JP2002506204A - Purification and detection process using reversible affinity electrophoresis - Google Patents

Purification and detection process using reversible affinity electrophoresis

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JP2002506204A
JP2002506204A JP2000534862A JP2000534862A JP2002506204A JP 2002506204 A JP2002506204 A JP 2002506204A JP 2000534862 A JP2000534862 A JP 2000534862A JP 2000534862 A JP2000534862 A JP 2000534862A JP 2002506204 A JP2002506204 A JP 2002506204A
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electric field
affinity ligand
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アブラムス,エズラ,エス.
ハモンド,フィリップ,ダブリュ.
ミュア,アンドリュー,アール.
ボールズ,ティー.,クリスチャン
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モザイク テクノロジーズ
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Abstract

(57)【要約】 媒体内で固定化されているアフィニティーリガンドへのサンプル分析物の特異的な可逆結合に適するか、もしくは適さないことを特徴とする2つの状態間で電気泳動媒体の1以上の特性を同時に変化させながら、電気泳動の方向を周期的な様式で変化させる、アフィニティー電気泳動プロセスを記載する。得られる工程によれば、簡単な材料および装置を用いて、検出または精製のための特異的な分析物を非常に効率的かつ簡便に分離することができる。   (57) [Summary] Simultaneously altering one or more properties of an electrophoretic medium between two states characterized by being suitable or not suitable for specific reversible binding of a sample analyte to an affinity ligand immobilized in the medium. While describing the affinity electrophoresis process, changing the direction of electrophoresis in a periodic manner. The resulting steps allow for the separation of specific analytes for detection or purification very efficiently and conveniently using simple materials and equipment.

Description

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

【0001】 関連出願 本出願は、米国仮出願第60/076,614号(1998年3月3日出願、
名称: 可逆的アフィニティー電気泳動を使用する精製および検出プロセス)の利
益を主張する。その教示はすべて参照により本明細書中に取り込まれる。
Related Application This application is related to US Provisional Application No. 60 / 076,614 (filed March 3, 1998,
Name: purification and detection process using reversible affinity electrophoresis). The teachings of which are all incorporated herein by reference.

【0002】 発明の背景 ゾーン電気泳動(特に、ゲル電気泳動)は、帯電した分子(特に、タンパク質
または核酸などの高分子)の分離、精製および特徴付けを行うための最もよく知
られている方法の1つである(Freifelder、Physical Bi
ochemistry、第2版(1982)、276頁〜310頁、Freem
an、San Francisco)。電気泳動は、分子を、そのサイズ、電荷
、立体配座、およびこれらの特性の多くの組み合わせに基づいて分離するために
使用することができる。
BACKGROUND OF THE INVENTION Zone electrophoresis, particularly gel electrophoresis, is the best known method for separating, purifying and characterizing charged molecules, especially macromolecules such as proteins or nucleic acids. (Freifelder, Physical Bi
Chemistry, 2nd edition (1982), pp. 276-310, Freem
an, San Francisco). Electrophoresis can be used to separate molecules based on their size, charge, conformation, and many combinations of these properties.

【0003】 ほとんどの電気泳動適用において、帯電した分子は、電場の影響下、支持媒体
の中を移動する。ほとんどの場合、電気泳動は、向きが固定された直線的な一定
の電圧勾配(2つの固定された電極、一定の電圧)を使用して行われる。しかし
、非常に大きなDNA分子の場合(すなわち、サイズ範囲が30kb〜2000
kbの場合)、ポリマー鎖は電場に従って配向し、ゲルの中を蛇行する。これに
より、電気泳動媒体の篩い作用は不十分になる。大きなDNA分子を分離するた
めに、研究者は、「電場反転ゲル電気泳動(field inversion gel electrophore
sis)」(Carle他、Science(1986)、232:65)または 「パルスフィールド」ゲル適用(SchwartzおよびCantor、Cel
l(1984)、37:67)の場合のように電場の向きを周期的に変化させる
適用を開発した。別の技術は、周期的なパルス様式で一定の電場を加えることで
ある。最後に、交互に変化する電場およびパルス場の両方を継続させることを組
み合わせた方法が記載されている(Bio−Rad生命科学研究製品(Life Sci
ence Research)カタログ(1997)、175頁〜182頁)。
[0003] In most electrophoretic applications, charged molecules move through a supporting medium under the influence of an electric field. In most cases, electrophoresis is performed using a linear, constant voltage gradient with fixed orientation (two fixed electrodes, constant voltage). However, for very large DNA molecules (i.e., the size range is 30 kb-2000
kb), the polymer chains are oriented according to the electric field and meander in the gel. This makes the sieving action of the electrophoretic medium insufficient. To separate large DNA molecules, researchers have called "field inversion gel electrophoresis.
sis) "(Carle et al., Science (1986), 232: 65) or" pulse field "gel application (Schwartz and Cantor, Cel).
1 (1984), 37:67), an application was developed that periodically changes the direction of the electric field. Another technique is to apply a constant electric field in a periodic pulsed fashion. Finally, a method is described that combines the continuation of both alternating electric and pulse fields (Bio-Rad Life Sciences Product).
ence Research) catalog (1997), pp. 175-182).

【0004】 ほとんどの電気泳動適用において、支持媒体は、対流および拡散を阻止するよ
うに作用し、そして篩い的または非篩い的であり得る。アフィニティー電気泳動
において、支持媒体はまた、1つまたは複数の所望する分析物と特異的または非
特異的に相互作用し、従って、その移動度に影響を及ぼすことによって、精製中
における分析物および非分析物のサンプル成分の分離が達成されるのを助ける化
学基(すなわち、リガンド)で修飾される。
[0004] In most electrophoretic applications, the support medium acts to prevent convection and diffusion and may be sieved or non-sieved. In affinity electrophoresis, the support medium also interacts specifically or non-specifically with one or more desired analytes, and thus affects their mobility and thereby the analyte and non-analyte during purification. The analyte is modified with a chemical group (ie, a ligand) to help achieve separation of the sample components.

【0005】 アフィニティー電気泳動は、タンパク質の結合親和性を測定するために使用さ
れている(HorejsiおよびKocourek、Biochim.Biop
hys.Acta(1974)、336:338〜343およびChu他、J.
Med.Chemistry(1992)、35:2915〜2917)。さら
に、ビニル−アデニンで修飾されたポリアクリルアミド媒体が、キャピラリー電
気泳動における核酸分離能を高めるために使用されている(Baba他、Ana
lytical Chemistry(1992)、64:1920〜1924
)。
[0005] Affinity electrophoresis has been used to measure the binding affinity of proteins (Horejsi and Kocourek, Biochim. Biop.
hys. Acta (1974), 336: 338-343 and Chu et al.
Med. Chemistry (1992), 35: 2915-2917). In addition, polyacrylamide media modified with vinyl-adenine have been used to enhance nucleic acid separation in capillary electrophoresis (Baba et al., Ana).
Lytical Chemistry (1992), 64: 1920-1924.
).

【0006】 電気泳動の分離能における多くの改良がなされているが、ほんのわずかな構造
的差異(例えば、タンパク質または核酸における点変異)を含有する多くの生物
学的高分子は、依然として、満足できるほどに分離することができない。研究者
が生物学的システムをさらに調べて理解する機会を得るためには、生物学的分子
の分離を改善する分析学的技術が必要である。
Although many improvements have been made in the resolution of electrophoresis, many biological macromolecules containing only slight structural differences (eg, point mutations in proteins or nucleic acids) are still satisfactory. Cannot be separated as much. In order for researchers to have the opportunity to further explore and understand biological systems, analytical techniques are needed to improve the separation of biological molecules.

【0007】 発明の概要 電気泳動媒体の1つまたは複数の特性を2つの状態の間で同時に変化させなが
ら、電場の方向を周期的な様式で変化させる、アフィニティー電気泳動プロセス
を記載する。第1の状態において、変化させられている特性(1つまたは複数)
は、媒体内に固定化されているアフィニティーリガンドに対するサンプル分析物
の特異的で可逆的な結合を有利にする。第2の状態において、変化させられてい
る特性(1つまたは複数)は、固定化されているアフィニティーリガンドに対す
るサンプル分析物の結合を不利にする。このプロセスにより、高分離能の分離を
得るための便利な方法が得られる。
SUMMARY OF THE INVENTION An affinity electrophoresis process is described that changes the direction of an electric field in a periodic manner while simultaneously changing one or more properties of an electrophoretic medium between two states. The property (s) being changed in the first state
Advantageously, the specific and reversible binding of the sample analyte to the affinity ligand immobilized in the medium. In the second state, the property (s) being altered favors binding of the sample analyte to the immobilized affinity ligand. This process provides a convenient way to obtain high resolution separations.

【0008】 別の態様において、標的分析物を試験サンプルから分離するための装置が記載
される。この装置は、固定化されたアフィニティーリガンドを有する電気泳動媒
体、向きが変化し得る電場を生成し得る1つまたは複数の電極を有する電極シス
テム、および電気泳動媒体の1つまたは複数の特性を2つの状態の間で変化させ
る手段を合わせ持つ。第1の状態において、変化させられている特性(1つまた
は複数)は、媒体内に固定化されているアフィニティーリガンドに対するサンプ
ル分析物の特異的で可逆的な結合を有利にする。第2の状態において、変化させ
られている特性(1つまたは複数)は、固定化されているアフィニティーリガン
ドに対するサンプル分析物の結合を不利にする。電気泳動媒体における特性を変
化させる手段は、電気泳動媒体の温度を変化させる装置であり得る。あるいは、
電気泳動媒体の1つまたは複数の特性を変化させる手段は、電気泳動バッファー
を手動または自動で変化させることであり得る。
In another aspect, an apparatus for separating a target analyte from a test sample is described. The device comprises an electrophoretic medium having immobilized affinity ligands, an electrode system having one or more electrodes capable of generating a reversible electric field, and one or more properties of the electrophoretic medium. It has the means to change between two states. In the first state, the property (s) being altered favors specific and reversible binding of the sample analyte to the affinity ligand immobilized in the medium. In the second state, the property (s) being altered favors binding of the sample analyte to the immobilized affinity ligand. The means for changing the properties of the electrophoretic medium may be a device for changing the temperature of the electrophoretic medium. Or,
The means for changing one or more properties of the electrophoresis medium may be to change the electrophoresis buffer manually or automatically.

【0009】 発明の詳細な説明 本明細書において開示される本発明は、サンプル成分を分離する電気泳動プロ
セスに関し、そして下記の特徴を合わせ持つ、このプロセスを実施するために設
計された装置に関する:1)1つまたは複数の固定化されたアフィニティーリガ
ンドを含有する電気泳動媒体;2)このプロセスの途中において少なくとも1回
は向きが変化する電場の使用;および3)分析物(1つまたは複数)との特異的
な結合複合体を形成するアフィニティーリガンド(1つまたは複数)の能力に影
響する少なくとも1つの他の媒体特性の変化であって、電場の向きの変化と同時
に起こり、それによってサンプルの分析物成分および非分析物成分の電気泳動分
離を可能にする媒体特性(1つまたは複数)の変化。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention disclosed herein relates to an electrophoresis process for separating sample components, and to an apparatus designed to perform this process, which has the following features: 1) using an electric field that changes direction at least once during the process; and 3) the analyte (s). A change in at least one other media property that affects the ability of the affinity ligand (s) to form a specific binding complex with the sample, which coincides with a change in the direction of the electric field, thereby causing Changes in media property (s) that allow for electrophoretic separation of analyte and non-analyte components.

【0010】 これらの特徴を組み合わせることによって、タンパク質、核酸および他の帯電
した化学種を含む分子の分離、精製および検出のために幅広く利用される新規な
発明が得られる。
[0010] The combination of these features provides a novel invention that is widely used for the separation, purification, and detection of molecules, including proteins, nucleic acids, and other charged species.

【0011】 本発明の1つの好ましい態様において、このプロセスは、生物学的サンプルま
たは試験サンプルにおける特定の分析物を精製するアフィニティー分離の反復的
なサイクルを実施するための一般的な方法である。この態様において、分析物分
子が非分析物のサンプル成分から精製される(例えば、単離または分離される)
。各サイクルは、2つの電気泳動工程を特徴とする。第1の工程は、第1の電場
配向および第1の媒体条件(これは本明細書中では「状態」とも呼ばれている)
を使用して行われる。この条件により、サンプル分析物と媒体内のアフィニティ
ーリガンドとの間で特異的な結合複合体の形成が可能になる。そのような条件の
もとでは、非分析物のサンプル成分のみが媒体内を移動し、リガンドに対する分
析物の親和性に基づくサンプルの分画が可能になる。次の工程は、第2の電場配
向、および電気泳動媒体の1つまたは複数の特性を第1の媒体条件から変化させ
ることよって得られる第2の媒体条件のもとで行われる。この第2の条件は、サ
ンプル分析物と媒体内のアフィニティーリガンドとの間の特異的な結合複合体の
形成を破壊するように設計される。この工程において、すべてのサンプル成分が
媒体内の新しい位置に移動する。この段階が部分的または完全に完了したときに
、特定の分析物は他のサンプル成分から分離され、そして両方の画分が媒体内の
新しい位置に移動している。
In one preferred embodiment of the invention, the process is a general method for performing a repetitive cycle of affinity separation to purify a particular analyte in a biological or test sample. In this embodiment, the analyte molecules are purified (eg, isolated or separated) from non-analyte sample components.
. Each cycle features two electrophoresis steps. The first step involves a first electric field orientation and a first media condition (also referred to herein as a "state").
This is done using This condition allows the formation of a specific binding complex between the sample analyte and the affinity ligand in the medium. Under such conditions, only non-analyte sample components migrate through the medium, allowing fractionation of the sample based on the affinity of the analyte for the ligand. The next step is performed under a second electric field orientation and a second medium condition obtained by changing one or more properties of the electrophoretic medium from the first medium condition. This second condition is designed to disrupt the formation of a specific binding complex between the sample analyte and the affinity ligand in the medium. In this step, all sample components move to new locations in the medium. When this step is partially or completely completed, the particular analyte has been separated from the other sample components, and both fractions have moved to new locations in the medium.

