JP2002528121A - 高適合度の熱安定性リガーゼおよびその使用 - Google Patents
高適合度の熱安定性リガーゼおよびその使用Info
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、T4リガーゼまたはサームス・サーモフィルス（Thermus thermophilus）リガーゼのいずれかよりも実質的に高い適合度を有する熱安定性リガーゼを説明している。この酵素をコードしているDNA分子に加え、それを含む発現システムおよび宿主細胞も明らかにしている。本発明の熱安定性リガーゼは、リガーゼ検出反応法およびリガーゼ連鎖反応法において有用である。
Description
【０００１】 本出願は、1998年10月30日に出願された米国特許仮出願第60/106,461号の恩恵
を請求するものである。
を請求するものである。
【０００２】 本発明は、米国立保健研究所(NIH)の基金第GM-41337-09およびPO1-CA65930-02
-04の支援を受けて行われた。米国政府は一定の権利を有するものである。
-04の支援を受けて行われた。米国政府は一定の権利を有するものである。
【０００３】 発明の分野 本発明は、高適合度熱安定性リガーゼおよびその使用に関する。
【０００４】 発明の背景 ウイルスからヒトまでにおいて認められる、DNAの複製、組換えおよび修復シ
ステムの必須の成分としてのDNAリガーゼは、二重鎖上の1本鎖破壊でのホスホジ
エステル結合の生成を触媒する(Lehman, I.R.、Science、186:790-797(1974))。
DNAリガーゼは、補因子依存性を基にふたつのファミリーに分類することができ
る。ATP-依存性リガーゼは、バクテリオファージ(Dunnら、J.Mol. Biol.、148(4
):303-330(1981)およびWeissら、Proc Natl Acad Sci USA、57(4):1021-1028(19
67))、ChlorellaウイルスPBCV-1(Hoら、J.Virol.、71(3):1931-19374(1997))、
ワクシニアウイルス(Shuman, S.、Biochemistry、34(49):16138-161475(1995))
、古細菌(Kletzin, A.、Nucleic Acids Res、20(20):5389-5396(1992)およびBul
tら、Science、273(5278):1058-1073(1996))、酵母(Andaluzら、Yeast、12(9):8
93-8988(1996)、Ramosら、Nucleic Acids Res、25(8):1485-1492(1997)、Schar
ら、Genes Dev.、11(15):1912-1924(1997))、哺乳類(Tomkinsonら、Bioessays、
19(10):893-901(1997)、Tomkinsonら、Mutat Res.、407(1)1-9(1998)、およびWa
ngら、J. Biol. Chem、269(50)31923-3192811(1994))、ならびに最近は真正細菌
(Chengら、Nucleic Acids Res.、25(7):1369-1374(1997)およびDeckertら、Natu
re、392(6674):353-358(1998))に認められている。しかし、NAD+(すなわち、ニ
コチンアミドアデニンジヌクレオチド)-依存型リガーゼは、真正細菌において優
先的に認められている。一部の高等真核生物は、生物学的機能の多様性を満たす
ために複数のATP(すなわち、アデノシン三リン酸)-依存型リガーゼを使用するこ
とができ、いくつかの単純な真正細菌ゲノムは、NAD+-依存型リガーゼおよびATP
-依存型リガーゼの両方の宿主となり得る(Deckertら、Nature、392(6674):353-3
58(1998)およびFleischmannら、Science、269(5223):496-512(1995))。これらの
ゲノムにおける追加のATP-依存型リガーゼの起源は、まだ決定されずにいる。
ステムの必須の成分としてのDNAリガーゼは、二重鎖上の1本鎖破壊でのホスホジ
エステル結合の生成を触媒する(Lehman, I.R.、Science、186:790-797(1974))。
DNAリガーゼは、補因子依存性を基にふたつのファミリーに分類することができ
る。ATP-依存性リガーゼは、バクテリオファージ(Dunnら、J.Mol. Biol.、148(4
):303-330(1981)およびWeissら、Proc Natl Acad Sci USA、57(4):1021-1028(19
67))、ChlorellaウイルスPBCV-1(Hoら、J.Virol.、71(3):1931-19374(1997))、
ワクシニアウイルス(Shuman, S.、Biochemistry、34(49):16138-161475(1995))
、古細菌(Kletzin, A.、Nucleic Acids Res、20(20):5389-5396(1992)およびBul
tら、Science、273(5278):1058-1073(1996))、酵母(Andaluzら、Yeast、12(9):8
93-8988(1996)、Ramosら、Nucleic Acids Res、25(8):1485-1492(1997)、Schar
ら、Genes Dev.、11(15):1912-1924(1997))、哺乳類(Tomkinsonら、Bioessays、
19(10):893-901(1997)、Tomkinsonら、Mutat Res.、407(1)1-9(1998)、およびWa
ngら、J. Biol. Chem、269(50)31923-3192811(1994))、ならびに最近は真正細菌
(Chengら、Nucleic Acids Res.、25(7):1369-1374(1997)およびDeckertら、Natu
re、392(6674):353-358(1998))に認められている。しかし、NAD+(すなわち、ニ
コチンアミドアデニンジヌクレオチド)-依存型リガーゼは、真正細菌において優
先的に認められている。一部の高等真核生物は、生物学的機能の多様性を満たす
ために複数のATP(すなわち、アデノシン三リン酸)-依存型リガーゼを使用するこ
とができ、いくつかの単純な真正細菌ゲノムは、NAD+-依存型リガーゼおよびATP
-依存型リガーゼの両方の宿主となり得る(Deckertら、Nature、392(6674):353-3
58(1998)およびFleischmannら、Science、269(5223):496-512(1995))。これらの
ゲノムにおける追加のATP-依存型リガーゼの起源は、まだ決定されずにいる。
【０００５】 ATP依存型リガーゼとNAD+依存型リガーゼは、ほとんど配列の相同性を共有し
ていないが、これらのリガーゼは全て、これまでにアデニル化された酵素中間体
を形成するために同じKXDGモチーフを使用していることが調べられた(Tomkinson
ら、Bioessays、19(10):893-901(1997)、Shumanら、Virology、211(1):73-83(19
95)、およびLuoら、Nucleic Acids Res、24(15):3079-3085(1996))。更にこれら
は、類似のドメインおよび構造的フォールドにより組織化されているように見え
る((Dohertyら、Nucleic Acids Res、24(12):2281-2287(1996)、Subramanyaら、 Cell 、85(4):607-615(1996)、およびSekiguchiら、Nucleic Acids Res.、25(4):
727-734(1997))。リガーゼ配列の多様性は、単にそれらの最適反応条件および速
度論的速度の差異を反映しているのみならず、より重要なことに、マッチ基質お
よびミスマッチ基質に対するそれらの異なった特異性を反映している。ウイルス
のATP-依存型リガーゼの中で、広範な基質耐性が、ニック接合部の3'側および5'
側の両側で様々なミスマッチをシールするT4酵素により示されている(Wuら、Gen
e、76(2):245-254(1989))。ワクシニアリガーゼは、3'-ヒドロキシル側のプリン
−プリンミスマッチ対を除き、 3'-ヒドロキシル側または5'-リン酸側の両方で
様々なミスマッチをライゲーションする(Shuman, S.、Biochemistry、34(49):16
138-161475(1995))。哺乳類ATP-依存型リガーゼは、様々な基質感受性を示し、
リガーゼIはリガーゼIIIよりも3'ミスマッチに対してより感受性がある(Husain
ら、J. Biol. Chem.、270(16):9683-9690(1995))。加えて、リガーゼIおよびリ
ガーゼIIIは両方共、3'G/Tミスマッチよりも3'C/Tミスマッチに耐性がある。ATP
-依存型リガーゼの祖先としての性質を明らかにする古細菌のATP-依存型リガー
ゼについてはほとんど分かっていない。大腸菌由来のNAD+-依存型DNAリガーゼの
研究は、T4リガーゼと共に、DNAライゲーション反応の基本的生化学的経路を理
解するために多大に貢献している。(Lehman, I.R.、Science、186(4166):790-79
7(1974)およびRossiら、Nucleic. Acids Res.、25(11):2106-2113(1997))。サー
ムス・サーモフィルス（Thermus thermophilus）HB8由来のNAD+-依存型リガーゼ
の研究は、この酵素が高度な識別力を有することを明らかにしている(Luoら、Nu
cleic Acids Res、24(15):3071-3078(1996))。5'-リン酸側のミスマッチはある
程度耐性があるが(5'A/C、5'A/A、5'C/A、5'C/T、5'G/T、5'G/A、5'T/T、5'T/G)
、3'-ヒドロキシル側のミスマッチは、3'G/Tまたは3'T/Gミスマッチ以外は、ニ
ック閉鎖活性を本質的に破壊する(Luoら、Nucleic Acids Res、24(15):3071-307
8(1996))。明らかに、DNAリガーゼ間の配列多様性およびその後の複雑なな構造
変化は、異なるミスマッチ塩基対に対する酵素認識の選択の基礎となっている。
ていないが、これらのリガーゼは全て、これまでにアデニル化された酵素中間体
を形成するために同じKXDGモチーフを使用していることが調べられた(Tomkinson
ら、Bioessays、19(10):893-901(1997)、Shumanら、Virology、211(1):73-83(19
95)、およびLuoら、Nucleic Acids Res、24(15):3079-3085(1996))。更にこれら
は、類似のドメインおよび構造的フォールドにより組織化されているように見え
る((Dohertyら、Nucleic Acids Res、24(12):2281-2287(1996)、Subramanyaら、 Cell 、85(4):607-615(1996)、およびSekiguchiら、Nucleic Acids Res.、25(4):
727-734(1997))。リガーゼ配列の多様性は、単にそれらの最適反応条件および速
度論的速度の差異を反映しているのみならず、より重要なことに、マッチ基質お
よびミスマッチ基質に対するそれらの異なった特異性を反映している。ウイルス
のATP-依存型リガーゼの中で、広範な基質耐性が、ニック接合部の3'側および5'
側の両側で様々なミスマッチをシールするT4酵素により示されている(Wuら、Gen
e、76(2):245-254(1989))。ワクシニアリガーゼは、3'-ヒドロキシル側のプリン
−プリンミスマッチ対を除き、 3'-ヒドロキシル側または5'-リン酸側の両方で
様々なミスマッチをライゲーションする(Shuman, S.、Biochemistry、34(49):16
138-161475(1995))。哺乳類ATP-依存型リガーゼは、様々な基質感受性を示し、
リガーゼIはリガーゼIIIよりも3'ミスマッチに対してより感受性がある(Husain
ら、J. Biol. Chem.、270(16):9683-9690(1995))。加えて、リガーゼIおよびリ
ガーゼIIIは両方共、3'G/Tミスマッチよりも3'C/Tミスマッチに耐性がある。ATP
-依存型リガーゼの祖先としての性質を明らかにする古細菌のATP-依存型リガー
ゼについてはほとんど分かっていない。大腸菌由来のNAD+-依存型DNAリガーゼの
研究は、T4リガーゼと共に、DNAライゲーション反応の基本的生化学的経路を理
解するために多大に貢献している。(Lehman, I.R.、Science、186(4166):790-79
7(1974)およびRossiら、Nucleic. Acids Res.、25(11):2106-2113(1997))。サー
ムス・サーモフィルス（Thermus thermophilus）HB8由来のNAD+-依存型リガーゼ
の研究は、この酵素が高度な識別力を有することを明らかにしている(Luoら、Nu
cleic Acids Res、24(15):3071-3078(1996))。5'-リン酸側のミスマッチはある
程度耐性があるが(5'A/C、5'A/A、5'C/A、5'C/T、5'G/T、5'G/A、5'T/T、5'T/G)
、3'-ヒドロキシル側のミスマッチは、3'G/Tまたは3'T/Gミスマッチ以外は、ニ
ック閉鎖活性を本質的に破壊する(Luoら、Nucleic Acids Res、24(15):3071-307
8(1996))。明らかに、DNAリガーゼ間の配列多様性およびその後の複雑なな構造
変化は、異なるミスマッチ塩基対に対する酵素認識の選択の基礎となっている。
【０００６】 リガーゼの生化学の研究は、その生物学的機能を理解する上で重要なだけでは
なく、新規技術を開発する上でも重要である。DNAリガーゼについて認められる
単ヌクレオチドの識別は、リガーゼが介する検出法の開発に繋がる(Wuら、Gene
、76(2):245-254(1989)、Wuら、Genomics、4(4):560-569(1989)、Landegrenら、 Science 、241(4869):1077-1080(1988)、Landegren, U.、Bioessays、15(11):761
-765(1993)、Barany, F.、PCR Methods Appl、1(1):5-16(1991)、およびBarany,
F.、Proc Natl Acad Sci USA、88(1):189-193(1991))。LDR(すなわち、リガー
ゼ検出反応)として公知のリガーゼ−ベースの線形シグナル増幅は、PCR(すなわ
ち、ポリメラーゼ連鎖反応)をベースとした遺伝子特異的標的増幅と組合せて、
癌および疾患の遺伝子突然変異の検出の強力な道具となることが証明されている
(Dayら、Genomics、29(1):152-162(1995))。PCR/LDR技法は、DNAリガーゼのふた
つの特性に頼っている：(i)特異性および(ii)熱安定性。Tth(すなわち、サーム
ス・サーモフィルス HB8)DNAリガーゼは、LDRおよびLCR(すなわち、リガーゼ連
鎖反応)において、完全にマッチする基質に対するそれらの高い識別性のニック
閉鎖活性および熱循環(thermocycling)を可能にするその熱安定性のために成功
のうちに使用されている(Barany. F.、PCR Methods Anpl.、1(1):5-16(1991)お
よびBarany, F.、Proc Natl Acad Sci USA、88(1):189-193(1991))。今日までに
、T. Scot(すなわち、サームス・スコットダクツ（Thermus scotoductus)由来の
もう1種のリガーゼがクローニングされ、かつ配列決定されているが(Thorbjarna
rdottirら、Gene、161(1):1-6(1995)およびJonssonら、Gene、151(1-2):177-180
(1994))、このリガーゼの基質特異性は決定されていない。
なく、新規技術を開発する上でも重要である。DNAリガーゼについて認められる
単ヌクレオチドの識別は、リガーゼが介する検出法の開発に繋がる(Wuら、Gene
、76(2):245-254(1989)、Wuら、Genomics、4(4):560-569(1989)、Landegrenら、 Science 、241(4869):1077-1080(1988)、Landegren, U.、Bioessays、15(11):761
-765(1993)、Barany, F.、PCR Methods Appl、1(1):5-16(1991)、およびBarany,
F.、Proc Natl Acad Sci USA、88(1):189-193(1991))。LDR(すなわち、リガー
ゼ検出反応)として公知のリガーゼ−ベースの線形シグナル増幅は、PCR(すなわ
ち、ポリメラーゼ連鎖反応)をベースとした遺伝子特異的標的増幅と組合せて、
癌および疾患の遺伝子突然変異の検出の強力な道具となることが証明されている
(Dayら、Genomics、29(1):152-162(1995))。PCR/LDR技法は、DNAリガーゼのふた
つの特性に頼っている：(i)特異性および(ii)熱安定性。Tth(すなわち、サーム
ス・サーモフィルス HB8)DNAリガーゼは、LDRおよびLCR(すなわち、リガーゼ連
鎖反応)において、完全にマッチする基質に対するそれらの高い識別性のニック
閉鎖活性および熱循環(thermocycling)を可能にするその熱安定性のために成功
のうちに使用されている(Barany. F.、PCR Methods Anpl.、1(1):5-16(1991)お
よびBarany, F.、Proc Natl Acad Sci USA、88(1):189-193(1991))。今日までに
、T. Scot(すなわち、サームス・スコットダクツ（Thermus scotoductus)由来の
もう1種のリガーゼがクローニングされ、かつ配列決定されているが(Thorbjarna
rdottirら、Gene、161(1):1-6(1995)およびJonssonら、Gene、151(1-2):177-180
(1994))、このリガーゼの基質特異性は決定されていない。
【０００７】 様々な宿主給源に由来する多くのリガーゼが存在するにもかかわらず、依然と
して、より大きい適合度を有する別のリガーゼを同定する必要性がある。本発明
は、T. sp.(すなわち、サームス種)AK16D由来のリガーゼのクローニングおよび
発現の結果としてこの目的を達成すること、ならびにこの高適合度酵素の生化学
的特徴を決定することに関する。
して、より大きい適合度を有する別のリガーゼを同定する必要性がある。本発明
は、T. sp.(すなわち、サームス種)AK16D由来のリガーゼのクローニングおよび
発現の結果としてこの目的を達成すること、ならびにこの高適合度酵素の生化学
的特徴を決定することに関する。
【０００８】 発明の概要 本発明は、ライゲーション接合点の直前の塩基にライゲーション接合点に隣接
する3'末端を有するオリゴヌクレオチドプローブとのミスマッチがあるような標
的配列にハイブリダイズされた一対のオリゴヌクレオチドプローブ間のライゲー
ション接合点をシールした場合に、T4リガーゼよりも100倍高い適合度および野
生型サームス・サーモフィルスリガーゼよりも6倍高い適合度を有する、熱安定
性リガーゼに関する。
する3'末端を有するオリゴヌクレオチドプローブとのミスマッチがあるような標
的配列にハイブリダイズされた一対のオリゴヌクレオチドプローブ間のライゲー
ション接合点をシールした場合に、T4リガーゼよりも100倍高い適合度および野
生型サームス・サーモフィルスリガーゼよりも6倍高い適合度を有する、熱安定
性リガーゼに関する。
【０００９】 本発明の別の局面は、ライゲーション接合点の最後から2番目の塩基にライゲ
ーション接合点に隣接する3'末端を有するオリゴヌクレオチドプローブとのミス
マッチがあるような標的配列にハイブリダイズされた一対のオリゴヌクレオチド
プローブ間のライゲーション接合点をシールした場合に、T4リガーゼよりも50倍
高い適合度および野生型サームス・サーモフィルスリガーゼよりも5倍高い適合
度を有する熱安定性リガーゼに関する。
ーション接合点に隣接する3'末端を有するオリゴヌクレオチドプローブとのミス
マッチがあるような標的配列にハイブリダイズされた一対のオリゴヌクレオチド
プローブ間のライゲーション接合点をシールした場合に、T4リガーゼよりも50倍
高い適合度および野生型サームス・サーモフィルスリガーゼよりも5倍高い適合
度を有する熱安定性リガーゼに関する。
【００１０】 さらに別の本発明の局面は、Mn2+補因子の存在下で、ライゲーション接合点の
直前の塩基にライゲーション接合点に隣接する3'末端を有するオリゴヌクレオチ
ドプローブとのミスマッチがあるような標的配列にハイブリダイズされた一対の
オリゴヌクレオチドプローブ間のライゲーション接合点をシールした場合に、野
生型サームス・サーモフィルスリガーゼよりも12倍高い適合度を有する熱安定性
リガーゼに関する。
直前の塩基にライゲーション接合点に隣接する3'末端を有するオリゴヌクレオチ
ドプローブとのミスマッチがあるような標的配列にハイブリダイズされた一対の
オリゴヌクレオチドプローブ間のライゲーション接合点をシールした場合に、野
生型サームス・サーモフィルスリガーゼよりも12倍高い適合度を有する熱安定性
リガーゼに関する。
【００１１】 更に本発明は、熱安定性リガーゼをコードしているDNA分子に加え、このよう
なDNA分子を含む発現システムおよび宿主細胞に関する。
なDNA分子を含む発現システムおよび宿主細胞に関する。
【００１２】 本発明の別の局面は、リガーゼ検出反応法またはリガーゼ連鎖反応法を行う際
の熱安定性リガーゼの使用に関する。
の熱安定性リガーゼの使用に関する。
【００１３】 このリガーゼ検出反応法は、1個もしくは複数の単一塩基の変更、挿入、欠失
または転位による、試料中の他のヌクレオチド配列とは異なる標的ヌクレオチド
配列の検出に関連している。これは、1個以上の単一塩基の変更、挿入、欠失ま
たは転位により、試料中の他のヌクレオチド配列とは異なる標的ヌクレオチド配
列を含有する可能性のある試料を提供することに関する。
または転位による、試料中の他のヌクレオチド配列とは異なる標的ヌクレオチド
配列の検出に関連している。これは、1個以上の単一塩基の変更、挿入、欠失ま
たは転位により、試料中の他のヌクレオチド配列とは異なる標的ヌクレオチド配
列を含有する可能性のある試料を提供することに関する。
