JP2006174788A - Method for elongating dna strand, method for amplifying dna strand, and microarray for elongating dna strand - Google Patents

Method for elongating dna strand, method for amplifying dna strand, and microarray for elongating dna strand Download PDF

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JP2006174788A JP2004373051A JP2004373051A JP2006174788A JP 2006174788 A JP2006174788 A JP 2006174788A JP 2004373051 A JP2004373051 A JP 2004373051A JP 2004373051 A JP2004373051 A JP 2004373051A JP 2006174788 A JP2006174788 A JP 2006174788A
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Kenji Kinoshita
健司 木下
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make it possible to leave a single-stranded DNA on a plastic substrate by annealing treatment, after forming double strands by conducting elongation reaction of a DNA strand on a DNA chip. <P>SOLUTION: The method for elongating the DNA strand comprises fixing a primer for DNA elongation to the substrate which has a layer comprising a hydrophilic polymer and a functional group reactive with an amino group on its surface, heating a reaction system into which a sample containing a template DNA fragment having a desired sequence and a nucleotide monomer are introduced up to a temperature at which the DNA strand is thermally denaturated, and cooling the reaction system down to a temperature at which the annealing treatment is conducted, so as to conduct the elongation reaction of the DNA strand in the reaction system. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、プライマーDNA鎖を所定のプラスチック基板表面に固定化してDNA鎖を伸長するDNA鎖伸長方法およびDNA鎖増幅方法、ならびにこれらの方法に用いられるDNA鎖伸長用マイクロアレイに関する。   The present invention relates to a DNA chain extension method and a DNA chain amplification method for extending a DNA chain by immobilizing a primer DNA chain on a predetermined plastic substrate surface, and a DNA chain extension microarray used in these methods.

非特許文献1には、所定のアミノ−シラン試薬を用いて修飾されたガラス基板の表面に、プライマーとなるDNA鎖を共有結合させたDNAマイクロアレイにて固相PCR(Polymerase Chain Reaction)によるDNA増幅を行う技術が開示されている。   Non-Patent Document 1 discloses DNA amplification by solid-phase PCR (Polymerase Chain Reaction) using a DNA microarray in which a DNA strand as a primer is covalently bonded to the surface of a glass substrate modified with a predetermined amino-silane reagent. Techniques for performing are disclosed.

また、非特許文献2には、ガラス基板の代わりにポリ(メチルメタクリレート)を用いて、表面にDNA断片を固定化させたDNAマイクロアレイを用いて、所定のDNA鎖とのハイブリッド特性およびPCR様環境下における熱安定性が評価されており、新規のPCR技術に適用できるデバイスの可能性を示唆する記載がなされている。
Adessi, Celine et al, “Solid phase DNA amplification: Characterisation of primer attachment and amplification mechanisms”, Nucleic Acids Research, 2000, Vol. 20, No. 20, e87 Fixe, F. et al, “Functionalization of poly(methyl methacrylate) (PMMA) as a substrate for DNA microarrays”, Nucleic Acids Research, 2004, January 12, Vol. 32, No.1, e9
Non-Patent Document 2 describes a hybrid property with a predetermined DNA strand and a PCR-like environment using a DNA microarray in which DNA fragments are immobilized on the surface using poly (methyl methacrylate) instead of a glass substrate. The thermostability below has been evaluated, and a description suggesting the possibility of a device that can be applied to a novel PCR technique has been made.
Adessi, Celine et al, “Solid phase DNA amplification: Characterisation of primer attachment and amplification mechanisms”, Nucleic Acids Research, 2000, Vol. 20, No. 20, e87 Fixe, F. et al, “Functionalization of poly (methyl methacrylate) (PMMA) as a substrate for DNA microarrays”, Nucleic Acids Research, 2004, January 12, Vol. 32, No.1, e9

本発明者等は、非特許文献1,2などに代表される様々なDNAマイクロアレイを用いてMPEC法(Multiple Primer Extension on a Chip)によるDNA鎖伸長反応を行ったところ、プライマーに鋳型DNA鎖を結合させて、すなわちアニール処理してDNA鎖を伸長させた後に、熱変性処理を行うと鋳型DNAと共にDNAマイクロアレイ基板に固定したプライマーが脱落するという問題点を見出し、表面に所定の高分子物質を配した基板を用いることでこの問題を解決して本発明の完成に至った。   The inventors of the present invention performed a DNA chain extension reaction by the MPEC method (Multiple Primer Extension on a Chip) using various DNA microarrays represented by Non-Patent Documents 1 and 2, and the like. After bonding, that is, annealing treatment to elongate the DNA strand, heat denaturation treatment found that the primer immobilized on the DNA microarray substrate was dropped together with the template DNA. By using the arranged substrate, this problem was solved and the present invention was completed.

本発明に係るDNA鎖伸長方法は、親水性ポリマーからなる層、及びアミノ基と反応する官能基を表面に有する基板に、DNA伸長用のプライマーを固定化させ、
所望する配列を有する鋳型DNA断片を含む試料が導入された反応系を、DNA鎖を熱変性する温度まで引き上げ、
前記反応系の温度をアニール処理する温度まで下げ、
前記反応系でDNA鎖の伸長反応を行うことを特徴としている。
In the DNA chain extension method according to the present invention, a primer for DNA extension is immobilized on a layer comprising a hydrophilic polymer and a substrate having a functional group that reacts with an amino group on the surface,
The reaction system in which the sample containing the template DNA fragment having the desired sequence is introduced is raised to a temperature at which the DNA strand is thermally denatured,
Lowering the temperature of the reaction system to the annealing temperature,
It is characterized in that a DNA chain elongation reaction is performed in the reaction system.

このように、所定の基板にプライマーを固定化させて、このプライマーに鋳型DNA断片をアニールさせて、DNA鎖伸長反応を行うと、反応後の熱変性処理にて基板上で二本鎖となっているDNAから鋳型DNA断片外れて、プライマーから伸長した一本鎖DNAが基板上で残るようになる。   As described above, when a primer is immobilized on a predetermined substrate, a template DNA fragment is annealed to this primer, and a DNA chain extension reaction is performed, it becomes double-stranded on the substrate by heat denaturation treatment after the reaction. The template DNA fragment is removed from the existing DNA, and single-stranded DNA extended from the primer remains on the substrate.

前記のDNA鎖伸長方法において、
前記プライマーは、所定の着目遺伝子の特徴配列を含む塩基配列の一塩基を他の塩基に置き換えたDNA断片であってもよい。
In the above DNA chain extension method,
The primer may be a DNA fragment in which one base of a base sequence including a characteristic sequence of a predetermined gene of interest is replaced with another base.

これにより、本発明のDNA鎖伸長方法を、一塩基置換多型(SNP:single nucleotide polymorphisms)解析に適用することができるようになる。   This makes it possible to apply the DNA chain elongation method of the present invention to single nucleotide polymorphism (SNP) analysis.

また、前記のDNA鎖伸長方法において、前記プライマーは所定数の塩基配列からなり、各々のプライマーは全組合せのそれぞれの配列を有するDNA断片であってもよい。   In the DNA chain extension method, the primer may be composed of a predetermined number of base sequences, and each primer may be a DNA fragment having each sequence in all combinations.

これにより、本発明のDNA鎖伸長反応を、ハイブリダイゼーションによる塩基配列決定(SBH:sequencing by hybridization)解析に適用することができるようになる。   Thereby, the DNA chain elongation reaction of the present invention can be applied to base sequence determination (SBH: sequencing by hybridization) analysis by hybridization.

また、前記のDNA鎖伸長方法において、前記鋳型DNA断片は、所定のRNAを逆転写酵素で処理して得られるcDNA断片であってもよい。   In the DNA chain extension method, the template DNA fragment may be a cDNA fragment obtained by treating a predetermined RNA with a reverse transcriptase.

これにより、本発明のDNA鎖伸長反応を、遺伝子発現プロファイル(gene expression profile)解析に適用して、通常の解析において手間と時間がかかるサンプル調製をほとんど行うことなく、ゲノムDNA又は全RNAからの逆転写産物cDNAを鋳型DNA断片として用い簡便な操作で行うことができるようになる。   As a result, the DNA chain elongation reaction of the present invention is applied to gene expression profile analysis, so that almost no laborious and time-consuming sample preparation is required in normal analysis, and from genomic DNA or total RNA. The reverse transcript cDNA can be used as a template DNA fragment and can be carried out by a simple operation.

また、本発明に係るDNA鎖増幅方法は、親水性ポリマーからなる層、及びアミノ基と反応する官能基を表面に有する基板に、DNA増幅用のプライマーを固定化させ、所望する配列を有する鋳型DNA断片を含む試料が導入された反応系を、DNA鎖を熱変性する温度まで引き上げ、前記反応系の温度をアニール処理する温度まで下げ、前記反応系でDNA鎖の伸長反応を行い、DNA鎖の熱変性処理を行って、および必要に応じてDNA鎖のアニール処理、伸長反応および熱変性処理を行うことを特徴としている。   In addition, the DNA strand amplification method according to the present invention comprises a template having a desired sequence by immobilizing a primer for DNA amplification on a substrate comprising a hydrophilic polymer layer and a functional group that reacts with an amino group on the surface. The reaction system in which the sample containing the DNA fragment is introduced is raised to a temperature at which the DNA strand is thermally denatured, the temperature of the reaction system is lowered to a temperature at which the annealing treatment is performed, and a DNA strand elongation reaction is performed in the reaction system. And a DNA strand annealing treatment, an extension reaction, and a heat denaturation treatment as necessary.

