EP1565569A2 - Method for the detection of mutations - Google Patents

Method for the detection of mutations

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Publication number
EP1565569A2
EP1565569A2 EP03737328A EP03737328A EP1565569A2 EP 1565569 A2 EP1565569 A2 EP 1565569A2 EP 03737328 A EP03737328 A EP 03737328A EP 03737328 A EP03737328 A EP 03737328A EP 1565569 A2 EP1565569 A2 EP 1565569A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nucleic acid
sample
receptor
oligo
complex
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03737328A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Christian Albrecht
Filipp Oesterhelt
Boris Steipe
Hermann Gaub
Hauke Clausen-Schaumann
Michael Cieplik
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Arrowhead Pharmaceuticals Inc
Original Assignee
Nanotype GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE2002105419 external-priority patent/DE10205419A1/en
Priority claimed from DE2002107918 external-priority patent/DE10207918A1/en
Application filed by Nanotype GmbH filed Critical Nanotype GmbH
Publication of EP1565569A2 publication Critical patent/EP1565569A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6813Hybridisation assays
    • C12Q1/6827Hybridisation assays for detection of mutation or polymorphism
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6813Hybridisation assays
    • C12Q1/6816Hybridisation assays characterised by the detection means
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6813Hybridisation assays
    • C12Q1/6834Enzymatic or biochemical coupling of nucleic acids to a solid phase
    • C12Q1/6837Enzymatic or biochemical coupling of nucleic acids to a solid phase using probe arrays or probe chips

Definitions

  • the invention relates to a method for the detection of mutations in a nucleic acid.
  • a polymorphism is a variation, a genomic nucleic acid sequence that can often be found in the same place. This can involve the exchange of individual bases, a so-called point mutation, as well as small deletions, insertions and inversions, but also the reorganization of large sequence sections. In any case, the sequence is changed in one or more places compared to the wild type.
  • polymorphisms are used as markers to determine the degree of relationship between two organisms by tracking the inheritance of the polymorphisms.
  • the most important genetic markers include single base mutations in which one of the four nucleotides is exchanged for another and which are also called SNP (single nucleotide polymorphism).
  • polymorphisms serve, on the one hand, to detect certain diseases in which genes are changed by single-base mutations, thereby triggering diseases.
  • Another important field of application is the so-called HLA typing, which is used to compare the similarity of immune systems of two individuals based on the state of many loci on the HLA genes. HLA typing is primarily used to determine whether a graft will be compatible with transplants.
  • Another area in which the detection of polymorphisms is important is pharmacogenomics, in which, by detecting certain polymorphisms, drug tolerance should be predictable when treating a particular patient.
  • a homoduplex both strands have the same origin
  • at least one of the strands hybridizes with a "foreign" strand (a probe) and forms a heteroduplex (strands of different origins).
  • the heteroduplex can then open different ways can be used for detection.
  • DNA sequencing can be used universally, but is very expensive for routine diagnostic tests.
  • the pure screening methods can either be traced back to the principle of the different migration behavior of wild-type or mutant heteroduplexes in electrophoresis gels, or to the enzymatic digestion of heteroduplexes.
  • a heteroduplex is formed from sample DNA and an oligonucleotide probe.
  • the discrimination between wild type and mutant can then be achieved either by using stringent hybridization conditions or by enzymatic reactions.
  • oligonucleotides are used which hybridize to the wild type under perfect buffer and temperature conditions for this sequence (perfect match) but not to the mutant (mismatch).
  • the problem with this procedure is that when such tests are carried out in parallel in one approach, no conditions have to be set which are equally stringent for all analytes.
  • DNA polymerase is used in PCR with sequence-specific primers (SSP) and in "mini-sequencing".
  • SSP sequence-specific primers
  • mini-sequencing The principle of the SSP is based on the fact that a PCR primer, which is a strand of a heteroduplex, only then through the polymerase reaction if it is a perfect match, the polymerase reaction does not take place in the event of a mismatch, which is why no PCR product can be detected.
  • Mini-sequencing is a modification of SSP-PCR.
  • a heteroduplex is formed which ends at the 3 'end exactly one nucleotide in front of the SNP locus.
  • This primer can be extended by the DNA polymerase by incorporating dideoxynucleotide triphosphates (ddATP, ddTTP, ddGTP and ddCTP), which leads to a strand termination immediately after the incorporation of one of these bases.
  • ddATP, ddTTP, ddGTP and ddCTP dideoxynucleotide triphosphates
  • An individual color marking of the four dideoxynucleotides can now be used to determine which base has been incorporated or which of the corresponding complementary bases is present on the sample molecule.
  • oligonucleotide ligation assay Two oligos are tailored in such a way that they hybridize directly next to each other at the SNP site with the sample molecule. The 5 'end of the first oligo is provided with a phosphate and the 3' end of the other oligo Wundt. If there is a perfect match, the oligos are now connected by the DNA ligase. This reaction does not occur in the event of a mismatch. The identity of the base at the SNP position can finally be deduced from the detection of the ligation product.
  • the object of the present invention was to provide a method with which mutations, in particular polymorphisms, can be detected without the need for complex separation steps, such as electrophoresis. Furthermore, it was an object of the invention to provide a method which offers the possibility of parallelizing tests.
  • a method for the detection of mutations in a ' nucleic acid which comprises that a) a plurality of strands of nucleic acid to be analyzed are brought into contact with at least two types of oligonucleotides, receptor oligos and probe oligos, under such conditions that the Oligos hybridize with the DNA to be analyzed to form a sample complex and a reference complex, so that there is a chain of sample complex and reference complex immobilized or immobilizable on both sides, b) the chain is subsequently immobilized if necessary, c) a tensile force is applied to the chain until it pulls one of the complexes is separated and d) it is determined which of the complexes has been separated.
  • the analyte nucleic acid is brought into contact with two types of oligonucleotides, receptor oligos and probe oligos, under conditions such that the oligos hybridize with the analyte nucleic acid, the oligonucleotides being immobilized or immobilizable, and where appropriate, the oligonucleotides are immobilized after the hybridization, so that a mutually immobilized or immobilizable chain of receptor oligo - analyte nucleic acid - probe oligo is present; a tensile force is applied to the linkage so that one of the bonds is released and it is determined which of the bonds has been released, the receptor oligonucleotides having a sequence which is essentially complementary to a sequence section of the analyte nucleic acid in which a mutation or Variation is suspected.
  • the principle of the differential force test is used for the method of the present invention.
  • the general principle of the differential force test is described in PCT / EP01 / 09206. It has been found that the use of the differential force test allows the detection of polymorphisms reliably and to a large extent in parallel and in a miniaturized manner, whereby point mutations (SNP) as well as other changes in the sample sequence can be detected, provided that they lead to a change in the separating force of the duplex formed when hybridizing with the strand complementary to the Wiid type.
  • SNP point mutations
  • a nucleic acid molecule in a sample which is also referred to below as analyte nucleic acid
  • a sample complex is formed from a first and a second binding partner.
  • One of the two binding partners - the analyte nucleic acid - contains a defined sequence section (sample sequence) of an analyte molecule.
  • the other of the two binding partners contains a defined sequence section (receptor sequence) of a receptor oligo, which is essentially complementary to the section of the analyte sequence of interest.
  • the hybridization of the first binding partner with the second binding partner leads to the formation of a sample complex.
  • a third and a fourth binding partner together form a reference complex.
  • Sample complex and reference complex are linked together in series.
  • Two of the participating binding partners are immobilized or immobilizable so that a tensile force can be exerted after the reaction to the chain formed.
  • a tensile force is applied to the ends of the chain until one of the two complexes is separated, namely either the first from the second binding partner, ie the sample complex, or the third from the fourth binding partner, ie the reference complex.
  • the sample complex is dissolved if its separating force under the test conditions is less than that of the reference complex
  • the reference complex is dissolved if its separating force is less than that of the sample complex under the test conditions.
  • the discrimination of mutations compared to the wild type by a force comparison is based on the fact that the ratio F * Re f / F * Pra also changes due to the change in F * Pr o.
  • the reference complex is usually also a nucleic acid duplex, the fourth binding partner corresponding to the probe sequence and being called probe oligo.
  • Binding partner 3 is essentially complementary to or corresponds to the reference sequence and is preferably part of the sample molecule to be analyzed.
  • the method according to the invention is described for determining a mutation, but it can also be used for determining variations in a nucleic acid. Therefore, when the term “mutations" is used below, variations should also be included.
  • an analyte nucleic acid on which mutations are to be detected, is brought into contact with different oligonucleotides in such a way that at least two nucleic acid duplexes are formed which are linked to one another in such a way that a chain is formed on the two ends of which force can be exerted. Furthermore, this linkage is designed such that, when a force is exerted on this linkage, one of the two hybridized duplexes or complexes separates, depending on which duplex or complex has the lower binding force under the given conditions. In the case of nucleic acid strands which are not hybridized in the Unzip mode, this depends primarily on the number of paired bases, the type of bases, in particular the GC content, and the number of mismatches.
  • the essence of the invention is that the binding force of two duplexes is compared with one another, the analyte nucleic acid being involved in at least one of the two duplexes.
  • the chain In order to be able to exert a force on the chain formed by hybridization of the individual partners, the chain must be immobilized on both sides on a carrier. Therefore strands are used for the duplexes, which are either already immobilized or immobilizable.
  • immobilized nucleotides are already used for the hybridization, while in other embodiments the hybridizations are carried out first with mobile nucleotides and the immobilization takes place in a subsequent step. In the latter case, a binding possibility must of course be provided for the immobilization on the strands to be immobilized.
  • stamp and base
  • base the term “stamp” and base” will be used, without the intention to determine the spatial position, nature or function, since the stamp can also serve as a base and vice versa.
  • immobilization on beads or particles takes place instead of macroscopic surfaces.
  • receptor and probe oligonucleotides must be immobilized or immobilizable.
  • the three components are brought into contact with one another in such a way that they can hybridize with one another.
  • the receptor oligo can be immobilized in a manner known per se on a surface mentioned for the sake of simplicity, for example by covalent bonding via functional groups located on the support.
  • the immobilization should take place in such a way that a duplex is formed in the hybridization, which is not zipped open when a tensile force is applied.
  • the pad with the bound receptor oligos is then brought into contact with the analyte nucleic acid so that hybridization can take place, a sample complex being formed.
  • the probe oligonucleotide can then either simultaneously with the analyte nucleic acid or subsequently added or immobilized on a second surface called a stamp and then brought into contact with the nucleic acids bound on the support in such a way that hybridization occurs between probe oligo and analyte nucleic acid, a reference complex being formed. In this way, a chain can be formed, which consists of immobilized reference oligo, analyte nucleic acid and immobilized probe oligo.
  • a tensile force can be exerted on this concatenation via the surfaces or supports on which the oligonucleotides are immobilized.
  • the weaker of the two bonds breaks, ie either the bond between receptor oligo and analyte nucleic acid or between probe oligo and nucleic acid.
  • the sequence is only described here as an example. Other sequences of chaining are also possible. It is then proven which of the two bonds has broken.
  • a receptor oligonucleotide is immobilized and brought into contact with the sample which contains the nucleic acid to be analyzed, so that the analyte nucleic acid can hybridize with the receptor oligo, the sequence of the working steps being arbitrary.
  • a stamp is prepared on which the probe oligonucleotide is immobilized.
  • a reference nucleotide is hybridized with this probe oligonucleotide, which has a base sequence which is outside of the range in which mutations are suspected to a sequence of the analyte nucleic acid.
  • the order of the work steps is arbitrary.
  • the number of base pairs hybridizing with one another between this reference strand and the analyte nucleic acid is far higher than that of the reference complex and sample complex to be formed and only serves to reliably connect the two complexes to be checked.
  • This additional hybridization strand should definitely be as many
  • the analyte nucleic acid is immobilized on a base.
  • the base with immobilized analyte nucleic acid is brought into contact with the receptor oligonucleotide under conditions such that hybridization can take place.
  • a probe oligonucleotide is immobilized on a stamp and hybridized with a reference strand, as explained in the previous variant. Both the receptor oligonucleotide and the reference strand have mutually complementary bases. The base and stamp are then brought into contact with one another in such a way that the complementary bases of the reference strand and receptor oligonucleotide can hybridize with one another.
  • the number of base pairs hybridizing with one another between this reference strand and the receptor oligonucleotide is far higher than that of the reference complex and sample complex to be formed and only serves to reliably connect the two complexes to be checked.
  • This additional hybridization strand should in any case have so many base pairs that bind to one another that its separating force is far above the separating force of the two complexes, so that it remains in any case.
  • a tensile force is then again exerted on the linkage formed from analyte nucleic acid, receptor oligonucleotide, reference strand, probe oligonucleotide, which in turn releases the bond which has the lowest separating force.
  • a nucleic acid to be examined is brought into contact with two different oligonucleotides, of which one oligonucleotide has a defined sequence section which is complementary to the region of the nucleic acid to be analyzed in which the variation or mutation is suspected.
  • This oligonucleotide is called receptor oligo.
  • the second type of oligonucleotide, with which the nucleic acid to be analyzed is brought into contact with has a defined sequence section which is complementary to another section.
  • This oligonucleotide is called probe oligo.
  • the sequence of the probe oligo should not hybridize to the same section as the receptor oligo to avoid cross reactions.
  • the single strands should not interfere with each other in the hybridization.
  • the probe oligo can have the reverse sequence to the sequence of the receptor oligo. This has several advantages. It simplifies the production of the oligonucleotides, prevents cross reactions and creates complexes that are comparable in terms of binding power.
  • At least one of the nucleic acids used has a label.
  • Two of the nucleic acids used are preferably provided with a label.
  • the label can be inherent to the molecules or duplexes or can be introduced.
  • the nucleic acid to be analyzed is provided with a label.
  • the type of labeling depends, among other things, on how the nucleic acid to be examined was obtained. In this way, the label can be bound directly to the nucleic acid to be examined.
  • the labeling is introduced by generating the nucleic acid to be examined using PCR, the primer to be used for this purpose having a label, the pair of primers used for the PCR having a sequence which flanks the site, which contains the possible variation, or wherein the incorporated nucleotides have a label.
  • any analytically detectable group or substance can be used as a marker for the method according to the invention.
  • labeling is understood to mean a property by which some binding partners differ from others and which is detectable. Physically detectable parameters are preferably used.
  • the label may be inherent to the molecule or complex, or may be introduced or bound.
  • radioactive atoms or groups that change the optical or electrical effect properties.
  • All reporter groups known to the person skilled in the art are suitable here. Examples are radioactive markers such as 3 H, 14 C, 32 P, 35 S, fluorescent, luminescent, chromophoric groups or dyes, semiconductor particles, metals or conductive groups, but also substrates of enzymes or reporter enzymes. Fluorescent or chromophoric groups are preferably used as the label. At least one of the oligonucleotides has a label.
  • the label is preferably a fluorescent dye, for example fluorescein isothiocyanate (FITC), fluorescein, rhodamine, tetramethylrhodamine 5- (and-6) -isothiocyanate (TRITC), Texas Red, cyanine dyes (CY3 or CY5) etc. fluorescent dyes are advantageous because they can be detected in very small amounts.
  • fluorescent dyes for example fluorescein isothiocyanate (FITC), fluorescein, rhodamine, tetramethylrhodamine 5- (and-6) -isothiocyanate (TRITC), Texas Red, cyanine dyes (CY3 or CY5) etc.
  • fluorescent dyes are advantageous because they can be detected in very small amounts.
  • two markings are used per chain, which are preferably different from one another.
  • different fluorescent markings those can be used which are each excited by light of the same wavelength or by radiation of different wavelengths.
  • the marking serves to demonstrate where the probe oligo or reference oligo is located and, where appropriate, where the receptor oligonucleotide or the analyte which can be hybridized with the analyte nucleic acid is after applying a tensile force (examples can be found in FIG. 4). This information can then be used to derive which strands have connected and separated from one another. From this it can be concluded whether the analyte nucleic acid shows variations or mutations compared to the wild type.
  • the double marking ensures that only those chains that were linked are evaluated.
  • the nucleic acid to be examined can be genomic DNA, RNA, PNA or modifications. It can also be c-DNA.
  • the nucleic acid can be obtained directly from cells and, if enough copies of the sequence are present in the cell, this sequence can be used directly for the test.
  • the nucleic acid to be examined is amplified in a first step with a PCR and the amplified product is then used for the method according to the invention.
  • the amplification is preferably carried out with a labeled primer in order to obtain labeled nucleic acid sequences in this way.
  • the primers are selected in a manner known per se so that they flank the sequence of interest.
  • the primers can each have a length of up to 30 nucleotides, preferably 15 to 20 nucleotides.
  • the length of the nucleic acid used depends, among other things, on whether a mutation or variation or several variations or mutations are to be detected and in which region these are then located.
  • the method according to the invention is particularly well suited for nucleic acid sequences with up to 100 nucleotides, in particular for those sequences which have 30 to 50 nucleotides. Even shorter nucleic acid sequences can be used to detect known single base mutations.
  • the labeled nucleic acid to be analyzed is brought into contact with a receptor oligo and a probe oligo.
  • the receptor oligo is a nucleic acid that is complementary to one end of the nucleic acid to be analyzed, while the probe oligo is complementary to the other end or a reference strand.
  • the receptor oligo has a nucleotide sequence that either corresponds to the section of interest of the wild-type sequence of the nucleic acid to be examined, or has a variation or mutation.
  • the sequence corresponding to the wild-type nucleic acid is referred to as receptor w ⁇ - oligos, while those receptor oligos which contain variations and mutations are referred to as receptor M- oligos.
  • the mutations and variations can be the exchange of one or more bases, preferably a base, or the change of one or more bases, which leads to a change in the binding behavior. Any conceivable change in the chemical structure of the nucleotide is understood as a mutation or variation, which causes a separation force difference in a force comparison compared to an original state.
  • the probe oligo is used to form a reference complex with another strand, which can be the analyte nucleic acid or a reference strand.
  • the reference complex should be as similar as possible to the test complex in order to enable the differentiation of small separation force differences between two test complexes.
  • a nucleotide sequence which is complementary to a part of the nucleic acid to be analyzed and in which no mutation or variation is suspected is preferably used as the probe oligo.
  • the sequence of the probe oligo is preferably selected such that a perfect match occurs here when hybridizing with the reference strand or the reference sequence.
  • the length of the hybridizing sequence of the probe oligo is preferably selected so that the force necessary to separate the reference complex is very close to the force necessary to separate the sample complex. If a sequence is selected for the reference complex that has the same GC ratio as the sample complex, the number of base pairs is preferably in the same range and preferably differs only by up to 2 base pairs. If the GC ratio differs between the two complexes, the length of the sequence to be hybridized can be selected so that the separation force approaches that of the sample complex. The insertion of one or more mismatches can also be used to set the optimal reference complex.
  • the nucleic acid to be analyzed is contacted with receptor oligos and probe oligos under conditions such that hybridization can take place.
  • the probe oligo hybridizes with one end of the DNA to be analyzed to form a perfect match, while the other end of the DNA to be examined hybridizes with receptor oligos, resulting in a perfect match or a mismatch, depending on whether the sequence of the receptor corresponds to corresponds to investigating DNA or not.
  • oligonucleotides or the analyte are therefore either already used in immobilized form or else immobilizable oligonucleotides or analytes are used which are immobilized after the hybridization.
  • Immobilization of the oligonucleotides can be carried out in a manner known per se by binding the nucleotides to a support or a surface via spacers or bridge molecules.
  • the support or the surface must be designed so that a tensile force can be applied.
  • These can be macroscopic surfaces, but also other solid bodies, such as beads, or molecules.
  • the immobilization takes place particularly preferably in that the receptor oligonucleotides are or are immobilized on a first surface, while the probe oligos are immobilized or are immobilized on a second surface.
  • the material from which the surfaces are made can be the same or different and one or both surfaces can be coated in a suitable manner.
  • either one surface is made of a rigid material and the other is made of an elastic material, or both surfaces are made of elastic material, so that the respective surface sections of the first and second surfaces are accurate when brought into contact can adapt to each other and thus an optimal contact of the individual nucleic acid ranks and possibly binding partners is possible.
  • the surfaces can be formed, for example, from glass, silicone, in particular polydimethylsiloxane (PDMS), nylon, polystyrene or other plastics. At least one of the two surfaces is preferably produced from an elastic material, preferably an elastic plastic.
  • At least one surface is particularly preferably formed from a siloxane, in particular polydimethylsiloxane.
  • a siloxane in particular polydimethylsiloxane.
  • Various other flexible materials or mixtures thereof are possible.
  • Another possible material is polyacrylamide gel, the elastic properties of which can be adapted to experimental requirements through the molecular weight and the degree of crosslinking.
  • the surface can be constructed from a single material, a mixture of materials or also a system of elements from one or different materials.
  • the immobilization of the oligonucleotides or nucleic acids can be carried out in a manner known per se, both covalent and non-covending bonds and bonds directly to the surface or via bridging molecules can be considered. Immobilization via the partners of a specifically binding couple is also possible. The immobilization should take place in such a way that a duplex is formed in the hybridization, which is not separated like a zipper when a tensile force is applied.
  • one of the two partners of the specific binding pair is permanently immobilized and the other is bound to a nucleotide or the analyte nucleic acid, whereby permanent binding is understood here to mean a bond which remains essentially stable before the surfaces are brought into contact and which is also bonded of the attachment partner to its specific counterpart.
  • a permanent bond can e.g. via functional groups which the binding partner has or which have been introduced into the molecule, to functional groups which are provided by the surface.
  • a preferred method is to biotinylate a partner and to connect it to the likewise biotinylated surface via a streptavidin molecule.
  • Monoclonal antibodies can be activated chemically by oxidizing certain groups of their glycosylations to aldehyde groups. These aldehyde groups can in turn Bind amino groups or hydrazide groups of a modified surface (see Solomon et al., Journal of Chromatographie, 1990, Vol. 510, 321-329).
  • Another method which is known to the person skilled in the art is the conjugation of amino groups of the antibody with carboxy groups of a surface by using ethyl (dimethylamino) carbodiimide / N-hydroxy-succinimide.
  • the immobilization of the oligonucleotides can be carried out in a manner known per se via spacers or bridge molecules.
  • the person skilled in the art knows possibilities with which nucleotides can be bound to surfaces.
  • the immobilization should take place in such a way that the sequence complementary to the nucleic acid to be analyzed is accessible for hybridization.
  • oligonucleotides are used which can be immobilized and are only immobilized after the hybridization.
  • both only one type of oligonucleotide and both types of nucleotides can be immobilized.
  • the immobilizable nucleotides used are those which have a partner of a specific binding pair at one end, the other partner of the specific binding pair being covalently bound to a surface. When the nucleotides are brought into contact with the surface, the specific binding partners are bound, which results in immobilization.
  • a wide variety of mutually bindable partners can be considered as specifically bindable pairs, the specificity of the bond being able to relate both to a specific partner, e.g. Antigen-related antibody or biotin-avidin / streptavidin, as well as on a group or class of compounds, e.g. Antibody protein A.
  • antibodies and a substance with an epitope recognized by it are used as the binding pair.
  • the term “antibody” also includes antibody fragments or antibody derivatives, as well as functional fragments of Antibodies or derivatives thereof that can recognize and bind the epitope are understood.
  • the antibodies can be polyclonal or monoclonal antibodies, but monoclonal antibodies are preferred.
  • Known fragments and derivatives are Fv, Fab, Fab 'or F (ab') 2 fragments, "single-chain antibody fragments", bispecific antibodies, chimeric antibodies, humanized antibodies and fragments that contain CDRs (complementarity determining regions). contain an epitope of the sample.
  • the selection of the specifically binding pair is not critical. It is only important that the separation force required to separate the specifically binding pair is greater than the separation force required to separate the hybridized strands.
  • the DNA to be analyzed is reacted with receptor oligonucleotide and probe oligonucleotide under conditions which permit hybridization and then immobilization by bringing the hybridized molecules into contact with two surfaces, each of which provides specifically binding partners for the two oligonucleotides brought about.
  • one of the two oligonucleotides is immobilized on a surface, then brought into contact with the other type of oligonucleotide and the nucleic acid to be analyzed so that it binds to receptor oligonucleotide - analyte nucleic acid - probe oligonucleotide one surface, and then the second surface is brought into contact with this concatenation so that a binding partner of a specific binding pair bound to the second surface can bind to the nucleotide which has not yet been immobilized and provided with a binding partner.
  • receptor oligonucleotides are immobilized on a first surface, while probe oligonucleotides are immobilized on one second surface can be immobilized. Either the first surface or the second surface is then brought into contact with the analyte nucleic acid under conditions such that hybridization takes place and then the other surface is brought into contact with the analyte nucleic acid now bound to an oligonucleotide so that further hybridization can take place. so that a chain is formed again.
  • probe oligonucleotide with analyte nucleic acid is usually a perfect match, this is the case if there is at least one mismatch in the hybridization between receptor oligonucleotide and the DNA to be analyzed or if a nucleotide is changed so that the binding is weaker than a "normal" nucleotide.
  • probe oligonucleotide for any desired analyte nucleic acid
  • four different receptor oligos can be used for the detection of an SNP, for example, which differ in the base at the location suspected for the SNP, so that each base occurs once at this location. If the process according to the invention is then carried out simultaneously with the four receptor oligos and the frequency with which complexes with receptor oligos have separated is compared, it can be expected that the result for the three oligos in which a mismatch is to be expected differs from the one oligo that created a perfect match. This embodiment therefore leads to particularly meaningful results.
  • a method is thus made available with which mutations or variations of a nucleic acid sequence can be detected simply and quickly.
  • the essence of the invention is that many hybridizations can be carried out at the same time and the separating force of the hybridized strands on many molecules can be demonstrated simultaneously.
  • the method becomes even more meaningful by using a second marking.
  • both the nucleic acid to be analyzed is labeled and the probe oligonucleotides.
  • the probe oligonucleotides can be immobilized, but are not yet immobilized in the reaction with the DNA to be detected.
  • the probe oligonucleotides are provided with a label which differs from the label with which the DNA to be analyzed is provided.
  • analyte nucleic acid is again brought into contact with receptor oligonucleotides and probe oligonucleotides
  • hybridization and then immobilization is brought about and then a tensile force is applied to the chaining on both sides in order to bind one of the To solve chaining.
  • a surface is then analyzed to determine how much of the probe oligonucleotide has bound to the surface and how much of the DNA to be analyzed has bound.
  • the sequence of the work steps is variable. However, it should be ensured that the unlabeled components are immobilized first and the marked ones last.
  • the method according to the invention has various advantages over the methods of the prior art. It has the advantage over the known enzymatic methods that no enzymes have to be used, which saves costs. In addition, when carrying out the process and selecting the reactants, e.g. the enzymes are not taken into account in the composition of the buffer.
  • heteroduplexes for which no enzymes are available can also be used, e.g. for DNA-RNA or DNA-PNA duplexes.
  • SSP single-stranded DNA sequence
  • many samples can be tested in parallel without a cross reaction, as is the case with many primer pairs in the same approach.
  • FIG. 1 shows the principle of the method according to the invention, a force being exerted on a chain of receptor oligonucleotide analyte nucleic acid and probe oligonucleotide which is immobilized on both sides. The two options for separating the complex are shown.
  • Figure 2 shows two examples of the concatenation of a wild type receptor with analyte nucleic acid and probe oligonucleotide and a mutant receptor with analyte nucleic acid and probe oligonucleotide.
  • 3 shows the different possibilities for coupling the components receptor oligonucleotide, analyte nucleic acid and probe oligonucleotide.
  • FIG. 5 shows the fluorescence scan of a spot which was transferred to a stamp (Example 2)
  • FIG. 6 shows the ratio of the fluorescence intensities for two spots transferred to the stamp. Mismatch (left) and Perfect Match (right). (Ex. 3)
  • FIG. 7 shows a histogram of the ratios of the fluorescence intensities for mismatch spots and perfect match spots (Ex. 3).
  • FIG. 8 shows the hybridization scheme of the oligonucleotides used in Example 4.
  • FIG. 9 shows the transfer of a PM spot and an MM spot to the stamp in the embodiment of example 4 above; below, PM and MM spots are shown on the slide after stamping; the respective histograms can also be seen. The following five variants are shown in FIG.
  • the receptor oligonucleotide is immobilized on a support. It hybridizes with the analyte nucleic acid. At its other end, the analyte nucleic acid has a specifically bindable grouping which is reacted with the corresponding binding partner.
  • the binding partner has a binding site that can bind to a stamp. Through the coupling step, the binding partner is immobilized on the stamp, so that a chain is formed on which a tensile force can be exerted.
