(57)【要約】【課題】  細さ、長さ、剛直性などの点で十分な特性を備えた核酸ナノワイヤーの製造方法を提供すること。【解決手段】  所定の相補性と式Ｉで表される人工核酸塩基を有する塩基配列を含む、核酸ナノワイヤー製造用１本鎖核酸群を、ハイブリダイズして、光架橋することによって、核酸ナノワイヤーを製造する方法。【選択図】  図４
2014018143.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
核酸ナノワイヤー製造用１本鎖核酸群であって、
１本鎖核酸群は、
１番目の１本鎖の核酸Ｍ1、
２番目の１本鎖の核酸Ｍ2、
３番目の１本鎖の核酸Ｍ3、
・・・
ｎ番目の１本鎖の核酸Ｍn、
ｎ＋１番目の１本鎖の核酸Ｍn+1、
最後の核酸であるｚ番目の１本鎖の核酸Ｍz
（ただし、ｎは、０または２以上の偶数であってｚより小さく、
ｎ＋１は、１以上の奇数であってｚより小さく、
ｚは、１以上の整数である）
を含んでなり、
１番目の１本鎖の核酸Ｍ1は、
５’末端側の塩基配列ｍ1aと３’末端側の塩基配列ｍ2aとからなり、
２番目の１本鎖の核酸Ｍ2は、
５’末端側の塩基配列ｍ3aと３’末端側の塩基配列ｍ2bとからなり、
３番目の１本鎖の核酸Ｍ3は、
５’末端側の塩基配列ｍ3bと３’末端側の塩基配列ｍ4aとからなり、
・・・
ｎ番目の１本鎖の核酸Ｍnは、（ただし、ｎは、０または２以上の偶数であってｚより小さい）
５’末端側の塩基配列ｍ(n+1)aと３’末端側の塩基配列ｍnbとからなり、
ｎ＋１番目の１本鎖の核酸Ｍn+1は、（ただし、ｎ＋１は、１以上の奇数であってｚより小さい）
５’末端側の塩基配列ｍ(n+1)bと３’末端側の塩基配列ｍ(n+2)aとからなり、
最後の核酸であるｚ番目の１本鎖の核酸Ｍzは、（ただし、ｚは、１以上の整数）
ｚが偶数である場合には、
５’末端側の塩基配列ｍ(z+1)aと３’末端側の塩基配列ｍzbとからなり、
ｚが奇数である場合には、
５’末端側の塩基配列ｍzbと３’末端側の塩基配列ｍ(z+1)aとからなり、
１番目の１本鎖の核酸Ｍ1は、
塩基配列ｍ2aの５’末端から３’末端への配列が、塩基配列ｍ2bの３’末端から５’末端への配列と、相補的な塩基配列であり、
２番目の１本鎖の核酸Ｍ2は、
塩基配列ｍ3aの５’末端から３’末端への配列が、塩基配列ｍ3bの３’末端から５’末端への配列と、相補的な塩基配列であり、
３番目の１本鎖の核酸Ｍ3は、
塩基配列ｍ4aの５’末端から３’末端への配列が、塩基配列ｍ4bの３’末端から５’末端への配列と、相補的な塩基配列であり、
・・・
ｎ番目の１本鎖の核酸Ｍnは、
塩基配列ｍ(n+1)aの５’末端から３’末端への配列が、塩基配列ｍ(n+1)bの３’末端から５’末端への配列と、相補的な塩基配列であり、
ｎ＋１番目の１本鎖の核酸Ｍn+1は、
塩基配列ｍ(n+2)aの５’末端から３’末端への配列が、塩基配列ｍ(n+2)bの３’末端から５’末端への配列と、相補的な塩基配列であり、
最後の核酸であるｚ番目の１本鎖の核酸Ｍzは、
塩基配列ｍ(z+1)aの５’末端から３’末端への配列が、塩基配列ｍ1aの３’末端から５’末端への配列と、相補的な塩基配列であり、
上記の相補的な塩基配列の組は、それぞれの組のなかの少なくとも一方の塩基配列のなかの少なくとも１箇所に、次式Ｉ：
【化１】
2014018143.tif 000018
（ただし、式Ｉ中、Ｒａは、シアノ基、アミド基、カルボキシル基、Ｃ２〜Ｃ７のアルコキシカルボニル基、又は水素であり、
Ｒ１及びＲ２は、それぞれ独立に、シアノ基、アミド基、カルボキシル基、Ｃ２〜Ｃ７のアルコキシカルボニル基、又は水素であり、
Ｎ−は、Ｎの一価基を表す。）
で表される人工塩基を、塩基配列中の核酸塩基として有し、
上記の相補的な塩基配列の組は、上記式Ｉで表される人工塩基に対して、相補的な塩基が位置すべき核酸の塩基配列の中の位置に、どのような核酸塩基を有していてもよく、
上記の相補的な塩基配列の組は、上記式Ｉで表される人工塩基に対して、相補的な塩基が位置すべき塩基配列の中の位置の、３’末端側の隣の位置の塩基として、ピリミジン環を有する核酸塩基を有する、核酸ナノワイヤー製造用１本鎖核酸群。
【請求項２】
請求項１に記載された１本鎖核酸群において、
ｚが２であり、
１番目の１本鎖の核酸Ｍ1が、１本鎖の核酸Ａであり、
５’末端側の塩基配列ｍ1aが、５’末端側の塩基配列ｐaであり、
３’末端側の塩基配列ｍ2aが、３’末端側の塩基配列ｑaであり、
２番目の１本鎖の核酸Ｍ2が、１本鎖の核酸Ｂであり、
５’末端側の塩基配列ｍ3aが、５’末端側の塩基配列ｐbであり、
３’末端側の塩基配列ｍ2bが、３’末端側の塩基配列ｑbであって、
５’末端側の塩基配列ｐaと３’末端側の塩基配列ｑaとからなる１本鎖の核酸Ａと、
５’末端側の塩基配列ｐbと３’末端側の塩基配列ｑbとからなる１本鎖の核酸Ｂとからなり、
一本鎖の核酸Ａと一本鎖の核酸Ｂにおいて、
塩基配列ｑaの５’末端から３’末端への配列が、塩基配列ｑbの３’末端から５’末端への配列と、相補的な塩基配列であり、
塩基配列ｐaの５’末端から３’末端への配列が、塩基配列ｐbの３’末端から５’末端への配列と、相補的な塩基配列であり、
一本鎖の核酸Ａは、少なくとも塩基配列ｑaの中の少なくとも１箇所の核酸塩基の塩基部分として、次式Ｉ：
【化２】
2014018143.tif 000019
（ただし、式Ｉ中、Ｒａは、シアノ基、アミド基、カルボキシル基、Ｃ２〜Ｃ７のアルコキシカルボニル基、又は水素であり、
Ｒ１及びＲ２は、それぞれ独立に、シアノ基、アミド基、カルボキシル基、Ｃ２〜Ｃ７のアルコキシカルボニル基、又は水素であり、
Ｎ−は、Ｎの一価基を表す。）
で表される人工塩基を有し、
一本鎖の核酸Ｂは、一本鎖の核酸Ａの中の上記式Ｉで表される人工塩基と相補的な塩基が位置すべき核酸Ｂの中の位置に、どのような核酸塩基を有していてもよく、
一本鎖の核酸Ｂは、一本鎖の核酸Ａの中の上記式Ｉで表される人工塩基と相補的な塩基が位置すべき核酸Ｂの中の位置の３’末端側の隣の位置の塩基として、ピリミジン環を有する核酸塩基を有し、
一本鎖の核酸Ｂは、少なくとも塩基配列ｐbの中の少なくとも１箇所の核酸塩基として、上記式Ｉで表される人工塩基を有し、
一本鎖の核酸Ａは、一本鎖の核酸Ｂの中の上記式Ｉで表される人工塩基と相補的な塩基が位置すべき核酸Ａの中の位置に、どのような核酸塩基を有していてもよく、
一本鎖の核酸Ａは、一本鎖の核酸Ｂの中の上記式Ｉで表される人工塩基と相補的な塩基が位置すべき核酸Ａの中の位置の３’末端側の隣の位置の塩基として、ピリミジン環を有する核酸塩基を有する、核酸ナノワイヤー製造用１本鎖核酸群。
【請求項３】
請求項１に記載された１本鎖核酸群において、
ｚが２であり、
１番目の１本鎖の核酸Ｍ1が、１本鎖の核酸Ｃであり、
５’末端側の塩基配列ｍ1aが、５’末端側の塩基配列ｐaであり、
３’末端側の塩基配列ｍ2aが、３’末端側の塩基配列ｑaであり、
２番目の１本鎖の核酸Ｍ2が、１本鎖の核酸Ｄであり、
５’末端側の塩基配列ｍ3aが、５’末端側の塩基配列ｐbであり、
３’末端側の塩基配列ｍ2bが、３’末端側の塩基配列ｑbであって、
５’末端側の塩基配列ｐaと３’末端側の塩基配列ｑaとからなる１本鎖の核酸Ｃと、
５’末端側の塩基配列ｐbと３’末端側の塩基配列ｑbとからなる１本鎖の核酸Ｄとからなり、
一本鎖の核酸Ｃと一本鎖の核酸Ｄにおいて、
塩基配列ｑaの５’末端から３’末端への配列が、塩基配列ｑbの３’末端から５’末端への配列と、相補的な塩基配列であり、
塩基配列ｐaの５’末端から３’末端への配列が、塩基配列ｐbの３’末端から５’末端への配列と、相補的な塩基配列であり、
一本鎖の核酸Ｃは、塩基配列ｑaの中の少なくとも１箇所の核酸塩基の塩基部分として、次式Ｉ：
【化３】
2014018143.tif 000020
（ただし、式Ｉ中、Ｒａは、シアノ基、アミド基、カルボキシル基、Ｃ２〜Ｃ７のアルコキシカルボニル基、又は水素であり、
Ｒ１及びＲ２は、それぞれ独立に、シアノ基、アミド基、カルボキシル基、Ｃ２〜Ｃ７のアルコキシカルボニル基、又は水素であり、
Ｎ−は、Ｎの一価基を表す。）
で表される人工塩基を有し、
一本鎖の核酸Ｃは、塩基配列ｐaの中の少なくとも１箇所の核酸塩基として、上記式Ｉで表される人工塩基を有し、
一本鎖の核酸Ｄは、一本鎖の核酸Ｃの中の上記式Ｉで表される人工塩基と相補的な塩基が位置すべき核酸Ｄの中の位置に、どのような核酸塩基を有していてもよく、
一本鎖の核酸Ｄは、一本鎖の核酸Ｃの中の上記式Ｉで表される人工塩基と相補的な塩基が位置すべき核酸Ｄの中の位置の３’末端側の隣の位置の塩基として、ピリミジン環を有する核酸塩基を有する、核酸ナノワイヤー製造用１本鎖核酸群。
【請求項４】
請求項１に記載された１本鎖核酸群において、
ｚが１であり、
１番目の１本鎖の核酸Ｍ1が、１本鎖の核酸Ｅであり、
５’末端側の塩基配列ｍ1aが、５’末端側の塩基配列ｒaであり、
３’末端側の塩基配列ｍ2aが、３’末端側の塩基配列ｒbであって、
５’末端側の塩基配列ｒaと３’末端側の塩基配列ｒbとからなる１本鎖の核酸Ｅからなり、
１本鎖の核酸Ｅにおいて、
塩基配列ｒaの５’末端から３’末端への配列が、塩基配列ｒbの３’末端から５’末端への配列と、相補的な塩基配列であり、
一本鎖の核酸Ｅは、塩基配列ｒaの中の少なくとも１箇所の核酸塩基の塩基部分として、次式Ｉ：
【化４】
2014018143.tif 000021
（ただし、式Ｉ中、Ｒａは、シアノ基、アミド基、カルボキシル基、Ｃ２〜Ｃ７のアルコキシカルボニル基、又は水素であり、
Ｒ１及びＲ２は、それぞれ独立に、シアノ基、アミド基、カルボキシル基、Ｃ２〜Ｃ７のアルコキシカルボニル基、又は水素であり、
Ｎ−は、Ｎの一価基を表す。）
で表される人工塩基を有し、
一本鎖の核酸Ｅは、塩基配列ｒbの中の少なくとも１箇所の核酸塩基として、上記式Ｉで表される人工塩基を有し、
一本鎖の核酸Ｅは、一本鎖の核酸Ｅの中の上記式Ｉで表される人工塩基と相補的な塩基が位置すべき核酸Ｅの中の位置に、どのような核酸塩基を有していてもよく、
