DE10347400B4 - Bisulfite conversion of DNA, involves reacting genomic DNA with bisulfite reagent, in presence of compound out of group of dioxane, one of its derivatives and similar aliphatic cyclic ether - Google Patents

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Abstract

Bisulfite conversion (M1) of DNA, involves reacting genomic DNA with a bisulfite reagent, where the reaction is carried out in the presence of a compound out of the group of dioxane, one of its derivatives and a similar aliphatic cyclic ether. - Bisulfite conversion (M1) of DNA, involves reacting genomic DNA with a bisulfite reagent, where the reaction is carried out in the presence of (a) a compound out of the group of dioxane, one of its derivatives and a similar aliphatic cyclic ether, (b) a compound of formula called (1), or (c) the reaction is conducted at a temperature in the range of 0-80 deg. C and that the reaction temperature is increased to a range of 85-100 deg. C briefly during the course of the conversion (thermospike). - n = 1-35000; - m = 1-3;and - R1,R2 = H, Me, Et, Pr or Bu. - An INDEPENDENT CLAIM is also included for a kit, comprising a reagent containing bisulfite, denaturing reagents or solvents, and scavengers and primers for the production of amplificates, and optionally an ultrafiltration tube or instructions for performing (M1).

Description

Hintergrund der Erfindungbackground the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analyse von Cytosin-Methylierungen in DNA. 5-Methylcytosin ist die häufigste kovalent modifizierte Base in der DNA eukaryontischer Zellen. Sie spielt eine wichtige biologische Rolle, u.a. bei der Transkriptionsregulation, beim genetischen Imprinting und in der Tumorgenese (zur Übersicht: Millar et al.: Five not four: History and significance of the fifth base. In: S. Beck and A. Olek, eds.: The Epigenome. Wiley-VCH Verlag Weinheim 2003, S. 3–20). Die Identifizierung von 5-Methylcytosin als Bestandteil genetischer Information ist daher von erheblichen Interesse. Ein Nachweis der Methylierung ist allerdings schwierig, da Cytosin und 5-Methylcytosin das gleiche Basenpaarungsverhalten aufweisen. Viele der herkömmlichen, auf Hybridisierung beruhenden Nachweisverfahren vermögen daher nicht zwischen Cytosin und Methylcytosin zu unterscheiden. Zudem geht die Methylierungsinformation bei einer PCR-Amplifikation vollständig verloren.The The present invention relates to a method for the analysis of cytosine methylations in DNA. 5-methylcytosine is the most common covalently modified base in the DNA of eukaryotic cells. She plays an important biological Role, i.a. in transcriptional regulation, in genetic imprinting and in tumorigenesis (for overview: Millar et al .: Five not four: history and significance of the fifth base. In: S. Beck and A. Olek, eds .: The Epigenome. Wiley-VCH publishing house Weinheim 2003, pp. 3-20). The identification of 5-methylcytosine as a component of genetic Information is therefore of considerable interest. A proof of However, methylation is difficult because cytosine and 5-methylcytosine have the same base pairing behavior. Many of the conventional, Hybridization based detection methods are therefore capable not to differentiate between cytosine and methylcytosine. In addition, goes completely lost the methylation information in a PCR amplification.

Die herkömmlichen Methoden zur Methylierungsanalyse arbeiten im wesentlichen nach zwei unterschiedlichen Prinzipien. Zum einen werden methylierungsspezifische Restriktionsenzyme benutzt, zum anderen erfolgt eine selektive chemische Umwandlung von nicht-methylierten Cytosinen in Uracil (sog.: Bisulfit-Behandlung, siehe etwa: DE 101 54 317 A1 ; DE 100 29 915 A1 ). Die enzymatisch oder chemisch vorbehandelte DNA wird dann meist amplifiziert und kann auf unterschiedliche Weise analysiert werden (zur Übersicht: WO 02/072880 S. 1 ff; Fraga and Esteller: DNA Methylation: A Profile of Methods and Applications. Biotechniques 33:632–649, Sept. 2002).The conventional methods for methylation analysis operate essentially on two different principles. On the one hand methylation-specific restriction enzymes are used, on the other hand there is a selective chemical conversion of non-methylated cytosines into uracil (so-called: bisulfite treatment, see for example: DE 101 54 317 A1 ; DE 100 29 915 A1 ). The enzymatically or chemically pretreated DNA is then usually amplified and can be analyzed in various ways (for a review: WO 02/072880 p. 1 ff; Fraga and Esteller: DNA Methylation: A Profile of Methods and Applications, Biotechniques 33: 632-649 , Sept. 2002).

Da die Behandlung mit methylierungsspezifischen Restriktionsenzymen durch die Sequenzspezifität der Enzyme auf bestimmte Sequenzen beschränkt ist, wird für die meisten Anwendungen eine Bisulfit-Behandlung durchgeführt (zur Übersicht DE 100 29 915 A1 5.2, Zeilen 35–46).Since the treatment with methylation-specific restriction enzymes is restricted to specific sequences by the sequence specificity of the enzymes, bisulfite treatment is carried out for most applications (for a review) DE 100 29 915 A1 5.2, lines 35-46).

Die Bisulfitbehandlung erfolgt klassischerweise in folgenden Schritten: Die genomische DNA wird isoliert, durch Scherung oder durch Behandlung mit Restriktionsenzymen fragmentiert, mit Natriumhydroxid denaturiert, mit einer konzentrierten Bisulfit-Lösung für mehrere Stunden umgesetzt und anschließend desulfoniert und entsalzen (siehe: Frommer et al.: A genomic sequencing protocol that yields a positive display of 5-methylcytosine residues in individual DNA strands. Proc Natl Acad Sci U S A. 1992 Mar 1; 89(5):1827–31).The Bisulfite treatment is classically carried out in the following steps: The genomic DNA is isolated by shearing or by treatment with Restriction enzymes fragmented, denatured with sodium hydroxide, reacted with a concentrated bisulfite solution for several hours and subsequently desulfonated and desalted (see: Frommer et al .: A genomic sequencing protocol that yields a positive display of 5-methylcytosine residues in individual DNA strands. Proc Natl Acad Sci U S A. 1992 Mar 1; 89 (5): 1827-31).

In der letzten Zeit wurden mehrere technische Verbesserungen dieser Methode entwickelt. So wird die zu untersuchende DNA bei dem sog. Agarose-Bead-Verfahren in einer Agarose-Matrix eingeschlossen. Hierdurch werden Diffusion und Renaturierung der DNA verhindert. Alle Fällungs- und Reinigungsschritte werden anschließend durch ein schnelle Dialyse ersetzt. Mit dieser Methode ist es möglich, den Methylierungsstatus einzelner Zellen zu untersuchen. Allerdings gibt es Schwierigkeiten bei sehr kleinen Fragmenten, die durch Diffusion verloren gehen (Olek et al.: A modified and improved method for bisulphite based cytosine methylation analysis. Nucleic Acids Res. 1996 Dec 15; 24(24):5064–6.). In der Patentanmeldung DE 100 29 915 A1 (WO 01/98528) ist ein Bisulfit-Verfahren beschrieben, bei dem eine DNA-Probe mit einer Bisulfit-Lösung im Konzentrationsbereich von 0,1 mol/l bis 6 mol/l in Anwesen heit eines denaturierenden Reagenzes und/oder Lösemittel sowie mindestens eines Radikalfängers inkubiert wird. Dabei sind in dieser Patentanmeldung viele unterschiedliche geeignete denaturierende Stoffe und Radikalfänger beschrieben. In der Patentanmeldung DE 101 54 317 (WO 03/038121) ist ein Verfahren offenbart, bei dem die zu untersuchende DNA während der Bisulfit-Behandlung an eine Oberfläche gebunden wird, wodurch Aufreinigungs- und Waschschritte vereinfacht werden.Recently several technical improvements of this method have been developed. Thus, the DNA to be examined in the so-called agarose bead method is enclosed in an agarose matrix. This prevents diffusion and renaturation of the DNA. All precipitation and purification steps are then replaced by rapid dialysis. With this method it is possible to study the methylation status of individual cells. However, there are difficulties with very small fragments that are lost by diffusion (Olek et al .: A modified and improved method for bisulphite-based cytosine methylation analysis, Nucleic Acids Res. 1996 Dec 15; 24 (24): 5064-6.) , In the patent application DE 100 29 915 A1 (WO 01/98528) is a bisulfite method described in which a DNA sample with a bisulfite solution in the concentration range of 0.1 mol / l to 6 mol / l in the presence of a denaturing reagent and / or solvent and at least a radical scavenger is incubated. Many different suitable denaturing substances and radical scavengers are described in this patent application. In the patent application DE 101 54 317 (WO 03/038121) discloses a method in which the DNA to be examined is bound to a surface during the bisulfite treatment, thereby simplifying purification and washing steps.

