JP2001050931A - 遺伝子の一塩基置換snpと点突然変異を検出する方法、並びに検出装置及び検出チップ - Google Patents
遺伝子の一塩基置換snpと点突然変異を検出する方法、並びに検出装置及び検出チップInfo
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Abstract
一塩基置換SNPと点突然変異を高感度に検出、解析を
可能とする。 【解決手段】 密閉空間部Sの底面7に多数の金電極8
が形成され、この金電極8には異なる遺伝子配列から成
るオリゴヌクレオチド10が固定されており、この金電
極8と接触しないように共通電極16が配置されて成る
遺伝子の一塩基置換SNPと点突然変異の検出用チップ
2内の空間部SにサンプルDNAを充填し、共通電極1
6と金電極8間に電圧を印加し、電流を検出してハイブ
リリタイゼーションした二鎖DNAを検出し、解析可能
とする。
Description
ど、遺伝子DNAの一塩基置換SNP(シングル・ヌク
レオチド・ポリモフィズム:人の遺伝コード中の変種)
と点突然変異を検出し解析可能とする遺伝子の一塩基置
換SNPと点突然変異を検出する方法、並びに検出装置
及び検出チップ装置に関する。
000bpから2000bpに1つあると言われている
塩基配列の一塩基変化であり、正常人、病気の人問わず
人には数十万から数百万のSNPがあると考えられてお
り、病因の解明、予防に有効なマーカーと期待されてい
る。
における塩基配列の一塩基の変化であり、これにより翻
訳されるタンパク質の機能異常がみられ、疾患の原因に
なる場合がある。
析する手段としては、DNAシーケンス法(塩基配列決
定法)、PCR−SSCP(Polymerase chain reactio
n-single stranded polymorphism)法、アレル特異的ハ
イブリダイゼーション法、DNAチップ法等が用いられ
ている。
ート法とサンガー(ダイデオキシ)法があるが、現在は
主にダイデオキシ法が用いられている。ヒトの遺伝子の
解析したい領域をPCR法(ポリミラーゼ連鎖反応法)
で増幅したのち、PCR法で用いたプライマー若しくは
増幅DNA内に設定したプライマーを用いてシーケンス
を行い、当領域内の遺伝子配列を決定する。この操作を
異なるサンプルDNAを用いて行うことで、遺伝子の一
塩基置換SNPと点突然変異を検出する。
ction-single stranded polymorphism)法はヒトの遺伝
子の解析したい領域をPCR法で増幅した後、熱変性で
一本鎖にし、これを非変性ポリアクリルアミドゲル中で
電気泳動を行うことで、PCR法で増幅した2本鎖DN
Aのそれぞれの鎖に2次構造(分子内水素結合)を形成
させる。一塩基配列の違いによってとる2次構造(分子
内水素結合)がことなるため、電気泳動距離の違いによ
って遺伝子の一塩基置換SNPと点突然変異を検出す
る。
は、解析したい領域をPCR法で増幅した後、メンブレ
ン(ナイロンフィルター)の領域内に20塩基程度のP
CR産物もしくはオリゴヌクレオチドプローブを作成
し、そこに放射性同位元素32Pなどで標識したサンプ
ルDNA(被検出DNA)をハイブリダイゼーションさ
せるものである。その際の温度等のハイブリダイゼーシ
ョン条件を調節することで、遺伝子の一塩基性SNPと
点突然変異を放射性同位元素の強度の差で検出する。
的ハイブリダイゼーション法とほぼ同じであるが、20
塩基程度のPCR産物もしくはオリゴヌクレオチドプロ
ーブを固定相(基盤上)に並べ、そこに蛍光標識したサ
ンプルDNA(被検出DNA)をハイブリダイゼーショ
ンさせるものである。温度等のハイブリダイゼーション
条件を調節することで、ヒトの遺伝子の一塩基置換SN
Pと点突然変異を蛍光強度の差によって検出するもので
ある。
ダイゼーション法におけるハイブリダイゼーションの場
合は、DNAを放射性同位元素で標識するために、放射
性同位元素の取り扱いと管理に多大な費用が有すること
が問題である。又、DNAチップ法の場合は、蛍光色素
で標識すると、蛍光色素の大きな分子構造のために十分
な頻度で蛍光がDNAにとりこまれないために、蛍光標