一本鎖の核酸Ｅは、一本鎖の核酸Ｅの中の上記式Ｉで表される人工塩基と相補的な塩基が位置すべき核酸Ｅの中の位置の３’末端側の隣の位置の塩基として、ピリミジン環を有する核酸塩基を有する、核酸ナノワイヤー製造用１本鎖核酸群。
【請求項５】
ｚが、１〜６の整数である、請求項１に記載の核酸ナノワイヤー製造用１本鎖核酸群。
【請求項６】
１本鎖核酸の長さが、１２〜１２０塩基の長さである、請求項１〜５のいずれかに記載の核酸ナノワイヤー製造用１本鎖核酸群。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の核酸ナノワイヤー製造用１本鎖核酸群を、ハイブリダイズさせて、一本鎖核酸群に含まれる一本鎖核酸を単量体として含む、２本鎖核酸多量体を調製する工程、
調製された２本鎖核酸多量体に光照射して、ハイブリダイズした一本鎖核酸の分子間に、光架橋を形成して、核酸ナノワイヤーを得る工程、
を含む、核酸ナノワイヤーの製造方法。
【請求項８】
光照射が、３６６ｎｍの波長を含む光の光照射である、請求項７に記載の製造方法。
【請求項９】
光照射が、０．０１〜３０秒間の光照射である、請求項７〜８のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１０】
光照射が、０〜３０℃の範囲の温度で行われる、請求項７〜９のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１１】
ハイブリダイズが、少なくとも７０℃から３０℃までの冷却の間、０．５〜４℃／時間の冷却速度で冷却してアニーリングを行う工程を含む、請求項７〜１０のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１２】
請求項７〜１１のいずれかに記載の製造方法によって製造された核酸ナノワイヤー。
【請求項１３】
請求項１〜６のいずれかに記載の核酸ナノワイヤー製造用１本鎖核酸群をハイブリダイズした２本鎖核酸多量体が、光架橋されてなる、核酸ナノワイヤー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、核酸ナノワイヤーの製造方法、該方法に使用される一本鎖核酸群、および該方法によって製造される核酸ナノワイヤーに関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノテクノロジーに使用されるナノワイヤー、特に次世代半導体回路の微細化技術において使用される導電性ナノ配線として、ＤＮＡナノワイヤーが有望であると考えられている。ＤＮＡおよびＲＮＡを含めた核酸は、天然の高分子であり、ポリエチレン、ポリエステル等のいわゆる合成高分子と比較して、長さおよび太さの制御の点で非常に有利である。また、ＤＮＡナノワイヤーは、塩基配列による選択性を利用したセンシング等の利用も期待される。
【０００３】
ところが、よく知られているように、ＤＮＡは、長いゲノムＤＮＡが細胞内の極めて小さな核の中にコンパクトに収納可能なほど柔軟である。そのために、ＤＮＡは、ナノワイヤーに要求される剛直性に乏しく、単に合成しただけでは、コンパクトに屈曲してしまい、そのままではナノワイヤーとしての要求を満たさない。そのため、ＤＮＡナノワイヤーの製造のために、種々の技術が開発されてきた。
【０００４】
ＤＮＡナノワイヤーの製造方法として、酵素法、すなわち、短いＯＤＮ（オリゴデオキシリボ核酸）をリガーゼによって繋げてゆく方法によって、ＤＮＡナノワイヤーを製造することが、提案されているが、酵素反応を使用することから酵素の至適条件を維持する必要があり、得られるＤＮＡナノワイヤーの剛直性は、通常の二重らせんと同程度であって全く不十分である。
【０００５】
非特許文献１では、Ｇ−ｑｕａｄｐｌｅｘ構造を用いて、Ｇ−ｗｉｒｅと呼ぶＤＮＡナノワイヤーを構成する試みが開示されている。しかし、非特許文献１では、４本の鎖でＤＮＡナノワイヤーを構成して剛直性を維持しようとするものとなっていることから、得られるＧ−ｗｉｒｅの太さは二重らせんの４倍の太さとなってしまい、得られる長さも短くて、１μｍに達しない程度に過ぎないという短所がある。
【０００６】
非特許文献２では、ＤＸ  ｔｉｌｅ構造に基づいて、ＤＮＡナノワイヤーを構成する試みが開示されている。しかし、非特許文献２では、網目構造を有し、複数の二重らせんを束ねて剛直性を維持しようとするものとなっていることから、得られる構造は、幅が数十ｎｍ程度と非常に太くなってしまい、さらに構造の制御が極めて難しく、製造の操作も複雑であるという短所がある。
【０００７】
非特許文献３では、ＤＮＡ  ｏｒｉｇａｍｉ技術を用いて、ＤＮＡナノワイヤーを構成する試みが開示されている。しかし、非特許文献３では、複数の二重らせんを束ねて剛直性を維持しようとするものとなっていることから、得られる構造は、幅が数十ｎｍ程度と非常に太くなってしまい、製造の操作も複雑であるという短所がある。
【０００８】
このように、ＤＮＡナノワイヤーの剛直性を高めるために、複数の二重らせんＤＮＡ鎖を束ねると、ＤＮＡナノ配線に必要な細さが失われてしまう。また、ＤＮＡナノワイヤーを長くしようとすると、その製造の操作は複雑となり、時間を要し、種々の条件を微妙に調整する必要があり、その製造は容易ではないものとなる。このように、細さ、長さ、剛直性などの点で十分な特性を備えたＤＮＡナノワイヤーを、容易かつ短時間に製造する方法は、存在していなかった。
【０００９】
本発明者の研究グループによって、光応答性人工ヌクレオチドが開発され、特許出願が行われている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際公開公報ＷＯ２００９／０６６４４７号
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】"A new DNA nanostructure, the G-wire, imaging scaning probe microscopy", March T C, Vesenka J, Henderson E. 1995, Nucleic Acds Res, Feb 25;23(4); 969-700
【非特許文献２】"DNA-Template Self-Assembly of Protein and Highly Conductive Nanowire", Hao Yan, Sung Ha Park, Gleb Finkelstein, John Relf, Thomas H Labean, 2003, Science, September 26, vol301, p1882-1884
【非特許文献３】"Interconnecting Gold Islands with DNA Origami nanotubes", Baoquan Ding, hao Wu, Wei Xu, Zhao Zhao, Yan Liu, Hongbin Yu, Hao Yan, 2010, Nano Letter, Vol10, 5065-5069
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述のように、細さ、長さ、剛直性などの点で十分な特性を備えたＤＮＡナノワイヤー（核酸ナノワイヤー）の新しい製造方法が求められていた。したがって、本発明の目的は、細さ、長さ、剛直性などの点で十分な特性を備えた核酸ナノワイヤーの新しい製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者は、核酸ナノワイヤーの製造方法について、鋭意研究を行ってきたところ、所定の相補的塩基配列を備えた一本鎖核酸群を単量体としてハイブリダイズさせて、これらの単量体が相補的塩基対を形成して、二重らせんとなった２本鎖多量体を伸長させて、この２本鎖多量体のなかの所定の位置にあらかじめ導入しておいたビニルカルバゾール構造を有する光応答性の人工塩基に光照射して、光架橋を形成させることによって、この２本鎖多量体が核酸ナノワイヤーとなることを見いだして、本発明に到達した。
【００１４】
このようにして得られた核酸ナノワイヤーは、細さ、長さ、剛直性などの点で十分な特性を備えたものとなっており、永らく求められていたものであった。また、この核酸ナノワイヤーを製造するための光架橋は、上記光応答性の人工塩基を導入すれば、数秒程度の光照射で形成されるために、非常に簡便かつ迅速であり、複雑な操作を必要としない。そこで、本発明は、簡便かつ迅速な核酸ナノワイヤーの製造方法を新たに提供するものである。さらに、本発明は、この核酸ナノワイヤーの製造のために使用される１本鎖核酸の群を新たに提供するものである。
【００１５】
したがって、本発明は、次の（１）〜  にもある。
（１）
核酸ナノワイヤー製造用１本鎖核酸群であって、
１本鎖核酸群は、
１番目の１本鎖の核酸Ｍ1、
２番目の１本鎖の核酸Ｍ2、
３番目の１本鎖の核酸Ｍ3、
・・・
ｎ番目の１本鎖の核酸Ｍn、
ｎ＋１番目の１本鎖の核酸Ｍn+1、
最後の核酸であるｚ番目の１本鎖の核酸Ｍz
（ただし、ｎは、０または２以上の偶数であってｚより小さく、
ｎ＋１は、１以上の奇数であってｚより小さく、
ｚは、１以上の整数である）
を含んでなり、
１番目の１本鎖の核酸Ｍ1は、
５’末端側の塩基配列ｍ1aと３’末端側の塩基配列ｍ2aとからなり、
２番目の１本鎖の核酸Ｍ2は、
５’末端側の塩基配列ｍ3aと３’末端側の塩基配列ｍ2bとからなり、
３番目の１本鎖の核酸Ｍ3は、
５’末端側の塩基配列ｍ3bと３’末端側の塩基配列ｍ4aとからなり、
・・・
ｎ番目の１本鎖の核酸Ｍnは、（ただし、ｎは、０または２以上の偶数であってｚより小さい）
５’末端側の塩基配列ｍ(n+1)aと３’末端側の塩基配列ｍnbとからなり、
ｎ＋１番目の１本鎖の核酸Ｍn+1は、（ただし、ｎ＋１は、１以上の奇数であってｚより小さい）
５’末端側の塩基配列ｍ(n+1)bと３’末端側の塩基配列ｍ(n+2)aとからなり、
最後の核酸であるｚ番目の１本鎖の核酸Ｍzは、（ただし、ｚは、１以上の整数）
ｚが偶数である場合には、
５’末端側の塩基配列ｍ(z+1)aと３’末端側の塩基配列ｍzbとからなり、
ｚが奇数である場合には、
５’末端側の塩基配列ｍzbと３’末端側の塩基配列ｍ(z+1)aとからなり、