  • a binding partner is immobilized on a surface and reacted with the specifically binding partner that is present on an analyte nucleic acid.
  • the analyte nucleic acid immobilized on the surface via the specific binding pair is brought into contact with a receptor oligonucleotide which has at its other end a group which can bind to a surface. Binding of the receptor oligonucleotide to the surface in turn creates a chain on which a tensile force can be exerted.
  • an analyte nucleic acid is bound via a specifically binding pair.
  • a receptor oligonucleotide is immobilized on a second surface. Both surfaces are then brought into contact so that the complementary nucleotides of receptor oligonucleotide and analyte nucleic acid can hybridize. A force can then be exerted on the chain formed.
  • a receptor oligonucleotide is immobilized on a surface and brought into contact with an analyte nucleic acid in such a way that hybridization can take place.
  • the analyte nucleic acid has a partner of a specific binding pair at its other end.
  • the other partner of this specific binding pair is immobilized on a second surface.
  • the two surfaces are then brought into contact with one another in such a way that the specifically binding pair is bound. This creates a chain again, on which a force can then be exerted.
  • a receptor oligonucleotide is immobilized on a surface and is brought into contact with the analyte nucleic acid so that complementary nucleotides can hybridize with one another.
  • a specific binding pair is immobilized on a second surface. Both the non-immobilized second partner of the specific binding pair and the analyte nucleic acid each have a binding site that can react with one another. When these two groups have reacted with each other, a chaining occurs again, on which tension can be exerted.
  • the two partners of the specifically binding pair are two complementary nucleic acid strands which form a reference complex.
  • the nucleic acid strands are provided in such a way that they differ in a predetermined manner from the sample complex in terms of the free base pairing energy and the number of mismatches or, if appropriate, are identical in terms of the free base pairing energy and number of mismatches.
  • the sample and reference complex are particularly preferably selected such that the free base pairing energy ⁇ G differs as little as possible. A reliable determination is no longer possible if the free base pairing energy of the sample complex and reference complex differs by more than 40 kcal / mol.
  • the free base pairing energy of the sample and reference complex preferably differs by no more than 20 kcal / mol. Particularly good results are obtained if the difference between the sample and reference complex is ⁇ 4 kcal / mol.
  • Samples to determine the free base pairing energy of nucleic acid duplexes are known. One method is described, for example, in KJ Breslauer, R. Frank, H. Blöcker and LA Markie "Predicting DNA Duplexes Stability From The Base Sequence", Proc. Natl. Acad. Be. USA, vol. 83, pages 3746-3750, 1986.
  • Receptor oligo Oligo, which forms a sample complex with the analyte.
  • Probe oligo Oligo, which forms a reference complex with the analyte or the reference strand
  • Analyte oligo, PCR product or other nucleic acids on which a polymorphism or a mutation is to be detected.
  • Sample mixture substance mixture that contains the analyte
  • Binding partner partner of a specific binding pair wild type: original, or mutant form of the sample sequence mutation: changed or wild type of the sample sequence, which leads to a change in the separating force of the sample complex
  • the following embodiment is the detection of a possible single base variation (G ⁇ C) at a known base position on genomic DNA.
  • An amplicon of genomic DNA is produced by PCR (sample molecule corresponds to analyte nucleic acid).
  • the pair of primers flanked a sequence of 30 base pairs, which identified the site with the possible base exchange contains.
  • Primer 1 which hybridizes to the non-codogenic strand of the genomic DNA and is extended to copy the codogenic strand, is labeled with a Cy3 molecule.
  • Approx. 100 femtoMol of one of two different receptor oligos are bound on two separate spots of 1 mm 2 each on a slide coated with covalently bound streptavidin.
  • the free streptavidin surface of the coating surrounding the spots is saturated with a biotinylated poly-A-oligo of 15 bp length.
  • the wild-type receptor (Rez W ⁇ ) is a 28 nucleotide-long DNA oligo that is modified at the 5 'end with biotin, whereby it is bound to the streptavidin surface.
  • Bases 1-10 serve as poly-A spacers.
  • Bases 11-28 (all bases counted in the 5'-3 'direction) represent the receptor sequence of Rez W ⁇ . This section of the sequence is complementary to bases 30 to 48 of the amplified codogenic strand of the genomic DNA in the non-mutated form ,
  • the mutant receptor (Rez M ) is a 28 nucleotide long oligo which is modified at the 5 'end with biotin, with which it is bound to the streptavidin surface.
  • Bases 1-10 serve as poly-A spacers.
  • Bases 11-28 represent the receptor sequence of Rez M. This sequence section is complementary to bases 30 to 48 of the codogenic strand of the mutant form of genomic DNA, which differs from the non-mutated form at base 19, in which a C against a G is exchanged.
  • Rez M is therefore completely complementary to a mutant DNA in which a G is replaced by a C at base 39.
  • the sample with the Cy3-labeled sample molecules, which are a copy of the codogenic strand, is denatured by boiling and prevented from re-hybridizing by cooling on ice.
  • the probe oligo (probe) is added to the sample mixture. This is a 28-bp DNA oligo.
  • the probe is at its 5 'end with a Cy5 molecule and labeled at its 3 'end with a biotin.
  • Bases 1-18 represent the probe sequence and are complementary to bases 18-1 of the sample molecule, which represent the reference sequence.
  • the probe-added sample is then placed in 5 x SSC buffer for hybridization on the receptor spots of the blocked slide. After an incubation of 30 min at RT, the mixture is washed with 1 x SSC and covered with 1 x SSC.
  • the hybridization leads to the formation of the sample complex and the reference complex, as shown in FIG. 2, the concatenation being linked to the slide via the receptor.
  • a microstructured PDMS stamp coated with streptavidin is now pressed onto the area of the receptor spots with the immobilized chains under 10OmM NaCl buffer. This involves connecting the biotinylated probe oligos to the stamp or coupling the linkages between the stamp and the slide. The stamp is separated from the specimen slide after 30 minutes, the linkages being separated by separating one complex at a time. It should be noted that this process is carried out simultaneously on very many (-100 fMol) chains on each spot.
  • the stamp is now evaluated in a fluorescence scanner with regard to the markers Cy3 and Cy5.
  • the probe oligos and sample molecules transferred to the stamp can thus be quantified.
  • the amount of Cy5 transferred from the spots to a specific area of the stamp is related to the amount Cy3 transferred to the same area.
  • the quotients obtained for the two spots are compared with one another.
  • the sample molecule is in wild-type form (no exchange from G to C at base 39).
  • the separation force for the sample complex from Rez W ⁇ is therefore greater than the separation force for the sample complex from Rez M :
  • the sample molecule is in the mutant form (G was exchanged for C at base 39).
  • the separation force for the sample complex of Rez W ⁇ is smaller than the separation force for the sample complex of Rez M : F * Pra (Rez W ⁇ ) ⁇ F * Pra (Rez M )
  • sample molecules were oligonucleotides which were built up from 5 'to 3' from the following sequence components:
  • a reference sequence of 16 or 14 nucleotides, an internal spacer sequence of 16 or 20 nucleotides, a sample sequence with 16 or 14 nucleotides and a terminal spacer sequence of 4 nucleotides were reversed to each other.
  • the receptors consisted of an amino-C12 linker conjugated at the 5 ' end, a spacer of 10 nucleotides without specific binding function (here 10x adenine) and a selected receptor sequence with a length of 16 or 14 nucleotides.
  • receptors with a base exchange were put together.
  • the cytosine at position 7 was replaced by adenine.
  • cytosine at position 12 was replaced by adenine.
  • the probe oligos consisted of a Cy5 molecule conjugated at the 5 ' end, a spacer of 4 nucleotides with no specific binding function (4x adenine) and a sequence that was complementary to the reference sequence (16 or 14 nucleotides), as well as a further spacer ( 10x adenine) with a 3'-terminal biotin group.
  • the structure of the chains of the 16-mer sample molecule :
  • 0.5 ⁇ l of a 10 ⁇ M oligo solution was spotted in 0.1 M NaCl on a slide coated with epoxysilane and incubated overnight in a moist chamber. Then 2 x 5 minutes in 1 x SSC-T (T is addition of 0.05% Tween-20) and 2 x 2 minutes in dist. Washed water and dried with a stream of nitrogen.
  • the spots of the wild-type and mutant receptors were incubated for 30 minutes with a mixture of Cy3-labeled sample molecule and Cy5-labeled probe oligo in a concentration of 0.5 ⁇ M in 5xSSC, 0.05% Tween-20.
  • the hybridization led to the formation of the sample complex and the reference complex, as shown above, the chain being linked to the slide via the receptor.
  • the slides were 2 x 2 minutes with 5 x SSC-T, 2 x 2 minutes with 1 x SSC-T and 2 x 2 minutes with 0.2 x SSC-T, briefly watered and dried in a stream of nitrogen.
  • a micro-structured stamp was made from PDMS (polydimethylsiloxane).
  • the structures consisted of stamp feet of approx. 100 x 100 ⁇ m, which were separated by depressions approx. 25 ⁇ m wide and 1 ⁇ m deep.
  • a mixture of a 1:10 mixture of crosslinking reagent and silicone elastomer (Sylgard 184, Dow Corning) was poured onto a correspondingly structured silicon wafer after multiple degassing and incubated for 24 hours at RT. After the polymerization, the structured surface of the stamp was exposed to H 2 O plasma at 1 mbar in a plasma furnace for 60 s.
  • the oxidized surface was incubated with 3% aminosilane (3-aminopropyldimethylethoxysilane; ABCR, Düsseldorf) in 10% H 2 O and 87% ethanol for 30 min.
  • the silanized surface was washed with ultrapure water and blown dry with nitrogen.
  • a bifunctional PEG was attached to the amino groups of the silane, one end of which had a carboxy group activated by NHS and the other end had a biotin group.
  • 20 ⁇ l of a solution with 2 mg / 100 ⁇ l of NHS-PEG-Biotin (Shearwater, Huntsville) were incubated under a cover glass for 1 h on a stamp with an area of 1 cm 2 .
  • the stamp was measured in a fluorescence scanner (Axon, Genepix 4000 B) with a spatial resolution of 5 ⁇ m with regard to the intensities of Cy3 (excitation at 532 nm) and Cy5 (excitation at 635 nm).
  • the fluorescence scan of a spot that was transferred to the stamp is shown in FIG. 5.
  • FIG. 5 shows a typical histogram of a spot for one of the two markings.
  • the histograms have two distinct maxima. The maximum at low intensity corresponds to the fluorescence background (dark grid), that at higher intensity corresponds to the actual signal (light areas).
  • the sample molecule was an oligonucleotide that was built up from 5 'to 3' from the following sequence components:
  • the receptors consisted of a biotin group conjugated at the 5 ' end, a spacer of 10 adenines and a selected receptor sequence with a length of 16 nucleotides. Matching the wild-type receptor sequence with a length of 16 nucleotides, a mutated receptor with a base exchange was derived, in which cytosine at position 12 was replaced by adenine.
  • the probe oligo consisted of a Cy5 molecule conjugated at the 5 ' end, a spacer consisting of 4 adenines and a sequence with 16 nucleotides, which is complementary to the reference sequence, and a further spacer composed of ten adenines with a 3'-terminal biotin group.
  • the slide was covered with a 2 ⁇ M solution of a biotinylated DNA oligo (in 1x SSC, 1% Tween) and incubated for 15 min. It was Washed 2 x 10 min with 1 x SSC-T (T is addition of 0.05% Tween-20) and the remaining drops were removed with a stream of nitrogen (not dried).
  • a biotinylated DNA oligo in 1x SSC, 1% Tween
  • the spots of the wild-type and mutant receptors were incubated for 30 minutes with a mixture of Cy3-labeled sample molecule (0.25 ⁇ M) and Cy5-labeled probe oligo (1 ⁇ M) in 5xSSC.
  • a micro-structured stamp was made from PDMS (polydimethylsiloxane).
  • the structures consisted of stamp feet of approx. 100 x 100 ⁇ m, which were separated by depressions approx. 25 ⁇ m wide and 1 ⁇ m deep.
  • a mixture of a 10: 1 mixture of silicone elastomer (Sylgard 184, Dow Corning) and crosslinking reagent was poured onto a correspondingly structured silicon wafer after repeated degassing and incubated for 24 hours at RT. After the polymerization, the structured surface of the stamp was exposed to H2O plasma at 1 mbar in a plasma oven for 60s.
  • the oxidized surface was incubated with 3% aminosilane (3-aminopropyldimethylethoxysilane; ABCR, Düsseldorf) in 10% H2O and 87% ethanol for 30 minutes.
  • the silanized surface was washed with ultrapure water and blown dry with nitrogen.
  • a bifunctional PEG was attached to the amino groups of the silane, one end of which had a carboxy group activated by NHS and the other end had a biotin group.
  • 20 ⁇ l of a solution with 2 mg / 100 ⁇ l of NHS-PEG-Biotin (Shearwater Polymers, AL) were incubated under a cover glass for 1 h on a stamp with an area of 1 cm 2 biert.
  • a freshly prepared stamp and a base were pressed onto the spots with a solution of 30 mM NaCl under a pressure of 100 g / cm 2 .
  • the stamp was lifted off after 30 minutes. Slides and stamps were washed with ultrapure water and blown dry with nitrogen.
  • the stamp was measured in a fluorescence scanner (Axon, Genepix 4000 B) with a spatial resolution of 5 ⁇ m with regard to the intensities of Cy3 (excitation at 532 nm) and Cy5 (excitation at 635 nm).
  • a fluorescence background was determined and subtracted for both measurement images.
  • the measurement images adjusted for the background were processed further by determining the quotient of the fluorescence intensities (635nm / 532nm) for each pixel. As a result, a quotient image of the fluorescence intensities was obtained, as shown in Figure 6 for two spots.
  • the low peaks in the histogram corresponded to the stamp areas (dark rectangles in FIG. 6), the high peaks to the depressions in the stamp, to which no fluorophores were transferred (light grid in FIG. 6).
  • the mean intensity quotients V maximum of the low peaks
  • VM mutant
  • VPM wild type
  • VMM mutant
  • VPM wild type
  • VMM VPM ⁇ 1
  • a sample sequence of 20 nucleotides in length should be checked for a possible exchange of a single guanine for a cytosine.
  • the Pfob molecule (analyte) was an oligonucleotide with a Cy5 molecule conjugated at the 5 ' end, which was constructed from 5' to 3 'from the following sequence components:
  • a reference sequence of 20 nucleotides, an internal spacer sequence of 11 nucleotides, a sample sequence of 20 nucleotides and a terminal spacer sequence of 5 nucleotides (here 5 x adenine). Sample sequence and reference sequence were reversed to each other.
  • the receptors consisted of an amino-C6 linker conjugated at the 5 ' end, a spacer of 10 nucleotides without specific binding function (here 10x adenine) and a selected receptor sequence with a length of 20 nucleotides. Matched to the wild-type receptor sequence (receptor PM) with a length of 20 nucleotides derived a mutated receptor (receptor MM) with a base exchange in which guanine at position 13 was replaced by cytosine.
  • receptor PM wild-type receptor sequence
  • receptor MM mutated receptor
  • the probe oligo consisted (in 5 ' -> 3 ' direction) of a spacer of 5 nucleotides (here 5x adenine) without a specific binding function and of a sequence that was complementary to the reference sequence (20 nucleotides), as well as a further spacer (10xAdenine) a 3'-terminal biotin group.
  • Figure 8 shows the hybridization scheme of the oligonucleotides used.
  • the spots of the wild-type and mutant receptors were incubated for 1 hour with a mixture of Cy5-labeled sample molecule and unlabeled probe oligo in a concentration of 0.1 ⁇ M in 5xSSC.
  • the hybridization led to the formation of the sample complex and the reference complex, as shown above, the chain being linked to the slide via the receptor.
  • the slides were washed for 10 minutes with SSC / 0.1% SDS or 1xSSC minutes and briefly blown dry in a stream of nitrogen.
  • a micro-structured stamp was made from PDMS (polydimethylsiloxane).
  • the structures consisted of stamp feet of approx. 100 x 100 ⁇ m, which were separated by depressions 41 ⁇ m wide and five ⁇ m deep.
  • the activated surface was incubated with 3% aminosilane (3-aminopropyldimethylethoxysilane; ABCR, Düsseldorf) in 10% H 2 O and 87% ethanol for 30 min.
  • the silanized surface was washed first with ethanol and then with ultrapure water and blown dry with nitrogen.
  • a bifunctional PEG was attached to the amino groups of the silane, one end of which had a carboxy group activated by NHS and the other end had a biotin group.
  • the NHS-PEG-biotin (6 mM; Shearwater, Huntsville) was 1:20 with 6 mM NHS- methoxy-PEG 2 ooo thinned.
  • a freshly prepared stamp was pressed in 1xSSC under a pressure of 125 g / cm 2 onto the spots of the support (slide). The stamp was lifted after 10 minutes. Slides and stamps were blown dry with nitrogen.
  • the stamp and the slide were measured in a fluorescence scanner (Virtek, ChipReader TM; 3 ⁇ m) with a spatial resolution of 6 ⁇ m with regard to the intensity of Cy5 (excitation at 635 nm). Since a higher photomultiplier voltage was used for the measurement of the stamp than for the base, the measured intensities of the transfer to the stamp (“ABOUT”) are greater than that of the hybridization on the slide (“VOR”). Since the evaluation in the present example is based on the "OVER / BEFORE" conditions and not on a comparison of absolute measured values, the intensities could not be normalized.
  • the easiest way to compare the forces is to couple a chain between two approximated surfaces and then separate the surfaces.
  • the binding partners can also be immobilized on other solids, e.g. beads, or via molecules to which a tensile force can be applied.
  • Coupling is the step by which a chain is linked with the two
  • Case 1 corresponds to the example given above, the coupling step corresponding to the formation of the biotin-streptavidin bond between probe oligo and the stamp.
  • case 2 the coupling step only takes place after the chaining has been formed, i.e. only after the sample complex and reference complex have already been linked. The only difference is that in case 1 there is coupling on the side of the reference complex and in case 2 on the side of the sample complex.
  • the above exemplary embodiment describes a case in which the analyte nucleic acid or sample sequence represents the second binding partner of the sample complex and is consequently directly connected to binding partner 3, the reference sequence.
  • the sample sequence takes on a "central position" within the chain.
  • the sample sequence can also correspond to binding partner 1. In this case it occupies a "peripheral position" in the chain.
  • the sample molecule is therefore immobilized on a surface. This is illustrated in FIG. 4.
  • Cases A and B show a structure in which the sample is placed centrally ( Case A corresponds to the above exemplary embodiment.) With regard to the coupling, A can be compared with Case 1 from Figure 3 and B with Case 5 in Figure 3.
  • Case 5 the sample molecule is placed peripherally and immobilized on the support Case 5 of Figure 3 comparable.
  • the sample molecule can be immobilized by introducing a biotin into one of the PCR primers used to amplify the sample molecule. The binding then takes place via the binding of this biotin to the streptavidin coating of the support.
  • the immobilization can also be carried out by hybridization with a capture oligo.
  • the capture oligo is bound to the support and forms a complex with the sample molecule that is more stable than the reference or sample complex.
  • the sample molecule is not labeled.
  • the reference complex can consist of a duplex of nucleic acids or also a complex of any other binding partner, e.g. Partners of a specifically binding couple.
  • reference complexes are preferably chosen that are similar to the sample complex in chemistry, base composition and GC content.
  • reference complexes can also be used which differ in length and base composition compared to the sample complex, the conditions given above with regard to the free base pairing energy then having to be taken into account.
  • the reference sequence is part of the sample molecule. However, this would not be the case with a peripheral position of the sample molecule.
  • the reference sequence primer 2 corresponds to the amplification or the original sequence of the genomic DNA.
  • the reference sequence can also consist of a sequence that was not contained on the genomic DNA and was only inserted by a degenerate primer during the amplification.
  • the detection of the binding partner is done via the marking.
  • the property of the detector molecule to be determined is therefore dependent on the marking used certainly. This is usually done by evaluating optical or electrical parameters.
  • the use of mass spectroscopy is also possible.
  • the ratio of separate sample complexes to the separate reference complexes can easily be determined from the distribution of the sample molecule between the two surfaces. In the exemplary embodiment, this would mean using only the Cy3 marker on the sample molecule.
  • Q * n R ⁇ f . / N production would correspond in this case, approximately the ratio of Cy3, which is assigned to the punch to Cy3, which has remained on the slide.
  • a second marker is used, which is attached to the probe and is used to determine the amount of coupled linkages (n Kop ).
  • the amount of the probe marker transferred to a specific area of the stamp is compared with the sample marker transferred to the same area.
  • the correct quotient is also obtained for non-reproducible coupling efficiency.
  • the receptor oligo The receptor oligo
  • the receptor oligonucleotide can consist of DNA, RNA, PNA, or other artificial nucleotide building blocks. As a rule, it is between 15 and 25 base pairs in length.
  • a mutation is discriminated against a wild type as a rule via a difference in the quotient Q.
  • two Q values are determined and compared with one another (reference experiment).
  • Q W ⁇ the quotient for the wild type
  • the sample molecule or the analyte nucleic acid can be both DNA and RNA as well as synthetic NA of various origins. Whether an amplification is necessary always depends on the amount of sample material available.
  • the sample material is preferably amplified by PCR in order to have a sufficient amount available.

Abstract

A method for the detection of mutations in nucleic acids is disclosed, comprising a) a number of nucleic acid strands for analysis are brought into contact with at least two types of oligonucleotides, receptor oligos and probe oligos, under conditions which bring about hybridisation of the oligos with the DNA for analysis to give a sample complex and a reference complex in such a manner that a double-sided linkage of sample complex and reference complex is produced which is or may be immobilised, b) the linkage is then optionally immobilised, c) a tensile force is applied to the linkage until one of the complexes separates and d) whichever of the complexes has separated is determined.

Description

Verfahren zum Nachweis von Mutationen Procedure for the detection of mutations
B e s c h r e i b u n gDescription
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nachweis von Mutationen bei einer Nucleinsäu- re.The invention relates to a method for the detection of mutations in a nucleic acid.
Die Untersuchung von Variationen oder Mutationen einer genomischen Nucleinsäurese- quenz wird zunehmend wichtiger und interessanter, da die Veränderungen Rückschlüsse zulassen, die für verschiedene Bereiche ausgenützt werden können.The study of variations or mutations in a genomic nucleic acid sequence is becoming increasingly important and interesting as the changes allow conclusions to be drawn that can be used for different areas.
Es gibt verschiedene Arten von Variationen und Mutationen, die alle unter dem Oberbegriff Polymorphismus zusammengefasst werden. Unter einem Polymorphismus versteht man eine Variation, einer genomischen Nukleinsäuresequenz, die häufig an der selben Stelle festgestellt werden kann. Es kann sich dabei sowohl um den Austausch einzelner Basen, eine so genannte Punktmutation, als auch kleine Deletionen, Insertionen und Inversionen aber auch um die Umorganisation großer Sequenzabschnitte handeln. In jedem Fall ist die Sequenz im Vergleich zum Wildtyp an einer oder mehreren Stellen verändert.There are different types of variations and mutations, all of which are summarized under the generic term polymorphism. A polymorphism is a variation, a genomic nucleic acid sequence that can often be found in the same place. This can involve the exchange of individual bases, a so-called point mutation, as well as small deletions, insertions and inversions, but also the reorganization of large sequence sections. In any case, the sequence is changed in one or more places compared to the wild type.
Erkenntnisse über Polymorphismen in einem Genom sind in verschiedenen Gebieten hilfreich. So werden in der Genetik Polymorphismen als Marker verwendet, um den Verwandtschaftsgrad zweier Organismen feststellen zu können, indem man die Vererbung der Polymorphismen verfolgt. Zu den wichtigsten genetischen Markern zählen Einzelbasenmutationen, bei denen eines der vier Nukleotide gegen ein anderes ausgetauscht wird und die auch SNP (Single Nucleotide Polymorphism) genannt werden.Findings about polymorphisms in a genome are helpful in various areas. In genetics, for example, polymorphisms are used as markers to determine the degree of relationship between two organisms by tracking the inheritance of the polymorphisms. The most important genetic markers include single base mutations in which one of the four nucleotides is exchanged for another and which are also called SNP (single nucleotide polymorphism).
In der Medizin dienen Polymorphismen einerseits zum Nachweis bestimmter Krankheiten, bei denen durch Einzelbasenmutationen Gene verändert werden und dadurch Krankheiten ausgelöst werden. Ein weiteres wichtiges Anwendungsfeld ist das so genannte HLA-Typing, das eingesetzt wird, um die Ähnlichkeit von Immunsystemen zweier Individuen anhand des Zustandes vieler Loci auf den HLA-Genen zu vergleichen. Das HLA-Typing wird vor allen Dingen verwendet, um bei Transplantationen festzustellen, ob ein Transplantat verträglich sein wird. Ein weiteres Gebiet, auf dem der Nachweis von Polymorphismen wichtig wird, ist die Pharmakogenomik, bei der durch Nachweis bestimmter Polymorphismen die Medikamentenverträglichkeit bei Behandlung eines bestimmten Patienten vorhersagbar sein soll.In medicine, polymorphisms serve, on the one hand, to detect certain diseases in which genes are changed by single-base mutations, thereby triggering diseases. Another important field of application is the so-called HLA typing, which is used to compare the similarity of immune systems of two individuals based on the state of many loci on the HLA genes. HLA typing is primarily used to determine whether a graft will be compatible with transplants. Another area in which the detection of polymorphisms is important is pharmacogenomics, in which, by detecting certain polymorphisms, drug tolerance should be predictable when treating a particular patient.
Zum Nachweis von Polymorphismen, insbesondere Einzelbasenpoiymorphismen, wurden verschiedene Methoden0 entwickelt. Einen guten Überblick gibt Nollau et al. in Clinical Chemistry 43, Nr. 7 (1997), Seiten 1115-1128. Es wurden sowohl Methoden zur Identifikation neuer SNPs, als auch Methoden zum Nachweis von SNPs an bekannten Loci vorgestellt. Der Nachweis von bekannten Polymorphismen kann durch Hybridisierung erfolgen, wobei die Probe in der Regel durch PCR amplifiziert wird, durch Sequenzierung, durch Primerverlängerung, oder durch einen Oligonucleotidligierungsassay. Bei all diesen Verfahren sind in, der Regel aufwendige Schritte notwendig, z.B. elektrophoretische Trennungen, die viel Zeit erfordern.For the detection of polymorphisms, in particular Einzelbasenpoiymorphismen, several methods have been developed 0. A good overview is provided by Nollau et al. in Clinical Chemistry 43, No. 7 (1997), pages 1115-1128. Methods for the identification of new SNPs as well as methods for the detection of SNPs at known loci were presented. Known polymorphisms can be detected by hybridization, the sample usually being amplified by PCR, by sequencing, by primer extension, or by an oligonucleotide ligation assay. In all of these processes, complex steps are usually necessary, for example electrophoretic separations, which take a long time.
All diese Verfahren haben die Gemeinsamkeit, dass ein Homoduplex (beide Stränge haben gleichen Ursprung) gespalten wird und zumindest einer der Stränge mit einem „fremden" Strang (einer Sonde) hybridisiert und einen Heteroduplex (Stränge unterschiedlicher Herkunft) ausbildet. Der Heteroduplex kann dann auf verschiedene Art und Weise für den Nachweis verwendet werden.All these methods have in common that a homoduplex (both strands have the same origin) is cleaved and at least one of the strands hybridizes with a "foreign" strand (a probe) and forms a heteroduplex (strands of different origins). The heteroduplex can then open different ways can be used for detection.
Man kann Screening-Methoden, die zur Identifikation unbekannter SNPs dienen von anderen Methoden unterscheiden, die zum Nachweis von Polymorphismen an bekannten Loci geeignet sind. Universal einsetzbar ist dagegen die DNA-Sequenzierung, die für routinediagnostische Tests jedoch sehr kostspielig ist.One can differentiate screening methods which serve to identify unknown SNPs from other methods which are suitable for the detection of polymorphisms at known loci. DNA sequencing, on the other hand, can be used universally, but is very expensive for routine diagnostic tests.
Die reinen Screening-Methoden lassen sich entweder auf das Prinzip des unterschiedlichen Wanderverhaltens von Wildtyp- oder Mutanten-Heteroduplexen in Elektrophoresegelen, oder auf den enzymatischen Verdau von Heteroduplexen zurück führen.The pure screening methods can either be traced back to the principle of the different migration behavior of wild-type or mutant heteroduplexes in electrophoresis gels, or to the enzymatic digestion of heteroduplexes.
