ES2665500T3 - Enriquecimiento de una PCR por COLD completa con secuencia de bloqueo de referencia - Google Patents

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Abstract

Un método para enriquecer una secuencia de ácido nucleico diana en una mezcla de reacción de amplificación, comprendiendo dicho método: a. proporcionar un par de cebadores capaz de reasociarse a una secuencia de referencia y también a una o más secuencias diana que son al menos 50% homólogas a dicha secuencia de referencia; b. preparar una mezcla de reacción de amplificación que incluye al menos los siguientes constituyentes: una muestra de ácido nucleico que tiene la secuencia de referencia y de la que se sospecha que tiene la una o más secuencias diana que son al menos 50% homólogas a dicha secuencia de referencia y que también son amplificables por el par de cebadores, y una cantidad en exceso de la secuencia de bloqueo de referencia con relación a la cantidad de secuencias de referencia, siendo la secuencia de bloqueo de referencia totalmente complementaria con al menos una parte de la secuencia de una de las cadenas de la secuencia de referencia entre sus sitios de cebador; c. aumentar la temperatura de la mezcla de reacción de la que se sospecha que tiene dicha secuencia diana hasta una primera temperatura de desnaturalización que está por encima de la temperatura de fusión (Tm) de la secuencia de referencia y por encima de la temperatura de fusión (Tm) de la secuencia diana, con el fin de formar las cadenas de referencia desnaturalizadas y las cadenas diana desnaturalizadas; d. reducir la temperatura de la mezcla de reacción con el fin de permitir la formación de dúplex de la secuencia de bloqueo de referencia y la cadena de referencia complementaria y heterodúplex de la secuencia de bloqueo de referencia y las cadenas dianas; e. aumentar la temperatura de dicha mezcla de reacción hasta una temperatura crítica (Tc) suficiente para permitir la desnaturalización preferente de dichos heterodúplex de la secuencia de bloqueo de referencia y cadenas dianas en preferencia a la desnaturalización de los dúplex de la secuencia de bloqueo de referencia y las cadenas de referencia; f. reducir la temperatura de la mezcla de reacción con el fin de permitir que dicho par de cebadores se reasocie a las cadenas dianas de cadena sencilla y a cualquier cadena de referencia de cadena sencilla en la mezcla de reacción; y g. extender dicho par de cebadores con el fin de enriquecer dicha secuencia diana con relación a dicha secuencia de referencia; h. repetir las etapas c hasta g durante dos o más ciclos con el fin de enriquecer dicha secuencia diana con relación a dicha secuencia de referencia.

Description

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ADN específica en un factor de 109 con respecto a otras secuencias en el ADN genómico. El método de la PCR también se describe en Saiki et al., 1985, Science 230:1350.
La PCR se realiza utilizando ADN del molde (secuencias diana y de referencia) (al menos 1 fg, más útilmente, 11000 ng) y al menos 25 pmol de cebadores oligonucleotídicos. Una mezcla de reacción típica incluye: 2 μl de ADN, 25 pmol de cebador oligonucleotídico, 2,5 μl de un tampón adecuado, 0,4 μl de dNTP 1,25 μM, 2,5 unidades de Taq ADN polimerasa (Stratagene) y agua desionizada hasta un volumen total de 25 μl. La PCR se realiza utilizando un ciclador térmico programable.
La longitud y la temperatura de cada una de las etapas de un ciclo de PCR, así como el número de ciclos, se ajustan de acuerdo con los requisitos de rigurosidad vigentes. La temperatura y el tiempo de reasociación están determinados tanto por la eficacia con la que se espera que un cebador se reasocie a un molde como por el grado de emparejamiento erróneo que debe tolerarse. La capacidad de optimizar la rigurosidad de las condiciones de reasociación del cebador está dentro del conocimiento de un experto en la técnica. Se utiliza una temperatura de reasociación de entre 30°C y 72°C. La desnaturalización inicial de las moléculas del molde normalmente se produce a entre 92°C y 99°C durante 4 minutos, seguida de 20-40 ciclos que consisten en la desnaturalización (94-99°C durante 15 segundos a 1 minuto), reasociación (temperatura determinada tal como se describe arriba, 1-2 minutos) y extensión (72°C durante 1 minuto). La etapa de extensión final se lleva a cabo generalmente durante 4 minutos a 72ºC, y puede ser seguida de una etapa indefinida (0-24 horas) a 4ºC.
