DE102004023439B4 - Nachweis von RNA über Micro-Arrays - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Erfassung und Quantifizierung von RNA welches die folgenden Schritte umfasst:
(a) Bereitstellen eines RNA-Pools,
(b) Inkontaktbringen mindestens eines ersten DNA-Moleküls zu dem RNA-Pool, das zu einem ersten Bereich einer RNA von Interesse komplementär ist, und eines zweiten DNA-Moleküls, das zu einem Bereich einer RNA, der verschieden ist von dem ersten Bereich, komplementär ist,
unter Bedingungen, die ein Binden komplementärer Stränge ermöglichen,
(c) Binden von Heteroduplex-Molekülen an einen Träger;
(d) Freisetzen des ersten DNA-Moleküls aus den Heteroduplex-Molekülen, und
(e) Inkontaktbringen des ersten DNA-Moleküls mit einem Array, der auf vorbestimmten Stellen davon Moleküle aufweist, an die das erste DNA-Molekül binden kann.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung und Quantifizierung von RNA über Mikroarrays. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren, bei dem zu einem zu untersuchenden RNA-Pool ein erstes DNA-Molekül zugesetzt wird, das zu mindestens einem ersten Bereich einer RNA von Interesse komplementär ist, sowie ein zweites DNA-Molekül, das zu einem zweiten Bereich der RNA, der verschieden ist von dem ersten Bereich komplementär ist. Die DNA Moleküle werden mit dem RNA-Pool unter Bedingungen in Kontakt gebracht, welche Hybridisierung komplementärer Stränge ermöglicht. Anschließend wird das zweite DNA-Molekül spezifisch isoliert, wobei ggf. an das zweite DNA-Molekül gebundene RNA und wiederum an diese gebundene erste DNA-Moleküle mit-isoliert werden. Nach Abtrennen des ersten DNA-Moleküls von der RNA wird dieses mittels eines Mikroarrays weiter untersucht.
  • In biologischen Systemen wird die differentielle Transkription von Genen sowie die damit einhergehende Produktion von Proteinen dazu verwendet, um geänderten externen Einflüssen zu begegnen oder eine Differenzierung der Zelle zu einem geänderten Phänotyp herbeizuführen. Darüber hinaus treten in Zellen auch durch externe Einflüsse hervorgerufene Änderungen in dem Genom auf, die zu einer Änderung der Nukleotidfolge in der genomischen DNA und als Folge davon zur Transkription veränderter Proteine oder zu einer veränderten, beispielsweise gesteigerten, Transkription der Gene selbst führen können. Derartige Änderungen können einen erheblichen Einfluss auf biologische Abläufe haben, wie die Entstehung entarteter Zellen usw..
  • Gemäß herkömmlicher molekularbiologischer Methoden wurde zur Erforschung derartiger Abläufe/Änderungen normalerweise ein "1-Gen-l-Experiment durchgeführt, was die Erforschung der komplexen Abläufe und Zusammenhänge in der Zelle jedoch nur unter erschwerten Bedingungen erlaubte.
  • In den letzten Jahren wurden sogenannte Mikroarrays entwickelt, mit deren Hilfe eine Vielzahl von Genen bzw. Transkripten in einer Zelle gleichzeitig untersucht werden konnten. Ein Mikroarray besteht aus einem normalerweise planaren Träger, wie einem Glas- oder Silikon-Plättchen oder einer Nylonmembran, auf dem/der auf vorbestimmten Stellen in einer bestimmten Anordnung, einem Array, Sonden aufgetragen werden. Die Grösse dieser Stellen beträgt normalerweise etwa 20-200 μm so dass ein Träger eine Vielzahl derartiger Stellen enthalten kann.