Auch bei den reinen Nachweis-Methoden wird ein Heteroduplex aus Proben-DNA und einer Oligonukleotidsonde gebildet. Die Diskriminierung zwischen Wildtyp und Mutante kann dann entweder über die Anwendung stringenter Hybridisierungsbedingungen oder über enzymatische Reaktionen erreicht werden.In the pure detection methods, too, a heteroduplex is formed from sample DNA and an oligonucleotide probe. The discrimination between wild type and mutant can then be achieved either by using stringent hybridization conditions or by enzymatic reactions.
Bei der Diskriminierung durch stringente Hybridisierung werden Oligonukleotide eingesetzt, die unter für diese Sequenz spezifischen Puffer- und Temperaturbedingungen an den Wildtyp hybridisieren (Perfect Match) aber nicht an die Mutante (Mismatch). Das Problem bei diesem Vorgehen besteht darin, dass bei einer parallelen Ausführung solcher Tests in einem Ansatz keine Bedingungen einzustellen sind, die für alle Analyten gleichermaßen stringent sind.In the case of discrimination by stringent hybridization, oligonucleotides are used which hybridize to the wild type under perfect buffer and temperature conditions for this sequence (perfect match) but not to the mutant (mismatch). The problem with this procedure is that when such tests are carried out in parallel in one approach, no conditions have to be set which are equally stringent for all analytes.
Die Diskriminierung durch Enzym erfolgt entweder durch DNA-Polymerase oder DNA- Ligase. DNA-Polymerase kommt bei der PCR mit sequenzspezifischen Primern (SSP) und beim „Mini-Sequencing" zum Einsatz. Das Prinzip der SSP beruht darauf, dass ein PCR-Primer, der einen Strang eines Heteroduplex darstellt, nur dann durch die Polymerase-Reaktion verlängert werden kann, wenn es sich um einen Perfect Match handelt. Bei einem Mismatch unterbleibt die Polymerase-Reaktion, weshalb kein PCR-Produkt nachgewiesen werden kann.Discrimination by enzyme occurs either through DNA polymerase or DNA ligase. DNA polymerase is used in PCR with sequence-specific primers (SSP) and in "mini-sequencing". The principle of the SSP is based on the fact that a PCR primer, which is a strand of a heteroduplex, only then through the polymerase reaction if it is a perfect match, the polymerase reaction does not take place in the event of a mismatch, which is why no PCR product can be detected.
Beim Mini-Sequencing handelt es sich um eine Abwandlung der SSP-PCR. In diesem Fall wird ein Heteroduplex gebildet, der am 3'-Ende genau ein Nukleotid vor dem SNP- Locus endet. Dieser Primer kann durch die DNA-Polymerase mittels Einbau von Dideso- xynukleotidtriphosphaten (ddATP, ddTTP, ddGTP und ddCTP) verlängert werden, wobei es unmittelbar nach dem Einbau einer dieser Basen zu einem Strangabbruch kommt. Über eine individuelle Farbmarkierung der vier Didesoxynukleotide kann man nun bestimmen, welche Base eingebaut wurde, bzw. welche der entsprechenden komplementären Basen auf dem Probemolekül vorliegt.Mini-sequencing is a modification of SSP-PCR. In this case a heteroduplex is formed which ends at the 3 'end exactly one nucleotide in front of the SNP locus. This primer can be extended by the DNA polymerase by incorporating dideoxynucleotide triphosphates (ddATP, ddTTP, ddGTP and ddCTP), which leads to a strand termination immediately after the incorporation of one of these bases. An individual color marking of the four dideoxynucleotides can now be used to determine which base has been incorporated or which of the corresponding complementary bases is present on the sample molecule.
Bei dem sogenannten Oligonucleotide Ligation Assay (OLA) verwendet man eine ähnliche Strategie. Zwei Oligos werden derart maßgeschneidert, dass sie direkt nebeneinander an der Stelle des SNP mit dem Probenmolekül hybridisieren. Das 5'-Ende des ersten Oligos ist mit einem Phosphat versehen und dem 3'-Ende des anderen Oligos zuge- wandt. Beim Vorliegen eines Perfect-Match werden die Oligos nun durch die DNA-Ligase verbunden. Bei einem Mismatch unterbleibt diese Reaktion. Durch den Nachweis des Ligationsprodukt kann schließlich auf die Identität der Base an der SNP-Position geschlossen werden.A similar strategy is used in the so-called oligonucleotide ligation assay (OLA). Two oligos are tailored in such a way that they hybridize directly next to each other at the SNP site with the sample molecule. The 5 'end of the first oligo is provided with a phosphate and the 3' end of the other oligo Wundt. If there is a perfect match, the oligos are now connected by the DNA ligase. This reaction does not occur in the event of a mismatch. The identity of the base at the SNP position can finally be deduced from the detection of the ligation product.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es nun, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem Mutationen, insbesondere Polymorphismen nachgewiesen werden können, ohne dass aufwendige Trennungsschritte, wie Elektrophorese, notwendig sind. Weiterhin war es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das die Möglichkeit zur Parallelisie- rung von Tests bietet.The object of the present invention was to provide a method with which mutations, in particular polymorphisms, can be detected without the need for complex separation steps, such as electrophoresis. Furthermore, it was an object of the invention to provide a method which offers the possibility of parallelizing tests.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren zum Nachweis von Mutationen in einer' Nucieinsäure, das umfasst, dass a) eine Mehrzahl zu analysierender Nucieinsäure-Stränge mit mindestens zwei Arten von Oligonucleotiden, Rezeptoroligos und Sondenoligos, in Kontakt gebracht wird unter solchen Bedingungen, dass die Oligos mit der zu analysierenden DNA hybridisieren unter Bildung eines Probenkomplexes und eines Referenzkomplexes, so dass eine beidseitig immobilisierte oder immobilisierbare Verkettung von Probekomplex und Referenzkomplex vorliegt, b) anschließend gegebenenfalls die Verkettung immobilisiert wird, c) an die Verkettung eine Zugkraft angelegt wird, bis sich einer der Komplexe trennt und d) bestimmt wird, welcher der Komplexe getrennt wurde.This object is achieved with a method for the detection of mutations in a ' nucleic acid, which comprises that a) a plurality of strands of nucleic acid to be analyzed are brought into contact with at least two types of oligonucleotides, receptor oligos and probe oligos, under such conditions that the Oligos hybridize with the DNA to be analyzed to form a sample complex and a reference complex, so that there is a chain of sample complex and reference complex immobilized or immobilizable on both sides, b) the chain is subsequently immobilized if necessary, c) a tensile force is applied to the chain until it pulls one of the complexes is separated and d) it is determined which of the complexes has been separated.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zum Nachweis von Mutationen in Analytnucleinsäuren die Analytnucleinsäure mit zwei Arten von Oligonucleotiden, Rezeptoroligos und Sondenoligos, in Kontakt gebracht unter solchen Bedingungen, dass die Oligos mit der Analytnucleinsäure hybridisieren, wobei die Oligonucleo- tide immobilisiert oder immobilisierbar sind, und wobei gegebenenfalls die Oligonucleoti- de nach der Hybridisierung immobilisiert werden, so dass eine beidseitig immobilisierte oder immobilisierbare Verkettung von Rezeptoroligo - Analytnucleinsäure - Sondenoligo vorliegt; an die Verkettung eine Zugkraft angelegt wird, so dass sich eine der Bindungen löst und bestimmt wird, welche der Bindungen gelöst wurde, wobei die Rezeptoroligo- nucleotide eine Sequenz aufweisen, die zu einem Sequenzabschnitt der Analytnucleinsäure im Wesentlichen komplementär ist, in dem eine Mutation oder Variation vermutet wird.According to one embodiment of the method according to the invention, to detect mutations in analyte nucleic acids, the analyte nucleic acid is brought into contact with two types of oligonucleotides, receptor oligos and probe oligos, under conditions such that the oligos hybridize with the analyte nucleic acid, the oligonucleotides being immobilized or immobilizable, and where appropriate, the oligonucleotides are immobilized after the hybridization, so that a mutually immobilized or immobilizable chain of receptor oligo - analyte nucleic acid - probe oligo is present; a tensile force is applied to the linkage so that one of the bonds is released and it is determined which of the bonds has been released, the receptor oligonucleotides having a sequence which is essentially complementary to a sequence section of the analyte nucleic acid in which a mutation or Variation is suspected.
Für das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird das Prinzip des differentiellen Krafttests ausgenutzt. Das allgemeine Prinzip des differentiellen Krafttests wird beschrieben in PCT/EP01/09206. Es wurde gefunden, dass die Anwendung des differentiellen Krafttests zuverlässig und in hohem Maße parallelisierbar und miniaturisierbar den Nachweis von Polymorphismen zulässt, wobei Punktmutationen (SNP) ebenso wie andere Veränderungen der Probensequenz nachgewiesen werden können, unter der Voraussetzung, dass sie zu einer Veränderung der Trennkraft des bei Hybridisierung mit dem zum Wiidtyp komplementären Strang entstehenden Duplexes führen.The principle of the differential force test is used for the method of the present invention. The general principle of the differential force test is described in PCT / EP01 / 09206. It has been found that the use of the differential force test allows the detection of polymorphisms reliably and to a large extent in parallel and in a miniaturized manner, whereby point mutations (SNP) as well as other changes in the sample sequence can be detected, provided that they lead to a change in the separating force of the duplex formed when hybridizing with the strand complementary to the Wiid type.
Kurz zusammengefasst soll ein Nukleinsäuremolekül in einer Probe, das im folgenden auch als Analytnucleinsäure bezeichnet wird, auf das Vorhandensein von Mutationen oder Variationen hin untersucht werden. Aus einem ersten und einem zweiten Bindungspartner wird ein Probenkomplex ausgebildet. Dabei enthält einer der beiden Bindungspartner - die Analytnucleinsäure - einen definierten Sequenzabschnitt (Probensequenz) eines Analytmoleküls. Der andere der beiden Bindungspartner enthält einen definierten Sequenzabschnitt (Rezeptorsequenz) eines Rezeptoroligos, der im wesentlichen komplementär zu dem interessierenden Abschnitt der Analytsequenz ist. Durch die Hybridisierung des ersten Bindungspartners mit dem zweiten Bindungspartner kommt es zur Ausbildung eines Probenkomplexes.To summarize briefly, a nucleic acid molecule in a sample, which is also referred to below as analyte nucleic acid, is to be examined for the presence of mutations or variations. A sample complex is formed from a first and a second binding partner. One of the two binding partners - the analyte nucleic acid - contains a defined sequence section (sample sequence) of an analyte molecule. The other of the two binding partners contains a defined sequence section (receptor sequence) of a receptor oligo, which is essentially complementary to the section of the analyte sequence of interest. The hybridization of the first binding partner with the second binding partner leads to the formation of a sample complex.
Ein dritter und ein vierter Bindungspartner bilden zusammen einen Referenzkomplex. Probenkomplex und Referenzkomplex werden seriell miteinander verkettet. Zwei der teilnehmenden Bindungspartner sind immobilisiert oder immobiiisierbar, sodass nach der Reaktion auf die gebildete Verkettung eine Zugkraft ausgeübt werden kann. An die Enden der Verkettung wird eine Zugkraft angelegt, bis einer der beiden Komplexe getrennt wird, und zwar entweder der erste vom zweiten Bindungspartner, d.h. der Probenkomplex, oder der dritte vom vierten Bindungspartner, d.h. der Referenzkomplex. So kommt es entweder zur Lösung des Probenkomplexes, falls dessen Trennkraft unter den Versuchsbedingungen kleiner ist als die des Referenzkomplexes oder zur Lösung des Referenzkomplexes, falls dessen Trennkraft unter den Versuchsbedingungen kleiner ist als die des Probenkomplexes.A third and a fourth binding partner together form a reference complex. Sample complex and reference complex are linked together in series. Two of the participating binding partners are immobilized or immobilizable so that a tensile force can be exerted after the reaction to the chain formed. A tensile force is applied to the ends of the chain until one of the two complexes is separated, namely either the first from the second binding partner, ie the sample complex, or the third from the fourth binding partner, ie the reference complex. Thus, either the sample complex is dissolved if its separating force under the test conditions is less than that of the reference complex or the reference complex is dissolved if its separating force is less than that of the sample complex under the test conditions.
Führt man dieses Experiment sehr oft durch, bevorzugt in Form vieler Verkettungen auf einem Spot und simultan, und summiert dabei die Anzahl der getrennten Probenkomplexe zu nPro- und die Anzahl der geteilten Referenzkomplexe zu nRef- , und setzt diese ins Verhältnis, so erhält man den Quotienten Q* , der mit dem Verhältnis der mittleren Trennkräfte (F*) der Komplexe korreliert: Q* = nRef- / nPro- korreliert mit F* Pra/ F* Ref If this experiment is carried out very often, preferably in the form of many concatenations on one spot and simultaneously, and the number of separated sample complexes is summed to n Pro and the number of divided reference complexes to n Ref- , and these are compared, then obtained the quotient Q * , which correlates with the ratio of the mean separation forces (F * ) of the complexes: Q * = n Ref - / n Pro correlates with F * Pra / F * Ref
Geht man von einer bestimmten Sequenz aus, die man als Wildtyp (WT) bezeichnet, so stellen alle Veränderungen dieser Sequenz eine Mutation (M) dar. Sobald eine Mutation der Wildtypsequenz zu einer Veränderung der mittleren Trennkraft des Probenkomplexes führt, kann sie mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nachgewiesen werden. Ein vergleichendes Experiment ergibt in diesem Fall:If one starts from a certain sequence, which is referred to as wild type (WT), all changes in this sequence represent a mutation (M) Procedures are demonstrated. In this case, a comparative experiment shows:
F* Ref / F* Prα(WT) ≠F* Ref / F* Pro(M) bzw. Q* (WT) ≠Q* (M)F * Ref / F * P rα (WT) ≠ F * Ref / F * P ro (M) or Q * (WT) ≠ Q * (M)
Da Mutationen der Probesequenz in aller Regel zu einer Verminderung von F* Pro führen, gilt meistens auch:Since mutations in the sample sequence generally lead to a reduction in F * Pro , the following also usually applies:
F* Ref / F* Pro(Wildtyp) < F* Ref / F* Pra(Mutante) bzw. Q* (WT) > Q* (M)F * Ref / F * P ro (wild type) <F * Ref / F * Pra (mutant) or Q * (WT)> Q * (M)
Die Diskriminierung von Mutationen gegenüber dem Wildtyp durch einen Kraftvergleich beruht also darauf, dass sich aufgrund der Veränderung von F* Pro auch das Verhältnis F* Ref / F* Pra ändert. Der Referenzkomplex ist in der Regel ebenfalls ein Nukleinsäμreduplex, wobei der vierte Bindungspartner der Sondensequenz entspricht und Sondenoligo genannt wird. Bindungspartner 3 ist im wesentlichen komplementär zur oder entspricht der Referenzsequenz und ist bevorzugt Bestandteil des zu analysierenden Probenmoleküls.The discrimination of mutations compared to the wild type by a force comparison is based on the fact that the ratio F * Re f / F * Pra also changes due to the change in F * Pr o. The reference complex is usually also a nucleic acid duplex, the fourth binding partner corresponding to the probe sequence and being called probe oligo. Binding partner 3 is essentially complementary to or corresponds to the reference sequence and is preferably part of the sample molecule to be analyzed.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird beschrieben zur Bestimmung einer Mutation, es ist jedoch genauso anwendbar zur Bestimmung von Variationen in einer Nucleinsäure. Wenn im folgenden daher der von "Mutationen" die Rede ist, sollen auch Variationen umfasst sein.The method according to the invention is described for determining a mutation, but it can also be used for determining variations in a nucleic acid. Therefore, when the term "mutations" is used below, variations should also be included.
Erfindungsgemäß wird eine Analytnucleinsäure, auf der Mutationen nachgewiesen werden sollen, mit verschiedenen Oligonucleotiden so in Kontakt gebracht, dass sich mindestens zwei Nucleinsäureduplexe bilden, die so miteinander verbunden sind, dass sich eine Verkettung bildet, auf deren beide Enden Kraft ausgeübt werden kann. Weiterhin ist diese Verkettung so ausgebildet, dass sich dann, wenn auf diese Verkettung eine Kraft ausgeübt wird, einer der beiden hybridisierten Duplexe oder Komplexe trennt und zwar abhängig davon, welcher Duplex oder Komplex unter den gegebenen Bedingungen die kleinere Bindungskraft hat. Dies hängt bei nicht im Unzip-Modus hybridisierten Nuclein- säuresträngen vor allem von der Anzahl der gepaarten Basen, der Art der Basen, insbesondere dem GC-Gehalt, und der Anzahl der Fehlpaarungen (Mismatches) ab.According to the invention, an analyte nucleic acid, on which mutations are to be detected, is brought into contact with different oligonucleotides in such a way that at least two nucleic acid duplexes are formed which are linked to one another in such a way that a chain is formed on the two ends of which force can be exerted. Furthermore, this linkage is designed such that, when a force is exerted on this linkage, one of the two hybridized duplexes or complexes separates, depending on which duplex or complex has the lower binding force under the given conditions. In the case of nucleic acid strands which are not hybridized in the Unzip mode, this depends primarily on the number of paired bases, the type of bases, in particular the GC content, and the number of mismatches.
Für das erfindungsgemäße Verfahren gibt es verschiedene Ausführungsformen, die unten näher erläutert werden und im Folgenden kurz beschrieben werden. Kernpunkt der Erfindung ist es, dass die Bindungskraft zweier Duplexe miteinander verglichen wird, wobei an mindestens einem der beiden Duplexe die Analytnucleinsäure beteiligt ist. Durch Feststellen, welcher der beiden Duplexe sich gelöst hat, lassen sich Rückschlüsse darauf ziehen, welcher der beiden Duplexe die stärkere Bindungskraft hatte. Daraus lässt sich wiederum schließen, ob der von der Analytnucleinsäure gebildete Duplex Mismatches ausgebildet hatte.There are various embodiments for the method according to the invention, which are explained in more detail below and are briefly described below. The essence of the invention is that the binding force of two duplexes is compared with one another, the analyte nucleic acid being involved in at least one of the two duplexes. By determining which of the two duplexes has come loose, conclusions can be drawn as to which of the two duplexes had the stronger binding force. From this it can again be concluded whether the duplex formed by the analyte nucleic acid had formed mismatches.
Wenn von "einer Analytnucleinsäure" die Rede ist, so bedeutet dies selbstverständlich immer nur die Beschreibung eines Vertreters aus einer Vielzahl, so dass bei Durchfüh- rung des erfindungsgemäßen Verfahrens normalerweise immer eine Vielzahl von Nucleinsäuren zur Reaktion kommen. Die Beschreibung bezieht sich der Einfachheit halber nur auf einen herausgegriffenen Vertreter.When one speaks of "an analyte nucleic acid", this naturally only ever means the description of one representative from a large number, so that when it is carried out tion of the method according to the invention normally always a large number of nucleic acids react. For the sake of simplicity, the description refers only to a selected representative.
Um auf die durch Hybridisierung der einzelnen Partner gebildete Verkettung eine Kraft ausüben zu können, muss die Verkettung an beiden Seiten an einem Träger immobilisiert sein. Daher werden für die Duplexe Stränge verwendet, die entweder bereits immobilisiert sind oder immobilisierbar sind. In einigen Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens werden bereits immobilisierte Nucleotide für die Hybridisierung eingesetzt, während in anderen Ausführungsformen zuerst die Hybridisierungen mit mobilen Nucleotiden durchgeführt werden und die Immobilisierung in einem nachgeschalteten Schritt erfolgt. In letzterem Fall muss natürlich für die Immobilisierung an den zu immobilisierenden Strängen eine Bindemöglichkeit vorgesehen werden.In order to be able to exert a force on the chain formed by hybridization of the individual partners, the chain must be immobilized on both sides on a carrier. Therefore strands are used for the duplexes, which are either already immobilized or immobilizable. In some variants of the method according to the invention, immobilized nucleotides are already used for the hybridization, while in other embodiments the hybridizations are carried out first with mobile nucleotides and the immobilization takes place in a subsequent step. In the latter case, a binding possibility must of course be provided for the immobilization on the strands to be immobilized.
Im Folgenden wird der Einfachheit halber von Stempel und Unterlage gesprochen, ohne dass damit eine Festlegung inbezug auf räumliche Lage, Beschaffenheit oder Funktion erfolgen soll, da der Stempel auch als Unterlage dienen kann und umgekehrt. Dieselben Ausführungen gelten auch, wenn statt makroskopischer Oberflächen die Immobilisierung an Beads oder Teilchen stattfindet.In the following, for the sake of simplicity, the term "stamp" and "base" will be used, without the intention to determine the spatial position, nature or function, since the stamp can also serve as a base and vice versa. The same statements also apply if the immobilization on beads or particles takes place instead of macroscopic surfaces.
In den einfachsten Varianten kommen drei Stränge zur Reaktion: die Analytnucleinsäure, ein Rezeptoroligonucleotid und ein Sondenoligonucleotid. In dieser Ausführungsform müssen Rezeptor- und Sondenoligonucleotid immobilisiert oder immobilisierbar sein. Es werden die drei Bestandteile miteinander so in Kontakt gebracht, dass sie miteinander hybridisieren können. Dazu kann z.B. das Rezeptoroligo auf einer der Einfachheit halber Unterlage genannten Oberfläche in an sich bekannter Weise immobilisiert werden, z.B. durch kovalente Bindung über auf der Unterlage befindliche funktionelle Gruppen. Die Immobilisierung soll dabei so erfolgen, dass bei der Hybridisierung ein Duplex entsteht, der bei Anwendung einer Zugkraft nicht reißverschlußartig aufgetrennt wird. Die Unterlage mit den gebundenen Rezeptoroligos wird dann mit der Analytnucleinsäure in Kontakt gebracht, so dass eine Hybridisierung stattfinden kann, wobei ein Probenkomplex gebildet wird. Das Sondenoligonucleotid kann dann entweder auch gleichzeitig mit der Analyt- nucleinsäure oder anschließend zugegeben werden oder an einer als Stempel bezeichneten zweiten Oberfläche immobilisiert werden und dann mit den auf der Unterlage gebundenen Nucleinsäuren so in Kontakt gebracht werden, dass es zu einer Hybridisierung zwischen Sondenoligo und Analytnucleinsäure kommt, wobei ein Referenzkomplex gebildet wird. Auf diese Weise kann eine Verkettung gebildet werden, die aus immobilisiertem Referenzoligo, Analytnucleinsäure und immobilisiertem Sondenoligo besteht. Auf diese Verkettung kann über die Oberflächen oder Träger, an denen die Oligonucleotide immobilisiert sind, eine Zugkraft ausgeübt werden. Wenn eine Zugkraft ausgeübt wird, geht die schwächere der beiden Bindungen auf, d.h. entweder die Bindung zwischen Rezeptoroligo und Analytnucleinsäure oder zwischen Sondenoligo und Nucleinsäure. Die Reihenfolge ist hier nur beispielhaft beschrieben. Andere Reihenfolgen der Verkettung sind genauso möglich. Es wird dann nachgewiesen, welche der beiden Bindungen aufgegangen ist.In the simplest variants, three strands react: the analyte nucleic acid, a receptor oligonucleotide and a probe oligonucleotide. In this embodiment, receptor and probe oligonucleotides must be immobilized or immobilizable. The three components are brought into contact with one another in such a way that they can hybridize with one another. For this purpose, for example, the receptor oligo can be immobilized in a manner known per se on a surface mentioned for the sake of simplicity, for example by covalent bonding via functional groups located on the support. The immobilization should take place in such a way that a duplex is formed in the hybridization, which is not zipped open when a tensile force is applied. The pad with the bound receptor oligos is then brought into contact with the analyte nucleic acid so that hybridization can take place, a sample complex being formed. The probe oligonucleotide can then either simultaneously with the analyte nucleic acid or subsequently added or immobilized on a second surface called a stamp and then brought into contact with the nucleic acids bound on the support in such a way that hybridization occurs between probe oligo and analyte nucleic acid, a reference complex being formed. In this way, a chain can be formed, which consists of immobilized reference oligo, analyte nucleic acid and immobilized probe oligo. A tensile force can be exerted on this concatenation via the surfaces or supports on which the oligonucleotides are immobilized. When a tensile force is applied, the weaker of the two bonds breaks, ie either the bond between receptor oligo and analyte nucleic acid or between probe oligo and nucleic acid. The sequence is only described here as an example. Other sequences of chaining are also possible. It is then proven which of the two bonds has broken.
In einer anderen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Rezeptoroligonucleotid immobilisiert und mit der Probe, die die zu analysierende Nucleinsäure enthält, in Kontakt gebracht, so dass die Analytnucleinsäure mit dem Rezeptoroligo hybridisieren kann, wobei die Reihenfolge der Arbeitsschritte beliebig ist. Es wird ein Stempel vorbereitet, an dem das Sondenoligonucleotid immobilisiert ist. Weiterhin wird mit diesem Sondenoligonucleotid ein Referenznucleotid hybridisiert, das eine Basensequenz aufweist, die zu einer Sequenz der Analytnucleinsäure, die außerhalb des Bereichs, in dem Mutationen vermutet werden, liegt. Auch hier ist die Reihenfolge der Arbeitsschritte beliebig. Die Anzahl der miteinander hybridisierenden Basenpaare zwischen diesem Referenzstrang und der Analytnucleinsäure ist weitaus höher als die von zu bildendem Referenzkomplex und Probenkomplex und dient nur der zuverlässigen Verbindung der beiden zu überprüfenden Komplexe. Dieser zusätzliche Hybridisierungsstrang soll auf jeden Fall so vieleIn another variant of the method according to the invention, a receptor oligonucleotide is immobilized and brought into contact with the sample which contains the nucleic acid to be analyzed, so that the analyte nucleic acid can hybridize with the receptor oligo, the sequence of the working steps being arbitrary. A stamp is prepared on which the probe oligonucleotide is immobilized. Furthermore, a reference nucleotide is hybridized with this probe oligonucleotide, which has a base sequence which is outside of the range in which mutations are suspected to a sequence of the analyte nucleic acid. Here, too, the order of the work steps is arbitrary. The number of base pairs hybridizing with one another between this reference strand and the analyte nucleic acid is far higher than that of the reference complex and sample complex to be formed and only serves to reliably connect the two complexes to be checked. This additional hybridization strand should definitely be as many
J miteinander bindende Basenpaare aufweisen, dass seine Trennkraft weitaus über der Trennkraft der beiden Komplexe liegt, so dass er in jedem Fall bestehen bleibt. Wie bei der vorhergehenden Variante wird auch hier anschließend eine Zugkraft auf die gebildete Verkettung ausgeübt und dann nachgewiesen, welche der beiden Komplexe sich gelöst hat. In einer weiteren Variante (bei der wiederum die Reihenfolge der Arbeitsschritte, soweit sinnvoll, frei gewählt werden kann) wird die Analytnucleinsäure auf einer Unterlage immobilisiert. Die Unterlage mit immobilisierter Analytnucleinsäure wird mit dem Rezeptoroligo- nucleotid unter solchen Bedingungen in Kontakt gebracht, dass eine Hybridisierung erfolgen kann. An einem Stempel wird ein Sondenoligonucleotid immobilisiert und mit einem Referenzstrang, wie in der vorhergehenden Variante ausgeführt, hybridisiert. Sowohl das Rezeptoroligonucleotid als auch der Referenzstrang weisen zueinander komplementäre Basen auf. Unterlage und Stempel werden dann so miteinander in Kontakt gebracht, dass die komplementären Basen von Referenzstrang und Rezeptoroligonucleotid miteinander hybridisieren können. Die Anzahl der miteinander hybridisierenden Basenpaare zwischen diesem Referenzstrang und dem Rezeptoroligonucleotid ist weitaus höher als die von zu bildendem Referenzkomplex und Probenkomplex und dient nur der zuverlässigen Verbindung der beiden zu überprüfenden Komplexe. Dieser zusätzliche Hybridisie- rungsstrang soll auf jeden Fall so viele miteinander bindende Basenpaare aufweisen, dass seine Trennkraft weitaus über der Trennkraft der beiden Komplexe liegt, so dass er in jedem Fall bestehen bleibt. Nach der Hybridisierung wird dann wiederum eine Zugkraft auf die gebildete Verkettung aus Analytnucleinsäure, Rezeptoroligonucleotid, Referenzstrang, Sondenoligonucleotid ausgeübt, wobei wiederum die Bindung sich löst, die die geringste Trennkraft aufweist.J base pairs that bind to each other have that their separating force is far above the separating force of the two complexes, so that it remains in any case. As with the previous variant, a tensile force is then subsequently exerted on the chain formed and it is then proven which of the two complexes has dissolved. In a further variant (in which the sequence of the work steps can be freely selected, as far as is meaningful), the analyte nucleic acid is immobilized on a base. The base with immobilized analyte nucleic acid is brought into contact with the receptor oligonucleotide under conditions such that hybridization can take place. A probe oligonucleotide is immobilized on a stamp and hybridized with a reference strand, as explained in the previous variant. Both the receptor oligonucleotide and the reference strand have mutually complementary bases. The base and stamp are then brought into contact with one another in such a way that the complementary bases of the reference strand and receptor oligonucleotide can hybridize with one another. The number of base pairs hybridizing with one another between this reference strand and the receptor oligonucleotide is far higher than that of the reference complex and sample complex to be formed and only serves to reliably connect the two complexes to be checked. This additional hybridization strand should in any case have so many base pairs that bind to one another that its separating force is far above the separating force of the two complexes, so that it remains in any case. After the hybridization, a tensile force is then again exerted on the linkage formed from analyte nucleic acid, receptor oligonucleotide, reference strand, probe oligonucleotide, which in turn releases the bond which has the lowest separating force.