【0012】 あるサンプル/分析物/リガンドの組み合わせでは、1回のサイクルで、多く
の適用に適した分析物の十分な精製を得ることができる。さらなる精製が所望さ
れる場合には、この精製サイクルを繰り返すことができる。例えば、2回目のサ
イクルにおいて、精製は1回目のサイクルのように進行する。しかし、2回目の
精製サイクルの出発物質は、1回目の精製サイクルの部分分画された生成物であ
り、今度は電気泳動媒体の新しい位置に存在する。1回目のサイクルから得られ
る分析物画分および非分析物画分の位置は、前回のサイクルで達成された精製度
に依存して重なっていてもよく、あるいは重なっていなくてもよい。いずれの場
合においても、2回目およびその後のサイクルにおいて、この2つの画分はさら
に分離される。従って、任意の多数回のアフィニティー精製サイクルを、各サイ
クルにおいて非結合性のサンプル成分を連続的に除くことによって、自動化され
た様式で1つの電気泳動ユニットで行うことができる。ゲルに固定化されている
アフィニティーリガンドと分析物との間の強固な結合およびアフィニティーリガ
ンドに関して非標的分子の低い非特異的な結合が存在する系においては、少数の
サイクル(例えば、1〜10サイクル)により、必要な精製を得ることができる
。他の場合、リガンド−標的の結合が弱い場合、あるいはアフィニティーリガン
ドに対する非標的分子の有意な結合が存在する場合には、多数のサイクル(例え
ば、10〜数千回)が、成分を分離するために必要とされ得る。
[0012] For a given sample / analyte / ligand combination, a single cycle can provide sufficient purification of the analyte for many applications. This purification cycle can be repeated if further purification is desired. For example, in the second cycle, purification proceeds as in the first cycle. However, the starting material of the second purification cycle is a partially fractionated product of the first purification cycle, which is now at a new location on the electrophoretic medium. The locations of the analyte and non-analyte fractions from the first cycle may or may not overlap, depending on the degree of purification achieved in the previous cycle. In each case, in the second and subsequent cycles, the two fractions are further separated. Thus, any number of affinity purification cycles can be performed in a single electrophoresis unit in an automated manner by successively removing non-bound sample components in each cycle. In systems where there is strong binding between the affinity ligand and the analyte immobilized on the gel and low non-specific binding of non-target molecules with respect to the affinity ligand, a small number of cycles (eg, 1-10 cycles) ) Allows the required purification to be obtained. In other cases, if the ligand-target binding is weak, or if there is significant binding of the non-target molecule to the affinity ligand, a number of cycles (eg, 10 to several thousand times) may cause the components to separate May be required.

【0013】 このプロセスの反復性により、分析物分子の極めて効率的な電気泳動精製が可
能になる。例えば、各サイクルの精製効率が10倍である場合(たとえば、90
%の非分析物サンプル成分が1回のサイクル毎に除かれる場合)、4回のサイク
ルで10,000倍の精製が得られる。
[0013] The repetitive nature of this process allows for very efficient electrophoretic purification of analyte molecules. For example, when the purification efficiency of each cycle is 10 times (for example, 90 times)
(If% non-analyte sample components are removed each cycle) Four cycles provide 10,000 fold purification.

【0014】 本発明の重要な利点は、周期的な精製プロセスが、電気泳動ゲルなどの1つの
装置で実施され得ることである。これは、調製、ロードおよび多数のカラムから
の画分回収をなくすことによって精製プロセスを単純化する。
An important advantage of the present invention is that the periodic purification process can be performed in one device, such as an electrophoresis gel. This simplifies the purification process by eliminating preparation, loading and fraction collection from multiple columns.

【0015】 さらに、リガンド/分析物の相互作用を制御するために温度などの状態の簡単
な変化を含む適用の場合、このプロセスは、可動部をほとんど(または、全く)
有しない装置を使用する自動化された様式で行うことができる。
In addition, for applications involving simple changes in state, such as temperature, to control ligand / analyte interactions, this process involves little (or no) moving parts.
It can be done in an automated fashion using equipment without.

【0016】 本発明の重要な構成要素の説明および非限定的な拡張を下記に示す。A description of the key components of the invention and a non-limiting extension are set forth below.

【0017】 試験サンプル 試験サンプルは、分析物分子が非分析物分子と混合されている任意の起源に由
来する任意のサンプルであり得る。分析物分子は、アフィニティーリガンドと結
合複合体を形成し得る任意の目的分子である。本発明により特に包含されるもの
は、細胞を含有する生物学的起源に由来するサンプルであって、知られている技
術を使用して、身体組織(例えば、皮膚、毛髪、内部の器官)または体液(例え
ば、血液、血漿、尿、精液、汗)から得られるサンプルである。本発明の方法に
よる解析に適するサンプルの他の起源は、ウイルス、酵母および細菌などの微生
物学的サンプル:プラスミド、単離された核酸、および組換え植物などの農業的
起源である。
Test Sample A test sample can be any sample from any source in which analyte molecules are mixed with non-analyte molecules. An analyte molecule is any molecule of interest that can form a binding complex with an affinity ligand. Specifically encompassed by the present invention are samples derived from biological sources containing cells, using known techniques, for the preparation of bodily tissues (eg, skin, hair, internal organs) or A sample obtained from a body fluid (eg, blood, plasma, urine, semen, sweat). Other sources of samples suitable for analysis by the methods of the present invention are microbiological samples such as viruses, yeasts and bacteria: plasmids, isolated nucleic acids, and agricultural sources such as recombinant plants.

【0018】 試験サンプルは、試験サンプルに含有されている分析物分子が結合のために利
用できるように、当業者に知られているそのような方法で処理される。例えば、
細胞溶解物を調製することができ、そして(例えば、標的分析物ならびに他の細
胞成分を含有する)そのような粗細胞溶解物を解析することができる。あるいは
、標的分析物は、分析に先立って、(標的分析物が他の細胞成分を実質的に含ま
ないように)部分的に単離することができる。部分的な単離は、知られている実
験室技術を使用して行うことができる。例えば、DNA、RNAおよびタンパク
質は、様々な生物学的サンプルから、TRI試薬(Sigmaカタログ、154
5頁、カタログ番号、T9424、T3809およびT3934を参照のこと;
Chomczynski他、Biochem.(1987)、162:156;
Chomczynski Biotechniques(1993)、15:5
32もまた参照のこと)をサザンブロッティング(DNA)、ノーザンブロッテ
ィング(RNA)およびウエスタンブロッティング(タンパク質)の手法と一緒
に使用して単離することができる。抗体は、固体支持体に固定化したプロテイン
Aに結合させることによって単離することができる(Surolia他、Tre
nds Bioch.Sci.(1981)、7:74およびSigmaカタロ
グ、1462頁、カタログ番号PURE−1を参照のこと)。核酸分析物はまた
、分析に先立って、(例えば、ポリメラーゼ連鎖反応またはリガーゼ連鎖反応の
技術によって)増幅することができる。
[0018] The test sample is processed in such a manner known to those skilled in the art so that the analyte molecules contained in the test sample are available for binding. For example,
Cell lysates can be prepared and such crude cell lysates (eg, containing the target analyte as well as other cellular components) can be analyzed. Alternatively, the target analyte can be partially isolated (so that the target analyte is substantially free of other cellular components) prior to analysis. Partial isolation can be performed using known laboratory techniques. For example, DNA, RNA and proteins can be obtained from various biological samples using TRI reagents (Sigma catalog, 154).
See page 5, catalog numbers T9424, T3809 and T3934;
Chomczynski et al., Biochem. (1987), 162: 156;
Chomczynski Biotechniques (1993), 15: 5.
32 (see also Southern Blotting (DNA), Northern Blotting (RNA) and Western Blotting (Protein) techniques. Antibodies can be isolated by binding to protein A immobilized on a solid support (Surolia et al., Tre.
nds Bioch. Sci. (1981), 7:74 and Sigma catalog, page 1462, catalog number PURE-1). Nucleic acid analytes can also be amplified (eg, by polymerase chain reaction or ligase chain reaction techniques) prior to analysis.

【0019】 分析物に対して可逆的に結合するアフィニティーリガンド アフィニティーリガンドは、分析物と特異的な結合複合体を形成することがで
き、そして適切な電気泳動媒体内に固定化され得る任意の分子である。
Affinity Ligand that Reversibly Binds to an Analyte An affinity ligand is any molecule that can form a specific binding complex with an analyte and can be immobilized in a suitable electrophoretic medium. It is.

【0020】 結合複合体(特に、ハイブリダイゼーション複合体)の熱安定性を決定するた
めの方法が文献において十分に知られている。Wetmur、Critical
Reviews in Biochemistry and Molecul
ar Biology、26:227〜259(1991);Quartinお
よびWetmur、Biochemistry、28:1040〜1047(1
989)。これらの方法を適用して分析物/アフィニティーリガンド複合体の安
定性を評価することには、下記の反応が関係する:
[0020] Methods for determining the thermal stability of binding complexes, especially hybridization complexes, are well known in the literature. Wetmur, Critical
Reviews in Biochemistry and Molecul
ar Biology, 26: 227-259 (1991); Quartin and Wetmur, Biochemistry, 28: 1040-1047 (1).
989). Applying these methods to assess the stability of an analyte / affinity ligand complex involves the following reactions:

【0021】[0021]

【数1】 (Equation 1)

【0022】 式中、DおよびD’は第1の核酸および第1の核酸の配列に相補的な領域を含有
する第2の核酸などのアフィニティーリガンドおよび分析物であり、Bは分析物
/アフィニティーリガンド複合体生成物であり、k2 およびkr は、それぞれ、
分析物/アフィニティーリガンド複合体の生成および解離に関する速度論的速度
定数である。この式において、逆反応は、分析物/アフィニティーリガンド複合
体の自発的な解離の考慮と最も関係しており、解離に関する速度定数kr は、分
析物とアフィニティーリガンドとの間の結合の促進を最小化させるために必要と
される重要な変数である。ある分析物/アフィニティーリガンド複合体の場合、
解離は、アッセイ温度を下げることによって減少させることができる;これによ
り解離定数は低下する。
Wherein D and D ′ are affinity ligands and analytes such as the first nucleic acid and a second nucleic acid containing a region complementary to the sequence of the first nucleic acid, and B is the analyte / affinity The ligand complex product, where k 2 and k r are
Kinetic rate constants for the formation and dissociation of the analyte / affinity ligand complex. In this equation, the reverse reaction is most related to the consideration of spontaneous dissociation of the analyte / affinity ligand complex, and the rate constant for dissociation, k r , enhances the binding between the analyte and the affinity ligand. It is an important variable that needs to be minimized. For certain analyte / affinity ligand complexes,
Dissociation can be reduced by lowering the assay temperature; this reduces the dissociation constant.

【0023】 解離定数の大きさが1つの実験温度について求められると、アレニウス式(2
)は、他の温度に関するkr を計算するために下記のように変形することができ
る:
When the magnitude of the dissociation constant is determined for one experimental temperature, the Arrhenius equation (2
) Can be modified as follows to calculate k r for other temperatures:

【0024】[0024]

【数2】 (Equation 2)

【0025】 式中、kr 1 およびkr 2 は、温度T1 およびT2 における分析物/アフィニテ
ィーリガンド複合体の解離速度定数であり、Eaは解離の活性化エネルギーであ
り、Rは普遍気体定数である。核酸分析物/アフィニティーリガンド複合体の場
合、Ea項は、分析物/アフィニティーリガンド複合体を形成させるために使用
された核酸配列の塩基配列から計算することができる。Wetmur、Crit
ical Reviews in Biochemistry and Mol
ecular Biology、26:227〜259(1991)。この計算
のためにアレニウス式を使用することは、Tinoccoら(Physical
Chemistry:Principles and Applicatio
ns in Biological Sciences、Prentice H
all(発行)、Englewood Cliffs、NJ、290頁〜294
頁(1978))によって記載されている。
Where k r 1 and k r 2 are the dissociation rate constants of the analyte / affinity ligand complex at temperatures T 1 and T 2 , Ea is the activation energy for dissociation, and R is the universal gas Is a constant. In the case of a nucleic acid analyte / affinity ligand complex, the Ea term can be calculated from the base sequence of the nucleic acid sequence used to form the analyte / affinity ligand complex. Wetmur, Crit
Ial Reviews in Biochemistry and Mol
ecology Biology, 26: 227-259 (1991). Using the Arrhenius equation for this calculation is described in Tinocco et al. (Physical).
Chemistry: Principles and Applicatio
ns in Biological Sciences, Prentice H
all (issued), Englewood Cliffs, NJ, 290-294
P. (1978)).

【0026】 分析物/アフィニティーリガンドの結合反応が電気泳動マトリックスなどの固
体支持体マトリックスの不連続の領域(discrete regions)で生じる場合、温度
勾配法を使用して、有効解離定数を推定することができる。電気泳動ゲル内に固
定化された分析物/アフィニティーリガンド複合体の融解挙動が、ゲルの横方向
に増大する温度勾配を使用して測定され得る。複合体の50%が電気泳動時間t
aの間において解離した温度Tdは、解離定数を推定するために使用することが
できる。
If the analyte / affinity ligand binding reaction occurs in discrete regions of a solid support matrix, such as an electrophoresis matrix, the temperature gradient method can be used to estimate the effective dissociation constant. it can. The melting behavior of the analyte / affinity ligand complex immobilized in the electrophoresis gel can be measured using a temperature gradient that increases in the lateral direction of the gel. 50% of the complex has an electrophoresis time t
The temperature Td dissociated during a can be used to estimate the dissociation constant.

【0027】 解離を、速度論的速度定数がkr の一次反応とみなした場合、kr はTdにお
いて次式に従う:
If we consider dissociation as a first-order reaction with a kinetic rate constant of k r , k r follows in Td:

【0028】[0028]

【数3】 (Equation 3)

【0029】 従って、温度勾配ゲルを使用することによって、kr の有効値、Tdおよびt
aの測定が可能になる。kr がTdにおいて一旦評価されると、式(3)を使用
して、第1の媒体条件に好適であり得る他のより低い温度におけるkr を計算す
ることができる。この場合、条件は、サンプル分析物とアフィニティーリガンド
との間の特異的な結合複合体の形成が可能になるように選択される。次いで、k r のこれらの計算値を一次の速度式とともに使用して、所与のアッセイ温度ta
および電気泳動時間taにおいて残存する分析物/アフィニティーリガンド複合
体の割合(fraction)を計算することができる。
Thus, by using a temperature gradient gel, krEffective values of Td and t
a can be measured. krOnce is evaluated at Td, use equation (3)
Thus, k at other lower temperatures that may be suitable for the first media conditionrCalculate
Can be In this case, the conditions are the sample analyte and the affinity ligand
Are selected to allow the formation of a specific binding complex between Then k r Using these calculated values for the first order rate equation, the given assay temperature ta
And analyte / affinity ligand complex remaining at electrophoresis time ta
The fraction of the body can be calculated.

【0030】[0030]

【数4】 (Equation 4)

【0031】 式中、Bは、時間taにおいて残存している分析物/アフィニティーリガンド複
合体の濃度であり、Boは複合体の初期濃度である。式(6)は、任意の所定量
までB/Boを増大させる(分析物/アフィニティーリガンド複合体の解離を減
少させる)ために必要とされるkr の変化を推定するために使用することができ
る。kr の所望する値が一旦明らかにされると、式(3)を使用して、そのよう
なkr 値を達成するために必要とされる温度の変化を計算することができる。
Where B is the concentration of the remaining analyte / affinity ligand complex at time ta and Bo is the initial concentration of the complex. Equation (6) can be used to estimate the change in k r required to increase B / Bo (reduce the dissociation of the analyte / affinity ligand complex) to any given amount. it can. If desired the value of k r is once revealed, could be using equation (3), calculating the change in temperature required to achieve such k r value.

