ES2287134T3 - Procedimiento para la deteccion y localizacion de genes in situ usando hibridacion de adn ramificado. - Google Patents

Procedimiento para la deteccion y localizacion de genes in situ usando hibridacion de adn ramificado. Download PDF

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Abstract

Un procedimiento para la detección in situ de un analito de ácido nucleico dentro de una muestra de material biológico que comprende realizar la hibridación de ADNr que comprende las etapas de: (a) preparar una muestra de material biológico: (i) inmovilizando el material biológico sobre un sustrato; (ii) permeabilizando el material biológico unido a sustrato poniendo en contacto el material biológico unido a sustrato con una disolución que contiene Proteinasa K a una concentración de 0, 5 mig/ml a 50 mig/ml; (iii) tratando la muestra con ARNasa de manera que se elimine todo el ARN en la muestra; y (iv) calentando el material biológico permeabilizado hasta una temperatura y durante un periodo de tiempo eficaces para desnaturalizar cualquier ADN de cadena doble.

Description

Procedimiento para la detección y localización de genes in situ usando hibridación de ADN ramificado.
Campo técnico
Esta invención se refiere generalmente a la química de ácidos nucleicos y ensayos bioquímicos. Más particularmente, la invención se refiere a procedimientos sumamente sensibles para la detección in situ de un analito de ácido nucleico. El procedimiento emplea oligosondas de ADN ramificado y técnicas de hibridación para detectar e identificar la ubicación de un analito de ácido nucleico dentro de una muestra biológica.
Técnica anterior
Se ha usado la tecnología de amplificación de señales de ADN ramificado (ADNr) extensamente en un formato de micropocillos para detectar y cuantificar secuencias de ácido nucleico específicas. Urdea et al. (2000) Branched-DNA (bDNA) Technology. En Kessler C., ed., Nonradioactive Analysis of Biomolecules, Nueva York, Springer-Verlag: 388-395. Puede aplicarse un ADNr inherentemente cuantitativo y sumamente reproducible a la detección de cualquier diana de ácido nucleico para la que se conoce una secuencia sin el uso de sondas radiactivas.
Se han desarrollado varios ensayos de ADNr para la cuantificación de ácidos nucleicos virales. Estos incluyen: ARN del virus de inmunodeficiencia humano tipo 1 (VIH-1), Kern et al. (1996) J Clin Microbiol 34:3196-3203; ARN del virus de inmunodeficiencia del simio (VIS), Sodora et al. (1998) AIDS Res Hum Retroviruses 14:171-181; ADN del virus de la hepatitis B (VHB), Hendricks et al. (1995) Am J Clin Pathol 104:537-546; ARN del virus de la hepatitis C (VHC), Detmer et al. (1996) J Clin Microbio 34:901-907; ARN del virus de la hepatitis G (VHG), Brandhagen et al. (1999) Am J Gastroenterol 94:1000-1005; y ADN de citomegalovirus (CMV), Chernoff et al. (1997) J Clin Microbiol 35:2740-2744.
Más recientemente, se ha usado la tecnología de ADNr para detectar y medir la expresión de ARNm celulares, incluyendo: citocinas, Breen et al. (1997) Cell Immunol 178:91-98 y Shen et al. (1998) J Immunol Methods 215:123-134; receptores de progesterona y estrógenos, Nargessi et al. (1998) Breast Cancer Res Treat 50:47-55 y Nargessi et al. (1998) Breast Cancer Res Treat 50:57-62; insulina, Wang et al. (1997) Proc Natl Acad Sci USA 94:4360-4365; glucoquinasa, Cabrera-Valladares et al. (1999) Endocrinology 140:3091-3096; c-fos, Shyamala et al. (1999) Anal Biochem 266:140-147; y aP2, Burris et al. (1999) Mol Endocrinol 13:410-417. Todos estos ensayos de ADNr se desarrollaron para medir ácidos nucleicos en suero, plasma o lisados celulares. Sin embargo, ninguno de estos estudios sugiere ni describe un ensayo de ADNr para la detección de ácidos nucleicos en tejidos o células morfológicamente intactos.
En cambio, un ensayo de hibridación in situ (HIS) tendría necesariamente la capacidad de detectar secuencias de ácido nucleico específicas en tejidos o células morfológicamente intactos. Los procedimientos de HIS han mejorado desde que se introdujo el concepto general por Pardue y Gall hace más de veinte años. Pardue et al. (1969) Proc Natl Acad Sci USA 64:600-604. Por ejemplo, el uso de sondas no isotópicas ha eliminado los problemas inherentes asociados con los procedimientos de HIS radiactivos tales como largos tiempos de respuesta, riesgos de exposición a radiactividad y eliminación de los residuos. Además, la incorporación de diversas dianas y sistemas de amplificación de señales ha mejorado la sensibilidad de HIS. Sin embargo, a pesar de estos avances en los procedimientos de HIS, todavía deben superarse varios retos. Estos retos incluyen desarrollar una detección de dianas sensible y específica, garantizar la localización conjunta precisa de la señal y la diana, conservar las secuencias diana, y conservar la morfología celular y tisular. Además, los procedimientos de HIS deben tratar varios problemas prácticos, incluyendo la facilidad de uso, reproducibilidad, y susceptibilidad de cuantificación, susceptibilidad de automatización, versatilidad y terminación oportuna.
La amplificación de señal de tiramida por deposición de indicador catalizado (CARD/TSA) es un procedimiento de HIS que se ha propuesto para tratar algunos de estos retos y problemas. Algunos estudios han mostrado que el procedimiento de HIS CARD/TSA puede detectar 1-2 copias de ADN de VPH-16 en células SiHa. Siadat-Pajouh et al. (1994) J Histochem Cytochem 42: 1503-1512 y Adler et al. (1997) Histochem Cell Biol 108:321-324.
Un estudio ha mostrado que es posible adaptar la tecnología de ADNr a un formato de HIS para la detección de ARNm. Cao et al. (1998) Proceedings of the American Association for Cancer Research, 89ª reunión, Nueva Orleans, LA y Antao et al. (1999) In Situ Hybridization Using the bDNA Technology. En Patterson, B. K. ed., Techniques in Quantification and Localization of Gene Expression, Boston, Birkhauser Press: 81-93. Antao et al. describen el uso de la tecnología de ADNr para la hibridación in situ a ARN en células individuales. Las etapas principales en el ensayo de ADNr son la prehibridación, la hibridación secuencial con sondas diana, sonda de preamplificador, amplificador y marcador, y finalmente la generación y detección de señales. Sin embargo, el ensayo descrito en este estudio tiene una sensibilidad relativamente baja.
Por tanto, sigue habiendo una necesidad en la técnica para proporcionar procedimientos sumamente sensibles, para la detección in situ de analitos de ácido nucleico en muestras biológicas. La presente invención satisface éstas y otras necesidades en la técnica.
Descripción de la invención
En consecuencia, es un objetivo principal de la invención tratar las necesidades descritas anteriormente en la técnica proporcionando un procedimiento para la detección in situ de un analito de ácido nucleico dentro de una muestra de material biológico basándose en la hibridación de ADNr, en el que el procedimiento da como resultado un aumento de la sensibilidad.
El procedimiento de la invención puede usarse para identificar la posición, es decir, ubicación subcelular, de un analito de ácido nucleico dentro de una única célula basándose en una técnica de hibridación de ADNr.
Se expondrán en parte objetivos, ventajas y características novedosas adicionales de la invención en la descripción siguiente, y en parte resultarán evidentes a los expertos en la técnica al examinar lo siguiente, o pueden aprenderse mediante la práctica de la invención.
Según la invención, se proporciona por tanto un procedimiento para la detección in situ de un analito de ácido nucleico dentro de una muestra de material biológico que comprende realizar la hibridación de ADNr que comprende las etapas de:
(a) preparar una muestra de material biológico:
(i)
inmovilizando el material biológico sobre un sustrato;
(ii)
permeabilizando el material biológico unido al sustrato poniendo en contacto el material biológico unido al sustrato con una disolución que contiene Proteinasa K a una concentración de 0,5 \mug/ml a 50 \mug/ml;
(iii)
tratando la muestra con ARNasa de manera que se elimine todo el ARN en la muestra; y
(iv)
calentando el material biológico permeabilizado hasta una temperatura y durante un periodo de tiempo eficaces para desnaturalizar cualquier ADN de cadena doble;
(b) poner en contacto el material biológico con un sonda de oligonucleótidos diana en condiciones de hibridación, en el que al menos una parte de la sonda diana es complementaria a al menos una parte del analito de ácido nucleico, de manera que se forma el complejo analito-sonda diana cuando el analito de ácido nucleico está presente en la muestra;
(c) lavar el material biológico con un fluido de lavado que comprende un detergente, a una temperatura en el intervalo de 21ºC a 60ºC; y
(d) detectar cualquier complejo de analito-sonda diana sobre el sustrato
(i)
poniendo en contacto el sustrato lavado y el complejo analito-sonda diana con una sonda oligonucleotídica de preamplificador en condiciones de hibridación, en el que una primera parte de la sonda de preamplificador es complementaria a una parte de la sonda diana distinta de la parte de la sonda diana que es complementaria al analito de ácido nucleico, formando así un complejo analito-sonda diana-sonda de preamplificador cuando el analito de ácido nucleico está presente en la muestra;
(ii)
poniendo en contacto el producto de la etapa (d)(i) con una sonda oligonucleotídica de amplificador en condiciones de hibridación, en el que una primera parte de la sonda de amplificador es complementaria a una segunda parte de la sonda de preamplificador, formando así un complejo analito-sonda diana-sonda de preamplificador-sonda de amplificador cuando el analito de ácido nucleico está presente en la muestra;
(iii)
poniendo en contacto el producto de la etapa (d)(ii) con una sonda de marcador que comprende una sonda oligonucleotídica conjugada con fosfatasa alcalina en condiciones de hibridación, en el que una parte de la sonda de marcador se une a una segunda parte de la sonda de amplificador, formando así un complejo analito-sonda diana-sonda de preamplificador-sonda de amplificador-sonda de marcador cuando el analito de ácido nucleico está presente en la muestra;
(iv)
marcando el complejo analito-sonda diana-sonda de preamplificador-sonda de amplificador-sonda de marcador con un marcador detectable; y
(v)
detectando la presencia del marcador sobre el sustrato,
en el que el analito de ácido nucleico es ADN, un gen endógeno o un segmento del mismo.
