JP2003504595A - Carrier for immobilizing nucleic acids on a solid support - Google Patents

Carrier for immobilizing nucleic acids on a solid support

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Abstract

(57)【要約】 固体支持体上の核酸固定化のための担体および方法を開示する。活性化エステル含有ポリアニオンが固体支持体に共有結合される。1つの好ましい態様においてポリアニオンはポリアクリル酸である。   (57) [Summary] Disclosed are carriers and methods for immobilizing nucleic acids on a solid support. The activated ester-containing polyanion is covalently bound to the solid support. In one preferred embodiment, the polyanion is polyacrylic acid.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】 背景技術 1.技術分野 本発明は、DNAチップの作製に使用される核酸固定化用担体に関する。また
、本発明は、該担体への核酸の固定化方法、及び当該担体での標的核酸の検出方
法に関する。
BACKGROUND ART 1. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a nucleic acid-immobilized carrier used for producing a DNA chip. The present invention also relates to a method for immobilizing nucleic acid on the carrier and a method for detecting target nucleic acid on the carrier.

【0002】 2.関連技術 ゲノム解析技術の進展により、各種生物ゲノムの構造が解明されつつある。こ
れと並行して、ゲノムの機能解析のための技術開発がすすめられている。このよ
うな状況で、DNAチップ(DNAマイクロアレイ)は注目されている技術であ
る。DNAチップは、スライドガラス等の固相担体表面に多数の異なる遺伝子あ
るいはその断片(DNA断片)を固定化したマイクロアレイであり、遺伝子の発
現、変異および多型性の解析に有用である。
2. Related Technology With the progress of genome analysis technology, the structure of various organism genomes is being elucidated. In parallel with this, technological development for functional analysis of the genome is being promoted. In such a situation, the DNA chip (DNA microarray) is a technology that has been drawing attention. The DNA chip is a microarray in which a large number of different genes or fragments thereof (DNA fragments) are immobilized on the surface of a solid phase carrier such as a slide glass, and is useful for gene expression, mutation and polymorphism analysis.

【0003】 標的核酸の担体への固定化法は、DNAチップを作製するために必要な基本技
術であり、DNAチップの作製には大きく分けて2通りの方法が使用されている
。一つは、担体上に共有結合したリンカーの先端で核酸を化学合成する方法で、
例えば、サイエンス(Science)、第251巻、767−773頁(1991)
およびヌクレイック・アシッズ・リサーチ(Nucleic Acids Research)、第20
巻、1679−1684頁(1992)に記載されている。この方法でDNAは
オリゴヌクレオチドに限られており、また、反応を制御するための特殊な装置を
必要とし、一般的ではない。
The method of immobilizing a target nucleic acid on a carrier is a basic technique required for producing a DNA chip, and two methods are roughly used for producing a DNA chip. One is a method of chemically synthesizing a nucleic acid at the tip of a linker covalently bonded on a carrier,
For example, Science, Vol. 251, pp. 767-773 (1991).
And Nucleic Acids Research, 20th
Vol., Pp. 1679-1684 (1992). In this way DNA is uncommon because it is limited to oligonucleotides and requires specialized equipment to control the reaction.

【0004】 もう一つの方法は、予め合成されたDNAやPCR(ポリメラーゼ連鎖反応)
で調製されたDNA(PCR増幅産物)を担体に共有結合あるいは非共有結合さ
せる方法で、例えば、サイエンス(Science)、第270巻、467−470頁
(1995)およびヌクレイック・アシッズ・リサーチ(Nucleic Acids Resear
ch)、第22巻、5456−5465頁(1994)に記載されている。
Another method is pre-synthesized DNA or PCR (polymerase chain reaction).
By a method of covalently or non-covalently binding the DNA (PCR amplification product) prepared in 1. to a carrier, for example, Science, Volume 270, pp. 467-470 (1995) and Nucleic Acids Research (Nucleic Acids). Resear
ch), Vol. 22, pp. 5456-5465 (1994).

【0005】 非共有結合による固定化方法においては、SSC(塩化ナトリウム/クエン酸
ナトリウム)等の塩溶液に溶解したDNA(またはRNA)をそのままあるいは
変性処理した後、ポリリジンやポリエチレンイミン等の塩基性ポリカチオンでコ
ートした、あるいはアミン含有シラン化合物(例えば、3−アミノプロピルトリ
エトキシシラン)でシラン処理したスライドガラスにスポットし、UV照射によ
り固定化する。この方法によれば、どのようなDNA(またはRNA)も固定化
することができるはずである。
In the immobilization method by non-covalent bond, DNA (or RNA) dissolved in a salt solution such as SSC (sodium chloride / sodium citrate) is treated as it is or after denaturation, and then a basic substance such as polylysine or polyethyleneimine is used. A polycation-coated silane compound or a silane-treated silane compound (for example, 3-aminopropyltriethoxysilane) is spotted on a glass slide and fixed by UV irradiation. This method should be able to immobilize any DNA (or RNA).

【0006】 しかしながら、実際には、この方法では、オリゴヌクレオチドや短鎖DNA(
0.3Kb未満)は固定化されにくい。また、長鎖DNA(0.3Kb超)を非
共有結合する場合においても、洗浄やハイブリダイゼーションの工程でDNAが
担体から剥離する可能性があり、標的核酸の検出感度を低下させる要因となり得
る。
However, in practice, in this method, oligonucleotides and short DNA (
(Less than 0.3 Kb) is hard to be immobilized. Further, even in the case of non-covalently binding long-chain DNA (more than 0.3 Kb), the DNA may be separated from the carrier in the washing and hybridization steps, which may be a factor that lowers the detection sensitivity of the target nucleic acid.

【0007】 さらには、非共有結合による固定化方法には、担体表面に残存する塩基性官能
基(陽イオン)とプローブ核酸(陰イオン)との非特異的な結合により、バック
グラウンドシグナルが高くなるという制約がある。残存するアミノ基をアセチル
化(無水コハク酸などの無水物によるアミンのカルボン酸への転換)によりブロ
ッキングする方法が知られているが、この転換は必ずしも完全ではない。
Further, in the immobilization method by non-covalent bond, the background signal is high due to the non-specific bond between the basic functional group (cation) remaining on the surface of the carrier and the probe nucleic acid (anion). There is a constraint that A method for blocking the remaining amino group by acetylation (conversion of amine to carboxylic acid with anhydride such as succinic anhydride) is known, but this conversion is not always complete.

【0008】 核酸としては短鎖核酸、長鎖核酸、一本鎖核酸、二本鎖核酸、DNA、RNA
を含む多くの種類があり、その各々の種類の核酸の固定化に適し、高感度で標的
核酸の検出に使用することができる担体の開発が求められている。
As the nucleic acid, short-chain nucleic acid, long-chain nucleic acid, single-stranded nucleic acid, double-stranded nucleic acid, DNA, RNA
There is a need for development of carriers that are suitable for immobilization of each type of nucleic acid and that can be used for detection of target nucleic acid with high sensitivity.

【0009】 発明の概要 本発明の主な目的は、(1)高効率で核酸を固定化できる新規な核酸固定化用
担体の作製;(2)核酸を固定化した担体(すなわち、作製されたDNAマイク
ロアレイ);(3)固定化核酸の製造方法;および(4)核酸を固定化した担体
を用いる核酸の検出方法である。
SUMMARY OF THE INVENTION The main objects of the present invention are (1) preparation of a novel carrier for immobilizing nucleic acid capable of immobilizing nucleic acid with high efficiency; (2) carrier on which nucleic acid is immobilized (ie, prepared) DNA microarray); (3) method for producing immobilized nucleic acid; and (4) method for detecting nucleic acid using a carrier on which nucleic acid is immobilized.

【0010】 本発明を概説すれば、本発明の第1の発明は、核酸の結合のために表面にポリ
アニオンを有する核酸固定化用担体に関する。1つの好ましい態様においてポリ
アニオンはポリアクリル酸であるが、いずれものポリアニオンを使用することが
できる。
When the present invention is outlined, the first invention of the present invention relates to a carrier for immobilizing a nucleic acid having a polyanion on the surface for binding a nucleic acid. In one preferred embodiment, the polyanion is polyacrylic acid, but any polyanion can be used.

【0011】 本発明の第2の発明は共有結合を介する核酸の担体への固定化を含む。好まし
い方法はカルボン酸官能基の活性化エステルへの転換を含む。次いで、活性化エ
ステルをアミン修飾核酸と反応させる。
The second aspect of the present invention involves immobilizing nucleic acid to a carrier via a covalent bond. A preferred method involves conversion of the carboxylic acid functionality to an activated ester. The activated ester is then reacted with the amine modified nucleic acid.

【0012】 本発明の第1、第2の発明の態様において、担体は非多孔性表面であり、ガラ
スが好適である。
In the first and second aspects of the present invention, the carrier has a non-porous surface, and glass is preferable.

