JP2001245697A - 遺伝子発現定量法 - Google Patents

遺伝子発現定量法

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JP2001245697A
JP2001245697A JP2000064042A JP2000064042A JP2001245697A JP 2001245697 A JP2001245697 A JP 2001245697A JP 2000064042 A JP2000064042 A JP 2000064042A JP 2000064042 A JP2000064042 A JP 2000064042A JP 2001245697 A JP2001245697 A JP 2001245697A
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Hideko Sone
秀子 曽根
Tomohiro Suzuki
智尋 鈴木
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Japan Science and Technology Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 特定遺伝子の発現レベルをそのmRNAのコ
ピー数として高精度に定量する方法を提供する。 【解決手段】 コピー数既知の標的遺伝子DNA断片を
含む標準サンプルの連続希釈系列をPCR増幅し、各P
CR産物量が指数関数的に増加するPCRサイクル数
(n)におけるPCR産物量から検量線を作成し、この
検量線から、サイクル数(n)でPCR増幅した標的遺
伝子DNAの発現量をそのコピー数として定量する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、遺伝子発
現定量方法に関するものである。さらに詳しくは、この
出願の発明は、目的とする遺伝子の発現量を、その遺伝
子mRNA量の絶対値として数値化することのできる方
法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ヒトの組織や細胞で発現している特定遺
伝子の発現を定量することは、そのヒトの体質や体調、
あるいは疾患の有無や進行状態を把握するうえで有用な
手段である。
【0003】従来、遺伝子発現の定量には、EROD活
性の測定やノーザンブロッティングによる遺伝子mRN
A量の測定が用いられてきた。しかしながら、これらの
方法は発現レベルの低い遺伝子を対象とする場合には感
度が十分ではなく、また大量のサンプルやRNAを必要
とするという問題点を有していた。また、mRNAの測
定では、mRNAの調製、電気泳動、ブロッティング、
オートラジオグラフィー等の多くの工程が必要であっ
た。
【0004】これに対して、近年、PCR法を用いるこ
とによって発現レベルの低い遺伝子を対象とし、しかも
少量のサンプルから遺伝子発現を定量する方法が提案さ
れている。この方法は、標的遺伝子mRNA量とそのP
CR産物量との間に比例関係が成立する指数関数的増幅
領域での速度論的解析に基づいた遺伝子発現定量法であ
り、比較RT−PCR法と名付けられている。この比較
RT−PCR法では、標的遺伝子が発現している組織由
来のRNAを標準サンプルとし、この標準サンプルRN
Aの2〜10倍程度までの連続希釈系列を幾つかの異な
ったサイクル数でRT−PCR増幅する。次いで、サイ
クル数に対する各希釈系列毎のPCR産物量を対数値で
プロットして増幅曲線を作成し、各希釈系列のPCR産
物量が指数関数的に増加するサイクル数(n)を決定
し、このサイクル数(n)におけるPCR産物量をサン
プルRNA量の相対量の対数値に対してプロットして検
量線を作成する。そして、目的とする標的遺伝子のmR
NAをサイクル数(n)でPCR増幅し、このPCR産
物量を検量線に当てはめることによって、標的遺伝子の
mRNA量(発現量)の相対値を定量する。さらに、発
現量の検出には、PCR産物に蛍光プローブを結合さ
せ、蛍光シグナル量をイメージアナライザー等によって
可視化することにより、リアルタイムで遺伝子発現を定
量する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
比較RT−PCR法の場合には、各サンプル間の差を相