このように、所定の基板にプライマーを固定化させて、このプライマーに鋳型DNA断片をアニールさせて、DNA鎖伸長反応を行うと、反応後の熱変性処理にて基板上で二本鎖となっているDNAから鋳型DNA断片外れて、プライマーから伸長した一本鎖DNAが基板上で残るようになり、鋳型DNA断片は次のアニール処理で未反応のプライマーと二本鎖を形成して、次のDNA鎖伸長を行う。これを繰り返すことにより、MPEC法によるDNA鎖増幅反応を行うことができるようになる。   As described above, when a primer is immobilized on a predetermined substrate, a template DNA fragment is annealed to this primer, and a DNA chain extension reaction is performed, it becomes double-stranded on the substrate by heat denaturation treatment after the reaction. The template DNA fragment is removed from the existing DNA, and the single-stranded DNA extended from the primer remains on the substrate. The template DNA fragment forms a double strand with the unreacted primer in the next annealing treatment, and the next DNA strand elongation is performed. By repeating this, a DNA strand amplification reaction by the MPEC method can be performed.

また、本発明に係るDNA鎖伸長用マイクロアレイは、親水性ポリマーからなる層、及びアミノ基と反応する官能基を表面に有する基板と、前記基板の表面に固定化されたDNA増幅用のプライマーとを含むものである。   The DNA chain extension microarray according to the present invention includes a layer made of a hydrophilic polymer, a substrate having a functional group that reacts with an amino group on the surface, and a primer for DNA amplification immobilized on the surface of the substrate. Is included.

このように、所定の基板にプライマーを固定化させて、このプライマーに鋳型DNA断片をアニールさせて、DNA鎖伸長反応を行うと、反応後の熱変性処理にて基板上で二本鎖となっているDNAから鋳型DNA断片外れて、プライマーから伸長した一本鎖DNAが基板上で残るようになる。   As described above, when a primer is immobilized on a predetermined substrate, a template DNA fragment is annealed to this primer, and a DNA chain extension reaction is performed, it becomes double-stranded on the substrate by heat denaturation treatment after the reaction. The template DNA fragment is removed from the existing DNA, and single-stranded DNA extended from the primer remains on the substrate.

本発明によれば、DNAマイクロアレイ上でDNA鎖の伸長反応を行って二本鎖にした後に、熱変性処理にてDNAマイクロアレイの基板上で一本鎖DNAを残すことができるようになる。   According to the present invention, it becomes possible to leave single-stranded DNA on the substrate of the DNA microarray by heat denaturation treatment after carrying out DNA strand extension reaction on the DNA microarray to make it into double strand.

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

(第一の実施形態)
図1は、第一の実施形態としてのDNA鎖増幅方法の手順を示すフローチャートである。
このDNA鎖増幅方法は、親水性ポリマーからなる層、及びアミノ基と反応する官能基を表面に有する基板に、DNA増幅用のプライマー(以下、「プライマー」という)を固定化させ(ステップS10)、所望する配列を有する鋳型DNA断片及びヌクレオチドモノマーを含む試料が導入された反応系を、DNA鎖を熱変性する温度まで引き上げ(ステップS30)、この反応系の温度をアニール処理する温度まで下げ(ステップS40)、当該反応系でDNA鎖の伸長反応を行い(ステップS50)、DNA鎖の熱変性処理を行って(ステップS60)、必要に応じてDNA鎖のアニール処理、伸長反応および熱変性処理を行う(ステップS40〜ステップS60の繰り返し)ものである。
ステップS10では、図2に示したように、基板12の表面にDNA増幅用のプライマー14を固定させる。
(First embodiment)
FIG. 1 is a flowchart showing the procedure of the DNA strand amplification method as the first embodiment.
In this DNA strand amplification method, a primer for DNA amplification (hereinafter referred to as “primer”) is immobilized on a layer comprising a hydrophilic polymer and a substrate having a functional group that reacts with an amino group on the surface (step S10). Then, the reaction system in which the sample containing the template DNA fragment having the desired sequence and the nucleotide monomer is introduced is raised to a temperature at which the DNA strand is thermally denatured (step S30), and the temperature of this reaction system is lowered to the temperature for annealing treatment ( Step S40), a DNA strand extension reaction is performed in the reaction system (Step S50), a DNA strand is thermally denatured (Step S60), and a DNA strand annealing treatment, an extension reaction and a heat denaturation treatment are performed as necessary. (Repeating step S40 to step S60).
In step S10, as shown in FIG. 2, the DNA amplification primer 14 is fixed to the surface of the substrate 12.

ここで使用される基板に表面には、親水性ポリマーからなる層、及びアミノ基と反応する官能基が存在するようになっている。これによってDNA鎖の非特異的吸着を抑制する性質とDNA鎖を固定化する性質とを併せ持つことが可能となる。
親水性ポリマーからなる層は主としてDNA鎖の非特異的吸着を抑制する役割を果たし、アミノ基と反応する官能基はプライマーを化学的に固定化する役割を果たす。特に、プライマーは、アミノ基と反応する官能基の部位で共有結合することによって、当該基板の表面に固定化される。
The substrate used here has a layer made of a hydrophilic polymer and a functional group that reacts with an amino group on the surface. This makes it possible to have both the property of suppressing nonspecific adsorption of DNA strands and the property of immobilizing DNA strands.
A layer made of a hydrophilic polymer mainly serves to suppress nonspecific adsorption of DNA strands, and a functional group that reacts with an amino group serves to chemically immobilize a primer. In particular, the primer is immobilized on the surface of the substrate by covalent bonding at the site of a functional group that reacts with an amino group.

本発明に使用する親水性ポリマーとしては、親水性基を主鎖又は側鎖に有する高分子物質が挙げられ、ポリアルキレンオキシド、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリアクリルアミド、及びこれらの共重合体のいずれかを構造中に含むものであることが好ましい。特にポリアクリルアミドを光架橋性化合物等で3次元架橋した網目構造を有するポリアクリルアミドゲルが好ましい。   Examples of the hydrophilic polymer used in the present invention include a polymer substance having a hydrophilic group in the main chain or side chain, and any of polyalkylene oxide, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyacrylamide, and copolymers thereof. It is preferable that these are included in the structure. Particularly preferred is a polyacrylamide gel having a network structure in which polyacrylamide is three-dimensionally crosslinked with a photocrosslinkable compound or the like.

本発明に使用するアミノ基と反応する官能基としては、アルデヒド基、活性エステル基等が挙げられるが、活性エステル基が好ましい。活性エステル基は、カルボン酸のカルボキシル基が活性化されたものであり、C=Oを介して脱離基を有するカルボン酸である。活性化されたカルボン酸誘導体としては、たとえば、カルボン酸であるアクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸などのカルボキシル基が、酸無水物、酸ハロゲン化物、活性エステル、活性化アミドに変換された化合物が挙げられる。
活性エステル基としては、例えばp−ニトロフェニルエステル基、N−ヒドロキシスクシンイミドエステル基、コハク酸イミドエステル基、フタル酸イミドエステル基、5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシイミドエステル基、等が好ましく、p−ニトロフェニルエステル基又はN−ヒドロキシスクシンイミドエステル基がより好ましい。
アミノ基と反応する官能基は、基板表面に直接導入されていても良いし、親水性ポリマー構造の主鎖又は側鎖に有していても良い。
Examples of the functional group that reacts with the amino group used in the present invention include an aldehyde group and an active ester group, and an active ester group is preferred. The active ester group is a carboxylic acid obtained by activating a carboxyl group of a carboxylic acid and having a leaving group via C═O. Examples of the activated carboxylic acid derivatives include carboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, maleic acid, and fumaric acid, which are acid anhydrides, acid halides, active esters, activated amides. The compound converted into is mentioned.
As the active ester group, for example, p-nitrophenyl ester group, N-hydroxysuccinimide ester group, succinimide ester group, phthalimide ester group, 5-norbornene-2,3-dicarboximide ester group and the like are preferable. , P-nitrophenyl ester group or N-hydroxysuccinimide ester group is more preferable.
The functional group that reacts with the amino group may be introduced directly to the substrate surface, or may be included in the main chain or side chain of the hydrophilic polymer structure.

次に、基板の表面へのプライマーの固定化方法について説明する。
例えば、(i)基板上の表面に存在する、又は親水性ポリマーに含まれるアミノ基と反応する官能基のうち、少なくとも一部のアミノ基と反応する官能基とプライマーとを反応させて共有結合を形成させることにより、基板表面でプライマーを固定化し、続いて(ii)プライマーを固定化した以外の基板表面のアミノ基と反応する官能基を不活性化する、すなわち残りのアミノ基と反応する官能基を不活性化することにより、プライマーを基板の表面に固定することができる。以下、それぞれの工程について説明する。
Next, a method for immobilizing the primer on the surface of the substrate will be described.
For example, (i) among functional groups that react with amino groups present on the surface of a substrate or contained in a hydrophilic polymer, a functional group that reacts with at least some of the amino groups reacts with a primer and is covalently bonded. Then, the primer is immobilized on the substrate surface, and then (ii) the functional group that reacts with the amino group on the substrate surface other than the one where the primer is immobilized is deactivated, that is, reacts with the remaining amino groups. By inactivating the functional group, the primer can be immobilized on the surface of the substrate. Hereinafter, each process will be described.

上記工程(i)において、鋳型DNA断片とアニールするプライマーを基板上に固定化する際には、プライマーを溶解または分散した液体を点着する方法が好ましい。基板上の表面に存在する、又は親水性ポリマーに含まれるアミノ基と反応する官能基の一部がプライマーと反応して、プライマーの間で共有結合が形成される。   In the step (i), when the primer to be annealed with the template DNA fragment is immobilized on the substrate, a method of spotting a liquid in which the primer is dissolved or dispersed is preferable. Some of the functional groups that are present on the surface of the substrate or react with amino groups contained in the hydrophilic polymer react with the primer to form a covalent bond between the primers.

このプライマーを溶解または分散した液体は、例えば中性からアルカリ性、例えばpHが7.6以上とすることができる。   The liquid in which the primer is dissolved or dispersed can be, for example, neutral to alkaline, for example, pH 7.6 or higher.