Se prefiere que el analito de ácido nucleico se seleccione del grupo constituido por ADN de VIH, ADN de CMV, ADN de VPH, LAP e IL-2.
En una segunda realización, se proporciona un procedimiento para identificar la posición de un analito de ácido nucleico dentro de una célula de una muestra de material biológico basándose en la hibridación de ADNr. Este procedimiento para la localización e identificación de la posición de un analito de ácido nucleico comprende las mismas etapas que las descritas anteriormente con respecto a la detección in situ de un analito de ácido nucleico. Sin embargo, una vez detectado el marcador, la identificación de la posición del complejo analito-sonda diana dentro de una célula de la muestra biológica es indicativa de la posición del analito de ácido nucleico dentro de la célula.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es una representación esquemática de un procedimiento de HIS de ADNr según la presente invención.
En otra realización, se proporciona un procedimiento para detectar un analito de ácido nucleico dentro de una muestra de material biológico, el procedimiento comprende realizar la hibridación de ADNr para detectar el analito de ácido nucleico in situ, en el que el procedimiento tiene una sensibilidad suficiente para detectar desde aproximadamente 1 copia hasta aproximadamente 10 copias del analito de ácido nucleico en el material biológico.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es una representación esquemática de un procedimiento de HIS de ADNr según la presente invención.
Las figuras 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G y 2H son imágenes microscópicas (60X) de los resultados obtenidos en el ejemplo 1.
Las figuras 3A, 3B, 3C y 3D son imágenes microscópicas (60X) de los resultados obtenidos en el ejemplo 2.
Las figuras 4A, 4B, 4C y 4D son imágenes microscópicas (60X) de los resultados obtenidos en el ejemplo 3.
Las figuras 5A, 5B, 5C, 4D y 5E son imágenes microscópicas de los resultados obtenidos en el ejemplo 4.
Las figuras 6A, 6B y 6C son imágenes microscópicas de los resultados obtenidos en el ejemplo 5.
Las figuras 7A, 7B, 7C, 7D, 7E, 7F y 7G son imágenes microscópicas de los resultados obtenidos en el ejemplo 6.
Modos para llevar a cabo la invención I. Definiciones y resumen
Antes de describir en detalle la presente invención, debe entenderse que esta invención no se limita a las sondas, reactivos, formatos de ensayo o similares específicos, ya que los mismos pueden variar. También debe entenderse que la terminología usada en el presente documento es sólo para fines de descripción de realizaciones particulares y no se pretende que sea limitativa.
Debe observarse que, tal como se usa en esta memoria descriptiva y reivindicaciones adjuntas, las formas singulares "un", "una", "el" y "la" incluyen los referentes plurales a menos que el contexto indique claramente lo contrario. Por tanto, por ejemplo, la referencia a "un complejo analito-sonda diana" incluye dos o más de tales complejos, la referencia a una etapa de "lavado" incluye dos o más de tales etapas, y similares.
En esta memoria descriptiva y las reivindicaciones que siguen, se usará la siguiente terminología según las definiciones expuestas a continuación.
"Oligonucleótido" será genérico para polidesoxirribonucleótidos (que contienen 2'-desoxi-D-ribosa o formas modificadas de la misma), para polirribonucleótidos (que contienen D-ribosa o formas modificadas de la misma), y para cualquier otro tipo de polinucleótido que sea un N-glucósido de una base de purina o pirimidina, o de una base de purina o pirimidina modificada. Los oligonucleótidos pueden ser de cadena sencilla o de cadena doble, normalmente de cadena sencilla. Además, los oligonucleótidos usados en la presente invención tienen normalmente desde aproximadamente 2 unidades de monómero hasta aproximadamente 100 unidades de monómero, más normalmente desde aproximadamente 2 unidades de monómero hasta aproximadamente 80 unidades de monómero, y lo más normalmente desde aproximadamente 2 unidades de monómero hasta aproximadamente 60 unidades de monómero.
La expresión "analito de ácido nucleico" se refiere a una molécula de ácido nucleico de cadena sencilla o de cadena doble que contiene una secuencia de nucleótidos diana. El analito de ácido nucleico puede ser de una variedad de fuentes, por ejemplo, sólidos o líquidos biológicos, productos alimenticios, materiales medioambientales, etc. La expresión
"analito de ácido nucleico" se usa de manera intercambiable en el presente documento con el término "analito".
Tal como se usan en el presente documento, las expresiones "región diana" o "secuencia de nucleótidos diana" se refieren a una región de unión a sonda contenida dentro del analito de ácido nucleico. La región diana debe tener al menos 400 bases de longitud. La expresión "secuencia diana" se refiere a una secuencia con la que una sonda, es decir, una sonda oligonucleotídica diana, formará un híbrido estable en las condiciones deseadas.
Tal como se usan en el presente documento, las expresiones "sonda" y "sonda oligonucleotídica" se refieren a una estructura comprendida por un oligonucleótido tal como se definió anteriormente que contiene una secuencia de ácido nucleico complementaria a una parte de una secuencia de nucleótidos diana, al menos otra sonda, o ambas. Las regiones oligonucleotídicas de las sondas pueden estar compuestas por ADN, y/o ARN, y/o análogos sintéticos de nucleótidos.
Se apreciará que las secuencias de unión no necesitan tener una complementariedad perfecta para proporcionar híbridos estables. En muchas situaciones, se formarán híbridos estables cuando menos de aproximadamente el 10% de las bases sean apareamientos erróneos, ignorando los bucles de cuatro o más nucleótidos. En consecuencia, el término "complementario" se refiere a un oligonucleótido que forma un dúplex estable con su "complemento" en las condiciones del ensayo, generalmente cuando hay una homología de aproximadamente el 90% o superior.
Tal como se usan en el presente documento, las expresiones "muestra biológica" o "material biológico" se usan de manera intercambiable y cada una se refiere a una muestra de tejido, células o líquido aislada de un individuo, incluyendo, pero sin limitarse a, por ejemplo, plasma, suero, líquido cefalorraquídeo, semen, líquido linfático, las secciones externas de la piel, secreciones de las vías respiratorias, secreciones del tracto intestinal, secreciones del tracto genitourinario, lágrimas, saliva, leche, células sanguíneas, tumores, órganos, y también muestras de constituyentes de cultivo celular in vitro (incluyendo, pero sin limitarse a, medio acondicionado resultante del crecimiento de células en medio de cultivo celular, células supuestamente infectadas por virus, células recombinantes, y componentes celulares). Se prefiere que la muestra biológica esté en forma de un líquido, por ejemplo, tejido o células en un líquido, aunque también puede usarse tejido sólido. Los usos preferidos del presente procedimiento son la detección y/o cuantificación de ácidos nucleicos tal como sigue: (a) ácidos nucleicos virales, tales como del virus de la hepatitis B ("VHB"), virus de la hepatitis C ("VHC"), virus de la hepatitis G ("VHG"), virus de inmunodeficiencia humano ("VIH"), virus del papiloma humano ("VPH"), y la familia de virus del herpes, incluyendo herpes zoster (varicela), virus del herpes simple tipos I y II, citomegalovirus ("CMV"), y virus de Epstein-Barr; (b) ácidos nucleicos bacterianos, tales como clamidia, Mycobacterium tuberculosis, etc.; y (c) numerosas secuencias humanas de interés, incluyendo fosfatasa ácida lisosomal ("LAP"), interleucina-2 (IL-2), e interferón-gamma (INF).
Se pretende que la expresión "condiciones de hibridación" signifique aquellas condiciones de tiempo, temperatura y pH y las cantidades y concentraciones necesarias de reactantes y reactivos suficientes para permitir que al menos una parte de una sonda se reasocie con su secuencia complementaria. Tal como se sabe bien en la técnica, las condiciones de tiempo, temperatura y pH requeridas para lograr la hibridación dependen del tamaño de la sonda oligonucleotídica que va a hibridarse, el grado de complementariedad entre la sonda oligonucleotídica y la diana, y la presencia de otros materiales en la mezcla de reacción de hibridación. Las condiciones reales necesarias para cada etapa de hibridación se conocen bien en la técnica o pueden determinarse sin experimentación excesiva.
