PNAとは何ですか?

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目次

PNAとは

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What is PNA?

革新的な原材料

1991年にデンマークのコペンハーゲン大学のNielsen、Egholm、Berg、Buchardt教授によって最初に発明 (人工的に作製)されたDNA類似体であるPNA (Peptide Nucleic Acid)は、核酸の糖-リン酸骨格をN-(2-アミノエチル)グリシンを単位とする骨格に置き換え、メチレンカルボニル結合で塩基を結合させた化合物です。したがって、標的DNA・RNAに対する結合親和性および安定性が大幅に増加。骨格の構造変化にもかかわらず、PNAは、DNAにように標的配列に相補的に結合することができるため、DNAを使用することができる様々な用途に使用することができます。


FEATURES & ADVANTAGES

High binding affinity

PNAは電気的に中性のアミド骨格を有します。PNA鎖とDNA鎖との間には反発はなく、PNAは標的DNAに対してより強い結合親和性を有します。

High binding affinity (図)
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High specificity and sensitivity

PNA/DNA鎖の完全一致と不一致との間の結合親和性の差は、DNA/DNA鎖よりも大きいです。一塩基不一致の配列でも識別するのは簡単です。

High specificity and sensitivity (図)
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Chemical/Biological/thermal stability

PNAは高温下や高pH条件下で極めて安定です。また、PNAバックボーンはDNAやRNAとはまったく異なり、ペプチドバックボーンと似ていますがわずかに異なります。そのため、PNAはヌクレアーゼやプロテアーゼなどの酵素に対して安定しています。

Chemical/Biological/thermal stability (図)
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Independence against salt in hybridization

PNAは、ハイブリダイゼーションにおける高塩濃度に対するその独立性のために安定かつ強力な結合親和性を有します。

Independence against salt in hybridization (図)
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PNA VS DNA

Feature PNA DNA
結合親和性 At Least 1°C Higher Tm per Base
ハイブリダイゼーション 100-5000 Times Faster
ハイブリダイゼーションの塩濃度 Independent Dependent
シングルヌクレオチドミスマッチのΔTm <10°C <15°C
化学的安定性 Stable Unstable in Acidic or Basic condition
生物学的安定性 Enzyme-Resistant Degradable by Nuclease
溶解性 Moderate (but can be improved by simple modification) Good
一般的プローブ長 13-18mer 25-30mer

PANAGENE’s PNA

2001年創立で韓国は大田広域市にあるPANAGENE Inc.は、Btsモノマーを用いた独自のBts PNAモノマー (Bts;ベンゾチアゾール-2-スルホニル基)およびPNAオリゴ合成法を開発し、高品質のPNAオリゴを供給しています。

Bts PNAモノマーのBts基は、モノマーのアミン基 (NH 2)を保護するだけでなく、自己活性化されます。従って、Btsモノマーを用いたオリゴ合成は、活性化前段階または多くのカップリング試薬を必要としません。従来の合成法 (Fmoc PNAモノマーを使用)とは異なり、脱保護プロセス中に生じるトランスアシル化などの副反応が最小限に抑えられ、高純度PNAオリゴの大量生産を低コストで達成することができます。さらに、カップリング反応後に残る過剰のBtsモノマーを回収し再利用することができるので、より経済的です。

Chemical Structure of Bts PNA monomer & oligomerization cycle

Chemical Structure (図)
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[Reference]
Hyunil Lee et al. 2007. Peptide Nucleic Acid Synthesis by Novel Amide Formation. Org. Lett. 9 (17), 3291-3293.

Bts vs. Fmoc

Type Bts monomer Fmoc monomer
Coupling reagent Not necessary HATU
Mass production Easy Difficult
Side reaction <1% Hard to control(5~10%)
Purification Easy Difficult
Yield >80% <40%
Cost of synthesis Low High

Fmoc monomer Fmoc monomer (図)
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