【0032】 勾配ゲル法は実際の分析物/アフィニティーリガンド複合体のTdおよびkr の推定を与えるだけであることに留意しなければならない。なぜなら、脱離した
分析物は、複合体を形成していない固定化されているアフィニティーリガンドに
再結合することができるからである。一般に、実験的に決定された値は、可逆的
な分析物/アフィニティーリガンド複合体の解離反応について、実際のTdを過
大評価し、そして実際のkr を過小評価している。それにも関わらず、式(1)
〜(6)において示される定量的な関係により、分析物/アフィニティーリガン
ド複合体の安定性を予想するための合理的で実際的な枠組み、および分離プロト
コルに関する媒体条件が設計される。
The gradient gel method must noted that only provide an estimate of the Td and k r of the actual analyte / affinity ligand complex. This is because the detached analyte can re-bound to the uncomplexed immobilized affinity ligand. In general, experimentally determined values overestimate the actual Td and underestimate the actual k r for the reversible analyte / affinity ligand complex dissociation reaction. Nevertheless, equation (1)
The quantitative relationships shown in (6) design a reasonable and practical framework for predicting the stability of the analyte / affinity ligand complex, and media conditions for the separation protocol.

【0033】 アフィニティーリガンドの1つの特に有用な例は、例えば、ハイブリダイゼー
ションによって、相補的な核酸配列を含有する分析物に結合し得る一本鎖核酸で
ある。一本鎖核酸のアフィニティーリガンドは、分析物核酸配列の全体に対して
、あるいはその一部に対して相補的であり得る。一本鎖核酸はまた、三重鎖の形
成によって二重鎖核酸を単離するために使用することができる(Hoganおよ
びKessler、米国特許第5,176,966号明細書およびCantor
他、米国特許第5,482,836号明細書、これらの教示は参照により本明細
書中に取り込まれる)。二本鎖核酸はまた、核酸結合性タンパク質に対し、ある
いは三重鎖または四重鎖を形成することによりリガンドに結合する核酸分析物に
対する有用なアフィニティーリガンドとして役立ち得る。
One particularly useful example of an affinity ligand is a single-stranded nucleic acid that can bind to an analyte containing a complementary nucleic acid sequence, for example, by hybridization. The affinity ligand of a single-stranded nucleic acid can be complementary to the entire analyte nucleic acid sequence or to a portion thereof. Single-stranded nucleic acids can also be used to isolate double-stranded nucleic acids by triplex formation (Hogan and Kessler, US Pat. No. 5,176,966 and Cantor).
Et al., US Pat. No. 5,482,836, the teachings of which are incorporated herein by reference). Double-stranded nucleic acids can also serve as useful affinity ligands for nucleic acid binding proteins or for nucleic acid analytes that bind to a ligand by forming a triplex or quadruplex.

【0034】 一本鎖核酸が、ゲル内に固定化される別の核酸に結合する条件は、分析物/ア
フィニティーリガンド複合体の安定性を推定するための上記に概説されている手
法を使用して推定することができる。さらに、2つの核酸の融解温度(Tm)は
、核酸分析物が核酸アフィニティーリガンドにハイブリダイゼーションする温度
を推定するための合理的な枠組みを提供する。一般に、TdはTmよりも約15
℃〜25℃低く、従って、分析物とアフィニティーリガンドとの間の特異的なハ
イブリダイゼーションが容易になるようにゲルを操作しなければならない温度は
、Tmよりも約15℃から25℃以上低くなければならない。
The conditions under which a single-stranded nucleic acid binds to another nucleic acid immobilized in a gel use the techniques outlined above to estimate the stability of the analyte / affinity ligand complex. Can be estimated. Further, the melting temperatures (Tm) of two nucleic acids provide a reasonable framework for estimating the temperature at which a nucleic acid analyte will hybridize to a nucleic acid affinity ligand. Generally, Td is about 15 times greater than Tm.
The temperature at which the gel must be engineered to facilitate specific hybridization between the analyte and the affinity ligand must be between about 15 ° C. and 25 ° C. below the Tm. Must.

【0035】 1対の核酸のTmは、典型的には、電気泳動分離中に周期的に変化する溶液の
特性を均一に変化させながら、電気泳動バッファー中において2つの核酸の溶液
のUV吸収などの物理的特性をモニターすることによって求められる。例えば、
温度は、UV吸収をモニターしながらゆっくり低下させることができる。高温の
場合、核酸は一本鎖である。温度が低下するに従って、相補的な塩基が対形成し
、水素結合を形成する。この水素結合がUV吸収の変化をもたらす。核酸が相補
的である場合、水素結合した状態と水素結合していない状態との間の転移が狭い
温度範囲で生じる。この温度範囲の中間点が2つの核酸のTmである。同様に、
バッファーのイオン強度またはpHを、温度を一定に保ち、そしてUV吸収をモ
ニターしながら、一様な方法で変化させることができる。
[0035] The Tm of a pair of nucleic acids is typically the same as the UV absorption of a solution of two nucleic acids in an electrophoresis buffer while uniformly changing the properties of the solution that changes periodically during electrophoretic separation. Determined by monitoring the physical properties of For example,
The temperature can be lowered slowly while monitoring the UV absorption. At elevated temperatures, nucleic acids are single-stranded. As the temperature decreases, complementary bases pair and form hydrogen bonds. This hydrogen bond causes a change in UV absorption. If the nucleic acids are complementary, the transition between the hydrogen-bonded and non-hydrogen-bonded states occurs over a narrow temperature range. The midpoint of this temperature range is the Tm of the two nucleic acids. Similarly,
The ionic strength or pH of the buffer can be varied in a uniform manner while keeping the temperature constant and monitoring the UV absorption.

【0036】 核酸は、イオン強度がより高く、そして温度がより低い条件において、より容
易に二重鎖を形成する。ハイブリダイゼーションに関する「ストリンジェンシー
条件」は、特定の核酸が第2の核酸にハイブリダイゼーションし得る温度および
バッファー濃度(イオン強度)の条件を示す技術用語である。この場合、第1の
核酸は第2の核酸に対して完全に相補的であり得るし、あるいは第1および第2
の核酸は、完全よりは小さいある程度の相補性を有し得る。例えば、完全に相補
的な核酸を、相補性があまりない核酸から区別するために、いくつかの高度スト
リンジェンシー条件を使用することができる。核酸のハイブリダイゼーションに
関する「高度ストリンジェンシー条件」および「中程度ストリンジェンシー条件
」は、Current Protocols in Molecular Bi
ology(Ausubel,F.M.他編、第1巻(増補29までの増補を含
む)、1995)の2.10.1頁〜2.10.16頁(特に、2.10.8〜
11頁を参照のこと)および6.3.1〜6頁に説明されている。この教示は参
照により本明細書中に取り込まれる。ハイブリダイゼーションのストリンジェン
シーを決定する正確な条件は、イオン強度、温度、およびホルムアミドなどの不
安定化剤の濃度だけでなく、核酸配列の長さ、塩基組成、ハイブリダイゼーショ
ンする配列間のミスマッチ割合、および他の非同一配列内におけるそのような配
列の部分集団の出現頻度などの要因にも依存する。従って、高度または中程度の
ストリンジェンシー条件は経験的に決定することができる。
[0036] Nucleic acids form duplexes more easily at higher ionic strength and lower temperatures. “Stringency conditions” for hybridization are technical terms that refer to conditions of temperature and buffer concentration (ionic strength) at which a particular nucleic acid can hybridize to a second nucleic acid. In this case, the first nucleic acid can be completely complementary to the second nucleic acid, or the first and second nucleic acids can be
Nucleic acids may have some degree of complementarity that is less than perfect. For example, a number of high stringency conditions can be used to distinguish perfectly complementary nucleic acids from less complementary nucleic acids. "High stringency conditions" and "moderate stringency conditions" for nucleic acid hybridization are described in Current Protocols in Molecular Bi.
pp. 2.10.1 to 2.10.16 (especially 2.10.8 to pp. 213) of Vol.
(See page 11) and pages 6.3.1-6. This teaching is incorporated herein by reference. The exact conditions that determine the stringency of hybridization include ionic strength, temperature, and concentration of destabilizing agents such as formamide, as well as the length of the nucleic acid sequence, base composition, mismatch ratio between the sequences to be hybridized, And within other non-identical sequences will also depend on factors such as the frequency of occurrence of subpopulations of such sequences. Thus, high or moderate stringency conditions can be determined empirically.

【0037】 ハイブリダイゼーション条件を、ハイブリダイゼーションが全く生じないスト
リンジェンシーのレベルから、ハイブリダイゼーションが最初に観察されるレベ
ルに変更することによって、所与配列が、サンプル中の最も類似する配列と(例
えば、選択的に)ハイブリダイゼーションし得る条件を決定することができる。
三重鎖および四重鎖に関する結合条件は同様の様式で推定することができる。
By changing the hybridization conditions from a level of stringency at which no hybridization occurs to a level at which hybridization is first observed, the given sequence is compared to the most similar sequence in the sample (eg, (Selectively) hybridization conditions can be determined.
Binding conditions for triplex and quadruplex can be estimated in a similar manner.

【0038】 核酸アプタマー(TuerkおよびGold、Science(1990)、
249:5050;Joyce、Gene(1989)、82:83〜87;E
llingtonおよびSzostak、Nature(1990)、346:
818〜822)もまた、本発明のプロセスにおけるアフィニティーリガンドと
して使用することができる。アプタマーは、タンパク質、小有機分子および炭水
化物を含む多種類の分析物に対して選択することができる(KlugおよびFa
mulok、Molecular Biology Reports(1994
)、20:97〜107に総説されている)。従って、アプタマーリガンドを選
択することによって、事実上、任意の標的分子に対するアフィニティーリガンド
を得るための簡便で柔軟な機構が得られる。
Nucleic acid aptamers (Tuerk and Gold, Science (1990),
249: 5050; Joyce, Gene (1989), 82: 83-87; E
llington and Szostak, Nature (1990), 346:
818-822) can also be used as affinity ligands in the process of the invention. Aptamers can be selected for a wide variety of analytes including proteins, small organic molecules and carbohydrates (Klug and Fa).
Mulok, Molecular Biology Reports (1994)
), 20: 97-107). Thus, the choice of aptamer ligand provides a simple and flexible mechanism for obtaining affinity ligands for virtually any target molecule.

【0039】 他の有用なリガンドには、特定の分析物に結合し得るタンパク質またはポリペ
プチドが含まれる。特に有用な種類のタンパク質リガンドは、免疫化方法によっ
て広範囲の分析物に対して誘発され得る抗体分子である。抗体リガンドは、モノ
クロナールまたはポリクローナルであり得る。さらに、抗体のフラグメントはア
フィニティーリガンドであり得る。同様に、レセプタータンパク質は、レセプタ
ーに結合するか、またはレセプターにより結合される分析物の精製および検出を
行うためのリガンドとして有用であり得る。
[0039] Other useful ligands include proteins or polypeptides that can bind to a particular analyte. A particularly useful class of protein ligands are antibody molecules that can be elicited by immunization methods against a wide range of analytes. Antibody ligands can be monoclonal or polyclonal. Further, the antibody fragment can be an affinity ligand. Similarly, receptor proteins may be useful as ligands for purifying and detecting analytes that bind to or are bound by the receptor.

【0040】 炭水化物は、レクチンの電気泳動精製のアフィニティーリガンドとして問題な
く使用され(HorejsiおよびKocourek、Biochim.Bio
phys.Acta(1974)、336:338〜343)、そして特定の炭
水化物または糖タンパク質に結合する分子の精製および検出に有用であり得る。
[0040] Carbohydrates have been used without problems as affinity ligands for electrophoretic purification of lectins (Horejsi and Kocourek, Biochim. Bio).
phys. Acta (1974), 336: 338-343), and may be useful for the purification and detection of molecules that bind to particular carbohydrates or glycoproteins.

【0041】 特定のリガンドに対するタンパク質、アプタマーおよびレクチンの結合条件ま
たは非結合条件は、分析物/アフィニティーリガンド複合体の安定性を推定する
ための上記に概説されている手法を使用して推定することができる。さらに、平
衡透析実験は、分析物/アフィニティーリガンド複合体の安定性を予想する合理
的な方法を提供し得る。例えば、特定のリガンドに対するタンパク質の解離定数
は、いくつかの異なるpH、温度またはイオン強度にて電気泳動バッファーにお
いて決定することができる。解離定数が大きいほど、タンパク質とリガンドとの
間の結合は弱くなる(Segel,I.H.、Biochemical Cal
uculations、第2版(1976)、John Wiley&Sons
、N.Y.、241頁〜244頁を参照のこと)。このデータから、結合条件お
よび非結合条件を推定することができる。
The binding or non-binding conditions of proteins, aptamers and lectins for a particular ligand may be estimated using the techniques outlined above for estimating the stability of an analyte / affinity ligand complex. Can be. Furthermore, equilibrium dialysis experiments can provide a rational way to predict the stability of an analyte / affinity ligand complex. For example, the dissociation constant of a protein for a particular ligand can be determined in an electrophoresis buffer at several different pHs, temperatures or ionic strengths. The larger the dissociation constant, the weaker the binding between the protein and the ligand (Segel, IH, Biochemical Cal).
uculations, 2nd edition (1976), John Wiley & Sons
, N .; Y. , Pp. 241-244). From this data, the binding and non-binding conditions can be estimated.

【0042】 多くの他の種類の固定化リガンドが可能である。これには、ペプチド、アミノ
酸、ヌクレオチド、小有機分子、脂質、ホルモン、薬物、酵素基質、酵素阻害物
質、酵素、補酵素、無機分子、キレート剤、高分子複合体、多糖類、単糖類など
が含まれる。
Many other types of immobilized ligands are possible. This includes peptides, amino acids, nucleotides, small organic molecules, lipids, hormones, drugs, enzyme substrates, enzyme inhibitors, enzymes, coenzymes, inorganic molecules, chelating agents, polymer complexes, polysaccharides, monosaccharides, etc. included.

【0043】 少なくとも1つの固定化アフィニティーリガンドを含有する電気泳動媒体 電気泳動に好適な任意な媒体を本発明の方法のために使用することができる。
一般に、好適な媒体は2つの種類に分けられる。第1の種類には、架橋されたポ
リアクリルアミドおよびアガロースのようなゲル形成物質から構成される媒体が
含まれる。第2の種類には、ポリアクリルアミド、ポリ(ヒドロキシエチルセル
ロース)およびポリ(エチレンオキサイド)などの線状の非架橋型ポリマーの溶
液から構成される媒体が含まれる。後者の範疇は、キャピラリー電気泳動適用に
広く使用されている。
Electrophoretic Medium Containing At least One Immobilized Affinity Ligand Any medium suitable for electrophoresis can be used for the methods of the present invention.
Generally, suitable media fall into two classes. The first class includes media composed of gel-forming substances such as cross-linked polyacrylamide and agarose. The second class includes media composed of solutions of linear, non-crosslinked polymers such as polyacrylamide, poly (hydroxyethylcellulose) and poly (ethylene oxide). The latter category is widely used for capillary electrophoresis applications.