また、点着後、基板表面に固定化されなかったプライマーを除去するため、純水や緩衝液で洗浄してもよい。   In addition, after the spotting, in order to remove the primer not immobilized on the substrate surface, the primer may be washed with pure water or a buffer solution.

また、上記工程(ii)に示したように、洗浄後はプライマーを固定化した以外の基板表面のアミノ基と反応する官能基の不活性化処理をアルカリ化合物、あるいは一級アミノ基を有する化合物で行う。   In addition, as shown in the above step (ii), after the washing, the functional group reacting with the amino group on the substrate surface other than the immobilized primer is deactivated with an alkali compound or a compound having a primary amino group. Do.

アルカリ化合物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、ホウ酸ナトリウム、水酸化リチウム、リン酸カリウムなどを用いることができる。   Examples of the alkali compound include sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, sodium bicarbonate, disodium hydrogen phosphate, calcium hydroxide, magnesium hydroxide, sodium borate, lithium hydroxide, and potassium phosphate. it can.

一級アミノ基を有する化合物としては、グリシン、9−アミノアクアジン、アミノブタノール、4−アミノ酪酸、アミノカプリル酸、アミノエタノール、5−アミノ2,3−ジヒドロー1,4−ペンタノール、アミノエタンチオール塩酸塩、アミノエタンチオール硫酸、2−(2−アミノエチルアミノ)エタノール、リン酸二水素2−アミノエチル、硫酸水素アミノエチル、4−(2−アミノエチル)モルホリン、5-アミノフルオレセイン、6−アミノヘキサン酸、アミノヘキシルセルロース、p−アミノ馬尿酸、2−アミノ−2−ヒドロキシメチル−1,3−プロパンジオール、5−アミノイソフタル酸、アミノメタン、アミノフェノール、2−アミノオクタン、2−アミノオクタン酸、1−アミノ2−プロパノール、3−アミノ−1−プロパノール、3−アミノプロペン、3−アミノプロピオニトリル、アミノピリジン、11−アミノウンデカン酸、アミノサリチル酸、アミノキノリン、4−アミノフタロニトリル、3−アミノフタルイミド、p−アミノプロピオフェノン、アミノフェニル酢酸、アミノナフタレンなどを用いることができる。これらのうち、アミノエタノール、グリシンを用いることが好ましい。   Examples of the compound having a primary amino group include glycine, 9-amino aquadine, aminobutanol, 4-aminobutyric acid, aminocaprylic acid, aminoethanol, 5-amino2,3-dihydro-1,4-pentanol, aminoethanethiol Hydrochloride, aminoethanethiolsulfuric acid, 2- (2-aminoethylamino) ethanol, 2-aminoethyl dihydrogen phosphate, aminoethyl hydrogensulfate, 4- (2-aminoethyl) morpholine, 5-aminofluorescein, 6- Aminohexanoic acid, aminohexyl cellulose, p-aminohippuric acid, 2-amino-2-hydroxymethyl-1,3-propanediol, 5-aminoisophthalic acid, aminomethane, aminophenol, 2-aminooctane, 2-amino Octanoic acid, 1-amino-2-propanol, 3-amino-1-propyl Lopanol, 3-aminopropene, 3-aminopropionitrile, aminopyridine, 11-aminoundecanoic acid, aminosalicylic acid, aminoquinoline, 4-aminophthalonitrile, 3-aminophthalimide, p-aminopropiophenone, aminophenylacetic acid , Aminonaphthalene and the like can be used. Of these, aminoethanol and glycine are preferably used.

また、基板に固定化するプライマーには、アミノ基と反応する官能基との反応性を高めるため、アミノ基を導入しておくことが好ましい。アミノ基はアミノ基と反応する官能基との反応性に優れるため、アミノ基が導入されたプライマーを用いることにより、効率よくかつ強固に基板の表面上にプライマーを固定化することができる。アミノ基の導入位置はプライマーの分子鎖末端あるいは側鎖であってもよいが、分子鎖末端に導入されていることが、相補的な鋳型DNA断片とのアニーリングをより一層効率よく行うことができるという観点からは、好ましい。   Moreover, it is preferable to introduce an amino group into the primer to be immobilized on the substrate in order to increase the reactivity with the functional group that reacts with the amino group. Since the amino group is excellent in reactivity with the functional group that reacts with the amino group, the primer can be efficiently and firmly immobilized on the surface of the substrate by using the primer into which the amino group is introduced. The amino group may be introduced at the end of the molecular chain or at the side chain of the primer, but it can be annealed with the complementary template DNA fragment more efficiently if it is introduced at the end of the molecular chain. From this point of view, it is preferable.

以上により、図2に示したような基板12の表面上にプライマー14が固定化されたDNAマイクロアレイ10が得られる。   As described above, the DNA microarray 10 having the primer 14 immobilized on the surface of the substrate 12 as shown in FIG. 2 is obtained.

図1に戻り、ステップS20では、ステップS10で得られるDNAマイクロアレイ10の基板12の表面に固定化されたプライマー14にアニールさせるDNA増幅用の鋳型DNA断片16及びヌクレオチドモノマーを含むサンプルが導入される。   Returning to FIG. 1, in step S20, a DNA amplification template DNA fragment 16 to be annealed to the primer 14 immobilized on the surface of the substrate 12 of the DNA microarray 10 obtained in step S10 and a sample containing nucleotide monomers are introduced. .

この導入されたサンプルからなる反応系としては、耐熱性細菌に由来するDNAポリメラーゼであるTaqDNAポリメラーゼ、TthDNAポリメラーゼ、PfuDNAポリメラーゼなどの存在下で、ヌクレオチドモノマー(dATP,dCTP,dGTP,dTTPなど)を含有するMPEC用バッファが挙げられる。   The reaction system comprising the introduced sample contains nucleotide monomers (dATP, dCTP, dGTP, dTTP, etc.) in the presence of Taq DNA polymerase, Tth DNA polymerase, Pfu DNA polymerase, etc., which are DNA polymerases derived from thermostable bacteria. An MPEC buffer is provided.

また、これらヌクレオチドモノマーの少なくとも一種をラベルしておくことができる。例えば、dTTPの塩基の3位を蛍光ラベルしたCy3−dUTPをヌクレオチドモノマーとして用いることで、鋳型DNA断片のアデニン(A)に対応する伸長(プライマー)側の位置にCy3−dUTPが挿入される。これにより、伸長反応が生じたプライマーから形成されるDNA断片がCy3−dUTPで蛍光染色されて、このDNA断片の検出を行うことができるようになる。   In addition, at least one of these nucleotide monomers can be labeled. For example, by using Cy3-dUTP fluorescently labeled at position 3 of the base of dTTP as a nucleotide monomer, Cy3-dUTP is inserted at a position on the extension (primer) side corresponding to adenine (A) of the template DNA fragment. Thereby, the DNA fragment formed from the primer in which the extension reaction has occurred is fluorescently stained with Cy3-dUTP, and this DNA fragment can be detected.

なお、他のヌクレオチドモノマーをラベルしてもよく、また複数の種類のヌクレオチドモノマーをラベルしてもよい。また、ラベル方法も蛍光体の導入の他に、光吸収体の導入の方法、放射線ラベルの方法(P32-ATP、P32-dATP)、酵素標識などの非放射性ラベルの方法などによってもDNA鎖を検出することができる。 Other nucleotide monomers may be labeled, and a plurality of types of nucleotide monomers may be labeled. In addition to also label Methods of introduction of the phosphor, a method of introducing light absorbing method of radiolabeled (P 32 -ATP, P 32 -dATP ), by a method of non-radioactive labels such as enzyme labels DNA The strand can be detected.

この酵素標識の方法においては、ビオチン(biotin)化またはジゴキシゲニン(DIG:ステロイド系天然物)を結合した核酸(例えば、biotin-dUTP、DIG-dUTP)を使用してプライマーを伸張させた後、蛍光標識化したアルカリフォスファターゼまたはアルカリフォスファターゼ処理しニトロブルーテトラゾリウム(NBT)と5−ブロモ−4−クロロ−3−インドリルリン酸(BCIP)液中で数時間反応させることによってDNAを検出することができる。   In this enzyme labeling method, a nucleic acid (for example, biotin-dUTP, DIG-dUTP) bound to biotin (biotin) or digoxigenin (DIG: steroidal natural product) is used to extend the primer, and then fluorescence is applied. DNA can be detected by reacting with labeled alkaline phosphatase or alkaline phosphatase and nitroblue tetrazolium (NBT) in 5-bromo-4-chloro-3-indolyl phosphate (BCIP) solution for several hours. .

ステップS30では、サンプルが導入された反応系の温度を、DNA鎖の熱変性温度(melting temperature:Tm)以上、例えば90℃〜95℃まで上昇させる。この熱変性処理により、自己相補鎖などで見られる折れたたみ構造を有する鋳型DNA断片やプライマーが直鎖状の一本鎖になる。   In step S30, the temperature of the reaction system into which the sample has been introduced is increased to a temperature equal to or higher than the heat denaturation temperature (Tm) of the DNA strand, for example, 90 ° C to 95 ° C. By this heat denaturation treatment, a template DNA fragment or primer having a folded structure found in a self-complementary strand or the like becomes a linear single strand.

続いて、ステップS40では、反応系の温度をプライマーと鋳型DNA断片とがアニールする温度(アニール温度)、例えば4℃〜65℃、好ましくは50℃〜65℃まで下降させる。このアニール処理により、鋳型DNA断片の一部と相補的な配列を有するプライマーと、この鋳型DNA断片とが二本鎖になる(図3)。   Subsequently, in step S40, the temperature of the reaction system is lowered to a temperature at which the primer and the template DNA fragment anneal (annealing temperature), for example, 4 ° C to 65 ° C, preferably 50 ° C to 65 ° C. By this annealing treatment, a primer having a sequence complementary to a part of the template DNA fragment and the template DNA fragment become double stranded (FIG. 3).