Ein grundsätzliches Problem der Bisulfit-Behandlung besteht allerdings darin, dass lange Reaktionszeiten erforderlich sind, um eine vollständige Umwandlung sicherzustellen und so beispielsweise falsch-positive Resultate auszuschließen. Gleichzeitig aber kommt es durch die langen Reaktionszeiten zu einer Degradation der DNA. Dabei führen höhere Reaktionstemperaturen zwar zu einer höheren Umwandlungsrate, aber auch zu einem stärkeren Abbau der DNA. Die Wechselwirkungen zwischen Temperatur, Reaktionsdauer, Umwandlungs- und Abbaurate wurden kürzlich systematisch untersucht. Dabei konnte gezeigt werden, dass die höchsten Konversionsraten bei Temperaturen von 55°C (bei Reaktionszeiten zwischen 4 und 18 Stunden) sowie bei 95°C (bei einer Reaktionszeit von einer Stunde) erreicht werden. Ein großes Problem besteht allerdings in der Degradation der DNA. So werden bei einer Reaktionstemperatur von 55°C 84–96% der DNA abgebaut. Bei 95°C ist die Degradation sogar noch höher (Grunau et al.: Bisulfite genomic sequencing: systematic investigation of critical experimental parameters. Nucleic Acids Res. 2001 Jul 1; 29(13):E65–5). Dementsprechend verwenden die meisten Autoren Reaktionstemperaturen von etwa 50 °C (vgl.: Frommer et al. a.a.o. 1992, S. 1827; Olek et al., a.a.o. 1996, S. 5065; Raizis et al: A bisulfite method of 5-methylcytosine mapping that minimizes template degradation. Anal Biochem. 1995 Mar 20; 226(1):161–6, 162). Neben der hohen Abbaurate der DNA besteht ein weiteres Problem der herkömmlichen Bisulfitverfahren darin, dass eine schlagkräftige Aufreinigungsmethode der umgewandelten DNA bisher nicht beschrieben ist. So benutzen viele Autoren Fällungen (vgl.: Grunau et al. a.a.o.). Auch eine Aufreinigung über DNA-bindende Oberflächen ist beschrieben (vgl.: Kawakami et al.: Hypermethylated APC DNA in plasma and prognosis of patients with esophageal adenocarcinoma Journal of the National Cancer Institute, Vol 92, No. 22, 2000, pp. 1805–11). Die Ausbeute dieser Aufreinigungen ist aber begrenzt.A fundamental problem with bisulfite treatment, however, is that long reaction times are required to ensure complete conversion, thus eliminating false-positive results, for example. At the same time, however, the long reaction times lead to a degradation of the DNA. Although higher reaction temperatures lead to a higher conversion rate, but also to a greater degradation of the DNA. The interactions between temperature, reaction time, conversion and degradation rates have recently been systematically investigated. It could be shown that the highest conversion rates are achieved at temperatures of 55 ° C (with reaction times between 4 and 18 hours) and at 95 ° C (with a reaction time of one hour). A big problem, however, is the degradation of DNA. Thus, 84-96% of the DNA is degraded at a reaction temperature of 55 ° C. Degradation is even higher at 95 ° C (Grunau et al .: Bisulfite genomic sequencing: systematic investigation of critical experimental parameters, Nucleic Acids Res. 2001 Jul 1; 29 (13): E65-5). Accordingly, most authors use reaction temperatures of about 50 ° C (see: Frommer et al., Aa, 1992, p 1827, Olek et al., 1996, p 5065, Raizis et al: A bisulfite method of 5-methylcytosine mapping that minimizes template degradation: Anal Biochem., 1995 Mar 20; 226 (1): 161-6, 162). In addition to the high rate of degradation of DNA is another problem of the conventional bisulfite method in that a powerful purification method of the converted DNA has not been described so far. Many authors use precipitations (see: Grunau et al., Aao). Purification via DNA-binding surfaces has also been described (cf .: Kawakami et al .: Hypermethylated APC DNA in plasma and prognosis of patients with esophageal adenocarcinoma Journal of the National Cancer Institute, Vol 92, No. 22, 2000, pp. 1805 -11). The yield of these purifications is limited.

Die DE 101 32 211 A1 beschreibt einen Nachweis spezifischer Dinukleotide in DNA-Proben durch Fluoreszenzresonanzenergietransfer (FRET).The DE 101 32 211 A1 describes detection of specific dinucleotides in DNA samples by fluorescence resonance energy transfer (FRET).

Ferner beschreibt die DE 197 54 482 A1 ein Verfahren zur Herstellung komplexer DNA-Methylierungs-Fingerabdrücke. Dort ist ein Dreischrittverfahren beschrieben. Im ersten Schritt erfolgt die Deaminierung (bei hoher Temperatur). Als zweiter Schritt – zwischen Deaminierung und erneuter Sulphonierung – wird nun eine Denaturierung eingeführt (Temperatur > 90°C). Im dritten Schritt erfolgt die Sulphonierung (geringe Temperatur). Die einzelnen Schritt (Temperaturstufen) werden dabei jeweils unter equilibrierenden Bedingungen unter Plateaubildung durchgeführt. Es handelt sich dabei jeweils nicht um kurzzeitige Temperaturerhöhungen unter Rückkehr auf das zuvorige Temperaturniveau.Furthermore, the describes DE 197 54 482 A1 a method for producing complex DNA methylation fingerprints. There is described a three-step process. The first step is deamination (at high temperature). As a second step - between deamination and renewed sulphonation - denaturation is now introduced (temperature> 90 ° C). In the third step, the sulphonation (low temperature) takes place. The individual steps (temperature steps) are in each case carried out under equilibrating conditions with formation of platelets. These are each not short-term increases in temperature returning to the previous temperature level.

Durch die hohen Verluste der herkömmlichen Bisulfitbehandlung ist es problematisch, diese Verfahren für Untersuchungen einzusetzen, in denen die Menge der zu analysierenden DNA limitiert ist. Ein besonders interessantes Anwendungsgebiet der Methylierungsanalyse liegt jedoch gerade darin, mittels DNA aus Körperflüssigkeiten, etwa aus Blut oder Urin, Krebserkrankungen oder andere mit einer Veränderung des Methylierungsstatus assoziierte Krankheiten zu diagnostizieren. In Körperflüssigkeiten kommt die DNA jedoch nur in geringen Konzentrationen vor, so dass die Anwendbarkeit der Methylierungsanalyse durch die geringe Ausbeute der herkömmlichen Bisulfitbehandlung beschränkt ist.By the high losses of conventional Bisulfite treatment, it is problematic, these procedures for investigations use, in which limits the amount of DNA to be analyzed is. A particularly interesting field of application of methylation analysis lies precisely in it, using DNA from body fluids, such as blood or urine, Cancers or others with a change in the methylation status to diagnose associated diseases. In bodily fluids, however, the DNA comes only in low concentrations, so that the applicability of the Methylation analysis by the low yield of conventional Bisulfite treatment limited is.

Demnach besteht aufgrund der besonderen Bedeutung der Cytosinmethylierung und aufgrund der erwähnten Nachteile der konventionellen Methodik ein großen technisches Bedürfnis an verbesserten Verfahren zur Bisulfitumwandlung.Therefore exists because of the particular importance of cytosine methylation and because of the mentioned Disadvantages of conventional methodology a great technical need improved process for bisulfite conversion.

Es wurde nun ein überraschend wirkungsvoller Weg gefunden, bei dem die Umwandlungsrate der Bisulfitreaktion unerwartet deutlich erhöht werden kann, während gleichzeitig die erforderliche Reaktionsdauer und damit auch die Degradationsrate der DNA deutlich verringert wird. Dabei wird die Reaktionstemperatur der Bisulfitumwandlung im Laufe der Reaktion kurzzeitig erhöht. Durch Kombination der Temperaturerhöhungen mit neuen Lösemitteln und neuen Aufreinigungsmethoden lässt sich die Effizienz der Umsetzung zusätzlich deutlich steigern. Eine sensitive Methylierungsanalyse aus Gewebe oder aus Körperflüssigkeiten isolierter DNA ist möglich.It was now a surprise found effective way in which the conversion rate of the bisulfite reaction unexpectedly increased significantly can be while at the same time the required reaction time and thus also the Degradation rate of DNA is significantly reduced. Here is the Reaction temperature of bisulfite conversion in the course of the reaction increased for a short time. By combining the temperature increases with new solvents and new purification methods can reduce the efficiency of Implementation in addition increase significantly. A sensitive methylation analysis of tissue or from body fluids isolated DNA is possible.

