特許 7220865 酸化還元活性を有する核酸分子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-02-03

(45)【発行日】2023-02-13

(54)【発明の名称】酸化還元活性を有する核酸分子

(51)【国際特許分類】

   C12N 15/115 20100101AFI20230206BHJP

   G01N 33/53 20060101ALI20230206BHJP

   C12Q 1/68 20180101ALI20230206BHJP

   C12M 1/34 20060101ALI20230206BHJP

【ＦＩ】

C12N15/115 Z ZNA

G01N33/53 M

C12Q1/68

C12M1/34 Z

【請求項の数】 17

(21)【出願番号】P 2018169691

(22)【出願日】2018-09-11

(65)【公開番号】P2020039300

(43)【公開日】2020-03-19

【審査請求日】2021-08-24

(73)【特許権者】

【識別番号】301023238

【氏名又は名称】国立研究開発法人物質・材料研究機構

(73)【特許権者】

【識別番号】504132881

【氏名又は名称】国立大学法人東京農工大学

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】山崎 智彦

(72)【発明者】

【氏名】池袋 一典

【審査官】松田 芳子

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１３／１４１２９１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－２００４７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】Biomacromolecules，2018年04月09日，vol.19, p.2082-2088

【文献】Talanta，2009年，vol.80, p.459-465

【文献】Biochemistry，2009年，vol.48, p.7817-7823

【文献】Analytical Chemistry，2014年，vol.86, p.9489-9495

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ１２Ｎ １５／０９

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＣＡｐｌｕｓ／ＲＥＧＩＳＴＲＹ／ＭＥＤＬＩＮＥ／ＥＭＢＡＳＥ／ＢＩＯＳＩＳ（ＳＴＮ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ペルオキシダーゼ活性を有するＤＮＡであって，配列番号３～３０のいずれか１つに記載の塩基配列からなるＤＮＡ。

【請求項2】

請求項１に記載のＤＮＡのコンジュゲートであって，請求項１に記載のＤＮＡの３’末端若しくは５’末端又はその近辺のヌクレオチドと他の物質が結合しているコンジュゲート。

【請求項3】

前記他の物質が，ヘミンである，請求項２に記載のコンジュゲート。

【請求項4】

前記他の物質が，核酸，タンパク質若しくはペプチド，リガンド化合物，又は固相である，請求項２に記載のコンジュゲート。

【請求項5】

前記核酸，前記タンパク質若しくはペプチド，又は前記リガンド化合物が，標的物質又は固相に結合可能である，請求項４に記載のコンジュゲート。

【請求項6】

前記核酸，前記タンパク質若しくはペプチド，又は前記リガンド化合物が，標的物質に結合することにより請求項１に記載のＤＮＡがＤＮＡ／ヘミン複合体を形成可能となるように，前記核酸，前記タンパク質若しくはペプチド，又は前記リガンド化合物と請求項１に記載のＤＮＡとが結合している請求項５に記載のコンジュゲート。

【請求項7】

請求項１に記載のＤＮＡ又は請求項４～請求項６のいずれか１項に記載のコンジュゲート，及びヘミンを含むキット。

【請求項8】

標的物質検出用である，請求項７に記載のキット。

【請求項9】

請求項３に記載のコンジュゲートであって，当該コンジュゲートを構成するヘミンとＤＮＡがＤＮＡ／ヘミン複合体を形成している，ＤＮＡ／ヘミン複合体コンジュゲート。

【請求項10】

請求項１に記載のＤＮＡ又は請求項４～請求項６のいずれか１項に記載のコンジュゲートと，ヘミンとを含有する，ＤＮＡ／ヘミン複合体。

【請求項11】

請求項１に記載のＤＮＡ又は請求項４又は請求項５に記載のコンジュゲートに，ヘミンを接触させることを含む，ＤＮＡ／ヘミン複合体の製造方法。

【請求項12】

ペルオキシド構造を有する化合物を，請求項９に記載のＤＮＡ／ヘミン複合体コンジュゲート又は請求項１０に記載のＤＮＡ／ヘミン複合体と反応させることを含む，ヒドロキシル化合物の生成方法。

【請求項13】

サンプル中の標的物質のレベルの測定方法又は存在の検出方法であって：
サンプルを請求項６に記載のコンジュゲートに接触させること；
更にヘミンを該サンプルと接触させた該コンジュゲートに接触させること；及び
該サンプル中に含まれる標的物質により，該コンジュゲートと該ヘミンから形成されたＤＮＡ／ヘミン複合体を測定又は検出することを含み，
ここで，ＤＮＡ／ヘミン複合体の測定値が当該標的物質のレベルを表し，又はＤＮＡ／ヘミン複合体が検出された場合には当該標的物質が存在することを表す方法。

【請求項14】

ＤＮＡ／ヘミン複合体の測定又は検出が，ＤＮＡ／ヘミン複合体におけるヘミンの酸化作用を利用して行われる，請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

ＤＮＡ／ヘミン複合体の測定又は検出が，ＤＮＡ／ヘミン複合体が結合している導電性電極の電位，又はＤＮＡ／ヘミン複合体のペルオキシダーゼ活性により行われる，請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

電極と，前記電極上に配置された検知層とを有し，
前記検知層が請求項２～６のいずれか１項に記載のコンジュゲートを含む，検知電極。

【請求項17】

請求項１６に記載の検知電極を有するバイオセンサと，
前記バイオセンサへの電圧印加を制御する，制御部と，
前記バイオセンサへの電圧印加により得られる，電子の電極への移動に基づく電流を検出する，検出部と，
前記電流値から測定対象物の含有量を算出する，演算部と，
前記算出された測定対象物の含有量を出力する出力部とから構成される測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は，ペルオキシダーゼ活性に優れるＤＮＡ－ヘム複合体を与える核酸分子及び当該核酸分子とヘムとの複合体，当該核酸分子を利用したヘムの定量方法，及び当該複合体をペルオキシダーゼとして利用する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

