JP2003519471A - インシトゥ増幅のための方法および試薬 - Google Patents

インシトゥ増幅のための方法および試薬

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、標的核酸分子の検出のためのインシトゥ増幅法を提供する。本発明の方法は、増幅後に増幅した標的核酸分子を細胞内に保持する「分子テープ」と称する分子を用いる。この分子テープは種々の増幅法に用いることができ、増幅した標的分子のインシトゥ検出を改善する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 (技術分野) 本発明は、標的核酸分子の増幅および検出に関する。さらに詳しくは、本発明
は、インシトゥ(in situ)で増幅後に増幅核酸分子を細胞内に保持するための
、並びに増幅した該分子を検出するための方法および試薬に関する。それゆえ、
本発明は、インシトゥでの標的核酸分子の増幅および検出を改善するものである
。 核酸分子のインシトゥでの増幅および検出は、診断、予後、医薬の有効性の決
定、組織病理の評価、患者のモニタリング、その他の多くの臨床応用および研究
応用に有用である。
【0002】 (背景技術) たとえば、細胞が如何にしてその種々の機能を果たしているか、病原体が如何
にして宿主細胞に感染するか、あるいは細胞が如何にして悪性の状態にトランス
フォームされるかに関する疑問に答えるため、遺伝子発現の様々な側面を研究す
る方法が開発されている。一つの方法では、RNA分子を単離し、液相で増幅さ
せ、ついで検出する。しかしながら、この方法ではどの細胞が目的とするRNA
分子を産生しているかを明らかにできない。幾つかの場合には細胞集団の何パー
セント、あるいは細胞集団の亜集団の何パーセントが特定のRNA分子を発現し
ているかを知ることが重要である。
【0003】 たとえば、たいていのヘルペスウイルス感染では、臨床的な疾患が活性感染(
active infections)ではある種のウイルスRNAの産生に対応するのに対し、
潜伏感染の際に産生される他のウイルスRNAまたはウイルスDNAの産生には
対応しない。他の例として、カポジ肉腫の病原体であると考えられているHHV
−8がカポジ肉腫の生検および末梢血試料で認められている。インシトゥでの研
究は、病変の病理発生における中心的な細胞であると考えられている内皮細胞(
紡錘細胞)にウイルス感染がターゲティングされることを示している。ある種の
転写物がウイルスの複製を示すと考えられており、これら転写物の検出は活性な
感染(active infections)から潜伏感染を区別できるかもしれない(Zhongら、
PNAS 93: 6641 (1996))。
【0004】 インシトゥ増幅はまた、ヒトパピローマウイルス(HPV)感染の検出および
該ウイルスが子宮頚細胞(cervical cells)のトランスフォーメーションの際に
果たす役割の決定にも有用である(米国特許第5,506,105号を参照)。あ
る種のHPV転写物が実際に悪性状態にトランスフォームされた細胞でのみ産生
されており、それゆえ、これら転写物の検出は初期の悪性の検出に特異的に対応
する。
【0005】 核酸増幅はまた、HIV−1血清陽性である個体の血清陰性の性的配偶者、H
IV−1血清陰性の幼児および子供、およびHIV−1陽性の血液または体液に
不慮に暴露したヘルスケアワーカーでHIV−1暴露を検出するうえでも有利に
用いられている。潜伏的にかまたは生産的に(productively)感染した個々の細
胞を顕微鏡下で同定できることは、潜伏状態とそれからの出現を描写するうえで
非常に有用であろう。このことは感染の進展を理解するうえのみならず、抗ウイ
ルス療法の効果の一層直接的な定量手段としても有用であろう。さらに、個々の
感染細胞を同定できることはHIV−1の伝播のメカニズムを理解するうえでも
役立つであろう。
【0006】 それゆえ、細胞および組織においてRNA分子の分布および/または発現を検
出することに対して相当の興味がもたれている。RNA標的のインシトゥ増幅は
