ES2132069T5 - Cuantificacion de acidos nucleicos utilizando la reaccion en cadena de la polimerasa. - Google Patents

Cuantificacion de acidos nucleicos utilizando la reaccion en cadena de la polimerasa. Download PDF

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Abstract

LA PRESENTE INVENCION PRESENTA UN METODO PARA DETERMINAR LA CANTIDAD DE UN SEGMENTO DE ACIDO DEL BLANCO EN UNA MUESTRA MEDIANTE LA REACCION EN CADENA DE LA POLIMERASA. EL METODO CONSISTE EN LA AMPLIFICACION SIMULTANEA DEL SEGMENTO DE ACIDO NUCLEICO DEL BLANCO Y DE UN SEGMENTO DE ACIDO NUCLEICO ESTANDAR INTERNO. LA CANTIDAD DE ADN AMPLIFICADO DE CADA SEGMENTO SE DETERMINA Y COMPARA CON LAS CURVAS ESTANDAR PARA DETERMINAR LA CANTIDAD DEL SEGMENTO DE ACIDO NUCLEICO DEL BLANCO PRESENTE EN LA MUESTRA ANTES DE LA AMPLIFICACION. EL METODO ES ESPECIALMENTE PREFERENTE PARA DETERMINAR LA CANTIDAD DE UNA ESPECIE DE MARN ESPECIFICA EN UNA MUESTRA BIOLOGICA. ADICIONALMENTE, SE PRESENTA UN ESTANDAR INTERNO UTIL PARA LA CUANTIFICACION DE MULTIPLES ESPECIES DE MARN.

Description

Cuantificación de ácidos nucleicos utilizando la reacción en cadena de la polimerasa.
La presente invención se refiere a la determinación cuantitativa de un segmento particular de ácido nucleico en una muestra. La invención es particularmente útil para determinar la cantidad de moléculas de mRNA específicas en una muestra biológica. El método es por tanto especialmente aplicable en el campo del diagnóstico médico, pero puede aplicarse también en los campos de la genética, biología molecular y bioquímica. La invención se refiere también al uso de patrones internos en los métodos de amplificación de ácidos nucleicos y a kits que contienen éstos, así como a oligonucleótidos iniciadores que permiten su co-amplificación junto con los segmentos de ácido nucleico diana.
Las patentes U.S. Nos. 4,683,195 y 4,683,302 describen métodos para llevar a cabo la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), un método de amplificación de ácidos nucleicos, y para el uso de la PCR en la detección de secuencias nucleotídicas específicas. La Publicación de la Oficina Europea de Patentes N. 258,017 describe la polimerasa de Taq, una polimerasa preferida para el uso en PCR.
Los métodos de PCR tienen aplicaciones muy extendidas en el diagnóstico de enfermedades genéticas (véase Wu et al., 1989, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 86: 2757-2760 y Myerswitz, 1988, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 85: 3955-3959), así como en el diagnóstico de la susceptibilidad a enfermedades y al cáncer (véase Horn et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 85: 6012-6016; Todd et al., 1987, Nature, 329: 599-604; Kawasaki, 1988, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 85:5698-5702; y Neri et al., 1988, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 85:92 68-9272).
Sin embargo, estos usos han proporcionado solamente resultados cualitativos a través de, por ejemplo, detectar transcritos de mRNA específicos de células anormales en un fondo de células normales.
Se ha publicado un intento de utilizar la PCR para estudios cuantitativos de los niveles de mRNA de la timidilato sintasa en tumores (véase Kashasi-Sabet, 1988, Cancer Res., 48:5775-5778). Sin embargo, este estudio proporciona solamente comparaciones relativas de cantidades de mRNA en muestras biológicas. Ha sido mucho más difícil cuantificar la cantidad absoluta de un mRNA específico sin un patrón interno de concentración conocida. Se han descrito otros métodos para cuantificar especies de ácidos nucleicos mediante el uso de la PCR para co-amplificar un segundo cDNA molde no relacionado (véase Chelly et al., 1988, Nature 333:855-860 y Rapopolee et al., 1988, Science 241:708-712) El uso de un cDNA patrón no relacionado precisa también del uso de un segundo conjunto de oligonucleótidos iniciadores, no relacionados con el mRNA específico diana.
Puesto que la amplificación es un proceso exponencial, pequeñas diferencias en cualquiera de las variables que controlan la velocidad de reacción, incluyendo la longitud y la secuencia de nucleótidos del par de iniciadores, pueden conducir a diferencias dramáticas en el rendimiento del producto de PCR. Por lo tanto, los análisis que utilizan dos conjuntos de iniciadores no relacionados, pueden proporcionar solamente una comparación relativa de dos reacciones de amplificación independientes más que una medida absoluta de la concentración de mRNA.
Gilliland et al. (J. Cellular Biochemistry, UCLA Symposia on Molecular and Cellular Biology, Abril 3-21, 1989, Resumen WH001) describen aproximaciones alternativas para la cuantificación del mRNA para evitar algunos de los problemas asociados con moldes no relacionados como patrones de amplificación. Sin embargo, las sugerencias de Gilliland et al. tienen otras limitaciones inherentes. Una aproximación requiere el mapeado de los intrones y exones genómicos para el gen correspondiente a un mRNA diana específico. Gilliland et al. también proponen una aproximación alternativa utilizando mutagénesis dirigida para construir un patrón interno, lo que causa la formación de heterodúplex tras la amplificación. Estos heterodúplex tienen como resultado una sobreestimación de la cantidad de la secuencia diana presente en la muestra original. Smith et al. (Smith et al., 1989, J. Immunol. Meth. 118:265-272) han utilizado un ensayo de transferencia en punto de RNA para evaluar cuantitativamente el nivel de expresión de mRNAs de dos IL-1 en macrófagos humanos. Smith et al. describieron que el nivel de sensibilidad para el mRNA de la IL-1\alpha era de aproximadamente 10^{7} moléculas por este método, y el mRNA de la IL-1\alpha no se detectaba en macrófagos sin inducir. La presente invención proporciona un método de cuantificación que puede medir fácilmente 10^{4} moléculas y detecta fácilmente el mRNA de la IL-1\alpha en macrófagos tanto no inducidos como inducidos en una muestra de ensayo. Este incremento de 1000 veces en sensibilidad representa un importante avance en el análisis cuantitativo con fines clínicos y de investigación.
Existe todavía una necesidad de un método para cuantificar directamente, con precisión, y de forma reproducible la cantidad de un segmento de ácido nucleico específico en una muestra. La disponibilidad de la PCR cuantitativa proporcionará información valiosa en varias áreas de investigación. Más en particular, la invención proporciona información crítica en el diagnóstico de enfermedades y la terapia del cáncer. Por ejemplo, un análisis cuantitativo, fiable y sensible puede ser crítico para determinar el grado de inducción de la síntesis de mRNA en respuesta a estímulos exógenos. La presente invención supera las numerosas limitaciones inherentes en los intentos de otros en este campo, y proporciona así medios para cuantificar de forma precisa la cantidad de un segmento de ácido nucleico en una muestra biológica.
Así, la presente invención se refiere a las realizaciones caracterizadas en las reivindicaciones. Conforme a ello la presente invención proporciona usos, kits y métodos para cuantificar un segmento de ácido nucleico diana en una muestra.
La Figura 1 muestra las posiciones de los iniciadores 5' y 3' de la Tabla I tal como están dispuestos en los plásmidos AW108 y AW109. Se muestran otras características relacionadas con la presente invención.
En la Figura 2A-C se determinó la cantidad de mRNA de la IL-1\alpha presente en macrófagos inducidos por lipopolisacárido (LPS) y sin inducir utilizando el par de iniciadores de IL-1\alpha.
La Figura 2A muestra un gel de acrilamida teñido con bromuro de etidio en que son visibles los segmentos de DNA patrón y diana amplificados.
En la Figura 2B se representan las cantidades de DNA producto de PCR de IL-1\alpha patrón y diana producidas frente a la concentración de molde.
La Figura 2C muestra una gráfica de las cantidades de DNA producto de PCR de IL-1\alpha patrón y diana producidas versus el número de ciclos de amplificación.
La Figura 3 muestra los resultados de una transferencia Northern que contiene muestras de cRNA de AW108, y RNA aislado de macrófagos inducidos por LPS. La transferencia se hibridó con el iniciador IL-1\alpha 3'.
La Figura 4 muestra la eficiencia de la amplificación para diferentes conjuntos de iniciadores utilizando el mismo cRNA molde en las mismas condiciones.
La presente invención proporciona un método para determinar la cantidad absoluta de un segmento de ácido nucleico en una muestra. El método implica la amplificación, mediante una reacción en cadena de la polimerasa, de dos segmentos de ácido nucleico diferentes combinados en una mezcla de reacción. Los dos segmentos incluyen un segmento diana y un segmento patrón interno. El patrón interno se amplifica utilizando el mismo par de oligonucleótidos iniciadores que para el ácido nucleico diana; sin embargo, los dos segmentos de ácido nucleico conducen a productos de amplificación que son distinguibles por su tamaño.
El segmento patrón está presente en una cantidad conocida. Tras la amplificación, se mide la cantidad de cada uno de los dos productos de la reacción en cadena de la polimerasa, y se cuantifica la cantidad de segmento diana presente en la muestra original por extrapolación frente a una curva patrón. Además, el patrón interno descrito aquí contiene secuencias iniciadoras para múltiples genes, de manera que puede utilizarse el mismo patrón para cuantificar varios segmentos de ácido nucleico de interés.
La presente invención es de particular utilidad para proporcionar un método rápido, sensible y fiable para determinar de forma precisa la cantidad de un mRNA específico de baja abundancia presente en una muestra que contenga menos de 0,1 ng de RNA total. El método proporciona una aproximación suficientemente potente como para permitir una medida de la heterogeneidad en los niveles de expresión de mRNAs específicos dentro de determinadas subpoblaciones, incluso al nivel de células individuales.
Mediante la co-amplificación del ácido nucleico diana y el ácido nucleico patrón interno, se controlan internamente los efectos variables que afectan de forma igual al rendimiento del producto de PCR de los ácidos nucleicos patrón y diana. Numerosas variables influyen en la velocidad de la reacción de PCR. Estas variables pueden incluir las concentraciones de polimerasa, dNTPs, MgCl_{2}, moldes de ácido nucleico, e iniciadores, así como la velocidad de formación de "dímeros de iniciadores" y las variaciones de tubo a tubo.
La cantidad de segmento de ácido nucleico diana presente en la muestra antes de la amplificación se determina utilizando una curva patrón. La curva patrón se genera representando la cantidad del segmento patrón producido en la reacción en cadena de la polimerasa frente a cantidades variables, pero conocidas, de RNA presente antes de la amplificación. Para mayor precisión, la cantidad de segmento patrón presente antes de la amplificación se varía por dilución sucesiva de la mezcla de reacción de coamplificación. La cantidad de segmento diana producido en la reacción en cadena de la polimerasa se compara entonces con la curva patrón para determinar la cantidad del segmento diana presente en la muestra antes de la amplificación. Alternativamente, la curva patrón puede generarse representando las cantidades de los segmentos diana y patrón producidos frente al número de ciclos de amplificación. Para asegurar la precisión, se prefiere que el número de ciclos de amplificación se varíe tomando alícuotas de una mezcla de reacción de co-amplificación después de haberse completado diferente número de ciclos de amplificación.
El método de la invención es muy superior a la determinación de la cantidad de un segmento de ácido nucleico en una muestra en forma de cantidad relativa, en lugar de absoluta. Además, el método es mucho más preciso que cuando se determina una cantidad absoluta empleando un segundo conjunto de oligonucleótidos iniciadores para amplificar el patrón, en que este conjunto de iniciadores es diferente al conjunto utilizado para amplificar el segmento diana.