La PCR utiliza una polimerasa de ácido nucleico, o enzima que cataliza la polimerización de nucleósido trifosfatos. Generalmente, la enzima iniciará la síntesis en el extremo 3' del cebador reasociado con la secuencia diana, y procederá en la dirección 5' a lo largo del molde. ADN polimerasas conocidas incluyen, por ejemplo, ADN polimerasa I de E.coli, ADN polimerasa de T7, ADN polimerasa de Thermus thermophilu (Tth), ADN polimerasa de Bacillus stearothermophilus, ADN polimerasa de Thermococcus litoralis, ADN polimerasa de Thermus aquaticus (Taq) y ADN polimerasa de Pyrococcus furiosus(Pfu). La expresión "ácido nucleico polimerasa" también abarca ARN polimerasas. Si el molde de ácido nucleico es ARN, entonces "ácido nucleico polimerasa" se refiere a una actividad de polimerización dependiente de ARN, tal como una transcriptasa inversa.
Los procedimientos de enriquecimiento de la presente invención se realizan en un dispositivo de PCR tal como un termociclador, o más preferiblemente en condiciones de reacción en tiempo real en un dispositivo de PCR en tiempo real. Las condiciones de reacción en tiempo real utilizan, además un agente de detección de ácidos nucleicos (p. ej., colorante o sonda) con el fin de medir/detectar el producto de PCR a medida que se produce.
Muestras
Tal como se utiliza en esta memoria, "muestra" se refiere a cualquier sustancia que contenga o se presume que contenga un ácido nucleico de interés (secuencias diana y de referencia) o que es en sí mismo un ácido nucleico que contiene o se supone que contiene un ácido nucleico diana de interés. El término "muestra" incluye, por lo tanto, una muestra de ácido nucleico (ADN genómico, ADNc, ARN), célula, organismo, tejido, fluido o sustancia que incluye, pero no se limita a, por ejemplo, plasma, suero, fluido espinal, fluido linfático, fluido sinovial, orina, lágrimas, heces, secreciones externas de la piel, tractos respiratorio, intestinal y genitourinario, saliva, células de la sangre, tumores, órganos, tejido, muestras de constituyentes del cultivo celular in vitro, aislados naturales (tales como agua potable, agua de mar, materiales sólidos), muestras microbianas y objetos o especímenes que han sido "marcados" con moléculas trazadoras de ácidos nucleicos.
Las secuencias de ácidos nucleicos de la invención se pueden amplificar a partir de ADN genómico. El ADN genómico se puede aislar a partir de tejidos o células de acuerdo con el siguiente método. Alternativamente, las secuencias de ácidos nucleicos de la invención se pueden aislar de la sangre mediante métodos bien conocidos en la técnica.
Para facilitar la detección de una forma variante de un gen de un tejido particular, el tejido se aísla. Para aislar ADN genómico del tejido de mamíferos, el tejido se tritura y se congela en nitrógeno líquido. El tejido congelado se moltura para obtener un polvo fino con un mortero pre-enfriado rápidamente y se suspende en tampón de digestión (NaCl 100 mM, Tris-HCl 10 mM, pH 8,0, EDTA 25 mM, pH 8,0, SDS al 0,5% (p/v), 0,1 mg/ml de proteinasa K) a 1,2 ml de tampón de digestión por cada 100 mg de tejido. Para aislar ADN genómico de células de cultivo de tejidos de mamíferos, las células se sedimentan por centrifugación durante 5 min a 500 x g, se resuspenden en 1-10 ml de PBS helado, se repelen durante 5 min a 500 x g y se resuspenden en 1 volumen de tampón de digestión.