【0013】 本発明の第3の発明は核酸が固定化された担体であって、ポリアニオンの活性
化エステル型を介して核酸が担体に共有結合している、核酸が固定化された担体
に関する。本発明の第3の発明の態様において、ポリアニオンは好ましくはポリ
アクリル酸であり、好ましい活性化エステルは、カルボジイミドカップリングを
介してポリアニオンおよびペンタフルオロフェノールから調製されるペンタフル
オロフェノールエステルである。
The third invention of the present invention relates to a carrier on which nucleic acid is immobilized, wherein the nucleic acid is covalently bound to the carrier via the activated ester type of polyanion. In a third inventive aspect of the invention, the polyanion is preferably polyacrylic acid and the preferred activated ester is a pentafluorophenol ester prepared from the polyanion and pentafluorophenol via carbodiimide coupling.

【0014】 本発明の第4の発明は核酸の担体への固定化方法であって、ポリアニオンの活
性化エステル誘導体でコートした担体を、アミン修飾核酸と接触させる、核酸の
担体への固定化方法に関する。本発明の第4の発明の態様において、ポリアニオ
ンは好ましくはポリアクリル酸であり、担体は好ましくは非多孔性であり、非多
孔性担体としてはガラスが好適である。
A fourth invention of the present invention is a method for immobilizing a nucleic acid on a carrier, which comprises contacting a carrier coated with an activated ester derivative of a polyanion with an amine-modified nucleic acid. Regarding In the fourth aspect of the present invention, the polyanion is preferably polyacrylic acid, the carrier is preferably non-porous, and glass is suitable as the non-porous carrier.

【0015】 本発明の第4の発明の態様において、核酸は活性化エステル誘導体と反応性を
有する官能基で修飾された核酸であり、好ましくは核酸をアミノ基で修飾する。
In the fourth aspect of the present invention, the nucleic acid is a nucleic acid modified with a functional group reactive with an activated ester derivative, preferably the nucleic acid is modified with an amino group.

【0016】 本発明の第5の発明は、限定するものではないが、下記工程を包含することを
特徴とする被検体(または試料)中の標的核酸の検出方法に関する: a)核酸固定化用担体がポリアニオンの活性化エステル誘導体となる工程であ
って、ポリアニオンはスライドガラスの表面に事前に共有結合されている; b)上記活性化エステル誘導体と、当該エステル誘導体と反応性を有する官能
基で修飾された核酸とを反応させる工程; c)担体に固定化された核酸(標的核酸)と、相補的な核酸(プローブ核酸)
とをハイブリダイズさせる工程; d)ハイブリダイズした核酸を検出する工程。
A fifth invention of the present invention relates to a method of detecting a target nucleic acid in a sample (or sample), including but not limited to the following steps: a) for immobilizing nucleic acid In the step in which the carrier becomes an activated ester derivative of a polyanion, the polyanion is previously covalently bound to the surface of the glass slide; and b) the activated ester derivative and a functional group reactive with the ester derivative. A step of reacting with a modified nucleic acid; c) a nucleic acid immobilized on a carrier (target nucleic acid) and a complementary nucleic acid (probe nucleic acid)
And a step of hybridizing; and d) a step of detecting hybridized nucleic acids.

【0017】 本発明の第6の発明は、限定するものではないが、下記工程を包含することを
特徴とする被検体中の核酸の検出方法に関する: a)担体の活性化エステル誘導体と、当該活性化エステル誘導体と反応性を有
する官能基で修飾された核酸とを反応させる工程; b)担体に固定化された核酸と、相補的な核酸とをハイブリダイズさせる工程
; c)ハイブリダイズした核酸を検出する工程。
A sixth invention of the present invention relates to, but is not limited to, a method of detecting a nucleic acid in a subject, comprising the steps of: a) an activated ester derivative of a carrier, Reacting an activated ester derivative with a nucleic acid modified with a reactive functional group; b) hybridizing a nucleic acid immobilized on a carrier with a complementary nucleic acid; c) a hybridized nucleic acid Of detecting.

【0018】 詳細な説明 ポリアニオンとは2個以上の負電荷を含むポリマーである。[0018] Detailed description   A polyanion is a polymer containing two or more negative charges.

【0019】 核酸なる用語は、オリゴヌクレオチド、メッセンジャーRNA、アンチセンス
、プラスミドDNA、プラスミドDNAの部分、またはウイルス(ウイルスDN
A)、直鎖DNAもしくは染色体DNA由来遺伝物質の形態の、デオキシリボ核
酸(DNA)およびリボ核酸(RNA)を包含する。
The term nucleic acid refers to an oligonucleotide, messenger RNA, antisense, plasmid DNA, a portion of plasmid DNA, or a virus (virus DN).
A), deoxyribonucleic acid (DNA) and ribonucleic acid (RNA) in the form of genetic material derived from linear or chromosomal DNA.

【0020】 恒湿器は固定された湿度範囲に維持できるいずれかのチャンバーである。[0020]   A humidity chamber is any chamber that can maintain a fixed humidity range.

【0021】 本発明における核酸を固定化する担体は、DNAチップやバイオセンサーに使
用出来るものであれば特に限定はないが、好ましくは、非多孔性でなめらかな表
面を有する支持体からなり、スライドガラスまたはシリカビーズのような材料が
好適に使用出来る。
The carrier for immobilizing the nucleic acid in the present invention is not particularly limited as long as it can be used in a DNA chip or a biosensor, but it is preferably a non-porous support having a smooth surface and a slide. Materials such as glass or silica beads are preferably used.

【0022】 1つの態様において、担体表面にポリアニオンと反応できる官能基(この場合
アミノ基)を与えるように担体を3−アミノプロピルトリエトキシシランで処理
する。ガラス担体の表面に官能基を導入できるいずれかのシランを本発明におい
て使用することができる。次いで、ポリアニオンを、カルボジイミドカップリン
グ反応を介して担体のシラン処理した表面に共有結合させることができる。
In one embodiment, the support is treated with 3-aminopropyltriethoxysilane to provide the support surface with a functional group (in this case an amino group) capable of reacting with a polyanion. Any silane capable of introducing functional groups on the surface of the glass carrier can be used in the present invention. The polyanion can then be covalently attached to the silanized surface of the support via a carbodiimide coupling reaction.

【0023】 ポリアニオンは、プローブ核酸との非特異的結合(静電的)を妨げる効果のあ
る、カルボキシル基、リン酸基、硫酸基等の酸性官能基を有し、担体表面に共有
結合され、ポリアクリル酸、ポリグルタミン酸、ポリアスパラギン酸およびポリ
リン酸が好適に用いられる。これらのポリアニオンを、カルボジイミド(または
その他の活性化エステル)化学反応を介して担体のシラン処理した表面に結合さ
せる。
The polyanion has an acidic functional group such as a carboxyl group, a phosphate group and a sulfate group, which has an effect of preventing non-specific binding (electrostatic) to the probe nucleic acid, and is covalently bonded to the carrier surface. Polyacrylic acid, polyglutamic acid, polyaspartic acid and polyphosphoric acid are preferably used. These polyanions are attached to the silanized surface of the support via carbodiimide (or other activated ester) chemistry.

【0024】 これらのポリアニオンコートした担体に標的核酸を固定化するためには、ポリ
アニオンの酸性官能基を活性化しておく(活性化エステルを形成させる)必要が
ある。例えば、カルボキシル基であればペンタフルオロフェノールを、リン酸基
であればイミダゾールエステルを、活性化エステル誘導体として使用することが
できる。
In order to immobilize the target nucleic acid on these polyanion-coated carriers, it is necessary to activate the acidic functional group of the polyanion (form an activated ester). For example, pentafluorophenol can be used as a carboxyl group, and imidazole ester can be used as a phosphoric acid group as an activated ester derivative.

【0025】 担体に固定化する核酸としては、特に限定はなく、合成オリゴヌクレオチド、
ポリヌクレオチドまたはそれらの誘導体のいずれも使用することができる。これ
らの核酸(DNAまたはRNA)は一本鎖、二本鎖のいずれの形態も使用するこ
とができる。該誘導体としては、担体表面への固定化を可能にする修飾を有して
いれば特に制限はないが、例えば、DNAの5’末端がアミノ基、チオール基、
リン酸基、アルデヒド基で修飾された誘導体を例示することができる。また、修
飾した5’末端に架橋剤や、スぺーサーとしてのリンカー、例えばアルキルアミ
ン等を付加した誘導体も使用することが出来る。本発明においては、5’末端の
修飾はオリゴヌクレオチドのような短鎖核酸の固定化に特に有効である。種々の
官能基またはシグナル基(signaling group)を導入するように共有結合により
修飾されたいずれの核酸を使用することもでき、MirusのLabelIT試
薬を使用して核酸を修飾してもよい。
The nucleic acid immobilized on the carrier is not particularly limited, and synthetic oligonucleotides,
Any of the polynucleotides or their derivatives can be used. These nucleic acids (DNA or RNA) can be used in either single-stranded or double-stranded form. The derivative is not particularly limited as long as it has a modification that enables it to be immobilized on the surface of a carrier. For example, the 5'end of DNA is an amino group, a thiol group,
Examples thereof include derivatives modified with a phosphate group and an aldehyde group. Further, a derivative obtained by adding a cross-linking agent or a linker as a spacer, such as an alkylamine, to the modified 5 ′ end can also be used. In the present invention, modification of the 5'end is particularly effective for immobilizing short-chain nucleic acids such as oligonucleotides. Any nucleic acid covalently modified to introduce a variety of functional or signaling groups can be used, and the Mirrus LabelIT reagent can be used to modify the nucleic acid.

