DE19950969A1 - Double-stranded nucleic acid probes and their use - Google Patents

Double-stranded nucleic acid probes and their use

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Abstract

The invention relates to electronically-isolable double-strand nucleic acid probes and use thereof for rapid and easy detection of interactions between double-stranded nucleic acids and factors which interact with them either by mediated or direct means. The invention further relates to the production of said double-strand nucleic acids.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft elektronisch auslesbare Doppelstrang- Nukleinsäure-Derivate und deren Verwendung zum schnellen und einfachen Nachweis von Wechselwirkungen zwischen doppelsträngigen Nukleinsäuren und mit ihnen unmittelbar oder mittelbar interagierenden Faktoren, insbesondere mit Proteinen, Peptiden, einzelsträngigen oder doppelsträngigen Nukleinsäuren oder nukleinsäureschädigenden Substanzen.The present invention relates to electronically readable double-strand Nucleic acid derivatives and their use for quick and easy Detection of interactions between double-stranded nucleic acids and factors interacting directly or indirectly with them, in particular with Proteins, peptides, single-stranded or double-stranded nucleic acids or nucleic acid damaging substances.

Doppelsträngige Nukleinsäuren spielen in der lebenden Zelle und auch in vielen Viren, insbesondere als Träger der Erbanlagen, eine entscheidende Rolle. Dabei unterliegen sie in natürlichen Systemen, wie z. B. einer Zelle vielfältiger innerer und äußerer Einflüsse. Insbesondere Wechselwirkungen zwischen Proteinen und doppelsträngiger DNA sind von großem Interesse, da solche Wechselwirkungen entscheidenden Einfluß auf die Transkription oder Repression einzelner Gene und damit auf den Phänotyp der entsprechenden Organismen haben. Aber auch die Replikation der Erbanlagen bei der Mitose oder Meiose, die Restriktion z. B. viraler Nukleinsäuren oder die Packung und Entpackung eukaryontischer Nukleinsäuren in den Chromosomen sind weitere wichtige Vorgänge in lebenden Zellen, die durch das komplexe Zusammenspiel von Proteinen und Nukleinsäuren gesteuert werden. Darüber hinaus können auch andere chemische Substanzen mit doppelsträngigen Nukleinsäuren in Wechselwirkung treten, stellvertretend sei hier nur die Klasse der karzinogen wirkenden interkalierenden oder nukleinsäureschädigenden Stoffe aufgeführt. Auch Nukleinsäuren selbst, ob einzelsträngig oder doppelsträngig, können mit ihren doppelsträngigen Verwandten, z. B. bei der Rekombination, Insertion oder Transposition, in Wechselwirkung treten. Double-stranded nucleic acids play in the living cell and also in many Viruses, especially as carriers of the hereditary system, play a crucial role. there they are subject to natural systems such as B. a cell more diverse inner and external influences. Interactions between proteins and double-stranded DNA are of great interest because of such interactions decisive influence on the transcription or repression of individual genes and thus have on the phenotype of the corresponding organisms. But also the Replication of the genes in mitosis or meiosis, the restriction z. B. more viral Nucleic acids or the packing and unpacking of eukaryotic nucleic acids in the chromosomes are other important processes in living cells that controlled by the complex interplay of proteins and nucleic acids become. In addition, other chemical substances can also be used double-stranded nucleic acids interact, here is representative only the class of carcinogenic intercalating or substances harmful to nucleic acid. Even nucleic acids themselves, whether single-stranded or double-stranded, can with their double-stranded Relatives, e.g. B. in the recombination, insertion or transposition, in Interaction.  

Bei der Untersuchung solcher Prozesse, egal ob es um die Identifizierung der einzelnen biologisch aktiven Bausteine oder um die Aufklärung der Mechanismen, also dem Zusammenspiel dieser Bausteine, geht, spielt die Kenntnis von Molekül- Molekül-Wechselwirkungen eine zentrale Rolle. Die Entwicklung neuer effizienter Nachweisverfahren für solche Wechselwirkungen stehen folglich im Mittelpunkt des Interesses.When examining such processes, whether it is the identification of the individual biologically active building blocks or to clarify the mechanisms, the interaction of these building blocks, the knowledge of molecular Molecule interactions play a central role. Developing new more efficiently The focus is on detection methods for such interactions of interest.

In Napier, M. E. et al. "Probing Biomolecule Recognition with Electron Transfer: Electrochemical Sensors for DNA Hybridization" Bioconjugate Chem. (1997), 8 (6), 906-913 sind bereits Messanordnungen beschrieben, die es erlauben Hybridisierungsereignisse direkt an Einzelstrang Nukleinsäuren messtechnisch zu erfassen. Diese Nachweismethode basiert darauf, daß Guanosin-gebundene DNA über Rutheniumkomplexe oxidiert wird und sich dieser Vorgang mittels Cyclovoltametrie nachweisen läßt.In Napier, M.E. et al. "Probing Biomolecule Recognition with Electron Transfer: Electrochemical Sensors for DNA Hybridization "Bioconjugate Chem. (1997), 8 (6), 906-913 have already been described measuring arrangements that allow it Hybridization events directly on single strand of nucleic acids to capture. This detection method is based on the fact that guanosine-bound DNA is oxidized via ruthenium complexes and this process is carried out using Cyclovoltametry can be demonstrated.

In den Druckschriften WO 95/15971, WO 96/40712 und DE 199 90 701 A1 werden Verfahren beschrieben, welche die elektrische Leitfähigkeit doppelsträngiger Nukleinsäure-Hybride gegenüber einzelsträngiger Nukleinsäuren ausnutzen. Beide wenden ihr Verfahren an, um ausschließlich Einzelstrang- Nukleinsäuresequenzen nachzuweisen. Dazu werden zum Nachweis des Vorhandenseins einzelsträngiger Nukleinsäure-Zielsequenzen komplementäre einzelsträngige Nukleinsäure-Sonden eingesetzt, die kovalent gebunden wenigstens eine Elektronen-Donor-Einheit und wenigstens eine Elektronen- Akzeptor-Einheit, bevorzugt als Elektrode ausgestaltet, enthalten. Im elektrisch leitfähigen Sonden-Zielsequenz-Hybrid wird thermisch oder über ein strominduzierendes Signal, wie z. B. Licht, ein nachweisbarer Elektronenfluß erzeugt.In the publications WO 95/15971, WO 96/40712 and DE 199 90 701 A1 Described procedures which double the electrical conductivity Use nucleic acid hybrids against single-stranded nucleic acids. Both use their process to only use single-strand Detect nucleic acid sequences. For this purpose, to prove the Existence of single-stranded nucleic acid target sequences complementary Single-stranded nucleic acid probes used that are covalently bound at least one electron donor unit and at least one electron Acceptor unit, preferably configured as an electrode. I'm electric conductive probe-target sequence hybrid is thermal or over a current-inducing signal, such as. B. light, a detectable electron flow generated.

Die geschilderten Methoden sind auf den Nachweis von hybridisierten einzelsträngigen Nukleinsäuren limitiert. Der Nachweis beschränkt sich auf das bloße Vorhandensein einer Zielsequenz im zu untersuchenden Medium und läßt darüber hinaus keine Aussagen über die biologische Aktivität der interagierenden Nukleinsäuren zu.The methods described are based on the detection of hybridized single-stranded nucleic acids limited. The proof is limited to that mere presence of a target sequence in the medium to be examined and leaves  moreover, no statements about the biological activity of the interacting Nucleic acids too.

Sollen Wechselwirkungen doppelsträngiger Nukleinsäuresequenzen untersucht werden, muß auf andere Methoden, z. B. auf gelelektrophoretische Verfahren zurückgegriffen werden.Interactions of double-stranded nucleic acid sequences are to be investigated must be based on other methods, e.g. B. on gel electrophoretic methods be resorted to.

Bei der Gel-Shift-Methode (Fried, M. & Crothers, D. M. "Equilibrium and kinetics of lac repressor-operator interactions by polyacrylamide gel electrophoresis" (1981) Nucleic Acid Res. 9, 6505-6525; Garner, M. M. & Revzin, A. "A gel elecrophoresis method for quantifying the binding of proteins to specific DNA regions: application to components of the Escherichia coli lactose operon regulatory system" (1981) Nucleic Acid Res. 9, 3047-3060) wird ein radioaktives DNA-Fragment mit einem zu untersuchenden Proteinextrakt inkubiert. Enthält das Proteinextrakt ein DNA- Fragment bindendes Protein sind gelelektrophoretisch zwei Banden nachweisbar, eine repräsentiert das freie DNA-Fragment, die zweite, verschobene Bande enthält den DNA-Fragment-Protein-Komplex.In the gel shift method (Fried, M. & Crothers, D. M. "Equilibrium and kinetics of lac repressor-operator interactions by polyacrylamide gel electrophoresis "(1981) Nucleic Acid Res. 9, 6505-6525; Garner, M.M. & Revzin, A. "A gel elecrophoresis method for quantifying the binding of proteins to specific DNA regions: application to components of the Escherichia coli lactose operon regulatory system "(1981) Nucleic Acid Res. 9, 3047-3060) is a radioactive DNA fragment with a incubated protein extract to be examined. Does the protein extract contain a DNA Fragment-binding protein can be detected by two bands by gel electrophoresis, one represents the free DNA fragment, the second, shifted band contains the DNA fragment-protein complex.

Eine weitere in vitro Methode zum Nachweis von DNA-Protein-Bindungen bildet die Footprint-Technik (Watson, J. D. et al. Rekombinierte DNA, 2. Auflage 1993, S. 143-146, Spektrum Akademischer Verlag). Dabei wird eine radioaktiv markierte DNA-Sequenz einem unvollständigen Restriktionsabbau, z. B. mit DNAse I unterworfen. Durch ein gebundenes Protein wird die Sequenz an der entsprechenden Stelle vor dem Abbau geschützt, gegenüber der freien Sequenz fehlen beim elektrophoretischen Fragmentnachweis die entsprechenden Banden.Another in vitro method for the detection of DNA-protein bonds forms the footprint technique (Watson, J.D. et al. Recombined DNA, 2nd edition 1993, Pp. 143-146, Spektrum Akademischer Verlag). In doing so, a radioactively marked DNA sequence an incomplete restriction degradation, e.g. B. with DNAse I subject. The sequence on the appropriate place protected from degradation, against the free sequence The corresponding bands are missing in the electrophoretic fragment detection.

Diese Methoden beinhalten die Präparierung der DNA-Fragmente und der Proteinextrakte, die Markierung der DNA-Fragmente, die Bildung eines Reaktionsansatzes und die gelelektrophoretische Trennung. Die Durchführung dieser unerläßlichen Nachweisschritte ist in der Anwendung sehr arbeitsaufwendig und zeitintensiv. Darüber hinaus kann der Nachweis nicht durchgängig unter nativen Bedingungen durchgeführt werden und eine Verwendung gelelektrophoretisch aufgetrennter Reaktionsgemischbestandteile für weitere Untersuchungen gestattet sich schwierig.These methods include the preparation of the DNA fragments and the Protein extracts, the labeling of DNA fragments, the formation of a Reaction approach and the gel electrophoretic separation. The implementation These indispensable verification steps are very labor-intensive to use and time consuming. In addition, the proof can not be consistently under native conditions are performed and use  gel-electrophoretically separated reaction mixture components for further Investigations are difficult.

Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde zum Nachweis von Interaktionen doppelsträngiger Nukleinsäuren neuartige Sonden zur Verfügung zu stellen sowie Verfahren zum schnellen und einfach durchführbaren Nachweis solcher Interaktionen bereit zu stellen.Proceeding from this, the present invention is based on the object Detection of interactions of double-stranded nucleic acids of novel probes for To provide and procedures for quick and easy to perform Provide evidence of such interactions.

Die Aufgabe wird mit Hilfe neuartiger elektronisch auslesbarer Doppelstrang- Nukleinsäure-Sonden gelöst.The task is accomplished with the help of new, electronically readable double-strand Solved nucleic acid probes.

Die Sonden enthalten zumindest teilweise doppelsträngig vorliegende Nukleinsäuren oder einzelsträngige Nukleinsäuren mit selbsterkennenden Domänen, die an eine leitfähige Oberfläche, bevorzugt an eine Elektrode gebunden sind. Der als Duplex vorliegende Nukleinsäureabschnitt ist mit mindestens einer Elektronen-Donor-Einheit oder alternativ mit mindestens einer Elektronen-Akzeptor-Einheit verknüpft, wobei zumindest ein Teilbereich der zu untersuchenden Nukleinsäureregion zwischen der Elektrode und der Elektronen- Akzeptor-Einheit oder Elektronen-Donor-Einheit liegt. Dieser Teilbereich bildet die Detektionsstelle. Die Bindung der einzelnen Sondenuntereinheiten kann kovalent oder über stabile supramolekulare Wechselwirkungen, wie von der Waals Wechselwirkungen, Dipol-Wechselwirkungen, insbesondere Wasserstoffbrückenbindungen, oder ionische Wechselwirkungen erfolgen.The probes contain at least partially double-stranded ones Nucleic acids or single-stranded nucleic acids with self-recognizing Domains attached to a conductive surface, preferably to an electrode are bound. The nucleic acid section which is present as a duplex is included at least one electron donor unit or alternatively with at least one Electron acceptor unit linked, with at least a portion of the investigating nucleic acid region between the electrode and the electron Acceptor unit or electron donor unit. This section forms the Detection point. The binding of the individual probe subunits can be covalent or via stable supramolecular interactions, such as from the Waals Interactions, dipole interactions, in particular Hydrogen bonds or ionic interactions take place.