１番目の１本鎖の核酸Ｍ1は、
塩基配列ｍ2aの５’末端から３’末端への配列が、塩基配列ｍ2bの３’末端から５’末端への配列と、相補的な塩基配列であり、
２番目の１本鎖の核酸Ｍ2は、
塩基配列ｍ3aの５’末端から３’末端への配列が、塩基配列ｍ3bの３’末端から５’末端への配列と、相補的な塩基配列であり、
３番目の１本鎖の核酸Ｍ3は、
塩基配列ｍ4aの５’末端から３’末端への配列が、塩基配列ｍ4bの３’末端から５’末端への配列と、相補的な塩基配列であり、
・・・
ｎ番目の１本鎖の核酸Ｍnは、
塩基配列ｍ(n+1)aの５’末端から３’末端への配列が、塩基配列ｍ(n+1)bの３’末端から５’末端への配列と、相補的な塩基配列であり、
ｎ＋１番目の１本鎖の核酸Ｍn+1は、
塩基配列ｍ(n+2)aの５’末端から３’末端への配列が、塩基配列ｍ(n+2)bの３’末端から５’末端への配列と、相補的な塩基配列であり、
最後の核酸であるｚ番目の１本鎖の核酸Ｍzは、
塩基配列ｍ(z+1)aの５’末端から３’末端への配列が、塩基配列ｍ1aの３’末端から５’末端への配列と、相補的な塩基配列であり、
上記の相補的な塩基配列の組は、それぞれの組のなかの少なくとも一方の塩基配列のなかの少なくとも１箇所に、次式Ｉ：
【００１６】
【化１】
2014018143.tif 000003
【００１７】
（ただし、式Ｉ中、Ｒａは、シアノ基、アミド基、カルボキシル基、Ｃ２〜Ｃ７のアルコキシカルボニル基、又は水素であり、
Ｒ１及びＲ２は、それぞれ独立に、シアノ基、アミド基、カルボキシル基、Ｃ２〜Ｃ７のアルコキシカルボニル基、又は水素であり、
Ｎ−は、Ｎの一価基を表す。）
で表される人工塩基を、塩基配列中の核酸塩基として有し、
上記の相補的な塩基配列の組は、上記式Ｉで表される人工塩基に対して、相補的な塩基が位置すべき核酸の塩基配列の中の位置に、どのような核酸塩基を有していてもよく、
上記の相補的な塩基配列の組は、上記式Ｉで表される人工塩基に対して、相補的な塩基が位置すべき塩基配列の中の位置の、３’末端側の隣の位置の塩基として、ピリミジン環を有する核酸塩基を有する、核酸ナノワイヤー製造用１本鎖核酸群。
【００１８】
（２）
１番目の１本鎖の核酸Ｍ1は、
塩基配列ｍ2aの中の少なくとも１箇所の核酸塩基の塩基部分として、式Ｉで表される人工塩基を有し、
２番目の１本鎖の核酸Ｍ2は、
塩基配列ｍ3aの中の少なくとも１箇所の核酸塩基の塩基部分として、式Ｉで表される人工塩基を有し、
３番目の１本鎖の核酸Ｍ3は、
塩基配列ｍ4aの中の少なくとも１箇所の核酸塩基の塩基部分として、式Ｉで表される人工塩基を有し、
・・・
ｎ番目の１本鎖の核酸Ｍnは、
塩基配列ｍ(n+1)aの中の少なくとも１箇所の核酸塩基の塩基部分として、式Ｉで表される人工塩基を有し、
ｎ＋１番目の１本鎖の核酸Ｍn+1は、
塩基配列ｍ(n+2)aの中の少なくとも１箇所の核酸塩基の塩基部分として、式Ｉで表される人工塩基を有し、
最後の核酸であるｚ番目の１本鎖の核酸Ｍzは、
塩基配列ｍ(z+1)aの中の少なくとも１箇所の核酸塩基の塩基部分として、式Ｉで表される人工塩基を有する、（１）に記載の核酸ナノワイヤー製造用１本鎖核酸群。
【００１９】
（３）
１番目の１本鎖の核酸Ｍ1は、
塩基配列ｍ1aの中の少なくとも１箇所の核酸塩基の塩基部分として、式Ｉで表される人工塩基を有し、
塩基配列ｍ2aの中の少なくとも１箇所の核酸塩基の塩基部分として、式Ｉで表される人工塩基を有し、
３番目の１本鎖の核酸Ｍ3は、
塩基配列ｍ3bの中の少なくとも１箇所の核酸塩基の塩基部分として、式Ｉで表される人工塩基を有し、
塩基配列ｍ4aの中の少なくとも１箇所の核酸塩基の塩基部分として、式Ｉで表される人工塩基を有し、
・・・
ｎ＋１番目の１本鎖の核酸Ｍn+1は、
塩基配列ｍ(n+1)bの中の少なくとも１箇所の核酸塩基の塩基部分として、式Ｉで表される人工塩基を有し、
塩基配列ｍ(n+2)aの中の少なくとも１箇所の核酸塩基の塩基部分として、式Ｉで表される人工塩基を有し、
最後の核酸の直前の核酸であるｚ−１番目の１本鎖の核酸Ｍz-1は、
塩基配列ｍzaの中の少なくとも１箇所の核酸塩基の塩基部分として、式Ｉで表される人工塩基を有し、
塩基配列ｍ(z-1)bの中の少なくとも１箇所の核酸塩基の塩基部分として、式Ｉで表される人工塩基を有する、核酸ナノワイヤー製造用１本鎖核酸群。
【００２０】
（４）
（１）又は（２）に記載された１本鎖核酸群において、
ｚが２であり、
１番目の１本鎖の核酸Ｍ1が、１本鎖の核酸Ａであり、
５’末端側の塩基配列ｍ1aが、５’末端側の塩基配列ｐaであり、
３’末端側の塩基配列ｍ2aが、３’末端側の塩基配列ｑaであり、
２番目の１本鎖の核酸Ｍ2が、１本鎖の核酸Ｂであり、
５’末端側の塩基配列ｍ3aが、５’末端側の塩基配列ｐbであり、
３’末端側の塩基配列ｍ2bが、３’末端側の塩基配列ｑbであって、
５’末端側の塩基配列ｐaと３’末端側の塩基配列ｑaとからなる１本鎖の核酸Ａと、
５’末端側の塩基配列ｐbと３’末端側の塩基配列ｑbとからなる１本鎖の核酸Ｂとからなり、
一本鎖の核酸Ａと一本鎖の核酸Ｂにおいて、
塩基配列ｑaの５’末端から３’末端への配列が、塩基配列ｑbの３’末端から５’末端への配列と、相補的な塩基配列であり、
塩基配列ｐaの５’末端から３’末端への配列が、塩基配列ｐbの３’末端から５’末端への配列と、相補的な塩基配列であり、
一本鎖の核酸Ａは、少なくとも塩基配列ｑaの中の少なくとも１箇所の核酸塩基の塩基部分として、次式Ｉ：
【００２１】
【化２】
2014018143.tif 000004
【００２２】
（ただし、式Ｉ中、Ｒａは、シアノ基、アミド基、カルボキシル基、Ｃ２〜Ｃ７のアルコキシカルボニル基、又は水素であり、
Ｒ１及びＲ２は、それぞれ独立に、シアノ基、アミド基、カルボキシル基、Ｃ２〜Ｃ７のアルコキシカルボニル基、又は水素であり、
Ｎ−は、Ｎの一価基を表す。）
で表される人工塩基を有し、
一本鎖の核酸Ｂは、一本鎖の核酸Ａの中の上記式Ｉで表される人工塩基と相補的な塩基が位置すべき核酸Ｂの中の位置に、どのような核酸塩基を有していてもよく、
一本鎖の核酸Ｂは、一本鎖の核酸Ａの中の上記式Ｉで表される人工塩基と相補的な塩基が位置すべき核酸Ｂの中の位置の３’末端側の隣の位置の塩基として、ピリミジン環を有する核酸塩基を有し、
一本鎖の核酸Ｂは、少なくとも塩基配列ｐbの中の少なくとも１箇所の核酸塩基として、上記式Ｉで表される人工塩基を有し、
一本鎖の核酸Ａは、一本鎖の核酸Ｂの中の上記式Ｉで表される人工塩基と相補的な塩基が位置すべき核酸Ａの中の位置に、どのような核酸塩基を有していてもよく、
一本鎖の核酸Ａは、一本鎖の核酸Ｂの中の上記式Ｉで表される人工塩基と相補的な塩基が位置すべき核酸Ａの中の位置の３’末端側の隣の位置の塩基として、ピリミジン環を有する核酸塩基を有する、核酸ナノワイヤー製造用１本鎖核酸群。
【００２３】
（５）
（１）又は（３）に記載された１本鎖核酸群において、
ｚが２であり、
１番目の１本鎖の核酸Ｍ1が、１本鎖の核酸Ｃであり、
５’末端側の塩基配列ｍ1aが、５’末端側の塩基配列ｐaであり、
３’末端側の塩基配列ｍ2aが、３’末端側の塩基配列ｑaであり、
２番目の１本鎖の核酸Ｍ2が、１本鎖の核酸Ｄであり、
５’末端側の塩基配列ｍ3aが、５’末端側の塩基配列ｐbであり、
３’末端側の塩基配列ｍ2bが、３’末端側の塩基配列ｑbであって、
５’末端側の塩基配列ｐaと３’末端側の塩基配列ｑaとからなる１本鎖の核酸Ｃと、
５’末端側の塩基配列ｐbと３’末端側の塩基配列ｑbとからなる１本鎖の核酸Ｄとからなり、
一本鎖の核酸Ｃと一本鎖の核酸Ｄにおいて、
塩基配列ｑaの５’末端から３’末端への配列が、塩基配列ｑbの３’末端から５’末端への配列と、相補的な塩基配列であり、
塩基配列ｐaの５’末端から３’末端への配列が、塩基配列ｐbの３’末端から５’末端への配列と、相補的な塩基配列であり、
一本鎖の核酸Ｃは、塩基配列ｑaの中の少なくとも１箇所の核酸塩基の塩基部分として、次式Ｉ：
【００２４】
【化３】
2014018143.tif 000005
【００２５】
（ただし、式Ｉ中、Ｒａは、シアノ基、アミド基、カルボキシル基、Ｃ２〜Ｃ７のアルコキシカルボニル基、又は水素であり、
Ｒ１及びＲ２は、それぞれ独立に、シアノ基、アミド基、カルボキシル基、Ｃ２〜Ｃ７のアルコキシカルボニル基、又は水素であり、
Ｎ−は、Ｎの一価基を表す。）
で表される人工塩基を有し、
一本鎖の核酸Ｃは、塩基配列ｐaの中の少なくとも１箇所の核酸塩基として、上記式Ｉで表される人工塩基を有し、
一本鎖の核酸Ｄは、一本鎖の核酸Ｃの中の上記式Ｉで表される人工塩基と相補的な塩基が位置すべき核酸Ｄの中の位置に、どのような核酸塩基を有していてもよく、
一本鎖の核酸Ｄは、一本鎖の核酸Ｃの中の上記式Ｉで表される人工塩基と相補的な塩基が位置すべき核酸Ｄの中の位置の３’末端側の隣の位置の塩基として、ピリミジン環を有する核酸塩基を有する、核酸ナノワイヤー製造用１本鎖核酸群。
【００２６】
（６）
（１）又は（２）に記載された１本鎖核酸群において、
ｚが１であり、
１番目の１本鎖の核酸Ｍ1が、１本鎖の核酸Ｅであり、
５’末端側の塩基配列ｍ1aが、５’末端側の塩基配列ｒaであり、
３’末端側の塩基配列ｍ2aが、３’末端側の塩基配列ｒbであって、
５’末端側の塩基配列ｒaと３’末端側の塩基配列ｒbとからなる１本鎖の核酸Ｅからなり、
１本鎖の核酸Ｅにおいて、
塩基配列ｒaの５’末端から３’末端への配列が、塩基配列ｒbの３’末端から５’末端への配列と、相補的な塩基配列であり、
一本鎖の核酸Ｅは、塩基配列ｒaの中の少なくとも１箇所の核酸塩基の塩基部分として、次式Ｉ：
【００２７】
【化４】
2014018143.tif 000006
【００２８】
（ただし、式Ｉ中、Ｒａは、シアノ基、アミド基、カルボキシル基、Ｃ２〜Ｃ７のアルコキシカルボニル基、又は水素であり、
Ｒ１及びＲ２は、それぞれ独立に、シアノ基、アミド基、カルボキシル基、Ｃ２〜Ｃ７のアルコキシカルボニル基、又は水素であり、
Ｎ−は、Ｎの一価基を表す。）
で表される人工塩基を有し、