【0026】 前記修飾核酸を、0.01〜2.0mg/ml、好ましくは0.1〜1.0m
g/mlとなるように、固定化に好適な溶液、例えば、20mM MOPS(3
−モルホリノプロパンスルホン酸)緩衝液(pH7.5)、あるいは50mM炭
酸緩衝液(pH9.5)に溶解し、そのままあるいは変性処理した後、表面処理
してエステル官能基を活性化した前記担体と接触させることにより、所望の核酸
を担体に固定化することができる。すなわち、前記DNA溶液をマイクロピペッ
トやDNAチップ作製装置(DNAアレイヤー)を用いて前記表面処理して活性
化されたエステル官能基を有する担体に一定量ずつスポットする。恒湿器中に3
0〜60分保持した後、2%SDS(ドデシル硫酸ナトリウム)、蒸留水の順で
洗浄する。さらに、必要とあれば核酸を固定化した担体を室温で0.3N Na
OHに5分間、あるいは沸騰水中に2分間浸漬して核酸を変性させ、蒸留水、無
水エタノールの順で洗浄、乾燥させる。この処理によって、核酸と未反応の活性
化エステル基は、カルボン酸部分に加水分解される(すなわち負に荷電する)。
これらの酸性基は、プローブ核酸と担体との非特異的な静電結合を妨げるので、
一般的には、ポリリジンスライドに必要な無水コハク酸ブロッキング操作が省略
できる。これらの酸性基はまたバックグラウンドシグナルを低下させる。
The modified nucleic acid is 0.01 to 2.0 mg / ml, preferably 0.1 to 1.0 m
A solution suitable for immobilization, such as 20 mM MOPS (3
-Dissolve in morpholino propane sulfonic acid) buffer (pH 7.5) or 50 mM carbonate buffer (pH 9.5) and contact with the above-mentioned carrier which has been surface-treated to undergo ester surface functionalization as it is or after denaturing treatment. By so doing, the desired nucleic acid can be immobilized on the carrier. That is, the DNA solution is spotted on a carrier having an ester functional group activated by the surface treatment by using a micropipette or a DNA chip manufacturing apparatus (DNA arrayer) by a predetermined amount. 3 in the humidity chamber
After holding for 0 to 60 minutes, 2% SDS (sodium dodecyl sulfate) and distilled water are washed in this order. Further, if necessary, the carrier on which the nucleic acid is immobilized can be treated with 0.3 N Na at room temperature.
The nucleic acid is denatured by immersing in OH for 5 minutes or in boiling water for 2 minutes, washed with distilled water and absolute ethanol in this order, and dried. By this treatment, the activated ester group that has not reacted with the nucleic acid is hydrolyzed (that is, negatively charged) to the carboxylic acid moiety.
Since these acidic groups prevent nonspecific electrostatic binding between the probe nucleic acid and the carrier,
Generally, the succinic anhydride blocking operation required for polylysine slides can be omitted. These acidic groups also reduce the background signal.

【0027】 このようにして担体に固定化された核酸量は、蛍光標識した核酸を用いて測定
することができる。標識標的核酸の共有結合による固定化操作を行い、残存する
蛍光シグナルを検出することができる。本発明の固定化方法は、固定化効率が高
く、固定化された核酸はハイブリダイゼーションの条件下で剥離することはない
ので(核酸は担体に共有結合しているので)、遺伝子の発現レベル、変異、多型
性等の高感度検出に利用することが出来る。
The amount of nucleic acid immobilized on the carrier in this manner can be measured using a fluorescently labeled nucleic acid. The remaining fluorescent signal can be detected by performing an immobilization operation by covalent bonding of the labeled target nucleic acid. The immobilization method of the present invention has high immobilization efficiency, and the immobilized nucleic acid does not peel off under the hybridization conditions (since the nucleic acid is covalently bound to the carrier), the gene expression level, It can be used for highly sensitive detection of mutations and polymorphisms.

【0028】 担体(例えばDNAチップ)に共有結合した標的核酸の検出には、一般的なハ
イブリダイゼーション方法が用いられる。プローブ核酸を蛍光色素(またはその
他のシグナル基)で標識し、アルカリ、または熱変性した後、ハイブリダイゼー
ション溶液に加え、その5〜20μlをアレイ表面に滴下し、その上に空気がは
いらないようにカバーガラスをのせ、これを恒湿器に入れ、適当な温度で適当な
時間保持した後カバーガラスをはずし、スライドガラスを十分洗浄し、水滴を除
いて蛍光スキャナー(蛍光リーダー)で蛍光シグナルを検出する。
A general hybridization method is used for detecting the target nucleic acid covalently bound to a carrier (for example, a DNA chip). The probe nucleic acid is labeled with a fluorescent dye (or other signal group), denatured with alkali or heat, and then added to the hybridization solution, and 5 to 20 μl thereof is dropped on the array surface so that air is not put on it. Place a cover glass, put it in a humidity chamber, hold it at a suitable temperature for a suitable time, remove the cover glass, wash the slide glass thoroughly, remove water droplets, and detect the fluorescence signal with a fluorescence scanner (fluorescence reader) To do.

【0029】 本発明のポリアニオンコートしたスライドガラスは核酸を効率良く固定化でき
る。共有結合したポリアニオンによって担体の表面に形成された三次元マトリッ
クスにより、核酸の固定化量が多くなる。
The polyanion-coated slide glass of the present invention can efficiently immobilize nucleic acid. The three-dimensional matrix formed on the surface of the carrier by the covalently bound polyanion increases the amount of nucleic acid immobilized.

【0030】 本発明の核酸が固定化された担体によって、核酸のシグナル検出が高感度で低
バックグランドとなる。標的核酸と未反応のポリアニオンの活性化エステル誘導
体は加水分解によりポリアニオンになり、負荷電のプローブ核酸の担体への非特
異的結合は阻止される。
The nucleic acid-immobilized carrier of the present invention enables detection of nucleic acid signals with high sensitivity and low background. The activated ester derivative of the polyanion unreacted with the target nucleic acid is hydrolyzed to the polyanion, and the nonspecific binding of the negatively charged probe nucleic acid to the carrier is blocked.

【0031】 本発明によれば、(1)標的核酸(オリゴヌクレオチドを含む)が高い効率で
担体に固定化され、(2)固定化後のブロッキング操作が省略でき、(3)標的
核酸と担体との非特異的な結合が最小限に抑えられ、(4)ポリアニオン処理に
よる三次元効果でハイブリダイゼーションの効率が高まる等の結果として、高感
度で標的核酸が検出ができる。
According to the present invention, (1) the target nucleic acid (including the oligonucleotide) is immobilized on the carrier with high efficiency, (2) the blocking operation after immobilization can be omitted, and (3) the target nucleic acid and the carrier. As a result that non-specific binding with and is minimized and (4) the efficiency of hybridization is increased by the three-dimensional effect of the polyanion treatment, the target nucleic acid can be detected with high sensitivity.

【0032】 実施例 以下の実施例により、さらに詳細に本発明を説明するが、本発明は実施例の範
囲に限定されるものではない。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail by the following examples, but the present invention is not limited to the scope of the examples.

【0033】 実施例1 (1)標準DNAとして、それぞれ配列表の配列番号1及び2に示す2種類の
ファージDNA断片(それぞれ1.0Kbおよび0.3Kbで、後者は前者の一
部)をPCRにより調製した。
Example 1 (1) As standard DNA, PCR was carried out using two types of phage DNA fragments (1.0 Kb and 0.3 Kb, respectively, the latter part of the former) shown in SEQ ID NOS: 1 and 2 of the sequence listing. Was prepared by.

【0034】 すなわち、ファージDNAを鋳型として配列表の配列番号3に示すプライマー
Sと配列表の配列番号4に示すプライマーA1000の組み合わせと、プライマ
ーSと配列表の配列番号5に示すプライマーA300の組み合わせでそれぞれP
CRを行った。その後、各増幅断片をQiaquick PCR purifi
cation kit 96(キアゲン社製)を用い、添付説明書に従って精製
した。カラムからのDNAの溶出は蒸留水にて行い、凍結乾燥により濃縮した。
That is, a combination of the primer S shown in SEQ ID NO: 3 of the sequence listing and the primer A1000 shown in SEQ ID NO: 4 of the sequence listing and the combination of primer S and primer A300 shown in SEQ ID NO: 5 of the sequence listing using phage DNA as a template. And P respectively
CR was performed. Then, each amplified fragment was subjected to Qiaquick PCR purify.
The product was purified using a catation kit 96 (manufactured by Qiagen) according to the attached instruction. Elution of DNA from the column was performed with distilled water and concentrated by freeze-drying.

