利用生物物理及生化方法探討新穎寡鍊磷酸甲基化核酸nDNA與互補寡鍊核酸形成的雙股螺旋之特性

核酸互補形成雙股螺旋是眾多核酸生物科技的共同基礎，從簡單的PCR技術、基因晶片檢測…到miRNA基因抑制或CRISPR基因編輯都建立在雙股核酸的形成。因此對於雙股核酸形成的了解及操控的進步會帶來實質生物科技的助益。雙股核酸的形成受到兩種相反因素的影響。鹼基配對所伴隨的氫鍵形成及鹼基對堆疊有助於雙股螺旋的形成，但是互補股核酸上的磷酸(磷二酯)負電荷則產生互斥效果。鹽類中的陽離子則有助於降低磷酸負電的互斥作用。 為了因應生醫科技的需要，化學生物專家和成了許多修飾核酸，來滿足普通DNA RNA 寡核酸鏈所不能達到的角色。其中幾種在骨幹帶有修飾的核酸，例如MPO (methyl phosphonate oligonucleotides), LNA(鎖核酸)及PNA(胜肽核酸)就非常有趣，因為這些核酸可以與互補股形成正常鹼基配對，但骨幹的互相作用與普通核酸不同。MPO的研究報告很少，但對於PNA及LNA，眾多研究顯示他們只會增強所形成的雙股螺旋的安定性，而且似乎在許多核酸科技的應用上比起普通的寡鏈核酸都更具有應用價值。雖然如此，若能有另一種核酸能造成雙股核酸的差異性安定化/不安定化，則在科技應用上將更具有價值。 最近本人與中央大學化工材料系陳文逸教授合作，從瀚源生醫電子科技公司獲得一種稱為nDNA的新穎核酸。nDNA 是化學合成的核酸，可將特定位置上的骨幹磷二酯換成甲基化磷三酯，使得原來位置上的負電變成中性。理論上nDNA可能由於帶著較少的負電荷，因此會增強互補雙股核酸的安定性；但也有可能因為疏水性甲基的存在而降低雙股核酸的安定性。 利用電泳、圓二色光譜儀、恆溫滴定熱卡計及核酸熔點測定，我們初步的研究顯示nDNA可以和互補普通核酸形成雙股螺旋。而且比起普通的兩條互補核酸，nDNA在形成雙股核酸的時候會釋放出比較多的熱能，但是自由能卻比較少，而且含nDNA的雙股螺旋的熱熔點也比起普通雙股核酸要來得低，意味著nDNA的出現會降低雙股螺旋的安定性。但是我們也發現利用nDNA比起普通DNA更能有效地從雙股核酸的熔點來區辨單點多樣核酸序列(SNP)。 關於nDNA仍有許多必須探討之問題。以區辨SNP為例，nDNA應該要有含多少甲基磷酸三酯以及這些修飾應該如何配置才能達到最佳區辨效果。還有比起PNA, LNA誰優誰劣，各個的應用條件為何?都將在計畫中研究。