JP2001511360A - Multifunctionality and its use within array elements - Google Patents

Multifunctionality and its use within array elements

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JP2001511360A
JP2001511360A JP2000504287A JP2000504287A JP2001511360A JP 2001511360 A JP2001511360 A JP 2001511360A JP 2000504287 A JP2000504287 A JP 2000504287A JP 2000504287 A JP2000504287 A JP 2000504287A JP 2001511360 A JP2001511360 A JP 2001511360A
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nucleic acid
oligonucleotides
oligonucleotide
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ジョン シー. タボーン,
ネス, ジェフリー バン
クリステン モイニハン,
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、固体基板上のオリゴヌクレオチドのアレイを提供し、ここで別個の領域が、異なる配列を有する少なくとも2つのオリゴヌクレオチドを有する。これらのアレイは、ハイブリダイゼーションアッセイにおいて、特に切断可能な質量分析タグと併用して、有用である。   (57) [Summary] The present invention provides an array of oligonucleotides on a solid substrate, wherein distinct regions have at least two oligonucleotides with different sequences. These arrays are useful in hybridization assays, particularly in conjunction with cleavable mass spectrometry tags.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 (技術分野) 本発明は、一般的に、表面にプリントされたオリゴヌクレオチドのアレイを有
する固体基板に関し、特にこのアレイの別個の領域における種々の配列の複数の
オリゴヌクレオチドを有するアレイに関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates generally to solid substrates having an array of oligonucleotides printed on a surface, and more particularly to an array having a plurality of oligonucleotides of various sequences in discrete regions of the array. .

【0002】 (発明の背景) 多くの試料の平行試験を容易にするために、生物学的因子の複製アレイを使用
してきた。例えば、異なる増殖表現型についての多くの独立コロニーを迅速にス
クリーニングする手段として長い間、無菌ビロードクロスおよびピストンリング
装置を使用して、それぞれ異なる増殖培地を含む寒天プレートに対して、細菌お
よび酵母コロニーの複製物を作製してきた(LederbergおよびLede
rberg,J.Bacteriol.63:399,1952)。同様に、9
6ウェルマイクロタイタープレートを使用して、容易に接近される様式で、多く
の、例えば、細胞株、組換えDNAライブラリーを表すウィルス分離株、または
モノクローナル抗体細胞株を組織化および貯蔵する。
BACKGROUND OF THE INVENTION [0002] Replicated arrays of biological agents have been used to facilitate parallel testing of many samples. For example, as a means of rapidly screening many independent colonies for different growth phenotypes, bacterial and yeast colonies were used on agar plates, each containing a different growth medium, using sterile velvet cloth and piston ring devices. Have been produced (Lederberg and Lede
rberg, J .; Bacteriol. 63: 399,1952). Similarly, 9
Using a 6-well microtiter plate, a number of, for example, cell lines, virus isolates representing recombinant DNA libraries, or monoclonal antibody cell lines are organized and stored in an easily accessible manner.

【0003】 大規模ゲノム計画の出現および分子診断の使用の増加が、核酸をスクリーニン
グする大容量処理能力方法の開発を必要としてきた。最近、あり得るヌクレオチ
ド配列の全てまたは全てのうちのサブセットを表す、ガラスまたはケイ素表面に
結合した短いオリゴデオキシヌクレオチド(ODN)の大きなアレイを合成する
方法が、開発された(MaskosおよびSouthern,Nucl.Aci
ds Res.20:1675,1992)。これらのODNアレイは、ハイブ
リダイゼーション(Southernら,Genomics 13:1008,
1992;Drmanacら,Science 260:1649,1993)
によるDNA配列解析を行い、発現プロフィールを決定し、変異をスクリーニン
グするためなどに利用されてきた。これらの使用全てについて、必要とされるオ
リゴヌクレオチドの数は大きく、従って高密度アレイ(1cm2あたり>100 0オリゴヌクレオチド)が開発されてきた。しかし、より低い密度のアレイを使
用することは、時間に関して有利であり、経済的である。現在、このようなアレ
イはこのオリゴヌクレオチド(しばしばインサイチュ合成)およびこの種々の検
出可能マーカーを付着することにより限定される。
[0003] The advent of large-scale genome projects and the increasing use of molecular diagnostics has required the development of high-throughput methods for screening nucleic acids. Recently, methods have been developed to synthesize large arrays of short oligodeoxynucleotides (ODNs) attached to a glass or silicon surface that represent all or a subset of all possible nucleotide sequences (Maskos and Southern, Nucl. Aci
ds Res. 20: 1675, 1992). These ODN arrays were hybridized (Southern et al., Genomics 13: 1008,
1992; Drmanac et al., Science 260: 1649, 1993).
Has been used to perform DNA sequence analysis, determine the expression profile, and screen for mutations. For all of these uses, the number of oligonucleotides required is large, and high-density arrays (> 1000 oligonucleotides per cm 2 ) have been developed. However, using lower density arrays is advantageous in terms of time and is economical. Currently, such arrays are limited by attaching the oligonucleotide (often in situ synthesis) and the various detectable markers.

【0004】 本発明は、別個の領域あたり1つより多くのヌクレオチド配列を有するアレイ
を生成するための方法および組成物を開示し、さらに他の関連した利点を提供す
る。
[0004] The present invention discloses methods and compositions for producing arrays having more than one nucleotide sequence per distinct region, and further provides other related advantages.

【0005】 (発明の要旨) 本発明の1つの局面では、核酸分子、好ましくはオリゴヌクレオチドの別個の
領域を含有する表面を有する固体基板を備える、オリゴヌクレオチドのアレイで
あって、ここで少なくとも1つの領域が、異なる配列を有するように選択された
少なくとも2つの核酸分子を含む、アレイが提供される。好ましくは、1000
未満の別個の領域がある。また好ましくは、各領域は、異なる配列を有する少な
くとも2つのオリゴヌクレオチドを含み、より好ましくは、少なくとも1つの領
域が、2〜約100の異なるオリゴヌクレオチド配列を含む。
SUMMARY OF THE INVENTION In one aspect of the invention, an array of oligonucleotides comprising a solid substrate having a surface containing discrete regions of nucleic acid molecules, preferably oligonucleotides, wherein at least one of the oligonucleotides comprises An array is provided wherein at least two regions comprise at least two nucleic acid molecules selected to have different sequences. Preferably, 1000
There are less distinct areas. Also preferably, each region comprises at least two oligonucleotides having different sequences, and more preferably, at least one region comprises from 2 to about 100 different oligonucleotide sequences.

【0006】 特定の実施態様について、このアレイの領域は、直径約20〜約500ミクロ
ンであり、領域間の中心間距離が約50〜1500ミクロンである。
[0006] For certain embodiments, the areas of the array are about 20 to about 500 microns in diameter and the center-to-center distance between the areas is about 50 to 1500 microns.

【0007】 好ましい実施態様において、このオリゴヌクレオチドは公知の配列を有する。
他の好ましい実施態様において、このオリゴヌクレオチドは、好ましくはポリ(
エチレンイミン)のようなアミン結合を介して、この基板の表面に共有結合的に
付着される。
In a preferred embodiment, the oligonucleotide has a known sequence.
In another preferred embodiment, the oligonucleotide is preferably a poly (
It is covalently attached to the surface of the substrate via an amine bond such as ethyleneimine).

【0008】 別の局面において、本発明は、ハイブリダイゼーション分析の方法であって、
以下の工程(a)標識化核酸分子を、請求項1に記載のオリゴヌクレオチドのア
レイにハイブリダイズする工程;および(b)このアレイの領域中の標識を検出
し、それによりこのアレイ上のどのオリゴヌクレオチドがハイブリダイズしたか
を決定する工程、を包含する方法を提供する。好ましい実施態様において、この
アレイの少なくとも1つの領域が公知の配列のオリゴヌクレオチドを含み、この
標識化核酸分子の1つが、このオリゴヌクレオチドに相補性である。好ましくは
、この標識化核酸分子は、各々異なる標識をもつ、異なる配列を有する核酸分子
を含む。このような標識は放射性分子、蛍光分子、および切断可能な質量分析タ
グの群から選択され得る。
[0008] In another aspect, the present invention relates to a method for hybridization analysis,
The following steps: (a) hybridizing a labeled nucleic acid molecule to the array of oligonucleotides of claim 1; and (b) detecting a label in a region of the array, thereby identifying any label on the array. Determining whether the oligonucleotide has hybridized. In a preferred embodiment, at least one region of the array comprises an oligonucleotide of known sequence, and one of the labeled nucleic acid molecules is complementary to the oligonucleotide. Preferably, the labeled nucleic acid molecules include nucleic acid molecules having different sequences, each with a different label. Such labels may be selected from the group of radioactive molecules, fluorescent molecules, and cleavable mass spectrometry tags.

【0009】 別の局面において、本発明は、試料中の核酸分子を同定する方法であって、以
下の工程(a)標識化オリゴヌクレオチドをこの核酸分子にハイブリダイズし、
二重鎖を形成させる工程;(b)この二重鎖を単離する工程;(c)この二重鎖
を変性する工程;(d)この標識化オリゴヌクレオチドを、本明細書中に記載し
たオリゴヌクレオチドのアレイにハイブリダイズする工程であって、ここでこの
アレイ上のオリゴヌクレオチドが、この標識化オリゴヌクレオチドに相補性であ
る、工程;および(e)このアレイの領域中の標識を検出し;これによりこの試
料中の核酸分子を同定する工程、を包含する方法を提供する。
In another aspect, the present invention is a method for identifying a nucleic acid molecule in a sample, comprising the following step (a): hybridizing a labeled oligonucleotide to the nucleic acid molecule;
Forming a duplex; (b) isolating the duplex; (c) denaturing the duplex; (d) labeling the labeled oligonucleotide as described herein. Hybridizing to an array of oligonucleotides, wherein the oligonucleotides on the array are complementary to the labeled oligonucleotides; and (e) detecting a label in a region of the array. Identifying a nucleic acid molecule in the sample, thereby providing a method comprising:

【0010】 なお別の局面において、試料中の核酸分子を同定する方法であって、以下の工
程(a)オリゴヌクレオチドをこの核酸分子にハイブリダイズする工程;(b)
単一の標識化ヌクレオチドの存在下でこのオリゴヌクレオチドを伸長し、二重鎖
を形成させる工程;(c)この二重鎖を変性する工程;(d)この標識化オリゴ
ヌクレオチドを、本明細書中に記載のオリゴヌクレオチドのアレイにハイブリダ
イズする工程であって、ここでこのアレイ上のオリゴヌクレオチドがこの標識化
オリゴヌクレオチドと相補性である、工程;および(e)このアレイの領域内の
標識を検出し;それによりこの試料中の核酸分子を同定する工程、を包含する方
法が、提供される。好ましい実施態様において、このアレイの別個の領域におけ
るオリゴヌクレオチドは、この核酸分子の伸長生成物に相補性である。
In yet another aspect, a method for identifying a nucleic acid molecule in a sample, the method comprising: (a) hybridizing an oligonucleotide to the nucleic acid molecule; (b)
Elongating the oligonucleotide in the presence of a single labeled nucleotide to form a duplex; (c) denaturing the duplex; (d) modifying the labeled oligonucleotide herein. Hybridizing to an array of oligonucleotides as described herein, wherein the oligonucleotides on the array are complementary to the labeled oligonucleotides; and (e) labeling within a region of the array. And thereby identifying the nucleic acid molecule in the sample. In a preferred embodiment, the oligonucleotides in discrete regions of the array are complementary to the extension product of the nucleic acid molecule.

【0011】 なお別の局面において本発明は、試料中の核酸分子を同定するための方法であ
って、以下の工程(a)少なくとも2つのオリゴヌクレオチドをこの核酸分子に
ハイブリダイズし、二重鎖を形成させる工程であって、ここで少なくとも1つの
オリゴヌクレオチドが標識され、そしてこのオリゴヌクレオチドはこの核酸分子
上の隣接する配列にハイブリダイズする、工程;(b)このオリゴヌクレオチド
を連結する工程;(c)この二重鎖を変性する工程;(d)この標識化オリゴヌ
クレオチドを、本明細書中に記載のオリゴヌクレオチドのアレイにハイブリダイ
ズする工程であって、ここでこのアレイ上のオリゴヌクレオチドがこの連結オリ
ゴヌクレオチドに相補性であり;そしてここでハイブリダイゼーションは非連結
オリゴヌクレオチドには生じない、工程;および(e)このアレイの領域内の標
識を検出し;それによりこの試料中の核酸分子を同定する工程、を包含する方法
を提供する。
In yet another aspect, the present invention is a method for identifying a nucleic acid molecule in a sample, comprising the following step (a) wherein at least two oligonucleotides are hybridized to the nucleic acid molecule, Wherein at least one oligonucleotide is labeled, and the oligonucleotide hybridizes to an adjacent sequence on the nucleic acid molecule; (b) joining the oligonucleotide; (C) denaturing the duplex; (d) hybridizing the labeled oligonucleotide to an array of oligonucleotides described herein, wherein the oligonucleotides on the array are Is complementary to the ligated oligonucleotide; and A method that does not occur in nucleotides; and (e) detecting a label in a region of the array; thereby identifying a nucleic acid molecule in the sample.

【0012】 なお別の局面において、試料中のmRNA分子を同定するための方法であって
、以下の工程(a)標識化オリゴヌクレオチドをこのmRNA分子にハイブリダ
イズし、二重鎖を形成させる工程;(b)この二重鎖を単離する工程;(c)こ
の二重鎖を変性する工程;(d)この標識化オリゴヌクレオチドを、本明細書中
に記載のオリゴヌクレオチドのアレイにハイブリダイズする工程であって、ここ
でこのアレイ上のオリゴヌクレオチドがこの標識化オリゴヌクレオチドに相補性
である、工程;および(e)このアレイの領域内の標識を検出し;それによりこ
の試料中のmRNA分子を同定する工程、を包含する方法が提供される。好まし
い実施態様において、このmRNA分子は、毒であると疑われる化合物で処理し
た細胞から単離される。他の好ましい実施態様において、このアレイ上のオリゴ
ヌクレオチドはサイトカインの配列である。
In yet another aspect, a method for identifying an mRNA molecule in a sample, comprising the following step (a): hybridizing a labeled oligonucleotide to the mRNA molecule to form a duplex. (B) isolating the duplex; (c) denaturing the duplex; (d) hybridizing the labeled oligonucleotide to an array of oligonucleotides as described herein. Wherein the oligonucleotides on the array are complementary to the labeled oligonucleotides; and (e) detecting a label in a region of the array; thereby, detecting the mRNA in the sample. Identifying the molecule. In a preferred embodiment, the mRNA molecule is isolated from cells that have been treated with the suspected toxic compound. In another preferred embodiment, the oligonucleotides on the array are sequences of a cytokine.

【0013】 本発明のこれらのおよび他の局面は、以下の詳細な説明および添付の図面を参
照して明白になる。さらに、種々の参考文献が以下に示され、これはより詳細に
特定の手順または組成物(例えばプラスミドなど)を記載し、従ってその全体が
参考として援用される。
[0013] These and other aspects of the invention will become apparent with reference to the following detailed description and accompanying drawings. Additionally, various references are set forth below, which describe particular procedures or compositions in more detail (eg, plasmids, etc.) and are therefore incorporated by reference in their entirety.

【0014】 本発明の生体分子アレイは、タグ化生体分子、例えば切断可能なタグに共有結
合したオリゴヌクレオチドを含有し得るか、これと共に使用され得る。これらの
タグ化生体分子は、本発明の方法、ならびに中でもオリゴヌクレオチド配列決定
および遺伝子発現アッセイのようなアッセイ手順において使用され得る。模範的
なタグ化生体分子、およびこの同一物を使用し得るアッセイは、各々1997年
1月22日に出願された米国特許出願第08/786,835号;同第08/7
86,834号;および同第08/787,521号;ならびに各々1997年
7月22日に出願された出願第08/898,180号;同第08/898,5
64号;および同第08/898,501号を有する3つの米国一部継続特許出
願;ならびにPCT国際公開番号WO 97/27331号;同第WO 97/
27325号;および同第WO97/27327号に記載される。これら6つの
米国特許出願および3つのPCT国際公開は各々、本明細書中にその全体が参考
として援用される。
The biomolecule arrays of the present invention can contain or be used with tagged biomolecules, eg, oligonucleotides covalently linked to a cleavable tag. These tagged biomolecules can be used in the methods of the invention, and in assay procedures such as oligonucleotide sequencing and gene expression assays, among others. Exemplary tagged biomolecules, and assays that can use this same, are described in U.S. patent application Ser. Nos. 08 / 786,835, filed Jan. 22, 1997;
Nos. 86,834; and 08 / 787,521; and 08 / 98,180, each filed on July 22, 1997;
No. 64; and three U.S. Patents Nos. 08 / 98,501; and PCT International Publication No. WO 97/27331;
No. 27325; and WO 97/27327. Each of these six U.S. patent applications and three PCT publications is incorporated herein by reference in its entirety.