一本鎖の核酸Ｅは、塩基配列ｒbの中の少なくとも１箇所の核酸塩基として、上記式Ｉで表される人工塩基を有し、
一本鎖の核酸Ｅは、一本鎖の核酸Ｅの中の上記式Ｉで表される人工塩基と相補的な塩基が位置すべき核酸Ｅの中の位置に、どのような核酸塩基を有していてもよく、
一本鎖の核酸Ｅは、一本鎖の核酸Ｅの中の上記式Ｉで表される人工塩基と相補的な塩基が位置すべき核酸Ｅの中の位置の３’末端側の隣の位置の塩基として、ピリミジン環を有する核酸塩基を有する、核酸ナノワイヤー製造用１本鎖核酸群。
【００２９】
（７）
ｚが、１〜６の整数である、（１）に記載の核酸ナノワイヤー製造用１本鎖核酸群。
（８）
１本鎖核酸の長さが、１２〜１２０塩基の長さである、（１）〜（７）に記載の核酸ナノワイヤー製造用１本鎖核酸群。
【００３０】
さらに、本発明は、次の（１１）〜  にもある。
（１１）
（１）〜（８）のいずれかに記載の核酸ナノワイヤー製造用１本鎖核酸群を、ハイブリダイズさせて、一本鎖核酸群に含まれる一本鎖核酸を単量体として含む、２本鎖核酸多量体を調製する工程、
調製された２本鎖核酸多量体に光照射して、ハイブリダイズした一本鎖核酸の分子間に、光架橋を形成して、核酸ナノワイヤーを得る工程、
を含む、核酸ナノワイヤーの製造方法。
（１２）
（４）に記載の核酸ナノワイヤー製造用１本鎖核酸群に含まれる１本鎖の核酸Ａと１本鎖の核酸Ｂとを、単量体として、ハイブリダイズさせて、核酸Ａ単量体と核酸Ｂ単量体を含む、２本鎖核酸ＡＢ多量体を調製する工程、
調製された２本鎖核酸ＡＢ多量体に光照射して、２本鎖核酸ＡＢ多量体を構成する核酸Ａ単量体および核酸Ｂ単量体の分子間に光架橋を形成して、核酸ナノワイヤーを得る工程、
を含む、核酸ナノワイヤーの製造方法。
（１３）
（５）に記載の核酸ナノワイヤー製造用１本鎖核酸群に含まれる１本鎖の核酸Ｃと１本鎖の核酸Ｄとを、単量体として、ハイブリダイズさせて、核酸Ｃ単量体と核酸Ｄ単量体を含む、２本鎖核酸ＣＤ多量体を調製する工程、
調製された２本鎖核酸ＣＤ多量体に光照射して、２本鎖核酸ＣＤ多量体を構成する核酸Ｃ単量体および核酸Ｄ単量体の分子間に光架橋を形成して、核酸ナノワイヤーを得る工程、
を含む、核酸ナノワイヤーの製造方法。
（１４）
（６）に記載の核酸ナノワイヤー製造用１本鎖核酸群に含まれる１本鎖の核酸Ｅを、単量体として、ハイブリダイズさせて、核酸Ｅ単量体を含む、２本鎖核酸ＥＥ多量体を調製する工程、
調製された２本鎖核酸ＥＥ多量体に光照射して、２本鎖核酸ＥＥ多量体を構成する核酸Ｅ単量体の分子間に光架橋を形成して、核酸ナノワイヤーを得る工程、
を含む、核酸ナノワイヤーの製造方法。
（１５）
光照射が、３６６ｎｍの波長を含む光の光照射である、（１１）〜（１４）のいずれかに記載の製造方法。
（１６）
光照射が、０．０１〜３０秒間の光照射である、（１１）〜（１５）のいずれかに記載の製造方法。
（１７）
光照射が、０〜３０℃の範囲の温度で行われる、（１１）〜（１６）のいずれかに記載の製造方法。
（１８）
ハイブリダイズが、少なくとも７０℃から３０℃までの冷却の間、０．５〜４℃／時間の冷却速度で冷却してアニーリングを行う工程を含む、（１１）〜（１７）のいずれかに記載の製造方法。
（１９）
（１１）〜（１８）のいずれかに記載の製造方法によって製造された核酸ナノワイヤー。
【００３１】
さらに、本発明は、次の（２１）〜  にもある。
（２１）
（１）〜（８）のいずれかに記載の核酸ナノワイヤー製造用１本鎖核酸群をハイブリダイズした２本鎖核酸多量体が、光架橋されてなる、核酸ナノワイヤー。
（２２）
（４）に記載の核酸ナノワイヤー製造用１本鎖核酸群に含まれる１本鎖の核酸Ａと１本鎖の核酸Ｂとをハイブリダイズした２本鎖核酸ＡＢ多量体が、光架橋されてなる、核酸ナノワイヤー。
（２３）
（５）に記載の核酸ナノワイヤー製造用１本鎖核酸群に含まれる１本鎖の核酸Ｃと１本鎖の核酸Ｄとをハイブリダイズした２本鎖核酸ＣＤ多量体が、光架橋されてなる、核酸ナノワイヤー。
（２４）
（６）に記載の核酸ナノワイヤー製造用１本鎖核酸群に含まれる１本鎖の核酸Ｅをハイブリダイズした２本鎖核酸ＥＥ多量体が、光架橋されてなる、核酸ナノワイヤー。
【発明の効果】
【００３２】
本発明は、核酸ナノワイヤーを提供する。本発明による核酸ナノワイヤーは、直径が核酸の二重らせんの直径となるために、核酸ナノワイヤーとして実現可能な最小の直径を有しており、理論的に最も細いナノワイヤーとなっている。また、本発明による核酸ナノワイヤーは、高い剛直性と、十分な長さを備えている。このように、本発明は、細さ、長さ、剛直性などの点で十分な特性を備えた核酸ナノワイヤーを提供するものであり、永らく求められていた核酸ナノワイヤーを提供するものである。
【００３３】
また、本発明によれば、このように優れた核酸ナノワイヤーを簡便かつ迅速に製造することができる。本発明は、永らく求められていた、核酸ナノワイヤーの実用的な製造方法を、提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１はCNVKを含むODNを２種類用いた核酸ナノワイヤーの変性ＰＡＧＥ結果写真である。
【図２】図２は核酸ナノワイヤーのＡＦＭ写真である。
【図３】図３は核酸ナノワイヤーのＡＦＭによる高低差分析プロファイルである。
【図４】図４は多数の核酸ナノワイヤーのＡＦＭ写真である。
【図５】図５は核酸ナノワイヤーの長さ分布を示すヒストグラムである。
【図６】図６はCNVKを含むODNと天然のDNA配列を用いた核酸ナノワイヤーの変性ＰＡＧＥ結果写真である。
【図７】図７はCNVKを含むODNと天然のRNA配列を用いた核酸ナノワイヤーの変性ＰＡＧＥ結果写真である。
【図８】図８はCNVKを２箇所に含むODNを用いた核酸ナノワイヤーの変性ＰＡＧＥ結果写真である。
【図９】図９は光照射時間を変えた核酸ナノワイヤーの長さ分布を示すヒストグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
具体的な実施の形態をあげて、以下に本発明を詳細に説明する。本発明は、以下にあげる具体的な実施他の形態に限定されるものではない。
［核酸ナノワイヤーの製造方法の概要］
本発明に係る核酸ナノワイヤーの製造方法は、
核酸ナノワイヤー製造用１本鎖核酸群を、ハイブリダイズさせて、一本鎖核酸群に含まれる一本鎖核酸を単量体として含む、２本鎖核酸多量体を調製する工程、
調製された２本鎖核酸多量体に光照射して、ハイブリダイズした一本鎖核酸の分子間に、光架橋を形成して、核酸ナノワイヤーを得る工程、
を含む、核酸ナノワイヤーの製造方法にある。
【００３６】
［核酸ナノワイヤー製造用１本鎖核酸群］
上記の核酸ナノワイヤー製造用１本鎖核酸群とは、
１番目の１本鎖の核酸Ｍ1、
２番目の１本鎖の核酸Ｍ2、
３番目の１本鎖の核酸Ｍ3、
・・・
ｎ番目の１本鎖の核酸Ｍn、
ｎ＋１番目の１本鎖の核酸Ｍn+1、
最後の核酸であるｚ番目の１本鎖の核酸Ｍz
（ただし、ｎは、０または２以上の偶数であってｚより小さく、
ｎ＋１は、１以上の奇数であってｚより小さく、
ｚは、１以上の整数である）
を含んでなるものである。
【００３７】
本発明では、これらの１本鎖核酸が、ハイブリダイズの操作によって、相補的塩基対を形成して、いわば単量体として重合して、二重らせんとなり、２本鎖多量体を形成する。使用される１本鎖核酸の分子の種類には、ｚ番目まで分子の種類がある。使用される１本鎖核酸の分子の種類の数、すなわちｚには、原理的には上限がないが、例えば、ｚは１〜１００、１〜５０、１〜２０、１〜１０、１〜８、１〜６、１〜５、１〜４、１〜３、１〜２の範囲の整数とすることができる。より少ない種類の材料で効率的に核酸ナノポリマーを生産するためには、ｚが小さいほうが好ましいが、所望の機能や複雑度を付与するために、所望のｚを採用して核酸ナノポリマーを製造することができる。上記Ｍ2、Ｍ3、ＭnおよびＭn+1、あるいはｎ、ｎ＋１は、説明のために用いたパラメータであり、これらの記載の存在によって、ｚの値の範囲が、制限されるものではない。
【００３８】
また、このｚの数によって規定される、使用される１本鎖核酸の分子の種類の数とは別に、同じ塩基配列を有する１本鎖核酸の分子のなかに、一定の割合で、任意の修飾を行った修飾分子を混合して、核酸ナノワイヤーに特定の性質を付与することもできる。
【００３９】
［１本鎖核酸の塩基配列の相補性］
上記の１本鎖核酸は、その塩基配列について、
１番目の１本鎖の核酸Ｍ1は、
５’末端側の塩基配列ｍ1aと３’末端側の塩基配列ｍ2aとからなり、
２番目の１本鎖の核酸Ｍ2は、
５’末端側の塩基配列ｍ3aと３’末端側の塩基配列ｍ2bとからなり、
３番目の１本鎖の核酸Ｍ3は、
５’末端側の塩基配列ｍ3bと３’末端側の塩基配列ｍ4aとからなり、
・・・
ｎ番目の１本鎖の核酸Ｍnは、（ただし、ｎは、０または２以上の偶数であってｚより小さい）
５’末端側の塩基配列ｍ(n+1)aと３’末端側の塩基配列ｍnbとからなり、
ｎ＋１番目の１本鎖の核酸Ｍn+1は、（ただし、ｎ＋１は、１以上の奇数であってｚより小さい）
５’末端側の塩基配列ｍ(n+1)bと３’末端側の塩基配列ｍ(n+2)aとからなり、
最後の核酸であるｚ番目の１本鎖の核酸Ｍzは、（ただし、ｚは、１以上の整数）
ｚが偶数である場合には、
５’末端側の塩基配列ｍ(z+1)aと３’末端側の塩基配列ｍzbとからなり、
ｚが奇数である場合には、
５’末端側の塩基配列ｍzbと３’末端側の塩基配列ｍ(z+1)aとからなる、
という構成を有しており、これらが、それぞれ、塩基配列の相補性に関して、
１番目の１本鎖の核酸Ｍ1は、
塩基配列ｍ2aの５’末端から３’末端への配列が、塩基配列ｍ2bの３’末端から５’末端への配列と、相補的な塩基配列であり、
２番目の１本鎖の核酸Ｍ2は、
塩基配列ｍ3aの５’末端から３’末端への配列が、塩基配列ｍ3bの３’末端から５’末端への配列と、相補的な塩基配列であり、
３番目の１本鎖の核酸Ｍ3は、
塩基配列ｍ4aの５’末端から３’末端への配列が、塩基配列ｍ4bの３’末端から５’末端への配列と、相補的な塩基配列であり、
・・・
ｎ番目の１本鎖の核酸Ｍnは、
塩基配列ｍ(n+1)aの５’末端から３’末端への配列が、塩基配列ｍ(n+1)bの３’末端から５’末端への配列と、相補的な塩基配列であり、