【００１４】 本方法は更に、各々が、(a)標的に特異的部分を有する第一のオリゴヌクレオ
チドプローブ、および(b)標的特異的部分を有する第二のオリゴヌクレオチドプ
ローブを特徴とする、1個以上のオリゴヌクレオチドプローブセットを提供する
ことを含む。特定のセット中のオリゴヌクレオチドプローブは、1個以上の単一
塩基の変更、挿入、欠失または転位による、試料中の別のヌクレオチド配列とは
異なる標的ヌクレオチド配列へのハイブリダイゼーションに適している。このプ
ローブは更に、標的ヌクレオチド配列上で互いに隣接してハイブリダイズされた
場合の互いのライゲーションにも適しているが、しかし試料中に存在する任意の
他のヌクレオチド配列へハイブリダイズされる場合にこのようなライゲーション
を妨害するようなミスマッチを有する。
チドプローブ、および(b)標的特異的部分を有する第二のオリゴヌクレオチドプ
ローブを特徴とする、1個以上のオリゴヌクレオチドプローブセットを提供する
ことを含む。特定のセット中のオリゴヌクレオチドプローブは、1個以上の単一
塩基の変更、挿入、欠失または転位による、試料中の別のヌクレオチド配列とは
異なる標的ヌクレオチド配列へのハイブリダイゼーションに適している。このプ
ローブは更に、標的ヌクレオチド配列上で互いに隣接してハイブリダイズされた
場合の互いのライゲーションにも適しているが、しかし試料中に存在する任意の
他のヌクレオチド配列へハイブリダイズされる場合にこのようなライゲーション
を妨害するようなミスマッチを有する。
【００１５】 試料、1個以上のオリゴヌクレオチドプローブセット、および熱安定性リガー
ゼを配合し、リガーゼ検出反応混合物を作成する。このリガーゼ検出反応混合物
に、変性処理およびハイブリダイゼーション処理を含む1種以上のリガーゼ検出
反応サイクルを施す。変性処理においては、任意のハイブリダイズされたオリゴ
ヌクレオチドが、標的オリゴヌクレオチド配列から分離される。ハイブリダイゼ
ーション処理の間には、試料中に存在する場合は、オリゴヌクレオチドプローブ
セットがそれらの各標的ヌクレオチド配列に対して塩基特異性の方法で隣接位置
でハイブリダイズし、かつ互いにライゲーションする。これは、リガーゼ検出反
応混合物中の他の核酸から区別できる各セットについてライゲーション産物配列
とともに結合された標的特異的な部分を含むライゲーション産物配列を作成する
。オリゴヌクレオチドプローブセットは、その各々の標的ヌクレオチド配列以外
の試料中のヌクレオチド配列にハイブリダイズすることができるが、1個以上の
ミスマッチの存在のために互いにはライゲーションせず、かつ変性処理時に個別
に分離する。その後試料中に存在する標的ヌクレオチド配列の結果として作成さ
れたライゲーション産物配列の存在を検出する。
ゼを配合し、リガーゼ検出反応混合物を作成する。このリガーゼ検出反応混合物
に、変性処理およびハイブリダイゼーション処理を含む1種以上のリガーゼ検出
反応サイクルを施す。変性処理においては、任意のハイブリダイズされたオリゴ
ヌクレオチドが、標的オリゴヌクレオチド配列から分離される。ハイブリダイゼ
ーション処理の間には、試料中に存在する場合は、オリゴヌクレオチドプローブ
セットがそれらの各標的ヌクレオチド配列に対して塩基特異性の方法で隣接位置
でハイブリダイズし、かつ互いにライゲーションする。これは、リガーゼ検出反
応混合物中の他の核酸から区別できる各セットについてライゲーション産物配列
とともに結合された標的特異的な部分を含むライゲーション産物配列を作成する
。オリゴヌクレオチドプローブセットは、その各々の標的ヌクレオチド配列以外
の試料中のヌクレオチド配列にハイブリダイズすることができるが、1個以上の
ミスマッチの存在のために互いにはライゲーションせず、かつ変性処理時に個別
に分離する。その後試料中に存在する標的ヌクレオチド配列の結果として作成さ
れたライゲーション産物配列の存在を検出する。
【００１６】 本発明のリガーゼ連鎖反応法において、第一および第二の相補的標的ヌクレオ
チド配列により形成された標的二本鎖核酸の存在が、試料中に検出される。この
標的二本鎖核酸は、1個以上の単一塩基の変更、挿入、欠失または転位により、
他のヌクレオチド配列とは異なる。
チド配列により形成された標的二本鎖核酸の存在が、試料中に検出される。この
標的二本鎖核酸は、1個以上の単一塩基の変更、挿入、欠失または転位により、
他のヌクレオチド配列とは異なる。
【００１７】 本方法は、第一および第二の相補的ヌクレオチド配列により形成された標的二
本鎖核酸を含有する可能性のある試料を提供することに関する。この核酸は、1
個以上の単一塩基の変更、挿入、欠失または転位により、試料中の他のヌクレオ
チド配列とは異なる。
本鎖核酸を含有する可能性のある試料を提供することに関する。この核酸は、1
個以上の単一塩基の変更、挿入、欠失または転位により、試料中の他のヌクレオ
チド配列とは異なる。
【００１８】 更に本方法は、(a)標的に特異的部分を有する第一のオリゴヌクレオチドプロ
ーブ、および(b)標的特異的部分を有する第二のオリゴヌクレオチドプローブを
特徴としている、第一のオリゴヌクレオチドプローブセットを提供することを含
む。第一のセット中のオリゴヌクレオチドプローブは、1個以上の単一塩基の変
更、挿入、欠失または転位により、試料中の他のヌクレオチド配列とは異なる第
一の標的ヌクレオチド配列と相補的である。このプローブは更に、第一の標的ヌ
クレオチド配列上で互いに隣接してハイブリダイズされた場合の互いのライゲー
ションにも適しているが、しかし試料中に存在する任意の他のヌクレオチド配列
へハイブリダイズされる場合にこのようなライゲーションを妨害するようなミス
マッチを有する。本発明の方法は更に、(a)標的に特異的部分を有する第三のオ
リゴヌクレオチドプローブ、および(b)標的特異的部分を有する第四のオリゴヌ
クレオチドプローブを特徴としている、第二のオリゴヌクレオチドプローブセッ
トを提供することも必要としている。第二のセット中のオリゴヌクレオチドプロ
ーブは、1個以上の単一塩基の変更、挿入、欠失または転位により、試料中の他
のヌクレオチド配列とは異なる第二の標的ヌクレオチド配列と相補的である。第
二のセット中のプローブは、第二の標的ヌクレオチド配列上で互いに隣接してハ
イブリダイズされた場合の互いのライゲーションにも適しているが、しかし試料
中に存在する任意の他のヌクレオチド配列へハイブリダイズされる場合のこのよ
うなライゲーションを妨害するようなミスマッチを有する。
ーブ、および(b)標的特異的部分を有する第二のオリゴヌクレオチドプローブを
特徴としている、第一のオリゴヌクレオチドプローブセットを提供することを含
む。第一のセット中のオリゴヌクレオチドプローブは、1個以上の単一塩基の変
更、挿入、欠失または転位により、試料中の他のヌクレオチド配列とは異なる第
一の標的ヌクレオチド配列と相補的である。このプローブは更に、第一の標的ヌ
クレオチド配列上で互いに隣接してハイブリダイズされた場合の互いのライゲー
ションにも適しているが、しかし試料中に存在する任意の他のヌクレオチド配列
へハイブリダイズされる場合にこのようなライゲーションを妨害するようなミス
マッチを有する。本発明の方法は更に、(a)標的に特異的部分を有する第三のオ
リゴヌクレオチドプローブ、および(b)標的特異的部分を有する第四のオリゴヌ
クレオチドプローブを特徴としている、第二のオリゴヌクレオチドプローブセッ
トを提供することも必要としている。第二のセット中のオリゴヌクレオチドプロ
ーブは、1個以上の単一塩基の変更、挿入、欠失または転位により、試料中の他
のヌクレオチド配列とは異なる第二の標的ヌクレオチド配列と相補的である。第
二のセット中のプローブは、第二の標的ヌクレオチド配列上で互いに隣接してハ
イブリダイズされた場合の互いのライゲーションにも適しているが、しかし試料
中に存在する任意の他のヌクレオチド配列へハイブリダイズされる場合のこのよ
うなライゲーションを妨害するようなミスマッチを有する。
【００１９】 試料、第一および第二のオリゴヌクレオチドプローブセット、ならびに熱安定
性リガーゼを一緒に配合し、リガーゼ連鎖反応混合物を作成する。このリガーゼ
連鎖反応混合物に、変性処理およびハイブリダイゼーション処理を含む1種以上
のリガーゼ連鎖反応サイクルを施す。変性処理においては、任意のハイブリダイ
ズされたオリゴヌクレオチドが、標的オリゴヌクレオチド配列から分離される。
ハイブリダイゼーション処理においては、試料中に存在する場合は、オリゴヌク
レオチドプローブセットがそれらの各標的ヌクレオチド配列に対して塩基特異性
の方法で隣接位置でハイブリダイズする。これらのプローブは更に、互いにライ
ゲーションし、リガーゼ連鎖反応混合物中の他の核酸から区別できる各セットに
ついてライゲーション産物配列とともに結合された標的特異的な部分を含むライ
ゲーション産物配列を作成する。オリゴヌクレオチドプローブセットは、それら
の各々の標的ヌクレオチド配列以外の試料中のヌクレオチド配列にハイブリダイ
ズすることができるが、1個以上のミスマッチの存在のために互いにはライゲー
ションせず、かつ変性処理時に個別に分離している。その後試料中に存在する標
的ヌクレオチド配列の結果として作成されたライゲーション産物配列の存在を検
出する。
性リガーゼを一緒に配合し、リガーゼ連鎖反応混合物を作成する。このリガーゼ
連鎖反応混合物に、変性処理およびハイブリダイゼーション処理を含む1種以上
のリガーゼ連鎖反応サイクルを施す。変性処理においては、任意のハイブリダイ
ズされたオリゴヌクレオチドが、標的オリゴヌクレオチド配列から分離される。
ハイブリダイゼーション処理においては、試料中に存在する場合は、オリゴヌク
レオチドプローブセットがそれらの各標的ヌクレオチド配列に対して塩基特異性
の方法で隣接位置でハイブリダイズする。これらのプローブは更に、互いにライ
ゲーションし、リガーゼ連鎖反応混合物中の他の核酸から区別できる各セットに
ついてライゲーション産物配列とともに結合された標的特異的な部分を含むライ
ゲーション産物配列を作成する。オリゴヌクレオチドプローブセットは、それら
の各々の標的ヌクレオチド配列以外の試料中のヌクレオチド配列にハイブリダイ
ズすることができるが、1個以上のミスマッチの存在のために互いにはライゲー
ションせず、かつ変性処理時に個別に分離している。その後試料中に存在する標
的ヌクレオチド配列の結果として作成されたライゲーション産物配列の存在を検
出する。
【００２０】 発明の詳細な説明 本発明は、高適合度熱安定性リガーゼ酵素に関する。この酵素は、下記の配列
番号：１のアミノ酸配列を有する：
番号：１のアミノ酸配列を有する：
【００２１】 このタンパク質は、SDS-PAGEで測定した場合に、分子量78〜81kDaを有する。
本明細書のための用語「熱安定性」は、熱による失活に対し抵抗性があるような
DNAリガーゼを意味する。
本明細書のための用語「熱安定性」は、熱による失活に対し抵抗性があるような
DNAリガーゼを意味する。
【００２２】 本発明の熱安定性リガーゼは、ライゲーション接合点の直前の塩基にライゲー
ション接合点に隣接するその3'末端を有するオリゴヌクレオチドプローブとのミ
スマッチがあるような標的配列にハイブリダイズされた一対のオリゴヌクレオチ
ドプローブ間のライゲーション接合点をシールした場合に、T4リガーゼよりも10
0倍高い適合度および野生型サームス・サーモフィルスリガーゼよりも6倍高い適
合度を有する。このリガーゼは更に、ライゲーション接合点の最後から2番目の
塩基にライゲーション接合点に隣接するその3'末端を有するオリゴヌクレオチド
プローブとのミスマッチがあるような標的配列にハイブリダイズされた一対のオ
リゴヌクレオチドプローブ間のライゲーション接合点をシールした場合に、T4リ
ガーゼよりも50倍高い適合度および野生型サームス・サーモフィルスリガーゼよ
りも5倍高い適合度を有する。最後に、本発明の熱安定性リガーゼは、Mn2+補因
子の存在下で、ライゲーション接合点の直前の塩基にライゲーション接合点に隣
接するその3'末端を有するオリゴヌクレオチドプローブとのミスマッチがあるよ
うな標的配列にハイブリダイズされた一対のオリゴヌクレオチドプローブ間のラ
イゲーション接合点をシールした場合に、野生型サームス・サーモフィルスリガ
ーゼよりも12倍高い適合度を有する。本発明のために「適合度」は、ライゲーシ
ョン接合点のその3'末端とプローブの塩基でC-Gマッチを伴う相補的鋳型にハイ
ブリダイズされた2個の隣接するプローブのライゲーションの初速度の、ライゲ
ーション接合点のその3'末端とプローブの塩基でG-Tミスマッチを伴う相補的鋳
型にハイブリダイズされた2個の隣接するプローブのライゲーションの初速度に
対する比を意味すると定義される。
ション接合点に隣接するその3'末端を有するオリゴヌクレオチドプローブとのミ
スマッチがあるような標的配列にハイブリダイズされた一対のオリゴヌクレオチ
ドプローブ間のライゲーション接合点をシールした場合に、T4リガーゼよりも10
0倍高い適合度および野生型サームス・サーモフィルスリガーゼよりも6倍高い適
合度を有する。このリガーゼは更に、ライゲーション接合点の最後から2番目の
塩基にライゲーション接合点に隣接するその3'末端を有するオリゴヌクレオチド
プローブとのミスマッチがあるような標的配列にハイブリダイズされた一対のオ
リゴヌクレオチドプローブ間のライゲーション接合点をシールした場合に、T4リ
ガーゼよりも50倍高い適合度および野生型サームス・サーモフィルスリガーゼよ
りも5倍高い適合度を有する。最後に、本発明の熱安定性リガーゼは、Mn2+補因
子の存在下で、ライゲーション接合点の直前の塩基にライゲーション接合点に隣
接するその3'末端を有するオリゴヌクレオチドプローブとのミスマッチがあるよ
うな標的配列にハイブリダイズされた一対のオリゴヌクレオチドプローブ間のラ
イゲーション接合点をシールした場合に、野生型サームス・サーモフィルスリガ
ーゼよりも12倍高い適合度を有する。本発明のために「適合度」は、ライゲーシ
ョン接合点のその3'末端とプローブの塩基でC-Gマッチを伴う相補的鋳型にハイ
ブリダイズされた2個の隣接するプローブのライゲーションの初速度の、ライゲ
ーション接合点のその3'末端とプローブの塩基でG-Tミスマッチを伴う相補的鋳
型にハイブリダイズされた2個の隣接するプローブのライゲーションの初速度に
対する比を意味すると定義される。
【００２３】 本発明の熱安定性リガーゼは更に、KXDGモチーフ（式中、Xは任意のアミノ酸
である)中の活性部位リシン(すなわち、K)に隣接するアルギニンを有することを
特徴としている。
である)中の活性部位リシン(すなわち、K)に隣接するアルギニンを有することを
特徴としている。
【００２４】 このタンパク質は、下記の配列番号：2のヌクレオチド配列を有するDNA分子に
よりコードされている：
よりコードされている：
【００２５】 本発明は、前述のポリペプチドまたはタンパク質の断片も包含している。
【００２６】 適当な断片は、いくつかの手段により作成される。第一に、本発明のタンパク
質をコードしている遺伝子のサブクローンが、遺伝子断片のサブクローニングに
よる、通常の分子遺伝子学的操作により作成される。その後これらのサブクロー
ンは、インビトロまたは細菌細胞内でインビボにおいて発現され、以下に説明す
る手順に従いリガーゼ活性について試験することができる比較的小さいタンパク
質またはペプチドを生じる。
質をコードしている遺伝子のサブクローンが、遺伝子断片のサブクローニングに
よる、通常の分子遺伝子学的操作により作成される。その後これらのサブクロー
ンは、インビトロまたは細菌細胞内でインビボにおいて発現され、以下に説明す
る手順に従いリガーゼ活性について試験することができる比較的小さいタンパク
質またはペプチドを生じる。
【００２７】 あるいは、本発明のリガーゼ断片を、キモトリプシンまたはStaphylococcusプ
ロテイナーゼAまたはトリプシンのようなタンパク質分解酵素による完全長リガ
ーゼの消化により作成することができる。様々なタンパク質分解酵素が、恐らく
リガーゼタンパク質を、リガーゼのアミノ酸配列を基に異なる位置で切断するで
あろう。タンパク質分解の結果生じた断片の幾つかは、活性リガーゼであること
がある。
ロテイナーゼAまたはトリプシンのようなタンパク質分解酵素による完全長リガ
ーゼの消化により作成することができる。様々なタンパク質分解酵素が、恐らく
リガーゼタンパク質を、リガーゼのアミノ酸配列を基に異なる位置で切断するで
あろう。タンパク質分解の結果生じた断片の幾つかは、活性リガーゼであること
がある。
【００２８】 別の方法において、該タンパク質の一次構造に関する知識を基に、遺伝子をコ
ードしているリガーゼの断片は、PCR技術を該タンパク質の特定部分を示すよう
に選択されたプライマーの特異的セットと共に用いて合成することができる。次
に、これらは、切断型ペプチドまたはタンパク質の発現の増大のために適当なベ
クターにクローニングされる。
ードしているリガーゼの断片は、PCR技術を該タンパク質の特定部分を示すよう
に選択されたプライマーの特異的セットと共に用いて合成することができる。次
に、これらは、切断型ペプチドまたはタンパク質の発現の増大のために適当なベ
クターにクローニングされる。
【００２９】 化学合成を用いて適当な断片を作成することができる。このような合成は、作
成されるリガーゼに関する公知のアミノ酸配列を用いて行うことができる。ある
いは、完全長リガーゼを高温・高圧に晒し、断片を作成する。次にこれらの断片
を常法(例えば、クロマトグラフィー、SDS-PAGE)により分離することができる。
成されるリガーゼに関する公知のアミノ酸配列を用いて行うことができる。ある
いは、完全長リガーゼを高温・高圧に晒し、断片を作成する。次にこれらの断片
を常法(例えば、クロマトグラフィー、SDS-PAGE)により分離することができる。
【００３０】 変異型は、同じく(または代わりに)、例えば該ポリペプチドの特性、二次構造
および水感応性(hydropathic nature)に最小の影響を及ぼすアミノ酸の欠失また
は付加により修飾することができる。例えばポリペプチドは、同時翻訳的または
後翻訳的にタンパク質の転移を指示するタンパク質のN-末端のシグナル(または
リーダー)配列に接合することができる。このポリペプチドを同じく、ポリペプ
チドの合成、精製または同定を容易にするために、リンカーまたは他の配列に接
合することもできる。
および水感応性(hydropathic nature)に最小の影響を及ぼすアミノ酸の欠失また
は付加により修飾することができる。例えばポリペプチドは、同時翻訳的または
後翻訳的にタンパク質の転移を指示するタンパク質のN-末端のシグナル(または
リーダー)配列に接合することができる。このポリペプチドを同じく、ポリペプ
チドの合成、精製または同定を容易にするために、リンカーまたは他の配列に接
合することもできる。
【００３１】 適当なDNA分子とは、温度37℃の0.9Mクエン酸ナトリウム(「SSC」)緩衝液を含
有しかつ37℃のSSC緩衝液による洗浄を施した場合に結合を維持するハイブリダ
イゼーション緩衝液；および好ましくは、温度42℃の0.9M生理食塩水／0.09M SS
C緩衝液中の20％ホルムアミドを含有しかつ42℃のO.2x SSC緩衝液で42℃で洗浄
した場合に結合を維持するハイブリダイゼーション緩衝液を特徴とする、ストリ
ンジェントな条件下で、配列番号：2の50個の連続する塩基のヌクレオチド配列
を含むDNA分子にハイブリダイズしているものである。
有しかつ37℃のSSC緩衝液による洗浄を施した場合に結合を維持するハイブリダ
イゼーション緩衝液；および好ましくは、温度42℃の0.9M生理食塩水／0.09M SS
C緩衝液中の20％ホルムアミドを含有しかつ42℃のO.2x SSC緩衝液で42℃で洗浄
した場合に結合を維持するハイブリダイゼーション緩衝液を特徴とする、ストリ
ンジェントな条件下で、配列番号：2の50個の連続する塩基のヌクレオチド配列
を含むDNA分子にハイブリダイズしているものである。
【００３２】 本発明のタンパク質またはポリペプチドは、常法により精製した形で産生され
ることが好ましい(好ましくは少なくとも約80％、より好ましくは90％の純度)。
典型的には、本発明のタンパク質またはポリペプチドは、組換え宿主細胞の増殖
培地へ分泌される。あるいは本発明のタンパク質またはポリペプチドは、増殖培
地で産生されるが、分泌されない。このような場合は、タンパク質を単離するた
めに、組換えプラスミドを保持する宿主細胞(例えば大腸菌)を増殖し、音波処理
、熱処理または化学処理により溶菌し、かつそのホモジネートを遠心し、細菌デ
ブリを取り除く。その後上清に、段階的硫酸アンモニウム沈降を施す。本発明の
ポリペプチドまたはタンパク質を含有する画分に、適当なサイズのデキストラン
またはポリアクリルアミドカラムにおいてゲル濾過を施し、タンパク質を分離す
る。必要に応じて、このタンパク質画分を更にHPLCにより精製することができる
。
ることが好ましい(好ましくは少なくとも約80％、より好ましくは90％の純度)。
典型的には、本発明のタンパク質またはポリペプチドは、組換え宿主細胞の増殖
培地へ分泌される。あるいは本発明のタンパク質またはポリペプチドは、増殖培
地で産生されるが、分泌されない。このような場合は、タンパク質を単離するた
めに、組換えプラスミドを保持する宿主細胞(例えば大腸菌)を増殖し、音波処理
、熱処理または化学処理により溶菌し、かつそのホモジネートを遠心し、細菌デ
ブリを取り除く。その後上清に、段階的硫酸アンモニウム沈降を施す。本発明の
ポリペプチドまたはタンパク質を含有する画分に、適当なサイズのデキストラン
またはポリアクリルアミドカラムにおいてゲル濾過を施し、タンパク質を分離す
る。必要に応じて、このタンパク質画分を更にHPLCにより精製することができる
。
【００３３】 本発明のリガーゼをコードしているDNA分子は、通常の組換えDNA技術を用いて
細胞に組入れることができる。一般にこれは、DNA分子の、そのDNA分子が異種で
ある(すなわち通常存在しない)ような発現システムへの挿入を含む。異種DNA分
子は、適当なセンス方向および正確なリーディングフレームで、発現システムま
たはベクターに挿入される。このベクターは、挿入されたタンパク質−コード配
列の転写および翻訳に必要なエレメントを含む。
細胞に組入れることができる。一般にこれは、DNA分子の、そのDNA分子が異種で
ある(すなわち通常存在しない)ような発現システムへの挿入を含む。異種DNA分
子は、適当なセンス方向および正確なリーディングフレームで、発現システムま
たはベクターに挿入される。このベクターは、挿入されたタンパク質−コード配