Beschreibungdescription

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Bisulfitumwandlung bei milden Reaktionstemperaturen (0–80°C) durchgeführt. Im Laufe der Umsetzung wird dann die Reaktionstemperatur mindestens einmal kurzzeitig deutlich erhöht. Diese kurzzeitigen Temperaturerhöhungen werden im folgenden „Thermospikes" genannt. Die „normale" Reaktionstemperatur außerhalb der Thermospikes wird als Reaktionsgrundtemperatur bezeichnet.at the method according to the invention For example, bisulfite conversion is carried out at mild reaction temperatures (0-80 ° C). in the During the reaction, the reaction temperature then becomes at least once increased significantly for a short time. These short-term temperature increases are referred to below as "thermospikes." The "normal" reaction temperature outside the thermospike is called the reaction base temperature.

Demnach handelt es sich bei der Erfindung um ein Verfahren zur Bisulfit-Umwandlung von DNA, wobei die Reaktionsgrundtemperatur zwischen 0°C und 80°C beträgt, und die Reaktionstemperatur im Laufe der Umsetzung mindestens einmal kurzzeitig auf über 85°C erhöht wird.Therefore the invention is a bisulfite conversion process DNA, wherein the reaction base temperature is between 0 ° C and 80 ° C, and the reaction temperature during the reaction at least once briefly over 85 ° C is increased.

Die zu untersuchende DNA kann je nach diagnostischer oder wissenschaftlicher Fragestellung aus unterschiedlichen Quellen stammen. Für diagnostische Untersuchungen dienen als Ausgangsmaterial bevorzugt Gewebeproben, aber auch Körperflüssigkeiten, insbesondere Serum. Möglich ist auch, die DNA aus Sputum, Stuhl, Urin oder Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit zu verwenden. Bevorzugt wird die DNA aus den biologischen Proben isoliert. Die DNA-Extraktion erfolgt nach Standardmethoden, aus Blut etwa unter Verwendung des Qiagen UltraSens-DNA-Extraktions-Kits. Andere Methoden zur Aufreinigung von DNA sind dem Fachmann bekannt.The DNA to be examined may vary depending on diagnostic or scientific Question from different sources. For diagnostic Studies serve as starting material, preferably tissue samples, but also body fluids, especially serum. Possible is also the DNA from sputum, stool, urine or cerebrospinal fluid to use. Preferably, the DNA is from the biological samples isolated. The DNA extraction is done according to standard methods, from blood using the Qiagen UltraSens DNA Extraction Kits. Other methods of purifying DNA are known to those skilled in the art.

Anschließend kann die isolierte DNA etwa durch Umsatz mit Restriktionsenzymen fragmentiert werden. Die Reaktionsbedingungen und die in Frage kommenden Enzyme sind dem Fachmann bekannt und ergeben sich etwa aus den von den Herstellern mitgelieferten Protokollen.Then you can the isolated DNA may be fragmented by, for example, turnover with restriction enzymes. The reaction conditions and the enzymes of interest are known in the art and arise, for example, from the manufacturer supplied Protocols.

Die Bisulfit-Umwandlung kann nach den bekannten, oben angegebenen Protokollen erfolgen. Dabei kann die Umsetzung sowohl in Lösung wie auch an einer festen Phase stattfinden (Vgl.: DE 100 29 915 ; DE 101 54 317 ). Bevorzugt wird Natriumdisulfit (=Natriumbisulfit/Natriummetabisulfit) verwendet, da es über eine höhere Wasserlöslichkeit als Natriumsulfit verfügt. Das Disulfitsalz disproportioniert in wässriger Lösung zu den für die Cytosin-Umwandlung benötigten Hydrogensulfitanionen. Wird im folgenden von Bisulfitkonzentration gesprochen, so bezieht sich dies auf die Konzentration der Hydrogensulfit- und Sulfitanionen in der Reaktionslösung. Für das erfindungsgemäße Verfahren sind Konzentrationsbereiche von 0,1 bis 6 mol/l möglich (Vgl.: DE 100 29 915 ). Besonders bevorzugt ist ein Konzentrationsbereich von 1–6 mol/l, ganz besonders bevorzugt von 2–4 mol/l. Bei Einsatz bestimmter Lösemittel kann die maximal einsetzbare Konzentration an Bisulfit allerdings geringer sein (s.u.). Bei der Wahl der Bisulfit-Konzentration ist zu berücksichtigen, dass eine hohe Konzentration an Bisulfit zu einer hohen Konversion, aber aufgrund des niedrigeren pH-Wertes auch zu einer hohen Abbaurate führtThe bisulfite conversion can be carried out according to the known protocols given above. The reaction can take place both in solution and on a solid phase (cf. DE 100 29 915 ; DE 101 54 317 ). Preferably, sodium disulfite (= sodium bisulfite / sodium metabisulfite) is used because it has a higher water solubility than sodium sulfite. The disulfite salt disproportionates in aqueous solution to the hydrogen sulfite anions required for the cytosine conversion. Is spoken in the following of bisulfite, so be this is due to the concentration of hydrogen sulfite and sulfite anions in the reaction solution. Concentration ranges of 0.1 to 6 mol / l are possible for the process according to the invention (cf. DE 100 29 915 ). Particularly preferred is a concentration range of 1-6 mol / l, most preferably 2-4 mol / l. When using certain solvents, however, the maximum usable concentration of bisulfite may be lower (see below). When choosing the bisulfite concentration, it should be taken into account that a high concentration of bisulfite leads to a high conversion, but due to the lower pH also leads to a high degradation rate

In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Umsetzung in Gegenwart eines Radikalfängers sowie einer denaturierenden Reagenz oder eines entsprechenden Lösemittels (Vgl. ausführlich: DE 10029 915 ). Dabei können unterschiedliche, dem Fachmann bekannte Radikalfänger eingesetzt werden (Vgl.: DE 100 29 915 ). Besonders bevorzugt werden Chroman-Derivate verwendet, etwa 6-Hydroxy-2,5,7,8,-tetramethylchroman-2-carbonsäure. Als denaturiendes Lösemittel wird in einer besonders bevorzugten Ausführungsform Dioxan, eines seiner Derivate oder ein ähnlicher, aliphatischer cyclischer Ether eingesetzt. Dioxan liegt im Reaktionsansatz bevorzugt in einer Konzentration von 10 bis 35 Vol.% vor. Ein höherer Dioxananteil als 35% ist problematisch, da es dann zu einer Zweiphasenbildung in der Reaktionsmischung kommt. Besonders bevorzugt ist eine Dioxankonzentration von 20–30%, insbesondere von 22–28%, wobei die Bisulfit-Konzentration zwischen 3,3 und 3,6 mol/l beträgt. Ganz besonders bevorzugt ist ein Dioxananteil von 25% bei einer Bisulfitkonzentration von 3,5 mol/l.In a preferred embodiment, the reaction takes place in the presence of a radical scavenger and a denaturing reagent or a corresponding solvent (cf. DE 10029 915 ). In this case, different radical scavengers known to those skilled in the art can be used (cf. DE 100 29 915 ). Chroman derivatives are more preferably used, such as 6-hydroxy-2,5,7,8-tetramethylchroman-2-carboxylic acid. In a particularly preferred embodiment, the denaturing solvent used is dioxane, one of its derivatives or a similar aliphatic cyclic ether. Dioxane is present in the reaction mixture preferably in a concentration of 10 to 35 vol.% Before. A higher dioxane content than 35% is problematic because it then comes to a two-phase formation in the reaction mixture. Particularly preferred is a Dioxankonzentration of 20-30%, in particular 22-28%, wherein the bisulfite concentration between 3.3 and 3.6 mol / l. Very particular preference is given to a dioxane content of 25% at a bisulfite concentration of 3.5 mol / l.