Weitere Varianten dieser beschriebenen Verfahrensvarianten sind möglich und können vom Fachmann leicht aufgefunden werden. Wie ausgeführt, ist wesentliches Merkmal, dass zwei Duplexe in ihrer Bindungskraft miteinander verglichen werden können und daraus, welche Bindung sich löst, Rückschlüsse auf die Art der Hybridisierung gezogen werden können.Further variants of the method variants described are possible and can be easily found by a person skilled in the art. As stated, it is an essential feature that two duplexes can be compared with one another in terms of their binding strength, and conclusions as to the type of hybridization can be drawn from which binding is being released.
Für das erfindungsgemäße Verfahren wird eine zu untersuchende Nucleinsäure mit zwei verschiedenen Oligonucleotiden in Kontakt gebracht, von denen ein Oligonucleotid einen definierten Sequenzabschnitt aufweist, der komplementär ist zu dem Bereich der zu analysierenden Nucleinsäure, in dem die Variation oder Mutation vermutet wird. Dieses Oligonucleotid wird als Rezeptoroligo bezeichnet. Die zweite Art von Oligonucleotid, mit dem die zu analysierende Nucleinsäure in Kontakt gebracht wird, hat einen definierten Sequenzabschnitt, der zu einem anderen Abschnitt komplementär ist. Dieses Oligonucleotid wird als Sondenoligo bezeichnet. Die Sequenz des Sondenoligos sollte nicht mit demselben Abschnitt, wie das Rezeptoroligo hybridisieren, um Kreuzreaktionen zu vermeiden. Außerdem sollten sich die Einzelstränge gegenseitig bei der Hybridisierung nicht behindern. In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Sondenoligo aber die rever- se Sequenz zu der Sequenz des Rezeptoroligos aufweisen. Dies hat mehrere Vorteile. Es vereinfacht die Herstellung der Oligonucleotide, es verhindert Kreuzreaktionen und es schafft Komplexe, die bezüglich der Bindungskraft vergleichbar sind.For the method according to the invention, a nucleic acid to be examined is brought into contact with two different oligonucleotides, of which one oligonucleotide has a defined sequence section which is complementary to the region of the nucleic acid to be analyzed in which the variation or mutation is suspected. This oligonucleotide is called receptor oligo. The second type of oligonucleotide, with which the nucleic acid to be analyzed is brought into contact with has a defined sequence section which is complementary to another section. This oligonucleotide is called probe oligo. The sequence of the probe oligo should not hybridize to the same section as the receptor oligo to avoid cross reactions. In addition, the single strands should not interfere with each other in the hybridization. In a preferred embodiment, however, the probe oligo can have the reverse sequence to the sequence of the receptor oligo. This has several advantages. It simplifies the production of the oligonucleotides, prevents cross reactions and creates complexes that are comparable in terms of binding power.
Um jeweils nachweisen zu können, welche Bindungen sich gelöst haben, weist mindestens eine der eingesetzten Nucleinsäuren eine Markierung auf. Bevorzugt sind zwei der eingesetzten Nucleinsäuren mit einer Markierung versehen. Die Markierung kann den Molekülen oder Duplexen inhärent sein oder kann eingeführt werden.In order to be able to prove which bonds have broken, at least one of the nucleic acids used has a label. Two of the nucleic acids used are preferably provided with a label. The label can be inherent to the molecules or duplexes or can be introduced.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die zu analysierende Nucleinsäure mit einer Markierung versehen. Hierzu gibt es verschiedene Möglichkeiten. Die Art der Markierung hängt unter anderem davon ab, auf welche Weise die zu untersuchende Nucleinsäure gewonnen wurde. So kann die Markierung direkt an die zu untersuchende Nucleinsäure gebunden werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Markierung eingeführt, indem die zu untersuchende Nucleinsäure unter Verwendung von PCR erzeugt wird, wobei der hierzu einzusetzende Primer eine Markierung aufweist, wobei das Primerpaar, das für die PCR eingesetzt wird, eine Sequenz hat, die die Stelle flankiert, die die mögliche Variation enthält, oder wobei die eingebauten Nucleotide eine Markierung aufweisen.In a preferred embodiment, the nucleic acid to be analyzed is provided with a label. There are various ways of doing this. The type of labeling depends, among other things, on how the nucleic acid to be examined was obtained. In this way, the label can be bound directly to the nucleic acid to be examined. In a preferred embodiment, the labeling is introduced by generating the nucleic acid to be examined using PCR, the primer to be used for this purpose having a label, the pair of primers used for the PCR having a sequence which flanks the site, which contains the possible variation, or wherein the incorporated nucleotides have a label.
Als Markierung kann für das erfindungsgemäße Verfahren jede analytisch nachweisbare Gruppe oder Substanz verwendet werden. Unter Markierung wird im Rahmen der Erfindung dabei eine Eigenschaft verstanden, durch die sich einige Bindungspartner von anderen unterscheiden, und die nachweisbar ist. Bevorzugt werden physikalisch nachweisbare Parameter herangezogen. Die Markierung kann dem Molekül oder Komplex inhärent sein oder aber eingeführt oder gebunden werden. Insbesondere kommen für die Markierung radioaktive Atome oder Gruppen, die eine Änderung optischer oder elektri- scher Eigenschaften bewirken, in Betracht. Alle dem Fachmann bekannten Reportergruppen sind hier geeignet. Beispiele sind radioaktive Marker wie 3H, 14C, 32P, 35S, fluoreszierende, lumineszierende, chromophore Gruppierungen oder Farbstoffe, Halbleiterpartikel, Metalle oder leitfähige Gruppen aber auch Substrate von Enzymen oder Reporterenzyme. Bevorzugt werden fluoreszierende oder chromophore Gruppen als Markierung verwendet. Mindestens eines der Oligonucleotide weist eine Markierung auf.Any analytically detectable group or substance can be used as a marker for the method according to the invention. In the context of the invention, labeling is understood to mean a property by which some binding partners differ from others and which is detectable. Physically detectable parameters are preferably used. The label may be inherent to the molecule or complex, or may be introduced or bound. In particular, radioactive atoms or groups that change the optical or electrical effect properties. All reporter groups known to the person skilled in the art are suitable here. Examples are radioactive markers such as 3 H, 14 C, 32 P, 35 S, fluorescent, luminescent, chromophoric groups or dyes, semiconductor particles, metals or conductive groups, but also substrates of enzymes or reporter enzymes. Fluorescent or chromophoric groups are preferably used as the label. At least one of the oligonucleotides has a label.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Markierung um einen Fluoreszenzfarbstoff, beispielsweise Fluoresceinisothiocyanat (FITC), Fluorescein, Rhodamin, Tetramethylrhoda- min-5-(und-6)-isothiocyanat (TRITC), Texas Red, Cyaninfarbstoffe (CY3 oder CY5) usw. Fluoreszenzfarbstoffe sind vorteilhaft, da sie in sehr geringer Menge nachgewiesen werden können.The label is preferably a fluorescent dye, for example fluorescein isothiocyanate (FITC), fluorescein, rhodamine, tetramethylrhodamine 5- (and-6) -isothiocyanate (TRITC), Texas Red, cyanine dyes (CY3 or CY5) etc. fluorescent dyes are advantageous because they can be detected in very small amounts.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden pro Verkettung zwei Markierungen verwendet, die bevorzugt verschieden voneinander sind. Bei der Verwendung von verschiedenen fluoreszierenden Markierungen können solche verwendet werden, die jeweils durch Licht gleicher Wellenlänge oder durch Strahlung verschiedener Wellenlängen angeregt werden.In a preferred embodiment, two markings are used per chain, which are preferably different from one another. When using different fluorescent markings, those can be used which are each excited by light of the same wavelength or by radiation of different wavelengths.
Die Markierung dient dazu, nachzuweisen, wo sich das Sondenoligo bzw. Referenzoligo befindet und gegebenenfalls, wo sich der mit der Analytnucleinsäure hybridisierbare Rezeptoroligonucleotid bzw. der Analyt nach Anwenden einer Zugkraft befindet (Beispiele finden sich in Figur 4). Aus diesen Informationen kann dann abgeleitet werden, welche Stränge sich jeweils verbunden und wieder voneinander getrennt haben. Daraus kann dann wiederum geschlossen werden, ob die Analytnucleinsäure Variationen oder Mutationen gegenüber dem Wildtyp aufweist. Die Doppelmarkierung gewährleistet, dass lediglich diejenigen Verkettungen ausgewertet werden, die auch gekoppelt hatten.The marking serves to demonstrate where the probe oligo or reference oligo is located and, where appropriate, where the receptor oligonucleotide or the analyte which can be hybridized with the analyte nucleic acid is after applying a tensile force (examples can be found in FIG. 4). This information can then be used to derive which strands have connected and separated from one another. From this it can be concluded whether the analyte nucleic acid shows variations or mutations compared to the wild type. The double marking ensures that only those chains that were linked are evaluated.
Die zu untersuchende Nucleinsäure kann genomische DNA, RNA, PNA oder Modifikationen sein. Es kann sich auch um c-DNA handeln. Für die Untersuchung kann die Nucleinsäure direkt aus Zellen gewonnen werden, und, falls genug Kopien von der interessie- renden Sequenz in der Zelle vorhanden sind, diese Sequenz direkt für den Test eingesetzt werden.The nucleic acid to be examined can be genomic DNA, RNA, PNA or modifications. It can also be c-DNA. For the investigation, the nucleic acid can be obtained directly from cells and, if enough copies of the sequence are present in the cell, this sequence can be used directly for the test.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die zu untersuchende Nucleinsäure jedoch in einem ersten Schritt mit einer PCR amplifiziert und das amplifizierte Produkt dann für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet. Wenn eine PCR zur Amplifikation eingesetzt wird, so wird bevorzugt die Amplifikation mit einem markierten Primer durchgeführt, um auf diese Weise markierte Nucleinsäuresequenzen zu gewinnen. Die Primer werden in an sich bekannter Weise so ausgewählt, dass sie die interessierende Sequenz flankieren. Die Primer können dabei eine Länge von jeweils bis zu 30 Nucleotiden, bevorzugt 15 bis 20 Nucleotide haben.In a preferred embodiment, however, the nucleic acid to be examined is amplified in a first step with a PCR and the amplified product is then used for the method according to the invention. If a PCR is used for the amplification, the amplification is preferably carried out with a labeled primer in order to obtain labeled nucleic acid sequences in this way. The primers are selected in a manner known per se so that they flank the sequence of interest. The primers can each have a length of up to 30 nucleotides, preferably 15 to 20 nucleotides.
Die Länge der verwendeten Nucleinsäure hängt unter anderem davon ab, ob eine Mutation oder Variation oder mehrere Variationen oder Mutationen nachgewiesen werden sollen und in welchem Bereich sich diese dann befinden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders gut geeignet für Nucleinsäuresequenzen mit bis zu 100 Nucleotiden, insbesondere für solche Sequenzen, die 30 bis 50 Nucleotide aufweisen. Beim Nachweis bekannter Einzelbasenmutationen können auch noch kürzere Nucleinsäuresequenzen verwendet werden.The length of the nucleic acid used depends, among other things, on whether a mutation or variation or several variations or mutations are to be detected and in which region these are then located. The method according to the invention is particularly well suited for nucleic acid sequences with up to 100 nucleotides, in particular for those sequences which have 30 to 50 nucleotides. Even shorter nucleic acid sequences can be used to detect known single base mutations.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die markierte zu analysierende Nucleinsäure mit einem Rezeptoroligo und einem Sondenoligo in Kontakt gebracht. Der Rezeptoroligo ist eine Nucleinsäure, die zu einem Ende der zu analysierenden Nucleinsäure komplementär ist, während der Sondenoligo zum anderen Ende oder einem Referenzstrang komplementär ist. Der Rezeptoroligo hat eine Nucleotidsequenz, die entweder dem interessierenden Abschnitt der Wildtypsequenz der zu untersuchenden Nucleinsäure entspricht, oder eine Variation oder Mutation aufweist. Die der Wildtypnuc- leinsäure entsprechende Sequenz wird als Rezeptor-Oligo bezeichnet, während solche Rezeptoroligos, die Variationen und Mutationen enthalten, als RezeptorM-Oligos bezeichnet werden. Bei den Mutationen und Variationen kann es sich um den Austausch einer oder mehrerer Basen, bevorzugt einer Base, oder aber die Veränderung einer oder mehrerer Basen handeln, die zu einer Veränderung des Bindungsverhaltens führt. Dabei wird als Mutation oder Variation jede denkbare Veränderung in der chemischen Struktur des Nucleotids aufgefasst, die gegenüber einem ursprünglichen Zustand einen Trennkraftunterschied in einem Kraftvergleich bewirkt.To carry out the method according to the invention, the labeled nucleic acid to be analyzed is brought into contact with a receptor oligo and a probe oligo. The receptor oligo is a nucleic acid that is complementary to one end of the nucleic acid to be analyzed, while the probe oligo is complementary to the other end or a reference strand. The receptor oligo has a nucleotide sequence that either corresponds to the section of interest of the wild-type sequence of the nucleic acid to be examined, or has a variation or mutation. The sequence corresponding to the wild-type nucleic acid is referred to as receptor wτ- oligos, while those receptor oligos which contain variations and mutations are referred to as receptor M- oligos. The mutations and variations can be the exchange of one or more bases, preferably a base, or the change of one or more bases, which leads to a change in the binding behavior. Any conceivable change in the chemical structure of the nucleotide is understood as a mutation or variation, which causes a separation force difference in a force comparison compared to an original state.
Der Sondenoligo dient dazu, mit einem weiteren Strang, der die Analytnucleinsäure oder aber ein Referenzstrang sein kann, einen Referenzkomplex zu bilden. Der Referenzkomplex sollte dem Probekomplex möglichst ähnlich sein, um die Differenzierung geringer Trennkraftunterschiede zwischen zwei Probekomplexen zu ermöglichen.The probe oligo is used to form a reference complex with another strand, which can be the analyte nucleic acid or a reference strand. The reference complex should be as similar as possible to the test complex in order to enable the differentiation of small separation force differences between two test complexes.
Bevorzugt wird als Sondenoligo eine Nucleotidsequenz eingesetzt, die zu einem Teil der zu analysierenden Nucleinsäure komplementär ist, in dem keine Mutation oder Variation vermutet wird. Außerdem wird die Sequenz des Sondenoligos bevorzugt so ausgewählt, dass es hier bei der Hybridisierung mit dem Referenzstrang bzw. der Referenzsequenz zu einem Perfect Match kommt. In besonderen Ausführungsformen kann es auch bevorzugt sein, eine vorbestimmte Anzahl an Mismatches vorzusehen, wenn beispielsweise bei der zu analysierenden Nucleinsäure mehr als eine Fehlbasenpaarung vermutet wird oder nachgewiesen werden soll.A nucleotide sequence which is complementary to a part of the nucleic acid to be analyzed and in which no mutation or variation is suspected is preferably used as the probe oligo. In addition, the sequence of the probe oligo is preferably selected such that a perfect match occurs here when hybridizing with the reference strand or the reference sequence. In particular embodiments, it can also be preferred to provide a predetermined number of mismatches if, for example, more than one mismatch is suspected or is to be detected in the nucleic acid to be analyzed.
Die Länge der hybridisierenden Sequenz des Sondenoligos wird bevorzugt so ausgewählt, dass die Kraft, die notwendig ist, den Referenzkomplex zu trennen, der Kraft, die notwendig ist, den Probenkomplex zu trennen, sehr nahe kommt. Wenn man für den Referenzkomplex eine Sequenz auswählt, die das gleiche GC-Verhältnis, wie der Probenkomplex hat, ist die Anzahl der Basenpaare bevorzugt im selben Bereich und unterscheidet sich bevorzugt nur um bis zu 2 Basenpaare. Wenn sich das GC-Verhältnis zwischen beiden Komplexen unterscheidet, kann die Länge der zu hybridisierenden Sequenz danach ausgewählt werden, dass die Trennungskraft sich der des Probenkomplexes annähert. Auch das Einfügen eines oder mehrerer Mismatches kann zur Einstellung des optimalen Referenzkomplexes dienen. In einer Ausführungsform wird die zu analysierende Nucleinsäure mit Rezeptoroligos und Sondenoligos unter solchen Bedingungen in Kontakt gebracht, dass eine Hybridisierung stattfinden kann. Dabei hybridisiert der Sondenoligo mit einem Ende der zu analysierenden DNA unter Bildung eines Perfect Match, während das andere Ende der zu untersuchenden DNA mit Rezeptoroligos hybridisiert, wobei es zu einem Perfect Match oder einem Mismatch kommt, je nachdem, ob die Sequenz des Rezeptors der zu untersuchenden DNA entspricht oder nicht.The length of the hybridizing sequence of the probe oligo is preferably selected so that the force necessary to separate the reference complex is very close to the force necessary to separate the sample complex. If a sequence is selected for the reference complex that has the same GC ratio as the sample complex, the number of base pairs is preferably in the same range and preferably differs only by up to 2 base pairs. If the GC ratio differs between the two complexes, the length of the sequence to be hybridized can be selected so that the separation force approaches that of the sample complex. The insertion of one or more mismatches can also be used to set the optimal reference complex. In one embodiment, the nucleic acid to be analyzed is contacted with receptor oligos and probe oligos under conditions such that hybridization can take place. The probe oligo hybridizes with one end of the DNA to be analyzed to form a perfect match, while the other end of the DNA to be examined hybridizes with receptor oligos, resulting in a perfect match or a mismatch, depending on whether the sequence of the receptor corresponds to corresponds to investigating DNA or not.
Durch das In-Kontakt-Bringen mit den beiden Arten von Oligos bildet. sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in der beschriebenen Ausführungsform eine Verkettung aus Rezeptoroligo - Analytnucleinsäure - Sondenoligo, wie beispielsweise in Figur 4 gezeigt. Zur weiteren Untersuchung der Bindungen, die die Analytnucleinsäure eingegangen ist, muss die Verkettung immobilisiert sein oder werden. Erfindungsgemäß werden daher die Oiigonucleotide bzw. der Analyt entweder bereits in immobilisierter Form eingesetzt oder aber es werden immobilisierbare Oiigonucleotide bzw. Anaiyten eingesetzt, die nach der Hybridisierung immobilisiert werden.Forms by bringing them into contact with the two types of oligos. in the method according to the invention in the embodiment described a concatenation of receptor oligo-analyte nucleic acid-probe oligo, as shown for example in FIG. 4. The chain must be or must be immobilized for further investigation of the bonds that the analyte nucleic acid has entered into. According to the invention, the oligonucleotides or the analyte are therefore either already used in immobilized form or else immobilizable oligonucleotides or analytes are used which are immobilized after the hybridization.
Eine Immobilisierung der Oiigonucleotide kann in an sich bekannter Weise erfolgen, indem die Nucleotide über Spacer oder Brückenmoleküle an einen Träger oder eine Oberfläche gebunden werden. In jedem Fall muss der Träger oder die Oberfläche so ausgebildet sein, dass eine Zugkraft angelegt werden kann. Es kann sich hierbei um makroskopische Oberflächen, aber auch um andere Festkörper, wie Kügelchen, oder Moleküle handeln. Besonders bevorzugt erfolgt die Immobilisierung, indem die Rezeptor- oligonucleotide an einer ersten Oberfläche immobilisiert sind oder werden, während die Sondenoligos an einer zweiten Oberfläche immobilisiert sind oder immobilisiert werden.Immobilization of the oligonucleotides can be carried out in a manner known per se by binding the nucleotides to a support or a surface via spacers or bridge molecules. In any case, the support or the surface must be designed so that a tensile force can be applied. These can be macroscopic surfaces, but also other solid bodies, such as beads, or molecules. The immobilization takes place particularly preferably in that the receptor oligonucleotides are or are immobilized on a first surface, while the probe oligos are immobilized or are immobilized on a second surface.
Wenn für die Immobilisierung Oberflächen verwendet werden, so kann das Material, aus dem die Oberflächen bestehen, gleich oder verschieden sein und eine der beiden oder beide Oberflächen können in geeigneter Weise beschichtet sein. Bevorzugt ist entweder eine Oberfläche aus einem steifen Material und die andere aus einem elastischen Material gebildet oder beide Oberflächen sind aus elastischem Material, sodass sich die jeweiligen Flächenabschnitte der ersten und zweiten Oberfläche beim Inkontaktbringen genau aneinander anpassen können und damit ein optimaler Kontakt der einzelnen Nucleinsäu- restränge und gegebenenfalls Bindepartner möglich ist. Die Oberflächen können beispielsweise aus Glas, Silicon, insbesondere Polydimethylsiloxan (PDMS), Nylon, Polystyrol oder anderen Kunststoffen gebildet werden. Bevorzugt wird mindestens eine der beiden Oberflächen aus einem elastischen Material hergestellt, bevorzugt einem elastischen Kunststoff. Besonders bevorzugt wird mindestens eine Oberfläche aus einem Siloxan, insbesondere Polydimethylsiloxan, gebildet. Es sind verschiedene andere flexible Materialien oder Mischungen davon möglich. Ein anderes mögliches Material ist Polyacrylamid- gel, dessen elastische Eigenschaften durch das Molekulargewicht und den Vernetzungsgrad den experimentellen Bedürfnissen angepasst werden können. Die Oberfläche kann aus einem einzigen Material, einem Gemisch von Materialien oder auch einem System von Elementen aus einem oder verschiedenen Materialien aufgebaut sein.If surfaces are used for the immobilization, the material from which the surfaces are made can be the same or different and one or both surfaces can be coated in a suitable manner. Preferably, either one surface is made of a rigid material and the other is made of an elastic material, or both surfaces are made of elastic material, so that the respective surface sections of the first and second surfaces are accurate when brought into contact can adapt to each other and thus an optimal contact of the individual nucleic acid ranks and possibly binding partners is possible. The surfaces can be formed, for example, from glass, silicone, in particular polydimethylsiloxane (PDMS), nylon, polystyrene or other plastics. At least one of the two surfaces is preferably produced from an elastic material, preferably an elastic plastic. At least one surface is particularly preferably formed from a siloxane, in particular polydimethylsiloxane. Various other flexible materials or mixtures thereof are possible. Another possible material is polyacrylamide gel, the elastic properties of which can be adapted to experimental requirements through the molecular weight and the degree of crosslinking. The surface can be constructed from a single material, a mixture of materials or also a system of elements from one or different materials.
Die Immobilisierung der Oiigonucleotide oder Nucleinsäuren, kann in an sich bekannter Weise erfolgen, es kommen sowohl kovalente als auch nicht-kovaiente Bindungen und Bindungen direkt an die Oberfläche oder über Brückenmoleküle in Betracht. Möglich ist auch die Immobilisierung über die Partner eines spezifisch bindenden Paares. Die Immobilisierung soll dabei jeweils so erfolgen, dass bei der Hybridisierung ein Duplex entsteht, der bei Anwendung einer Zugkraft nicht reißverschlußartig aufgetrennt wird. In letzterem Fall ist einer der beiden Partner des spezifisch bindenden Paares permanent immobilisiert und der andere an ein Nucleotid oder die Analytnucleinsäure gebunden, wobei unter permanenter Bindung hier eine Bindung verstanden wird, die vor dem lnkontaktbringen der Oberflächen im Wesentlichen stabil bleibt und sich auch durch Bindung des Bindungspartners an sein spezifisches Pendant nicht löst. Eine permanente Bindung kann z.B. über funktioneile Gruppen, die der Bindepartner aufweist oder die in das Molekül eingeführt wurden, an funktioneile Gruppen, die die Oberfläche bereitstellt, erfolgen.The immobilization of the oligonucleotides or nucleic acids can be carried out in a manner known per se, both covalent and non-covaient bonds and bonds directly to the surface or via bridging molecules can be considered. Immobilization via the partners of a specifically binding couple is also possible. The immobilization should take place in such a way that a duplex is formed in the hybridization, which is not separated like a zipper when a tensile force is applied. In the latter case, one of the two partners of the specific binding pair is permanently immobilized and the other is bound to a nucleotide or the analyte nucleic acid, whereby permanent binding is understood here to mean a bond which remains essentially stable before the surfaces are brought into contact and which is also bonded of the attachment partner to its specific counterpart. A permanent bond can e.g. via functional groups which the binding partner has or which have been introduced into the molecule, to functional groups which are provided by the surface.
Eine bevorzugte Methode besteht darin, einen Partner zu biotinylieren und über ein Streptavidinmolekül mit der ebenfalls biotinylierten Oberfläche zu verbinden. Monoklonale Antikörper können chemisch aktiviert werden, indem man bestimmte Gruppen ihrer Gly- cosylierungen zu Aldehydgruppen oxidiert. Diese Aldehydgruppen können wiederum Aminogruppen oder Hydrazidgruppen einer modifizierten Oberfläche binden (siehe So- lomon et al., Journal of Chromatographie, 1990, Bd. 510, 321-329). Eine weitere Methode, die dem Fachmann geläufig ist, ist die Konjugation von Aminogruppen des Antikörpers mit Carboxygruppen einer Oberfläche durch den Einsatz von Ethyl-(Dimethylamino)- Carbodiimid/N-Hydroxy-Succinimid.A preferred method is to biotinylate a partner and to connect it to the likewise biotinylated surface via a streptavidin molecule. Monoclonal antibodies can be activated chemically by oxidizing certain groups of their glycosylations to aldehyde groups. These aldehyde groups can in turn Bind amino groups or hydrazide groups of a modified surface (see Solomon et al., Journal of Chromatographie, 1990, Vol. 510, 321-329). Another method which is known to the person skilled in the art is the conjugation of amino groups of the antibody with carboxy groups of a surface by using ethyl (dimethylamino) carbodiimide / N-hydroxy-succinimide.
Die Immobilisierung der Oiigonucleotide kann in an sich bekannter Weise über Spacer oder Brückenmoleküle erfolgen. Der Fachmann kennt Möglichkeiten, mit denen Nucleotide an Oberflächen gebunden werden können. Die Immobilisierung sollte dabei so erfolgen, dass die zu der zu analysierenden Nucleinsäure komplementäre Sequenz für die Hybridisierung zugänglich ist.The immobilization of the oligonucleotides can be carried out in a manner known per se via spacers or bridge molecules. The person skilled in the art knows possibilities with which nucleotides can be bound to surfaces. The immobilization should take place in such a way that the sequence complementary to the nucleic acid to be analyzed is accessible for hybridization.
In einer weiteren Ausführungsform werden Oiigonucleotide eingesetzt, die immobilisierbar sind und erst nach der Hybridisierung immobilisiert werden.In a further embodiment, oligonucleotides are used which can be immobilized and are only immobilized after the hybridization.
Erfindungsgemäß können dabei sowohl nur eine Art von Oligonucleotiden, als auch beide Arten von Nucleotiden immobilisierbar sein.According to the invention, both only one type of oligonucleotide and both types of nucleotides can be immobilized.
Als immobilisierbare Nucleotide werden solche verwendet, die an einem Ende einen Partner eines spezifisch bindenden Paares aufweisen, wobei der andere Partner des spezifisch bindenden Paares an einer Oberfläche kovalent gebunden ist. Beim In- Kontakt-Bringen der Nucleotide mit der Oberfläche kommt es dann zur Bindung der spezifisch bindenden Partner, wodurch eine Immobilisierung erfolgt. Als spezifisch bindefähige Paare kommen die verschiedensten miteinander bindefähigen Partner in Betracht, wobei sich die Spezifität der Bindung sowohl auf einen speziellen Partner beziehen kann, wie z.B. Antigen-zugehöriger Antikörper oder Biotin-Avidin/Streptavidin, als auch auf eine Gruppe oder Klasse von Verbindungen, z.B. Antikörper-Protein A.The immobilizable nucleotides used are those which have a partner of a specific binding pair at one end, the other partner of the specific binding pair being covalently bound to a surface. When the nucleotides are brought into contact with the surface, the specific binding partners are bound, which results in immobilization. A wide variety of mutually bindable partners can be considered as specifically bindable pairs, the specificity of the bond being able to relate both to a specific partner, e.g. Antigen-related antibody or biotin-avidin / streptavidin, as well as on a group or class of compounds, e.g. Antibody protein A.