列の転写および翻訳に必要なエレメントを含む。
【００３４】 CohenおよびBoyerに付与された米国特許第4,237,224号は、制限酵素切断およ
びDNAリガーゼによるライゲーションを用いる組換えプラスミド形の発現システ
ムの作成を開示し、これは本明細書に参照として組入れられている。その後これ
らの組換えプラスミドは、形質転換により導入され、かつ組織培養物中の原核生
物および真核細胞を含む単細胞培養物中で複製される。
びDNAリガーゼによるライゲーションを用いる組換えプラスミド形の発現システ
ムの作成を開示し、これは本明細書に参照として組入れられている。その後これ
らの組換えプラスミドは、形質転換により導入され、かつ組織培養物中の原核生
物および真核細胞を含む単細胞培養物中で複製される。
【００３５】 組換え遺伝子は更にワクシニアウイルスのようなウイルスに導入することもで
きる。組換えウイルスは、プラスミドのウイルス感染細胞へのトランスフェクシ
ョンにより作成することができる。
きる。組換えウイルスは、プラスミドのウイルス感染細胞へのトランスフェクシ
ョンにより作成することができる。
【００３６】 適当なベクターは、下記のウイルスベクター、例えばラムダベクターシステム
gt11、gtWES.tB、Charon4、およびプラスミドベクター、例えばpBR322、pBR325
、pACYC177、pACYC1O84、pUC8、pUC9、pUC18、pUC19、pLG339、pR29O、pKC37、
、pKC101、SV40、pBluescript II SK+/-またはKS+/-(ストラタジーン社(ラ・ホ
ヤ、カリフォルニア)の「ストラタジーン社クローニングシステム」カタログを
参照のこと(1993)、これは本明細書に参照として組入れられている)、pQE、pIH8
21、pGEX、pETシリーズ(F.W. Studierら、「クローン遺伝子の直接発現のための
T7 RNAポリメラーゼの利用(Use of T7 RNA Polymerase to Direct Expression o
f Cloned Genes)」、Gene Expression Technology、185(1990)を参照のこと、こ
れは本明細書に参照として組入れられている)、ならびにそれらの派生物のいず
れかを含むが、これらに限定されるものではない。組換え分子は、形質転換、好
ましくは形質導入、接合、動態化、または電気穿孔により、細胞に導入すること
ができる。DNA配列は、本明細書に参照として組入れられているSambrookらの著
書、Molecular Cloning: A Laboratory Manual、コールドスプリングハーバーラ
ボラトリー、コールドスプリングハーバー、ニューヨーク、(1989)に記されたよ
うな、当該技術分野において標準のクローニング法を用いてベクターにクローニ
ングされる。
gt11、gtWES.tB、Charon4、およびプラスミドベクター、例えばpBR322、pBR325
、pACYC177、pACYC1O84、pUC8、pUC9、pUC18、pUC19、pLG339、pR29O、pKC37、
、pKC101、SV40、pBluescript II SK+/-またはKS+/-(ストラタジーン社(ラ・ホ
ヤ、カリフォルニア)の「ストラタジーン社クローニングシステム」カタログを
参照のこと(1993)、これは本明細書に参照として組入れられている)、pQE、pIH8
21、pGEX、pETシリーズ(F.W. Studierら、「クローン遺伝子の直接発現のための
T7 RNAポリメラーゼの利用(Use of T7 RNA Polymerase to Direct Expression o
f Cloned Genes)」、Gene Expression Technology、185(1990)を参照のこと、こ
れは本明細書に参照として組入れられている)、ならびにそれらの派生物のいず
れかを含むが、これらに限定されるものではない。組換え分子は、形質転換、好
ましくは形質導入、接合、動態化、または電気穿孔により、細胞に導入すること
ができる。DNA配列は、本明細書に参照として組入れられているSambrookらの著
書、Molecular Cloning: A Laboratory Manual、コールドスプリングハーバーラ
ボラトリー、コールドスプリングハーバー、ニューヨーク、(1989)に記されたよ
うな、当該技術分野において標準のクローニング法を用いてベクターにクローニ
ングされる。
【００３７】 さまざまな宿主−ベクターシステムを用いて、タンパク質−コード配列(複数)
を発現することができる。第一にこのベクターシステムは、使用した宿主細胞と
適合性がなければならない。宿主−ベクターシステムは、下記を含むが、これら
に限定されるものではない：バクテリオファージDNA、プラスミドDNAまたはコス
ミドDNAで形質転換された細菌；酵母ベクターを含む酵母のような、微生物；ウ
イルス(例えば、ワクシニアウイルス、アデノウイルスなど)で感染した哺乳類細
胞システム；ウイルス(例えばバキュロウイルス)で感染した昆虫細胞システム；
ならびに、細菌に感染した植物細胞。これらのベクターの発現エレメントは、そ
れらの強度および特異性が変動する。使用した宿主−ベクターシステムに応じて
、多くの適当な転写および翻訳エレメントの任意のひとつを用いることができる
。
を発現することができる。第一にこのベクターシステムは、使用した宿主細胞と
適合性がなければならない。宿主−ベクターシステムは、下記を含むが、これら
に限定されるものではない：バクテリオファージDNA、プラスミドDNAまたはコス
ミドDNAで形質転換された細菌；酵母ベクターを含む酵母のような、微生物；ウ
イルス(例えば、ワクシニアウイルス、アデノウイルスなど)で感染した哺乳類細
胞システム；ウイルス(例えばバキュロウイルス)で感染した昆虫細胞システム；
ならびに、細菌に感染した植物細胞。これらのベクターの発現エレメントは、そ
れらの強度および特異性が変動する。使用した宿主−ベクターシステムに応じて
、多くの適当な転写および翻訳エレメントの任意のひとつを用いることができる
。
【００３８】 様々な遺伝子シグナルおよびプロセッシング事象は、遺伝子発現を多くのレベ
ルで管理する(例えば、DNA転写およびメッセンジャーRNA(mRNA)翻訳)。
ルで管理する(例えば、DNA転写およびメッセンジャーRNA(mRNA)翻訳)。
【００３９】 DNAの転写は、RNAポリメラーゼの結合を指示し、これによりmRNA合成を促進す
るDNA配列であるプロモーターの存在によって左右される。真核細胞プロモータ
ーのDNA配列は、原核細胞プロモーターのそれとは異なる。更に真核細胞プロモ
ーターおよび随伴する遺伝子シグナルは、原核細胞システムにおいては認識され
ずかつ機能もせず、更に原核細胞プロモーターは、真核細胞プロモーターを認識
せず、そこで機能もしない。
るDNA配列であるプロモーターの存在によって左右される。真核細胞プロモータ
ーのDNA配列は、原核細胞プロモーターのそれとは異なる。更に真核細胞プロモ
ーターおよび随伴する遺伝子シグナルは、原核細胞システムにおいては認識され
ずかつ機能もせず、更に原核細胞プロモーターは、真核細胞プロモーターを認識
せず、そこで機能もしない。
【００４０】 同様に、原核細胞中のmRNAの翻訳は、真核細胞のものとは異なる適当な原核細
胞シグナルの存在によって左右される。原核細胞におけるmRNAの効果的翻訳には
、mRNA上にシャイン・ダルガルノ(「SD」)配列と称されるリボソーム結合部位が
必要である。この配列は、通常タンパク質のアミノ末端のメチオニンをコードし
ているAUGである開始コドンの上流に位置したmRNAの短いヌクレオチド配列であ
る。SD配列は、16S rRNA(リボソームRNA)の 3'末端に対して相補的であり、かつ
恐らくrRNAによる二重鎖形成(duplexing)によりmRNAのリボソームへの結合を促
進し、リボソームの位置を補正することができる。遺伝子発現の最大化に関する
検証については、本明細書に参照として組入れられている、RobertsおよびLauer
の論文、Methods in Enzymology、68:473(1979)を参照のこと。
胞シグナルの存在によって左右される。原核細胞におけるmRNAの効果的翻訳には
、mRNA上にシャイン・ダルガルノ(「SD」)配列と称されるリボソーム結合部位が
必要である。この配列は、通常タンパク質のアミノ末端のメチオニンをコードし
ているAUGである開始コドンの上流に位置したmRNAの短いヌクレオチド配列であ
る。SD配列は、16S rRNA(リボソームRNA)の 3'末端に対して相補的であり、かつ
恐らくrRNAによる二重鎖形成(duplexing)によりmRNAのリボソームへの結合を促
進し、リボソームの位置を補正することができる。遺伝子発現の最大化に関する
検証については、本明細書に参照として組入れられている、RobertsおよびLauer
の論文、Methods in Enzymology、68:473(1979)を参照のこと。
【００４１】 プロモーターは、その「強さ」(すなわち、それらの転写を促進する能力)が変
動する。クローン化した遺伝子の発現を目的とすると、高レベルの転写を得、こ
れにより遺伝子を発現するために、強力なプロモーターを使用することが望まし
い。利用した宿主細胞システムに応じて、多数の適当なプロモーターの任意のひ
とつを使用することができる。例えば、大腸菌、そのバクテリオファージまたは
プラスミドをクローン化する場合、プロモーター、例えばT7ファージプロモータ
ー、lacプロモーター、trpプロモーター、recAプロモーター、リボソームRNAプ
ロモーター、コリファージラムダおよびlacUV5、ompF、bla、lppを含むがこれに
限定されないその他のPRおよびPLプロモーターなどを、隣接DNAセグメントの転
写のレベルを高めるために使用することができる。更に、組換えDNAまたは他の
合成DNA技術により作出されたハイブリッドtrp-lacUV5 (tac)プロモーターまた
は他の大腸菌プロモーターを使用し、挿入された遺伝子の転写を提供することが
できる。
動する。クローン化した遺伝子の発現を目的とすると、高レベルの転写を得、こ
れにより遺伝子を発現するために、強力なプロモーターを使用することが望まし
い。利用した宿主細胞システムに応じて、多数の適当なプロモーターの任意のひ
とつを使用することができる。例えば、大腸菌、そのバクテリオファージまたは
プラスミドをクローン化する場合、プロモーター、例えばT7ファージプロモータ
ー、lacプロモーター、trpプロモーター、recAプロモーター、リボソームRNAプ
ロモーター、コリファージラムダおよびlacUV5、ompF、bla、lppを含むがこれに
限定されないその他のPRおよびPLプロモーターなどを、隣接DNAセグメントの転
写のレベルを高めるために使用することができる。更に、組換えDNAまたは他の
合成DNA技術により作出されたハイブリッドtrp-lacUV5 (tac)プロモーターまた
は他の大腸菌プロモーターを使用し、挿入された遺伝子の転写を提供することが
できる。
【００４２】 特異的に誘導されることなくプロモーターの作用を阻害するような細菌宿主細
胞株および発現ベクターを、選択することができる。ある操作において、挿入さ
れたDNAの効率的転写のためには、特異的誘導物質の添加が必要である。例えば
、lacオペロンは、ラクトースまたはIPTG(イソプロピルチオ-β-D-ガラクトシド
)の添加により誘導される。trp、proなどのような様々な他のオペロンは別の制
御下にある。
胞株および発現ベクターを、選択することができる。ある操作において、挿入さ
れたDNAの効率的転写のためには、特異的誘導物質の添加が必要である。例えば
、lacオペロンは、ラクトースまたはIPTG(イソプロピルチオ-β-D-ガラクトシド
)の添加により誘導される。trp、proなどのような様々な他のオペロンは別の制
御下にある。
【００４３】 特異的開始シグナルも、原核細胞における効率的な遺伝子転写および翻訳のた
めに必要である。これらの転写および翻訳開始シグナルは、各々、遺伝子特異的
メッセンジャーRNAの量および合成されたタンパク質の量で測定した「強さ」が
変動する。プロモーターを含むDNA発現ベクターも、様々な「強い」転写および
／または翻訳の開始シグナルの組合せを含むことができる。例えば大腸菌におけ
る効率的翻訳には、リボソーム結合部位を提供するために、開始コドン(「ATG」
) の5'側に約7〜9塩基のSD配列が必要である。従って、宿主細胞リボソームが利
用することができるSD-ATGの組合せを使用することができる。このような組合せ
は、コリファージラムダのcro遺伝子またはN遺伝子に由来する、または大腸菌ト
リプトファンE、D、C、BもしくはA遺伝子に由来するSD-ATG組合せを含むが、こ
れらに限定されるものではない。加えて、組換えDNAまたは合成ヌクレオチドの
組込みに関する他の技術により作成されたいずれかのSD-ATG組合せを使用するこ
とができる。
めに必要である。これらの転写および翻訳開始シグナルは、各々、遺伝子特異的
メッセンジャーRNAの量および合成されたタンパク質の量で測定した「強さ」が
変動する。プロモーターを含むDNA発現ベクターも、様々な「強い」転写および
／または翻訳の開始シグナルの組合せを含むことができる。例えば大腸菌におけ
る効率的翻訳には、リボソーム結合部位を提供するために、開始コドン(「ATG」
) の5'側に約7〜9塩基のSD配列が必要である。従って、宿主細胞リボソームが利
用することができるSD-ATGの組合せを使用することができる。このような組合せ
は、コリファージラムダのcro遺伝子またはN遺伝子に由来する、または大腸菌ト
リプトファンE、D、C、BもしくはA遺伝子に由来するSD-ATG組合せを含むが、こ
れらに限定されるものではない。加えて、組換えDNAまたは合成ヌクレオチドの
組込みに関する他の技術により作成されたいずれかのSD-ATG組合せを使用するこ
とができる。
【００４４】 一旦本発明のリガーゼをコードしている単離DNA分子が発現システムにクロー
ン化されたならば、これは容易に宿主細胞に組込むことができる。このような組
込みは、ベクター／宿主細胞システムに応じて、前述の形質転換の様々な形で行
うことができる。適当な宿主細胞は、細菌、ウイルス、酵母、哺乳類細胞、昆虫
、植物など含むが、これらに限定されるものではない。
ン化されたならば、これは容易に宿主細胞に組込むことができる。このような組
込みは、ベクター／宿主細胞システムに応じて、前述の形質転換の様々な形で行
うことができる。適当な宿主細胞は、細菌、ウイルス、酵母、哺乳類細胞、昆虫
、植物など含むが、これらに限定されるものではない。
【００４５】 本発明は、リガーゼ酵素が通常高温で使用されるような多くの方法において有
用である。一般に、これらの方法は、リガーゼ検出反応およびリガーゼ連鎖反応
を含む。
用である。一般に、これらの方法は、リガーゼ検出反応およびリガーゼ連鎖反応
を含む。
【００４６】 リガーゼ検出反応およびリガーゼ連鎖反応は両方共、高温での標的配列の検出
およびその配列の増幅に関する。これらの方法を実施する際に、該酵素は、高温
に晒されるが、その熱安定な特性のために分解されない。リガーゼ検出反応法お
よびリガーゼ連鎖反応法は、一般にBaranyらの国際公開公報第90/17239号、F. B
aranyら、「熱安定性DNAリガーゼコード遺伝子のクローニング、過剰発現および
ヌクレオチド配列(Cloning, Overexpression, and Nucleotide Sequence of a T
ermostable DNA Ligase-Encoding Gene)」、Gene、109:1-11(1991)、およびF. B
aranyら、「クローン化した熱安定性リガーゼを使用する遺伝疾患の検出およびD
NA増幅(Genetic Disease Detection and DNA Amplification Using Cloned Term
ostable Ligase)」、Proc. Nat'l Acad. Sci. USA、88:189-93に記されており、
これらは本明細書に参照として組入れられている。
およびその配列の増幅に関する。これらの方法を実施する際に、該酵素は、高温
に晒されるが、その熱安定な特性のために分解されない。リガーゼ検出反応法お
よびリガーゼ連鎖反応法は、一般にBaranyらの国際公開公報第90/17239号、F. B
aranyら、「熱安定性DNAリガーゼコード遺伝子のクローニング、過剰発現および
ヌクレオチド配列(Cloning, Overexpression, and Nucleotide Sequence of a T
ermostable DNA Ligase-Encoding Gene)」、Gene、109:1-11(1991)、およびF. B
aranyら、「クローン化した熱安定性リガーゼを使用する遺伝疾患の検出およびD
NA増幅(Genetic Disease Detection and DNA Amplification Using Cloned Term
ostable Ligase)」、Proc. Nat'l Acad. Sci. USA、88:189-93に記されており、
これらは本明細書に参照として組入れられている。
【００４７】 リガーゼ検出反応法は、以下により詳細に説明するような、試料中の標的ヌク
レオチド配列の検出において有用である。 1種以上のオリゴヌクレオチドプローブセットが、この方法と複合した使用の
ために提供される。各セットは、(a)標的特異的部分を有する第一のオリゴヌク
レオチドプローブおよび(b)標的特異的部分を有する第二のオリゴヌクレオチド
プローブを含む。特定のセットのオリゴヌクレオチドプローブは、対応する標的
ヌクレオチド配列上で互いに隣接してハイブリダイズされた場合に互いのライゲ
ーションに適しているが、しかし試料中に存在するいずれか他のヌクレオチド配
列へハイブリダイズされる場合にはこのようなライゲーションを妨害するミスマ
ッチを有する。
レオチド配列の検出において有用である。 1種以上のオリゴヌクレオチドプローブセットが、この方法と複合した使用の
ために提供される。各セットは、(a)標的特異的部分を有する第一のオリゴヌク
レオチドプローブおよび(b)標的特異的部分を有する第二のオリゴヌクレオチド
プローブを含む。特定のセットのオリゴヌクレオチドプローブは、対応する標的
ヌクレオチド配列上で互いに隣接してハイブリダイズされた場合に互いのライゲ
ーションに適しているが、しかし試料中に存在するいずれか他のヌクレオチド配
列へハイブリダイズされる場合にはこのようなライゲーションを妨害するミスマ
ッチを有する。
【００４８】 試料、1個以上のオリゴヌクレオチドプローブセット、および熱安定性リガー
ゼを配合し、リガーゼ検出反応混合物を作成する。このリガーゼ検出反応混合物
に、変性処理およびハイブリダイゼーション処理を含む1種以上のリガーゼ検出
反応サイクルが施される。変性処理において、ハイブリダイズされたオリゴヌク
レオチドが標的ヌクレオチド配列から分離される。ハイブリダイゼーション処理
は、試料中に存在する場合は、オリゴヌクレオチドプローブセットがそれらの各
標的ヌクレオチド配列に対して塩基特異性の方法で隣接位置でハイブリダイズす
ることに関する。各セットのハイブリダイズされたオリゴヌクレオチドプローブ
は、互いにライゲーションし、互いに結合された標的特異的な部分を含むライゲ
ーション産物配列を作成する。各セットのライゲーション産物配列は、リガーゼ
検出反応混合物中の他の核酸から識別することができる。このオリゴヌクレオチ
ドプローブセットは、それらの各標的ヌクレオチド配列以外の試料中の隣接配列
にハイブリダイズすることができるが、1個以上のミスマッチの存在のために互
いにはライゲーションしない。ハイブリダイズされたオリゴヌクレオチドがライ
ゲーションしない場合は、これらは変性処理時に個別に分離している。
ゼを配合し、リガーゼ検出反応混合物を作成する。このリガーゼ検出反応混合物
に、変性処理およびハイブリダイゼーション処理を含む1種以上のリガーゼ検出
反応サイクルが施される。変性処理において、ハイブリダイズされたオリゴヌク
レオチドが標的ヌクレオチド配列から分離される。ハイブリダイゼーション処理
は、試料中に存在する場合は、オリゴヌクレオチドプローブセットがそれらの各
標的ヌクレオチド配列に対して塩基特異性の方法で隣接位置でハイブリダイズす
ることに関する。各セットのハイブリダイズされたオリゴヌクレオチドプローブ
は、互いにライゲーションし、互いに結合された標的特異的な部分を含むライゲ
ーション産物配列を作成する。各セットのライゲーション産物配列は、リガーゼ
検出反応混合物中の他の核酸から識別することができる。このオリゴヌクレオチ
ドプローブセットは、それらの各標的ヌクレオチド配列以外の試料中の隣接配列
にハイブリダイズすることができるが、1個以上のミスマッチの存在のために互
いにはライゲーションしない。ハイブリダイズされたオリゴヌクレオチドがライ
ゲーションしない場合は、これらは変性処理時に個別に分離している。
【００４９】 リガーゼ検出反応相の間に、変性処理は、温度80〜105℃で行われるが、ハイ
ブリダイゼーションは50〜85℃で実施することができる。各サイクルは、全体で
約1〜5分間の長さの変性処理および加熱ハイブリダイゼーション処理を含む。典
型的には、ライゲーション検出反応は、2〜50サイクルの変性およびハイブリダ
イゼーションの反復に関する。リガーゼ検出反応法の総時間は、1〜250分間であ
る。
ブリダイゼーションは50〜85℃で実施することができる。各サイクルは、全体で
約1〜5分間の長さの変性処理および加熱ハイブリダイゼーション処理を含む。典
型的には、ライゲーション検出反応は、2〜50サイクルの変性およびハイブリダ
イゼーションの反復に関する。リガーゼ検出反応法の総時間は、1〜250分間であ
る。
【００５０】 このオリゴヌクレオチドプローブセットは、リボヌクレオチド、デオキシヌク
レオチド、修飾されたリボヌクレオチド、修飾されたデオキシリボヌクレオチド
修飾されたリン酸-糖-主鎖オリゴヌクレオチド、ヌクレオチドアナログ、および
それらの混合物の形状であることができる。
レオチド、修飾されたリボヌクレオチド、修飾されたデオキシリボヌクレオチド
修飾されたリン酸-糖-主鎖オリゴヌクレオチド、ヌクレオチドアナログ、および
それらの混合物の形状であることができる。
【００５１】 ある変種において、各オリゴヌクレオチドプローブセットのオリゴヌクレオチ
ドは、ハイブリダイゼーションまたは融解温度(すなわちTm)66〜70℃を有する。
