Investigation of DNA Binding Molecules for Fluorescence Analysis of Individual DNA
- 주제(키워드) Single-molecule , DNA , Fluorescent Microscope , DNA Binding Peptide , DNA Binding Protein , Pyrrole , Biochemistry , Bioanalytical Chemistry , Biophysics
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 조규봉
- 발행년도 2020
- 학위수여년월 2020. 2
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 화학과
- UCI I804:11029-000000064702
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
단일 분자를 이용한 DNA 분석은 분자생물학 분야에 새로운 장을 열어주었다. 특히 각각의 DNA 분자에 담긴 정보를 개별적으로 얻을 수 있기 때문에 기존의 앙상블 분석 방법에 비해 더 많은 차원의 정보를 제공할 수 있다. 하지만 지금까지 DNA 를 염색하기 위해 주로 사용되던 유기 형광 염료는 DNA 를 염색하여 시각화 하는 역할만 가능할 뿐 서열 정보와 같은 보다 다양한 활용을 기대할 수 없다. 또한 DNA 의 구조적 변형이나 광 유도 절단과 같이 아직까지 해결되지 못한 실험적인 문제점을 보이고 있다. 이러한 측면에서 본 학위 논문에서는 새로운 형광 DNA 결합 물질을 개발하여 단일 DNA 분자를 분석하는 새로운 방법을 제시하고자 하였다. 또한 형광 단백질의 경우 여러 생물학적 응용 분야에서 in vitro, in vivo 실험을 가리지 않고 사용될 수 있는 형광체이기 때문에, 본 논문에서는 주로 형광 단백질을 사용하여 형광 현미경 상에서 DNA 를 시각화 하고자 하였다. 그리고 DNA 와 결합하기 위해 DNA 결합 펩타이드, 단백질 및 피롤 중합체를 DNA 탐침으로 사용하였다. 그 결과 새롭게 개발한 물질을 이용해서 단일 분자 DNA 를 염색할 수 있었고, 여러가지 새로운 특성을 보임을 확인하였다. 또한 DNA 서열 특이적으로 결합하는 물질을 이용하여 단일 분자의 유전체 서열 정보를 관찰과 동시에 분석하였다. 즉, 이러한 실험 결과들을 바탕으로 하여 본 연구에서는 단일 분자 분석법을 보다 정교하게 개량하는 것에 성공하였다. 따라서 새롭게 개발한 DNA 결합 물질을 활용한다면 DNA 의 생화학적 특성을 파악하는 분야는 물론이고, 생물리화학과 같이 DNA 자체에 대한 특성을 연구하는 분야 등에도 유용하게 사용될 수 있을 것이라 생각된다. 또한 서열 특이적 결합을 보이는 물질을 이용한다면 DNA 서열 시각화를 통한 차세대 유전체 서열 분석 플랫폼에 응용할 수 있을 것이라 생각된다.
more초록/요약
Analysis of single-molecule DNA has revolutionized the new field of molecular biology because individual DNA could provide only information about itself. Nevertheless, there are drawbacks in the current practical use, such as structural deformation, and light-induced photocleavage. More importantly, organic dyes that typically used before only can perform as DNA staining dye, not providing further applications like sequence analysis. Given these concerns, this thesis offers novel approaches to analyze single DNA molecules using fluorescently labeled DNA binding molecules. In this thesis, fluorescent proteins have been primarily utilized in this study for fluorescent illumination on a microscope, as well as traditional organic fluorophores. Fluorescent proteins are useful reagents for a broad range of biological applications because they can be optically localized and tracked within cells. Additionally, fluorescent proteins can provide versatile labels for in vitro experiments. For DNA binding probes, various DNA binding peptides, proteins, and pyrroles have been investigated. As a result, single DNA molecules were successfully painted, demonstrating the characteristic properties of DNA staining molecules. This approach can overcome practical limitations of traditional dyes, such as photo-cleavage, irreversible staining, and structural deformation. Furthermore, microscopic DNA sequencing could be achieved by using sequence- specific molecules: HMG peptide, H-NS protein, and polypyrroles. Therefore, sequence information has been provided using sequence-specific DNA binding molecules, in which high-throughput analysis was possible with elongated DNA molecule. Moreover, precise DNA persistence length was measured using polypyrrole. Accordingly, this study can give an insight into single-molecule DNA analysis and its platform, including genomics using large DNA molecules, DNA biochemistry, and biophysics.
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