Las condiciones de hibridación típicas incluyen el uso de disoluciones tamponadas hasta un pH desde aproximadamente 7 hasta aproximadamente 8,5 y se llevan a cabo a temperaturas desde aproximadamente 30ºC hasta aproximadamente 55ºC, preferiblemente desde aproximadamente 37ºC hasta aproximadamente 55ºC durante un periodo de tiempo desde aproximadamente 1 segundo hasta aproximadamente 1 día, preferiblemente desde aproximadamente 15 minutos hasta aproximadamente 16 horas, y lo más preferiblemente desde aproximadamente 15 minutos hasta aproximadamente 3 horas.
Las "condiciones de hibridación" también requieren un tampón eficaz. Puede usarse cualquier tampón que sea compatible, es decir, químicamente inerte, con respecto a las sondas y otros componentes, pero todavía permita la hibridación entre pares de bases complementarias. Un tampón particularmente preferido, denominado a continuación en el presente documento "disolución de hibridación A", comprende 3X SSC, formamida al 50%, sulfato de dextrano al 10% (PM 500.000), caseína al 0,2%, poliA 10 \mug/ml, ADN de esperma de salmón desnaturalizado 100 \mug/ml en el que 1X SSC es cloruro de sodio 0,15 M y citrato de sodio 0,015 M. Otro tampón particularmente preferido, denominado a continuación en el presente documento "disolución de hibridación B", comprende 5X SSC, dodecilsulfato de sodio a del 0,1 al 0,3%, sulfato de dextrano al 10%, ZnCl_{2} 1 mM, y MgCl_{2} 10 mM en el que 1X SSC es tal como se definió anteriormente.
"Opcional" u "opcionalmente" significa que la circunstancia descrita posteriormente puede producirse o no, de manera que la descripción incluye casos en los que la circunstancia se produce y casos en los que no. Por ejemplo, "calentar opcionalmente el material biológico permeabilizado" incluye casos en los que se calienta el material biológico permeabilizado y casos en los que no se calienta el material biológico permeabilizado.
El procedimiento de la presente invención es un ensayo de hibridación de ADNr in situ. Tal como se aprecia en la técnica, los procedimientos basados en ADNr proveen eficazmente la amplificación de una señal que de otro modo puede no ser detectable con otras técnicas. Los expertos en la técnica están familiarizados con las técnicas y materiales necesarios para llevar a cabo ensayos basados en ADNr. Brevemente, en la amplificación de ADNr, una sonda oligonucleotídica diana comprende dos sitios: uno para hibridarse específicamente con una parte del analito de ácido nucleico, y uno para hibridarse específicamente con al menos otra sonda. Pueden usarse sondas oligonucleotídicas adicionales con sitios únicos diseñados para hibridarse específicamente con diferentes sondas, de manera que a medida que se producen fases repetidas de hibridación, se forma una estructura de ADN ramificado. La sonda oligonucleotídica final que va a reasociarse en la estructura ramificada lleva al menos un marcador detectable. Por tanto, la molécula diana original da lugar a una multitud de señales, amplificando así la señal para una detección fácil. Además, puede hacerse referencia a la bibliografía, textos y otras referencias pertinentes para una descripción de técnicas de ADNr convencionales. Véase, por ejemplo, Collins et al. (1997) Nucleic Acid Res. 25(15):2979-2984.
La presente invención proporciona técnicas sumamente sensibles para detectar un analito de ácido nucleico basándose en la hibridación de ADNr in situ. Las técnicas de hibridación de ADNr in situ anteriores han proporcionado resultados relativamente no sensibles. Sin embargo, la presente invención proporciona un procedimiento de ADNr in situ que es sumamente sensible, por ejemplo, que tiene una sensibilidad suficiente para detectar desde aproximadamente 1 hasta aproximadamente 10 copias de un analito de ácido nucleico en un material biológico.
II. El procedimiento de detección
En una primera realización, la invención proporciona un procedimiento para la detección in situ de un analito de ácido nucleico dentro de una muestra de material biológico basándose en la hibridación de ADNr.
El procedimiento comprende las etapas de (a) preparar la muestra de material biológico, (b) poner en contacto el material biológico con una sonda oligonucleotídica diana en condiciones de hibridación, (c) lavar el material biológico, y (d) detectar cualquier complejo analito-sonda diana en el sustrato.
La muestra de material biológico se obtiene mediante procedimientos convencionales e incluye, por ejemplo, biopsia y extracción de fluidos biológicos. Sin embargo, dado que la técnica es para un análisis in situ, se analizan tejidos, células u orgánulos en lugar de un lisado. Debe tenerse cuidado al obtener y manejar el tejido, célula u orgánulo a lo largo del ensayo para garantizar que el material permanece sustancialmente intacto.
La muestra biológica para su uso en el presente procedimiento, es decir, los tejidos o células que van a analizarse, pueden tomarse de cualquier parte del cuerpo siempre que se sospeche que el material biológico contiene el analito de interés. Por ejemplo, los tejidos adecuados para su uso en el presente procedimiento incluyen, sin limitación, tejido suprarrenal, de vejiga, médula ósea, cerebro, mama, cardiaco, colon, esófago, intestinal, renal, hepático, pulmonar, ganglios linfáticos, nervios, ovarios, pancreático, prostático, músculo esquelético (estriado), músculo liso, bazo, estómago, testículos, amígdalas, traqueal y uterino. Además, las células tomadas de estos mismos tejidos son apropiadas para las técnicas descritas en el presente documento. Adicionalmente, las células pueden obtenerse a partir de fluidos que contienen células tales como plasma, suero, líquido cefalorraquídeo, etc., tal como se explicó anteriormente. Inicialmente, el material biológico debe conservarse o "fijarse". Aunque se conocen muchos procedimientos en la técnica para fijar muestras biológicas, se prefiere que la muestra biológica se fije con formaldehído. Por ejemplo, el material biológico puede combinarse con una disolución de formaldehído al 4% durante 30 minutos sobre hielo. Como alternativa, también pueden emplearse otros agentes de fijación, por ejemplo alcohol. Una vez fijado, el material biológico debe inmovilizarse sobre un sustrato. Los sustratos adecuados están comprendidos por aquellos materiales que permiten la inmovilización de un tejido, célula u orgánulo mientras conservan la morfología de la muestra. El material de sustrato también debe ser sólido además de ser resistente al calor. Además, el sustrato debe ser inerte con respecto a los reactivos usados. Los sustratos preferidos comprenden vidrio, por ejemplo, un portaobjetos de vidrio, aunque también puede usarse un plástico elástico.
El material biológico puede inmovilizarse sobre el sustrato usando procedimientos convencionales. Para las células, se prefiere que el material biológico se inmovilice usando una centrifugadora. Generalmente, la fuerza requerida para inmovilizar el material biológico sobre el sustrato es desde aproximadamente 200 x g hasta aproximadamente 500 x g (veces la fuerza de la gravedad). Se prefiere que la fuerza usada sea de aproximadamente 300 x g.
La inmovilización de muestras de tejido se lleva a cabo preferiblemente cortando secciones muy finas de la muestra de tejido y colocándolas sobre un sustrato adecuado. Preferiblemente, se coloca en primer lugar el tejido en un criostato y se enfría hasta de aproximadamente -15ºC a aproximadamente -20ºC con el fin de congelar el tejido. Luego, se usa un micrótomo para cortar el tejido congelado en secciones. Posteriormente, se coloca una única sección sobre un sustrato, por ejemplo, portaobjetos de vidrio, y se deja "fundir" la sección sobre el sustrato, inmovilizando así la muestra. Pueden usarse tejidos con infusión de cera, por ejemplo, parafina, en lugar de tejidos congelados. Tal como se apreciará, pueden usarse otros procedimientos para inmovilizar la muestra de tejido.
Con el fin de garantizar que la sondas oligonucleotídicas tengan acceso al medio interno, es necesario hacer que el material biológico unido al sustrato sea permeable. Se ha encontrado que poner en contacto el material biológico unido a sustrato con una disolución que contiene proteinasa K a una concentración de aproximadamente 0,5 \mug/ml a aproximadamente 50 \mug/ml, preferiblemente desde aproximadamente 5 \mug/ml hasta aproximadamente 20 \mug/ml (a partir de una disolución madre que tiene una actividad de 600 unidades por ml), hace que el material biológico sea permeable hasta un grado suficiente de tal manera que las sondas pasan libremente por las membranas biológicas mientras se mantiene la morfología de la muestra. Los parámetros de tiempo y temperatura para hacer que el material biológico sea permeable se conocen bien o pueden determinarse experimentalmente. Se prefiere un tiempo de reacción de aproximadamente 10 minutos a aproximadamente 37ºC para permeabilizar con proteinasa K.
Cuando el analito de ácido nucleico comprende ADN de cadena doble, es necesario desnaturalizar el ADN de tal manera que puede tener lugar la hibridación con sondas exponiendo la muestra a tratamiento térmico de una temperatura y durante un periodo de tiempo eficaces para desnaturalizar cualquier ADN de cadena doble. Sin embargo, se ha encontrado que el calentamiento del ADN desde aproximadamente 1,5 minutos hasta aproximadamente 5 minutos es suficiente para desnaturalizar ADN de cadena doble mientras se conservan los componentes celulares. La temperatura puede ser cualquier temperatura conocida en la técnica suficiente para desnaturalizar ADN. Sin embargo, se prefiere que la temperatura sea desde aproximadamente 70ºC hasta aproximadamente 92ºC, preferiblemente de aproximadamente 80ºC a aproximadamente 92ºC, siendo lo más preferido una temperatura de aproximadamente
92ºC.