これらのオリゴヌクレオチドの長さは、20〜28個のヌクレオチドである。
ドは、ハイブリダイゼーションまたは融解温度(すなわちTm)66〜70℃を有する。
これらのオリゴヌクレオチドの長さは、20〜28個のヌクレオチドである。
【００５２】 前述のオリゴヌクレオチドプローブセットは、検出に適したレポーター標識物
を有する。有用な標識物は、発色団、蛍光部分、酵素、抗原、重金属、磁気プロ
ーブ、色素、りん光基、放射性物質、化学発光部分、および電気化学的検出部分
を含む。
を有する。有用な標識物は、発色団、蛍光部分、酵素、抗原、重金属、磁気プロ
ーブ、色素、りん光基、放射性物質、化学発光部分、および電気化学的検出部分
を含む。
【００５３】 リガーゼ検出反応の生成物は、いずれか2種の形式で検出することができる。
これらは本明細書に参照として組入れられているBaranyらの国際公開公報第98/0
3673号に詳細に開示されている。これらの形式のひとつにおいて、リガーゼ検出
反応産物は、キャピラリーまたはゲル電気泳動により検出される。あるいは、ラ
イゲーション産物は、アレー上の相補配列への特異的ハイブリダイゼーションに
よりアレー上で検出することができる。
これらは本明細書に参照として組入れられているBaranyらの国際公開公報第98/0
3673号に詳細に開示されている。これらの形式のひとつにおいて、リガーゼ検出
反応産物は、キャピラリーまたはゲル電気泳動により検出される。あるいは、ラ
イゲーション産物は、アレー上の相補配列への特異的ハイブリダイゼーションに
よりアレー上で検出することができる。
【００５４】 ライゲーション検出反応混合物は、サケ精巣DNAのような担体DNAを含むことが
できる。
できる。
【００５５】 リガーゼ検出反応のハイブリダイゼーション段階は、加熱ハイブリダイゼーシ
ョン処理が好ましいが、これはライゲーション接合点で識別するヌクレオチドを
基に、ヌクレオチド配列間で識別する。標的ヌクレオチド配列間の差異は、例え
ば1個の核酸の塩基の差異、核酸の欠失、核酸の挿入、または再編成であること
ができる。1個よりも多い塩基に関与しているこのような配列の差異も検出する
ことができる。好ましくは、このオリゴヌクレオチドプローブセットは、実質的
に同じ長さを有し、その結果これは標的ヌクレオチド配列に実質的に類似したハ
イブリダイゼーション条件でハイブリダイズすることができる。結果として、本
発明の方法は、感染症、遺伝疾患、および癌を検出することができる。更にこれ
は環境のモニタリング、法医学および食品化学においても有用である。
ョン処理が好ましいが、これはライゲーション接合点で識別するヌクレオチドを
基に、ヌクレオチド配列間で識別する。標的ヌクレオチド配列間の差異は、例え
ば1個の核酸の塩基の差異、核酸の欠失、核酸の挿入、または再編成であること
ができる。1個よりも多い塩基に関与しているこのような配列の差異も検出する
ことができる。好ましくは、このオリゴヌクレオチドプローブセットは、実質的
に同じ長さを有し、その結果これは標的ヌクレオチド配列に実質的に類似したハ
イブリダイゼーション条件でハイブリダイズすることができる。結果として、本
発明の方法は、感染症、遺伝疾患、および癌を検出することができる。更にこれ
は環境のモニタリング、法医学および食品化学においても有用である。
【００５６】 広範な感染症を、本発明の方法で検出することができる。典型的には、これら
は細菌、ウイルス、寄生体および真菌の感染原因物質により惹起される。様々な
感染性原因物質の薬剤に対する耐性も本発明の方法を用いて決定することができ
る。
は細菌、ウイルス、寄生体および真菌の感染原因物質により惹起される。様々な
感染性原因物質の薬剤に対する耐性も本発明の方法を用いて決定することができ
る。
【００５７】 本発明の方法で検出することができる細菌感染の原因物質は、大腸菌、サルモ
ネラ、シゲラ、クレブシエラ、シュードモナス、リステリア・モノサイトゲネス
、マイコバクテリウム・ツベルクローシス、マイコバクテリウム・アビウム・イ
ントラセルラーレ、エルシニア、フランセシラ、パスツレラ、ブルセラ、クロス
トリジア、ボルデテラ・パータスシス、バクテロイデス、スタフィロコッカス・
アウレウス、ストレプトコッカス・ニューモニエ、B-溶血性菌(Hemolytic strep
.)、コリネバクテリウム、レジオネラ、マイコプラズマ、ウレプラズマ、クラミ
ジア、ナイセリア・ゴノロエ、ナイセリア・メニンギイディディス、ヘモフィル
ス・インフルエンザ、エンテロコッカス・フェカーリス、プロテウス・ブルガリ
ス、プロテウス・ミラビリス、ヘリコバクター・ピロリ、トレポネーマ・パラデ
ィウム、ボレリア・バーグドオルフェリー、ボレリア・リカレンシス、リケッチ
ア病原体、ノカルジア、およびアクチノマイセスがある。
ネラ、シゲラ、クレブシエラ、シュードモナス、リステリア・モノサイトゲネス
、マイコバクテリウム・ツベルクローシス、マイコバクテリウム・アビウム・イ
ントラセルラーレ、エルシニア、フランセシラ、パスツレラ、ブルセラ、クロス
トリジア、ボルデテラ・パータスシス、バクテロイデス、スタフィロコッカス・
アウレウス、ストレプトコッカス・ニューモニエ、B-溶血性菌(Hemolytic strep
.)、コリネバクテリウム、レジオネラ、マイコプラズマ、ウレプラズマ、クラミ
ジア、ナイセリア・ゴノロエ、ナイセリア・メニンギイディディス、ヘモフィル
ス・インフルエンザ、エンテロコッカス・フェカーリス、プロテウス・ブルガリ
ス、プロテウス・ミラビリス、ヘリコバクター・ピロリ、トレポネーマ・パラデ
ィウム、ボレリア・バーグドオルフェリー、ボレリア・リカレンシス、リケッチ
ア病原体、ノカルジア、およびアクチノマイセスがある。
【００５８】 本発明の方法で検出することができる真菌感染の原因物質は、クリプトコッカ
ス・ネオファルマンス、ブラストマイセス・デルマチチジス、ヒストプラスマ・
カプスラーツム、コクシディオイデス・イミチス、パラコクシディオイデス・ブ
ラジリエンシス、カンジダ・アルビカンス、アスペルギルス・フミガーツス、フ
ィコマイセテス(リゾプス)、スポロトリックス・シェンキイ、クロロマイコシシ
、およびマデュロミコシスがある。
ス・ネオファルマンス、ブラストマイセス・デルマチチジス、ヒストプラスマ・
カプスラーツム、コクシディオイデス・イミチス、パラコクシディオイデス・ブ
ラジリエンシス、カンジダ・アルビカンス、アスペルギルス・フミガーツス、フ
ィコマイセテス(リゾプス)、スポロトリックス・シェンキイ、クロロマイコシシ
、およびマデュロミコシスがある。
【００５９】 本発明の方法で検出することができるウイルス感染の原因物質は、ヒト免疫不
全ウイルス、ヒトTリンパ球向性ウイルス(T-cell lymphocytotrophic virus)、
肝炎ウイルス(例えば、B型肝炎ウイルスおよびC型肝炎ウイルス)、エプスタイン
−バールウイルス、サイトメガロウイルス、ヒトパピローマウイルス、オルソキ
クソウイルス、パラミクソウイルス、アデノウイルス、コロナウイルス、ラブド
ウイルス、ポリオウイルス、トガウイルス、バンヤウイルス、アレナウイルス、
風疹ウイルス、およびレオウイルスがある。
全ウイルス、ヒトTリンパ球向性ウイルス(T-cell lymphocytotrophic virus)、
肝炎ウイルス(例えば、B型肝炎ウイルスおよびC型肝炎ウイルス)、エプスタイン
−バールウイルス、サイトメガロウイルス、ヒトパピローマウイルス、オルソキ
クソウイルス、パラミクソウイルス、アデノウイルス、コロナウイルス、ラブド
ウイルス、ポリオウイルス、トガウイルス、バンヤウイルス、アレナウイルス、
風疹ウイルス、およびレオウイルスがある。
【００６０】 本発明の方法で検出することができる寄生性感染の原因物質は、亜熱帯マラリ
ア原虫、四日熱マラリア原虫、三日熱マラリア原虫、卵形マラリア原虫、Onchov
erva volvulus、リーシュマニア、トリパノソーマ種、シストソマティウム種、
赤痢アメーバ、クリプトスポリジウム、ジアルジア種、トリコモナス種、大腸バ
ランチジウム、バンクロフト糸状虫、トキソプラズマ種、エンテロウイルス・ベ
ルミキュラリス、回虫、トリクリス・トリキウラ、メジナ糸状虫、吸虫、広節裂
頭条虫、テニア種、ニューモシスティス・カリニ、および アメリカ十二指腸虫
がある。
ア原虫、四日熱マラリア原虫、三日熱マラリア原虫、卵形マラリア原虫、Onchov
erva volvulus、リーシュマニア、トリパノソーマ種、シストソマティウム種、
赤痢アメーバ、クリプトスポリジウム、ジアルジア種、トリコモナス種、大腸バ
ランチジウム、バンクロフト糸状虫、トキソプラズマ種、エンテロウイルス・ベ
ルミキュラリス、回虫、トリクリス・トリキウラ、メジナ糸状虫、吸虫、広節裂
頭条虫、テニア種、ニューモシスティス・カリニ、および アメリカ十二指腸虫
がある。
【００６１】 本発明は、感染原因物質による薬物耐性の検出にも有用である。例えば、バン
コマイシン耐性エンテロコッカス・フェシウム、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌
、ペニシリン耐性肺炎双球菌、多剤耐性結核菌、およびAZT耐性ヒト免疫不全ウ
イルスは、全て本発明で同定することができる。
コマイシン耐性エンテロコッカス・フェシウム、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌
、ペニシリン耐性肺炎双球菌、多剤耐性結核菌、およびAZT耐性ヒト免疫不全ウ
イルスは、全て本発明で同定することができる。
【００６２】 遺伝疾患も、本発明により検出することができる。これは、染色体および遺伝
子の異常または遺伝疾患のための、出生前または出生後スクリーニングにより実
施される。検出可能な遺伝疾患の例は以下を含む：21ヒドロキシラーゼ欠損症、
膵嚢胞性繊維症、脆弱X染色体症、ターナー症候群、デュシェーヌ筋ジスロトフ
ィー症、ダウン症または他のトリソミー、心臓疾患、単一遺伝子病、HLAタイピ
ング、フェニルケトン尿症、鎌状赤血球貧血症、テイ−サックス症、サラセミア
、クラインフェルター症、ハンチントン病、自己免疫病、リピドーシス、肥満性
欠損症(obesity defects)、血友病、先天性代謝異常、および糖尿病である。
子の異常または遺伝疾患のための、出生前または出生後スクリーニングにより実
施される。検出可能な遺伝疾患の例は以下を含む：21ヒドロキシラーゼ欠損症、
膵嚢胞性繊維症、脆弱X染色体症、ターナー症候群、デュシェーヌ筋ジスロトフ
ィー症、ダウン症または他のトリソミー、心臓疾患、単一遺伝子病、HLAタイピ
ング、フェニルケトン尿症、鎌状赤血球貧血症、テイ−サックス症、サラセミア
、クラインフェルター症、ハンチントン病、自己免疫病、リピドーシス、肥満性
欠損症(obesity defects)、血友病、先天性代謝異常、および糖尿病である。
【００６３】 本発明により検出することができる癌は、一般に、癌遺伝子、癌抑制遺伝子、
またはDNAの増幅、複製、組換えまたは修復に関する遺伝子に関する。これらの
例は以下を含む：BRCA1遺伝子、p53遺伝子、APC遺伝子、Her2/Neu増幅、Bcr/Ab1
、K-ras遺伝子およびヒトパピローマウイルスタイプ16および18である。本発明
の様々な局面は、下記の一般的ヒト癌において、前述の遺伝子の増幅、巨大な欠
失に加え点突然変異および小さい欠失／挿入を同定するために使用することがで
きる：白血病、結腸癌、乳癌、肺癌、前立腺癌、脳腫瘍、中枢神経系腫瘍、膀胱
癌、メラノーマ、肝癌、骨肉腫および他の骨の癌、精巣および卵巣の癌腫、頭部
および頚部の腫瘍、ならびに子宮頚癌がある。
またはDNAの増幅、複製、組換えまたは修復に関する遺伝子に関する。これらの
例は以下を含む：BRCA1遺伝子、p53遺伝子、APC遺伝子、Her2/Neu増幅、Bcr/Ab1
、K-ras遺伝子およびヒトパピローマウイルスタイプ16および18である。本発明
の様々な局面は、下記の一般的ヒト癌において、前述の遺伝子の増幅、巨大な欠
失に加え点突然変異および小さい欠失／挿入を同定するために使用することがで
きる：白血病、結腸癌、乳癌、肺癌、前立腺癌、脳腫瘍、中枢神経系腫瘍、膀胱
癌、メラノーマ、肝癌、骨肉腫および他の骨の癌、精巣および卵巣の癌腫、頭部
および頚部の腫瘍、ならびに子宮頚癌がある。
【００６４】 環境モニタリングの領域において、本発明は、天然の病原体および風土微生物
、ならびに遺伝子操作したエコシステムおよび例えば自治体の下水処理システム
および貯水槽のようなミクロコスム、汚染地域の生体系改善における検出、同定
およびモニタリングに使用することができる。生体異物を代謝することができる
遺伝子含有プラスミドを検出し、集団の動的研究(population dynamic studies)
において特異的標的微生物をモニタリングする、もしくは環境および産業プラン
トにおいて遺伝子に修飾された微生物をモニタリングすることも可能である。
、ならびに遺伝子操作したエコシステムおよび例えば自治体の下水処理システム
および貯水槽のようなミクロコスム、汚染地域の生体系改善における検出、同定
およびモニタリングに使用することができる。生体異物を代謝することができる
遺伝子含有プラスミドを検出し、集団の動的研究(population dynamic studies)
において特異的標的微生物をモニタリングする、もしくは環境および産業プラン
トにおいて遺伝子に修飾された微生物をモニタリングすることも可能である。
【００６５】 本発明は、軍隊および犯罪捜査における人物の確定、父親の鑑定および家族関
係の分析、HLA適合性決定、ならびに夾雑物に関する血液、精液、または移植臓
器のスクリーニングを含む様々な法医学分野にも利用することができる。
係の分析、HLA適合性決定、ならびに夾雑物に関する血液、精液、または移植臓
器のスクリーニングを含む様々な法医学分野にも利用することができる。
【００６６】 食品および飼料産業において、本発明は広範な用途を有する。例えば、ビール
、ワイン、チーズ、ヨーグルト、パンなどの製造に関する酵母のような産生生物
を同定しかつ特徴決定するために使用することができる。別の分野の用途は、汚
染に対する製品および加工処理(例えば、家畜、低温殺菌、および加工肉) の品
質管理および検定に関する。その他の用途は、繁殖目的の植物体、球根、および
種子の特徴決定、植物に特異的な病原体の存在の同定、ならびにさまざまな感染
症の検出および同定を含む。
、ワイン、チーズ、ヨーグルト、パンなどの製造に関する酵母のような産生生物
を同定しかつ特徴決定するために使用することができる。別の分野の用途は、汚
染に対する製品および加工処理(例えば、家畜、低温殺菌、および加工肉) の品
質管理および検定に関する。その他の用途は、繁殖目的の植物体、球根、および
種子の特徴決定、植物に特異的な病原体の存在の同定、ならびにさまざまな感染
症の検出および同定を含む。
【００６７】 望ましいオリゴヌクレオチドプローブは、ライゲーション接合点での完全な相
補性のために、対応する標的ヌクレオチド配列上で互いに隣接してハイブリダイ
ズする場合にライゲーション接合点での互いのライゲーションに適している。し
かし、セット中のオリゴヌクレオチドプローブが、試料中に存在するいずれか他
のヌクレオチド配列にハイブリダイズされる場合は、ライゲーション接合点の塩
基にミスマッチがあり、これがライゲーションを妨害する。最も好ましくは、ミ
スマッチは、ライゲーション接合点の3'塩基側の塩基である。あるいは、ミスマ
ッチは、ライゲーション接合点の塩基に隣接する塩基であることができる。
補性のために、対応する標的ヌクレオチド配列上で互いに隣接してハイブリダイ
ズする場合にライゲーション接合点での互いのライゲーションに適している。し
かし、セット中のオリゴヌクレオチドプローブが、試料中に存在するいずれか他
のヌクレオチド配列にハイブリダイズされる場合は、ライゲーション接合点の塩
基にミスマッチがあり、これがライゲーションを妨害する。最も好ましくは、ミ
スマッチは、ライゲーション接合点の3'塩基側の塩基である。あるいは、ミスマ
ッチは、ライゲーション接合点の塩基に隣接する塩基であることができる。
【００６８】 リガーゼ検出反応を行う前に、本発明に従い、試料中の標的ヌクレオチド配列
は、予備的に増幅することができる。これは、好ましくはポリメラーゼ連鎖反応
で実施することができる。ポリメラーゼ連鎖反応法は、H. Erlichら、「Recent
Advances in the Polymerase Chain Reaction」、Science、252:1643-50(1991)
；M. Innisら、PCR Protocols: A Guide to Methods and Applications、Academ
ic Press：ニューヨーク(1990)、およびR. Saikiら、「Primer-directed Enzyma
tic Amplification of DNA with a Termostable DNA Polymerase」、Science、2
39:487-91(1988)に詳細に説明されていて、これらは本明細書に参照として組入
れられている。
は、予備的に増幅することができる。これは、好ましくはポリメラーゼ連鎖反応
で実施することができる。ポリメラーゼ連鎖反応法は、H. Erlichら、「Recent
Advances in the Polymerase Chain Reaction」、Science、252:1643-50(1991)
；M. Innisら、PCR Protocols: A Guide to Methods and Applications、Academ
ic Press：ニューヨーク(1990)、およびR. Saikiら、「Primer-directed Enzyma
tic Amplification of DNA with a Termostable DNA Polymerase」、Science、2
39:487-91(1988)に詳細に説明されていて、これらは本明細書に参照として組入
れられている。
【００６９】 リガーゼ検出反応法は、標的配列の線状増幅を達成する。リガーゼ連鎖反応は
、指数関数的増幅を達成するために、リガーゼ検出反応と本質的に同じ段階およ
び条件を利用する。このより大きいレベルの増幅は、相補的オリゴヌクレオチド
2セットを用い、標的核酸配列の相補鎖と各セットをハイブリダイゼーションし
て行われる。
、指数関数的増幅を達成するために、リガーゼ検出反応と本質的に同じ段階およ
び条件を利用する。このより大きいレベルの増幅は、相補的オリゴヌクレオチド
2セットを用い、標的核酸配列の相補鎖と各セットをハイブリダイゼーションし
て行われる。
【００７０】 本発明のリガーゼ連鎖反応において、試料中の第一および第二の相補的標的ヌ
クレオチド配列から形成された標的二本鎖核酸の存在が検出される。この標的二
本鎖核酸は、1個以上の単一塩基の変更、挿入、欠失、または転位により、他の
ヌクレオチド配列とは異なる。
クレオチド配列から形成された標的二本鎖核酸の存在が検出される。この標的二
本鎖核酸は、1個以上の単一塩基の変更、挿入、欠失、または転位により、他の
ヌクレオチド配列とは異なる。
【００７１】 本方法は、第一および第二の相補的標的ヌクレオチド配列から形成された標的
二本鎖核酸を含む可能性のある試料を提供することに関する。この核酸は、1個
以上の単一塩基の変更、挿入、欠失、または転位により、他のヌクレオチド配列
とは異なる。
二本鎖核酸を含む可能性のある試料を提供することに関する。この核酸は、1個
以上の単一塩基の変更、挿入、欠失、または転位により、他のヌクレオチド配列
とは異なる。
【００７２】 本方法は更に、(a)標的に特異的部分を有する第一のオリゴヌクレオチドプロ
ーブ、および(b)標的特異的部分を有する第二のオリゴヌクレオチドプローブを
特徴とする第一のオリゴヌクレオチドプローブセットを提供することを含む。第
一のセット中のオリゴヌクレオチドプローブは、1個以上の単一塩基の変更、挿
入、欠失または転位により、試料中の他のヌクレオチド配列とは異なる第一の標
的ヌクレオチド配列に対し相補的である。このプローブは更に、第一の標的ヌク
レオチド配列上で互いに隣接してハイブリダイズされた場合に互いのライゲーシ
ョンに適しているが、しかし試料中に存在するいずれか他のヌクレオチド配列へ
ハイブリダイズされる場合にこのようなライゲーションを妨害するミスマッチを
有する。本発明の方法は更に、(a)標的に特異的部分を有する第三のオリゴヌク
レオチドプローブ、および(b)標的特異的部分を有する第四のオリゴヌクレオチ
ドプローブを特徴とする第二のオリゴヌクレオチドプローブセットを提供するこ
とを必要としている。この第二のセット中のオリゴヌクレオチドプローブは、1
個以上の単一塩基の変更、挿入、欠失または転位により、試料中の他のヌクレオ
チド配列とは異なる第二の標的ヌクレオチド配列に対し相補的である。第二のセ
ットのプローブは、第二の標的ヌクレオチド配列上で互いに隣接してハイブリダ
イズされた場合に互いのライゲーションに適しているが、しかし試料中に存在す
るいずれか他のヌクレオチド配列へハイブリダイズされる場合にこのようなライ
ゲーションを妨害するミスマッチを有する。
ーブ、および(b)標的特異的部分を有する第二のオリゴヌクレオチドプローブを
特徴とする第一のオリゴヌクレオチドプローブセットを提供することを含む。第
一のセット中のオリゴヌクレオチドプローブは、1個以上の単一塩基の変更、挿
入、欠失または転位により、試料中の他のヌクレオチド配列とは異なる第一の標
的ヌクレオチド配列に対し相補的である。このプローブは更に、第一の標的ヌク
レオチド配列上で互いに隣接してハイブリダイズされた場合に互いのライゲーシ
ョンに適しているが、しかし試料中に存在するいずれか他のヌクレオチド配列へ
ハイブリダイズされる場合にこのようなライゲーションを妨害するミスマッチを
有する。本発明の方法は更に、(a)標的に特異的部分を有する第三のオリゴヌク
レオチドプローブ、および(b)標的特異的部分を有する第四のオリゴヌクレオチ
ドプローブを特徴とする第二のオリゴヌクレオチドプローブセットを提供するこ
とを必要としている。この第二のセット中のオリゴヌクレオチドプローブは、1
個以上の単一塩基の変更、挿入、欠失または転位により、試料中の他のヌクレオ
チド配列とは異なる第二の標的ヌクレオチド配列に対し相補的である。第二のセ
ットのプローブは、第二の標的ヌクレオチド配列上で互いに隣接してハイブリダ
イズされた場合に互いのライゲーションに適しているが、しかし試料中に存在す
るいずれか他のヌクレオチド配列へハイブリダイズされる場合にこのようなライ
ゲーションを妨害するミスマッチを有する。