ステップS50では、アニール処理を行った反応系の温度を、前記アニール処理温度から前記熱変性処理温度まで徐々に上昇させるよう制御する。あるいは、当該反応系の温度を、前記アニール処理温度と前記熱変性処理温度との間の所定の温度、例えば65℃〜75℃に変化させるように制御する。このように反応系の温度を制御することにより、MPEC法によるDNA鎖の伸長反応が起こる、すなわち鋳型DNA断片16に相補的なDNA断片が、基板上に形成され、DNAの二本鎖が得られるようになる(図4)。   In step S50, control is performed so that the temperature of the reaction system that has performed the annealing process is gradually increased from the annealing process temperature to the thermal denaturation process temperature. Alternatively, the temperature of the reaction system is controlled to change to a predetermined temperature between the annealing temperature and the heat denaturation temperature, for example, 65 ° C to 75 ° C. By controlling the temperature of the reaction system in this way, an elongation reaction of the DNA strand by the MPEC method occurs, that is, a DNA fragment complementary to the template DNA fragment 16 is formed on the substrate, and a double strand of DNA is obtained. (FIG. 4).

図1に戻り、ステップS60では、伸長反応後の反応系を、DNA鎖の熱変性温度、例えば90℃〜95℃で維持する。   Returning to FIG. 1, in step S60, the reaction system after the extension reaction is maintained at the heat denaturation temperature of the DNA strand, for example, 90 ° C. to 95 ° C.

この熱変性処理により、基板12の表面では二本鎖DNAから鋳型DNA断片16(図4)が脱離して、一本鎖DNA断片18が残された状態になる(図5)。   By this heat denaturation treatment, the template DNA fragment 16 (FIG. 4) is detached from the double-stranded DNA on the surface of the substrate 12, and the single-stranded DNA fragment 18 remains (FIG. 5).

ステップS70では、次の伸長反応を行うか否かが判別される。この判別は、温度調整装置(サーモサイクラー)などを用いて反応回数を指定してその回数に達したか否かを自動で行ってもよいし、毎回操作者の判断によって行ってもよい。   In step S70, it is determined whether or not the next extension reaction is performed. This determination may be performed automatically by designating the number of times of reaction using a temperature adjusting device (thermocycler) or the like and determining whether or not the number has been reached, or by the operator's judgment every time.

この判別結果がYES、すなわち次の伸長反応を行う場合にはステップS40に戻り、アニール処理(ステップS40)−伸長反応(ステップS50)−熱変性処理(ステップS60)が繰り返され、未反応のプライマーでDNA伸長反応が行われる。このサイクルを1〜50回繰り返す結果、基板上でMPEC法によるDNA鎖増幅が行われる。   When this determination result is YES, that is, when the next extension reaction is performed, the process returns to step S40, and the annealing process (step S40) -extension reaction (step S50) -thermal denaturation process (step S60) is repeated, and the unreacted primer A DNA extension reaction is carried out. As a result of repeating this cycle 1 to 50 times, DNA strand amplification by the MPEC method is performed on the substrate.

また、ステップS70での判別結果がNO、すなわち次の伸長反応を行わない場合には、ステップS80に進み、反応液を捨てて、DNAマイクロアレイを、例えば0.1wt%のSDS溶液を用いて洗浄して、終了する。   If the determination result in step S70 is NO, that is, if the next extension reaction is not performed, the process proceeds to step S80, the reaction solution is discarded, and the DNA microarray is washed with, for example, a 0.1 wt% SDS solution. And exit.

このDNA鎖増幅のためには、基板上の一定の区画内に複数のスポットを設けておき、各スポットにプライマーを固定化しておき、マイクロアレイを形成しておくことが好ましい。   In order to amplify the DNA strand, it is preferable to provide a plurality of spots in a certain section on the substrate, immobilize a primer on each spot, and form a microarray.

また、基板の表面に固定化させるDNA増幅用プライマーの長さを目的や用途に応じて任意に決定することができ、例えば5〜50塩基とすることができる。   In addition, the length of the DNA amplification primer to be immobilized on the surface of the substrate can be arbitrarily determined according to the purpose and application, and can be, for example, 5 to 50 bases.

(第二の実施形態)
図6は、第二の実施形態としてのDNA鎖伸長方法の手順を示すフローチャートである。図6において、図1と手順が同様な部分については、図1と同様の符号を付して、説明を省略する。
(Second embodiment)
FIG. 6 is a flowchart showing the procedure of the DNA chain extension method as the second embodiment. In FIG. 6, parts similar to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those in FIG.

このDNA鎖伸長方法は、親水性ポリマーからなる層、及びアミノ基と反応する官能基を表面に有する基板に、DNA伸長用のプライマー(以下、「プライマー」という)を固定化させ(ステップS10)、所望する配列を有する鋳型DNA断片及びヌクレオチドモノマーを含む試料が導入された反応系を、DNA鎖を熱変性する温度まで引き上げ(ステップS30)、この反応系の温度をアニール処理する温度まで下げ(ステップS40)、この反応系でDNA鎖の伸長反応を行う(ステップS50)ものである。   In this DNA chain extension method, a primer for DNA extension (hereinafter referred to as “primer”) is immobilized on a layer comprising a hydrophilic polymer and a substrate having a functional group that reacts with an amino group on the surface (step S10). Then, the reaction system in which the sample containing the template DNA fragment having the desired sequence and the nucleotide monomer is introduced is raised to a temperature at which the DNA strand is thermally denatured (step S30), and the temperature of this reaction system is lowered to the temperature for annealing treatment ( In step S40), a DNA chain elongation reaction is performed in this reaction system (step S50).

前述したように、ステップS20では、基板の表面に固定化されたプライマーにアニールさせるDNA伸長用の鋳型DNA断片を含むサンプルを導入し、このサンプルおよびこのサンプルが導入されてなる反応系は、前述したのと同様のものを適用することができる。   As described above, in step S20, a sample containing a template DNA fragment for DNA extension to be annealed to a primer immobilized on the surface of the substrate is introduced, and the sample and the reaction system into which this sample is introduced are described above. The same ones can be applied.

また、ステップS50での伸長反応の後に、ステップS55にて反応液を捨てて、DNAマイクロアレイを、例えば0.1wt%のSDS溶液を用いて洗浄して、終了する。   In addition, after the extension reaction in step S50, the reaction solution is discarded in step S55, and the DNA microarray is washed with, for example, a 0.1 wt% SDS solution, and the process ends.

以下に、本実施形態のDNA鎖伸長方法の適用例について説明する。   Hereinafter, application examples of the DNA chain extension method of the present embodiment will be described.

(SNP解析)
所定の着目遺伝子の特徴配列を含む塩基配列と相補的な配列を完全マッチ配列とするとき、プライマーをこの完全マッチ配列の一塩基を他の塩基に置き換えることで、SNP解析を行うことが可能になる。なお、プライマーは25塩基以内の長さを有するものを用いることが好ましい。
(SNP analysis)
When a sequence complementary to a base sequence including a characteristic sequence of a predetermined gene of interest is used as a perfect match sequence, SNP analysis can be performed by replacing one base of this perfect match sequence with another base. Become. In addition, it is preferable to use a primer having a length of 25 bases or less.

すなわち、ステップS10にて、ある着目遺伝子の特徴配列と一塩基だけミスマッチとなるDNA断片をプライマーとして基板の表面に固定化する。このとき、例えば384穴(各穴256スポット)、96穴(各穴1024スポット)のマイクロアレイを用いて、各スポットに固定化されたプライマーの配列を把握しておくようにする。ステップS20にて、この特徴配列を含むDNA鎖を鋳型DNA断片として用いてサンプル導入を行い、ステップS30にて熱変性処理を行って、ステップS40ではアニール処理を行う。ステップS50では、アニール処理により鋳型DNA鎖断片と二本鎖を形成したプライマーにだけ伸長反応が起こる。   That is, in step S10, a DNA fragment that is mismatched by one base with a characteristic sequence of a target gene is immobilized on the surface of the substrate as a primer. At this time, for example, by using a microarray of 384 holes (256 spots for each hole) and 96 holes (1024 spots for each hole), the sequence of the primer immobilized on each spot is grasped. In step S20, a sample is introduced using the DNA strand containing the characteristic sequence as a template DNA fragment, heat denaturation is performed in step S30, and annealing is performed in step S40. In step S50, the extension reaction occurs only on the primer that has formed a double strand with the template DNA strand fragment by the annealing treatment.

また、前述したようにステップS20にて導入されるサンプル中にラベルされたヌクレオチドモノマーを含めておくことで、プライマーから伸長反応により得られるDNA断片がラベルされ、ステップS55で洗浄後の基板に残った蛍光DNA断片を含むスポットの検出を行い、各アレイに固定化されたプライマーの配列が把握されていることから、検出されたスポットに固定化されたプライマーの配列を知ることができる。これにより、伸長反応が起こったプライマーの塩基配列がわかり、前記着目遺伝子の特徴配列を含む鋳型DNA断片に対する一塩基多型を解析することが可能になる。   Further, as described above, by including the labeled nucleotide monomer in the sample introduced in step S20, the DNA fragment obtained by the extension reaction from the primer is labeled, and remains on the substrate after washing in step S55. Since the spot containing the fluorescent DNA fragment is detected and the sequence of the primer immobilized on each array is known, the sequence of the primer immobilized on the detected spot can be known. As a result, the base sequence of the primer in which the extension reaction has occurred can be known, and single nucleotide polymorphisms for the template DNA fragment containing the characteristic sequence of the gene of interest can be analyzed.