【0015】 本発明の生体分子アレイはまた、1997年7月22に出願された、「Amp
lification And Other Enzymatic React
ions Performed On Nucleic Arrays」と題さ
れる米国仮特許出願第60/053,428号、および同時出願した、同様に題
される米国非仮特許出願第( )号(これらは共に、その全体が本明細書中
に参考として援用される)に記載されるように、増幅および他の酵素反応の実施
において使用され得る。
The biomolecule array of the present invention is also disclosed in “Amp,” filed on Jul. 22, 1997.
lifcation And Other Enzymatic React
US Provisional Patent Application No. 60 / 053,428, entitled "Ions Performed On Nucleic Arrays," and co-filed similarly non-provisional US Non-Provisional Patent Application No. (), both of which are incorporated herein in their entirety. As described in US Pat.

【0016】 本発明の生体分子アレイ、および本発明の方法に有用なアレイは、例えば19
97年7月22日に出願された、「Apparatus And Method
s For Arraying Solution Onto A Solid Support」と題される米国仮特許出願第60/053,435号、およ
び同時出願した、同様に題される米国非仮特許出願第( )号(これらは共
に、その全体が本明細書中に参考として援用される)に開示された技術に従って
調製され得る。
The biomolecule array of the present invention, and the array useful for the method of the present invention include, for example, 19
"Apparatus And Method, filed July 22, 1997
US Provisional Patent Application No. 60 / 053,435, entitled "For Arraying Solution On A Solid Support," and co-filed similarly-provisioned U.S. Non Provisional Application No. (), both of which are incorporated herein by reference. Which are incorporated by reference herein in their entirety).

【0017】 本発明の生体分子アレイ、および本発明の方法に有用なアレイは、例えば19
97年7月22日に出願された、「Polyethylenimine−Bas
ed Biomolecule Arrays」と題される米国仮特許出願第6
0/053,352号、および同時出願した、同様に題される米国非仮特許出願
第( )号(これらは共に、その全体が本明細書中に参考として援用される
)に開示された技術に従って調製され得る。
The biomolecule array of the present invention and the array useful for the method of the present invention include, for example, 19
"Polyethylenimine-Bas" filed on July 22, 1997
US Provisional Patent Application No. 6 entitled "ed Biomolecule Arrays"
No. 0 / 053,352, and co-filed, similarly-titled US Provisional Application No. (), both of which are incorporated herein by reference in their entirety. Can be prepared according to

【0018】 例えば1997年7月22日に出願された、「Computer Metho
d and System for Correlating Data」と題
される米国仮特許出願第60/053,429号、および同時出願した、同様に
題される米国非仮特許出願第( )号(これらは共に、その全体が本明細書
中に参考として援用される)に開示されたような、コンピュータシステムおよび
データを相関する方法は、本明細書中に記載のとおりの生体分子アッセイおよび
方法と共に使用され得る。
For example, “Computer Metho,” filed on July 22, 1997
US Provisional Patent Application Ser. No. 60 / 053,429, entitled "d and System for Correlating Data," and co-filed similarly non-provisional US Non-Provisional Patent Application No. (), both of which are incorporated in their entirety. Computer systems and methods of correlating data, such as those disclosed in U.S. Pat.

【0019】 (発明の詳細な説明) 上記に記載されるように、本発明は、単一の別個の領域において、複数配列を
アレイに提供する。特定の実施態様において、本発明は、アレイ内の単一エレメ
ントにおいて、1より多い、そして好ましくは10〜100の種々のオリゴヌク
レオチド配列またはポリヌクレオチド配列を提供する。オリゴヌクレオチドの場
合では、2と約100との間のオリゴヌクレオチドは、市販の合成機で個々に合
成され、アレイの別個の領域において単一エレメントとして組み合わされ、そし
てプリントされる。DNA、RNAまたは両方を含む、一本鎖または二本鎖であ
る核酸は、固体基板へ結合され得る。二本鎖分子は、増幅、酵素消化などによっ
て作製され得る。必然的に、第一級アミン基(ポリエチレンイミンに結合させる
ための)または他の反応基を有する任意の核酸分子は、本発明内のアレイと結合
され得る。本発明内でまた、特定の領域内の全ての個々の核酸の配列は、未知で
あり得る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION As described above, the present invention provides multiple arrays in an array in a single, discrete area. In certain embodiments, the invention provides more than one, and preferably 10-100, different oligonucleotide or polynucleotide sequences in a single element in the array. In the case of oligonucleotides, between 2 and about 100 oligonucleotides are individually synthesized on a commercial synthesizer, combined and printed as a single element in discrete regions of the array. Single or double stranded nucleic acids, including DNA, RNA or both, can be bound to a solid substrate. Double-stranded molecules can be made by amplification, enzymatic digestion, and the like. Naturally, any nucleic acid molecule having a primary amine group (for attachment to polyethyleneimine) or other reactive group can be attached to the array within the present invention. Also within the present invention, the sequence of all individual nucleic acids within a particular region may be unknown.

【0020】 本明細書中で使用されるように、アレイとは、別個の領域において固体支持体
上に置かれるオリゴヌクレオチド配列またはポリヌクレオチド配列の集合をいう
。好ましくは、この領域は、ある同定可能なパターンまたは規則的な間隔を形成
する。アレイは、代表的には、2から1000までのエレメントから構成される
が、また1000を超えるエレメント(別個の領域)からも構成され得る。各領
域は、核酸もオリゴヌクレオチドも結合も沈着もされない、いくらかの距離によ
って分離される。代表的な領域の大きさは20から500ミクロンであり、そし
てその領域の代表的な中心間距離は、50から1500ミクロンの範囲である。
[0020] As used herein, an array refers to a collection of oligonucleotide or polynucleotide sequences that are placed on a solid support in discrete regions. Preferably, the regions form some identifiable pattern or regular spacing. Arrays are typically composed of 2 to 1000 elements, but can also be composed of more than 1000 elements (discrete areas). Each region is separated by some distance, where neither nucleic acids nor oligonucleotides are bound or deposited. Typical area sizes are 20 to 500 microns, and typical center-to-center distances for the area range from 50 to 1500 microns.

【0021】 本発明はまた、アレイ内の単一エレメント内での複数配列の使用を記載する。
この方法は、多くの目的のための、低エレメントアレイ(すなわち、10エレメ
ントから例えば400エレメント)の使用を可能にする。例えば、これらの組合
わせ配列である、低エレメントアレイは、病原体の同定、プロファイリング決定
、毒物学試験などのために使用され得る。
The present invention also describes the use of multiple sequences within a single element in an array.
This method allows the use of low element arrays (ie, 10 to 400 elements, for example) for many purposes. For example, these combined sequences, low element arrays, can be used for pathogen identification, profiling decisions, toxicology tests, and the like.

【0022】 (I.固体基板への鋳型の適用) (A.基板調製) アレイの基板は適切な材料から調製される。この基板は好ましくは剛直であり
、そして好ましくは実質的に平担である表面を有する。幾つかの実施態様におい
て、領域を示すために、この表面は隆起した部分を有し得る。代表的な基板はシ
リコンウエハおよびホウケイ酸スライド(例えば、顕微鏡ガラススライド)であ
るが、当該分野で既知の他の材料で代用され得る。特に有用な固体支持体の例は
シリコンウエハであり、これは、半導体の構築において電子産業において代表的
に使用される。このウエハは、1つの面が極めて研磨加工され反射性であり、そ
して種々のリンカー、例えばシラン化学を使用するポリ(エチレンイミン)で容
易にコートされ得る。ウエハは、WaferNet,San Jose,CAの
ような会社から市販されている。
I. Application of Template to Solid Substrate A. Substrate Preparation The substrates of the array are prepared from appropriate materials. The substrate is preferably rigid and has a surface that is preferably substantially flat. In some embodiments, the surface may have raised portions to indicate areas. Exemplary substrates are silicon wafers and borosilicate slides (eg, microscope glass slides), but other materials known in the art can be substituted. An example of a particularly useful solid support is a silicon wafer, which is typically used in the electronics industry in semiconductor construction. The wafer is highly polished on one side and reflective, and can be easily coated with various linkers, such as poly (ethylene imine) using silane chemistry. Wafers are commercially available from companies such as WaferNet, San Jose, CA.

【0023】 核酸分子または他の生体高分子、例えばペプチドは、合成され、作製されるか
または単離され、そして固体基板に適用され得る。核酸およびペプチドは、市販
の機械を使用して自動化方法で合成され得る。好ましい実施態様において、この
分子は固体基板上に沈着され、そして固体基板へ共有結合的に付着される。
[0023] Nucleic acid molecules or other biomacromolecules, such as peptides, can be synthesized, made or isolated, and applied to a solid substrate. Nucleic acids and peptides can be synthesized in an automated manner using commercially available machines. In a preferred embodiment, the molecule is deposited on a solid substrate and covalently attached to the solid substrate.

【0024】 特定の実施態様において、上記基板の表面はオリゴヌクレオチドのために調製
される。この表面は、例えば、疎水性を増加もしくは減少させる化学物質でコー
ティングすること、または上記核酸分子もしくは他の重合配列の共有結合を可能
にする化学物質でコーティングすることにより調製され得る。幾つかの化学的な
コーティングは、疎水性を変化させると共に、共有結合を可能にし得る。固体基
板上の疎水性は、当該分野で公知のシラン処理または他の処理により容易に増加
され得る。共有結合を可能にする化学物質は、一般的にリンカーと呼ばれる。こ
れらのリンカー分子は、上記基板の表面に付着し、生体分子と反応する官能基を
含む。多くのこのようなリンカーは容易に入手できる。例えば、固体支持体は、
感光保護した(photolabile−protected)水酸基(米国特
許第5,412,087号;同第5,571,639号;同第5,593,83
9号を参照のこと)、アルコキシまたは脂肪族で誘導体化した水酸基(米国特許
第5,436,327号)、または他の化学物質(例えば、米国特許第5,44
5,934号;EP特許第EP−B1−0,373,203号;米国特許第5,
474,796号;米国特許第5,202,231号を参照のこと)を用いて改
変される。
[0024] In certain embodiments, the surface of the substrate is prepared for oligonucleotides. The surface can be prepared, for example, by coating with a chemical that increases or decreases hydrophobicity, or with a chemical that allows covalent attachment of the nucleic acid molecule or other polymeric sequence. Some chemical coatings may alter the hydrophobicity and allow for covalent bonding. Hydrophobicity on solid substrates can be easily increased by silane treatments or other treatments known in the art. Chemicals that allow covalent bonding are commonly referred to as linkers. These linker molecules include functional groups that adhere to the surface of the substrate and react with biomolecules. Many such linkers are readily available. For example, a solid support
Photolabile-protected hydroxyl groups (U.S. Pat. Nos. 5,412,087; 5,571,639; 5,593,833).
No. 9), hydroxyl groups derivatized with alkoxy or aliphatic (US Pat. No. 5,436,327), or other chemicals (eg, US Pat.
No. 5,934; EP Patent EP-B1-0,373,203; U.S. Pat.
474,796; see US Pat. No. 5,202,231).

【0025】 疎水性を減少させると共に、リンカーを提供する好ましいコーティングは、ポ
リ(エチレンイミン)である。さらに、ポリ(エチレンイミン)(PEI)でコ
ーティングした固体基板は、長い貯蔵寿命安定性という利点を有する。ポリマー
、例えばポリ(エチレンイミン)でのシリコンウエハおよびガラススライドのコ
ーティングは、社内で、またはCel Associates(Houston
,Texas)のような会社を通して実施され得る。ガラススライドはまた、反
射性材料でコーティングされ得るか、またはシラン化学を使用してPEIでコー
ティングされ得る。このPEIコーティングは、一本鎖もしくは二本鎖のオリゴ
ヌクレオチド、一本鎖もしくは二本鎖の長いDNA分子もしくはフラグメント、
または任意の他のアミン含有生体分子の、上記固体支持体への共有結合的付着を
可能にする。オリゴヌクレオチドは、ヘキシルアミン修飾を使用して5’で共有
結合的に付着し得、この修飾は、上記オリゴヌクレオチドの5’末端に一級アミ
ンを配置する。次に、上記オリゴヌクレオチド上の5’アミンは、架橋剤と反応
し得、その結果、このオリゴヌクレオチドは、上記固体支持体上にコーティング
されたポリマーに共有結合的に付着される。
A preferred coating that reduces hydrophobicity and provides a linker is poly (ethyleneimine). Furthermore, solid substrates coated with poly (ethylene imine) (PEI) have the advantage of long shelf life stability. Coating of silicon wafers and glass slides with polymers, such as poly (ethyleneimine), can be done in-house or at Cell Associates (Houston
, Texas). Glass slides can also be coated with a reflective material or can be coated with PEI using silane chemistry. The PEI coating can be a single or double stranded oligonucleotide, a single or double stranded long DNA molecule or fragment,
Alternatively, it allows covalent attachment of any other amine-containing biomolecules to the solid support. Oligonucleotides can be covalently attached at the 5 'using a hexylamine modification, which places a primary amine at the 5' end of the oligonucleotide. The 5 'amine on the oligonucleotide can then react with a crosslinker, such that the oligonucleotide is covalently attached to the polymer coated on the solid support.

【0026】 任意の核酸型は、この核酸が一級アミンを含有する限りは、PEIでコーティ
ングした表面に共有結合的に付着され得る。増幅産物(例えば、PCRによる)
は、5’ヘキシルアミン結合体化プライマーを使用することにより、一級アミン
を含有するように改変され得る。アミン基は、アリル−dUTP(Sigma,
St.Louis,MO)を使用するニックトランスレーションにより、増幅産
物および他の核酸二重鎖に導入され得る。その上、アミンは、ポリメラーゼ、例
えば、ターミナルトランスフェラーゼにより、または短いアミン含有オリゴヌク
レオチドの連結により核酸に導入され得る。当該分野において公知の他の適切な
方法が代用され得る。
[0026] Any nucleic acid type can be covalently attached to the PEI coated surface as long as the nucleic acid contains a primary amine. Amplification product (eg, by PCR)
Can be modified to contain a primary amine by using a 5 'hexylamine conjugated primer. The amine group is allyl-dUTP (Sigma,
St. (Louis, Mo.) can be introduced into amplification products and other nucleic acid duplexes. Moreover, amines can be introduced into nucleic acids by polymerases, such as terminal transferases, or by ligation of short amine-containing oligonucleotides. Other suitable methods known in the art can be substituted.

【0027】 アミン基に適切な架橋剤は一般的に市販されている(例えば、Pierce,
Rockford,ILを参照のこと)。代表的な架橋剤は、トリクロロトリア
ジン(塩化シアヌル)(Van Nessら、Nucleic Acids R
es.19:3345−3350,1991)である。簡単には、過剰の塩化シ
アヌルが、0.01〜1μg/ml、および好ましくは約0.1μg/mlの代
表的なオリゴヌクレオチド濃度のオリゴヌクレオチド溶液(例えば、アミンの1
0〜1000倍モル過剰の塩化シアヌル)に添加される。この反応は、一般的な
緩衝液、例えば、リン酸ナトリウム、ホウ酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、また
はTris HClを7.0〜9.0のpH範囲で使用して緩衝化される。好ま
しい緩衝液は、新しく調製されたpH8.3〜pH8.5の0.2M ホウ酸N
aである。10μlの塩化シアヌルの15mg/ml溶液が、添加され、1〜1
2時間および好ましくは約1時間、一定に攪拌しながら反応させる。反応温度は
、20〜50℃の範囲であり得、好ましい反応温度は、25℃(または周囲温度
)である。
Crosslinkers suitable for amine groups are generally commercially available (see, for example, Pierce,
Rockford, IL). A representative crosslinking agent is trichlorotriazine (cyanuric chloride) (Van Ness et al., Nucleic Acids®).
es. 19: 3345-3350, 1991). Briefly, an excess of cyanuric chloride is a solution of an oligonucleotide solution (e.g., 1% of an amine) at a typical oligonucleotide concentration of 0.01-1 μg / ml, and preferably about 0.1 μg / ml.
0-1000-fold molar excess of cyanuric chloride). The reaction is buffered using a common buffer such as sodium phosphate, sodium borate, sodium carbonate, or Tris HCl in a pH range of 7.0 to 9.0. A preferred buffer is a freshly prepared 0.2 M borate N pH 8.3 to pH 8.5.
a. 10 μl of a 15 mg / ml solution of cyanuric chloride was added, and
The reaction is carried out for 2 hours and preferably for about 1 hour with constant stirring. Reaction temperatures can range from 20 to 50 ° C, with a preferred reaction temperature being 25 ° C (or ambient temperature).