  • Derartige Mikroarrays ermöglichen eine schnelle und kostengünstige Untersuchung beispielsweise der Genexpression und/oder genetischer Änderungen in einer Probe. Das Verfahren läuft dabei im wesentlich wie folgt ab. Geeignete Sonden-Nukleotide in der Größenordnung von etwa 500 bis 2000 Basen werden in einer vorbestimmten Anordnung auf einem geeigneten Träger, gewöhnlich einem Glasplättchen, immobilisiert. Anschließend wird die zu untersuchende Probe mit dem Träger unter Bedingungen in Kontakt gebracht, die eine Hybridisierung komplementärer Stränge erlaubt. Nicht-komplementäre Stränge, die keine Hybridisierung mit den Sonden auf dem Träger eingehen, werden entfernt. Die Bereiche auf dem Microarray, welche Nukleotid-Doppelstränge enthalten, werden ermittelt und ermöglichen einen Rückschluss auf die Sequenz und die Menge der Nukleinsäure in der Ausgangsprobe.
  • Microarrays werden beispielsweise in entsprechenden Verfahren zur Analyse des Transkriptions-/Expressionsprofils von Zellen, also zur Erfassung und Charakterisierung der Gesamtheit der von bestimmten Zellen exprimierten mRNA-Sequenzen, eingesetzt (vgl. Lockhart et al., Nat. Biotechnol. 14 (1996), 1675-1680).
  • Ein Problem derartiger Untersuchungen liegt zum Teil in der Reinheit der zu untersuchenden Proben, wobei in einigen Fällen die zu untersuchenden Proben mit Verunreinigungen versehen sind, die eine spezifische Hybridisierung stören. So können insbesondere die zur Aufreinigung der mRNA verwendeten Chemikalien, wie Phenol, oder auch die nachfolgende Markierungseffizienz der RNA die Ergebnisse verfälschen. Ein weiteres Problem besteht zudem darin, dass bestimmte Nukleotide in den zu untersuchenden Proben nur in äußerst geringen Mengen vorhanden sind, die mit herkömmlichen Mikroarrays nur schwer, oder überhaupt nicht mehr erfasst werden können.
  • Um in diesen Fällen eine bessere Signalstärke zu erhalten, wurde vorgeschlagen das Ausgangsmaterial zu amplifizieren, so dass auch bei geringen Mengen an ursprünglich vorhandenem Ausgangmaterial eine Untersuchung ermöglich wird. Ein diesbezüglich eingeschlagener Weg bestand darin, aus dem RNA-Pool zuerst cDNA herzustellen, wobei der für diesen Zweck eingesetzte poly dT-Primer am 5'-Ende die Nukleotidfolge des T7-Promotors enthält. Nach Bildung des Heteroduplexes und alkalischer Denaturierung wird der zweite DNA-Strang unter Ausnutzung der Haarnadel-Struktur am 3'-Ende der cDNA als Primer, synthetisiert und mittels Nuklease S1 zum linearen Doppelstrang geöffnet. Der DNA-Doppelstrang dient anschliessend als Matrize für die T7-RNA-Polymerase. Die so erhaltene RNA dient wiederum als Primer für cDNA-Synthese.
  • Diese Vorgehensweise bringt jedoch den Nachteil mit sich, dass der gesamte RNA-Pool amplifiziert wird, wobei Populationen von Ribonucleotiden bzw. cDNA Molekülen erzeugt werden, die ggf. nicht ihrem prozentualen Anteil in der Ursprungspopulation entsprechen. Darüber hinaus werden Artefakte erzeugt, die bei der weiteren Analyse stören.
  • Ein Verfahren zum Nachweis von viralen Verunreinigungen in Wasserproben wird von Regan, P. M. und Margolin, A. B. (Journal of Virological Methods (1997) 64, pp. 65-72) beschrieben. Mittels magnetischer beads wurde Polivirus-RNA isoliert und mit biotinylierten Oligonukleotidsonden hybridisiert. Hybridisierte Sonden wurden anschließend amplifiziert und nachgewiesen.
  • In Armour, A. L. et al. (Nucleic Acids Research (2000) Vol. 28, No. 2, pp. 605-9) wird die Messung der Kopienzahl an bestimmten genetischen Loci über Hybridisierung beschrieben. Hierzu wird die Test-DNA denaturiert, auf einem Filter immobilisiert und mit einem Überschuss an amplifizierbaren Sonden hybridisiert. Nach einem Waschschritt werden die gebundenen Sonden amplifiziert und quantifiziert.