ｎ＋１番目の１本鎖の核酸Ｍn+1は、
塩基配列ｍ(n+2)aの５’末端から３’末端への配列が、塩基配列ｍ(n+2)bの３’末端から５’末端への配列と、相補的な塩基配列であり、
最後の核酸であるｚ番目の１本鎖の核酸Ｍzは、
塩基配列ｍ(z+1)aの５’末端から３’末端への配列が、塩基配列ｍ1aの３’末端から５’末端への配列と、相補的な塩基配列である、
という相補性の関係を有している。
【００４０】
このような相補性の関係にある塩基配列を備えることによって、１本鎖核酸は、その本来の相補性に基づいて、ハイブリダイズの操作によって、これらの核酸Ｍ1、Ｍ2、Ｍ3、・・・、Ｍn、Ｍn+1、Ｍzが、順に二重らせんを形成して、この一群の１本鎖核酸を１周期とする繰り返し構造をとりつつ棒状に伸長して、２本鎖多量体というべき構造を形成する。
【００４１】
１本鎖核酸群において、ｚが２である場合には、例えば、
１番目の１本鎖の核酸Ｍ1は、５’末端側の塩基配列ｐaと３’末端側の塩基配列ｑaとからなる１本鎖の核酸Ａであり、
２番目の１本鎖の核酸Ｍ2は、５’末端側の塩基配列ｐbと３’末端側の塩基配列ｑbとからなる１本鎖の核酸Ｂであり、
この一本鎖の核酸Ａと一本鎖の核酸Ｂにおいて、塩基配列ｑaの５’末端から３’末端への配列が、塩基配列ｑbの３’末端から５’末端への配列と、相補的な塩基配列であり、塩基配列ｐaの５’末端から３’末端への配列が、塩基配列ｐbの３’末端から５’末端への配列と、相補的な塩基配列である、
という相補性の関係を有している。
【００４２】
このようにｚが２である場合には、１本鎖核酸ＡおよびＢは、その本来の相補性に基づいて、ハイブリダイズの操作によって、ＡＢＡＢＡＢ・・・という順に二重らせんを形成して、このＡＢを１周期とする繰り返し構造をとりつつ棒状に伸長して、２本鎖ＡＢ多量体というべき構造を形成する。相補性による多量体形成については、例えば、一本鎖核酸ＣおよびＤを使用した場合でも、同様である。
【００４３】
１本鎖核酸群において、ｚが１である場合には、例えば、
１番目の１本鎖の核酸Ｍ1が、１本鎖の核酸Ｅであり、
５’末端側の塩基配列ｍ1aが、５’末端側の塩基配列ｒaであり、
３’末端側の塩基配列ｍ2aが、３’末端側の塩基配列ｒbであって、
５’末端側の塩基配列ｒaと３’末端側の塩基配列ｒbとからなる１本鎖の核酸Ｅからなり、
１本鎖の核酸Ｅにおいて、塩基配列ｒaの５’末端から３’末端への配列が、塩基配列ｒbの３’末端から５’末端への配列と、相補的な塩基配列である、という相補性の関係を有している。
【００４４】
このようにｚが１である場合には、１本鎖核酸Ｅは、その本来の相補性に基づいて、ハイブリダイズの操作によって、ＥＥＥＥＥＥ・・・という順に二重らせんを形成して、このＥを１周期とする繰り返し構造をとりつつ棒状に伸長して、２本鎖ＥＥ多量体というべき構造を形成する。
【００４５】
本発明においては、使用される１本鎖核酸の長さは、このような相補性に基づいて、２本鎖多量体を形成し得る長さの塩基配列であれば、特に制限はない。１本鎖核酸の長さは、例えば、１２〜１２０塩基、１２〜６０塩基、１４〜５０塩基、１６〜４０塩基、１６〜３２塩基、１８〜２８塩基、１８〜２４塩基、とすることができる。それぞれの種類の１本鎖核酸の長さは、上記の相補性の関係を満たすものであれば、同じであってもよく、異なっていてもよい。好適な実施の態様において、同じ長さの１本鎖核酸を、使用することができる。１本鎖核酸の中の５’末端側および３’末端の各塩基配列は、上記の相補性の関係を満たすものであれば、同じであってもよく、異なっていてもよい。好適な実施の態様において、同じ長さの塩基配列を、使用することができる。
【００４６】
［ビニルカルバゾール構造を有する光応答性の人工塩基］
本発明において、一本鎖の核酸は、光架橋を形成させるために、次式Ｉ：
【００４７】
【化５】
2014018143.tif 000007
【００４８】
で表される人工塩基が、核酸中でジエステル結合したヌクレオチドの塩基部分として、天然の核酸塩基の塩基部分に置換されて、導入されている。
【００４９】
Ｒａは、シアノ基、アミド基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、又は水素であり、好ましくは、シアノ基、アミド基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、又は水素であり、さらに好ましくは、シアノ基、アミド基、カルボキシル基、又はアルコキシカルボニル基である。アルコキシカルボニル基は、好ましくはＣ２〜Ｃ７、さらに好ましくはＣ２〜Ｃ６、さらに好ましくはＣ２〜Ｃ５、さらに好ましくはＣ２〜Ｃ４、さらに好ましくはＣ２〜Ｃ３、特に好ましくはＣ２のものを使用することができる。
【００５０】
Ｒ１及びＲ２は、それぞれ独立に、シアノ基、アミド基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、又は水素であり、好ましくは、シアノ基、アミド基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、又は水素であり、さらに好ましくは、シアノ基、アミド基、カルボキシル基、又はアルコキシカルボニル基である。アルコキシカルボニル基は、好ましくはＣ２〜Ｃ７、さらに好ましくはＣ２〜Ｃ６、さらに好ましくはＣ２〜Ｃ５、さらに好ましくはＣ２〜Ｃ４、さらに好ましくはＣ２〜Ｃ３、特に好ましくはＣ２のものを使用することができる。
【００５１】
上記のＮ−は、Ｎの一価基を表し、この部分が五単糖の１位にグリコシド結合して、人工塩基として導入されている。すなわち、次式ＩＩ：
【００５２】
【化６】
2014018143.tif 000008
【００５３】
で表されるリボヌクレオチド、または、次式ＩＩＩ：
【００５４】
【化７】
2014018143.tif 000009
【００５５】
で表されるデオキシリボヌクレオチドが、リン酸ジエステル結合によって、核酸の塩基配列中に導入されて、次式ＩＶ：
【００５６】
【化８】
2014018143.tif 000010
【００５７】
で表される核酸（ただし、Ｒｂは、式Ｉの基が塩基部分として導入されたリボヌクレオチドまたはデオキシリボヌクレオチドが、リン酸ジエステル結合によって塩基配列中に導入された核酸の鎖を表す）となっている。なお、別途説明しているように、１本鎖の核酸に導入される式Ｉの人工塩基の数は、１個に限られるものではない。
【００５８】
上記ビニルカルバゾール構造を有する光応答性の人工塩基を導入した核酸と、それに相補的な塩基配列を有する核酸とをハイブリダイズさせて、二重らせんを形成させることができ、形成した二重らせんに光照射を行うと、ハイブリダイズした相手方の核酸の配列中において、光反応性の人工塩基と相補的に対応して塩基対となるべき塩基から１塩基分だけ３’末端側にある塩基と、光架橋を形成する。
【００５９】
この光応答性の人工塩基が光架橋を形成可能である相手方の塩基は、ピリミジン環を有する塩基である。一方で、この光応答性の人工塩基は、プリン環を有する塩基とは光架橋を形成しない。すなわち、この光応答性の人工塩基は、天然の核酸塩基としては、シトシン、ウラシル、及びチミンに対して光架橋を形成し、一方で、グアニン及びアデニンに対しては光架橋を形成しないという、強い特異性を有している。したがって、本発明においては、それぞれの１本鎖核酸の相補的な関係は、光応答性の人工塩基に関して、この条件を満たすようになっている。一方、ハイブリダイズした相手方の核酸の配列中において、この光応答性の人工塩基と塩基対となるべき塩基の位置にある塩基については、相補鎖による２重らせんの形成を妨げない限りは、特段の制約がなく、どのような塩基であってもよく、例えば、天然の核酸塩基としては、シトシン、ウラシル、チミン、グアニン及びアデニンのいずれであっても使用することができる。
【００６０】
［１本鎖核酸への光応答性の人工塩基の導入の態様］
本発明の１本鎖核酸群のなかの上述した相補的な塩基配列の組は、それぞれの組のなかの少なくとも一方の塩基配列のなかの少なくとも１箇所に、上記式Ｉで表される人工塩基を、塩基配列中の核酸塩基の塩基部分として、有している。このように、人工塩基が導入されることによって、上述した相補的な塩基配列の組の全てを、それぞれ、光架橋によって共有結合的に結合することができる。また、このような光架橋の形成のために、上記の相補的な塩基配列の組は、上記式Ｉで表される人工塩基に対して、相補的な塩基が位置すべき核酸の塩基配列の中の位置に、相補鎖による２重らせんの形成を妨げない限りは、どのような核酸塩基を有していてもよく、上記の相補的な塩基配列の組は、上記式Ｉで表される人工塩基に対して、相補的な塩基が位置すべき塩基配列の中の位置の、３’末端側の隣の位置の塩基として、ピリミジン環を有する核酸塩基を有するものとなっている。
【００６１】
本発明の好適な実施の態様において、本発明の１本鎖核酸群においては、その全ての種類の１本鎖核酸の分子に、上記ビニルカルバゾール構造を有する光応答性の人工塩基を核酸塩基の塩基部分として導入されたものとすることができる。また、これとは別な好適な実施の態様において、本発明の１本鎖核酸群においては、その全ての種類の１本鎖核酸の分子のうちの半数に、上記ビニルカルバゾール構造を有する光応答性の人工塩基を核酸塩基の塩基部分として導入されたものとすることができ、残りの半数には光応答性の人工塩基を核酸塩基の塩基部分として導入される必要がないものとすることができる。
【００６２】
好適な実施の態様において、本発明の１本鎖核酸群においては、次の条件（Ｊ）：
１番目の１本鎖の核酸Ｍ1は、
塩基配列ｍ2aの中の少なくとも１箇所の核酸塩基の塩基部分として、式Ｉで表される人工塩基を有し、
２番目の１本鎖の核酸Ｍ2は、
塩基配列ｍ3aの中の少なくとも１箇所の核酸塩基の塩基部分として、式Ｉで表される人工塩基を有し、
３番目の１本鎖の核酸Ｍ3は、
塩基配列ｍ4aの中の少なくとも１箇所の核酸塩基の塩基部分として、式Ｉで表される人工塩基を有し、
・・・
ｎ番目の１本鎖の核酸Ｍnは、