【0044】 リガンドの固定化は、媒体のポリマー成分に直接結合させることにより行うこ
とができる。そのような結合は、リガンドとポリマーとの間で共有結合を形成さ
せることによって媒介され得る。リガンドとポリマー置換基との間の非共有的結
合もまた使用することができる。例えば、広く使用されているビオチンストレプ
トアビジン系およびジゴキシゲニン−抗ジゴキシゲニン系によりもたらされる強
い非共有的結合を使用して、リガンドを、適切に修飾されたポリマー媒体に結合
させることができる。共有結合が好ましい。
The immobilization of the ligand can be performed by directly binding to the polymer component of the medium. Such binding can be mediated by forming a covalent bond between the ligand and the polymer. Non-covalent linkages between the ligand and the polymer substituent can also be used. For example, the strong non-covalent bonds provided by the widely used biotin streptavidin system and the digoxigenin-antidigoxigenin system can be used to attach the ligand to a suitably modified polymeric medium. Covalent bonds are preferred.

【0045】 ポリマー媒体とリガンドとの間の直接的な連結は、厳密には必要とされない。
例えば、リガンドは、マイクロスフェアなどの粒子状支持体に結合させることが
でき、そして粒子状支持体は、物理的包み込みによってポリマー媒体の内部に固
定化することができる(Cantor他、米国特許第5,482,863号明細
書、その教示は参照によりその全体が本明細書中に取り込まれる)。そのような
粒子は、巨視的、微視的またはコロイド的な性質であり得る(Polycien
ces,Inc.、1995〜1996粒子カタログ、Warrington、
PAを参照のこと)。
A direct link between the polymer medium and the ligand is not strictly required.
For example, a ligand can be attached to a particulate support, such as microspheres, and the particulate support can be immobilized within a polymeric medium by physical encapsulation (Cantor et al., US Pat. 482,863, the teachings of which are incorporated herein by reference in their entirety). Such particles may be of macroscopic, microscopic or colloidal nature (Polycien
ces, Inc. 195-1996 Particle Catalog, Warrington,
See PA).

【0046】 同様の方法で、リガンドを、高度に枝分かれした可溶性ポリマーに結合させる
ことができる。その枝分かれした形状のために、そのようなリガンド−ポリマー
複合体は、極端に大きな有効流体力学的半径を示し、従って、適度に小さいポア
サイズの多種類のポリマー媒体における電場の中を移動しない。従って、そのよ
うな複合体は、粒子状支持体と同じ様式で媒体内に包み込むことができる。
In a similar manner, ligands can be attached to highly branched, soluble polymers. Because of its branched shape, such ligand-polymer conjugates exhibit extremely large effective hydrodynamic radii and, therefore, do not move through electric fields in a wide variety of polymeric media of reasonably small pore sizes. Thus, such a composite can be encapsulated in a medium in the same manner as a particulate support.

【0047】 媒体内におけるリガンドの絶対的な固定化は、本発明のすべての態様には必要
とされない。多くの適用に関して、リガンドとの結合複合体が形成されたときに
、分析物の移動度が変化することで十分である。この条件は、リガンドを、電気
泳動移動度が極端に小さい媒体成分に結合させることによって満足させることが
できる。しかし、効率的な精製を行うためには、移動度の変化は、できる限り大
きいことが望ましい。従って、媒体内におけるリガンドの真の固定化を利用する
媒体が、本発明における使用に好ましい。
[0047] Absolute immobilization of the ligand in the medium is not required for all aspects of the invention. For many applications, it is sufficient that the mobility of the analyte change when a binding complex with the ligand is formed. This condition can be satisfied by binding the ligand to a medium component having extremely low electrophoretic mobility. However, for efficient purification, it is desirable that the change in mobility be as large as possible. Accordingly, media that make use of the true immobilization of ligands in the media are preferred for use in the present invention.

【0048】 本発明に有用な一般に使用されているゲル媒体には、アクリルアミドゲルおよ
びアガロースゲルが含まれる。しかし、他の物質も使用することができる。例と
して、修飾アクリルアミドおよびアクリラートエステル(例えば、Polysc
iences,Inc.ポリマー&モノマーカタログ、1996〜1997、W
arrington、PAを参照のこと)、デンプン(Smithies、Bi
ochem.J.(1959)、71:585;製品番号S5651、Sigm
a Chemical Co.、St.Louis、MO)、デキストラン(例
えば、Polyciences,Inc.ポリマー&モノマーカタログ、199
6〜1997、Warrington、PAを参照のこと)、およびセルロース
系ポリマー(例えば、Quesada、Current Opinions i
n Biotechnology(1997)、8:82〜93)が含まれる。
これらのポリマーはいずれも、本発明における使用のために、(核酸、タンパク
質、ペプチド、有機小分子などを含む)リガンドの特異的な結合が可能になるよ
うに化学的に修飾され得る。
[0048] Commonly used gel media useful in the present invention include acrylamide gels and agarose gels. However, other materials can be used. By way of example, modified acrylamide and acrylate esters (eg, Polysc
ices, Inc. Polymer & Monomer Catalog, 1996-1997, W
arrington, PA), starch (Smilies, Bi)
ochem. J. (1959), 71: 585; product number S5651, Sigma
a Chemical Co. , St. Louis, MO), Dextran (see, eg, Polysciences, Inc. Polymer & Monomer Catalog, 199
6-1997, Warrington, PA), and cellulosic polymers (eg, Quesada, Current Opinions i).
n Biotechnology (1997), 8: 82-93).
Any of these polymers can be chemically modified to allow specific binding of ligands (including nucleic acids, proteins, peptides, small organic molecules, etc.) for use in the present invention.

【0049】 いくつかの方法において、2つ以上の支持用物質の混合物を含有する複合媒体
を使用することが有用であり得る。例として、アクリルアミド−アガロースの複
合ゲルが挙げられる。このようなゲルは、典型的には、2%〜5%のアクリルア
ミドおよび0.5%〜1%のアガロースを含有する。これらのゲルにおいて、ア
クリルアミドは主たる篩い機能をもたらすが、アガロースがない場合、そのよう
な低濃度のアクリルアミドゲルは、便利な取り扱いに必要な機械的強度を有して
いない。アガロースは、アクリルアミドの篩い特性を有意に変化させることなく
機械的支持をもたらす。そのような場合、核酸は、ゲルの篩い機能をもたらす成
分に結合させることができる。なぜなら、そのような成分は、溶液相の核酸標的
と最も密接な接触を形成するからである。
In some methods, it may be useful to use a composite medium that contains a mixture of two or more supporting materials. An example is an acrylamide-agarose composite gel. Such gels typically contain 2% -5% acrylamide and 0.5% -1% agarose. In these gels, acrylamide provides the primary sieving function, but in the absence of agarose, such low concentration acrylamide gels do not have the mechanical strength required for convenient handling. Agarose provides mechanical support without significantly changing the sieving properties of acrylamide. In such cases, the nucleic acids can be attached to components that provide the sieving function of the gel. This is because such components make the most intimate contact with the solution phase nucleic acid target.

【0050】 キャピラリー電気泳動(CE)適用の場合、可溶性ポリマーを含有する媒体を
使用することが便利である。CE解析に有用であることが明らかにされている可
溶性ポリマーの例として、ポリアクリルアミド、ポリ(N,N−ジメチルアクリ
ルアミド)、ポリ(ヒドロキシエチルセルロース)、ポリ(エチレンオキサイド
)およびポリ(ビニルアルコール)の線状ポリマーが挙げられ、これらはQue
sada、Current Opinion in Biotechnolog
y(1997)、8:82〜93に記載されている。これらのポリマーの溶液も
また、本発明の方法を実施するために使用することができる。
For capillary electrophoresis (CE) applications, it is convenient to use a medium containing a soluble polymer. Examples of soluble polymers that have been shown to be useful for CE analysis include polyacrylamide, poly (N, N-dimethylacrylamide), poly (hydroxyethylcellulose), poly (ethylene oxide) and poly (vinyl alcohol). Linear polymers, which are Que.
Sada, Current Opinion in Biotechnology
y (1997), 8: 82-93. Solutions of these polymers can also be used to practice the method of the present invention.

【0051】 アフィニティー電気泳動媒体を作製するために様々なリガンドを結合する方法
が当業者に十分に知られている。多くのリガンドは、臭化シアンまたは塩化シア
ヌルによる活性化を使用して、アガロース、デキストラン、セルロースおよびデ
ンプンのポリマーに結合させることができる。カルボキシル基を含有するポリマ
ーは、カルボジイミドカップリングを使用して、一級アミン基を有するリガンド
に結合させることができる。一級アミンを有するポリマーは、グルタルアルデヒ
ドまたは塩化シアヌルを用いてアミン含有リガンドに結合させることができる。
チオール含有リガンドに結合させることができる多くのポリマーは、チオール反
応基を用いて修飾することができる。多くの他の好適な方法が文献において知ら
れている。例えば、Wong、「タンパク質の結合体化および架橋の化学」、C
RC Press、Boca Raton、FL、1993を参照のこと。
[0051] Methods of conjugating various ligands to create affinity electrophoretic media are well known to those skilled in the art. Many ligands can be attached to agarose, dextran, cellulose and starch polymers using activation with cyanogen bromide or cyanuric chloride. Polymers containing carboxyl groups can be attached to ligands with primary amine groups using carbodiimide coupling. Polymers with primary amines can be attached to amine-containing ligands using glutaraldehyde or cyanuric chloride.
Many polymers that can be attached to thiol-containing ligands can be modified with thiol-reactive groups. Many other suitable methods are known in the literature. See, eg, Wong, "Conjugation and cross-linking chemistry of proteins", C
See RC Press, Boca Raton, FL, 1993.

【0052】 電気泳動媒体のポリマー物質との共重合によってリガンドを共有結合させるた
めの方法もまた開発されている。この方法では、リガンドは、共重合可能な基に
より化学的に修飾される。そのような修飾リガンドが重合性モノマーの適切な混
合物と共重合した場合に、高濃度の固定化リガンドを含有するポリマー媒体を得
ることができる。核酸を重合性の化学基に共有結合させるための方法の例が、米
国特許出願第08/812,105号明細書(名称:核酸を含有する重合性複合
体)および米国特許出願第08/971,845号明細書(名称:固定化プロー
ブを使用する分子の電気泳動解析)に見出される。これらの教示は参照によりそ
の全体が本明細書中に取り込まれる。(Rehman他、Nucleic Ac
ids Research(1999)、27:649もまた参照のこと)。タ
ンパク質および小さな有機分子をポリマー層およびゲルの内部に固定化するため
に使用されている他の有用な方法が、Bille他、Eur.J.Bioche
m.(1989)、180:41〜47;Wang他、Nature Biot
echnology(1997)、15:789〜793;ならびにHoltz
およびAsher、Nature(1997)、389:829〜832に記載
されている。
Methods have also been developed for covalently attaching a ligand by copolymerization of an electrophoretic medium with a polymeric material. In this method, the ligand is chemically modified with a copolymerizable group. When such modified ligands are copolymerized with a suitable mixture of polymerizable monomers, a polymeric medium containing a high concentration of immobilized ligand can be obtained. Examples of methods for covalently attaching nucleic acids to polymerizable chemical groups are described in U.S. patent application Ser. No. 08 / 812,105 (named: polymerizable complexes containing nucleic acids) and U.S. patent application Ser. 845 (name: electrophoretic analysis of molecules using immobilized probes). These teachings are incorporated herein by reference in their entirety. (Rehman et al., Nucleic Ac
ids Research (1999), 27: 649). Other useful methods that have been used to immobilize proteins and small organic molecules inside polymer layers and gels are described in Bille et al., Eur. J. Bioche
m. (1989), 180: 41-47; Wang et al., Nature Biot.
technology (1997), 15: 789-793; and Holtz.
And Asher, Nature (1997), 389: 829-832.

【0053】 核酸プローブを、ゲルまたは線状の可溶性ポリマーを含む予備形成されたポリ
アクリルアミドポリマーに結合させるための他の方法が、GhoshおよびFa
hyの米国特許第5,478,893号明細書(この教示は参照によりその全体
が本明細書中に取り込まれる)、およびTimofeev他、Nucleic
Acids Res.(1996)、24:3142〜3148に見出され得る
Other methods for attaching nucleic acid probes to preformed polyacrylamide polymers, including gels or linear soluble polymers, are described by Ghosh and Fa.
Hy, US Patent No. 5,478,893, the teachings of which are incorporated herein by reference in their entirety, and Timofev et al., Nucleic.
Acids Res. (1996), 24: 3142-3148.

【0054】 分離中に電気泳動電場の配向を変えるためのプロセスおよび手段 電極システムは、電源と一緒になって、電場勾配をもたらすシステムである。
電場勾配は、電極システムによりもたらされるゲルでの電圧降下である(Gid
dings、Unified Separations Science(19
91)、John Wiley&Sons、New York、155頁〜17
0頁を参照のこと)。電気泳動のために使用される電場勾配の配向によって、分
析物および非分析物のサンプル成分間の分離形態が決定される。多くの電場形態
を使用することができる。例えば、従来の二電極型装置を用いて、一次元の分離
が、電場反転ゲル電気泳動(Carle他、Science(1986)、23
2:65)において実施されているように、単に2つの電極の極性を切り換える
ことによって達成され得る。この種の分離において、分析物は、リガンドに対す
る結合を不利にする条件のもとで移動するだけであり、これに対して、非分析物
のサンプル成分は両方の条件のもとで移動する。例示目的のために、精製プロセ
ス中における正味の分析物の運動方向を「順方向」と呼ぶことにする。逆方向の
電場配向の継続時間が順方向の電場配向の継続時間よりも長くなるように精製サ
イクルが設計されている場合、分析物分子は、各精製サイクル中において順方向
に移動するが、非分析物のサンプル成分は、逆方向の電場配向の長い期間によっ
てゲルから効率的に除かれるために、ほんの一時的にゲルに進入するだけである
Processes and Means for Changing the Orientation of an Electrophoretic Field During Separation An electrode system is a system that, together with a power supply, produces an electric field gradient.
The electric field gradient is the voltage drop across the gel caused by the electrode system (Gid
dings, Unified Separations Science (19
91), John Wiley & Sons, New York, pp. 155-17.
See page 0). The orientation of the electric field gradient used for electrophoresis determines the form of separation between analyte and non-analyte sample components. Many electric field configurations can be used. For example, using a conventional two-electrode device, one-dimensional separation is performed by field-reversal gel electrophoresis (Carle et al., Science (1986), 23).
2:65) can be achieved by simply switching the polarity of the two electrodes. In this type of separation, the analyte only migrates under conditions that favor binding to the ligand, whereas non-analyte sample components migrate under both conditions. For illustrative purposes, the direction of net analyte movement during the purification process will be referred to as "forward." If the purification cycle is designed such that the duration of the reverse electric field orientation is longer than the duration of the forward electric field orientation, the analyte molecules will move forward during each purification cycle, but not The sample components of the analyte will only temporarily enter the gel in order to be efficiently removed from the gel by the long duration of the reverse electric field orientation.