Además, cuando el analito de ácido nucleico comprende ADN, también es necesario digerir cualquier ARN que pueda estar presente. Mediante la digestión del ARN, las sondas no pueden hibridarse con ARN, minimizando así los posibles resultados falsos positivos. Generalmente, puede usarse cualquier procedimiento conocido en la técnica para digerir ARN. Sin embargo, se prefiere usar ARNasa (disponible de Sigma, Fluka, etc.,). Puede añadirse ARNasa a la muestra en una cantidad desde aproximadamente 25 \mug hasta aproximadamente 100 \mug (por mancha sobre el portaobjetos) y dejar incubar durante un periodo de tiempo y a una temperatura suficientes para digerir el ARN. Sin embargo, se prefiere que se añadan aproximadamente 40 \mug (por mancha sobre el portaobjetos) de ARNasa a la muestra y se mantenga a 37ºC durante una hora.
Hay disponibles otros procedimientos para preparar el material biológico. Por ejemplo, usando kits comercialmente disponibles tales como el sistema de portaobjetos THINPREP® (Cytyc Corporation, Boxborough, MA).
Una vez preparado, se coloca el material biológico en contacto con una sonda oligonucleotídica diana en condiciones de hibridación. La sonda diana tiene una parte que es complementaria a al menos una parte de la secuencia diana del analito de ácido nucleico. Cuando el analito de ácido nucleico de interés está presente en la muestra, el analito de ácido nucleico y la sonda diana se hibridan para formar un complejo analito-sonda diana.
La cantidad de sondas diana añadida puede determinarse experimentalmente, pero se prefiere que se añadan de aproximadamente 0,1 pmoles a aproximadamente 10 pmoles (por mancha sobre el portaobjetos) y se dejan incubar durante aproximadamente tres horas a 40ºC. Un medio de reacción preferido para esta etapa de hibridación es la disolución de hibridación A (definida anteriormente).
Una vez que ha pasado un tiempo de incubación suficiente, se lavan tanto el sustrato como el complejo analito-sonda diana, si está presente, para facilitar la eliminación de sondas diana no unidas. La etapa de lavado requiere el uso de un fluido de lavado que comprende generalmente un detergente y generalmente una disolución tampón.
La disolución tampón puede ser cualquier disolución convencional conocida en la técnica adecuada para eliminar sondas oligonucleotídicas no hibridadas. Las disoluciones tampón preferidas comprenden las sales de metales alcalinos. Las disoluciones tampón particularmente preferidas comprenden cloruro de sodio, citrato de sodio y combinaciones de las mismas.
El detergente es preferiblemente un detergente no iónico. Además, se prefiere que el detergente sea también un tensioactivo hidrófilo. Detergentes a modo de ejemplo son detergentes basados en polioxietileno, por ejemplo, BRIJ® y TRITON®. Se venden detergentes similares también adecuados para su uso en la presente invención con los nombres comerciales de TWEEN®, GENAPOL®, IGEPAL CA®, THESIT®, y LUPROL® (todos disponibles de proveedores comerciales).
Una vez determinado el fluido de lavado, se lleva a cabo la etapa de lavado al menos una, preferiblemente dos, y lo más preferiblemente tres veces. Se ha encontrado que la temperatura de la etapa de lavado influye en la sensibilidad del ensayo. Por tanto, para el presente procedimiento, las temperaturas en el intervalo desde aproximadamente 21ºC hasta aproximadamente 60ºC funcionan bien y se usan. De manera óptima, la etapa de lavado se lleva a cabo a temperatura ambiente.
Una vez completada la etapa de lavado, las sondas diana no hibridadas están ausentes. Entonces se detectan complejos analito-sonda diana sobre el sustrato para determinar la presencia del analito de ácido nucleico. En consecuencia, se añaden sondas oligonucleotídicas adicionales de tal manera que se forma una red ramificada. Una vez formada una red ramificada, se añade una pluralidad de marcadores detectables con el efecto de "amplificar" la señal para una detección fácil. Por tanto, la detección de un complejo analito-sonda diana se logra mediante:
(d)(i) poner en contacto el sustrato y complejo analito-sonda diana lavados con una sonda oligonucleotídica de preamplificador en condiciones de hibridación, en la que una primera parte de la sonda de preamplificador es complementaria a una parte de la sonda diana distinta de la parte de la sonda diana que es complementaria al analito de ácido nucleico, formando así un complejo analito-sonda diana-sonda de preamplificador cuando el analito de ácido nucleico está presente en la muestra;
(d)(ii) poner en contacto el producto de la etapa (d)(i) con una sonda oligonucleotídica de amplificador en condiciones de hibridación, en la que una primera parte de la sonda de amplificador es complementaria a una segunda parte de la sonda de preamplificador, formando así un complejo analito-sonda diana-sonda de preamplificador-sonda de amplificador cuando el analito de ácido nucleico está presente en la muestra;
(d)(iii) poner en contacto el producto de la etapa (d)(ii) con una sonda de marcador que comprende una sonda oligonucleotídica conjugada con fosfatasa alcalina en condiciones de hibridación, en la que una parte de la sonda de marcador se une a una segunda parte de la sonda de amplificador, formando así un complejo analito-sonda diana-sonda de preamplificador-sonda de amplificador-sonda de marcador cuando el analito de ácido nucleico está presente en la muestra;
(d)(iv) marcar el complejo analito-sonda diana-sonda de preamplificador-sonda de amplificador-sonda de marcador con un marcador detectable; y
(d)(v) detectar la presencia del marcador sobre el sustrato.
Cada una de las etapas de hibridación de sondas, es decir, las etapas (d)(i), (d)(ii) y (d)(iii), se lleva a cabo en condiciones de hibridación convencionales tal como se trató anteriormente. Sin embargo, para estas etapas de hibridación particulares se prefiere que cada etapa tenga lugar a aproximadamente 55ºC con un tiempo de incubación de aproximadamente 25 minutos. También se prefiere que cada sonda, es decir, sonda de preamplificador, sonda de amplificador y sonda de marcador, se mezcle por separado con la disolución de hibridación B (definida anteriormente) para poner en contacto esa sonda con el complejo en crecimiento. Por tanto, por ejemplo, se mezcla la sonda de amplificador con disolución de hibridación B y se coloca en contacto con el complejo de analito-sonda diana-sonda de preamplificador para formar un complejo analito-sonda diana-sonda de preamplificador-sonda de amplificador.
Aunque puede determinarse la cantidad de sondas añadidas usando técnicas conocidas en la técnica, se prefiere que se añadan la sonda de preamplificador y sonda de amplificador cada una en una cantidad de aproximadamente 1 fmol a aproximadamente 10 pmoles (por mancha sobre el portaobjetos). Lo más preferiblemente, se añaden cada una de estas sondas en una cantidad de aproximadamente 1 fmol a aproximadamente 100 fmoles (por mancha sobre el portaobjetos).
El marcaje se logra cuando la sonda de marcador se hibrida con el complejo analito-sonda diana-sonda de preamplificador-sonda de amplificador. La sonda de marcador incluye uno o más marcadores detectables que proporcionan directa o indirectamente una señal detectable. Los marcadores pueden unirse, de manera covalente o no covalente, a la sonda de marcador como elementos individuales de la secuencia complementaria, o pueden estar presentes como elemento terminal o cola terminal que tienen una pluralidad de marcadores. Se han notificado diversos medios para proporcionar marcadores unidos a una sonda en la bibliografía. Véase, por ejemplo, Leary et al.(1983) Proc Natl Acad Sci USA 80:4045; Renz et al. (1984) Nucl Acids Res 12:3435; Richardson et al. (1983) Nucl Acids Res 11:6167; Smith et al. Nucl Acids Res (1985) 13:2399; Meinkoth et al. (1984) Anal Biochem 138:267.
Los marcadores que pueden emplearse incluyen agentes que pueden fluorescer, agentes que pueden quimioluminescer, tintes, enzimas, sustratos de enzimas, cofactores de enzimas, inhibidores de enzimas, subunidades de enzimas, iones metálicos y similares. Los marcadores específicos ilustrativos incluyen fluoresceína, rodamina, rojo de Texas, ficoeritrina, umbeliferona, luminol, NADPH, \alpha-\beta-galactosidasa, peroxidasa del rábano blanco, y fosfatasa alcalina, entre otros. Se usa al menos un marcador de fosfatasa alcalina.
La detección del marcador detectable puede lograrse mediante cualquier medio conocido en la técnica y depende de la naturaleza del marcador. Para los agentes que pueden fluorescer, hay un gran número de fluorómetros disponibles. Para los agentes que pueden quimioluminescer, hay luminómetros o películas disponibles. Con las enzimas, puede proporcionarse un producto fluorescente, quimioluminescente o coloreado y determinarse fluorométricamente, luminométricamente, espectrofotométricamente o visualmente (preferiblemente con ayuda de un microscopio). Para el presente procedimiento, se prefiere que se añada el sustrato de fosfatasa alcalina para detectar la presencia del marcador de fosfatasa alcalina usando microscopía de fluorescencia o de campo brillante.