塩基配列ｍ(n+1)aの中の少なくとも１箇所の核酸塩基の塩基部分として、式Ｉで表される人工塩基を有し、
ｎ＋１番目の１本鎖の核酸Ｍn+1は、
塩基配列ｍ(n+2)aの中の少なくとも１箇所の核酸塩基の塩基部分として、式Ｉで表される人工塩基を有し、
最後の核酸であるｚ番目の１本鎖の核酸Ｍzは、
塩基配列ｍ(z+1)aの中の少なくとも１箇所の核酸塩基の塩基部分として、式Ｉで表される人工塩基を有し、
これらの１本鎖の核酸は、それぞれの１本鎖の核酸の塩基配列と相補的な塩基配列を有する１本鎖の核酸に含まれる上記式Ｉで表される人工塩基に対して、相補的な塩基が位置すべき核酸の塩基配列の中の位置に、どのような核酸塩基を有していてもよく、
これらの１本鎖の核酸は、上記式Ｉで表される人工塩基に対して相補的な塩基が位置すべき塩基配列の中の位置の３’末端側の隣の位置の塩基として、ピリミジン環を有する核酸塩基を有する、という条件（Ｊ）
を、満たすものとすることができる。
【００６３】
この条件（Ｊ）は、例えば、ｚが２である場合には、上述した１本鎖核酸ＡおよびＢの場合にあたり、１本鎖の核酸Ａは、少なくとも塩基配列ｑaの中の少なくとも１箇所の核酸塩基の塩基部分として、上記式Ｉで表される人工塩基を有し、１本鎖の核酸Ｂは、１本鎖の核酸Ａの中の上記式Ｉで表される人工塩基と相補的な塩基が位置すべき核酸Ｂの中の位置に、どのような核酸塩基を有していてもよく、１本鎖の核酸Ｂは、１本鎖の核酸Ａの中の上記式Ｉで表される人工塩基と相補的な塩基が位置すべき核酸Ｂの中の位置の３’末端側の隣の位置の塩基として、ピリミジン環を有する核酸塩基を有し、一本鎖の核酸Ｂは、少なくとも塩基配列ｐbの中の少なくとも１箇所の核酸塩基として、上記式Ｉで表される人工塩基を有し、１本鎖の核酸Ａは、１本鎖の核酸Ｂの中の上記式Ｉで表される人工塩基と相補的な塩基が位置すべき核酸Ａの中の位置に、どのような核酸塩基を有していてもよく、１本鎖の核酸Ａは、一本鎖の核酸Ｂの中の上記式Ｉで表される人工塩基と相補的な塩基が位置すべき核酸Ａの中の位置の３’末端側の隣の位置の塩基として、ピリミジン環を有する核酸塩基を有する、というものとなる。このような条件が満たされれば、必要な光架橋は形成されるのであるから、剛直性などの所望に応じて、式Ｉで表される人工塩基をさらに導入することもできる。
【００６４】
好適な実施の態様において、、本発明の１本鎖核酸群においては、次の条件（Ｋ）：
１番目の１本鎖の核酸Ｍ1は、
塩基配列ｍ1aの中の少なくとも１箇所の核酸塩基の塩基部分として、式Ｉで表される人工塩基を有し、
塩基配列ｍ2aの中の少なくとも１箇所の核酸塩基の塩基部分として、式Ｉで表される人工塩基を有し、
３番目の１本鎖の核酸Ｍ3は、
塩基配列ｍ3bの中の少なくとも１箇所の核酸塩基の塩基部分として、式Ｉで表される人工塩基を有し、
塩基配列ｍ4aの中の少なくとも１箇所の核酸塩基の塩基部分として、式Ｉで表される人工塩基を有し、
・・・
ｎ＋１番目の１本鎖の核酸Ｍn+1は、
塩基配列ｍ(n+1)bの中の少なくとも１箇所の核酸塩基の塩基部分として、式Ｉで表される人工塩基を有し、
塩基配列ｍ(n+2)aの中の少なくとも１箇所の核酸塩基の塩基部分として、式Ｉで表される人工塩基を有し、
最後の核酸の直前の核酸であるｚ−１番目の１本鎖の核酸Ｍz-1は、
塩基配列ｍzaの中の少なくとも１箇所の核酸塩基の塩基部分として、式Ｉで表される人工塩基を有し、
塩基配列ｍ(z-1)bの中の少なくとも１箇所の核酸塩基の塩基部分として、式Ｉで表される人工塩基を有し、
これらの１本鎖の核酸は、それぞれの１本鎖の核酸の塩基配列と相補的な塩基配列を有する１本鎖の核酸に含まれる上記式Ｉで表される人工塩基に対して、相補的な塩基が位置すべき核酸の塩基配列の中の位置に、どのような核酸塩基を有していてもよく、
これらの１本鎖の核酸は、上記式Ｉで表される人工塩基に対して相補的な塩基が位置すべき塩基配列の中の位置の３’末端側の隣の位置の塩基として、ピリミジン環を有する核酸塩基を有する、という条件（Ｋ）
（ただし、条件（Ｋ）においては、ｚが２以上の偶数である）
を、満たすものとすることができる。
【００６５】
この条件（Ｋ）は、例えば、ｚが２である場合には、上述した１本鎖核酸ＣおよびＤの場合にあたり、一本鎖の核酸Ｃは、塩基配列ｑaの中の少なくとも１箇所の核酸塩基の塩基部分として、上記式Ｉで表される人工塩基を有し、一本鎖の核酸Ｃは、塩基配列ｐaの中の少なくとも１箇所の核酸塩基の塩基部分として、上記式Ｉで表される人工塩基を有し、一本鎖の核酸Ｄは、一本鎖の核酸Ｃの中の上記式Ｉで表される人工塩基と相補的な塩基が位置すべき核酸Ｄの中の位置に、どのような核酸塩基を有していてもよく、一本鎖の核酸Ｄは、一本鎖の核酸Ｃの中の上記式Ｉで表される人工塩基と相補的な塩基が位置すべき核酸Ｄの中の位置の３’末端側の隣の位置の塩基として、ピリミジン環を有する核酸塩基を有する、というものとなる。この場合には、一本鎖の核酸Ｃの中に２箇所の人工塩基が導入され、１本鎖の核酸Ｄのなかには人工塩基が導入される必要がないものとなっている。このような条件が満たされれば、必要な光架橋は形成されるのであるから、剛直性などの所望に応じて、式Ｉで表される人工塩基をさらに導入することもできる。したがって、さらに、１本鎖の核酸Ｄのなかに人工塩基が導入されてもよい。
【００６６】
この条件（Ｋ）は、例えば、ｚが１である場合には、上述した１本鎖核酸Ｅの場合にあたり、一本鎖の核酸Ｅは、塩基配列ｒaの中の少なくとも１箇所の核酸塩基の塩基部分として、上記式Ｉで表される人工塩基を有し、一本鎖の核酸Ｅは、塩基配列ｒbの中の少なくとも１箇所の核酸塩基として、上記式Ｉで表される人工塩基を有し、一本鎖の核酸Ｅは、一本鎖の核酸Ｅの中の上記式Ｉで表される人工塩基と相補的な塩基が位置すべき核酸Ｅの中の位置に、どのような核酸塩基を有していてもよく、一本鎖の核酸Ｅは、一本鎖の核酸Ｅの中の上記式Ｉで表される人工塩基と相補的な塩基が位置すべき核酸Ｅの中の位置の３’末端側の隣の位置の塩基として、ピリミジン環を有する核酸塩基を有する、というものとなる。この場合には、１本鎖の核酸Ｅの中に少なくとも１箇所の人工塩基が導入されたものとなっており、必要な光架橋の形成はなされるが、剛直性などの所望に応じて、式Ｉで表される人工塩基をさらに導入することもできる。
【００６７】
［核酸ナノワイヤーの製造方法の態様］
上述のように、本発明に係る核酸ナノワイヤーの製造方法は、核酸ナノワイヤー製造用１本鎖核酸群を、ハイブリダイズさせて、一本鎖核酸群に含まれる一本鎖核酸を単量体として含む、２本鎖核酸多量体を調製する工程、調製された２本鎖核酸多量体に光照射して、ハイブリダイズした一本鎖核酸の分子間に、光架橋を形成して、核酸ナノワイヤーを得る工程、を含む方法によって、製造することができる。
【００６８】
上述した１本鎖の核酸ＡおよびＢの場合には、これらの工程は、核酸ナノワイヤー製造用１本鎖核酸群に含まれる１本鎖の核酸Ａと１本鎖の核酸Ｂとを、単量体として、ハイブリダイズさせて、核酸Ａ単量体と核酸Ｂ単量体を含む、２本鎖核酸ＡＢ多量体を調製する工程、調製された２本鎖核酸ＡＢ多量体に光照射して、２本鎖核酸ＡＢ多量体を構成する核酸Ａ単量体および核酸Ｂ単量体の分子間に光架橋を形成して、核酸ナノワイヤーを得る工程、というものとなる。
【００６９】
また、上述した１本鎖の核酸ＣおよびＤの場合には、これらの工程は、核酸ナノワイヤー製造用１本鎖核酸群に含まれる１本鎖の核酸Ｃと１本鎖の核酸Ｄとを、単量体として、ハイブリダイズさせて、核酸Ｃ単量体と核酸Ｄ単量体を含む、２本鎖核酸ＣＤ多量体を調製する工程、調製された２本鎖核酸ＣＤ多量体に光照射して、２本鎖核酸ＣＤ多量体を構成する核酸Ｃ単量体および核酸Ｄ単量体の分子間に光架橋を形成して、核酸ナノワイヤーを得る工程、というものとなる。
【００７０】
また、上述した１本鎖の核酸Ｅの場合には、これらの工程は、核酸ナノワイヤー製造用１本鎖核酸群に含まれる１本鎖の核酸Ｅを、単量体として、ハイブリダイズさせて、核酸Ｅ単量体を含む、２本鎖核酸ＥＥ多量体を調製する工程、調製された２本鎖核酸ＥＥ多量体に光照射して、２本鎖核酸ＥＥ多量体を構成する核酸Ｅ単量体の分子間に光架橋を形成して、核酸ナノワイヤーを得る工程、というものとなる。
【００７１】
［ハイブリダイズ］
核酸ナノワイヤー製造用１本鎖核酸群のハイブリダイズは、１本鎖の核酸をハイブリダイズさせて配列特異的に二重らせんを形成させるために用いられる公知の手順と条件によって、行うことができる。好ましい実施の態様において、１本鎖の核酸が十分に解離する温度まで加熱し、例えば、８８〜９６℃、８９〜９５℃、９０〜９４℃の範囲の温度に加熱し、例えば、３０〜６００秒、６０〜３００秒の範囲の時間、それを保持して十分に解離させて、次に配列特異的なアニーリングが生じるように徐冷し、例えば、少なくとも７０℃から３０℃までの冷却の間、あるいは少なくとも７０℃から２５℃までの冷却の間、あるいは少なくとも７０℃から４℃までの冷却の間、例えば、０．５〜４℃／時間、０．７〜２℃／時間、０．８〜１．２℃／時間の冷却速度で徐冷して、アニーリングを行うことによって、ハイブリダイズを実施することができる。好適な実施の態様において、冷却は、光照射を行う温度に到達するまで、行うことができる。
【００７２】
［光照射］