鉄－ポリフィン錯体であるヘムは，四重鎖ＤＮＡ構造（Ｇ－カルテット構造）を有するＤＮＡ／ＲＮＡと結合し複合体を形成することが知られている（非特許文献１）。ヘミンと複合体を形成することで，ヘミン単体と比較してペルオキシダーゼ活性を向上させるいくつかのＧ－カルテット構造を持つＤＮＡアプタマーとして，ＥＡＤ２（ｃｔｇｇｇａｇｇｇａｇｇｇａｇｇｇａ：配列番号１）やＧ３Ａ３ （ｇｇｇａａａｇｇｇａａａｇｇｇａａａｇｇｇ：配列番号２）が報告されている（非特許文献２及び非特許文献３）。

【0003】

分子を認識する一本鎖ＤＮＡはアプタマーとよばれ，配列を改変することにより分子との結合能を向上させることが行われている。一本鎖ＤＮＡはフレキシビリティが高く，その立体構造を予測することが不可能である。そのため配列の改変にはランダムに塩基配列を変える方法が採用されている。ランダムに配列を選択する場合，塩基の種類が４種類であることから，ｎ個の長さを持つアプタマーのバリエーションは４のｎ乗種類が考えられる。アプタマーが数十塩基からなる場合にはすべてを合成して評価することは不可能である。そのため，リガンドとなる核酸を選別した上で，ＰＣＲを用いて指数関数的に増幅し，この過程をシステマティックに複数回繰り返すことによって，至適結合配列を持つ核酸分子を同定するプロセスであるＳＥＬＥＸ法（Ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｌｉｇａｎｄｓ ｂｙ ＥＸｐｏｎｅｎｔｉａｌ ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ）が用いられている。

【0004】

ペルオキシダーゼ活性を向上させるために，既報のＧ－カルテット構造を持つＤＮＡの配列を改変する場合，ヘミンと複合体を形成することでペルオキシダーゼ活性を示すＧ－カルテット構造を持つＤＮＡアプタマーの開発においては，結合能ではなくペルオキシダーゼ活性でのスクリーニングが必要であることから，ＳＥＬＥＸ法は原理的に用いることはできない。そのため，ＤＮＡマイクロアレイ上に，ランダムにデザインした１０００種類以上のＤＮＡを並べて，活性を評価し，高いペルオキシダーゼ活性を有するＤＮＡアプタマーをスクリーニングしたことが報告されている（非特許文献４）。この報告によれば，７番目の核酸がグアニンであることが望ましく，ｆｉｒｓｔ ｌｏｏｐを構成する核酸は２個よりは１個が良いことが示されている。しかし，得られた中で最もペルオキシダーゼ活性が高いｃ－Ｍｙｃ改変体（ＴＧＡＧＧＧＧＴＧＧＧＡＧＧＧＧＣＧＧＧＡＡ：配列番号８２）でもオリジナルのｃ－Ｍｙｃの２倍以下の活性しかなく，かつ，ＥＡＤ２を超える活性を有する改変体は得られていなかった（非特許文献４）。

【0005】

その他のペルオキシダーゼ活性の増大化を目指したアプタマーとして，特許文献１が公開されている。

【0006】

このことから，ランダムに変異を入れる手法でペルオキシダーゼ活性の高いＤＮＡ配列を得るには限界があることが予想される一方で，他にペルオキシダーゼ活性の高いＤＮＡ配列を得る方法も提案されていなかった。また，ＤＮＡ－ヘム複合体が酵素のペルオキシダーゼに匹敵するほどの十分に高いペルオキシダーゼ活性を与えることが実現できるかどうかも不明であった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２０１７－２００４７２号

【非特許文献】

【0008】

【文献】Ｔｒａｖａｓｃｉｏ，Ｐ．，Ｌｉ，Ｙら，Ｃｈｅｍ．Ｂｉｏｌ．；５：５０５－１７（１９９８）．

【文献】Ｃｈｅｎｇ，Ｘ．ら，Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ；４８：７８１７－７８２３（２００９）．

【文献】Ｗａｎｇ，Ｚ．ら，ＡＣＳ Ａｐｐｌ．Ｍａｔｅｒ．Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ；８：８２７－８３３（２０１６）．

【文献】Ｋａｎｅｋｏ，Ｎ．ら，Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．；８５：５４３０－５４３５）．

【発明の概要】

【0009】

本発明者らは，これまで報告されていたヘミン担体もしくは核酸分子－ヘム複合体より高いペルオキシダーゼ活性を有する核酸分子－ヘム複合体を得ることを目的とする。

【0010】

本発明者らは，これまでのヘム結合核酸配列の設計方法に限界があることから，独自にコンピュータ内での進化模倣アルゴリズムを用いてＧ－カルテット構造を持つＤＮＡアプタマーの配列の設計と活性測定を複数回繰り返すことを試みた結果，これまで報告されていたものよりも高いペルオキシダーゼ活性をもたらすＧ－カルテット構造を持つＤＮＡアプタマーの設計に成功した。具体的には，本発明者らは，（１）アプタマー配列を設計し，（２）設計されたアプタマーを合成し，（３）合成したアプタマーとヘミンとの複合体を形成させてペルオキシダーゼ活性を測定し，（４）活性の順位づけを行い，（５）次世代に残す配列を選択し，（６）選択された配列に基づき変異を導入（配列の交差，点変異導入）することで次世代のアプタマーを設計し，以後（２）～（５）を複数回繰り返すことにより，最初に設計された親配列と比較して非常に高いペルオキシダーゼ活性を与える配列を見出した。