El método de la presente invención es útil para cuantificar una molécula de RNA o DNA diana. Para determinar la cantidad de DNA presente en una muestra, pueden aplicarse directamente los métodos de amplificación que se describen aquí. Tal como demostrarán los ejemplos descritos a continuación, la presente invención es también útil para determinar la cantidad de un mRNA específico en una muestra de RNA total. El segmento de ácido nucleico patrón interno es proporcionado en un DNA plasmídico. La presencia de un promotor de la polimerasa de T7 u otro promotor adecuado, tal como el promotor SP6, situado apropiadamente permite que el plásmido sea utilizado como molde para la síntesis de cRNA. Tal como se define aquí a efectos de la presente invención, el término "cRNA" se refiere a un segmento de ácido ribonucleico sintetizado a partir de un DNA molde por una RNA polimerasa. Además, el plásmido puede contener una secuencia de poliadenilación en el extremo 3' para facilitar la purificación y subsiguiente cuantificación del cRNA sintetizado in vitro. Tal como se describe en las realizaciones preferidas, el DNA molde es el plásmido AW108 o bien AW109, y la RNA polimerasa es la polimerasa de T7. En una realización, el cRNA de AW108 se sintetiza en forma de una hebra con sentido a partir de pAW108 mediante la polimerasa de T7. La estructura de pAW108 se muestra en la Figura 1. El conjunto de iniciadores que se muestra en la Figura 1 es idéntico para pAW108 y pAW109. La molécula de cRNA sirve entonces como el molde patrón interno para la transcripción inversa por la DNA polimerasa, transcriptasa inversa. La transcriptasa inversa genera un transcrito de cDNA a partir de un molde de RNA. La realización preferida de la invención, el patrón interno de cRNA, se sintetiza como una hebra con sentido. A continuación de la transcripción inversa del mRNA diana y el cRNA patrón, se realiza el PCR.
Como resultará obvio a los expertos en la materia, se conocen diversos métodos para construir plásmidos útiles en el método de la presente invención. Higuchi, 1988, Nucleic Acids Research 16:7351-7367 y Ho, 1989, Gene 77:51-59 describen dos métodos para construir nuevos plásmidos que incorporen las secuencias de DNA sintéticas deseadas. De modo alternativo, los segmentos de DNA sintéticos pueden insertarse vía digestión con enzimas de restricción y ligación con un vector precursor de tipo plásmido o fago, tratado de forma apropiada. El patrón interno de la realización preferente, pAW108, contiene múltiples conjuntos de iniciadores que permiten que un único cRNA patrón pueda utilizarse para cuantificar varios mRNAs diferentes. La presencia de dianas de restricción únicas en el plásmido pAW108 proporciona la flexibilidad para añadir nuevos conjuntos de iniciadores al plásmido. La diana BamHI única se utiliza para linealizar el plásmido para producir un molde lineal para la transcripción inversa. Un depósito de E. coli conteniendo el plásmido AW108 se ha depositado en la Colección Americana de Cultivos Tipo (ATCC) en 12301 Parklawn Drive, Rockville, Maryland de acuerdo con los términos del Tratado de Budapest, con el número de acceso 68094. Se ha depositado también un depósito de E. coli conteniendo el plásmido AW109 en la Colección Americana de Cultivos Tipo (ATCC) en 12301 Parklawn Drive, Rockville, Maryland de acuerdo con los términos del Tratado de Budapest, con el número de acceso 68152.
El plásmido AW108 se obtiene a partir de pcDV1 y pL1 que se describen en Okayama y Berg, 1983, Mol. Cell. Biol. 3:280-289. La región promotora de SV40 de pL1 se insertó en pcDV1 en la forma indicada en el artículo citado. El promotor de T7, las secuencias oligonucleotídicas sintéticas, y una región de poliadenilación del gen IL-1\alpha se insertaron a continuación proporcionando el plásmido AW108 como un patrón interno para la cuantificación de doce mRNAs específicos. El plásmido se transformó en E. coli y se cultivaron en medio de Luria con ampicilina añadida a 50 \mug/ml.
El plásmido AW108 se utilizó a continuación como material de partida para construir pAW109. Se cultivaron E. coli conteniendo AW108, y el DNA plasmídico se purificó mediante los métodos habituales. El plásmido se digirió con las endonucleasas de restricción BamHI y BglII, y se purificó el fragmento de 1 kb. Este fragmento contenía los conjuntos de iniciadores 5' y 3' que se muestran en la Figura 1 así como la secuencia de poliadenilación. El plásmido pSP72 (Promega Biotec, Madison, Wisconsin) contiene un promotor de T7 adyacente a una secuencia de poliengarce para facilitar el clonaje. El plásmido contiene también el gen de resistencia a la ampicilina.
El fragmento BglII-BamHI de pAW108 se ligó en pSP72 cortado con BglII y BamHI. Ambas son dianas de restricción únicas dentro de la región de poliengarce. La mezcla de ligación se uso para transformar E. coli DH5\alpha, y se seleccionaron las colonias resistentes a ampicilina resultantes. Se ensayó la correcta orientación del inserto BglII-BamHI en el plásmido. El plásmido resultante, pAW109, es adecuado como un patrón interno para la cuantificación de mRNA.
Tal como resultará obvio a un experto en la materia, están disponibles muchos otros plásmidos para la inserción de la secuencia de DNA deseada para proporcionar un patrón interno útil en la presente invención. En general, los métodos para la transformación de estos plásmidos en cepas huésped adecuadas, la propagación de los huéspedes transformados y la preparación de DNA plasmídico tal como se requiere para la práctica de la invención pueden encontrarse en Maniatis et al. Molecular Cloning - A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, New York, 1985.
Tal como se utiliza aquí, el término "iniciador 5'" se refiere a un oligonucleótido que comprende una secuencia idéntica a la secuencia contenida en la hebra con sentido de un segmento nucleotídico diana. Tal como se utiliza aquí, el término "iniciador 3'" se refiere a un oligonucleótido que comprende una secuencia complementaria a una secuencia contenida en la hebra con sentido del mismo segmento nucleotídico diana. Así, un iniciador 3' útil en el método de la presente invención hibridará con un molde de mRNA, cDNA o DNA. Es también descriptivo de los iniciadores 3' y 5' que tanto para el cRNA patrón interno como para el segmento de RNA diana, la región de hibridación del iniciador 3' está situada hacia 3' respecto a la región de hibridación del iniciador 5'.
Los iniciadores 3' y 5' funcionan en el método de la invención de la forma siguiente: el iniciador 3' inicia la síntesis de DNA en una reacción de PCR produciendo una hebra de DNA anti-sentido, que proporciona un molde para la síntesis de la segunda hebra cuando se incluye el iniciador 5' en la reacción de PCR. Estos iniciadores 5' y 3' son denominados aquí como un "par de iniciadores".
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En la realización preferida, la mayor parte de miembros de un par de iniciadores están diseñados para abarcar dos empalmes exón-intrón dentro del gen que codifica cada mRNA diana. De esta forma, los iniciadores solo hibridarán de forma efectiva con el mRNA diana deseado. Así, pequeñas cantidades de DNA genómico como contaminante en una muestra biológica no afectarán a la cuantificación precisa del mRNA diana.
Así, un par de iniciadores funcionará en una reacción de PCR amplificando un segmento de ácido nucleico que posea una secuencia del iniciador idéntica a un segmento de DNA contenido en el ácido nucleico patrón, esto es, tal como se muestran como ejemplos, los plásmidos AW108 y AW109. Tal como se describe aquí, ambos plásmidos contienen una secuencia de DNA que comprende la secuencia de DNA de doce pares de iniciadores dispuestos de la siguiente forma: un DNA idéntico en secuencia a los iniciadores 5' de doce mRNAs diana está seguido por la secuencia de DNA complementaria a los iniciadores 3' para los mismos doce mRNAs diana (Figura 1). Las secuencias de DNA de los pares de iniciadores en pAW108 y pAW109 corresponden a mRNAs que codifican el factor de necrosis tumoral (TNF), factor estimulante de colonias de macrófagos (M-CSF), factor de crecimiento derivado de plaquetas A (PDGF-A), factor de crecimiento derivado de plaquetas B (PDGF-B), receptor de lipoproteínas de baja densidad (LDL-R), 3hidroxi-3-metilglutaril coenzima A reductasa (HMG), interleuquina-1\alpha (IL-1\alpha), interleuquina-1\beta (IL-1\beta), interleuquina-2 (IL-2), receptor tipo beta del factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF-\betaR), y lipoproteína lipasa (LPL). Los pares de iniciadores útiles para amplificar el patrón interno proporcionado por el cRNA de AW108 ó AW109 en la práctica del método de la invención se muestran en la Tabla I.
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Otros mRNA diana que pueden ser fácilmente cuantificados en muestras biológicas mediante la presente invención incluyen, pero no están limitados a, factor estimulante de colonias de granulocitos (G-CSF), factor estimulante de colonias de granulocitos y macrófagos (GM-CSF), factor de crecimiento de fibroblastos ácido (aFGF), factor de crecimiento de fibroblastos básico (bFGF), c-sarcoma felino de McDonough (c-fms), factor-\beta de crecimiento transformante (TGF-\beta), proteína-1 de adhesión de leucocitos (LFA-1), receptor-\alpha de interleuquina-2 (IL-2R\alpha), alfa-actina, desmina, \beta-actina, interleuquina-6 (IL-6), interferón-\alpha (IFN-\alpha), interferón-\gamma (IFN-\gamma), receptor de interleuquina-6 (IL-6R), receptor del factor de crecimiento derivado de plaquetas \alpha (PDGF-\alphaR), receptor-\beta de interleuquina-2 (IL-2R\beta), interleuquina-3 (IL-3), y interleuquina-4 (IL-4) así como virus de inmunodeficiencia humana (HIV). En la Tabla II se muestran secuencias de oligonucleótidos que constituyen ejemplos de pares de iniciadores útiles para la detección y la medida de la expresión de estos RNAs.
TABLA II
2
TABLA II (continuación)
3
El producto de PCR de cada conjunto de iniciadores de pAW10 8 y pAW10 9 tiene 300-308 pares de bases (pb), dependiendo del par de iniciadores utilizado en concreto. La longitud del segmento de 300-308 pb del ejemplo mostrado no impone una limitación en el diseño de un patrón interno cualquiera. Tan sólo es necesario que la longitud del segmento patrón se diseñe de manera que sea de diferente tamaño que los productos de PCR de los mRNAs diana y que las longitudes de los segmentos estén dentro de los límites de detección inherentes al sistema analítico preferido (por ejemplo, electroforesis en gel de acrilamida, electroforesis en gel de agarosa, u otros medios cromatográficos). La diferencia de tamaño entre los productos de amplificación de PCR permite la fácil separación del producto de amplificación patrón interno de cRNA del producto de amplificación del mRNA diana mediante, por ejemplo, la electroforesis en gel. La diana BamHI única se utiliza para linealizar el plásmido AW108 ó AW109 para producir transcritos de cRNA. Estos transcritos son útiles para la cuantificación de varios mRNAs específicos diferentes en, por ejemplo, muestras tratadas y sin tratar. Este método puede utilizarse para proporcionar un fenotipo transcripcional de células o tejido tratado o sin tratar y proporciona así diversas aplicaciones clínicas y de investigación.
El cRNA y el mRNA diana se transcriben de forma inversa en la misma reacción. De esta manera, el cRNA sirve no sólo como patrón para la cuantificación de mRNA, sino que proporciona también un control de mRNA interno para la reacción de transcripción inversa. La transcriptasa inversa requiere un iniciador para iniciar la síntesis de cDNA utilizando un molde de RNA. En la práctica de la presente invención, éste será un oligonucleótido iniciador que hibrida tanto con el cRNA patrón como con el mRNA diana. El iniciador puede tener una secuencia idéntica al iniciador 3' utilizado para la amplificación por PCR del mRNA diana. De modo alternativo, el iniciador para la reacción de transcripción inversa puede ser un oligonucleótido que hibrida con el mRNA y el cRNA en una posición distal de la secuencia del iniciador 3' de amplificación, por ejemplo, oligo(dT). Así, el cDNA resultante contiene en su interior una secuencia idéntica a la secuencia del iniciador 3' de amplificación. En la realización preferida descrita aquí, el cRNA de AW108, así como el cRNA de AW109, contienen una secuencia de poliadenilación en el extremo 3', y el oligo(dT) se utiliza como iniciador para la transcripción inversa de los moldes de cRNA y mRNA. Además, el oligo(dT) permite la amplificación de más de una secuencia diana a partir de la misma mezcla de reacción de transcriptasa inversa.