  • Ein Verfahren zum Nachweis von bestimmten Organismen in einer Probe wird in der WO 00/77260 beschrieben. Hierzu werden an charakteristische Bereiche der genomischen DNA der nachzuweisenden Organismen spezifische Sonden hybridisiert, selektiv amplifiziert und nachgewiesen.
  • Verfahren zum Nachweis von Deletionen in einer Ziel-DNA, insbesondere von einigen wenigen kB umfassenden Deletionen, werden von Sellner, L. N. und Taylor, G. R. (Human mutation (2004) 23:413-9) beschrieben. Diese Verfahren umfassen die Mulitplex-Amplifikation und Sondenhybridisierung (MAPH) sowie die ligations-abhängige Multiplex-Sondenamplifikation (MLPA), die beide auf einer Sequenz-spezifischen Sondenhybridisierung an eine Ziel-DNA beruhen. Hybridisierte Sonden werden amplifiziert und die erhalten PCR Produkte semi-quantitativ nachgewiesen. Eine RT-MLPA wird beispielsweise von Eldering, E. et al. (Nucleic Acids Research (2003) Vol. 31, No. 23, e153) beschrieben. Das Verfahren wird hierbei zum Nachweis mehrer Translcripte aus einer Probe eingesetzt und ermöglicht das genaue Aufzeigen von Transkriptionsmustern.
  • Ein alternatives Verfahren zur Signalamplifizierung besteht darin, dass das Signal der Probe selbst verstärkt wird, beispielsweise mittels enzymatischer Reaktionen.
  • Keines der bekannten Verfahren führt jedoch bis jetzt zufriedenstellend zu einer verlässlichen Sensitivität des Tests, so dass auch Proben-Nukleotide, beispielsweise RNA-Moleküle, die in der Probe nur in geringen Mengen vorhanden sind, auch quantitativ verlässlich bestimmt werden können.
  • Eine Aufgabe der vorliegende Erfindung besteht daher darin ein verbessertes Verfahren zur Untersuchung von RNA-Populationen bereitzustellen, mit dem der qualitative und quantitative Nachweis von RNA, das in der Zelle nur in geringer Kopienanzahl vorhanden ist, möglich wird.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Erfassung und Quantifizierung von RNA welches die Schritte umfasst, (a) Bereitstellen eines RNA-Pools, (b) Zusetzen mindestens eines ersten DNA-Moleküls zu dem RNA-Pool, das zu einem ersten Bereich einer RNA von Interesse komplementär ist, und eines zweiten DNA-Moleküls, das zu einem zweiten Bereich der RNA, der verschieden ist von dem ersten Bereich, komplementär ist, unter Bedingungen, die ein Binden komplementärer Stränge ermöglichen, (c) Isolieren von Heteroduplex-Molekülen, die das zweite DNA-Molekül aufweisen, und (d) Inkontaktbringen des isolierten Materials mit einem Array, der an vorbestimmten Stellen Moleküle aufweist, an die das in Schritt (c) mit-isolierte erste DNA-Molekül binden kann.
  • In den Figuren zeigen,
  • 1 schematisch den Ablauf des Verfahrens bis zur Gewinnung der Detektor-Sonden;
  • 2 schematisch das Ergebnis einer Hybridisierung der Detektor-Sonden mit einem Array; und
  • 3 schematisch den Ablauf des Verfahrens unter Verwendung von amplifizierbaren Detektor-Sonden.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein schnelles und äusserst sensitives Verfahren zur qualitativen und quantitativen Bestimmung von RNA über Mikroarrays durch Kopplung von sequenzspezifischer RNA-Aufreinigung mit Mikroarray-Analyse.
  • Zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens wird in einem ersten Schritt ein von einer Zelle gelieferter RNA-Pool bereitgestellt. Dazu kann die in einer Zelle enthaltene RNA direkt als solche verwendet werden, d.h. das Zell-Lysat kann direkt eingesetzt werden, ohne dass die darin enthaltene Gesamt-RNA oder mRNA spezifisch aufgereinigt werden müsste. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass beim Weglassen eines derartigen Aufreinigungs schrittes keinerlei Verfälschungen, beispielsweise hinsichtlich der Population einer bestimmten RNA-Spezies, insbesondere bei RNA-Spezies mit einer geringen Kopien-Anzahl, auftreten können. Natürlich kann, wenn gewünscht, die RNA gemäß herkömmlicher Methoden isoliert bzw. aufgereinigt werden, beispielsweise wie in Sambrook et al., Molecular Cloning, A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 3rd Edition (ISBN 0879695773) beschrieben ist.