【0011】

一態様において，本発明はヘミンと結合することにより，高い酸化能を示すＤＮＡ（以下，「Ｇ４ＤＮＡｚｙｍｅ」という）に関する。本発明のＧ４ＤＮＡｚｙｍｅは，５’－ｎ_ｐＧＧＧｎ１ｎ２ｎ３ｎ４ｎ５ＧＧＧｎ６ｎ７ｎ８ｎ９ｎ１０ＧＧＧｎ１１ｎ１２ｎ１３ＧＧＧｎ_ｑ－３’（配列番号８３）で表される配列からなる（ただし，ｎ１ｎ２ｎ３ｎ４ｎ，ｎ６ｎ７ｎ８ｎ９ｎ１０，及びｎ１１ｎ１２ｎ１３の全てがＡＡＡの場合を除く）。ここで，ｎ_ｐ及びｎ_ｑは，それぞれ，ｐ個及びｑ個のヌクレオチドが結合した構造（ポリヌクレオチド）を表し，ｎＸ（Ｘは自然数）は，以下において定義される１個のヌクレオチドを表す。

【0012】

前記配列において，ｎ_ｐ及びｎ_ｑは，それぞれ，ｐ個及びｑ個のヌクレオチドが結合したポリヌクレオチドを表す。ここで，各ヌクレオチドはＡ，Ｔ，Ｇ，又はＣから選択され，ｐ及び／又はｑが２以上の場合，ｎ_ｐ及び／又はｎ_ｑポリヌクレオチドを構成するヌクレオチドは同一である必要はなく，各ヌクレオチドは同一又は異なっていてもよい。また，ｎ_ｐとｎ_ｑの配列も同一又は異なっていてもよい。ｐ及びｑは，０以上の整数を表し，好ましくは，０以上２以下である。

【0013】

ｎ１ｎ２ｎ３ｎ４ｎ５（以下，「ｎ１～ｎ５」という）は，それぞれ独立して，Ａ，Ｔ，又はＣであるか又は存在しないが，ｎ１～ｎ５中に少なくとも３個のヌクレオチドは存在する。すなわち，ｎ１～ｎ５のうち，０個以上２個以下のヌクレオチドが存在せず，好ましくは，２個のヌクレオチドが存在しない。ｎ１～ｎ５の例としては，ＡＡＡ，ＴＡＡ，ＡＡＴ，ＡＣＡ，ＡＴＡ，ＴＡＣ，及びＡＣＴを挙げることができる。

【0014】

ｎ６ｎ７ｎ８ｎ９ｎ１０（以下，「ｎ６～ｎ１０」という）は，それぞれ独立して，Ａ，Ｔ，若しくはＣであるか又は存在しないが，ｎ６～ｎ１０のうち少なくとも２個のヌクレオチドは存在する。すなわち，ｎ６～ｎ１０のうち，０個以上３個以下のヌクレオチドが存在せず，好ましくは２個又は３個のヌクレオチドが存在しない。ｎ６～ｎ１０の例としては，ＴＡＡ，ＡＡＣ，ＡＡＴ，ＴＣＡ，及びＡＣが挙げられる。

【0015】

ｎ１１ｎ１２ｎ１３（以下，「ｎ１１～ｎ１３」という）は，それぞれ独立して，Ａ，Ｔ，若しくはＣであるか又は存在しないが，ｎ１１～ｎ１３のうち少なくとも１個のヌクレオチドは存在する。すなわち，ｎ１１～ｎ１３のうち，０個以上２個以下のヌクレオチドは存在せず，好ましくは，２個のヌクレオチドが存在しない。ｎ１１～ｎ１３の例としては，ＡＡＡ，Ａ，Ｔ，又はＣが挙げられる。

【0016】

本発明のＧ４ＤＮＡｚｙｍｅは，好ましくは，配列番号３～８１のいずれか１つに記載の塩基配列からなり，更に好ましくは，配列番号３～３０のいずれか１つに記載の塩基配列からなる。

【0017】

Ｇ４ＤＮＡｚｙｍｅは，ヘミンに配位する方向に応じて，アンチパラレル，パラレル，ハイブリッドの構造を有することが知られている。パラレルでは，４本の全てのＧ４が同じ３’→５’（又は５’→３’）の向きでヘミンに配位している。アンチパラレルでは，４本のＧ４のうち２本が３’→５’の向きでヘミンに配位し，残りの２本が逆向き（５’→３’の向き）でヘミンに配位している。ハイブリッドでは，４本のＧ４のうち，一本のみ他の三本とは異なる向き（例えば，３’→５’が３本，５’→３’が１本）でヘミンに配位している。本発明のＧ４ＤＮＡｚｙｍｅは，いずれの形式でヘミンに配位していてもよい。

【0018】

また，Ｇ４ＤＮＡｚｙｍｅは，１分子，２分子（ダイマー），又は４分子（テトラマー）が一つのＤＮＡ（Ｇ４ＤＮＡｚｙｍｅ）／ヘミン複合体に含まれることが知られている。本発明のＧ４ＤＮＡｚｙｍｅは，１，２，又は４分子のいずれでヘミンに配位していてもよく，好ましくは，複数分子でヘミンに配位する。

【0019】

別の態様において，本発明は，前記Ｇ４ＤＮＡｚｙｍｅが他の物質と結合したコンジュゲートに関する。本コンジュゲートは，前記Ｇ４ＤＮＡｚｙｍｅのループ部分（ｎ１～ｎ５，ｎ６～ｎ１０，及び／若しくはｎ１１～ｎ１３），あるいはその３’若しくは５’末端又はその近辺（ｎ_ｐ若しくはｎ_ｑ）において他の物質と結合することができる。他の物質との結合は，前記Ｇ４ＤＮＡｚｙｍｅが当該他の物質と直接結合していてもよいし，リンカーや互いに結合性を示す２種類の物質を介して結合していてもよい。

【0020】

例えば，Ｇ４ＤＮＡｚｙｍｅをヘミンと直接結合させることにより，ＤＮＡ（Ｇ４ＤＮＡｚｙｍｅ）／ヘミン複合体が得られることが知られている（Ｚｈａｏｙｉｎ Ｗａｎｇら，（２０１６）ＡＣＳ Ａｐｐｌ．Ｍａｔｅｒ．Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ８：８２７－８３３）。よって，当該他の物質がヘミンである，ヘミンＧ４ＤＮＡｚｙｍｅコンジュゲートは本発明のコンジュゲートに含まれる。本コンジュゲートにおいて，ヘミンとＧ４ＤＮＡｚｙｍｅは，ＤＮＡ／ヘミン複合体を形成していなくてもよいし，ＤＮＡ／ヘミン複合体を形成していてもよい。