In einer Ausführungsform werden als Bindungspaar Antikörper und eine Substanz mit einem von diesem erkannten Epitop, wie Antigene, Haptene oder Anti-Idiotyp-Antikörper, verwendet. Unter dem Begriff "Antikörper" werden in der vorliegenden Beschreibung auch Antikörperfragmente oder Antikörperderivate, sowie funktioneile Fragmente von Antikörpern oder Derivate davon, die das Epitop erkennen und binden können, verstanden. Die Antikörper können polyklonale oder monoklonale Antikörper sein, bevorzugt sind aber monoklonale Antikörper. Bekannte Fragmente und Derivate sind Fv-, Fab-, Fab'- oder F(ab')2-Fragmente, "single-chain antibody fragments", bispezifische Antikörper, Chimäre Antikörper, humanisierte Antikörper sowie Fragmente, die CDRs (complementarity determining regions) enthalten, die ein Epitop der Probe erkennen.In one embodiment, antibodies and a substance with an epitope recognized by it, such as antigens, haptens or anti-idiotype antibodies, are used as the binding pair. In the present description, the term “antibody” also includes antibody fragments or antibody derivatives, as well as functional fragments of Antibodies or derivatives thereof that can recognize and bind the epitope are understood. The antibodies can be polyclonal or monoclonal antibodies, but monoclonal antibodies are preferred. Known fragments and derivatives are Fv, Fab, Fab 'or F (ab') 2 fragments, "single-chain antibody fragments", bispecific antibodies, chimeric antibodies, humanized antibodies and fragments that contain CDRs (complementarity determining regions). contain an epitope of the sample.
Die Auswahl des spezifisch bindenden Paares ist nicht kritisch. Wichtig ist nur, dass die zur Trennung des spezifisch bindenden Paares erforderliche Trennkraft größer ist als die zur Trennung der hybridisierten Stränge notwendige Trennkraft.The selection of the specifically binding pair is not critical. It is only important that the separation force required to separate the specifically binding pair is greater than the separation force required to separate the hybridized strands.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind verschiedene Varianten möglich, die je nach dem Anwendungszweck und den Gegebenheiten des jeweiligen Tests ausgewählt werden können. Im Folgenden werden einige Varianten der Reihenfolge und Art der Verkettung angegeben. In einer ersten Variante wird die zu analysierende DNA mit Rezeptoroligonucleotid und Sondenoligonucleotid unter Bedingungen, die eine Hybridisierung zulassen, umgesetzt und anschließend durch In-Kontakt-Bringen der hybridisierten Moleküle mit zwei Oberflächen, die jeweils spezifisch bindende Partner für die beiden Oiigonucleotide bereitstellen, eine Immobilisierung herbeigeführt.Various variants are possible for carrying out the method according to the invention, which can be selected depending on the intended use and the circumstances of the respective test. Some variants of the sequence and type of chaining are given below. In a first variant, the DNA to be analyzed is reacted with receptor oligonucleotide and probe oligonucleotide under conditions which permit hybridization and then immobilization by bringing the hybridized molecules into contact with two surfaces, each of which provides specifically binding partners for the two oligonucleotides brought about.
In einer zweiten Ausführungsform wird einer der beiden Oiigonucleotide, entweder Rezeptoroligonucleotid oder Sondenoligonucleotid an einer Oberfläche immobilisiert, anschließend mit der anderen Art von Oligonucleotid und der zu analysierenden Nucleinsäure in Kontakt gebracht, so dass es zu einer Bindung von Rezeptoroligonucleotid - Analytnucleinsäure - Sondenoligonucleotid, immobilisiert an einer Oberfläche, kommt und anschließend wird die zweite Oberfläche mit dieser Verkettung in Kontakt gebracht, so dass ein an der zweiten Oberfläche gebundener Bindepartner eines spezifisch bindenden Paares mit dem an dem noch nicht immobilisierten mit einem Bindepartner versehenen Nucleotid binden kann.In a second embodiment, one of the two oligonucleotides, either receptor oligonucleotide or probe oligonucleotide, is immobilized on a surface, then brought into contact with the other type of oligonucleotide and the nucleic acid to be analyzed so that it binds to receptor oligonucleotide - analyte nucleic acid - probe oligonucleotide one surface, and then the second surface is brought into contact with this concatenation so that a binding partner of a specific binding pair bound to the second surface can bind to the nucleotide which has not yet been immobilized and provided with a binding partner.
In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Rezeptoroligonuc- leotide an einer ersten Oberfläche immobilisiert, während Sondenoligonucleotide an einer zweiten Oberfläche immobilisiert werden. Es wird dann entweder die erste Oberfläche oder die zweite Oberfläche mit der Analytnucleinsäure unter solchen Bedingungen in Kontakt gebracht, dass eine Hybridisierung stattfindet und anschließend die andere Oberfläche mit der nun an ein Oligonucleotid gebundenen Analytnucleinsäure so in Kontakt gebracht, dass eine weitere Hybridisierung stattfinden kann, so dass sich wiederum eine Verkettung bildet.In a further variant of the method according to the invention, receptor oligonucleotides are immobilized on a first surface, while probe oligonucleotides are immobilized on one second surface can be immobilized. Either the first surface or the second surface is then brought into contact with the analyte nucleic acid under conditions such that hybridization takes place and then the other surface is brought into contact with the analyte nucleic acid now bound to an oligonucleotide so that further hybridization can take place. so that a chain is formed again.
Bei allen Varianten wird dann, wenn sich die Verkettung gebildet hat und die Immobilisierung der beiden Oligonucleotidarten stattgefunden hat, eine Trennung der beiden Oberflächen durchgeführt, so, dass eine der Bindungen sich löst.In all variants, when the linkage has formed and the immobilization of the two types of oligonucleotides has taken place, the two surfaces are separated so that one of the bonds is released.
Anschließend wird dann festgestellt, welche der Bindungen sich überwiegend gelöst hat, woraus dann Rückschlüsse darauf gezogen werden können, ob die zu analysierende Nucleinsäure dem Wildtyp entspricht oder eine Mutation oder Variation aufweist. Dazu wird überprüft, wo sich die Markierung befindet. Befindet sich die Markierung auf der Oberfläche, auf der das Sondenoligonucleotid gebunden ist, muss die Bindung bei der oben beschriebenen Ausführungsform zwischen Sondenoligo und Analytnucleinsäure stärker sein als die Bindung zwischen Rezeptoroligo und Analytnucleinsäure. Da es sich bei der Hybridisierung von Sondenoligonucleotid mit Analytnucleinsäure in der Regel um einen Perfect Match handelt, ist dies dann der Fall, wenn bei der Hybridisierung zwischen Rezeptoroligonucleotid und zu analysierender DNA mindestens eine Fehlpaarung vorliegt oder ein Nucleotid so verändert ist, dass die Bindung schwächer ist als bei einem "normalen" Nucleotid.Then it is then determined which of the bonds has largely broken, from which conclusions can then be drawn as to whether the nucleic acid to be analyzed corresponds to the wild type or has a mutation or variation. This is done by checking where the mark is located. If the label is on the surface on which the probe oligonucleotide is bound, the binding between probe oligo and analyte nucleic acid in the embodiment described above must be stronger than the bond between receptor oligo and analyte nucleic acid. Since the hybridization of probe oligonucleotide with analyte nucleic acid is usually a perfect match, this is the case if there is at least one mismatch in the hybridization between receptor oligonucleotide and the DNA to be analyzed or if a nucleotide is changed so that the binding is weaker than a "normal" nucleotide.
Aussagekräftige Ergebnisse erhält man dann, wenn die Trennung der Verkettungen gleichzeitig unter gleichen Bedingungen an vielen Komplexen durchgeführt wurde. Wenn man dann die Anzahl der getrennten Probenkomplexe und die Anzahl der getrennten Referenzkomplexe in Beziehung setzt, so erhält man ein Verhältnis, das Rückschlüsse auf die Art der Hybridisierung zulässt, wie oben bereits ausgeführt.Significant results can be obtained if the linkages were separated simultaneously on many complexes under the same conditions. If one then relates the number of separated sample complexes and the number of separated reference complexes, one obtains a ratio which allows conclusions to be drawn about the type of hybridization, as already explained above.
Damit kann man durch Auswahl des geeigneten Sondenoligonucleotids für jede gewünschte Analytnucleinsäure ein empfindliches Nachweisverfahren auf Variationen und Mutationen durchführen, indem man die Analyt-DNA mit Rezeptoroligonucleotiden in Kontakt bringt, von denen einige dem Wildtyp entsprechen und andere mindestens eine Veränderung in der Sequenz aufweisen, so dass ein Vergleich zwischen Wildtyp und Veränderung möglich ist.By selecting the appropriate probe oligonucleotide for any desired analyte nucleic acid, a sensitive detection method for variations and Perform mutations by contacting the analyte DNA with receptor oligonucleotides, some of which correspond to the wild type and others have at least one change in sequence, so that a comparison between wild type and change is possible.
In einer bevorzugten Ausführungsform können beispielsweise für den Nachweis eines SNP's vier verschiedene Rezeptoroligos eingesetzt werden, die sich an der für den SNP vermuteten Stelle in der Base unterscheiden, so dass jede Base an dieser Stelle einmal vorkommt. Führt man dann das erfindungsgemäße Verfahren mit den vier Rezeptoroligos gleichzeitig durch, und vergleicht danach die Häufigkeit, mit der sich Komplexe mit Rezeptoroligos getrennt haben, so ist zu erwarten, dass bei den drei Oligos, bei denen ein Mismatch zu erwarten ist, das Ergebnis sich von dem einen Oligo unterscheidet, bei dem ein Perfect Match entstanden ist. Diese Ausführungsform führt daher zu besonders aussagekräftigen Ergebnissen.In a preferred embodiment, four different receptor oligos can be used for the detection of an SNP, for example, which differ in the base at the location suspected for the SNP, so that each base occurs once at this location. If the process according to the invention is then carried out simultaneously with the four receptor oligos and the frequency with which complexes with receptor oligos have separated is compared, it can be expected that the result for the three oligos in which a mismatch is to be expected differs from the one oligo that created a perfect match. This embodiment therefore leads to particularly meaningful results.
Erfindungsgemäß wird somit ein Verfahren zur Verfügung gestellt, mit dem Mutationen oder Variationen einer Nucleinsäuresequenz einfach und schnell nachgewiesen werden können. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass gleichzeitig viele Hybridisierungen durchgeführt werden können und die Trennkraft der hybridisierten Stränge an vielen Molekülen gleichzeitig nachgewiesen werden kann.According to the invention, a method is thus made available with which mutations or variations of a nucleic acid sequence can be detected simply and quickly. The essence of the invention is that many hybridizations can be carried out at the same time and the separating force of the hybridized strands on many molecules can be demonstrated simultaneously.
In einer weiteren Ausführungsform wird das Verfahren noch aussagekräftiger durch Verwendung einer zweiten Markierung. Bei dieser Ausführungsform wird sowohl die zu analysierende Nucleinsäure mit einer Markierung versehen, als auch die Sondenoligonucleotide. Dies ist eine Ausführungsform, bei der die Sondenoligonucleotide immobilisierbar sind, bei der Umsetzung mit der nachzuweisenden DNA aber noch nicht immobilisiert sind. Die Sondenoligonucleotide werden mit einer Markierung versehen, die sich von der Markierung, mit der die zu analysierende DNA versehen ist, unterscheidet. Nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem wiederum die Analytnucleinsäure mit Rezeptoroligonucleotiden und Sondenoligonucleotiden in Kontakt gebracht wird, eine Hybridisierung und anschließend Immobilisierung herbeigeführt wird und dann an die Verkettung auf beiden Seiten eine Zugkraft angelegt wird, um eine der Bindungen der Verkettung zu lösen. Anschließend wird eine Oberfläche analysiert daraufhin, wie viel von den Sondenoligonucleotiden an die Oberfläche gebunden hat und wie viel von der zu analysierenden DNA gebunden hat. Durch Ermittlung des Quotienten von gebundenen Sondenoligonucleotiden zu gebundenen Analytnucleinsäuren lässt sich noch genauer nachweisen, ob eine Variation oder Mutation vorliegt, da nur die Komplexe untersucht werden, bei denen tatsächlich eine Immobilisierung der Sondenoligonucleotide stattgefunden hat.In a further embodiment, the method becomes even more meaningful by using a second marking. In this embodiment, both the nucleic acid to be analyzed is labeled and the probe oligonucleotides. This is an embodiment in which the probe oligonucleotides can be immobilized, but are not yet immobilized in the reaction with the DNA to be detected. The probe oligonucleotides are provided with a label which differs from the label with which the DNA to be analyzed is provided. After carrying out the method according to the invention, in which the analyte nucleic acid is again brought into contact with receptor oligonucleotides and probe oligonucleotides, hybridization and then immobilization is brought about and then a tensile force is applied to the chaining on both sides in order to bind one of the To solve chaining. A surface is then analyzed to determine how much of the probe oligonucleotide has bound to the surface and how much of the DNA to be analyzed has bound. By determining the quotient of bound probe oligonucleotides to bound analyte nucleic acids, it can be demonstrated even more precisely whether a variation or mutation is present, since only the complexes are examined in which the probe oligonucleotides have actually been immobilized.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen ist die Reihenfolge der Arbeitsschritte variabel. Es sollte allerdings darauf geachtet werden, dass zuerst die unmarkierten Komponenten immobilisiert werden und zuletzt die markierten.In the described embodiments, the sequence of the work steps is variable. However, it should be ensured that the unlabeled components are immobilized first and the marked ones last.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist, wie bereits oben ausgeführt, gegenüber den Verfahren des Standes der Technik verschiedene Vorteile auf. So hat es gegenüber den bekannten enzymatischen Methoden den Vorteil, dass keine Enzyme eingesetzt werden müssen, was Kosten spart. Außerdem muss bei der Durchführung des Verfahrens und der Auswahl der Reaktanden, z.B. der Zusammenstellung des Puffers nicht auf die Enzyme Rücksicht genommen werden.As already explained above, the method according to the invention has various advantages over the methods of the prior art. It has the advantage over the known enzymatic methods that no enzymes have to be used, which saves costs. In addition, when carrying out the process and selecting the reactants, e.g. the enzymes are not taken into account in the composition of the buffer.
Im Gegensatz zu enzymatischen Methoden können auch Heteroduplexe verwendet werden, für die keine Enzyme verfügbar sind, wie z.B. bei DNA-RNA- oder DNA-PNA- Duplexe. Im Gegensatz zu SSP können viele Proben parallel getestet werden, ohne dass es zu einer Kreuzreaktion kommt, wie es bei vielen Primer-Pärchen im gleichen Ansatz der Fall ist.In contrast to enzymatic methods, heteroduplexes for which no enzymes are available can also be used, e.g. for DNA-RNA or DNA-PNA duplexes. In contrast to SSP, many samples can be tested in parallel without a cross reaction, as is the case with many primer pairs in the same approach.
Im Gegensatz zur stringenten Hybridisierung können viele verschiedene Probenkomplexe in einem Ansatz diskriminiert werden. Die Stringenz wird für jeden Probenkomplex quasi über die Trennkraft des Referenzkomplex vorgegeben. Außerdem sind, anders als bei der stringenten Hybridisierung, keine Waschungen mit Temperatur- oder Salzgradienten notwendig. Die Erfindung wird durch die Figuren und folgenden Beispiele erläutert.In contrast to stringent hybridization, many different sample complexes can be discriminated in one approach. The stringency is specified for each sample complex via the separating force of the reference complex. In addition, unlike stringent hybridization, no washes with temperature or salt gradients are necessary. The invention is illustrated by the figures and the following examples.
Fig. 1 zeigt dabei das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei auf eine beidseitig immobilisierte Verkettung aus Rezeptoroligonucleotid-Analytnucleinsäure und Sondenoligonucleotid eine Kraft ausgeübt wird. Die beiden Möglichkeiten für die Trennung des Komplexes sind gezeigt.1 shows the principle of the method according to the invention, a force being exerted on a chain of receptor oligonucleotide analyte nucleic acid and probe oligonucleotide which is immobilized on both sides. The two options for separating the complex are shown.
Fig. 2 zeigt zwei Beispiele für die Verkettung eines Wildtyprezeptors mit Analytnucleinsäure und Sondenoligonucleotid und eines eine Mutation aufweisenden Rezeptors mit Analytnucleinsäure und Sondenoligonucleotid.Figure 2 shows two examples of the concatenation of a wild type receptor with analyte nucleic acid and probe oligonucleotide and a mutant receptor with analyte nucleic acid and probe oligonucleotide.
Fig. 3 zeigt die verschiedenen Möglichkeiten für Kopplung der Komponenten Rezeptoroligonucleotid, Analytnucleinsäure und Sondenoligonucleotid.3 shows the different possibilities for coupling the components receptor oligonucleotide, analyte nucleic acid and probe oligonucleotide.
Fig. 4 zeigt verschiedene Möglichkeiten der Kopplung und der Immobilisierung der Komponenten4 shows various possibilities for coupling and immobilizing the components
Figur 5 zeigt den Fluoreszenzscan eines Spots, der auf einen Stempel übertragen wurde (Bsp.2)FIG. 5 shows the fluorescence scan of a spot which was transferred to a stamp (Example 2)
Figur 6 zeigt das Verhältnis der Fluoreszenzintensitäten bei zwei auf den Stempel übertragenen Spots. Mismatch (links) und Perfect Match (rechts). (Bsp. 3)FIG. 6 shows the ratio of the fluorescence intensities for two spots transferred to the stamp. Mismatch (left) and Perfect Match (right). (Ex. 3)
Figur 7 zeigt ein Histogramm der Verhältnisse der Fluoreszenzintensitäten für Mismatch- Spots und Perfect-Match-Spots (Bsp.3).FIG. 7 shows a histogram of the ratios of the fluorescence intensities for mismatch spots and perfect match spots (Ex. 3).
Figur 8 zeigt das Hybridisierungsschema der bei Beispiel 4 verwendeten Oligonukleotide.FIG. 8 shows the hybridization scheme of the oligonucleotides used in Example 4.
Figur 9 zeigt bei der Ausführungsform von Beispiel 4 oben den Übertrag eines PM-Spots und eines MM-Spots auf den Stempel; unten sind PM- und MM-Spot auf dem Objektträger nach dem Stempeln abgebildet; daneben sind die jeweiligen Histogramme zu sehen. In Figur 3 sind die folgenden fünf Varianten dargestellt.FIG. 9 shows the transfer of a PM spot and an MM spot to the stamp in the embodiment of example 4 above; below, PM and MM spots are shown on the slide after stamping; the respective histograms can also be seen. The following five variants are shown in FIG.
Bei Variante 1 ist das Rezeptoroligonucleotid an einer Unterlage immobilisiert. Es hybridisiert mit der Analytnucleinsäure. Die Analytnucleinsäure weist an ihrem anderen Ende eine spezifisch bindefähige Gruppierung auf, die mit dem entsprechenden Bindepartner umgesetzt wird. Der Bindepartner hat eine Bindungsstelle, die an einen Stempel binden kann. Durch den Kopplungsschritt wird der Bindepartner an dem Stempel immobilisiert, so dass sich eine Verkettung bildet, auf die eine Zugkraft ausgeübt werden kann.In variant 1, the receptor oligonucleotide is immobilized on a support. It hybridizes with the analyte nucleic acid. At its other end, the analyte nucleic acid has a specifically bindable grouping which is reacted with the corresponding binding partner. The binding partner has a binding site that can bind to a stamp. Through the coupling step, the binding partner is immobilized on the stamp, so that a chain is formed on which a tensile force can be exerted.
In Variante 2 wird ein Bindepartner an einer Oberfläche immobilisiert und mit dem spezifisch damit bindenden Partner, der an einer Analytnucleinsäure vorhanden ist, umgesetzt. Die über das spezifisch bindende Paar an der Oberfläche immobilisierte Analytnucleinsäure wird mit einem Rezeptoroligonucleotid in Kontakt gebracht, das an seinem anderen Ende eine Gruppe aufweist, die an eine Oberfläche binden kann. Durch Bindung des Re- zeptoroligonucleotids an die Oberfläche entsteht wiederum eine Verkettung, auf die eine Zugkraft ausgeübt werden kann.In variant 2, a binding partner is immobilized on a surface and reacted with the specifically binding partner that is present on an analyte nucleic acid. The analyte nucleic acid immobilized on the surface via the specific binding pair is brought into contact with a receptor oligonucleotide which has at its other end a group which can bind to a surface. Binding of the receptor oligonucleotide to the surface in turn creates a chain on which a tensile force can be exerted.
In Variante 3 wird über ein spezifisch bindendes Paar eine Analytnucleinsäure gebunden. An einer zweiten Oberfläche wird ein Rezeptoroligonucleotid immobilisiert. Beide Oberflächen werden dann so miteinander in Kontakt gebracht, dass die komplementären Nucleotide von Rezeptoroligonucleotid und Analytnucleinsäure hybridisieren können. Auf die gebildete Verkettung kann dann wieder eine Kraft ausgeübt werden.In variant 3, an analyte nucleic acid is bound via a specifically binding pair. A receptor oligonucleotide is immobilized on a second surface. Both surfaces are then brought into contact so that the complementary nucleotides of receptor oligonucleotide and analyte nucleic acid can hybridize. A force can then be exerted on the chain formed.
Bei Variante 4 wird ein Rezeptoroligonucleotid an einer Oberfläche immobilisiert und mit einer Analytnucleinsäure so in Kontakt gebracht, dass eine Hybridisierung stattfinden kann. Die Analytnucleinsäure weist an ihrem anderen Ende einen Partner eines spezifisch bindenden Paares auf. Der andere Partner dieses spezifisch bindenden Paares ist an einer zweiten Oberfläche immobilisiert. Die beiden Oberflächen werden dann so miteinander in Kontakt gebracht, dass es zur Bindung des spezifisch bindenden Paares kommt. Auf diese Weise entsteht wieder eine Verkettung, auf die dann eine Kraft ausgeübt werden kann. In der letzten Variante Nr. 5 ist ein Rezeptoroligonucleotid an einer Oberfläche immobilisiert und wird mit der Analytnucleinsäure in Kontakt gebracht, so dass komplementäre Nucleotide miteinander hybridisieren können. An einer zweiten Oberfläche ist ein spezifisch bindendes Paar immobilisiert. Sowohl der nicht immobilisierte zweite Partner des spezifisch bindenden Paares als auch die Analytnucleinsäure weisen jeweils eine Bindungsstelle auf, die miteinander reagieren kann. Wenn diese beiden Gruppen miteinander reagiert haben, kommt wieder eine Verkettung zustande, auf die wiederum Zug ausgeübt werden kann.In variant 4, a receptor oligonucleotide is immobilized on a surface and brought into contact with an analyte nucleic acid in such a way that hybridization can take place. The analyte nucleic acid has a partner of a specific binding pair at its other end. The other partner of this specific binding pair is immobilized on a second surface. The two surfaces are then brought into contact with one another in such a way that the specifically binding pair is bound. This creates a chain again, on which a force can then be exerted. In the last variant no. 5, a receptor oligonucleotide is immobilized on a surface and is brought into contact with the analyte nucleic acid so that complementary nucleotides can hybridize with one another. A specific binding pair is immobilized on a second surface. Both the non-immobilized second partner of the specific binding pair and the analyte nucleic acid each have a binding site that can react with one another. When these two groups have reacted with each other, a chaining occurs again, on which tension can be exerted.
Die beiden Partner des spezifisch bindenden Paares sind in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zwei komplementäre Nucleinsäuresträn- ge, die einen Referenzkomplex bilden. Die Nucleinsäurestränge werden dabei so vorgesehen, dass sie sich bezüglich der freien Basenpaarungsenergie und der Anzahl der Mismatches in vorbestimmter Weise von dem Probenkomplex unterscheiden oder gegebenenfalls bezüglich der freien Basenpaarungsenergie und Anzahl der Mismatches identisch sind.In a preferred embodiment of the method according to the invention, the two partners of the specifically binding pair are two complementary nucleic acid strands which form a reference complex. The nucleic acid strands are provided in such a way that they differ in a predetermined manner from the sample complex in terms of the free base pairing energy and the number of mismatches or, if appropriate, are identical in terms of the free base pairing energy and number of mismatches.
Es ist auch möglich, statt der Nucleinsäurestränge ein anderes spezifisch bindendes Paar als Referenzkomplex zu verwenden, wobei dieses spezifisch bindende Paar so ausgewählt wird, dass die Bindungskraft vorbestimmt ist und der Bindungskraft des Probekomplexes möglichst nahe kommt. Verfahren zur Bestimmung der freien Basenpaarungsenergie oder der Bindungskraft eines spezifisch bindenden Paares sind bekannt und werden in der Literatur beschrieben.It is also possible to use another specific binding pair as a reference complex instead of the nucleic acid strands, this specific binding pair being selected in such a way that the binding force is predetermined and comes as close as possible to the binding force of the sample complex. Methods for determining the free base pairing energy or the binding force of a specific binding pair are known and are described in the literature.
Besonders bevorzugt werden Probe- und Referenzkomplex so ausgewählt, dass sich die freie Basenpaarungsenergie ΔG möglichst wenig unterscheidet. Eine zuverlässige Bestimmung ist nicht mehr möglich, wenn die freie Basenpaarungsenergie von Probekomplex und Referenzkomplex sich um mehr als 40 kcal/mol unterscheidet. Bevorzugt unterscheidet sich die freie Basenpaarungsenergie von Probe- und Referenzkomplex um nicht mehr als 20 kcal/mol. Besonders gute Ergebnisse werden erhalten, wenn der Unterschied von Probe- und Referenzkomplex < 4 kcal/mol ist. Proben zur Bestimmung der freien Basenpaarungsenergie von Nucleinsäureduplices sind bekannt. Ein Verfahren wird beispielsweise in K.J. Breslauer, R. Frank, H. Blöcker und L.A. Markie "Predicting DNA Duplexes Stability From The Base Sequence", Proc. Natl. Acad. Sei. USA, Bd. 83, Seiten 3746-3750, 1986, beschrieben.The sample and reference complex are particularly preferably selected such that the free base pairing energy ΔG differs as little as possible. A reliable determination is no longer possible if the free base pairing energy of the sample complex and reference complex differs by more than 40 kcal / mol. The free base pairing energy of the sample and reference complex preferably differs by no more than 20 kcal / mol. Particularly good results are obtained if the difference between the sample and reference complex is <4 kcal / mol. Samples to determine the free base pairing energy of nucleic acid duplexes are known. One method is described, for example, in KJ Breslauer, R. Frank, H. Blöcker and LA Markie "Predicting DNA Duplexes Stability From The Base Sequence", Proc. Natl. Acad. Be. USA, vol. 83, pages 3746-3750, 1986.
Die folgenden Definitionen werden bei der Beschreibung der Beispiele verwendet.The following definitions are used in describing the examples.
Rezeptoroligo: Oligo, der mit dem Anaiyten einen Probenkomplex ausbildet Sondenoligo: Oligo, der mit dem Anaiyten oder dem Referenzstrang einen Referenzkomplex ausbildetReceptor oligo: Oligo, which forms a sample complex with the analyte. Probe oligo: Oligo, which forms a reference complex with the analyte or the reference strand
Analyt: Oligo, PCR-Produkt oder andere Nukleinsäuren, auf denen ein Polymorphismus oder eine Mutation nachgewiesen werden soll. Probengemisch: Substanzgemisch, das den Anaiyten enthältAnalyte: oligo, PCR product or other nucleic acids on which a polymorphism or a mutation is to be detected. Sample mixture: substance mixture that contains the analyte
Fehlpaarung: Basenpaar in einem Duplex, das keine spezifische Basenpaarung ausbildet Trennkraft: Kraft, die an einer Verkettung auftritt, unmittelbar bevor diese durch eine angelegte Zugkraft getrennt wirdMismatch: Base pair in a duplex that does not form a specific base pair. Separation force: Force that occurs on a chain immediately before it is separated by an applied tensile force
Bindungspartner: Partner eines spezifisch bindenden Paares Wildtyp: ursprünglicher, bzw. von Mutante abweichende Form der Probensequenz Mutation: veränderte, bzw. vom Wildtyp abweichende Form der Probensequenz, die zu einer Veränderung der Trennkraft des Probekomplexes führtBinding partner: partner of a specific binding pair wild type: original, or mutant form of the sample sequence mutation: changed or wild type of the sample sequence, which leads to a change in the separating force of the sample complex
Beispiel 1example 1
Bei dem folgenden Ausführungsbeispiel handelt es sich um den Nachweis einer möglicherweise vorhandenen Einzelbasenvariation (G→C) an einer bekannten Basenposition auf genomischer DNA.The following embodiment is the detection of a possible single base variation (G → C) at a known base position on genomic DNA.