【0028】 塩化シアヌルが架橋剤として使用される場合、上記核酸を固体基板にプリント
する前に過剰な架橋剤を除去する必要は無い。上記反応混合物中の過剰の塩化シ
アヌルは、上記核酸またはオリゴヌクレオチドの上記PEIコーティングした固
体基板との共有結合的付着を妨害も競合もしない。なぜなら、上記固体基板上の
アミンが、塩化シアヌル分子の数よりも過剰であるからである。好ましい実施態
様において、架橋したオリゴヌクレオチドはプリントする工程の前に精製されな
い。
When cyanuric chloride is used as a cross-linking agent, it is not necessary to remove excess cross-linking agent before printing the nucleic acid on a solid substrate. Excess cyanuric chloride in the reaction mixture does not interfere with or compete with the covalent attachment of the nucleic acid or oligonucleotide to the PEI-coated solid substrate. This is because the amine on the solid substrate is in excess of the number of cyanuric chloride molecules. In a preferred embodiment, the crosslinked oligonucleotide is not purified before the printing step.

【0029】 核酸または他のアミン含有ポリマーを共有結合的に付着させる場合、上記活性
化ポリマーを、1〜20時間、20〜50℃で、好ましくは1時間25℃で、上
記固体支持体と反応させる。次にこの固体支持体上の遊離アミンはキャップされ
、他の核酸の非特異的な付着が防止される。キャップ化は、上記固体支持体を7
0% m−ピロール(pyrol)および0.1Mホウ酸Na中で0.1〜2.
0M無水コハク酸、好ましくは1.0M無水コハク酸と、15分間〜4時間、好
ましくは25℃で30分間の反応時間で、反応させることにより達成される。次
に上記固体支持体は、0.1〜5Mグリシン(好ましくは0.2Mグリシン)を
含有する、pH7〜pH9の0.1〜10.0Mホウ酸Na(好ましくはpH8
.3の0.1M ホウ酸Na)溶液中でインキュベートされ、次に界面活性剤含
有溶液で洗浄される。このことは、上記PEI表面に共有結合し得る任意のジク
ロロトリアジンをキャップする。好ましくは、上記固体支持体は、0.01M
NaCl、0.05M EDTAおよび10mM Tris(pH8.0)中で
5分間、95℃にさらに加熱され、全ての非共有結合的に付着する核酸が除去さ
れる。二本鎖核酸が固体基板上にプリントされる場合、この工程はまた、この二
本鎖を一本鎖形態に変換(変性)する。
If the nucleic acid or other amine-containing polymer is covalently attached, the activated polymer is reacted with the solid support for 1-20 hours at 20-50 ° C., preferably 1 hour at 25 ° C. Let it. The free amine on the solid support is then capped to prevent non-specific attachment of other nucleic acids. Capping is performed by adding the solid support to
0.1% to 0.2% in 0% m-pyrrole and 0.1 M Na borate.
It is achieved by reacting with 0 M succinic anhydride, preferably 1.0 M succinic anhydride, for a reaction time of 15 minutes to 4 hours, preferably 30 minutes at 25 ° C. The solid support is then 0.1 to 10.0 M Na borate (preferably pH 8 to pH 9 to pH 9) containing 0.1 to 5 M glycine (preferably 0.2 M glycine).
. 3 in a 0.1 M Na borate solution, and then washed with a detergent containing solution. This caps any dichlorotriazine that can be covalently attached to the PEI surface. Preferably, the solid support is 0.01 M
Further heating to 95 ° C. for 5 minutes in NaCl, 0.05 M EDTA and 10 mM Tris (pH 8.0) removes any non-covalently attached nucleic acids. If the double-stranded nucleic acid is printed on a solid substrate, this step will also convert (denature) the double-stranded to single-stranded form.

【0030】 現在使用されるアレイ型式では、このアレイは、最も低い可能性ある情報内容
を含む:アレイの各エレメントは、ちょうど1つの配列に対応する。それゆえ、
アレイ中の各エレメントは、既知の配列のものであり、そしてエレメントスコア
がアレイ中でポジティブである場合(例えば、ハイブリダイズする)、的中の配
列がわかる。本質的に、アレイのエレメントに含まれる材料の1つに対して1つ
の対応性およびアレイ内に含まれる情報内容が存在する。
In the currently used array format, this array contains the lowest possible information content: each element of the array corresponds to exactly one sequence. therefore,
Each element in the array is of a known sequence, and if the element score is positive in the array (eg, hybridizes), the sequence in question is known. Essentially, there is one correspondence to one of the materials contained in the elements of the array and the information content contained within the array.

【0031】 本発明のアレイにおいて、さらなる情報内容が、各エレメントに複数配列を有
することによって提供される。最も簡単な形態では、アレイの各領域は、アレイ
中のエレメントあたり、材料の量を測定するための固有の配列およびコントロー
ル配列を含む。2つのオリゴヌクレオチドが、単一エレメント内に固定化される
場合、1つのオリゴヌクレオチドは、アレイ上の品質コントロールまたは品質の
確かさを指揮するための手段のために使用され得る。「コントロール」オリゴヌ
クレオチド配列は、検出可能なある標識を含むかまたは有する、相補的なオリゴ
ヌクレオチドのための捕獲部位として役立ち得る。「コントロール」オリゴヌク
レオチドはまた、アレイするプロセスおよび方法のための内部コントロールとし
て役立ち得る。
In the arrays of the present invention, additional informational content is provided by having multiple sequences for each element. In its simplest form, each region of the array contains a unique sequence and a control sequence for measuring the amount of material per element in the array. If two oligonucleotides are immobilized within a single element, one oligonucleotide can be used for quality control on the array or as a means to direct quality assurance. A “control” oligonucleotide sequence may serve as a capture site for a complementary oligonucleotide that contains or has some detectable label. "Control" oligonucleotides can also serve as internal controls for the arraying processes and methods.

【0032】 このフォーマットでは、以下に記載されるフォーマット同様に、少なくとも1
つの領域が、複数の核酸配列を含む。好ましい実施態様において、各領域は、複
数配列を含む。いくつかの目的のために、中間値すなわちある割合の領域が、複
数配列を有し、そして残りの割合は単一配列を有する。同様に、複数配列が存在
する場合、少なくとも2つの配列、一般には1000を超えない、そして好まし
くは2から100の配列が存在する。
In this format, at least 1
One region contains multiple nucleic acid sequences. In a preferred embodiment, each region contains multiple sequences. For some purposes, the median or percentage of the regions will have multiple sequences and the remaining percentages will have a single sequence. Similarly, when multiple sequences are present, there are at least two sequences, generally no more than 1000, and preferably 2 to 100 sequences.

【0033】 好ましい局面では、このアレイは、中間量の情報内容を含む。例えば、1つの
実施態様において、このアレイは、エレメントあたり2つの配列を含む。従って
、エレメントあたりの情報内容とアレイあたりのエレメント数との間には2:1
の対応関係が存在するが、このフォーマットにおいて単一標識を使用すると正確
な配列アイデンティティーの損失が存在する。このアレイにおける全てのエレメ
ントは、2つの可能性のある既知の配列から構成され、そしてエレメントスコア
がアレイにおいてポジティブである場合、的中の配列は、2つの異なる配列の可
能性である。しかし、ポジティブのアイデンティティーは、複数の検出分子の使
用によって決定され得る。以下に記載されるように、種々の蛍光分子、着色され
たミクロビーズ、放射活性分子、色素原性基板、これらのマーカーの組み合わせ
、これらのマーカーの1つと化学発色団との組合わせ、または切断可能な質量分
析タグの使用は、アレイの領域のどの配列が、ハイブリダイズしたかという情報
を提供し得る。
In a preferred aspect, the array contains an intermediate amount of information content. For example, in one embodiment, the array includes two sequences per element. Therefore, there is a 2: 1 ratio between the information content per element and the number of elements per array.
However, there is a loss of correct sequence identity when using a single label in this format. All elements in this array are composed of two possible known sequences, and if the element score is positive in the array, the sequence in question is the possibility of two different sequences. However, positive identity can be determined by the use of multiple detection molecules. As described below, various fluorescent molecules, colored microbeads, radioactive molecules, chromogenic substrates, combinations of these markers, combinations of one of these markers with a chemical chromophore, or cleavage. The use of a possible mass spectrometry tag can provide information as to which sequences in a region of the array have hybridized.

【0034】 以下の表で示されるように、異なる配列の数が、アレイの各領域で増加するに
つれて、明白な同定のために実施されることが必要とされる反復反応(デコンボ
リューション)の数が増加するか、または必要とされる種々のタグ数が増加する
かのいずれかである。
As shown in the table below, as the number of different sequences increases in each region of the array, the number of repetitive reactions (deconvolutions) that need to be performed for unambiguous identification Is increased, or the number of different tags required is increased.

【0035】[0035]

【表1】 [Table 1]

【0036】 ここでnは、好ましくはアレイ中のエレメントあたり1〜100の範囲である
。エレメントあたりの配列の数は、アレイあたりの単一エレメントに置かれた、
異なる配列の数である。「配列は既知であるか?」の欄は、単一の標識によって
標的(試験)試料の配列を決定する能力を表す。対応性は、任意の所定の配列が
、アレイまたはサブアレイを用いて単一エレメント内で表される情報または可能
性の量である。デコンボリューションの欄は、標的(試験試料)の正確な配列(
これは、アッセイにおいてポジティブのスコアであった)を決定するために実施
されることを必要とするサブアッセイの数を表す。例えば、的中が10の異なる
配列を含む領域に生じる場合、明白な決定は、10の異なる配列を別々にプリン
トし、そしてハイブリダイズさせることによって作製され得る。
Where n preferably ranges from 1 to 100 per element in the array. The number of sequences per element was placed in a single element per array,
The number of different sequences. The "Is the sequence known?" Column indicates the ability to sequence the target (test) sample with a single label. Correspondence is the amount of information or likelihood that any given sequence is represented in a single element using an array or subarray. The deconvolution column shows the exact sequence of the target (test sample) (
This represents the number of sub-assays that need to be performed to determine which was a positive score in the assay). For example, if a hit occurs in a region containing ten different sequences, an unambiguous determination can be made by printing and hybridizing the ten different sequences separately.

【0037】 実質的でそして無数の利点は、アレイ内のエレメントあたり1つを超える核酸
配列または1つを超えるオリゴヌクレオチドを使用して達成される。例えば、関
連する核酸配列のファミリーは、アレイの単一エレメント内に置かれ得、それゆ
え、任意の試験試料の遺伝子活性は、アレイを横切るハイブリダイゼーションの
パターンを試験することによって決定され得る。毒物学試験の場合では、以下の
エレメントを有するアレイが構築され得る:炎症誘発性サイトカイン誘導(IL
−1、IL−2、IL−6、IL−8)のための配列を含むエレメント、抗炎症
性サイトカイン誘導(IL−4、IL−12)のための配列を含むエレメント、
脂質改変酵素(血小板活性化因子アセチルトランスフェラ−ゼ(血小板活性化因
子アセチルヒドロラーゼ)のための配列を含むエレメント、およびTNF(TN
FαおよびTNFβ)のための配列を含むエレメントなど。当業者は、核酸配列
の選択が、部分的に、何が試験されるかに依存することを認識する。
[0037] Substantial and countless advantages are achieved using more than one nucleic acid sequence or more than one oligonucleotide per element in the array. For example, families of related nucleic acid sequences can be placed within a single element of the array, and thus the gene activity of any test sample can be determined by examining the pattern of hybridization across the array. In the case of toxicology testing, an array with the following elements can be constructed: Pro-inflammatory cytokine induction (IL
-1, IL-2, IL-6, IL-8), an element containing a sequence for anti-inflammatory cytokine induction (IL-4, IL-12),
An element containing a sequence for a lipid-modifying enzyme (platelet-activating factor acetyltransferase (platelet-activating factor acetylhydrolase); and TNF (TN
Elements containing sequences for Fα and TNFβ). One skilled in the art will recognize that the choice of nucleic acid sequence will depend, in part, on what is being tested.

【0038】 (B.核酸分子を固体基板に適用する方法) オリゴヌクレオチド、核酸分子、または他の生体高分子は固体基板上に「プリ
ント」(送達または適用)される。好ましい実施態様において、このポリマーは
規則的なパターンまたはアレイで適用される。
B. Methods of Applying Nucleic Acid Molecules to Solid Substrates Oligonucleotides, nucleic acid molecules, or other biopolymers are “printed” (delivered or applied) on a solid substrate. In a preferred embodiment, the polymers are applied in a regular pattern or array.

【0039】 種々のプリント方法が、アレイパターンで、核酸、例えば、オリゴヌクレオチ
ドまたはDNAフラグメントを固体基板に適用するために利用可能である。一般
的なガイドラインとして、この送達機構は、非常に少量の液体(例えば、ナノリ
ッター)を、互いに非常に近接している(例えば、1mm以下の間隔)小さい領
域(例えば300μm直径のドット)に位置決めすることが可能でなければなら
ない。好ましくはプリント技術は自動化できる。1つのこのような技術は複数の
ヘッドを使用するインクジェットプリントである。非常に微細なピペッターもま
た使用され得る。プリントする好ましい手段は、本明細書に記載したとおりのス
プリングプローブ(spring probes)を使用している。
A variety of printing methods are available for applying nucleic acids, eg, oligonucleotides or DNA fragments, in an array pattern to a solid substrate. As a general guideline, this delivery mechanism positions very small volumes of liquid (eg, nanoliters) in small areas (eg, 300 μm diameter dots) that are very close to each other (eg, less than 1 mm apart). It must be possible to Preferably, the printing technique can be automated. One such technique is inkjet printing using multiple heads. Very fine pipettors can also be used. The preferred means of printing uses spring probes as described herein.

【0040】 試料のピックアップ、移動、および微小液滴沈着は、親水性の表面を有する液
体移動デバイスを使用する場合に、特にこのデバイスが改変されたスプリングプ
ローブである場合に、非常に増強される。スプリングプローブは、このプローブ
の表面を改変するように作用する化学薬剤の使用を通して、または親水性物質で
このプローブをコーティングすることを通して親水性にされる。好ましい方法に
おいて、上記スプリングプローブのチップは、1,4−ジチオスレイトール、0
.1Mホウ酸ナトリウムの25〜200mM溶液中に、15分間〜2時間浸漬さ
れる。ジチオスレイトールは、チオール−金配位を通して金表面と反応し、この
ことは上記表面を本質的に水酸化し、上記表面を親水性にする。
Sample pickup, transfer, and microdroplet deposition are greatly enhanced when using a liquid transfer device with a hydrophilic surface, especially when the device is a modified spring probe. . Spring probes are made hydrophilic through the use of chemical agents that act to modify the surface of the probe, or through coating the probe with a hydrophilic substance. In a preferred method, the tip of the spring probe is 1,4-dithiothreitol,
. Immerse in a 25-200 mM solution of 1 M sodium borate for 15 minutes to 2 hours. Dithiothreitol reacts with the gold surface through a thiol-gold coordination, which essentially hydroxylates the surface and renders the surface hydrophilic.

【0041】 上記親水性表面は、上記スプリングプローブを溶液中に浸漬した場合、試料の
均一なコーティングを促進する。溝つきプローブは、その親水性の性質により、
上記プローブ表面に引き上げられた液体が一様におよび一貫してロードされるよ
うになる。グリセロールのような粘性増強化学物質を有する溶液は、親水性表面
を使用する操作能力の改善を特に提供する。これらの溶液を用いると、液体の供
給源から引き出された場合に、このグリセロールは上記プローブに一様に接着す
る。試料がその供給源から固体支持体へと移されたとき、上記プローブの親水性
表面は、移された上記試料を保持すること、および輸送の間にこの試料を無作為
に滴下または流すことを防止することにより、液体操作で利益を受け続ける。ス
プリングプローブを有する試料が固体支持体と接触する場合、特に粘度増強溶液
を含有する試料の場合、この試料はこのスプリングプローブのチップからこの固
体支持体の表面に沈着される。スポットされる領域のサイズは一般的に、10〜
200μmの範囲であり、代表的な中心間距離は25〜500μmである。
The hydrophilic surface promotes uniform coating of the sample when the spring probe is immersed in a solution. Grooved probes, due to their hydrophilic nature,
The raised liquid is uniformly and consistently loaded on the probe surface. Solutions with viscosity enhancing chemicals such as glycerol provide in particular improved handling capabilities using hydrophilic surfaces. With these solutions, the glycerol adheres uniformly to the probe when drawn from a liquid source. When a sample is transferred from its source to the solid support, the hydrophilic surface of the probe will hold the transferred sample and randomly drop or flow the sample during transport. Prevention continues to benefit from liquid operations. When a sample with a spring probe comes into contact with a solid support, especially for a sample containing a viscosity enhancing solution, the sample is deposited on the surface of the solid support from the tip of the spring probe. The size of the spotted area is generally between 10 and
It is in the range of 200 μm, with a typical center-to-center distance of 25-500 μm.