Zum Aufbau der Sonde können alle einzelsträngigen oder doppelsträngigen Nukleinsäuren beliebiger Sequenz verwendet werden. Dabei ist es unerheblich ob natürliche, synthetische oder modifizierte Nukleinsäuresequenzen eingesetzt werden. Bei der Anbindung einzelsträngiger Nukleinsäure kann der entsprechende Doppelstrang einfach durch Hybridisierung mit einer komplementären Einzelstrang-Nukleinsäure gebildet werden (z. B. McCarthy, B. J. et al., "Specificity of molecular hybridization reaction" Annu. Rev. Biochem. (1970), 39, 131-150), wobei die Ausbildung eines Doppelstrangs im Falle selbstkomplementären Einzelstrang-Nukleinsäuren durch intramolekulare Rückfaltungen hervorgerufen wird. Bei der Synthese solcher einzelsträngiger Nukleinsäuren werden vorteilhaft zwei Domänen mit komplementären Sequenzen kovalent über eine mindestens ein Nukleotid umfassende Brücke, bevorzugt eine aus 4 bis 6 Nukleotiden bestehende Brücke, insbesondere aus Thymin-Nukleotiden, oder über eine artifizielle, mindestens einatomige Brücke verknüpft. Solche artifiziellen Brücken sind z. B. Disulfid-Brücken (Hetian Gao et al., "Stabilization of double-stranded oligonucleotides using backbone-linked disulfide bridges", Nucleic Acid Research, 1995, Vol. 23, No. 2, 285-292), Stilbendicarboxyamid-Brücken (Lewis, F. D. et al., "Distance-depending electron transfer in DNA Hairpins" Book of abstract 215th ACS National Meeting, Dallas, Bd. 29, S. Physik 255, 1988), Ru-Komplex-Brücken (Lewis, F. D. et al., "Synthesis and spectroscopy of Ru(II)-bridged DNA hairpins", Chem. Commun., Bd. 4, S. 327, 1999), Hexaethylenglycolbrücken (Durand, M. et al., "Circular dichroism Studies of an Oligonucleiotide containing Hairpin Loop made of a Hexaethylen Glycol Chain: Conformation and Stability.", (1990) Nucl. Acids Res. 18, 6353-6359), aromatische Terephthalimid-Brücken (Salunkhe, M. S. et al., (1992), Control of Folding and Binding of Oligonucleotides by Use of a Non- Nucleotide Linker", J. Am. Chem. Soc. 114, 8768-8772), unverzweigte oder verzweigte Diol-Brücken, 3'-Amino-Modifier-CPG (GIenResearch), der bevorzugt auf einem Thiolträger aufgebaut wird, oder verzweigte Phosphoramidit-Brücken. Ein großer Vorteil solcher, selbstkomplementäre Sequenzabschnitte enthaltenden, Nukleinsäuren liegt in der einfachen vollsynthetischen Zugänglichkeit der einzelsträngigen Nukleinsäure und der einfachen Herstellbarkeit der doppelsträngigen Sonde aus einer einzigen molekularen Nukleinsäureuntereinheit. Darüber hinaus hat sich gezeigt, daß bei der Herstellung der Doppelstrang- Nukleinsäure-Sonden die intramolekulare Hybridisierung der einzelsträngigen selbstkomplementäre Sequenzabschnitte enthaltenden Nukleinsäuren von der Nukleinsäurekonzentration unabhängig erfolgt. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist, daß die Herstellung enzymfrei erfolgen kann. Ein weiterer Vorteil ist somit, daß die Doppelstrang-Nukleinsäure-Sonden auch unter denaturierenden Bedingungen präpariert werden können. Eine Hairpin bildende einzelsträngige Sequenz mit freiem 3'OH-Ende kann auch mit Hilfe einer DNA- oder RNA- Polymerase, z. B. einer Klenow- oder Taq-Polymerase, zu der entsprechenden Nukleinsäure-Duplex vervollständigt werden.All single-stranded or double-stranded nucleic acids of any sequence can be used to construct the probe. It is irrelevant whether natural, synthetic or modified nucleic acid sequences are used. When binding single-stranded nucleic acid, the corresponding double strand can be formed simply by hybridization with a complementary single-stranded nucleic acid (e.g. McCarthy, BJ et al., "Specificity of molecular hybridization reaction" Annu. Rev. Biochem. (1970), 39 , 131-150), the formation of a double strand in the case of self-complementary single strand nucleic acids being caused by intramolecular refolding. In the synthesis of such single-stranded nucleic acids, two domains with complementary sequences are advantageously linked covalently via a bridge comprising at least one nucleotide, preferably a bridge consisting of 4 to 6 nucleotides, in particular of thymine nucleotides, or via an artificial, at least one atomic bridge. Such artificial bridges are e.g. B. Disulfide bridges (Hetian Gao et al., "Stabilization of double-stranded oligonucleotides using backbone-linked disulfide bridges", Nucleic Acid Research, 1995, Vol. 23, No. 2, 285-292), stilbene dicarboxyamide bridges ( Lewis, FD et al., "Distance-DEPENDING electron transfer in DNA hairpin" Book of abstract 215 th ACS National meeting, Dallas, vol. 29, p Physics 255, 1988), Ru complex bonds (Lewis, FD et al., "Synthesis and spectroscopy of Ru (II) -bridged DNA hairpins", Chem. Commun., Vol. 4, p. 327, 1999), hexaethylene glycol bridges (Durand, M. et al., "Circular dichroism Studies of an Oligonucleiotide containing Hairpin Loop made of a Hexaethylene Glycol Chain: Conformation and Stability. ", (1990) Nucl. Acids Res. 18, 6353-6359), aromatic terephthalimide bridges (Salunkhe, MS et al., (1992), Control of Folding and Binding of Oligonucleotides by Use of a Non-Nucleotide Linker ", J. Am. Chem. Soc. 114, 8768-8772), unbranched or branched diol bridges, 3'-amino-modifier-CPG (GIe nResearch), which is preferably built on a thiol support, or branched phosphoramidite bridges. A great advantage of such self-complementary sequence sections containing nucleic acids lies in the simple, fully synthetic accessibility of the single-stranded nucleic acid and the simple manufacture of the double-stranded probe from a single molecular nucleic acid subunit. In addition, it has been shown that in the manufacture of the double-stranded nucleic acid probes, the intramolecular hybridization of the single-stranded self-complementary sequence segments containing nucleic acids takes place independently of the nucleic acid concentration. Another advantage of this process is that it can be produced enzyme-free. Another advantage is therefore that the double-stranded nucleic acid probes can also be prepared under denaturing conditions. A hairpin-forming single-stranded sequence with a free 3'OH end can also be obtained using a DNA or RNA polymerase, e.g. B. a Klenow or Taq polymerase, to the corresponding nucleic acid duplex are completed.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Sonden können z. B. natürliche oder synthetische DNAs, cDNAs oder RNAs verwendet werden. Ebenso verwendbar sind deren Hybride und deren modifizierte Derivate. Zu den modifizierten Derivaten gehören insbesondere Nukleinsäuren die am Zucker veränderte Nukleotide, wie 2'O-Methyl-Nukleotide oder 2'O-Allyl-Nukleotide, enthalten. Eine Modifizierung der Phosphat-Gruppe, wie z. B. zum Phosphoramid, Phosphorthioat oder Methylphosphonat, ist ebenfalls möglich. Es können auch Nukleinsäuren verwendet werden die keinen oder einen nicht in natürlichen Nukleinsäuren vorkommenden Zucker enthalten, wie z. B. die Peptidyl-Nukleinsäuren die Pyranosyl-Nukleinsäuren. Neben den am Zucker-Phosphat-Rückgrat veränderten Nukleinsäuren können auch Nukleinsäuren als Sondenbestandteil eingesetzt werden die nicht natürlich vorkommende Nukleotide, wie Xanthin, Hypoxanthin oder Inosin, enthalten.To produce the probes according to the invention, e.g. B. natural or synthetic DNAs, cDNAs or RNAs can be used. Can also be used are their hybrids and their modified derivatives. To the modified Derivatives include in particular nucleic acids that are modified on sugar Contain nucleotides such as 2'O-methyl nucleotides or 2'O-allyl nucleotides. A Modification of the phosphate group, such as. B. phosphoramide, phosphorothioate or methylphosphonate is also possible. It can also contain nucleic acids none or one not used in natural nucleic acids are used occurring sugar, such as. B. the peptidyl nucleic acids Pyranosyl nucleic acids. In addition to those modified on the sugar-phosphate backbone Nucleic acids can also be used as probe components are the non-naturally occurring nucleotides, such as xanthine, hypoxanthine or inosine.

Bevorzugt werden doppelsträngige DNA oder RNA Nukleinsäuresequenzen in die Sonden eingebaut. Von besonderem Interesse sind natürlich vorkommende Proteine oder Peptide bindenden DNA-Sequenzen, insbesondere bei der Genregulation beteiligte DNA-Sequenzen, wie z. B. Operator- oder Promotorsequenzen. Je nach Anwendungsproblem kann der Einsatz von Consensus-Sequenzen bzw. Allel spezifischer oder Organismus spezifischer Sequenzen, zweckmäßig sein kann.Double-stranded DNA or RNA nucleic acid sequences are preferred in the Probes installed. Naturally occurring are of particular interest Proteins or peptides binding DNA sequences, especially in the Gene regulation involved DNA sequences, such as. B. operator or Promoter sequences. Depending on the application problem, the use of Consensus sequences or allele specific or organism specific Sequences, may be appropriate.

Die Länge der Nukleinsäure-Sequenz zwischen der Elektrode und den Elektronen- Donor-Einheiten bzw. Elektronen-Akzeptor-Einheiten liegt vorzugsweise zwischen 2 und 100 Basenpaaren, besonders bevorzugt zwischen 5 und 50 Basenpaaren. Der doppelsträngige Bereich muß bis zum Nukleinsäure-Elektroden Linker reichen, um einen Elektronenfluß zu gewährleisten. Einzelsträngige Bereiche können über die doppelsträngige, zwischen der Elektrode und den Elektronen- Donor-Einheiten bzw. Elektronen-Akzeptor-Einheiten liegenden Detektionsregion hinaus reichen. Die doppelsträngige Detektionsregion kann Einzelstrangbrüche im Zucker-Phosphat-Rückgrat enthalten.The length of the nucleic acid sequence between the electrode and the electron Donor units or electron acceptor units are preferably between 2 and 100 base pairs, particularly preferably between 5 and 50 base pairs. The double-stranded area must linker to the nucleic acid electrodes are sufficient to ensure an electron flow. Single-stranded areas can be via the double-stranded, between the electrode and the electron Donor units or electron acceptor units lying detection region  reach out. The double-stranded detection region can single-strand breaks in the Sugar-phosphate backbone included.

Die Ausbildung eines Doppelstranges kann durch chemische Modifikationen, die zu inter- oder intramolekularen Brückenbindungen führen, wie z. B. Disulfidbrücken, oder andere nicht natürliche Stranguntereinheiten chemisch stabilisiert werden. Eine weitere Möglichkeit der Stabilisierung der Nukleinsäureduplexabschnitte bietet die gezielte Einführung von Thymin- Nukleotiden auf zwei gegenüberliegende Positionen in der Duplex und anschließender strahlungsinduzierte Thymidinbrückenbildung. Analog können auch Azidonukleotide bzw. Psoralen-Derivate zur photoinduzierten Brückenbildung herangezogen werden (Fabrega, C. et al., "Studies on the Synthesis of Oligonucleotides Containing Photoreactive Nucleosides: 2-Azido-2'- Deoxyinosine and 8-Azido-2'-Deoxyadenosine", Biol. Chem., Vol. 379, 527-433, 1998; Pieles, U. et al., Nucleic Acid Research 1989, 17, 285). So kann beispielsweise der Abbau der Nukleinsäure-Duplex durch Exonukleasen verhindert werden. Die Empfindlichkeit der doppelsträngigen Nukleinsäuren gegenüber unerwünschten, verfahrensbedingten Einflüssen wie der Temperatur des zu untersuchenden Mediums wird ebenfalls gesenkt.The formation of a double strand can be achieved through chemical modifications lead to inter- or intramolecular bridge bonds, such as B. Disulfide bridges, or other non-natural strand subunits chemically be stabilized. Another way of stabilizing the Nucleic acid duplex sections offer the targeted introduction of thymine Nucleotides on two opposite positions in the duplex and subsequent radiation-induced thymidine bridge formation. Analog can also azido nucleotides or psoralen derivatives for photoinduced Bridging can be used (Fabrega, C. et al., "Studies on the Synthesis of Oligonucleotides Containing Photoreactive Nucleosides: 2-Azido-2'- Deoxyinosine and 8-Azido-2'-Deoxyadenosine ", Biol. Chem., Vol. 379, 527-433, 1998; Pieles, U. et al., Nucleic Acid Research 1989, 17, 285). So can for example the degradation of the nucleic acid duplex by exonucleases be prevented. The sensitivity of double-stranded nucleic acids against undesirable, process-related influences such as temperature of the medium to be examined is also lowered.

Als Elektronen-Donor-Einheiten oder Elektronen-Akzeptor-Einheiten können alle Moleküle oder Molekülteile wirken, die in der Lage sind aus ihrem Grundzustand oder aus einem angeregten Zustand Elektronen abzugeben bzw. im Grundzustand oder in einem aktivierten Zustand Elektronen aufzunehmen. Die Anregung einer Elektronen-Donor-Einheit kann z. B. durch Lichteinstrahlung oder Ionisierung erfolgen, die Aktivierung eines Elektronenakzeptors kann z. B. durch Ionisierung ebenfalls mittels Licht oder mittels chemischer Ionisation erfolgen. Bewährte Elektronen-Donoren und -Akzeptoren sind z. B. Metallkomplexe oder organische redoxaktive Verbindungen, wie sie in der Patentanmeldung WO 96/40712 beschrieben sind oder natürlich vorkommende oder modifizierte photoinduzierbare redoxaktive Reaktionszentren wie sie z. B. in der Patentanmeldung DE 199 90 701 A1 verwendet werden. All can be used as electron donor units or electron acceptor units Molecules or parts of molecules act that are able from their ground state or to release electrons from an excited state or in Ground state or in an activated state to take up electrons. The Excitation of an electron donor unit can e.g. B. by exposure to light or Ionization take place, the activation of an electron acceptor z. B. by Ionization also takes place by means of light or by means of chemical ionization. Proven electron donors and acceptors are e.g. B. metal complexes or organic redox-active compounds as described in the patent application WO 96/40712 are described or naturally occurring or modified photo-inducible redox-active reaction centers such as z. B. in the Patent application DE 199 90 701 A1 can be used.  

Die kovalent gebundenen Elektronen-Donor-Einheiten oder Elektronen-Akzeptor- Einheiten können in multimolekulare Elektronen-Transfer-Systemen eingebunden sein. Zum einen kann die in der Doppelstrang-Nukleinsäure-Sonde wirkende Elektronen-Donor-Einheit (Elektronen-Akzeptor-Einheiten) über gelöste Elektronenspender wie z. B. Anionen (Kationen) regenerierbar aufgeladen werden, wobei ein geschlossener Stromkreis mit den Doppelstrang-Nukleinsäure-Sonden als Widerstand aufgebaut wird. Zum anderen können, analog zu den natürlich vorkommenden Reaktionszentren, wie z. B. dem Chlorophyll, auch weitere redoxaktive Elektronentransfer-Einheiten mit der kovalent gebundenen Elektronen-Donor- oder -Akzeptor-Einheit assoziiert sein.The covalently bound electron donor units or electron acceptor Units can be integrated into multimolecular electron transfer systems his. Firstly, the one acting in the double-stranded nucleic acid probe Electron donor unit (electron acceptor units) via dissolved Electron donors such as B. anions (cations) can be charged regeneratively, being a closed circuit with the double-stranded nucleic acid probes is built up as a resistance. On the other hand, analogous to that of course occurring reaction centers, such as. B. chlorophyll, also others redox-active electron transfer units with the covalently bound Electron donor or acceptor unit associated.

Bevorzugt sind induzierbare und/oder regenerative Donor- oder Akzeptor- Einheiten. Regenerative Systeme ermöglichen einen kontinuierlichen Elektronenfluß durch die Nukleinsäure Duplex, während bei induzierbaren Systemen der Elektronenfluß durch den Induktor zeitlich kontrollierbar ist. Werden z. B. Chlorophyll, Bakteriochlorophyll oder dessen modifizierte Derivate als Elektronen-Donor-Systeme eingesetzt läßt sich der Elektronenfluß analog zu den natürlichen Photosynthese-Prozessen durch Lichteinstrahlung induzieren. Über geeignete Elektronen spendende gelöste Ionen wie z. B. Fe(CN)4 3- oder Fe(CN)6 4- können die Reaktionszentren wieder regeneriert werden. Die Induktion kann auch direkt über chemische Substanzen erfolgen die Elektronen auf die Elektronen-Donor-Einheiten übertragen oder Elektronen den Elektronen-Akzeptor- Einheiten entziehen.Inducible and / or regenerative donor or acceptor units are preferred. Regenerative systems enable a continuous flow of electrons through the duplex nucleic acid, while in inducible systems the flow of electrons through the inductor can be controlled over time. Are z. B. chlorophyll, bacteriochlorophyll or its modified derivatives used as electron donor systems, the electron flow can be induced analogously to the natural photosynthesis processes by exposure to light. About suitable electron donating dissolved ions such. B. Fe (CN) 4 3- or Fe (CN) 6 4- the reaction centers can be regenerated again. Induction can also take place directly via chemical substances which transfer electrons to the electron donor units or withdraw electrons from the electron acceptor units.