  • Die RNA wird in einem nächsten Schritt mit mindestens einem ersten DNA-Molekül und weiter mit einem zweiten DNA-Molekül in Kontakt gebracht.
  • Das erste, als "Detektor-Sonde" bezeichnete Nukleotid weist eine Sequenz auf, die komplementär zu einem bestimmten ersten Bereich eines RNA-Moleküls von Interesse ist. Dieser erste Bereich ist im Allgemeinen der Bereich der untersucht werden soll, beispielsweise auf eine Mutation in der Nukleotidabfolge, oder ein Bereich, spezifisch für eine bestimmte RNA-Spezies, so dass die Anwesenheit der RNA-Spezies bestimmt werden kann. Die Detektor-Sonde weist generell eine Länge zwischen etwa 20 und 1000 Nukleotiden auf, vorzugsweise zwischen 20 und 500, mehr bevorzugt zwischen etwa 30 bzw. 40, bzw. 50 und 200 Nukleotiden.
  • Das zweite, als "Capture-Sonde" bezeichnete Nukleotid, mit dem der RNA-Pool in Kontakt gebracht wird, weist eine Sequenz auf, die zu einem zweiten Bereich einer RNA komplementär ist, welcher von dem ersten Bereich, an den die Detektor-Sonde hybridisiert, verschieden ist. Diese Sequenz kann einerseits poly-dT sein, so dass die Capture-Sonden in dem Gesamt RNA-Pool nur an mRNA binden. Alternativ und bevorzugt kann diese Sequenz auch komplementär zu einem Bereich der bestimmten RNA von Interesse sein (d.h. der zu untersuchenden RNA), der für diese RNA, bzw. verwandte RNA-Moleküle (beispielsweise Transkripte einer Genfamilie) im wesentlichen spezifisch ist. In diesem Falle erfolgt die Hybridisierung der Capture-Sonde nur an die RNA von Interesse bzw. die bestimmten Transkripte. Gewöhnlich weist die Capture-Sonde eine Länge von zwischen 40 und 200 Nukleotiden, bevorzugt zwischen 40 und 80 Nukleotiden auf.
  • Die Capture-Sonde weist neben einem an die RNA bindenden Bereich weiter einen zweiten Bereich auf, mit dem eine spezifische Isolierung der Capture-Sonde aus einem Gemisch ermöglicht bzw. erleichtert wird. Dieser Bereich kann jede Gruppe eines Bindungssystems sein, wie beispielsweise eine bestimmte Nukleotidsequenz (zu der als Bindungspartner eine dazu komplementäre Nukleinsäure vorgesehen wird), oder ein anderes Molekül, wie beispielsweise Biotin, Digoxigenin, Dinitrophenol, oder ähnliche.
  • Die Detektor-Sonde und Capture-Sonde werden nun mit dem RNA-Pool unter Bedingungen in Kontakt gebracht, die eine Hybridisierung komplementärer Stränge ermöglichen. Dabei wird die Detektor-Sonde spezifisch an die RNA von Interesse binden, d.h. an den dazu komplementären Bereich der RNA, während die Capture-Sonde in Abhängigkeit von deren Sequenz entweder an alle mRNAs binden wird (bei Verwendung einer poly-dT Sequenz), oder an RNA einer Genfamilie, die im wesentlichen eine im wesentlichen identische Sequenz aufweisen (bei Verwendung einer Sequenz, die für eine Genfamilie einheitlich ist), oder an die spezifische RNA von Interesse (bei Verwendung einer für die bestimmte RNA von Interesse spezifischen Sequenz).