光架橋を形成させるための光照射は、一般に３３０〜３７０ｎｍの範囲、好ましくは３３０〜３６０ｎｍの波長を含む光を使用することができる。また、好適な実施の態様において、３６６ｎｍの波長を含む光、特に好ましくは、３６６ｎｍの単波長のレーザー光を使用することができる。光架橋反応を進行させるためには、一般に０〜５０℃、好ましくは０〜４０℃、さらに好ましくは０〜３０℃の範囲の温度、例えば０〜２５℃、４〜３０℃、４〜２５℃の範囲の温度で光照射を行うことができる。好適な実施の態様において、１本鎖の核酸としてＤＮＡを使用する場合に、例えば、０〜３０℃、４〜２５℃、０〜１０℃、０〜６℃、０〜５℃、０〜４℃の範囲の温度で光照射を行うことができる。好適な実施の態様において、１本鎖の核酸としてＲＮＡを使用する場合に、例えば、０〜３０℃、４〜３０℃、４〜２５℃、１０〜３０℃、１５〜３０℃、２０〜３０℃、２０〜２５℃の範囲の温度で光照射を行うことができる。この光架橋は、光反応を使用しているために、光照射時のｐＨ、塩濃度などに特段の制約がない点で有利である。この光架橋の形成は、光照射によって極めて迅速に進行するために、光照射の時間は、酵素反応などと比較して、極めて短時間で十分であり、例えば、０．０１〜３０秒間、０．０１〜２０秒間、０．０１〜２０秒間、０．０５〜１０秒間、０．１〜１０秒間、０．１〜５秒間、０．１〜１秒間などの光照射時間とすることができる。この光架橋の形成は、極めて短時間で生じる一方で、本発明では、この光照射時間の長短の制御によって、核酸ナノワイヤーの長さを、制御することができる。光照射時間を長くすることによって、核酸ナノワイヤーの長さを長くすることができる。光照射によって生じる光架橋は、共有結合であって、十分に安定であり、例えば、核酸二重らせんが完全に解離してしまうような強い変性条件下においても、切断されることはない。
【００７３】
［核酸ナノワイヤー］
本発明の核酸ナノワイヤーは、その直径は、約２ｎｍとなっており、核酸二重らせんと同じ細さとなっていることから、核酸ナノワイヤーとして原理的に考えられる最も小さい直径を、達成している。本発明の核酸ナノワイヤーの長さは、１μｍよりも小さな長さのものから、５μｍを超える十分な長さのものまでを得ることができる。この長さは、光照射によって制御することができる。本発明の核酸ナノワイヤーは、棒状（直線状）の構造物として得られていることが、ＡＦＭ観察によって明らかとなっており、高い剛直性を備えている。同条件で、ＤＮＡ二重らせんをＡＦＭ観察した場合には、紐状に屈曲して絡まっていることが通常であるので、本発明の核酸ナノワイヤーが、視野の分子のほぼ全てが棒状（直線状）のワイヤーとして観察されるほどに高い剛直性を備えていることは、驚くべきことである。また、従来からＤＮＡナノワイヤーが、次世代半導体回路の微細化技術において使用される導電性ナノ配線として、有望であると考えられている理由は、π電子を有する環構造が二重らせんの中心にスタッキングされて導電性を発揮することにある。本発明の核酸ナノワイヤーにおいては、導入された人工核酸塩基は、ビニルカルバゾール構造を有しており、すなわち、π電子のスタッキングの連続性を損なわないものとなっている。したがって、本発明の核酸ナノワイヤーは、次世代半導体回路の微細化技術において使用される導電性ナノ配線として、有利なものとなっている。
【実施例】
【００７４】
以下に実施例をあげて、本発明を詳細に説明する。本発明は、以下に例示する実施例に限定されるものではない。
【００７５】
［製造例１］
［ビニルカルバゾール構造の人工塩基を塩基部分に有するＯＤＮの合成］
上記式Ｉの人工塩基を塩基部分に有する核酸として、次の式Ｖ：
【００７６】
【化９】
2014018143.tif 000011
【００７７】
で表されるヌクレオチド（CNVＫ）を塩基配列中に有するＯＤＮ（オリゴデオキシリボヌクレオチド）を製造するために、次のScheme 1 にしたがって合成を行った。合成は、特許文献１（国際公開公報ＷＯ２００９／０６６４４７号）に開示された手順にしたがって行った。
【００７８】
【化１０】
2014018143.tif 000012
【００７９】
上記Scheme 1に沿って、carbazoleから3-Iodocarbazole (1)を、さらに3-Cyanovinylcarbazole (2)を、さらに3-Cyanovinylcarbazole-1’-β-deoxyriboside-3’,5’-di-(p-toluoyl)ester (3)を、さらに3-Cyanovinylcarbazole-1’-β-deoxyriboside (4)を、さらに5’-O-(4,4’-dimethoxytrityl)-3-Cyanovinylcarbazole-1’-β-deoxyriboside (5)を、さらに［5’-O-(4,4’-dimethoxytrityl)-3-Cyanovinylcarbazole-1’-β-deoxyriboside-3’-O-(cyano ethoxy-N,N-diisopropylamino)phosphoramidite (6)を、順に合成した。得られた（６）のアミダイト体を、ＤＮＡ／ＲＮＡシンセサイザー（Applied Biosystems社製、ＡＢＩ３４００）によって、アミダイト法によるＤＮＡ合成に使用して、３−シアノビニルカルバゾール−１’−β−デオキシリボシド (CNVK)を含有する種々のＯＤＮ（ODN containing 3-cyanovinylcarbazole-1’-β-deoxyriboside (CNVK)）を合成した。合成後、28%アンモニア水を用いて55 ℃で8時間脱保護を行った。その後、HPLCにて精製を行い、質量分析により目的配列であることを確認した。得られたＯＤＮ配列を、次の表１に示す。
【００８０】
【表１】
2014018143.tif 000013
【００８１】
［実施例１］
［核酸ナノワイヤーの合成（タイプ１）］
１本鎖核酸Ａ（ＯＤＮ  Ａ）と１本鎖核酸Ｂ（ＯＤＮ  Ｂ）を用いて、CNVKを含むODNを２種類用いて作成したタイプ(Type1)の核酸ナノワイヤーを、以下のように合成した。この合成の流れを、次のScheme 2に示す。
【００８２】
Scheme 2に示されているように、ＯＤＮ  ＡおよびＯＤＮ  Ｂでは、CNVKに対して相補的塩基対をつくるべき位置の塩基として、Ｔ又はＧを有しており、CNVKはこの塩基の３’末端側に隣接する塩基であるＴに対して、光架橋（矢印で示す）を形成する。
【００８３】
【化１１】
2014018143.tif 000014
【００８４】
CNVKを含むODN A 12.5 μMとCNVKを含むODN B 12.5 μMをバッファー(100 mM NaCl, 10 mM MgCl2, 20 mM Tris-acetate(pH7.0), 1 mM EDTA, 2% Triton-X)中でアニーリングを行った。アニーリングは最初90 ℃で5分間加熱し、70 ℃から4 ℃まで1時間に1 ℃づつ下がるように行った。その後、UV-LED照射機を用い366 nm光を4 ℃で0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 1, 2, 5秒間照射して光反応物を得た。得られた光反応物の変性PAGE解析結果を図１に示す。
【００８５】
［変性ＰＡＧＥ結果］
図１は、次の条件で行った変性ＰＡＧＥ（ポリアクリルアミド電気泳動）の結果である。
・サンプル条件    光照射後のサンプルを8M尿素入りのホルムアミドで10倍希釈
・ゲル                8M 尿素、25%ホルムアミド、15%アクリルアミド
・泳動条件          150 Vで120分間泳動 
・染色                10000倍希釈したSYBRgoldで20分間染色
【００８６】
図１の各レーンは、左端のレーン（レーン１）から右端のレーン（レーン１０）まで、次の通りである。
Lane 1. 25 bp DNA Lader (25 merごとにバンドが現れるラダー)
Lane 2. 光照射を行っていないサンプル
Lane 3. 光照射0.1秒のサンプル
Lane 4. 光照射0.2秒のサンプル
Lane 5. 光照射0.3秒のサンプル
Lane 6. 光照射0.4秒のサンプル
Lane 7. 光照射0.5秒のサンプル
Lane 8. 光照射1秒のサンプル
Lane 9. 光照射2秒のサンプル
Lane 10. 光照射5秒のサンプル
【００８７】
変性PAGE解析結果より光照射前(光照射0秒)では変性条件下で単量体の原料しか確認できないが、光照射を行うことによって、バンドが高分子量側にシフトしていっていることが確認できた。これは光照射によるクロスリンク形成によって１本鎖のDNA鎖（単量体）同士がつなぎとめられており、変性条件下でも安定な多量体構造が生じていることが確認された。次にどのような構造が出来ているのかを確認するためにAFM測定を行った。光照射後のサンプルを水もしくはテトラヒドロキシフラン(THF)で50倍希釈した後に3-Aminopropytriethoxysilaneで表面をコートしたMICAに5 μl滴下し、2分間静置、1 mlの水でwashした後、窒素を吹きかけ水分を取り除いてゆき、AFM（原子間力顕微鏡、NanoScope 3D, Veeco）による測定を行った。AFMは大気中で測定を行った。AFM測定結果を図２及び図３に示す。
【００８８】
［ＡＦＭ測定結果］
図２は、５μｍ×５μｍのスキャンサイズのAFM結果を示す写真である。この５μｍの正方形の視野を上下左右に４分割したなかの左上のあたる視野に、わずかにたわんだ棒状（ワイヤー状）の構造物が確認される。このワイヤー構造物をほぼ直角に横切る線分が、５μｍの正方形の視野の上方中央から左下に示されており、ワイヤーをはさんでこの線分の２箇所に、矢印を付した。
【００８９】
この線分に沿って、Ｚ軸（高低差）をプロファイルした結果が、図３である。図３にも、図２の矢印と同じ箇所に、矢印を付した。図３の結果から、矢印の間であって、ちょうどワイヤーが存在する位置に、高さ約２ｎｍのピークが存在すること、すなわち、高さ約２ｎｍの構造物が存在することが確認される。これは、DNA-DNAの二重螺旋構造(B型の二重螺旋)の高さ2 nmとおおよそ一致するため、目的とする構造の核酸ナノワイヤーが得られていることが、確認された。
【００９０】
図４は、さらに多数の核酸ナノワイヤーについてのAFM結果を示す写真である。図４の視野や１０μｍ×１０μｍの正方形であり、視野の右下のバーは、１μｍを示す。核酸ナノワイヤーは種々の長さのものが確認され、いずれも棒状に伸びた構造をとっており、剛直性あるワイヤーとなっていることが、確認された。同条件で、ＤＮＡ二重らせんを観察した場合には、紐状に屈曲して絡まっていることが通常であるので、視野の分子のほぼ全てが剛直性あるワイヤーとして観察されることは、驚くべきことである。
【００９１】