Von genomischer DNA wird durch PCR ein Amplikon (Probenmolekül entspricht Analytnucleinsäure) hergestellt. Dabei flankiert das Primerpaar (Primer jeweils mit 18 Nukleoti- den) eine Sequenz von 30 Basenpaaren, die die Stelle mit dem möglichen Basenaus- tausch enthält. Primer 1 , der an den nicht-codogenen Strang der genomischen DNA hybridisiert und zur Kopie des codogenen Strangs verlängert wird, ist mit einem Cy3- Molekül markiert.An amplicon of genomic DNA is produced by PCR (sample molecule corresponds to analyte nucleic acid). The pair of primers (primer each with 18 nucleotides) flanked a sequence of 30 base pairs, which identified the site with the possible base exchange contains. Primer 1, which hybridizes to the non-codogenic strand of the genomic DNA and is extended to copy the codogenic strand, is labeled with a Cy3 molecule.
Auf einem mit kovalent angebundenem Streptavidin beschichteten Objektträger werden auf zwei getrennten Spots von je 1 mm2 jeweils ca. 100 femtoMol eines von zwei verschiedenen Rezeptoroligos angebunden.Approx. 100 femtoMol of one of two different receptor oligos are bound on two separate spots of 1 mm 2 each on a slide coated with covalently bound streptavidin.
Die die Spots umgebende frei gebliebenen Streptavidinfläche der Beschichtung wird mit einem biotinylierten Poly-A-Oligo von 15bp Länge abgesättigt.The free streptavidin surface of the coating surrounding the spots is saturated with a biotinylated poly-A-oligo of 15 bp length.
Bei dem Wildtyp-Rezeptor (RezWτ) handelt es sich um ein 28 Nukleotide langes DNA- Oligo, das am 5'-Ende mit Biotin modifiziert ist, womit es an die Streptavidinoberfläche angebunden wird. Die Basen 1-10 dienen als Poly-A-Spacer. Die Basen 11 -28 (Alle Basen in 5'- 3'-Richtung gezählt) stellen die Rezeptorsequenz von RezWτ dar. Dieser Sequenzabschnitt ist komplementär zu den Basen 30 bis 48 des amplifizierten codogenen Strangs der genomischen DNA in der nicht-mutierten Form.The wild-type receptor (Rez W τ) is a 28 nucleotide-long DNA oligo that is modified at the 5 'end with biotin, whereby it is bound to the streptavidin surface. Bases 1-10 serve as poly-A spacers. Bases 11-28 (all bases counted in the 5'-3 'direction) represent the receptor sequence of Rez W τ. This section of the sequence is complementary to bases 30 to 48 of the amplified codogenic strand of the genomic DNA in the non-mutated form ,
Bei dem Mutanten-Rezeptor (RezM) handelt es sich um ein 28 Nukleotide langes Oligo, das am 5'-Ende mit Biotin modifiziert ist, womit es an der Streptavidinoberfläche angebunden wird. Die Basen 1-10 dienen als Poly-A-Spacer. Die Basen 11 -28 stellen die Rezeptorsequenz von RezM dar. Dieser Sequenzabschnitt ist komplementär zu Basen 30 bis 48 des codogenen Strangs der mutierten Form der genomischen DNA, die sich von der nicht mutierten Form bei Base 19 unterscheidet, an der ein C gegen ein G ausgetauscht ist. RezM ist somit vollständig komplementär zu einer Mutanten-DNA, bei der bei Base 39 ein G gegen ein C ausgetauscht ist.The mutant receptor (Rez M ) is a 28 nucleotide long oligo which is modified at the 5 'end with biotin, with which it is bound to the streptavidin surface. Bases 1-10 serve as poly-A spacers. Bases 11-28 represent the receptor sequence of Rez M. This sequence section is complementary to bases 30 to 48 of the codogenic strand of the mutant form of genomic DNA, which differs from the non-mutated form at base 19, in which a C against a G is exchanged. Rez M is therefore completely complementary to a mutant DNA in which a G is replaced by a C at base 39.
Die Probe mit den Cy3-markierten Probenmolekülen, die eine Kopie des codogenen Strang darstellen, wird durch Kochen denaturiert und durch Kühlen auf Eis am Rehybridisieren gehindert. Zum Probengemisch wird der Sondenoligo (Sonde) gegeben. Dabei handelt es sich um ein DNA-Oligo von 28bp Länge. Die Sonde ist an ihrern 5'-Ende mit einem Cy5-Molekül und an ihrem 3'-Ende mit einem Biotin markiert. Die Basen 1-18 stellen die Sondensequenz dar und sind komplementär zu den Basen 18-1 des Probenmoleküls, welche die Referenzsequenz darstellen.The sample with the Cy3-labeled sample molecules, which are a copy of the codogenic strand, is denatured by boiling and prevented from re-hybridizing by cooling on ice. The probe oligo (probe) is added to the sample mixture. This is a 28-bp DNA oligo. The probe is at its 5 'end with a Cy5 molecule and labeled at its 3 'end with a biotin. Bases 1-18 represent the probe sequence and are complementary to bases 18-1 of the sample molecule, which represent the reference sequence.
Die mit der Sonde versetzte Probe wird nun in 5 x SSC-Puffer zur Hybridisierung auf die Rezeptor-Spots des geblockten Objekträger gegeben. Nach einer Inkubation von 30min bei RT wird mit 1 x SSC gewaschen und mit 1 x SSC überschichtet.The probe-added sample is then placed in 5 x SSC buffer for hybridization on the receptor spots of the blocked slide. After an incubation of 30 min at RT, the mixture is washed with 1 x SSC and covered with 1 x SSC.
Durch die Hybridisierung kommt es zur Ausbildung von Probenkomplex und Referenzkomplex, wie in Figur2 dargestellt, wobei die Verkettung über den Rezeptor an den Objektträger angebunden ist.The hybridization leads to the formation of the sample complex and the reference complex, as shown in FIG. 2, the concatenation being linked to the slide via the receptor.
Ein mit Streptavidin beschichteter, mikrostrukturierter PDMS-Stempel wird nun unter 10OmM NaCl-Puffer auf den Bereich der Rezeptorspots mit den immobilisierten Verkettungen aufgedrückt. Dabei kommt es zur Anbindung der biotinylierten Sondenoligos an den Stempel, bzw. zur Kopplung der Verkettungen zwischen Stempel und Objektträger. Der Stempel wird nach 30min von dem Objekträger getrennt, wobei es zur Lösung der Verkettungen durch Trennung jeweils eines Komplexes kommt. Zu beachten ist, dass dieser Vorgang auf jedem Spot an sehr vielen (-100 fMol) Verkettungen simultan ausgeführt wird.A microstructured PDMS stamp coated with streptavidin is now pressed onto the area of the receptor spots with the immobilized chains under 10OmM NaCl buffer. This involves connecting the biotinylated probe oligos to the stamp or coupling the linkages between the stamp and the slide. The stamp is separated from the specimen slide after 30 minutes, the linkages being separated by separating one complex at a time. It should be noted that this process is carried out simultaneously on very many (-100 fMol) chains on each spot.
Der Stempel wird nun in einem Fluoreszenzscanner hinsichtlich der Marker Cy3 und Cy5 ausgewertet. Die auf den Stempel übertragenen Sondenoligos und Probenmoleküle können so quantifiziert werden. Die von den Spots auf eine bestimmte Fläche des Stempels übertragene Menge an Cy5 wird mit der auf die gleiche Fläche übertragenen Menge Cy3 ins Verhältnis gesetzt. Die für die beiden Spots erhaltenen Quotienten werden miteinander verglichen.The stamp is now evaluated in a fluorescence scanner with regard to the markers Cy3 and Cy5. The probe oligos and sample molecules transferred to the stamp can thus be quantified. The amount of Cy5 transferred from the spots to a specific area of the stamp is related to the amount Cy3 transferred to the same area. The quotients obtained for the two spots are compared with one another.
Entsprechend der Formel Q = (n θp - nPro- )/ nPr0- (vgl. unten) erhält man: Für den Spot von Rez τ: Qwτ= (n(Cy5 τ) - n(Cy3Wτ)) / n(Cy3Wτ) Für den Spot von RezM: QM= (n(Cy5M) - n(Cy3rvi)) / n(Cy3M) Anhand der von dem Stempel ermittelten Quotienten lassen sich nun zwei Fälle unterscheiden:According to the formula Q = (n θ p - n Pro ) / n Pr0- (see below) one obtains: For the spot of Rez τ : Qwτ = (n (Cy5 τ) - n (Cy3 W τ)) / n (Cy3 W τ) For the spot of Rez M : Q M = (n (Cy5 M ) - n (Cy3rvi)) / n (Cy3 M ) On the basis of the quotients determined by the stamp, two cases can now be distinguished:
Fall 1)Case 1)
Das Probemolekül liegt in Wildtyp-Form vor (kein Austausch von G nach C an Base 39).The sample molecule is in wild-type form (no exchange from G to C at base 39).
Der Probenkomplex aus RezWτ und dem Probenmolekül ist vollständig gepaart (PerfectThe sample complex from Rez W τ and the sample molecule is completely paired (Perfect
Match = PM).Match = PM).
Der Probenkomplex aus RezM und dem Probenmolekül weist an Base 39 eine Einzelba- senfehlpaarung zwischen G und G auf (Mismatch = MM).The sample complex consisting of Rez M and the sample molecule has a base mismatch between G and G at base 39 (mismatch = MM).
Die Trennkraft für den Probenkomplex von RezWτ ist folglich größer als die Trennkraft für den Probenkomplex von RezM:The separation force for the sample complex from Rez W τ is therefore greater than the separation force for the sample complex from Rez M :
F* Pra(Rezwτ) > F* Pra(RezM)F * Pra (Rezwτ)> F * Pra (Rez M )
Man erhält Q > QMOne obtains Q > QM
Bei QWT > QM kann also auf den Wildtyp geschlossen werdenWith Q W T> Q M the wild type can be concluded
Fall 2)Case 2)
Das Probemolekül liegt in der Mutanten-Form vor (An Base 39 wurde G nach C ausgetauscht).The sample molecule is in the mutant form (G was exchanged for C at base 39).
Der Probenkomplex aus Rez T und dem Probenmolekül weist an Base 39 eine Einzelba- senfehlpaarung zwischen C und C auf (Misn atch = MM).The sample complex consisting of Rez T and the sample molecule has a base mismatch between C and C at base 39 (misnatch = MM).
Der Probenkomplex aus Rez und dem Probenmolekül ist vollständig gepaart (Perfect Match = PM).The sample complex from Rez and the sample molecule is completely paired (Perfect Match = PM).
Die Trennkraft für den Probenkomplex von RezWτ ist kleiner als die Trennkraft für den Probenkomplex von RezM: F* Pra(RezWτ) < F* Pra(RezM)The separation force for the sample complex of Rez W τ is smaller than the separation force for the sample complex of Rez M : F * Pra (Rez W τ) <F * Pra (Rez M )
Man erhält Q < QM One obtains Q <Q M
Bei QWT < QM kann also auf die Mutante geschlossen werden. Beispiel 2If QWT <QM, the mutant can be concluded. Example 2
SNP-Typinq auf OliqonukleotidenSNP type on oligonucleotides
Bei diesem Beispiel wurden zwei Probesequenzen mit Längen von 14 bzw. 16 Nukleotiden hinsichtlich eines Einzelbasenaustauschs untersucht.In this example, two sample sequences with lengths of 14 and 16 nucleotides were examined for a single base exchange.
Bei den Probemolekülen handelte es sich um Oligonukleotide, die von 5' nach 3' aus folgenden Sequenzbestandteilen aufgebaut waren:The sample molecules were oligonucleotides which were built up from 5 'to 3' from the following sequence components:
Einer Referenzsequenz von 16 bzw. 14 Nukleotiden, einer internen Spacersequenz von 16 bzw. 20 Nukleotiden, einer Probensequenz mit 16 bzw. 14 Nukleotiden und einer ter- minalen Spacersequenz von 4 Nukleotiden. Probesequenz und Referenzsequenz waren zueinander revers.A reference sequence of 16 or 14 nucleotides, an internal spacer sequence of 16 or 20 nucleotides, a sample sequence with 16 or 14 nucleotides and a terminal spacer sequence of 4 nucleotides. Sample sequence and reference sequence were reversed to each other.
Die Rezeptoren bestanden aus einem am 5'-Ende konjugierten Amino-C12-Linker, einem Spacer aus 10 Nukleotiden ohne spezifische Bindungsfunktion (hier 10x Adenin) sowie aus einer ausgewählten Rezeptorsequenz mit einer Länge von 16 bzw. 14 Nukleotiden.The receptors consisted of an amino-C12 linker conjugated at the 5 ' end, a spacer of 10 nucleotides without specific binding function (here 10x adenine) and a selected receptor sequence with a length of 16 or 14 nucleotides.
Passend zu zwei verschiedenen Wildtyp-Rezeptorsequenzen mit Längen von 14 und 16 Nukleotiden wurden Rezeptoren mit jeweils einem Basenaustausch zusammen gestellt. In der 14mer Probesequenz wurde das Cytosin an Position 7 durch Adenin ersetzt. In der 16mer-Probensequenz wurde Cytosin an Position 12 durch Adenin ersetzt.To match two different wild-type receptor sequences with lengths of 14 and 16 nucleotides, receptors with a base exchange were put together. In the 14mer sample sequence, the cytosine at position 7 was replaced by adenine. In the 16mer sample sequence, cytosine at position 12 was replaced by adenine.
Die Sondenoligos bestanden aus einem am 5'-Ende konjugierten Cy5-Molekül, einem Spacer aus 4 Nukleotiden ohne spezifische Bindungsfunktion (4x Adenin) sowie aus einer Sequenz, die zur Referenzsequenz komplementär war (16 bzw. 14 Nukleotide), sowie einem weiteren Spacer (10xAdenin) mit einer 3'-terminalen Biotingruppe. Der Aufbau der Verkettungen des 16mer-Probemoleküls:The probe oligos consisted of a Cy5 molecule conjugated at the 5 ' end, a spacer of 4 nucleotides with no specific binding function (4x adenine) and a sequence that was complementary to the reference sequence (16 or 14 nucleotides), as well as a further spacer ( 10x adenine) with a 3'-terminal biotin group. The structure of the chains of the 16-mer sample molecule:
PM1SPM1S
5 ' NH2 -C12-AAA AAA AAA A- gtgt gggg aggc tttg5 'NH2 -C12-AAA AAA AAA A- gtgt gggg aggc tttg
3' Cy3-GATC- c iamca c icmcc t icmcg a iamac GTCG GATC CTAG GCTG caaa gcct ccco acac 5'3 'Cy3-GATC- c iamca c icmcc t icmcg a iamac GTCG GATC CTAG GCTG caaa gcct ccco acac 5'
5' Cy5-AAAA-gitmtt cigmga gigmgg tigmtg -AAAAAAAAAA-Bio5 'Cy5-AAAA-gitmtt cigmga gigmgg tigmtg -AAAAAAAAAA-Bio
MM16MM16
5 ' HH2 -C12-AAA AAA AAA A- gtgt gggg agga tttg i m i m ι ι iχ i m5 'HH2 -C12-AAA AAA AAA A-gtgt gggg agga tttg imim ι ι i χ im
3' Cy3-GATC- caca cccc tccg aaac GTCG GATC CTAG GCTG caaa gcct cccc acac 5'3 'Cy3-GATC- caca cccc tccg aaac GTCG GATC CTAG GCTG caaa gcct cccc acac 5'
5' Cy5-AAAA-gitmtt cigmga gigmgg tigmtg -AAAAAAAAAA-Bio5 'Cy5-AAAA-gitmtt cigmga gigmgg tigmtg -AAAAAAAAAA-Bio
Der Aufbau der Verkettungen des 14mer-Probemoleküls:The structure of the chains of the 14mer sample molecule:
PM14PM14
5 ' NH2 -C12-AAAAAAAAAA- eggt gccg tatg ga5 'NH2 -C12-AAAAAAAAAA- eggt gccg tatg ga
3' Cy3-GATC g icmca e igmge a itmac e nt TC TCAG GATC CTAG GACT CT tc cata egge aeeg 5'3 'Cy3-GATC g icmca e igmge a itmac e nt TC TCAG GATC CTAG GACT CT tc cata egge aeeg 5'
5 ' Cy5 -AAAA-a ιgι g itmat g iemcg t igmgc-AAAAAAAAAA-Bio 3 '5 'Cy5 -AAAA-a ιgι g itmat g iemcg t igmgc-AAAAAAAAAA-Bio 3'
MM14 tatg ga aitmac ent TC TCAG GATC CTAG GACT CT tc cata egge accg 5'MM14 tatg ga aitmac ent TC TCAG GATC CTAG GACT CT tc cata harrow accg 5 '
5' Cy5-AAAA-aιgι gitmat gicmcg tigmgc-AAAAAAAAAA-Bio 3'5 'Cy5-AAAA-aιgι gitmat gicmcg tigmgc-AAAAAAAAAA-Bio 3'
Anbindung der Rezeptoroligonukleotide:Connection of the receptor oligonucleotides:
0,5 μl einer 10 μM Oligo-Lösung wurden in 0,1 M NaCI auf einen mit Epoxysilan beschichteten Objektträger gespottet und über Nacht in einer feuchten Kammer inkubiert. Anschließend wird 2 x 5 Minuten in 1 x SSC-T (T ist Zusatz von 0,05 % Tween-20) und 2 x 2 Minuten in dest. Wasser gewaschen und mit einem Stickstoffstrom getrocknet.0.5 μl of a 10 μM oligo solution was spotted in 0.1 M NaCl on a slide coated with epoxysilane and incubated overnight in a moist chamber. Then 2 x 5 minutes in 1 x SSC-T (T is addition of 0.05% Tween-20) and 2 x 2 minutes in dist. Washed water and dried with a stream of nitrogen.
Hybridisierung:hybridization:
Die Spots der Wildtyp- und Mutanten-Rezeptoren wurden 30 Minuten mit einem Gemisch aus Cy3-markierten Probenmolekül und Cy5-markierten Sondenoligo in einer Konzentration von 0,5 μM in 5xSSC, 0,05 % Tween-20 inkubiert.The spots of the wild-type and mutant receptors were incubated for 30 minutes with a mixture of Cy3-labeled sample molecule and Cy5-labeled probe oligo in a concentration of 0.5 μM in 5xSSC, 0.05% Tween-20.
Durch die Hybridisierung kam es zur Ausbildung des Probenkomplexes und des Referenzkomplexes, wie oben dargestellt, wobei die Verkettung über den Rezeptor an den Objektträger angebunden ist. Im Anschluss an die Hybridisierung wurden die Objektträ- ger 2 x 2 Minuten mit 5 x SSC-T, 2 x 2 Minuten mit 1 x SSC-T und 2 x 2 Minuten mit 0,2 x SSC-T gewaschen, kurz gewässert und im Stickstoffstrom getrocknet.The hybridization led to the formation of the sample complex and the reference complex, as shown above, the chain being linked to the slide via the receptor. Following the hybridization, the slides were 2 x 2 minutes with 5 x SSC-T, 2 x 2 minutes with 1 x SSC-T and 2 x 2 minutes with 0.2 x SSC-T, briefly watered and dried in a stream of nitrogen.
Stempeln:Stamp:
Es wurde ein mikrostrukturierter Stempel aus PDMS (Polydimethylsiloxan) gefertigt. Die Strukturen bestanden dabei aus Stempelfüßchen von ca. 100 x 100 μm, die durch Vertiefungen von ca. 25μm Breite und einem μm Tiefe getrennt wurden. Hierzu wurde ein Ansatz aus einer 1 :10 Mischung von Vernetzungsreagenz und Silikonelastomer (Sylgard 184, Dow Corning) nach mehrfachem Entgasen auf einen entsprechend strukturierten Siliziumwafer gegossen und für 24h bei RT inkubiert. Nach der Polymerisierung wurde die strukturierte Oberfläche des Stempels bei 1 mbar in einem Plasmaofen für 60s einem H2O-Plasma ausgesetzt.A micro-structured stamp was made from PDMS (polydimethylsiloxane). The structures consisted of stamp feet of approx. 100 x 100 μm, which were separated by depressions approx. 25 μm wide and 1 μm deep. For this purpose, a mixture of a 1:10 mixture of crosslinking reagent and silicone elastomer (Sylgard 184, Dow Corning) was poured onto a correspondingly structured silicon wafer after multiple degassing and incubated for 24 hours at RT. After the polymerization, the structured surface of the stamp was exposed to H 2 O plasma at 1 mbar in a plasma furnace for 60 s.
Die oxidierte Oberfläche wurde mit 3% Aminosilan (3-Aminopropyldimethyl-ethoxysilan; ABCR, Karlsruhe) in 10% H2O und 87% Ethanol für 30min inkubiert. Die silanisierte Oberfläche wurde mit Reinstwasser gewaschen und mit Stickstoff trocken geblasen. An die Aminogruppen des Silans wurde ein bifunktionales PEG angebunden, dessen eines Ende über eine durch NHS aktivierte Carboxygruppe, das andere über eine Biotingruppe verfügte. 20μl einer Lösung mit 2mg/100μl NHS-PEG-Biotin (Shearwater, Huntsville) wurden unter einem Deckglas für 1h auf einem Stempel mit einer Fläche von 1cm2 inkubiert. Es wurde mit Reinstwasser gewaschen und mit Stickstoff trocken geblasen. Auf die nun biotinylierte Oberfläche wurde 0,1 mg/ml Streptavidin (Sigma) in PBS gegeben und für 30min inkubiert. Es wurde mit Reinstwasser gewaschen und mit Stickstoff trocken geblasen.The oxidized surface was incubated with 3% aminosilane (3-aminopropyldimethylethoxysilane; ABCR, Karlsruhe) in 10% H 2 O and 87% ethanol for 30 min. The silanized surface was washed with ultrapure water and blown dry with nitrogen. A bifunctional PEG was attached to the amino groups of the silane, one end of which had a carboxy group activated by NHS and the other end had a biotin group. 20 μl of a solution with 2 mg / 100 μl of NHS-PEG-Biotin (Shearwater, Huntsville) were incubated under a cover glass for 1 h on a stamp with an area of 1 cm 2 . It was washed with ultrapure water and blown dry with nitrogen. 0.1 mg / ml streptavidin (Sigma) in PBS was added to the now biotinylated surface and incubated for 30 min. It was washed with ultrapure water and blown dry with nitrogen.
Ein frisch präparierter Stempel und eine Unterlage wurden mit einer Lösung von 30mM NaCI unter einem Druck von 100g/cm2 auf die Spots gepreßt. Nach 30min wurde der Stempel abgehoben. Objektträger und Stempel wurden mit Reinstwasser gewaschen und mit Stickstoff trocken geblasen. Messung:A freshly prepared stamp and a base were pressed onto the spots with a solution of 30 mM NaCl under a pressure of 100 g / cm 2 . The stamp was lifted off after 30 minutes. Slides and stamps were washed with ultrapure water and blown dry with nitrogen. Measurement:
Der Stempel wurde in einem Fluoreszenzscanner (Axon, Genepix 4000 B) mit einer Ortsauflösung von 5μm hinsichtlich der Intensitäten von Cy3 (Anregung bei 532nm) und Cy5 (Anregung bei 635nm) vermessen.The stamp was measured in a fluorescence scanner (Axon, Genepix 4000 B) with a spatial resolution of 5 μm with regard to the intensities of Cy3 (excitation at 532 nm) and Cy5 (excitation at 635 nm).
Auswertung:Evaluation:
Der Fluoreszenzscan eines Spots, der auf den Stempel übertragen wurde, ist in Fig. 5 dargestellt.The fluorescence scan of a spot that was transferred to the stamp is shown in FIG. 5.
Die Intensitätsverteilungen für Cy3 und Cy5 der gesamten Spotfläche wurden ermitteltThe intensity distributions for Cy3 and Cy5 of the entire spot area were determined
I und in einem Histogramm dargestellt. In Fig 5 ist ein typisches Histogramm eines Spots für eine der beiden Markierungen abgebildet. Die Histogramme weisen zwei ausgeprägte Maxima auf. Das Maximum bei geringer Intensität entspricht dabei dem Fluoreszenzhintergrund (dunkles Gitter), das bei größerer Intensität dem eigentlichen Signal (helle Flächen).I and shown in a histogram. 5 shows a typical histogram of a spot for one of the two markings. The histograms have two distinct maxima. The maximum at low intensity corresponds to the fluorescence background (dark grid), that at higher intensity corresponds to the actual signal (light areas).
Für jeden Spot und für jede Markierung wurde die Differenz aus Signal und Hintergrund berechnet.The difference between signal and background was calculated for each spot and for each marker.
Im Gegensatz zu Experimentbeispiel 1 wurde hier nichtIn contrast to Experiment Example 1 was not here
Q = (n(Cy5) - n(Cy3) )/ n(Cy3) berechnet, sondern das Verhältnis V = n(Cy5) / n(Cy3). Es gilt V M (Mismatch) < VPM (Perfect Match), bzw. VMM / VPM < 1. Das Verhältnis V für jeden der 15 gemessenen Spots ist in Tabelle 1 aufgelistet. In Tabelle 2 wurden dann die Mittelwerte von V für 14- und 16-mer mit und ohne Mismatch berechnet. Schließlich wurden die Mittelwerte für Perfect Match und Mismatch (jeweils für 14- und 16-mer) miteinander ins Verhältnis gesetzt.Q = (n (Cy5) - n (Cy3)) / n (Cy3) calculated, but the ratio V = n (Cy5) / n (Cy3). VM (mismatch) <V PM (perfect match) or V MM / V PM <1 applies. The ratio V for each of the 15 measured spots is listed in Table 1. The mean values of V for 14- and 16-mer with and without mismatch were then calculated in Table 2. Finally, the mean values for Perfect Match and Mismatch (each for 14 and 16 mer) were compared.
Für beide untersuchte Probenmoleküle (14- und 16-mer) findet man VMM / VPM < 1 , was deutlich zeigt, dass sich PM und MM hier klar unterscheiden lassen. Tabelle 1V M M / V PM <1 is found for both examined sample molecules (14 and 16 mer), which clearly shows that PM and MM can be clearly distinguished here. Table 1
Tabelle 2 Table 2
Beispiel 3Example 3
SNP-Typinq auf OliqonukleotidenSNP type on oligonucleotides
Bei diesem Beispiel wurde eine Probesequenz von 16 Nukleotiden Länge hinsichtlich eines Einzelbasenaustauschs untersucht.In this example, a sample sequence of 16 nucleotides in length was examined for a single base exchange.
Bei dem Probemolekül handelte es sich um ein Oligonukleotid, das von 5' nach 3' aus folgenden Sequenzbestandteilen aufgebaut war:The sample molecule was an oligonucleotide that was built up from 5 'to 3' from the following sequence components:
Einer Referenzsequenz von 16 Nukleotiden, einer internen Spacersequenz von 16 Nukleotiden, einer Probensequenz mit 16 Nukleotiden und einer terminalen Spacersequenz von 4 Nukleotiden. Probesequenz und Referenzsequenz waren zueinander revers. Die Rezeptoren bestanden aus einer am 5'-Ende konjugierten Biotin-Gruppe, einem Spacer aus 10 Adeninen sowie aus einer ausgewählten Rezeptorsequenz mit einer Länge von 16 Nukleotiden. Passend zur Wildtyp-Rezeptorsequenz mit einer Länge von 16 Nukleotiden wurde ein mutierter Rezeptor mit einem Basenaustausch abgeleitet, bei dem Cytosin an Position 12 durch Adenin ersetzt wurde.A reference sequence of 16 nucleotides, an internal spacer sequence of 16 nucleotides, a sample sequence with 16 nucleotides and a terminal spacer sequence of 4 nucleotides. Sample sequence and reference sequence were reversed to each other. The receptors consisted of a biotin group conjugated at the 5 ' end, a spacer of 10 adenines and a selected receptor sequence with a length of 16 nucleotides. Matching the wild-type receptor sequence with a length of 16 nucleotides, a mutated receptor with a base exchange was derived, in which cytosine at position 12 was replaced by adenine.
