トリヌクレオチドリピート単分子膜のユニークな配列依存性特性：電気化学的、電気的、トポグラフィー的特性評価

Unique sequence-dependent properties of trinucleotide repeat monolayers: electrochemical, electrical, and topographic characterization.

• Narges Asefifeyzabadi
• Motahareh Taki
• Madison Funneman
• Tingjie Song
• Mohtashim Hassan Shamsi

抄録

トリヌクレオチドリピート(TNR)配列は自然界に広く存在し、その過剰増殖はヒトにおける2ダースの神経変性疾患と関連している。これらの配列は独特のらせん状の柔軟性を持っており、その生物物理的性質に影響を与えている。これまでに、これらの配列の生物物理的性質については、表面張力を有する単分子膜以外の多くの研究が行われてきました。TNR単分子膜に及ぼす配列コンテクストと関連するらせん状柔軟性の影響を調べるために、3つの柔軟性グループからの疾患関連TNRを金表面上に表面集合させた。TNR膜の特性を調べ、電気化学インピーダンス分光法(EIS)による電荷移動抵抗(Rct),クロノコロメトリー(CC)による表面密度,原子間力顕微鏡(AFM)による表面形状,伝導性原子間力顕微鏡(C-AFM)による電気伝導度を測定した。その結果、TNR膜の特性は、文献で報告されている柔軟性のランクに依存するのではなく、配列に依存した特性であることがわかった。ここで研究されたTNR膜の特徴的な特性は、神経疾患の検出やDNAバイオエレクトロニクスの構築のための無標識バイオセンサーのエンジニアリングに利用できる可能性がある。

Trinucleotide repeat (TNR) sequences widely exist in nature and their overgrowth is associated with two dozen neurodegenerative diseases in humans. These sequences have a unique helical flexibility, which affects their biophysical properties. A number of biophysical properties of these sequences have been studied in the past except their surface-tethered monolayers. To address the effect of sequence context and the associated helical flexibility on TNR monolayers, disease-relevant TNRs from three flexibility groups were surface-assembled on gold surfaces. The properties of the TNR films were studied, including charge transfer resistance (Rct) by electrochemical impedance spectroscopy (EIS), surface density by chronocoulometry (CC), surface topography by atomic force microscopy (AFM), and electrical conductivity by conducting atomic force microscopy (C-AFM). We found that the TNR film properties are characteristically sequence dependent rather than being dependent on their flexibility rank reported in the literature. The characteristic properties of TNR films studied here may be used for engineering label-free biosensors to detect neurological disorders and build DNA bioelectronics.