【0055】 パルスフィールド適用(SchwartzおよびCantor、Cell(1
984)、37:67)およびCHEF適用(CHEFゲル、米国特許第5,5
49,769号明細書;Bio−Rad生命科学研究製品カタログ(1997)
、175頁〜182頁)において使用されているような二次元型の電極配置によ
り、本発明の分離プロセスは二次元で実施することができる。原理的には、所望
する場合には、第3の次元で操作されるもう一組の電極を加えることによって、
さらなる分離能力を付加することができる。
Pulse field applications (Schwartz and Cantor, Cell (1
984), 37:67) and CHEF application (CHEF gel, US Pat.
No. 49,769; Bio-Rad Life Science Research Product Catalog (1997)
175-182), the separation process of the present invention can be performed in two dimensions. In principle, if desired, by adding another set of electrodes operated in the third dimension,
Additional separation capabilities can be added.

【0056】 一次元および二次元の電気泳動分離を行うための装置類および方法論の状態は
十分に改善されている。少なくとも1つの市販の装置(CHEFゲル装置、Bi
o−Rad生命科学研究製品カタログ、1997、175頁〜182頁)は、電
場配向およびパルス継続時間のプログラム化された自動制御によって、二次元の
電気泳動分離を実施することができる。
The state of the equipment and methodologies for performing one- and two-dimensional electrophoretic separations have been substantially improved. At least one commercially available device (CHEF gel device, Bi
The o-Rad Life Science Research Product Catalog, 1997, pp. 175-182) can perform two-dimensional electrophoretic separations with programmed automatic control of electric field orientation and pulse duration.

【0057】 電気泳動の電場配向での変化と同時に電気泳動媒体の少なくとも1つの他の特性
を変化させるためのプロセスおよび手段 電気泳動媒体は、電気泳動媒体の1つまたは複数の特性(例えば、温度、pH
またはイオン強度)を変化させることによって、使用者が決めた少なくとも2つ
の異なる状態の間を可逆的に繰り返すことができる。一方の状態において、リガ
ンドは、目的の分析物に対して比較的大きな親和性を有する。それ以外の状態に
おいて、リガンドは、分析物との比較的低い結合親和性を有する。好ましい態様
において、非分析物のサンプル成分は、両方の状態においてリガンドに対して低
い親和性を有する。本発明のより好ましい態様において、媒体状態および電場配
向の変化は同時に調節され、その結果、非分析物物質の電気泳動がすべての条件
および電場配向のもとで起こるが、分析物の電気泳動は限定された組み合わせの
条件および電場配向のもとでのみ生じる。従って、分析物分子および非分析物分
子は、各サイクルについて異なる正味の移動度を有し、媒体内でのそれらの分離
は各サイクルで増大する。
Processes and Means for Changing at least One Other Property of an Electrophoretic Medium Simultaneously with a Change in Electric Field Orientation of Electrophoresis The electrophoretic medium comprises one or more properties of the electrophoretic medium (eg, temperature , PH
(Or ionic strength) can be reversibly repeated between at least two different states determined by the user. In one situation, the ligand has a relatively large affinity for the analyte of interest. In other situations, the ligand has a relatively low binding affinity for the analyte. In a preferred embodiment, the non-analyte sample components have a low affinity for the ligand in both situations. In a more preferred embodiment of the invention, the change in media state and electric field orientation is simultaneously regulated, so that electrophoresis of non-analyte material occurs under all conditions and electric field orientations, but the electrophoresis of the analyte is It occurs only under limited combination of conditions and electric field orientation. Thus, the analyte and non-analyte molecules have different net mobilities for each cycle, and their separation in the media increases with each cycle.

【0058】 媒体温度を変化させることは、分析物−リガンドの結合親和性を調節するため
の1つの好ましい手段である。なぜなら、温度は、電気泳動媒体をほとんどまた
は全く操作することなく変化させることができ、そして温度制御に関して非常に
多くの装置類が市販されているからである。しかし、他の媒体特性もまた使用す
ることができる。非共有結合的な化学的結合に影響することが知られている、考
えられる特性の非限定的な列挙として、媒体pHの変化、媒体のイオン強度の変
化、および媒体の化学的組成の他の変化が挙げられる。
Varying the medium temperature is one preferred means for adjusting the analyte-ligand binding affinity. Because the temperature can be changed with little or no manipulation of the electrophoretic medium, and a great deal of equipment is commercially available for temperature control. However, other media characteristics can also be used. Non-limiting listings of possible properties that are known to affect non-covalent chemical bonding include changes in medium pH, changes in ionic strength of the medium, and other chemical compositions of the medium. Change.

【0059】 本発明の1つの特に好ましい態様において、アフィニティーリガンドは核酸で
あり、分析物は、アフィニティーリガンドの核酸に相補的な少なくとも1つの領
域を有する核酸サンプルである。この場合、分析物とリガンドとの間の結合を、
ゲルの温度を変化させることによって効果的に調節することができる。例えば、
温度がリガンド−分析物複合体のTdよりも高い場合、結合親和性は低くなる。
同様に、温度がTdよりも低い場合、結合親和性は実質的に大きくなる。
In one particularly preferred embodiment of the invention, the affinity ligand is a nucleic acid and the analyte is a nucleic acid sample having at least one region complementary to the nucleic acid of the affinity ligand. In this case, the binding between the analyte and the ligand is
It can be adjusted effectively by changing the temperature of the gel. For example,
If the temperature is higher than the Td of the ligand-analyte complex, the binding affinity will be lower.
Similarly, if the temperature is lower than Td, the binding affinity will be substantially greater.

【0060】 電気泳動媒体を2つの温度の間で循環させるためのプロセスおよび手段は、当
業者に十分に知られている。例えば、垂直型式または水平型式の電気泳動を行う
ための温度制御型装置が市販されている(Bio−Rad生命科学研究製品カタ
ログ(1997)、127頁〜133頁;Pharmaciaバイオテクバイオ
ディレクトリー(Biotech BioDirectory)(1997)、345頁、309頁、
334頁)。装置によっては、水(または、適切な冷却剤)を装置に循環させる
ことによって温度制御が行われている。このような装置の場合、温度のサイクル
は、冷却剤供給源を、所望の温度に設定された2つの調節されたリザーバーの間
で切り換えることによって達成され得る。いくつかの電気泳動装置においては、
媒体は、加熱および冷却をペチエル(Petier)効果に依存するプログラム
可能なサーモサイクラーと熱的に接触している。(サーモサイクラーは、MJ
Research(Watertown MA)から入手可能である)。例えば
、ペルチエ(Peltier)効果による加熱/冷却装置を有する電気泳動ユニットを Pharmaciaから入手可能である(Pharmaciaバイオテクバイオ
ディレクトリー(1997)、334頁)。
Processes and means for circulating an electrophoretic medium between two temperatures are well known to those skilled in the art. For example, temperature controlled devices for performing vertical or horizontal electrophoresis are commercially available (Bio-Rad Life Science Research Product Catalog (1997), pp. 127-133; Pharmacia Biotech BioDirectory). (1997), 345, 309,
334). In some devices, temperature is controlled by circulating water (or an appropriate coolant) through the device. In such a device, temperature cycling may be achieved by switching the coolant supply between two regulated reservoirs set to the desired temperature. In some electrophoresis devices,
The medium is in thermal contact with a programmable thermocycler that relies on the Petier effect for heating and cooling. (The thermocycler is MJ
Research (Watertown MA)). For example, an electrophoresis unit with a heating / cooling device by the Peltier effect is available from Pharmacia (Pharmacia Biotech Bio Directory (1997), p. 334).

【0061】 分析物−リガンドの結合親和性を調節する別の方法は、電気泳動バッファーの
イオン強度を変化させることによる。結合を促進させるバッファーのイオン強度
は、分析物およびアフィニティーリガンドのタイプに依存する。一般に、より大
きなイオン強度を有するバッファーは結合を促進させる。分析物がアフィニティ
ーリガンドに結合する状態においては、約100mMから1Mのイオン強度を有
するバッファーが好ましい。分析物がアフィニティーリガンドに結合しない状態
においては、約10mM以下のイオン強度を有するバッファーが好ましい。平衡
透析またはハイブリダイゼーション実験を使用して、特定のイオン強度における
特定の分析物/アフィニティーリガンド結合複合体の安定性を合理的に予想する
ことができる。
Another method of adjusting the analyte-ligand binding affinity is by changing the ionic strength of the electrophoresis buffer. The ionic strength of the buffer that promotes binding depends on the analyte and the type of affinity ligand. Generally, buffers with higher ionic strength promote binding. Where the analyte binds to the affinity ligand, a buffer having an ionic strength of about 100 mM to 1 M is preferred. Where the analyte does not bind to the affinity ligand, a buffer having an ionic strength of about 10 mM or less is preferred. Equilibrium dialysis or hybridization experiments can be used to reasonably predict the stability of a particular analyte / affinity ligand binding complex at a particular ionic strength.

【0062】 分析物−リガンドの結合親和性を調節する別の方法は、電気泳動バッファーを
変性バッファーに変えることによる。変性バッファーは、アフィニティーリガン
ドに対する分析物の結合を破壊する化学剤(以下、「変性剤」)を含有する。例
えば、ホルムアミドまたは尿素は変性バッファーの成分であり得る。必要とされ
る変性剤の量は、標的分子のタイプ、アフィニティー結合相互作用のタイプ、電
場強度、イオン強度、および電気泳動の温度に依存する。一般に、変性バッファ
ーは、ホルムアミドまたは尿素の非常に広い濃度範囲を有し得る。ホルムアミド
は95%(容量/容量)までの濃度において使用することができ、尿素は8Mま
での濃度で使用することができる。平衡透析またはハイブリダイゼーション実験
もまた、特定の変性バッファーにおける分析物/アフィニティーリガンド結合複
合体の安定性を合理的に予想するために使用することができる。
Another way to adjust the analyte-ligand binding affinity is by changing the electrophoresis buffer to a denaturing buffer. The denaturing buffer contains a chemical agent that disrupts the binding of the analyte to the affinity ligand (hereinafter "denaturing agent"). For example, formamide or urea can be a component of a denaturing buffer. The amount of denaturing agent required depends on the type of target molecule, the type of affinity binding interaction, the electric field strength, the ionic strength, and the temperature of the electrophoresis. Generally, denaturing buffers can have a very wide concentration range of formamide or urea. Formamide can be used at concentrations up to 95% (vol / vol) and urea can be used at concentrations up to 8M. Equilibrium dialysis or hybridization experiments can also be used to reasonably predict the stability of an analyte / affinity ligand binding complex in a particular denaturing buffer.

【0063】 場合により、分析物−リガンドの結合親和性はまた、バッファーのpHを変化
させることによって調節することができる。例えば、核酸は、ほぼ中性pH(例
えば、pH6〜8)で相補的な核酸のアフィニティーリガンドとハイブリダイゼ
ーションする。DNA標的にハイブリダイゼーションしたDNAアフィニティー
リガンドは、酸性pH(例えば、pH5未満)で、あるいは塩基性pH(例えば
、pH11より高い)で破壊され得る。電気泳動バッファーのpHを変化させる
ことは、アフィニティーリガンドに対するタンパク質分析物の結合を破壊する好
ましい方法である。平衡透析の実験は、分析物に対する特定のタンパク質の結合
および解離に関するpH範囲を推定するために使用することができる。
Optionally, the analyte-ligand binding affinity can also be adjusted by changing the pH of the buffer. For example, nucleic acids hybridize at approximately neutral pH (eg, pH 6-8) with complementary nucleic acid affinity ligands. DNA affinity ligands hybridized to a DNA target can be destroyed at acidic pH (eg, below pH 5) or at basic pH (eg, above pH 11). Changing the pH of the electrophoresis buffer is a preferred method of breaking the binding of the protein analyte to the affinity ligand. Equilibrium dialysis experiments can be used to estimate the pH range for binding and dissociation of a particular protein to an analyte.

【0064】 最大の分離効率を得るために、媒体条件を切り換えることは、分析物を、完全
に結合した状態と完全に結合していない状態との間で切り換えなければならない
。結合した分析物状態と未結合の分析物状態との間のこの完全な区別は、本開示
の後節において例示されているように、一本鎖核酸分析物−リガンドの系を用い
て行うことができる。しかし、そのような絶対的な2つの状態挙動は、本発明の
満足いく適用には必要とされない。一般に、分析物の移動度が媒体条件の変化に
よって実質的に変化することで十分である。ここで、「実質的」とは、リガンド
を含有する媒体において観測される移動度の変化が、リガンドを含まない類似し
た媒体について、あるいは、もとのリガンドと化学的に類似しているが、分析物
との特異的な結合複合体を形成し得ないリガンドを含有する媒体について観測さ
れる移動度の変化よりも大きいことを意味する。分析物の移動度におけるそのよ
うな実質的な変化が生じる場合、弱い特異的なリガンド/分析物相互作用でさえ
、本発明を実施するために問題なく使用することができる。なぜなら、任意の多
数の精製サイクルを自動化された様式で繰り返すことができるからである。この
ような場合、各サイクルは、小さいが、測定可能な分離を分析物および非分析物
のサンプル成分の間でもたらし、必要とされる分離レベルが達成されるまで、精
製サイクルを繰り返すことができる。
To obtain maximum separation efficiency, switching the media conditions must switch the analyte between fully bound and completely unbound. This complete distinction between bound and unbound analyte states is made using a single-stranded nucleic acid analyte-ligand system, as exemplified in a later section of this disclosure. Can be. However, such an absolute two-state behavior is not required for a satisfactory application of the present invention. Generally, it is sufficient that the mobility of the analyte be substantially changed by changes in media conditions. Here, “substantially” means that the change in mobility observed in the medium containing the ligand is similar for a similar medium containing no ligand or chemically similar to the original ligand. Mean greater than the change in mobility observed for media containing ligands that cannot form a specific binding complex with the analyte. Where such substantial changes in analyte mobility occur, even weak specific ligand / analyte interactions can be used successfully to practice the invention. Because any number of purification cycles can be repeated in an automated manner. In such cases, each cycle provides a small, but measurable, separation between analyte and non-analyte sample components, and the purification cycle can be repeated until the required level of separation is achieved. .