、たとえば、体細胞変異、病原感染、発癌性トランスフォーメーション、免疫適
格および特異性、分化の状態、発生起源、遺伝子モザイク形成(genetic mosaic
hism)、サイトカイン発現、および真核生物において正常状態および病的状態の
両者を理解するうえで有用な他の特性に関して組織化学的または細胞化学的調製
物で隣接細胞を識別するための強力な技術を提供する。
【0007】 (発明の開示) (発明が解決しようとする技術的課題) 幾つかの場合には標的核酸のレベルは充分に高いため標的プローブを用いてイ
ンシトゥハイブリダイゼーションにより視覚化することができる。しかしながら
、そのような技術に付随する少なくとも一つの制限は標的分子のコピー数である
;ハイブリダイゼーションによりRNA分子を検出するには、一般に細胞当たり
10ないし100コピーの標的核酸分子が必要である。多くの場合、目的とする
標的核酸分子は低レベルでしか存在しないため、他の技術が必要となる。
【0008】 ハイブリダイゼーションおよびその後の視覚化に充分な量の標的配列が利用で
きるように、PCRが低コピー数の核酸を増幅するのに用いられている(Haase
ら、PNAS 87:4971、1990)。この技術は低コピー数の問題は克
服するものの、熱サイクルを含む方法であることが細胞および組織の構造に対し
て有害な作用を及ぼす。たとえば、熱サイクルの後では所望の転写物を含む細胞
を同定および分類することは困難であり、PCR法を用いて得られる利点および
有用な情報を割引するものとなっている。 PCR増幅の感度をインシトゥハイブリダイゼーションの標的局在化と組み合
わせてインシトゥPCRが得られており、その際、PCRは化学的に固定した細
胞内で行われる(Haaseら、1990、PNAS 87:4971)。Haaseらは
、選択した生物のゲノム内の重複する標的核酸に特異的な一連の重複するプライ
マーペアを用い、細胞区画内での増幅核酸配列の保持を改善させた。
【0009】 従来のPCRの一つの変法はRT/PCRであり、これは試験試料中の標的R
NAを該標的RNAから逆転写した相補的DNA(cDNA)配列により検出す
るものである;ついで、このcDNAを通常のPCRを用いて検出する(Kawasa
kiら、1988、PNAS 85(15):5698、およびRappoleeら、198
9、J. Cell. Biochem. 38: 1-11)。しかしながら、RT/PCRを用いた従来
法もまた、形態に対する有害な影響に加えて、RNAがDNAの背景でのみ増幅
されることをRT/PCRが要求することを含めてある種の制限を有する。イン
ビトロRT/PCR法はこの問題を2つの一般的な仕方で解決する:(1)DN
アーゼ処理、および(2)DNA増幅産物からのRNA増幅産物の識別。選択肢
1は、溶液反応でよりもインシトゥ調製物で行う方が一層困難である。選択肢2
は、通常、これら2つの可能な増幅産物が異なるサイズを有し、ゲル上で識別分
離できることを必要とする。選択肢2はまた、これら2つの可能な産物が異なる
配列および異なって標識したプローブにハイブリダイズすることをも必要とし、
それゆえこの選択肢をインシトゥ法で用いる制限となる。
【0010】 インシトゥ増幅法はまた、小さな分子である増幅産物が、増幅試薬を細胞内に
導入させるべく細胞表面に施した透過性の結果、細胞から拡散してしまうという
問題も有する。それゆえ、この漏出と呼ばれる現象が起こることを防ぐ必要があ
る。従って、インシトゥ増幅法は、第一に増幅試薬が標的核酸に到達することを
可能するために充分に細胞膜を透過性にすること、および第二に増幅した標的物
質の漏出を防ぎ検出を可能にするために充分な完全性を細胞膜で維持すること、
との間でバランスをとることが要求される。
【0011】 インシトゥPCR増幅の際の漏出の問題を解決する方法は複数のプライマーセ
ットを用いることであった。そのような方法はサイズの異なる重複する増幅産物
を産生し、その際、これら産物は部分的に二本鎖であって、各鎖は突出端を有し