対値として表すため、標的遺伝子の発現量も相対値とし
て定量されていた。このため、標的遺伝子の発現をより
高精度に絶対値として定量することのできる方法が望ま
れていた。
【0006】この出願の発明は、以上のとおりの事情に
鑑みてなされたものであって、従来の比較RT−PCR
法をさらに改良し、各サンプルの発現量の差を標的遺伝
子mRNAのコピー数の差に換算することによって明確
に示し、精度の高い定量を可能とする遺伝子発現定量法
を提供することを課題としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】この出願は、前記の課題
を解決する発明として、コピー数既知の標的遺伝子DN
A断片を含む標準サンプルの連続希釈系列をPCR増幅
し、各PCR産物量が指数関数的に増加するPCRサイ
クル数(n)におけるPCR産物量から検量線を作成
し、この検量線から、サイクル数(n)でPCR増幅し
た標的遺伝子DNAの発現量をそのコピー数として定量
することを特徴とする遺伝子発現定量法を提供する。
【0008】また、この方法では、PCR産物に蛍光プ
ローブ(例えば、TaqManプローブ:PE Applied Biosyst
em社製)を結合させ、PCR量を蛍光シグナルの強度と
してリアルタイムに定量することも可能である。
【0009】さらに、RNA調製時に生じるRNA加水
分解等によるRNAと純度と完全さのRNAサンプル間
の差、あるいは逆転写効率の差などの変動要因を標準化
するため、発現の変動が理論上ないハウスキーピング遺
伝子(例えば、β−アクチン、ヒポキサンチン−グアニ
ンホスホリボシルトランスフェラーゼ(HPRT)、グ
リセルアルデヒド−3−ホスフェートデヒドロゲナーゼ
(GAPDH)など)を内部標準として用いて測定値を
補正することもできる。
【0010】以下、具体的測定例を示した、この出願の
発明の実施形態を詳しく説明する。
【0011】
【発明の実施の形態】ダイオキシン類は、シトクロムP4
50-1A1(CYP1A1)、P450-1A2(CYP1A2)お
よびP450-1B1(CYP1B1)遺伝子の発現を誘導する
ことが知られている。そこで、ダイオキシン(Tetrachl
orodibenzo-p-dioxin:TCDD)で処理した培養細胞
およびヒト血液中のこれらシトクロム遺伝子の発現を、
この発明の方法により定量した。 1.試料 ヒト乳ガン細胞株MCF−7(ATCCより購入)を培養デ
ィッシュで80-90%コンフルエントまで培養し、TCD
D(0.1% DMSO溶液)で処理した。0.1% DMSOで
処理した細胞をコントロールとした。処理後24時間の
細胞をシトクロム遺伝子発現の定量に用いた。
【0012】また、A群として46人の焼却場作業者
(男性:22−55歳)の血液を採取し、B群として焼
却場から遠距離にある地域の住人(男性7人、女性4
人:24−51歳)の血液を採取した。血液は-80℃で
保存した。 2.方法 2−1.標準サンプルの調製 全量50 μlの100 ng ヒト・コントロールRNA(PE Ap
plied Biosystem、50ng/μl)からヒト・コントロール
cDNAを合成した。また、コントロールRNAとTa
qMan PCRプライマーを用いたRT−PCRによ
り標的遺伝子(CYP1A1, CYP1A2およびCY
P1B1)のDNA断片を増幅し、TOPO TAクロ
ーニングキットを用いてプラスミドに増幅DNA断片を
クローニングした。プラスミドを抽出し、塩基配列の解
析によって標的遺伝子の断片をインサートにもつプラス
ミドを、4.6×106コピー/μlとなるようにヒト・コン
トロールcDNAに加えた。これをSTND1とした。
STND1を101倍希釈したものをSTND2とし、順
次10倍の希釈率で107倍まで希釈し、STND1〜S
TND8までの連続希釈系列を調製した。 2−2.被験サンプルの調製 MCF−7細胞およびヒト血液からISOGEN-LS
(日本ジーン)およびSV Total RNA Isolation Sy
stem(Promega)を用いてtotal RNAを抽出し、吸光
度を測定して、RNA濃度が約10〜20 ng/μlとなるよ
うにTEで希釈した。このtotal RNA0.5μlに、以下
の組成からなるRT master mixを4.5μl加え、cDN
A合成を行った。