【００７３】 試料、第一及び第二のオリゴヌクレオチドプローブセット、および熱安定性リ
ガーゼは配合され、リガーゼ連鎖反応混合物を作成する。リガーゼ連鎖反応混合
物には、変性処理およびハイブリダイゼーション処理を含む1種以上のリガーゼ
連鎖反応サイクルが施される。変性処理において、ハイブリダイズされたオリゴ
ヌクレオチドが標的ヌクレオチド配列から分離される。ハイブリダイゼーション
処理において、試料中に存在する場合は、オリゴヌクレオチドプローブセットが
それらの各標的ヌクレオチド配列に対して塩基特異性の方法で隣接位置でハイブ
リダイズする。このプローブは、互いにライゲーションし、互いに結合された標
的特異的な部分を含むライゲーション産物配列を作成し、各セットのライゲーシ
ョン産物配列は、リガーゼ連鎖反応混合物中の他の核酸から識別することができ
る。このオリゴヌクレオチドプローブセットは、それらの各標的ヌクレオチド配
列以外の試料中のヌクレオチド配列にハイブリダイズすることができるが、1個
以上のミスマッチの存在のために互いにはライゲーションせず、かつ変性処理時
に個別に分離している。その後試料中に存在する標的ヌクレオチド配列の結果と
して作成されたライゲーション産物配列の存在を検出する。
ガーゼは配合され、リガーゼ連鎖反応混合物を作成する。リガーゼ連鎖反応混合
物には、変性処理およびハイブリダイゼーション処理を含む1種以上のリガーゼ
連鎖反応サイクルが施される。変性処理において、ハイブリダイズされたオリゴ
ヌクレオチドが標的ヌクレオチド配列から分離される。ハイブリダイゼーション
処理において、試料中に存在する場合は、オリゴヌクレオチドプローブセットが
それらの各標的ヌクレオチド配列に対して塩基特異性の方法で隣接位置でハイブ
リダイズする。このプローブは、互いにライゲーションし、互いに結合された標
的特異的な部分を含むライゲーション産物配列を作成し、各セットのライゲーシ
ョン産物配列は、リガーゼ連鎖反応混合物中の他の核酸から識別することができ
る。このオリゴヌクレオチドプローブセットは、それらの各標的ヌクレオチド配
列以外の試料中のヌクレオチド配列にハイブリダイズすることができるが、1個
以上のミスマッチの存在のために互いにはライゲーションせず、かつ変性処理時
に個別に分離している。その後試料中に存在する標的ヌクレオチド配列の結果と
して作成されたライゲーション産物配列の存在を検出する。
【００７４】 実施例実施例１ −試薬、培地および菌株 一般的化学試薬は全て、シグマ・ケミカル社(セントルイス、MO)またはフィッ
シャー・サイエンティフィック社(フェアレーン、NJ)から購入した。制限酵素お
よびT4 DNAリガーゼは、ニューイングランドバイオラボ社(ビバリー、MA)から購
入した。オリゴヌクレオチド合成試薬、DNAシーケンシングキット、およびPCRキ
ットは、パーキンエルマー社のアプライドバイオシステム事業部(フォスターシ
ティー、CA)から得た。dNTP、BSA(すなわち、ウシ血清アルブミン)、ATPは、ベ
ーリンガーマンハイム社(インディアナポリス、IN)から購入した。Pfu DNAポリ
メラーゼは、ストラタジーン社(ラホヤ、 CA)から購入した。大腸菌株NovaBlue(
DE3)pLysS、およびプラスミドpET11cは、ノバゲン社(マジソン、WI)から購入し
た。タンパク質アッセイキットは、バイオラド社(ハーキュラス、CA)から得た。
HiTrap Blueアフィニティーカラムは、ファルマシア社(ピスカタウェイ、NJ)か
ら得た。LB培地は、常法に従い調製した(Sambrookら、(1989)、Molecular Cloni
ng A Laboratory Manual、第2版、コールドスプリングハーバーラボラトリープ
レス、コールドスプリングハーバー、ニューヨーク(1994)、これは本明細書に参
照として組入れられている)。音波処理用緩衝液は、50mM Tris-HCl(pH8.0)およ
び1mM EDTAからなった。TE緩衝液は、10mM Tris-HCl(pH8.0)および1mM EDTAから
なった。Tth DNAリガーゼおよびその突然変異体K294Rは、既述のように精製した
(Luoら、Nucleic Acids Res、24(15):3071-3078(1996)、これは本明細書に参照
として組入れられている)。
シャー・サイエンティフィック社(フェアレーン、NJ)から購入した。制限酵素お
よびT4 DNAリガーゼは、ニューイングランドバイオラボ社(ビバリー、MA)から購
入した。オリゴヌクレオチド合成試薬、DNAシーケンシングキット、およびPCRキ
ットは、パーキンエルマー社のアプライドバイオシステム事業部(フォスターシ
ティー、CA)から得た。dNTP、BSA(すなわち、ウシ血清アルブミン)、ATPは、ベ
ーリンガーマンハイム社(インディアナポリス、IN)から購入した。Pfu DNAポリ
メラーゼは、ストラタジーン社(ラホヤ、 CA)から購入した。大腸菌株NovaBlue(
DE3)pLysS、およびプラスミドpET11cは、ノバゲン社(マジソン、WI)から購入し
た。タンパク質アッセイキットは、バイオラド社(ハーキュラス、CA)から得た。
HiTrap Blueアフィニティーカラムは、ファルマシア社(ピスカタウェイ、NJ)か
ら得た。LB培地は、常法に従い調製した(Sambrookら、(1989)、Molecular Cloni
ng A Laboratory Manual、第2版、コールドスプリングハーバーラボラトリープ
レス、コールドスプリングハーバー、ニューヨーク(1994)、これは本明細書に参
照として組入れられている)。音波処理用緩衝液は、50mM Tris-HCl(pH8.0)およ
び1mM EDTAからなった。TE緩衝液は、10mM Tris-HCl(pH8.0)および1mM EDTAから
なった。Tth DNAリガーゼおよびその突然変異体K294Rは、既述のように精製した
(Luoら、Nucleic Acids Res、24(15):3071-3078(1996)、これは本明細書に参照
として組入れられている)。
【００７５】実施例２ −オリゴヌクレオチド合成 オリゴヌクレオチドを、パーキンエルマー社のアプライドバイオシステム事業
部の394自動DNA合成装置を用いて合成した。PCRおよび配列決定のプライマーは
、操作マニュアルに従いエタノール沈殿により精製した。T. thermophilus HB8
DNAリガーゼ遺伝子のアミノ酸32-38(ISDAEYD)(配列番号：4)に相当する縮重セン
スプライマー5'-ATC(T/A)(C/G)CGACGC(C/G)GA(G/A)TA(T/C)GA-3' (配列番号：3)
、ならびにアミノ酸333-339(FQVGRTG)(配列番号：7)および641-647(GSKLEKA)(配
列番号：8)に相当するアンチセンスプライマー5'-CC(C/G)GT(C/G)C(G/T)-(G/C)C
C(G/C)AC(C/T)TG(A/G)AA-3'(配列番号：5)および5'-GCCTTCTC(C/G/A)A(A/G)(T/C
)TTG(C/G)(A/T)(G/C)CC-3'(配列番号：6)を用いて、サームス株のDNAリガーゼ遺
伝子断片を増幅した。追加のPCRおよび配列決定用プライマーは、必要に応じて
合成した。Tsp. AK16D DNAリガーゼ遺伝子のpET11cベクターへのクローニングの
ためのPCR増幅プライマーは、 および5'-GCGGGATCCGAGGCCTTGGAGAAGCTCTT-3'(配列番号：10)であり、ここでNde
IおよびBamHI部位には下線をつけ、前向きプライマーの開始コドンは太字で示し
た。ライゲーションアッセイのためのオリゴヌクレオチド基質は、変性配列決定
ゲル上で精製した(7M尿素／10％ポリアクリルアミド)(アプライドバイオシステ
ムズ社の合成オリゴヌクレオチドの評価および単離のための完全な指針、アプラ
イドバイオシステムズ社、フォスターシティー、CA(1992))。オリゴヌクレオチ
ドの5'-リン酸化は、Chemical Phosphorylation Reagent (グレンリサーチ社、
スターリング、VA)を用いて、合成の間に完了した。蛍光基は、Fluorescein CPG
カラム(グレンリサーチ社)を用いて、3'-末端に結合した。
部の394自動DNA合成装置を用いて合成した。PCRおよび配列決定のプライマーは
、操作マニュアルに従いエタノール沈殿により精製した。T. thermophilus HB8
DNAリガーゼ遺伝子のアミノ酸32-38(ISDAEYD)(配列番号：4)に相当する縮重セン
スプライマー5'-ATC(T/A)(C/G)CGACGC(C/G)GA(G/A)TA(T/C)GA-3' (配列番号：3)
、ならびにアミノ酸333-339(FQVGRTG)(配列番号：7)および641-647(GSKLEKA)(配
列番号：8)に相当するアンチセンスプライマー5'-CC(C/G)GT(C/G)C(G/T)-(G/C)C
C(G/C)AC(C/T)TG(A/G)AA-3'(配列番号：5)および5'-GCCTTCTC(C/G/A)A(A/G)(T/C
)TTG(C/G)(A/T)(G/C)CC-3'(配列番号：6)を用いて、サームス株のDNAリガーゼ遺
伝子断片を増幅した。追加のPCRおよび配列決定用プライマーは、必要に応じて
合成した。Tsp. AK16D DNAリガーゼ遺伝子のpET11cベクターへのクローニングの
ためのPCR増幅プライマーは、 および5'-GCGGGATCCGAGGCCTTGGAGAAGCTCTT-3'(配列番号：10)であり、ここでNde
IおよびBamHI部位には下線をつけ、前向きプライマーの開始コドンは太字で示し
た。ライゲーションアッセイのためのオリゴヌクレオチド基質は、変性配列決定
ゲル上で精製した(7M尿素／10％ポリアクリルアミド)(アプライドバイオシステ
ムズ社の合成オリゴヌクレオチドの評価および単離のための完全な指針、アプラ
イドバイオシステムズ社、フォスターシティー、CA(1992))。オリゴヌクレオチ
ドの5'-リン酸化は、Chemical Phosphorylation Reagent (グレンリサーチ社、
スターリング、VA)を用いて、合成の間に完了した。蛍光基は、Fluorescein CPG
カラム(グレンリサーチ社)を用いて、3'-末端に結合した。
【００７６】実施例３ −DNA増幅、クローニングおよび配列分析 サームス株由来のゲノムDNAは、既報のように単離した(Caoら、Gene、197:205
-214(1997)、これは本明細書に参照として組入れられている)。縮重プライマー
およびユニークプライマーによるPCR増幅ならびに円形にした(circularized)鋳
型上の逆転写PCRを、GeneAmp PCRシステム9700サーモサイクラー(パーキンエル
マー社のアプライドバイオシステム事業部)中で既述のように行った(Wetmurら、 J Biol Chem 、269(41):25928-25935(1994)、これは本明細書に参照として組入れ
られている)。増幅されたリガーゼ断片のヌクレオチド配列は、ABI 373シーケン
サー上でABI PRISM（登録商標）Dye Terminator Cycle Sequencing Ready React
ion Kit(パーキンエルマー社)を用いて、直接決定した。完全長Tsp. AK16D DNA
リガーゼ遺伝子は、前述のPCR増幅プライマーを用いて増幅し、NdeIおよびBamHI
で消化し、同じ制限酵素対で処理したクローニングベクターpET11cにライゲーシ
ョンし、かつ大腸菌株NovaBlue(DE3)pLysSに形質転換した。pET発現ベクターへ
の挿入物を、両方向で配列決定し、かつこのプラスミド構築体にPCRまたはライ
ゲーションの誤りがないことをことを確認した。核酸およびタンパク質配列の分
析は、DNASTAR社(マジソン、WI)のMegAlignプログラムを用いて、Clustal法で行
った(Higginsら、Comput Appl Biosci、5(2):151-153(1989)、これは本明細書に
参照として組入れられている)。
-214(1997)、これは本明細書に参照として組入れられている)。縮重プライマー
およびユニークプライマーによるPCR増幅ならびに円形にした(circularized)鋳
型上の逆転写PCRを、GeneAmp PCRシステム9700サーモサイクラー(パーキンエル
マー社のアプライドバイオシステム事業部)中で既述のように行った(Wetmurら、 J Biol Chem 、269(41):25928-25935(1994)、これは本明細書に参照として組入れ
られている)。増幅されたリガーゼ断片のヌクレオチド配列は、ABI 373シーケン
サー上でABI PRISM（登録商標）Dye Terminator Cycle Sequencing Ready React
ion Kit(パーキンエルマー社)を用いて、直接決定した。完全長Tsp. AK16D DNA
リガーゼ遺伝子は、前述のPCR増幅プライマーを用いて増幅し、NdeIおよびBamHI
で消化し、同じ制限酵素対で処理したクローニングベクターpET11cにライゲーシ
ョンし、かつ大腸菌株NovaBlue(DE3)pLysSに形質転換した。pET発現ベクターへ
の挿入物を、両方向で配列決定し、かつこのプラスミド構築体にPCRまたはライ
ゲーションの誤りがないことをことを確認した。核酸およびタンパク質配列の分
析は、DNASTAR社(マジソン、WI)のMegAlignプログラムを用いて、Clustal法で行
った(Higginsら、Comput Appl Biosci、5(2):151-153(1989)、これは本明細書に
参照として組入れられている)。
【００７７】実施例４ −Tsp. AK16D DNAリガーゼの発現および精製 pET11c構築物からのTsp. AKl6D DNA リガーゼ遺伝子をコードしているプラス
ミドpTAKを含む大腸菌 NovaBlue(DE3)pLysS細胞を、50μg/mlアンピシリン、25
μg/mlクロラムフェニコール、および0.2％グルコースを含有するLB培地におい
て37℃で一晩増殖した。一晩培養物を、同じ培地に100-倍希釈し、培養物の光学
密度が600nmで0.5に達するまで増殖し、その後IPTGを最終濃度1mMとなるよう添
加することにより誘導し、かつ更に4時間同じ条件で増殖した。細胞を遠心によ
り収集し、-20℃／23℃で凍結／解凍し、音波処理で破壊し、かつ既報のように
遠心により透明化した(Wetmurら、J Biol Chem、269(41):25928-25935(1994)、
これは本明細書に参照として組入れられている)。得られる上清を、70℃で15分
間加熱し、熱不安定な大腸菌タンパク質を変性し、氷上に30分間放置し、変性タ
ンパク質を凝集し、かつ4℃15分間の微量遠心により変性タンパク質を透明化し
た。部分的に純粋なDNAリガーゼを、更に1ml HiTrap Blueアフィニティーカラム
を用いるクロマトグラフィーにより精製した。簡単に述べると、Tsp. AK16D DNA
リガーゼを含有するカラムを、0.1M NaOAcを含有するTE緩衝液(pH7.8)で完全に
洗浄し、かつ該リガーゼを、2M NaClを含有するTE緩衝液(pH7.8)で溶離した。0.
2M KClを含有するTE緩衝液(pH8.0)に対して透析しかつCentricon-30(アミコン社
)を用いて濃縮した後、タンパク質濃度を、バイオラドタンパク質アッセイキッ
トに入っている試薬を用い、Bradford法により測定した。タンパク質量は、標準
としてBSAを用いて決定した。該リガーゼの純度は、7.5％SDS(すなわちドデシル
硫酸ナトリウム)-PAGE(すなわち、ポリアクリルアミドゲル電気泳動)分析、その
後の過剰負荷したゲルの常用のクーマシーブルーR染色による可視化で検証した
。
ミドpTAKを含む大腸菌 NovaBlue(DE3)pLysS細胞を、50μg/mlアンピシリン、25
μg/mlクロラムフェニコール、および0.2％グルコースを含有するLB培地におい
て37℃で一晩増殖した。一晩培養物を、同じ培地に100-倍希釈し、培養物の光学
密度が600nmで0.5に達するまで増殖し、その後IPTGを最終濃度1mMとなるよう添
加することにより誘導し、かつ更に4時間同じ条件で増殖した。細胞を遠心によ
り収集し、-20℃／23℃で凍結／解凍し、音波処理で破壊し、かつ既報のように
遠心により透明化した(Wetmurら、J Biol Chem、269(41):25928-25935(1994)、
これは本明細書に参照として組入れられている)。得られる上清を、70℃で15分
間加熱し、熱不安定な大腸菌タンパク質を変性し、氷上に30分間放置し、変性タ
ンパク質を凝集し、かつ4℃15分間の微量遠心により変性タンパク質を透明化し
た。部分的に純粋なDNAリガーゼを、更に1ml HiTrap Blueアフィニティーカラム
を用いるクロマトグラフィーにより精製した。簡単に述べると、Tsp. AK16D DNA
リガーゼを含有するカラムを、0.1M NaOAcを含有するTE緩衝液(pH7.8)で完全に
洗浄し、かつ該リガーゼを、2M NaClを含有するTE緩衝液(pH7.8)で溶離した。0.
2M KClを含有するTE緩衝液(pH8.0)に対して透析しかつCentricon-30(アミコン社
)を用いて濃縮した後、タンパク質濃度を、バイオラドタンパク質アッセイキッ
トに入っている試薬を用い、Bradford法により測定した。タンパク質量は、標準
としてBSAを用いて決定した。該リガーゼの純度は、7.5％SDS(すなわちドデシル
硫酸ナトリウム)-PAGE(すなわち、ポリアクリルアミドゲル電気泳動)分析、その
後の過剰負荷したゲルの常用のクーマシーブルーR染色による可視化で検証した
。
【００７８】実施例５ −基質およびライゲーションアッセイ法 オリゴヌクレオチドの完全にマッチした基質は、2個の短いオリゴヌクレオチ
ド(LP3'C(配列番号：11)の33-merおよびCom3F(配列番号：12)の30-mer)の59-mer
相補的オリゴヌクレオチド(Glg)とのアニーリングにより作成した。オリゴヌク
レオチドLP3'CおよびGlg(配列番号：14)は、1.5-倍過剰であり、そのため3'Fam
標識したCom3Fは全てニック入り基質を示している(Luoら、Nucleic Acids Res、
24(15):3071-3078(1996)を参照、これは本明細書に参照として組入れられている
)。T/Gミスマッチ基質は、単一塩基対ミスマッチをニック接合点の3'-末端に導
入したLP3'T(配列番号：13)を、Com 3'Fと共に相補鎖(Glg)へアニーリングする
ことにより作成した。ニック入りDNA二重鎖基質を、DNAプローブの94℃2分間の
変性、それに続くライゲーション用緩衝液中の65℃2分間の再アニーリングによ
り作成した。オリゴヌクレオチドの配列を下記に示した(pは5'リン酸基を示す)
：
ド(LP3'C(配列番号：11)の33-merおよびCom3F(配列番号：12)の30-mer)の59-mer
相補的オリゴヌクレオチド(Glg)とのアニーリングにより作成した。オリゴヌク
レオチドLP3'CおよびGlg(配列番号：14)は、1.5-倍過剰であり、そのため3'Fam
標識したCom3Fは全てニック入り基質を示している(Luoら、Nucleic Acids Res、
24(15):3071-3078(1996)を参照、これは本明細書に参照として組入れられている
)。T/Gミスマッチ基質は、単一塩基対ミスマッチをニック接合点の3'-末端に導
入したLP3'T(配列番号：13)を、Com 3'Fと共に相補鎖(Glg)へアニーリングする
ことにより作成した。ニック入りDNA二重鎖基質を、DNAプローブの94℃2分間の
変性、それに続くライゲーション用緩衝液中の65℃2分間の再アニーリングによ
り作成した。オリゴヌクレオチドの配列を下記に示した(pは5'リン酸基を示す)
：
【００７９】 リガーゼ緩衝液(20mM Tris-HCl(室温でpH7.6)；10mM MgCl2；100mM KCl；10mM
DTT(すなわちジチオスレイトール)；1mM NAD+；および20mg/ml BSA)中のDNAリ
ガーゼおよびマッチまたはミスマッチ基質を指示量含有するライゲーション混合
物(20μl)を、65℃で所定の時間インキュベーションした。反応を、等量の停止
溶液(すなわち、50mM EDTA、80％ホルムアミド、および1％ Blue Dextran)を添
加し終結した。試料(5μl)を、8M尿素-10％ポリアクリルアミドGeneScanゲルに
より、操作マニュアル(パーキンエルマー社)に従い電気泳動した。未反応の基質
は、30-mer com3Fで示され、かつ生成物はマッチ基質の場合ライゲーションされ
た63-merで示された。残余の基質およびライゲーション産物は両方共、GeneScan
分析ソフトウェア672(ver.2.0、パーキンエルマー社)を用いて定量した。
DTT(すなわちジチオスレイトール)；1mM NAD+；および20mg/ml BSA)中のDNAリ
ガーゼおよびマッチまたはミスマッチ基質を指示量含有するライゲーション混合
物(20μl)を、65℃で所定の時間インキュベーションした。反応を、等量の停止
溶液(すなわち、50mM EDTA、80％ホルムアミド、および1％ Blue Dextran)を添
加し終結した。試料(5μl)を、8M尿素-10％ポリアクリルアミドGeneScanゲルに
より、操作マニュアル(パーキンエルマー社)に従い電気泳動した。未反応の基質
は、30-mer com3Fで示され、かつ生成物はマッチ基質の場合ライゲーションされ
た63-merで示された。残余の基質およびライゲーション産物は両方共、GeneScan
分析ソフトウェア672(ver.2.0、パーキンエルマー社)を用いて定量した。
【００８０】実施例６ −定常状態速度論 定常状態の速度定数は、100μlの反応容量65℃での、所定の基質濃度(ニック
入りDNA二重鎖基質濃度は25〜400nM)および所定のリガーゼ濃度(TthおよびTsp.
AK16Dの両方について12.5pM)での、ライゲーション反応の初速度を測定すること
により決定した。アリコート5μlを、0、2、4、6、8、10分で取り出し、かつ停
止溶液5μlと混合した。残りの基質を、前述のようにGeneScanゲルによりライゲ
ーションされた生成物から分離した。ライゲーション反応の初速度は、経時的に
ライゲーション産物の生成から算出した。Kmおよびkcat値は、コンピュータソフ
トウェアUltrafit(バイオソフト社、ファーガソン、MO)を用いて決定した。
入りDNA二重鎖基質濃度は25〜400nM)および所定のリガーゼ濃度(TthおよびTsp.