【0021】

また，Ｇ４ＤＮＡｚｙｍｅを固相に固定化させて，そのペルオキシダーゼ活性を利用できることが知られている。このような固相としては，アレイ，ビーズ，及びプレート等の他，金電極などの電極も含まれる。Ｇ４ＤＮＡｚｙｍｅが電極に固定化されている場合，複合体を形成するヘミンの酸化能力を当該電極における電流として検出することができる（Ｎａｏｔｏ Ｋａｎｅｋｏら（２０１３）Ａｎａｌ． Ｃｈｅｍ．，８５：５４３０－５４３５；Ｈｉｓａｋａｇｅ Ｆｕｎａｂａｓｈｉ（２０１６）Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，８４（５）：２９０－２９５参照）。

【0022】

また，前記他の物質としては，核酸，タンパク質若しくはペプチド，又はリガンド化合物を用いることもできる。一例として，これらの核酸，タンパク質若しくはペプチド，リガンド化合物は，特定の結合パートナーと特異的に結合する物質であることができる。この場合，これらの核酸，タンパク質若しくはペプチド，リガンド化合物と当該結合パートナーとの特異的結合を利用して，任意の所望の場所にＧ４ＤＮＡｚｙｍｅを結合させることができる。例えば，Ｇ４ＤＮＡｚｙｍｅにビオチン又はストレプトアビジンを結合させ，足場（固相）にそれぞれストレプトアビジン又はビオチンを結合させておくことにより，ストレプトアビジン－ビオチン相互作用によって，Ｇ４ＤＮＡｚｙｍｅを当該足場（固相）に結合させることができる。

【0023】

あるいは，他の物質である，核酸，タンパク質若しくはペプチド，又はリガンド化合物は，検出対象の物質（標的物質）と特異的に結合可能であってもよい。この場合，好ましくは，Ｇ４ＤＮＡｚｙｍｅと当該核酸，タンパク質若しくはペプチド，又はリガンド化合物は，Ｇ４ＤＮＡｚｙｍｅがヘミンと結合できないように結合しており，かつ，標的物質と当該核酸，タンパク質若しくはペプチド，又はリガンド化合物が結合することにより，Ｇ４ＤＮＡｚｙｍｅがヘミンと結合可能となる。すなわち，一態様において，本発明は，標的物質に結合することによりＧ４ＤＮＡｚｙｍｅがＧ４ＤＮＡｚｙｍｅ／ヘミン複合体を形成可能となるように，前記核酸，前記タンパク質若しくはペプチド，又は前記リガンド化合物とＧ４ＤＮＡｚｙｍｅとが結合しているコンジュゲートに関する。このようなＧ４ＤＮＡｚｙｍｅと他の物質との結合物の構造は既に報告されている（Ｈ．Ｆｕｎａｂａｓｈｉ（２０１６）上掲；ＷＯ２０１１／０１６５６５；及びＩｔａｍａｒ Ｗｉｌｌｎｅｒら（２００８）Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ Ｒｅｖｉｅｗｓ，３７：１１５３－１１６５参照）。一例として，Ｇ４ＤＮＡｚｙｍｅをコードする塩基配列を有する核酸（Ｇｑ）と該配列と相補的な塩基配列を有する核酸（Ｇｑ’）が標的核酸（Ｔａｒｇｅｔ）と相補的な塩基配列を有する核酸（Ｔａｒｇｅｔ’）を介して結合している核酸（Ｇｑ’－Ｔａｒｇｅｔ’－Ｇｑ）は，標的核酸の不存在下ではＧｑとＧｑ’が相補鎖を形成してＧｑは不活性となるが，標的存在下では標的とＴａｒｇｅｔ’との結合により，ＧｑとＧｑ’の相補鎖が解離して，Ｇｑが活性立体構造を取ることができる。

【0024】

本発明のＧ４ＤＮＡｚｙｍｅ及びコンジュゲートは，必要に応じてＤＮＡ（Ｇ４ＤＮＡｚｙｍｅ）／ヘミン複合体を形成していてもよい。あるいは，本発明は，本発明の本発明のＧ４ＤＮＡｚｙｍｅ又はコンジュゲート及びヘミンを含むキットとすることができる。本発明のコンジュゲートが標的物質に結合することによりＧ４ＤＮＡｚｙｍｅがＧ４ＤＮＡｚｙｍｅ／ヘミン複合体を形成可能となるばあい，本発明のキットは標的物質検出用とすることができる。本発明のキットは，必要に応じて，使用説明書，パッケージ，及び／または各薬剤を格納する容器などを備えていてもよい。

【発明の効果】

【0025】

本発明のＧ４ＤＮＡｚｙｍｅは，ヘミンと結合することにより高いペルオキシダーゼ活性を示すことから，各種標的物質の検出やペルオキシダーゼを利用した工業的化合物生産や有害物質の分解などに利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】進化模倣アルゴリズムを用いたＧ－カルテット構造を持つＤＮＡアプタマー配列の設計を示す模式図である。