In einer anderen besonders bevorzugten Ausführungsform werden als denaturierende Lösemittel Verbindungen der nachfolgenden Formel verwendet:

Figure 00080001

wobei
n = 1–35000
m = 1–3
R1 = H, Me, Et, Pr, Bu
R2 = H, Me, Et, Pr, Bu
ist.In another particularly preferred embodiment, compounds of the following formula are used as denaturing solvents:
Figure 00080001

in which
n = 1-35000
m = 1-3
R1 = H, Me, Et, Pr, Bu
R2 = H, Me, Et, Pr, Bu
is.

Besonders bevorzugt sind dabei n-Alkylenglykol-Verbindungen, inbesondere deren Dialkylether, insbesondere wiederum Diethylenglykoldimethylether (DME).Especially Preference is given to n-alkylene glycol compounds, in particular their dialkyl ethers, in particular again diethylene glycol dimethyl ether (DME).

Die erfindungsgemäßen Verbindungen können in unterschiedlichen Konzentration eingesetzt werden. DME wird bevorzugt in Konzentrationen zwischen 1–35% eingesetzt. Bevorzugt sind 5 bis 25%, besonders bevorzugt 10% DME. Die Bisulfitkonzentration liegt dabei vorzugsweise zwischen 0,1–6 mol/l, besonders bevorzugt zwischen 1–6 mol/l, ganz besonders bevorzugt zwischen 3–4,5 mol/l.The Compounds of the invention can be used in different concentrations. DME is preferred in concentrations between 1-35% used. Preference is given to 5 to 25%, particularly preferably 10% DME. The bisulfite concentration is preferably between 0.1-6 mol / l, especially preferably between 1-6 mol / l, most preferably between 3-4.5 mol / l.

Die Bisulfitumwandlung kann in einem weiten Temperaturspektrum durchgeführt werden (s.o.). Dabei verwendet das erfindungsgemäße Verfahren Reaktionsgrundtemperaturen von 0 bis 80°C. Bei Wahl der Reaktionsgrundtemperatur ist zu berücksichtigen, dass ein höhere Temperatur nicht nur zur einer Beschleunigung der Umwandlung, sondern auch zu einem Anstieg der Abbaurate führt. In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform liegt die Reaktionsgrundtemperatur daher zwischen 30–70°C. Besonders bevorzugt ist ein Bereich zwischen 45–60°C; ganz besonders bevorzugt sind 50–55°C.The Bisulfite conversion can be carried out in a wide temperature range (so.). The process according to the invention uses reaction base temperatures from 0 to 80 ° C. When choosing the basic reaction temperature is to be considered that a higher temperature not only to speed up the transformation, but also leads to an increase in the rate of degradation. In a preferred embodiment of the invention, the reaction temperature is basic therefore between 30-70 ° C. Especially preferred is a range between 45-60 ° C; very particularly preferred are 50-55 ° C.

Die optimale Reaktionszeit der Bisulfitbehandlung hängt von der Reaktionstemperatur ab. Die Reaktionszeit beträgt normalerweise zwischen 1 und 18 Stunden (vgl.: Grunau et al. 2001 a.a.o.). Für eine Reaktionstemperatur von 50 °C liegt die Reaktionszeit gewöhnlich bei 4–6 Stunden. Wird mit Thermospikes gearbeitet, so lässt sich die erforderliche Reaktionszeit allerdings deutlich verringern (Siehe Beispiele).The optimal reaction time of the bisulfite treatment depends on the reaction temperature from. The reaction time is usually between 1 and 18 hours (see: Grunau et al supra). For a reaction temperature of 50 ° C the reaction time is usually at 4-6 Hours. If you work with Thermospikes, you can do the required Reduce reaction time, however (see examples).

Die optimale Anzahl der Thermospikes steht in Abhängigkeit von der Reaktionsgrundtemperatur. Dabei ist die optimale Anzahl der Thermospikes umso höher, je niedriger die Reaktionsgrundtemperatur ist. Erforderlich ist in jedem Falle zumindest ein Thermospike. Auf der anderen Seite sind prinzipiell beliebig viele Thermospikes denkbar. Zu berücksichtigen ist allerdings, dass bei einer großen Anzahl von Temperaturerhöhungen auch die Abbaurate der DNA steigt, und somit eine optimale Umsetzung nicht mehr gewährleistet ist. Die bevorzugte Anzahl der Thermospikes liegt daher je nach Reaktionsgrundtemperatur zwischen 1 und 10 Thermospikes. Besonders bevorzugt sind dabei 2 bis 5 Thermospikes.The optimal number of thermospikes depends on the reaction temperature. there the lower the reaction base temperature, the higher the optimal number of thermospikes is. In any case, at least one Thermospike is required. On the other hand, there are basically any number of thermospikes conceivable. To be considered However, that is when there are a large number of temperature increases as well the rate of degradation of DNA increases, and thus optimal implementation no longer guaranteed is. The preferred number of thermospikes is therefore depending on Reaction base temperature between 1 and 10 thermospikes. Especially 2 to 5 thermospikes are preferred.

Die Thermospikes erhöhen die Reaktionstemperatur bevorzugt auf 85 bis 100°C, besonders bevorzugt auf 90–98°C, ganz besonders bevorzugt auf 94°C–96°C.The Increase thermospikes the reaction temperature is more preferably 85 to 100 ° C, more preferably 90 to 98 ° C preferably at 94 ° C-96 ° C.

Die Zeitdauer der Temperaturerhöhungen hängt auch von den Volumina der Reaktionsansätze ab. Es muß gewährleistet werden, dass die Temperatur gleichmäßig in der gesamten Reaktionslösung erhöht ist. Dabei sind bei Verwendung eines Thermocyclers für einen 20 μl Reaktionsansatz 30 Sekunden Temperaturerhöhung ausreichend. Bei einem Volumina von 100 μl sind 1,5 Minuten und bei 600 μl 3 Minuten Temperaturerhöhung erforderlich.The Duration of temperature increases also depends from the volumes of the reaction mixtures. It must be guaranteed be that the temperature is increased evenly throughout the reaction solution. When using a thermocycler for a 20 ul reaction mixture 30 seconds temperature increase is sufficient. At a volume of 100 μl are 1.5 minutes and at 600 μl 3 minutes temperature increase required.

Nach Abschluss der Bisulfit-Umwandlung erfolgt eine Desulfonierung und eine Aufreinigung der DNA. Hierzu sind unterschiedliche Verfahren bekannt (siehe etwa: DE 101 54 317 A1 ; DE 100 29 915 A1 ; Grunau et al. 2001, a.a.o.). Normalerweise wird die Reaktionslösung zunächst mit Natronlauge behandelt. Anschließend erfolgt eine Neutralisation und eine Alkoholfällung der DNA.Upon completion of the bisulfite conversion, desulfonation and purification of the DNA occurs. For this purpose, different methods are known (see, for example: DE 101 54 317 A1 ; DE 100 29 915 A1 ; Grunau et al. 2001, aao). Normally, the reaction solution is first treated with sodium hydroxide solution. This is followed by neutralization and alcohol precipitation of the DNA.

Erfindungsgemäß bevorzugt geschieht die Aufreinigung mittels einer Gelfiltration, etwa mit Sephadex-G25-Säulen. Hiermit kann das Bisulfitsalz sehr effektiv entfernt werden, ohne dass weitere Waschschritte erforderlich wären. In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Aufreinigung über DNA-bindende Oberflächen, etwa über das Wizard DNA Aufreinigungsharz von Promega (Vgl.: Kawakami et al a.a.o). Angaben zur Aufreinigung von Nukleinsäuren über Gelfiltration oder DNA-bindende Oberflächen sind dem Fachmann bekannt und ergeben sich etwa aus den Herstellerangaben. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Aufreinigung über Ultrafiltration. Eine solche Vorgehensweise hat mehrere technische Vorteile und führt zu einer überraschend effektiven Aufreinigung. So ist die Wiederfindungsrate der umgewandelten DNA sehr hoch (> 85%). Dies gilt sowohl für hochmolekulare DNA wie auch für fragmentierte DNA, wie sie etwa in Körperflüssigkeiten auftritt. Die herkömmlichen Verfahren zur Isolierung bisulfit-behandelter DNA führen dagegen nur zu einer Wiederfindungsrate von etwa 25%. Die Ultrafiltration hat zudem weitere Vorteile. So ist die Aufreinigung bezüglich der Volumina der einzusetzenden Proben sehr flexibel. Außerdem können die Bisulfitsalze nahezu vollständig entfernt werden. Nicht zu letzt ist eine Desulfonierung auf der Filtermembran möglich, was zusätzlich zu einer Zeitersparnis führt.According to the invention preferred The purification is done by means of a gel filtration, about with Sephadex G25 columns. Herewith The bisulfite salt can be removed very effectively without further washing steps would be required. In a second preferred embodiment, purification is via DNA-binding Surfaces, about that Wizard DNA Purification Resin from Promega (Cf.: Kawakami et al. A.o.). Information on the purification of nucleic acids by gel filtration or DNA-binding surfaces are known in the art and arise approximately from the manufacturer's information. In a particularly preferred embodiment, the purification is carried out by ultrafiltration. Such a procedure has several technical advantages and leads to a surprising effective purification. So the recovery rate is the converted DNA very high (> 85%). This applies to both high molecular weight DNA as well as for Fragmented DNA, as occurs in body fluids. The conventional ones On the other hand, processes for isolating bisulfite-treated DNA lead only to a recovery rate of about 25%. The ultrafiltration also has other benefits. So is the purification regarding the Volumes of the samples to be used very flexible. In addition, the Bisulfite salts almost completely be removed. Last but not least is desulfonation on the filter membrane possible, what else leads to a time saving.