Al contrario que los ensayos anteriores, el presente procedimiento para detectar un analito de ácido nucleico es sumamente sensible. Los ensayos anteriores se basaban en la presencia de muchas copias (a menudo cientos) del analito de ácido nucleico. El presente procedimiento se ha desarrollado para detectar relativamente pocas copias. Por tanto, se prefiere que el procedimiento tenga una sensibilidad suficiente para detectar desde 1 copia hasta aproximadamente 10 copias del analito de ácido nucleico. Sin embargo, lo más preferido es que el procedimiento tenga una sensibilidad suficiente para detectar desde 1 copia hasta aproximadamente 2 copias del analito de ácido nucleico.
III. Síntesis de las sondas
Las secuencias de las sondas se determinan usando técnicas habituales conocidas en la técnica. Por tanto, por ejemplo, la secuencia de sonda diana se determinará usando una secuencia conocida del analito de interés específica para ese analito. Aquellas regiones de las secuencias que se pretende que estén implicadas en la unión (y por tanto son complementarias a otra secuencia de oligonucleótidos, ya sea una sonda o analito) tendrán cada una al menos 15 nucleótidos, normalmente al menos 20 nucleótidos, y no más de aproximadamente 100 nucleótidos. Normalmente, las secuencias de unión tendrán una longitud de aproximadamente 25 nucleótidos. Normalmente se elegirán para unirse a diferentes secuencias del analito y/o a partes diferentes y específicas de las diversas sondas. Además, los oligonucleótidos para cualquier conjunto dado de sondas tendrán de manera óptima la misma temperatura de fusión.
Se seleccionan sondas con una segunda secuencia de unión para que sean sustancialmente complementarias a la parte apropiada de la sonda. La segunda secuencia de unión puede ser contigua a la primera secuencia de unión, o puede estar separada de la misma por una secuencia intermedia no complementaria. Las sondas pueden incluir otras secuencias no complementarias si se desea. Sin embargo, estas secuencias no complementarias no deben dificultar la unión de las secuencias de unión ni dar como resultado una unión no específica.
Las sondas pueden prepararse mediante síntesis oligonucleotídica o clonación, prefiriéndose lo primero. Tal como se sabe bien en la técnica, los procedimientos para sintetizar oligonucleótidos implican normalmente la adición secuencial de monómeros de nucleótidos bloqueados en 3' y bloqueados en 5' al grupo 5'-hidroxilo terminal de una cadena oligonucleotídica en crecimiento, en el que cada adición se realiza mediante ataque nucleófilo del grupo 5'-hidroxilo terminal de la cadena en crecimiento sobre la posición en 3' del monómero añadido, que es normalmente un derivado de fósforo tal como fosfotriéster, fosforamidita, o similares.
IV. Localización
La presente invención también proporciona un procedimiento para determinar la ubicación o posición de un analito de ácido nucleico en una célula. Tal como se indicó anteriormente, este procedimiento comprende las mismas etapas que la detección in situ pero añade una etapa adicional de (e) identificar la posición del complejo analito-sonda diana dentro de una célula de la muestra biológica como indicativo de la posición del analito de ácido nucleico en la célula. Los ensayos de detección in situ anteriores eran menos precisos para demostrar la posición subcelular de la señal. Por ejemplo, la señal de ensayos in situ anteriores podía no estar "contenida" dentro del compartimiento subcelular. Como alternativa, la señal de los ensayos in situ anteriores podía estar difundida a lo largo de una parte relativamente grande de la célula, haciendo por tanto imposible una conclusión definitiva referente a la ubicación del analito de ácido nucleico. Debido a que las temperaturas para la hibridación son bajas, es decir, generalmente no superan 55ºC, y que el tratamiento de la muestra no es duro, el presente procedimiento hace posible la capacidad para determinar la ubicación de un único analito dentro de una célula. Incluso cuando se aumenta la temperatura para ciertas etapas, por ejemplo, hasta aproximadamente 92ºC cuando se desnaturaliza el ADN mediante calentamiento, el presente procedimiento todavía conserva la capacidad para determinar la ubicación de un único analito dentro de
una célula.
V. Utilidad
El presente procedimiento puede usarse para detectar cualquier ADN, gen endógeno o segmento del mismo para el que se conoce la secuencia. Los analitos preferidos para los que el procedimiento es particularmente bien adecuado incluyen, pero no se limitan a, ADN de VIH; ADN de CMV, ADN de VPH, LAP, IL-2 y transcriptos de genes.
Teniendo en cuenta su sensibilidad, facilidad de uso, versatilidad, fiabilidad y rapidez (los resultados se obtienen en el plazo de un día), el presente procedimiento tiene una amplia aplicación en la detección temprana de cánceres y enfermedades infecciosas. La detección de una única copia es particularmente ventajosa para las enfermedades virales, por ejemplo, VIH y muchas otras, ya que el diagnóstico puede lograrse mucho antes (cuando las cargas virales son relativamente bajas), permitiendo así una intervención y tratamiento más tempranos. Además, el presente procedimiento tiene aplicaciones en el campo de la selección de tratamiento. Por ejemplo, el presente procedimiento puede adaptarse para detectar rápidamente y con precisión el número de copias de genes del receptor 2 del factor de crecimiento epidérmico humano (HER2/neu). Esto es útil para decidir si iniciar o no el tratamiento anti-HER2, por ejemplo, tratamiento con anticuerpo monoclonal anti-HER2 (Herceptin®, disponible de Genentech, Inc., South San Francisco, CA). Además, modificando las condiciones de tratamiento previo de células o tejidos, el presente procedimiento puede detectar ARNm o bien ADN con el mismo conjunto de sondas.
El presente procedimiento es sumamente específico y permite la localización precisa de la secuencia diana dentro de la célula cuando se conoce una parte de la secuencia del analito de ácido nucleico. Además, la localización es posible incluso cuando sólo hay una única copia del analito de ácido nucleico en la célula. Por tanto, un ensayo de este tipo tiene una amplia aplicación y es particularmente útil en la investigación y en la medicina. En tratamientos génicos, por ejemplo, ahora es posible determinar si el medicamento entra en el citoplasma y/o núcleo.
Además de detectar cánceres y enfermedades infecciosas y ayudar con la selección del tratamiento, la capacidad de detectar ácidos nucleicos dentro de secciones de tejido usando los presentes procedimientos tiene ventajas adicionales. Por ejemplo, la detección in situ dentro de una muestra de tejido demuestra el grado en el que se ha extendido un cáncer o agente patógeno infeccioso a las zonas de alrededor del tejido. Una información de este tipo sirve como indicador de pronóstico y proporciona la capacidad para diseñar a medida un enfoque terapéutico apropiado para la
enfermedad.
El alcance de la invención se define por las reivindicaciones adjuntas.
Parte experimental
Los siguientes ejemplos se exponen de modo que se proporcione a los expertos ordinarios en la técnica una divulgación y descripción completas de cómo preparar y usar los compuestos descritos y reivindicados en el presente documento. Se han hecho esfuerzos para garantizar la exactitud con respecto a los números (por ejemplo, cantidades, temperatura, etc.), pero deben tenerse en cuenta algunos errores y desviaciones. A menos que se indique lo contrario, la temperatura se expresa en ºC y la presión es la presión atmosférica o cercana a ella al nivel del mar.
A menos que se indique lo contrario, todos los materiales de partida y reactivos se obtuvieron comercialmente (por ejemplo, de Aldrich, Sigma e ICN) y se usaron sin purificación adicional. Se usaron procedimientos convencionales de cultivo celular y recogida de células.
Ejemplo 1 Detección de ADN de VPH mediante HIS de ADNr en células A. Materiales y procedimientos i. Cultivo celular
Debido a que contienen diferentes cepas y cantidades del virus del papiloma humano (VPH), se usaron las líneas celulares del carcinoma de cuello uterino humano de HeLa, CaSki y SiHa para evaluar la presente invención. La tabla 1 describe cada línea celular.
TABLA 1
1
*Se obtuvieron todas las líneas celulares de la Colección Americana de Cultivos Celulares Tipo (ATCC; Manassas, VA) y se hicieron crecer en matraces en condiciones sugeridas generalmente por la ATCC. Cuando se requería, se separaron las células de los matraces usando un tratamiento suave con tripsina.
ii. Sondas oligonucleotídicas
Las sondas diana específicas para VPH-16 estaban constituidas por un total de 26 sondas oligonucleotídicas de ADN que cubrían aproximadamente el 90% de las regiones E6 y E7 del genoma de VPH. Se diseñaron estas sondas creando en primer lugar una secuencia consenso degenerada basada en 23 secuencias para los genes E6 y E7 del genoma de VPH-16, recuperadas de GenBank usando el software Genetics Data Environment (Harvard Genome Laboratory, Cambridge, MA). Entonces se generaron conjuntos de posibles sondas diana usando el software ProbeDesigner® (Bayer Diagnostics, Emeryville, CA), que permite el diseño flexible de conjuntos de sondas de ADNr con una contribución mínima al fondo y designa una temperatura de fusión constante de 63 \pm 2ºC. Se seleccionaron las sondas finales tras explorar los conjuntos de sondas para detectar posibles interacciones con los otros 39 genotipos de VPH usando HybSimulator® (Advanced Gene Computing Technologies, Inc., Irvine, CA) y secuencias de ADN genómico humano usando Blast2^{TM} (National Institutes of Health, Bethesda, MD).
