JP2001299393A - 核酸の塩基配列の変異検出方法 - Google Patents

核酸の塩基配列の変異検出方法

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JP2001299393A JP2000124771A JP2000124771A JP2001299393A JP 2001299393 A JP2001299393 A JP 2001299393A JP 2000124771 A JP2000124771 A JP 2000124771A JP 2000124771 A JP2000124771 A JP 2000124771A JP 2001299393 A JP2001299393 A JP 2001299393A
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秀司 藤分
Tomoko Yamaguchi
智子 山口
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    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6813Hybridisation assays
    • C12Q1/6827Hybridisation assays for detection of mutation or polymorphism
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高価な装置を用いることなく、かつハイスル
ープットで核酸の塩基配列の変異を検出する。 【解決手段】 二重鎖核酸を含む溶液を加熱して解離さ
せて一重鎖にし、冷却して再接合させる。二重鎖核酸が
へテロ体の場合はホモ二重鎖及びヘテロ二重鎖が形成さ
れ、二重鎖核酸がホモ体の場合はホモ二重鎖のみが形成
される。その溶液の温度を上昇させながら紫外線吸収を
測定して熱融解曲線を取得する。その熱融解曲線は、加
熱及び冷却後の二重鎖がホモ二重鎖のみである場合は1
つ又は接近した2つのTm温度をもち、ホモ二重鎖とヘ
テロ二重鎖を含む場合は離れた2つのTm温度又はさら
にそれぞれに接近した1つずつのTm温度をもつ。得ら
れた熱融解曲線を吸光度で1次微分して変曲点、すなわ
ちTm温度を求める。そのTm温度自体又はその数に基
づいてヘテロ二重鎖の存在を検出し、引いては二重鎖核
酸の塩基配列の変異を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、核酸(DNA、R
NA)の塩基配列の変異を検出する方法に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】多くの癌や遺伝子病はDNAの塩基配列
の変異が原因になっていることが明らかにされている。
その塩基配列の変異の大多数は一塩基置換である。核酸
の塩基配列の変異を検出する技術分野では多くの方法が
提案されている。以下にそのうちのいくつかを例示す
る。
【0003】DNAシーケンシング:分析対象物の塩
基配列を直接分析し決定する。 DNAチップ:ガラス表面上に多数のオリゴヌクレオ
チドを固定化し、そのオリゴヌクレオチドにDNA断片
などの分析対象物を選択的にハイブリダイゼーションさ
せた後、そのハイブリダイゼーションに基づく信号、多
くの場合は蛍光信号を検出し、比較することにより分析
対象物の配列を推定する。
【0004】SSCP(Single Strand Conformation
Polymorphism)法:試料としての二重鎖DNAを一重
鎖DNAに解離させた後、一重鎖DNAは塩基配列の違
いで独自の高次構造をもつことを利用して、ポリアクリ
ルアミドゲル電気泳動を用いて一重鎖DNAの高次構造
の違いに基づく移動度の違いにより一重鎖DNAの高次
構造の違いを検出し、1塩基置換の有無を推定する。
【0005】DGGE(Denaturing Gradient Gel El
ectrophoresis)法:変性剤の濃度勾配を形成したポリ
アクリルアミドゲル中でPCR(PolymeraseChain Reac
tion)産物を試料として電気泳動を行ない、二重鎖DN
Aから一重鎖DNAへの解離を泳動速度で比較して、試
料の1塩基置換の有無を検出する。
【0006】DHPLC (Denaturing High Performa
nce Li1quid Chromatography)法:試料二重鎖DNAと
その検査部位に対して標準の塩基配列をもつ標準二重鎖
DANを混合し、熱変性させて一重鎖に解離させ、その
後冷却することにより二重鎖に再接合させる。試料二重
鎖DNAが標準の塩基配列をもつとき、対応する塩基の
全てに水素結合が形成されているホモ二重鎖(homodupl
ex)のみが形成される。試料二重鎖DNAの検査部位に