Dem Fachmann sind unterschiedliche kommerziell erhältliche Ultrafiltrationssysteme bekannt, die für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden können. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Microcon-Säulen von Millipore eingesetzt. Die Aufreinigung kann dabei nach einem modifizierten Herstellerprotokoll erfolgen. Dazu wird die Bisulfit-Reaktionslösung mit Wasser versetzt und auf die Ultrafiltrationsmembran gegeben. Danach wird die Reaktionslösung für etwa 15 Minuten abzentrifugiert und anschließend mit 1 × TE-Puffer (Gemisch aus 10 mol/l Tris und 0,1 mol/l EDTA mit einem pH-Wert von 8) gewaschen. Die DNA bleibt bei dieser Behandlung auf der Membran. Anschließend erfolgt die Desulfonierung. Hierzu wird 0,2 mol/l NaOH zugesetzt und für 10 min inkubiert. Anschließend erfolgt eine weitere Zentrifugation (10 min) und ein Waschschritt mit 1 × TE-Puffer. Anschließend wird die DNA eluiert. Hierzu wird die Membran für 10 Minuten mit 50 μl warmen 1 × TE-Puffer (50°C) versetzt. Die Membran wird nach Herstellerangaben gewendet und es erfolgt eine erneute Zentrifugation, mit der die DNA von der Membran entfernt wird. Das Eluat kann direkt für die Nachweisreaktionen eingesetzt werden. Dem Fachmann ist bekannt, dass bei anderen Ultrafiltrationsystemen andere Vorgehensweisen angezeigt sein können, und dass eine gute Ausbeute auch bei Variation der oben angegebenen Bedingungen erzielt werden kann. Die entsprechenden Ausführungsformen sind ebenfalls Teil dieser Erfindung.the Those skilled in the art are various commercially available ultrafiltration systems known for the inventive method can be used. In a preferred embodiment become the Microcon columns used by Millipore. The purification can be carried out after a modified Manufacturer's log. For this purpose, the bisulfite reaction solution with Water and added to the ultrafiltration membrane. After that will the reaction solution for about Centrifuged for 15 minutes and then with 1 × TE buffer (mixture of 10 mol / l Tris and 0.1 mol / l EDTA with a pH of 8). The DNA remains on the membrane during this treatment. Then done the desulfonation. For this purpose, 0.2 mol / l NaOH is added and for 10 min incubated. Subsequently Another centrifugation (10 min) and a washing step with 1 × TE buffer. Subsequently the DNA is eluted. For this purpose, the membrane is warm for 10 minutes with 50 .mu.l 1 × TE buffer (50 ° C). The Membrane is turned according to manufacturer's instructions and there is a re-centrifugation to remove the DNA from the membrane becomes. The eluate can be used directly for the detection reactions are used. The person skilled in the art is aware that other approaches appear in other ultrafiltration systems could be, and that a good yield even with variation of the above Conditions can be achieved. The corresponding embodiments are also part of this invention.

In einer anderen besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Aufreinigung mit Hilfe magnetischer Partikel, etwa mit Hilfe des Magna-Pure-Verfahrens (Roche). Diese Aufreinigungsmethode führt insbesondere mit DME und den anderen oben erwähnten Verbindungen zu besonders guten Ergebnissen. Die Aufreinigung erfolgt dabei im wesentlichen nach Herstellerangaben. Dem Fachmann ist bekannt, dass bei Variation der Herstellerangaben durch Standardversuche eine erhöhte Ausbeute erzielbar sein kann. Entsprechend optimierte Protokolle sind ebenfalls Teil dieser Erfindung.In In another particularly preferred embodiment, the purification is carried out using magnetic particles, such as the Magna-Pure process (Roche). This purification method leads in particular to DME and the others mentioned above Links to particularly good results. The purification takes place essentially according to the manufacturer's instructions. The person skilled in the art is aware that with variation of the manufacturer's instructions by standard tests an increased Yield can be achieved. Correspondingly optimized protocols are also part of this invention.

Die umgewandelte und aufgereinigte DNA kann über unterschiedliche Wege analysiert werden. Dazu sind dem Fachmann eine Vielzahl von möglichen Verfahren bekannt (zur Übersicht: Fraga and Esteller 2002, a.a.o. S. 634, 641 ff). Besonders bevorzugt ist es, die DNA zunächst mittels einer Polymerasekettenreaktion zu amplifizieren. Über unterschiedliche Verfahren läßt sich dabei eine selektive Amplifikation der ursprünglich methylierten bzw. unmethylierten DNA sicherstellen, etwa über die sog. „Heavy-Methyl"-Methode (zur Übersicht: WO 02/072880) oder die sog. „methylierungssensitive PCR" ("MSP"; vgl.: Herman et al.: Methylation-specific PCR: a novel PCR assay for methylation status of CpG islands. Proc Natl Acad Sci U S A. 1996 Sep 3; 93(18):9821–6). Die Detektion der Amplifikate kann über herkömmliche Verfahren erfolgen, etwa über Primer-Extension-Reaktionen ("MsSNuPE"; siehe etwa: DE 100 10 280 ) oder über Hybridisierung an Oligomer-Arrays (Siehe etwa: Adorjan et al., Tumour class prediction and discovery by microarray-based DNA methylation analysis. Nucleic Acids Res. 2002 Mar 1; 30(5):e21). In einer anderen besonders bevorzugten Ausführungsform werden die Amplifikate unter Verwendung von PCR-Real-Time-Varianten analysiert (vgl.: US 6,331,393 „Methyl-Light"). Bevorzugte Varianten sind dabei das „Taqman"- und das „Lightcycler"-Verfahren).The converted and purified DNA can be analyzed by different routes. For this purpose, a variety of possible methods are known in the art (for review: Fraga and Esteller 2002, pp. 634, 641 et seq.). It is particularly preferred to first amplify the DNA by means of a polymerase chain reaction. Various methods can be used to ensure selective amplification of the originally methylated or unmethylated DNA, for example via the so-called "heavy-methyl" method (for review: WO 02/072880) or the so-called "methylation-sensitive PCR"("MSP See: Herman et al .: Methylation-specific PCR: a novel PCR assay for methylation status of CpG islands Proc Natl Acad Sci USA 1996 Sep 3; 93 (18): 9821-6). The detection of the amplificates can be carried out by conventional methods, for example via primer extension reactions ("MsSNuPE"; DE 100 10 280 or by hybridization to oligomer arrays (See, for example: Adorjan et al., Tumor class prediction and discovery by microarray-based DNA methylation analysis., Nucleic Acids Res. 2002 Mar 1; 30 (5): e21). In another particularly preferred embodiment, the amplificates are analyzed using PCR real-time variants (cf. US 6,331,393 "Methyl-Light"). Preferred variants are the "Taqman" and the "Lightcycler" process.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht in der Verwendung aller erfindungsgemäßen Ausführungsformen. Werden krankheitsspezifische Cytosinpositionen untersucht, so eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere zur Diagnose oder Prognose von Krebserkrankungen oder anderen mit einer Veränderung des Methylierungsstatus assoziierten Krankheiten. Hierzu gehören u.a. CNS-Fehlfunktionen, Aggressionssymptome oder Verhaltensstörungen; klinische, psychologische und soziale Konsequenzen von Gehirnschädigungen; psychotische Störungen und Persönlichkeitsstörungen; Demenz und/oder assoziierte Syndrome; kardiovaskuläre Krankheit, Fehlfunktion und Schädigung; Fehlfunktion, Schädigung oder Krankheit des gastrointestinalen Traktes; Fehlfunktion, Schädigung oder Krankheit des Atmungssystems; Verletzung, Entzündung, Infektion, Immunität und/oder Rekonvaleszenz; Fehlfunktion, Schädigung oder Krankheit des Körpers als Abweichung im Entwicklungsprozess; Fehlfunktion, Schädigung oder Krankheit der Haut, der Muskeln, des Bindegewebes oder der Knochen; endokrine und metabolische Fehlfunktion, Schädigung oder Krankheit; Kopfschmerzen oder sexuelle Fehlfunktion. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich außerdem zur Vorhersage von unerwünschten Arzneimittelwirkungen, zur Festlegung einer spezifischen Arzneimitteltherapie (personalisierte Medizin) und zur Überwachung des Erfolges einer Arzneimitteltherapie. Eine weitere Anwendung ist die Unterscheidung von Zelltypen oder Geweben und die Untersuchung der Zelldifferenzierung.Another aspect of the invention is the use of all embodiments of the invention. If disease-specific cytosine positions are investigated, the method according to the invention is particularly suitable for the diagnosis or prognosis of cancers or other diseases associated with a change in the methylation status. These include CNS miss functions, symptoms of aggression or behavioral disorders; clinical, psychological and social consequences of brain damage; psychotic disorders and personality disorders; Dementia and / or associated syndromes; cardiovascular disease, dysfunction and damage; Dysfunction, damage or disease of the gastrointestinal tract; Dysfunction, damage or disease of the respiratory system; Injury, inflammation, infection, immunity and / or convalescence; Dysfunction, damage or disease of the body as a deviation in the development process; Dysfunction, damage or disease of the skin, muscles, connective tissue or bones; endocrine and metabolic dysfunction, injury or disease; Headache or sexual dysfunction. The method according to the invention is also suitable for predicting adverse drug reactions, establishing a specific drug therapy (personalized medicine) and monitoring the success of a drug therapy. Another application is the differentiation of cell types or tissues and the study of cell differentiation.