識プローブの蛍光強度が高くないこと、さらに蛍光の退
色及びガラス等の基盤の有する蛍光(背景部分の蛍光)
が問題になる。
で感度の優れたDNAハイブリッド形成の検出、二本鎖
DNAを検出する方法として、プローブDNAを電極に
固定し、このプローブDNAを、インターカレータ存在
下においてサンプルDNAと反応させて、二本鎖DNA
の検出、ハイブリッド形成体の検出を電気化学的に行う
方法が開示されている(特開平9−288080号公報
及び第57回分析化学討論会予稿集、P137−13
8、1996年、参照)。
や遺伝子の突然変異の数は莫大であり、例えばヒトの場
合15KBの密度(解像度)の一塩基置換SNP地図を作
成するためには、すくなくとも200万の一塩基置換S
NPを同定しなければならない。又、既知の疾患に関係
する遺伝子の点突然変異の数もきわめて多い。一塩基置
換や点突然変異を網羅的に解析することは従来の方法で
は現実的に不可能に近い。
とを目的とするものであり、複数のサンプルDNAを対
象に、大量の一塩基置換SNPと点突然変異を検出、解
析することが可能な、すなわちハイスループット(高速
大量)の処理ができ、しかも高感度に検出と解析が可能
な一塩基置換SNPと点突然変異の同定装置を提供す
る。要するに、本発明は、特開平9−288080号公
報に記載された二本鎖DNAの検出、ハイブリッド形成
体の検出を電気化学的に行う原理に基づいて、大量かつ
高感度な一塩基置換SNPと点突然変異の検出・解析装
置として実現しようとするものである。
決するために、サンプルDNAを充填及び除去可能とす
る密閉された内部空間部と、該空間部の底面に形成され
た測定極である多数の金電極と、上記空間部において上
記金電極と接触しないように配置された対極である共通
電極とを備えた、遺伝子の一塩基置換SNPと点突然変
異の検出用チップであって、上記金電極には、異なる遺
伝子配列から成るPCR産物もしくはオリゴヌクレオチ
ドが固定されており、上記共通電極と上記金電極間に電
圧が印加され、電流が検出されることが可能であること
を特徴とする遺伝子の一塩基置換SNPと点突然変異の
検出用チップを提供する。
めに、サンプルDNAを充填及び除去可能とする密閉さ
れた内部空間部と、該空間部の底面に形成された多数の
金電極と、上記空間部において上記金電極と接触しない
ように配置された共通電極と、上記共通電極と上記金電
極間に電圧を印加し電流を検出可能とする測定装置とを
備えた遺伝子の一塩基置換SNPと点突然変異の検出装
置であって、上記金電極には、異なる遺伝子配列から成
るPCR産物もしくはオリゴヌクレオチドが固定されて
いることを特徴とすることを特徴とする遺伝子の一塩基
置換SNPと点突然変異の検出装置を提供する。
極を検出チップ内に含まれるように形成し、上記検出チ
ップを、上記検出測定装置に着脱自在に装着し電気的に
接続できるような構成としてもよい。
用いて変化させ、上記ハイブリダイゼーションの温度条
件をコントロール可能としてもよい。
ために、空間部内に、サンプルDNA又はサンプルDN
Aから遺伝子増幅されたDNAを充填し、バイブリダイ
ゼーションを行わせて二本鎖鎖を形成し、その後、上記
空間部内に、電気化学活性分子を含む電解質を充填し
て、温度をコントロールして上記二本鎖に電気化学活性
分子を結合させ、そして、上記共通電極と上記金電極間
に電圧を印加して流れる電流値を検出することにより、
サンプルDNAの一塩基置換SNPと点突然変異を検出
することを特徴とする遺伝子の一塩基置換SNPと点突
然変異の検出方法を提供する。
SNPと点突然変異の検出方法、並びに検出装置及び検
出チップの実施の形態を実施例に基づいて図面を参照し
て、以下説明する。図1において、本発明に係る遺伝子
の一塩基置換SNPと点突然変異の検出装置1は、ハイ
ブリダイゼーション用の検出チップ2と、この検出チッ
プ2を差し込んで、ハイブリダイゼーションにより生じ
る二本鎖DNAを検出し解析可能とする測定装置3とか
ら構成される。
クスや合成樹脂材等により、カードあるいはカセット状
のチップとして形成されており、本体部4と、該本体部