【0013】RT master mix: 1×TaqMan RT buffer 5.5 mM MgCl2 500 μM dNTP mix 2.5 μM oligo(dT)16 0.4U/μl RNase Inhibitor 1.25U/μl MultiScribe Revers Transcriptase(50U/
μl) 2−3.PCR反応 各5 μlの標準サンプルSTND1〜STND8、およ
び被験サンプルcDNAに以下の組成からなるTaqMan
PCR mixを混合し、PCR反応を行った。
【0014】TaqMan PCR mix: 1×TaqMan RT buffer 5.5 mM MgCl2 200 μM dNTP 200 nM Forward Primer 200 nM Reverse Primer 100 nM TaqMan Probe 0.025U/μl AmpliTaq Gold DNA Polymerase PCR反応の条件は以下のとおりとした。
【0015】CYP1A2、CYP1B1、GAPD
H: 95℃/5分;(95℃/15秒;60℃/1分)×50 CYP1A1: 95℃/5分;(95℃/15秒;58℃/1分30秒;72℃/15
秒)×50 また、各サイクル間のRNAの純度を補正するための内
部標準として、ヒトGAPDH遺伝子特異的なプライマ
ーと両末端に蛍光ラベルしたプローブ(TaqMan prob
e)を用いてGAPDH遺伝子の定量解析を行い、標的
遺伝子の定量結果を補正した。 2−4.標的遺伝子の定量 各濃度の標準サンプルのPCR産物量から増幅曲線(図
1上)を作成した。そして、この増幅曲線において各P
CR産物量が指数関数的に増加するサイクル数における
PCR産物から検量線(図1下)を作成し、この検量線
を用いて標的遺伝子の発現量を内挿法で定量した。な
お、各標的遺伝子間のRNA純度を補正する内部標準と
して、ヒトGAPDH遺伝子特異的なプライマーとTaq
Man probeを持ちてPCRを行い、GAPDH遺伝子の
定量解析を行い、標的遺伝子の定量結果を補正した。 3.結果 3−1.TCDD処理MCF−7細胞におけるシトクロ
ム遺伝子の発現 図3に示したとおり、CYP1A1(図2上)、CYP
1A2(図2中)およびCYP1B1(図2下)の発現
レベル(mRNAコピー数)はTCDD濃度に依存して
増加した。 3−2.ヒト血液のシトクロム遺伝子の発現 46人の焼却場作業者(A群)および11人の対象グル
ープ(B群)のそれぞれの血液おける各シトクロム遺伝
子の発現レベルは、図3および表1に示したとおりであ
る。表1から明らかなように、焼却場作業者のシトクロ
ム遺伝子発現レベル(mRNAコピー数)がコントロー
ル群に比べて有意に増加していることが確認された。
【0016】
【表1】
【0017】
【発明の効果】以上詳しく説明したとおり、この出願の
発明によって、特定遺伝子の発現レベルをそのmRNA
のコピー数として高精度に定量することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】上グラフは標準サンプルのPCR産物量をプロ
ットした増幅曲線である。下グラフは増幅曲線における
指数関数的増加領域のPCR産物量をプロットした検量
線である。
【図2】TCDD処理MCF−7細胞における各シトク
ロム遺伝子の発現レベルを示したグラフである。
【図3】各被験者の血液中のシトクロム遺伝子発現レベ
ルを示したグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4B024 AA11 CA04 CA12 DA03 EA04 HA11 4B063 QA01 QA18 QA19 QQ42 QQ52 QR56 QR62 QS25 QX02

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 コピー数既知の標的遺伝子DNA断片を
    含む標準サンプルの連続希釈系列をPCR増幅し、各P
    CR産物量が指数関数的に増加するPCRサイクル数
    (n)におけるPCR産物量から検量線を作成し、この
    検量線から、サイクル数(n)でPCR増幅した標的遺
    伝子DNAの発現量をそのコピー数として定量すること
    を特徴とする遺伝子発現定量法。
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