核酸自己組織化膜を利用したハイスループット可能なバイオセンサーの開発

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14658187
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 岡本 晃充 京都大学, 工学研究科, 助手 (60314233)
• キーワード: 電極 / 核酸 / 修飾核酸塩基 / オリゴヌクレオチド / 自己組織化膜

研究概要

ヒト遺伝子のドラフトシーケンシングが終了し、これを生かしたゲノム解析、プロテオーム解析が始められている。しかしながら、それら解析は非常に手間がかかるとともに、解析システムの感度も高くない。私は、有機合成化学的に分子設計した分子を解析システム上に導入することによって、省資源化、高感度化を図ることができると考えた。特にDNAはアドレス機能を有するタグとして働き、また近年では導電性も議論されていることから有用なツールであると考えられる。そこで、DNAを合成化学的に改良し、基板上でこれら解析を行うことができるシステムの作成を目指した。これからのゲノム機能、プロテオーム機能の解析は、フェムトモルからアットモルスケールの極微量でかつハイスループットな多機能解析が可能であることが要求される。これら条件の達成を目指して、金基板上で形成することができる核酸自己組織化膜を有効に利用することにより、鋭敏な感度を有する基質特異的な系の構築を目指した。
まず第一に、導電性を助ける酸化還元性ユニットを連結した人工核酸塩基を開発し、DNAに導入した。私は、そのための種々の酸化還元性ユニットを開発することができた。第二に、電極として用いる金基板上に配列の異なるDNAそれぞれを担持させることができた。DNA末端は電極上に自己組織化膜を形成させやすいように硫黄原子で修飾しておくことが重要であった。また、メルカプトヘキサノールで電極上をマスキングすることによりさらによい結果が得られるようになった。第三に、上記の技術を用いて、電気応答性DNA自己組織化膜を電極上に作成することができた。微分パルスボルタンメトリーによって、二本鎖状態と一本鎖状態の電気応答を比較したところ、顕著な違いが観測された。
私は、以上のように、核酸自己組織化膜を利用したハイスループット可能なバイオセンサーの開発の研究において、種々の酸化還元性ユニットを連結した人工核酸塩基を開発し、高機能性修飾電極を作成することができた。いずれの成果も高い実用性が期待され、本科学研究費は、大変有効に役立てることができたと考えている。

研究成果

• [文献書誌] Okamoto, A., Kanatani, K., Taiji, T., Saito, I.: "^<15>N-NMR Study on Site-Selective Binding of Metal Ions to Guanine Runs in DNA : A Good Correlation with HOMO Distribution"J. Am. Chem. Soc.. 125(5). 1172-1173 (2003)
• [文献書誌] Tanabe, K., Okamoto, A., Nishimoto, S.-i., Saito, I.: "Discrimination between cytosine and 5-methylcytosine in DNA by peptide nucleic acids"Photomed. Photobiol.. 24. 57-58 (2002)
• [文献書誌] Okamoto, A., Tanaka, K., Saito, I.: "Unique Hole-trapping Property of the Degenerate Base, 2-Amino-7-deazaadenine"Bioorg. Med. Chem. Lett.. 12(24). 3641-3643 (2002)
• [文献書誌] Tanabe, K., Inasaki, T., Okamoto, A., Nishimoto, S., Saito, I.: "Control of photo-induced drug release by the use of conformational change of DNA"Nucleic Acids Res. Supplement. 2. 167-168 (2002)
• [文献書誌] Okamoto, A., Kanatani, K., Saito, I: "Development of electrochemically gene-analyzing method using DNA-modified electrode"Nucleic Acids Res. Supplement. 2. 171-172 (2002)
• [文献書誌] Okamoto, A., Tanabe, K., Saito, I.: "Site-Specific Discrimination of Cytosine and 5-Methylcytosine in Duplex DNA by Peptide Nucleic Acids (PNA)"J. Am. Chem. Soc.. 124(35). 10262-10263 (2002)