4に上方から装着される上部カバー5(図中想像線で示
される)とから構成される。この検出チップ2は、酸及
びアルカリに耐性を有する材料で形成されており、特
に、上部カバー5はする外部から観察できるように透明
であることが好ましい。
形成されている。これにより、本体部4に上部カバー5
を装着して一体とすると、その窪みの部分が、密閉され
た空間部Sとなる。空間部Sの底面、即ち、窪み6の底
面7には、金のスポットをマトリックス状に配列して蒸
着し、多数の金電極8から構成されるアレー状金電極9
が形成されている。
るが、この拡大図で示されているように、金電極8上に
は、PCR産物、オリゴヌクレオチドの5’末端にチオ
ール化してSH基を導入したSH化オリゴヌクレオチド
10が固定されている。PCR産物は二本鎖DNAであ
るが、一方の鎖の5’末端をチオール化し、SH基を導
入してあるこのオリゴヌクレオチドは、20〜50塩基
含む長さを有し、その基端に導入したチオール基を介し
て金電極8上に固定されている。
ーミナル端子12が並設されている。金電極8は、夫々
配線13に結合され、該配線の他端は、ターミナル端子
12の夫々と結合するように伸設されている。
に対する配線は、金電極8それぞれに対応して一本づつ
接続してそれぞれターミナル端子12に接続してもよい
が、図4(b)に示すように、液晶表示装置等に利用さ
れている、多数の縦及び横の導線14、15から成る格
子状の配線として、アレー状に配置した金電極9を夫々
近接する縦及び横の導線に接続するマトリックス配線構
造とする。この場合、縦及び横の導線の一端がターミナ
ル端子12に接続されることとなる。
ス状に配列してある金電極9と接しない位置に対極であ
る共通電極16が配列されている。共通電極16の配線
は金電極同様に金の蒸着によって形成される。共通電極
16は、共通電極用ターミナル端子17に接続されるよ
うに伸設されている。さらに、それぞれの金電極9と対
極である共通電極16の間の電流値は、窪み6内の空間
に接する形で配線された参照電極28の値を基準に測定
され、測定ごとに正確な電流値が得られる構造となって
いる。
5の両側部に、窪み6に連通する左右の注入孔18、1
9(図2中の上方に示された要部拡大図参照。)が形成
されており、通常はキャップ栓により閉鎖されており、
密閉空間Sを形成している。キャップをはずし、この注
入孔18、19にディスポーザルの注射器20、21を
挿入できる。これにより、窪み6と上部カバー5により
画成される密封された空間部S内へ溶液を注入したり、
あるいは空間部S内の溶液の交換や混合を迅速に行うこ
とができる。
入口22を有している。挿入口22の内部には、図4
(c)で示すように、共通電極用ターミナル端子17及
び各金電極用ターミナル端子12に接続して、共通電極
用ターミナル端子17及び各金電極用ターミナル端子1
2間に電圧を印加する回路23が配設されている。そし
て、共通電極用ターミナル端子17と各金電極用ターミ
ナル端子12間に電圧が印加された際に、共通電極16
と各金電極8の間に流れる電流を、回路23に設けられ
た検出器24で検出して測定できるように構成とされて
いる。
検出器24に接続するA−D変換器25等でデジタル化
され、パソコン26によりサンプルの解析、同定等の処
理データとして利用される。さらに、測定装置3には、
ペルチェ素子から成る温度コントロール装置が装備され
いる。
伝子の一塩基置換SNPと点突然変異の検出装置1の作
用について説明する。検出チップ2は、本体部4に上部
カバーが一体に結合され密閉されている。そして、図3
に示すように、注入孔18、19に注射器20、21を
挿入してサンプルDNAを含む溶液を注入する。
出したDNAを、DNA分解酵素もしくは超音波処理で
分解したもの、又は特定の遺伝子からPCR(ポリメラ
ーゼ連鎖反応法)によって増幅したDNAを用いる。こ
れらのサンプルDNAは、ハイブリダイゼーションの直
前に熱処理によって変性しておく。
レオチドのDNA(一本鎖の状態)にサンプルDNA
(一本鎖の状態)が添加されると、互いに相補的な塩基
配列を持つPCR産物もしくはオリゴヌクレオチドのD
NAとサンプルDNAは、ハイブリダイゼーションが行