Se utilizan los mismos iniciadores en la amplificación por PCR de los moldes patrón y diana; por lo tanto no hay diferencias de eficiencia entre la amplificación de los RNAs patrón y diana. Cuando se amplifican diluciones en serie de mezclas del mRNA diana y del cRNA patrón interno en el mismo tubo, y la reacción se detiene en la fase exponencial de la amplificación, la cantidad de mRNA diana que estaba presente en la mezcla antes de la amplificación puede determinarse por extrapolación sobre la curva patrón de cRNA patrón interno. La cantidad de DNA producida se representa frente a la cantidad de material de partida tanto para el patrón como para la diana. La curva patrón permite la extrapolación de los datos de la diana para determinar la cantidad de diana en el material de partida. Este valor puede expresarse como moléculas de mRNA diana/ng RNA total. De forma alternativa, puede determinarse como un porcentaje o una cantidad en peso, o como un número de copias.
De modo alternativo, se proporciona un método para determinar la cantidad de mRNA diana mediante la variación del número de ciclos de amplificación. La cantidad de los productos de amplificación producidos se representa frente al número de ciclos de amplificación tanto para el segmento patrón como para el segmento diana. Los datos representados muestran la parte de las reacciones en que la velocidad de amplificación es exponencial. Por tanto, un cociente entre los productos formados puede ser igualado a un cociente entre los materiales de partida para determinar la cantidad inicial de segmento diana presente. Esto se hace de acuerdo con la fórmula:
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en donde N0 es la cantidad inicial de material, y N es la cantidad de producto amplificado producido.
En otra realización de la presente invención, se inserta un tercer conjunto de iniciadores en el plásmido patrón interno entre el conjunto de iniciadores 5' y el conjunto de iniciadores 3'. El tercer conjunto de oligonucleótidos está formado por una serie de secuencias sintéticas en que existe una secuencia correspondiente a cada uno de los RNA para los que el plásmido contiene un par de iniciadores 5' y 3'. Este conjunto se diseña de forma que para cada RNA diana a cuantificar, el producto de amplificación contendrá una secuencia idéntica a una parte del tercer conjunto de oligonucleótidos. De esta forma, tanto el segmento de DNA patrón amplificado como el segmento diana amplificado contienen un segmento idéntico que proporciona un lugar para hibridación de sondas, por lo que para cada par de iniciadores, es
útil una sonda oligonucleotídica para detectar el DNA diana amplificado así como el DNA patrón amplificado.
Cuando se incluye un tercer conjunto de oligonucleótidos en el plásmido patrón, la reacción de PCR puede llevarse a cabo sin utilizar un marcador. Se prefiere que las reacciones de transcripción inversa y amplificación se lleven a cabo en tubos separados para cada molde patrón y diana, más que como co-amplificación. Después de la amplificación, se cuantifica la cantidad de producto mediante el uso de un formato de transferencia en punto empleando una sonda oligonucleotídica monohebra que tiene una secuencia correspondiente a la secuencia interna proporcionada por el tercer conjunto de iniciadores.
Como ejemplo ilustrativo de la presente invención, el patrón interno AW108 se utilizó para determinar la cantidad de varios mRNAs de linfoquinas, incluyendo mRNA de IL-1\alpha, aislados de cultivos de macrófagos humanos inducidos con lipopolisacárido (LPS) y control. Se midieron también los niveles de mRNA de linfoquinas en tejido de placa aterosclerótica humana.
Como se ha proporcionado por la presente invención, el mRNA diana se cuantifica con la mayor precisión utilizando un patrón interno que tenga, en parte, la misma secuencia que la propia diana. La cuantificación de secuencias de mRNA mediante amplificación por PCR utilizando un molde no relacionado como patrón interno proporciona solamente datos comparativos a causa de las diferencias en eficiencia entre los pares de iniciadores para los mRNAs patrón y diana. Esto es inherente al proceso de amplificación puesto que la amplificación por PCR es un proceso exponencial. El grado de amplificación (N) viene dado por la ecuación: N=N_{0} (1+ef)^{n}, donde N_{0} es la cantidad inicial de material, ef es la eficiencia, y n es el número de ciclo. Así, pequeñas diferencias en eficiencia conducen a grandes diferencias en el rendimiento de producto de PCR y tienen como resultado la mala representación de la cantidad de molde presente en una muestra biológica. Además, las diferencias en la eficiencia de los iniciadores son parámetros difíciles de regular para el análisis cuantitativo. La presente invención supera estos problemas.
La contribución significativa de la eficiencia de los iniciadores en la cuantificación precisa de un segmento de ácido nucleico se subraya en uno de los siguientes ejemplos. Se utilizó cRNA de AW108 como molde para la amplificación por PCR de varios conjuntos de iniciadores diferentes. La eficiencia de la amplificación por estos diferentes conjuntos de iniciadores, en las mismas condiciones de PCR, varía en un rango de varios órdenes de magnitud. La invención está dirigida a esta cuestión, que es claramente crítica en cualquier intento de cuantificar expresión de mRNA por PCR, y supera el problema de la eficiencia de los iniciadores mediante el uso de los mismos iniciadores para la amplificación del mRNA diana y el cRNA patrón interno.
La presente invención requiere que la amplificación de los segmentos de ácido nucleico patrón y diana se lleve a cabo en la misma reacción. En la realización preferida de la presente invención, la reacción de transcripción inversa del cRNA patrón y el mRNA diana se lleva también a cabo en la misma reacción. Los entendidos en la materia reconocerán de lo anterior que podría cuantificarse un ácido nucleico diana realizando las reacciones de transcripción inversa y amplificación del patrón y la diana por separado. Sin embargo, la precisión de este método depende del grado en que las etapas de transcripción inversa y amplificación procedan con eficiencia similar para ambas amplificaciones. Mediante la realización de ambas reacciones de transcripción inversa y ambas reacciones de amplificación en el mismo tubo de reacción, se asegura una precisión excelente.
La cantidad de un fragmento de DNA amplificado en una muestra determinada puede influir en la eficiencia de la amplificación. Cuando se utiliza una concentración elevada de molde, o existe como resultado de la amplificación por PCR, pueden tener lugar fenómenos que constituyen factores limitantes de la amplificación eficiente. Tales fenómenos incluyen la saturación por sustrato del enzima, la inhibición por producto del enzima, la separación incompleta de las hebras del producto, y la rehibridación de las hebras del producto. Estos problemas se evitan fácilmente, sin embargo, mediante una titulación inicial de los mRNAs diana específicos, para encontrar el rango de concentraciones que produce amplificación exponencial en un rango definido de número de ciclos. Por consiguiente, para obtener una evaluación cuantitativa fiable de un mRNA específico utilizando la invención descrita, el rango de concentraciones de los moldes patrón y diana, así como el número de ciclos de amplificación, deben ser tales que las reacciones permanezcan en la fase exponencial.
Así, en la realización preferida, las condiciones de reacción descritas utilizan 50 ng - 1 \mug de RNA celular total en combinación con aproximadamente 2 x 10^{2} -2 x 10^{7} moléculas de cRNA. Una cantidad tan pequeña como 50 pg de RNA celular es también adecuada con los fines de la presente invención.
Las muestras adecuadas para el análisis por este método pueden ser de origen humano o no humano; pueden obtenerse de muestras en cultivo, o aislarse a partir de tejido diseccionado o a partir de células de un fenotipo definido inmunológicamente. Estas últimas pueden obtenerse mediante la tinción con un anticuerpo monoclonal y el aislamiento mediante un separador de células activado por fluorescencia (FACS) de células disociadas enzimáticamente o mediante la separación de áreas específicas de preparaciones teñidas inmunohistoquímicamente. Esto permitirá la identificación definitiva de tipos de células que producen mRNAs específicos.
La cantidad de DNA amplificado generado en el método de la presente invención puede medirse de diferentes maneras. Por ejemplo, pueden utilizarse en la PCR iniciadores marcados en que uno o ambos miembros de un par cualquiera de iniciadores está marcado, o nucleótidos marcados, y puede medirse la incorporación de marca para determinar la cantidad de DNA amplificado. La marca puede ser isotópica o no isotópica. De forma alternativa, la cantidad de producto amplificado puede determinarse por electroforesis y visualización del producto amplificado por tinción o por hibridación con una sonda marcada. Puede usarse la densitometría para calcular la cantidad de producto en un gel teñido, o por extrapolación a partir de un autorradiograma cuando se utiliza una sonda marcada. Cuando se utiliza una sonda marcada, la sonda debe estar presente en exceso respecto al producto amplificado. En una realización de este tipo de la invención, los iniciadores se marcan isotópicamente y los productos de amplificados resultantes se someten a electroforesis en un gel de acrilamida. La región en que se espera que migre el producto se corta, y la cantidad de marca se determina por contaje de Cerenkov. La cantidad de marca presente se representa frente a la cantidad de material de partida conocida.
El método de la invención requiere que se determinen las cantidades amplificadas de un segmento molde y un segmento patrón producidas en una única reacción en cadena de la polimerasa. Por tanto, el método requiere que el segmento molde amplificado sea distinguible del segmento patrón amplificado. Si los segmentos son de diferentes tamaños, es relativamente simple distinguir un segmento amplificado del otro, esto es, los productos amplificados pueden separase fácilmente mediante electroforesis en gel. La presente invención no precisa, sin embargo, que los productos de amplificación sean de diferente tamaño, ya que pueden utilizarse otros métodos para distinguir un segmento amplificado del otro. Por ejemplo, la sonda interna específica para un segmento puede marcarse de forma diferente a la sonda interna específica para el otro segmento.
El método cuantitativo aquí descrito es útil para el análisis de muestras biológicas in vivo. Tal como se muestra en el siguiente ejemplo, el análisis por PCR cuantitativo de mRNA de las cadenas de PDGF-A y B en una lesión aterosclerótica humana frente a un vaso sanguíneo normal hace resaltar la sensibilidad de esta aproximación para investigar la biología de las células y tejidos in vivo. Por ejemplo, cuando se utilizó el presente método para medir mRNAs de IL-1\alpha y IL-1\beta en tejido aterosclerótico, los resultados sugirieron que puede haber componentes inflamatorios o inmunológicos en la patogénesis de la enfermedad.
Debido a su elevada sensibilidad, rapidez y precisión, el presente método de PCR cuantitativo puede utilizarse para estudiar la expresión génica de una forma más extensiva de lo que has sido posible hasta ahora, permitiendo medidas cuantitativas de la expresión génica en un número muy pequeño de células y a partir de pequeñas cantidades de muestras de tejido disponibles a partir de fuentes in vivo, tales como biopsias. Esta técnica puede proporcionar también información de los cambios en el nivel de expresión de moléculas de mRNA específicas que puede ser valiosa en el diagnóstico y análisis de, por ejemplo, estados de enfermedades infecciosas, cáncer, trastornos metabólicos, y enfermedades autoinmunes.