【0042】 簡単には、代表的な手順において、上記核酸の溶液は、57%グリセロール中
に一様に混合され、次に上記固体支持体にプリントされる。本発明の文脈では、
上記生体高分子は、核酸分子またはタンパク質分子のいずれかであり得る。核酸
を使用する場合、これらは、一本鎖もしくは二本鎖のDNA、一本鎖もしくは二
本鎖のRNA、オリゴヌクレオチド、ハイブリッドDNA−RNA分子、または
二重鎖、タンパク質骨格を有するPNA核酸などを含み得る。
Briefly, in a typical procedure, a solution of the nucleic acid is mixed evenly in 57% glycerol and then printed on the solid support. In the context of the present invention,
The biopolymer can be either a nucleic acid molecule or a protein molecule. When nucleic acids are used, these may be single- or double-stranded DNA, single- or double-stranded RNA, oligonucleotides, hybrid DNA-RNA molecules, or double-stranded, PNA nucleic acids having a protein backbone, etc. May be included.

【0043】 (II.反応成分および条件) 上記のとおり、本発明は、固体基板上で核酸をハイブリダイズする方法を提供
する。上記のとおり、この核酸はこの基板の表面に共有結合的に付着し得るか、
または付着せずにこの基板上に沈着し得る。代表的には、このオリゴヌクレオチ
ドが最初にプリントされ、他の試薬が続いて添加される。
(II. Reaction Components and Conditions) As described above, the present invention provides a method for hybridizing a nucleic acid on a solid substrate. As described above, can the nucleic acid be covalently attached to the surface of the substrate,
Or it can be deposited on this substrate without adhesion. Typically, the oligonucleotide is printed first and other reagents are subsequently added.

【0044】 (A.試薬、緩衝液、補因子など) ハイブリダイゼーションを受けるアレイの各領域は、鋳型核酸に加えて、適切
な標識化核酸、緩衝液、補因子などを有する。ハイブリダイゼーション条件は周
知であり(Ausubelら、Current Protocols in M
olecular Biology, Greene Publishing, 1995; Sambrookら、 Molecular Cloning: A Laboratory Approach, Cold Spring
Harbor Press, 1987を参照のこと)、そして核酸の短い小片
を使用するハイブリダイゼーションについて十分に記載されている。
(A. Reagents, Buffers, Cofactors, etc.) Each region of the array that undergoes hybridization has an appropriate labeled nucleic acid, buffer, cofactor, etc. in addition to the template nucleic acid. Hybridization conditions are well known (Ausubel et al., Current Protocols in M.
Molecular Biology, Green Publishing, 1995; Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Approach, Cold Spring.
(See Harbor Press, 1987), and hybridization using short pieces of nucleic acid is well described.

【0045】 好ましい実施態様において、ハイボトロープが付加され、鋳型へのオリゴヌク
レオチドプライマーのアニーリングを改善し得る(米国出願第60/026,6
21号(1996年9月24日に出願された);同第08/719,132号(
1996年9月24日に出願された);同第08/933,924号(1997
年9月23日に出願された);同第09/002,051号(1997年12月
31日に出願された);およびPCT国際特許出願第WO98/13527号(
これらは全て、それらの全体が、本明細書中で参照として援用される))。ハイ
ボトロープとは、標準塩溶液(すなわち、0.165M NaCl)に対して言
及される場合、核酸二重鎖のエンタルピーを20%以上増加させ得る任意の化学
物質をいう。化学物質は、溶液として、50%がG+Cである、18bpオリゴ
ヌクレオチド二重鎖が、15℃以下のヘリックス−コイル転移(HCT)を有す
る場合、ハイボトロピック特性を示す。HCTは、80%および20%の二重鎖
が、一本鎖である温度差である。次いで、アニーリングのための温度が、識別温
度(この温度で、ハイブリダイゼーション反応がミスマッチ二重鎖と完全にマッ
チした二重鎖との間の区別が検出可能となるように実施される)であるように選
択される。温度の範囲は、識別温度の判定基準を満たす。
In a preferred embodiment, a hybotrope may be added to improve the annealing of the oligonucleotide primer to the template (US Application No. 60 / 026,6).
No. 21 (filed on Sep. 24, 1996); and 08 / 719,132 (filed on Sep. 24, 1996).
No. 08 / 933,924 (filed on Sep. 24, 1996);
No. 09 / 002,051 (filed on Dec. 31, 1997); and PCT International Patent Application No. WO 98/13527 (filed on Sep. 23, 1997).
All of which are incorporated herein by reference in their entirety)). Hypotrope, when referred to a standard salt solution (ie, 0.165 M NaCl), refers to any chemical that can increase the enthalpy of a nucleic acid duplex by 20% or more. The chemical exhibits hybotropic properties when the 18 bp oligonucleotide duplex, as a solution, 50% G + C, has a helix-coil transition (HCT) of 15 ° C. or less. HCT is the temperature difference where 80% and 20% of the duplexes are single-stranded. The temperature for annealing is then the discrimination temperature, at which temperature the hybridization reaction is performed so that the discrimination between mismatched and perfectly matched duplexes can be detected. To be selected. The temperature range satisfies the determination criteria for the discrimination temperature.

【0046】 (III.反応産物の検出) 反応産物は、種々の方法で検出され得る。好ましくは、反応成分の1つは、標
識される。増幅反応においては、オリゴヌクレオチドプライマーまたはヌクレオ
チドが、都合よく標識される。好ましくは、プライマーが標識を含有する。単一
ヌクレオチド伸長アッセイにおいては、付加されたヌクレオチドが、一般的に標
識され、オリゴヌクレオチド連結アッセイにおいては、1つ以上のオリゴヌクレ
オチドが標識され、他の合成反応においては、プライマーまたはヌクレオチドの
いずれかが、代表的に標識される。
(III. Detection of Reaction Product) The reaction product can be detected by various methods. Preferably, one of the reaction components is labeled. In amplification reactions, oligonucleotide primers or nucleotides are conveniently labeled. Preferably, the primer contains a label. In single nucleotide extension assays, the added nucleotides are generally labeled; in oligonucleotide ligation assays, one or more oligonucleotides are labeled; in other synthetic reactions, either primers or nucleotides are used. Is typically labeled.

【0047】 一般的に使用される標識としては、ビオチン、蛍光分子、放射性分子、色素生
産性物質、化学発光剤などが挙げられるが、これらに限定されない。核酸のビオ
チン化のための方法は、蛍光分子および放射性分子のオリゴヌクレオチドおよび
ヌクレオチドへの導入方法と同様に、当該分野において周知である。
[0047] Commonly used labels include, but are not limited to, biotin, fluorescent molecules, radioactive molecules, chromogenic substances, chemiluminescent agents, and the like. Methods for biotinylation of nucleic acids are well known in the art, as are methods for introducing fluorescent and radioactive molecules into oligonucleotides and nucleotides.

【0048】 ビオチンが使用される場合、ビオチンは、酵素(例えば、西洋ワサビペルオキ
シダーゼ)または放射性標識(例えば、32P、35S、33P)のような検出可能な
マーカーと結合体化された、アビジン、ストレプトアビジンなどによって検出さ
れる。酵素結合体は、例えば、Vector Laboratories(Bu
rlingame、CA)から市販されている。ストレプトアビジンは、高親和
性でビオチンと結合し、結合しないストレプトアビジンは、洗浄除去され、そし
て次に西洋ワサビペルオキシダーゼ酵素の存在が、ペルオキシドおよび適切な緩
衝液の存在下において沈殿する基質を用いて検出される。その産物は、可視光線
供給源およびCCDカメラを備えた顕微鏡を使用して検出され得る(Princ
eton Instruments、Princeton、NJ)。そのような
機器を用いて、一度に約10,000μM×10,000μMの画像がスキャン
され得る。
When biotin is used, the biotin is conjugated to a detectable marker such as an enzyme (eg, horseradish peroxidase) or a radiolabel (eg, 32 P, 35 S, 33 P). It is detected by avidin, streptavidin and the like. Enzyme conjugates are available, for example, from Vector Laboratories (Bu
(Lingame, CA). Streptavidin binds biotin with high affinity, unbound streptavidin is washed away, and then the presence of horseradish peroxidase enzyme is precipitated using a substrate that precipitates in the presence of peroxide and a suitable buffer. Is detected. The product can be detected using a microscope equipped with a visible light source and a CCD camera (Princ
(Eton Instruments, Princeton, NJ). With such an instrument, about 10,000 μM × 10,000 μM images can be scanned at a time.

【0049】 検出方法は、蛍光標識または放射性標識のような上記標識について周知である
。蛍光標識は、その吸収および蛍光発光波長および強度によってほとんど直接的
に同定および定量され得る。蛍光光源を使用する顕微鏡/カメラ装備が、蛍光標
識の検出に都合のよい手段である。放射性標識は、標準的なオートラジオグラフ
ィー、ホスホル(phophor)イメージング分析またはCCD検出器によっ
て可視化され得る。他の検出系が、利用可能であり、そして当該分野において公
知である。ビオチン、放射性、蛍光のような標識について、一度に検出され得る
異なる反応の数は、限られている。例えば、4つの蛍光分子(例えば、DNA配
列決定分析において一般に使用される)の使用は、分析を、一度に4つの試料に
限定する。本質的に、この限定のために、これらの検出器方法を使用する場合、
各反応は、個別に評価されなければならない。
[0049] Detection methods are well known for such labels, such as fluorescent or radioactive labels. Fluorescent labels can be identified and quantified almost directly by their absorption and fluorescence emission wavelength and intensity. Microscope / camera equipment using a fluorescent light source is a convenient means for detecting fluorescent labels. The radiolabel can be visualized by standard autoradiography, phosphor imaging analysis or a CCD detector. Other detection systems are available and known in the art. For labels such as biotin, radioactive, fluorescent, the number of different reactions that can be detected at one time is limited. For example, the use of four fluorescent molecules (eg, commonly used in DNA sequencing analysis) limits the analysis to four samples at a time. Essentially, due to this limitation, when using these detector methods,
Each response must be evaluated individually.

【0050】 より有利な検出方法は、試料反応物を少なくとも1つのアレイにプールして、
産物の同時分析を可能にする。各反応において異なる分子量または他の物理的性
質を有するタグを使用することにより、反応産物のセット全体がともに収集され
、そして分析され得る。(例えば、米国特許出願第08/786,835号、同
第08/786,834号、同第08/787,521号(それぞれ1997年
1月22日出願)、同第08/898,180号、同第08/898,564号
、同第08/898,501号(それぞれ1997年7月22日出願)、ならび
に、PCT国際公開第97/27331号、同第97/27325号、および同
第97/27327号を参照のこと。)簡潔には、「タグ」分子は、標識として
使用される。本明細書において使用する場合、「タグ」とは、「目的の分子」を
独自に同定するために使用される化学部分をいい、そしてより具体的には、タグ
可変成分、ならびに任意のタグ反応物、タグ成分およびタグ部分において、どん
なものであっても、それに最も近接して結合し得るものをいう。
A more advantageous detection method is to pool the sample reactants into at least one array,
Enables simultaneous analysis of products. By using tags with different molecular weights or other physical properties in each reaction, the entire set of reaction products can be collected and analyzed together. (For example, U.S. Patent Application Nos. 08 / 786,835, 08 / 786,834, 08 / 787,521 (filed on January 22, 1997, respectively) and 08 / 898,180. Nos. 08 / 898,564 and 08 / 898,501 (filed on July 22, 1997, respectively), and PCT International Publication Nos. 97/27331, 97/27325, and 97/27325. See, eg, 97/27327.) Briefly, “tag” molecules are used as labels. As used herein, "tag" refers to a chemical moiety used to uniquely identify a "molecule of interest" and, more specifically, a tag variable component, as well as any tag reaction. Any substance, tag component, and tag portion that can be bound in the closest proximity to it.

【0051】 本発明において有用なタグは、いくつかの性質を有する: (1)他の全てのタグから区別され得る。他の化学部分からのこの区別は、タグ
のクロマトグラフィー挙動(特に切断反応後)、その分光学的または電位差測定
での特性、あるいはそのいくつかの組み合わせに基づき得る。タグが有用に区別
される分光学的方法としては、質量分析法(MS)、赤外(IR)、紫外(UV
)、および蛍光が挙げられ、MS、IRおよびUVが好ましく、そしてMSは最
も好ましい分光学的方法である。電位差測定の電流測定方法は、好ましい電位差
測定方法である。 (2)タグは、10-22〜10-6モル存在する場合、検出され得る。 (3)タグは、化学的なハンドル(このハンドルを介して、タグは、タグが独自
に同定することが意図されるMOIに結合され得る)を有する。結合は、MOI
に対して直接的にか、または「リンカー」基を介して間接的になされ得る。 (4)タグは、それが供される全ての操作(MOIへの結合およびMOIからの
切断、ならびにタグが結合している間の、MOIの任意の操作を含む)に対して
、化学的に安定である。 (5)タグは、そのタグが結合している間、MOI上で行われる操作を有意には
妨げない。例えば、タグがオリゴヌクレオチドに結合している場合、そのタグは
、オリゴヌクレオチド上で行われる任意のハイブリダイゼーションまたは酵素反
応(例えば、増幅反応)を有意に妨げてはならない。
Tags useful in the present invention have several properties: (1) can be distinguished from all other tags. This distinction from other chemical moieties may be based on the chromatographic behavior of the tag (particularly after the cleavage reaction), its spectroscopic or potentiometric properties, or some combination thereof. Spectroscopic methods by which tags are usefully distinguished include mass spectrometry (MS), infrared (IR), ultraviolet (UV)
), And fluorescence; MS, IR and UV are preferred, and MS is the most preferred spectroscopic method. The current measurement method of the potential difference measurement is a preferable potential difference measurement method. (2) Tags can be detected when present at 10 -22 to 10 -6 mol. (3) The tag has a chemical handle through which the tag can be bound to the MOI that the tag is intended to uniquely identify. Combination is MOI
Directly or indirectly via a “linker” group. (4) The tag is chemically attached to all operations to which it is subjected, including binding to and cleavage from the MOI, and any manipulation of the MOI while the tag is attached. It is stable. (5) The tag does not significantly interfere with operations performed on the MOI while the tag is attached. For example, if the tag is attached to an oligonucleotide, the tag must not significantly interfere with any hybridization or enzymatic reactions (eg, amplification reactions) performed on the oligonucleotide.

【0052】 特定の分光学的または電位差測定方法によって検出されることが意図されるタ
グ部分は、その方法による検出感度および特異性を増強する特性を有するべきで
ある。代表的には、そのタグ部分は、それらの特性がタグ部分の主要な部分を代
表的に構成するタグ可変成分中に設計されていることによって、それらの特性を
有する。以下の議論において、用語「タグ」の使用とは、代表的にタグ部分をい
う(すなわち、タグ可変成分を含む切断産物)が、タグ可変成分自体をいうこと
もまた考慮され得る。なぜなら、それは代表的に独自の検出可能な特性を提供す
る原因であるタグ部分の一部分であるからである。式T−L−Xの化合物におい
て、「T」部分は、そのタグ可変成分を含有する。そのタグ可変成分が、例えば
、質量分析によって特徴づけられるように設計されている場合、T−L−Xの「
T」部分は、Tmsと称され得る。同様に、Tを含むT−L−X由来の切断産物は
、Tms含有部分と称され得る。以下の分光学的および電位差測定方法は、Tms
有部分を特徴づけるために使用され得る。
A tag moiety intended to be detected by a particular spectroscopic or potentiometric method should have properties that enhance the sensitivity and specificity of the detection by that method. Typically, the tag portion has those properties by virtue of their properties being designed into a tag variable component that typically constitutes a major portion of the tag section. In the discussion that follows, use of the term “tag” may typically be considered to refer to the tag moiety (ie, the cleavage product containing the tag variable component), but to the tag variable component itself. Because it is typically part of the tag portion responsible for providing unique detectable properties. In compounds of Formula TLX, the "T" moiety contains the tag variable. If the tag variable is designed to be characterized, for example, by mass spectrometry, the T-LX “
T "portion may be referred to as T ms. Similarly, cleavage products from T- LX containing T can be referred to as Tms- containing moieties. The following spectroscopic and potentiometric methods may be used to characterize T ms -containing moiety.

【0053】 従って、本発明の1つの局面の中で、核酸分子またはフラグメントの同一性を
決定するための方法(または選択された核酸分子またはフラグメントの存在を検
出するための方法)が提供される。この方法は、以下の工程を包含する、(a)
1つ以上の選択された標的核酸分子からタグ化された核酸分子をハイブリダイズ
する工程であって、ここでタグは、特定の核酸分子と相関して、そして非蛍光分
光測定または電位差測定によって検出可能である、工程、(b)ハイブリダイズ
されなかった、タグ化された核酸を洗浄する工程、(c)そのタグを、そのタグ
化分子から切断する工程、および(d)そのタグを、非蛍光分光測定または電位
差測定によって検出し、そしてそれにより核酸分子の同一性を決定する工程。そ
のような技術の例としては、例えば、質量分析法、赤外分光測定法、定電位電流
測定法またはUV分光測定法が挙げられる。
Thus, within one aspect of the invention, there is provided a method for determining the identity of a nucleic acid molecule or fragment (or a method for detecting the presence of a selected nucleic acid molecule or fragment). . The method comprises the following steps: (a)
Hybridizing a tagged nucleic acid molecule from one or more selected target nucleic acid molecules, wherein the tag is correlated with a particular nucleic acid molecule and detected by non-fluorescence spectroscopy or potentiometry (B) washing the unhybridized, tagged nucleic acid; (c) cleaving the tag from the tagged molecule; and (d) removing the tag from the non-hybridized tag. Detecting by fluorescence spectroscopy or potentiometry and thereby determining the identity of the nucleic acid molecule. Examples of such techniques include, for example, mass spectrometry, infrared spectroscopy, potentiostatic amperometry or UV spectroscopy.

