaluation of molecular conductance of nucleotides for quantum tunnelling-based DNA sequencing2018

    • Author(s)
      Takafumi Furuhata, Takahito Ohshiro, Ryosuke Ueki, Masateru Taniguchi, Shinsuke Sando
    • Organizer
      14th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures and 26th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ACSIN14 & ICSPM26)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 1分子電流計測によるDNAエピジェネティックマーカーの検出に向けた検討2018

    • Author(s)
      古畑隆史、大城敬人、植木亮介、谷口正輝、山東信介
    • Organizer
      第12回生体関連化学シンポジウム
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Design of a highly conductive non-natural nucleoside for accurate base-calling in quantum tunneling-based DNA sequencing2018

    • Author(s)
      古畑隆史
    • Organizer
      日本化学会第98年会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 量子シーケンサーによる効率的な 1 分子配列解析 に向けた人工ヌクレオシドの設計2017

    • Author(s)
      古畑隆史
    • Organizer
      第7回CSJフェスタ 2017
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Design of artificial nucleoside derivatives for single molecular analysis by a quantum sequencer2017

    • Author(s)
      Takafumi Furuhata
    • Organizer
      Nucleosides, Nucleotides and Oligonucleotides Conference GRC
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effects of chemical properties of nucleosides on quantum tunneling-based DNA sequencing2017

    • Author(s)
      Takafumi Furuhata
    • Organizer
      The 44th International Symposium on Nucleic Acids Chemistry
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2017-05-25   Modified: 2024-03-26  

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