Resultará evidente para los expertos en la materia que el método de la presente invención puede comercializarse en forma de kit para la cuantificación de uno o más ácidos nucleicos en una muestra. Por ejemplo, en su realización más sencilla, uno de estos kits proporcionaría un patrón interno y un par de oligonucleótidos iniciadores apropiados. En otra realización, un kit puede contener un patrón interno, un par de oligonucleótidos iniciadores apropiados, una DNA polimerasa, una RNA polimerasa, una transcriptasa inversa, trifosfatos de nucleótidos, enzimas de restricción, tampones para llevar a cabo la síntesis de cRNA y cDNA, digeridos de enzimas de restricción, y amplificación por PCR. Además, los kits pueden contener una DNA polimerasa termoestable; por ejemplo la DNA polimerasa termoestable Taq aislada de Thermus aquaticus como agente de polimerización.
A continuación se muestran ejemplos del método de la invención, pero los expertos en la materia reconocerán que la presente invención no está de ningún modo limitada a las realizaciones específicas descritas a continuación.
Ejemplo 1 Métodos A. Preparación de los RNAs y los patrones internos
Se construyó un gen sintético utilizando una técnica de extensión de superposición de oligonucleótidos y amplificación por PCR. El procedimiento utilizado fue similar al descrito por Ho et al. para el uso en mutagénesis dirigida (Ho et al.,1989, Gene 77:51-59). Después de su construcción el gen sintético se subclonó en un vector de Okayama-Berg conteniendo el promotor de la polimerasa de T7 y una secuencia poliadenilada. El plásmido resultante, AW108, se muestra en la Figura 1.
Este plásmido se utilizó como molde para la transcripción por la polimerasa de T7 de acuerdo con el protocolo de transcripción del fabricante (Promega Biotec, Madison Wisconsin). El cRNA producto de AW108 resultante se purificó por cromatografía sobre oligo(dT) y electroforesis en gel. De manera alternativa, se utilizó pAW109 para preparar un patrón de cRNA. El cRNA producto se purificó por elución selectiva utilizando el sistema de puntas-Qiagen (Qiagen Inc., Studio City, California) seguida de cromatografía sobre oligo(dT). La punta-Qiagen se utilizó según las instrucciones del fabricante para la purificación de RNA y transcritos de RNA resultado de dejar correr la transcripción.
Tanto para el cRNA de AW10 8 como para el cRNA de AW10 9, el cRNA purificado se cuantificó por determinación de la absorbancia a 260 nm. El número de moléculas presentes se determinó de acuerdo con el peso molecular del transcrito. El cRNA de AW108 tiene 1026 nucleótidos de longitud, por lo tanto, 1 mol = 3,386 x 10^{5} gm (1026 x 330). Así, 3,386 x 10^{5} gm contienen 6 x 10^{23} moléculas de cRNA. El número de moléculas en 1 pg de cRNA de AW108 es (6 x 10^{23})/(3,386 x 10^{5} gm)= 1.77 x 10^{6}.
El RNA celular total se aisló a partir de macrófagos y tejidos por el método de la extracción ácida con tiocianato de guanidinio-fenol-cloroformo de acuerdo con Chomczynski et al. , 1987, Analyt. Biochem. 162: 156-159.
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B. Purificación de cRNA por electroforesis en gel
El cRNA preparado a partir de pAW108 se sometió a electroforesis en agarosa de bajo punto de fusión al 1%, grado ultra puro, en tampón TBE. La región del gel correspondiente a 1 kb se cortó y separó del gel y se fundió en 0,2-0,4 ml de tampón 0,1 M NETS (0,1 M NaCl, 0,01 M EDTA; 0,01 M Tris-HCl, pH 7,4; 0,2% SDS) conteniendo 1 mM 2-ME, en un baño de agua a 95ºC durante 3-5 minutos y se solidificó rápidamente en un cubo de hielo. A continuación las muestras se congelaron a -70ºC durante al menos dos horas.
Las muestras de agarosa fundida congeladas se calentaron a 37ºC y se centrifugó a la velocidad máxima en una centrífuga eppendorf mantenida en la cámara fría. Se separó la agarosa en forma de pellet. El líquido sobrenadante se transfirió a otro tubo eppendorf y se extrajo con una mezcla de 100 \mul defenol cloroformo conteniendo 1% de alcohol isoamílico. El fenol se saturó con tampón 0,1 M NETS. La fase acuosa se recogió, y el RNA se precipitó con etanol. El pellet de RNA se lavó con 0,1 ml de LiCl 2M y a continuación con 0,1 ml de etanol. El RNA se secó y a continuación se disolvió en una cantidad apropiada de agua destilada estéril (2-100 \mul) quedando preparado para la transcripción inversa.
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C. Oligonucleótidos utilizados para la amplificación
Los oligonucleótidos se sintetizaron en un sintetizador de DNA Biosearch (San Rafael, California). La mayoría de los iniciadores son iniciadores específicos de RNA. Los iniciadores 5' abarcaban el empalme de los dos primeros exones y los iniciadores 3' abarcaban el empalme de los dos siguientes exones. De modo alternativo, los iniciadores 5' abarcaban el empalme del primer y el segundo exón y los iniciadores 3' abarcaban el empalme entre el segundo y tercer exón. Estas secuencias, los genes a los que corresponden, y los tamaños de los productos amplificados obtenidos utilizando los iniciadores se muestran en la Tabla I.
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D. Preparación de cDNA
El RNA se sometió a transcripción inversa para dar el cDNA en la forma descrita previamente (véase Gerard, 1987, Focus (Bethesda Research Labs)9:5). Se preparó una reacción de transcripción inversa de 10 \mul, conteniendo 1 \mug de RNA celular total, 1, 77 x 10^{2} -1, 77 x 10^{6} moléculas de cRNA de AW108, 1 x tampón de PCR (20 mM Tris-HCl, pH 8,3, 50 mM KCl, 2 mM MgCl_{2}, 100 \mug/ml de BSA) , 1 mm DTT, 0,5 mM dNTP, 10 unidades de RNasin (Promega Biotec, Madison, Wisconsin), 0,1 \mug oligo(dT)_{12-18}, y 100 unidades de transcriptasa inversa de MuLV BRL Moloney (Bethesda Research Laboratories, Bethesda, Maryland). La reacción se incubó a 37ºC durante 60 minutos, se calentó a 95ºC durante 5-10 minutos, y se enfrió rápidamente en hielo.
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E. Procedimiento de amplificación
Una décima parte de la mezcla de reacción del cDNA se diluyó en una serie de diluciones a la tercera parte con 0,1 \mug/\mul tRNA, seguidas del ajuste a una concentración final de 1 x tampón de PCR, 50 \muM dNTPs, 0,1 \muM de cada uno de los iniciadores 5' y 3', 1 x 10^{6} cpm de iniciador marcado en el extremo con ^{32}P, y 1 unidad de Taq DNA polimerasa (Perkin-Elmer Cetus, Norwalk, Connecticut) en un volumen total de 50 \mul. Se colocó sobre la mezcla una capa de 100 \mul de aceite mineral para evitar la evaporación y se amplificó entonces durante 25 ciclos en un Termociclador Perkin Elmer Cetus. De forma alternativa, una décima parte de la mezcla de reacción del cDNA se amplificó utilizando las mismas condiciones que antes con un número variable de ciclos. El perfil de amplificación implica desnaturalización a 95ºC durante 30 segundos, hibridación del iniciador a 55ºC durante 30 segundos, y extensión a 72ºC durante 1 minuto. Los oligonucleótidos se marcaron con \gamma-^{32}P-ATP utilizando polinucleótido quinasa y los nucleótidos no incorporados se eliminaron en una columna de Bio-Gel P-4®.
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F. Análisis Cuantitativo
Diez \mul de cada mezcla de reacción de PCR se sometieron a electroforesis en geles de poliacrilamida al 8% en tampón Tris/borato/EDTA. Los geles se tiñeron con bromuro de etidio y se fotografiaron bajo irradiación con luz-UV. Las bandas apropiadas se cortaron del gel, y la radioactividad se determinó por contaje de Cerenkov. La cantidad de radioactividad recuperada a partir de las bandas cortadas del gel se representó frente a las concentraciones de molde. Los datos se representaron mediante un ajuste a una curva exponencial con un programa Slide-Write Plus (Advanced Graphics Software). La cantidad de mRNA diana se cuantificó por extrapolación frente a la curva de patrón interno de cRNA de AW108.
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G. Análisis por transferencia Northern
El RNA se sometió a electroforesis en un gel al 1,5% de agarosa conteniendo formaldehído y se transfirió a un filtro de nitrocelulosa en 20 x SSC (1 x SSC contenía 0,15 M cloruro sódico y 0,015 M citrato sódico). La transferencia se hibridó con 2x10^{6} cpm por ml de oligonucleótidos marcados en el extremo con ^{32}P. La hibridación se llevó a cabo durante 4 horas a 55ºC en 0,75 M NaCl, 0,075 M citrato sódico, pH 7,0, 20 mM fosfato sódico, pH 7,0, 5 mM EDTA, 200 \mug de RNA de levadura por ml, y 1% sarcosil (Sigma). La transferencia se lavó en 1 x SSC a 55ºC durante 30 minutos y se autorradiografió con pantallas intensificadoras a -70ºC.
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H. Cultivos de macrófagos
Se aislaron monocitos de sangre periférica humana a partir de preparaciones de capa de leucocitos mediante centrifugación en gradiente de Ficoll/Hypaque® seguida de adherencia a plástico durante una hora. Se separaron a continuación las células adherentes y se replaquearon a 10^{6 }células/pozo en placas de 6 pozos en medio RPMI 1640 suplementado con 2% de suero fetal bovino y 2000 unidades/ml de factor estimulante de colonias de macrófagos (Cetus Corporation, Emeryville, California). Después de diez días, la mitad de los cultivos se trataron con 5 \mug/ml de LPS (Sigma). Todos los cultivos se recolectaron para el aislamiento de ácidos nucleicos 5 horas después.
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I. Muestras de tejido humano
La muestra de endarterectomía de carótida se obtuvo en el curso de una operación quirúrgica con el consentimiento informado del paciente. La preparación de RNA de una arteria coronaria histológicamente normal se recuperó del corazón de un receptor de trasplante de corazón.
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Ejemplo 2 Cuantificación de IL-1\alpha en una preparación de RNA total de macrófago humano
Como un ejemplo del presente método, se utilizó el patrón interno AW10 8 para determinar la cantidad de mRNA de IL-1\alpha aislado de cultivos de macrófagos humanos inducidos con LPS. Se utilizaron dos protocolos diferentes para llevar a cabo este análisis. En el primer caso, la cantidad de RNAs molde y patrón se varió por dilución en serie para generar una curva patrón. En el segundo caso, se varió el número de ciclos de amplificación y se representó frente a la cantidad de producto de PCR.
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A. Cuantificación de mRNA variando la cantidad de patrón interno
Se combinaron cincuenta ng de RNA total de macrófago y 1,77 x 10^{6} moléculas de cRNA de AW108 y se sometieron a transcripción inversa para dar cDNA. Diluciones en serie a la tercera parte de una décima parte de la mezcla de cDNA se amplificaron utilizando los iniciadores específicos de IL-1\alpha listados en la Tabla 1. Se incluyeron en la amplificación alrededor de 1 x 10^{6} cpm de iniciador marcado en el extremo con ^{32}P. Los productos de reacción se resolvieron por electroforesis en gel y se visualizaron por tinción con bromuro de etidio (Figura 2A). Las cantidades de radioactividad recuperadas de las bandas del gel cortadas se representaron frente a las concentraciones de molde (Figura 2B). En este experimento, el RNA diana y el cRNA de AW108 se amplificaron tras diluciones en serie a la tercera parte, y los resultados demuestran que el método puede resolver diferencias en concentraciones de RNA menores a un factor de tres veces. El hecho de que las velocidades de reacción del cRNA de AW10 8 y el mRNA de IL-1\alpha sean idénticas dentro de esta fase exponencial de la reacción de PCR permite la construcción de una curva patrón para el cRNA de AW108 y la extrapolación como número de copias para el mRNA de IL-1\alpha presente en los macrófagos. Tal como se muestra en la Figura 2B, 1 ng de RNA total de macrófago inducido con LPS y 1 x 10^{4} moléculas de cRNA de AW108 dieron la misma cantidad de producto de PCR de IL-1\alpha. Dicho de otra forma, 1 ng de RNA total de macrófago inducido con LPS contenía 1 x 10^{4} moléculas de mRNA de IL-1\alpha.