Die Anbindung der Nukleinsäuren an die Elektrode kann z. B. über eine Thiolgruppe (Miller, C. et al. J. Phys. Chem. 95: 877 (1991); Chidsey, C. E. D., Sience, V. 251, S. 919, (1991)) bzw. über Phosphorothioate oder Phosphorodithioate an eine Goldoberfläche erfolgen. Aber auch eine Anbindung über gut leitende Molekül-Linker (z. B. beschrieben von Kayyem et al. in WO 98/20162), die bevorzugt konjugierte Doppelbindungssysteme enthalten und eine höhere Leitfähigkeit als die angebunden Nukleinsäure besitzen, ist möglich. Die Verwendung von Linkem mit konjugierten Doppelbindungssystemen erlaubt eine Elektronenleitung entlang der Linkerstruktur auf die Elektrodenoberfläche. Das ermöglicht eine Passivierung der freibleibenden Elektrodenoberfläche. Die Anbindung der Doppelstrang-Nukleinsäure-Sonden kann an eine unstrukturierte, zusammenhängende Elektrodenoberfläche oder an einer strukturierten, z. B. matrizenförmigen Elektroden-Array-Oberfläche erfolgen. Die Strukturierung erfolgt so, daß die einzelnen Arraypositionen der Elektrode unabhängig voneinander ausgelesen werden können. Den einzelnen Arraypositionen können Nukleinsäure- Sonden mit spezifischen Sequenzen zugewiesen werden oder es kann eine Kompartimentierung des Reaktionsraumes erfolgen. So kann bei der elektronischen Auslesung der Elektrode ein hoher Grad an Parallelisierung erreicht werden.The connection of the nucleic acids to the electrode can, for. B. via a Thiolgruppe (Miller, C. et al. J. Phys. Chem. 95: 877 (1991); Chidsey, C.E.D., Sience, V. 251, p. 919, (1991)) or about phosphorothioates or Phosphorodithioates are done on a gold surface. But also a connection via highly conductive molecule linkers (e.g. described by Kayyem et al. in WO 98/20162), which preferably contain conjugated double bond systems and one higher conductivity than the attached nucleic acid is possible. The Using linkers with conjugated double bond systems allows one  Electron conduction along the linker structure to the electrode surface. The enables passivation of the free electrode surface. The The double-stranded nucleic acid probes can be connected to an unstructured, coherent electrode surface or on a structured, e.g. B. matrix-shaped electrode array surface. The structuring takes place so that the individual array positions of the electrode are independent of each other can be read out. The individual array positions can be nucleic acid Probes with specific sequences can be assigned or there can be one The reaction chamber is compartmentalized. So at electronic reading of the electrode a high degree of parallelization can be achieved.

Es hat sich überraschend gezeigt, daß die erfindungsgemäßen Doppelstrang- Nukleinsäure-Sonden die Möglichkeit bieten mit Nukleinsäure-Doppelsträngen interagierende Faktoren über eine Änderung der Leitfähigkeit zu detektieren. Interagierende Faktoren sind chemische Substanzen oder Strahlungen, die mit einem Nukleinsäuredoppelstrang in Wechselwirkung treten und eine Änderung in der Primär-, Sekundär-, Tertiär- oder Quartärstruktur des Doppelstranges auslösen. Diese strukturellen Änderungen führen zu einer signifikanten Änderung des elektrischen Widerstandes der Duplexstruktur und damit zu einer Änderung des Elektronenflusses entlang der doppelsträngigen Nukleinsäure. Vermutlich haben neben den strukturellen Änderungen der doppelsträngigen Nukleinsäuren durch interagierende Faktoren weitere Effekte wie z. B. die isolierende Wirkung von an Nukleinsäuren gebundenen Proteinen oder Peptiden oder die direkte Teilnahme von interkalierenden Substanzen, wie z. B. aromatischen Molekülen, an der Elektronenleitung durch den Nukleinsäuredoppelstrang ebenfalls einen Einfluß auf den resultierenden Elektronenfluß. In der Regel erfolgt zwischen den Sonden und den interagierenden Substanzen eine Aggregatbildung, wobei die Aggregate über zwischenmolekulare Kräfte oder sogar über kovalente Bindungen stabilisiert werden. It has surprisingly been found that the double-strand Nucleic acid probes offer the possibility with nucleic acid double strands to detect interacting factors via a change in conductivity. Interacting factors are chemical substances or radiation that are associated with a nucleic acid duplex interact and a change in the primary, secondary, tertiary or quaternary structure of the double strand trigger. These structural changes lead to a significant change the electrical resistance of the duplex structure and thus to a change the electron flow along the double-stranded nucleic acid. Probably have in addition to the structural changes of the double-stranded nucleic acids by interacting factors other effects such. B. the insulating effect of proteins or peptides bound to nucleic acids or the direct Participation of intercalating substances, such as B. aromatic molecules electron conduction through the nucleic acid duplex also has an influence on the resulting electron flow. Usually takes place between the probes and the interacting substances form an aggregate, the aggregates stabilized via intermolecular forces or even via covalent bonds become.  

Änderungen in der elektrischen Leitfähigkeit von doppelsträngigen Nukleinsäuren werden z. B. durch die Bindung von Proteinen oder Peptiden, wie Antikörpern, Polymerasen, Transkriptionsfaktoren, Enhancern oder Repressoren, deren Aktivität wiederum durch mittelbar wirkende Substanzen wie z. B. über Induktoren oder modifizierend wirkende Enzyme, moduliert werden kann, hervorgerufen. Organische Moleküle wie einige Hormone können ebenfalls direkt oder in Verbindung mit Proteinen oder Peptiden, wie z. B. Hormonrezeptoren, mit doppelsträngigen Nukleinsäuren interagieren. Einzelsträngige Nukleinsäure kann ebenfalls z. B. unter Triplexbildung mit doppelsträngigen Nukleinsäuren interagieren. Aber auch salzhaltige Lösungen, Mimetika oder in die Nukleinsäure- Duplex interkalierende Substanzen, darunter Cytostatika wie die Anthracycline rufen meßbare Änderungen in der Struktur des Doppelstranges hervor.Changes in the electrical conductivity of double-stranded nucleic acids z. B. by binding proteins or peptides, such as antibodies, Polymerases, transcription factors, enhancers or repressors, their Activity in turn through indirectly acting substances such as. B. via inductors or modifying enzymes that can be modulated. Organic molecules such as some hormones can also be used directly or in Connection with proteins or peptides, such as. B. hormone receptors with double-stranded nucleic acids interact. Single-stranded nucleic acid can also z. B. with triplex formation with double-stranded nucleic acids to interact. But also saline solutions, mimetics or in the nucleic acid Duplex intercalating substances, including cytostatics such as the anthracyclines cause measurable changes in the structure of the double strand.

Die bisher beschriebenen Effekte lassen die kovalenten Bindungen im Doppelstrang intakt. Andere Proteine oder Nukleinsäure schädigenden Substanzen greifen direkt die Primärstruktur der Nukleinsäuren an.The effects described so far leave the covalent bonds in the Double strand intact. Other proteins or nucleic acids damaging Substances directly attack the primary structure of the nucleic acids.

Endonukleasen spalten Nukleinsäuren, Exonukleasen bauen Nukleinsäuren von einem freien Strangende her ab, Ligasen knüpfen kovalente Bindungen zwischen endständigen Nukleotiden, während Topoisomerasen Einzelstrangbrüche und -verknüpfungen hervorrufen. Aber auch Mimetika, Nukleinsäure schädigende Substanzen und Cytostatika, die z. B. auf Nukleinsäuren alkylierend oder quervernetzend wirken, wie Platin-Komplexe, z. B. Cisplatin, Methansulfonate, z. B. Busulfan, oder n-Nitroso-Verbindungen, z. B. Carmustin können deren kovalente Bindungen angreifen und/oder neue kovalente Bindungen knüpfen.Endonucleases cleave nucleic acids, exonucleases build nucleic acids from a free strand end, ligases form covalent bonds between terminal nucleotides, while topoisomerases and single strand breaks - create links. But also mimetics, nucleic acid damaging Substances and cytostatics, e.g. B. alkylating on nucleic acids or cross-linking act like platinum complexes, e.g. B. cisplatin, methanesulfonates, e.g. B. Busulfan, or n-nitroso compounds, e.g. B. Carmustine can attack covalent bonds and / or form new covalent bonds.

Radioaktive und elektromagnetische Strahlung, wie z. B. α-, β-, γ- oder UV- Strahlung, kann ebenfalls zu solchen strukturellen Änderungen und damit zu einer meßbaren Änderung des Elektronenflusses innerhalb der doppelsträngigen Nukleinsäure führen.Radioactive and electromagnetic radiation, such as. B. α-, β-, γ- or UV- Radiation can also lead to such structural changes and thus to a measurable change in electron flow within the double-stranded Lead nucleic acid.

Die Verwendung der erfindungsgemäßen doppelsträngigen Nukleinsäurederivate als Sonden bietet vielfältige Vorteile. Alle Wechselwirkungen denen eine Doppelstrang-Nukleinsäure-Sonde ausgesetzt ist und die einen Effekt auf die elektrische Leitfähigkeit haben können. Die Messung kann coulombmetrisch, impedometrisch, bevorzugt frequenzabhängig resistiv oder kapazitiv, voltametrisch, potentiometrisch oder ampereometrisch erfolgen. Der störende Effekt von an der Elektrode unmittelbar entladenen Ionen aus der Reaktionslösung ist überraschender Weise sehr gering. Um die Meßempfindlichkeit weiter zu steigern kann der Elektronenfluß durch die doppelsträngige Nukleinsäure-Sonde frequenzmoduliert werden. Die Modulation kann bei Verwendung von photoinduzierbaren Elektronen-Donor-Einheiten über Lichtblitze erfolgen. Über die Anzahl der aufgebrachten Sonden oder über die Verlängerung der Meßdauer können auch sehr geringe Leitfähigkeitsänderungen detektiert werden. Bevorzugt wird die Anzahl der Sonden so gewählt, daß die durch die Interaktion zwischen der doppelsträngigen Nukleinsäure und der mit ihr wechselwirkenden Faktoren resultierende Stromänderung mindestens im nA- Bereich liegt.The use of the double-stranded nucleic acid derivatives according to the invention as probes offers many advantages. All interactions with one  Double stranded nucleic acid probe is exposed and which has an effect on that can have electrical conductivity. The measurement can be coulombmetric, impedometric, preferably frequency-dependent resistive or capacitive, voltametric, potentiometric or ampereometric. The disruptive effect of ions directly discharged from the electrode Reaction solution is surprisingly very low. To the The electron flow through the sensor can further increase the sensitivity double-stranded nucleic acid probe can be frequency-modulated. The modulation can over using photo-inducible electron donor units Flashes of light occur. About the number of probes applied or about the Extending the measuring time can also result in very small changes in conductivity can be detected. The number of probes is preferably selected so that the through the interaction between and with the double-stranded nucleic acid resulting current change at least in the nA- Area.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Sonden liegt in der hohen Kompatibilität mit den unterschiedlichsten Reaktionsmedien. Insbesondere die Verwendung von Rohextrakten als Reaktionsmedium oder die Verwendung von Reaktionsmedien mit einer den natürlichen Bedingungen entsprechenden Salzkonzentration sind von Interesse. Weiterhin kann die Kinetik von Doppelstrang-Nukleinsäure Wechselwirkungen untersucht und Gleichgewichtskonstanten von doppelsträngigen Nukleinsäuren mit interagierenden Substanzen bestimmt werden. Das bietet die Möglichkeit Antagonisten und allosterische Wechselwirkungen mit anderen Faktoren aufzufinden und deren Aktivität zu bestimmen. Es können dabei Untersuchungen als Mehrschritt-Reaktion durchgeführt werden, bei denen einzelne Faktoren während des Meßvorganges nacheinander zu der Reaktionslösung pipetiert werden.Another advantage of the present probes is their high compatibility with a wide variety of reaction media. In particular, the use of Raw extracts as the reaction medium or the use of reaction media with a salt concentration that corresponds to the natural conditions of interest. Furthermore, the kinetics of double-stranded nucleic acid Interactions examined and equilibrium constants of double-stranded nucleic acids with interacting substances determined become. This offers the possibility of antagonists and allosteric Find interactions with other factors and their activity too determine. It can be used as a multi-step reaction be carried out in which individual factors during the measurement process are pipetted successively to the reaction solution.

Weitere Erfindungsgegenstände sind Verfahren zur Detektion von Wechselwirkungen zwischen doppelsträngigen Nukleinsäuren und mit ihnen interagierenden Faktoren und die Verwendung der erfindungsgemäßen Doppelstrang-Nukleinsäure-Sonden dafür.Other objects of the invention are methods for the detection of Interactions between and with double-stranded nucleic acids  interacting factors and the use of the invention Double-stranded nucleic acid probes therefor.

Besonders geeignet sind die erfindungsgemäßen Sonden für die Untersuchung der Genregulation, insbesondere der Transkription oder Repression von Genen. Bei der Genregulation spielen eine Vielzahl von Substanzen die unmittelbar mit der doppelsträngigen DNA interagieren, wie RNA-Polymerasen, Transkriptions­ faktoren, Repressoren oder Enhancer oder die nur mittelbare Wirkung entfalten, wie z. B. Induktoren, Enzyme, wie Phosphorylasen, second messenger, wie cAMP oder cGMP, Rezeptoren und deren Bindungspartner, wie Hormone eine wichtige Rolle. Die Signalketten, die zu einer Transkription oder Repression einzelner Gene führen können dabei äußerst komplex sein. Die erfindungsgemäßen Sonden können bei der Aufklärung des Zusammenspiels der einzelnen Faktoren wichtige Erkenntnisse liefern.The probes according to the invention are particularly suitable for the investigation gene regulation, in particular the transcription or repression of genes. A large number of substances play a direct role in gene regulation the double-stranded DNA interact, such as RNA polymerases, transcription factors, repressors or enhancers or which only have an indirect effect, such as B. inducers, enzymes such as phosphorylases, second messenger, such as cAMP or cGMP, receptors and their binding partners, such as hormones an important one Role. The signal chains that lead to transcription or repression of individual genes leadership can be extremely complex. The probes according to the invention can be important in clarifying the interplay of the individual factors Deliver insights.

Dazu werden z. B. bekannte regulatorische DNA-Sequenzen eines Gens in die Sonden eingebaut. Die Sonden sind auf einer Elektrodenoberfläche aufgebracht, so daß die Summe der Änderung der elektrischen Leitfähigkeit der Doppelstrang- DNA-Sonden gemessen wird. Im freien, nicht assoziierten Zustand wird der Referenzelektronenfluß durch die Sonden in Gegenwart einer Referenzlösung ermittelt. Alternativ kann der Referenzwert auch über eine elektrochemische Standardzelle/Elektrode bestimmt werden. Die Referenzlösung enthält idealerweise alle Komponenten der Reaktionslösung außer den zu testenden Faktoren. Durch das sukzessive Zusetzen der einzelnen zu testenden Substanzen wird der Referenzelektronenfluß moduliert. Die Änderung des Elektronenflusses gibt Auskunft über eine erfolgte Wechselwirkung zwischen der Testsubstanz und der Sondensequenz, die Stärke der Änderung des Elektronenflusses gibt Auskunft über die Stärke der Wechselwirkung und über die Gleichgewichtskonstante der Bindungsreaktion. So werden alle unmittelbaren Wechselwirkungen der DNA mit den direkt interagierenden Substanzen, wie Polymerasen, Transkriptionsfaktoren oder Repressoren gemessen. Eine Identifikation direkt mit der DNA-Duplex interagierender Substanzen ist damit möglich. Insbesondere das schnelle Auffinden von Transkriptionsfaktoren mit gewebespezifischer Aktivität ist über die Verwendung von Sonden die bekannte gewebespezifische Promotorsequenzen enthalten möglich.For this, z. B. known regulatory DNA sequences of a gene in the Probes installed. The probes are applied to an electrode surface, so the sum of the change in electrical conductivity of the double strand DNA probes is measured. In the free, unassociated state, the Reference electron flow through the probes in the presence of a reference solution determined. Alternatively, the reference value can also be electrochemical Standard cell / electrode can be determined. The reference solution contains ideally all components of the reaction solution except those to be tested Factors. By gradually adding the individual substances to be tested the reference electron flow is modulated. The change in electron flow provides information about the interaction between the test substance and the probe sequence, the strength of the change in the electron flow provides information about the strength of the interaction and the equilibrium constant of the Binding reaction. So all direct interactions of the DNA are with the directly interacting substances, such as polymerases, transcription factors or repressors measured. An identification directly with the DNA duplex interacting substances is possible. Especially the quick one  Locating transcription factors with tissue-specific activity is via the Use of probes the known tissue-specific promoter sequences included possible.