AK16Dの両方について12.5pM)での、ライゲーション反応の初速度を測定すること
により決定した。アリコート5μlを、0、2、4、6、8、10分で取り出し、かつ停
止溶液5μlと混合した。残りの基質を、前述のようにGeneScanゲルによりライゲ
ーションされた生成物から分離した。ライゲーション反応の初速度は、経時的に
ライゲーション産物の生成から算出した。Kmおよびkcat値は、コンピュータソフ
トウェアUltrafit(バイオソフト社、ファーガソン、MO)を用いて決定した。
【００８１】実施例７ −7種のサームスリガーゼ遺伝子の配列分析 GeneBankから検索した配列データを基にした5種のグラム陰性菌のNAD+-依存型
DNAリガーゼのアミノ酸配列を並置したところ、Tthリガーゼは、サームス・スコ
ットダクツリガーゼと93％、リオドサーマス・マリナス（Rhodothermus marinus
）リガーゼと49％、大腸菌リガーゼと48％、並びにジモノマス・モービリス（Zy
momonas mobilis）と38％同じであることを示している。これらのリガーゼの高
度に保存された領域に相当する縮重プライマーを用いて、下記の世界規模の収集
を示す7種のサームス株からのリガーゼ遺伝子断片を増幅した：日本からのサー
ムス・フラバス（Thermus flavus）(配列番号：16)、米国イエローストーン国立
公園からのサームス・アクアティカス（Thermus aquaticus）YT-1(配列番号：15
)およびサームス種AK16D、ニュージーランドからのサームス・フィリフォールミ
ス（Thermus filformis） Tok4A2(配列番号：17)およびサームス・フィリフォル
ミス（Thermus filiformis） Tok6A1(配列番号：18)、アゾレス諸島からのサー
ムス種 SM32(配列番号：19)、ならびにポルトガルからのサームス種 Vil3(配列
番号：20)。1.4〜1.6kbの範囲の増幅したリガーゼ断片の配列を、ABI 373自動シ
ーケンサーを用いてPCR産物を直接配列決定することにより決定した。一般にサ
ームスリガーゼは、85％〜98％の配列同一性で示されるような進化の間に高度に
保存されている。対照的に、同等株からの制限エンドヌクレアーゼTaqIおよびそ
のアイソシゾマーのアミノ酸配列は、わずかに50〜70％アミノ酸同一性を示した
(Caoら、Gene、197:205-214(1997)、これは本明細書に参照として組入れられて
いる)。一般にサームスリガーゼは、他の細菌のDNAリガーゼと比較した場合に30
〜40％の配列同一性を示す。配列の分岐進化は、様々な地理群において、同じ群
よりもわずかに高く、これは機会的浮動またはそれぞれの地域環境への適合を反
映している(図1)。サームス・フラバス、サームス・フィリフォールミス（Therm
usfilformis） Tok4A2、サームス・フィリフォルミス Tok6A1、サームス種SM32
、サームス種Vil3、サームス・アクアティカス YT-1、およびサームス種AK16D(
配列番号：14)リガーゼは、サームス・サーモフィルス HB8 DNAリガーゼと各々
、98.2％、89.9％、89.5％、89.8％、88.3％、88.2％、88.1％を共有していた。
Tth DNAリガーゼの位置指定突然変異により同定されるようなこれらの酵素のア
デニル化部位(118KXDG、ここでx一般に疎水性残基である)は、全てのサームスリ
ガーゼにおいて完全に同一であり、更にアデニル化モチーフのフランキング配列
も、アミノ酸残基の118K前の117Hが118Rで置換されているTsp. AK16D以外は同じ
である(図1B)。現在までに発見された非-サームス NAD+-依存型リガーゼにおい
て、対応する位置は、ProまたはLeuのいずれかである。日本からの2個の単離体
は、その他のサームス株から、234位での3-aa-挿入により識別することができる
。
DNAリガーゼのアミノ酸配列を並置したところ、Tthリガーゼは、サームス・スコ
ットダクツリガーゼと93％、リオドサーマス・マリナス（Rhodothermus marinus
）リガーゼと49％、大腸菌リガーゼと48％、並びにジモノマス・モービリス（Zy
momonas mobilis）と38％同じであることを示している。これらのリガーゼの高
度に保存された領域に相当する縮重プライマーを用いて、下記の世界規模の収集
を示す7種のサームス株からのリガーゼ遺伝子断片を増幅した：日本からのサー
ムス・フラバス（Thermus flavus）(配列番号：16)、米国イエローストーン国立
公園からのサームス・アクアティカス（Thermus aquaticus）YT-1(配列番号：15
)およびサームス種AK16D、ニュージーランドからのサームス・フィリフォールミ
ス（Thermus filformis） Tok4A2(配列番号：17)およびサームス・フィリフォル
ミス（Thermus filiformis） Tok6A1(配列番号：18)、アゾレス諸島からのサー
ムス種 SM32(配列番号：19)、ならびにポルトガルからのサームス種 Vil3(配列
番号：20)。1.4〜1.6kbの範囲の増幅したリガーゼ断片の配列を、ABI 373自動シ
ーケンサーを用いてPCR産物を直接配列決定することにより決定した。一般にサ
ームスリガーゼは、85％〜98％の配列同一性で示されるような進化の間に高度に
保存されている。対照的に、同等株からの制限エンドヌクレアーゼTaqIおよびそ
のアイソシゾマーのアミノ酸配列は、わずかに50〜70％アミノ酸同一性を示した
(Caoら、Gene、197:205-214(1997)、これは本明細書に参照として組入れられて
いる)。一般にサームスリガーゼは、他の細菌のDNAリガーゼと比較した場合に30
〜40％の配列同一性を示す。配列の分岐進化は、様々な地理群において、同じ群
よりもわずかに高く、これは機会的浮動またはそれぞれの地域環境への適合を反
映している(図1)。サームス・フラバス、サームス・フィリフォールミス（Therm
usfilformis） Tok4A2、サームス・フィリフォルミス Tok6A1、サームス種SM32
、サームス種Vil3、サームス・アクアティカス YT-1、およびサームス種AK16D(
配列番号：14)リガーゼは、サームス・サーモフィルス HB8 DNAリガーゼと各々
、98.2％、89.9％、89.5％、89.8％、88.3％、88.2％、88.1％を共有していた。
Tth DNAリガーゼの位置指定突然変異により同定されるようなこれらの酵素のア
デニル化部位(118KXDG、ここでx一般に疎水性残基である)は、全てのサームスリ
ガーゼにおいて完全に同一であり、更にアデニル化モチーフのフランキング配列
も、アミノ酸残基の118K前の117Hが118Rで置換されているTsp. AK16D以外は同じ
である(図1B)。現在までに発見された非-サームス NAD+-依存型リガーゼにおい
て、対応する位置は、ProまたはLeuのいずれかである。日本からの2個の単離体
は、その他のサームス株から、234位での3-aa-挿入により識別することができる
。
【００８２】実施例８ −Tsp. AK16D由来のDNAリガーゼのクローニング、発現および精製 新規特性を伴うサームスリガーゼを発見する機会を最大にするために、T. the
rmophilusリガーゼと比べて最低の配列同一性を示したTsp. AK16Dリガーゼを選
択した。ORF(すなわちオープンリーディングフレーム)の完全な配列を得るため
に、この遺伝子のN-およびC-末端の断片を、逆転写PCRにより増幅し、かつ直接
配列決定した。サームス種 AK16Dリガーゼ遺伝子の完全なORFは、674個のアミノ
酸からなるのに対し、Tthリガーゼは676個のアミノ酸およびT. Scotリガーゼは6
74個のアミノ酸であった(図1C)。完全長サームス種 AK16Dリガーゼ遺伝子は、Pf
uポリメラーゼを用いてPCR増幅し、かつ発現プラスミドpET11c(ノバゲン社)にク
ローニングした。このリガーゼ遺伝子を含む挿入物の完全性は、DNA配列決定に
より証明した。Tsp. AK16Dリガーゼを発現しているpET11cプラスミドは、コンピ
テント大腸菌細胞NovaBlue(DE3)pLysSに形質転換した。リガーゼの産生は、IPTG
の最終濃度1mMとなるような添加により誘導された。Tsp. AK16Dリガーゼタンパ
ク質は、総細胞タンパク質のおよそ10％まで発現された(図2、レーン3)。70℃15
分間の加熱は、ほとんどの大腸菌タンパク質を変性したが、熱安定性リガーゼは
優性バンドとして残った(図2、レーン4)。シバクロンブルーベースのアフィニテ
ィークロマトグラフィー(ファルマシア社)は更に、残留する大腸菌タンパク質お
よび核酸を除去し、クーマシー染色により判定してほぼ相同なTsp. AK16Dリガー
ゼタンパク質を生じた(図2、レーン5)。
rmophilusリガーゼと比べて最低の配列同一性を示したTsp. AK16Dリガーゼを選
択した。ORF(すなわちオープンリーディングフレーム)の完全な配列を得るため
に、この遺伝子のN-およびC-末端の断片を、逆転写PCRにより増幅し、かつ直接
配列決定した。サームス種 AK16Dリガーゼ遺伝子の完全なORFは、674個のアミノ
酸からなるのに対し、Tthリガーゼは676個のアミノ酸およびT. Scotリガーゼは6
74個のアミノ酸であった(図1C)。完全長サームス種 AK16Dリガーゼ遺伝子は、Pf
uポリメラーゼを用いてPCR増幅し、かつ発現プラスミドpET11c(ノバゲン社)にク
ローニングした。このリガーゼ遺伝子を含む挿入物の完全性は、DNA配列決定に
より証明した。Tsp. AK16Dリガーゼを発現しているpET11cプラスミドは、コンピ
テント大腸菌細胞NovaBlue(DE3)pLysSに形質転換した。リガーゼの産生は、IPTG
の最終濃度1mMとなるような添加により誘導された。Tsp. AK16Dリガーゼタンパ
ク質は、総細胞タンパク質のおよそ10％まで発現された(図2、レーン3)。70℃15
分間の加熱は、ほとんどの大腸菌タンパク質を変性したが、熱安定性リガーゼは
優性バンドとして残った(図2、レーン4)。シバクロンブルーベースのアフィニテ
ィークロマトグラフィー(ファルマシア社)は更に、残留する大腸菌タンパク質お
よび核酸を除去し、クーマシー染色により判定してほぼ相同なTsp. AK16Dリガー
ゼタンパク質を生じた(図2、レーン5)。
【００８３】実施例９ −ライゲーション反応の塩、pH、およびNAD+依存性 図3Aは、TthおよびTsp. AK16Dリガーゼタンパク質のリガーゼ活性のpH依存性
を示している。TthリガーゼおよびTsp. AK16DリガーゼのpH依存曲線の形状は、
本質的に重ね合わせることができる。TthリガーゼおよびTsp. AK16Dリガーゼの
最適pHは8.5であり、80％以上の活性がpH7.8〜9.5の間で認められる。このpH作
用の同一性は、両方のリガーゼが、それらの触媒中心に類似した局所的環境を有
することを示唆しており、これはこれら2種のリガーゼ間の配列保存性の程度に
一致している。図3Bは、TthおよびTsp. AK16Dリガーゼタンパク質のリガーゼ活
性の塩濃度依存性を示している。TthリガーゼおよびTsp. AK16Dリガーゼの最適K
Cl濃度は、各々100および50mMである。図3Cは、TthおよびTsp. AK16Dリガーゼタ
ンパク質のリガーゼ活性のNAD+濃度依存性を示している。最適NAD+濃度は、Tth
リガーゼおよびTsp. AK16Dリガーゼの両方について1mMである。NADプロフィール
の類似性は、NAD+結合に関与するリガーゼのN-末端ドメインの高度に保存された
性質と調和している。
を示している。TthリガーゼおよびTsp. AK16DリガーゼのpH依存曲線の形状は、
本質的に重ね合わせることができる。TthリガーゼおよびTsp. AK16Dリガーゼの
最適pHは8.5であり、80％以上の活性がpH7.8〜9.5の間で認められる。このpH作
用の同一性は、両方のリガーゼが、それらの触媒中心に類似した局所的環境を有
することを示唆しており、これはこれら2種のリガーゼ間の配列保存性の程度に
一致している。図3Bは、TthおよびTsp. AK16Dリガーゼタンパク質のリガーゼ活
性の塩濃度依存性を示している。TthリガーゼおよびTsp. AK16Dリガーゼの最適K
Cl濃度は、各々100および50mMである。図3Cは、TthおよびTsp. AK16Dリガーゼタ
ンパク質のリガーゼ活性のNAD+濃度依存性を示している。最適NAD+濃度は、Tth
リガーゼおよびTsp. AK16Dリガーゼの両方について1mMである。NADプロフィール
の類似性は、NAD+結合に関与するリガーゼのN-末端ドメインの高度に保存された
性質と調和している。
【００８４】実施例10 −ライゲーション反応への2価金属の作用 2価金属イオンは、下記のライゲーション反応の3段階の各々で重要である：(i
)アデニル化モチーフKXDGにおけるリシン残基のアデニル化；(ii)アデニル酸塩
の5'リン酸への転移による、DNA-アデニル酸中間体の生成；および(iii)アデノ
シン一リン酸(AMP)の放出を伴う、ホスホジエステル結合の形成。一般にMg2+は
、ATP-依存型およびNAD+-依存型リガーゼの両方にとって好ましい金属である。M
g2+は、アルカリ土類金属イオンCa2+および通常試験した周期表4族遷移金属イオ
ンで置換することができる。TthおよびTsp. AK16Dリガーゼは、ライゲーション
活性を支持するために、代用金属補因子としてMn2+を使用することができる(図4
)。両酵素はCa2+では活性が低く、Co2+、Ni2+、Cu2+およびZn2+ではライゲーシ
ョンを支持することに失敗した。比較すれば、Hin(すなわち、Haemophilus infl
uenzae)由来のATP-依存型リガーゼは、ニック閉鎖の金属補因子としてMg2+およ
びMn2+のみを利用するが、Ca2+、Co2+、Cu2+、およびZn2+は利用しない(Chengら
、Nucleic Acids Res、25(7):1369-1374(1997)、これは本明細書に参照として組
入れられている)；ChlorellaウイルスPBCV-1由来のATP-依存型リガーゼは、Mg2+ 、Mn2+、およびCo2+を利用するが、Ca2+、Cu2+、およびZn2+は利用しない(Hoら
、J Virol、71(3):1931-1937(1997)、これは本明細書に参照として組入れられて
いる)。金属補因子としてのCa2+の利用は、サームス酵素が、ほとんどの基質をD
NA-アデニル酸中間体に変換することができた。しかし、ニック閉鎖の割合は低
下し、このことはDNA-アデニル酸中間体の蓄積に繋がる(図4B)。この中間体の少
量Ni2+においても認められたが；しかし、ライゲーション産物は本検出レベルで
は認められず、このことはNi2+はニック閉鎖段階を支持しないことを示唆してい
る(図4B)。Mg2+およびMn2+による2種のサームスリガーゼの相対活性を更に比較
するために、ライゲーション産物の生成を、最初に20分間モニタリングした。図
5に示したように、サームス酵素は、一貫してMg2+のほうがMn2+よりも活性があ
った。第二に、Mg2+またはMn2+の最大40mMまでの濃度のライゲーション活性を測
定した(図6)。これらの酵素は両方共、反応混合物中の金属イオン濃度の変化に
敏感に反応した。高Mn2+濃度で、高イオン強度が酵素活性を阻害し、これはKCl
依存性のプロフィールに一致している(図4)。時間経過の結果と同様に、サーム
ス酵素は、Mg2+のほうがMn2+よりもより活性があった(図6)。これらの試験と以
前の報告書の間のサームスリガーゼの相対活性の矛盾は、ここではクローン化し
た酵素を用いたのに対し、以前の研究では精製した天然の酵素を用いたためであ
ろう(Takahashiら、J Biol Chem、259(16):10041-10047(1984)、これは本明細書
に参照として組入れられている)。
)アデニル化モチーフKXDGにおけるリシン残基のアデニル化；(ii)アデニル酸塩
の5'リン酸への転移による、DNA-アデニル酸中間体の生成；および(iii)アデノ
シン一リン酸(AMP)の放出を伴う、ホスホジエステル結合の形成。一般にMg2+は
、ATP-依存型およびNAD+-依存型リガーゼの両方にとって好ましい金属である。M
g2+は、アルカリ土類金属イオンCa2+および通常試験した周期表4族遷移金属イオ
ンで置換することができる。TthおよびTsp. AK16Dリガーゼは、ライゲーション
活性を支持するために、代用金属補因子としてMn2+を使用することができる(図4
)。両酵素はCa2+では活性が低く、Co2+、Ni2+、Cu2+およびZn2+ではライゲーシ
ョンを支持することに失敗した。比較すれば、Hin(すなわち、Haemophilus infl
uenzae)由来のATP-依存型リガーゼは、ニック閉鎖の金属補因子としてMg2+およ
びMn2+のみを利用するが、Ca2+、Co2+、Cu2+、およびZn2+は利用しない(Chengら
、Nucleic Acids Res、25(7):1369-1374(1997)、これは本明細書に参照として組
入れられている)；ChlorellaウイルスPBCV-1由来のATP-依存型リガーゼは、Mg2+ 、Mn2+、およびCo2+を利用するが、Ca2+、Cu2+、およびZn2+は利用しない(Hoら
、J Virol、71(3):1931-1937(1997)、これは本明細書に参照として組入れられて
いる)。金属補因子としてのCa2+の利用は、サームス酵素が、ほとんどの基質をD
NA-アデニル酸中間体に変換することができた。しかし、ニック閉鎖の割合は低
下し、このことはDNA-アデニル酸中間体の蓄積に繋がる(図4B)。この中間体の少
量Ni2+においても認められたが；しかし、ライゲーション産物は本検出レベルで
は認められず、このことはNi2+はニック閉鎖段階を支持しないことを示唆してい
る(図4B)。Mg2+およびMn2+による2種のサームスリガーゼの相対活性を更に比較
するために、ライゲーション産物の生成を、最初に20分間モニタリングした。図
5に示したように、サームス酵素は、一貫してMg2+のほうがMn2+よりも活性があ
った。第二に、Mg2+またはMn2+の最大40mMまでの濃度のライゲーション活性を測
定した(図6)。これらの酵素は両方共、反応混合物中の金属イオン濃度の変化に
敏感に反応した。高Mn2+濃度で、高イオン強度が酵素活性を阻害し、これはKCl
依存性のプロフィールに一致している(図4)。時間経過の結果と同様に、サーム
ス酵素は、Mg2+のほうがMn2+よりもより活性があった(図6)。これらの試験と以
前の報告書の間のサームスリガーゼの相対活性の矛盾は、ここではクローン化し
た酵素を用いたのに対し、以前の研究では精製した天然の酵素を用いたためであ
ろう(Takahashiら、J Biol Chem、259(16):10041-10047(1984)、これは本明細書
に参照として組入れられている)。
【００８５】実施例11 −定常状態速度論 定常状態の速度定数は、推定Km値にまたがる基質濃度を用い蛍光標識したライ
ゲーション産物の形成を経時的にモニタリングすることにより測定した(表1)。
ゲーション産物の形成を経時的にモニタリングすることにより測定した(表1)。
【００８６】
【表１】 TthおよびTsp. AK16Dリガーゼの定常状態速度論a a. 結果は最低3回の実験の平均で示した。
【００８７】 Tsp. AK16Dリガーゼの定常状態の特性は、Tthリガーゼと類似しており、これ
は触媒チャネルがサームスリガーゼにおいて高度に保存されていることを示して
いる。サームスリガーゼの平均Km値約90nMは、大腸菌リガーゼの5OnMのKm値に類
似していて(Modrichら、J Biol Chem、248(21):7495-7501(1973)、これは本明細
書に参照として組入れられている)、かつワクシニアウイルスATP-依存型リガー
ゼの約10倍である(Sekiguchiら、Nucleic Acids Res、25(4)727-734(1997)、こ
れは本明細書に参照として組入れられている)。サームスリガーゼの1分当たりの
約45代謝回転数の平均kcat値は、大腸菌リガーゼの1分当たりの約28代謝回転数
のkcat値よりも高い(Modrichら、J Biol Chem、248(21):7495-7501(1973)、これ
は本明細書に参照として組入れられている)。
は触媒チャネルがサームスリガーゼにおいて高度に保存されていることを示して
いる。サームスリガーゼの平均Km値約90nMは、大腸菌リガーゼの5OnMのKm値に類
似していて(Modrichら、J Biol Chem、248(21):7495-7501(1973)、これは本明細
書に参照として組入れられている)、かつワクシニアウイルスATP-依存型リガー
ゼの約10倍である(Sekiguchiら、Nucleic Acids Res、25(4)727-734(1997)、こ
れは本明細書に参照として組入れられている)。サームスリガーゼの1分当たりの
約45代謝回転数の平均kcat値は、大腸菌リガーゼの1分当たりの約28代謝回転数
のkcat値よりも高い(Modrichら、J Biol Chem、248(21):7495-7501(1973)、これ
は本明細書に参照として組入れられている)。
【００８８】実施例12 −ギャップのあるまたは挿入されたDNA二重鎖基質のライゲーション ギャップのある基質は、オリゴヌクレオチドLP3'Cの3'ヒドロキシル部位から
の1または2個のヌクレオチドの欠失により作成し、挿入のある塩基は、オリゴヌ
クレオチドLP3'Cの3'ヒドロキシル部位からの1または2個のヌクレオチドの追加
により作成した。ギャップのあるまたは挿入された二重鎖DNA配列は、正常なニ
ック入り基質と著しく異なっていた。本発明者らの実験条件下で、ライゲーショ
ンは、TthまたはTsp. AK16Dリガーゼのいずれかに関する1-nt(すなわちヌクレオ
チド)もしくは2-ntギャップのある基質または2-nt挿入された基質で検出可能で
なかった(図7A)。1-nt挿入基質について、A挿入のみが、両リガーゼについて微
量のライゲーション産物を生じた(図7A)。ライゲーション接合点において全ての
他の1-nt挿入は、ライゲーションすることはできない。対照的に、Hinリガーゼ
およびChlorellaリガーゼは、1-ntギャップで認知可能なライゲーションを示し
た(Hoら、J Virol、71(3):1931-1937(1997)およびChengら、Nucleic Acids Res
、25(7):1369-1374(1997)、これは本明細書に参照として組入れられている)。ワ
クシニアリガーゼの場合、1-ntギャップのライゲーションは無視できるが、DNA-
アデニル酸中間体の形成は顕著であり、このことは1-ntギャップのある基質の使
用の大きい影響は、ニック閉鎖であることを示唆している(Shuman, S.、Biochem
istry、34(49):16138-16147(1995)、これは本明細書に参照として組入れられて
いる)。サームス酵素によるDNA-アデニル酸中間体の生成は認められず、このこ
とはギャップのあるまたは挿入された基質のほとんどが、ライゲーションサイク
ルの第二段階−5'リン酸でのDNA基質のアデニル化を完了する可能性を失い得る
。1-nt A挿入のミス-ライゲーションは、スリップ(slippage)によるものである(
図7B)。サームスリガーゼスリップはサームス DNAポリメラーゼよりもはるかに
少ないが、これは低頻度では生じる。隣接ntがTであるという事実を仮定すると
、このスリップは、5'A/Cミスマッチがライゲーションされている5'リン酸側で
生じることができる(Luoら、Nucleic Acids Res、24(15):3071-3078(1996)、こ
れは本明細書に参照として組入れられている)。恐らくこの酵素は、3'側でスリ
ップに耐性を示し、これは1nt C挿入が検出可能なライゲーション産物を生じな
いことによるものであろう(図7)。
の1または2個のヌクレオチドの欠失により作成し、挿入のある塩基は、オリゴヌ
クレオチドLP3'Cの3'ヒドロキシル部位からの1または2個のヌクレオチドの追加
により作成した。ギャップのあるまたは挿入された二重鎖DNA配列は、正常なニ
ック入り基質と著しく異なっていた。本発明者らの実験条件下で、ライゲーショ
ンは、TthまたはTsp. AK16Dリガーゼのいずれかに関する1-nt(すなわちヌクレオ
チド)もしくは2-ntギャップのある基質または2-nt挿入された基質で検出可能で
なかった(図7A)。1-nt挿入基質について、A挿入のみが、両リガーゼについて微
量のライゲーション産物を生じた(図7A)。ライゲーション接合点において全ての
他の1-nt挿入は、ライゲーションすることはできない。対照的に、Hinリガーゼ
およびChlorellaリガーゼは、1-ntギャップで認知可能なライゲーションを示し