Beispiel 1example 1

Bisulfit-Umwandlung mit Hilfe von ThermospikesBisulfite conversion with the help of thermospikes

Zu 1 μl MssI verdauter, hochreiner Human-DNA (Promega; 160 ng) wurden 2 μl ddH2O gegeben. Die Probe wurden für 10 Minuten bei 96°C denaturiert. Anschließend wurden zügig 10 μl Bisulfit-Lösung (5,85 mol/l) und 7 μl eines Radikalfänger-Dioxan-Gemisches (5 μl Dioxan plus 2 μl Radikalfänger) zugesetzt. Anschließend wurde die erste Probe (0 h-Wert) entfernt und auf Eis gelegt. Das Reaktionsgemisch wurde für 30 Sekunden bei 96 C und anschließend für 59,5 Minuten bei 50°C inkubiert. Die zweite Probe (1 h-Wert) wurde entfernt und auf Eis gelegt. Die dritte Probe (2 h-Wert) wurde noch einmal für 30 Sekunden bei 96°C und für 59,5 Minuten bei 50°C inkubiert. Anschließend wurde auch diese Probe auf Eis gelegt. Die vierte Probe (3 h-Wert) wurde noch einmal für 30 Sekunden bei 96°C und für 59,5 Minuten bei 50°C inkubiert und anschließend ebenfalls gekühlt. Zu den Proben wurden 30 μl ddH2O gegeben. Das Reaktionsgemisch wurde über G25 Sephadex-Säulen gereinigt. Das Eluat wurde mit 50 μl 100 mmol/l Tris-HCl (pH 9.5) versetzt und bei 96°C für 20 Minuten desulfoniert. 2 μl dieser Lösung wurden für jede PCR-Reaktion verwandt. In der PCR wurden jeweils zwei bisulfitspezifische Fragmente, zwei unspezifische Fragmente und ein genomisches Fragment amplifiziert. Die bisulfitspezifischen Fragmente werden umso stärker amplifiziert, je weiter die Bisulfit-Umwandlung vorangeschritten ist. Die unspezifischen Fragmente werden unabhängig von der Bisulfit-Umwandlung amplifiziert und geben einen Hinweis auf die Degradation der DNA. Das genomische Fragment wird nur insoweit amplifiziert, wie noch genomische, nichtbisulfit-umgewandelte DNA vorhanden ist. Die Amplifikation der genomischen DNA ist daher ein Maß für eine unvoll ständige Bisulfit-Umwandlung. Die in Agarosegelen aufgetrennten Amplifkate sind in 1 zu sehen. Dabei zeigt sich, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bereits nach einer Stunde ein großer Teil der DNA umgesetzt ist. Spätestens nach drei Stunden ist keine genomische DNA mehr nachweisbar, d.h. die Bisulfit-Umwandlung ist vollständig erfolgt. Bei der herkömmlichen Bisulfit-Behandlung ergeben sich entsprechende Werte frühestens nach 5 h (s.u.).To 1 μl of MssI digested, high purity human DNA (Promega, 160 ng) was added 2 μl of ddH 2 O. The sample was denatured for 10 minutes at 96 ° C. Subsequently, 10 μl of bisulfite solution (5.85 mol / l) and 7 μl of a scavenger-dioxane mixture (5 μl of dioxane plus 2 μl of radical scavenger) were added rapidly. Subsequently, the first sample (0 h value) was removed and placed on ice. The reaction mixture was incubated for 30 seconds at 96 ° C and then for 59.5 minutes at 50 ° C. The second sample (1 h value) was removed and placed on ice. The third sample (2 h value) was incubated again at 96 ° C for 30 seconds and at 50 ° C for 59.5 minutes. Subsequently, this sample was also put on ice. The fourth sample (3 h value) was incubated once again for 30 seconds at 96 ° C and for 59.5 minutes at 50 ° C and then also cooled. To the samples was added 30 μl of ddH 2 O. The reaction mixture was purified on G25 Sephadex columns. The eluate was admixed with 50 μl of 100 mM Tris-HCl (pH 9.5) and desulfonated at 96 ° C for 20 minutes. 2 μl of this solution was used for each PCR reaction. Two bisulfite-specific fragments, two nonspecific fragments and one genomic fragment were amplified in the PCR. The bisulfite-specific fragments are the more amplified the further the bisulfite conversion has progressed. The non-specific fragments are amplified independently of the bisulfite conversion and give an indication of the degradation of the DNA. The genomic fragment is amplified only to the extent that genomic, non-bisulfite converted DNA is still present. The amplification of genomic DNA is therefore a measure of incomplete bisulfite conversion. The amplifcates separated in agarose gels are in 1 to see. It turns out that in the process according to the invention, a large part of the DNA is already reacted after one hour. At the latest after three hours no genomic DNA is detectable, ie the bisulfite conversion is complete. In the case of the conventional bisulfite treatment, corresponding values result at the earliest after 5 h (see below).

Beispiel 2Example 2

Vergleich der Bisulfit-Behandlung mit Thermospikes gegenüber der Bisulfit-Behandlung ohne ThermospikesComparison of bisulfite treatment with thermospikes opposite bisulfite treatment without thermospikes

Wie im Beispiel 1 behandelte Proben wurden bei einer Reaktionszeit von 3 bzw. 5 h mit zwei Thermospikes inkubiert. Die Kontrollen wurden ohne Thermospikes umgesetzt. Aufreinigung und PCR erfolgten wie oben beschrieben. Amplifiziert wurden zwei bisulfitspezifische Fragmente. Eines der Fragmente ist dabei Cytosin-reich. Es ist daher eine relative lange Reaktionszeit erforderlich, um eine vollständige Umwandlung zu erreichen. Das andere Fragment dagegen ist Cytosin-arm und daher schon nach relativ kurzer Zeit vollständig konvertiert. Die Ergebnisse der Amplifikationen sind in 2 gezeigt. Auf den linken Bildern ist die herkömmliche Bisulfit-Umsetzung, auf den rechten Bilder die optimierte Umwandlung mit Termospikes zu sehen. Das Cytosin-reiche Fragment ist jeweils auf der linken Seite, das Cytosin-arme Fragment auf der rechten Seite aufgetragen. Es zeigt sich, dass das erfindungsgemäße Verfahren einen deutlich sensitiveren Nachweis ermöglicht. So ist das Cytosin-reiche Fragment bei einer Thermospikes-Behandlung bereits nach 3 Stunden klar nachweisbar, während das herkömmliche Verfahren sogar nach 5 Stunden Reaktionszeit zu einem Nachweis nicht in der Lage ist.As in Example 1 treated samples were incubated at a reaction time of 3 or 5 h with two thermospikes. The controls were implemented without Thermospikes. Purification and PCR were as described above. Two bisulfite-specific fragments were amplified. One of the fragments is cytosine-rich. Therefore, a relatively long reaction time is required to achieve complete conversion. The other fragment, on the other hand, is cytosine-poor and therefore completely converted after a relatively short time. The results of the amplifications are in 2 shown. On the left images you can see the conventional bisulfite conversion, on the right images the optimized conversion with termospikes. The cytosine-rich fragment is on the left side, the cytosine-poor fragment on the right side. It turns out that the method according to the invention enables a much more sensitive detection. Thus, the cytosine-rich fragment is clearly detectable in a Thermospikes treatment after only 3 hours, while the conventional method even after 5 hours of reaction time is not capable of detection.