Der Effekt von weiteren, die Aktivität dieser Substanzen beeinflussenden, also mittelbar wirkenden Faktoren, kann über die Änderung der Gleichgewichts­ konstanten von RNA-Polymerasen, Transkriptionsfaktoren oder Repressoren indirekt ermittelt werden. Dazu können entweder unterschiedliche Faktoren enthaltende Reaktionslösungen getestet werden oder die indirekt wirkenden Faktoren werden zu der Reaktionslösung sukzessive eingebracht. Dadurch können auch Wechselwirkungen zwischen einzelnen Substanzen innerhalb der regulatorisch wirkenden Signalketten ermittelt werden.The effect of others that influence the activity of these substances indirect factors, can change the equilibrium constants of RNA polymerases, transcription factors or repressors can be determined indirectly. This can be done by either different factors containing reaction solutions are tested or the indirectly acting Factors are gradually introduced into the reaction solution. Thereby can also interactions between individual substances within the regulatory signal chains can be determined.

Wird beispielsweise zu einem Operator-Repressor Komplex ein auf den Repressor wirkender starker Induktor zur Reaktionslösung zugesetzt, geht die Gleichgewichtskonstante gegen Null und der gemessene Elektronenfluß gleicht sich dem Referenzelektronenfluß an.For example, if an operator-repressor complex becomes a repressor added strong inductor to the reaction solution, goes Equilibrium constant towards zero and the measured electron flow equals the reference electron flow.

Ein Beispiel für einen solchen Induktionsmechanismus bietet das Lactose-Operon aus Escherichle coli. Die Wirkung des lac-Repressor wird durch die Anwesenheit von Lactose aufgehoben, der Repressor verliert seine Affinität zur Operatorsequenz und der Elektronenfluß gleicht sich dem Referenzwert an. Wird zur Reaktionslösung β-Galactosidase, ein Lactose abbauendes Enzym gegeben, wird der lac-Repressor reaktiviert.An example of such an induction mechanism is the lactose operon from Escherichle coli. The effect of the lac repressor is due to the presence canceled by lactose, the repressor loses its affinity for Operator sequence and the electron flow adjust to the reference value. Becomes added β-galactosidase, a lactose-degrading enzyme, to the reaction solution, the lac repressor is reactivated.

Ein weiteres Beispiel bildet der lexA-Repressor in E. coli, der zahlreiche Gene reguliert, die an der DNA-Reperatur beteiligt sind. Durch Einzelstrang-DNA gebundene recA-Proteine wird lexA proteolytisch gespalten und damit vom zugehörigen Operator abgelöst. Der Elektronenfluß innerhalb der Doppelstrang- DNA-Sonde gleicht sich folglich dem Referenzwert wieder an. Another example is the lexA repressor in E. coli, which contains numerous genes regulated that are involved in DNA repair. Through single-stranded DNA bound recA proteins are proteolytically cleaved by lexA and thus by associated operator replaced. The flow of electrons within the double strand As a result, the DNA probe converges to the reference value.  

Bei gegebener Induktorkonzentration ist der Grad der Angleichung des Elektronenflusses an den Referenzelektronenfluß ein Maß für die Stärke der induktiven Wirkung. Durch die Variation der Induktorkonzentration können demgegenüber konzentrationsabhängige Effekte des Induktors auf den Repressor oder eine lineare Abhängigkeit der Induktion von der Induktorkonzentration, ermittelt werden.For a given inductor concentration, the degree of approximation of the Electron flow to the reference electron flow is a measure of the strength of the inductive effect. By varying the inductor concentration in contrast, concentration-dependent effects of the inductor on the repressor or a linear dependence of the induction on the inductor concentration, be determined.

Ist im Reaktionsansatz der Repressor inaktiv bleibt der Elektronenfluß auf dem Referenzwert. Durch Zusatz von weiteren Substanzen kann deren repressions­ aktivierende Wirkung auf den Repressor getestet werden. Ein solcher Regulationsmechanismus liegt z. B. im Tryptophan-Operon von E. coli vor. Der trp-Repressor wird durch die Gegenwart von Tryptophan aktiviert und der Repressor-Tryptophan-Komplex bindet an die zugehörige Operatorsequenz. Eine Abweichung des Elektronenflusses innerhalb der Doppelstrang-DNA-Sonden vom Referenzwert ist feststellbar.If the repressor is inactive in the reaction mixture, the electron flow remains on the Reference value. By adding other substances, their repressions activating effect on the repressor can be tested. Such a Regulatory mechanism lies e.g. B. in the tryptophan operon of E. coli. The trp repressor is activated by the presence of tryptophan and the Repressor-tryptophan complex binds to the associated operator sequence. A Deviation of the electron flow within the double-stranded DNA probes from The reference value can be determined.

Analog besteht die Möglichkeit die Gleichgewichtskonstante der Bindung von RNA-Polymerasen oder Transkriptionsfaktoren an DNA-Promotoren und die Wirkung von deren Cofaktoren und deren Modifikationen zu bestimmen. Dazu können Sonden verwendet werden die eine Promotorsequenz beinhalten. Es kann dann ein Referenzwert bestimmt werden der durch die Zugabe von einzelnen Faktoren moduliert wird. Eine Änderung des Referenzwertes zeigt eine Wechselwirkung der zugesetzten Substanz an. Darüber kann dann die Identifikation der im Promotorbereich bindenden RNA-Polymerasen und Transkriptionsfaktoren erfolgen.The equilibrium constant of binding of RNA polymerases or transcription factors on DNA promoters and the To determine the effect of their cofactors and their modifications. To probes can be used which contain a promoter sequence. It can then a reference value can be determined by adding individual Factors is modulated. A change in the reference value shows one Interaction of the added substance. Then the Identification of the RNA polymerases binding in the promoter area and Transcription factors occur.

Verwendet man z. B. den SV 40 Promotor zur Herstellung der Doppelstrang- Nukleinsäure-Sonden kann die Bindung des spezifisch an diesen Promotor bindenden Transkriptionsfaktors Sp1 ermittelt werden.If you use e.g. B. the SV 40 promoter for producing the double-stranded Nucleic acid probes can bind specifically to this promoter binding transcription factor Sp1 can be determined.

Durch Zusatz weiterer Protein- oder Peptid-Cofaktoren, second messenger oder modifizierend wirkender Enzyme, wie z. B. Phosphorylasen, oder die Transkription beeinflussender Moleküle, wie einige Antibiotika, kann dann deren aktivierender oder inhibierender Einfluß auf die Transkriptionsfaktor-DNA-Bindung gemessen werden.By adding further protein or peptide cofactors, second messenger or modifying enzymes, such as. B. phosphorylases, or transcription  Influencing molecules, like some antibiotics, can then activate them or inhibitory influence on the transcription factor-DNA binding measured become.

Im Falle des Transkriptionsfaktors Sp1 wird z. B. dessen Bindung an den SV 40 Promotor durch das Antibiotikum Actinomycin D inhibiert.In the case of the transcription factor Sp1 z. B. its binding to the SV 40 Promoter inhibited by the antibiotic actinomycin D.

Ein weiteres Beispiel bildet der Transkriptionsfaktor p53, das Genprodukt eines Tumorsuppressorgens. p53 kann durch die Zugabe einer Phosphorylase, unter Anwesenheit eines geeigneten Phosphat-Spenders, wie z. B. ATP, phosphoryliert und damit aktiviert werden. Der Elektronenfluß ändert sich durch die Bindung des phosphorylierten p53 an die Sondensequenz stetig, bis zu einem konzentrations­ abhängigen Sättigungswert. Aus der Steigung der Elektronenfluß-Zeit-Kurve können dann, neben dem reinen Wechselwirkungszusammenhang, Informationen über die Reaktionsgeschwindigkeit erhalten werden. Je größer die Steigung der Kurve ist desto höher ist die Reaktionsgeschwindigkeit, im Beispielsfall der Phosphorylierungsreaktion.Another example is the transcription factor p53, the gene product of one Tumor suppressing morning. p53 can be added by adding a phosphorylase Presence of a suitable phosphate donor, e.g. B. ATP, phosphorylated and thus be activated. The electron flow changes due to the binding of the phosphorylated p53 to the probe sequence steadily until a concentration dependent saturation value. From the slope of the electron flow-time curve can then, in addition to the pure interaction, information can be obtained via the reaction rate. The greater the slope of the The curve is the higher the reaction speed, in the example the Phosphorylation reaction.

Falls die DNA-Sequenz der Sonden den Operator und den Promotor umfassen, können auch kompetitive Effekte zwischen RNA-Polymerasen, promotorbindenden Transkriptionsfaktoren und Repressoren gemessen werden. Verdrängt z. B. ein Repressor einen bereits gebundenen Transkriptionsfaktor ändert sich der Elektronenfluß entsprechend. Die gemessenen Elektronenflüsse liegen zwischen den Werten für die nur eine RNA-Polymerase und/oder den Transkriptionsfaktor und nur den Repressor enthaltenden Reaktionslösungen. So kann z. B. der unmittelbare Einfluß des lac-, trp- oder lexA-Repressors auf die RNA-Polymerasen-Bindung an den Promotor untersucht werden.If the DNA sequence of the probes includes the operator and the promoter, can also have competitive effects between RNA polymerases, promoter binding transcription factors and repressors can be measured. Ousted z. B. a repressor an already bound transcription factor the electron flow changes accordingly. The measured electron flows are between the values for only one RNA polymerase and / or the Transcription factor and reaction solutions containing only the repressor. So can e.g. B. the direct influence of the lac, trp or lexA repressor on the RNA polymerase binding to the promoter will be examined.

Ein besonderer Vorteil des hier beschriebenen Verfahrens ist die Möglichkeit zur Untersuchung von allelspezifischen Wechselwirkungen zwischen regulatorisch aktiven Substanzen und den zugehörigen DNA-Regulationssequenzen. So kann die unterschiedliche Aktivität von DNA-Sequenzen und DNA bindenden Proteinen oder Peptiden des Wildtyps und mutierten DNA-Sequenzen, Proteinen oder Peptiden in getrennten Ansätzen unabhängig von phänotypisch erkennbaren Veränderungen untersucht werden. Insbesondere die Untersuchung von rezessiv ausgeprägten Merkmalen wird möglich.A particular advantage of the method described here is the possibility of Investigation of allele-specific interactions between regulatory active substances and the associated DNA regulatory sequences. So can the different activity of DNA sequences and DNA binding proteins  or wild type peptides and mutant DNA sequences, proteins or Peptides in separate batches regardless of phenotypically recognizable Changes are examined. In particular, the study of recessive distinctive features become possible.

Darüber hinaus können Genproduktmischungen unterschiedlicher Allele eines Gens die unmittelbar oder mittelbar mit doppelsträngige DNA wechselwirken untersucht werden. Bindet z. B. ein Wildtyp-Transkriptionsfaktor an einen Promotor und dessen Mutante nicht ergibt ein Extrakt eines Transkriptionsfaktor aus einem homozygoten Wildtyp-Organismus die größte Elektronenflußänderung durch die Doppelstrang-Nukleinsäure-Sonde, ein Transkriptionsfaktorextrakt aus einem homozygot Mutanten-Organismus ergibt keine Änderung der Leitfähigkeit der Sonde. Heterozygte Organismen bezüglich des Transkriptionsfaktors ergeben eine Elektronenfluß durch die Doppelstrang-Nukleinsäure-Sonde die zwischen den beiden Extrakten aus den homozygoten Organismen liegt, in diesem Fall müssen Extrakte mit bestimmter Konzentration eingesetzt werden.In addition, gene product mixtures of different alleles can be one Gens that interact directly or indirectly with double-stranded DNA to be examined. Binds e.g. B. a wild-type transcription factor to one Promoter and its mutant not result in an extract of a transcription factor the largest electron flow change from a homozygous wild-type organism by the double-stranded nucleic acid probe, a transcription factor extract a homozygous mutant organism does not change the conductivity the probe. Heterozygous organisms result in the transcription factor an electron flow through the double-stranded nucleic acid probe between the both extracts from the homozygous organisms, in this case must Extracts with a certain concentration can be used.

Das Verfahren ist nicht auf die Identifikation von Substanzen, die an der Genregulation teilhaben beschränkt, so können z. B. auch Histone, Helicasen, Topoisomerasen oder Ligasen an doppelsträngige DNA binden. Während Helicasen und Topoisomerasen den Elektronenfluß durch die Sonden in der Regel mindern kann, wenn Doppelstrang-Nukleinsäure-Sonden eingesetzt werden, die ein oder mehrere Bindungsbrüche im Zucker-Phosphat-Rückgrat enthalten, die ligiert werden, auch zu einer Elektronenflußerhöhung führen.The procedure is not based on the identification of substances involved in the Participate in restricted gene regulation, so z. B. also histones, helicases, Bind topoisomerases or ligases to double-stranded DNA. While Helicases and topoisomerases usually block the flow of electrons through the probes can reduce if double-stranded nucleic acid probes are used, the contain one or more bond breaks in the sugar-phosphate backbone that ligated, also lead to an increase in electron flow.

Der Verlust der Leitfähigkeit wird bei Nukleasen beobachtet, die Doppelstrang­ strukturen erkennen, abbauen. Der Elektronenfluß durch die Sonden fällt stetig und geht, bei genügend langer Reaktionsdauer gegen null. Durch Zugabe von Nukleasen blockierenden Stoffen ist ein solcher Effekt nicht zu beobachten.The loss of conductivity is observed in nucleases, the double strand recognize structures, break them down. The flow of electrons through the probes drops steadily and goes to zero if the reaction time is long enough. By adding Such an effect is not observed for substances blocking nucleases.

Mit Hilfe gebundener RNA-DNA-Hybrid-Sonden besteht die Möglichkeit z. B. RNAsen zu untersuchen, die RNA-Teile innerhalb eines Doppelstranges erkennt und abbaut. Der Verlust der RNA-Bausteine generiert einen verbleibenden Einzelstrang, der nun durch den Verlust der Leitfähigkeit nachweisbar ist. Dazu muß nicht die gesamte RNA abgebaut werden, schon der Verlust von ein bis zwei Ribonukleotiden zwischen den Elektronen-Donor-Einheiten bzw. Elektronen- Akzeptor-Einheiten und der Elektrode hat ein drastisches absinken der Leitfähigkeit im Doppelstrang zur Folge. Analog können mit DNA-Doppelstrang Sonden DNAsen nachgewiesen werden.With the help of bound RNA-DNA hybrid probes, there is the possibility, for. B. To investigate RNAsen that recognizes RNA parts within a double strand  and breaks down. The loss of the RNA building blocks generates a remaining one Single strand, which is now detectable due to the loss of conductivity. To the entire RNA does not have to be broken down, even the loss of one or two Ribonucleotides between the electron donor units or electron Acceptor units and the electrode has a drastic drop in the Conductivity in the double strand results. Analogous can with DNA double strand Probes DNAsen are detected.