た(Hoら、J Virol、71(3):1931-1937(1997)およびChengら、Nucleic Acids Res
、25(7):1369-1374(1997)、これは本明細書に参照として組入れられている)。ワ
クシニアリガーゼの場合、1-ntギャップのライゲーションは無視できるが、DNA-
アデニル酸中間体の形成は顕著であり、このことは1-ntギャップのある基質の使
用の大きい影響は、ニック閉鎖であることを示唆している(Shuman, S.、Biochem
istry、34(49):16138-16147(1995)、これは本明細書に参照として組入れられて
いる)。サームス酵素によるDNA-アデニル酸中間体の生成は認められず、このこ
とはギャップのあるまたは挿入された基質のほとんどが、ライゲーションサイク
ルの第二段階−5'リン酸でのDNA基質のアデニル化を完了する可能性を失い得る
。1-nt A挿入のミス-ライゲーションは、スリップ(slippage)によるものである(
図7B)。サームスリガーゼスリップはサームス DNAポリメラーゼよりもはるかに
少ないが、これは低頻度では生じる。隣接ntがTであるという事実を仮定すると
、このスリップは、5'A/Cミスマッチがライゲーションされている5'リン酸側で
生じることができる(Luoら、Nucleic Acids Res、24(15):3071-3078(1996)、こ
れは本明細書に参照として組入れられている)。恐らくこの酵素は、3'側でスリ
ップに耐性を示し、これは1nt C挿入が検出可能なライゲーション産物を生じな
いことによるものであろう(図7)。
【００８９】実施例13 −サームス DNAリガーゼの適合度 Tth DNAリガーゼは、ミスマッチがニック接合点の3'側に位置する場合、より
識別可能である。3'G/Tまたは3'T/Gは、認知可能なミスマッチライゲーションを
示す唯一のミスマッチである(Luoら、Nucleic Acids Res、24(15):3071-3078(19
96)、これは本明細書に参照として組入れられている)。クローン化したTsp. AK1
6Dリガーゼの適合度を評価するために、3'T/Gミスマッチライゲーションに勝る
マッチの割合の比は、市販の給源のT4リガーゼと野生型およびK294R突然変異体T
th DNAリガーゼとを比較した(表2)。
識別可能である。3'G/Tまたは3'T/Gは、認知可能なミスマッチライゲーションを
示す唯一のミスマッチである(Luoら、Nucleic Acids Res、24(15):3071-3078(19
96)、これは本明細書に参照として組入れられている)。クローン化したTsp. AK1
6Dリガーゼの適合度を評価するために、3'T/Gミスマッチライゲーションに勝る
マッチの割合の比は、市販の給源のT4リガーゼと野生型およびK294R突然変異体T
th DNAリガーゼとを比較した(表2)。
【００９０】
【表２】 DNAリガーゼの適合度 a a 反応混合物は、12.5nMニック入りDNA二重鎖基質、指定量のDNAリガーゼから
なる。T4 DNAリガーゼ適合度は37℃でアッセイし、好熱性リガーゼの適合度は65
℃でアッセイした。160μl反応混合物からの5μlアリコートを、マッチ基質を含
む反応について0、10、20、30、40、50、60秒後に取り出し、かつミスマッチ基
質を含む反応について0、1、2、3、4、5、6時間後に取り出し、停止溶液5μlと
混合した。試料(5μl)を、記載のように8M尿素-10％ポリアクリルアミドゲルを
通し電気泳動した。蛍光標識したライゲーション産物を分析し、かつGenescan 6
72 ver.2.0ソフトウェア(アプライドバイオシステムズ社、フォスターシティー
、CA)を用いて定量した。これらの結果は、DeltaGraph Pro3ソフトウェア(Delta
Point社、モントレー、CA)を用いてプロットした。初速度は、x-軸が時間でy-軸
が生成したライゲーション産物の量で示されたグラフの直線範囲の傾斜で決定し
た。マッチおよびミスマッチの基質の概略的説明を以下に示す： b ライゲーション適合度1＝C-Gマッチ初速度／3'-末端でのT-Gミスマッチ初速
度 c ライゲーション適合度2＝C-Gマッチ初速度／3'-末端の最後から2番目でのT-G
ミスマッチ初速度。各実験で使用したDNAリガーゼの濃度は示したとおりである
。結果は少なくとも2回の実験の平均として算出した。
なる。T4 DNAリガーゼ適合度は37℃でアッセイし、好熱性リガーゼの適合度は65
℃でアッセイした。160μl反応混合物からの5μlアリコートを、マッチ基質を含
む反応について0、10、20、30、40、50、60秒後に取り出し、かつミスマッチ基
質を含む反応について0、1、2、3、4、5、6時間後に取り出し、停止溶液5μlと
混合した。試料(5μl)を、記載のように8M尿素-10％ポリアクリルアミドゲルを
通し電気泳動した。蛍光標識したライゲーション産物を分析し、かつGenescan 6
72 ver.2.0ソフトウェア(アプライドバイオシステムズ社、フォスターシティー
、CA)を用いて定量した。これらの結果は、DeltaGraph Pro3ソフトウェア(Delta
Point社、モントレー、CA)を用いてプロットした。初速度は、x-軸が時間でy-軸
が生成したライゲーション産物の量で示されたグラフの直線範囲の傾斜で決定し
た。マッチおよびミスマッチの基質の概略的説明を以下に示す： b ライゲーション適合度1＝C-Gマッチ初速度／3'-末端でのT-Gミスマッチ初速
度 c ライゲーション適合度2＝C-Gマッチ初速度／3'-末端の最後から2番目でのT-G
ミスマッチ初速度。各実験で使用したDNAリガーゼの濃度は示したとおりである
。結果は少なくとも2回の実験の平均として算出した。
【００９１】 T4リガーゼは、ライゲーション適合度50を得るためのマッチおよび3'T/Gミス
マッチの両基質に対する高い触媒効率を示した。サームスリガーゼは、同等のマ
ッチライゲーション速度を達成するために比較的高い酵素濃度が必要であること
により証明されるように、マッチライゲーションにおいて効率が低いように見え
る。しかし、同じアッセイ条件下で、サームス酵素は、3'T/Gミスマッチをライ
ゲーションする傾向ははるかに低かった。結果としてサームス酵素の適合度は、
T4リガーゼよりも17-から126-倍高い(表2、ライゲーション適合度1)。新たにク
ローン化されたTsp. AK16Dリガーゼの適合度は、K294R Tth突然変異体に類似し
ていたが、野生型Tth酵素よりも6-倍高かった。DNA-アデニル酸中間体は、3'T/G
ミスマッチライゲーションで認められ、このことは、3'ライゲーション接合点で
のミスマッチが、サームスリガーゼのニック閉鎖の能力に関する実質的に制約を
課し、これによりDNA-アデニル酸中間体のライゲーション産物および遊離のAMP(
ライゲーションサイクルの第三段階)への代謝回転を制限することを示している
。T/Gミスマッチの1塩基対をライゲーション接合点から遠ざける作用について更
に検証した。3'末端の最後から2番目でのT/Gミスマッチによるライゲーション速
度は、一般にライゲーション接合点の3'末端でのT/Gミスマッチと比較して7-倍
改善していた。しかし、このライゲーション速度は、マッチライゲーションのも
のよりも依然非常に遅く、ライゲーション接合点近傍のヌクレオチド相補性の重
要性に加え、ライゲーション反応の制御における3'末端の完全な塩基対の究極的
に重要な役割を強調している。従って、ミスマッチが3'側から第二の位置にある
場合のライゲーション適合度(ライゲーション適合度2)は、ミスマッチがライゲ
ーション接合点の直ぐ傍に位置した場合のものよりも低い。ミスマッチが最後か
ら2番目の位置にある場合であっても、Tsp. AKl6D酵素が極めて高い適合度(1.1
x 103)を維持することは注目すべきであり、更にこの新規サームスリガーゼの識
別力を強調すべきである。
マッチの両基質に対する高い触媒効率を示した。サームスリガーゼは、同等のマ
ッチライゲーション速度を達成するために比較的高い酵素濃度が必要であること
により証明されるように、マッチライゲーションにおいて効率が低いように見え
る。しかし、同じアッセイ条件下で、サームス酵素は、3'T/Gミスマッチをライ
ゲーションする傾向ははるかに低かった。結果としてサームス酵素の適合度は、
T4リガーゼよりも17-から126-倍高い(表2、ライゲーション適合度1)。新たにク
ローン化されたTsp. AK16Dリガーゼの適合度は、K294R Tth突然変異体に類似し
ていたが、野生型Tth酵素よりも6-倍高かった。DNA-アデニル酸中間体は、3'T/G
ミスマッチライゲーションで認められ、このことは、3'ライゲーション接合点で
のミスマッチが、サームスリガーゼのニック閉鎖の能力に関する実質的に制約を
課し、これによりDNA-アデニル酸中間体のライゲーション産物および遊離のAMP(
ライゲーションサイクルの第三段階)への代謝回転を制限することを示している
。T/Gミスマッチの1塩基対をライゲーション接合点から遠ざける作用について更
に検証した。3'末端の最後から2番目でのT/Gミスマッチによるライゲーション速
度は、一般にライゲーション接合点の3'末端でのT/Gミスマッチと比較して7-倍
改善していた。しかし、このライゲーション速度は、マッチライゲーションのも
のよりも依然非常に遅く、ライゲーション接合点近傍のヌクレオチド相補性の重
要性に加え、ライゲーション反応の制御における3'末端の完全な塩基対の究極的
に重要な役割を強調している。従って、ミスマッチが3'側から第二の位置にある
場合のライゲーション適合度(ライゲーション適合度2)は、ミスマッチがライゲ
ーション接合点の直ぐ傍に位置した場合のものよりも低い。ミスマッチが最後か
ら2番目の位置にある場合であっても、Tsp. AKl6D酵素が極めて高い適合度(1.1
x 103)を維持することは注目すべきであり、更にこの新規サームスリガーゼの識
別力を強調すべきである。
【００９２】実施例14 −Mn2+の存在下での熱安定性DNAリガーゼの適合度 DNAポリメラーゼおよび制限エンドヌクレアーゼのような多くの酵素が、金属
補因子としてMn2+が使用された場合に緩んだ(relaxed)特異性を示す。リガーゼ
適合度に対する金属イオンの交換の影響は、完全には解明されていないが、ライ
ゲーション反応の代用金属補因子としてMn2+を使用することができることは分か
っている((Hoら、J. Virol、71(3):1931-1937(1997)およびChengら、Nucleic Ac
ids Res、25(7):1369-1374(1997)、これらは本明細書に参照として組入れられて
いる)。Tsp. AK16DリガーゼおよびTthリガーゼへのマッチおよびミスマッチライ
ゲーションの反応速度が決定された。表3において、マッチライゲーション速度
は、Mn2+よりもMg2+によるほうが高く(表3)、これは様々なMg2+条件下での一定
の高いライゲーション速度と一致した(図4-6)。
補因子としてMn2+が使用された場合に緩んだ(relaxed)特異性を示す。リガーゼ
適合度に対する金属イオンの交換の影響は、完全には解明されていないが、ライ
ゲーション反応の代用金属補因子としてMn2+を使用することができることは分か
っている((Hoら、J. Virol、71(3):1931-1937(1997)およびChengら、Nucleic Ac
ids Res、25(7):1369-1374(1997)、これらは本明細書に参照として組入れられて
いる)。Tsp. AK16DリガーゼおよびTthリガーゼへのマッチおよびミスマッチライ
ゲーションの反応速度が決定された。表3において、マッチライゲーション速度
は、Mn2+よりもMg2+によるほうが高く(表3)、これは様々なMg2+条件下での一定
の高いライゲーション速度と一致した(図4-6)。
【００９３】
【表３】 Mn2+によるDNAリガーゼ適合度a a 反応条件は、Mg2+の代わりに10mM Mn2+を使用した以外は、表2と同じであっ
た。ライゲーション適合度は、3'-末端のC-Gマッチの初速度をT-Gミスマッチの
初速度で割った比により定義される。結果は少なくとも2回の実験の平均として
算出した。
た。ライゲーション適合度は、3'-末端のC-Gマッチの初速度をT-Gミスマッチの
初速度で割った比により定義される。結果は少なくとも2回の実験の平均として
算出した。
【００９４】 Tthリガーゼのミスマッチライゲーション速度は、Mg2+よりもMn2+の方が約6-
倍高いが、Tsp. AK16Dリガーゼでは約4-倍高い。従って、他のこれまでに試験し
たDNA酵素と同様に、DNAリガーゼも、Mg2+がMn2+で交換された場合に緩んだ特異
性を示す。 結果として、TthリガーゼおよびTsp. AK16Dリガーゼの適合度因子は
、各々、12-および6-倍低下された(表2-3)。驚くべきことに、Tsp. AK16D酵素は
、ミスマッチライゲーションに対してTth酵素よりも12-倍高い適合度を維持する
。金属補因子としてのMg2+の使用とは対照的に、Tthリガーゼは、Mn2+による3'T
/Gミスマッチライゲーションの間にDNA-アデニル酸中間体を生成しない。この知
見は、Tth酵素による3'T/Gミスマッチのニック閉鎖は、Mn2+により加速されるこ
とを示唆している。他方でTsp. AK16D酵素は、Mg2+またはMn2+のいずれかによる
3'T/Gミスマッチライゲーションの間にDNA-アデニル酸中間体を蓄積した。これ
らの結果は、Tsp. AK16D DNAリガーゼによるMn2+での3'T/Gミスマッチのニック
閉鎖は、後期律速段階として残存し、これがこの酵素のより高い適合度を説明し
ていることを示唆している。
倍高いが、Tsp. AK16Dリガーゼでは約4-倍高い。従って、他のこれまでに試験し
たDNA酵素と同様に、DNAリガーゼも、Mg2+がMn2+で交換された場合に緩んだ特異
性を示す。 結果として、TthリガーゼおよびTsp. AK16Dリガーゼの適合度因子は
、各々、12-および6-倍低下された(表2-3)。驚くべきことに、Tsp. AK16D酵素は
、ミスマッチライゲーションに対してTth酵素よりも12-倍高い適合度を維持する
。金属補因子としてのMg2+の使用とは対照的に、Tthリガーゼは、Mn2+による3'T
/Gミスマッチライゲーションの間にDNA-アデニル酸中間体を生成しない。この知
見は、Tth酵素による3'T/Gミスマッチのニック閉鎖は、Mn2+により加速されるこ
とを示唆している。他方でTsp. AK16D酵素は、Mg2+またはMn2+のいずれかによる
3'T/Gミスマッチライゲーションの間にDNA-アデニル酸中間体を蓄積した。これ
らの結果は、Tsp. AK16D DNAリガーゼによるMn2+での3'T/Gミスマッチのニック
閉鎖は、後期律速段階として残存し、これがこの酵素のより高い適合度を説明し
ていることを示唆している。
【００９５】 Tth DNAリガーゼに関する研究は、熱安定性リガーゼの理解によって決まり、
かつライゲーションの共通のテーマである−KXDGモチーフでのリガーゼのアデニ
ル化を再確認している(Luoら、Nucleic Acids Res、24(15):3079-3085(1996)、
これは本明細書に参照として組入れられている)。本研究は、サームスリガーゼ
は、それらの一次タンパク質配列は非常に類似しているにもかかわらず、基質特
異性は互いに異なることも明らかにする。高度に相同的な構造は、様々なサーム
スリガーゼから予想することができるが、微妙な局所環境(local environment)
は、特定のミスマッチを基質として許容する可能性を指示することができる。サ
ームスリガーゼの適合度は、多ドメイン、多モチーフおよび／または多配列エレ
メントにより決定され得る。TthおよびTsp. AK16Dリガーゼを比較すると、K294R
(同一の局所環境、図1B参照)はTthリガーゼの適合度を増強するが(Luoら、Nucle
ic Acids Res、24(15):3071-3078(1996)、これは本明細書に参照として組入れら
れている)、この位置にKを伴うTsp. AK16Dリガーゼは、依然優れたミスマッチ識
別を発揮することがわかる。追加の配列エレメントはカバーされないままである
。KXDGモチーフの隣接位置でのR置換は、Tsp. AK16Dリガーゼの特異性に対し作
用することができるが、これはChlorellaリガーゼに関する研究が、ニック認知
に関するAMP結合ポケットの占拠の重要性を強調しているからである(Sriskanda
ら、Nucleic Acids Res、26(2):525-531(1998))。Tsp. AK16Dリガーゼといくつ
かの2価金属イオンによるDNA-アデニル酸中間体の蓄積は、ライゲーション反応
のニック閉鎖段階が金属イオン、ギャップのある基質およびミスマッチ基質の選
択に対し感受性があることを明らかにする。Tsp. AK16Dリガーゼに関する更なる
構造的および機能的研究は、いかにしてこの酵素が異なる基質および異なる金属
イオンに対して高い適合度を達成するかを明らかにすると思われる。
かつライゲーションの共通のテーマである−KXDGモチーフでのリガーゼのアデニ
ル化を再確認している(Luoら、Nucleic Acids Res、24(15):3079-3085(1996)、
これは本明細書に参照として組入れられている)。本研究は、サームスリガーゼ
は、それらの一次タンパク質配列は非常に類似しているにもかかわらず、基質特
異性は互いに異なることも明らかにする。高度に相同的な構造は、様々なサーム
スリガーゼから予想することができるが、微妙な局所環境(local environment)
は、特定のミスマッチを基質として許容する可能性を指示することができる。サ
ームスリガーゼの適合度は、多ドメイン、多モチーフおよび／または多配列エレ
メントにより決定され得る。TthおよびTsp. AK16Dリガーゼを比較すると、K294R
(同一の局所環境、図1B参照)はTthリガーゼの適合度を増強するが(Luoら、Nucle
ic Acids Res、24(15):3071-3078(1996)、これは本明細書に参照として組入れら
れている)、この位置にKを伴うTsp. AK16Dリガーゼは、依然優れたミスマッチ識
別を発揮することがわかる。追加の配列エレメントはカバーされないままである
。KXDGモチーフの隣接位置でのR置換は、Tsp. AK16Dリガーゼの特異性に対し作
用することができるが、これはChlorellaリガーゼに関する研究が、ニック認知
に関するAMP結合ポケットの占拠の重要性を強調しているからである(Sriskanda
ら、Nucleic Acids Res、26(2):525-531(1998))。Tsp. AK16Dリガーゼといくつ
かの2価金属イオンによるDNA-アデニル酸中間体の蓄積は、ライゲーション反応
のニック閉鎖段階が金属イオン、ギャップのある基質およびミスマッチ基質の選
択に対し感受性があることを明らかにする。Tsp. AK16Dリガーゼに関する更なる
構造的および機能的研究は、いかにしてこの酵素が異なる基質および異なる金属
イオンに対して高い適合度を達成するかを明らかにすると思われる。
【００９６】 本発明は例証のために詳細に説明されているが、このような詳細は単にその目
的のためであり、かつ当業者は、「特許請求の範囲」で定義された本発明の範囲
の精神から逸脱することなく変更を行うことができることが理解される。
的のためであり、かつ当業者は、「特許請求の範囲」で定義された本発明の範囲
の精神から逸脱することなく変更を行うことができることが理解される。
【図１】 図1A〜Cは、サームス DNAリガーゼの配列を比較している。図1A
は、サームス DNAリガーゼの進化樹を示している。図1Bは、9種のサームスリガ
ーゼの部分配列を並置している。T. Scotのaa(すなわちアミノ酸)配列は、アク
セッション番号1085749でGenebankから検索した。アデニル化モチーフKXDGには
下線をつけ、アデニル化部位には＊印をつけた。アミノ酸の番号は、Tsp. AK16D
リガーゼを基にした。図1Cは、Tsp. AK16Dリガーゼの完全なアミノ酸配列である
。アデニル化モチーフKXDGには下線をつけ、アデニル化部位118Kには残基の上に
印(*)をつけた。Tsp. AK16Dリガーゼ遺伝子の完全な配列および6個の他のサーム
スリガーゼ遺伝子の部分配列は、GenBankに、Tsp. AK16DはAF092862で、サーム
ス・アクアティカス(Thermus aquaticus)YT-1はAF092863で、サームス・フラバ
ス(Thermus flavus)はAF092864で、サームス・フィリフォルミス(Thermus filif
ormis)Tok4A2はAF092865で、サームス・フィリフォルミス(Thermus filiformis)
Tok6A1はAF092866で、Trp. Vil3はAF092867で、およびTsp. SM32はAF092868で登
録されている。
は、サームス DNAリガーゼの進化樹を示している。図1Bは、9種のサームスリガ
ーゼの部分配列を並置している。T. Scotのaa(すなわちアミノ酸)配列は、アク
セッション番号1085749でGenebankから検索した。アデニル化モチーフKXDGには
下線をつけ、アデニル化部位には＊印をつけた。アミノ酸の番号は、Tsp. AK16D
リガーゼを基にした。図1Cは、Tsp. AK16Dリガーゼの完全なアミノ酸配列である
。アデニル化モチーフKXDGには下線をつけ、アデニル化部位118Kには残基の上に
印(*)をつけた。Tsp. AK16Dリガーゼ遺伝子の完全な配列および6個の他のサーム
スリガーゼ遺伝子の部分配列は、GenBankに、Tsp. AK16DはAF092862で、サーム
ス・アクアティカス(Thermus aquaticus)YT-1はAF092863で、サームス・フラバ
ス(Thermus flavus)はAF092864で、サームス・フィリフォルミス(Thermus filif
ormis)Tok4A2はAF092865で、サームス・フィリフォルミス(Thermus filiformis)
Tok6A1はAF092866で、Trp. Vil3はAF092867で、およびTsp. SM32はAF092868で登
録されている。
【図２】 図2は、 Tsp. AK16Dリガーゼタンパク質のSDS-PAGE分析を示した
。レーン1、分子量マーカー；レーン2、誘導されない細胞溶解液；レーン3、誘
導された細胞溶解液；レーン4、70℃で加熱後の上清；レーン5、Hitrapブルーカ
ラムから溶離した画分。SDS-ポリアクリルアミドゲルは、0.1％ SDS-7.5％ポリ
アクリルアミドであり、かつ電気泳動後クーマシーブリリアントブルーで染色し
た。矢印は、Tsp. AK16Dリガーゼの位置である。
。レーン1、分子量マーカー；レーン2、誘導されない細胞溶解液；レーン3、誘
導された細胞溶解液；レーン4、70℃で加熱後の上清；レーン5、Hitrapブルーカ
ラムから溶離した画分。SDS-ポリアクリルアミドゲルは、0.1％ SDS-7.5％ポリ
アクリルアミドであり、かつ電気泳動後クーマシーブリリアントブルーで染色し
た。矢印は、Tsp. AK16Dリガーゼの位置である。
【図３】 図3A〜Cは、ライゲーション活性に対する塩、pH、およびNAD+の
作用を示している。Tsp. AK16Dリガーゼ：黒四角；Tthリガーゼ：白四角。図3A
は、pHの作用を明らかにしている。反応は、200nM ニック二重鎖基質、12.5pM T
thリガーゼまたはTsp. AK16Dリガーゼ、20mM Tris-HCl(pH値は、室温で測定した
)、10mM MgCl2、100mM KCl、10mM DTT、1mM NAD+、および20mg/ml BSAを含有す
る20μl混合物中で、65℃で10分間行った。図3Bは、塩の作用を示している。反
応は、200nM ニック二重鎖基質、12.5pM TthリガーゼまたはTsp. AK16Dリガーゼ
、20mM Tris-HCl(TthリガーゼについてはpH8.5、Tsp. AK16Dリガーゼについては
pH8.0)(室温で測定)、10mM MgCl2、指示量のKCl、10mM DTT、1mM NAD+、および2
0mg/ml BSAを含有する20μl混合物中で、65℃で10分間行った。図3Cは、NAD+の
作用を示している。Tthライゲーション反応は、200nM ニック二重鎖基質、12.5p
M Tthリガーゼおよび指示濃度のNAD+、20mM Tris-HCl(pH8.5)、5mM MgCl2、100m
M KCl、10mM DTT、1mM NAD+、および20mg/ml BSAを含有する20μl混合物中で、6
5℃で10分間行った。Tsp. AK16Dライゲーション反応は、200nM ニック二重鎖基
質、12.5pM Tthリガーゼ、および指示濃度のNAD+、20mM Tris-HCl(pH8.5)、5mM