  • Das so erhaltene Gemisch, das freie RNA (an die keine der eingesetzten DNA-Moleküle gebunden hat), freie Detektor- und Capture-Sonden, sowie Heteroduplexe von RNA + Detektor-Sonde + Capture-Sonde und von RNA + Capture-Sonde enthält, wird nun mit einem Mittel in Kontakt gebracht, welches die spezifische Gewinnung bzw. Isolierung der Capture-Sonden, und mit diesen auch die damit hybridisierten RNA-Moleküle, ermöglicht.
  • Diese Gewinnung wird über den in der Capture-Sonde enthaltenen zweiten Bereich ermöglicht. Wenn die Capture-Sonde als zweiten Bereich eine Nukleotidsequenz aufweist, dann kann als das Mittel ein an einen Träger immobilisiertes, zu der Nukleotidsequenz komplementäres DNA-Molekül eingesetzt werden. Als Träger kann jedes geeignete Material eingesetzt werden, an das Nukleinsäuren gebunden werden können, beispielsweise Microbeads (die mit dem Gemisch in Kontakt gebracht werden), oder eine Säule (über die das Gemisch geleitet wird). Andere geeignete Träger sind beispielsweise Nylon-Membranen oder modifizierte Glas und Kunststoff-Oberflächen.
  • Alternativ kann der zweite Bereich des zweiten Nukleotids auch durch eine Gruppe/ein Molekül ausgestaltet sein, für das ein geeigneter Bindungspartner existiert, der auf einem Träger, wie oben beispielhaft aufgeführt, gebunden werden kann. Beispiele hierfür sind generell Antigene, bzw. Haptene wie z.B. Dinitrophenol oder Digoxigenin (mit einem Antikörper als auf dem Träger gebundener Bindungspartner), oder Biotin (mit Streptavidin oder Avidin als auf dem Träger gebundenen Bindungspartner).
  • Nicht gebundenes Material, d.h. alle Moleküle, die keine Capture-Sonde aufweisen (RNA, an die keine Capture-Sonde gebunden hat; freie Detektor-Sonde) wird entfernt, beispielsweise durch Waschen der Trägers unter Entfernung des nicht an den Träger über einen Bindungspartner gebundenen Materials oder durch Gewinnen der Mikrobeads und Waschen derselben, so dass in dem so erhaltenen Gemisch nur noch die Capture-Sonde und in Abhängigkeit von der gewählten Sequenz der Capture Sonde, Heteroduplexe zwischen der Capture-Sonde und RNA (beispielsweise mRNA also solche, oder RNA einer Genfamilie), sowie Heteroduplexe, die die Capture-Sonde und die Detektor-Sonde sowie die entsprechende RNA von Interesse aufweisen, enthalten sind. Wie oben erläutert ist es insbesondere dann, wenn eine hohe Spezifizität gewünscht ist vorteilhaft, wenn die Capture-Sonde zu einem Bereich der RNA von Interesse komplementär ist, so dass in dem Gewinnungs-/Isolierungsschritt im wesentlichen nur RNA mit-isoliert wird, an die auch eine Capture-Sonde gebunden hat.
  • Anschließend werden die in dem so erhaltenen Gemisch vorhandenen, und an RNA gebundene Detektor-Sonden freigesetzt, was durch Denaturierung der Heteroduplex-Stränge erfolgen kann, oder alternativ durch chemische Behandlung, beispielsweise mit schwach alkalischer Lösung, oder enzymatische Behandlung, beispielsweise durch Umsetzung mit RNA abbauenden Enzymen, wie RNAse.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Detektor-Sonden an deren 5'- und 3'-Ende, d.h. benachbart zu dem Bereich, der zu einer bestimmten RNA-Sequenz komplementär ist, zwei weitere Bereiche auf, die eine Amplifizierung der Detektor-Sonde ermöglichen.
  • Derartige Bereiche können Nukleotidsequenzen sein, die als Primerbindungsstellen in einem nachfolgenden Amplifizierungsschritt über PCR dienen können. Derartige Nukleotidsequenzen weisen gewöhnlich eine Sequenz und Länge auf, die mit einer Hybridisierung mit der für die RNA-Sequenz von Interesse spezifischen Sequenz nicht nachteilig interferiert, normalerweise eine Länge von etwa 10 bis 25 Nukleotide, vorzugsweise von etwa 12 bis etwa 18. Alternativ können diese zwei Bereich auch die Nukleotidabfolge des T3 oder T7 Promotors aufweisen zur linearen Amplifikation durch in vitro-Transkription.