Den signifikantesten Effekt auf die Leitfähigkeit von Doppelstrang-Nukleinsäure- Sonden haben Restriktionsenzyme, wie z. B. Hind II das einen glatten Doppelstrangbruch katalysiert oder EcoR I oder PST I das einen versetzten Doppelstrangbruch erzeugt, sofern eine geeignete Restriktionsstelle in der Doppelstrangsequenz vorhanden ist. Durch das Zertrennen beider Nukleinsäurestränge zwischen den Elektronen-Donor-Einheiten bzw. Elektronen- Akzeptor-Einheiten und der Elektrode kommt der Elektronenfluß durch den Doppelstrang vollständig zum erliegen.The most significant effect on the conductivity of double-stranded nucleic acid Probes have restriction enzymes such as e.g. B. Hind II a smooth Double strand break catalyzes or EcoR I or PST I move the one Double strand break generated, provided a suitable restriction site in the Double strand sequence is present. By separating the two Nucleic acid strands between the electron donor units or electron Acceptor units and the electrode, the electron flow comes through the The double strand completely stops.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Doppelstrang-Nukleinsäure-Sonden können auch die Bindungssequenzen einzelner Nukleinsäure bindender Substanzen ermittelt werden. Dazu nutzt man vorteilhafter Weise Elektroden-Arrays, bei denen jedes Feld mit einer Gruppe von Doppelstrang-Nukleinsäuren genau definierter Sequenz verbunden sind. Im Idealfall sind alle möglichen 4n Sequenzen, wobei n die Anzahl der Basenpaare ist, auf der Elektrode in 4n getrennt elektronisch auslesbaren Feldern aufgebracht sind. (Elektroden mit Werten von n = 8 sind inzwischen problemlos herstellbar, die technische Entwicklung ist bezüglich der Integrationsdichte aber noch nicht abgeschlossen.) Doppelsträngige Nukleinsäuren bindende Faktoren modulieren die Leitfähigkeit der Arraypositionen, die eine Sequenz enthalten, die von dem Faktor erkannt wird. Über die entsprechenden Arrayposition ist die zugehörige erkannte Sequenz bestimmt. Mit Hilfe der gewonnenen Sequenzen können Sonden hergestellt werden mit denen wiederum über herkömmlichen Hybridisierungsmethoden die zugehörigen Gene identifiziert werden können. The binding sequences of individual nucleic acid-binding substances can also be determined with the aid of the double-stranded nucleic acid probes according to the invention. Electrode arrays are advantageously used for this purpose, in which each field is connected to a group of double-stranded nucleic acids of a precisely defined sequence. In the ideal case, all possible 4 n sequences, where n is the number of base pairs, are applied to the electrode in 4 n separately electronically readable fields. (Electrodes with values of n = 8 can now be manufactured without any problems, but the technical development with regard to the integration density has not yet been completed.) Double-stranded nucleic acid-binding factors modulate the conductivity of the array positions, which contain a sequence that is recognized by the factor. The associated recognized sequence is determined via the corresponding array position. With the help of the sequences obtained, probes can be produced which in turn can be used to identify the associated genes using conventional hybridization methods.

Mit dieser Methode können aber auch durch ortsspezifische Mutagenese hergestellte modifizierte Nukleinsäuresequenzen oder Transkriptionsfaktoren bewertet werden. Eine starke Nukleinsäure-Transkriptionsfaktor/RNA-Polymerase- Bindung ist ein Indiz für einen hoch aktiven transkriptionsfördernden Komplex. Die Selektion von hoch aktiven Promotorsequenzen und den zugehörigen hoch aktiven Transkriptionsfaktoren ist somit möglich. Solche Promotor/Transkriptions­ faktor-Komplexe können zur Konstruktion neuartiger Expressionsvektoren verwendet werden.This method can also be used for site-specific mutagenesis produced modified nucleic acid sequences or transcription factors be rated. A strong nucleic acid transcription factor / RNA polymerase Binding is an indication of a highly active transcription-promoting complex. The Selection of highly active promoter sequences and the associated high active transcription factors is possible. Such promoter / transcription factor complexes can be used to construct novel expression vectors be used.

Es können auch Extrakte von regulatorisch wirkenden DNA-Fragmenten nicht genau spezifizierter Sequenzen eines bestimmten Gens in die doppelsträngigen Nukleinsäure-Sonden eingebaut werden. Mit bekannten an diese Sequenzen bindende Faktoren bestimmter Konzentration kann dann festgestellt werden, ob homozygot bindende Sequenzen, homozygot nicht bindende Sequenzen oder heterozygote Sequenzmischungen in den Sonden vorliegen.Extracts of regulatory DNA fragments cannot precisely specified sequences of a certain gene into the double-stranded Nucleic acid probes can be installed. With known to these sequences binding factors of certain concentration can then be determined whether homozygous binding sequences, homozygous non-binding sequences or heterozygous sequence mixtures are present in the probes.

Alternativ kann ein Nukleinsäurefragment-Extrakt direkt zu einem Doppelstrang- Nukleinsäure-Sonden/sondenbindendes Protein zugesetzt werden. Gemessen wird dann die kompetitive Wirkung des Nukleinsäurefragment-Extraktes auf das Meßsystem.Alternatively, a nucleic acid fragment extract can be made directly into a double-stranded Nucleic acid probes / probe binding protein can be added. Measured the competitive effect of the nucleic acid fragment extract on the Measuring system.

Neben den bisher erwähnten doppelsträngige Nukleinsäure erkennenden Substanzklassen können auch einzel- oder doppelsträngige Nukleinsäuren mit den Sonden-Sequenzen interagieren.In addition to the previously mentioned double-stranded nucleic acid Substance classes can also use single- or double-stranded nucleic acids interact with the probe sequences.

Die zumindest teilweise Trennung des Nukleinsäure Doppelstranges der Sonde aufgrund der Hybridisierung der als Bindungspartner konkurrierenden einzelsträngigen Nukleinsäuren mit einer komplementären Sondensequenz führt zu Triplexstrukturen oder zu einer Auflösung der Sonden-Duplex durch Umhybridisierung. Die Leitfähigkeit der Sonde wird damit unterbrochen bzw. geändern. Mit dieser Methode können folglich Hybridisierungsereignisse detektiert werden. The at least partial separation of the nucleic acid double strand of the probe due to the hybridization of those competing as binding partners leads single-stranded nucleic acids with a complementary probe sequence to triplex structures or to a resolution of the probe duplex Umhybridization. The conductivity of the probe is interrupted or changed. Consequently, hybridization events can be detected with this method become.  

Wird in der Sonde eine destabilisierte Doppelstrang-Nukleinsäure-Sequenz verwendet wird die Hybridisierung mit einer in Lösung befindlichen einzelsträngigen Nukleinsäure erleichtert. Eine Destabilisierung gegenüber einem DNA-Doppelstrang kann z. B. durch den Einsatz von DNA/RNA-Hybriden erreicht werden. Die DNA/RNA-Hybrid-Paarung kann zusätzlich durch eine Modifizierung des DNA-Stranges zur Phosphorthioat-Nukleinsäure geschwächt werden.A probe destabilizes a double-stranded nucleic acid sequence hybridization with a solution in solution is used single-stranded nucleic acid relieved. A destabilization towards one DNA double strand can e.g. B. achieved by the use of DNA / RNA hybrids become. The DNA / RNA hybrid pairing can also be modified of the DNA strand are weakened to phosphorothioate nucleic acid.

Die erleichterte Hybridisierung mit einem in Lösung befindlichen Einzelstrang kann ebenfalls durch ein aus der Doppelstrang-Sonde überhängendes Einzelstrangende erreicht werden. Die Hybridisierung findet dann mit dem Einzelstrangende und Teilen der Doppelstrangstruktur statt. Ist in der erkannten Doppelstrangstruktur ein Bruch im Nukleinsäure-Rückgrat eingeführt dann kann sich das neu gebildete Hybrid von der Sonde sogar vollständig lösen und den Elektronenfluß innerhalb der Sonden unterbrechen.The facilitated hybridization with a single strand in solution can also by an overhang from the double-stranded probe Single strand end can be reached. The hybridization then takes place with the Single strand ends and parts of the double strand structure instead. Is in the recognized Double strand structure can then introduce a break in the nucleic acid backbone the newly formed hybrid even detach itself completely from the probe and the Interrupt electron flow within the probes.

Darüber hinaus können auch Rekombinationsereignisse detektiert und an der Rekombination beteiligte Faktoren, insbesondere Enzyme identifiziert werden. Bei der vollständigen Rekombination einer doppelsträngigen Nukleinsäure mit der Sondensequenz können die Elektronen-Donor- bzw. Elektronen-Akzeptor- Einheiten von der Elektrode getrennt werden. Es kann kein Elektronenfluß mehr durch die Sonde stattfinden. Das Rekombinationsereignis muß allerdings nicht vollständig abgeschlossen sein, die Bildung einer Triplexstruktur, die die Doppelstrang-Sondenstruktur beeinflußt reicht aus, um ein Verringerung der elektrischen Leitfähigkeit zu messen. Setzt man der Reaktionslösung rekombinationsfördernde Faktoren zu, wie z. B. das recA-Protein aus E. coli ist eine schnellere Elektronenflußabnahme bzw. erhöhte Gesamtelektronenfluß­ abnahme meßbar.In addition, recombination events can be detected and on the Recombination involved factors, especially enzymes, can be identified. At the complete recombination of a double-stranded nucleic acid with the Probe sequence can the electron donor or electron acceptor Units are separated from the electrode. There can be no more electron flow take place through the probe. However, the recombination event does not have to be completely completed, the formation of a triplex structure, which the Double-stranded probe structure suffices to reduce the to measure electrical conductivity. Put the reaction solution recombination-promoting factors such. B. is the recA protein from E. coli a faster decrease in electron flow or increased total electron flow decrease measurable.

Enthalten die Sonden Integrationsstellen für transponierbare Elemente können auch Transpositionsereignisse bestimmt werden. Da die Stärke des Elektronenflusses im Doppelstrang der Sonde mit steigendem Abstand, also steigender Zahl der Basenpaare, zwischen der Elektronen-Donor-Einheit bzw. Elektronen-Akzeptor-Einheit und der Elektrode abnimmt, nimmt auch der Elektronenfluß bei Integration eines Transposons in die Sondensequenz ab. Beim Ablauf der Rückreaktion ist eine entsprechende Zunahme des Elektronenflusses nachweisbar.The probes contain integration points for transposable elements transposition events can also be determined. Because the strength of the Electron flow in the double strand of the probe with increasing distance, that is increasing number of base pairs between the electron donor unit or  Electron acceptor unit and the electrode decreases, so does the Electron flow from integrating a transposon in the probe sequence. At the The course of the back reaction is a corresponding increase in the electron flow detectable.

Die Verwendung der Doppelstrang-Nukleinsäure-Sonden ist auch zum Nachweis von Nukleinsäure schädigenden Substanzen bzw. zum Nachweis der Nukleinsäure schädigenden Wirkung von chemischen Substanzen geeignet. Die Schädigung einer doppelsträngigen Nukleinsäure kann auf unterschiedliche Weise hervorgerufen werden. So können einige Substanzen, vor allem aromatische Stoffe wie Ethidiumbromid oder Acridin in die Nukleinsäure-Duplex-Struktur interkalieren. Andere Substanzen können mit Nukleinsäuren reagieren, so z. B. starke Basen, die die Nukleinsäuren hydrolysieren, Benzpyrine, die sich an die Nukleinsäuren addieren oder Peroxide, die leicht Radikale bilden und radikalische Kettenreaktionen innerhalb der Nukleinsäure auslösen. Die Veränderung der Nukleinsäurestruktur durch diese Substanzen bewirkt eine Änderung der Leitfähigkeit der Doppelstrang-Nukleinsäure-Sonden.The use of double stranded nucleic acid probes is also for detection of nucleic acid damaging substances or for the detection of Nucleic acid damaging effect of chemical substances suitable. The Damage to a double-stranded nucleic acid can occur in different ways are caused. So some substances, especially aromatic ones Substances like ethidium bromide or acridine in the nucleic acid duplex structure intercalate. Other substances can react with nucleic acids, e.g. B. strong bases that hydrolyze the nucleic acids, benzpyrines that adhere to the Add nucleic acids or peroxides that easily form radicals and radicals Trigger chain reactions within the nucleic acid. The change in Nucleic acid structure caused by these substances changes the Conductivity of the double-stranded nucleic acid probes.

Ein solcher Test kann in einem kompartimentierten Reaktionsgefäß durchgeführt werden bei dem die Bodenfläche durch die Elektrode in Array-Form gebildet wird. Die Sonden sind in gleichmäßiger Dichte auf den einzelnen Arraypositionen aufgebracht. Jedes Reaktionskompartiment kann mit einer eine andere Testsubstanz enthaltende Reaktionslösung versetzt werden. Es können auch Reaktionslösungen angesetzt werden die dieselbe Testsubstanz in unterschiedlichen Konzentrationen enthalten. So kann ein einfacher Test zur Identifikation DNA schädigender und damit karzinogen wirkender Substanzen geschaffen werden.Such a test can be carried out in a compartmented reaction vessel where the bottom surface is formed by the electrode in array form. The probes are of uniform density on the individual array positions upset. Each reaction compartment can have a different one Reaction solution containing test substance are added. It can too Reaction solutions are prepared in the same test substance contain different concentrations. So a simple test for Identification of DNA-damaging and thus carcinogenic substances be created.

Doppelsträngige Nukleinsäuren stehen auch in Wechselwirkung mit im Reaktionsmedium gelösten Stoffen, insbesondere mit destabilisierend wirkenden ionischen Verbindungen. Aber auch Wechselwirkungen mit dem Lösemittel selbst können die Leitfähigkeit der Sonden beeinflussen. So geht zum Beispiel bei der Dehydratisierung der DNA-Doppelhelix des B-Typs in den A-Typ über. Dieser Übergang kann mit Hilfe der neuartigen Sonden gemessen werden.Double-stranded nucleic acids also interact with im Reaction medium dissolved substances, especially with destabilizing ionic compounds. But also interactions with the solvent itself can affect the conductivity of the probes. For example, at  Dehydration of the DNA double helix of the B type into the A type. This Transition can be measured using the new types of probes.

Die Reaktionsmedien oder -lösungen können beliebige Lösemittel und Zusatzstoffe enthalten. Bevorzugt werden als Reaktionslösungen wäßrig, ionische Pufferlösungen, die mit doppelsträngigen Nukleinsäuren interagierende chemische Substanzen enthalten können eingesetzt. Der direkte Einsatz von Rohextrakten als Reaktionsmedium ist ebenfalls möglich. Die Detektion der Wechselwirkung zwischen den doppelsträngigen Nukleinsäure-Sondensequenzen und den damit interagierenden Substanzen findet bevorzugt unter physiologischen Bedingungen also in 10 bis 200 mM wässrigen, salzhaltigen Lösungen bei pH 7-9 statt. Als Puffer wird bevorzugt ein Tris-Puffer eingesetzt. Die Meßtemperatur liegt bevorzugt zwischen 4 und 40°C. Eine Abweichung von diesen Meßbedingungen kann allerdings im Einzelfall angebracht sein. Z. B. kann eine erhöhte Meßtemperatur zum Auffinden von Proteinen mit temperaturstabiler Aktivität, wie der für die PCR eingesetzte Taq-Polymerase, dienen.The reaction media or solutions can be any solvents and Contain additives. Aqueous, ionic are preferred as reaction solutions Buffer solutions that interact with chemical double-stranded nucleic acids May contain substances used. The direct use of raw extracts as a reaction medium is also possible. Interaction detection between the double-stranded nucleic acid probe sequences and the thus interacting substances takes place preferably under physiological conditions in 10 to 200 mM aqueous, saline solutions at pH 7-9 instead. As A Tris buffer is preferably used for the buffer. The measuring temperature is preferably between 4 and 40 ° C. A deviation from these measurement conditions may be appropriate in individual cases. For example, an increased Measuring temperature for finding proteins with temperature-stable activity, such as the Taq polymerase used for the PCR.

Daraus ergibt sich eine vielfältige Einsetzbarkeit der Doppelstrang-Nukleinsäure- Sonden zur Analyse aktiver mit Nukleinsäure interagierender Faktoren bzw. aktiver doppelsträngiger Nukleinsäuresequenzen.This results in a variety of uses for the double-stranded nucleic acid Probes for the analysis of active factors interacting with nucleic acid or active double-stranded nucleic acid sequences.