【0054】 (IV.使用) 上記のように、本明細書に記載されるこの方法は、種々の目的のために適用可
能である。例えば、オリゴヌクレオチドのアレイは、アレイを作製する質、核酸
分子の定量または定性分析、変異の検出、発現プロフィールの決定、毒物学試験
などについての制御のために使用し得る。
IV. Use As described above, the method described herein is applicable for various purposes. For example, arrays of oligonucleotides can be used for control over the quality of making the array, quantitative or qualitative analysis of nucleic acid molecules, detection of mutations, determination of expression profiles, toxicology tests, and the like.

【0055】 (A.ハイブリダイゼーションまたはアレイの作製における内部コントロール
) この実施態様において、アレイの各領域は、任意の他の配列に加えて同じ核酸
配列を含む。従って、1つの共通配列が、各エレメントに位置される。共通配列
が、アレイを作製するための質コントロールまたは質の確かさをモニターするた
めのコントロールとして使用され得る。「コントロール」配列は、検出可能標識
を含むかまたは有する、相補的オリゴヌクレオチドのための捕獲部位として役立
ち得る。このように、各領域における核酸の量の再現性が決定され得る。必要で
あれば、結果は、コントロール配列に対して正規化され得る。コントロール配列
は、本明細書中に記載される任意の使用へ組み込まれ得る。
A. Internal Control in Hybridization or Array Generation In this embodiment, each region of the array contains the same nucleic acid sequence in addition to any other sequence. Thus, one common sequence is located for each element. The consensus sequence can be used as a quality control to generate the array or a control to monitor quality assurance. A “control” sequence can serve as a capture site for a complementary oligonucleotide, which contains or has a detectable label. In this way, the reproducibility of the amount of nucleic acid in each region can be determined. If necessary, the results can be normalized to a control sequence. A control sequence can be incorporated into any of the uses described herein.

【0056】 (B.プローブ定量または型決め) この実施態様において、エレメントあたり2〜100のオリゴヌクレオチドが
、アレイ(ここで、エレメントにおける各オリゴヌクレオチドは、異なるかまた
は関連する配列である)に固定化される。好ましくは、各エレメントは、既知ま
たは関連するセットの配列を有する。このようなアレイへの標識化プローブのハ
イブリダイゼーションは、プローブの特徴付けおよびプローブ集団に含まれる配
列の同定および定量を可能にする。
B. Probe Quantitation or Typing In this embodiment, 2-100 oligonucleotides per element are immobilized on an array, where each oligonucleotide in the element is a different or related sequence. Be transformed into Preferably, each element has a known or related set of sequences. Hybridization of a labeled probe to such an array allows for characterization of the probe and identification and quantification of sequences contained in the probe population.

【0057】 以下で議論される特定の適用に使用され得る、一般化されたアッセイ形式は、
サンドイッチアッセイ形式である。この形式は、既知の配列の複数のオリゴヌク
レオチド(例えば、2〜100)が、アレイの同じエレメントに固定化される。
従って、各エレメントは、既知または関連したセットの配列を有する。固定化さ
れたオリゴヌクレオチドが使用され、核酸(例えば、RNA、rRNA、PCR
産物、フラグメント化DNA)を捕獲し、次いで、シグナルプローブが、捕獲さ
れた標的核酸の異なる部分へハイブリダイズされる。
A generalized assay format that can be used for the particular application discussed below is
This is a sandwich assay format. In this format, multiple oligonucleotides of a known sequence (eg, 2-100) are immobilized on the same element of the array.
Thus, each element has a known or related set of sequences. Immobilized oligonucleotides are used and nucleic acids (eg, RNA, rRNA, PCR
Product, fragmented DNA) and the signal probes are then hybridized to different portions of the captured target nucleic acid.

【0058】 別の一般化アッセイ形式は、二次検出システムである。この形式において、ア
レイが使用され、一次結合アッセイに使用された標識化核酸を同定し、そして定
量する。例えば、アッセイが、標識化核酸を生じる場合、その核酸のアイデンテ
ィティー同定は、アレイへのハイブリダイゼーションによって決定され得る。こ
れらのアッセイ形式は、切断可能な質量分析タグと組合わせた場合、特に有用で
ある。
Another generalized assay format is a secondary detection system. In this format, an array is used to identify and quantitate the labeled nucleic acids used in the primary binding assay. For example, if the assay produces a labeled nucleic acid, the identity of the nucleic acid can be determined by hybridization to the array. These assay formats are particularly useful when combined with cleavable mass spectrometry tags.

【0059】 (B.変異検出) 疾患の検出は、予防および処置において、ますます重要である。多因子性疾患
のための遺伝子試験を開発するのは困難であるが、200を超える既知のヒトの
障害が単一遺伝子における欠損、しばしば、疾患を生じる単一のアミノ酸残基の
変化によって生じる(Olsen、Biotechnology:An Ind
ustry comes of age、National Academic
Press、1986)。
B. Mutation Detection Disease detection is increasingly important in prevention and treatment. Although it is difficult to develop a genetic test for a multifactorial disease, more than 200 known human disorders are caused by a defect in a single gene, often a single amino acid residue change that results in the disease ( Olsen, Biotechnology: An Ind
usry comes of age, National Academic
Press, 1986).

【0060】 分析は、受精卵の移植(HoldingおよびMonk、Lancet 3:
532,1989)前または、健康診断に関連して気道または膀胱から剥離され
た細胞(Sidranskyら、Science 252:706、1991)
において実施され得る。また、未知の遺伝子が遺伝子疾患を生じる場合、DNA
配列改変体をモニターするための方法は、遺伝子連関分析を通して、疾患の遺伝
を研究するために有用である。
The analysis was based on fertilized egg transplantation (Holding and Monk, Lancet 3:
532, 1989) Cells detached from the respiratory tract or bladder before or in connection with a physical examination (Sidransky et al., Science 252: 706, 1991).
May be implemented. When an unknown gene causes a genetic disease, DNA
Methods for monitoring sequence variants are useful for studying the genetics of a disease through genetic linkage analysis.

【0061】 単一ヌクレオチドが関与する変異は、物理的、化学的、または酵素学的手段に
よって試料において同定され得る。一般的に、変異検出の方法は、以前には未知
であった変異の同定に適切であるスキャニング技術と、既知の配列変異体の検出
、識別または定量のために設計される技術とに分類され得る。変異検出のための
いくつかのスキャニング技術は、野生型および変異型配列由来のミスマッチした
相補的DNA鎖のヘテロ2重鎖が、異常な移動挙動を示すという観察に基づいて
、開発されている。
[0061] Mutations involving a single nucleotide can be identified in a sample by physical, chemical, or enzymatic means. In general, mutation detection methods fall into two categories: scanning techniques that are appropriate for identifying previously unknown mutations and techniques designed to detect, identify, or quantify known sequence variants. obtain. Several scanning techniques for mutation detection have been developed based on the observation that heteroduplexes of mismatched complementary DNA strands from wild-type and mutant sequences exhibit abnormal migration behavior.

【0062】 本明細書中に記載される方法は、変異スクリーニングのために使用され得る。
DNA鎖における変異を検出するための1つの戦略は、野生型配列または変異体
配列である標的配列への試験配列のハイブリダイゼーションによってである。ミ
スマッチした配列は、標的配列に対する、短いオリゴヌクレオチドプローブのハ
イブリダイゼーションに対する不安定化効果を有する(Wetmur.Crit
.Rev.Biochem.Mol.Biol.,26:227,1991)。
試験核酸供給源は、ゲノムDNA、RNA、cDNAまたはこれらの核酸のいず
れかの増幅であり得る。好ましくは、試験配列の増幅をまず実施し、続いてアレ
イ上に固定された短いオリゴヌクレオチドプローブとのハイブリダイゼーション
を行う。増幅産物は、固定されたオリゴヌクレオチドプローブのアレイに対する
ハイブリダイゼーションパターンを決定することによって、多くの可能性ある配
列についてスキャンされ得る。
[0062] The methods described herein can be used for mutation screening.
One strategy for detecting mutations in the DNA strand is by hybridization of a test sequence to a target sequence that is a wild-type or mutant sequence. The mismatched sequence has a destabilizing effect on the hybridization of the short oligonucleotide probe to the target sequence (Wetmur. Crit).
. Rev .. Biochem. Mol. Biol. , 26: 227, 1991).
The test nucleic acid source can be genomic DNA, RNA, cDNA or an amplification of any of these nucleic acids. Preferably, amplification of the test sequence is performed first, followed by hybridization with short oligonucleotide probes immobilized on the array. The amplification products can be scanned for many possible sequences by determining the hybridization pattern of the immobilized oligonucleotide probes to the array.

【0063】 本明細書中に記載されるような標識は、一般に、標識化ヌクレオチドを使用す
ることによって、または標識化プライマーを使用することによって最終増幅産物
へ組み込まれる。この増幅産物は、変性されそしてアレイへハイブリダイズされ
る。非結合産物は、洗い落されそしてアレイへ結合した標識は、本明細書中の1
つの方法によって検出される。例えば、切断可能な質量分析タグが使用される場
合。
Labels as described herein are generally incorporated into the final amplification product by using labeled nucleotides or by using labeled primers. The amplification product is denatured and hybridized to the array. Unbound products were washed away and the label bound to the array was identified as 1
Detected by two methods. For example, when a cleavable mass spectrometry tag is used.

【0064】 (D.発現プロフィール/ディファレンシャルディスプレイ) 人類のような哺乳動物は、それらのゲノムに約100,000の異なる遺伝子
を有し、それらの内、小さな割合、おそらく15%が任意の個々の細胞で発現し
ている。正常な細胞増殖および分化のプロセス、ならびにガンのような病気で生
じる病理的変化は、すべて遺伝子発現における変化によって駆動される。ディフ
ァレンシャルディスプレイ技術によって、個々の細胞タイプに特異的な遺伝子の
同定が可能になる。
D. Expression Profiles / Differential Display Mammals, such as humans, have about 100,000 different genes in their genomes, of which a small percentage, perhaps 15%, is any individual It is expressed in cells. The process of normal cell growth and differentiation, and the pathological changes that occur in diseases such as cancer, are all driven by changes in gene expression. Differential display technology allows the identification of genes specific to individual cell types.

【0065】 簡潔には、ディファレンシャルディスプレイにおいてmRNAの3’末端部分
は増幅されそしてサイズに基づいて同定される。逆転写のためにポリ(A)テイ
ルの5’境界に結合するように設計されたプライマーを使い、続いて上流の任意
配列プライマーでcDNAを増幅して、mRNAのサブ集合が得られる。このデ
ィファレンシャルディスプレイ法は、複数のプライマーの組み合わせを用いるこ
とによって哺乳動物細胞で発現された遺伝子(約10,000〜15,000の
mRNA種)をすべて可視化する能力を有する。
Briefly, in differential display, the 3 ′ end portion of the mRNA is amplified and identified based on size. A primer designed to bind to the 5 'boundary of the poly (A) tail for reverse transcription is used, followed by amplification of the cDNA with an upstream arbitrary sequence primer to obtain a subset of mRNA. This differential display method has the ability to visualize all genes (approximately 10,000 to 15,000 mRNA species) expressed in mammalian cells by using a combination of a plurality of primers.

【0066】 アレイの同じエレメントに固定した複数のオリゴヌクレオチドへの増幅したc
DNAのハイブリダイゼーションは、増幅した配列、従って、開始mRNA集団
の同定および定量を可能にし、アレイ上で、2〜100オリゴヌクレオチドが、
エレメント(ここで、このエレメント中の各オリゴヌクレオチドは、異なる配列
であるかまたは関連配列である)あたりに固定され得る。ハイブリダイズする配
列の同定は、プローブが産生される標的核酸の配列の発現プロファイリングを可
能にする。発現プロファイリングが使用され、細胞シグナル、刺激などに応答す
る遺伝子およびメッセンジャーRNA(mRNA)の調節を測定し得る。例えば
、毒物学試験のためのアレイは、個々の領域が種々のサイトカイン(上記を参照
のこと)に対して相補的な配列を含むように構築され得る。毒物学試験のために
、刺激は、一般的に、毒性であることが疑われる、小さな有機化合物または小さ
な有機分子である。またはここで、小さな有機分子の毒物学が決定されるべきで
ある。
Amplified c to multiple oligonucleotides immobilized on the same element of the array
Hybridization of the DNA allows the identification and quantification of the amplified sequence, and thus the starting mRNA population, where on the array 2-100 oligonucleotides
An element can be immobilized per element, wherein each oligonucleotide in the element is a different or related sequence. Identification of the hybridizing sequence allows for expression profiling of the sequence of the target nucleic acid for which the probe is produced. Expression profiling can be used to measure the regulation of genes and messenger RNA (mRNA) in response to cellular signals, stimuli, and the like. For example, arrays for toxicology testing can be constructed such that individual regions contain sequences complementary to various cytokines (see above). For toxicology testing, the stimulus is generally a small organic compound or small organic molecule that is suspected of being toxic. Or here the toxicology of the small organic molecule should be determined.

【0067】 本明細書中に開示されるように、多数の遺伝子(例えば、1〜2000)の発
現を測定するための高処理量方法が開示される。本発明の1つの実施態様内で、
(a)1つ以上のタグ化プライマーを使用して、生物学的試料からcDNAを増
幅するための工程であって、ここでこのタグが特定の核酸分子プローブと相関関
係があり、そして非蛍光分光測定または電位差測定によって検出し得る、工程、
(b)本明細書中で記載されるように、オリゴヌクレオチドのアレイに、増幅し
たフラグメントをハイブリダイズさせる工程、(c)ハイブリダイズしなかった
物質を洗い流す工程、および(d)非蛍光分光測定または電位差測定によってタ
グを検出し、そしてそこから、生物学的試料の遺伝子発現のパターンを決定する
工程を含む、選択された生物学的試料からの遺伝子発現のパターンを分析するた
めの方法が提供される。
As disclosed herein, high-throughput methods for measuring expression of a large number of genes (eg, 1-2000) are disclosed. Within one embodiment of the invention,
(A) using one or more tagged primers to amplify cDNA from a biological sample, wherein the tag correlates with a particular nucleic acid molecule probe and is non-fluorescent A process, which can be detected by spectrometry or potentiometry,
(B) hybridizing the amplified fragments to an array of oligonucleotides as described herein; (c) washing away unhybridized material; and (d) non-fluorescence spectroscopy. Alternatively, a method is provided for analyzing a pattern of gene expression from a selected biological sample, comprising detecting the tag by potentiometry and determining the pattern of gene expression in the biological sample therefrom. Is done.

【0068】 固体基板上で、特に切断可能な質量分析タグを使用するタグベースのディファ
レンシャルディスプレイは、異なって発現する遺伝子の特徴付けを可能にする。
これは、目的の2つ以上の細胞タイプまたは試料において発現されるほとんどの
mRNAが、サブセットのmRNAからの部分的なcDNA配列の増幅後と直接
比較され得るという原理に基づく。簡潔には、3種類の1塩基が固着したオリゴ
dTプライマーは、目的の細胞または試料からmRNAを逆転写および増幅させ
るために、一連の任意の13塩基オリゴヌクレオチドと組合わせて使用される。
15,000遺伝子の発現をモニターリングするために、好ましくは少なくとも
9つの異なる任意のプライマーが使用される。目的の2つの細胞集団または2つ
の試料の完全なディファレンシャルディスプレイ分析のために、少なくとも40
0の増幅反応が実施される。2つの細胞型のタグベースのディファレンシャルデ
ィスプレイ分析と共に、少なくとも1500の増幅反応が、容易におよび迅速に
実施される。
Tag-based differential display on solid substrates, especially using cleavable mass spectrometry tags, allows the characterization of differentially expressed genes.
This is based on the principle that most mRNA expressed in more than one cell type or sample of interest can be compared directly after amplification of a partial cDNA sequence from a subset of mRNAs. Briefly, oligo dT primers with three single bases anchored are used in combination with a series of optional 13 base oligonucleotides to reverse transcribe and amplify mRNA from cells or samples of interest.
Preferably, at least nine different optional primers are used to monitor the expression of the 15,000 gene. For a complete differential display analysis of two cell populations or two samples of interest, at least 40
A zero amplification reaction is performed. At least 1500 amplification reactions are easily and rapidly performed, with tag-based differential display analysis of two cell types.