図５は、図４のＡＦＭ結果から、核酸ナノワイヤーの長さの分布を求めて得られたヒストグラムである。横軸はワイヤーの長さ、縦軸はその長さの分布数を示している。ワイヤーの長さは、１μｍに満たないものから５μｍを超えるものまで存在し、この条件での平均の長さは２．１３μｍだった。
【００９２】
［実施例２］
［核酸ナノワイヤーの合成（タイプ２）］
CNVKを２箇所に含む１本鎖核酸Ｃ（ＯＤＮ  Ｃ）と、CNVKを含まない天然の核酸塩基のみからなる１本鎖ＤＮＡとを用いて、CNVKを２箇所に含むODNを１種類と天然ＤＮＡを用いて作成したタイプ(Type2)の核酸ナノワイヤーを、以下のように合成した。この合成の流れを、次のScheme 3に示す。
【００９３】
Scheme 3に示されているように、この場合には、CNVKに対して相補的塩基対をつくるべき位置の塩基として、Ｃ又はＧを有しており、CNVKはこの塩基の３’末端側に隣接する塩基であるＴに対して、光架橋（矢印で示す）を形成する。
【００９４】
【化１２】
2014018143.tif 000015
【００９５】
CNVKを含まない天然のDNA配列(5’-TGAGGTAGTAGTTTGTGCTGTT-3’) （ＯＤＮ  Ｄに相当する）12.5 μMと、CNVKを含むODN C 12.5 μMをバッファー(100 mM NaCl, 10 mM MgCl2, 20 mM Tris-acetate(pH7.0), 1 mM EDTA, 2% Triton-X)中でアニーリングを行った。アニーリングは最初90 ℃で5分間加熱し、70 ℃から4 ℃まで1時間に1 ℃づつ下がるように行った。その後、UV-LED照射機を用い366 nm光を4 ℃で0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 1, 2, 5秒間照射した光反応物を得た。得られた光反応物の変性PAGE解析結果を図６に示す。
【００９６】
［変性ＰＡＧＥ結果］
図６は、図１と同じ条件で行った変性ＰＡＧＥ（ポリアクリルアミド電気泳動）の結果である。
【００９７】
図６の各レーンは、左端のレーン（レーン１）から右端のレーン（レーン１０）まで、次の通りである。
Lane 1. 25 bp DNA Lader (25 merごとにバンドが現れるラダー)
Lane 2. 光照射を行っていないサンプル
Lane 3. 光照射0.1秒のサンプル
Lane 4. 光照射0.2秒のサンプル
Lane 5. 光照射0.3秒のサンプル
Lane 6. 光照射0.4秒のサンプル
Lane 7. 光照射0.5秒のサンプル
Lane 8. 光照射1秒のサンプル
Lane 9. 光照射2秒のサンプル
Lane 10. 光照射5秒のサンプル
【００９８】
この結果から、天然の配列を有するDNAとCNVKを含むODNとでも光照射によって光架橋を形成して多量体構造となっていることが確認できた。そして、天然の塩基配列（ＤＮＡ）とCNVKを2つ含むODNとでも核酸ワイヤーの合成が可能だということが示された。
【００９９】
［実施例３］
［核酸ナノワイヤーの合成（タイプ３）］
CNVKを２箇所に含む１本鎖核酸Ｃ（ＯＤＮ  Ｃ）と、CNVKを含まない天然の核酸塩基のみからなる１本鎖ＲＮＡとを用いて、CNVKを２箇所に含むODNを１種類と天然ＲＮＡを用いて作成したタイプ(Type3)の核酸ナノワイヤーを、以下のように合成した。この合成の流れを、次のScheme 4に示す。
【０１００】
Scheme 4に示されているように、この場合には、CNVKに対して相補的塩基対をつくるべき位置の塩基として、Ｃ又はＧを有しており、CNVKはこの塩基の３’末端側に隣接する塩基であるＵに対して、光架橋（矢印で示す）を形成する。
【０１０１】
【化１３】
2014018143.tif 000016
【０１０２】
CNVKを含まない天然のRNA配列(5’-UGAGGUAGUAGUUUGU GCUGUU-3’) 12.5 μMと、CNVKを含むODN C 12.5 μMをバッファー(100 mM NaCl, 5 mM MgCl2, 20 mM Tris-acetate(pH7.0), 1 mM EDTA, 2% Triton-X)中でアニーリングを行った。アニーリングは最初90 ℃で5分間加熱し、70 ℃から25 ℃まで1時間に1 ℃づつ下がるように行った。その後、UV-LED照射機を用い366 nm光を25 ℃で0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 1, 2, 5, 10秒間照射した光反応物を得た。得られた光反応物の変性PAGE解析結果を図７に示す。
【０１０３】
［変性ＰＡＧＥ結果］
図７は、図１と同じ条件で行った変性ＰＡＧＥ（ポリアクリルアミド電気泳動）の結果である。
【０１０４】
図７の各レーンは、左端のレーン（レーン１）から右端のレーン（レーン１１）まで、次の通りである。
Lane 1. 10 bp DNA Lader (10 merごとにバンドが現れるラダー)
Lane 2. 光照射を行っていないサンプル
Lane 3. 光照射0.1秒のサンプル
Lane 4. 光照射0.2秒のサンプル
Lane 5. 光照射0.3秒のサンプル
Lane 6. 光照射0.4秒のサンプル
Lane 7. 光照射0.5秒のサンプル
Lane 8. 光照射1秒のサンプル
Lane 9. 光照射2秒のサンプル
Lane 10. 光照射5秒のサンプル
Lane 11. 光照射10秒のサンプル
【０１０５】
この結果から、天然の配列を有するRNAとCNVKを含むODNとでも光照射によって光架橋を形成して多量体構造となっていることが確認できた。そして、天然の塩基配列（ＲＮＡ）とCNVKを2つ含むODNとでも核酸ワイヤーの合成が可能だということが示された。また、実験で使用したRNAは20 mer前後の天然の配列であり、生体内ではmiRNA程度の長さにあたることから、本発明が、核酸ナノワイヤーを用いたSNPsの検出にも利用可能であることが示された。
【０１０６】
［実施例４］
［核酸ナノワイヤーの合成（タイプ４）］
CNVKを２箇所に含む１本鎖核酸Ｅ（ＯＤＮ  Ｅ）を用いて、CNVKを２箇所に含むODNを１種類のみ用いて作成したタイプ(Type4)の核酸ナノワイヤーを、以下のように合成した。この合成の流れを、次のScheme 5に示す。
【０１０７】
Scheme 5に示されているように、この場合には、CNVKに対して相補的塩基対をつくるべき位置の塩基として、Ａ又はＴを有しており、CNVKはこの塩基の３’末端側に隣接する塩基であるＴに対して、光架橋（矢印で示す）を形成する。
【０１０８】
【化１４】
2014018143.tif 000017
【０１０９】
CNVKを２箇所に含むODN E （5’- CTTCCGGACNVKGCATGTACACNVKG -3’）25 μMをバッファー(100 mM NaCl, 10 mM MgCl2, 20 mM Tris-acetate(pH7.0), 1 mM EDTA, 2% Triton-X)中でアニーリングを行った。アニーリングは最初90 ℃で5分間加熱し、70 ℃から4 ℃まで1時間に1 ℃づつ下がるように行った。その後、UV-LED照射機を用い366 nm光を4 ℃で0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1 秒間照射した。得られた光照射サンプルの変性PAGE解析を行った。変性PAGE解析結果を図８に示す。
【０１１０】
［変性ＰＡＧＥ結果］
図８は、図１と同じ条件で行った変性ＰＡＧＥ（ポリアクリルアミド電気泳動）の結果である。
【０１１１】
図８の各レーンは、左端のレーン（レーン１）から右端のレーン（レーン１２）まで、次の通りである。
Lane 1. 10 bp DNA Lader (10 merごとにバンドが現れるラダー)
Lane 2. 光照射を行っていないサンプル
Lane 3. 光照射0.1秒のサンプル
Lane 4. 光照射0.2秒のサンプル
Lane 5. 光照射0.3秒のサンプル
Lane 6. 光照射0.4秒のサンプル
Lane 7. 光照射0.5秒のサンプル
Lane 8. 光照射0.6のサンプル
Lane 9. 光照射0.7のサンプル
Lane 10. 光照射0.8のサンプル
Lane 11. 光照射時間0.9秒のサンプル
Lane 12. 光照射時間1秒のサンプル
【０１１２】
この結果から、CNVKを２箇所に含むODNを１種類のみ用いた場合にも、光照射によって光架橋を形成して多量体構造となっていることが確認できた。そして、CNVKを２箇所に含むODNを１種類のみ用いた場合にも核酸ワイヤーの合成が可能だということが示された。
【０１１３】
［実施例５］
［光照射時間による核酸ナノワイヤーの長さの制御］
上記の実施例１の核酸ナノワイヤーの合成（タイプ１）において、ＡＦＭ測定をさらに行って、光照射時間を変えた試料に対して、図５と同様のヒストグラムを作成した。この結果を、図９に示す。
【０１１４】
図９のヒストグラムは、左端から順に、０．５秒（左端）、１秒（中央）、５秒（右端）の光照射時間によって製造した核酸ナノワイヤーを、実施例１の図５と同様に測定して、長さ（横軸）ごとに分布数（縦軸）を示したヒストグラムである。平均の長さは、それぞれ、０．７３μｍ（０．５秒）、２．０８μｍ（１秒）、２．１３μｍ（５秒）となっていた。図９に示されるように、光照射時間を長くすることによって、核酸ナノワイヤーの長さ分布は、長さが長くなるように移動していった。このように、光照射時間によって、得られる核酸ナノワイヤーの長さを制御できることが、明らかになった。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
本発明によれば、細さ、長さ、剛直性などの点で十分な特性を備えた核酸ナノワイヤーを、簡便且つ短時間で、得ることができる。本発明は、産業上有用な発明である。
【図９】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【配列表】
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