Las muestras en tampón de digestión se incuban (con agitación) durante 12-18 horas a 50°C, y luego se extraen con un volumen igual de fenol/cloroformo/alcohol isoamílico. Si las fases no se resuelven después de una etapa de centrifugación (10 min a 1700 x g), se agrega otro volumen de tampón de digestión (sin proteinasa K) y se repite la
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etapa de centrifugación. Si un material blanco espeso es evidente en la interfaz de las dos fases, se repite la etapa de extracción orgánica. Después de la extracción, la capa acuosa superior se transfiere a un nuevo tubo al que se agregará 1/2 volumen de acetato de amonio 7,5 M y 2 volúmenes de etanol al 100%. El ácido nucleico se sedimenta por centrifugación durante 2 min a 1700 x g, se lava con etanol al 70%, se seca al aire y se resuspende en tampón TE (Tris-HCl 10 mM, pH 8,0, EDTA 1 mM, pH 8,0) a 1 mg/ml. El ARN residual se separa incubando la muestra durante 1 hora a 37°C en presencia de SDS al 0.1% y 1 μg/ml de ARNasa exenta de DNasa, y repitiendo las etapas de extracción y de precipitación con etanol. Se espera que el rendimiento de ADN genómico, de acuerdo con este método, sea de aproximadamente 2 mg de ADN/1 g de células o tejido (Ausubel et al., supra). El ADN genómico aislado de acuerdo con este método se puede utilizar de acuerdo con la invención.
El ADN diana también se puede extraer de sangre entera. Por ejemplo, se puede extraer sangre por métodos estándares en un tubo de recogida, que comprende preferentemente vidrio siliconado, sin anticoagulante para la preparación de suero o con EDTA, citrato de sodio, heparina o anticoagulantes similares, lo más preferentemente EDTA, para la preparación de plasma. El método preferido, aunque no es absolutamente necesario, es que el plasma o el suero se fraccionen a partir de sangre entera. El plasma o el suero se pueden fraccionar a partir de sangre entera mediante centrifugación, preferiblemente centrifugación suave a 300 hasta 800 x g durante 5-10 minutos, o se pueden fraccionar por otros métodos estándares. Dado que la heparina puede interferir con la PCR, el uso de sangre heparinizada puede requerir un pre-tratamiento con heparinasa. Por lo tanto, EDTA es el anticoagulante preferido para muestras de sangre. Plasma o suero sanguíneo recién recogido, o plasma congelado (almacenado) y posteriormente descongelado o suero puede utilizarse en los métodos de la invención. El plasma o suero almacenado debe mantenerse a -20°C hasta -70°C, y el plasma o suero recién recogidos se mantienen refrigerados o se mantienen en hielo hasta su uso. El ADN puede luego extraerse por métodos bien conocidos en la técnica.
El método de la presente invención se puede utilizar para detectar si se ha producido metilación en una secuencia diana. El método de detección de la metilación comprende un enfoque químico o enzimático para el tratamiento del ADN sensible a la metilación. Los tratamientos químicos incluyen la incubación de ADN con bisulfito de sodio, que convierte selectivamente las citosinas no metiladas en uracilos. El ADN se desnaturaliza primero por calor y luego se trata con bisulfito 5M, pH 5-7. El pre-tratamiento del ADN genómico para separar los uracilos pre-existentes se utiliza antes del tratamiento con bisulfito. Este pre-tratamiento consiste en el tratamiento con uracilo glicosilasa en presencia de hidroxilamina 5 mM, pH 7.
Debido a que las citosinas metiladas de la secuencia diana se convierten en uracilos, formarán ahora emparejamientos erróneos cuando forman un dúplex con la secuencia de bloqueo de referencia en la etapa de enfriamiento de la hibridación de la PCR por COLD completa (en presencia de secuencia de bloqueo de referencia).