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B. Cuantificación de mRNA variando el número de ciclos de amplificación
Quinientos ng de RNA total de macrófago se sometieron a transcripción inversa con 1, 77 x 10^{6} moléculas de cRNA de AW108. Alícuotas que contenían cada una la décima parte de la mezcla de cDNA se sometieron a 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26 ó 28 ciclos de amplificación en las mismas condiciones que en el protocolo E. Las cantidades de radioactividad recuperadas de las bandas cortadas se representaron en función del número de ciclos (Figura 2C). Las velocidades de amplificación fueron exponenciales entre los 14 y los 22 ciclos para ambos moldes. En los ciclos 24, 26 y 28, las velocidades decrecieron drásticamente y se estabilizaron. La eficiencia de amplificación se calculó a partir de las pendientes de estas curvas y resultó ser de 88% tanto para el cRNA de AW108 como para el mRNA de IL-1\alpha. Puesto que la eficiencia de amplificación era la misma para las dos dianas co- amplificadas dentro de la fase exponencial, el valor absoluto del mRNA de IL-1\alpha puede calcularse por comparación con el patrón interno de cRNA de AW108 utilizando la fórmula:
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en donde N_{0} es la cantidad inicial de material, y N es el alcance de la amplificación. La cantidad de mRNA de IL-1\alpha en 1ng de RNA total de macrófago inducido con LPS calculada por este método fue de 1,1 x 10^{4} moléculas. Por tanto, los resultados obtenidos utilizando cualquiera de estos dos protocolos alternativos para la cuantificación son los mismos.
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C. Correlación de los resultados de PCR con el análisis por Northern
La cantidad de mRNA de IL-1\alpha en macrófagos inducidos con LPS determinada por el método de PCR cuantitativo se verificó mediante análisis por transferencia Northern. El análisis por PCR (véase más arriba) demostró que 1 ng de RNA de macrófago y 1 x 10^{4} moléculas de cRNA de AW108 producían la misma cantidad de producto de PCR de IL-1\alpha. Por tanto, 5 \mug de RNA de macrófago y 5 x 10^{7} moléculas de cRNA de AW10 8 deberían dar señales de intensidad similar en análisis por transferencia Northern. Diluciones en serie a la mitad de RNA de macrófago y cRNA de AW108 se sometieron a análisis por transferencia Northern utilizando como sonda el iniciador 3' de IL-1\alpha. Se estimó que los tamaños de las moléculas de RNA diana eran de 2.200 nucleótidos para el mRNA de IL-1\alpha de los macrófagos y 1026 nucleótidos para el cRNA de AW108. Se detectaron señales de hibridación de igual intensidad a todas las diluciones de RNA de macrófago y cRNA de AW108, tal como se muestra en la Figura 3. Este resultado demuestra que la cantidad de mRNA estimada por el método de PCR cuantitativo correlaciona con los resultados del análisis por Northern.
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Ejemplo 3 Efecto de las diferencias en eficiencia de los iniciadores
Existen muchas variables que pueden influir en la eficiencia de la amplificación por PCR. Alguno de los parámetros que pueden controlarse fácilmente son las concentraciones de molde, dNTPs, MgCl_{2}, iniciadores, polimerasa, y el perfil del ciclo de PCR. Sin embargo, las diferencias en la eficiencia de los iniciadores son parámetros difíciles de regular para el análisis cuantitativo. Con el fin de analizar el efecto de la eficiencia de los iniciadores en el método de PCR cuantitativo, se utilizó cRNA de AW108 como molde para la amplificación por PCR de siete conjuntos de iniciadores diferentes; IL-1\beta, PDGF-A, PDGF-B, PDGF-R, IL-2, LPL, y apo-E. Tal como se indica en la Figura 4, la eficiencia de la amplificación para estos conjuntos diferentes de iniciadores en las mismas condiciones de amplificación por PCR varían en un rango de varios órdenes de magnitud. Por ejemplo, los iniciadores de IL-1\beta son 10^{5} veces más eficientes que los iniciadores de apo-E. Por lo tanto, es crítico el uso de los mismos iniciadores para la amplificación del mRNA diana y el patrón interno en cualquier intento de cuantificar la expresión de mRNA mediante PCR.
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Ejemplo 4 Cuantificación de mRNAs específicos en macrófagos no tratados e inducidos con LPS
Una de las principales ventajas de la presente técnica de PCR cuantitativa es que el método permite analizar varias especies de mRNA en paralelo. La Tabla III muestra los resultados de la cuantificación de los niveles de expresión de seis mRNAs de citoquinas en macrófagos humanos en respuesta al tratamiento con LPS. Los niveles de los mRNAs de IL-1\beta y IL-1\alpha, tras la inducción con LPS, aumentan aproximadamente 50 veces. Los niveles de los mRNAs de PDGF-A, M-CSF, y TNF aumentan de 5 a 10 veces. Sin embargo, el nivel de mRNA de PDGF-B permanece constante para las células control y las tratadas con LPS. Puesto que se midió la cantidad absoluta de cada mRNA, esta aproximación produce una visión detallada y con múltiples facetas del fenotipo transcripcional tanto en el estado latente como inducido, utilizando solamente fracciones de microgramo de RNA total.
TABLA III Niveles de mRNA específicos (moléculas/célula)* en macrófagos humanos inducidos con LPS y no inducidos^{\ding{61}}
6
* móleculas/célula = moléculas/\mu/g RNA (calculado como en la figura 2) x \mug RNA aislado por célula
^{\ding{61}} Se cultivaron macrófagos obtenidos de monocitos durante diez días. 5 horas antes de la recolección, la mitad de los cultivos se expusieron a 5 \mug/ml de LPS.
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Ejemplo 5 Análisis cuantitativo de vasos sanguíneos humanos normales y ateroscleróticos
Puesto que mediante la presente tecnología pueden obtenerse resultados cuantitativos precisos incluso con cantidades pequeñas de material, el método constituye una importante herramienta para el análisis de muestras que son raras o que están en cantidades limitadas, p. ej. especímenes de biopsias obtenidos in vivo. Como ejemplo, la Tabla IV muestra la comparación de los resultados de la cuantificación de seis mRNAs diferentes en una arteria carótida aterosclerótica humana y en una arteria coronaria normal. Los datos muestran un incremento de 3 a 5 veces en el nivel de los mRNAs de PDGF-A y PDGF-B, ningún cambio en el receptor de PDGF tipo \beta (PDGF-R) y una disminución de tres veces en el receptor de LDL en el vaso aterosclerótico. Hubo aumentos en los niveles de mRNAs de IL-1\alpha y IL-1\beta en el tejido enfermo.
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TABLA IV Niveles de mRNA específicos (Moléculas/\mug de RNA total)* en un vaso sanguíneo normal y aterosclerótico
7
* Calculado como en la Figura 2
^{\ding{61}} ND, No detectable

Claims (88)

1. Uso de un patrón interno para la cuantificación de un segmento de ácido nucleico diana contenido en una muestra mediante un método de amplificación por reacción de polimerasa en cadena, comprendiendo dicho patrón interno en una hebra un segmento de ácido nucleico que comprende una secuencia 5' y una secuencia 3', las cuales proporcionan un lugar de hibridación de un iniciador corriente arriba y el complemento de un lugar de hibridación de un iniciador corriente abajo que son idénticos a un lugar de hibridación de un iniciador corriente arriba y al complemento de un lugar de hibridación de un iniciador corriente abajo dentro de dicho segmento de ácido nucleico diana, en que dicho segmento de ácido nucleico patrón interno y dicho segmento de ácido nucleico diana se co-amplifican utilizando el mismo conjunto de iniciadores y al ser amplificados dicho segmento de ácido nucleico patrón interno y dicho segmento de ácido nucleico diana se distinguen mediante sondas específicas de segmento que llevan diferentes marcadores.
2. El uso de la reivindicación 1, en que dicho patrón interno es adecuado para cuantificar entre 2 y 32 segmentos de ácido nucleico diana.
3. El uso de la reivindicación 1 o 2, en que dicho patrón interno es adecuado para la cuantificación de un segmento de un ácido nucleico que codifica una linfoquina.
4. El uso de la reivindicación 1 o 2, en que dicha secuencia de ácido nucleico diana está contenida dentro de una secuencia de ácido nucleico que codifica una proteína seleccionada del grupo formado por TNF, M-CSF, PDGF-A, PDGF-B, PDGF-R, apo-E, LDL-R, HMG, IL-1a, IL-1P, IL-2, LPL, G-CSF, GM-CSF, aFGF, bFGF, c-fms, TGF-\beta, LFA-1, IL-2R\alpha, \alpha-actina, desmina, \beta-actina, IL-6, IFN-\alpha, IFN-\gamma, IL-6R, PDGF-\alphaR, IL-2R\beta, IL-3, IL-1 y proteínas de HIV.
5. El uso de la reivindicación 4, en que el patrón interno comprende las secuencias de DNA siguientes:
5'-CAGAGGGAAGAGTTCCCCAG-3'
5'-CCTTGGTCTGGTAGGAGACG-3'
5'-GAACAGTTGAAAGATCCAGTG-3'
5'-TCGGACGCAGGCCTTGTCATG-3'
5'-CCTGCCCATTCGGAGGAAGAG-3'
5'-TTGGCCACCTTGACGCTGGG-3'
5'-GAAGGAG.CCTGGGTTCCCTG-3'
5'-TTTCTCACCTGGACAGGTCG-3'
5'-GGTCAGTTGGCAGGATGCCAGGC-3'
5'-GGTCAGTTGTTCCTCCAGTTC-3'
5'-CAATGTCTCACCAAGCTCTG-3'
5'-TCTGTCTCGAGGGGTAGCTG-3'
5'-TACCATGTCAGGGGTACGTC-3'
5'-CAAGCCTAGAGACATAATCATC-3'
5'-GTCTCTGAATCAGAAATCCTTCTATC-3'
5'-CATGTCAAATTTCACTGCTTCATCC-3'
5'-AAACAGATGAAGTGCTCCTTCCAGG-3'
5'-TGGAGAACACCACTTGTTGCTCCA-3'
5'-GAATGGAATTAATAATTACAAGAATCCC-3'
5'-TGTTTCAGATCCCTTTAGTTCCAG-3'
5'-TGACCACCCAGCCATCCTTC-3'
5'-GAGGAGGTGTTGACTTCATTC-3' y
5'-GAGATTTCTCTGTATGGCACG-3'
5'-CTGCAAATGAGACACTTTCTC-3'
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6. El uso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en que dicho patrón interno es una molécula de cRNA.
7. El uso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en que dicho patrón interno se proporciona en forma de plásmido.
8. El uso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en que dicho patrón interno comprende además un promotor de polimerasa de T7 mediante el que se produce una molécula de cRNA, usando como molde dicho segmento de ácido nucleico patrón interno.
9. El uso de la reivindicación 8, en que dicho patrón interno comprende además una secuencia de poliadenilación mediante la cual dicha molécula de cRNA se usa como molde en una reacción de transcriptasa inversa iniciada por oligo(dT).
10. Un kit para la cuantificación de un segmento de ácido nucleico diana en una muestra biológica mediante un método de amplificación por reacción de polimerasa en cadena que comprende recipientes individuales con:
(a) una cantidad inicial predeterminada de un patrón interno que comprende un segmento de ácido nucleico con una secuencia 5' y una secuencia 3', las cuales proporcionan un lugar de hibridación de un iniciador corriente arriba y el complemento de un lugar de hibridación de un iniciador corriente abajo que son idénticos a un lugar de hibridación de un iniciador corriente arriba y al complemento de un lugar de hibridación de un iniciador corriente abajo dentro de dicho segmento de ácido nucleico diana, y al amplificarlos dicho segmento de ácido nucleico patrón interno y dicho segmento de ácido nucleico diana pueden distinguirse mediante sondas específicas de segmento;
(b) por lo menos un par de oligonucleótidos iniciadores para la co-amplificación de dicho segmento de ácido nucleico patrón interno y dicho segmento de ácido nucleico diana;
(c) sondas específicas de segmento diferencialmente marcadas para detectar dicho segmento de ácido nucleico patrón interno y dicho segmento de ácido nucleico diana.