(SBH解析)
所定数、例えば6〜10mer、好ましくは8merの塩基配列を有するプライマーを、全組合せ、例えば8merのプライマーを用いた場合には、全組合せである48=65536種類のプライマーを用意して、各々のプライマーがマイクロアレイのひとつのスポットに固定化させることにより、塩基配列決定(SBH)解析を行うことが可能になる。
(SBH analysis)
Primers having a predetermined number, for example, 6 to 10 mer, preferably 8 mer base sequences, all combinations, for example, when 8 mer primers are used, prepare 4 8 = 65536 kinds of primers that are all combinations, The base sequence determination (SBH) analysis can be performed by immobilizing the primers in one spot of the microarray.

すなわち、ステップS10にて前記の各プライマーをマイクロアレイの各スポットにそれぞれ固定化する。このとき、各スポットに固定化されたプライマーの配列を把握しておくようにする。ステップS20にて、未知の塩基配列のDNA断片を鋳型DNA断片として用いてサンプル導入を行い、ステップS30にて熱変性処理を行って、ステップS40ではアニール処理を行う。ステップS50では、アニール処理により鋳型DNA鎖断片と二本鎖を形成したプライマーにだけ伸長反応が起こる。   That is, in step S10, each of the primers is immobilized on each spot of the microarray. At this time, the sequence of the primer immobilized on each spot is known. In step S20, a sample is introduced using a DNA fragment of an unknown base sequence as a template DNA fragment, heat denaturation is performed in step S30, and annealing is performed in step S40. In step S50, the extension reaction occurs only on the primer that has formed a double strand with the template DNA strand fragment by the annealing treatment.

また、前述したようにステップS20にて導入されるサンプル中にラベルされたヌクレオチドモノマーを含めておくことで、プライマーから伸長反応により得られるDNA断片がラベルされ、ステップS55で洗浄後の基板に残った蛍光DNA断片を含むスポットの検出を行い、各アレイに固定化されたプライマーの配列が把握されていることから、検出されたスポットに固定化されたプライマーの配列を知ることができる。これにより、伸長反応が起こったプライマーの塩基配列がわかる。   Further, as described above, by including the labeled nucleotide monomer in the sample introduced in step S20, the DNA fragment obtained by the extension reaction from the primer is labeled, and remains on the substrate after washing in step S55. Since the spot containing the fluorescent DNA fragment is detected and the sequence of the primer immobilized on each array is known, the sequence of the primer immobilized on the detected spot can be known. Thereby, the base sequence of the primer in which the extension reaction has occurred is known.

ここで、図7に示したように、基板41上で伸長反応が起こったスポットを検出した後、検出されたスポットに固定化されているプライマーのランダム配列群45の各配列を取り出し、配列の前後で一塩基ずらしてオーバーラップするように順番付けして順番付け配列群47が得られる。この順番付け配列群47に示された順番にしたがって、各プライマーの先頭の塩基を読んで行き、最後のプライマーについては全塩基配列を読んで得られる塩基配列に基づいて、未知の塩基配列43を有する鋳型DNA断片の塩基配列49を決定することができる。   Here, as shown in FIG. 7, after detecting the spot where the extension reaction occurred on the substrate 41, each sequence of the random sequence group 45 of the primers immobilized on the detected spot was taken out, and the sequence of An ordering sequence group 47 is obtained by shifting the order before and after so as to overlap each other. In accordance with the order shown in the ordered sequence group 47, the first base of each primer is read, and the last base is read based on the base sequence obtained by reading the entire base sequence. The base sequence 49 of the template DNA fragment possessed can be determined.

なお、プライマーが6塩基長の場合は4096種類のプライマーを用意する必要があり、プライマーが7塩基長の場合は16384種類のプライマーを用意する必要がある。これらのプライマーは、機能未知(nc)RNAおよびマイクロ(mi)RNAなどの20mer〜50merの比較的小分子の探索、遺伝子配列解析に用いることができる。   In addition, when a primer is 6 base length, it is necessary to prepare 4096 types of primers, and when a primer is 7 base length, it is necessary to prepare 16384 types of primers. These primers can be used for searching relatively small molecules of 20 mer to 50 mer such as unknown function (nc) RNA and micro (mi) RNA, and gene sequence analysis.

また、プライマーが8塩基長の場合は65536種類のプライマーを用意する必要があり、プライマーが9塩基長の場合および10塩基長の場合は、それぞれ262144および1048576種類のプライマーを用意する必要がある。これらのプライマーは、通常の遺伝子配列解析に用いることができる。   When the primer is 8 bases long, 65536 types of primers need to be prepared, and when the primer is 9 bases long and 10 bases long, 262144 and 1048576 types of primers need to be prepared, respectively. These primers can be used for normal gene sequence analysis.

(遺伝子発現プロファイル解析)
図8は、遺伝子発現プロファイル用サンプルとして、ラベルを導入したサンプルを調整および発現プロファイル解析するための従来の方法を示す。
(Gene expression profile analysis)
FIG. 8 shows a conventional method for adjusting and analyzing an expression profile of a sample into which a label is introduced as a gene expression profile sample.

目的に応じた生体組織から全RNA(totalRNA)を抽出する。さらに全RNAからは逆転写反応によって、cDNAを合成する(第一鎖合成)。逆転写反応の際にはdNTPとアミノアリルdUTPを一定の割合で混合したものを加えて、アミノアリルdUTPを取り込んだcDNAを合成する。   Total RNA (total RNA) is extracted from the biological tissue according to the purpose. Furthermore, cDNA is synthesized from the total RNA by reverse transcription (first strand synthesis). In the reverse transcription reaction, a mixture of dNTP and aminoallyl dUTP in a certain ratio is added to synthesize cDNA incorporating aminoallyl dUTP.

なお、組織から得た全RNA量が少ない場合は、逆転写反応によりcDNAを合成した後、2本鎖のcDNA(転写鋳型DNA断片)を合成し(第二鎖合成)、それを鋳型としてアンチセンス鎖のRNA(aRNA)を増幅する。このRNA増幅の際にdNTPとアミノアリルdUTPとを一定の割合で混合したものを加えることで、アミノアリルdUTPを取り込んだaRNAを合成することができる。   If the amount of total RNA obtained from the tissue is small, after synthesizing cDNA by reverse transcription reaction, double-stranded cDNA (transcription template DNA fragment) is synthesized (second-strand synthesis) and used as a template for anti-antibody Amplify the sense strand RNA (aRNA). By adding a mixture of dNTP and aminoallyl dUTP at a certain ratio during the RNA amplification, aRNA incorporating aminoallyl dUTP can be synthesized.

続いて、上記のcDNAまたはアンチセンスアミノアリルRNA(aRNA)をエタノール沈殿した後、0.2M炭酸ナトリウムバッファー(NaHCO3−Na2CO3(pH9.0))に溶解する。DMSOに溶解しておいた蛍光色素(Cy3またはCy5)を加えて、常法に従い、cDNAまたはaRNAに取り込ませておいたアミノアリルdUTPとカップリング反応させ、cDNAまたはaRNAを蛍光標識する。遊離の蛍光色素をゲルろ過カラムまたはフィルターなどを用い常法の精製により除去した後、aRNAについてはさらにフラグメンテーションバッファー(終濃度0.04M酢酸トリアミノメタン(pH8.1)、0.1M酢酸カリウム、0.03M酢酸マグネシウム)を加えて95℃で15分間反応後、クラッシュアイスで急冷してaRNAを断片化する。ゲル電気泳動などの方法によりフラグメント化を確認した後、ゲルろ過フィルターで精製・濃縮する。 Subsequently, the above cDNA or antisense aminoallyl RNA (aRNA) is ethanol precipitated and then dissolved in 0.2 M sodium carbonate buffer (NaHCO 3 —Na 2 CO 3 (pH 9.0)). Fluorescent dye (Cy3 or Cy5) dissolved in DMSO is added and coupled with aminoallyl dUTP incorporated in cDNA or aRNA according to a conventional method to fluorescently label cDNA or aRNA. After removing the free fluorescent dye by conventional purification using a gel filtration column or a filter, for aRNA, further fragmentation buffer (final concentration 0.04M triaminomethane acetate (pH 8.1), 0.1M potassium acetate, 0.03M magnesium acetate) is added and reacted at 95 ° C. for 15 minutes, and then rapidly cooled with crushed ice to fragment aRNA. After confirming fragmentation by a method such as gel electrophoresis, the solution is purified and concentrated with a gel filtration filter.

次に、調製したcDNAまたはaRNAとマイクロアレイのプライマーとのハイブリダイゼーションを行う。cDNAまたはaRNAにハイブリダイゼーションバッファー(最終濃度5×SSC、0.5(v/v)%SDS、4×Denhardt’s solution)及びホルムアミド(Formamide)を適宜混合し、DNAマイクロアレイと45℃〜60℃で一晩ハイブリダイゼーションする。ハイブリダイゼーション後、2×SSC−0.1(v/v)%SDS溶液、2×SSC溶液、1×SSC溶液で5分間ずつ洗浄したのち、蛍光読取装置(例えば、CRBIO(R) IIe;日立ソフトウエアーエンジニアリング製)を用いて画像をスキャンし、解析ソフト(例えば、DNASIS(R)Array;日立ソフトウエアーエンジニアリング製)を用いてシグナル強度を定量化する。
なお、図8においては、aRNAの合成を示しているが、途中の工程で得られるcDNAが解析に十分な量であれば、このcDNAを直接解析してもよい。
Next, hybridization of the prepared cDNA or aRNA and a microarray primer is performed. Hybridization buffer (final concentration 5 × SSC, 0.5 (v / v)% SDS, 4 × Denhardt's solution) and formamide is mixed with cDNA or aRNA as appropriate, and mixed with DNA microarray at 45 ° C. to 60 ° C. Hybridize overnight. After hybridization, after washing with 2 × SSC-0.1 (v / v)% SDS solution, 2 × SSC solution, and 1 × SSC solution for 5 minutes each time, a fluorescence reader (for example, CRBIO® IIe; Hitachi) The image is scanned using software engineering, and the signal intensity is quantified using analysis software (eg, DNASIS® Array; manufactured by Hitachi Software Engineering).
Although FIG. 8 shows the synthesis of aRNA, this cDNA may be directly analyzed if the amount of cDNA obtained in the intermediate step is sufficient for analysis.