【0069】 (E.単一ヌクレオチド伸長アッセイ) プライマー伸長法は核酸鋳型における単一ヌクレオチドの検出に使用され得る
(Sokolov、Nucleic Acids Res.,18:3671、
1989)。元の形式において、嚢胞性線維症遺伝子の既知配列に相補的な30
塩基のオリゴヌクレオチドおよび20塩基のオリゴヌクレオチドが、単一の標識
されたヌクレオチドの存在下で伸長され、その遺伝子内の単一ヌクレオチド変化
を正しく同定した。この技術は一般的に任意の1塩基変異の検出に適用できる( Kuppuswamyら Proc.Natl.Acad.Sci.USA,8
8:1143−1147、1991)。
E. Single Nucleotide Extension Assay The primer extension method can be used to detect single nucleotides in a nucleic acid template (Sokolov, Nucleic Acids Res., 18: 3661,
1989). In the original format, 30 complementary to the known sequence of the cystic fibrosis gene
Base and 20 base oligonucleotides were extended in the presence of a single labeled nucleotide to correctly identify single nucleotide changes within the gene. This technique is generally applicable to the detection of any single base mutation (Kuppuswamy et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 8
8: 1143-1147, 1991).

【0070】 簡潔には、この方法は、最初に既知の単一ヌクレオチド多型に隣接する配列に
、プライマーをハイブリダイズさせる。次いで、プライムされたDNAは、鋳型
中の次の塩基が反応混合物における標識化ヌクレオチドと相補的である場合に、
DNAポリメラーゼが、標識化dNTP、代表的にはddNTPを付加する条件
へ供される。改変において、cDNAは最初に、2つの対立遺伝子の間に単一の
塩基差異を含む、目的の配列について増幅される。次いで、各増幅された産物は
、多型に対して1塩基だけ5’側であるプライマーをアニーリングし、そして1
つの標識化塩基(一般にはジデオキシヌクレオチド)だけ伸長することによって
、各対立遺伝子の存在、非存在、または相対量について分析される。正確な塩基
が反応に利用可能な場合のみ、プライマーの3’末端へ塩基が組み込まれる。次
いで、伸長産物は、伸長されない産物がハイブリダイズしないように、オリゴヌ
クレオチドのアレイに対するハイブリダイゼーションによって分析される。
[0070] Briefly, the method first hybridizes a primer to a sequence adjacent to a known single nucleotide polymorphism. The primed DNA will then be used when the next base in the template is complementary to the labeled nucleotide in the reaction mixture.
DNA polymerase is subjected to conditions that add labeled dNTPs, typically ddNTPs. In a modification, the cDNA is first amplified for a sequence of interest that contains a single base difference between the two alleles. Each amplified product is then annealed with a primer that is 5 ′ one base to the polymorphism, and
By extending by one labeled base (generally a dideoxynucleotide), each allele is analyzed for the presence, absence, or relative amount. The base is incorporated at the 3 'end of the primer only if the correct base is available for the reaction. The extension products are then analyzed by hybridization to an array of oligonucleotides such that the unextended products do not hybridize.

【0071】 簡潔には、本発明において、各ジデオキシヌクレオチドは、固有のタグで標識
される。4つの反応混合物のうち、ただ1つが、プライマー配列に対してジデオ
キシターミネーターを付加する。変異が存在する場合、これは、アレイへのハイ
ブリダイゼーション後のジデオキシヌクレオチド上の固有のタグによって検出さ
れる。複数の変異が、同様に、固有のタグでDNAプライマーをタグ化すること
によって同時に決定され得る。従って、DNAフラグメントが、異なるタグ化ジ
デオキシターミネーターを含む、4つの別々の反応物の各々において反応し、こ
こで、このタグは、特定のジデオキシヌクレオチドと相関し、そして非蛍光分光
測定または電位差測定によって検出可能である。DNAフラグメントは、アレイ
に対してハイブリダイズされ、そしてハイブリダイズしない物質は、洗い流され
る。このタグは、ハイブリダイズしたフラグメントから切断され、そして、それ
ぞれの検出技術(例えば、質量分析、赤外分光測定、定電位電流測定またはUV
/可視分光光度測定)によって検出される。検出されたタグは、研究中の特定の
DNAフラグメントおよび変異ヌクレオチドのアイデンティティーと相関させら
れ得る。
[0071] Briefly, in the present invention, each dideoxynucleotide is labeled with a unique tag. Only one of the four reaction mixtures adds a dideoxy terminator to the primer sequence. If a mutation is present, it is detected by a unique tag on the dideoxynucleotide after hybridization to the array. Multiple mutations can likewise be determined simultaneously by tagging the DNA primer with a unique tag. Thus, the DNA fragment reacts in each of four separate reactants, including a different tagged dideoxy terminator, where the tag correlates with a particular dideoxynucleotide and is determined by non-fluorescence spectroscopy or potentiometry. Can be detected. DNA fragments are hybridized to the array, and unhybridized material is washed away. The tag is cleaved from the hybridized fragment and applied to the respective detection technique (eg, mass spectrometry, infrared spectroscopy, potentiometry or UV
/ Visible spectrophotometry). The detected tags can be correlated with the identity of the particular DNA fragment and variant nucleotide under study.

【0072】 本発明のアレイが使用され、単一ヌクレオチド伸長アッセイ(SNEA)の産
物を検出し得る。エレメントあたり2〜100オリゴヌクレオチドが、アレイ(
ここで、このエレメントにおける各オリゴヌクレオチドは、異なるかまたは関連
する配列であり、単一ヌクレオチド伸長アッセイ(SNEA)の所定の産物と相
補的である)に固定され得る。好ましくは、SNEAを検出するために使用され
る各オリゴヌクレオチド配列は、隣接するエレメントに含まれる。例えば、SN
EAの「A」産物が、エレメント1に含まれ、SNEAの「T」産物がエレメン
ト2に含まれ、SNEAの「C」産物がエレメント3に含まれ、SNEAの「G
」産物がエレメント4に含まれる。
An array of the invention can be used to detect the products of a single nucleotide extension assay (SNEA). An array (2-100 oligonucleotides per element)
Here, each oligonucleotide in this element is a different or related sequence and is complementary to a given product of a single nucleotide extension assay (SNEA). Preferably, each oligonucleotide sequence used to detect SNEA is included in an adjacent element. For example, SN
The "A" product of EA is contained in element 1, the "T" product of SNEA is contained in element 2, the "C" product of SNEA is contained in element 3, and "G" of SNEA is contained.
The product is included in element 4.

【0073】 (F.オリゴヌクレオチド連結アッセイ) オリゴヌクレオチド連結アッセイ(OLA)(Landegenら、Scie
nce 241:487、1988)は、大変大きくそして複雑なゲノムにおけ
る既知配列の同定に使用される。OLAの原理は、所定のDNA標的で互いに隣
接してハイブリダイズしたとき、2つの診断オリゴヌクレオチドを共有結合する
リガーゼの能力に基づく。もしプローブの接合点の配列が、完全に塩基対合して
いなければ、そのプローブはリガーゼによって結合されない。「上流」プローブ
の3’末端に位置しているときに、可能性のある1塩基対の差異を識別する熱安
定リガーゼの能力によって、1塩基対の解像度を得る機会が提供される(Bar
ony、Proc.Natl. Acad.Sci.USA.88:189、1
991)。タグが使用されたとき、それらはプローブに付着され、プローブは増
幅された産物に連結される。OLAの終了後、フラグメントは、相補的配列のア
レイにハイブリダイズされ、そのタグは切断され、そして質量分析により検出さ
れる。
F. Oligonucleotide Ligation Assay Oligonucleotide Ligation Assay (OLA) (Landegen et al., Scie
nce 241: 487, 1988) are used to identify known sequences in very large and complex genomes. OLA principles are based on the ability of ligase to covalently link two diagnostic oligonucleotides when hybridized adjacent to each other with a given DNA target. If the sequence at the junction of the probe is not completely base-paired, the probe will not be bound by the ligase. The ability of the thermostable ligase to discriminate potential one base pair differences when located at the 3 'end of the "upstream" probe offers the opportunity to obtain one base pair resolution (Bar
ony, Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 88: 189, 1
991). When tags are used, they are attached to the probe and the probe is ligated to the amplified product. After completion of the OLA, the fragments are hybridized to an array of complementary sequences, the tags are cleaved, and detected by mass spectrometry.

【0074】 本発明の方法の1つの実施態様において、オリゴヌクレオチド連結アッセイの
技術を利用して、例えば、生物学的試料において、核酸分子のアイデンティティ
ーを決定するための方法、あるいは選択する核酸分子を検出するための方法が提
供される。簡潔には、そのような方法は一般に、標的DNAについて増幅を実行
する工程、続いて、5’タグ化したレポーターDNAプローブおよび5’リン酸
化プローブとハイブリダイズする工程を包含する。その試料はT4 DNA リ
ガーゼとともにインキュベートされる。連結されたプローブを有するDNA鎖は
、アレイ(ここでは、連結されない産物は、ハイブリダイズしない)へのハイブ
リダイゼーションによって、アレイ上に捕獲される。このタグは分離されたフラ
グメントから切断され、次いでそれぞれの検出技術(例えば、質量分析法、赤外
分光光度法、定電位電流測定法または紫外/可視分光光度法)で検出される。
In one embodiment of the method of the invention, a method for determining the identity of a nucleic acid molecule, for example, in a biological sample, or the nucleic acid molecule of choice, utilizing the technology of an oligonucleotide ligation assay Are provided. Briefly, such methods generally involve performing amplification on a target DNA, followed by hybridizing with a 5′-tagged reporter DNA probe and a 5 ′ phosphorylated probe. The sample is incubated with T4 DNA ligase. The DNA strands with the ligated probes are captured on the array by hybridization to the array (where unligated products do not hybridize). The tag is cleaved from the separated fragments and then detected by the respective detection technique (eg, mass spectrometry, infrared spectrophotometry, potentiometry or ultraviolet / visible spectrophotometry).

【0075】 本発明において、複数の試料および複数の変異は同時に分析され得る。簡潔に
は、その方法は、目的の変異を含む遺伝子フラグメントを増幅する工程から成る
。その増幅された産物は、次いで共通プローブまたは2つの対立遺伝子特異的な
オリゴヌクレオチドプローブ(一方は変異を含むが、他方は含まない)とハイブ
リダイズし、その結果、対立遺伝子特異的プローブの3’末端は、共通プローブ
の5’末端にすぐ隣接する。このことによってそれぞれの遺伝子座で2つの対立
遺伝子プローブと共通プローブとの間で競合的なハイブリダイゼーション−連結
プロセスが組み立てられている。
In the present invention, multiple samples and multiple mutations can be analyzed simultaneously. Briefly, the method comprises amplifying a gene fragment containing the mutation of interest. The amplified product then hybridizes with a consensus probe or two allele-specific oligonucleotide probes (one containing the mutation but not the other), resulting in a 3 ′ of the allele-specific probe. The end is immediately adjacent to the 5 'end of the common probe. This establishes a competitive hybridization-ligation process between the two allele probes and the common probe at each locus.

【0076】 本発明の方法の1つの実施態様において、同時複数試料検出のためのオリゴヌ
クレオチド連結アッセイ技術を利用して、例えば、生物学的試料において、核酸
分子のアイデンティティーを決定する、または選択する核酸分子を検出する方法
が提供される。簡潔には、そのような方法は一般に、標的DNAを増幅する工程
、続いて共通プローブ(非タグ化)および本発明の明細書に従ってタグ化された
2つの対立遺伝子特異的プローブとハイブリダイズさせる工程を包含する。この
試料はDNAリガーゼと共にインキュベートされ、フラグメントがハイブリダイ
ゼーションによってアレイ上に捕獲される。そのタグは、この分離されたフラグ
メントから切断され、次いでそれぞれの検出技術(例えば、質量分析法、赤外分
光光度法、定電位電流測定法および紫外/可視分光光度法)によって検出される
In one embodiment of the method of the present invention, oligonucleotide ligation assay techniques for simultaneous multiple sample detection are utilized to determine or select the identity of a nucleic acid molecule, for example, in a biological sample. Methods are provided for detecting a nucleic acid molecule that binds. Briefly, such methods generally involve amplifying a target DNA, followed by hybridization with a common probe (untagged) and two allele-specific probes tagged in accordance with the present specification. Is included. This sample is incubated with DNA ligase and the fragments are captured on the array by hybridization. The tag is cleaved from the separated fragments and then detected by the respective detection techniques (eg, mass spectrometry, infrared spectrophotometry, potentiometry, and ultraviolet / visible spectrophotometry).

【0077】 Landegrenら(Landegenら、Science 241:48
7、1988)によって本来記載されるようなオリゴヌクレオチド連結アッセイ
は、非常に大きくそして複雑なゲノムにおける配列(既知の)の同定のために有
用な技術である。OLA反応の原理は、これらが所定のDNA標的において、互
いに隣接してハイブリダイズするとき、2つの診断的オリゴヌクレオチドを共有
結合させるリガーゼの能力に基づく。プローブ接合部の配列が、完全な塩基対で
ない場合、このプローブはリガーゼによって結合されない。可能性のある1塩基
対差異を区別する熱安定リガーゼの能力は、「上流」プローブの3’末端に位置
する場合、単一塩基対分解能のための機会を提供する(Barony,PNAS USA 88:189、1991)。タグの適用において、このタグは、増幅
産物に連結されるプローブに付着する。OLAの完了後、フラグメントが、アレ
イにハイブリダイズされ、タグが切断されそして質量分析によって検出される。
Landegren et al. (Landegen et al., Science 241: 48)
7, 1988) is a useful technique for the identification of sequences (known) in very large and complex genomes. The principle of the OLA reaction is based on the ability of ligase to covalently link two diagnostic oligonucleotides when they hybridize adjacent to each other at a given DNA target. If the sequence at the probe junction is not a perfect base pair, the probe will not be bound by the ligase. The ability of the thermostable ligase to discriminate potential single base pair differences offers an opportunity for single base pair resolution when located at the 3 'end of the "upstream" probe (Barony, PNAS USA 88: 189, 1991). In tag application, the tag attaches to a probe that is linked to the amplification product. After completion of the OLA, the fragments are hybridized to the array, the tags are cleaved and detected by mass spectrometry.

【0078】 別の実施態様において、オリゴヌクレオチド−連結アッセイは、2つの隣接す
るオリゴヌクレオチドを使用する:「レポーター」プローブ(5’末端でタグ化
される)および5’リン酸化/3’タグ化「アンカー」プローブ。異なるタグを
組み込んだ、2つのオリゴヌクレオチドは、標的DNAに対してアニーリングさ
れ、そして完全に相補的である場合、2つのプローブはT4 DNAリガーゼに
よって連結される。1つの実施態様において、3’タグはビオチンであり、そし
て固定されたストレプトアビジン上のビオチン化アンカープローブを捕獲し、そ
して標的配列の存在または非存在についての共有結合レポータープローブ試験を 分析する。
In another embodiment, the oligonucleotide-ligation assay uses two adjacent oligonucleotides: a “reporter” probe (tagged at the 5 ′ end) and a 5 ′ phosphorylated / 3 ′ tagged. "Anchor" probe. Two oligonucleotides incorporating different tags are annealed to the target DNA, and if completely complementary, the two probes are ligated by T4 DNA ligase. In one embodiment, the 3 'tag is biotin, and the biotinylated anchor probe on immobilized streptavidin is captured and a covalent reporter probe test for the presence or absence of the target sequence is analyzed.

【0079】 (G.他のアッセイ) 本明細書に記載された方法はまた、ウイルスまたは微生物の遺伝子型決定また
は同定に対しても利用され得る。例えば、F+RNAコリファージは、腸ウイル
ス汚染の指標として有用な候補であり得る。核酸の増幅およびハイブリダイゼー
ション法による遺伝子型の決定は、信頼でき、早く、単純であり、そして高価で
ない、血清型決定の代替である(Kafatosら Nucleic Acid
s Res.7:1541、1979)。増幅技術および核酸のハイブリダイゼ
ーション技術は大腸菌(Feng、Mol.Cell Probes 7:15
1、1993)、ロタウイルス(Sethabutrら J.Med Viro
l 37:192、1992)、C型肝炎ウイルス(Stuyverら、J.G
en Virol.74:1093、1993)および単純ヘルペスウイルス(
Matsumotoら、J.Virol.Methods 40:119、19
92)を含む様々な微生物を分類するために首尾よく利用されつづけている。
G. Other Assays The methods described herein can also be utilized for genotyping or identifying viruses or microorganisms. For example, F + RNA coliphage may be a useful candidate as an indicator of enteric virus contamination. Genotyping by nucleic acid amplification and hybridization methods is a reliable, fast, simple, and inexpensive alternative to serotyping (Kafatos et al. Nucleic Acids).
s Res. 7: 1541, 1979). Amplification technology and nucleic acid hybridization technology are described in Escherichia coli (Feng, Mol. Cell Probes 7:15).
1, 1993), rotavirus (Sethabutr et al., J. Med Viro).
l 37: 192, 1992), hepatitis C virus (Stuyver et al., J. G.
en Virol. 74: 1093, 1993) and herpes simplex virus (
Matsumoto et al. Virol. Methods 40: 119,19
It has been used successfully to classify various microorganisms, including 92).