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11. El kit de la reivindicación 10, en que dicho patrón interno es adecuado para cuantificar entre 2 y 32 segmentos de ácido nucleico diana.
12. El kit de la reivindicación 10 u 11, en que dicho patrón interno es adecuado para la cuantificación de un segmento de un ácido nucleico que codifica una linfoquina.
13. El kit de la reivindicación 10 u 11, en que dicha secuencia de ácido nucleico diana está contenida dentro de una secuencia de ácido nucleico que codifica una proteína seleccionada del grupo formado por TNF, M-CSF, PDGF-A, PDGF-B, PDGF-R, apo-E, LDL-R, HMG, IL-1\alpha, IL-1\beta, IL-2, LPL, G-CSF, GM-CSF, aFGF, bFGF, c-fms, TGF-\beta, LFA-1, IL-2R\alpha, \alpha-actina, desmina, \beta-actina, IL-6, IFN-\alpha, IFN-\gamma, IL-6R, PDGF-\alphaR, IL-2R\beta, IL-3, IL-1 y proteínas de HIV.
14. El kit de la reivindicación 13, en que el patrón interno comprende las secuencias de DNA siguientes:
5'-CAGAGGGAAGAGTTCCCCAG-3'
5'-CCTTGGTCTGGTAGGAGACG-3'
5'-GAACAGTTGAAAGATCCAGTG-3'
5'-TCGGACGCAGGCCTTGTCATG-3'
5'-CCTGCCCATTCGGAGGAAGAG-3'
5'-TTGGCCACCTTGACGCTGGG-3'
5'-GAAGGAG.CCTGGGTTCCCTG-3'
5'-TTTCTCACCTGGACAGGTCG-3'
5'-GGTCAGTTGGCAGGATGCCAGGC-3'
5'-GGTCAGTTGTTCCTCCAGTTC-3'
5'-CAATGTCTCACCAAGCTCTG-3'
5'-TCTGTCTCGAGGGGTAGCTG-3'
5'-TACCATGTCAGGGGTACGTC-3'
5'-CAAGCCTAGAGACATAATCATC-3'
5'-GTCTCTGAATCAGAAATCCTTCTATC-3'
5'-CATGTCAAATTTCACTGCTTCATCC-3'
5'-AAACAGATGAAGTGCTCCTTCCAGG-3'
5'-TGGAGAACACCACTTGTTGCTCCA-3'
5'-GAATGGAATTAATAATTACAAGAATCCC-3'
5'-TGTTTCAGATCCCTTTAGTTCCAG-3'
5'-TGACCACCCAGCCATCCTTC-3'
5'-GAGGAGGTGTTGACTTCATTC-3' y
5'-GAGATTTCTCTGTATGGCACG-3'
5'-CTGCAAATGAGACACTTTCTC-3'
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15. El kit de cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14, en que dicho patrón interno es una molécula de cRNA.
16. El kit de cualquiera de las reivindicaciones 10 a 15, en que dicho patrón interno se suministra en forma de plásmido.
17. El kit de cualquiera de las reivindicaciones 10 a 16, en que dicho patrón interno comprende además un promotor de polimerasa de T7 mediante el que se produce una molécula de cRNA, usando como molde dicho segmento de ácido nucleico patrón interno.
18. El kit de la reivindicación 17, en que dicho patrón interno comprende además una secuencia de poliadenilación mediante la cual dicha molécula de cRNA se usa como molde en una reacción de transcriptasa inversa iniciada por oligo(dT).
19. El kit de cualquiera de las reivindicaciones 10 a 18, que comprende además transcriptasa inversa.
20. El kit de cualquiera de las reivindicaciones 10 a 19, que comprende además una polimerasa termoestable y opcionalmente tampones apropiados para una reacción en cadena de la polimerasa y trifosfatos de nucleósidos.
21. El kit de cualquiera de las reivindicaciones 10 a 20, que comprende además una DNA polimerasa.
22. El kit de cualquiera de las reivindicaciones 10 a 21, en que dicho ácido nucleico diana es un RNA.
23. El kit de cualquiera de las reivindicaciones 10 a 22, en que dicho ácido nucleico diana es indicativo de una enfermedad genética, cáncer o HIV.
24. Un método para cuantificar un segmento de ácido nucleico diana en una muestra mediante un método de amplificación por reacción de polimerasa en cadena que comprende las etapas de:
(a) adicionar a dicha muestra una cantidad inicial predeterminada de un patrón interno como el caracterizado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, el cual comprende un segmento de ácido nucleico que se une a los mismos iniciadores que son fijados por dicho segmento de ácido nucleico diana;
(b) tratar dicha muestra en condiciones adecuadas para efectuar una reacción en cadena de la polimerasa, en que dichos ácidos nucleicos se transforman en monohebra y se exponen a un agente para la polimerización, deoxinucleósidos 5' trifosfato, y a un par de oligonucleótidos iniciadores, en que dicho par de iniciadores puede hibridar tanto con el segmento de ácido nucleico diana como con el patrón, de manera que cada iniciador pueda servir para iniciar la síntesis de un producto de extensión en una hebra de DNA de cada uno de los segmentos de ácido nucleico diana y patrón, de forma que el producto de extensión de un iniciador, cuando se separa de la hebra molde, sirve de molde para la síntesis del producto de extensión del otro iniciador de dicho par, donde dichos segmentos de ácido nucleico diana y patrón amplificados son distinguibles mediante sondas específicas de segmento;
(c) separar los productos de extensión del iniciador del molde sobre los que han sido sintetizados, para dar moléculas monohebra;
(d) repetir los pasos (b) y (c) sobre las moléculas monohebra producidas en la etapa (c), por lo menos una vez, por lo que cada repetición de las etapas (b) y (c) es un ciclo de amplificación;
(e) medir las cantidades de los segmentos diana y patrón amplificados en la etapa (d) con sondas específicas de segmento diferencialmente marcadas; y
(f) calcular a partir de los segmentos diana y patrón amplificados en la etapa (d) la cantidad de dicho segmento de ácido nucleico diana presente en la muestra antes de la amplificación.
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25. El método de la reivindicación 24, en que dicho segmento de ácido nucleico diana es una molécula de mRNA, dicho patrón interno es una molécula de cRNA y dichos RNAs se someten a transcripción inversa para dar moléculas de cDNA después de la etapa (a) y antes de la etapa (b).
26. El método de la reivindicación 25, en que dicho segmento de ácido nucleico diana está contenido en una secuencia de un mRNA que codifica una linfoquina.
27. El método de las reivindicaciones 24 ó 25, en que dicho segmento de ácido nucleico diana está contenido dentro de una secuencia de ácido nucleico que codifica una proteína seleccionada entre TNF, M-CSF, PDGF-A, PDGF-B, PDGF-R, apo-E, LDL-R, HMG, IL-1\alpha, IL-1\beta, IL-2, LPL, G-CSF, GM-CSF, aFGF, bFGF, c-fms, TGF-\beta, LFA-1, IL-2R\alpha, \alpha-actina, desmina, \beta-actina, IL-6, IFN-\alpha, IFN-\gamma, IL-6R, PDGF-\alphaR, IL-2R\beta, IL-3, IL-1 y proteínas de HIV.
28. El método de cualquiera de las reivindicaciones 24 a 27, que comprende además la etapa de preparar al menos una dilución a partir de la mezcla de la etapa (a) antes de la etapa (b) , con lo cual se modifica la cantidad de segmentos de patrón interno y de ácido nucleico diana antes de dicha reacción de amplificación.
29. El método de cualquiera de las reivindicaciones 24 a 28, en el cual se realizan de 10 a 28 ciclos de amplificación y se toman muestras de dicha mezcla reaccionante para determinar a través de qué ciclo la reacción está en fase exponencial.
30. El método de cualquiera de las reivindicaciones 24 a 29, en que el par de oligonucleótidos iniciadores de la etapa (b) está marcado y las cantidades de segmentos diana y patrón interno amplificados se miden según la etapa (e) por determinación de la cantidad de marcador incorporado en cada uno de dichos segmentos de ácido nucleico amplificados.
31. El método de cualquiera de las reivindicaciones 27 a 30, en que dicho par de oligonucleótidos iniciadores está seleccionado del grupo formado por:
5'-CAGAGGGAAGAGTTCCCCAG-3'
5'-CCTTGGTCTGGTAGGAGACG-3'
5'-GAACAGTTGAAAGATCCAGTG-3'
5'-TCGGACGCAGGCCTTGTCATG-3'
5'-CCTGCCCATTCGGAGGAAGAG-3'
5'-TTGGCCACCTTGACGCTGGG-3'
5'-GAAGGAGCCTGGGTTCCCTG-3'
5'-TTTCTCACCTGGACAGGTCG-3'
5'-GGTCAGTTGGCAGGATGCCAGGC-3'
5'-GGTCAGTTGTTCCTCCAGTTC-3'
5'-CAATGTCTCACCAAGCTCTG-3'
5'-TCTGTCTCGAGGGGTAGCTG-3'
5'-TACCATGTCAGGGGTACGTC-3'
5'-CAAGCCTAGAGACATAATCATC-3'
5'-GTCTCTGAATCAGAAATCCTTCTATC-3'
5'-CATGTCAAATTTCACTGCTTCATCC-3'
5'-AAACAGATGAAGTGCTCCTTCCAGG-3'
5'-TGGAGAACACCACTTGTTGCTCCA-3'
5'-GAATGGAATTAATAATTACAAGAATCCC-3'
5'-TGTTTCAGATCCCTTTAGTTCCAG-3'
5'-TGACCACCCAGCCATCCTTC-3'
5'-GAGGAGGTGTTGACTTCATTC-3' y
5'-GAGATTTCTCTGTATGGCACG-3'
5'-CTGCAAATGAGACACTTTCTC-3'
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32. El método de cualquiera de las reivindicaciones 24 a 31, en que dicha muestra es una muestra de células sanguíneas humanas o una muestra de un vaso arterial humano.
33. Uso de un patrón interno de cRNA para cuantificar al menos un segmento de ácido nucleico diana RNA contenido en una muestra mediante un método de amplificación por reacción de polimerasa en cadena, en que dicho patrón interno lleva sobre una hebra un segmento de ácido nucleico con una secuencia 5' y una secuencia 3' que proporcionan un sitio de hibridación de iniciador corriente arriba y el complemento de un sitio de hibridación de iniciador corriente abajo que son idénticos a un sitio de hibridación de iniciador corriente arriba y al complemento de un sitio de hibridación de iniciador corriente abajo dentro de dicho segmento de ácido nucleico diana, de modo que dicho segmento de ácido nucleico patrón interno y dicho segmento de ácido nucleico diana se coamplifican usando el mismo conjunto de iniciadores, la reacción de transcriptasa inversa del cRNA patrón y del RNA diana se realiza en la misma reacción y tras la amplificación puede distinguirse dicho segmento de ácido nucleico patrón interno y dicho segmento de ácido nucleico diana.
34. El uso de la reivindicación 33, en que dicho patrón interno es adecuado para cuantificar entre 2 y 32 fragmentos de ácido nucleico diana.
35. El uso de la reivindicación 33 o 34, en que dicho patrón interno es adecuado para cuantificar un segmento de un ácido nucleico que codifica una linfoquina.