【0035】 各DNA断片を20mM MOPS緩衝液(pH7.5)に溶解し、GMS4
17アレイヤー(Genetic MicroSystems社製)を用いて表面にアミノ基を有する
市販のスライドガラス上にアレイを作製した。スライドガラスは、DNAチップ
作製に広く用いられている、ポリ−L−リジンをコートしたPOLY−PREP
−SLIDES(シグマ社製、以下PLLコートスライドガラスと略す)および
アミノアルキルシラン系のMASコートスライドガラス(松浪硝子工業社製、以
下MASコートスライドガラスと略す)を用いた。スポットは、サイズ150μ
m、間隔375μmに設定し、同一DNAを5スポットずつ整列させた。
Each DNA fragment was dissolved in 20 mM MOPS buffer (pH 7.5), and GMS4 was added.
An array was prepared using 17 arrayer (manufactured by Genetic Micro Systems) on a commercially available slide glass having an amino group on the surface. The slide glass is poly-L-lysine-coated POLY-PREP, which is widely used for DNA chip production.
-SLIDES (manufactured by Sigma, hereinafter abbreviated as PLL coated slide glass) and aminoalkylsilane-based MAS coated slide glass (manufactured by Matsunami Glass Industry Co., Ltd., hereinafter abbreviated as MAS coated slide glass) were used. The spot size is 150μ
m, the interval was set to 375 μm, and the same DNA was aligned in 5 spots.

【0036】 DNAのスポット後、各スライドガラスを37℃、湿度90%の恒温恒湿器中
に1時間保持した後、60mJ/cmでUVクロスリンクした。このスライド
ガラスを0.2%SDSで1回、蒸留水で2回洗浄後、1,000rpm程度の
低速遠心分離により水分を除去した後、風乾した。このように前処理したスライ
ドガラスは、蒸留水で十分洗浄した後、沸騰水浴中で3分間煮沸後、氷冷エタノ
ールにさらすことによりDNAを変性し、低速遠心分離によりエタノールを除去
後、風乾し、デシケーター中に保存した。
After spotting the DNA, each slide glass was kept in a thermo-hygrostat at 37 ° C. and a humidity of 90% for 1 hour, and then UV cross-linked at 60 mJ / cm 2 . This slide glass was washed once with 0.2% SDS and twice with distilled water, and after removing water by low speed centrifugation at about 1,000 rpm, it was air dried. The slide glass pretreated in this way was thoroughly washed with distilled water, boiled in a boiling water bath for 3 minutes, denatured the DNA by exposing it to ice-cold ethanol, removed ethanol by low-speed centrifugation, and then air-dried. , Stored in a dessicator.

【0037】 スライドガラスの一部を無水コハク酸処理し、担体表面の遊離アミノ基をスク
シニル化によりブロッキングした。1.5gの無水コハク酸を89.5mlのN
−メチル−2−ピロリドンに溶解後、9mlの1Mホウ酸緩衝液(pH8.0)
を混和し、ブロッキング溶液を調製した。スライドガラスをブロッキング溶液に
室温で20分間浸した。このように処理したスライドガラスは、蒸留水で十分洗
浄した後、沸騰水浴中で3分間煮沸後、氷冷エタノールにさらすことによりDN
Aを変性し、低速遠心分離によりエタノールを除去後、風乾し、デシケーター中
に保存した。
A part of the slide glass was treated with succinic anhydride, and free amino groups on the surface of the carrier were blocked by succinylation. 1.5 g of succinic anhydride was added to 89.5 ml of N 2.
-After dissolving in methyl-2-pyrrolidone, 9 ml of 1 M borate buffer (pH 8.0)
Were mixed to prepare a blocking solution. The slide glass was immersed in the blocking solution for 20 minutes at room temperature. The slide glass treated in this way was thoroughly washed with distilled water, boiled in a boiling water bath for 3 minutes, and then exposed to ice-cold ethanol for DN treatment.
A was denatured, ethanol was removed by low-speed centrifugation, air-dried, and stored in a desiccator.

【0038】 (2)アミノアルキルシラン処理した市販スライドガラス(In situ
PCR glass slides、PEバイオシステムズ社製、以下AASス
ライドガラスと略す)を2.5% グルタルアルデヒド溶液に1時間浸漬した後
、蒸留水で3回洗浄し、風乾させ、アルデヒド基でコートしたスライドガラスを
得た。
(2) Aminoalkylsilane-treated commercial slide glass (In situ
PCR glass slides, manufactured by PE Biosystems, abbreviated as AAS slide glass hereinafter) is immersed in a 2.5% glutaraldehyde solution for 1 hour, washed with distilled water 3 times, air-dried, and a slide glass coated with an aldehyde group. Got

【0039】 配列表の配列番号6に示した配列を有し、5’末端に鎖長6のアルキルアミノ
リンカー(PEバイオシステムズ社製)を結合させた24塩基長のオリゴヌクレ
オチド(以下、NH−Fオリゴと称す)をDNA合成機を用いて合成し、10
mMとなるように20mM MOPS緩衝液(pH7.5)に溶解した。実施例
1−(1)と同様にして、この合成DNAをGMS417アレイヤーを用いてグ
ルタルアルデヒド処理スライドガラスにスポットした。スポット後のスライドガ
ラスは、0.2%SDSで2分間洗浄後、蒸留水で連続的に洗浄した。担体のア
ルデヒド基とDNAのアミノ基との共有結合によるシッフ塩基を安定なアミンに
還元するために、スライドガラスを0.25%の水素化ホウ素ナトリウム(和光
純薬社製)を含んだPBS−100%エタノール(体積比3:1)に5分間浸漬
した後、乾燥させた。
An oligonucleotide having a length of 24 bases (hereinafter, referred to as NH 2 -F oligo) was synthesized using a DNA synthesizer, and
It was dissolved in 20 mM MOPS buffer (pH 7.5) so as to be mM. This synthetic DNA was spotted on a slide glass treated with glutaraldehyde using GMS417 arrayer in the same manner as in Example 1- (1). The slide glass after spotting was washed with 0.2% SDS for 2 minutes and then continuously washed with distilled water. PBS-containing 0.25% sodium borohydride (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) on a slide glass in order to reduce a Schiff base by a covalent bond between an aldehyde group of a carrier and an amino group of DNA to a stable amine. It was immersed in 100% ethanol (volume ratio 3: 1) for 5 minutes and then dried.

【0040】 (3)ポリアニオンの固体支持体への共有結合 顕微鏡用スライドガラスを、2M硝酸、2M水酸化ナトリウム、純水、および
アセトン中で、それぞれ10分間ずつ超音波処理することにより洗浄した。4%
となるように3−アミノプロピルトリエトキシシランを95%エタノールに溶解
し、先に洗浄したスライドガラスをこの溶液中で2分間アミノシラン化した後、
100℃で10分間保持することにより、スライドガラス表面をアミノプロピル
シラン化した。次に、5mg/mlとなるようにポリアクリル酸をジメチルホル
ムアミドに溶解し、さらに、4.0g/100mlとなるように1−[3−(ジ
メチルアミノ)プロピル]−3−エチルカルボジイミド塩酸塩(以下EDCと略
す)を加えた。アミノシラン化した上記スライドガラスをこの溶液に一晩浸し、
ジメチルホルムアミド、メタノール、純水、およびアセトンでリンスした。この
ポリアクリル酸コートスライドガラスを減圧下で乾燥させた。
(3) Covalent Bonding of Polyanion to Solid Support A microscope slide glass was washed by ultrasonic treatment in 2M nitric acid, 2M sodium hydroxide, pure water, and acetone for 10 minutes each. 4%
3-aminopropyltriethoxysilane is dissolved in 95% ethanol so that the above becomes, and the slide glass washed previously is aminosilanized in this solution for 2 minutes,
The surface of the glass slide was aminopropylsilanated by holding it at 100 ° C. for 10 minutes. Next, polyacrylic acid was dissolved in dimethylformamide so as to have a concentration of 5 mg / ml, and 1- [3- (dimethylamino) propyl] -3-ethylcarbodiimide hydrochloride (at a concentration of 4.0 g / 100 ml). (Hereinafter abbreviated as EDC) was added. Immerse the aminosilanized slide glass in this solution overnight,
Rinse with dimethylformamide, methanol, pure water, and acetone. The polyacrylic acid-coated slide glass was dried under reduced pressure.