1塩基置換が存在するとき、ホモ二重鎖と、対応する塩
基間の一部分に水素結合が形成されていないミスマッチ
部位をもつヘテロ二重鎖(heteroduplex)が形成され
る。ヘテロ二重鎖はホモ二重鎖に比べて水素結合の数が
少ないので、ヘテロ二重鎖の融解温度(二重鎖/一重鎖
の存在割合が50%になる温度(Tm温度))がホモ二
重鎖の融解温度に比べて低くなることを利用して、高速
液体クロマトグラフを用いてヘテロ二重鎖の存在を検出
し、1塩基置換の有無を検出する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術には次
のような欠点がある。 DNAシーケンシングは最も確実な方法ではあるが、
一連の操作にかかるコストが高価であるという欠点があ
る。また、スループットを上げようとすると大規模な自
動化ラインが必要となるという欠点もある。 DNAチップはDNAチップ自体が非常に高価であ
り、また、チップ上に固定化する多数のオリゴヌクレオ
チドを分析対象物ごとに変える必要があるのでコストが
かかるという欠点がある。
【0008】SSCP法及びDGGE法では、試料
ごとに電気泳動の分析条件を検討する必要があり、さら
にDGGE法では泳動ゲルの組成も試料ごとに検討す
る必要がある。また、これらの方法ではゲル電気泳動法
を使用するため、スループットの向上が困難であるとい
う欠点もある。 DHPLC法では、高価な液体クロマトグラフを必要
とするという欠点がある。
【0009】そこで本発明は、高価な装置を必要とせ
ず、かつハイスループット分析を行なうことのできる核
酸の塩基配列の変異検出方法を提供することを目的とす
るものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は核酸の塩基配列
の変異を検出する方法であって、試料としての二重鎖核
酸を含む溶液を加熱して二重鎖核酸を解離させ、冷却し
て再接合させてホモ型二重鎖又はホモ型二重鎖及びヘテ
ロ型二重鎖を形成させた後、その溶液の温度を上昇させ
ながらその溶液の紫外線吸収を測定して熱融解曲線を取
得し、その熱融解曲線に基づいて二重鎖核酸の塩基配列
の変異の有無を判断する。本明細書において、二重鎖核
酸はDNA/DNA二重鎖(二重鎖DNA)、RNA/
DNA二重鎖及びRNA/RNA二重鎖ならびにこれら
の断片を含む。
【0011】
【作用】試料としての二重鎖核酸を含む溶液を加熱して
二重鎖核酸を解離させて一重鎖にし、冷却して再接合さ
せて検査部位にホモ二重鎖又はホモ二重鎖及びヘテロ二
重鎖を形成させる。試料としての二重鎖核酸の量が微量
である場合は、後述する紫外線吸収測定による熱融解曲
線の取得が十分できる程度に例えばPCR増幅により二
重鎖核酸を増幅することが好ましい。そして必要ならば
増幅物を精製する。
【0012】加熱及び冷却処理により、試料としての二
重鎖核酸(鋳型DNA)がヘテロ体の場合はホモ二重鎖
及びヘテロ二重鎖が形成される。PCR増幅を行なった
場合の一例を以下に示す。ここで、ヘテロ体とは、検査
部位の塩基配列の一部に相互に異なる部位をもつ複数種
の二重鎖核酸が存在するものをいい、その対語としての
ホモ体とは、検査部位の塩基配列が同じである二重鎖核
酸のみが存在するものをいう。
【0013】加熱及び冷却処理により、二重鎖核酸がホ
モ体である場合はホモ二重鎖のみが形成される。そこ
で、検査部位の塩基配列に変異が存在する場合にヘテロ
二重鎖を形成させるために、加熱及び冷却処理の前に、
二重鎖核酸の検査部位に対して標準の塩基配列をもつ標
準PCR産物(標準二重鎖核酸)を試料としての二重鎖
核酸を含む溶液に加えておくことが好ましい。これによ
り、二重鎖核酸の塩基配列が正常であり、その塩基配列
が標準PCR産物と同じであればホモ二重鎖のみが形成
され、二重鎖核酸の塩基配列に変異、例えば一塩基置換
が存在し、その塩基配列が標準PCR産物とは異なるの
であればホモ二重鎖及びヘテロ二重鎖が形成される。
【0014】ホモ二重鎖又はホモ二重鎖及びヘテロ二重
鎖を含む溶液の温度を上昇させながらその溶液の紫外線
吸収を測定して熱融解曲線を取得する。核酸は二重鎖の
状態と一重鎖の状態では紫外領域での光吸収量が異な
り、一重鎖の状態は二重鎖の状態に比べて紫外領域での
光吸収量が多くなることが知られている。例えば、ある
二重鎖PCR産物をゆっくり加熱しながら波長260n
mでの光吸収量をモニターすると、熱融解曲線と呼ばれ
るその二重鎖PCR産物の大きさ及び塩基配列に依存す
る特徴的なシグモイド型の曲線が得られる(「遺伝子と
バイオテクノロジー」,杉本直己著,丸善株式会社,1
0〜12ページ,平成11年8月25日初版発行参
照)。これは二重鎖の状態であったPCR産物が外部か
ら加えられる熱エネルギーにより塩基対間の水素結合が
破壊され、徐々に一重鎖の状態になるためである。
【0015】熱融解曲線の変曲点はTm温度(融解温