  • Die Detektor-Sonden, die ein genaues 1:1 Abbild der RNA von Interesse darstellen, werden entweder direkt mit einem Array in Kontakt gebracht oder zuvor mit den dafür vorgesehenen Mitteln amplifiziert. Diesbezüglich siehe beispielsweise Sambrook et al., Molecular Cloning, A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 3rd Edition (ISBN 0879695773). Zum Nachweis der Bindung der Detektor-Sonde an den Array kann diese in bereits vorab markierter Form in Schritt 7) eingesetzt werden oder vor Inkontaktbringen mit dem Array markiert werden. Dies erfolgt insbesondere bei einer optional durchgeführten Amplifizierungsreaktion, bei der ein nachweisbarer Marker zugesetzt werden kann, wie beispielsweise ein radioaktiv oder mit Fluoreszenzfarbstoff verbundenes Nukleotid. Alternativ können die ggf. amplifizierte Detekor-Sonden auch indirekt vermittelt über Marker wie beispielsweise Biotin oder Digoxigenin oder Dinitrophenol verbundene Nukleotide markiert werden und anschließend über an Streptavidin, bzw. spezifische Antikörper gekoppelte Fluoreszenzfarbstoffe sichtbar gemacht werden.
  • Der Array, gegen den die Detektor-Sonden ggf. nach einem Amplifizierungsschritt hybridisiert werden, weist an vorbestimmten Stellen bestimmte Moleküle auf, an die die Detektor-Sonden binden können. Der Array ist herkömmlicherweise auf einem Träger aufgebracht, wie beispielsweise Glas, Silikon-Träger, Siliziumdioxid, Metall, polymere Substanzen/Kunststoffe oder Gemische davon und kann die Form von Plättchen, Scheiben Gelschichten und/oder Kügelchen aufweisen.
  • Die Moleküle auf dem Array sind gewöhnlich Nukleotide mit unterschiedlicher Sequenz, können jedoch auch ein Bindungspartner in einem System sein, beispielsweise Antigen- Antikörper, wobei sich ein Bindungspartner an der Detektorsonde und der andere auf dem Array befindet. In einer bevorzugten Ausführungsform befinden sich auf dem Träger in einer bekannten Anordnung, dem Array, Oligo- bzw. Polynukleotide mit unterschiedlichen Sequenzen. Die Detektor-Sonde wird nun an der Stelle des Arrays binden, auf dem sich eine komplementäre Nukleotidsequenz befindet.
  • Das bei dieser Hybridisierung erhaltene Muster auf dem Array, sowie die Stärke des Signal ist ein Zeichen des qualitativen sowie auch des quantitativen Vorhandenseins eines Transkripts in der Zelle.
  • Das Verfahren eignet sich insbesondere zur Untersuchung der differentiellen Transkription von RNA, beispielsweise als Antwort auf eine externe, geänderte Umweltbedingung, beispielsweise Inkontaktbringen einer Zelle mit einem chemischen Agens, oder Entwicklungsphasen in einer Zelle. Alternativ kann das Verfahren auch zur quantitativen Bestimmung alternativ gespleisster RNA-Produkte oder einfach zur Analyse von Mutationen in bestimmten Transkripten eingesetzt werden.
  • Ein Vorteil des hier beschriebenen Verfahrens liegt insbesondere darin, dass es nicht von dem Vorhandensein einer im wesentlichen vollständigen RNA, d.h. RNA-Molekülen in voller Länge, abhängig ist, sondern auch bei teilweise abgebauter RNA erfolgreich zum Einsatz kommen kann. Wichtig für das vorliegende Verfahren ist, dass der Bereich, an den die Detektor-Sonde und die Capture Sonde bindet im wesentlichen intakt ist, was auch bei teilweise abgebauter RNA der Fall sein kann.