Las sondas diana específicas para VPH-18 estaban constituidas por un total de 32 sondas oligonucleotídicas de ADN que cubrían el 90% de las regiones E6 y E7 del genoma de VPH. Se diseñaron estas sondas tal como se describió anteriormente usando una secuencia consenso degenerada basada en cuatro secuencias para los genes E6 y E7 del genoma de VPH-18 y una temperatura de fusión constante de 63 \pm 2ºC.
Se han descrito en detalle otras sondas oligonucleotídicas de ADN, incluyendo sondas de preamplificador, amplificador y marcador conjugado con fosfatasa alcalina (FA). Collins et al. (1997) Nucleic Acids Res 25:2979-2984. Para reducir la hibridación no específica, se incluyeron los nucleótidos no naturales 5-metil-2'-desoxiisocitidina (isoC) y 2'-desoxiisoguanosina (isoG) en los sitios de unión de las sondas diana, de preamplificador, amplificador y marcador conjugado con FA.
B. Detección de ADN
Para la detección de ADN, se fijaron las células recogidas con formaldehído al 4% en una disolución de tampón fosfato (PBS; tampón fosfato 0,01 M, pH 7,5) durante 30 minutos en hielo, se lavaron dos veces durante dos minutos cada una y se resuspendieron en PBS. Se pipetearon alícuotas de 200 \mul de las suspensiones de células fijadas en embudos de cytospin de doble manchado (Shandon; Pittsburgh, PA) y se centrifugaron durante 6 minutos a 1500 rpm en una centrífuga cytospin (Shandon) usando una fuerza calculada equivalente a 300 x g. Se deshidrataron las células sobre portaobjetos mediante una serie graduada de etanol al 70%, 90% y 100% a temperatura ambiente (TA) durante 2 minutos cada una, se secaron al aire a TA durante 10 minutos, y se almacenaron a -80ºC durante hasta 2 semanas. Se rehidrataron las células sobre portaobjetos mediante una serie graduada de etanol al 100%, 90% y 70% a TA durante 2 minutos cada una y se lavaron dos veces durante 2 minutos cada una en PBS. Se incubaron los portaobjetos a 37ºC durante 1 hora en ARNasa 40 \mug/ml (Sigma) en 2X SSC (1X SSC es NaCl 0,15 M, citrato de Na 0,015 M), se lavaron dos veces durante 2 minutos cada una en PBS y se sumergieron en una jarra calentada previamente que contenía de 7,5 a 10 \mug/ml de Proteinasa K (Boehringer Mannheim, Indianapolis, EN) en PBS a 37ºC durante 10 minutos. Tras lavar dos veces durante 2 minutos cada una en PBS, se deshidrataron las células sobre portaobjetos mediante una serie graduada de etanol al 70%, 90% y 100% a TA durante 2 minutos cada una y se secaron al aire a TA durante 10 minutos.
Tras el tratamiento previo, se incubaron las células con una disolución de prehibridación, se hibridaron con un conjunto de sondas oligonucleotídicas diana (descritas anteriormente), seguido por hibridación con una serie de sondas oligonucleotídicas para la amplificación de la señal. Como una etapa de prehibridación, se incubó cada mancha sobre el portaobjetos con 150 \mul de disolución de hibridación A (SSC 3X, formamida al 50%, sulfato de dextrano al 10% [PM de 500.000], caseína al 0,2%, poli A 10 \mug/ml, ADN de esperma de salmón desnaturalizado 100 \mug/ml) a TA durante 30 minutos. Se transfirieron los portaobjetos a una cámara de humedad (instrumento Hybaid Omnislide, Phenix Research Productos, Hayward, CA), se incubaron a 92ºC durante 5 minutos y se sacaron entonces de la cámara y se enfriaron sobre la mesa a TA durante 5 minutos. Se eliminó la disolución de prehibridación y se incubó cada mancha sobre el portaobjetos con 100 \mul de disolución de hibridación A que contenía 0,6 pmol de sondas diana específicas para VPH a 40ºC durante 3 horas en la cámara de humedad. Tras la incubación con las sondas diana, se lavaron los portaobjetos a TA con una serie decreciente de tampones SSC que contenían detergente BRIJ®-35 al 0,0025% (SURFACT-AMPS®35, 10%, Pierce, Rockford, IL) tal como sigue: 3 veces durante 1-2 minutos con 2X SSC; 3 veces durante 1-2 minutos con 0,2X SSC; una vez durante 5 minutos con 0,1X SSC; y una vez durante 2 minutos con 2X SSC. Se incubó cada mancha sobre el portaobjetos con 100 \mul de disolución de hibridación B (5X SSC, dodecilsulfato de sodio del 0,1% al 0,3% [SDS], sulfato de dextrano al 10%, ZnCl_{2} 1 mM, MgCl_{2} 10 mM) que contenía 90 fmoles de preamplificador a 55ºC durante 25 minutos en la cámara de humedad. Se lavaron los portaobjetos dos veces en 0,1X SSC, EDTA 1 mM durante 1 minuto y 4 minutos, respectivamente, y se incubaron entonces en 100 \mul de disolución de hibridación B que contenía 90 fmoles de amplificador a 55ºC durante 25 minutos en la cámara de humedad. Se lavaron los portaobjetos dos veces en 0,1X SSC, EDTA 1 mM durante 1 minutos y 4 minutos, respectivamente, y se incubaron entonces en 100 \mul de disolución de hibridación B que contenía 90 fmoles de sonda de marcador conjugada con FA a 55ºC durante 15 minutos en la cámara de humedad. Tras lavar en lavado D (tris-(hidroximetil)aminometano 100 mM, pH 8,0, BRIJ®-35 al 0,1%, ZnCl_{2} 1 mM, MgCl_{2} 10 mM) a TA durante 5 minutos, se añadieron 50 \mul de sustrato de FA tamponado (Fast Red, Nº K597, DAKO Corporation, Carpinteria, CA) y se incubaron los portaobjetos a TA durante 10 minutos según las instrucciones del fabricante. Se aclararon los portaobjetos con agua tres veces durante 3 minutos cada una y entonces se tiñeron por contraste durante 40 segundos con hematoxilina Gills 1 (American Histology Reagent Company, Inc., Modesto, CA) o bien bisbenzimida al 0,0001% (Nº B2883, Sigma). Se montaron los portaobjetos con ULTRAMOUNT® (DAKO Corporation), PERMOUNT® (Fisher Scientific) o glicerol al 75% y se almacenaron a TA. Se visualizaron los portaobjetos usando un microscopio de fluorescencia Nikon E800 con un filtro de paso de triple banda o FITC (Nikon, Foster City, CA) o un objetivo de campo brillante 60X, y se capturaron las imágenes usando una cámara CCD de color enfriada de 3 chips de Optronics (Optronics Engineering, Goleta, CA). Se capturaron las imágenes fluorescentes o cromogénicas usando el software Image Probe (Media Cybernetics, Silver Springs, MA). La figura 1 es un esquema del formato del ensayo para el ejemplo 1.
C. Resultados
Los resultados de este estudio demuestran que tras la hibridación con las sondas diana de VPH-16, se observó una detección de señal positiva en células CaSki (figura 2A) y células SiHa (figura 2B). Tal como se esperaba, se detectó una multitud de señales en las células CaSki, ya que contenían aproximadamente 400-600 copias de VPH-16. Sólo se detectaron una o dos señales en las células SiHa, también tal como se esperaba, ya que sólo contenían 1-2 copias de ADN de VPH-16. Finalmente, no se detectó señal con las sondas de VPH-16 en las células que carecían de VPH-16, es decir, células HeLa (figura 2C) y C33a (figura 2D). Estos resultados demuestran tanto la capacidad cuantitativa como la especificidad del presente procedimiento.
Tras la hibridación con sondas diana de VPH-18, se observó una detección de señal positiva en células HeLa (figura 2G), que contenían 10-50 copias de ADN de VPH-18. Sin embargo, no se detectó señal con las sondas de VPH-18 en células que carecían de VPH-18, incluyendo células CaSki (figura 2E), SiHa (figura 2F) y C33a (figura 2H). No se detectó señal con las sondas diana de VPH-16 ni VPH-18 en la línea celular HT3 negativa para VPH ni la línea celular ME180, que albergan una secuencia de ADN similar a VPH-39 (no mostrado).
Se realizaron varios controles adicionales para demostrar que las señales positivas observadas en estos experimentos eran específicas para dianas de ADN de VPH. No se observó señal positiva cuando se usaron sondas diana no específicas, ni cuando se omitieron del procedimiento de HIS de ADNr las sondas diana de VPH-16 o VPH-18, del amplificador o del marcador conjugado con FA. La omisión de las etapas de digestión con la proteinasa K o de desnaturalización del ADN, o el tratamiento de las células con ADNasa también dio como resultado una pérdida de señal. Como control adicional para los experimentos de digestión con ADNasa, se omitió la etapa de tratamiento con ARNasa para confirmar que esta pérdida de señal no se debía a la degradación por la ADNasa de las sondas oligonucleotídicas. En estas condiciones, se detectó de nuevo una señal positiva, indicando que las sondas oligonucleotídicas de ADN no se degradaban y por lo tanto podían unirse a las dianas de ARN de VPH.