【図2】進化模倣アルゴリズムを用いて設計したＧ－カルテット構造を持つＤＮＡアプタマーの各ラウンドでの活性を示すグラフである。

【図3】ＥＡＤ２よりも活性の高いＧ４（４６本）での出現回数を示す。

【図4】オリゴＤＮＡの電気泳動像を示す写真である。

【図5A】円二色性スペクトルによる構造解析の結果を示すグラフである。

【図5B】円二色性スペクトルによる構造解析の結果を示すグラフである。

【図6】本発明の実施形態に係る検知電極を模式的に表した図である。

【図7】測定装置の筐体内に収容された主な電子部品の構成を示した図である。

【図8】制御コンピュータによる測定処理のフローである。

【発明を実施するための形態】

【0027】

本発明のＧ４ＤＮＡｚｙｍｅは，本技術分野に周知の核酸合成技術を利用して製造することができる。また，ヘミンは，商業的に販売されているものから入手することができる。本発明のコンジュゲートは，本発明のＧ４ＤＮＡｚｙｍｅに当業者周知の核酸と他の物質との結合手法を用いて所望の物質を結合させることにより得ることができる。例えば，ＤＮＡ（Ｇ４ＤＮＡｚｙｍｅ）へのヘミンの結合は既に報告された方法（Ｚｈａｏｙｉｎ Ｗａｎｇら，（２０１６）上掲）に従って得ることができる。また，他の物質が核酸の場合には，必要に応じてリンカー配列を介して，一本の核酸配列として設計し，合成することによりコンジュゲートを得ることができる。また，タンパク質又はペプチドとの結合は，予め末端の核酸に当該タンパク質若しくはペプチド又はリンカー構造が結合したプライマーを用いてオリゴＤＮＡを合成するか，又は，ＤＮＡの末端の核酸にターミナルトランスフェラーゼを利用して当該タンパク質若しくはペプチド又はリンカー構造が結合したヌクレオチドを付加することにより，得ることができる。

【0028】

よって，一態様において，本発明は，本発明のＧ４ＤＮＡｚｙｍｅ又はコンジュゲートに，ヘミンを接触させることを含む，ＤＮＡ／ヘミン複合体の製造方法に関する。本発明のＤＮＡは，緩衝液中（ｐＨ７．５～８．５），金属イオン存在下，９０～９８℃で１～１０分間熱処理した後，２０～３０℃まで２０～４０分かけて冷却することによりＧ－カルテット構造を有するＧ４ＤＮＡｚｙｍｅを形成させることができる。得られたＧ４ＤＮＡｚｙｍｅ溶液を緩衝液中のヘミン溶液と混合して，２０～３０℃で２０～６０分静置することにより，ＤＮＡ／ヘミン複合体を得ることができる。金属イオンとしては，銀，鉛，銅，鉄，亜鉛，ニッケル， バリウム，カルシウム，ナトリウム，及びカリウムのイオンを挙げることができ，好ましくはカリウムイオンである。

【0029】

別の態様において，本発明は，ペルオキシド構造を有する化合物を，本発明のＤＮＡ／ヘミン複合体と反応させることを含む，ヒドロキシル化合物の生成方法に関する。ペルオキシド構造を有する化合物としては，好ましくは，過酸化水素である。本方法は，有用化合物生産目的の他，有害物質の重合沈殿除去の目的で用いることができる。例えば，汚染物質の一つであるビスフェノールＡ（ＢＰＡ）などのフェノール系化合物の重合沈殿除去にペルオキシダーゼが利用できることが報告されている。具体的には，緩衝液中のフェノール及びＤＮＡ／ヘミン複合体に過酸化水素を添加することにより，フェノールを沈殿させることができる。０．４５μｍメンブレンフィルターを用いて重合した沈殿物を減圧濾去することにより，沈殿したフェノールを除去することができる。

【0030】

さらに別の態様において，本発明は，本発明のコンジュゲートを利用したサンプル中の標的物質のレベルの測定方法又は存在の検出方法に関する。より具体的には，本発明は，サンプル中の標的物質のレベルの測定方法又は存在の検出方法であって，
サンプルを本発明のコンジュゲートに接触させること；
更にヘミンを該サンプルと接触させた該コンジュゲートに接触させること；及び
該サンプル中に含まれる標的物質により，該コンジュゲートと該ヘミンから形成されたＤＮＡ／ヘミン複合体を測定又は検出することを含み，
ここで，ＤＮＡ／ヘミン複合体の測定値が当該標的物質のレベルを表し，又はＤＮＡ／ヘミン複合体が検出された場合には当該標的物質が存在することを表す方法に関する。

【0031】

本方法において用いる本発明のコンジュゲートは，標的物質に結合することによりＧ４ＤＮＡｚｙｍｅがＧ４ＤＮＡｚｙｍｅ／ヘミン複合体を形成可能となるように，前記核酸，前記タンパク質若しくはペプチド，又は前記リガンド化合物とＧ４ＤＮＡｚｙｍｅとが結合しているコンジュゲートである。サンプルとコンジュゲートとの接触は，好ましくは緩衝液中，２０℃～３０℃，静置又は撹拌条件下で，数分～数日間行われる。その後，必要に応じて，緩衝液中（ｐＨ７．５～８．５），金属イオン存在下，９０～９８℃で１～１０分間熱処理した後，２０～３０℃まで２０～４０分かけて冷却することによりＧ－カルテット構造を形成させてもよい。ヘミンとの接触は，得られたサンプル接触済みコンジュゲートにヘミン溶液を添加し，２０～３０℃で２０～６０分静置することにより行うことができ，これによりＤＮＡ（Ｇ４ＤＮＡｚｙｍｅ）／ヘミン複合体を形成させることができる。形成したＧ４ＤＮＡｚｙｍｅ／ヘミン複合体の測定又は検出は，ヘミンの酸化作用を利用して行うことができる。

【0032】

例えば，Ｇ４ＤＮＡｚｙｍｅ／ヘミン複合体の測定又は検出は，Ｇ４ＤＮＡｚｙｍｅ／ヘミン複合体が結合している導電性電極の電位を利用して行うことができる。ヘミンは，電極上の電子を奪って還元状態となり，過酸化水素を還元して酸化状態に戻る。例えば，微分パルスボルタンメトリにおいて，基準電極に対するピーク陰極電流が検出された場合，Ｇ４ＤＮＡｚｙｍｅ／ヘミン複合体が存在すると検出されたことを意味する。また，微分パルスボルタンメトリにおいて，基準電極に対するピーク陰極電流の強さは，Ｇ４ＤＮＡｚｙｍｅ／ヘミン複合体の存在量の指標とすることができる。すなわち，ピーク陰極電流の強さからＧ４ＤＮＡｚｙｍｅ／ヘミン複合体のレベルを測定することができる。