われる。この際、検出チップ2を測定装置3内の挿入口
22に挿入して装着し、測定装置3内に装備されたペル
チェ素子により、温度をコントロールし、ハイブリダイ
ゼーションの温度条件にコントロールする。
後、検出チップ2を測定装置3から抜いて、一方の注入
孔18から注射器で洗浄液を注入し、他方の注入孔19
から空間部S内の液を吸引して、ハイブリダイゼーショ
ンしなかったサンプルDNAを洗い流して洗浄する。
性分子を含む電解質溶液を注射器により注入孔18、1
9から空間部S内に注入する。電気化学活性分子は、ハ
イブリダイゼーションにより二本鎖DNAの抵抗値等の
電気的特性を変化させる機能を奏する。この点について
は、特開平9−288080号公報に詳細に説明されて
いる。
定装置3に再度装着し、検出チップ2の共通電極用ター
ミナル端子17及び各金電極用ターミナル端子12を電
圧回路23に接続し、共通電極16と各金電極8の間に
弱い電圧をかけると、ハイブリダイゼーションにより生
じた二本鎖DNAと接続された金電極8には、電圧回路
23及び共通電極16を通して微弱電流が流れる。測定
装置3内に装備されたペルチエ素子により温度をコント
ロールし、異なる温度での電流値を測定する。
に、各金電極用端子12に対して走査端子27が自動的
に切り替えられることにより、順次ハイブリダイゼーシ
ョンの後の二本鎖DNAに電流が流れて検出され、この
検出結果が、AーD変換器等によりデジタルデータに変
換されて、パソコンで測定データとしてメモリ等に蓄積
される。この測定データにより、サンプルDNAの同定
や解析が行われる。例えば、予め蓄積されている各種類
のDNAデータ等と比較することにより、サンプルDN
Aの解析や同定が可能となる。
突然変異等の電気化学的検出装置の実験例を説明する。
における一塩基置換SNPの検出の実験例を示す。以下の
2種類のポリモルフィズム(遺伝的多型)に相当する塩
基配列をもつオリゴヌクレオチドを金電極それぞれにス
ポットすることにより固定化した。 p53Pro(コドン72番目がPro) p53Arg(コドン72番目がArg)
常人の末梢血から採取したDNA、及びこのDNAからp53の
エキソン4に存在するコドン72を含む領域を増幅したPC
R産物を熱変性後ハイブリダイゼーション反応を行っ
た。測定電解質溶液として0.1MAcOH-AcOK (pH5.6), 0.1
M KCl, 0.05mM NFc中で20度で470 mV (Ag/AgCl参照電極
基準)のハイブリダイゼーション前後の電流値変化を測
定した。 末梢血から採取したDNA p53Proの電流変化(%) 52% p53Argの電流変化(%) 15% PCR産物 p53Proの電流変化(%) 65% p53Argの電流変化(%) 13%
人の末梢血から採取したDNA、及びこのDNAからp53のエ
キソン4に存在するコドン72を含む領域を増幅したPCR
産物を同様にハイブリダイゼーション反応を行った。 末梢血から採取したDNA p53Proの電流変化(%) 46% p53Argの電流変化(%) 17% PCR産物 p53Proの電流変化(%) 53% p53Argの電流変化(%) 11%
基配列の場合とミスマッチの場合では明らかな差が認め
られた。
る電流値が異なり、これによりミスマッチの量が測定で
きることを示した実験例を説明する。dT20, dT10dAdT9,
dT8dA4dT8, dAdT19, dA3dT17, dT19dA, dT17dA3の7種
のオリゴヌクレオチドを金電極それぞれにスポットする
ことにより固定化した。これにdA20をハイブリダイゼー
ション反応を行った。
H5.6)、 0.1M KCl, 0.05mM NFc中、20度で、47
0mV (Ag/AgCl参照電極基準)で、ハイブリダイゼーショ
ン前後の電流値変化を測定した。この測定結果を表1に
示す。
塩基の量に依存した変化であった。特に末端部にミスマ
ッチが存在する場合は、Tm値より大きな変化が見られ
た。従来のSSCPでは、このような系は検出できなかった
が本手法で初めて明らかとなった。
NPと点突然変異を検出する方法、並びに検出装置及び