【0080】 遺伝子改変は、様々な実験哺乳動物新生物およびヒト新生物において記載され
ており、そして、発ガン現象で観察される形態学的変化の続発の形態的な基礎を
示す(Vogelsteinら、NEJM 319:525、1988)。近年
、分子生物学技術の到来と共に、特定染色体上のアレイの欠如または腫瘍抑制遺
伝子の変異およびいくつかのガン遺伝子(例えば、c−myc、c−junおよ
びrasファミリー)における変異が、最も研究されている事柄である。以前の
研究(Finkelsteinら、 Arch Surg.128:526、1
993)は、K−rasガン遺伝子中の特定の型の点変異と結腸直腸ガン腫にお
ける診断のステージとの間の相関を同定した。この結果は、変異分析が、転移の
パターンおよび広がりを含む、腫瘍の攻撃性に関する重要な情報を提供し得るこ
とを示唆した。結腸の第3期ガン腫におけるTP53およびK−ras−2変異
分析の予後の値が、より最近になって示された(Pricoloら、Am.J.
Surg.171:41、1996)。したがって、腫瘍および前ガン状態細胞
の遺伝子型決定、および特定の変異の検出は、ヒトにおけるガンの処置において
ますます重要になることが明らかである。
Genetic alterations have been described in various experimental mammalian and human neoplasms and show a morphological basis for the sequel of the morphological changes observed in the carcinogenesis event (Vogelstein et al., NEJM 319: 525, 1988). In recent years, with the advent of molecular biology techniques, the lack of arrays on particular chromosomes or mutations in tumor suppressor genes and mutations in several oncogenes (eg, c-myc, c-jun and ras families) have been most studied. It is a thing that is. Previous work (Finkelstein et al., Arch Surg. 128: 526, 1).
993) identified a correlation between a particular type of point mutation in the K-ras oncogene and the stage of diagnosis in colorectal carcinoma. This result suggested that mutation analysis could provide important information about tumor aggressiveness, including the pattern and spread of metastases. The prognostic value of TP53 and K-ras-2 mutation analysis in colonic tertiary carcinoma was shown more recently (Pricolo et al., Am. J. et al.
Surg. 171: 41, 1996). Thus, it is clear that genotyping of tumor and precancerous cells, and detection of specific mutations, will be increasingly important in treating cancer in humans.

【0081】 以下の実施例は、例示のために提供され、限定ではない。The following examples are provided by way of illustration and not limitation.

【0082】 (実施例) (実施例1:市販のスプリングプローブからのアレイ化チップ(arrayi
ng tip)の調製) この実施例は、アレイに試料を沈着することにおける使用のための、スプリン
グプローブチップの製造および改変を記載している。
Examples Example 1: Arrayed chips from commercially available spring probes (arrayy
Preparation of ng tip) This example describes the manufacture and modification of a spring probe tip for use in depositing samples on an array.

【0083】 XP54Pスプリングプローブは、Osby−Barton(Everett Charles(Pomona、CA)の1部門)から購入する。このプロー
ブを、超微細ダイヤモンド砥石上に「チップダウン(tip−down)」に配
置し、そして緩やかな圧力で約0.5cm、その石の上を移動させた。顕微鏡で
観察して、金属の約0.005インチ(0.001〜0.01インチ)をチップ
の末端から取り除く。このチップ末端を皮細片を横切ってチップをこすることに
より磨き、次いで水で洗浄した。チップは乾燥して保存されるかまたは−20℃
で50%グリセロール中で保存される。アレイの調製における使用のために、こ
のチップを、アレイの様式で頭部に取り付ける。この頭部をZ軸で制御し得る動
作を所有するロボットアーム上に取り付ける。
The XP54P spring probe is purchased from Osby-Barton (a division of Everett Charles, Pomona, Calif.). The probe was placed "tip-down" on an ultrafine diamond wheel and moved over the stone approximately 0.5 cm with gentle pressure. Under a microscope, remove about 0.005 inch (0.001-0.01 inch) of metal from the end of the tip. The tip end was polished by rubbing the tip across the skin and then washed with water. Chips are stored dry or at -20 ° C
And stored in 50% glycerol. The chip is mounted on the head in an array fashion for use in preparing the array. This head is mounted on a robot arm that has an operation that can be controlled on the Z axis.

【0084】 (実施例2:ガラススライド上のマイクロスフェアのアレイの調製) ガラススライド上で容易に検出し得るマイクロスフェアの沈着は、アレイ形成
の再現性を示している。この手順では、56%グリセロール、0.01M Tr
is、pH 7.2、5mM EDTA、0.01% サルコシルおよび1%
v/v Fluoresbrite Plain 0.5μM マイクロスフェ
ア(2.5% 固体ラテックス)(Polysciences、Warring
ton、PA)からなる溶液が調製される。アレイピンを5秒間、この溶液に5
mm浸漬する。次いでマイクロスフェアをガラススライド上に繰り返し並べる。
スライドの顕微鏡写真を蛍光用のフィルターを用いて蛍光光下で撮影する。図1
は、このアレイの各領域における沈着された溶液の量が非常に一致していること
を示す。さらに、少なくとも100の沈着物がピックアップ当たりに作製され得
、これらは実質的に同一である。
Example 2: Preparation of arrays of microspheres on glass slides The deposition of microspheres, which can be easily detected on glass slides, indicates the reproducibility of array formation. In this procedure, 56% glycerol, 0.01 M Tr
is, pH 7.2, 5 mM EDTA, 0.01% sarkosyl and 1%
v / v Fluoresbrite Plain 0.5 μM microspheres (2.5% solid latex) (Polysciences, Warring)
ton, PA) is prepared. Array pins are placed in this solution for 5 seconds.
mm. The microspheres are then repeatedly arranged on a glass slide.
Photomicrographs of the slides are taken under fluorescent light using a filter for fluorescence. FIG.
Indicates that the amount of solution deposited in each region of the array is very consistent. Further, at least 100 deposits can be made per pickup, which are substantially identical.

【0085】 (実施例3:修飾された親水性スプリングプローブを用いたアレイ調製) 試料のピックアップ、移入およびミクロ小滴沈着は、親水性の表面を有する液
体移入デバイスを用いるとき、特にこのデバイスが修飾されたスプリングプロー
ブであるとき大いに高められる。プローブの表面を修飾するために作用する化学
薬剤の使用によるか、または親水性物質を用いたプローブのコーティングにより
スプリングプローブは親水性となる。好ましい方法では、スプリングプローブの
チップは、25〜200mMの1,4−ジチオスレイトール溶液、0.1M ホ
ウ酸ナトリウム中に15分〜2時間浸される。ジチオスレイトールは、チオール
−金の配位により金表面と反応し、これは、その表面を本質的に水酸化し、それ
を親水性にする。
Example 3 Array Preparation Using a Modified Hydrophilic Spring Probe Sample pick-up, transfer and microdroplet deposition were performed using a liquid transfer device with a hydrophilic surface, especially when the device was used. It is greatly enhanced when it is a modified spring probe. The spring probe becomes hydrophilic, either through the use of a chemical agent that acts to modify the surface of the probe, or by coating the probe with a hydrophilic substance. In a preferred method, the tip of the spring probe is immersed in a 25-200 mM 1,4-dithiothreitol solution, 0.1 M sodium borate for 15 minutes to 2 hours. Dithiothreitol reacts with the gold surface through thiol-gold coordination, which essentially hydroxylates the surface, rendering it hydrophilic.

【0086】 アレイ化溶液は、56%グリセロールおよび食用青で着色した44%の水から
成っている。アレイ化チップをアレイ化溶液中に2秒間5mm浸す。次いで、グ
リセロールを保持するチップをロボットにより制御して、シリコンウエハ上に1
2×6グリッド中72の微小スポットをプリントする。生成されたスポットは、
直径が約100〜150ミクロンであり、スポット間の中心間の間隔が200ミ
クロンである。図2は、生成されたグリッドのCCDカメラ画像を示す。スポッ
ト直径の標準偏差は約15%である。
The arraying solution consists of 56% glycerol and 44% water colored with food blue. The arrayed chip is immersed in the arraying solution for 5 seconds at 5 mm. Next, the chip holding the glycerol is controlled by a robot so that
Print 72 small spots in a 2 × 6 grid. The generated spot is
The diameter is about 100-150 microns and the center-to-center spacing between spots is 200 microns. FIG. 2 shows a CCD camera image of the generated grid. The standard deviation of the spot diameter is about 15%.

【0087】 (実施例4:アレイオリゴヌクレオチドの比色検出) 鋳型オリゴヌクレオチド(0.5μg/μlの75μl) (5’−ヘキシル
アミンGTCATACTCCT−GCTTGCTGATCCACATCTG−3
’)を室温で30分間、20μlの1Mホウ酸ナトリウム中で5μlの20mg
/ml 塩化シアヌルと反応させる。この反応から、アレイ化溶液が作製され、
56% グリセロ−ル、56ng/μl オリゴヌクレオチド、0.06mM
ホウ酸ナトリウムおよび0.3mg/ml 塩化シアヌルからなる。このアレイ
化チップを2秒間アレイ化溶液に5mm浸す。次いで、この溶液を保持するチッ
プをロボットにより制御して、ポリエチレンイミン(PEI)をコートしたシリ
コンウエハに、12×6グリッド中72の微小スポットをプリントする。生成さ
れたスポットは、直径が約100〜150ミクロンであり、スポット間の中心間
の間隔が200ミクロンである。アレイ化の後、ウエハの未反応のPEI部位を
15分間100%のn−メチルピロリニドン中の100mg/ml 無水コハク
酸でブロックし、水で3回洗浄する。未反応塩化シアヌル部位は、15分間、0
.01M Tris中の0.1M グリシンでブロックし、Tens緩衝液(0
.1M NaCl、0.1%SDS、0.01MTris、5mM EDTA)
で4回洗浄する。次いで、鋳型オリゴマーをそのビオチン化した相補体(5’ビ
オチン−TGTGGATCAGCAAGCAGGAGTATG−3’)と20分
間37℃でハイブリダイズさせ、次いで、6×Tensおよび2×OHS(0.
06M Tris、2mM EDTA、5×Denhardt溶液、6×SSC
(3M NaCl、0.3M クエン酸ナトリウム、pH7.0)、3.68m
M N−ラウロイルサルコシン、0.005% NP−40)で洗浄する。次いで
、ウエハを0.5μg/mlのアルカリホスファターゼ結合ストレプトアビジン
に、15分間浸し、次いで、2×Tens、4×TWS(0.1M NaCl、
0.1% Tween 20、0.05M Tris)で洗浄する。次いで、微
小スポットをVector Blue(Vector Laboratorie
s、Burlingame、California)(キットのプロトコールに
従って)を用いて発色させ、そしてCCDカメラおよび顕微鏡で画像化する。図
3は、生成された画像を示す。得られた微小スポットは、NIH Image(
National Institute of Health、Bethesd
a、MD)によって測定すると直径で約15%の変動および約10%の変動のす
る強度値を有する。
Example 4: Colorimetric Detection of Array Oligonucleotides Template Oligonucleotide (75 μl of 0.5 μg / μl)
') In 5 μl of 20 mg in 20 μl of 1 M sodium borate for 30 minutes at room temperature
/ Ml with cyanuric chloride. From this reaction, an arrayed solution is made,
56% glycerol, 56 ng / μl oligonucleotide, 0.06 mM
Consists of sodium borate and 0.3 mg / ml cyanuric chloride. This arrayed chip is immersed for 5 seconds in the arraying solution for 2 seconds. Next, a chip holding this solution is controlled by a robot to print 72 minute spots in a 12 × 6 grid on a silicon wafer coated with polyethyleneimine (PEI). The generated spots are approximately 100-150 microns in diameter and the center-to-center spacing between spots is 200 microns. After arraying, unreacted PEI sites on the wafer are blocked with 100 mg / ml succinic anhydride in 100% n-methylpyrrolidinone for 15 minutes and washed three times with water. The unreacted cyanuric chloride site is maintained at 0 for 15 minutes.
. Block with 0.1 M glycine in 01 M Tris and add Tens buffer (0
. (1 M NaCl, 0.1% SDS, 0.01 M Tris, 5 mM EDTA)
Wash 4 times. The template oligomer was then hybridized with its biotinylated complement (5 ′ biotin-TGTGGATCAGCAAGCAGGAGTATG-3 ′) for 20 minutes at 37 ° C., followed by 6 × Tens and 2 × OHS (0.
06M Tris, 2mM EDTA, 5x Denhardt solution, 6x SSC
(3M NaCl, 0.3M sodium citrate, pH 7.0) 3.68m
Wash with MN-lauroyl sarcosine, 0.005% NP-40). The wafer is then immersed in 0.5 μg / ml of alkaline phosphatase conjugated streptavidin for 15 minutes, then 2 × Tens, 4 × TWS (0.1 M NaCl,
Wash with 0.1% Tween 20, 0.05M Tris). Next, the minute spot is defined as a Vector Blue (Vector Laboratorie).
Chromatography is performed using S. Burlingame, California (according to the protocol of the kit) and imaged with a CCD camera and microscope. FIG. 3 shows the generated image. The obtained micro spots are NIH Image (
National Institute of Health, Bethesd
a, MD) having an intensity value that varies about 15% in diameter and about 10% in diameter.

【0088】 (実施例5:単一のアレイレメント内の複数オリゴ) 2つの鋳型オリゴ(#1、5’−ヘキシルアミン−TGTGGATCAGCA
AGCAGGAGTATG−3’、#2、 5’−ヘキシルアミン−ACTAC
TGATCAGGCGCGCCTTTTTTTTTTTTTTTTTTT−3’
)を0.5μg/μlで別々に、5μlの20mg/ml 塩化シアヌルおよび
20μlの1M ホウ酸ナトリウムと、室温で30分間、全反応容量100μl
で反応させる。これらの2つの反応から、アレイ化溶液を、56%のグリセロー
ルと2つの反応させたオリゴの希釈組み合わせとから作製する(以下の表を参照
のこと)。8つのアレイ化チップを2秒間、8つのアレイ化溶液の各々に5mm
浸す。この溶液を保持するチップをロボットにより制御して、2セットの8つの
12×6グリッドをプリントする。各グリッドはポリエチレンイミン(PEI)
をコートしたシリコンウエハ上に72の微小スポットを含んでいる。各グリッド
は単一アレイ化溶液を表している。この生成されたスポットは、直径が約100
〜150ミクロンであり、スポット間の中心間の間隔が200ミクロンである。
Example 5 Multiple Oligos in a Single Array Element Two Template Oligos (# 1, 5′-Hexylamine-TGTGGATCAGCA)
AGCAGGAGTATAG-3 ', # 2, 5'-hexylamine-ACTAC
TGATCAGGCGGCCCTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTT-3 ′
) At 0.5 μg / μl separately with 5 μl of 20 mg / ml cyanuric chloride and 20 μl of 1 M sodium borate for 30 minutes at room temperature for a total reaction volume of 100 μl
To react. From these two reactions, an arraying solution is made from 56% glycerol and a diluted combination of the two reacted oligos (see table below). Eight arrayed chips were placed in each of the eight arrayed solutions for 5 seconds into 5 mm
Soak. The chip holding this solution is controlled by a robot to print two sets of eight 12 × 6 grids. Each grid is made of polyethyleneimine (PEI)
72 micro spots on a silicon wafer coated with. Each grid represents a single arrayed solution. This generated spot has a diameter of about 100
150150 microns and the center-to-center spacing between spots is 200 microns.