  • In einer alternativen Ausführungsform können in dem ersten Schritt mehrere, beispielsweise 2 Detektor-Sonden eingesetzt werden, die alle für die RNA von Interesse spezifisch sind. Eine Detektor-Sonde ist dabei für einen Bereich der RNA von Interesse spezifisch, beispielsweise einen Bereich, der eine Mutation enthält oder nicht, während die zweite Amplisonde an einen anderen Bereich der RNA von Interesse bindet. In dem Schritt der Hybridisierung gegen den Array müssen, im Falle der Bindung der ersten Detektor-Sonde an den die mögliche Mutation enthaltenden Bereich, für beide Positionen auf dem Array die gleiche Signalstärke erhalten werden, so dass die zweite Detektor-Sonde als Positiv-Kontrolle und interner Marker dienen kann. Alternativ können natürlich mehr als eine Detektor-Sonde dem ursprünglichen RNA-Pool zugesetzt werden, um mehrere Untersuchungen hinsichtlich unterschiedlicher RNA-Spezies gleichzeitig durchzuführen, beispielsweise eine Detektor-Sonde spezifisch für eine Mutation in einem Transkript und eine Detektor-Sonde für das nicht-mutierte Transkript. Um in Fällen des Einsatzes von mehr als einer Detektor-Sonde eine noch verbesserte Unterscheidungsmöglichkeit zu bieten, können die Detektor-Sonden unterschiedlich, beispielsweise mit unterschiedlichen Fluoreszenzfarbstoffen, markiert sein.
  • Das vorliegende Verfahren ist hochspezifisch, da einerseits die mindestens eine Detektor-Sonde sowie zusätzlich ggf. auch die Capture-Sonde spezifisch sind für die bestimmte RNA von Interesse. So werden, wenn die Detektor-Sonde spezifisch ist für die RNA von Interesse in einem ggf. nachfolgenden Amplifizierungsschritt nur dann eine grössere Menge an DNA erhalten, wenn die Detektor-Sonde an die RNA von Interesse gebunden hat und über die Bindung der Capture-Sonde in die weiteren Verfahrensschritte mitgezogen wurden. Wurde weiter die Capture-Sonde derart gewählt, dass diese ebenfalls für die RNA von Interesse spezifisch ist, dann wird bereits in dem ersten Schritt eine Selektionierung auf die RNA von Interesse eingeschlossen.
  • Ein weiterer Vorteil des vorliegenden Verfahrens besteht auch darin dass die Hybridisierungskinetik auf den Arrays aufgrund der vorbekannten Länge der Proben, d.h. die Länge der Detektorsonde, stark verbessert ist. Aufgrund Fehlen der entsprechenden Transkripte kann keine unspezifische Hybridisierung längerer Transkripte/Proben an die an den Träger in einem Array gebundenen Sonden auftreten, die die Ergebnisse verfälschen könnten.
  • Das Beispiel erläutert die Erfindung ohne sie zu begrenzen.
  • Untersuchung der Veränderung der differenziellen Genexpression von Hela Zellen durch das Kulturmedium.
  • Hela Zellen wurden für zwei Wochen entweder in Medium 1 (Dulbecco's Modified, Eagle's Media, 5% FCS) oder Medium 2 (Dulbecco's Modified Eagle's Media, 20 % FCS) kultiviert.
  • 105 Zellen wurden jeweils zur Isolierung von RNA heran gezogen. RNA wurde mit Standardmethoden isoliert (Sambrook et al., Molecular Cloning, A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 3rd Edition (ISBN 0879695773))
    Untersuchte Gene: GAPDH, MMP-19, Ribosomales protein S27a
    MMP-19 Capture Sonde: 3'-ttcggactga agagtcgttt ggaggggggt cggggttcgg ggaatcccac
    MMP-19 Detektor Sonde: 3'-agggaccgga atggggtagt taagaatcga ccggaagttt cgggtagagt
    GAPDH Capture Sonde: 3'-gtcttctgac acctaccggg gaggcccttt gacaccgcac taccggcgcc
    GAPDH Detektor Sonde: 3'-accatagca ccttcctgag tactggtgtc aggtacggta gtgacggtgg
    S27a Capture Sonde: 3'-aaacgaccgt tcgtcgacct tctacctgca tgaaacagac tgatgttata
    S27a Detektor Sonde: 3'-ggttctaggt cctattcctt ccttaaggag gactagtcgt ctctgactag
  • Detektor Sonden waren markiert über das 5'-Ende mit Cy3.