Die erfindungsgemäßen Doppelstrang-Nukleinsäure-Sonden können in analytischen Vorrichtungen mit klassischen Trennverfahren, wie z. B. der Chromatographie kombiniert werden. Über eine Auftrennung von Zellextrakten oder Substanz-Bibliotheken können schnell aktive an eine doppelsträngige Nukleinsäure bindenden Bestandteile aufgespürt werden. Der Vorgang kann kontinuierlich in einem "online"-Meßverfahren betrieben werden.The double-stranded nucleic acid probes according to the invention can be used in analytical devices with classic separation methods, such as. B. the Chromatography can be combined. Via a separation of cell extracts or substance libraries can quickly become active on a double strand Nucleic acid binding components can be detected. The process can be operated continuously in an "online" measuring process.

Zur Verdeutlichung der Erfindung werden im folgenden einige erläuternde Beispiele gegeben. To clarify the invention, some are illustrative below Given examples.  

Beispiel 1example 1 Darstellung von DNA SondenRepresentation of DNA probes

Es werden folgende DNA-Sequenzen eingesetzt, die eine Transkriptionsfaktor erkennende Domäne (fettgedruckt) aufweisen.The following DNA sequences are used, which have a transcription factor have recognizing domain (bold).

Sp1 erkennende DNA-Domäne:
DNA domain recognizing Sp1:

Oct2A erkennende DNA-Domäne:
DNA domain recognizing Oct2A:

In die Nukleotidsequenzen werden zur Anbindung an eine Goldelektrode Thiolgruppen und zur Anbindung der Zn-Bakteriochlorophyll Aminogruppen eingebaut.The nucleotide sequences are used for binding to a gold electrode Thiol groups and for connecting the Zn bacteriochlorophyll amino groups built-in.

Die eingesetzten Oligobukleotide werden mit einer DNA-Synthesemethode, der sogenannten Phosphoramiditmethode dargestellt (Beaucage, S. L.; Caruthers, M. H. Deoxynucleoside phosphoramidites. A new class of key intermediates for deoxypolynucleotide synthesis. Tetrahedron Lett. (1981), 22 (20d), 1859-62). Es handelt sich hier um eine Methode, mit der sowohl unmodifizierte als auch modifizierte Nukleinsäuren, z. B. RNAs Phosphorthioate und PNAs in hoher Reinheit und Ausbeute gezielt dargestellt werden können und heute routinemäßig zum Einsatz kommt.The oligobucleotides used are with a DNA synthesis method, the the so-called phosphoramidite method (Beaucage, S. L .; Caruthers, M. H. Deoxynucleoside phosphoramidites. A new class of key intermediates for deoxypolynucleotide synthesis. Tetrahedron Lett. (1981), 22 (20d), 1859-62). It is a method with which both unmodified and modified nucleic acids, e.g. B. RNAs phosphorothioates and PNAs in high Purity and yield can be displayed specifically and routinely today is used.

Zur Synthese werden die gewünschten Synthesebausteine im 1 µmol Maßstab in einer vorgegebenen Reihenfolge auf festem CPG-Trägermaterial mit Hilfe eines Expedite Synthesizer vom Typ Expedite 8909 der Firma PerSeptive Biosystems aufgebaut. Dazu werden die 0.1 M Lösungen von entsprechenden Phosphoramiditbausteinen und 0.5 M Tetrazol-Lösung verwendet. Die Bausteine werden aufgrund ihrer Empfindlichkeit in trockenem Acetonitril (Wassergehalt < 30 ppm) gelöst. For the synthesis, the desired synthesis building blocks in 1 µmol scale a predetermined order on solid CPG carrier material with the help of a Expedite 8909 Synthesizer from PerSeptive Biosystems built up. To do this, the 0.1 M solutions of corresponding Phosphoramidite building blocks and 0.5 M tetrazole solution used. The building blocks are due to their sensitivity in dry acetonitrile (water content < 30 ppm) dissolved.  

Die notwendigen Modifizierungen werden mit Hilfe von Amino-, SH- bzw. Phosphat-On-Phosphoramidit-Bausteine (Eurogentec, Clontech) und Trägermaterialien ("SH-CPG"-Chemgenes, Glen Research, 3'-Phosphate CPG Glen Research) aufgebaut.The necessary modifications are made with the help of amino, SH or Phosphate-on-phosphoramidite building blocks (Eurogentec, Clontech) and Carrier materials ("SH-CPG" chemicals, Glen Research, 3'-phosphates CPG Glen Research).

Einführung der ThiolmodifikationIntroduction of thiol modification

Die Thioatfunktion wird am 3' Ende des Oligonukleotides dadurch generiert, daß die gewünschte Sequenz auf Thiol-CPG-Trägermaterial (Chemgenes) im Maßstab 1 µMol aufgebaut wird. Zur Vermeidung der Aufoxidation des Schwefels wird während der DNA-Synthese eine 0,02 M Iodlösung benutzt (Kumar, A. et al., Nucleic Acids Research 1991, 19, 4561).The thioate function is generated at the 3 'end of the oligonucleotide in that the desired sequence on thiol-CPG carrier material (Chemgenes) on a scale 1 µmol is built up. To avoid the oxidation of the sulfur used a 0.02 M iodine solution during DNA synthesis (Kumar, A. et al., Nucleic Acids Research 1991, 19, 4561).

Einführung der AminomodifikationIntroduction of amino modification

Die Aminogruppe wird mit Hilfe einer 0.2 M Lösung AminoModifier II (Clontech) bzw. 0.1 M Lösung Amino-Modifier C6 dT (Glen Research) in trockenem Acetonitril (Wasser < 30 ppm) an ausgewählten Positionen, die sich nicht an der Elektrodenseite der Doppelstrang-Struktur befinden, gezielt eingeführt.The amino group is removed using a 0.2 M solution AminoModifier II (Clontech) or 0.1 M solution Amino-Modifier C6 dT (Glen Research) in dry Acetonitrile (water <30 ppm) at selected positions that are not at the Electrode side of the double-strand structure are specifically introduced.

Aufarbeitung der modifizierten OligonukleotideProcessing of the modified oligonucleotides

Nach Abschluß der Synthesen werden die Oligomere mit wässriger Ammoniaklösung (25-32%) basisch vom CPG-Träger abgespalten und über mehrere Stunden bei 55°C inkubiert. Bei Anwesenheit von Thiolgruppen erfolgt Zugabe von DTT bis zu einer Konzentration von 50 mM. Im Anschluß wird die Lösung eingeengt und vom Ammoniak befreit und mehrfach mit Wasser koevaporiert. Oligonukleotide, die den modifizierten Thymidinbaustein werden mit 1 ml einer methanolischen Lösung (Methanol : Wasser, 4 : 1) für 17 Stunden bei Raumtemperatur inkubiert, dadurch wird das Oligonukleotid vom CPG-Träger abgespalten. Der Überstand, der das Oligonukleotid enthält wird mit 1.5 ml einer 2 M Triethylammoniumacetat-Lösung neutralisiert.After completing the syntheses, the oligomers become more aqueous Cleave ammonia solution (25-32%) basic from the CPG carrier and over incubated for several hours at 55 ° C. In the presence of thiol groups Add DTT to a concentration of 50 mM. Then the Concentrated solution and freed of ammonia and several times with water coevaporated. Oligonucleotides that are using the modified thymidine building block 1 ml of a methanolic solution (methanol: water, 4: 1) for 17 hours Incubated at room temperature, this removes the oligonucleotide from the CPG carrier cleaved. The supernatant, which contains the oligonucleotide, is mixed with 1.5 ml Neutralized 2 M triethylammonium acetate solution.

Nach Bestimmung der Absorption bei 260 nm werden die Rohprodukte mit Hilfe RP-HPLC (Lichrochart 100 RP-C18) von Abbruchprodukten und abgespalteten Schutzgruppen befreit. Als mobile Phase wird ein Gradient von Acetonitril in 0.1 Triethylammoniumacetat-Puffer, von 0-60% in 60 Minuten benutzt. Der Hauptpeak wird isoliert, spektrometrisch bei 260 nm quantifiziert und lyophilisiert und in 500 µl 50 mM DTT gelöst. Die Lösung wird für 30 Minuten bei 37°C inkubiert und im Anschluß mit Hilfe einer PD-10 Säule nach Herstellerangaben (Pharmacia) entsalzt und zur kovalenten Anbindung an die Elektrode auf die Goldoberfläche pipetiert. Die eingesetzten Pufferlösungen wurden zuvor mit Argon gesättigt.After determining the absorption at 260 nm, the raw products are made using RP-HPLC (Lichrochart 100 RP-C18) of demolition products and split off Protection groups exempted. A gradient of acetonitrile in 0.1  Triethylammonium acetate buffer, used from 0-60% in 60 minutes. The main peak is isolated, spectrometrically quantified at 260 nm and lyophilized and in 500 µl 50 mM DTT dissolved. The solution is incubated for 30 minutes at 37 ° C and in Connection using a PD-10 column according to the manufacturer's instructions (Pharmacia) desalted and for covalent connection to the electrode on the gold surface pipetted. The buffer solutions used were previously saturated with argon.

Alternatives Verfahren zur Modifikation der Oligonukleotide mit einer ThiolgruppeAlternative method for modifying the oligonucleotides with a thiol group

Auf einem 3'-Phosphate CPG werden, wie oben beschrieben die Sequenz mit Phosphoamidit-Nukleotid-Bausteine in der gewünschten Reihenfolge aufgebaut. Als Amino modifizierter Baustein wird ein AminoModifier II (Clontech) verwendet. Nach Abspaltung des Amino modifizierten 3'-phoshorylierten Oligonukleotides wird zur Einführung der benötigten Thiolfunktion das Oligonukleotid mit (HO- (CH2)2-S)2 zum P-O-(CH2)2-SS-(CH2)2-OH verestert. Nach Veresterung des 3'- Endes des Oligonukleotide, wird die Nukleinsäure in einer Konzentration von 1-2 × 10-4 M in Auftragspuffer (10 mM Tris, 1 mM EDTA, pH 7.5 mit Zusatz von 0.7 molarem TEATFB) mit 10-4-10-1 molar 2-Hydroxymercaptoethanol auf die gereinigte Elektroden-Goldoberfläche gegeben und für 2-24 Stunden inkubiert.As described above, the sequence with phosphoamidite nucleotide building blocks is built up on a 3'-phosphate CPG in the desired order. An AminoModifier II (Clontech) is used as the amino-modified component. After the amino-modified 3'-phoshorylated oligonucleotide has been split off, the oligonucleotide is esterified with (HO- (CH 2 ) 2 -S) 2 to give PO- (CH 2 ) 2 -SS- (CH 2 ) 2 -OH to introduce the required thiol function . After esterification of the 3'-end of the oligonucleotide, the nucleic acid in a concentration of 1-2 × 10 -4 M in application buffer (10 mM Tris, 1 mM EDTA, pH 7.5 with addition of 0.7 molar TEATFB) with 10 -4 - Put 10 -1 molar 2-hydroxymercaptoethanol on the cleaned electrode gold surface and incubate for 2-24 hours.

Präparation der Elektroden-GoldoberflächePreparation of the gold electrode surface

Dazu wird frisch gespaltenes Mica (Muskovit-Plättchen) in einer elektrischen Entladungskammer mit einem Argon-Ionenplasma gereinigt und anschließend wird durch elektrische Entladung Gold (99,99%) in einer Schichtdicke von ca. 100 nm aufgebracht (Ron, Hannoch; Matlis, Sophie; Rubinstein, Israel. Self- Assembled Monolayers on Oxidized Metals. 2. Gold Surface Oxidative Pretreatment, Monolayer Properties, and Depression Formation. Langmuir (1998), 14 (5), 1116-1121; Golan, Yuval; Margulis, Lev; Rubinstein, Israel. Vacuum-deposited gold films. I. Factors affecting the film morphology. Surf. Sci. (1992), 264 (3), 312-26.) Die Metalloberflächen wird mit einer 30% H2O2/70%igen H2SO4-Lösung gereinigt und anschließend in Ethanol für 20 Minuten getaucht. Die Oberfläche wird mit bidest. Wasser ein letztes Mal gespült.For this purpose, freshly cleaved mica (muscovite platelets) are cleaned in an electrical discharge chamber with an argon ion plasma and then gold (99.99%) is applied by electrical discharge in a layer thickness of approx. 100 nm (Ron, Hannoch; Matlis, Sophie ; Rubinstein, Israel. Self-Assembled Monolayers on Oxidized Metals. 2. Gold Surface Oxidative Pretreatment, Monolayer Properties, and Depression Formation. Langmuir (1998), 14 (5), 1116-1121; Golan, Yuval; Margulis, Lev; Rubinstein , Israel. Vacuum-deposited gold films. I. Factors affecting the film morphology. Surf. Sci. (1992), 264 (3), 312-26.) The metal surfaces are cleaned with a 30% H 2 O 2 /70% H 2 SO 4 solution cleaned and then immersed in ethanol for 20 minutes. The surface is covered with bidest. Water rinsed one last time.

Beispiel 2Example 2 Kovalente Anbindung einer Elektronen-Donor-EinheitCovalent attachment of an electron donor unit

Nach Anbindung der Nukleinsäure an die Elektroden-Goldoberfläche und einem weiteren Waschschritt mit Wasser wird das modifizierte Substrat mit einer Lösung von 3 × 10-3 molarem Chinon 2-(CH2-CH2-CO2H-UQ-50), 10-2 molaren EDC (3'- Dimethylaminopropyl)-N-carbodiimid und 10-2 molarem N-Hydroxysulfsuccinimid in O.1 M HEPES-Puffer (2-(4-2-Hydroxyethyl)-1-piperazino)-ethansulfonäure, pH 7.5) benetzt. Das eingesetzt Chinon wird erhalten indem man standardmäßig eine Methoxygruppe durch HBr (Etherspaltung) spaltet, die entstehende freie Hydroxygruppe wird mit äquimolaren Menge Cl-CH2-CH2-CO2H umgesetzt und im Anschluß chromatographisch gereinigt (Moore; H. B. and Folkers, K., Journal of American Chemical Society, 1966, 88, 564-570; Daves, G. et al. Journal of American Chemical Society, 1968, 90, 4487-4493).After binding the nucleic acid to the electrode gold surface and a further washing step with water, the modified substrate is washed with a solution of 3 × 10 -3 molar quinone 2- (CH 2 -CH 2 -CO 2 H-UQ-50), 10 - 2 molar EDC (3'-dimethylaminopropyl) -N-carbodiimide and 10 -2 molar N-hydroxysulfsuccinimide in O.1 M HEPES buffer (2- (4-2-hydroxyethyl) -1-piperazino) -ethanesulfonic acid, pH 7.5) wetted. The quinone used is obtained by splitting a methoxy group by HBr (ether cleavage) as standard, the resulting free hydroxyl group is reacted with an equimolar amount of Cl-CH 2 -CH 2 -CO 2 H and then purified by chromatography (Moore; HB and Folkers, K ., Journal of American Chemical Society, 1966, 88, 564-570; Daves, G. et al. Journal of American Chemical Society, 1968, 90, 4487-4493).