検出チップについて、その実施例で説明したが、本発明
は、特にこのような実施例に限定されることはなく、特
許請求の範囲の技術的事項の範囲内で、いろいろな実施
の態様があることは言うまでもない。
と点突然変異を検出する方法、並びに検出装置及び検出
チップは、以上のような構成であるから、複数のサンプ
ルDNAを対象に、大量の一塩基置換SNPと点突然変
異を高感度でもって、検出、解析することが可能にな
る。
(高速大量)の処理ができる本発明に係る検出装置は、
生物学、医学分野での遺伝子、表現形質との相関の解析
に有効な手段である。薬剤代謝酵素、がん抑制遺伝子な
どの特定の遺伝子を、本発明に係る一塩基置換SNPと
点突然変異の検出・解析装置よって、解析することによ
り、遺伝子診断の分野にも利用できる。
度、ハイスループット(高速大量)の処理が可能である
から、日本人の一塩基置換SNPと点突然変異のデータ
を収集し、病気の発症と関連する一塩基置換SNPと点
突然変異を同定し、がん、高血圧などの成人病の予防等
に役立てることができる。
然変異を検出する検出装置の実施例の全体構成を説明す
る斜視図である。
然変異を検出に利用される検出チップの実施例の全体構
成を説明する斜視図である。
である。
然変異の検出装置及び検出チップの電極、配線等の構成
を説明するための図である。
る検出装置 2 検出チップ 3 測定装置 4 窪み 8 (各)金電極 9 金電極(群) 10 オリゴヌクレオチド 12 金電極用ターミナル端子 16 共通電極 17 共通電極用ターミナル端子 18、19 注入孔 22 挿入口 26 パソコン
Claims (5)
- 【請求項1】 サンプルDNAを充填及び除去可能と
する密閉された内部空間部と、 該空間部の底面に形成された測定極である多数の金電極
と、 上記空間部において上記金電極と接触しないように配置
された対極である共通電極とを備えた、遺伝子の一塩基
置換SNPと点突然変異の検出用チップであって、 上記金電極には、異なる遺伝子配列から成るPCR産物
もしくはオリゴヌクレオチドが固定されており、 上記共通電極と上記金電極間に電圧が印加され、電流が
検出されることが可能であることを特徴とする遺伝子の
一塩基置換SNPと点突然変異の検出用チップ。 - 【請求項2】 サンプルDNAを充填及び除去可能と
する密閉された内部空間部と、 該空間部の底面に形成された測定極である多数の金電極
と、 上記空間部において上記金電極と接触しないように配置
された対極である共通電極と、 上記共通電極と上記金電極間に電圧を印加し電流を検出
可能とする測定装置とを備えた遺伝子の一塩基置換SN
Pと点突然変異の検出装置であって、 上記金電極には、異なる遺伝子配列から成るPCR産物
もしくはオリゴヌクレオチドが固定されていることを特
徴とすることを特徴とする遺伝子の一塩基置換SNPと
点突然変異の検出装置。 - 【請求項3】 上記内部空間、上記金電極及び上記共
通電極を検出チップ内に含まれるように形成し、上記検
出チップを、上記検出測定装置に着脱自在に装着し電気
的に接続できるように構成されていることを特徴とする
請求項2記載の遺伝子の一塩基置換SNPと点突然変異
の検出装置。 - 【請求項4】 上記検出チップの温度をペルチエ素子
を用いて変化させ、上記ハイブリダイゼーションの温度
条件をコントロール可能としたことを特徴とする請求項
2又は3記載の遺伝子の一塩基置換SNPと点突然変異
の検出装置。 - 【請求項5】 請求項2、3又は4記載の空間部内
に、サンプルDNA又はサンプルDNAから遺伝子増幅
されたDNAを充填し、ハイブリダイゼーションを行わ
せて二本鎖鎖を形成し、 その後、上記空間部内に、電気化学活性分子を含む電解
質を充填して、温度をコントロールして上記二本鎖に電
気化学活性分子を結合させ、 そして、上記共通電極と上記金電極間に電圧を印加して
流れる電流値を検出することにより、サンプルDNAの
一塩基置換SNPと点突然変異を検出することを特徴と
する遺伝子の一塩基置換SNPと点突然変異の検出方
法。
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