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

创建人工核酸分子标签，利用单分子分析技术进行全面的频率分析

基本信息

批准号：
17J10215
负责人：
古畑隆史
金额：
$ 1.6万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

量子测序仪是下一代单分子分析方法，具有综合分析核酸序列及其频率的巨大潜力。本研究旨在基于对核碱基化学性质与隧道电流之间相关性的理解，创建可准确识别的核苷基团，旨在创建“可用于频率分析的核酸分子标签”量子测序仪。直到前一年，我们才发现隧道电流强度与核碱基的HOMO能级之间存在高度相关性。今年上半年，基于上述发现，我们尝试设计具有高隧道电流且能够高精度识别的非天然核酸。在下半年，我们试图更详细地了解隧道电流并扩展分子设计指南，以扩大可用作分子标签的核酸分子单元的数量。首先，我们尝试设计一种具有高电流强度的非天然核碱基。具体来说，我们试图通过将具有宽π共轭体系的芳香环引入到天然核碱基骨架尿嘧啶中，使核碱基的HOMO能级更接近金的费米能级。他们还发现，设计的核苷表现出比标准碱基更高的隧道电流强度，使得准确识别它成为可能。其次，我们尝试扩展分子设计策略，以扩大量子测序仪可以破译的分子单元的数量。具体来说，我们关注金和核碱基之间的相互作用作为控制隧道电流特性的新因素，并尝试通过引入金亲和基团来调节隧道电流特性。因此，我们发现了使用该策略调制多个隧道电流特性（包括隧道电流强度）的可能性。此外，通过对上述现有特征进行多维分析，我们发现了可以以前所未有的精度区分标准碱基和基于HOMO水平开发的高导电性非天然核酸的核苷。上述结果提供了一组可以准确识别的非天然核苷，目的是创建“允许频率分析的核酸分子标签”。