36. El uso de cualquiera de las reivindicaciones 33 a 35, en que dicha secuencia de ácido nucleico diana está contenida dentro de una secuencia de ácido nucleico que codifica una proteína seleccionada del grupo formado por TNF, M-CSF, PDGF-A, PDGF-B, PDGF-R, apo-E, LDL-R, HMG, IL-1a, IL-1P, IL-2, LPL, G-CSF, GM-CSF, aFGF, bFGF, c-fms, TGF-\beta, LFA-1, IL-2R\alpha, \alpha-actina, desmina, \beta-actina, IL-6, IFN-\alpha, IFN-\gamma, IL-6R, PDGF-\alphaR, IL-2R\beta, IL-3, IL-1 y proteínas de HIV.
37. El uso de cualquiera de las reivindicaciones 33 a 36, en que dicha molécula de cRNA patrón interno se sintetiza usando un plásmido como molde.
38. El uso de la reivindicación 37, en que dicho plásmido comprende además un promotor de polimerasa de T7 mediante el que se produce una molécula de cRNA, usando como molde dicho segmento de ácido nucleico patrón.
39. El uso de la reivindicación 38, en que dicho plásmido comprende además una secuencia de poliadenilación mediante la cual dicha molécula de cRNA se usa como molde en una reacción de transcripción inversa iniciada por oligo(dT).
40. Un kit para cuantificar un segmento de ácido nucleico diana RNA en una muestra biológica mediante un método de amplificación por reacción de polimerasa en cadena, que comprende recipientes individuales con:
(a) una cantidad inicial predeterminada de un patrón interno que comprende un segmento de ácido nucleico con una secuencia 5' y una secuencia 3', las cuales proporcionan un lugar de hibridación de un iniciador corriente arriba y el complemento de un lugar de hibridación de un iniciador corriente abajo que son idénticos a un lugar de hibridación de un iniciador corriente arriba y al complemento de un lugar de hibridación de un iniciador corriente abajo dentro de dicho segmento de ácido nucleico diana, y al amplificarlos dicho segmento de ácido nucleico patrón interno y dicho segmento de ácido nucleico diana pueden distinguirse;
(b) por lo menos un par de oligonucleótidos iniciadores para la co-amplificación de dicho segmento de ácido nucleico patrón interno y dicho segmento de ácido nucleico diana;
(c) una polimerasa termoestable; y
(d) opcionalmente tampones apropiados para una reacción de polimerasa en cadena y nucleósido trifosfatos.
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41. El kit de la reivindicación 40, en que dicho patrón interno es adecuado para cuantificar entre 2 y 32 fragmentos de ácido nucleico diana.
42. El kit de la reivindicación 40 o 41, en que dicho patrón interno es adecuado para cuantificar un segmento de un ácido nucleico que codifica una linfoquina.
43. El kit de la reivindicación 40 o 41, en que dicha secuencia de ácido nucleico diana está contenida dentro de una secuencia de ácido nucleico que codifica una proteína seleccionada del grupo formado por TNF, M-CSF, PDGF-A, PDGF-B, PDGF-R, apo-E, LDL-R, HMG, IL-1\alpha, IL-1\beta, IL-2, LPL, G-CSF, GM-CSF, aFGF, bFGF, c-fms, TGF-\beta, LFA-1, IL-2R\alpha, \alpha-actina, desmina, \beta-actina, IL-6, IFN-\alpha, IFN-\gamma, IL-6R, PDGF-\alphaR, IL-2R\beta, IL-3, IL-1 y proteínas de HIV.
44. El kit de la reivindicación 43, en que dicho patrón interno comprende además una secuencia de poliadenilación mediante la cual dicha molécula de cRNA se usa como molde en una reacción de transcripción inversa iniciada por oligo(dT) y en que dicho cRNA es producido con el empleo de un promotor de T7.
45. El kit de cualquiera de las reivindicaciones 40 a 44, que además comprende transcriptasa inversa.
46. El kit de cualquiera de las reivindicaciones 40 a 45, que además comprende una sonda para detectar el segmento de ácido nucleico diana.
47. El kit de cualquiera de las reivindicaciones 40 a 46, que además comprende una sonda para detectar el segmento de ácido nucleico patrón interno.
48. El kit de cualquiera de las reivindicaciones 40 a 47, que además comprende DNA polimerasa.
49. El kit de cualquiera de las reivindicaciones 40 a 48, en que dicho ácido nucleico diana es indicativo de una enfermedad genética, cáncer o HIV.
50. Un método para cuantificar un segmento de ácido nucleico diana RNA en una muestra usando una reacción de polimerasa en cadena, que comprende las etapas de:
(a) añadir a dicha muestra una cantidad inicial predeterminada de un patrón interno de cRNA como el caracterizado en cualquiera de las reivindicaciones 33 a 39, el cual comprende un segmento de ácido nucleico que se une a los mismos iniciadores que son fijados por dicho segmento de ácido nucleico diana, de modo que dicho segmento de ácido nucleico patrón interno y dicho segmento de ácido nucleico diana se coamplifican usando el mismo conjunto de iniciadores;
(b) transcribir inversamente dicho segmento de ácido nucleico diana y dicho segmento de ácido nucleico patrón interno a moléculas de cDNA;
(c) tratar dicha muestra en condiciones adecuadas para efectuar una reacción en cadena de la polimerasa, en que dichas moléculas de cDNA se transforman en monohebra y se exponen a un agente para la polimerización, deoxinucleótido 5' trifosfatos, y a un par de oligonucleótidos iniciadores, en que dicho par de iniciadores puede hibridar tanto con el segmento de ácido nucleico diana como con el patrón, de manera que cada iniciador pueda servir para iniciar la síntesis de un producto de extensión en una hebra de DNA de cada uno de los segmentos de ácido nucleico diana y patrón, de forma que el producto de extensión de un iniciador, cuando se separa de la hebra molde, sirve de molde para la síntesis del producto de extensión del otro iniciador de dicho par, donde dichos segmentos de ácido nucleico diana y patrón amplificados son distinguibles;
(d) separar los productos de extensión del iniciador del molde sobre los que han sido sintetizados, para dar moléculas monohebra;
(e) repetir los pasos (c) y (d) sobre las moléculas monohebra producidas en la etapa (d), por lo menos una vez, por lo que cada repetición de las etapas (c) y (d) es un ciclo de amplificación;
(f) medir las cantidades de los segmentos diana y patrón amplificados en la etapa (e); y
(g) calcular a partir de los segmentos diana y patrón amplificados en la etapa (e) la cantidad de dicho segmento de ácido nucleico diana presente en la muestra antes de la amplificación.
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51. El método de la reivindicación 50, en que dicho segmento de ácido nucleico diana está contenido dentro de una secuencia de un mRNA que codifica una linfoquina.
52. El método de la reivindicación 50 o 51, en que dicho segmento de ácido nucleico diana está contenido dentro de una secuencia de ácido nucleico que codifica una proteína seleccionada entre TNF, M-CSF, PDGF-A, PDGF-B, PDGF-R, apo-E, LDL-R, HMG, IL-1\alpha, IL-1\beta, IL-2, LPL, G-CSF, GM-CSF, aFGF, bFGF, c-fms, TGF-\beta, LFA-1, IL-2R\alpha, \alpha-actina, desmina, \beta-actina, IL-6, IFN-\alpha, IFN-\gamma, IL-6R, PDGF-\alphaR, IL-2R\beta, IL-3, IL-1 y proteínas de HIV.
53. El método de cualquiera de las reivindicaciones 50 a 52 que además comprende la etapa de preparar al menos una dilución a partir de la etapa (a) antes de la etapa (c), con lo cual varía la cantidad de segmentos de ácido nucleico patrón y de ácido nucleico diana antes de dicha reacción de amplificación.
54. El método de cualquiera de las reivindicaciones 50 a 53, en el cual se realizan 10 hasta 28 ciclos de amplificación y se toman muestras de dicha mezcla reaccionante para determinar a través de qué ciclos la reacción está en fase exponencial.
55. El método de cualquiera de las reivindicaciones 50 a 54, en que el par de oligonucleótidos iniciadores de la etapa (c) está marcado y las cantidades de los segmentos de patrón interno y diana amplificados se miden según la etapa (f), determinando la cantidad de marcador incorporado en cada segmento de ácido nucleico amplificado.
56. El método de cualquiera de las reivindicaciones 50 a 55, en que dicha muestra es una muestra de células sanguíneas humanas o una muestra de vaso arterial humano.
57. Uso de un patrón interno para cuantificar al menos un segmento de ácido nucleico diana contenido en una muestra mediante un método de amplificación por reacción de la polimerasa en cadena, en que dicho patrón interno comprende en una hebra un segmento de ácido nucleico con una secuencia 5' y una secuencia 3', las cuales aportan un sitio de hibridación de un iniciador corriente arriba y el complemento de un sitio de hibridación de un iniciador corriente abajo que son idénticos a un sitio de hibridación de un iniciador corriente arriba y al complemento de un sitio de hibridación de un iniciador corriente abajo dentro de dicho segmento de ácido nucleico diana, en que dicho segmento de ácido nucleico patrón interno y dicho segmento de ácido nucleico diana se coamplifican empleando el mismo conjunto de iniciadores y al ser amplificados dicho segmento de ácido nucleico patrón interno y dicho segmento de ácido nucleico diana son distinguibles, y dicho patrón interno es adecuado para cuantificar entre 2 y 32 segmentos de ácido nucleico diana.
58. El uso de la reivindicación 57, en que dicho patrón interno es adecuado para cuantificar un segmento de un ácido nucleico que codifica una linfoquina.
59. El uso de la reivindicación 57, en que dicha secuencia de ácido nucleico diana está contenida en una secuencia de ácido nucleico que codifica una proteína seleccionada del grupo constituido por TNF, M-CSF, PDGF-A, PDGF-B, PDGF-R, apo-E, LDL-R, HMG, IL-1\alpha, IL-1\beta, IL-2, LPL, G-CSF, GM-CSF, aFGF, bFGF, c-fms, TGF-\beta, LFA-1, IL-2R\alpha, \alpha-actina, desmina, \beta-actina, IL-6, IFN-\alpha, IFN-\gamma, IL-6R, PDGF-\alphaR, IL-2R\beta, IL-3, IL-1 y proteínas de HIV.
60. El uso de la reivindicación 59, en que dicho patrón interno comprende las siguientes secuencias de DNA:
5'-CAGAGGGAAGAGTTCCCCAG-3'
5'-CCTTGGTCTGGTAGGAGACG-3'
5'-GAACAGTTGAAAGATCCAGTG-3'
5'-TCGGACGCAGGCCTTGTCATG-3'
5'-CCTGCCCATTCGGAGGAAGAG-3'
5'-TTGGCCACCTTGACGCTGGG-3'
5'-GAAGGAG.CCTGGGTTCCCTG-3'
5'-TTTCTCACCTGGACAGGTCG-3'
5'-GGTCAGTTGGCAGGATGCCAGGC-3'
5'-GGTCAGTTGTTCCTCCAGTTC-3'
5'-CAATGTCTCACCAAGCTCTG-3'
5'-TCTGTCTCGAGGGGTAGCTG-3'
5'-TACCATGTCAGGGGTACGTC-3'
5'-CAAGCCTAGAGACATAATCATC-3'
5'-GTCTCTGAATCAGAAATCCTTCTATC-3'
5'-CATGTCAAATTTCACTGCTTCATCC-3'
5'-AAACAGATGAAGTGCTCCTTCCAGG-3'
5'-TGGAGAACACCACTTGTTGCTCCA-3'
5'-GAATGGAATTAATAATTACAAGAATCCC-3'
5'-TGTTTCAGATCCCTTTAGTTCCAG-3'
5'-TGACCACCCAGCCATCCTTC-3'
5'-GAGGAGGTGTTGACTTCATTC-3' y
5'-GAGATTTCTCTGTATGGCACG-3'
5'-CTGCAAATGAGACACTTTCTC-3'
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61. El uso de cualquiera de las reivindicaciones 57 a 60, en que dicho patrón interno es una molécula de cRNA.
