【発明の詳細な説明】
DNAの中の突然変異を制限酵素により検出するための方法とキット
本発明はDNAの突然変異を検出する方法に関し、その際DNAをPCR（複製連鎖反
応）により増幅し、増幅されたDNA断片を一種又は数種の制限酵素により切断し
て検出する方法に於いて、二種の標識プライマーを使用し、その際第１のプライ
マーの標識は前記増幅されたDNA断片を一つ又は幾つかの担体に結合するために
、又第２のプライマーの標識は検出するために用いられることを特徴とする。更
に本発明は、前記の方法を実施するためのキットに関し、その際本キットが二種
の標識プライマーを含むことを特徴とする。
ヒトのゲノムの解明の過程で、多くの疾病の発生に於ける遺伝子の欠陥の重要
性が明らかにされている。例えば多くの種類の癌、嚢胞性線維症、アルツハイマ
ー病、並びに血栓の発生の際に遺伝子情報に変化が見られ、状況によってはその
変化により疾病の発生が初めて可能になる。従ってこの突然変異の検出が医学的
診断の上で益々重要になっている。
突然変異は現在しばしば制限分析により検出されている。その際、二本鎖DNA
の配列を特異的に認識し、相当する特定部位で切断することのできる制限酵素が
利用される。現在100以上の種々の切断部位を特定する約500種の制限酵素がある
。一つの疾病的変化をもたらすような突然変異は、一種の酵素のそのような切断
部位の範囲によく存在するので、この高い特異性が
欠陥の検出に利用される。突然変異により切断部位が変化して、検討しようとす
る鎖が切断されなくなったり、その他の場合には、一つの酵素に対してそれまで
存在しなかった可能な切断部位が突然変異により出現したりする。
標準の分析には、検討しようとするゲノムDNAにポリメラーゼ連鎖反応(PCR)を
使用し、この反応により突然変異の存在する所要のDNA断片を繰り返し複製する
ことができる。それにはプライマーといわれる配列の断片を用い、これが増幅さ
れたDNA断片の前端と後端とを定める。更にDNAの構成要素としての遊離のヌクレ
オチドと、検討しようとし複製しようとするDNA断片の形成に接触的に作用する
酵素のポリメラーゼが必要である。PCRの実施には更にサーモサイクラー(Thermo
cycler)が必要で、これがPCR反応に必要な温度変化のサイクルを実現する。
検討すべき断片の複製に続いて、制限酵素による前述の切断を行う。この酵素
は、突然変異の状況によって規定された条件下で配列に特異的にDNAを切断する
か、或いは全く切断しない。このプロセスは酵素の濃度にもよるが数時間を要す
る。
生成品の分析にはこれまでアガロースゲル電気泳動が使用されている:緩衝液
の中にアガロースポリマーを加熱して溶解し、冷却後ゲル化したこの多糖を電気
泳動を実施する容器に移す。ゲルが完全に冷却してから、試料をその上に載せて
電位差を加えると、アガロースゲルの中でDNA断片がその大きさに従って移動す
る。
断片の可視化には例えば、DNAに付着して紫外線照射により見えるようになる
蛍光挿入剤を添加する。ゲルの中で制限酵素により切断された制限断片の形態に
特異的変化が認められれば、突然変異の診断が下せる。
従って一つの突然変異を検出するためには、検討すべきDNA断片の複製の他に
、ゲルの調製、試料の添加並びにゲル電気泳動の経過の待ち時間を必要とする、
手間の掛かる電気泳動法を実施することになる。
即ちこの方法は非常に長い時間を要し、面倒で、そのため費用が掛かる。
従って本発明の課題は、前述の突然変異の形態を、簡単に、再現し得るように
、しかも高能率で確認することが可能で、その際ゲル電気泳動法の欠点のない方
法とキットとを開発することである。
この課題は、DNAをPCRにより増幅し、増幅されたDNA断片を一種又は数種の制
限酵素により切断し、検出(分析)する方法に於いて、二種の標識プライマーを使
用し、その第１のプライマーの標識は前記増幅されたDNA断片（複写したDNA断片
）を一つ又は幾つかの担体に結合するために、又第２のプライマーの標識は検出