Der Sondenoligo bestand aus einem am 5'-Ende konjugierten Cy5-Molekül, einem Spacer aus 4 Adeninen sowie aus einer Sequenz mit 16 Nukleotiden, die zur Referenzsequenz komplementär ist, sowie einem weiteren Spacer aus zehn Adeninen mit einer 3'- terminalen Biotingruppe.The probe oligo consisted of a Cy5 molecule conjugated at the 5 ' end, a spacer consisting of 4 adenines and a sequence with 16 nucleotides, which is complementary to the reference sequence, and a further spacer composed of ten adenines with a 3'-terminal biotin group.
Der Aufbau der Verkettungen des 16mer-Probemoleküls:The structure of the chains of the 16-mer sample molecule:
PM16PM16
5 ' Bio-AAAAAAAAAA- gtgt gggg aggc tttg5 'Bio-AAAAAAAAAA- gtgt gggg aggc tttg
3' Cy3-GATC- c iamca c iemec t iemeg a iamac GTCG GATC CTAG GCTG caaa gect ecec acac 5'3 'Cy3-GATC- c iamca c iemec t iemeg a iamac GTCG GATC CTAG GCTG caaa gect ecec acac 5'
5' Cy5-AAAA-gitmtt cigmga gigmgg tigmtg -AAAAAAAAAA-Bio5 'Cy5-AAAA-gitmtt cigmga gigmgg tigmtg -AAAAAAAAAA-Bio
MM16MM16
5' Bio-AAAAAAAAAA- gtgt gggg agga tttg5 'Bio-AAAAAAAAAA- gtgt gggg agga tttg
3' Cy3-GATC- ciamca cicmcc ticnc*g aiamac GTCG GATC CTAG GCTG caaa gcct ccce aeac 5'3 'Cy3-GATC- ciamca cicmcc ticnc * g aiamac GTCG GATC CTAG GCTG caaa gcct ccce aeac 5'
5' Cy5-AAAA-gitmtt cigmga gigmgg tigmtg -AAAAAAAAAA-Bio5 'Cy5-AAAA-gitmtt cigmga gigmgg tigmtg -AAAAAAAAAA-Bio
Anbindung der Rezeptoroligonukleotide:Connection of the receptor oligonucleotides:
Je 0,5 μl einer 1 μM SSC-Lösung der Rezeptoroligos wurden auf einen mit Streptavidin beschichteten Objektträger (Greiner Bio-One) gespottet und für 30min in einer feuchten Kammer inkubiert. Der Objektträger wurde 2 x 5 Minuten in 1 x SSC-T (T ist Zusatz von 0,05 % Tween-20) gewaschen und verbleibende Tropfen mit einem Stickstoffstrom entfernt (nicht getrocknet).0.5 μl portions of a 1 μM SSC solution of the receptor oligos were spotted on a slide coated with streptavidin (Greiner Bio-One) and incubated for 30 minutes in a moist chamber. The slide was washed 2 x 5 minutes in 1 x SSC-T (T is addition of 0.05% Tween-20) and the remaining drops were removed with a stream of nitrogen (not dried).
Blocken:Block:
Um die nach der Anbindung der Rezeptoroligos verbleibenden freien Streptavidinbin- dungsstellen mit Biotin abzusättigen, wurde der Objektträger mit einer 2μM Lösung eines biotinylierten DNA-Oligos (in 1x SSC, 1% Tween) bedeckt und 15min inkubiert. Es wurde 2 x 10 min mit 1 x SSC-T (T ist Zusatz von 0,05 % Tween-20) gewaschen und verbleibende Tropfen mit einem Stickstoffstrom entfernt (nicht getrocknet).In order to saturate the free streptavidin binding sites remaining after the binding of the receptor oligos with biotin, the slide was covered with a 2μM solution of a biotinylated DNA oligo (in 1x SSC, 1% Tween) and incubated for 15 min. It was Washed 2 x 10 min with 1 x SSC-T (T is addition of 0.05% Tween-20) and the remaining drops were removed with a stream of nitrogen (not dried).
Hybridisierung:hybridization:
Die Spots der Wildtyp- und Mutanten-Rezeptoren wurden 30 Minuten mit einem Gemisch aus Cy3-markiertem Probenmolekül (0,25μM) und Cy5-markiertem Sondenoligo (1 μM) in 5xSSC inkubiert.The spots of the wild-type and mutant receptors were incubated for 30 minutes with a mixture of Cy3-labeled sample molecule (0.25μM) and Cy5-labeled probe oligo (1 μM) in 5xSSC.
Durch die Hybridisierung kam es zur Ausbildung des Probenkomplexes und des Refe- renzkompiexes, wie oben dargestellt, wobei die Verkettung über den Rezeptoroligo an den Objektträger angebunden war. Es wurde 2 x 10 min mit 1 x SSC-T (T ist Zusatz von 0,05 % Tween-20) gewaschen und verbleibende Tropfen mit einem Stickstoffstrom entfernt (nicht getrocknet).The hybridization led to the formation of the sample complex and the reference complex, as shown above, the chain being linked to the slide via the receptor oligo. It was washed 2 × 10 min with 1 × SSC-T (T is addition of 0.05% Tween-20) and the remaining drops were removed with a stream of nitrogen (not dried).
Stempeln:Stamp:
Es wurde ein mikrostrukturierter Stempel aus PDMS (Polydimethylsiloxan) gefertigt. Die Strukturen bestanden dabei aus Stempelfüßchen von ca. 100 x 100 μm, die durch Vertiefungen von ca. 25μm Breite und einem μm Tiefe getrennt wurden. Hierzu wurde ein Ansatz aus einer 10:1 Mischung von Silikonelastomer (Sylgard 184, Dow Corning) und Vernetzungsreagenz nach mehrfachem Entgasen auf einen entsprechend strukturierten Sili- ziumwafer gegossen und für 24h bei RT inkubiert. Nach der Polymerisierung wurde die strukturierte Oberfläche des Stempel bei 1 mbar in einem Plasmaofen für 60s einem H2O- Plasma ausgesetzt.A micro-structured stamp was made from PDMS (polydimethylsiloxane). The structures consisted of stamp feet of approx. 100 x 100 μm, which were separated by depressions approx. 25 μm wide and 1 μm deep. For this purpose, a mixture of a 10: 1 mixture of silicone elastomer (Sylgard 184, Dow Corning) and crosslinking reagent was poured onto a correspondingly structured silicon wafer after repeated degassing and incubated for 24 hours at RT. After the polymerization, the structured surface of the stamp was exposed to H2O plasma at 1 mbar in a plasma oven for 60s.
Die oxidierte Oberfläche wurde mit 3% Aminosilan (3-Aminopropyldimethyl-ethoxysilan; ABCR, Karlsruhe) in 10% H2O und 87% Ethanol für 30min inkubiert. Die silanisierte O- berfläche wurde mit Reinstwasser gewaschen und mit Stickstoff trocken geblasen. An die Aminogruppen des Silans wurde ein bifunktionales PEG angebunden, dessen eines Ende über eine durch NHS aktivierte Carboxygruppe, das andere über eine Biotingruppe verfügte. 20μl einer Lösung mit 2mg/100μl NHS-PEG-Biotin (Shearwater Polymers, AL) wurden unter einem Deckglas für 1h auf einem Stempel mit einer Fläche von 1cm2 inku- biert. Es wurde mit Reinstwasser gewaschen und mit Stickstoff trocken geblasen. Auf die nun biotinylierte Oberfläche wurde 0,1 mg/ml Streptavidin (Sigma) in PBS gegeben und für 30min inkubiert. Es wurde mit Reinstwasser gewaschen und mit Stickstoff trocken geblasen.The oxidized surface was incubated with 3% aminosilane (3-aminopropyldimethylethoxysilane; ABCR, Karlsruhe) in 10% H2O and 87% ethanol for 30 minutes. The silanized surface was washed with ultrapure water and blown dry with nitrogen. A bifunctional PEG was attached to the amino groups of the silane, one end of which had a carboxy group activated by NHS and the other end had a biotin group. 20 μl of a solution with 2 mg / 100 μl of NHS-PEG-Biotin (Shearwater Polymers, AL) were incubated under a cover glass for 1 h on a stamp with an area of 1 cm 2 biert. It was washed with ultrapure water and blown dry with nitrogen. 0.1 mg / ml streptavidin (Sigma) in PBS was added to the now biotinylated surface and incubated for 30 min. It was washed with ultrapure water and blown dry with nitrogen.
Ein frisch präparierter Stempel und eine Unterlage wurden mit einer Lösung von 30mM NaCI unter einem Druck von 100g/cm2 auf die Spots gepreßt. Nach 30min wurde der Stempel abgehoben. Objektträger und Stempel wurden mit Reinstwasser gewaschen und mit Stickstoff trocken geblasen.A freshly prepared stamp and a base were pressed onto the spots with a solution of 30 mM NaCl under a pressure of 100 g / cm 2 . The stamp was lifted off after 30 minutes. Slides and stamps were washed with ultrapure water and blown dry with nitrogen.
Messung:Measurement:
Der Stempel wurde in einem Fluoreszenzscanner (Axon, Genepix 4000 B) mit einer Ortsauflösung von 5μm hinsichtlich der Intensitäten von Cy3 (Anregung bei 532nm) und Cy5 (Anregung bei 635nm) vermessen.The stamp was measured in a fluorescence scanner (Axon, Genepix 4000 B) with a spatial resolution of 5 μm with regard to the intensities of Cy3 (excitation at 532 nm) and Cy5 (excitation at 635 nm).
Auswertung:Evaluation:
Für beide Meßbilder wurde ein Fluoreszenzhintergrund ermittelt und subtrahiert. Die um den Hintergrund bereinigten Messbilder wurden weiterverarbeitet, indem durch Division für jeden Bildpunkt der Quotient der Fluoreszenzintensitäten (635nm/532nm) bestimmt wurde. Als Resultat wurde ein Quotienten-Bild der Fluoreszenzintensitäten erhalten, wie in Figur 6 für zwei Spots dargestellt.A fluorescence background was determined and subtracted for both measurement images. The measurement images adjusted for the background were processed further by determining the quotient of the fluorescence intensities (635nm / 532nm) for each pixel. As a result, a quotient image of the fluorescence intensities was obtained, as shown in Figure 6 for two spots.
Aus dem Quotientenbild wurden für die Flächen der Meßspots ein Histogramm der Intensitätsquotienten V (V = Intensität (Cy5) / Intensität (Cy3)) erstellt (Figur 7), wobei die Skalierung der Intensitätsquotienten willkürlich gewählt werden konnte.A histogram of the intensity quotients V (V = intensity (Cy5) / intensity (Cy3)) was created from the quotient image (FIG. 7), the scaling of the intensity quotients being arbitrary.
Die niedrigen Peaks im Histogramm entsprachen dabei den Stempelflächen (dunkle Rechtecke in Figur 6), die hohen Peaks den Vertiefungen des Stempels, auf die keine Fluorophore übertragen wurden (helles Gitter in Figur 6). Für alle Spots wurden die mittleren Intensitätsquotienten V (Maxima der niedrigen Peaks) bestimmt. Dann wurden V M (Mutante) und VPM (Wildtyp) miteinander ins Verhältnis gesetzt.The low peaks in the histogram corresponded to the stamp areas (dark rectangles in FIG. 6), the high peaks to the depressions in the stamp, to which no fluorophores were transferred (light grid in FIG. 6). The mean intensity quotients V (maxima of the low peaks) were determined for all spots. Then VM (mutant) and VPM (wild type) were compared.
Dabei war zu erwarten, dass: VMM (Mutante) < VPM (Wildtyp), bzw. VMM VPM < 1 • Für das vorliegende Beispiel wurde aus dem Histogramm (Figur 7) ermittelt: VMM PM = 124/154 = 0,81.It was to be expected that: VMM (mutant) <VPM (wild type) or VMM VPM <1 • For the present example, the histogram (FIG. 7) determined: VMM PM = 124/154 = 0.81.
Hiermit konnte der Unterschied von einer Einzelbasenfehlpaarung in einem Duplex von 16 Nukleotiden sicher nachgewiesen werden.The difference from a single base mismatch in a duplex of 16 nucleotides could be reliably detected.
Beispiel 4Example 4
SNP-Typing auf OliqonukleotidenSNP typing on oligonucleotides
Bei diesem Beispiel sollte eine Probesequenz von 20 Nukleotiden Länge auf einen möglichen Austausch eines einzelnen Guanins gegen ein Cytosin geprüft werden. Bei dem Pfobemolekül (Analyt) handelte es sich um ein Oligonukleotid mit einem am 5'- Ende konjugierten Cy5-Molekül, das von 5' nach 3' aus folgenden Sequenzbestandteilen aufgebaut war:In this example, a sample sequence of 20 nucleotides in length should be checked for a possible exchange of a single guanine for a cytosine. The Pfob molecule (analyte) was an oligonucleotide with a Cy5 molecule conjugated at the 5 ' end, which was constructed from 5' to 3 'from the following sequence components:
Einer Referenzsequenz von 20 Nukleotiden, einer internen Spacersequenz von 11 Nukleotiden, einer Probensequenz von 20 Nukleotiden und einer terminalen Spacersequenz von 5 Nukleotiden (hier 5 x Adenin). Probesequenz und Referenzsequenz waren zueinander revers.A reference sequence of 20 nucleotides, an internal spacer sequence of 11 nucleotides, a sample sequence of 20 nucleotides and a terminal spacer sequence of 5 nucleotides (here 5 x adenine). Sample sequence and reference sequence were reversed to each other.
Die Rezeptoren bestanden aus einem am 5'-Ende konjugierten Amino-C6-Linker, einem Spacer aus 10 Nukleotiden ohne spezifische Bindungsfunktion (hier 10x Adenin) sowie aus einer ausgewählten Rezeptorsequenz mit einer Länge von 20 Nukleotiden. Passend zur Wildtyp-Rezeptorsequenz (Rezeptor-PM) mit einer Länge von 20 Nukleotiden wurde ein mutierter Rezeptor (Rezeptor-MM) mit einem Basenaustausch abgeleitet, bei dem Guanin an Position 13 durch Cytosin ersetzt wurde.The receptors consisted of an amino-C6 linker conjugated at the 5 ' end, a spacer of 10 nucleotides without specific binding function (here 10x adenine) and a selected receptor sequence with a length of 20 nucleotides. Matched to the wild-type receptor sequence (receptor PM) with a length of 20 nucleotides derived a mutated receptor (receptor MM) with a base exchange in which guanine at position 13 was replaced by cytosine.
Der Sondenoligo bestand (in 5'-> 3' Richtung) aus einem Spacer aus 5 Nukleotiden (hier 5x Adenin) ohne spezifische Bindungsfunktion sowie aus einer Sequenz, die zur Referenzsequenz komplementär war (20 Nukleotide), sowie einem weiteren Spacer (10xAdenin) mit einer 3'-terminalen Biotingruppe.The probe oligo consisted (in 5 ' -> 3 ' direction) of a spacer of 5 nucleotides (here 5x adenine) without a specific binding function and of a sequence that was complementary to the reference sequence (20 nucleotides), as well as a further spacer (10xAdenine) a 3'-terminal biotin group.
Figur 8 zeigt das Hybridisierungsschema der verwendeten Oligonukleotide.Figure 8 shows the hybridization scheme of the oligonucleotides used.
Anbindung der Rezeptoroligonukleotide:Connection of the receptor oligonucleotides:
Zunächst wurde 18 mM Bis-NHS-PEG (MW 3000 Da, Rapp Polymere Tübingen; 54 mg/ml) in wasserfreiem DMF gelöst. 150 μl der Lösung wurden auf einen mit Aminogruppen funktionalisierten Objektträger (Quantifoil, Jena) pipettiert und durch einen zweiten Objektträger bedeckt. Nach einer Stunde Inkubation in einer mit DMF gesättigten Kammer wurden die Objektträger mit Aceton gereinigt.First, 18 mM bis-NHS-PEG (MW 3000 Da, Rapp Polymer Tübingen; 54 mg / ml) was dissolved in anhydrous DMF. 150 μl of the solution were pipetted onto a slide functionalized with amino groups (Quantifoil, Jena) and covered by a second slide. After an hour of incubation in a chamber saturated with DMF, the slides were cleaned with acetone.
Für den PM-Rezeptor wurden 5 μl einer 0,5 μM, für den MM-Rezeptor 5 μl einerl μM Oligo-Lösung 1:1 mit einer 100 mM EDC-Lösung (=> Endkonzentration 50 mM) versetzt. Von beiden Ansätzen wurden mit einer Handpipette abwechselnd je 1μl auf den mit Bis- PEG-NHS3000 beschichteten Objektträger (Wasserdampfatmosphäre) gespottet. Inkubiert wurde bei Raumtemperatur für 1 h in einer feuchten Kammer. Anschließend wurde 2 x 20 Minuten in 1 x SSC/0,5% SDS gewaschen und kurz mit dest. Wasser abgespült.For the PM receptor 5 μl of a 0.5 μM, for the MM receptor 5 μl of a μM oligo solution 1: 1 with a 100 mM EDC solution (=> final concentration 50 mM). 1 μl of both batches were spotted alternately with a hand pipette onto the slide (water vapor atmosphere) coated with Bis-PEG-NHS 3 00 0 . Incubation was carried out at room temperature for 1 h in a moist chamber. The mixture was then washed 2 × 20 minutes in 1 × SSC / 0.5% SDS and briefly with dist. Rinsed off water.
Blocken:Block:
Um unspezifische Anbindung zu vermeiden, wurde der Objektträger in einer 2%-igen BSA-Lösung (w/v in dest. Wasser) 1 h bei Raumtemperatur geschwenkt. Danach wurde mit dest. Wasser 5 Minuten lang gewaschen und kurz abgespült. Hybridisierung:In order to avoid non-specific binding, the slide was swirled in a 2% BSA solution (w / v in distilled water) for 1 h at room temperature. Thereafter, with dist. Washed water for 5 minutes and rinsed briefly. hybridization:
Die Spots der Wildtyp- und Mutanten-Rezeptoren wurden 1 Stunde mit einem Gemisch aus Cy5-markiertem Probenmolekül und unmarkiertem Sondenoligo in einer Konzentration von 0,1 μM in 5xSSC inkubiert.The spots of the wild-type and mutant receptors were incubated for 1 hour with a mixture of Cy5-labeled sample molecule and unlabeled probe oligo in a concentration of 0.1 μM in 5xSSC.
Durch die Hybridisierung kam es zur Ausbildung des Probenkomplexes und des Referenzkomplexes, wie oben dargestellt, wobei die Verkettung über den Rezeptor an den Objektträger angebunden ist. Im Anschluss an die Hybridisierung wurden die Objektträger je 10 Minuten mit SSC/0,1 % SDS bzw. 1xSSC Minuten gewaschen und kurz im Stickstoffstrom trockengeblasen.The hybridization led to the formation of the sample complex and the reference complex, as shown above, the chain being linked to the slide via the receptor. Following the hybridization, the slides were washed for 10 minutes with SSC / 0.1% SDS or 1xSSC minutes and briefly blown dry in a stream of nitrogen.
Herstellung der Stempel:Manufacture of stamps:
Es wurde ein mikrostrukturierter Stempel aus PDMS (Polydimethylsiloxan) gefertigt. Die Strukturen bestanden dabei aus Stempelfüßchen von ca. 100 x 100 μm, die durch Vertiefungen von 41 μm Breite und fünf μm Tiefe getrennt wurden.A micro-structured stamp was made from PDMS (polydimethylsiloxane). The structures consisted of stamp feet of approx. 100 x 100 μm, which were separated by depressions 41 μm wide and five μm deep.
Ein Ansatz aus einer 1 :10 Mischung von Vernetzungsreagenz und Silikonelastomer (Syl- gard 184, Dow Corning) wurde nach mehrfachem Entgasen auf einen entsprechend strukturierten Silikonwafer gegossen und für 24h bei RT inkubiert. Nach der Polymerisie- rung wurde das PDMS in einem EtOH/Wasserdest. Gemisch (1 :1) für 3 Minuten im Ultraschallbad gewaschen. Vor und nach der Aktivierung über Nacht in einer 12,5 %-igen HCI- Lösung wurde kurz mit dest. Wasser abgespült.A mixture of a 1:10 mixture of crosslinking reagent and silicone elastomer (Sylgard 184, Dow Corning) was poured onto a correspondingly structured silicone wafer after multiple degassing and incubated for 24 hours at RT. After the polymerization, the PDMS was de st. In an EtOH / water. Mixture (1: 1) washed for 3 minutes in an ultrasonic bath. Before and after activation overnight in a 12.5% HCI solution, briefly with dist. Rinsed off water.
Die aktivierte Oberfläche wurde mit 3% Aminosilan (3-Aminopropyldimethyl-ethoxysilan; ABCR, Karlsruhe) in 10% H2O und 87% Ethanol für 30min inkubiert. Die silanisierte Oberfläche wurde zunächst mit Ethanol und dann mit Reinstwasser gewaschen und mit Stickstoff trocken geblasen. An die Aminogruppen des Silans wurde ein bifunktionales PEG angebunden, dessen eines Ende über eine durch NHS aktivierte Carboxygruppe, das andere über eine Biotingruppe verfügte. Um die Dichte der Biotingruppen zu reduzieren, wurde das NHS-PEG-Biotin (6 mM; Shearwater, Huntsville) 1 :20 mit 6 mM NHS- methoxy-PEG2ooo ausgedünnt. 20μl dieser Lösung wurden unter einem Deckglas für 1 h auf einem Stempel mit einer Fläche von 1cm2 inkubiert. Es wurde mit Reinstwasser gewaschen und mit Stickstoff trocken geblasen und mit 6 mM NHS-methoxy-PEG2ooo 1 h geblockt. Auf die nun biotinylierte Oberfläche wurde 0,2 mg/ml Streptavidin (Sigma) in PBS/1 %BSA gegeben und für 1 h inkubiert. Es wurde je 10 Minuten mit SSC/0,1 % SDS bzw. 1xSSC Minuten gewaschen und kurz im Stickstoffstrom trockengeblasen.The activated surface was incubated with 3% aminosilane (3-aminopropyldimethylethoxysilane; ABCR, Karlsruhe) in 10% H 2 O and 87% ethanol for 30 min. The silanized surface was washed first with ethanol and then with ultrapure water and blown dry with nitrogen. A bifunctional PEG was attached to the amino groups of the silane, one end of which had a carboxy group activated by NHS and the other end had a biotin group. In order to reduce the density of the biotin groups, the NHS-PEG-biotin (6 mM; Shearwater, Huntsville) was 1:20 with 6 mM NHS- methoxy-PEG 2 ooo thinned. 20 μl of this solution were incubated under a cover glass for 1 h on a stamp with an area of 1 cm 2 . It was washed with ultrapure water and blown dry with nitrogen and blocked with 6 mM NHS-methoxy-PEG for 2 hours. 0.2 mg / ml streptavidin (Sigma) in PBS / 1% BSA was added to the now biotinylated surface and incubated for 1 h. Each was washed for 10 minutes with SSC / 0.1% SDS or 1xSSC minutes and briefly blown dry in a stream of nitrogen.
Stempeln:Stamp:
Ein frisch präparierter Stempel wurde in 1xSSC unter einem Druck von 125g/cm2 auf die Spots der Unterlage (Objektträger) gepresst. Nach 10min wurde der Stempel abgehoben. Objektträger und Stempel wurden mit Stickstoff trocken geblasen.A freshly prepared stamp was pressed in 1xSSC under a pressure of 125 g / cm 2 onto the spots of the support (slide). The stamp was lifted after 10 minutes. Slides and stamps were blown dry with nitrogen.
Messung:Measurement:
Der Stempel und der Objektträger wurden in einem Fluoreszenzscanner (Virtek, ChipRe- ader™; 3μm) mit einer Ortsauflösung von 6μm hinsichtlich der Intensität von Cy5 (Anregung bei 635nm) vermessen. Da bei der Messung des Stempels eine höhere Photomulti- plierspannung verwendet wurde als bei der Unterlage, fallen die gemessenen Intensitäten des Übertrags auf den Stempel („ÜBER") größer aus als die der Hybridisierung auf dem Objektträger („VOR"). Da im vorliegenden Beispiel die Auswertung auf den Verhältnissen „ÜBER/VOR" und nicht auf einem Vergleich von absoluten Messwerten basiert, konnte von einer Normalisierung der Intensitäten abgesehen werden.The stamp and the slide were measured in a fluorescence scanner (Virtek, ChipReader ™; 3 μm) with a spatial resolution of 6 μm with regard to the intensity of Cy5 (excitation at 635 nm). Since a higher photomultiplier voltage was used for the measurement of the stamp than for the base, the measured intensities of the transfer to the stamp (“ABOUT”) are greater than that of the hybridization on the slide (“VOR”). Since the evaluation in the present example is based on the "OVER / BEFORE" conditions and not on a comparison of absolute measured values, the intensities could not be normalized.
Auswertung:Evaluation:
Die Scans sind in Abb. 9 dargestellt. In der oberen Hälfte erkennt man den Übertrag eines Mismatch-Spots (links) und den eines Perfect-Match-Spots (rechts). Bei beiden Spots wurde ein Muster von 5x5 Kästchen ausgewählt und deren Intensitäten in einem Histogramm dargestellt.The scans are shown in Fig. 9. In the upper half you can see the transfer of a mismatch spot (left) and that of a perfect match spot (right). A pattern of 5x5 boxes was selected for both spots and their intensities displayed in a histogram.
Unten erkennt man das zu dem Stempel komplementäre Bild der beiden Spots auf dem Objektträger. Hier wurde im Bereich der 5x5 Kästchen das verbleibende Gitter ausgewählt und für beide Spots im Histogramm dargestellt. Man erkennt deutlich, dass die Intensitätswerte der Hybridisierung (PMVOR = 14000; MMVOR = 15500) nur geringfügig, die des Übertrags (PMQBER = 23100; MM OBER = 39400) jedoch deutlich voneinander abweichen.Below you can see the image of the two spots on the slide, which is complementary to the stamp. Here, the remaining grid was selected in the area of the 5x5 boxes and displayed in the histogram for both spots. It can clearly be seen that the intensity values of the hybridization (PMV OR = 14000; MM VOR = 15500) are only slightly that of the carry (PMQ B ER = 23100; MM O B ER = 39400) differ significantly from each other.
Da hier im Unterschied zu den anderen Beispielen nur das Probemolekül, nicht aber das Sondenmoiekül durch einen Fluorophor markiert wurde, erfolgt die Auswertung nur anhand des Verhältnisses aus übertragenem (ÜBER) zu angebotenem (VOR) Probemolekül.Since here, in contrast to the other examples, only the sample molecule, but not the probe molecule, was marked by a fluorophore, the evaluation is carried out only on the basis of the ratio of transferred (Uber) to offered (VOR) sample molecule.
Da man bei einem Mismatch im Probenduplex einen höheren Übertrag an Probemolekül auf den Stempel erwartet, als dies bei einem Perfect Match der Fall ist, gilt:Since a higher transfer of sample molecule to the stamp is expected with a mismatch in the sample duplex than is the case with a perfect match, the following applies:
QÜBER = PMQBER / MMQBER < 0QÜBER = PMQBER / MMQBER <0
Dies gilt jedoch nur unter der Voraussetzung, dass die Intensitäten der Hybridisierung fürHowever, this only applies on the condition that the intensities of the hybridization for
PM und MM gleich groß sind. Ist dies nicht gegeben, so verwendet man:PM and MM are the same size. If this is not the case, use:
QÜBERΛ/OR = (PMQBER / PMV0R) / (MMQBER / MMVOR) < 0QÜBERΛ / OR = (PMQBER / PM V0R ) / (MMQ BE R / MM VO R) <0
Im vorliegenden Beispiel erhält man also:In this example you get:
QÜBERΛ/OR = (23100 / 14000) / (39400 / 15400) = 0,65Q ÜBE R Λ / O R = (23100/14000) / (39400/15400) = 0.65
Das resultierende QÜBERΛ/OR < 1. zeigt deutlich, dass der Analyt mit Rezeptor-PM einen Perfect Match und mit dem Rezeptor MM einen Mismatch ausbildet. Hieraus kann geschlossen werden, dass die Probe dem Wildtyp entspricht und auf Position 13 folglich G vorliegt. The resulting Q OVERΛ / OR <1. clearly shows that the analyte forms a perfect match with receptor PM and a mismatch with receptor MM. From this it can be concluded that the sample corresponds to the wild type and consequently G is present at position 13.
Varianten der AusführungVariants of execution
Für das beschriebene Verfahren sind viele Variationen möglich, die je nach der Situation ausgewählt werden können.Many variations are possible for the described method, which can be selected depending on the situation.
