DNA Visualization with Pyrrole-Imidazole Polyamide and Development of Nanofluidic Device
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 조규봉
- 발행년도 2020
- 학위수여년월 2020. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 화학과
- UCI I804:11029-000000065331
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
형광 현미경 하 DNA를 시각화 하여 분석하는 방법은 DNA의 유전 정보 및 생물, 물리학적 정보를 이해하기 쉽게 얻을 수 있다. 본 연구에서는 이에 효율적 분석을 위한 두 가지 연구를 진행하였다. 첫째로, DNA의 서열 정보를 시각화 하는 Pyrrole-Imidazole Polyamide(PIP)의 구조를 최적화하였다. DNA의 특정 서열에 결합한다고 알려진 Pyrrole과 Imidazole 구조가 연속되는 다양한 PIP 구조를 설계하였다. 이는 염색한 DNA 분자 이미지 간의 교차상관 값을 얻어 그 실효성을 확인할 수 있었다. 또한, PIP를 활용하여 200 kbp이상 거대 DNA 분자의 염기 서열을 식별해 보았으며 DNA 손상 위치에 대한 정량 분석을 하는 데에 활용할 수 있었다. 둘째로, DNA를 길게 펴서 분석할 수 있는 나노, 마이크로미터 규모의 유체장치를 제작하고 활용해 보았다. 먼저 GIST에서 제작한 나노 채널을 활용하여 DNA의 물성을 분석하였다. 0.08 mM에서 47 Mm까지 다양한 이온세기 하 DNA 분자의 길이를 측정하여 이온세기 변화에 따른 DNA 분자의 거동을 확인하였다. 이후 전자빔/포토 리소그래피(e-beam/photolithography)를 활용하여 미세 유체장치를 직접 제작하였다. 세포, DNA 분자를 가두고 분석하기에 적합한 마이크로 채널 모양을 설계하였으며 최적화를 거듭한 끝에 DNA 단일 분자를 길게 펼 수 있는 65 nm 이상 1 μm 이하 너비의 다양한 나노 채널을 제작할 수 있었다. 제작한 마이크로 채널 장치를 활용하여 DNA 다발로 형성된 거대 염색체인 polytene을 분석해 보았다. 그 결과 채널 속 길게 펴진 Polytene 이미지를 통해 염색사의 이완, 응축된 띠를 확인할 수 있었다. 또한, 단백질 분해 효소를 이용해 다발이 풀어지도록 하여 1.4 mm까지 길게 펼쳐진 DNA 분자들을 관찰할 수 있었다. 마지막으로 한 개의 Polytene으로부터 풀어진 수많은 DNA 분자들을 효과적으로 분석하기 위해 마이크로부터 나노 미터 규모까지 이어지는 세포 용해 채널을 제작해보았다.
more초록/요약
Methods for visualizing and analyzing DNA molecules under fluorescence microscopy provide genetic, biological and physical information of DNA simply. Here, two studies were conducted for efficient analysis. First, the structure of Pyrrole-Imidazole Polyamide (PIP) to visualize the sequence information of DNA was optimized. Various PIP structures were designed in which the Pyrrole and Imidazole structures, known to bind to a specific sequence of DNA, were continuous. The cross-correlation value between the dyed DNA molecular images was obtained to confirm its effectiveness. Besides, PIP was used to identify sequences of large DNA molecules over 200 kbp and could be used for quantitative analysis of DNA damage locations. Second, we fabricated and utilized nano- and microfluidic devices that can analyze DNA in a long stretch. The properties of DNA were analyzed using the nanochannel produced by GIST. The length of the DNA molecule under various ionic strengths from 0.08 mM to 47 Mm was measured to determine the behaviour of the DNA molecule according to the change in ionic strength. Subsequently, nano/microfluidic devices were directly fabricated using e-beam/photolithography. Microchannels shape suitable for confining and analyzing cells and DNA molecules was fabricated. After repeated optimization, various nanochannels of 65 nm to less than 1 μm width that can stretch DNA single molecules could be fabricated. The fabricated microchannel device was used to analyze the polytene, large chromatin formed from a bundle of DNA. As a result, it was possible to confirm the relaxation and condensation band of polytene through the long stretched polytene image in the channel. Also, it was possible to observe the long DNA molecules extended to 1.4 mm by using protease to release the bundle. Finally, to effectively analyze numerous DNA molecules released from a single polytene, we fabricated a cell lysis channel from micro to nanometer scale.
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