て互いにハイブリダイズすることにより大きなコンカテマーを形成し、細胞から
の拡散を遅らせることができる。しかしながら、標準インシトゥPCRに付随す
る上記欠点(たとえば、熱サイクルによる不充分な形態)に加えて、複数のプラ
イマーペアの使用は、その産生のための費用の増大や病原ウイルスなどの多くの
標的生物の使用に伴って良好なプライマーおよびプローブ部位を作成するであろ
うわずかな短い配列でさえも見出すのが困難であるという固有の問題を含めてさ
らに不利な点を有する。複数のプライマーペアの使用はまた、非特異的なバック
グラウンド増幅が起こりやすくなるという不利をも有する。さらに、活性化され
た癌遺伝子、不活化された腫瘍抑制遺伝子、および発癌性の染色体転座などの他
の重要な異常標的配列には、単一のプライマーペアから増幅した場合にのみ親(
正常)配列から識別しうる体細胞点突然変異や染色体再配置が関与する。
【0012】 それゆえ、増幅させた標的核酸分子を細胞内に保持させ、それによって増幅お
よび検出結果を改善するための改良法に対する必要性が存在する。 それゆえ、本発明の一つの目的は、インシトゥで増幅後の標的核酸分子の検出
を改善する方法を提供することである。 本発明の他の目的は、インシトゥで増幅後に増幅した標的核酸分子を細胞内に
保持する方法を提供することである。 本発明のさらに他の目的は、インシトゥで増幅後に標的核酸分子を効率的に検
出する方法を提供することである。 本発明のさらに他の目的は、細胞および組織切片の本来の形態を保持する方法
を提供することである。
【0013】 (その解決方法) 本発明は、標的核酸分子のインシトゥ増幅のための方法および試薬に関する。
本発明は、増幅試薬を細胞内に導入することを可能にするために細胞膜を透過性
にした結果としての漏出と称されるインシトゥ増幅に付随する問題を解決するも
のである。 それゆえ、本発明は、増幅した標的核酸分子が細胞から漏出するのを防ぐ方法
を提供する。この方法は、「分子テープ」と呼ばれる新規な試薬に細胞を暴露さ
せる工程を含み、この分子テープは細胞内に入りこんで増幅した標的核酸分子と
ハイブリダイズして複合体を形成する。そのような複合体を形成することにより
、増幅した標的核酸分子は細胞から漏出するほどに充分に小さくない限り細胞内
に保持されてインシトゥで検出することができる。
【0014】 本発明は、熱サイクルを含む増幅、たとえばPCRおよびRT/PCRなどを
含めて全てとはいわないまでも殆どの増幅反応で行うことができる。本発明の好
ましい態様は、核酸配列ベースの増幅(NASBA)などの等温転写ベースの増
幅を含めて等温増幅を用いて行う。 本発明の幾つかの態様では、分子テープは増幅した標的分子と複合体を形成し
た後、さらにアクチンなどの1またはそれ以上の細胞内構成成分に結合する。 標的核酸分子は、DNAおよびRNA、およびそれらのアナログを含めていか
なる核酸分子であってもよく、RNAが好ましい。
【0015】 培養されているかまたは培養されていない細胞に加えて、本発明の方法および
試薬は、組織切片を含む他の試料で標的核酸分子を増幅および検出するのに用い
ることができる。さらに、標的核酸分子を本発明に従って増幅および検出する細
胞はまた複数の浮遊細胞のうちの一つであってよい。 増幅した標的核酸分子は、本発明に従い、インシトゥまたは細胞溶解後に増幅
した標的分子の存在を確認できる種々の検出法を用いて検出することができる。 本発明の方法および試薬は、最小の増幅した標的核酸分子でさえも透過性にし
た細胞内で保持させてその検出を可能にするという利点を提供する。
【0016】 (発明を実施するための最良の形態) 上記に記載したように、本発明はインシトゥで増幅後に増幅した標的核酸分子
が細胞から漏出するのを防ぐ方法を提供する。「漏出」は、細胞内に入りこんで
増幅分子とハイブリダイズして複合体を形成する「分子テープ」と称する試薬の
結果として防がれる。この複合体の形成が漏出を防ぐ。一般に、分子テープは、
インシトゥ反応において増幅した標的分子がどこで認められようとも増幅した標
的分子と複合体を形成することができる。