Das modifizierte Substrat wird nach Waschung mit bidest. Wasser, erneut mit einer wässrigen Lösung aus 3 × 10-3 molarem Zn-Bakteriochlorophyll (als freie Säure), 1,5 × 10-1 molarem (3-Dimethylaminopropyl)-carbodiimid, 2,5 × 10-3 molarem Hydrazin-Monohydrat und 1 × 10-1 molarem Imidazol für 16 Stunden bei 23°C inkubiert. Die Darstellung von Zn-Bakteriochlorophyll als frei Säure wird durch Inkubation mit Trifluoressigsäure hergestellt.
(Hartwich, Gerhard; Fiedor, Leszek; Simonin, Ingrid; Cmiel, Edmund; Schaefer, Wolfgang; Noy, Dror; Scherz, Avigdor; Scheer, Hugo. Metal-Substituted Bacteriochlorophylls. 1. Preparation and Influence of Metal and Coordination on Spectra. J. Am. Chem. Soc. (1998), 120 (15), 3675-3683).
The modified substrate is washed with bidist. Water, again with an aqueous solution of 3 × 10 -3 molar Zn bacteriochlorophyll (as free acid), 1.5 × 10 -1 molar (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide, 2.5 × 10 -3 molar hydrazine monohydrate and 1 × 10 -1 molar imidazole for 16 hours at 23 ° C. The representation of Zn bacteriochlorophyll as free acid is made by incubation with trifluoroacetic acid.
(Hartwich, Gerhard; Fiedor, Leszek; Simonin, Ingrid; Cmiel, Edmund; Schaefer, Wolfgang; Noy, Dror; Scherz, Avigdor; Scheer, Hugo. Metal-Substituted Bacteriochlorophylls. 1. Preparation and Influence of Metal and Coordination on Spectra. J. Am. Chem. Soc. (1998), 120 (15), 3675-3683).

Beispiel 3Example 3 Hybridisierung zur doppelsträngigen NukleinsäureHybridization to double-stranded nucleic acid

Die Hybridisierung kann vor oder nach Aufbringung der modifizierten Nukleinsäure auf der Elektroden-Goldoberfläche erfolgen. Im vorliegenden Beispiel wird die Doppelstrang-DNA-Sonde durch Hybridisierung der Einzelstränge generiert. Dazu werden die Einzelstränge (2 × 10-4 molare Lösung) im Verhältnis 1 : 1 für 10 Minuten auf T < 40°C in Tris-Puffer (Tris-(hydroxymethyl)-aminomethan, 10 mM Tris, 1 mM EDTA, pH 7.5 mit 0.7 molarem Zusatz an Tetraethylammoniumtetrafluoroborat (TEATFB)) erhitzt und im Anschluß für einen Zeitraum von wenigstens 2 Stunden auf Raumtemperatur abgekühlt. Es werden korrekt hybridisierte Nukleinsäuren erhalten.Hybridization can take place before or after application of the modified nucleic acid on the electrode gold surface. In the present example, the double-stranded DNA probe is generated by hybridizing the single strands. For this purpose, the single strands (2 × 10 -4 molar solution) in a ratio of 1: 1 for 10 minutes to T <40 ° C. in Tris buffer (tris (hydroxymethyl) aminomethane, 10 mM Tris, 1 mM EDTA, pH 7.5 heated with 0.7 molar addition of tetraethylammonium tetrafluoroborate (TEATFB)) and then cooled to room temperature for a period of at least 2 hours. Correctly hybridized nucleic acids are obtained.

Aufgebrachte einzelsträngige 5'-phosphorylierte (Phosphat-On-Phosphoramidit- Bausteine (Horn, T. and Urdea, M., Tetrahedron Letter, 1986, 27, 4705)) und wie in Beispiel 1 zum Thiol veresterte Nukleinsäuren, die nur einen kurzen Hairpin mit freiem 3'OH-Ende aufwiesen, werden mit Hilfe einer DNA-Polymerase enzymatisch zu einem Doppelstrang aufgebaut. Dazu wurde die DNA Struktur mit einem Gemisch der vier Nukleotidtriphosphate (ea. 20 µM) mit 10 U Klenow Fragment der DNA I Polymerase für 15 Minuten bei 25°C inkubiert.Applied single-stranded 5'-phosphorylated (phosphate-on-phosphoramidite Building blocks (Horn, T. and Urdea, M., Tetrahedron Letter, 1986, 27, 4705)) and how in example 1 to the thiol esterified nucleic acids that only have a short hairpin had a free 3'OH end, using a DNA polymerase built up enzymatically to a double strand. The DNA structure was used for this a mixture of the four nucleotide triphosphates (ea. 20 µM) with 10 U Klenow Incubated fragment of DNA I polymerase for 15 minutes at 25 ° C.

Beispiel 4Example 4 Restriktionsanalyse (Fig. 1)Restriction analysis ( Fig. 1)

Eine Doppelstrang-DNA-Struktur (11), mit einer Pst 1 Restriktionsschnittstelle
A double-stranded DNA structure (11), with a Pst 1 restriction site

und einer Zn-Bakteriochlorophyll-Elektronen-Donor-Einheit (12) wird, wie in den vorhergehenden Beispielen beschrieben kovalent auf einer Goldelektrode (13) gebunden. Der DNA-Doppelstrang (11) der Sonde wird in einer 1 × Pst 1-Puffer (NEBuffer 3) mit 10 U Pst 1 (14) auf 50 µl aufgetragenen Reaktionslösung bei 37°C in 90 Minuten in zwei Fragmente (17, 18) geschnitten (New England Biolabs). Die Aktivität wird über die Zeit unter Lichteinstrahlung (15) mit einer Auswertevorrichtung (16) amperometrisch gemessen. and a Zn bacteriochlorophyll electron donor unit ( 12 ) is covalently bonded to a gold electrode ( 13 ) as described in the previous examples. The DNA double strand ( 11 ) of the probe is divided into two fragments ( 17 , 18 ) in a 1 × Pst 1 buffer (NEBuffer 3) with 10 U Pst 1 ( 14 ) on 50 µl reaction solution applied at 37 ° C in 90 minutes. cut (New England Biolabs). The activity is measured amperometrically over time under the influence of light ( 15 ) with an evaluation device ( 16 ).

Beispiel 5Example 5 LigationLigation

Die DNA-Zn-Bakteriochlorophyll-Abbauprodukte der Reaktionslösung aus Beispiel 4 wurden über RP-HPLC präparativ vom Restriktionsenzym befreit. Die isolierten Fragmente besitzen ein überhängendes Ende, das folgende Struktur aufweist:
The DNA-Zn bacteriochlorophyll degradation products of the reaction solution from Example 4 were preparatively freed from the restriction enzyme by RP-HPLC. The isolated fragments have an overhanging end, which has the following structure:

Dieses Fragmentende wird mit einem komplementären, mit dem an der Elektroden- Goldoberfläche gebundenen DNA-Fragmenten aus Beispiel 4, dessen Ende wie folgt aussieht:
This end of the fragment is complemented with a DNA fragment from Example 4, which is bound to the gold electrode surface and whose end looks as follows:

enzymatisch verknüpft. Dazu wird das Fragment im (10 × Überschuß) mit 10 U T4- Ligase/50 µl bei 37°C in 30 Minuten in DNA-Ligase-Puffer ligiert, die Effizienz wird durch die Erzeugung eines Elektronenflusses durch die aufgebaute doppelsträngige DNA ampereometrisch detektiert.enzymatically linked. For this purpose, the fragment is (10 × excess) with 10 U T4- Ligase / 50 µl ligated at 37 ° C in 30 minutes in DNA ligase buffer, the efficiency is created by generating an electron flow through the double-stranded DNA detected ampereometrically.

Beispiel 6Example 6 Bindung eines Transkriptionsfakor (Fig. 2)Binding of a transcription factor ( Fig. 2)

Die Zugabe des Transkriptionsfaktors (21) Oct2A (25-75 ng/µl, + poly [d(I-C)] + poly L-Lysin, Roche Molecular Biochemicals) oder alternativ des Transkriptionsfaktors Sp1 (50 ng/µl, Promega) erfolgte in 20 bzw. 1× Bindungs (5× conc; 100 mM Hepes, pH 7.6, 5 mM EDTA, 50 mM (NH4)2SO4, 5 mM DTT, Tween ®20, 1% (w/v), 150 mM KCl)- bzw. 9 µl Inkubationspuffer (5 × conc; 20% Glycerol 5 mM MgCl2, 2.5 mM EDTA, 2.5 mM DTT, 250 mM NaCl, 50 mM Tris-HCl, pH 7.5, 0.25 mg/ml poly(dI-dC).poly(dI-dC) + 1 µg BSA/10 µl-Puffer) auf eine Vorlage bestehend aus einer Goldelektrode (22), auf dem die Doppelstrang-DNA- Sondensequenzen (23) mit einer einer kovalent gebundenen Zn- Bakteriochlorophyll-Elektronen-Donor-Einheit (24), die die jeweiligen, für den Transkriptionsfaktor spezifische Bindungsstelle enthalten (siehe Beispiel 1). Nach wenigstens 15 Minuten Inkubation bei Raumtemperatur mit dem jeweiligen Transkriptionsfaktor (21) erfolgt die Auslesung unter Lichteinstrahlung (25) mit einer Auswerteeinheit (26), parallel werden zur Kontrolle Versuchsansätze analysiert, bei denen nicht-gebundene Bindungsstellen des jeweiligen Transkriptionsfaktors enthaltende DNA-Fragmente (27) in 125fachem Überschuß als Kompetitor mitgeführt werden.The transcription factor ( 21 ) Oct2A (25-75 ng / µl, + poly [d (IC)] + poly L-lysine, Roche Molecular Biochemicals) or alternatively the transcription factor Sp1 (50 ng / µl, Promega) was added in 20 or 1 × binding (5 × conc; 100 mM Hepes, pH 7.6, 5 mM EDTA, 50 mM (NH 4 ) 2 SO 4 , 5 mM DTT, Tween®20, 1% (w / v), 150 mM KCl ) - or 9 µl incubation buffer (5 × conc; 20% glycerol 5 mM MgCl 2 , 2.5 mM EDTA, 2.5 mM DTT, 250 mM NaCl, 50 mM Tris-HCl, pH 7.5, 0.25 mg / ml poly (dI-dC ) .poly (dI-dC) + 1 µg BSA / 10 µl buffer) on a template consisting of a gold electrode ( 22 ) on which the double-stranded DNA probe sequences ( 23 ) with one of a covalently bound Zn bacteriochlorophyll electrons -Donor unit ( 24 ), which contain the respective binding site specific for the transcription factor (see Example 1). After at least 15 minutes of incubation at room temperature with the respective transcription factor ( 21 ), the readout is carried out under the influence of light ( 25 ) with an evaluation unit ( 26 ). In parallel, test approaches are analyzed in which DNA fragments containing unbound binding sites of the respective transcription factor ( 27 ) carried in a 125-fold excess as competitor.

Durch Zugabe des Sp1-Kompetitors Actinomycin D 0.1-0.5 µM vor und nach Zugabe von Sp1 wird die DNA-Protein Wechselwirkung und die hervorgerufene Änderung der Leitfähigkeit ampereometrisch gemessen.By adding the Sp1 competitor Actinomycin D 0.1-0.5 µM before and after Addition of Sp1 will cause the DNA-protein interaction and that Change in conductivity measured ampereometrically.

Beispiel 7Example 7 Nachweis einer DNA-DNA-Wechselwirkung, Hybridisierung (Fig. 3)Detection of a DNA-DNA interaction, hybridization ( FIG. 3)

Eine selbstkomplementäre DNA (31) mit einer kovalent gebundenen Zn- Bakteriochlorophyll-Elektronen-Donor-Einheit (34) wird auf der Goldelektrode (32) gemäß den oben aufgeführten Beispielen aufgebracht. Ein Bereich von 18 Nukleotiden (3'-GGG(A)12GGG...) lag konzeptionell bedingt am 3'-Ende als Einzelstrang vor. Durch Hybridisierung mit einem 38-Oligomer (33), das über einen Bereich von 18 Nukleotiden eine Komplementarität aufwies 3'- CCC(T)12CCCACACCCAATTCTGAAAATGG-5', wurde die Einzelstrangstruktur gezielt aufgefüllt. Dazu wird das 38-Oligomer (33) (2 × 10-3 molaren Lösung) in Tris-Puffer (Tris-(hydroxymethyl)-aminomethan, 10 mM Tris, 1 mM EDTA, pH 7.5) im 10fachen Überschuß zu den gebundenen Sonden zugesetzt und das Gemisch wird in einem Zeitraum von wenigstens 2 Stunden bei Raumtemperatur inkubiert. Der Überschuß an nichthybridisierten Oligonukleotiden wird im Anschluß ausgewaschen. Es wird eine Doppelstrang-Nukleinsäure-Sonde mit der Sequenz
A self-complementary DNA ( 31 ) with a covalently bound Zn bacteriochlorophyll electron donor unit ( 34 ) is applied to the gold electrode ( 32 ) according to the examples given above. A range of 18 nucleotides (3'-GGG (A) 12 GGG ...) was conceptually at the 3'-end as a single strand. The single-strand structure was deliberately filled by hybridization with a 38-oligomer ( 33 ) which had a complementarity over a range of 18 nucleotides 3'-CCC (T) 12 CCCACACCCAATTCTGAAAATGG-5 '. For this, the 38-oligomer ( 33 ) (2 × 10 -3 molar solution) in Tris buffer (tris (hydroxymethyl) aminomethane, 10 mM Tris, 1 mM EDTA, pH 7.5) is added to the bound probes in a 10-fold excess and the mixture is incubated for at least 2 hours at room temperature. The excess of non-hybridized oligonucleotides is then washed out. It becomes a double stranded nucleic acid probe with the sequence

bestehend aus der selbstkomplementären DNA (31) und dem 38-Oligomer (33) erhalten. Nach Zugabe einer komplementären zweiten 2 × 10-4 molaren Lösung 38- Oligomer Einzelstrangprobe (35) der Sequenz 5'- GGG(A)12GGGTGTGGGTTAAGACTTTTACC-3' in einem Tris-Puffer (10 mM Tris, 1 mM EDTA, pH 7.5) wird unter Lichteinstrahlung (36) die Umhybridisierung unter Ausbildung des 38-Oligomer-Hybrids (37) gebildet aus den Oligomeren (33) und (35) mit Hilfe einer Auswerteeinheit (38) die Änderungen der Leitfähigkeit der DNA-Sonde ampereometrisch gemessen.consisting of the self-complementary DNA ( 31 ) and the 38-oligomer ( 33 ) obtained. After adding a complementary second 2 × 10 -4 molar solution 38-oligomer single-strand sample ( 35 ) of the sequence 5'-GGG (A) 12 GGGTGTGGGTTAAGACTTTTACC-3 'in a Tris buffer (10 mM Tris, 1 mM EDTA, pH 7.5) the re-hybridization is formed under the influence of light ( 36 ) and the 38-oligomer hybrid ( 37 ) is formed from the oligomers ( 33 ) and ( 35 ) with the aid of an evaluation unit ( 38 ) the changes in the conductivity of the DNA probe are measured ampereometrically.

Beispiel 8Example 8 Interkalation von Ethidiumbromid in DNA (Fig. 4)Intercalation of ethidium bromide in DNA ( Fig. 4)

In einem weiteren Experiment werden Doppelstrang-Nukleinsäure-Sonden (41) mit einer kovalent gebundenen Zn-Bakteriochlorophyll-Elektronen-Donor-Einheit (46) gemäß Beispiel 1 auf eine matritzenförmigen Goldelektroden-Array- Oberfläche (42) auf den einzelnen Arraypositionen (47) aufgebracht. Die gebundenen DNA-Sonden (41) werden mit unterschiedlich konzentrierten Propidiumiodid-Lösung (43), Ethidiumbromid-Lösungen (44) und Syber®green (45) (jeweils 0.5 µg/ml, 1 µg/ml, 10 µg/ml) in einem Tris-Puffer (10 mM Tris, 1 mM EDTA, pH 7.5) bei Raumtemperatur für einen Zeitraum von 2 Stunden inkubiert. (Die zweite Dimension der Arrayoberfläche wird in Fig. 5 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt). Nach Lichteinstrahlung (48) wird die Wirkung von Propidiumiodid (43), Ethidiumbromid (44) und Syber®green (45) auf die Doppelstrang-Struktur über eine Auswerteeinheit (49) ampereometrisch verfolgt. Die getrennt auslesbaren Arraypositionen liefern stoff- und konzentrationsabhängige Signale (50).In a further experiment, double-stranded nucleic acid probes ( 41 ) with a covalently bound Zn bacteriochlorophyll electron donor unit ( 46 ) according to Example 1 are placed on a matrix-shaped gold electrode array surface ( 42 ) on the individual array positions ( 47 ) upset. The bound DNA probes ( 41 ) are mixed with different concentrations of propidium iodide solution ( 43 ), ethidium bromide solutions ( 44 ) and Syber®green ( 45 ) (0.5 µg / ml, 1 µg / ml, 10 µg / ml) a Tris buffer (10 mM Tris, 1 mM EDTA, pH 7.5) at room temperature for a period of 2 hours. (The second dimension of the array surface is not shown in FIG. 5 for reasons of clarity). After exposure to light ( 48 ), the effect of propidium iodide ( 43 ), ethidium bromide ( 44 ) and Syber®green ( 45 ) on the double-strand structure is followed by an ampereometry using an evaluation unit ( 49 ). The separately readable array positions deliver substance and concentration-dependent signals ( 50 ).