【0041】 (4)ポリアニオンコート固体支持体の活性化 以下のようにしてポリアクリル酸コートスライドガラスを活性化エステルコー
トスライドガラスとした。1.8gのペンタフルオロフェノール、2.0gのE
DC、および13mgのジメチルアミノピリジンを50mlのジメチルホルムア
ミドに溶解した。実施例1−(3)で調製したポリアクリル酸コートスライドガ
ラスを、この溶液に5時間浸した後、ジメチルホルムアミドおよび塩化メチレン
でリンス後、減圧下で乾燥させ、デシケーター中で保存した。
(4) Activation of Polyanion-Coated Solid Support A polyacrylic acid-coated slide glass was made into an activated ester-coated slide glass as follows. 1.8 g pentafluorophenol, 2.0 g E
DC and 13 mg dimethylaminopyridine were dissolved in 50 ml dimethylformamide. The polyacrylic acid-coated slide glass prepared in Example 1- (3) was immersed in this solution for 5 hours, rinsed with dimethylformamide and methylene chloride, dried under reduced pressure, and stored in a desiccator.

【0042】 実施例2 (1)実施例1−(1)と同様にして、2つのサイズのλファージDNA断片
(1.0Kbおよび0.3Kb)を調製した。この合成において、5’末端に鎖
長6のアルキルアミノリンカー(PEバイオシステムズ社製)を結合させた、ア
ミン含有プライマーSを用いることにより、末端にアミノ基を有するDNA断片
を増幅した。精製後の各アミン含有DNA断片を、終濃度0.5mg/mlとな
るように20mM MOPS緩衝液(pH7.5)に溶解し、実施例1−(4)
の方法により活性化した活性化エステルコートスライドガラス上に、3個ずつス
ポットした。なお、コントロールとして、PLLコートスライドガラスにも同じ
アレイを作製した。
Example 2 (1) Two lambda phage DNA fragments (1.0 Kb and 0.3 Kb) were prepared in the same manner as in Example 1- (1). In this synthesis, a DNA fragment having an amino group at the end was amplified by using an amine-containing primer S in which an alkylamino linker having a chain length of 6 (manufactured by PE Biosystems) was bound to the 5'end. Each amine-containing DNA fragment after purification was dissolved in 20 mM MOPS buffer (pH 7.5) so that the final concentration was 0.5 mg / ml, and Example 1- (4) was used.
Three spots were spotted on each of the activated ester-coated glass slides activated by the method described in 1. As a control, the same array was prepared on a PLL-coated slide glass.

【0043】 DNAをスポットした活性化エステルコートスライドガラスは、37℃、湿度
90%の恒温恒湿器(東京理化器械:アイラKCL1000型)中に30分間保
持した後、室温の0.2%SDS中で保持して余分な塩を洗浄し、次いで蒸留水
で洗浄した。その後、0.3N NaOHに5分間浸漬してDNAを変性させ、
蒸留水で十分洗浄後、1,000rpm程度の遠心分離により乾燥させ、デシケ
ータ中に保存した。
The activated ester-coated slide glass spotted with DNA was kept in a thermo-hygrostat (Tokyo Rika Kikai: Isla KCL1000 type) at 37 ° C. and a humidity of 90% for 30 minutes, and then 0.2% SDS at room temperature. Keep in to wash away excess salt and then with distilled water. Then, immerse in 0.3N NaOH for 5 minutes to denature the DNA,
After thoroughly washing with distilled water, the product was dried by centrifugation at about 1,000 rpm and stored in a desiccator.

【0044】 (2)ハイブリダイゼーション それぞれのスライドガラスで作製した核酸アレイを、蛍光色素で標識した核酸
プローブとハイブリダイズさせ、観察した。各DNAアレイを、50%ホルムア
ミド、0.2%SDS、5×デンハルト溶液、0.1mg/mlサケ精子DNA
、および6×SSCからなるプレハイブリダイゼーション緩衝液中で、42℃で
1時間のプレハイブリダイゼーションに供した。
(2) Hybridization Each of the nucleic acid arrays prepared on each slide glass was hybridized with a nucleic acid probe labeled with a fluorescent dye and observed. Each DNA array was loaded with 50% formamide, 0.2% SDS, 5 × Denhardt's solution, 0.1 mg / ml salmon sperm DNA.
, And 6 × SSC in prehybridization buffer at 42 ° C. for 1 hour.

【0045】 上記実施例1−(1)で調製した1.0KbλファージDNA断片を、Lab
el IT Cy5TM Labeling Kit(Mirus社製)を用
いて、添付説明書にしたがってCy5TMで標識した後、エタノール沈殿によっ
て精製した。このCy5TM標識核酸プローブを、終濃度が20、2、あるいは
0.2ng/mlとなるようにプレハイブリダイゼーション緩衝液で希釈し、9
5℃で2分間加熱し室温まで冷却した後、遠心分離により不溶物を除去した。ハ
イブリダイゼーション溶液約5μlを核酸アレイ上に滴下し、泡が入らないよう
にカバーガラスで覆った後、恒湿器に入れ42℃で20時間保温した。室温の2
×SSC溶液中でカバーガラスを外し、0.2%SDSを含む2×SSC中で、
65℃で5分間、55℃で30分間を2回洗浄した。その後、室温の0.05×
SSCで10分間洗浄し、1,000rpm程度の遠心分離により水分を除去後
、風乾した。
The 1.0 Kb λ phage DNA fragment prepared in Example 1- (1) above was replaced with Lab.
It was labeled with Cy5 according to the attached instruction manual using el IT R Cy5 Labeling Kit (manufactured by Miras), and then purified by ethanol precipitation. This Cy5 -labeled nucleic acid probe was diluted with prehybridization buffer to a final concentration of 20, 2 or 0.2 ng / ml, and 9
After heating at 5 ° C for 2 minutes and cooling to room temperature, insoluble matter was removed by centrifugation. About 5 μl of the hybridization solution was dropped on the nucleic acid array, covered with a cover glass so that bubbles did not enter, and then placed in a humidity chamber and kept at 42 ° C. for 20 hours. Room temperature 2
Remove the cover glass in SSC solution, and in 2 SSC containing 0.2% SDS.
It was washed twice at 65 ° C. for 5 minutes and 55 ° C. for 30 minutes. Then at room temperature 0.05 ×
It was washed with SSC for 10 minutes, and after removing water by centrifugation at about 1,000 rpm, it was air-dried.

【0046】 ハイブリダイゼーション後の核酸アレイをGMS418アレイスキャナー(G
MS社製)を用いて、測定波長:635nm、励起波長:660nmで読み取っ
た。検出されたシグナルの強度を画像解析ソフトウエアImaGene(バイオ
ディスカバリー社製)を用いて解析した。その結果を表1にまとめて示した。
The nucleic acid array after hybridization is analyzed by a GMS418 array scanner (G
(Manufactured by MS Co., Ltd.) was used for measurement wavelength: 635 nm and excitation wavelength: 660 nm. The intensity of the detected signal was analyzed using image analysis software ImaGene (manufactured by Biodiscovery). The results are summarized in Table 1.

【0047】[0047]

【表1】 [Table 1]

【0048】 表1で明らかなように、すべてのプローブ濃度において、いずれのサイズの固
定化されたDNAのシグナルも活性化エステルコートスライドガラスの方がPL
Lコートスライドガラスと比較して強かった。すなわち、標的PCR増幅核酸断
片の検出において、活性化エステルコートスライドガラスを用いて作製したDN
Aチップは、従来の(PLL)コートスライドガラス上で作製したものより強い
シグナルを与えることが示された。
As is clear from Table 1, at all probe concentrations, the signal of immobilized DNA of any size was PL on activated ester-coated glass slides.
It was stronger than the L-coated slide glass. That is, in the detection of a target PCR amplified nucleic acid fragment, DN prepared using activated ester-coated glass slides
The A-chip was shown to give a stronger signal than that produced on conventional (PLL) coated glass slides.

【0049】 実施例3 (1)オリゴヌクレオチドDNAアレイを有するDNAチップの作製 配列表の配列番号6に示した配列を有し、5’末端を鎖長6のアルキルアミノ
リンカー(PEバイオシステムズ社製)で修飾した24塩基長のオリゴヌクレオ
チド(以下、NH−Fオリゴと称す)、および水酸基を含むように5’末端を
修飾したオリゴヌクレオチド(以下、OH−Fオリゴと称す)の2つを、それぞ
れDNA合成機を用いて調製した。さらに、該オリゴヌクレオチドに相補的な配
列番号7に示した配列を有し、5’末端にCy3TMを結合させた24塩基長の
オリゴヌクレオチド(以下、Cy3−Rオリゴと称す)、及びこれらのオリゴヌ
クレオチドと無関係な配列で配列番号14で示される配列を有する5’末端にア
ルキルアミノリンカーを結合させた24塩基長のオリゴヌクレオチド(以下、N
−Nオリゴと称す)の2つを合成した。
Example 3 (1) Preparation of DNA Chip Having Oligonucleotide DNA Array An alkylamino linker having the sequence shown in SEQ ID NO: 6 of the sequence listing and having a chain length of 6 at the 5 ′ end (manufactured by PE Biosystems) ) Modified oligonucleotide of 24 bases (hereinafter referred to as NH 2 -F oligo) and an oligonucleotide modified at the 5 ′ end to include a hydroxyl group (hereinafter referred to as OH-F oligo). , And each was prepared using a DNA synthesizer. Furthermore, an oligonucleotide having a length of 24 bases, which has a sequence shown in SEQ ID NO: 7 complementary to the oligonucleotide and has Cy3 TM bound to the 5'end thereof (hereinafter, referred to as Cy3-R oligo), and these An oligonucleotide having a length of 24 bases, which has a sequence unrelated to the oligonucleotide and has a sequence represented by SEQ ID NO: 14 and having an alkylamino linker bonded to the 5'end (hereinafter, referred to as N
Two H 2 referred to as -N oligo) were synthesized.