(分析)するために用いられることを特徴とする方法により解決される。
この方法に使用されるPCRは常法通り実施することができ、
プライマーとしては前述のプライマーが使用される。
本発明によれば、一つのPCRの条件の下でも第１のプライマーの結合を可能に
するような担体の使用が好ましい。その際、例えば反応容器又はマイクロタイタ
ープレートの適切に処理された表面のように活性化された表面を有する担体が特
に有利であることが判明した。
本発明の方法によれば、第１のプライマーはPCRの前、間又は後で部分的又は
その全体が前記担体に固定され、一方第２のプライマーは好ましくは遊離の状態
乃至担体に固定されていない状態で、場合によっては反応溶液の中に過剰に加え
られる。これらのプライマーは反応溶液に同時に又は次々に添加することができ
る。
第２のプライマーは、検出の際に従来の方法で容易に検出できるような標識を
備えることが好ましい。
本発明によれば、一種又は数種の制限酵素を、DNA断片（PCRからの増幅された
DNA断片）の担体への結合の前、間又はその後で加えることができ、その場合結
合の後で添加するのが好ましい。本発明によれば制限酵素を増幅されたDNA断片
と一緒にインキュベートしても良い。
制限酵素としては、公知の全ての制限酵素が使用でき、その際具体的な場合に
どのような酵素を使用するかは、勿論切断すべき配列によって決まる。
増幅されたDNA断片を第１のプライマーにより適当な担体に結合した後、増幅
されたDNA断片を切断する前及び/又は後、好ましくは前述の一種又は数種の制限
酵素により切断した後に、この増幅されたDNA断片を適当な一種の洗剤、例えば
場合によって脱イオン又は蒸留され、必要に応じ緩衝剤のような添加剤を含む、
水で洗浄することができる。切断後の洗浄により、切断された固定されていない
断片が除去される。
本発明によれば、検出方法は第２のプライマーのその都度選定したそれぞれの
標識（ラベル）を検出できるように選定する。その際検出は第２のプライマーの
標識により直接又は間接に実施する。
その検出には、実際の応用から公知になった数多くの生化学的分析方法がある
：
1. 分光器による直接の検出が可能な物質との結合、
2. その基質が光化学的に検出可能な物質に変化する酵素ラベルによる標識付け
。その際その標識と関連した測定信号の増幅が有利である。
第１の実施の形態（図式１参照）によれば、先ずDNAの増幅を行い、生成した
増幅されたDNA断片を適当な担体に結合する。その際第１のプライマーの標識は
結合の媒介物として作用する。必要に応じて第１のプライマーに複数の相当する
標識を設けることができる。
本発明の第２の実施の形態（図式２参照）によれば、第１のプライマーを先ず
容器の担体表面のような適当な担体に結合し、そこでPCR反応を行う。その際結
合方法をPCRの境界条件、例えば温度安定性を満足するように選定する。続いて
反応は標準の条件で行われ、その際第２のプライマーは担体には結合せずに、第
１のプライマーに対して好ましくは過剰に存在する。
反応の際に所望のDNA断片が溶液中に形成され、一方担体の表面でそこに結合
されたプライマーにより開始されて、雑種形成と増幅とが行われる。PCRの最後
に担体に直接結合した所望の生成物が得られる。一つの洗浄段階に於いて過剰の
PCR出発原料（例えば遊離のヌクレオチドなど）と結合していない生成物とが除
去される。続いて、酵素による断片の切断、必要に応じて再度の洗浄及ぴ上述の
検出が行われる。
図式１では例えばビオチンの標識を付けることができる。この図式の段階３に
於いて担体への結合、例えばマイクロタイタープレートへの結合を、ビオチンを
結合するタンパク質を介して、例えば担体表面例えばマイクロタイタープレート
のウエルの表面に吸着又は共有結合したストレプトアビジン又はアビジンを介し
て行うことも可能であろう。ストレプトアビジンを被覆したマイクロタイタープ
レートが市販されている(Boehringer Mannheim)。