【0065】 本発明の適用 本発明を用いて、分析物を精製し、その後の特徴付けおよび他の調製目的のた
めに該分析物を使用することができる。さらに、本発明は、分析物を検出するた
めに使用することができる。
Applications of the Invention The present invention can be used to purify analytes and use them for subsequent characterization and other preparation purposes. Further, the present invention can be used to detect an analyte.

【0066】 調製目的の場合、本発明は、アフィニティー精製の多くの反復サイクルを、調
製が容易で安価なアフィニティー媒体を用いた単一の自動化されたプログラム可
能な装置を使用して行うことができるために威力を示す。好ましくは、精製産物
の溶出は、Gombocz他の米国特許第5,217,591号明細書、Kra
gtおよびBallenの米国特許第3,989,612号明細書に開示されて
いる方法の変法を使用して電気泳動的に行うことができる。それらの教示は参照
によりその全体が本明細書中に取り込まれる。他の溶出方法も可能であり、当業
者には十分に知られている。
For preparative purposes, the present invention allows many repetitive cycles of affinity purification to be performed using a single, automated, programmable device using easily prepared and inexpensive affinity media. To show the power. Preferably, elution of the purified product is performed by Gombocz et al., US Pat. No. 5,217,591, Kra.
gt and Ballen can be performed electrophoretically using a modification of the method disclosed in US Pat. No. 3,989,612. The teachings of which are incorporated herein by reference in their entirety. Other elution methods are possible and are well known to those skilled in the art.

【0067】 検出目的の場合、本発明は、バックグラウンドの好ましくないレベルの一因に
なり得る非分析物のサンプル成分が除去され得るために威力を示す。このような
アッセイの一般的な型式は、下記の工程を含む: 1)試験対象サンプルの調製; 2)考えられるサンプル分析物の本発明の方法による精製;および 3)工程2の精製プロセスの産物における分析物のアッセイ。 本発明を使用する有用な検出適用の非限定的な例として、この一般的な方法の3
つの変法を下記に示す。これらの例は、決して、本発明の範囲を限定することを
目的としていない。他の検出方法が、他のタイプの分析物についてより有用であ
る場合がある。これらはすべて、血液サンプルにおける細菌の検出に関する。
For detection purposes, the present invention shows its power because non-analyte sample components that can contribute to undesirable levels of background can be removed. The general format of such an assay involves the following steps: 1) preparation of a sample to be tested; 2) purification of a possible sample analyte by the method of the invention; and 3) analysis of the product of the purification process of step 2. Object assay. As a non-limiting example of a useful detection application using the present invention, this general method 3
Two variants are shown below. These examples are in no way intended to limit the scope of the invention. Other detection methods may be more useful for other types of analytes. These all relate to the detection of bacteria in blood samples.

【0068】 a)色素結合による検出 工程1において、全RNAが血液サンプルから調製される(Chomczyn
ski他、Anal.Biochem.(1987)、162:156;Cho
mczynski、Biotechniques(1993)、15:532;
TRI試薬BD、Sigma(1999)、カタログ番号T3809、1545
頁)。工程2において、RNAは、細菌のリボソームRNAを結合させるのに特
異的なアフィニティー媒体を使用する本発明の方法に付される。工程3において
、精製プロセスの産物が、核酸に結合したときに蛍光を明るく発する色素(例え
ば、アクリジンオレンジ、SYBRグリーンII、TO−TOまたはYO−YO
)を使用してRNAの存在について調べられる。好適な色素の他の例を、Hau
glandの「蛍光プローブおよび研究試薬ハンドブック、第6版」(Mole
cular Probes、Eugene、OR、(1996)、144頁〜1
56頁)に見出すことができる。
A) Detection by Dye Binding In step 1, total RNA is prepared from a blood sample (Chomczyn)
Ski et al., Anal. Biochem. (1987), 162: 156; Cho
mczynski, Biotechniques (1993), 15: 532;
TRI Reagent BD, Sigma (1999), Catalog No. T3809, 1545
page). In step 2, the RNA is subjected to the method of the invention using a specific affinity medium to bind the bacterial ribosomal RNA. In step 3, the product of the purification process is a dye that fluoresces brightly when bound to nucleic acid (eg, Acridine Orange, SYBR Green II, TO-TO or YO-YO
) Is used to check for the presence of RNA. Another example of a suitable dye is Hau
Grand "Fluorescent Probes and Research Reagents Handbook, 6th Edition" (Mole
cultural Probes, Eugene, OR, (1996), 144-1-1.
56).

【0069】 b)酵素標識の同時精製による検出 工程1において、全RNAを血液サンプルから調製し、そしてサンプル中の細
菌リボソームRNA分析物を、工程2の精製プロセスの途中で破壊されない手段
により、アルカリホスファターゼ、西洋ワサビペルオキシダーゼまたはルシフェ
ラーゼなどの酵素レポーター分子に結合させる。好ましくは、酵素レポーターに
対するRNA分析物の結合は、酵素が結合している核酸サンドイッチハイブリダ
イゼーションプローブによって媒介される(RankiおよびSoderlan
d、米国特許第4,486,539号明細書;EngelhardtおよびRa
bbani、米国特許第5,288,609号明細書、これらの教示は参照によ
りその全体が本明細書中に取り込まれる)。工程3のアッセイにより、酵素レポ
ーター分子が、発色性基質、化学蛍光性基質または化学発光性基質を使用して検
出される。
B) Detection by Co-Purification of Enzyme Label In step 1, total RNA is prepared from a blood sample, and bacterial ribosomal RNA analytes in the sample are alkalinized by means that are not destroyed during the purification process of step 2. Attached to an enzyme reporter molecule such as phosphatase, horseradish peroxidase or luciferase. Preferably, the binding of the RNA analyte to the enzyme reporter is mediated by a nucleic acid sandwich hybridization probe to which the enzyme is attached (Ranki and Soderlan).
d, U.S. Patent No. 4,486,539; Engelhardt and Ra
bbani, US Patent No. 5,288,609, the teachings of which are incorporated herein by reference in their entirety). In the assay of step 3, the enzyme reporter molecule is detected using a chromogenic, chemiluminescent or chemiluminescent substrate.

【0070】 c)増幅可能なレポーター標識の同時精製による検出 工程1において、全RNAを血液サンプルから調製し、そしてサンプル中の細
菌リボソームRNA分析物を、工程2の精製プロセスの途中で破壊されない手段
によって、Q−ベータレプリカーゼの基質、例えば、Q−ベータレプリカーゼの
MDV−1基質(Lizardi他、Bio/Technology 6:11
97〜1202、1988)などの増幅可能なレポーター分子に結合させる。好
ましくは、酵素レポーターに対するRNA分析物の結合は、増幅可能なレポータ
ーが結合している核酸サンドイッチハイブリダイゼーションプローブによって媒
介される。工程3のアッセイにより、増幅可能レポーター分子が、適切な酵素的
な増幅プロセスおよび検出プロセスを使用して検出される。
C) Detection by Simultaneous Purification of an Amplifiable Reporter Label In step 1, total RNA is prepared from a blood sample and the bacterial ribosomal RNA analyte in the sample is not destroyed during the purification process of step 2. By a substrate for Q-beta replicase, such as the MDV-1 substrate for Q-beta replicase (Lizardi et al., Bio / Technology 6:11).
97-1202, 1988). Preferably, binding of the RNA analyte to the enzyme reporter is mediated by a nucleic acid sandwich hybridization probe to which the amplifiable reporter is attached. By the assay of step 3, the amplifiable reporter molecule is detected using a suitable enzymatic amplification and detection process.

【0071】 上記の例(a)〜(c)は、感度が大きくなる順で記されていることは当業者
には明らかである。例(c)の理論的な感度は、サンプル調製中および電気泳動
精製中における分析物および/または増幅可能なレポーターの喪失によってのみ
制限される。なぜなら、Q−ベータレプリカーゼシステムはサンプル中の1個の
MDV−1基質を検出することができるからである。
It is obvious to those skilled in the art that the above examples (a) to (c) are described in order of increasing sensitivity. The theoretical sensitivity of example (c) is limited only by the loss of analyte and / or amplifiable reporter during sample preparation and electrophoretic purification. This is because the Q-beta replicase system can detect one MDV-1 substrate in a sample.

【0072】 本発明を下記の実施例により例示する。しかし、下記の実施例は、決して、限
定することを目的としていない。
The present invention is illustrated by the following examples. However, the following examples are not intended to be limiting in any way.

【0073】 実施例 実施例1.核酸サンプルの分離 核酸の混合物を分離するために使用される本発明の例をFigure1Aおよ
びFigure1Bに示す。本実施例において、リガンドは、米国特許出願第0
8/812,105号および同第08/971,845号の方法を使用して、標
準的なポリアクリルアミドゲル内に共有結合的に固定化された核酸GTA CC
A TAA CAG CAA GCC TCA(配列番号:2)である。それら
の教示は参照によりその全体が本明細書中に取り込まれる。
Example 1 Separation of Nucleic Acid Samples Examples of the invention used to separate a mixture of nucleic acids are shown in FIG. 1A and FIG. 1B. In this example, the ligand was prepared in US patent application Ser.
Nucleic acid GTA CC covalently immobilized in a standard polyacrylamide gel using the methods of 8 / 812,105 and 08 / 971,845.
A TAA CAG CAA GCC TCA (SEQ ID NO: 2). The teachings of which are incorporated herein by reference in their entirety.

【0074】 (四角で示される)リガンドに対して非相補的な蛍光標識された核酸である5
’−フルオレセイン−ATT ACG TTG ATA TTG CTG AT
T A−3’(配列番号:3)をレーン1にロードした。リガンドに対して相補
的な蛍光標識された核酸である5’−フルオレセイン−TGA GGC TTT
CTG TTA TGG TAC−3’(配列番号:1)をレーン2にロード
した。この調製物は、(白丸で示される)微量の化学種を含有する。この化学種
は、理由は不明であるが、(黒丸で示される)主要な化学種よりもわずかに大き
な移動度を示す。レーン3はこの2つのフルオレセイン不可された核酸の混合物
を含有した。
A fluorescently labeled nucleic acid 5 that is non-complementary to the ligand (indicated by a square)
'-Fluorescein-ATT ACG TTG ATA TTG CTG AT
TA-3 ′ (SEQ ID NO: 3) was loaded in lane 1. 5'-Fluorescein-TGA GGC TTT, a fluorescently labeled nucleic acid complementary to a ligand
CTG TTA TGG TAC-3 '(SEQ ID NO: 1) was loaded in lane 2. This preparation contains trace amounts of chemical species (indicated by open circles). This species exhibits a slightly greater mobility than the major species (indicated by a closed circle) for unknown reasons. Lane 3 contained a mixture of the two fluorescein-disabled nucleic acids.

【0075】 Figure1AおよびFigure1Bは、最初のサイクルにおける工程1
および工程2の終了後のゲルを示す。工程1において、ゲルは45℃で維持され
た。この温度では、相補的な核酸に対するリガンドの結合は妨げられ、そして1
00Vで43分間加えられた電場は、Figure1に示されている極性を有し
た。工程2において、ゲルは、相補的な核酸に対するリガンドの結合が可能にな
る温度である25℃で維持された。100Vで50分間加えられた電場は、工程
1で使用された極性とは逆の極性を有した。工程1の終了時において、2つの蛍
光標識した核酸の移動度は、Figure1Aに示されているように類似してい
た。工程2の終了時に、この2つの核酸の分離が認められた(Figure1B
)。Figure1Cは、合計で3サイクルを行った後での同じゲルを示す。各
サイクルは、上記のFigure1AおよびFigure1Bについて記載され
た工程1および工程2(下降/熱および上昇/冷)からなった。3回目のサイク
ルの後、相補的核酸と非相補的核酸との間の分離は増大した。特に、相補的核酸
はゲルのさらに下まで移動し、一方、非相補的核酸は逆の方向に移動した。
FIG. 1A and FIG. 1B correspond to step 1 in the first cycle.
And the gel after step 2 is completed. In step 1, the gel was maintained at 45 ° C. At this temperature, binding of the ligand to the complementary nucleic acid is prevented and 1
The electric field applied at 00V for 43 minutes had the polarity shown in Figure 1. In step 2, the gel was maintained at 25 ° C., a temperature that allowed binding of the ligand to complementary nucleic acids. The electric field applied at 100 V for 50 minutes had the opposite polarity to that used in step 1. At the end of step 1, the mobilities of the two fluorescently labeled nucleic acids were similar, as shown in Figure 1A. At the end of step 2, separation of the two nucleic acids was observed (FIGURE 1B).
). Figure 1C shows the same gel after a total of 3 cycles. Each cycle consisted of steps 1 and 2 (down / heat and up / cool) as described above for Figure 1A and Figure 1B. After the third cycle, the separation between complementary and non-complementary nucleic acids has increased. In particular, complementary nucleic acids migrated further down the gel, while non-complementary nucleic acids migrated in the opposite direction.

【0076】 実施例2および実施例3において使用されるRNA分析物の作製 3つのRNA分析物を、Figure2およびFigure3に示される実験
のために使用した。3つはすべて、T7ポリメラーゼ(Boehringer
Mannheimから得られる酵素、カタログ#881、767;Promeg
aのキット(カタログ#P1420)から得られる他の反応成分)を、標識とし
ての蛍光付加されたリボヌクレオチド三リン酸(Boehringer Man
nheimから得られるフルオレセイン標識ヌクレオチド、カタログ#1,68
5,61 9)とともに使用するインビトロ転写反応によって作製された。この
3つのRNA分子は: 1.16S Hha、502ヌクレオチドの長さ、非特異的なサンプル成分 2.16S Alu、255ヌクレオチドの長さ、非特異的なサンプル成分 3.大腸菌RNアーゼP RNA、377ヌクレオチドの長さ、特異的なRNA
分析物、 であった。これらのRNA種を下記に詳述されているようにして作製した。
Preparation of RNA Analyzes Used in Examples 2 and 3 Three RNA analytes were used for the experiments shown in FIGURE 2 and FIGURE 3. All three are T7 polymerase (Boehringer
Enzymes from Mannheim, catalog # 881, 767; Promega
a) (catalog # P1420) and fluorinated ribonucleotide triphosphate (Boehringer Mann) as a label.
fluorescein-labeled nucleotides from Nheim, catalog # 1,68
5,619) produced by an in vitro transcription reaction. The three RNA molecules are: 1.16S Hha, 502 nucleotides long, non-specific sample component 2.16S Alu, 255 nucleotides long, non-specific sample component 3. E. coli RNase P RNA, 377 nucleotides long, specific RNA
The analyte was These RNA species were generated as detailed below.

