DOM : Dual Optical DNA Mapping Using Sequence-Specific Labeling and AT-Specific Staining
- 주제어 (키워드) Single-molecule DNA , Fluorescence microscope , DNA sequence analysis , DNA labeling , DNA optical mapping , 단일 분자 DNA , 형광 현미경 , DNA 서열 분석 , DNA 표지법 , DNA 시각적 지도
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 조규봉
- 발행년도 2024
- 학위수여년월 2024. 8
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 화학과
- 실제 URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000079142
- UCI I804:11029-000000079142
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록 (요약문)
Single-molecule DNA analysis is effectively utilized as a new tool in molecular biology and DNA sequence analysis. While general DNA sequencing technology suffers from short read lengths, visualization of DNA using single-molecule analysis has the advantage of obtaining a long range of DNA sequence information at once. However, sequence-specific labeling only provides a limited amount of information. Although AT- or GC-specific staining methods provide continuous sequence information, they have limitations in analyzing the entire genome. Given these concerns, this thesis aims to present a new approach to analyze the sequence of single-molecule DNA with higher accuracy by simultaneously applying sequence-specific labeling and AT-specific staining. As a result, an optical map of the E. coli genome with a size of 4.6 Mbp was successfully completed. Additionally, various colors of streptavidin-conjugated fluorescent proteins were constructed, which can be more broadly utilized than DNA binding fluorescent proteins, and it was demonstrated that these fusion proteins can be used for DNA sequence visualization. Furthermore, the direction of DNA ejection in bacteriophage λ was analyzed using DNA sequence visualization. The results contradicted the generally accepted last-in-first-out theory, and through computer simulations, it was confirmed that the result is theoretically valid. Therefore, this thesis shows that DNA sequence visualization is useful not only for analyzing DNA sequences but also for studying various biological processes.
more초록 (요약문)
단일 분자 DNA 분석법은 분자생물학과 DNA 서열 분석의 새로운 도구로써 유용하게 이용된다. 특히, 일반적인 DNA 시퀀싱 기술의 짧은 리드와는 달리 단일 분자 분석법을 사용한 DNA의 시각화는 넓은 범위의 DNA 서열 정보를 한 번에 얻을 수 있다는 장점이 있다. 하지만, 기존의 서열 특이적 형광 표지법에서는 한 번에 얻을 수 있는 정보의 양이 한정되어 있고, AT- 혹은 GC-특이적 염색법은 연속적인 서열 정보를 제공하지만 유전체 전체를 분석하기에는 한계가 있었다. 이러한 측면에서 본 학위 논문에서는 서열 특이적 형광 표지법과 AT-특이적 염색법을 동시에 적용하여 더 높은 정확도로 단일 분자 DNA의 서열을 분석하는 새로운 방법을 제시하고자 하였다. 그 결과 4.6 Mbp의 크기를 가지는 대장균의 시각적 지도를 끊김 없이 완성하는 것에 성공하였다. 또, 기존의 DNA 결합 형광 단백질보다 더 폭넓게 활용될 수 있는 다양한 색의 스트렙트아비딘-형광 단백질 융합체를 제작하고 이 융합 단백질이 DNA 서열 시각화에 도움이 될 수 있음을 보였다. 마지막으로 DNA의 서열 시각화를 이용해 박테리오파지 람다의 DNA 사출 방향을 분석했고, 일반적으로 받아들여지는 후입선출 이론에 반하는 양상을 보이는 것을 확인하였으며 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 결과가 이론적으로 타당함을 확인하였다. 따라서, DNA 서열 시각화를 활용한다면 DNA 서열을 분석하는 것은 물론이고, 이를 응용해 다양한 생물학적 과정을 연구하는 분야 등에도 유용하게 사용할 수 있을 것이라 생각된다.
more목차
Chapter 1. Introduction 1
1.1 Optical DNA Mapping 1
1.2 Dyes for Specific Visualization of DNA 4
1.3 References 7
Chapter 2. Dual Optical Mapping 10
2.1 Introduction 10
2.2 Result and Discussion 12
2.2.1 Dual Optical Map 12
2.2.2 AT-Frequency Reference Map from the Genome Sequence 14
2.2.3 Alignment of DOM image to the Simulation Map 17
2.2.4 Complete DOM of E. coli Genome 19
2.3 Materials and Methods 21
2.4 Conclusion 24
2.5 Tables and Figures 25
2.6 References 30
Chapter 3. Streptavidin-Fluorescent Proteins (SA-FPs) 32
3.1 Introduction 32
3.2 Result and Discussion 34
3.2.1 Twelve Streptavidin–Fluorescent Proteins (SA-FPs) 34
3.2.2 SA-FP-Stained DNA 36
3.2.3 SA-FPs for Nickase-Based Optical Mapping 37
3.2.4 SA-FPs for AT-Specific DNA Binding Materials 38
3.2.5 SA-FPs for Combined Optical Mapping of Nickase-Based Barcodes and AT Profiling 39
3.3 Materials and Methods 40
3.4 Conclusion 46
3.5 Tables and Figures 48
3.6 References 56
Chapter 4. AT-Specific DNA Visualization Revisits the Directionality of Bacteriophage λ DNA Ejection 59
4.1 Introduction 59
4.2 Result and Discussion 62
4.3 Materials and Methods 72
4.4 Conclusion 78
4.5 Tables and Figures 80
4.6 References 87