図式２ではプライマー１にとって、担体例えばマイクロタイタープレートとの
共有結合が可能である。それには例えばリン酸化プライマーが適しており、これ
は対応する活性化された担
体とカルボジイミド反応により反応することができる。担体例えばマイクロタイ
タープレートの適当な官能基の例としてはアミノ基が考えられる。この種のマイ
クロタイタープレートは市販されている。
図式１及び図式２に於いてプライマー２に対して同一の標識が使用できる。そ
れには例えばフルオレセイン、フルオレセイン誘導体、ローダミン、ローダミン
誘導体、Cy5(蛍光色素)、Cy3(蛍光色素)、又は間接に検出可能の化合物がある。
蛍光色素：このプライマーの場合には適当な蛍光光度計を用いて引き続き直接の
検出が実施できる。
ジゴキシン：(酵素で標識した)抗体の添加により間接の検出が可能である。
ビオチン：一種のアビジン/酵素-結合体の添加、例えばアビジン乃至ストレプト
アビジンの添加により間接の検出が可能である。
その都度の認識用タンパク質（抗体乃至（ストレプト）アビジン）の結合を、
その他のマイクロタイタープレート試験の場合のように、適当な酵素基質の添加
により検出する。その場合ペルオキシダーゼ又はアルカリ性ホスファターゼが適
当な酵素である(酵素反応により着色生成物が得られる)。或いはこの結合がマイ
クロタイタープレートではなく適当なセンサーとの結合である場合には直接の検
出が可能である。適当なセンサーとしては、例えばバイオセンサー技術から公知
の導波板(planar wave guide)を挙げることができ、これらのセンサーに対して
前にマイクロタイタープレートに就いて記載した結合反応と同様
のプライマー１による結合反応を実施することができる。
本発明によれば、検討すべきDNAは野生型として又は変異体として一つの切断
部位を有することができる。
a) 切断部位が無損傷のDNA(野生型）に存在する：
DNAの関連した範囲に突然変異が発生すれば、前記の選定した例の中の切断部
位は除去される。その際酵素が断片を特異的に検知し切断するのを阻害するには
、一つの点変異で充分である。本来の検出を実施する前に一つの洗浄段階により
制限酵素、PCR出発原料及び場合によっては検出可能の標識を有する切断されたP
CR生成物を除去することができる。
検出段階に於いて、標識が存在しているかどうか分析する。突然変異があれば
、検出可能の標識が存在し、選定した標識による一つの反応が得られる。酵素マ
ーキングの場合には例えば接触発色反応が認められる筈である。変異がなければ
、酵素は特異的に切断することができ、標識が除去され、検出可能の信号は得ら
れない。
b) 切断部位が変異したDNAに存在する：
DNAの関連した範囲に突然変異が発生すれば、選定した例の中に切断部位が作
られる。その際酵素が断片を特異的に検知し切断するには、一つの点変異で充分
である。本来の検出を実施する前に一つの洗浄段階により制限酵素、PCR出発原
料及び場
合によっては検出可能の標識を有する切断されたPCR生成物を除去することがで
きる。
検出段階に於いて、標識が存在しているかどうか分析する。突然変異があれば
、検出可能の標識が存在せず、反応が得られない。変異がなければ、酵素は特異
的に切断することができず、標識も除去されないので、検出可能の信号が得られ
る。
次に本発明をa)の場合に就いて図面により説明する：
図式１は本発明の第１の測定の構成の経過を示す。図１は標識プライマーによ
る標的（対象DNA）の増幅である。PCRをそれに適した容器の中で実施する。図２
はPCR反応生成物で、標識を備えている。反応生成物の一方の末端は、後に担体
の表面に結合するための標識を有し、他端には検出用の標識がある。起こり得る
突然変異を含む可能性のある目的の配列は、増幅した断片の中にある。
図３が第１の標識により可能になった断片の結合を示し、図４では、制限酵素
の作用によりこの酵素の切断部位が突然変異により除去されたかどうか調べる。