【0077】 16S Hhaおよび16S Alu プラスミドpSCH038をAmerican Type Culture
Collectionから入手した(ATCC87435)。このプラスミドは
、674位〜1411位の大腸菌16SリボソームRNA(rRNA)配列を含
有するPCRIIプラスミドベクター(Invitrogen、Carlsba
d、California、カタログ番号K2050−01)である。完全な1
6S分子は、長さが1541ヌクレオチドである。このベクターは挿入物の5’
側にT7RNAポリメラーゼのプロモーター部位を含有し、その結果、そのよう
な酵素を用いたインビトロ転写によって天然の16S rRNAと同じセンス鎖
のRNAが得られる。
The 16S Hha and 16S Alu plasmids pSCH038 were converted to American Type Culture.
Obtained from Collection (ATCC 87435). This plasmid is a PCRII plasmid vector (Invitrogen, Carlsba) containing the E. coli 16S ribosomal RNA (rRNA) sequence at positions 674 to 1411.
d, California, catalog number K2050-01). Perfect one
The 6S molecule is 1541 nucleotides in length. This vector is 5 'of the insert.
Flanked by a T7 RNA polymerase promoter site, so that in vitro transcription using such an enzyme results in RNA of the same sense strand as native 16S rRNA.

【0078】 2つの5mg量のプラスミドを制限酵素HhaIまたはAluIで消化した。
消化されたプラスミドサンプルを、T7ポリメラーゼおよびフルオレセイン標識
ヌクレオチドを用いたインビトロ転写のテンプレートとして使用した。合成後、
DNAテンプレートをDnアーゼIによる消化によって除き、そして転写物を、
PharmaciaのG25スピンカラムを使用して、取り込まれなかったヌク
レオチドから精製した。
Two 5 mg plasmids were digested with the restriction enzymes HhaI or AluI.
The digested plasmid sample was used as a template for in vitro transcription using T7 polymerase and fluorescein labeled nucleotides. After synthesis,
The DNA template was removed by digestion with Dnase I and the transcript was
Unincorporated nucleotides were purified using a Pharmacia G25 spin column.

【0079】 両転写物の最初の68ヌクレオチドはクローニングベクターのPCRIIに由
来する:T7開始部位と16S挿入物との間の68ヌクレオチドが存在する。A
luIは、16S rRNA配列のヌクレオチド860とヌクレオチド861の
間を切断する。従って、AluIで切断されたテンプレートから作製された転写
物(16S Alu)の長さは255ヌクレオチドである。
The first 68 nucleotides of both transcripts are derived from the cloning vector PCRII: there are 68 nucleotides between the T7 start site and the 16S insert. A
luI cleaves between nucleotide 860 and nucleotide 861 of the 16S rRNA sequence. Thus, the transcript (16S Alu) made from the template cut with AluI is 255 nucleotides in length.

【0080】 HhaIは、16S配列を、16S rRNA配列のヌクレオチド1107と
ヌクレオチド1108の間で切断する。従って、16S Hha転写物の長さは
502ヌクレオチドである。
HhaI cleaves the 16S sequence between nucleotides 1107 and 1108 of the 16S rRNA sequence. Thus, the length of the 16S Hha transcript is 502 nucleotides.

【0081】 大腸菌のRnアーゼP RNA 天然に存在する大腸菌のRnアーゼP RNAは、長さが377ヌクレオチド
である(Altman他、In tRNA:Structure、Biosyn
thesis、and Function(1995)、67頁〜78頁、So
llおよびRajBhandary編、American Society o
f Microbiology、Washington、D.C.)。この配列
を含有するPCRフラグメントを大腸菌のゲノムDNAから作製した。遺伝子の
5’側の増幅プライマーはT7RNAポリメラーゼプロモーターを含有した。従
って、得られた396bpのDNA増幅産物は、RnアーゼP RNAの遺伝子
配列の5’すぐにT7プロモーターを含んだ。このDNAを、上記のように、T
7ポリメラーゼを使用して蛍光標識されたRnアーゼP RNAを作製するため
のインビトロ転写反応におけるテンプレートとして使用した。このテンプレート
から生成されたインビトロ転写物は、大腸菌のRnアーゼP RNAの公表され
た配列と同一の配列であった。
E. coli Rnase P RNA The naturally occurring E. coli Rnase P RNA is 377 nucleotides in length (Altman et al., IntRNA: Structure, Biosyn).
thesis, and Function (1995), pp. 67-78, So
ll and Raj Bhandary eds., American Society o
f Microbiology, Washington, D.C. C. ). A PCR fragment containing this sequence was generated from E. coli genomic DNA. The amplification primer 5 'of the gene contained the T7 RNA polymerase promoter. Thus, the resulting 396 bp DNA amplification product contained the T7 promoter 5 ′ immediately from the gene sequence of Rnase P RNA. This DNA is converted to T
7 polymerase was used as a template in an in vitro transcription reaction to generate fluorescently labeled Rnase P RNA. In vitro transcripts generated from this template were identical to the published sequence of E. coli Rnase P RNA.

【0082】 実施例2.16S Hha RNAおよび16S Aluからの大腸菌Rnアー
ゼP RNAの分離(Figure2A、2B、2Cおよび2Dを参照のこと) 本実施例では、リガンドは、米国特許出願第08/812,105号および同
第08/971,845号の方法を使用して標準的なポリアクリルアミドゲル内
に共有結合的に固定化させた核酸5’−CCA TCG GCG GTT TG
C TCT CTG TTG−3’(配列番号:4)である。このリガンドは、
大腸菌RnアーゼP RNA内に含有される配列に相補的である。このリガンド
はその5’末端を介して結合し、そして10mM(ストランド)の濃度でゲルに
存在した。ゲルは、5%ポリアクリルアミド(29:1、モノマー:ビスアクリ
ルアミド)、45mMトリスホウ酸(pH8.3)および2mM EDTA(0
.5×TBEバッファー)を含有した。ゲルを、温度制御されたミニゲル装置(
Penguin垂直型ゲルボックス、Owl Scientific、Wobu
rn、MA)で操作した。ゲルの温度は、外部の再循環水槽からポンプで送られ
る水によって制御された。すべての電気泳動工程に関して、加えられた電場は2
00ボルトであった。
Example 2. Isolation of Escherichia coli Rnase P RNA from 16S Hha RNA and 16S Alu (See Figures 2A, 2B, 2C and 2D) In this example, the ligands are derived from US patent application Ser. Nucleic acid 5'-CCA TCG GCG GTT TG covalently immobilized in a standard polyacrylamide gel using the methods of U.S. Pat.
C TCT CTG TTG-3 ′ (SEQ ID NO: 4). This ligand is
Complementary to the sequence contained within the E. coli Rnase P RNA. The ligand bound via its 5 'end and was present on the gel at a concentration of 10 mM (strand). The gel contained 5% polyacrylamide (29: 1, monomer: bisacrylamide), 45 mM tris borate (pH 8.3) and 2 mM EDTA (0
. 5 × TBE buffer). The gel is converted into a temperature controlled mini gel device (
Penguin Vertical Gel Box, Owl Scientific, Wobu
rn, MA). The temperature of the gel was controlled by water pumped from an external recirculation bath. For all electrophoresis steps, the applied electric field was 2
00 volts.

【0083】 左側のレーンには、蛍光標識された大腸菌RnアーゼP RNAをロードした
。右側のレーンには、全部で3つの蛍光標識された転写物、RnアーゼP、16
S Hhaおよび16SAluの混合物をロードした。
The left lane was loaded with fluorescently labeled E. coli Rnase P RNA. The right lane contains a total of three fluorescently labeled transcripts, Rnase P, 16
A mixture of S Hha and 16SAlu was loaded.

【0084】 Figure2Aは、特異的な分析物のRnアーゼP RNAに対するゲルリ
ガンドの結合が破壊されるゲル温度である54℃で10分間、下方向にゲル中を
電気泳動した後における蛍光性生成物のパターンを示す。ゲルは、ガラスプレー
トを除くことなく、Molecular Dynamics社のFluorim
agerを使用して直接画像化された。ゲルを再度ゲルボックスに入れ、そして
RnアーゼP RNAに対する核酸リガンドのハイブリダイゼーションが可能に
なるゲル温度である41℃で平衡化した。ゲルリガンドは16S転写物に対して
相補的ではない。この温度で、サンプルを上方向に20分間電気泳動した。電場
を止めて、ゲル温度を59℃に変えた。次いで、サンプルを下方向に5分間電気
泳動して、Figure2Bに示されるサンプルの新しいゲル像を撮影した。こ
のとき、RnアーゼP RNA分析物のみがゲル内に留まっている。このことは
、16S転写物が上方向の電気泳動工程中に効率的に除去されたことを示してい
る。ゲルを装置に戻して、上方向に41℃で10分間電気泳動し、そして下方向
に59℃で10分間電気泳動した。Figure2Cに示されているもう1つの
ゲル像を撮影した。次いで、ゲルの下方向に59℃で25分間電気泳動して、F
igure2Dに示される最後の像を得た。RnアーゼP RNAサンプルは、
Figure2CおよびFigure2Dに示されているように、ゲルの下方向
に順次移動している。このことは、特異的なRNA分析物が高温での下方向の電
気泳動工程中に放出されていることを示している。
FIG. 2A shows that the fluorescent product after electrophoresis down the gel for 10 minutes at 54 ° C., the gel temperature at which the binding of the gel ligand to the specific analyte Rnase P RNA is broken, Indicates a pattern. The gel was prepared using Molecular Dynamics Fluorim without removing the glass plate.
Imaged directly using ager. The gel was put back into the gel box and equilibrated at 41 ° C., the gel temperature that allowed hybridization of the nucleic acid ligand to Rnase P RNA. Gel ligands are not complementary to 16S transcripts. At this temperature, the sample was electrophoresed upward for 20 minutes. The electric field was turned off and the gel temperature was changed to 59 ° C. Next, the sample was electrophoresed downward for 5 minutes, and a new gel image of the sample shown in FIG. 2B was taken. At this time, only the Rnase P RNA analyte remains in the gel. This indicates that the 16S transcript was efficiently removed during the upward electrophoresis step. The gel was returned to the apparatus and electrophoresed upward at 41 ° C. for 10 minutes and electrophoresed downward at 59 ° C. for 10 minutes. Another gel image shown in FIG. 2C was taken. Then, the gel was electrophoresed downward at 59 ° C. for 25 minutes to obtain F
The final image shown in FIG. 2D was obtained. The Rnase P RNA sample
As shown in FIG. 2C and FIG. 2D, the gel is sequentially moved downward in the downward direction. This indicates that the specific RNA analyte is being released during the downward electrophoresis step at elevated temperatures.

【0085】 実施例3.16S Hha RNA、16S Alu RNA、および大腸菌に
由来する未標識の全RNAからの大腸菌RnアーゼP RNAの分離(Figu
re3AおよびFigure3Bを参照のこと) リガンドを含有するゲルを実施例2の場合のように調製した。レーン1は、大
腸菌RnアーゼP RNAを含有した;レーン2は16S Alu転写物を含有
した;レーン3は16S Hhaおよび16S Aluを含有した;レーン4は
16S HhaおよびRnアーゼP RNAを含有した;レーン5は大腸菌に由
来する6.3mgの未標識の全RNAを含有した;レーン6はRnアーゼP R
NA、16S Hha、16S Alu、および大腸菌に由来する6.3mgの
未標識の全RNAを含有した。ゲルを、特異的な分析物であるRnアーゼP R
NAに対するリガンドのハイブリダイゼーションが破壊される温度である50℃
に平衡化して、サンプルを下方向に10分間電気泳動した。工程1の後における
ゲル像をFigure3Aに示す。ゲルを41℃で平衡化して、上方向に40分
間電気泳動した。この温度で、RnアーゼP RNAはゲルリガンドにハイブリ
ダイゼーションすることができる。工程2の後におけるゲルの像は、Figur
e3Bに示されているように、16S Hha転写物および16S Alu転写
物がゲルから完全に除かれていることを示している。ゲルでのRnアーゼP R
NA分析物の特異的な保持は、レーン6における過剰な異種の未標識RNAによ
って影響を受けなかった。このことは、分析物の捕捉が非常に特異的であること
をさらに示している。
Example 3. Isolation of Escherichia coli Rnase P RNA from 16S Hha RNA, 16S Alu RNA, and unlabeled total RNA from E. coli (Figu
(See re3A and FIGURE3B) Gels containing the ligand were prepared as in Example 2. Lane 1 contained E. coli Rnase P RNA; Lane 2 contained 16S Alu transcript; Lane 3 contained 16S Hha and 16S Alu; Lane 4 contained 16S Hha and Rnase P RNA; Lane 5 contained 6.3 mg of unlabeled total RNA from E. coli; lane 6 contained Rnase PR.
It contained 6.3 mg of unlabeled total RNA from NA, 16S Hha, 16S Alu, and E. coli. The gel was run with the specific analyte, Rnase PR.
50 ° C., the temperature at which hybridization of the ligand to NA is disrupted
And the sample was electrophoresed downward for 10 minutes. The gel image after Step 1 is shown in Figure 3A. The gel was equilibrated at 41 ° C. and electrophoresed upward for 40 minutes. At this temperature, Rnase P RNA can hybridize to the gel ligand. The gel image after step 2 is shown in FIG.
As shown in e3B, the 16S Hha and 16S Alu transcripts are completely removed from the gel. Rnase PR in gel
The specific retention of NA analyte was not affected by excess heterologous unlabeled RNA in lane 6. This further indicates that analyte capture is very specific.

【0086】 均等物 本発明を、その好ましい態様を参照して特に示し、記載しているが、添付の特
許請求の範囲により規定される本発明の思想および範囲から逸脱することなく、
本発明において、形態および詳細の種々の変形を行い得ることは当業者に理解さ
れるであろう。かかる当業者は、日常の実験手法のみを用いて、特に本明細書に
記載される本発明の特定の態様に対する多くの均等物を認識し、または確認する
ことができるであろう。かかる均等物は本特許請求の範囲に包含されるものとす
る。
Equivalents While the invention has been particularly shown and described with reference to preferred embodiments thereof, without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
It will be understood by those skilled in the art that various modifications in form and detail may be made in the present invention. Such skilled artisan will be able to ascertain or ascertain using no more than routine experimentation, many equivalents, particularly to the particular embodiments of the invention described herein. Such equivalents are intended to be encompassed by the following claims.

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

【図1】 Figure1A、Figure1BおよびFigure1Cは、共有結合さ
せた相補的な核酸鎖を有する電気泳動媒体における5’−フルオレセイン−TG
A GGC TTT CTG TTA TGG TAC−3’(配列番号:1)
の非相補的な蛍光標識核酸からの分離を示す。
BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES FIG. 1A, FIG. 1B and FIG. 1C are 5′-fluorescein-TG in electrophoretic media with covalently linked complementary nucleic acid strands.
A GGC TTT CTG TTA TGG TAC-3 '(SEQ ID NO: 1)
Shows the separation of non-complementary from non-complementary fluorescently labeled nucleic acids.