62. El uso de cualquiera de las reivindicaciones 57 a 61, en que dicho patrón interno se proporciona en forma de plásmido.
63. El uso de cualquiera de las reivindicaciones 57 a 62, en que dicho patrón interno comprende además un promotor de polimerasa de T7 mediante el cual se produce una molécula de cRNA empleando como molde dicho segmento de ácido nucleico patrón.
64. El uso de la reivindicación 63, en que dicho patrón interno comprende además una secuencia de poliadenilación mediante la cual dicha molécula de cRNA se emplea como molde en una reacción de transcriptasa inversa iniciada por oligo(dT).
65. Un kit para cuantificar un segmento de ácido nucleico diana RNA en una muestra biológica mediante un método de amplificación por reacción de polimerasa en cadena, que comprende recipientes individuales con:
(a) una cantidad inicial predeterminada de un patrón interno que comprende un segmento de ácido nucleico con una secuencia 5' y una secuencia 3', las cuales proporcionan un sitio de hibridación de un iniciador corriente arriba y el complemento de un sitio de hibridación de un iniciador corriente abajo que son idénticos a un sitio de hibridación de un iniciador corriente arriba y al complemento de un sitio de hibridación de un iniciador corriente abajo dentro de dicho segmento de ácido nucleico diana, y al amplificarlos dicho segmento de ácido nucleico patrón interno y dicho segmento de ácido nucleico diana pueden distinguirse mediante sondas específicas de segmento, y dicho patrón interno es apropiado para cuantificar entre 2 y 32 segmentos de ácido nucleico.
(b) por lo menos un par de oligonucleótidos iniciadores para la co-amplificación de dicho segmento de ácido nucleico patrón interno y dicho segmento de ácido nucleico diana.
\vskip1.000000\baselineskip
66. El kit de la reivindicación 65, en que dicho patrón interno es apropiado para cuantificar un segmento de un ácido nucleico que codifica una linfoquina.
67. El kit de la reivindicación 65, en que dicha secuencia de ácido nucleico diana está contenida en una secuencia de ácido nucleico que codifica una proteína seleccionada del grupo constituido por TNF, M-CSF, PDGF-A, PDGF-B, PDGF-R, apo-E, LDL-R, HMG, IL-1\alpha, IL-1\beta, IL-2, LPL, G-CSF, GM-CSF, aFGF, bFGF, c-fms, TGF-\beta, LFA-1, IL-2R\alpha, \alpha-actina, desmina, \beta-actina, IL-6, IFN-\alpha, IFN-\gamma, IL-6R, PDGF-\alphaR, IL-2R\beta, IL-3, IL-1 y proteínas de HIV.
\newpage
68. El kit de la reivindicación 67, en que el patrón interno comprende las siguientes secuencias de DNA:
5'-CAGAGGGAAGAGTTCCCCAG-3'
5'-CCTTGGTCTGGTAGGAGACG-3'
5'-GAACAGTTGAAAGATCCAGTG-3'
5'-TCGGACGCAGGCCTTGTCATG-3'
5'-CCTGCCCATTCGGAGGAAGAG-3'
5'-TTGGCCACCTTGACGCTGGG-3'
5'-GAAGGAG.CCTGGGTTCCCTG-3'
5'-TTTCTCACCTGGACAGGTCG-3'
5'-GGTCAGTTGGCAGGATGCCAGGC-3'
5'-GGTCAGTTGTTCCTCCAGTTC-3'
5'-CAATGTCTCACCAAGCTCTG-3'
5'-TCTGTCTCGAGGGGTAGCTG-3'
5'-TACCATGTCAGGGGTACGTC-3'
5'-CAAGCCTAGAGACATAATCATC-3'
5'-GTCTCTGAATCAGAAATCCTTCTATC-3'
5'-CATGTCAAATTTCACTGCTTCATCC-3'
5'-AAACAGATGAAGTGCTCCTTCCAGG-3'
5'-TGGAGAACACCACTTGTTGCTCCA-3'
5'-GAATGGAATTAATAATTACAAGAATCCC-3'
5'-TGTTTCAGATCCCTTTAGTTCCAG-3'
5'-TGACCACCCAGCCATCCTTC-3'
5'-GAGGAGGTGTTGACTTCATTC-3' y
5'-GAGATTTCTCTGTATGGCACG-3'
5'-CTGCAAATGAGACACTTTCTC-3'
\vskip1.000000\baselineskip
69. El kit de cualquiera de las reivindicaciones 65 a 68, en que dicho patrón interno es una molécula de cRNA.
70. El kit de cualquiera de las reivindicaciones 65 a 69, en que dicho patrón interno es suministrado en forma de plásmido.
71. El kit de cualquiera de las reivindicaciones 65 a 70, en que dicho patrón interno comprende además un promotor de polimerasa de T7 mediante el cual se produce una molécula de cRNA empleando como molde dicho segmento de ácido nucleico patrón.
72. El kit de la reivindicación 71, en que dicho patrón interno comprende además una secuencia de poliadenilación mediante la cual dicha molécula de cRNA se emplea como molde en una reacción de transcriptasa inversa iniciada por oligo(dT).
73. El kit de cualquiera de las reivindicaciones 65 a 72, que además comprende transcriptasa inversa.
74. El kit de cualquiera de las reivindicaciones 65 a 73, que además comprende una polimerasa termoestable y opcionalmente tampones apropiados para una reacción de polimerasa en cadena y nucleósido trifosfatos.
75. El kit de cualquiera de las reivindicaciones 65 a 74, que además comprende una sonda para detectar el segmento de ácido nucleico diana.
76. El kit de cualquiera de las reivindicaciones 65 a 75, que además comprende una sonda para detectar el segmento de ácido nucleico patrón interno.
77. El kit de cualquiera de las reivindicaciones 65 a 7 6, que además comprende una DNA polimerasa.
78. El kit de cualquiera de las reivindicaciones 65 a 77, en que dicho ácido nucleico diana es un RNA.
79. El kit de cualquiera de las reivindicaciones 65 a 78, en que dicho ácido nucleico diana es indicativo de una enfermedad genética, cáncer o HIV.
80. Un método para cuantificar un segmento de ácido nucleico diana en una muestra mediante una reacción de polimerasa en cadena, que comprende las etapas de:
(a) añadir a dicha muestra una cantidad inicial predeterminada de un patrón interno como el caracterizado en cualquiera de las reivindicaciones 57 a 64, el cual comprende un segmento de ácido nucleico que se une a los mismos iniciadores fijados por dicho segmento de ácido nucleico diana;
(b) tratar dicha muestra en condiciones adecuadas para efectuar una reacción en cadena de la polimerasa, en que dichos ácidos nucleicos se transforman en monohebra y se exponen a un agente para la polimerización, deoxinucleótido 5' trifosfatos, y a un par de oligonucleótidos iniciadores, en que dicho par de iniciadores puede hibridar tanto con el segmento de ácido nucleico diana como con el patrón, de manera que cada iniciador pueda servir para iniciar la síntesis de un producto de extensión en una hebra de DNA de cada uno de los segmentos de ácido nucleico diana y patrón, de forma que el producto de extensión de un iniciador, cuando se separa de la hebra molde, sirve de molde para la síntesis del producto de extensión del otro iniciador de dicho par, donde dichos segmentos de ácido nucleico diana y patrón amplificados son distinguibles;
(c) separar los productos de extensión del iniciador del molde sobre los que han sido sintetizados, para dar moléculas monohebra;
(d) repetir los pasos (b) y (c) sobre las moléculas monohebra producidas en la etapa (c), por lo menos una vez, por lo que cada repetición de las etapas (b) y (c) es un ciclo de amplificación;
(e) medir las cantidades de los segmentos diana y patrón amplificados en la etapa (d); y
(f) calcular a partir de los segmentos diana y patrón amplificados en la etapa (d) la cantidad de dicho segmento de ácido nucleico diana presente en la muestra antes de la amplificación.
\vskip1.000000\baselineskip
81. El método de la reivindicación 80, en que dicho ácido nucleico diana es una molécula de mRNA, dicho patrón interno es una molécula de cRNA y dichos RNAs se transcriben inversamente a moléculas de cDNA después de la etapa (a) y antes de la etapa (b).
82. El método de la reivindicación 81, en que dicho segmento de ácido nucleico está contenido dentro de una secuencia de un mRNA que codifica una linfoquina.
83. El método de la reivindicación 80 u 81, en que dicho segmento de ácido nucleico diana está contenido en una secuencia de ácido nucleico que codifica una proteína seleccionada del grupo constituido por TNF, M-CSF, PDGF-A, PDGF-B, PDGF-R, apo-E, LDL-R, HMG, IL-1\alpha, IL-1\beta, IL-2, LPL, G-CSF, GM-CSF, aFGF, bFGF, c-fms, TGF-\beta, LFA-1, IL-2R\alpha, \alpha-actina, desmina, \beta-actina, IL-6, IFN-\alpha, IFN-\gamma, IL-6R, PDGF-\alphaR, IL-2R\beta, IL-3, IL-1 y proteínas de HIV.
84. El método de cualquiera de las reivindicaciones 80 a 83, que además comprende la etapa de preparar al menos una dilución a partir de la mezcla de la etapa (a) antes de la etapa (b) , con lo cual varía la cantidad de segmentos de ácido nucleico patrón interno y de ácido nucleico diana antes de dicha reacción de amplificación.
85. El método de cualquiera de las reivindicaciones 80 a 84, en que se realizan de 10 a 28 ciclos de amplificación y se toman muestras de dicha mezcla reactiva para determinar a través de qué ciclos la reacción está en fase exponen-
cial.
86. El método de cualquiera de las reivindicaciones 80 a 85, en que el par de oligonucleótidos iniciadores de la etapa (b) está marcado y las cantidades de segmentos diana y patrón interno amplificados se miden según la etapa (e), determinando la cantidad de marcador incorporado en cada segmento de dichos ácidos nucleicos amplificados.
\newpage
87. El método de cualquiera de las reivindicaciones 83 a 86, en que dicho par de oligonucleótidos iniciadores está seleccionado del grupo formado por:
5'-CAGAGGGAAGAGTTCCCCAG-3'
5'-CCTTGGTCTGGTAGGAGACG-3'
5'-GAACAGTTGAAAGATCCAGTG-3'
5'-TCGGACGCAGGCCTTGTCATG-3'
5'-CCTGCCCATTCGGAGGAAGAG-3'
5'-TTGGCCACCTTGACGCTGGG-3'
5'-GAAGGAGCCTGGGTTCCCTG-3'
5'-TTTCTCACCTGGACAGGTCG-3'
5'-GGTCAGTTGGCAGGATGCCAGGC-3'
5'-GGTCAGTTGTTCCTCCAGTTC-3'
5'-CAATGTCTCACCAAGCTCTG-3'
5'-TCTGTCTCGAGGGGTAGCTG-3'
5'-TACCATGTCAGGGGTACGTC-3'
5'-CAAGCCTAGAGACATAATCATC-3'
5'-GTCTCTGAATCAGAAATCCTTCTATC-3'
5'-CATGTCAAATTTCACTGCTTCATCC-3'
5'-AAACAGATGAAGTGCTCCTTCCAGG-3'
5'-TGGAGAACACCACTTGTTGCTCCA-3'
5'-GAATGGAATTAATAATTACAAGAATCCC-3'
5'-TGTTTCAGATCCCTTTAGTTCCAG-3'
5'-TGACCACCCAGCCATCCTTC-3'
5'-GAGGAGGTGTTGACTTCATTC-3' y
5'-GAGATTTCTCTGTATGGCACG-3'
5'-CTGCAAATGAGACACTTTCTC-3'
\vskip1.000000\baselineskip
88. El método de cualquiera de las reivindicaciones 80 a 87, en que dicha muestra es una muestra de células de sangre humana o una muestra de vasos arteriales humanos.
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