度)に対応する。Tm温度は二重鎖核酸の大きさ及び塩
基配列に依存する。ここで、ヘテロ二重鎖には対応する
塩基間の一部分に水素結合が形成されていないミスマッ
チ部位が存在し、ホモ二重鎖に比べて水素結合の数が少
ないので、ヘテロ二重鎖のTm温度はホモ二重鎖のTm
温度に比べて低いことが予想される。現在、核酸の大き
さや塩基配列から理論的にTm温度を予測することは可
能であり、例えばMELT94(インターネット上(ht
tp://web.mit.edu/biology/dna)に開示されている)な
どのプログラムを利用できる。
【0016】得られた熱融解曲線から塩基配列の変異が
存在するか否かを判断する。加熱及び冷却後の二重鎖が
ホモ二重鎖のみである場合、その熱融解曲線は1つ又は
2つのTm温度をもつ。ここで、ホモ二重鎖が2種類あ
れば、理論的には2つのTm温度をもつが、それらのT
m温度が接近している場合は、実験上、2つのTm温度
を見出せないことがある。
【0017】一方、加熱及び冷却後の二重鎖がホモ二重
鎖とヘテロ二重鎖を含む場合、2つ以上のTm温度をも
つ熱融解曲線が得られる。理論的には、2種類のホモ二
重鎖と2種類のヘテロ二重鎖が存在するので、その熱融
解曲線は4つのTm温度をもつが、ホモ二重鎖に起因す
る2つのTm温度が接近していたり、ヘテロ二重鎖に起
因する2つのTm温度が接近していたりすることによ
り、実験上、3つ以上のTm温度を見出せないことがあ
る。
【0018】加熱及び冷却処理後の二重鎖にヘテロ二重
鎖が存在したか否かの判断は、得られた熱融解曲線とホ
モ二重鎖の既知の熱融解曲線を比較することで区別する
ことができる。その区別を容易にするために、熱融解曲
線を吸光度で1次微分して変曲点、すなわちTm温度を
求め、そのTm温度自体又はその数に基づいてヘテロ二
重鎖の存在を判断することが好ましい。このように、本
発明は高価な装置を必要とせず、さらに、電気泳動に比
べて短時間で核酸の塩基配列の変異を検出することがで
きる。
【0019】本発明によりヘテロ二重鎖の存在が検出さ
れた二重鎖核酸については、塩基配列の変異の部位を確
定するために、シーケンシングを行なうことが好まし
い。塩基配列の変異の部位を確定するにはシーケンシン
グを行なう必要があるが、全てのサンプルについてシー
ケンシングを行なっていたのでは多大な分析時間を要す
る。そこで、本発明によりシーケンシングを行なうべき
サンプルを選択するようにすれば、分析時間を短縮で
き、コスト面で安価になり、さらにスループットを向上
させることができる。
【0020】
【発明の効果】本発明にかかる核酸の塩基配列の変異検
出方法では、試料としての二重鎖核酸を含む溶液を加熱
して二重鎖核酸を解離させ、冷却して再接合させてホモ
型二重鎖又はホモ型二重鎖及びヘテロ型二重鎖を形成さ
せた後、その溶液の温度を上昇させながらその溶液の紫
外線吸収を測定して熱融解曲線を取得し、その熱融解曲
線に基づいて塩基配列の変異の有無を検出するようにし
たので、高価な装置を必要とせず、かつハイスループッ
トで核酸の塩基配列の変異を検出することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2G045 AA25 AA35 BB60 DA12 DA13 DA14 FA27 FA29 GC10 4B024 AA11 CA01 CA11 HA14 4B063 QA17 QA19 QQ42 QQ52 QQ58 QR08 QR32 QR35 QR55 QR62 QS25 QX02

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 核酸の塩基配列の変異を検出する方法に
    おいて、 試料としての二重鎖核酸を含む溶液を加熱して二重鎖核
    酸を解離させ、冷却して再接合させてホモ型二重鎖又は
    ホモ型二重鎖及びヘテロ型二重鎖を形成させた後、その
    溶液の温度を上昇させながらその溶液の紫外線吸収を測
    定して熱融解曲線を取得し、その熱融解曲線に基づいて
    前記二重鎖核酸の塩基配列の変異の有無を判断すること
    を特徴とする変異検出方法。
  2. 【請求項2】 前記熱融解曲線に基づく塩基配列の変異
    の有無の判断は、前記熱融解曲線の変曲点の個数に基づ
    いて行なう請求項1に記載の変異検出方法。
  3. 【請求項3】 前記二重鎖核酸を含む溶液を加熱して冷
    却する前に、前記二重鎖核酸の検査部位に対して標準の
    塩基配列をもつ標準二重鎖核酸を前記溶液に混合する工
    程を含む請求項1又は2に記載の変異検出方法。
  4. 【請求項4】 前記二重鎖核酸もしくは前記標準二重鎖
    核酸又はその両方がPCR産物である請求項1から3の
    いずれかに記載の変異検出方法。
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