PCR por COLD completa en Ausencia de Secuencia de Bloqueo de Referencia (Técnica Anterior)
La Fig. 1 ilustra el procedimiento de la técnica anterior, conocido como PCR por COLD completa, para enriquecer una secuencia diana en una muestra de ácido nucleico que contiene una secuencia diana y de referencia tal como se explica en la Solicitud de EE.UU. Nº de serie 12/671.295, titulada "Enrichment of a target Sequence” arriba incorporada. La Fig. 1 es una reproducción de la Fig. 1 en la solicitud de patente arriba incorporada.
Las secuencias diana y de referencia se pueden obtener a partir de una diversidad de fuentes que incluyen ADN genómico, ADNc, ADN vírico, ADN de mamífero, ADN fetal o ADN bacteriano. Mientras que la secuencia de referencia es generalmente el alelo de tipo salvaje y la secuencia diana es el alelo mutante, lo inverso también puede ser cierto. El alelo mutante puede incluir una o más deleciones, inserciones o alteraciones de nucleótidos. En algunas realizaciones, el alelo mutante es una mutación somática. En otras realizaciones, la secuencia diana es ADN metilado, mientras que la secuencia de referencia es ADN no metilado.
El método incluye someter la mezcla de reacción de amplificación a una primera temperatura de desnaturalización (Fig. 1A, Etapa 1) que está por encima de la temperatura de fusión "Tm" de una secuencia de referencia. La Tm de un ácido nucleico puede determinarse mediante experimentación o estimarse mediante cálculo. El experto en la materia conoce muy bien numerosos métodos bien conocidos para determinar la Tm de un ácido nucleico, algunos de los cuales se describen en esta memoria. La primera temperatura de desnaturalización se selecciona generalmente, ya que generalmente se seleccionaría la temperatura de desnaturalización de una reacción de PCR y debería ser lo suficientemente alta como para permitir la desnaturalización completa de las secuencias diana y de referencia (p. ej., 94°C). En una realización, la primera temperatura de desnaturalización es de aproximadamente 1°C a 30°C por encima de la Tm de la secuencia de referencia, más preferiblemente la Tm de la secuencia de referencia es de aproximadamente 5°C a 20°C por encima de la Tm de la secuencia de referencia.
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70°C. Además de los heterodúplex 16 de la secuencia de bloqueo de referencia 14 y la cadena complementaria de referencia 10A y los heterodúplex 18 de la secuencia de bloqueo de referencia 14 y la cadena diana complementaria 12A, la mezcla de reacción contiene también las cadenas negativas desnaturalizadas 10B y 12B de las secuencias de referencia y diana, respectivamente.
En la etapa 3 de la Fig. 2, La mezcla de reacción se somete luego a la temperatura crítica "Tc", p. ej., 84,5°C, que se elige para permitir la desnaturalización preferencial de los heterodúplex 18 de la cadena diana 12A y la secuencia de bloqueo de referencia 14. La temperatura crítica (Tc) se selecciona de manera que los dúplex 16 de las cadenas de bloqueo de referencia 14 y las cadenas de referencia complementarias 10A permanezcan sustancialmente sin desnaturalizar cuando la mezcla de reacción se incuba a "Tc". La temperatura de fusión para el dúplex 18 de la secuencia de bloqueo de referencia 14 y la cadena diana 10B siempre será menor que la temperatura de fusión del dúplex 16 de la secuencia de bloqueo de referencia 14 y la cadena de referencia complementaria 10A porque la secuencia de bloqueo de referencia 14 es totalmente complementaria con al menos una parte de la cadena de referencia 10A, y habrá al menos un emparejamiento erróneo con la cadena diana 12A.