【図2】 Figure2A、Figure2B、Figure2CおよびFigure
2Dは、共有結合させた大腸菌RnアーゼP RNA内の配列に相補的な核酸配
列を有する電気泳動媒体における、16S Hha RNAおよび16S Al
u RNAからの大腸菌RnアーゼP RNAの分離を示す。
FIG. 2 FIG. 2A, FIG. 2B, FIG. 2C and FIG.
2D shows 16S Hha RNA and 16S Al in an electrophoretic medium having a nucleic acid sequence complementary to the sequence in covalently linked E. coli Rnase P RNA.
Figure 5 shows the separation of E. coli Rnase P RNA from uRNA.

【図3】 Figure3AおよびFigure3Bは、共有結合させた大腸菌Rnアー
ゼP RNA内の配列に相補的な核酸配列を有する電気泳動媒体における、16
S Hha RNA、16S Alu RNA、および大腸菌に由来する未標識
の全RNAからの大腸菌RnアーゼP RNAの分離を示す。
FIG. 3A. FIG. 3A and FIG. 3B are used in electrophoretic media with nucleic acid sequences complementary to sequences in E. coli Rnase P RNA covalently bound.
2 shows the separation of E. coli Rnase P RNA from S Hha RNA, 16S Alu RNA, and unlabeled total RNA from E. coli.

【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書[Procedural Amendment] Submission of translation of Article 34 Amendment of the Patent Cooperation Treaty

【提出日】平成12年5月23日(2000.5.23)[Submission date] May 23, 2000 (2000.5.23)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【特許請求の範囲】[Claims]

【請求項30】 電場の向きを一次元で変え得るものである請求項29記
載の装置。
30. The apparatus according to claim 29, wherein the direction of the electric field can be changed in one dimension.

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成13年7月3日(2001.7.3)[Submission date] July 3, 2001 (2001.7.3)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【特許請求の範囲】[Claims]

───────────────────────────────────────────────────── 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,SL,SZ,UG,ZW),E A(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ ,TM),AL,AM,AT,AU,AZ,BA,BB ,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CU,CZ, DE,DK,EE,ES,FI,GB,GD,GE,G H,GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP ,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR, LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK,MN,M W,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD ,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM,TR, TT,UA,UG,US,UZ,VN,YU,ZW (72)発明者 ミュア,アンドリュー,アール. アメリカ合衆国 マサチューセッツ 02025 コーハセット,イェルサレム ロ ード 481 (72)発明者 ボールズ,ティー.,クリスチャン アメリカ合衆国 マサチューセッツ 02454 ワルタム,ジュディス レーン ナンバーシックス 5──────────────────────────────────────────────────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, SL, SZ, UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY , CA, CH, CN, CU, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, 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, SL, TJ, TM, TR, TT, UA, UG, US, UZ, VN, YU, ZW (72) Inventor Muir, Andrew, Earl. United States Massachusetts 02025 Cohasset, Jerusalem Road 481 (72) Inventor Balls, Tee. , Christian United States Massachusetts 02454 Waltham, Judith Lane Number Six 5

Claims (44)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 a)初期条件という、アフィニティーリガンドが分析物に選
択的に結合する条件下に、固定化されたアフィニティーリガンドを有する電気泳
動媒体を試験サンプルと接触させる工程; b)試験サンプル中の非分析物物質の移動を引き起こすのに充分な時間、初期方
向を向く電場を適用する工程;ならびに c)電気泳動媒体の少なくとも1つの特性を同時に変化させながら電場の方向を
変える工程、ここで、前記変化は分析物に対するアフィニティーリガンドの結合
アフィニティーを分析物が電場中を移動できるように充分に減少させるものであ
る、 を含み、それにより、試験サンプルにおいて分析物を他の成分から分離する、試
験サンプルにおいて分析物を他の成分から分離する方法。
1. a) contacting an electrophoretic medium having an immobilized affinity ligand with a test sample under conditions that the affinity ligand selectively binds to the analyte, referred to as initial conditions; b) in the test sample. Applying an electric field that is oriented in an initial direction for a time sufficient to cause the transfer of non-analyte material in the electrophoretic medium; and c) changing the direction of the electric field while simultaneously changing at least one property of the electrophoretic medium. Wherein said altering reduces the binding affinity of the affinity ligand for the analyte sufficiently to allow the analyte to move in the electric field, thereby separating the analyte from other components in the test sample; A method of separating an analyte from other components in a test sample.
【請求項2】 さらに、初期条件に戻す工程および工程b)を繰り返した後
、工程c)を1回またはそれ以上繰り返す工程を含む請求項1記載の方法。
2. The method according to claim 1, further comprising a step of repeating the step c) one or more times after repeating the step of returning to the initial condition and the step b).
【請求項3】 電場の向きを一次元で変え得る請求項2記載の方法。3. The method of claim 2, wherein the direction of the electric field can be changed in one dimension. 【請求項4】 電場の向きを二次元で変え得る請求項2記載の方法。4. The method according to claim 2, wherein the direction of the electric field can be changed in two dimensions. 【請求項5】 電場の向きを三次元で変え得る請求項2記載の方法。5. The method according to claim 2, wherein the direction of the electric field can be changed in three dimensions. 【請求項6】 変えられる電気泳動媒体の特性が温度である請求項1記載の
方法。
6. The method of claim 1, wherein the property of the electrophoretic medium that is altered is temperature.
【請求項7】 変えられる電気泳動媒体の特性が化学的組成である請求項1
記載の方法。
7. The method of claim 1, wherein the characteristic of the electrophoretic medium that is altered is a chemical composition.
The described method.
【請求項8】 電気泳動媒体の化学的組成を電気泳動バッファーを置換する
ことにより変える請求項7記載の方法。
8. The method according to claim 7, wherein the chemical composition of the electrophoresis medium is changed by replacing the electrophoresis buffer.
【請求項9】 化学的組成における変化が電気泳動媒体のpHにおける変化
をもたらす請求項7記載の方法。
9. The method of claim 7, wherein the change in chemical composition results in a change in pH of the electrophoretic medium.
【請求項10】 化学的組成を少なくとも1つの変性剤の濃度を変えること
により変える請求項7記載の方法。
10. The method of claim 7, wherein the chemical composition is changed by changing the concentration of at least one denaturing agent.
【請求項11】 変性剤がホルムアミドである請求項10記載の方法。11. The method according to claim 10, wherein the denaturing agent is formamide. 【請求項12】 変性剤が尿素である請求項10記載の方法。12. The method according to claim 10, wherein the denaturing agent is urea. 【請求項13】 化学的組成における変化が電気泳動媒体のイオン強度にお
ける変化をもたらす請求項7記載の方法。
13. The method of claim 7, wherein the change in chemical composition results in a change in ionic strength of the electrophoretic medium.
【請求項14】 アフィニティーリガンドが、ペプチド、アミノ酸、ヌクレ
オシド、ヌクレオチド、核酸、小有機分子、脂質、ホルモン、薬物、酵素基質、
酵素阻害物質、酵素、補酵素、無機分子、キレート剤、高分子複合体、多糖類、
または単糖類からなる群より選ばれる、請求項1記載の方法。
14. The affinity ligand may be a peptide, amino acid, nucleoside, nucleotide, nucleic acid, small organic molecule, lipid, hormone, drug, enzyme substrate,
Enzyme inhibitors, enzymes, coenzymes, inorganic molecules, chelating agents, polymer complexes, polysaccharides,
Or the method of claim 1, wherein the method is selected from the group consisting of monosaccharides.
【請求項15】 アフィニティーリガンドが一本鎖核酸配列である請求項1
記載の方法。
15. The method according to claim 1, wherein the affinity ligand is a single-stranded nucleic acid sequence.
The described method.
【請求項16】 分析物が核酸であり、該核酸分析物の一部が核酸アフィニ
ティーリガンドの一部と相補的である、請求項15記載の方法。
16. The method of claim 15, wherein the analyte is a nucleic acid and a portion of the nucleic acid analyte is complementary to a portion of the nucleic acid affinity ligand.
【請求項17】 初期条件が高度ストリンジェンシーハイブリダイゼーショ
ン条件である請求項16記載の方法。
17. The method of claim 16, wherein the initial conditions are high stringency hybridization conditions.
【請求項18】 初期条件が中程度ストリンジェンシーハイブリダイゼーシ
ョン条件である請求項16記載の方法。
18. The method of claim 16, wherein the initial conditions are moderate stringency hybridization conditions.
【請求項19】 アフィニティーリガンドが二本鎖核酸配列である請求項1
記載の方法。
19. The method according to claim 1, wherein the affinity ligand is a double-stranded nucleic acid sequence.
The described method.
【請求項20】 アフィニティーリガンドがアプタマーである請求項1記載
の方法。
20. The method according to claim 1, wherein the affinity ligand is an aptamer.
【請求項21】 アフィニティーリガンドがタンパク質である請求項1記載
の方法。
21. The method according to claim 1, wherein the affinity ligand is a protein.
【請求項22】 アフィニティーリガンドが抗体である請求項21記載の方
法。
22. The method according to claim 21, wherein the affinity ligand is an antibody.
【請求項23】 アフィニティーリガンドが炭水化物である請求項1記載の
方法。
23. The method according to claim 1, wherein the affinity ligand is a carbohydrate.
【請求項24】 分析物を電気泳動媒体と接触させる前に、分析物を蛍光性
色素に結合させる、請求項1記載の方法。
24. The method of claim 1, wherein the analyte is bound to a fluorescent dye prior to contacting the analyte with the electrophoretic medium.
【請求項25】 分析物を電気泳動媒体と接触させる前に、分析物を酵素レ
ポーター分子に結合させる、請求項1記載の方法。
25. The method of claim 1, wherein the analyte is bound to an enzyme reporter molecule prior to contacting the analyte with the electrophoretic medium.
【請求項26】 酵素レポーター分子がアルカリホスファターゼである請求
項19記載の方法。
26. The method according to claim 19, wherein the enzyme reporter molecule is alkaline phosphatase.
【請求項27】 分析物を電気泳動媒体と接触させる前に、分析物を増幅可
能なレポーター分子に結合させる、請求項1記載の方法。
27. The method of claim 1, wherein the analyte is bound to an amplifiable reporter molecule prior to contacting the analyte with the electrophoretic medium.
【請求項28】 増幅可能なレポーター分子がQ−ベータレプリカーゼの基
質である請求項27記載の方法。
28. The method according to claim 27, wherein the amplifiable reporter molecule is a substrate for Q-beta replicase.
【請求項29】 a)固定化されたアフィニティーリガンドを有する電気泳
動媒体; b)試験サンプル中の成分の移動を引き起こすのに充分な電場を発生させること
ができる電源; c)電源に接続された少なくとも1つの電極システムおよび電場勾配を方向付け
る電気泳動媒体、ここで、各電気システムの電場勾配の向きは可逆的である; d)電気泳動媒体と接触する第1バッファーリザーバー; e)電気泳動媒体と接触する第2バッファーリザーバー;ならびに f)電気泳動媒体の少なくとも1つの特性を変化させる手段、 を含む、請求項1記載の方法を実施するための装置。
29) a) an electrophoretic medium having immobilized affinity ligands; b) a power supply capable of generating an electric field sufficient to cause the migration of components in the test sample; c) connected to a power supply. At least one electrode system and an electrophoretic medium for directing an electric field gradient, wherein the direction of the electric field gradient of each electric system is reversible; d) a first buffer reservoir in contact with the electrophoretic medium; e) an electrophoretic medium. An apparatus for performing the method of claim 1, comprising: a second buffer reservoir in contact with the electrophoretic medium; and f) means for changing at least one property of the electrophoretic medium.
【請求項30】 電場の向きを一次元で変え得るものである請求項29記載
の装置。
30. The apparatus according to claim 29, wherein the direction of the electric field can be changed in one dimension.
【請求項31】 電場の向きを二次元で変え得るものである請求項29記載
の装置。
31. The apparatus according to claim 29, wherein the direction of the electric field can be changed in two dimensions.
【請求項32】 電場の向きを三次元で変え得るものである請求項29記載
の装置。
32. The apparatus according to claim 29, wherein the direction of the electric field can be changed in three dimensions.
【請求項33】 変えられる電気泳動媒体の特性が化学的組成である請求項
29記載の装置。
33. The apparatus of claim 29, wherein the property of the electrophoretic medium that is altered is a chemical composition.
【請求項34】 電気泳動媒体の化学的組成を電気泳動バッファーを置換す
ることにより変えるものである請求項33記載の装置。
34. The apparatus according to claim 33, wherein the chemical composition of the electrophoresis medium is changed by replacing the electrophoresis buffer.
【請求項35】 化学的組成における変化が電気泳動媒体のpHにおける変
化をもたらすものである請求項33記載の装置。
35. The apparatus of claim 33, wherein the change in chemical composition results in a change in pH of the electrophoretic medium.
【請求項36】 化学的組成を少なくとも1つの変性剤の濃度を変えること
により変えるものである請求項33記載の装置。
36. The apparatus according to claim 33, wherein the chemical composition is changed by changing the concentration of at least one denaturing agent.
【請求項37】 変性剤がホルムアミドである請求項36記載の装置。37. The device according to claim 36, wherein the denaturing agent is formamide. 【請求項38】 変性剤が尿素である請求項36記載の装置。38. The device according to claim 36, wherein the denaturing agent is urea. 【請求項39】 化学的組成における変化が電気泳動媒体のイオン強度にお
ける変化をもたらすものである請求項33記載の装置。
39. The apparatus of claim 33, wherein the change in chemical composition results in a change in ionic strength of the electrophoretic medium.
【請求項40】 変えられる電気泳動媒体の特性が温度である請求項29記
載の装置。
40. The apparatus of claim 29, wherein the property of the electrophoretic medium that is altered is temperature.
【請求項41】 温度を少なくとも1つの温度調整されたリザーバーからの
液体の循環により変えるものである請求項40記載の装置。
41. The apparatus according to claim 40, wherein the temperature is changed by circulating liquid from at least one temperature-regulated reservoir.
【請求項42】 温度をペルティエ効果による加熱/冷却装置により変える
ものである請求項40記載の装置。
42. The apparatus according to claim 40, wherein the temperature is changed by a heating / cooling device based on the Peltier effect.
【請求項43】 電場勾配の向きおよび温度における変化が自動化されたプ
ログラム可能な様式で制御されるものである請求項40記載の装置。
43. The apparatus of claim 40, wherein changes in the direction and temperature of the electric field gradient are controlled in an automated and programmable manner.
【請求項44】 温度を電源により生ずる電圧を増加させることにより変え
るものである請求項40記載の装置。
44. The apparatus of claim 40, wherein the temperature is changed by increasing a voltage generated by the power supply.
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