この方法では、複雑な前処理工程を行うため、それぞれの試料で条件選定など設定条件が多くなる上に、全工程で少なくとも5日〜一週間はかかってしまうのが迅速な遺伝子検査の上で問題であった。   In this method, since a complicated pretreatment process is performed, setting conditions such as condition selection increase for each sample, and it takes at least 5 days to 1 week for all processes in terms of rapid genetic testing. It was a problem.

そこで、本実施形態では、全RNAからcDNAを得る第一鎖合成を行った後に、図1のステップS10と同様の方法にて基板の表面に、解析対象となる遺伝子の特徴配列に相当する塩基配列を有するDNA断片をプライマーとして用いて、各々のプライマーをマイクロアレイのひとつのスポットに固定化させ、第一鎖合成により得られるcDNA(または必要に応じて増幅させて得られるaRNA)を鋳型DNA断片として用いて、発現遺伝子を特定することが可能になる。   Therefore, in this embodiment, after performing first strand synthesis to obtain cDNA from total RNA, bases corresponding to the characteristic sequence of the gene to be analyzed are formed on the surface of the substrate in the same manner as in step S10 of FIG. Using a DNA fragment having a sequence as a primer, each primer is immobilized on one spot of a microarray, and cDNA obtained by first strand synthesis (or aRNA obtained by amplification if necessary) is a template DNA fragment Can be used to identify the expressed gene.

すなわち、既知の遺伝子が有する特徴配列と相補的な塩基配列を有するプローブが、特定の細胞由来の全RNAから得られる鋳型DNA断片中に存在するか否かが分かる。   That is, it can be seen whether or not a probe having a base sequence complementary to a characteristic sequence of a known gene is present in a template DNA fragment obtained from total RNA derived from a specific cell.

すなわち、ステップS10にて前記の各プライマーをマイクロアレイの各スポットにそれぞれ固定化する。このとき、各スポットに固定化されたプライマーの配列を把握しておくようにする。ステップS20にて、前述したようにして得られる所定の全RNAから合成されたcDNAを鋳型DNA断片として用いてサンプル導入を行い、ステップS30にて熱変性処理を行って、ステップS40ではアニール処理を行う。ステップS50では、アニール処理により鋳型DNA鎖断片と二本鎖を形成したプライマーにだけ伸長反応が起こる。   That is, in step S10, each of the primers is immobilized on each spot of the microarray. At this time, the sequence of the primer immobilized on each spot is known. In step S20, a sample is introduced using the cDNA synthesized from the predetermined total RNA obtained as described above as a template DNA fragment, heat denaturation is performed in step S30, and annealing is performed in step S40. Do. In step S50, the extension reaction occurs only on the primer that has formed a double strand with the template DNA strand fragment by the annealing treatment.

また、前述したようにステップS20にて導入されるサンプル中にラベルされたヌクレオチドモノマーを含めておくことで、プライマーから伸長反応により得られるDNA断片がラベルされ、ステップS55で洗浄後の基板に残った蛍光DNA断片を含むスポットの検出を行い、各アレイに固定化されたプライマーの配列が把握されていることから、検出されたスポットに固定化されたプライマーの配列を知ることができる。これにより、伸長反応が起こったプライマーの塩基配列がわかり、全RNAがどの遺伝子から発現されて得られたものであるか、すなわち遺伝子発現プロファイルを解析することが可能になる。   Further, as described above, by including the labeled nucleotide monomer in the sample introduced in step S20, the DNA fragment obtained by the extension reaction from the primer is labeled, and remains on the substrate after washing in step S55. Since the spot containing the fluorescent DNA fragment is detected and the sequence of the primer immobilized on each array is known, the sequence of the primer immobilized on the detected spot can be known. As a result, the base sequence of the primer in which the extension reaction has occurred can be known, and from which gene the total RNA is expressed can be analyzed, that is, the gene expression profile can be analyzed.

この方法によれば、遺伝子発現プロファイル(gene expression profile)解析を、通常の解析において手間と時間がかかるサンプル調製をほとんど行うことなく、ゲノムDNA又は全RNAからの逆転写産物cDNAを鋳型DNA断片として用い簡便な操作で行うことができるようになる。   According to this method, gene expression profile analysis can be carried out using genomic DNA or reverse transcript cDNA from total RNA as a template DNA fragment, with almost no laborious and time-consuming sample preparation in normal analysis. It becomes possible to carry out by a simple operation.

以上の用途のほかには、
マイクロサテライト解析、染色体異常解析(CGH:Comparative Genomic Hybridization)、機能未知(nc)RNA探索などの遺伝子解析用基本ツールへの適用;
これらツールを使用した臓器・疾患別遺伝子発現解析チップ、変異原性試験キット(環境ホルモン)、遺伝子組換え食品検査キット、ミトコンドリア遺伝子配列解析キット、親子鑑定・犯罪捜査のための解析キット、先天性疾患解析キット、染色体・遺伝子異常解析キット、遺伝子診断(着床前・出生前)キット、薬物反応関連遺伝子多型解析キット、脂質代謝関連遺伝子多型解析キット、耳鼻科・眼科領域遺伝子多型解析キットなどの用途別カスタムチップへの適用;
ガン予後予測チップ、医薬品開発(臨床・創薬)用チップ、健康食品開発用チップなどの診断・臨床用カスタムチップへの適用;
Besides the above uses,
Application to basic tools for gene analysis such as microsatellite analysis, chromosomal aberration analysis (CGH), and unknown function (nc) RNA search;
Gene expression analysis chip by organ / disease using these tools, mutagenicity test kit (environmental hormone), genetically modified food test kit, mitochondrial gene sequence analysis kit, analysis kit for paternity / crime investigation, congenital Disease analysis kit, chromosome / gene abnormality analysis kit, genetic diagnosis (pre-implantation / prenatal) kit, drug reaction-related gene polymorphism analysis kit, lipid metabolism-related gene polymorphism analysis kit, otolaryngology / ophthalmology gene polymorphism analysis Application to custom chips by use such as kits;
Application to diagnostic / clinical custom chips such as cancer prognosis prediction chips, pharmaceutical development (clinical / drug discovery) chips, health food development chips;

微生物限度試験や食品飲料水中の微生物検査などの薬品・食品製造工程、およびう蝕・歯周病関連菌の検出、日和見感染菌の検出などの歯科領域の臨床検査、および食品工場・厨房施設環境検査、飲料・公衆浴場、井戸水などの水質検査における環境検査、および感染症・食中毒の予防、会社従業員の衛生管理などの保健衛生、および耐性菌を含む一般細菌同定、肝炎ウイルス、ヘリコバクターピロリ、肝炎クラミジア菌、エイズウイルス、SARSウイルス、ウエストナイルウイルス、ノロウイルス(生カキ由来の食中毒)、インフルエンザウイルス、真菌・カビなどの臨床検査などの微生物同定検査キットへの適用などが挙げられる。   Drug and food manufacturing processes such as microbiological limit tests and microbiological tests in food and drink water, clinical examinations in the dental field such as detection of caries and periodontal disease-related bacteria, opportunistic infections, and food factory / kitchen facility environment Environmental inspection in water quality inspections such as inspections, beverages / public baths, well water, etc., and prevention of infectious diseases / food poisoning, hygiene such as hygiene management of company employees, and identification of general bacteria including resistant bacteria, hepatitis virus, Helicobacter pylori, Application to microbe identification test kits such as clinical tests for hepatitis chlamydia, AIDS virus, SARS virus, West Nile virus, norovirus (food poisoning derived from live oysters), influenza virus, fungi and mold, and the like.

(実験例1)
以下の手法にて、プライマーを、本実施形態に対応するガラス基板、および従来の基板に対応するアルデヒド基板の各基板の表面に固定化して、各基板上でDNA鎖伸長反応を行って、プライマーのDNA鎖伸長反応を検出した。
(Experimental example 1)
The primer is immobilized on the surface of each substrate of the glass substrate corresponding to the present embodiment and the aldehyde substrate corresponding to the conventional substrate by the following method, and DNA strand extension reaction is performed on each substrate, and the primer The DNA chain elongation reaction was detected.

(ガラス基板の作成)
市販のCodeLinkTM Activated Slides(Amersham Bioscience, GE Healthcare) を用いた。本基板は、ガラス基板表面に親水性ポリマーとしてポリアクリルアミドの3次元構造を有する層、及び活性エステル基を有しているものである。
(Creation of glass substrate)
Commercially available CodeLink Activated Slides (Amersham Bioscience, GE Healthcare) were used. This substrate has a layer having a three-dimensional structure of polyacrylamide as a hydrophilic polymer on the surface of a glass substrate and an active ester group.

(アルデヒド基板の作成)
市販のスライドガラス基板に、アミノアルキルシランとしてγ−アミノプロピルトリエトキシシランをメタノール中に5%の濃度で溶解させたものをアミノ基導入処理液として調製し、この溶液の中に2時間浸漬の後、基板を溶液から取り出し、超純水中に浸漬し放置後基板を取り出し乾燥した。グルタルアルデヒドをPBS(−)中に2%の濃度で溶解させてグルタルアルデヒド溶液を調製し、アミノアルキルシラン処理を行った基板をグルタルアルデヒド溶液中に浸漬し、4時間放置した後、基板を取り出して超純水中に浸漬し、洗浄乾燥した。これにより、表面にアルデヒド基を有するアルデヒド基板が得られた。
(Creation of aldehyde substrate)
A commercially available slide glass substrate prepared by dissolving γ-aminopropyltriethoxysilane as an aminoalkylsilane in methanol at a concentration of 5% was prepared as an amino group-introducing treatment solution, and immersed in this solution for 2 hours. Thereafter, the substrate was taken out of the solution, immersed in ultrapure water, allowed to stand, and then taken out and dried. Glutaraldehyde is dissolved in PBS (-) at a concentration of 2% to prepare a glutaraldehyde solution. The substrate treated with aminoalkylsilane is immersed in the glutaraldehyde solution and left for 4 hours, and then the substrate is taken out. And then immersed in ultrapure water, washed and dried. Thereby, an aldehyde substrate having an aldehyde group on the surface was obtained.