Con referencia a la etapa 4 de la Fig. 2, después de la desnaturalización preferencial, la temperatura de la mezcla de reacción se reduce, p. ej., a 60ºC, para permitir que el par de cebadores 20A, 20B se reasocie con las cadenas diana libres 12A, 12B y la cadena de referencia libre 10B en la mezcla de reacción. El número de referencia 20A se refiere al cebador directo y el número de referencia 20B se refiere al cebador inverso. Tal como se describió previamente, la secuencia diana 12 es amplificable a través del mismo par de cebadores 20A, 20B que los utilizados para la secuencia de referencia 10. La etapa 5 de la Fig. 2 ilustra dos cadenas libres 12A, 12B de la secuencia diana en comparación con la etapa de desnaturalización inicial y sólo una cadena de referencia libre 10B. La otra cadena de referencia 10A se hibrida con la secuencia de bloqueo de referencia 14 y, por lo tanto, no está disponible para la amplificación. La temperatura de la mezcla de reacción se eleva luego, p. ej., a 72ºC, para extender los cebadores reasociados 20A, 20B, enriqueciendo así la concentración de la secuencia diana 12 en la mezcla de reacción con respecto a la secuencia de referencia 10. Es probable que el método se repita cinco a treinta ciclos.
El método ilustrado en la Fig. 2 puede y debería ser optimizado para protocolos individuales. Dichos protocolos pueden incorporarse en el software, si se desea, para hacer funcionar diversos equipos de PCR y de PCR en tiempo real.
Consideraciones de Diseño para la Secuencia de Bloqueo de Referencia Preferida
Tal como se mencionó, la secuencia de bloqueo de referencia puede adoptar muchas formas, aunque la forma preferida es ADN de cadena sencilla no extensible. Más específicamente, la secuencia de bloqueo de referencia preferida tiene las siguientes características:
(a)
comprende ADN de cadena sencilla de hasta 200 pb de longitud;
(b)
tiene una longitud que es varias bases más pequeña que la secuencia diana (p. ej., 8-12 bases en cada uno de los lados de la secuencia), de modo que los cebadores no se unen de manera apreciable a la secuencia de referencia cuando se reasocian a la secuencia de bloqueo de referencia; y tampoco se unen de manera apreciable a la secuencia de bloqueo de referencia propiamente dicha; y
(c)
contiene un extremo 3' que está bloqueado para la extensión de ADN-polimerasa.
Una secuencia de bloqueo de referencia de este tipo se puede sintetizar en uno de los diversos métodos. En primer lugar, la secuencia de bloqueo de referencia puede prepararse por síntesis directa utilizando métodos de síntesis de oligonucleótidos convencionales que permiten la modificación del extremo 3' de la secuencia. El extremo 3' puede contener un grupo fosfato, un grupo amino, un di-desoxi-nucleótido o cualquier otro resto que bloquee la extensión de la polimerasa 5' a 3'. Alternativamente, la secuencia de bloqueo de referencia puede prepararse mediante síntesis de polimerasa durante una reacción de PCR que genera ADN de cadena sencilla como el producto final. En este caso, el ADN de cadena sencilla generado corresponde a la secuencia exacta necesaria para la secuencia de bloqueo de referencia. Los métodos para sintetizar ADN de cadena sencilla a través de la síntesis de polimerasa son varios y bien conocidos por los expertos en la técnica. Por ejemplo, sería adecuada PCR asimétrica o PCR LATE. Alternativamente, se puede sintetizar una secuencia de bloqueo de referencia de ADN de cadena sencilla uniendo un producto de PCR de doble cadena sobre un soporte sólido. Esto se logra realizando una reacción de PCR estándar, utilizando un par de cebadores, uno de los cuales está biotinilado. Después de la PCR, el producto de la PCR se incuba con un soporte sólido recubierto con estreptavidina (p. ej., perlas magnéticas) y se deja que se una a las perlas. Posteriormente, la temperatura se eleva a 95°C durante 2-3 minutos para desnaturalizar el ADN y liberar a la solución la cadena de ADN no biotinilada del producto de la PCR inmovilizado. Las perlas magnéticas con la
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TABLA 1
Oligo
Secuencia (5 'a 3') Fuente
Secuencia de bloqueo de referencia 1 (RBS60)
Ex8-167F
GCTTCTCTTTTCCTATCCTG (SEQ ID NO: 1) Li et (2008) al.