【0050】 OH−Fオリゴ、NH−Fオリゴ、およびNH−Nオリゴを20mM M
OPS緩衝液(pH7.5)に、5、50、および500μMの濃度となるよう
にそれぞれ溶解し、実施例1−(4)記載と同様な方法で活性化した活性化エス
テルコートスライドガラスに整列させた。なおこの時、各DNA配列を7スポッ
トずつ整列させた。スポット後、実施例2記載のようにスライドガラスを洗浄、
乾燥し、オリゴヌクレオチドチップとした。なお、コントロールとして、実施例
1−(2)に記載の方法で、同じオリゴヌクレオチドのアレイをグルタルアルデ
ヒド処理スライドガラスに作製した。
OH-F oligo, NH 2 -F oligo, and NH 2 -N oligo at 20 mM M
Dissolved in OPS buffer (pH 7.5) at concentrations of 5, 50, and 500 μM, respectively, and aligned on activated ester-coated slide glass activated by the same method as described in Example 1- (4). Let At this time, each DNA sequence was aligned in 7 spots. After spotting, wash the slides as described in Example 2,
It was dried to obtain an oligonucleotide chip. As a control, an array of the same oligonucleotides was prepared on a slide glass treated with glutaraldehyde by the method described in Example 1- (2).

【0051】 (2)オリゴヌクレオチドチップのハイブリダイゼーション それぞれのスライドガラスで作製したオリゴヌクレオチドチップを、先に調製
したCy3−Rオリゴをプローブとしてハイブリダイズさせ、その蛍光シグナル
を観察した。すなわち、1mMのCy3−Rオリゴ、0.2%SDS、5×デン
ハルト溶液、0.1mg/mlサケ精子DNA、および6×SSCからなるハイ
ブリダイゼーション溶液約5μlをオリゴヌクレオチドアレイにそれぞれ添加し
、泡が入らないようにカバーガラスで覆った後、恒湿器に入れ42℃で20時間
保温した。室温の2×SSC溶液中でカバーガラスを外し、室温の2×SSC中
で10分間の洗浄を2回行い、1,000rpm程度の低速遠心分離により水分
を除去後、風乾した。ハイブリダイゼーション後のオリゴDNAチップの全蛍光
をGMS418アレイスキャナーを用いて、測定波長:635nm、励起波長:
660nmで測定し、検出されたシグナルの強度を画像解析ソフトウエアIma
Geneを用いて解析した。その結果を表2にまとめて示した。
(2) Hybridization of Oligonucleotide Chips The oligonucleotide chips prepared from each slide glass were hybridized with the Cy3-R oligo prepared above as a probe, and the fluorescence signal was observed. That is, about 5 μl of a hybridization solution consisting of 1 mM Cy3-R oligo, 0.2% SDS, 5 × Denhardt's solution, 0.1 mg / ml salmon sperm DNA, and 6 × SSC was added to each oligonucleotide array, and foamed. It was covered with a cover glass so that it would not enter, and then placed in a humidity chamber and kept at 42 ° C. for 20 hours. The cover glass was removed in a 2 × SSC solution at room temperature, washing was carried out twice for 10 minutes in a 2 × SSC at room temperature, the water was removed by low speed centrifugation at about 1,000 rpm, and then air-dried. Total fluorescence of the oligo DNA chip after hybridization was measured using GMS418 array scanner, measurement wavelength: 635 nm, excitation wavelength:
The intensity of the detected signal measured at 660 nm was measured by the image analysis software Ima.
It analyzed using Gene. The results are summarized in Table 2.

【0052】[0052]

【表2】 [Table 2]

【0053】 表2で明らかなように、活性化エステルコートスライドガラスでは、5’末端
にアミノ基を有するオリゴヌクレオチドのスポットの方がアミノ基を持たないオ
リゴヌクレオチドのスポットより強いシグナルを示し、スライドガラス上の活性
化エステル基とオリゴヌクレオチドのアミノ基が反応していることが確認された
。いずれのオリゴヌクレオチドにおいても、活性化エステルコートスライドガラ
スに作製したスポットの方が、グルタルアルデヒド処理スライドガラスのものよ
りシグナル強度は強くなった。
As is clear from Table 2, in the activated ester-coated slide glass, the spot of the oligonucleotide having an amino group at the 5 ′ end showed a stronger signal than the spot of the oligonucleotide having no amino group. It was confirmed that the activated ester group on the glass was reacting with the amino group of the oligonucleotide. In each of the oligonucleotides, the signal intensity of the spots formed on the activated ester-coated slide glass was stronger than that of the glutaraldehyde-treated slide glass.

【0054】 実施例4 ポリアクリル酸の三次元効果 異なる長さの蛍光標識核酸をスポットした核酸アレイのハイブリダイゼーショ
ンシグナルを、固定化された単位核酸長当たりのシグナルとして算出した。ヒト
トランスフェリンレセプター(以下TFRと略す)cDNA断片は以下の方法で
調製した。常法によりヒトK562細胞株(大日本製薬社製)よりmRNAを抽
出し、TFRのcDNAを調製した。得られたcDNAをテンプレートとして、
TFR(GenBank No.X01060)に特異的な、配列表の配列番号
8及び9に示すプライマーS7とAS7を用いて、4,738bpのPCR産物
を得た。これをpT7Blueベクター(ノバジェン社製)に接続し、組換え体
プラスミドpT7TFRを得た。このpT7TFRをテンプレートとして、片方
のプライマーをローダミンX(PEバイオシステムズ社製:以下ROXと略す)
で5’末端標識したプライマーを用いてPCRを行い、鎖長の異なる蛍光標識P
CR断片を調製した。すなわち、ROX標識S7(配列番号8)とAS4(配列
番号10)、AS3(配列番号11)、AS2(配列番号12)、あるいはAS
1(配列番号13)のプライマー対でそれぞれPCRを行い、1.0、0.5、
0.2、および0.1kbの断片を調製した。
Example 4 Three-Dimensional Effect of Polyacrylic Acid Hybridization signals of nucleic acid arrays spotted with fluorescently labeled nucleic acids of different lengths were calculated as signals per immobilized unit nucleic acid length. A human transferrin receptor (hereinafter abbreviated as TFR) cDNA fragment was prepared by the following method. MRNA was extracted from a human K562 cell line (manufactured by Dainippon Pharmaceutical Co., Ltd.) by a conventional method to prepare TFR cDNA. Using the obtained cDNA as a template,
A PCR product of 4,738 bp was obtained using primers S7 and AS7 shown in SEQ ID NOS: 8 and 9 of the sequence listing, which are specific to TFR (GenBank No. X01060). This was connected to the pT7Blue vector (Novagen) to obtain a recombinant plasmid pT7TFR. Using this pT7TFR as a template, one primer is Rhodamine X (manufactured by PE Biosystems: hereinafter abbreviated as ROX).
PCR is performed using a primer labeled at the 5 ′ end with
A CR fragment was prepared. That is, ROX label S7 (SEQ ID NO: 8) and AS4 (SEQ ID NO: 10), AS3 (SEQ ID NO: 11), AS2 (SEQ ID NO: 12), or AS
PCR was performed using the primer pair of 1 (SEQ ID NO: 13), 1.0, 0.5,
0.2 and 0.1 kb fragments were prepared.

【0055】 精製後の各DNA断片は20mM MOPS緩衝液(pH7.5)に溶解した
後、Amino Label IT試薬を用いてアミノ化した。すなわち、精
製DNA溶液に、ジメチルスルホキシドに溶解したAmino Label I
試薬を重量比で5分の1量添加し、37℃で1時間保温した。アミノ化した
各DNAは、エタノール沈殿法により精製した。
Each purified DNA fragment was dissolved in 20 mM MOPS buffer (pH 7.5) and then aminated using Amino Label IT R reagent. That is, the purified DNA solution was dissolved in dimethyl sulfoxide to prepare Amino Label I.
The T R reagent was added 1 volume of 5 minutes in a weight ratio, and incubated 1 hour at 37 ° C.. Each aminated DNA was purified by the ethanol precipitation method.

【0056】 Amino Label IT試薬は国際公開公報WO98/52961記載
の方法に従い、蛍光基をアミノ基に換え調製した。
The Amino Label IT reagent was prepared by changing the fluorescent group to an amino group according to the method described in International Publication WO98 / 52961.