突然変異が存在していれば、図５に示すように切断部位はなくなり、検出可能の
標識は除去されない。突然変異がなければ酵素は切断できる。簡単な洗浄段階に
より切断された断片は除去され、従って断片の結合している部分では信号が得ら
れない。
図式２は本発明の第２の測定の構成を示す。図１は、担体へ
の結合を促す第１のプライマーの一部を示し、それはPCRの開始前に既に結合し
ている。一方検出可能の第２のプライマーは溶液の中に過剰に存在する。図２が
、PCR反応の終了後、検討すべき配列を含む増幅されたDNA断片が担体の表面に固
定されていることを示す。次に同じ制限酵素が加えられ(図３)、これは前述のよ
うに野生型は切断するが、変異配列は切断しない。図４に実施された測定の結果
を示す。洗浄段階（図示せず）の後でも突然変異の場合には検出可能の標識が固
定した断片に存在するが、野生型では、酵素が存在する切断部位に基づいて切断
しその結果切断された標識付きの断片が洗浄段階で除去されるので、信号を得る
ことはできない。
本発明により開示された前述の方法を実施するためのキットが用意してあり、
このキットは、二種の標識プライマーを含み、更に好ましくは追加として遊離の
ヌクレオチドとポリメラーゼとを含有することを特徴とする。
その際第１のプライマーはPCR反応の生成物を一つ又は幾つかの担体に結合す
るのに適しており、第２のプライマーは検出用であり、その際担体は好ましくは
活性化表面を有する。
本発明の方法と本発明のキットとは、従来の技術に対して次のような長所を有
する：
-本発明に記載した実施の形態はゲル電気泳動法による検出に比べて時間が節約
できる。特に第２の実施の形態は、PCRと生成物の分析とを一つの容器の中で行
うという特徴を有し、従っ
てピペットによる移し替えの必要は無くなり、試料の取扱いが簡単で、そのため
取扱いに起因する誤りの原因が排除される。
-検出されるべき標識の選定により、突然変異の検出が酵素による切断の直後に
行われ、ゲル電気泳動の実施の結果を待つ必要はない。
-試験法を臨床の分野に適用した場合、多くの試料を取り扱わねばならない場合
が希ではないが、多量の試料をゲル電気泳動で処理するには多大の経費を必要と
する。本発明の新規の方法は、全体をマイクロタイタープレートの中で実施でき
るので、例えば96個乃至384個の試料を平行して測定することが可能である。
-ゲル電気泳動ではDNAの挿入用に有毒な化合物を使用するが、この新規の方法で
はそのような化合物は一切使用しない。
実例１
タンパク質第Ｖ因子の中での突然変異は、これがセリンプロテアーゼAPC（活
性化プロテインＣ）による糖タンパク質第Ｖ因子の分解を阻害するので、血栓の
増加の危険を招来する。ヒトの第Ｖ因子は330kDaの大きさの糖タンパク質で、AP
Cと特異的相互作用を行い、普通はその配列の一つの特定の位置〔ヒトのタンパ
ク質ではArg 506(タンパク質の中の506番目のアミノ酸としてのアルギニン)の後
ろ〕でAPCにより切断される。これに付属する遺伝子の配列研究の際に、ヌクレ
オチド配列に
於いて1,691G（G=グアニン）とA（アデニン）との交換は血栓の危険の増大に関
係があることが判明した。この突然変異により、タンパク質の中でArg 506(ヌク
レオチド配列CGAの生産物)がグルタミン(ヌクレオチド配列CAAの生産物としての
Gln)と入れ替わり、そのためプロテアーゼによる上述の切断が実施されなくなる
。この突然変異の検出には、プライマーを使用して、関連するヌクレオチド配列
を含む遺伝子の範囲をPCR反応により増幅する。その際例えば267塩基対の長さの
断片が得られた。ここで制限酵素Mn1Ｉはその配列特異性により二つの部位（67b
pの後と更に37bpの後）に於いて遺伝子断片を切断できるので、部位1,691にグア
ニンがあれば上記の断片から制限酵素Mn1Ｉの処理により67，37及び163塩基対(b
p)の三つの断片が得られる。アデニンへの突然変異があれば、この突然変異によ