【0033】

あるいは，Ｇ４ＤＮＡｚｙｍｅ／ヘミン複合体の測定又は検出は，Ｇ４ＤＮＡｚｙｍｅ／ヘミン複合体のペルオキシダーゼ活性を利用して行うことができる。この方法では，反応処理後の溶液をペルオキシダーゼの基質と反応させて，当該基質の発色などを測定又は検出する。色素の発色が検出された場合，Ｇ４ＤＮＡｚｙｍｅ／ヘミン複合体の存在が検出されたことを意味する。また，色素の発色の強度は，Ｇ４ＤＮＡｚｙｍｅ／ヘミン複合体の存在量の指標とすることができる。すなわち，色素の発色の強度からＧ４ＤＮＡｚｙｍｅ／ヘミン複合体のレベルを測定することができる。当該基質の発色は，Ｇ４ＤＮＡｚｙｍｅ／ヘミンが存在することを意味し，発色の程度がＧ４ＤＮＡｚｙｍｅ／ヘミン存在量の指標となる。ペルオキシダーゼの基質は多数知られており，例えば，３，３’，５，５’－Ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌｂｅｎｚｉｄｉｎｅ（ＴＭＢ），３，３’－Ｄｉａｍｉｎｏｂｅｎｄｉｚｉｎｅ（ＤＡＢ），及びＤＡＢ１０－Ａｃｅｔｙｌ－３，７－ｄｉｈｙｄｒｏｘｙｐｈｅｎｏｘａｚｉｎｅなどの色素前駆体が知られている。

【0034】

本明細書において，「測定」とは，主にはその量を測定することを意図しているが，ここでいう量とは絶対量である必要はなく，量の指標となる相対的な数値を含む。「レベル」も絶対量又は濃度である必要はなく，量的な意味を持つ指標であればその単位は問わない。よって，測定値そのものをレベルとして使用することもできる。また，「検出」とは，存在の有無の決定を意図している。本発明の方法において，測定するか検出するかは，その目的に応じて適宜設定することができる。

【0035】

（検知電極）
図６は，本発明の実施形態に係る検知電極を模式的に表した図である。検知電極１００は電極１０１と，上記電極１０１上に配置された検知層１０２とを有している。なお，検知電極１００は，電極１０１の片側の主面上に検知層１０２を有しているが本発明の実施形態に係る検知電極としては上記に制限されず，電極の両側の主面に検知層が配置されていてもよい。
本発明の実施形態に係る検知電極としては，言い換えれば，電極の少なくとも一部の表面に検知層が配置されていればよい。

【0036】

電極としては特に制限されず，一般に電気化学セル用として使用される電極が使用できる。電極としては例えば，金（Ａｕ），白金（Ｐｔ），銀（Ａｇ），及び，パラジウム（Ｐｄ）等の金属材料；グラファイト，カーボンナノチューブ，グラフェン，及び，メソポーラスカーボン等の炭素材料；等が使用できる。

【0037】

検知層１０２は，すでに説明したコンジュゲートを含有する。検知層１０２がコンジュゲートを含有する形態としては特に制限されないが，上記コンジュゲートが電極上に固定されていることが好ましい。
コンジュゲートを電極上に固定する方法としては特に制限されず，公知の方法が使用できる。例えば，金属電極にスルフィド結合（チオエーテル結合），及び，ジスルフィド結合等を用いて固定化すればよい。

【0038】

（バイオセンサ）
本発明の実施形態に係る検知電極は測定試料に含まれる検出対象物質の含有量を測定するためのバイオセンサに使用できる。バイオセンサは，少なくとも２つ以上の電極を有し，そのうちの少なくとも１つが，本発明の実施形態に係る検知電極（典型的には作用極として用いる）である。他方の電極としては，対極であることが好ましい。

【0039】

対極としては，バイオセンサの対極として一般的に使用できるものであれば特に制限されないが，例えば，スクリーン印刷により製膜したカーボン電極，物理蒸着（ＰＶＤ，例えばスパッタリング）によって製膜した金属電極，化学蒸着（ＣＶＤ）によって成膜した金属電極，及び，スクリーン印刷により製膜した銀／塩化銀電極等が使用できる。
さらに，バイオセンサは，３つ以上の電極を有していてもよく，その場合，少なくとも１つが参照極であることが好ましい，参照極としては，例えば，銀／塩化銀電極等が使用できる。

【0040】

（装置）
次に，図面を用いて，本発明の実施形態に係る測定装置について説明する。ここでは，測定装置の一形態について例示したが，本発明の測定装置は以下の形態には限定されない。

【0041】

図７には，測定装置２００の筐体内に収容された主な電子部品の構成を示した。制御コンピュータ２１８，ポテンショスタット２１９，電力供給装置２１１が，筐体内に収容された基板２０１上に配置されている。
制御コンピュータ２１８は，ハードウェア的には，ＣＰＵ（中央演算処理装置）のようなプロセッサと，メモリ（ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ），及び，ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ））等の記録媒体と，通信ユニットを含んでおり，プロセッサが記録媒体に記憶されたプログラムをＲＡＭにロードして実行することによって，出力部２１０，制御部２１２，演算部２１３及び検出部２１４を備えた装置として機能する。なお，制御コンピュータ２１８は，半導体メモリ（例えば，フラッシュメモリ），及び，ハードディスク等のような，補助記憶装置を有していてもよい。

【0042】

制御部２１２は，バイオセンサ２１７への電圧印加のタイミング，及び，印加電圧値等を制御する。電力供給装置２１１は，バッテリ２１６を有しており，制御部コンピュータ２１８及びポテンショスタット２１９に動作用の電力を供給する。なお，電力供給装置２１１は，筐体の外部に置くこともできる。

【0043】

ポテンショスタット２１９は，作用極（すでに説明した検知電極）の電位を他の電極（例えば，対極，及び／又は，参照電極）に対して一定にしたり，印加する電圧を掃引したりすることができ，制御部２１２によって制御され，端子ＣＲ，Ｗを用いてバイオセンサ２１７の典型的には対極と作用極と（図示していない）の間に所定の電圧を印加し，典型的には端子Ｗで得られる作用極の応答電流を測定し，応答電流の測定結果を検出部２１４に送る。