Beispiel 3: Optimierte Bisulfitumwandlung zum Nachweis von DNA in Plasma-Proben.Example 3: Optimized Bisulfite conversion for the detection of DNA in plasma samples.

Es soll gezeigt werden, dass das optimierte Bisulfitverfahren eine sensitive Methylierungsanalyse von aus Körperflüssigkeiten gewonnener DNA ermöglicht. Hierzu wurde 1 ml humanes Plasma mit einer bestimmten Menge humaner DNA versetzt. Die DNA wurde aus den Plasmaproben über das Magna Pure-Verfahren (Roche) nach Herstellerangaben isoliert. Die aus der Aufreinigung resultierenden 100 μl Eluat wurden vollständig in die folgende Bisulfit-Reaktion eingesetzt. Dabei erfolgte als Kontrolle die Umsetzung nach einem Standardverfahren (Frommer et al. a.a.o). Für das erfindungsgemäße Verfahren wurde wie folgt vorgegangen: Das Eluat wurde mit 354 μl Bisulfit-Lösung (5,89 mol/l) und 46 μl DME (einschließlich Radikalfänger (6-Hydroxy-2,5,7,8-tetramethylchroman-2-carbonsäure, 98,6 mg in 787 μl DME) versetzt. Das Reaktionsgemisch wurde für 3 min bei 99°C denaturiert und anschließend bei folgendem Temperaturprogramm für insgesamt 5 h inkubiert: 30 min 50°C; ein Thermospike (99,9°C) für 3 min; 1,5 h 50°C; ein Thermospike (99,9°C) für 3 min; 3 h 50°C. Die Reaktionsgemische sowohl der Kontrolle wie auch des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden anschließend per Ultrafiltration mittels einer Millipore-Microcon-Säule aufgereinigt. Die Aufreinigung erfolgte im wesentlichen nach Herstellerangaben. Dazu wurde das Reaktionsgemisch mit 300 μl Wasser versetzt, auf die Ultafiltrationsmembran gegeben, für 15 min abzentrifugiert und anschließend mit 1 × TE-Puffer gewaschen. Die DNA bleibt bei dieser Behandlung auf der Membran. Anschließend erfolgt die Desulfonierung. Hierzu wurde 0,2 mol/l NaOH zugesetzt und für 10 min inkubiert.It should be shown that the optimized bisulfite method allows a sensitive methylation analysis of body fluid derived DNA. For this purpose, 1 ml of human plasma was mixed with a certain amount of human DNA. The DNA was isolated from the plasma samples via the Magna Pure method (Roche) according to the manufacturer's instructions. The resulting from the purification 100 .mu.l eluate were completely used in the following bisulfite reaction. This was done as a control the Reaction according to a standard procedure (Frommer et al., Aao). The procedure according to the invention was as follows: The eluate was treated with 354 μl bisulfite solution (5.89 mol / l) and 46 μl DME (including radical scavenger (6-hydroxy-2,5,7,8-tetramethylchroman-2-one) carboxylic acid, 98.6 mg in 787 μl of DME) The reaction mixture was denatured for 3 minutes at 99 ° C. and then incubated for a total of 5 hours in the following temperature program: 50 ° C. for 30 minutes, one thermospike (99.9 ° C.) for 3 minutes, 1.5 hours at 50 ° C., a thermospike (99.9 ° C.) for 3 minutes, and 3 hours at 50 ° C. The reaction mixtures of both the control and the process according to the invention were subsequently subjected to ultrafiltration by means of a Millipore microcon Purification was carried out essentially according to the manufacturer's instructions: 300 μl of water were added to the reaction mixture, added to the ultafiltration membrane, centrifuged off for 15 minutes and then washed with 1 × TE buffer, the DNA remaining on the membrane during this treatment Conn The desulfonation takes place. To this was added 0.2 mol / l NaOH and incubated for 10 min.

Anschließend erfolgte eine Zentrifugation (10 min) und ein Waschschritt mit 1 × TE-Puffer. Danach wurde die DNA eluiert. Hierzu wurde die Membran für 10 Minuten mit 50 μl warmen 1 × TE-Puffer (50°C) versetzt. Die Membran wurde nach Herstellerangaben gewendet. Anschließend erfolgte eine erneute Zentrifugation, mit der die DNA von der Membran entfernt wurde. 10 μl des Eluats wurden für die folgenden Lightcycler-Real-Time-PCR eingesetzt. Hierbei erfolgte die Amplifikation mittels eines bisulfitspezifischen Assays. Die von der Lightcycler-Software berechneten Ergebnisse sind in 3 gezeigt. Die linken Kurven entsprechen dem optimierten Verfahren, die rechten Kurven dem herkömmlichen Verfahren. Es zeigt sich, dass das optimierte Verfahren bereits bei geringer Zyklenzahl ein signifikantes Fluoreszenzsignal erzeugt. Die DNA-Ausbeute ist daher höher als bei dem herkömmlichen Verfahren. Durch einen Vergleich mit Eichkurven lässt sich die Menge der umgewandelten DNA quantifizieren. Für das optimierte Verfahren ergab sich dabei eine DNA-Konzentration von 133,27 ng/100 μl, während das herkömmliche Verfahren zu einer Konzentration von 41,03 ng/100 μl führte. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglichte daher eine dreifach höhere Ausbeute als das herkömmliche Verfahren.This was followed by centrifugation (10 min) and a washing step with 1 × TE buffer. Thereafter, the DNA was eluted. For this purpose, the membrane was mixed for 10 minutes with 50 μl of warm 1 × TE buffer (50 ° C.). The membrane was turned according to manufacturer's instructions. This was followed by another centrifugation, with which the DNA was removed from the membrane. 10 μl of the eluate were used for the following Lightcycler Real-Time PCR. In this case, the amplification was carried out by means of a bisulfite-specific assay. The results calculated by the Lightcycler software are in 3 shown. The left curves correspond to the optimized method, the right curves to the conventional method. It turns out that the optimized method generates a significant fluorescence signal even at low number of cycles. The DNA yield is therefore higher than in the conventional method. By comparison with calibration curves, the amount of converted DNA can be quantified. The optimized procedure resulted in a DNA concentration of 133.27 ng / 100 μl, while the conventional method resulted in a concentration of 41.03 ng / 100 μl. The process according to the invention therefore enabled a threefold higher yield than the conventional process.

Beschreibung der Figurendescription the figures

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1 zeigt die Ergebnisse des Beispiels 1. Gezeigt ist die Gelelektrophore nach einer PCR-Amplifikation. Amplifiziert wurden jeweils zwei verschiedene bisulfitspezifische Fragmente, zwei unspezifische Fragmente und ein genomisches Fragment. Das oberste Bild zeigt den Nullwert (Reaktionszeit = 0 Stunden). Das zweite Bild von oben zeigt die Reaktion mit einem Thermospike und einer Stunde Reaktionszeit. Das dritte Bild von oben entspricht der Reaktion mit zwei Thermospikes und zwei Stunden Reaktionszeit. Das unterste Bild zeigt eine Reaktion mit drei Thermospikes und drei Stunden Reaktionszeit. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist bereits nach einer Stunde ein großer Teil der DNA umgesetzt (zweites Bild von oben). Spätestens nach drei Stunden ist keine genomische DNA mehr nachweisbar (ganz unten). 1 shows the results of Example 1. Shown is the gel electrophores after a PCR amplification. Two different bisulfite-specific fragments, two nonspecific fragments and one genomic fragment were amplified. The top picture shows the zero value (reaction time = 0 hours). The second image from the top shows the reaction with a thermospike and an hour of reaction time. The third picture from the top corresponds to the reaction with two thermospikes and two hours reaction time. The bottom picture shows a reaction with three thermospikes and three hours reaction time. With the method according to the invention, a large part of the DNA is already reacted after one hour (second image from above). At the latest after three hours, no genomic DNA is detectable (bottom).