【0017】 「漏出」なる語は、増幅した標的核酸分子の細胞からの望ましくない流出とし
て定義され、該流出は標的分子のインシトゥ増幅中および増幅後に生じるもので
ある。漏出は、たとえば、増幅試薬を細胞内に導入してインシトゥ増幅を行うた
めに細胞膜を透過性にした結果として生じる。透過性の結果として細胞膜中に残
された開口は、これら開口を通り抜けるほど充分に小さな増幅産物が細胞から流
出(すなわち、漏出)するのを可能にする。 「防ぐ」なる語は、漏出を抑制、低減および/または停止させることを広く包
含して用いられる。 「分子テープ」なる語は、インシトゥ増幅後に増幅した標的核酸分子を細胞内
に保持する機能を果たす、一本鎖分子および二本鎖分子を含めて種々の形態の核
酸分子を包含するものとして定義される。分子テープは、増幅した標的核酸分子
を種々のメカニズムにより細胞内に保持することができる。
【0018】 本発明の一つの態様において、分子テープは増幅後に1またはそれ以上のコピ
ーの標的分子とハイブリダイズする。ハイブリダイゼーションは、たとえば、分
子テープ上の別々の核酸配列領域と増幅した標的分子上の相補的領域との間で生
じる。それゆえ、この態様は、分子テープの第一の配列領域が増幅した標的分子
(またはアンプリコン(amplicon))の第一のコピーの相補的領域とハイブリダ
イズし、該テープの第二の配列領域が増幅分子の第二のコピーの相補的領域とハ
イブリダイズした、1または2分子以上の分子テープを含む複合体またはコンカ
テマーを生成させる。本発明に従って形成される複合体またはコンカテマーは、
典型的に1または2コピー以上の増幅した標的分子上の相補的領域とハイブリダ
イズした複数分子の分子テープを含み、それによって複数のコピーの増幅標的分
子が互いに複合体を形成する。
【0019】 たとえば、本発明の好ましい態様を図1に示してあるが、図1は、複数の分子
テープ(灰色)が、第一に増幅標的分子の5'末端の相補的領域とハイブリダイ
ズし、第二に該増幅標的分子の3'末端から上流の相補的領域にハイブリダイズ
することを示している。上記に記載したように、本発明に従って生成した複合体
またはコンカテマーのサイズは、上記に記載したように、たとえば細胞膜を透過
性とした結果として細胞膜に存在する開口の全てではなくとも殆どのサイズを大
部分が超えるものでなければならない。 本発明の他の態様において、増幅した標的分子と分子テープとの相互作用によ
って生成した複合体は、漏出を防ぐさらなる手段として細胞オルガネラや構造タ
ンパク質(たとえば、アクチン)などの細胞内構成成分とさらに相互作用してよ
い。
【0020】 分子テープは種々の異なる長さであってよく、長さの長い分子テープは複数の
コピーの増幅標的分子との間で相互作用を引き起こすことができる。分子テープ
は、1または2コピー以上の増幅標的分子の複合体を形成できるか、あるいは少
なくとも1コピーの増幅標的分子と細胞内構成成分との間で複合体を形成できる
ほど充分に長くなければならない。分子テープの長さは、約20ヌクレオチドか
ら、標的分子の長さに適合したヌクレオチド長、すなわち好ましくは標的分子の
ヌクレオチド長よりは短く、かつ標的分子の増幅を妨害しない長さまでの範囲で
あってよい。好ましい態様において分子テープの長さは約20〜約60ヌクレオ
チドの範囲であり、さらに好ましくは約30〜約50ヌクレオチドの範囲である
。本発明による分子テープのさらなる特徴および利点は以下の記載および例示か
ら明らかであろう。
【0021】 さらに、必要であれば分子テープがプライマーとして機能しないことを確実に
する手段を本発明に従って講じることもできる。これら手段としては、たとえば
、プライマー反応を防ぐために分子テープの3'末端をブロックすることが挙げ
られる。 分子テープは、DNAまたはRNAの配列、またはそのアナログ、たとえばペ
プチド含有核酸を包含する。 本発明の一つの態様において、分子テープは検出可能な標識を含んでいてよく
、それゆえ分子テープおよび検出プローブの両方として機能しうるものであって
よい。図1はフルオレセイン化した分子テープの例を示しており、ここではフル