Ex8-167R
CTTACCTCGCTTAGTGCT (SEQ ID NO: 2) Li et (2008) al.
87d
TGGTAATCTACTGGGACG (SEQ ID NO: 3) Li et (2008) al.
87i
CGGAGATTCTCTTCCTCT (SEQ ID NO: 4) Li et (2008) al.
30T-p53-87F
60refseq-dir
GGACGGAACAGCTTT (SEQ ID NO: 6)
60refseq-inv
CTGGCCGCGTGTCTC (SEQ ID NO: 7)
RBS60
Secuencia de Bloqueo de Referencia 2 (RBS90)
Ex8-167F
GCTTCTCTTTTCCTATCCTG (SEQ ID NO: 9) Li et (2008) al.
Ex8-167R
CTTACCTCGCTTAGTGCT (SEQ ID NO: 10) Li et (2008) al.
p53-ex8-115F
TTGCTTCTCTTTTCCTAT (SEQ ID NO: 11)
p53-ex8-115R
RBS90
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Resultados: Resultados representativos se representan en las Figs. 4 a 7 para la RBS60 y la Fig. 8 para RBS90. En las Figs. 4 a 7 se compara la PCR por COLD completa, modificada (en presencia de RBS60) con la PCR por COLD 5 completa (sin RBS60), la PCR por COLD rápida y la PCR convencional.
La Fig. 4 ilustra que el enriquecimiento a través de PCR por COLD completa modificada (RBS 25nM) es robusta (un incremento de 3% a 37%) para una circunstancia en la que la mutación aumenta la temperatura de fusión. La mutación no es detectable cuando se utiliza la PCR por COLD rápida y la PCR convencional en la Fig. 4. De manera similar, la Fig. 5 ilustra que el enriquecimiento a través de la PCR por COLD completa modificada (RBS 25 nM) es 10 robusta (un incremento de 3% a 47%) para una circunstancia en la cual la mutación no afecta a la temperatura de fusión. Nuevamente, la mutación no es detectable cuando se utiliza la PCR por COLD rápida y la PCR convencional en la Fig. 5. La Fig. 6 también ilustra que el enriquecimiento a través de PCR por COLD completa modificada (RBS 25 nM) es robusta (un incremento de 3% a 45%) para una circunstancia en la que la mutación reduce la temperatura de fusión. En la Fig. 6 el enriquecimiento a través de PCR por COLD rápida también es robusta (es decir, debido a la
15 temperatura de fusión reducida). De nuevo, en la Fig. 6 la mutación no es detectable cuando se utiliza PCR convencional. La Fig. 7 ilustra los resultados para una deleción por reducción de la temperatura. El enriquecimiento a través de la PCR por COLD completa modificada (RBS 25nM) es robusta (un incremento de 3% a 45%), así como el enriquecimiento a través de la PCR por COLD rápida. De nuevo, la mutación no es detectable cuando se utiliza PCR convencional.
20 La Fig. 8 muestra datos de secuenciación de Sanger para el enriquecimiento de alelos mutantes HCC1008 de muestras procesadas utilizando RBS90, e ilustra que el enriquecimiento con PCR por COLD completa modificada en presencia de la secuencia de bloqueo de referencia de 90 pb es robusta (un incremento de 3% a 38%). Comparando los resultados en la Fig. 5, que muestra datos de secuenciación de Sanger para el enriquecimiento de alelos mutantes HCC1008 de muestras procesadas utilizando RBS60, a los resultados en la Fig. 8 confirma que el método
25 de la presente invención es robusto con secuencias de bloqueo de referencia de diferentes longitudes. En todos los casos y para todas las mutaciones estudiadas hasta el momento, la PCR por COLD completa modificada (en presencia de RBS) parece tener el mejor comportamiento, ya que enriquece todos los tipos de mutaciones (la Tm
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