MgCl2、50mM KCl、10mM DTT、1mM NAD+、および20mg/ml BSAを含有する20μl混
合物中で、65℃で10分間行った。
作用を示している。Tsp. AK16Dリガーゼ：黒四角；Tthリガーゼ：白四角。図3A
は、pHの作用を明らかにしている。反応は、200nM ニック二重鎖基質、12.5pM T
thリガーゼまたはTsp. AK16Dリガーゼ、20mM Tris-HCl(pH値は、室温で測定した
)、10mM MgCl2、100mM KCl、10mM DTT、1mM NAD+、および20mg/ml BSAを含有す
る20μl混合物中で、65℃で10分間行った。図3Bは、塩の作用を示している。反
応は、200nM ニック二重鎖基質、12.5pM TthリガーゼまたはTsp. AK16Dリガーゼ
、20mM Tris-HCl(TthリガーゼについてはpH8.5、Tsp. AK16Dリガーゼについては
pH8.0)(室温で測定)、10mM MgCl2、指示量のKCl、10mM DTT、1mM NAD+、および2
0mg/ml BSAを含有する20μl混合物中で、65℃で10分間行った。図3Cは、NAD+の
作用を示している。Tthライゲーション反応は、200nM ニック二重鎖基質、12.5p
M Tthリガーゼおよび指示濃度のNAD+、20mM Tris-HCl(pH8.5)、5mM MgCl2、100m
M KCl、10mM DTT、1mM NAD+、および20mg/ml BSAを含有する20μl混合物中で、6
5℃で10分間行った。Tsp. AK16Dライゲーション反応は、200nM ニック二重鎖基
質、12.5pM Tthリガーゼ、および指示濃度のNAD+、20mM Tris-HCl(pH8.5)、5mM
MgCl2、50mM KCl、10mM DTT、1mM NAD+、および20mg/ml BSAを含有する20μl混
合物中で、65℃で10分間行った。
【図４】 図4A〜Bは、Tsp. AK16D(斜線棒)およびTth(黒棒)リガーゼ活性の
2価カチオンの依存性を示している。図3Cに示したような反応緩衝液中に2nMニッ
ク二重鎖基質、0.5nM Tthリガーゼまたは1nM Tsp. AK16Dリガーゼ、および5mM指
示された2価カチオンを含む反応混合物(20μ1)を、65℃で10分間インキュベーシ
ョンした。図4Aは、金属補因子としての様々な2価イオンを用いたライゲーショ
ン反応を示す。図4Bは、ライゲーション産物およびDNAアデニル酸中間体を示す
代表的GeneScanゲルのクロマトグラムを示す：(-)：リガーゼが省かれた陰性対
照反応。Co2+は、DNA基質の沈殿を引き起こし、未反応基質の消失を生じた。
2価カチオンの依存性を示している。図3Cに示したような反応緩衝液中に2nMニッ
ク二重鎖基質、0.5nM Tthリガーゼまたは1nM Tsp. AK16Dリガーゼ、および5mM指
示された2価カチオンを含む反応混合物(20μ1)を、65℃で10分間インキュベーシ
ョンした。図4Aは、金属補因子としての様々な2価イオンを用いたライゲーショ
ン反応を示す。図4Bは、ライゲーション産物およびDNAアデニル酸中間体を示す
代表的GeneScanゲルのクロマトグラムを示す：(-)：リガーゼが省かれた陰性対
照反応。Co2+は、DNA基質の沈殿を引き起こし、未反応基質の消失を生じた。
【図５】 図5A〜Bは、Mg2＋（白四角)またはMn2+(黒四角)の存在下でのTth
(図5A)およびTsp. AK16D(図5B)リガーゼ活性の時間経過を示している。反応は、
図3Cに記したような反応緩衝液中に20nM ニック二重鎖基質、0.5nM Tthリガーゼ
または1nM Tsp. AK16Dリガーゼ、および5mM Mg2+またはMn2+を含有する100μl混
合物中で65℃で行った。アリコート(5μl)を、指定時刻に取り出し、等量の停止
溶液を添加し反応を停止した。
(図5A)およびTsp. AK16D(図5B)リガーゼ活性の時間経過を示している。反応は、
図3Cに記したような反応緩衝液中に20nM ニック二重鎖基質、0.5nM Tthリガーゼ
または1nM Tsp. AK16Dリガーゼ、および5mM Mg2+またはMn2+を含有する100μl混
合物中で65℃で行った。アリコート(5μl)を、指定時刻に取り出し、等量の停止
溶液を添加し反応を停止した。
【図６】 図6A〜Bは、Tsp. AK16D(図6A)およびTth(図6B)リガーゼ活性の2
価カチオン濃度依存性を示している。Mg2＋（白四角)；Mn2+(黒四角)。反応は、
図4Cに記したような反応緩衝液中に20nMニック二重鎖基質、0.5nM Tthリガーゼ
または1nM Tsp. AK16Dリガーゼ、および指定濃度のMg2+またはMn2+を含有する20
μl混合物中で65℃で2分間行った。
価カチオン濃度依存性を示している。Mg2＋（白四角)；Mn2+(黒四角)。反応は、
図4Cに記したような反応緩衝液中に20nMニック二重鎖基質、0.5nM Tthリガーゼ
または1nM Tsp. AK16Dリガーゼ、および指定濃度のMg2+またはMn2+を含有する20
μl混合物中で65℃で2分間行った。
【図７】 図7A〜Bは、ギャップおよび挿入基質のライゲーションを示して
いる。図7Aは、ギャップおよび挿入基質によるライゲーション産物の形成を示し
ている。反応は、反応緩衝液中に12.5nM ニック二重鎖基質、1.25pM Tthリガー
ゼまたは12.5nM Tsp. AK16Dリガーゼを含有する20μl混合物中で65℃で4時間行
った。図7Bは、提唱された反応経路が1nt(すなわちヌクレオチド)挿入基質のラ
イゲーションにつながることを示す。
いる。図7Aは、ギャップおよび挿入基質によるライゲーション産物の形成を示し
ている。反応は、反応緩衝液中に12.5nM ニック二重鎖基質、1.25pM Tthリガー
ゼまたは12.5nM Tsp. AK16Dリガーゼを含有する20μl混合物中で65℃で4時間行
った。図7Bは、提唱された反応経路が1nt(すなわちヌクレオチド)挿入基質のラ
イゲーションにつながることを示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ１２Ｎ 9/12 Ｃ１２Ｎ 15/00 ＺＮＡＡ Ｃ１２Ｑ 1/68 5/00 Ａ (72)発明者 カオ ウェイグ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 ニュー ヨーク 70ス ストリート ＃５エヌ 420 イー． (72)発明者 トング ジエ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 フォレ スト ヒルズ 112ス ストリート 72− 10 アパートメント ６エイチ Ｆターム(参考） 4B024 AA20 BA07 CA04 CA05 DA06 EA04 FA02 GA11 HA01 HA11 4B050 CC03 DD02 LL05 LL10 4B063 QA01 QA12 QQ42 QR32 QR55 QS34 4B065 AA01Y AA26X AB01 AC14 BA02 CA27 CA60
Claims (47)
- 【請求項１】 ライゲーション接合点の直前の塩基でライゲーション接合点
と隣接する3'末端を有するオリゴヌクレオチドプローブとのミスマッチが存在す
る標的配列にハイブリダイズされた一対のオリゴヌクレオチドプローブ間のライ
ゲーション接合点をシールした場合に、T4リガーゼよりも100倍高い適合度およ
び野生型サームス・サーモフィルス（Thermus thermophilus）のリガーゼよりも
6倍高い適合度を有する、熱安定性リガーゼ。 - 【請求項２】 ライゲーション接合点の最後から2番目の塩基でライゲーシ
ョン接合点と隣接する3'末端を有するオリゴヌクレオチドプローブとのミスマッ
チが存在する標的配列にハイブリダイズされた一対のオリゴヌクレオチドプロー
ブ間のライゲーション接合点をシールした場合に、T4リガーゼよりも50倍高い適
合度および野生型サームス・サーモフィルスのリガーゼよりも5倍高い適合度を
有する、請求項１記載の熱安定性リガーゼ。 - 【請求項３】 Mn2+補因子の存在下で、ライゲーション接合点の直前の塩基
でライゲーション接合点と隣接する3'末端を有するオリゴヌクレオチドプローブ
とのミスマッチが存在する標的配列にハイブリダイズされた一対のオリゴヌクレ
オチドプローブ間のライゲーション接合点をシールした場合に、野生型サームス
・サーモフィルスのリガーゼよりも12倍高い適合度を有する、請求項２記載の熱
安定性リガーゼ。 - 【請求項４】 KXDGモチーフ（式中、Xは任意のアミノ酸）においてその活
性部位リシンに隣接するアルギニンを有する、請求項３記載の熱安定性リガーゼ
。 - 【請求項５】 Mn2+補因子の存在下で、ライゲーション接合点の直前の塩基
でライゲーション接合点と隣接する3'末端を有するオリゴヌクレオチドプローブ
とのミスマッチが存在する標的配列にハイブリダイズされた一対のオリゴヌクレ
オチドプローブ間のライゲーション接合点をシールした場合に、野生型サームス
・サーモフィルスのリガーゼよりも12倍高い適合度を有する、請求項１記載の熱
安定性リガーゼ。 - 【請求項６】 KXDGモチーフ（式中、Xは任意のアミノ酸）においてその活
性部位リシンに隣接するアルギニンを有する、請求項５記載の熱安定性リガーゼ
。 - 【請求項７】 熱安定性リガーゼが、KXDGモチーフ（式中、Xは任意のアミ
ノ酸）においてその活性部位リシンに隣接するアルギニンを有する、請求項１記
載の熱安定性リガーゼ。 - 【請求項８】 SDS-PAGEで決定された分子量78〜81kDaを有する、請求項１
記載の熱安定性リガーゼ。 - 【請求項９】 配列番号：1のアミノ酸配列を有する、請求項１記載の熱安
定性リガーゼ。 - 【請求項１０】 ライゲーション接合点の最後から2番目の塩基でライゲー ション接合点と隣接する3'末端を有するオリゴヌクレオチドプローブとのミスマ ッチが存在する標的配列にハイブリダイズされた一対のオリゴヌクレオチドプロ ーブ間のライゲーション接合点をシールした場合に、T4リガーゼよりも50倍高い 適合度および野生型サームス・サーモフィルスのリガーゼよりも5倍高い適合度 を有する、熱安定性リガーゼ。
- 【請求項１１】 Mn2+補因子の存在下で、ライゲーション接合点の直前の塩 基でライゲーション接合点と隣接する3'末端を有するオリゴヌクレオチドプロー ブとのミスマッチが存在する標的配列にハイブリダイズされた一対のオリゴヌク レオチドプローブ間のライゲーション接合点をシールした場合に、野生型サーム ス・サーモフィルスのリガーゼよりも12倍高い適合度を有する、請求項10記載の 熱安定性リガーゼ。
- 【請求項１２】 KXDGモチーフ（式中、Xは任意のアミノ酸）においてその 活性部位リシンに隣接するアルギニンを有する、請求項11記載の熱安定性リガー ゼ。
- 【請求項１３】 KXDGモチーフ（式中、Xは任意のアミノ酸）においてその 活性部位リシンに隣接するアルギニンを有する、請求項10記載の熱安定性リガー ゼ。
- 【請求項１４】 活性KXDGモチーフ（式中、Xは任意のアミノ酸）に隣接す るアルギニンを有する、熱安定性リガーゼ。
- 【請求項１５】 Mn2+補因子の存在下で、ライゲーション接合点の直前の 塩基でライゲーション接合点と隣接する3'末端を有するオリゴヌクレオチドプロ ーブとのミスマッチが存在する標的配列にハイブリダイズされた一対のオリゴヌ クレオチドプローブ間のライゲーション接合点をシールした場合に、野生型サー ムス・サーモフィルスのリガーゼよりも12倍高い適合度を有する、熱安定性リガ ーゼ。
- 【請求項１６】 ライゲーション接合点の直前の塩基でライゲーション接合 点と隣接する3'末端を有するオリゴヌクレオチドプローブとのミスマッチが存在 する標的配列にハイブリダイズされた一対のオリゴヌクレオチドプローブ間のラ イゲーション接合点をシールした場合に、T4リガーゼよりも100倍高い適合度お よび野生型サームス・サーモフィルスのリガーゼよりも6倍高い適合度を有する 熱安定性リガーゼをコードしている単離DNA分子。
- 【請求項１７】 熱安定性リガーゼが、ライゲーション接合点の最後から2 番目の塩基でライゲーション接合点と隣接する3'末端を有するオリゴヌクレオチ ドプローブとのミスマッチが存在する標的配列にハイブリダイズされた一対のオ リゴヌクレオチドプローブ間のライゲーション接合点をシールした場合に、T4リ ガーゼよりも50倍高い適合度および野生型サームス・サーモフィルスのリガーゼ よりも5倍高い適合度を有する、請求項16記載の単離DNA分子。
- 【請求項１８】 熱安定性リガーゼが、Mn2+補因子の存在下で、ライゲーシ ョン接合点の直前の塩基でライゲーション接合点と隣接する3'末端を有するオリ ゴヌクレオチドプローブとのミスマッチが存在する標的配列にハイブリダイズさ れた一対のオリゴヌクレオチドプローブ間のライゲーション接合点をシールした 場合に、野生型サームス・サーモフィルスのリガーゼよりも12倍高い適合度を有 する、請求項16記載の単離DNA分子。
- 【請求項１９】 熱安定性リガーゼが、KXDGモチーフ（式中、Xは任意のア ミノ酸）においてその活性部位リシンに隣接するアルギニンを有する、請求項16 記載の単離DNA分子。
- 【請求項２０】 熱安定性リガーゼが、SDS-PAGEで決定された分子量78〜81 kDaを有する、請求項16記載の単離DNA分子。
- 【請求項２１】 熱安定性リガーゼが、配列番号：1のアミノ酸配列を有す る、請求項16記載の単離DNA分子。
- 【請求項２２】 配列番号：2のヌクレオチド配列を有する、請求項16記載 の単離DNA分子。
- 【請求項２３】 ストリンジェントな条件下で、配列番号：2を有する核酸 にハイブリダイズする、請求項16記載の単離DNA分子。
- 【請求項２４】 請求項16記載の異種DNA分子で形質導入されたDNA発現シス テム。
- 【請求項２５】 請求項17記載の異種DNA分子で形質導入されたDNA発現シス テム。
- 【請求項２６】 請求項18記載の異種DNA分子で形質導入されたDNA発現シス テム。
- 【請求項２７】 請求項19記載の異種DNA分子で形質導入されたDNA発現シス テム。
- 【請求項２８】 請求項16記載の異種DNA分子で形質導入された宿主細胞。
- 【請求項２９】 請求項17記載の異種DNA分子で形質導入された宿主細胞。
- 【請求項３０】 請求項18記載の異種DNA分子で形質導入された宿主細胞。
- 【請求項３１】 請求項30記載の異種DNA分子で形質導入された宿主細胞。
- 【請求項３２】 1個もしくは複数の単一塩基の変更、挿入、欠失または転 位により試料中の他のヌクレオチド配列とは異なる標的ヌクレオチド配列を試料 中において検出するための、下記の段階を含む方法： 1個もしくは複数の単一塩基の変更、挿入、欠失または転位により、試料中の
他のヌクレオチド配列とは異なる標的ヌクレオチド配列を含有する可能性がある
試料を提供する段階； 各々が、(a)標的特異的部分を有する第一のオリゴヌクレオチドプローブと、(
b)標的特異的部分を有する第二のオリゴヌクレオチドプローブとを特徴とする1
個または複数のオリゴヌクレオチドプローブセットを提供する段階であって、特
定のセットにおけるオリゴヌクレオチドプローブが、1個もしくは複数の単一塩
基の変更、挿入、欠失または転位により、試料中の他のヌクレオチド配列とは異
なる標的ヌクレオチド配列へのハイブリダイゼーションに適し、かつ標的ヌクレ
オチド配列上で互いに隣接してハイブリダイズされた場合に互いのライゲーショ
ンに適しているが、試料中に存在する任意の他のヌクレオチド配列にハイブリダ
イズされた場合にこのようなライゲーションを妨害するミスマッチを有する段階
； ライゲーション接合点の直前の塩基でライゲーション接合点と隣接する3'末端
を有するオリゴヌクレオチドプローブとのミスマッチが存在する標的配列にハイ
ブリダイズされた一対のオリゴヌクレオチドプローブ間のライゲーション接合点
をシールした場合に、T4リガーゼより100倍高い適合度および野生型サームス・
サーモフィルスのリガーゼよりも6倍高い適合度を有する熱安定性リガーゼを提
供する段階； 試料、1個または複数のオリゴヌクレオチドプローブセット、および熱安定性
リガーゼを配合し、リガーゼ検出反応混合物を形成する段階； 任意のハイブリダイズされたオリゴヌクレオチドが標的ヌクレオチド配列から
分離される変性処理と、試料中に存在する場合は、オリゴヌクレオチドプローブ
セットがそれらの各標的ヌクレオチド配列に対して塩基特異的な様式で隣接位置
でハイブリダイズし且つ互いにライゲーションするハイブリダイゼーション処理
とを含む1種以上のリガーゼ検出反応サイクルをリガーゼ検出反応混合物に施し
、リガーゼ検出反応混合物中の他の核酸から識別できる各セットについてライゲ
ーション産物配列と互いに結合された標的特異的部分を含むライゲーション産物
配列を形成する段階であって、該オリゴヌクレオチドプローブセットは、それら
の各標的ヌクレオチド配列以外の試料中のヌクレオチド配列にハイブリダイズす
ることができるが、1個または複数のミスマッチの存在のために互いにはライゲ
ーションせず、かつ変性処理時に個別に分離している段階；ならびに 試料中に存在する標的ヌクレオチド配列の結果として生産されたライゲーショ
ン産物配列の存在を検出する段階。 - 【請求項３３】 熱安定性リガーゼが、ライゲーション接合点の最後から2 番目の塩基でライゲーション接合点と隣接する3'末端を有するオリゴヌクレオチ ドプローブとのミスマッチが存在する標的配列にハイブリダイズされた一対のオ リゴヌクレオチドプローブ間のライゲーション接合点をシールした場合に、T4リ ガーゼよりも50倍高い適合度および野生型サームス・サーモフィルスのリガーゼ よりも5倍高い適合度を有する、請求項32記載の方法。
- 【請求項３４】 熱安定性リガーゼが、Mn2+補因子の存在下で、ライゲーシ ョン接合点の直前の塩基でライゲーション接合点と隣接する3'末端を有するオリ ゴヌクレオチドプローブとのミスマッチが存在する標的配列にハイブリダイズさ れた一対のオリゴヌクレオチドプローブ間のライゲーション接合点をシールした 場合に、野生型サームス・サーモフィルスのリガーゼよりも12倍高い適合度を有 する、請求項33記載の方法。
- 【請求項３５】 熱安定性リガーゼが、Mn2+補因子の存在下で、ライゲーシ ョン接合点の直前の塩基でライゲーション接合点と隣接する3'末端を有するオリ ゴヌクレオチドプローブとのミスマッチが存在する標的配列にハイブリダイズさ れた一対のオリゴヌクレオチドプローブ間のライゲーション接合点をシールした 場合に、野生型サームス・サーモフィルスのリガーゼよりも12倍高い適合度を有 する、請求項32記載の方法。
- 【請求項３６】 熱安定性リガーゼが、KXDGモチーフ（式中、Xは任意のア ミノ酸）においてその活性部位リシンに隣接するアルギニンを有する、請求項32 記載の方法。
- 【請求項３７】 熱安定性リガーゼが、SDS-PAGEで決定された分子量78〜81 kDaを有する、請求項32記載の方法。
- 【請求項３８】 熱安定性リガーゼが、配列番号：1のアミノ酸配列を有す る、請求項32記載の方法。
- 【請求項３９】 配合前に、試料中に存在する標的ヌクレオチド配列を増幅 する段階をさらに含む、請求項32記載の方法。
- 【請求項４０】 増幅がポリメラーゼ連鎖反応により行われる、請求項39記 載の方法。
- 【請求項４１】 1個もしくは複数の単一塩基の変更、挿入、欠失または転 位により他のヌクレオチド配列とは異なる第一および第二の相補的標的ヌクレオ チド配列から形成された標的二本鎖核酸を試料中において検出するための、下記 の段階を含む方法： 1個もしくは複数の単一塩基の変更、挿入、欠失または転位により試料中の他
のヌクレオチド配列とは異なる第一及び第二の相補的ヌクレオチド配列から形成
された標的二本鎖核酸を含有する可能性がある試料を提供する段階； (a)標的特異的部分を有する第一のオリゴヌクレオチドプローブと、(b)標的特
異的部分を有する第二のオリゴヌクレオチドプローブとを特徴とする第一のオリ
ゴヌクレオチドプローブセットを提供する段階であって、該第一のセット中のオ
リゴヌクレオチドプローブが、1個もしくは複数の単一塩基の変更、挿入、欠失
または転位により試料中の他のヌクレオチド配列とは異なる第一の標的ヌクレオ
チド配列に対し相補的であり、かつ第一の標的ヌクレオチド配列上で互いに隣接
してハイブリダイズされた場合に互いにライゲーションするのに適しているが、
試料中に存在する任意の他のヌクレオチド配列へハイブリダイズされる場合にこ
のようなライゲーションを妨害するミスマッチを有する段階； (a)標的特異的部分を有する第三のオリゴヌクレオチドプローブ、および(b)標
的特異的部分を有する第四のオリゴヌクレオチドプローブを特徴とする第二のオ
リゴヌクレオチドプローブセットを提供する段階であって、第二のセット中のオ
リゴヌクレオチドプローブが、1個もしくは複数の単一塩基の変更、挿入、欠失
または転位により、試料中の他のヌクレオチド配列とは異なる第二の標的ヌクレ
オチド配列に対し相補的であり、かつ第二の標的ヌクレオチド配列上で互いに隣
接してハイブリダイズされた場合に互いにライゲーションするのに適しているが
、試料中に存在する任意の他のヌクレオチド配列へハイブリダイズされた場合に
このようなライゲーションを妨害するミスマッチを有する段階； ライゲーション接合点の直前の塩基でライゲーション接合点と隣接する3'末端
を有するオリゴヌクレオチドプローブとのミスマッチが存在する標的配列にハイ
ブリダイズされた一対のオリゴヌクレオチドプローブ間のライゲーション接合点
をシールした場合に、T4リガーゼより100倍高い適合度および野生型サームス・
サーモフィルスのリガーゼよりも6倍高い適合度を有する熱安定性リガーゼを提
供する段階； 試料と、第一及び第二のオリゴヌクレオチドプローブセットと、熱安定性リガ
ーゼとを配合することにより、リガーゼ連鎖反応混合物を形成する段階； ハイブリダイズされた任意のオリゴヌクレオチドが標的オリゴヌクレオチド配
列から分離される変性処理と、試料中に存在する場合は、オリゴヌクレオチドプ
ローブセットがそれらの各標的ヌクレオチド配列に対して塩基特異的な様式で隣
接位置でハイブリダイズし且つ互いにライゲーションするハイブリダイゼーショ
ン処理とを含む1種以上のリガーゼ連鎖反応サイクルをリガーゼ連鎖反応混合物
に施し、リガーゼ連鎖反応混合物中の他の核酸から識別できる各セットについて
ライゲーション産物配列と互いに結合された標的特異的部分を含むライゲーショ
ン産物配列を形成する段階であって、該オリゴヌクレオチドプローブセットはそ
れらの各標的ヌクレオチド配列以外の試料中のヌクレオチド配列にハイブリダイ
ズすることができるが、1個または複数のミスマッチの存在のために互いにはラ
イゲーションせず、かつ変性処理時に個別に分離している段階；ならびに 試料中に存在する標的ヌクレオチド配列の結果として生産されたライゲーショ
ン産物配列の存在を検出する段階。 - 【請求項４２】 熱安定性リガーゼが、ライゲーション接合点の最後から2 番目の塩基でライゲーション接合点と隣接する3'末端を有するオリゴヌクレオチ ドプローブとのミスマッチが存在する標的配列にハイブリダイズされた一対のオ リゴヌクレオチドプローブ間のライゲーション接合点をシールした場合に、T4リ ガーゼよりも50倍高い適合度および野生型サームス・サーモフィルスのリガーゼ よりも5倍高い適合度を有する、請求項41記載の方法。
- 【請求項４３】 熱安定性リガーゼが、Mn2+補因子の存在下で、ライゲーシ ョン接合点の直前の塩基でライゲーション接合点と隣接する3'末端を有するオリ ゴヌクレオチドプローブとのミスマッチが存在する標的配列にハイブリダイズさ れた一対のオリゴヌクレオチドプローブ間のライゲーション接合点をシールした 場合に、野生型サームス・サーモフィルスのリガーゼよりも12倍高い適合度を有 する、請求項42記載の方法。
- 【請求項４４】 熱安定性リガーゼが、Mn2+補因子の存在下で、ライゲーシ ョン接合点の直前の塩基でライゲーション接合点と隣接する3'末端を有するオリ ゴヌクレオチドプローブとのミスマッチが存在する標的配列にハイブリダイズさ れた一対のオリゴヌクレオチドプローブ間のライゲーション接合点をシールした 場合に、野生型サームス・サーモフィルスのリガーゼよりも12倍高い適合度を有 する、請求項41記載の方法。
- 【請求項４５】 熱安定性リガーゼが、KXDGモチーフ（式中、Xは任意のア ミノ酸）においてその活性部位リシンに隣接するアルギニンを有する、請求項42 記載の方法。
- 【請求項４６】 熱安定性リガーゼが、SDS-PAGEで決定された分子量78〜81 kDaを有する、請求項41記載の方法。
- 【請求項４７】 熱安定性リガーゼが、配列番号：1のアミノ酸配列を有す る、請求項41記載の方法。
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