【0057】 アミノ化TFR断片を、終濃度0.5mg/mlとなるように20mM MO
PS緩衝液(pH7.5)に溶解し、実施例1−(4)のようにして活性化した
活性化エステルコートスライドガラス上に、実施例1−(1)の方法により各配
列7点ずつスポットした。スポット後、実施例3記載のように洗浄、乾燥した。
なお、コントロールとして、実施例1−(1)に記載の方法で、同じアレイをM
ASコートスライドガラスを用いて作製し、固定化処理後、遊離アミノ基の無水
コハク酸ブロッキングを行ったものと、ブロッキング処理を行わないものを作製
した。
The aminated TFR fragment was treated with 20 mM MO so that the final concentration was 0.5 mg / ml.
On the activated ester-coated glass slide dissolved in PS buffer (pH 7.5) and activated as in Example 1- (4), 7 points for each sequence were prepared by the method of Example 1- (1). Spotted. After spotting, it was washed and dried as described in Example 3.
As a control, the same array was subjected to M by the method described in Example 1- (1).
It was prepared using an AS-coated slide glass, and after immobilization treatment, one with succinic anhydride blocking of free amino groups and one without blocking treatment were prepared.

【0058】 それぞれのスライドガラスで作製したDNAチップを、ROXと異なる蛍光波
長を有するCy5で標識したDNAプローブとハイブリダイズさせ、そのシグナ
ルを観察した。すなわち、上記のように調製した1.0KbのTFR断片を、C
y5 Label IT Kit(Mirus社製)を用いて、添付説明書に
したがってCy5TMで標識した。
The DNA chip prepared with each slide glass was hybridized with a DNA probe labeled with Cy5 having a fluorescence wavelength different from that of ROX, and the signal was observed. That is, the 1.0 Kb TFR fragment prepared as described above was replaced with C
Using y5 Label IT R Kit (manufactured by Miras), labeling was carried out with Cy5 according to the attached instruction manual.

【0059】 20ng/mlCy5標識DNAプローブ、0.2%SDS、5×デンハルト
溶液、0.1mg/mlサケ精子DNA、および6×SSCからなるハイブリダ
イゼーション溶液約5μlをチップ上のDNAが固定されている領域にそれぞれ
添加し、カバーガラスで覆った後、恒湿器に入れ65℃で20時間保温した。室
温の2×SSC溶液中でカバーガラスを外し、0.2%SDSを含む2×SSC
中で、65℃で5分間、55℃で30分間を2回洗浄した。その後、室温の0.
05×SSCで10分間洗浄し、1,000rpm程度の低速遠心分離により水
分を除去後、風乾した。
About 5 μl of a hybridization solution consisting of 20 ng / ml Cy5-labeled DNA probe, 0.2% SDS, 5 × Denhardt's solution, 0.1 mg / ml salmon sperm DNA, and 6 × SSC was immobilized on the chip. Each of these was added to each region, covered with a cover glass, and then placed in a humidity chamber and kept at 65 ° C. for 20 hours. Remove cover glass in 2xSSC solution at room temperature and add 2xSSC containing 0.2% SDS.
In the above, it was washed twice at 65 ° C. for 5 minutes and 55 ° C. for 30 minutes. Then, at room temperature, 0.
It was washed with 05 × SSC for 10 minutes, and after removing water by low speed centrifugation at about 1,000 rpm, it was air dried.

【0060】 ハイブリダイゼーション後のDNAチップは、GMS418アレイスキャナー
を用いて、アレイDNAの末端ROX標識の蛍光シグナルおよびハイブリダイゼ
ーションプローブのCy5標識の蛍光シグナルをそれぞれ測定し、得られた画像
を画像解析ソフトウエアImaGeneを用いて解析し、蛍光シグナルを数値化
した。そして、各サイズのDNAごとに、Cy5のシグナル強度をROXのシグ
ナル強度で割った値を単位DNA当たりのシグナル強度とした。その結果を表3
に示した。なお、MASコートスライドガラスで作製したDNAチップのうち、
遊離アミノ基のブロッキング処理しなかったDNAチップは、バックグラウンド
が高く、シグナルの定量ができなかった。
For the DNA chip after hybridization, the fluorescent signal of the terminal ROX label of the array DNA and the fluorescent signal of the Cy5 label of the hybridization probe were measured using a GMS418 array scanner, and the obtained image was analyzed with image analysis software. Fluorescence signal was quantified by analysis using ware ImaGene. The value obtained by dividing the Cy5 signal intensity by the ROX signal intensity for each size of DNA was defined as the signal intensity per unit DNA. The results are shown in Table 3.
It was shown to. Among the DNA chips manufactured with MAS-coated slide glass,
The DNA chip that had not been subjected to the blocking treatment of free amino groups had a high background, and the signal could not be quantified.

【0061】[0061]

【表3】 [Table 3]

【0062】 表3で明らかなように、いずれの長さのDNA断片においても活性化エステル
コートスライドガラスに作製したスポットの方が、MASコートスライドガラス
に作製したものより単位DNA当たりのシグナル強度は強くなった。この結果は
、活性化エステルコートスライドガラスによってハイブリダイゼーションの効率
がより良くになることを示す。共有結合したポリアニオンによって作り出される
三次元格子により、結合した標的核酸の接近がより多くなり得る。
As is clear from Table 3, the signal intensity per unit DNA of the DNA fragments of any length was larger in the spots formed on the activated ester-coated slide glass than in the spots formed on the MAS-coated slide glass. I got stronger. The results show that activated ester-coated glass slides make the hybridization more efficient. The three-dimensional lattice created by the covalently bound polyanions allows for greater access of the bound target nucleic acid.

【0063】 実施例5 実施例2−(1)と同様にして、DNA断片の末端にアミノ基が付加した1.
0Kbおよび0.3Kbの2種のλファージDNA断片を調製した。得られたD
NAの一部を、実施例4記載の方法で、Amino Label IT試薬を用
いてさらにアミノ化した。各DNA断片を、終濃度0.5 mg/mlとなるよ
うに20 mM MOPS緩衝液(pH7.5)に溶解し、活性化エステルコート
スライドガラスおよびMASコートスライドガラス上に各DNA断片あたりそれ
ぞれ7箇所ずつスポットした。
Example 5 In the same manner as in Example 2- (1), an amino group was added to the end of the DNA fragment.
Two lambda phage DNA fragments of 0 Kb and 0.3 Kb were prepared. Obtained D
A portion of NA was further aminated using the Amino Label IT R reagent as described in Example 4. Each DNA fragment was dissolved in 20 mM MOPS buffer (pH 7.5) so as to have a final concentration of 0.5 mg / ml, and 7 of each DNA fragment was prepared on activated ester-coated glass slides and MAS-coated glass slides. Spotted spot by spot.

【0064】 それぞれのスライドガラスで作製した核酸アレイを、蛍光Cy3標識DNAプ
ローブとハイブリダイズさせ、そのシグナルを解析した。すなわち、上記のよう
に調製した1.0Kbのλファージ断片を、Label IT Cy3 Lab
eling Kit(Mirus社製)を用いて、添付説明書にしたがってCy
3で標識した。このCy3標識DNAプローブを使用して実施例4記載の方法で
ハイブリダイゼーションおよび洗浄を行った。
The nucleic acid array prepared on each slide glass was hybridized with a fluorescent Cy3-labeled DNA probe, and its signal was analyzed. That is, the 1.0 Kb lambda phage fragment prepared as described above was labeled with Label IT R Cy3 Lab.
Cy using an eling Kit (manufactured by Miras) according to the attached instructions.
Labeled with 3. Using this Cy3 labeled DNA probe, hybridization and washing were performed by the method described in Example 4.

【0065】 ハイブリダイゼーション後のDNAチップの蛍光(すなわち、シグナル強度)
を、GMS418アレイスキャナーを用いて測定波長:532nm、励起波長:
570nmで測定し、得られた画像を画像解析ソフトウエアImaGeneを用
いてシグナル強度を数値化した。MASコートスライドガラス上のスポットのシ
グナルを100とした相対蛍光強度を求めた。その結果を表4に示した。
Fluorescence of DNA chip after hybridization (ie signal intensity)
Using a GMS418 array scanner, measurement wavelength: 532 nm, excitation wavelength:
The image intensity was measured at 570 nm, and the image intensity was quantified using the image analysis software ImaGene. The relative fluorescence intensity was determined with the signal of the spot on the MAS-coated slide glass as 100. The results are shown in Table 4.

【0066】[0066]

【表4】 [Table 4]

【0067】 表4で明らかなように、活性化エステルコートスライドガラスのシグナル強度
は、いずれのDNA断片のスポットにおいてもMASコートスライドガラスより
強く、特に、300bpの短鎖DNA断片においてMASスライドガラスより顕
著にシグナルが強くなった。
As is clear from Table 4, the signal intensity of the activated ester-coated glass slide was stronger than that of the MAS-coated glass slide at any spot of the DNA fragment, and particularly, in the 300 bp short-chain DNA fragment, the signal intensity was higher than that of the MAS glass slide. The signal became noticeably stronger.