Anlegen der ZugkraftApply the traction
Wie in der bevorzugten Ausführung beschrieben, wird der Kraftvergleich am einfachsten durch die Kopplung einer Verkettung zwischen zwei angenäherte Oberflächen und anschließendes Trennen der Oberflächen ausgeführt. Statt der Immobilisierung an Oberflächen kann die Immoblisierung der Bindepartner aber auch an anderen Festkörpern, z.B Kügelchen, oder über Moleküle, an die eine Zugkraft angelegt werden kann, erfolgen.As described in the preferred embodiment, the easiest way to compare the forces is to couple a chain between two approximated surfaces and then separate the surfaces. Instead of immobilizing on surfaces, the binding partners can also be immobilized on other solids, e.g. beads, or via molecules to which a tensile force can be applied.
Der KopplungsschrittThe coupling step
Unter Kopplung versteht man den Schritt, durch den eine Verkettung mit den beidenCoupling is the step by which a chain is linked with the two
Kraftangriffspunkten verbunden wird.Force application points is connected.
Beim Kopplungsschritt sind mehrere Fälle zu unterscheiden, die in Figur 3 illustriert sind: Fall 1 entspricht dem oben ausgeführten Beispiel, wobei der Kopplungschritt der Ausbildung der Biotin-Streptavidin-Bindung zwischen Sondenoligo und dem Stempel entspricht.A distinction is made between several cases in the coupling step, which are illustrated in FIG. 3: Case 1 corresponds to the example given above, the coupling step corresponding to the formation of the biotin-streptavidin bond between probe oligo and the stamp.
Wie bei Fall 1 erfolgt auch bei Fall 2 der Kopplungsschritt erst nach der Ausbildung der Verkettung, d.h. erst nachdem Probenkomplex und Referenzkomplex bereits miteinander verbunden waren. Der Unterschied ist lediglich, dass bei Fall 1 auf der Seite des Referenzkomplexes und bei Fall 2 auf der Seite des Probenkomplexes gekoppelt wird.As in case 1, in case 2 the coupling step only takes place after the chaining has been formed, i.e. only after the sample complex and reference complex have already been linked. The only difference is that in case 1 there is coupling on the side of the reference complex and in case 2 on the side of the sample complex.
Bei Fall 3, 4 und 5 erfolgt die Kopplung und die Ausbildung der Verkettung durch den gleichen Schritt. Bei Fall 3 erfolgt die Kopplung durch die Ausbildung des Probenkomplexes und bei Fall 4 durch die Ausbildung des Referenzkomplexes.In cases 3, 4 and 5, the coupling and the formation of the chain are carried out by the same step. In case 3 the coupling takes place through the formation of the sample complex and in case 4 through the formation of the reference complex.
Bei Fall 5 liegen sind beide Komplexe bereits ausgebildet und mit den Kraftangriffspunkten (Oberflächen) verbunden, wenn es zur Kopplung zwischen den Komplexen kommt. Position des Probenmoleküls in der VerkettungIn case 5, both complexes are already formed and connected to the force application points (surfaces) when there is a coupling between the complexes. Position of the sample molecule in the chain
Das obige Ausführungsbeispiel schildert einen Fall, bei dem die Analytnucleinsäure oder Probesequenz den zweiten Bindungspartner des Probenkomplexes darstellt und folglich unmittelbar mit Bindungspartner 3, der Referenzsequenz verbunden ist. Die Probensequenz nimmt hier eine „zentrale Position" innerhalb der Verkettung ein.The above exemplary embodiment describes a case in which the analyte nucleic acid or sample sequence represents the second binding partner of the sample complex and is consequently directly connected to binding partner 3, the reference sequence. The sample sequence takes on a "central position" within the chain.
Davon abweichend, kann die Probensequenz auch Bindungspartner 1 entsprechen. In diesem Fall nimmt sie eine „periphere Position" in der Verkettung ein. Für diese Ausführungsform wird daher das Probenmolekül auf einer Oberfläche immobilisiert. Dies wird in Figur 4 veranschaulicht. Fall A und B zeigen einen Aufbau, bei dem die Probe zentral plaziert ist (Fall A entspricht dem obigen Ausführungsbeispiel). Bezüglich der Kopplung kann man A mit Fall 1 von Figur 3 vergleichen und B mit Fall 5 in Figur 3. Bei C ist das Probemolekül hingegen peripher plaziert und auf der Unterlage immobilisiert. Bezüglich der Kopplung ist C mit Fall 5 von Figur 3 vergleichbar.Deviating from this, the sample sequence can also correspond to binding partner 1. In this case it occupies a "peripheral position" in the chain. For this embodiment, the sample molecule is therefore immobilized on a surface. This is illustrated in FIG. 4. Cases A and B show a structure in which the sample is placed centrally ( Case A corresponds to the above exemplary embodiment.) With regard to the coupling, A can be compared with Case 1 from Figure 3 and B with Case 5 in Figure 3. At C, on the other hand, the sample molecule is placed peripherally and immobilized on the support Case 5 of Figure 3 comparable.
Die Immobilisierung des Probemoleküls kann dadurch erfolgen, dass man in einen der PCR-Primer, die zur Amplifikation des Probemoleküls verwendet werden, ein Biotin einführt. Die Anbindung erfolgt dann über die Bindung dieses Biotins an die Streptavidinbe- schichtung der Unterlage.The sample molecule can be immobilized by introducing a biotin into one of the PCR primers used to amplify the sample molecule. The binding then takes place via the binding of this biotin to the streptavidin coating of the support.
Alternativ kann die Immobilisierung auch über die Hybridisierung mit einem Capture-Oligo erfolgen. Das Captureoligo wird hierfür terminal an die Unterlage gebunden und bildet mit dem Probemolekül einen Komplex aus, der kraftstabiler ist als Referenz- oder Probekomplex. Bei Fall C wird das Probenmolekül nicht markiert.Alternatively, the immobilization can also be carried out by hybridization with a capture oligo. For this purpose, the capture oligo is bound to the support and forms a complex with the sample molecule that is more stable than the reference or sample complex. In case C, the sample molecule is not labeled.
Die Auswertung von Fall B und C erfolgt, indem die Menge an Markierung 1 , die auf den Stempel übertragen wird und die Menge an Markierung 2, die auf die Unterlage übertragen wird, bestimmt wird. Es gilt:Q* = n. / nPra- ≡ Q = Marker 2 (Stempel) / Marker 1 (Unterlage) Der ReferenzkomplexCases B and C are evaluated by determining the amount of marker 1 that is transferred to the stamp and the amount of marker 2 that is transferred to the base. The following applies: Q * = n . / n Pra- ≡ Q = marker 2 (stamp) / marker 1 (pad) The reference complex
Der Referenzkomplex kann aus einem Duplex von Nukleinsäuren oder auch aus einem Komplex beliebiger anderer Bindungspartner, z.B. Partnern eines spezifisch bindenden Paares aufgebaut sein.The reference complex can consist of a duplex of nucleic acids or also a complex of any other binding partner, e.g. Partners of a specifically binding couple.
Es ist von Vorteil, einen Referenzkomplex zu wählen, der unter den gegebenen Versuchsbedingungen einen dem Probenkomplex ähnliche Trennkraft aufweist. Deshalb werden bevorzugt Referenzkomplexe gewählt, die dem Probenkomplex in der Chemie, Basenzusammensetzung und im GC-Gehalt ähnlich sind. Es können jedoch auch Refe- renzkomplexe verwendet werden, die gegenüber dem Probenkomplex in der Länge, der Basenzusammensetzung abweichen, wobei die oben angegebenen Bedingungen bezüglich der freie Basenpaarungsenergie dann beachtet werden sollten.It is advantageous to choose a reference complex that has a separation force similar to the sample complex under the given test conditions. For this reason, reference complexes are preferably chosen that are similar to the sample complex in chemistry, base composition and GC content. However, reference complexes can also be used which differ in length and base composition compared to the sample complex, the conditions given above with regard to the free base pairing energy then having to be taken into account.
Die ReferenzsequenzThe reference sequence
In dem obigen Ausführungsbeispiel ist die Referenzsequenz ein Bestandteil des Probenmoleküls. Bei einer peripheren Position des Probenmoleküls wäre dies jedoch nicht der Fall.In the above embodiment, the reference sequence is part of the sample molecule. However, this would not be the case with a peripheral position of the sample molecule.
Im Fall des Ausführungsbeispiels entspricht die Referenzs.equenz Primer 2 der Amplifikation bzw. der ursprünglichen Sequenz der genomischen DNA. Die Referenzsequenz kann jedoch ebenso aus einer Sequenz bestehen, die so nicht auf der genomischen DNA enthalten war und erst durch einen degenerierten Primer bei der Amplifikation eingefügt wurde.In the case of the exemplary embodiment, the reference sequence primer 2 corresponds to the amplification or the original sequence of the genomic DNA. However, the reference sequence can also consist of a sequence that was not contained on the genomic DNA and was only inserted by a degenerate primer during the amplification.
Detektiondetection
Die Ermittlung von Q* = nRef- / nPr0- (s.u.) kann entweder über den Nachweis getrennter Bindungspartner eines getrennten Komplexes oder durch den Nachweis noch intakter Komplexe erfolgen.The determination of Q * = n Ref- / n Pr0- (see below ) can be carried out either by the detection of separate binding partners of a separate complex or by the detection of still intact complexes.
Der Nachweis der Bindungspartner erfolgt über die Markierung. Abhängig von der verwendeten Markierung wird daher die zu bestimmende Eigenschaft des Detektormoleküls bestimmt. Dies geschieht in der Regel durch Auswertung optischer oder elektrischer Parameter. Auch der Einsatz von Massenspektroskopie ist möglich.The detection of the binding partner is done via the marking. The property of the detector molecule to be determined is therefore dependent on the marking used certainly. This is usually done by evaluating optical or electrical parameters. The use of mass spectroscopy is also possible.
Ermittlung von QDetermination of Q
Da es in der Praxis sehr schwierig ist das Verhältnis der mittleren Trennkräfte exakt zu bestimmen, wird statt dem idealen Q* = nRef. / nPro- Λ= F* Rβf / F* Pra näherungsweise Quotient Q bestimmt, d.h. Q «Q*.Since it is very difficult in practice to determine the ratio of the average separation forces exactly, instead of the ideal Q * = n Ref . / n Pro Λ = F * Rβf / F * Pra approximately determines the quotient Q, ie Q «Q * .
Unter idealen Bedingungen kann man das Verhältnis von getrennten Probenkomplexen zu den getrennten Referenzkomplexen einfach aus der Verteilung des Probenmoleküls zwischen den beiden Oberflächen ermitteln. Im Ausführungsbeispiel würde das bedeuten, nur den Cy3-Marker am Probenmolekül einzusetzen. Q* = nRθf. / nPro- entspräche in diesem Fall näherungsweise dem Verhältnis von Cy3, das auf den Stempel übertragen wurde zu Cy3, das auf dem Objektträger verblieben ist.Under ideal conditions, the ratio of separate sample complexes to the separate reference complexes can easily be determined from the distribution of the sample molecule between the two surfaces. In the exemplary embodiment, this would mean using only the Cy3 marker on the sample molecule. Q * = n Rθf . / N production would correspond in this case, approximately the ratio of Cy3, which is assigned to the punch to Cy3, which has remained on the slide.
Dies setzt jedoch voraus, das die Kopplung, also das Verbinden beider Oberflächen durch die Verkettungen bei jedem Experiment reproduzierbar effizient ist. Dies ist nicht immer der Fall und daher werden bevorzugt zwei Markierungen eingesetzt.However, this presupposes that the coupling, i.e. the connection of both surfaces through the chains, is reproducibly efficient in every experiment. This is not always the case and therefore two markings are preferred.
Das folgende Beispiel soll verdeutlichen, warum eine zweite Markierung häufig sinnvoll ist: Ein Experiment, bei dem Referenzkomplex und Probenkomplex gleiche Trennkräfte aufweisen, wird zweimal durchgeführt. Beim Experiment 1 werden alle der 100 Verkettungen gekoppelt (nKo = 100). Nach der Trennung sind 50 Probenmoleküle auf dem Stempel und 50 auf der Unterlage zu finden. Bei Experiment 2 werden von 100 Verkettungen nur 50 gekoppelt. Nach der Trennung sind 25 Probenmoleküle auf dem Stempel und 75 auf der Unterlage zu finden. Für Experiment 1 mißt man Q = nRef- / nPro- = 50/50 = 1. Für Experiment 2 mißt man Q = nRef- / nPro- = 75/25 = 3. Tatsächlich handelt es sich jedoch um nRef- = 25 und nPro- = 25 sowie um 50 Verkettungen, die nicht gekoppelt und getrennt wurden. Die unterschiedliche Kopplungseffizienz, die z.B. durch Qualitätsschwankungen der Stempeloberfläche verursacht werden kann, führt also zu einem abweichenden Ergebnis. Bei der bevorzugten Ausführungsform kommt deshalb ein zweiter Marker zum Einsatz, der an der Sonde befestigt ist und zur Bestimmung der Menge der gekoppelten Verkettungen (nKop) dient.The following example is intended to illustrate why a second marking is often useful: An experiment in which the reference complex and the sample complex have the same separation forces is carried out twice. In Experiment 1, all of the 100 chains are coupled (n Ko = 100). After separation, 50 sample molecules can be found on the stamp and 50 on the support. In Experiment 2, only 50 out of 100 chains are coupled. After separation, 25 sample molecules can be found on the stamp and 75 on the support. For experiment 1 one measures Q = n Ref- / n Pro = 50/50 = 1. For experiment 2 one measures Q = n Ref- / n Pro = 75/25 = 3. In fact, however, it is n Ref - = 25 and n Pro = 25 as well as 50 chains that were not coupled and separated. The different coupling efficiency, which can be caused, for example, by quality fluctuations in the stamp surface, leads to a different result. In the preferred embodiment, therefore, a second marker is used, which is attached to the probe and is used to determine the amount of coupled linkages (n Kop ).
In diesem Fall erhält man aus nKop = nRβf- + nPro- und Q* = n βf- / nPro- das Verhältnis der Trennkräfte: Q* = (nKop - nPro- )/ nPro- .In this case, the ratio of the separation forces is obtained from n Kop = n Rβf - + n Pro and Q * = n βf - / n Pro : Q * = (n Kop - n Pro ) / n Pro .
Bei der Auswertung des Stempels setzt man die Menge des auf eine bestimmte Fläche des Stempels übertragenen Sonden-Markers mit dem auf die gleiche Fläche übertragenen Proben-Markers ins Verhältnis. Die Menge des Sondenmarkers entspricht dabei der Menge der Kopplungen (nKop): n(Sonden-Marker) / n(Proben-Marker) = np / nPro- Für das obige Beispiel gilt also:When evaluating the stamp, the amount of the probe marker transferred to a specific area of the stamp is compared with the sample marker transferred to the same area. The amount of the probe marker corresponds to the amount of couplings (n Kop ): n (probe marker) / n (sample marker) = n p / n- Pro for the above example:
Experiment 1: Q = (nKop - nPro- )/ nPro- = (100 - 50)/ 50 = 1 Experiment 2: Q = (nKop - nPro- )/ nPro- = (50 - 25 )/ 25 = 1Experiment 1: Q = (n Kop - n Pro ) / n Pro = (100 - 50) / 50 = 1 Experiment 2: Q = (n Kop - n Pro ) / n Pro = (50 - 25) / 25 = 1
Durch Einbeziehen der Kopplungzahl nKop erhält man also auch für nicht reproduzierbare Kopplungseffizienz den richtigen Quotienten. By including the coupling number n Kop , the correct quotient is also obtained for non-reproducible coupling efficiency.
Das RezeptoroligoThe receptor oligo
Das Rezeptoroligonukieotid kann aus DNA, RNA, PNA, oder anderen künstlichen Nukie- otidbausteinen bestehen. In der Regel hat es eine Länge zwischen 15 und 25 Basenpaaren.The receptor oligonucleotide can consist of DNA, RNA, PNA, or other artificial nucleotide building blocks. As a rule, it is between 15 and 25 base pairs in length.
Die DiskriminierungThe discrimination
Die Diskriminierung einer Mutation gegenüber einem Wildtyp erfolgt in der Regel über einen Unterschied im Quotienten Q. Im Ausführungsbeispiel werden zwei Q-Werte bestimmt und miteinander verglichen (Referenzexperiment). Alternativ könnte man auch auf das Referenzexperiment verzichten, wenn z.B. der Quotient für den Wildtyp (QWτ) bereits bekannt ist. Eine signifikante Veränderung gegenüber QWτ würde dann auf eine Mutation hinweisen. Dies ist jedoch nur sinnvoll, wenn eine sehr gute Reproduzierbarkeit aller Versuchsparameter (z.B. gleichbleibende Qualität der Marker) gewährleistet ist, was nicht immer der Fall ist.A mutation is discriminated against a wild type as a rule via a difference in the quotient Q. In the exemplary embodiment, two Q values are determined and compared with one another (reference experiment). Alternatively, one could also do without the reference experiment if, for example, the quotient for the wild type (Q W τ) is already known. A significant change compared to Q W τ would then indicate a mutation. However, this only makes sense if a very good reproducibility of all test parameters (eg constant quality of the markers) is guaranteed, which is not always the case.
Das ProbenmolekülThe sample molecule
Bei dem Probenmolekül oder der Analytnucleinsäure kann es sich sowohl um DNA als auch RNA als auch synthetische NA unterschiedlichster Herkunft handeln. Ob eine Amplifizierung notwendig ist, hängt dabei immer von der Menge des verfügbaren Probenmaterials ab. Bevorzugt wird das Probenmaterial durch PCR amplifiziert, um eine ausreichende Menge zur Verfügung zu haben. The sample molecule or the analyte nucleic acid can be both DNA and RNA as well as synthetic NA of various origins. Whether an amplification is necessary always depends on the amount of sample material available. The sample material is preferably amplified by PCR in order to have a sufficient amount available.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h eP a t e n t a n s r u c h e
Verfahren zum Nachweis von Mutationen in einer Nucleinsäure umfassend, dass a) eine Mehrzahl zu analysierender Nucleinsäure-Stränge mit mindestens zwei Arten von Oligonucleotiden, Rezeptoroligos und Sondenoligos, in Kontakt gebracht wird unter solchen Bedingungen, dass die Oligos mit der zu analysierenden DNA hybridisieren unter Bildung eines Probenkomplexes und eines Referenzkomplexes, so dass eine beidseitig immobilisierte oder immobilisierbare Verkettung von Probekomplex und Referenzkomplex vorliegt, b) anschließend gegebenenfalls die Verkettung immobilisiert wird, c) an die Verkettung eine Zugkraft angelegt wird, bis sich einer der Komplexe trennt und d) bestimmt wird, welcher der Komplexe getrennt wurde.A method of detecting mutations in a nucleic acid comprising a) contacting a plurality of nucleic acid strands to be analyzed with at least two types of oligonucleotides, receptor oligos and probe oligos, under conditions such that the oligos hybridize to the DNA to be analyzed to form a sample complex and a reference complex, so that there is a chain of sample complex and reference complex immobilized or immobilizable on both sides, b) the chain is then optionally immobilized, c) a tensile force is applied to the chain until one of the complexes separates and d) is determined which of the complexes was separated.
Verfahren zum Nachweis von Mutationen in Analytnucleinsäuren, bei dem die Analytnucleinsäure mit mindestens zwei Arten von Oligonucleotiden, Rezeptoroligos und Sondenoligos, in Kontakt gebracht wird unter solchen Bedingungen, dass die Oligos mit der Analytnucleinsäure hybridisieren unter Bildung eines Probekomplexes und eines Referenzkomplexes, wobei die Oiigonucleotide immobilisiert oder immobilisierbar sind, und wobei gegebenenfalls die Oiigonucleotide nach der Hybridisierung immobilisiert werden, so dass eine beidseitig immobilisierte Verkettung von Rezeptoroligo - Analytnucleinsäure - Sondenoligo entsteht; an die Verkettung eine Zugkraft angelegt wird, so dass sich einer der gebildeten Komplexe löst und bestimmt wird, welcher der Komplexe gelöst wurde, wobei die Rezeptoroligonucleotide eine Sequenz aufweisen, die zu einem Sequenzabschnitt des Wildtyps der Analytnucleinsäure komplementär ist, in dem eine Mutation oder Variation vermutet wird.A method for the detection of mutations in analyte nucleic acids, in which the analyte nucleic acid is brought into contact with at least two types of oligonucleotides, receptor oligos and probe oligos, under conditions such that the oligos hybridize with the analyte nucleic acid to form a sample complex and a reference complex, immobilizing the oligonucleotides or can be immobilized, and where appropriate the oligonucleotides are immobilized after the hybridization, so that a mutually immobilized chain of receptor oligo - analyte nucleic acid - probe oligo is formed; a tensile force is applied to the linkage so that one of the complexes formed dissolves and it is determined which of the complexes has been dissolved, the receptor oligonucleotides having a sequence which is complementary to a sequence section of the wild-type analyte nucleic acid in which a mutation or variation is suspected.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung von Analytnucleinsäure und Sondenoligo über eine Kopplungssequenz erfolgt. A method according to claim 1 or claim 2, characterized in that the connection of analyte nucleic acid and probe oligo takes place via a coupling sequence.
4. Verfahren zum Nachweis von Mutationen in Analytnucleinsäuren, bei dem aus Analytnucleinsäure, zwei Arten von Oligonucleotiden, Rezeptoroligos und Sondenoligos, und gegebenenfalls einer Kopplungssequenz durch Hybridisierung Probenkomplexe und Referenzkomplexe in solcher Weise gebildet werden, dass die beiden Komplexe jeweils miteinander verkettet sind; auf die gebildeten Verkettungen eine Zugkraft ausgeübt wird, wobei sich jeweils einer der Komplexe trennt und dann bestimmt wird, welcher der Komplexe sich jeweils getrennt hat.4. A method for the detection of mutations in analyte nucleic acids, in which sample complexes and reference complexes are formed from analyte nucleic acid, two types of oligonucleotides, receptor oligos and probe oligos, and optionally a coupling sequence in such a way that the two complexes are in each case linked to one another; a tensile force is exerted on the chains formed, one of the complexes separating in each case and then determining which of the complexes has separated in each case.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für Probekomplex und Referenzkomplex solche Nucleinsäuren ausgewählt werden, dass sich die freie Basenpaarungsenergie ΔG der hybridisierten Komplexe um < 40 kcal/mol unterscheidet.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that nucleic acids are selected for the sample complex and reference complex that the free base pairing energy ΔG of the hybridized complexes differs by <40 kcal / mol.
6. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sich die freie Basenpaarungsenergie ΔG von Probe- und Referenzkomplex um weniger als 20 kcal/mol unterscheidet.6. The method according to the preceding claim, characterized in that the free base pairing energy ΔG of the sample and reference complex differs by less than 20 kcal / mol.
7. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sich die freie Basenpaarungsenergie ΔG von Probe- und Referenzkomplex um weniger als 4 kcal/mol unterscheidet.7. The method according to the preceding claim, characterized in that the free base pairing energy ΔG differs from the sample and reference complex by less than 4 kcal / mol.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich bei Probe- und Referenzkomplex die Anzahl der hybridisierenden Paare bei gleichem GC-Gehalt um höchstens zwei Basen Länge unterscheiden.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in the sample and reference complex, the number of hybridizing pairs differ by a maximum of two bases in length for the same GC content.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich bei Probe- und Referenzkomplex die Anzahl der hybridisierenden Paare bei gleichem GC-Gehalt um eine Base Länge unterscheiden. 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in the sample and reference complex, the number of hybridizing pairs differ by a base length for the same GC content.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Mismatches bei Probe- und Referenzkomplex sich nur um einen Mismatch unterscheidet.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the number of mismatches in the sample and reference complex differs only by one mismatch.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren gleichzeitig und parallel an einer Vielzahl von Analytnucleinsäuren durchgeführt wird.11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the method is carried out simultaneously and in parallel on a plurality of analyte nucleic acids.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Analytnucleinsäuren durch PCR erhalten wurden.12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the analyte nucleic acids were obtained by PCR.
13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Analytnucleinsäure markiert wird, indem für die PCR Primer, die eine Markierung tragen, eingesetzt werden.13. The method according to claim 10, characterized in that the analyte nucleic acid is labeled by using for the PCR primers that carry a label.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Rezeptoroligo und/oder Sondenoligo an einem Ende einen Partner eines spezifisch bindenden Paares aufweisen, wobei der andere Partner des spezifisch bindenden Paares an einer Oberfläche gebunden ist.14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that receptor oligo and / or probe oligo have at one end a partner of a specific binding pair, the other partner of the specific binding pair being bound to a surface.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Rezeptoroligo und/oder Sondenoligo an einer Oberfläche gebunden sind.15. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that receptor oligo and / or probe oligo are bound to a surface.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass Analyt und Sondenoligo an einer Oberfläche gebunden sind^16. The method according to any one of claims 1 to 14, characterized in that analyte and probe oligo are bound to a surface ^
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Rezeptoroligo und Sondenoligo an einer Oberfläche immobilisiert werden und anschließend mit der Analytnucleinsäure hybridisiert werden. 17. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that receptor oligo and probe oligo are immobilized on a surface and then hybridized with the analyte nucleic acid.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Rezeptoroligo und/oder Sondenoligo zuerst mit der Analytnucleinsäure in Kontakt gebracht werden unter solchen Bedingungen, dass eine Hybridisierung stattfindet, und anschließend immobilisiert werden.18. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that receptor oligo and / or probe oligo are first brought into contact with the analyte nucleic acid under conditions such that hybridization takes place and then immobilized.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der beiden Oberflächen, die zur Immobilisierung verwendet werden, aus einem elastischen Material besteht bzw. mit einem elastischen Material beschichtet ist.19. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that at least one of the two surfaces used for immobilization consists of an elastic material or is coated with an elastic material.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der beiden Oberflächen mit Polydimethylsiloxan oder einem Derivat davon beschichtet ist.20. The method according to claim 19, characterized in that at least one of the two surfaces is coated with polydimethylsiloxane or a derivative thereof.
21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Rezeptoroligo und/oder Sondenoligo entweder direkt kovalent, über ein Brückenmolekül und/oder über ein spezifisch bindendes Paar an einer Oberfläche immobilisiert ist.21. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that receptor oligo and / or probe oligo is immobilized on a surface either directly covalently, via a bridge molecule and / or via a specifically binding pair.
22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die komplementären Nucleinsäurestränge DNA-, RNA- und/oder LNA - Stränge sind.22. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the complementary nucleic acid strands are DNA, RNA and / or LNA strands.
23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Partner des spezifisch bindenden Paares Biotin und Streptavidin bzw. Antibiotin-Antikörper sind.23. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the partners of the specifically binding pair are biotin and streptavidin or antibiotin antibodies.
24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Markierung eine Gruppe verwendet wird, die optisch und/oder elektrisch nachweisbar ist. 24. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a group is used as the marking, which is optically and / or electrically detectable.
25. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Markierung eine radioaktive, fluoreszierende, lumineszierende, chromophore Markierung oder ein Farbstoff oder eine leitfähige Gruppe verwendet wird.25. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a radioactive, fluorescent, luminescent, chromophoric label or a dye or a conductive group is used as the label.
26. Verfahren nach Anspruch 25 dadurch gekennzeichnet, dass als Markierung eine fluoreszierende Gruppe verwendet wird.26. The method according to claim 25, characterized in that a fluorescent group is used as the label.
27. Verfahren nach Anspruch 26 dadurch gekennzeichnet, dass als Markierung Fluo- resceinisothiocyanat, Fluorescein, Rhodamin, Tetramethylrhodamin-5-(und-6)- isothiocyanat, Texas Red oder ein Cyaninfarbstoff verwendet wird.27. The method according to claim 26, characterized in that fluorescein isothiocyanate, fluorescein, rhodamine, tetramethylrhodamine-5- (and-6) - isothiocyanate, Texas Red or a cyanine dye is used as the label.
28. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Markierungen verwendet werden, die an Analytnucleinsäure und Sondenoligo bzw. Referenzstrang gebunden sind.28. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that two labels are used which are bound to analyte nucleic acid and probe oligo or reference strand.
29. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Markierungen verwendet werden, die an Rezeptoroligo und Referenzstrang gebunden sind.29. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that two labels are used which are bound to the receptor oligo and the reference strand.
30. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die unmarkierten Komponenten immobilisiert werden und die markierten Komponenten zuletzt zu der Reaktionsmischung zugegeben werden. 30. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the unlabeled components are immobilized and the labeled components are added last to the reaction mixture.
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