Claims (27)

1. Nukleinsäure-Sonden enthaltend eine an, eine leitfähige Oberfläche gebundene, zumindest teilweise doppelsträngige Nukleinsäuresequenz an die mindestens eine Elektronen-Donor-Einheit oder mindestens eine Elektronen- Akzeptor-Einheit gebunden ist.1. Nucleic acid probes containing a conductive surface bound, at least partially double-stranded nucleic acid sequence to the at least one electron donor unit or at least one electron Acceptor unit is bound. 2. Nukleinsäure-Sonden nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die angebundenen Doppelstrang-Nukleinsäure-Sonden aus zwei komplementären Nukleinsäuremolekülen zusammengesetzt sind.2. Nucleic acid probes according to claim 1, characterized in that the attached double-stranded nucleic acid probes from two complementary Nucleic acid molecules are composed. 3. Nukleinsäure nach Ansprüche 1 dadurch gekennzeichnet, daß die angebundenen Doppelstrang-Nukleinsäure-Sonden aus Nukleinsäuresequenzen bestehen, die selbsterkennende Domänen enthalten.3. Nucleic acid according to claims 1, characterized in that the attached double-stranded nucleic acid probes Nucleic acid sequences exist that contain self-recognizing domains. 4. Nukleinsäure-Sonden nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die doppelsträngigen Nukleinsäure-Sonden die gleiche Nukleinsäuresequenz besitzen.4. Nucleic acid probes according to one of claims 1 to 3 thereby characterized in that the double-stranded nucleic acid probes are the same Have a nucleic acid sequence. 5. Nukleinsäure-Sonden nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die doppelsträngigen Nukleinsäure-Sonden unterschiedliche Nukleinsäuresequenzen besitzen.5. Nucleic acid probes according to one of claims 1 to 3 thereby characterized in that the double-stranded nucleic acid probes have different nucleic acid sequences. 6. Nukleinsäure-Sonden nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß die doppelsträngigen Nukleinsäure-Sonden auf einer leitfähigen Array-Oberfläche aufgebracht sind.6. Nucleic acid probes according to one of claims 1 to 5 thereby characterized in that the double-stranded nucleic acid probes on a conductive array surface are applied. 7. Nukleinsäure-Sonden nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß die doppelsträngigen Nukleinsäure-Sonden auf einer unstrukturierten leitfähigen Oberfläche aufgebracht sind. 7. Nucleic acid probes according to one of claims 1 to 5 thereby characterized in that the double-stranded nucleic acid probes on a unstructured conductive surface are applied.   8. Nukleinsäure-Sonden nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Doppelstrang-Nukleinsäure-Sonden durch Brückenbindungen, insbesondere Disulfidbrücken, stabilisiert sind.8. Nucleic acid probes according to one of the preceding claims characterized in that the double-stranded nucleic acid probes by Bridge bonds, especially disulfide bridges, are stabilized. 9. Nukleinsäure-Sonden nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die doppelsträngige Nukleinsäure-Sonden Doppelstrang-DNAs, Doppelstrang-RNAs oder DNA-RNA-Hybride enthalten.9. Nucleic acid probes according to one of the preceding claims characterized in that the double-stranded nucleic acid probes Contain double-stranded DNAs, double-stranded RNAs or DNA-RNA hybrids. 10. Nukleinsäure-Sonden nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß regenerierbare und/oder induzierbare, insbesondere photoinduzierbare Elektronen-Donor- oder Elektronen-Akzeptor-Einheiten, wie z. B. Chlorophyll oder Zn-Bakteriochlorophyll an der Nukleinsäure kovalent angebunden sind.10. Nucleic acid probes according to one of the preceding claims characterized in that regenerable and / or inducible, in particular photo-inducible electron donor or electron acceptor units, such as e.g. B. chlorophyll or Zn bacteriochlorophyll on the nucleic acid covalently are connected. 11. Aggregate enthaltend Doppelstrang-Nukleinsäure-Sonden gemäß den Ansprüchen 1 bis 10 und Substanzen, die aus der Gruppe der mit doppelsträngigen Nukleinsäuren unmittelbar interagierenden Substanzen ausgewählt sind.11. Aggregates containing double-stranded nucleic acid probes according to the Claims 1 to 10 and substances selected from the group consisting of double-stranded nucleic acids interacting directly are selected. 12. Aggregate nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, daß die unmittelbar interagierende Substanz ein Protein und/oder ein Peptid und/oder eine einzelsträngige und/oder eine doppelsträngige Nukleinsäure und/oder ein Mimetika und/oder ein interkalierende und/oder eine nukleinsäureschädigende Substanz und/oder ein Cytostatika ist.12. Units according to claim 11, characterized in that the immediately interacting substance a protein and / or a peptide and / or a single-stranded and / or a double-stranded nucleic acid and / or a Mimetics and / or an intercalating and / or a nucleic acid damaging Substance and / or a cytostatics. 13. Aggregate nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, daß das Aggregat weitere mittelbar interagierende Substanzen, insbesondere Cofaktoren wie Aktivatoren oder Corepressoren, enthält.13. Units according to claim 11, characterized in that the unit other indirectly interacting substances, especially cofactors such as Activators or core pressors. 14. Verfahren zur Detektion von Wechselwirkungen zwischen doppelsträngigen Nukleinsäuren und damit interagierenden Substanzen dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) Sonden gemäß der Ansprüche 1 bis 10 einem Reaktionsmedium ausgesetzt werden und
  • b) die erzeugte Elektronenflußänderung durch die Sonden gemessen wird.
14. A method for the detection of interactions between double-stranded nucleic acids and substances interacting therewith characterized in that
  • a) probes according to claims 1 to 10 are exposed to a reaction medium and
  • b) the generated electron flow change is measured by the probes.
15. Verfahren nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsmedium eine Lösung ist, die mindestens eine interagierende Substanzen, bevorzugt Proteine und/oder Peptide, insbesondere Polymerasen, Transkriptionsfaktoren, Repressoren, Enzyme und/oder deren Inhibitoren und/oder Aktivatoren und/oder Mimetika und/oder interkalierende und/oder nukleinsäureschädigende Substanzen und/oder Cytostatika enthält.15. The method according to claim 14, characterized in that the Reaction medium is a solution that is at least one interacting Substances, preferably proteins and / or peptides, in particular Polymerases, transcription factors, repressors, enzymes and / or their Inhibitors and / or activators and / or mimetics and / or intercalating and / or contains nucleic acid-damaging substances and / or cytostatics. 16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15 dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsmedium einzel- und/oder doppelsträngige Nukleinsäuren enthält.16. The method according to claim 14 or 15, characterized in that the Reaction medium contains single and / or double-stranded nucleic acids. 17. Verfahren nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsmedium DNA-schädigende, insbesondere karzinogene Substanzen enthält.17. The method according to claim 14, characterized in that the Reaction medium DNA-damaging, especially carcinogenic substances contains. 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17 dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsmedium eine wässrige, salzhaltige Lösung, insbesondere eine 10 bis 100 mM Lösung, ist.18. The method according to any one of claims 14 to 17, characterized in that the reaction medium is an aqueous, saline solution, especially one 10 to 100 mM solution. 19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18 dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionslösung gepuffert ist.19. The method according to any one of claims 14 to 18, characterized in that the reaction solution is buffered. 20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19 dadurch gekennzeichnet, daß die Detektion bei einer Temperatur zwischen 4 und 40°C stattfindet.20. The method according to any one of claims 14 to 19, characterized in that the detection takes place at a temperature between 4 and 40 ° C. 21. Verwendung der Doppelstrang-Nukleinsäure-Sonden gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Detektion von Wechselwirkungen, bevorzugt zur Bestimmung von Anbindungen, von Gleichgewichtskonstanten, kompetitiven Effekten und Reaktionsgeschwindigkeiten, zwischen doppelsträngigen Nukleinsäuren und mit ihnen unmittelbar und/oder mittelbar interagierenden Substanzen.21. Use of the double-stranded nucleic acid probes according to one of the Claims 1 to 10 for the detection of interactions, preferably for Determination of connections, equilibrium constants, competitive Effects and reaction speeds, between double-stranded  Nucleic acids and interacting directly and / or indirectly with them Substances. 22. Analytikum enthaltend Doppelstrang-Nukleinsäure-Sonden gemäß den Ansprüchen 1 bis 10 zur Identifikation von unmittelbar und mittelbar auf die Doppelstrang-Nukleinsäure-Sonde einwirkenden Faktoren.22. Analytical containing double-stranded nucleic acid probes according to the Claims 1 to 10 for the identification of directly and indirectly on the Double-stranded nucleic acid probe factors. 23. Analytikum enthaltend Doppelstrang-Nukleinsäure-Sonden gemäß den Ansprüchen 1 bis 10 zur Identifikation von Nukleinsäure-Sequenzen die mit unmittelbar oder mittelbar interagierenden Substanzen wechselwirken.23. Analytical containing double-stranded nucleic acid probes according to the Claims 1 to 10 for the identification of nucleic acid sequences with interact directly or indirectly interacting substances. 24. Verfahren zur Herstellung von Doppelstrang-Nukleinsäure-Detektoren umfassend:
  • a) die Synthese einer einzelsträngigen Nukleinsäure,
  • b) die intermolekulare Hybridisierung mit einer eine komplementäre Domäne enthaltende Nukleinsäure,
  • c) die kovalente Anbindung der Elektronen-Donor-Einheiten oder Elektronen- Akzeptor-Einheiten an die Nukleinsäure und
  • d) die kovalente Anbindung der Nukleinsäure an eine leitfähige Oberfläche.
24. A method for making double-stranded nucleic acid detectors comprising:
  • a) the synthesis of a single-stranded nucleic acid,
  • b) intermolecular hybridization with a nucleic acid containing a complementary domain,
  • c) the covalent attachment of the electron donor units or electron acceptor units to the nucleic acid and
  • d) the covalent attachment of the nucleic acid to a conductive surface.
25. Verfahren zur Herstellung von Doppelstrang-Nukleinsäure-Detektoren umfassend:
  • a) die Synthese einer einzelsträngigen, über eine Brücke getrennten selbsterkennende Domänen enthaltenden Nukleinsäure,
  • b) die intramolekulare Hybridisierung der selbsterkennenden Domänen der einzelsträngigen Nukleinsäure,
  • c) die kovalente Anbindung der Elektronen-Donor-Einheiten oder Elektronen- Akzeptor-Einheiten an die Nukleinsäure und
  • d) die kovalente Anbindung der Nukleinsäure an eine leitfähige Oberfläche.
25. A method for making double-stranded nucleic acid detectors comprising:
  • a) the synthesis of a single-stranded nucleic acid containing self-recognizing domains separated by a bridge,
  • b) the intramolecular hybridization of the self-recognizing domains of the single-stranded nucleic acid,
  • c) the covalent attachment of the electron donor units or electron acceptor units to the nucleic acid and
  • d) the covalent attachment of the nucleic acid to a conductive surface.
26. Verfahren zur Herstellung von Doppelstrang-Nukleinsäure-Detektoren gemäß Anspruch 25 dadurch gekennzeichnet, daß die Brücke aus mindestens einem Nukleotid, bevorzugt aus 2 bis 6 Nukleotiden besteht.26. A method for producing double-stranded nucleic acid detectors according to Claim 25 characterized in that the bridge consists of at least one Nucleotide, preferably consists of 2 to 6 nucleotides. 27. Verfahren zur Herstellung von Doppelstrang-Nukleinsäuren gemäß Anspruch 25 dadurch gekennzeichnet, daß eine artifizielle mindestens einatomige Brücke, bevorzugt eine Disulfid-, Stilbendicarboxyamid-, Ruthenium-Komplex-, Hexaethylenglycol-, Terephthalimid-, verzweigte oder unverzweigte Diol-, 3'- Amino Modifier-CPG oder verzweigte Phosphoramidit-Brücke eingeführt wird.27. A method for producing double-stranded nucleic acids according to claim 25 characterized in that an artificial at least one atom Bridge, preferably a disulfide, stilbenedicarboxyamide, ruthenium complex, Hexaethylene glycol, terephthalimide, branched or unbranched diol, 3'- Amino-Modifier-CPG or branched phosphoramidite bridge is introduced.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006513701A (en) * 2002-10-11 2006-04-27 アーラム バイオシステムズ インコーポレイテッド Target detection system having a conformationally sensitive probe including a nucleic acid based signal transducer
WO2004106545A1 (en) * 2003-05-28 2004-12-09 Innogenetics N.V. Methods for enhanced detection using surface sensitive techniques.
WO2011034668A1 (en) * 2009-08-07 2011-03-24 Ohmx Corporation Enzyme triggered redox altering chemical elimination (e-trace) immunoassay
US8877022B2 (en) * 2011-06-21 2014-11-04 National Taiwan University Biosensor
JP6584986B2 (en) * 2016-03-18 2019-10-02 株式会社東芝 Nucleic acid detection method
US11840715B2 (en) * 2020-06-30 2023-12-12 Microsoft Technology Licensing, Llc Microelectrode array with a switchable hydrophilic surface

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996040712A1 (en) * 1995-06-07 1996-12-19 California Institute Of Technology Nucleic acid mediated electron transfer
WO1998048275A1 (en) * 1997-04-22 1998-10-29 Thomas Schalkhammer Reinforced cluster optical sensors
DE19901761A1 (en) * 1999-01-18 1999-07-01 Gerhard Dr Hartwich Oligonucleotides tagged with photoinducible redox-active unit

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8919411D0 (en) * 1989-08-25 1989-10-11 Amersham Int Plc Assay method
SE9502608D0 (en) * 1995-07-14 1995-07-14 Pharmacia Biosensor Ab Method for nucleic acid sequencing
EP0939762A2 (en) * 1996-11-05 1999-09-08 Clinical Micro Sensors Electrodes linked via conductive oligomers to nucleic acids
US6306584B1 (en) * 1997-01-21 2001-10-23 President And Fellows Of Harvard College Electronic-property probing of biological molecules at surfaces
DE19741716A1 (en) * 1997-09-22 1999-03-25 Hoechst Ag Recognition system
US6242246B1 (en) * 1997-12-15 2001-06-05 Somalogic, Inc. Nucleic acid ligand diagnostic Biochip
WO2001013126A1 (en) * 1999-08-13 2001-02-22 Nanogen, Inc. Microelectronic molecular descriptor array devices, methods, procedures, and formats for combinatorial selection of intermolecular ligand binding structures and for drug screening

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996040712A1 (en) * 1995-06-07 1996-12-19 California Institute Of Technology Nucleic acid mediated electron transfer
WO1998048275A1 (en) * 1997-04-22 1998-10-29 Thomas Schalkhammer Reinforced cluster optical sensors
DE19901761A1 (en) * 1999-01-18 1999-07-01 Gerhard Dr Hartwich Oligonucleotides tagged with photoinducible redox-active unit

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Datenbank BIOSIS bei STN, AN 1995:215433 BIOSIS zu: Stabilization of double-stranded oligonucleotides using backbone- linked disulfide bridges. Gao, H. et al., Nucleic Acid Research, (1995) Vol. 23, No. 2, pp. 285-292 *

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