(プライマー固定)
5’末端がアミノ基で修飾されたオリゴDNA(20塩基鎖)を0.25M炭酸バッファ(pH9.0)を用いて溶解し、10μMのオリゴDNA溶液を調製した。この溶液をスポッタ(日立ソフトウェアーエンジニアリング製Marks-I)を用い、100μm径クロスカットピンでガラス基板、およびアルデヒド基板の表面上に、それぞれスポットした。オリゴDNAをスポットした各基板を、200μlの0.25Mリン酸バッファ(pH8.5)で内部を湿らせた密閉容器(10cm×15cm×3cm)中で一昼夜浸して、オリゴDNA(プライマー)を固定化させた。
(Primer fixation)
Oligo DNA (20 base chain) whose 5 ′ end was modified with an amino group was dissolved using 0.25 M carbonate buffer (pH 9.0) to prepare a 10 μM oligo DNA solution. This solution was spotted on the surface of a glass substrate and an aldehyde substrate using a spotter (Marks-I manufactured by Hitachi Software Engineering Co., Ltd.) with a 100 μm diameter cross cut pin. Each substrate on which oligo DNA was spotted was immersed overnight in a sealed container (10 cm x 15 cm x 3 cm) moistened with 200 µl of 0.25 M phosphate buffer (pH 8.5) to immobilize the oligo DNA (primer). Made it.

(DNA鎖伸長反応)
図6のステップS20で導入する鋳型DNA断片として、所定の50merの、予め5’末端をCy5にて標識したDNA断片を用いて、鋳型DNA断片の濃度が100pMとなるような反応系とした。
(DNA chain elongation reaction)
As a template DNA fragment to be introduced in step S20 of FIG. 6, a predetermined 50-mer DNA fragment whose 5 ′ end was previously labeled with Cy5 was used, and the reaction system was such that the concentration of the template DNA fragment was 100 pM.

続いて、図6のステップS30の熱変性処理、ステップS40のアニール処理、ステップS50の伸長反応をそれぞれ95℃5分(変性)−95℃1分(変性)−50℃3分(アニール)−95℃1分(変性)とした。   Subsequently, the thermal denaturation process in step S30, the annealing process in step S40, and the extension reaction in step S50 in FIG. 6 are performed at 95 ° C. for 5 minutes (denaturation) —95 ° C. for 1 minute (denaturation) —50 ° C. for 3 minutes (annealing) — The temperature was 95 ° C. for 1 minute (denaturation).

以下、サンプル中にCy3−dUTPを含めておいて各基板において行ったDNA鎖伸長反応検出におけるCy3−dUTP由来の蛍光強度を測定した結果を以下に示す。   Hereinafter, the result of measuring the fluorescence intensity derived from Cy3-dUTP in the detection of the DNA chain elongation reaction performed on each substrate with Cy3-dUTP included in the sample is shown below.

Figure 2006174788
Figure 2006174788

本実施形態に対応するガラス基板では、基板上でのDNA鎖伸長が検出された一方で、従来の基板に対応するアルデヒド基板ではDNA鎖伸長は検出されていないと考えられる。   In the glass substrate corresponding to the present embodiment, DNA strand elongation on the substrate was detected, whereas in the aldehyde substrate corresponding to the conventional substrate, DNA strand elongation is not detected.

(実験例2)
実験例1でDNA鎖伸長が検出されたガラス基板を用いて、20mer、25mer、30merの各プローブについてMPEC法によるDNA鎖伸長を1サイクル、5サイクル、10サイクル、20サイクルで行って、DNA鎖増幅反応を行って、各区切りのサイクル終了後に蛍光強度を測定した。
(Experimental example 2)
Using the glass substrate from which DNA strand elongation was detected in Experimental Example 1, DNA strand elongation by the MPEC method was performed in 1 cycle, 5 cycles, 10 cycles, and 20 cycles for each of the 20-mer, 25-mer, and 30-mer probes. An amplification reaction was performed, and the fluorescence intensity was measured after the end of each cycle.

なお、図1のステップS30の熱変性処理、ステップS40のアニール処理、ステップS50の伸長反応、ステップS60の熱変性処理をそれぞれ95℃5分(変性;初回のみ)−95℃1分(変性)−50℃3分(アニール)−95℃1分(変性)とした。
以下に、結果を示す。
In addition, the thermal denaturation process of step S30 of FIG. 1, the annealing process of step S40, the extension reaction of step S50, and the thermal denaturation process of step S60 are each 95 ° C. for 5 minutes (denaturation; first time only) -95 ° C. for 1 minute (denaturation). -50 ° C for 3 minutes (annealing) -95 ° C for 1 minute (modified)
The results are shown below.

Figure 2006174788
Figure 2006174788

コントロール実験としての「blank」(プローブを使用しない場合)と比較して、いずれの長さのプローブであってもDNA鎖増幅が検出された。   Compared with “blank” (when no probe was used) as a control experiment, DNA strand amplification was detected with any length of probe.

(実験例3)
図9に示したように、5'-Cy5-AAGGCGGGAGGGAGCGCAATCCGGGAGTTTACAAATGGACAAACTTCTAT-3'の5’位から21番目の塩基Cを変異部位としたSNPタイピングを行う目的で、計5種類のプローブ(21mer)を設計し、ガラス基板上に固定化した。このマイクロアレイを用いて、MPEC(multiple primer extension on a chip)反応によるSNPタイピング(伸張反応)を行う。
(Experimental example 3)
As shown in FIG. 9, 5 types of probes (21 mer) were designed for the purpose of SNP typing using the 21st base C from the 5 'position of 5'-Cy5-AAGGCGGGAGGGAGCGCAATCCGGGAGTTTACAAATGGACAAACTTCTAT-3' as the mutation site. And immobilized on a glass substrate. Using this microarray, SNP typing (extension reaction) by MPEC (multiple primer extension on a chip) reaction is performed.

このSNPタイピングは、DNAポリメラーゼ(0.05U/ml)、Cy3−dUTP(0.05mM)、50μlのPCRバッファ中にdATP,dCTP,dGTP(各0.2mM)の存在下で、95℃(1分)−50℃(3分)の温度サイクルで行う。
この伸長反応の結果、上記の50merのDNA断片をターゲットとして、このターゲットと相補的な配列を有する完全マッチ配列プローブのみが伸長し、その結果蛍光発色する。
This SNP typing is performed at 95 ° C. (1 mM) in the presence of DNA polymerase (0.05 U / ml), Cy3-dUTP (0.05 mM), dATP, dCTP, dGTP (each 0.2 mM) in 50 μl of PCR buffer. Min) with a temperature cycle of −50 ° C. (3 min).
As a result of the extension reaction, only the perfect match sequence probe having a sequence complementary to the target is extended using the 50-mer DNA fragment as a target, and as a result, fluorescence is developed.

(実験例4)
実験例1のMPEC反応をp53ガン抑制遺伝子の検出に応用する。
このp53遺伝子の異常は大腸がんや肺がんで高頻度に求められており、p53遺伝子に異常(一塩基多型:SNP)があると、抗がん剤が効きにくくなり、ガン細胞の細胞死(アポトーシス)を起こせずガン細胞が増殖することになる。
(Experimental example 4)
The MPEC reaction of Experimental Example 1 is applied to the detection of p53 tumor suppressor gene.
This p53 gene abnormality is frequently required in colorectal cancer and lung cancer, and if there is an abnormality (single nucleotide polymorphism: SNP) in the p53 gene, the anticancer agent becomes less effective and cell death of cancer cells Cancer cells will proliferate without causing (apoptosis).

そこで、正常なp53遺伝子およびがん細胞のp53遺伝子を用いたSNPタイピング(伸張反応)を行う。p53遺伝子の993番目と1069番目に変異があることは公知であり、この位置の塩基を3’末端とし、Tm値をほぼ一定となるようなプローブ設計を行い、基板上に固定した。設計した計16種のプローブ5’-ATGGGCGGCATGAACN-3’, 5’-TGAGGATGGGCCTCCN-3’, 5’-GGAACAGCTTTGAGGTGCN-3’, 5’-CCAGGACAGGCACAAACAN-3’ (N=A,G,C,T)を用い、MPEC反応によるSNPタイピングを行う。   Therefore, SNP typing (extension reaction) using normal p53 gene and cancer cell p53 gene is performed. It is known that there are mutations at the 993th and 1069th positions of the p53 gene, and the probe was designed so that the base at this position was the 3 'end and the Tm value was almost constant, and immobilized on the substrate. A total of 16 probes 5'-ATGGGCGGCATGAACN-3 ', 5'-TGAGGATGGGCCTCCN-3', 5'-GGAACAGCTTTGAGGTGCN-3 ', 5'-CCAGGACAGGCACAAACAN-3' (N = A, G, C, T) Used to perform SNP typing by MPEC reaction.