Ejemplo 2 Valoración de la especificidad en células
Se usaron poblaciones celulares mixtas para valorar adicionalmente la especificidad del presente procedimiento para la detección de ADN de VPH. Las muestras celulares mixtas estaban comprendidas por células CaSki no marcadas (que contenían 400-600 copias de VPH-16) y células HeLa marcadas (que contenían 10-50 copias de ADN de VPH-18). Se marcaron las células HeLa con el trazador celular fluorescente CFDA SE (diacetato de carboxifluoresceína, éster succinimidílico, Molecular Probes, Eugene, OR) según las instrucciones del fabricante. Se sometieron a ensayo ambos tipos celulares según el procedimiento del ejemplo 1.
Tal como se muestra en las figuras 3A y 3C, la hibridación con las sondas diana de VPH-16 produjo una detección de señal positiva sólo en células CaSki infectadas con VPH-16 (flecha) y no en células HeLa (flecha). Asimismo, tal como se muestra en las figuras 3B y 3D, la hibridación con las sondas diana de VPH-18 produjo una detección de señal positiva sólo en células HeLa infectadas con VPH-18 (punta de flecha) y no en células CaSKi (punta de flecha). Tal como se esperaba, se observó una mayor intensidad de la señal (es decir, mayor número y tamaño de las manchas) para la detección de ADN de VPH-16 en células CaSki comparado con la detección de ADN de VPH-18 en células HeLa. Esta diferencia en la intensidad de la señal es un reflejo del mayor número de copias de ADN de VPH presente en las células CaSki (400-600 copias de ADN de VPH-16/célula) comparado con las células HeLa (10-50 copias de ADN de VPH-18/célula).
Estos resultados demuestran que en una población mixta de células, el presente procedimiento puede distinguir entre células infectadas con ADN de VPH-16 y células infectadas con ADN de VPH-18. Además, no hay transferencia de señal desde un tipo celular hasta el otro dado que las señales positivas se mantienen sólo dentro de los tipos celulares apropiados. Además, pueden detectarse fácilmente dianas incluso de baja abundancia con el presente procedimiento sin los problemas de fondo y reactividad cruzada que podrían introducirse mediante la presencia de otro genotipo de VPH.
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Ejemplo 3 Detección de ARN de VPH y localización del ARN/ADN dentro de una célula
Para la detección de ARN, se fijaron células crecidas en portaobjetos de cámara (Nº 12-565-18, Fisher Scientific, Pittsburgh, PA) con formaldehído al 4% en PBS durante 30 minutos a TA, se trataron con 10 \mug/ml de proteinasa K en PBS durante 10 minutos a TA, y se lavaron entonces dos veces durante 5 minutos en PBS. Se incubaron las muestras a 40ºC durante 3 horas con 1 pmol de sondas diana específicas para VPH en un tampón de sonda diana (6X SSC, formamida al 25%, BRIJ®-35 al 0,2%, caseína al 0,2%), y se lavaron entonces siguiendo la misma serie decreciente de tampones SSC tal como se describió en el ejemplo 1. Similarmente, las condiciones de hibridación con sonda de preamplificador, amplificador y conjugada con FA y de lavado fueron las mismas que las descritas en el
ejemplo 1.
Para la localización subcelular de las dianas de ADN, se hicieron crecer células HeLa durante toda la noche sobre portaobjetos de cámara recubiertos con poli-D-lisina. La poli-D-lisina está disponible de Sigma (código de producto P7280). Al día siguiente, se retiró el medio de cultivo celular; se lavaron las células con PBS, se fijaron entonces con formaldehído al 4% en PBS durante 30 minutos a TA, y se valoraron para detectar dianas de ADN mediante hibridación con sondas diana de VPH-18 o, como control negativo, sondas diana de VPH-16.
Se añadió un sustrato de FA (Fast Red, DAKO Corporation) y se incubaron los portaobjetos a TA durante 4 minutos. Tras parar la reacción lavando en PBS, se postfijaron las muestras en formaldehído al 4% en PBS durante 5 minutos a TA y entonces se tiñeron por contraste durante 40 segundos con hematoxilina o bien bisbenzimida. Se visualizaron los portaobjetos y se generaron imágenes y se imprimieron tal como se describe en el ejemplo 1.
La hibridación de células HeLa (preparadas para la detección de ARN) con sondas diana de VPH-18 dio como resultado la detección de ARNm de VPH-18, principalmente en el citoplasma (punta de flecha, figura 4A). Sin embargo, no se observó señal en estas mismas células incubadas con sondas diana de VPH-16 (Figura 4B).
En cambio, la hibridación de células HeLa (preparadas para la detección de ADN) con sondas diana de VPH18 dio como resultado la detección de ADN de VPH-18 en los núcleos de células HeLa (flecha, figura 4C). Sin embargo, no se observó señal en estas mismas células incubadas con sondas diana de VPH-16 (figura 4D).
Estos resultados muestran que el ARNm de VPH y el ADN de VPH están ubicados en compartimentos diferentes dentro de las células. En particular, el ARNm viral se ubica predominantemente en el citoplasma, mientras que el ADN viral está limitado al núcleo. Estos resultados también muestran que las señales positivas se mantienen dentro del compartimiento de la célula en el que se ubica el ácido nucleico diana. En otras palabras, la diana y la señal se localizan conjuntamente.
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El presente procedimiento proporciona una localización subcelular precisa, produciendo señales positivas mantenidas dentro de los compartimentos subcelulares en los que se ubican las secuencias de ácido nucleico diana.
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Ejemplo 4 Detección de VPH-16 mediante HIS de ADNr en muestras de CIN II
Se usó un protocolo similar al del ejemplo 1 para la hibridación in situ en tejidos, tal como sigue. Brevemente, se eliminó la cera de secciones de parafina fijadas con formalina de tejido de cuello uterino y se rehidrataron usando histología convencional con xilenos y una serie graduada de alcohol. Para la detección de ADN, se digirió el tejido con ARNasa a 100 \mug/ml de ARNasa en un tampón de ARNasa (NaCl 0,5M, Tris 10 mM pH 9,0, EDTA 1 mM) a 37ºC durante 1 hora, seguido por digestión con proteinasa K (12 \mug/ml en tampón de proteinasa K o PBS) a 37ºC durante 10 minutos. Se inactivó la proteinasa K mediante postfijación en paraformaldehído al 4% en PBS a 4ºC durante 10 minutos. Tras varios lavados en PBS, se acetiló el tejido en TEA 1 M tal como se describe en Angerer et al. (1987) In situ Hybridization with RNA Probes-An Annotated Recipe. En Valentine K. L. et al., eds., In situ Hybridization-Applications to Neurobiology, Oxford, Oxford University Press: 71-96. Se deshidrataron secciones en una serie de etanol antes de la desnaturalización durante 5 minutos a 92ºC en DB (formamida al 80%, 2 X SSC) sobre Hybaid (Phenix), seguido por la inmersión en etanol al 70% frío y deshidratación. Tras una incubación de 30 minutos en un tampón de prehibridación, se añadieron sondas oligonucleotídicas diana en tampón de prehibridación recién preparado a una concentración de 10 fmol/\mul y se cubrieron con el cubreobjetos. Se llevó a cabo la hibridación en una cámara humidificada sobre un calentador de portaobjetos Fischer a 37ºC durante 1-3 hora(s), con los mismos lavados y amplificación de la señal descritos previamente en el ejemplo 1. Tras la hibridación, se lavaron las secciones en una serie graduada de SSC hasta 0,1 X SSC durante un total de 15 minutos de tiempo de lavado. A la hibridación en 1 fmol/\mul de preamplificador en disolución de hibridación B durante 25 minutos a 55ºC, le siguieron 3 lavados en 0,1 X SSC durante 5 minutos de tiempo de lavado total. A la hibridación en 1 fmol/\mul de amplificador en disolución de hibridación B durante 25 minutos a 55ºC le siguieron varios lavados en 0,1 X SSC. A la hibridación en 1 fmol/\mul de sonda de marcador en disolución de hibridación B a 55ºC durante 15 minutos le siguieron lavados en 0,1 X SSC e incubación en lavado D. Se preparó Fast Red inmediatamente antes de su aplicación a las secciones, y se paró el revelado del color entre 4 y 10 minutos. Se tiñeron los núcleos con hematoxilina, y se cubrieron los portaobjetos con cubreobjetos para la microscopía. Se inactivó la fosfatasa alcalina endógena con levamisol,
de 1 \muM a 5 \muM.
La hibridación in situ detectó VPH-16 en CIN II (neoplasia intraepitelial cervical) de tejido del cuello uterino que tiene cambios citopáticos asociados con VPH (muestra Nº 00B01-627, Clinomics BioSciences, Inc., Pittsfield MA). Se tiñeron los núcleos celulares en cada una de las secciones con hematoxilina. La figura 5A representa la distribución de la expresión génica de VPH-16 (zonas teñidas) dentro del epitelio escamoso del ectocérvix. Una mayor amplificación de la región en el recuadro en la figura 5A muestra la presencia de ARNm de VPH-16 en el citosol de algunas células epiteliales escamosas (Figura 5B). La figura 5C muestra que se detectó el ADN de VPH-16 en el núcleo de células escamosas en una sección de tejido adyacente a la región en el recuadro en la figura 5A. Sin embargo, no se detectó ADN de VPH-18 en una sección adyacente (figura 5D). Tal como se esperaba, se detectó ARNm de GAPDH en todo el epitelio escamoso cerca de la zona de transformación (figura E). Las figuras 5A y 5E tienen un aumento de 200 x mientras que las figuras 5B, 5C y 5D tienen un aumento de 600 x.