【0044】

演算部２１３は検出された電流値から，測定試料中における測定対象物の含有量の演算を行い，記憶する。出力部２１０は，表示部２１５との間でデータ通信を行い，演算部２１３による測定対象物の濃度含有量の演算結果を表示部２１５に送信する。表示部２１５は，例えば，測定装置２００から受信された測定対象物の含有量の演算結果を所定のフォーマットで表示画面に表示することができる。

【0045】

図８には，制御コンピュータ２１８による測定処理のフローを示した。
制御コンピュータ２１８のＣＰＵ（制御部２１２）は，測定の開始指示を受け付けると，制御部２１２は，ポテンショスタット２１９を制御して，作用極（検知電極）への所定の電圧を印加し，又は，掃引電圧を印加し，作用極からの応答電流の測定を開始する（ステップＳ０１）。なお，測定装置へのバイオセンサ２１７の装着の検知を，含有量の測定開始指示としてもよい。

【0046】

次に，ポテンショスタット２１９は，電圧印加によって得られる応答電流，すなわち，試料内の測定対象物に由来する電子の電極への移動に基づく電荷移動律速電流，例えば，電圧印加から１～２０秒後の定常電流を測定し，検出部２１４へ送る（ステップＳ０２）。

【0047】

演算部２１３は，電流値に基づいて演算処理を行い，試料中における測定対象物の含有量を算出する（ステップＳ０３）。例えば，制御コンピュータ２１８の演算部２１３は，検出された応答電流に対応する測定対象の含有量の検量線データを予め保持しており，この検量線を用いて測定対象物の含有量を算出する。

【0048】

出力部２１０は，測定対象物の含有量の算出結果を，表示部２１５との間に形成された通信リンクを通じて表示部ユニット２１５へ送信する（ステップＳ０４）。その後，制御部２１２は，測定対象物の含有量を表示部に表示し，測定を終了する。

【0049】

以下，実施例に基づいて本発明をより具体的に説明する。ただし，本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお，本願全体を通して引用される全文献は参照によりそのまま本願に組み込まれる。

【実施例】

【0050】

（実施例１） 高いペルオキシダーゼ活性を示すＧ４ヘミンのスクリーニング
（１）Ｇ－カルテット構造を持つＤＮＡアプタマーの設計
ペルオキシダーゼ活性を示すＧ－カルテット構造を持つＤＮＡアプタマーとして知られている中で最も高い活性を示すＥＡＤ－２（ｃｔｇｇｇａｇｇｇａｇｇｇａｇｇｇａ：配列番号１）ならびにＧ３Ａ３ （ｇｇｇａａａｇｇｇａａａｇｇｇａａａｇｇｇ：配列番号２）の配列をスタートとして進化模倣アルゴリズムを用いてＧ－カルテット構造を持つＤＮＡアプタマーの配列の第１世代の１０本をデザインした。設計したＤＮＡアプタマーはＨＰＬＣ精製グレードのオリゴＤＮＡをユーロフィンジェノミクス株式会社に委託して合成されたものを使用した。第２世代以降は，（３）合成したアプタマーを用いてヘミンとの複合体を形成させペルオキシダーゼ活性を測定，（４）活性の順位付け，（５）次世代に残す配列選択，（６）変異導入（配列の交差，点変異導入）を行うことで次世代のアプタマーの設計を行った（図１）。

【0051】

（２）Ｇ－カルテット構造を持つＤＮＡアプタマーのペルオキシダーゼ活性の測定（スクリーニング）
（２－１）ヘミンＧ４オリゴＤＮＡの複合体の調製
５０μＭ合成オリゴＤＮＡの調製：ユーロフィンジェノミクス株式会社において合成したオリゴＤＮＡ（乾燥粉末）は５０μＭとなるようにＴＥ ｂｕｆｆｅｒ（１０ｍｍｏｌ／Ｌ Ｔｒｉｓ－ＨＣｌ（ｐＨ８．０），１ｍｍｏｌ／Ｌ ＥＤＴＡ （ｐＨ８．０））で希釈し，４℃で保管した。
４００μＭヘミン溶液の調製：Ｈｅｍｉｎ（ｆｅｒｒｉｐｒｏｔｏｐｏｒｐｈｙｒｉｎ ＩＸ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）（Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ（Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ， ＭＯ，ＵＳＡ））をＤＭＳＯに終濃度４００μＭとなるように溶解し，保管した。
反応溶液の調製：４ｍｌの５００ｍＭ ＫＣｌ ４ｍｌと０．４ｍｌの１Ｍ Ｔｒｉｓ－ＨＣｌ緩衝液（ｐＨ８．０）と超純水２９．６ｍｌを混合して作成した。

【0052】

４μｌの５０μＭ合成オリゴＤＮＡと３４μｌの反応溶液を混合し，９５℃で５分間熱処理した後に２５℃まで３０分かけて冷却することでＧ－カルテット構造（以降Ｇ４）を形成させた。その後，２μｌの４００μＭヘミン溶液を加え，室温で３０分間インキュベートした。

【0053】

（２－２）ペルオキシダーゼ活性測定
９６穴プレートにヘミンＧ４オリゴＤＮＡの複合体溶液５μｌと１９５μｌのＴＭＢ溶液（マイクロウェル用）（和光純薬 Ｃａｔ．ｎｏ．２０８－１７３７１）を添加し混合した。マイクロプレートリーダー（ＭＴＰ－８８０Ｌａｂ；コロナ電気株式会社）を用いて６３０ｎｍの吸収の時間変化を３０秒おきに１０分間計測し，時間あたりの吸光度変化（ｄＡＢＳ／ｍｉｎ）を求めた。反応液中のＧ４オリゴＤＮＡとヘミンの終濃度はそれぞれ０．１２５μＭと０．５μＭとなる。