(実験例5)
SBH法による塩基配列決定解析のシュミレーション実験を行う。
図10に示したように、3’末端がCy5でラベルされた50塩基長のターゲットの塩基配列が決定できるように、一塩基ずつ3’末端方向にずらした8塩基(8mer)のプローブ(計50)をガラス基板上に固定したマイクロアレイを用いて、MPEC反応によるSBHを行う。各プローブの3’末端の一塩基にミスマッチを設定した8塩基(8mer)の50種類のプローブも加え基板上に固定した。このSBHシュミレーション用アレイを用いた塩基配列決定を行う。
(Experimental example 5)
A simulation experiment of base sequence determination analysis by the SBH method is performed.
As shown in FIG. 10, an 8-base probe (total of 8 mer) shifted toward the 3 ′ end by one base so that the base sequence of a 50-base target whose 3 ′ end is labeled with Cy5 can be determined. SBH by MPEC reaction is performed using a microarray in which 50) is fixed on a glass substrate. 50 probes of 8 bases (8mer) in which a mismatch was set at one base at the 3 ′ end of each probe were also added and immobilized on the substrate. The base sequence is determined using this SBH simulation array.

本発明の第一の実施形態に係るDNA鎖増幅方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the DNA strand amplification method which concerns on 1st embodiment of this invention. 前記第一の実施形態で用いるDNAマイクロアレイの一部を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically a part of DNA microarray used by said 1st embodiment. 前記DNAマイクロアレイのプライマーに鋳型DNAをアニールさせた状態を示す図である。It is a figure which shows the state which annealed template DNA to the primer of the said DNA microarray. 前記プライマー上でDNA鎖の伸長反応を行った状態を示す図である。It is a figure which shows the state which performed the elongation reaction of the DNA strand on the said primer. 前記伸長反応後得られた二本鎖を変性した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which denatured the double strand obtained after the said extension reaction. 本発明の第二の実施形態に係るDNA鎖伸長方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the DNA chain | stretch extension method which concerns on 2nd embodiment of this invention. 前記第二の実施形態の一適用例を示す図である。It is a figure which shows one example of application of said 2nd embodiment. 従来の遺伝子発現プロファイル用サンプルを調製する例を示す図である。It is a figure which shows the example which prepares the sample for the conventional gene expression profile. 前記第二の実施形態のその他の一適用例を示す図である。It is a figure which shows another example of application of said 2nd embodiment. 前記第二の実施形態のその他の一適用例を示す図である。It is a figure which shows another example of application of said 2nd embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10 DNAマイクロアレイ
12 基板
14 プライマー
16 鋳型DNA断片
18 一本鎖DNA断片
41 基板
43 未知の塩基配列
45 プライマーのランダム配列群
47 順番付け配列群
49 DNA断片の塩基配列
10 DNA microarray 12 Substrate 14 Primer 16 Template DNA fragment 18 Single-stranded DNA fragment 41 Substrate 43 Unknown base sequence 45 Primer random sequence group 47 Ordering sequence group 49 DNA fragment base sequence

Claims (16)

親水性ポリマーからなる層、及びアミノ基と反応する官能基を表面に有する基板に、DNA伸長用のプライマーを固定化させ、所望する配列を有する鋳型DNA断片及びヌクレオチドモノマーを含む試料が導入された反応系を、DNA鎖を熱変性する温度まで引き上げ、前記反応系の温度をアニール処理する温度まで下げ、前記反応系でDNA鎖の伸長反応を行うことを特徴とするDNA鎖伸長方法。 A primer containing DNA template and nucleotide monomer having a desired sequence was introduced by immobilizing a primer for DNA extension on a layer composed of a hydrophilic polymer and a substrate having a functional group that reacts with an amino group on the surface. A DNA chain extension method comprising raising a reaction system to a temperature at which a DNA strand is thermally denatured, lowering the temperature of the reaction system to a temperature for annealing, and performing a DNA chain extension reaction in the reaction system. 請求項1に記載のDNA鎖伸長方法において、前記DNA鎖伸長反応は、前記反応系の温度を、前記アニール処理温度から前記熱変性処理温度まで徐々に上昇させて行われることを特徴とするDNA鎖伸長方法。   2. The DNA chain extension method according to claim 1, wherein the DNA chain extension reaction is performed by gradually increasing the temperature of the reaction system from the annealing temperature to the heat denaturation temperature. Chain extension method. 請求項1に記載のDNA鎖伸長方法において、前記DNA鎖伸長反応は、前記反応系の温度を、前記アニール処理温度と前記熱変性処理温度との間の所定の温度に変化させて行われることを特徴とするDNA鎖伸長方法。   2. The DNA chain extension method according to claim 1, wherein the DNA chain extension reaction is performed by changing the temperature of the reaction system to a predetermined temperature between the annealing temperature and the heat denaturation temperature. A DNA chain extending method characterized by the above. 請求項1に記載のDNA鎖伸長方法において、前記プライマーは、所定の着目遺伝子の特徴配列を含む塩基配列の一塩基を他の塩基に置き換えたDNA断片であることを特徴とするDNA鎖伸長方法。   2. The DNA chain extension method according to claim 1, wherein the primer is a DNA fragment in which one base of a base sequence including a characteristic sequence of a predetermined gene of interest is replaced with another base. . 請求項1に記載のDNA鎖伸長方法において、前記プライマーは所定数の塩基配列からなり、各々のプライマーは全組合せのそれぞれの配列を有するDNA断片であることを特徴とするDNA鎖伸長方法。   2. The DNA chain extending method according to claim 1, wherein the primer comprises a predetermined number of base sequences, and each primer is a DNA fragment having the respective sequences of all combinations. 請求項1に記載のDNA鎖伸長方法において、前記鋳型DNA断片は、所定のRNAを逆転写酵素で処理して得られるcDNA断片であることを特徴とするDNA鎖伸長方法。   2. The DNA chain extension method according to claim 1, wherein the template DNA fragment is a cDNA fragment obtained by treating predetermined RNA with a reverse transcriptase. 請求項1に記載のDNA鎖伸長方法において、前記反応系に導入される試料に含まれるヌクレオチドモノマーの少なくとも一種がラベルされたものであることを特徴とするDNA鎖伸長方法。   2. The DNA chain extension method according to claim 1, wherein at least one nucleotide monomer contained in the sample introduced into the reaction system is labeled. 請求項1に記載のDNA鎖伸長方法において、前記プライマーが、前記基板表面のアミノ基と反応する官能基と共有結合して、当該基板の表面に固定化されることを特徴とするDNA鎖伸長方法。   The DNA chain extension method according to claim 1, wherein the primer is covalently bonded to a functional group that reacts with an amino group on the substrate surface and immobilized on the surface of the substrate. Method. 請求項1または8に記載のDNA鎖伸長方法において、アミノ基と反応する官能基が活性エステル基であることを特徴とするDNA鎖伸長方法。   9. The DNA chain extending method according to claim 1 or 8, wherein the functional group that reacts with an amino group is an active ester group. 請求項1に記載のDNA鎖伸長方法において、前記基板が、シリコン、ガラス、金属、グラファイト、又はプラスチック材料からなることを特徴とするDNA鎖伸長方法。   2. The DNA chain extending method according to claim 1, wherein the substrate is made of silicon, glass, metal, graphite, or a plastic material. 親水性ポリマーからなる層、及びアミノ基と反応する官能基を表面に有する基板に、DNA増幅用のプライマーを固定化させ、所望する配列を有する鋳型DNA断片を含む試料が導入された反応系を、DNA鎖を熱変性する温度まで引き上げ、前記反応系の温度をアニール処理する温度まで下げ、前記反応系でDNA鎖の伸長反応を行い、DNA鎖の熱変性処理を行って、および必要に応じてDNA鎖のアニール処理、伸長反応および熱変性処理を行うことを特徴とするDNA鎖増幅方法。   A reaction system in which a sample containing a template DNA fragment having a desired sequence is introduced by immobilizing a primer for DNA amplification on a substrate comprising a hydrophilic polymer layer and a functional group that reacts with an amino group on the surface. The temperature of the DNA strand is raised to a temperature for heat denaturation, the temperature of the reaction system is lowered to a temperature for annealing treatment, an elongation reaction of the DNA strand is performed in the reaction system, a heat denaturation treatment of the DNA strand is performed, and if necessary And a DNA strand amplification method comprising performing annealing treatment, elongation reaction and heat denaturation treatment of the DNA strand. 親水性ポリマーからなる層、及びアミノ基と反応する官能基を表面に有する基板と、前記基板の表面に固定化されたDNA増幅用のプライマーとを含むDNA鎖伸長用マイクロアレイ。   A microarray for extending a DNA chain, comprising: a layer comprising a hydrophilic polymer; a substrate having a functional group that reacts with an amino group on the surface; and a primer for DNA amplification immobilized on the surface of the substrate. 請求項12に記載のDNA鎖伸長用マイクロアレイにおいて、前記基板が、シリコン、ガラス、金属、グラファイト、又はプラスチック材料からなることを特徴とするDNA鎖伸長用マイクロアレイ。   13. The DNA chain extension microarray according to claim 12, wherein the substrate is made of silicon, glass, metal, graphite, or a plastic material. 請求項12に記載のDNA鎖伸長用マイクロアレイにおいて、前記プライマーは、5〜50個の塩基配列からなることを特徴とするDNA鎖伸長用マイクロアレイ。   The microarray for DNA chain extension according to claim 12, wherein the primer comprises 5 to 50 nucleotide sequences. 請求項12に記載のDNA鎖伸長用マイクロアレイにおいて、前記プライマーが、前記基板表面のアミノ基と反応する官能基と共有結合して、当該基板の表面に固定化されることを特徴とするDNA鎖伸長用マイクロアレイ。   13. The DNA strand extension microarray according to claim 12, wherein the primer is covalently bonded to a functional group that reacts with an amino group on the surface of the substrate and immobilized on the surface of the substrate. Microarray for extension. 請求項12に記載のDNA鎖伸長用マイクロアレイにおいて、前記基板には一定の区画内に複数のスポットが設けられており、各スポットにプライマーが固定化されていることを特徴とするDNA鎖伸長用マイクロアレイ。   13. The DNA chain extension microarray according to claim 12, wherein the substrate is provided with a plurality of spots in a fixed section, and a primer is fixed to each spot. Microarray.
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