【0089】 アレイ化に続いて、ウエハ上の未反応のPEI部位を100% n−メチルピ
ロリニドン中の100mg/ml 無水コハク酸で15分間ブロックし、水で3
回洗浄する。未反応の塩化シアヌル部位は、0.01M Tris中の0.1M
グリシンで15分間ブロックし、4×Tens(0.1M NaCl、0.1% SDS、0.01M Tris、5mM EDTA)で洗浄する。次いで、2
回のハイブリダイゼーションを実施する。最初のハイブリダイゼーションでは、
1セットの8つのアレイオリゴの組み合わせをオリゴ#1と相補的であるオリゴ
ヌクレオチド 5’−ビオチン−TGTGGATCAGCAAGCAGGAGT
ATG−3’とハイブリダイズさせる。第2のハイブリダイゼーションでは、他
のセットの8つのアレイオリゴの組み合わせをオリゴ#2と相補的であるオリゴ
ヌクレオチド(5’−ビオチン−AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAG
GCGCGCCTGATCAGTAGT)とハイブリダイズさせる。これらのハ
イブリダイゼーションは、Hybriwell Sealing Covers
(Research Products International Cor
poration、Mount Prospect、Illinois)の下で
20分間、37℃で同時におこなわれ、続いて、6×Tens、2×OHS(0
.06M Tris、2mM EDTA、5×Denhardt溶液、6×SS
C(3M NaCl、0.3M クエン酸ナトリウム、pH7.0)、3.68
mM N−ラウロイルサルコシン、0.005% NP−40)で洗浄する。ハ
イブリダイゼーション後、このウエハを0.5μg/mlの西洋ワサビペルオキ
シダーゼストレプトアビジン中に15分間浸し、次いで、2×Tens、4×T
WS(0.1M NaCl、0.1% Tween 20、0.05M Tri
s)で洗浄する。次いで、この微小スポットを、0.4mg/ml 4−メトキ
シ 1−ナフトール(0.02%過酸化水素、12%メタノール、PBS)を用
い発色させ、最後に3回水で洗浄する。
Following arraying, unreacted PEI sites on the wafer were blocked with 100 mg / ml succinic anhydride in 100% n-methylpyrrolidone for 15 minutes and washed with water for 3 minutes.
Wash twice. Unreacted cyanuric chloride sites were 0.1 M in 0.01 M Tris.
Block with glycine for 15 minutes and wash with 4 × Tens (0.1 M NaCl, 0.1% SDS, 0.01 M Tris, 5 mM EDTA). Then 2
Twice hybridization is performed. For the first hybridization,
Oligonucleotide 5'-biotin-TGTGGATCAGCAAGCAGGGAGT complementary to oligo # 1 for a set of eight array oligo combinations
Hybridize with ATG-3 '. In the second hybridization, another set of eight array oligos was combined with an oligonucleotide (5'-biotin-AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAG) complementary to oligo # 2.
(GCGCGCCTGATCAGTAGT). These hybridizations are performed by Hybridwell Sealing Covers.
(Research Products International Cor
position, Mount Project, Illinois) for 20 minutes at 37 ° C., followed by 6 × Tens, 2 × OHS (0
. 06M Tris, 2mM EDTA, 5x Denhardt solution, 6x SS
C (3M NaCl, 0.3M sodium citrate, pH 7.0), 3.68
Wash with mM N-lauroyl sarcosine, 0.005% NP-40). After hybridization, the wafer was immersed in 0.5 μg / ml horseradish peroxidase streptavidin for 15 minutes, then 2 × Tens, 4 × T
WS (0.1 M NaCl, 0.1% Tween 20, 0.05 M Tri)
Wash in s). The microspot is then developed using 0.4 mg / ml 4-methoxy 1-naphthol (0.02% hydrogen peroxide, 12% methanol, PBS) and finally washed three times with water.

【0090】 オリゴ#1の相補体とハイブリダイズする混合オリゴのセットは、最高濃度の
オリゴ#1を含むグリッドに対して最大の色強度を示し、そして最低濃度のオリ
ゴ#1を含むグリッドと最小の色強度を示す。その一方、オリゴ#2の相補体と
ハイブリダイズする混合オリゴのセットは、最高濃度のオリゴ#2を含むグリッ
ドに対して最大の色強度を示し、そして最低濃度のオリゴ#2を含むグリッドと
最小の色強度を示した(図4を参照のこと)。
The set of mixed oligos that hybridized with the complement of oligo # 1 showed the highest color intensity relative to the grid with the highest concentration of oligo # 1, and the lowest with the grid with the lowest concentration of oligo # 1. Shows the color intensity of On the other hand, the set of mixed oligos that hybridized with the complement of oligo # 2 showed the highest color intensity relative to the grid with the highest concentration of oligo # 2 and the lowest with the grid with the lowest concentration of oligo # 2. (See FIG. 4).

【0091】[0091]

【表2】 [Table 2]

【0092】 前記から、本発明の具体的な実施態様が例示の目的で本明細書に記載されてい
るが、様々な改変が本発明の思想および範囲を逸脱することなくなされ得ること
が理解される。従って、本発明は、添付の請求の範囲によることを除いて制限さ
れない。
[0092] From the foregoing, it is understood that while specific embodiments of the invention have been described herein for purposes of illustration, various modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention. You. Accordingly, the invention is not limited except as by the appended claims.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 図1は、可視光照射(上のパネル)および蛍光照射(下のパネル)下で撮影さ
れたアレイ化したミクロスフェアの顕微鏡写真を示す。
FIG. 1 shows micrographs of arrayed microspheres taken under visible light illumination (upper panel) and fluorescent illumination (lower panel).

【図2】 図2は、本発明の方法論を使用してロボットにより生成したアレイのCCDカ
メラ画像を示し、このドメインは、平均直径が約100〜150ミクロンであり
、各スポット間の中心間の間隔が200ミクロンである。このスポット直径の標
準偏差は約15%である。
FIG. 2 shows a CCD camera image of an array generated by a robot using the methodology of the present invention, where the domains have an average diameter of about 100-150 microns and a center-to-center between each spot. The spacing is 200 microns. The standard deviation of this spot diameter is about 15%.

【図3】 図3は、本発明に従って調製され、ベクターブルー(Vector Labo
ratories,Burlingame,California)を使用して
発色され、ならびにCCDカメラおよび顕微鏡を用いて画像化した微小スポット
のアレイを示す。
FIG. 3 shows a vector blue (Vector Labo) prepared according to the present invention.
2 shows an array of microspots that were developed using the S. ratoris, Burlingame, California and imaged using a CCD camera and microscope.

【図4】 図4は、共に単一のアレイエレメント内に存在する2つの異なるオリゴヌクレ
オチドが、本発明に従って、いかにして同定され、そして部分的に定量され得る
かを示す模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing how two different oligonucleotides, both present in a single array element, can be identified and partially quantified in accordance with the present invention.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM ,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM) ,AL,AM,AT,AU,BA,BB,BG,BR, BY,CA,CH,CN,CU,CZ,DE,DK,E E,ES,FI,GB,GE,GH,HU,IL,IS ,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK, LR,LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK,M N,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU ,SD,SE,SG,SI,SK,TJ,TM,TR, TT,UA,UG,US,UZ,VN,YU (72)発明者 モイニハン, クリステン アメリカ合衆国 ワシントン 98105, シアトル, 9ティーエイチ アベニュー ノースイースト 5026 Fターム(参考) 4B024 AA11 AA19 CA01 CA09 CA11 CA12 CA20 HA13 HA14 4B063 QA01 QA13 QQ42 QQ53 QR08 QR32 QR35 QR38 QR42 QR55 QR62 QR84 QS24 QS34 QX02 QX07 QX10 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (81) Designated country EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE ), OA (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, KE, LS, MW, SD, SZ, UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AL, AM, AT, AU, BA, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CU, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, GB, GE, GH, HU, IL, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK , LR, LS, LT, LU, LV, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, TJ, TM, TR, TT, UA, UG, US, UZ, VN, YU (72) Inventor Moinihan, Kristen USA 9898, Seattle, 9th Ave Avenue Northeast 5026 F-term (reference) 4B024 AA11 AA19 CA01 CA09 CA11 CA12 CA20 HA13 HA14 4B063 QA01 QA13 QQ42 QQ53 QR08 QR32 QR35 QR38 QR42 QR55 QR62 QR84 QS24 QS34 QX02 QX07 QX10

Claims (23)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 核酸分子のアレイであって、核酸分子の別個の領域を含む表
面を有する固体基板を備え、ここで少なくとも1つの領域が、異なる配列を有す
るように選択された少なくとも2つの核酸分子を含有する、アレイ。
1. An array of nucleic acid molecules, comprising a solid substrate having a surface comprising distinct regions of nucleic acid molecules, wherein at least one region is selected to have a different sequence. An array containing molecules.
【請求項2】 1000未満の別個の領域がある、請求項1に記載のアレイ
2. The array of claim 1, wherein there are less than 1000 distinct areas.
【請求項3】 前記核酸がオリゴヌクレオチドである、請求項1に記載のア
レイ。
3. The array according to claim 1, wherein said nucleic acid is an oligonucleotide.
【請求項4】 各領域が異なる配列を有する少なくとも2つの核酸分子を含
有する、請求項1に記載のアレイ。
4. The array of claim 1, wherein each region contains at least two nucleic acid molecules having different sequences.
【請求項5】 少なくとも1つの領域が、2〜約100の異なる核酸配列を
含有する、請求項1に記載のアレイ。
5. The array of claim 1, wherein at least one region contains from 2 to about 100 different nucleic acid sequences.
【請求項6】 領域が直径約20〜約500ミクロンである、請求項1に記
載のアレイ。
6. The array of claim 1, wherein the area is between about 20 and about 500 microns in diameter.
【請求項7】 領域間の中心間距離が約50〜1500ミクロンである、請
求項1に記載のアレイ。
7. The array of claim 1, wherein the center-to-center distance between the regions is between about 50 and 1500 microns.
【請求項8】 前記核酸分子が公知の配列を有する、請求項1に記載のアレ
イ。
8. The array according to claim 1, wherein said nucleic acid molecule has a known sequence.
【請求項9】 前記核酸分子が前記基板の表面に共有結合的に付着される、
請求項1に記載のアレイ。
9. The method of claim 9, wherein the nucleic acid molecule is covalently attached to a surface of the substrate.
An array according to claim 1.
【請求項10】 前記共有結合性付着がアミン結合を介する、請求項9に記
載のアレイ。
10. The array of claim 9, wherein said covalent attachment is through an amine linkage.
【請求項11】 前記基板の表面がポリ(エチレンイミン)でコートされる
、請求項10に記載のアレイ。
11. The array of claim 10, wherein the surface of the substrate is coated with poly (ethylene imine).
【請求項12】 ハイブリダイゼーション分析の方法であって、以下の工程
: (a)標識化核酸分子を、請求項1に記載の核酸分子のアレイにハイブリダイ
ズする工程;および (b)該アレイの領域で標識を検出し、それにより該アレイ上のどの核酸分子
がハイブリダイズしたかを決定する工程、 を包含する、方法。
12. A method of hybridization analysis, comprising: (a) hybridizing a labeled nucleic acid molecule to an array of nucleic acid molecules according to claim 1; and (b) Detecting the label at the region, thereby determining which nucleic acid molecules on the array have hybridized.
【請求項13】 前記アレイの少なくとも1つの領域が公知の配列を含有し
、前記標識化核酸分子の1つが該公知の配列に相補性である、請求項12に記載
の方法。
13. The method of claim 12, wherein at least one region of said array contains a known sequence and one of said labeled nucleic acid molecules is complementary to said known sequence.
【請求項14】 前記アレイの各領域が前記公知の配列を含有する、請求項
13に記載の方法。
14. The method of claim 13, wherein each region of said array contains said known sequence.
【請求項15】 前記標識化核酸分子が、異なる配列を有する核酸分子を含
み、各々異なる標識を有する、請求項12に記載の方法。
15. The method of claim 12, wherein said labeled nucleic acid molecules comprise nucleic acid molecules having different sequences, each having a different label.
【請求項16】 前記標識が放射性分子、蛍光分子、および切断可能な質量
分析タグの群から選択される、請求項12に記載の方法。
16. The method of claim 12, wherein said label is selected from the group of radioactive molecules, fluorescent molecules, and cleavable mass spectrometry tags.
【請求項17】 試料中の核酸分子を同定する方法であって、以下の工程: (a)標識化オリゴヌクレオチドを該核酸分子にハイブリダイズし、二重鎖を
形成させる工程; (b)該二重鎖を単離する工程; (c)該二重鎖を変性する工程; (d)該標識化オリゴヌクレオチドを、請求項2に記載のオリゴヌクレオチド
のアレイにハイブリダイズする工程であって、ここで該アレイ上のオリゴヌクレ
オチドは該標識化オリゴヌクレオチドに相補性である、工程;および (e)該アレイの領域で標識を検出し;それにより該試料中の核酸分子を同定
する工程; を包含する、方法。
17. A method for identifying a nucleic acid molecule in a sample, comprising the steps of: (a) hybridizing a labeled oligonucleotide to said nucleic acid molecule to form a duplex; (C) denaturing the duplex; (d) hybridizing the labeled oligonucleotide to the array of oligonucleotides according to claim 2, Wherein the oligonucleotides on the array are complementary to the labeled oligonucleotides; and (e) detecting a label in a region of the array; thereby identifying a nucleic acid molecule in the sample. Including, methods.
【請求項18】 試料中の核酸分子を同定する方法であって、以下の工程:
(a)オリゴヌクレオチドを該核酸分子にハイブリダイズする工程; (b)単一の標識化ヌクレオチドの存在下で該オリゴヌクレオチドを伸長し、
二重鎖を形成させる工程; (c)該二重鎖を変性する工程; (d)該標識化オリゴヌクレオチドを、請求項2に記載のオリゴヌクレオチド
のアレイにハイブリダイズする工程であって、ここで該アレイ上のオリゴヌクレ
オチドは該標識化オリゴヌクレオチドに相補性である、工程;および (e)該アレイの領域で標識を検出し;それにより該試料中の核酸分子を同定
する工程; を包含する、方法。
18. A method for identifying a nucleic acid molecule in a sample, comprising the steps of:
(A) hybridizing the oligonucleotide to the nucleic acid molecule; (b) extending the oligonucleotide in the presence of a single labeled nucleotide;
(C) denaturing the duplex; (d) hybridizing the labeled oligonucleotide to the oligonucleotide array according to claim 2; Wherein the oligonucleotides on the array are complementary to the labeled oligonucleotides; and (e) detecting a label in a region of the array; thereby identifying a nucleic acid molecule in the sample. how to.
【請求項19】 前記アレイの別個の領域内のオリゴヌクレオチドが該核酸
分子の伸長生成物に相補性である、請求項18に記載の方法。
19. The method of claim 18, wherein the oligonucleotides in discrete regions of the array are complementary to extension products of the nucleic acid molecule.
【請求項20】 試料中の核酸分子を同定する方法であって、以下の工程: (a)少なくとも2つのオリゴヌクレオチドを該核酸分子にハイブリダイズし
、二重鎖を形成させる工程であって、ここで少なくとも1つのオリゴヌクレオチ
ドが標識され、そして該オリゴヌクレオチドは該核酸分子上の隣接する配列にハ
イブリダイズする、工程; (b)該オリゴヌクレオチドを連結する工程; (c)該二重鎖を変性する工程; (d)該標識化オリゴヌクレオチドを、請求項2に記載のオリゴヌクレオチド
のアレイにハイブリダイズする工程であって、ここで該アレイ上のオリゴヌクレ
オチドは該連結オリゴヌクレオチドに相補性であり;そしてここでハイブリダイ
ゼーションは非連結オリゴヌクレオチドには生じない、工程;および (e)該アレイの領域で標識を検出し;それにより該試料中の核酸分子を同定
する工程; を包含する、方法。
20. A method for identifying a nucleic acid molecule in a sample, comprising the steps of: (a) hybridizing at least two oligonucleotides to the nucleic acid molecule to form a duplex; Wherein at least one oligonucleotide is labeled, and wherein said oligonucleotide hybridizes to an adjacent sequence on said nucleic acid molecule; (b) linking said oligonucleotide; (c) binding said duplex. Denaturing; (d) hybridizing the labeled oligonucleotide to the array of oligonucleotides of claim 2, wherein the oligonucleotides on the array are complementary to the ligated oligonucleotides. And wherein no hybridization occurs to the unligated oligonucleotide, steps; and (e) Labeled detect in the region of b; step of identifying thereby the nucleic acid molecule in said sample; encompasses a method.
【請求項21】 試料中のmRNA分子を同定する方法であって、以下の工
程: (a)標識化オリゴヌクレオチドを該mRNA分子にハイブリダイズし、二重
鎖を形成させる工程; (b)該二重鎖を単離する工程; (c)該二重鎖を変性する工程; (d)該標識化オリゴヌクレオチドを、請求項2に記載のオリゴヌクレオチド
のアレイにハイブリダイズする工程であって、ここで該アレイ上のオリゴヌクレ
オチドは該標識化オリゴヌクレオチドに相補性である、工程;および (e)該アレイの領域で標識を検出し;それにより該試料中のmRNA分子を
同定する工程; を包含する、方法。
21. A method for identifying an mRNA molecule in a sample, comprising the steps of: (a) hybridizing a labeled oligonucleotide to the mRNA molecule to form a duplex; (C) denaturing the duplex; (d) hybridizing the labeled oligonucleotide to the array of oligonucleotides according to claim 2, Wherein the oligonucleotides on the array are complementary to the labeled oligonucleotides; and (e) detecting a label in a region of the array; thereby identifying mRNA molecules in the sample. Including, methods.
【請求項22】 前記mRNA分子が、毒であると疑われる化合物で処理さ
れた細胞から単離される、請求項21に記載の方法。
22. The method of claim 21, wherein said mRNA molecule is isolated from cells that have been treated with a suspected toxic compound.
【請求項23】 前記アレイ上のオリゴヌクレオチドがサイトカインの配列
である、請求項22に記載の方法。
23. The method of claim 22, wherein the oligonucleotides on the array are sequences of cytokines.
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