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2 zeigt die Ergebnisse des Beispiels 2. Gezeigt ist die Gelelektrophore nach einer PCR-Amplifikation. Amplifiziert wurden jeweils zwei verschiedene, bisulfitspezifische Amplifikate. Die linken Bilder zeigen herkömmliche Bisulfitbehandlungen, die rechten das erfindungsgemäße Verfahren. Oben findet sich eine Reaktionszeit von 3h, unten eine Reaktionszeit von 5 h. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren (Thermospikes) ist ein deutlich sensitiverer Nachweis möglich. So ist das in der linken Spur aufgetragene Fragment bereits nach 3 Reaktionszeit nachweisbar, während das herkömmliche Verfahren sogar nach 5 Stunden Inkubation nicht in der Lage ist, das Fragment zu detektieren. 2 shows the results of Example 2. Shown is the gel electrophores after a PCR amplification. In each case two different, bisulfite-specific amplicons were amplified. The left-hand pictures show conventional bisulfite treatments, the right ones the process according to the invention. Above is a reaction time of 3h, below a reaction time of 5 h. With the method according to the invention (thermospikes) a significantly more sensitive detection is possible. Thus, the fragment applied in the left lane is already detectable after 3 reaction time, while the conventional method is not able to detect the fragment even after 5 hours of incubation.

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3 zeigt die Ergebnisse des Beispiels 3. DNA wurde aus Plasma-Proben isoliert, bisulfit-behandelt und mittels einer Lightcycler-PCR amplifiziert. Die Y-Achse zeigt das in jedem Zyklus gemessene Fluoreszenz-Signal. Die X-Achse gibt die Anzahl der Zyklen an. Auf der linken Seite sind die Kurven des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt, auf der rechten Seite die des herkömmlichen Verfahrens. Es zeigt sich, dass das optimierte Verfahren bereits bei geringer Zyklenzahl ein signifikantes Fluoreszenzsignal erzeugt. Die DNA-Ausbeute ist höher als bei dem herkömmlichen Verfahren. 3 shows the results of Example 3. DNA was isolated from plasma samples, bisulfite treated and amplified by a Lightcycler PCR. The Y axis shows the fluorescence signal measured in each cycle. The X-axis indicates the number of cycles. On the left side of the curves of the method according to the invention are shown, on the right side of the conventional method. It turns out that the optimized method generates a significant fluorescence signal even at low number of cycles. The DNA yield is higher than in the conventional method.

Claims (22)

Verfahren zur Bisulfit-Umwandlung von DNA, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsgrundtemperatur 0°C bis 80°C beträgt und dass die Reaktionstemperatur im Laufe der Umsetzung mindestens einmal kurzzeitig, Thermospikes, auf über 85°C erhöht wird.A process for bisulfite conversion of DNA, characterized in that the reaction base temperature is 0 ° C to 80 ° C and that the reaction temperature in the course of the reaction at least once briefly, Thermospikes, is increased to above 85 ° C. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bisulfit-Umwandlung in Gegenwart eines denaturierenden Reagenzes durchgeführt wird.Method according to claim 1, characterized in that that the bisulfite conversion in the presence of a denaturing Reagent is performed. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem denaturierenden Reagenz um Dioxan, eines seiner Derivate oder einen ähnlichen, aliphatischen cyclischen Ether handelt.A method according to claim 2, characterized gekenn indicates that the denaturing reagent is dioxane, one of its derivatives, or a similar aliphatic cyclic ether. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration von Dioxan 10–35% beträgt.Method according to claim 3, characterized that the concentration of dioxane is 10-35%. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem denaturierenden Reagenz um eine Verbindung mit der folgenden Formel handelt:
Figure 00200001
wobei n = 1–35000 m = 1–3 R1 = H, Me, Et, Pr, Bu R2 = H, Me, Et, Pr, Bu ist.
A method according to claim 2, characterized in that the denaturing reagent is a compound having the formula:
Figure 00200001
where n = 1-35000 m = 1-3 R1 = H, Me, Et, Pr, Bu R2 = H, Me, Et, Pr, Bu.
Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der denaturierenden Reagenz um eine n-Alkylenglykol-Verbindung handelt.Method according to claim 5, characterized that the denaturing reagent is an n-alkylene glycol compound is. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Verbindungen um Dialkylether handelt.Method according to Claim 6, characterized that the compounds are dialkyl ethers. Verfahren nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der denaturierenden Reagenz um Diethylenglykoldimethylether, DME, handelt.Method according to claim 7, characterized that the denaturing reagent is diethylene glycol dimethyl ether, DME, act. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die denaturierende Reagenz in Konzentrationen zwischen 5 und 25% vorliegt.Method according to at least one of claims 5 to 8, characterized in that the denaturing reagent in concentrations between 5 and 25%. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration des Bisulfits 1 bis 6 mol/l beträgt.Method according to at least one of claims 1 to 9, characterized in that the concentration of bisulfite 1 to 6 mol / l. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsgrundtemperatur 30–70°C beträgt.Method according to at least one of claims 1 to 10, characterized in that the reaction base temperature is 30-70 ° C. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsgrundtemperatur 45–60°C beträgt.Method according to claim 11, characterized in that the basic reaction temperature is 45-60 ° C. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der kurzzeitigen Temperaturerhöhungen, Thermospikes, 1 bis 10 beträgt.Method according to at least one of claims 1 to 12, characterized in that the number of short-term temperature increases, Thermospikes, 1 to 10. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der kurzzeitigen Temperaturerhöhungen, Thermospikes, 2 bis 5 beträgt.Method according to claim 13, characterized in that that the number of short-term temperature increases, thermospikes, 2 to 5 is. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die kurzzeitigen Temperaturerhöhungen, Thermospikes, die Reaktionstemperatur auf 85 bis 100°C erhöhen.Method according to at least one of claims 1 to 14, characterized in that the short-term temperature increases, Thermospikes, raise the reaction temperature to 85 to 100 ° C. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die kurzzeitigen Temperaturerhöhungen, Thermospikes, die Reaktionstemperatur auf 90 bis 98°C erhöhen.Method according to claim 15, characterized in that that the short-term temperature increases, thermospikes, the reaction temperature at 90 to 98 ° C increase. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufreinigung der umgewandelten DNA über Ultrafiltration erfolgt.Method according to at least one of claims 1 to 16, characterized in that the purification of the converted DNA over Ultrafiltration takes place. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufreinigung der umgewandelten DNA mittels magnetischer Partikel erfolgt.Method according to at least one of claims 5 to 8, characterized in that the purification of the converted DNA by means of magnetic particles. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die umgewandelte DNA mittels einer der folgenden Methoden analysiert wird: MSP, Heavy Methyl, MsSNuPE, Methyl-Light.Method according to at least one of claims 1 to 18, characterized in that the converted DNA by means of a the following methods are analyzed: MSP, Heavy Methyl, MsSNuPE, methyl-light. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass DNA aus Gewebeproben oder aus Körperflüssigkeiten untersucht wird.Method according to at least one of claims 1 to 19, characterized in that DNA from tissue samples or body fluids is examined. Verwendung eines der Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 20 zur Methylierungsanalyse,Use of the method after at least one the claims 1 to 20 for methylation analysis, Verwendung eines der Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 20 zur Diagnose oder Prognose von Krebserkrankungen oder anderen mit einer Veränderung des Cytosin-Methylierungsstatus assoziierten Krank heiten, zur Vorhersage von unerwünschten Arzneimittelwirkungen, zur Festlegung einer spezifischen Arzneimitteltherapie, zur Überwachung des Erfolges einer Arzneimitteltherapie, zur Unterscheidung von Zelltypen oder Geweben und zur Untersuchung der Zelldifferenzierung.Use of the method after at least one the claims 1 to 20 for the diagnosis or prognosis of cancer or other with a change predicted disease associated with cytosine methylation status of unwanted Drug effects, establishing a specific drug therapy, for monitoring the success of a drug therapy, to distinguish Cell types or tissues and to study cell differentiation.
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