【0054】

（２－３）結果
第１世代から第７世代のヘミンＧ４オリゴＤＮＡの活性を比較した結果を図２及び表１に示す。この結果から，出発点であるＥＡＤ２より高い活性を示す配列が４６本得られた。またもう一つの出発点であるＧ３Ａ３よりも高い活性を示すオリゴも２８本得られた。

【0055】

【表1A】

【0056】

【表1B】

【0057】

ＥＡＤ２よりも高い活性を示すＧ４オリゴＤＮＡにおけるそれぞれのループの配列の出現回数を図３示す。その結果，第一ループはＡＡＡが１８／４６，ＴＡＡが１５／４６，ＡＴＡが４／６，第２ループについてはＴＡＡが１７／４６，ＡＡＣが１１／４６，ＡＡＴが１１／４６の出現回数を示した。また，第三ループについてはＡが１４／４６， Ｔが１６／４６，Ｃが１０／４６，ＡＡＡが６／４６であった。

【0058】

（実施例２） 高いペルオキシダーゼ活性を示したＧ４オリゴＤＮＡの詳細な特性検討
（１）電気泳動による構造解析
（１－１）電気泳動
２０μｌの４μＭ Ｇ４オリゴＤＮＡ溶液，５μｌ Ｎｏｖｅｘ Ｈｉ－Ｄｅｎｓｉｔｙ ＴＢＥ Ｓａｍｐｌｅ Ｂｕｆｆｅｒ（５×）（Ｔｈｅｒｍｏ Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ），１０μｌの滅菌水を混合した。この混合液１０μｌをゲル濃度２０％のＴＢＥ－ＰＡＧＥ ｍｉｎｉゲル，１５Ｗｅｌｌ（テフコ株式会社）に加え，１８０Ｖ定電圧を１４０分印可して電気泳動を行った。その後，ＳＹＢＲ Ｇｏｌｄ Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄ Ｇｅｌ Ｓｔａｉｎ（Ｔｈｅｒｍｏ Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ）を用いて核酸染色し，青色トランスイルミネーターを用いてバンドを検出し，デジタルカメラでゲルの撮影を行った。分子量マーカーとしてＴｒａｃｋｌｔ １０ｂｐ ＤＮＡ Ｌａｄｄｅｒ （Ｔｈｅｒｍｏ Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ）を用いた。

【0059】

（１－２）結果
電気泳動の結果を図４に示す。高いペルオキシダーゼ活性を示したＧ４オリゴＤＮＡのうち，配列６－０７は高い分子量の複合体のバンドが観察されたが，他のＧ４オリゴＤＮＡは複合体のバンドは観察されなかった。出発点で用いたＥＡＤ２も複合体のバンドが見られた。このことから，配列６－０７とＥＡＤ２はオリゴマーを形成していることが示された。

【0060】

（２）ＣＤ（Ｃｉｒｃｕｌａｒ Ｄｉｃｈｒｏｉｓｍ：円二色性）スペクトルによる構造解析
（２－１）円二色性スペクトル解析
円二色性スペクトル解析により，Ｇ４オリゴＤＮＡがＧカルテット構造を有するかどうかを判断できる。ＣＤスペクトル測定において２６０ｎｍにおける正のピークと２４０ｎｍにおける負のピークが観察されればパラレル型Ｇ４，２９０ｎｍにおける正のピークと２６０ｎｍにおける負のピークが観察されればアンチパラレル型Ｇ４が形成されていると考えられる。高いペルオキシダーゼ活性増幅係数を持つ，配列７－０２，７－０１，５－０４，７－０８，４－０２，６－０７について円二色性スペクトル解析を行った。

【0061】

Ｇ４オリゴＤＮＡの複合体の調製：６μｌの５０μＭ合成オリゴＤＮＡと１４３μｌの反応溶液を混合し，９５℃で５分間熱処理した後に２５℃まで３０分かけて冷却することでＧ－カルテット構造（以降Ｇ４）を形成させた。その後，１μｌの滅菌水を加え，室温で３０分間インキュベートした。

【0062】

得られたサンプルは，円偏光二色性分光計（Ｊ－７２５型，日本分光）を用いて２２０ｎｍから３２０ｎｍの円偏光二色性分光について測定した。測定条件は，以下のとおりとした：
Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ：データ間隔 ０．２ｎｍ
Ｂａｎｄ ｗｉｄｔｈ：バンド幅 １．０ｎｍ
Ｓｅｎｓｉｖｉｔｙ： Ｓｔａｎｄａｒｄ
Ｒｅｓｐｏｎｓｅ：レスポンス２ｓｅｃ
走査速度 ５０ｎｍ／ｍｉｎ
積算回数 ２０回

【0063】

（２－２）結果
結果を図５に示す。出発物質として用いた，ＥＡＤ２は２９５ｎｍ付近に負のピーク，２６５ｎｍ付近に正のピークが認められた。これはパラレル型Ｇカルテット構造が形成されていることを示すものである。Ｇ３Ａ３については２９５ｎｍ付近に正のピーク，２６５ｎｍ付近に負のピークが認められた。これはアンチパラレル型Ｇカルテット構造が形成されていることを示すものである。一方で，配列７－０２，７－０１，５－０４，７－０８，４－０２，６－０７については，２４０ｎｍ付近に負のピーク，２６５ｎｍ付近と２９０ｎｍ付近に正のピークをしめしがことから，設計の親配列であるＥＡＤ２，Ｇ３Ａ３とは異なり，ハイブリット型Ｇカルテット構造もしくはパラレル型とアンチパラレル型が混在している構造を有していることが示された。設計の親配列であるＥＡＤ２，Ｇ３Ａ３とは異なり，ハイブリット型Ｇカルテット構造もしくはパラレル型とアンチパラレル型が混在している構造を有していることが示された。

【産業上の利用可能性】

【0064】

本発明のＤＮＡは，ヘムと結合して高いペルオキシダーゼ活性を発揮することから，ペルオキシダーゼ活性を利用した各種用途，例えば，標的物質の検出や有害物質の分解などに用いることができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8】

【配列表】

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