【0068】 活性化エステルコートスライドガラスにスポットした場合では標的をさらにア
ミン修飾した方がアミン修飾しないものより強いシグナルが得られ、Amino
Label ITを用いたアミノ化修飾は、活性化エステルコートスライドガ
ラスへの標的の結合の増加に有効であることが示された。
In the case of spotting on activated ester-coated glass slides, a stronger signal was obtained when the target was further modified with amine, as compared with when the target was not modified with amine.
Amination modification with Label IT R was shown to be effective in increasing target binding to activated ester-coated glass slides.

【0069】 上記の実施例は本発明の原理の例示である。さらに当業者にとって多数の変形
および変更は容易であるので、本発明を上記の特定の構成、操作に限定するもの
ではない。従って、全ての適切な変形および等価物は本発明の範囲内にある。
The above examples are illustrative of the principles of the invention. Further, since many modifications and changes can be easily made by those skilled in the art, the present invention is not limited to the above-described specific configuration and operation. Accordingly, all suitable variations and equivalents are within the scope of the invention.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ,UG ,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD, RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AU,BA, BB,BG,BR,BZ,CA,CN,CR,CU,C Z,DM,DZ,EE,GD,GE,HR,HU,ID ,IL,IN,IS,JP,KP,KR,LC,LK, LR,LT,LV,MA,MG,MK,MN,MX,N O,NZ,PL,RO,SG,SI,SK,TR,TT ,UA,UZ,VN,YU,ZA (72)発明者 ジェイムズ・イー・ハグストロム アメリカ合衆国53562ウィスコンシン州ミ ドルトン、バーガモット・ウェイ4700番 (72)発明者 ポール・エム・スラッタム アメリカ合衆国53711ウィスコンシン州マ ディソン、ケティング・テラス4306番 (72)発明者 ブラディミル・ジー・バドカー アメリカ合衆国53562ウィスコンシン州ミ ドルトン、サンライズ・リッジ・テラス 5141番 (72)発明者 メアリー−アン・ワット アメリカ合衆国53719ウィスコンシン州マ ディソン、ラドクリフ・ドライブ7617番、 アパートメント・シー (72)発明者 高山 正範 京都府京田辺市草内鐘鉦割4−14−2− 321 (72)発明者 浅田 起代蔵 滋賀県甲賀郡甲南町希望ヶ丘3−20−9 (72)発明者 加藤 郁之進 京都府宇治市南陵町1−1−150 Fターム(参考) 4B024 AA11 AA20 CA01 CA09 CA12 HA12 4B029 AA07 BB20 CC03 CC07 CC11 FA15 HA09 4B063 QA08 QA13 QA18 QA19 QQ01 QQ42 QQ53 QQ62 QR08 QR14 QR20 QR32 QR36 QR55 QR56 QR58 QR82 QS25 QS34 QX02 QX04 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (81) Designated countries 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, MZ, SD, SL, SZ, TZ, UG , ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AE, AG, AL, AU, BA, BB, BG, BR, BZ, CA, CN, CR, CU, C Z, DM, DZ, EE, GD, GE, HR, HU, ID , IL, IN, IS, JP, KP, KR, LC, LK, LR, LT, LV, MA, MG, MK, MN, MX, N O, NZ, PL, RO, SG, SI, SK, TR, TT , UA, UZ, VN, YU, ZA (72) Inventor James E. Hagstrom             United States 53562 Mi, Wisconsin             Dalton, Bergamot Way No. 4700 (72) Inventor Paul M. Sluttam             53711 Ma, Wisconsin, United States             Dison, Keting Terrace No. 4306 (72) Inventor Vladimir Gee Budkar             United States 53562 Mi, Wisconsin             Dalton, Sunrise Ridge Terrace             No. 5141 (72) Inventor Mary-Anne Watt             53719 Ma, Wisconsin, United States             Dison, Radcliffe Drive 7617,             Apartment Sea (72) Inventor Masanori Takayama             Kyotanabe City, Kyoto Prefecture 4-14-2-             321 (72) Inventor Kiyoshi Asada             3-20-9 Kibogaoka, Konan Town, Koga District, Shiga Prefecture (72) Inventor Ikunoshin Kato             1-1-15 Minamiryocho, Uji City, Kyoto Prefecture F-term (reference) 4B024 AA11 AA20 CA01 CA09 CA12                       HA12                 4B029 AA07 BB20 CC03 CC07 CC11                       FA15 HA09                 4B063 QA08 QA13 QA18 QA19 QQ01                       QQ42 QQ53 QQ62 QR08 QR14                       QR20 QR32 QR36 QR55 QR56                       QR58 QR82 QS25 QS34 QX02                       QX04

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 試料核酸検出用の、共有結合可能ポリアニオンで表面コート
された固体支持体を含む核酸固定化用担体。
1. A carrier for immobilizing a nucleic acid, which comprises a solid support surface-coated with a covalently bondable polyanion for detecting a sample nucleic acid.
【請求項2】 ポリアニオンがポリアクリル酸からなる請求項1記載の担体
2. The carrier according to claim 1, wherein the polyanion comprises polyacrylic acid.
【請求項3】 ポリアニオンが活性化エステルを含む請求項1記載の担体。3. The carrier according to claim 1, wherein the polyanion comprises an activated ester. 【請求項4】 活性化エステルがペンタフルオロフェノールおよびN−ヒド
ロキシスクシンイミドからなる群より選択される請求項3記載の担体。
4. The carrier according to claim 3, wherein the activated ester is selected from the group consisting of pentafluorophenol and N-hydroxysuccinimide.
【請求項5】 固体支持体が非多孔性である請求項1記載の担体。5. The carrier according to claim 1, wherein the solid support is non-porous. 【請求項6】 固体支持体がガラスからなる請求項5記載の担体。6. The carrier according to claim 5, wherein the solid support is made of glass. 【請求項7】 核酸に結合可能な共有結合されたポリアニオンで表面コート
された固体支持体を含む核酸検出用担体。
7. A carrier for nucleic acid detection, comprising a solid support surface-coated with a covalently bound polyanion capable of binding to a nucleic acid.
【請求項8】 ポリアニオンがポリアクリル酸からなる請求項7記載の担体
8. The carrier according to claim 7, wherein the polyanion comprises polyacrylic acid.
【請求項9】 ポリアニオンが活性化エステルを含む請求項7記載の担体。9. The carrier according to claim 7, wherein the polyanion comprises an activated ester. 【請求項10】 固体支持体が非多孔性である請求項7記載の担体。10. The carrier according to claim 7, wherein the solid support is non-porous. 【請求項11】 固体支持体がガラスからなる請求項10記載の担体。11. The carrier according to claim 10, wherein the solid support is made of glass. 【請求項12】 下記工程を包含することを特徴とする核酸の担体への固定
化方法: a)活性化エステルを含む共有結合可能ポリアニオンで固体支持体をコートす
る工程; b)検出のためポリアニオンと核酸を接触させる工程。
12. A method for immobilizing nucleic acid on a carrier, which comprises the steps of: a) coating a solid support with a covalently bondable polyanion containing an activated ester; b) polyanion for detection. And the step of contacting the nucleic acid.
【請求項13】 ポリアニオンがポリアクリル酸からなる請求項12記載の
方法。
13. The method according to claim 12, wherein the polyanion comprises polyacrylic acid.
【請求項14】 固体支持体が非多孔性である請求項12記載の方法。14. The method of claim 12, wherein the solid support is non-porous. 【請求項15】 固体支持体がガラスからなる請求項14記載の方法。15. The method of claim 14 wherein the solid support comprises glass. 【請求項16】 核酸を活性化エステルと反応させる工程をさらに包含する
請求項12記載の方法。
16. The method of claim 12, further comprising reacting the nucleic acid with an activated ester.
【請求項17】 核酸が活性化エステルとの反応のためにアミノ基を含む請
求項16記載の方法。
17. The method of claim 16, wherein the nucleic acid contains an amino group for reaction with the activated ester.
【請求項18】 さらにブロッキング工程を包含する請求項12記載の方法
18. The method of claim 12, further comprising a blocking step.
【請求項19】 下記工程を包含することを特徴とする被検体中の試料核酸
の検出方法: a)請求項4記載の活性化エステル含有ポリアニオンを固定化する工程; b)ポリアニオンと、エステルと反応する官能基を含む固定化可能核酸とを反
応させて核酸を固定化する工程; c)固定化された核酸と、固定化核酸に相補的な試料核酸とをハイブリダイズ
させる工程; d)ハイブリダイズした試料核酸を検出する工程。
19. A method for detecting a sample nucleic acid in a sample, which comprises the following steps: a) a step of immobilizing the activated ester-containing polyanion according to claim 4; and b) a polyanion and an ester. Immobilizing the nucleic acid by reacting with an immobilizable nucleic acid containing a reactive functional group; c) hybridizing the immobilized nucleic acid with a sample nucleic acid complementary to the immobilized nucleic acid; d) hybridizing Step of detecting soybean sample nucleic acid.
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