  • Capture Sonden waren markiert über deren 5'-Ende mit Biotin.
  • Versuchsbedinugngen:
  • Für die Analyse wurden jeweils 2 μg Gesamt-RNA wurden eingesetzt.
  • Gesamtvolumen für die Hybridisierung: 50 μl; Hybridisierungspuffer: 2 × SSC, 2% SDS; Hybridisierungszeit: 3 Stunden; Temperatur: 68°C; Konzentration der Detektor- und Capture Sonden: jeweils 500 nM
  • Aufreinigung der Capture Sonden mit gebundener RNA inklusive gebundener Detektor Sonden über Streptavidin beschichtete Magnet-beads nach Angaben des Herstellers (Dynal). 3 × in Hybridisierungspuffer gewaschen.
  • RNAse Verdau mit RNAse A und RNAse H Gemisch an den beads. So isolierte Detektor Sonden werden dem Überstand entnommen und direkt in Hybridisierungspuffer gegen ein DNA Micorarray hybridisiert.
  • Verwendeter DNA Microarray: DualChipTM human general (Eppendorf AG) Hybridisierung nach Angaben des Herstellers (Standard Bedingungen). Das Microarray wurde mit einem Genpix 4000A ausgelesen und analysiert.
  • Ergebnisse:
  • Signale für alle drei Sonden wurden detektiert.
  • GAPDH und S27a zeigten den gleichen Expressionslevel in beiden Ansätzen, MMP-19 war gegenüber Medium 1 in Medium 2 um einen Faktor 5 hoch reguliert.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Erfassung und Quantifizierung von RNA welches die folgenden Schritte umfasst: (a) Bereitstellen eines RNA-Pools, (b) Inkontaktbringen mindestens eines ersten DNA-Moleküls zu dem RNA-Pool, das zu einem ersten Bereich einer RNA von Interesse komplementär ist, und eines zweiten DNA-Moleküls, das zu einem Bereich einer RNA, der verschieden ist von dem ersten Bereich, komplementär ist, unter Bedingungen, die ein Binden komplementärer Stränge ermöglichen, (c) Binden von Heteroduplex-Molekülen an einen Träger; (d) Freisetzen des ersten DNA-Moleküls aus den Heteroduplex-Molekülen, und (e) Inkontaktbringen des ersten DNA-Moleküls mit einem Array, der auf vorbestimmten Stellen davon Moleküle aufweist, an die das erste DNA-Molekül binden kann.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste DNA-Molekül weiter am 3'- und 5'-Ende Nukleotidfolgen aufweist, die zur Amplifikation des ersten DNA Moleküls verwendbar sind und Amplifizieren des in Schritt (d) freigesetzten ersten DNA-Moleküls vor Schritt (e).
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Amplifizierungsschritt mittels PCR oder mittels in vitro-Amplifikation unter Verwendung von T3-Polymerase oder T7-Polymerase erfolgt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als RNA-Pool ein Zell-Lysat verwendet wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Länge des ersten DNA-Moleküls im Bereich von 50 bis 200 und die des zweiten DNA-Moleküls im Bereich von 40 bis 80 Nukleotide liegt.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Sequenz des zweiten DNA-Moleküls spezifisch für die RNA von Interesse ist.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei Detektor-Sonden für die gleiche RNA-Spezies eingesetzt werden.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sichtbarmachung der Bindung der Detektor-Sonde an eine bestimmte Stelle auf dem Array über Radiographie, Fluoreszenz, Colorimetrie oder vermittelt durch elektrische Pulse erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Bestimmung von Erkrankungen, die auf der Transkription oder der Veränderung der Struktur, Mutation, eines bestimmten Gens beruhen.
  10. Diagnostischer Kit mit Mitteln zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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