ナノポア計測とDNAコンピューティング技術による超低濃度microRNAの検出

機能性RNAの一種であるmicroRNA (miRNA)はがんの種類特異的に発現異常を示すため、その発現パターンをバイオマーカーとして利用することが注目されている。本研究では、標的分子を一分子レベルで検出可能なナノポアセンシングに、DNA分子を用いた演算手法であるDNAコンピューティング技術を組み合わせることにより、体液中の低濃度なmiRNA発現パターンを高感度に検出する。液体生検で用いる診断マーカーの一つであるmiRNAはがん特異的な発現パターンを示すことから、がん診断に向けた高感度のmiRNA検出法が求められている。申請者はこれまでにDNAコンピューティング技術とナノポア計測を組み合わせた手法を用いて体液中のaM～fMレベルの超低濃度miRNA検出に成功したが、その検出機構は未解明であった。本年度は、ナノポア計測によって超低濃度miRNAが検出される現象が体液サンプルだけではなく化学合成miRNAを用いた場合にも観察されることを確認し、その機構解明に取り組んだ。様々な条件で化学合成miRNAのナノポア計測を行い、検出感度が上昇する条件を見出した。さらに、これまで検証に用いてきたmiRNAとは異なる種類のmiRNAと検出用DNAを用いた場合にも低濃度検出が可能であることを確認した。加えて理論的なアプローチにより標的分子がナノポアに捕捉される際のエネルギー障壁が実験結果に依存して変化することを発見し、本現象への理解を深めた。本年度はこれらに関連する成果に関して、査読付き論文1報、書籍3件、国際学会2件、国内学会5件において公表した。

機能性RNAの一種であるmicroRNA (miRNA)はがんの種類特異的に発現異常を示すため、その発現パターンをバイオマーカーとして利用することが注目されている。本研究では、標的分子を一分子レベルで検出可能なナノポアセンシングに、DNA分子を用いた演算手法であるDNAコンピューティング技術を組み合わせることにより、体液中の低濃度なmiRNA発現パターンを高感度に検出する。液体生検で用いる診断マーカーの一つであるmiRNAはがん特異的な発現パターンを示すことから、がん診断に向けた高感度のmiRNA検出法が求められている。申請者はこれまでにDNAコンピューティング技術とナノポア計測を組み合わせた手法を用いて体液中のaM～fMレベルの超低濃度miRNA検出に成功したが、その検出機構は未解明であった。本年度は、ナノポア計測によって超低濃度miRNAが検出される現象が体液サンプルだけではなく化学合成miRNAを用いた場合にも観察されることを確認し、その機構解明に取り組んだ。様々な条件で化学合成miRNAのナノポア計測を行い、検出感度が上昇する条件を見出した。さらに、これまで検証に用いてきたmiRNAとは異なる種類のmiRNAと検出用DNAを用いた場合にも低濃度検出が可能であることを確認した。加えて理論的なアプローチにより標的分子がナノポアに捕捉される際のエネルギー障壁が実験結果に依存して変化することを発見し、本現象への理解を深めた。本年度はこれらに関連する成果に関して、査読付き論文1報、書籍3件、国際学会2件、国内学会5件において公表した。