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Ejemplo 5 HIS de ADNr de ADN de VPH con conservación de la histopatología
Se llevó a cabo la hibridación in situ usando el procedimiento similar al del ejemplo 4 para detectar ADN de VPH-16 en regiones de cambios citopáticos característicos de lesiones CIN II en tejido del cuello uterino que tienen cambios citopáticos asociados con VPH (muestra Nº 00B01-624, Clinomics BioSciences, Inc., Pittsfield MA), tal como sigue. Se tiñeron los núcleos celulares en secciones con hematoxilina. Las puntas de flecha grandes indican células basales contiguas a lo largo de la membrana basal que separa el epitelio escamoso del estroma subyacente. En una región de maduración escamosa aparentemente normal, no se detectó ADN de VPH-16, las células basales estaban limitadas cerca de la membrana basal, y la parte apical del epitelio estaba comprendida principalmente por células escamosas diferenciadas con un citosol característicamente grande (figura 6A). Una región cercana de la misma sección de tejido mostró una maduración escamosa anómala característica de la displasia moderada del cuello uterino (CIN II) (figura 6B). Esta región diplásica mostró un sobrecrecimiento de células basales, mezclas de células basales y células escamosas diferenciadas en la región epitelial apical, y la presencia de ADN de VPH-16 (zona teñida) (figura 6B). Un aumento mayor mostró la presencia de ADN de VPH-16 en células basales, tal como se indica mediante flechas más pequeñas (figura 6C). Las figuras 6A y 6B tienen un aumento de 400x y la figura 6C tiene un aumento de 600x.
Ejemplo 6 Valoración de la especificidad en tejidos
Se usó hibridación in situ usando sondas de VPH específicas del genotipo y el procedimiento del ejemplo 4 para detectar ADN de VPH en secciones de tejido CIN II y en secciones de cuello uterino normal. Se tiñeron por contraste los núcleos celulares en las secciones con hematoxilina. Las zonas teñidas indicaban la presencia del ácido nucleico diana, ADN viral (figuras 7A, 7B, 7C, 7D, 7E y 7F) o bien ARNm endógeno (figura 7G). Se detectó ADN de VPH-16 en el epitelio ectocervical escamoso de tejido CIN II Nº 00B01-624 (figura 7A), pero no se detectó VPH-18 (figura 7B). Se detectó ADN de VPH-18 en tejido CIN II que tenía cambios citopáticos asociados con VPH (muestra Nº 00B01-625, Clinomics BioSciences, Inc., Pittsfield, MA) tal como se muestra en la figura 7D, pero no se detectó VPH-16 (figura 7C). Tal como se esperaba, no se detectó ADN de VPH en el tejido de cuello uterino normal (muestra Nº H-1188-88, Clinomics BioSciences, Inc., Pittsfield MA) cuando se sometió a prueba con sondas de VPH-18 (figura 7E) o VPH-16 (figura 7F). Tal como se esperaba, se detectó ARNm de GAPDH endógeno en el tejido de cuello uterino normal (figura 7G).

Claims (21)

1. Un procedimiento para la detección in situ de un analito de ácido nucleico dentro de una muestra de material biológico que comprende realizar la hibridación de ADNr que comprende las etapas de:
(a) preparar una muestra de material biológico:
(i)
inmovilizando el material biológico sobre un sustrato;
(ii)
permeabilizando el material biológico unido a sustrato poniendo en contacto el material biológico unido a sustrato con una disolución que contiene Proteinasa K a una concentración de 0,5 \mug/ml a 50 \mug/ml;
(iii)
tratando la muestra con ARNasa de manera que se elimine todo el ARN en la muestra; y
(iv)
calentando el material biológico permeabilizado hasta una temperatura y durante un periodo de tiempo eficaces para desnaturalizar cualquier ADN de cadena doble;
(b) poner en contacto el material biológico con un sonda oligonucleotídica diana en condiciones de hibridación, en el que al menos una parte de la sonda diana es complementaria a al menos una parte del analito de ácido nucleico, de manera que se forma el complejo analito-sonda diana cuando el analito de ácido nucleico está presente en la muestra;
(c) lavar el material biológico con un fluido de lavado que comprende un detergente, a una temperatura en el intervalo de 21ºC a 60ºC; y
(d) detectar cualquier complejo de analito-sonda diana sobre el sustrato
(i)
poniendo en contacto el sustrato lavado y complejo analito-sonda diana con una sonda oligonucleotídica de preamplificador en condiciones de hibridación, en el que una primera parte de la sonda de preamplificador es complementaria a una parte de la sonda diana distinta de la parte de la sonda diana que es complementaria al analito de ácido nucleico, formando así un complejo analito-sonda diana-sonda de preamplificador cuando el analito de ácido nucleico está presente en la muestra;
(ii)
poniendo en contacto el producto de la etapa (d) (i) con una sonda oligonucleotídica de amplificador en condiciones de hibridación, en el que una primera parte de la sonda de amplificador es complementaria a una segunda parte de la sonda de preamplificador, formando así un complejo analito-sonda diana-sonda de preamplificador-sonda de amplificador cuando el analito de ácido nucleico está presente en la muestra;
(iii)
poniendo en contacto el producto de la etapa (d) (ii) con una sonda de marcador que comprende una sonda oligonucleotídica conjugada con fosfatasa alcalina en condiciones de hibridación, en el que una parte de la sonda de marcador se une a una segunda parte de la sonda de amplificador, formando así un complejo analito-sonda diana-sonda de preamplificador-sonda de amplificador-sonda de marcador cuando el analito de ácido nucleico está presente en la muestra;
(iv)
marcando el complejo analito-sonda diana-sonda de preamplificador-sonda de amplificador-sonda de marcador con un marcador detectable; y
(v)
detectando la presencia del marcador detectable sobre el sustrato,
en el que el analito de ácido nucleico es ADN, un gen endógeno o un segmento del mismo.
2. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que el analito de ácido nucleico se selecciona del grupo constituido por ADN de VIH, ADN de CMV, ADN de VPH, LAP e IL-2.
3. Un procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, en el que el sustrato comprende vidrio o un plástico elástico.
4. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la concentración de Proteinasa K es desde 5 \mug/ml hasta 20 \mug/ml.
5. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se usan de 0,1 pmoles a 10 pmoles de la sonda diana.
6. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el detergente en el fluido de lavado es un tensioactivo hidrófilo.
7. Un procedimiento según la reivindicación 6, en el que el tensioactivo hidrófilo es no iónico.
8. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el fluido de lavado es una disolución tampón.
9. Un procedimiento según la reivindicación 8, en el que la disolución tampón comprende las sales de metales alcalinos.
10. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la etapa (c) se repite al menos una vez.
11. Un procedimiento según la reivindicación 10, en el que la etapa (c) se repite al menos dos veces.
12. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que (c) se lleva a cabo a desde 21ºC hasta 60ºC.
13. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se usan aproximadamente de 1 fmol a 10 pmoles de la sonda oligonucleotídica de preamplificador y aproximadamente de 1 fmol a 10 pmoles de la sonda oligonucleotídica de amplificador.
14. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la muestra biológica comprende una célula.
15. Un procedimiento según la reivindicación 14, en el que la célula se aísla del grupo constituido por plasma, suero, líquido cefalorraquídeo, semen, líquido linfático, las secciones externas de la piel, secreciones de las vías respiratorias, secreciones del tracto intestinal, secreciones del tracto genitourinario, lágrimas, saliva, leche, células sanguíneas, tumores, órganos, y constituyentes de cultivo celular in vitro.
16. Un procedimiento según la reivindicación 14, en el que la célula se selecciona del grupo constituido por células suprarrenales, de vejiga, médula ósea, cerebro, mama, cardíacas, colon, esófago, intestinales, renales, hepáticas, pulmonares, de ganglios linfáticos, nervios, ovarios, pancreáticas, prostáticas, del músculo esquelético, músculo liso, bazo, estómago, testículos, amígdalas, traqueales y uterinas.
17. Un procedimiento según la reivindicación 14, en el que la muestra de material biológico se inmoviliza sobre un sustrato usando una centrifugadora.
18. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que la muestra biológica comprende un tejido.
19. Un procedimiento según la reivindicación 18, en el que el tejido se selecciona del grupo constituido por tejido suprarrenal, de vejiga, médula ósea, cerebro, mama, cardiaco, colon, esófago, intestinal, renal, hepático, pulmonar, ganglios linfáticos, nervios, ovarios, pancreático, prostático, músculo esquelético, músculo liso, bazo, estómago, testículos, amígdalas, traqueal y uterino.
20. Un procedimiento según la reivindicación 18 ó 19, en el que la muestra de material biológico se inmoviliza sobre un sustrato usando secciones del tejido.
21. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en el que la identificación de la posición del complejo analito-sonda diana dentro de una célula de la muestra biológica es indicativa de la posición del analito de ácido nucleico dentro de la célula.
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