り配列が変化して使用した酵素が働かなくなり、第２の切断部位が消失するため
、二つの切断生成物（67bpと200bp長）が得られるだけになる。種々の断片の検
出にはゲル電気泳動が用いられる。この情報は主にR.M.Bertina et al.の報文「
活性化プロテインＣ耐性に関連した血液凝固第Ｖ因子の中での突然変異」、Natur
e，369，1994，64-67から引用した。
【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項
【提出日】平成１１年８月１０日（１９９９．８．１０）
【補正内容】
請求の範囲
1. DNAをPCR(複製連鎖反応)により増幅し、増幅されたDNA断片を一種又は幾つ
かの制限酵素により切断して検出する方法であって、その際二種の標識プライマ
ーを使用し、第１のプライマーの標識は前記増幅されたDNA断片を一つ又は幾つ
かの担体に結合するために、又第２のプライマーの標識は検出するために用いら
れるようにした、DNAの突然変異を検出する方法に於いて、一つのPCRの条件の下
で前記第１のプライマーの結合をも可能にするような複数の担体を使用し、次に
前記第１のプライマーを前記担体に結合し、続いて前記第２のプライマーにより
前記DNAの増幅を実施することを特徴とする前記方法。
2. 前記担体が活性化表面を有することを特徴とする請求の範囲第１項記載の方
法。
3. 前記第１のプライマーは前記PCRの前で部分的又はその全体が前記担体に固
定され、一方前記第２のプライマーは場合によっては遊離の状態で前記反応溶液
の中に存在していることを特徴とする前記請求の範囲の何れか１項記載の方法。
4. 一種又は数種の制限酵素を、増幅された前記DNA断片の前記担体への結合の
前、間又はその後で加えることを特徴とする前記請求の範囲の何れか１項記載の
方法。
5. 前記制限酵素を、増幅された前記DNA断片と共にインキュベートすることを
特徴とする前記請求の範囲の何れか１項記載の方法。
6. 前記制限酵素による前記切断の後で必要に応じて洗浄してから前記第２のプ
ライマーの標識を検出することを特徴とする前記請求の範囲の何れか１項記載の
方法。
7. 前記検出の方法は前記第２のプライマーの標識に応じて選定されることを特
徴とする前記請求の範囲の何れか１項記載の方法。
8. 前記検出を前記第２のプライマーの標識に応じて直接又は間接に実施するこ
とを特徴とする前記請求の範囲の何れか１項記載の方法。
9. 前記請求の範囲の何れか１項記載の方法を実施するためのキットに於いて、
二種の標識プライマーを備え、その内の一つは増幅されたDNA断片を結合するた
めに一つ又は幾つかの固体の担体に結合されており、前記第２のプライマーは検
出に用いられ、その際前記第２のプライマーにより前記DNAの複製の実施が可能
であることを特徴とする前記キット。
10．前記キットが更に遊離のヌクレオチド、一種のポリメラーゼ、及び少なくと
も一種の制限酵素を含むことを特徴とする請求の範囲の第９項記載のキット。
11．前記キットが一つの適当な担体、好ましくは活性化表面を有する担体を含む
ことを特徴とする前記請求の範囲の何れか１項記載のキット。
12．突然変異を検出するための請求の範囲第９項乃至第11項の何れか１項記載の
キットの使用。
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フロントページの続き
(81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，
ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ
Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＵ，ＣＡ，ＪＰ，Ｒ
Ｕ，ＵＳ
(72)発明者 ディルク・クールマイヤー
ドイツ連邦共和国 Ｄ―38124 ブラウン
シュバイク マッシェローダー ヴェーク
１