オレセイン残基が分子テープの5'および3'の両末端に付着(たとえば、共有結
合)されている。
【0022】 本発明による分子テープは、該テープのヌクレオチド配列について前もって決
定した明細に従って市販のオリゴヌクレオチド合成を用いて製造することができ
る。これら明細は、たとえば、標的核酸分子中の2つの別々の配列領域を選択し
、これら領域に相補的な別々の領域を含むオリゴヌクレオチドを合成することに
より決定できる。この一例は実施例1に示してあり、これは本発明の好ましい態
様を示すものである。ついで、分子テープを好ましいNASBA反応などの増幅
反応において実験的に試験することができ、その際、分子テープが増幅標的分子
の漏出を防ぐ能力は本明細書に記載する検出法を用いて測定することができる。
「核酸」なる語は、DNAおよびRNA、およびそのアナログを包含するものと
して定義され、好ましくはRNAである。さらに、本発明の方法はmRNAの検
出に限られるものではない。興味のもたれる他のRNAとしては、tRNA、r
RNA、およびsnRNAが挙げられる。
【0023】 「細胞内構成成分」なる語は、幾つかの場合には修飾後に、分子テープと反応
して分子テープと増幅標的核酸分子との複合体をさらに細胞内に保持させること
のできる、細胞内のいかなる構成成分をも意味する。それゆえ、細胞内構成成分
は漏出を防ぐためのさらなる手段を提供する。細胞内構成成分としては、たとえ
ば、細胞オルガネラおよびアクチンなどの細胞内構造タンパク質が挙げられる。
【0024】 本明細書において使用する「プライマー」なる語は、ある核酸配列(鋳型また
は標的配列として)に相補的で、適当な条件下(たとえば、緩衝液、塩、温度お
よびpH)、ヌクレオチドおよび核酸複製試薬、たとえばDNA依存およびRN
A依存ポリメラーゼの存在下で該核酸配列(鋳型または標的配列として)の合成
を促進することのできるオリゴヌクレオチドをいう。プライマーは、適当な標的
領域とハイブリダイズし、複製試薬の存在下で相補的な核酸配列の合成を促進す
ることができるほどに充分に長くなければならない。典型的なプライマーは少な
くとも10ヌクレオチドの配列長を含み、標的配列に対して実質的に相補的また
は相同である。プライマーは好ましくは約15〜26ヌクレオチドを含むが、長
いプライマーはまた、たとえばNASBAなどの転写ベースの方法においても有
用であり、その際、プライマーの一つはポリメラーゼプロモーターをコードする
さらなるプロモーター配列を含んでいる。
【0025】 「プロモーター配列」なる語は、RNAポリメラーゼなどのポリメラーゼによ
って認識されるオリゴヌクレオチドとして定義される。原則として、開始配列を
認識することのできるポリメラーゼが知られており利用できるいかなるプロモー
ター配列をも用いることができる。知られており有用なプロモーターとしては、
ある種のバクテリオファージRNAポリメラーゼによって認識されるもの、たと
えば、バクテリオファージT3、T7またはSP6が挙げられる。さらに、プラ
イマーの一部、たとえば伸長反応の開始点としてのプロモーター配列の使用は本
発明のある種の態様においては制限される(blocked)。特に好ましいプロモー
ター配列はT7 RNAポリメラーゼプロモーターをコードする配列(
【化1】 )であり、該プロモーターは本発明に従って好ましい等温転写ベース増幅系であ
るNASBAに用いる。
【0026】A.試料 上記に記載したように、本発明の方法および試薬は、組織切片および浮遊細胞
を含む、種々のタイプの試料のインシトゥ増幅および検出に用いることができる
。 本発明に関連して用いる組織および細胞試料は種々の異なる哺乳動物源から得
てよく、ヒト組織および細胞の試料を含むがこれに限られるものではない。細胞
試料は、組織吸引液または体液から得ることができる。本発明は、トランスフォ
ームしたまたは過形成の細胞、または癌腫から得た細胞に用いることができる。
たとえば、ヒトの血球、とりわけ末梢血単核細胞(PBMC)がHIV−1およ
びHIV−2を研究するのにしばしば用いられる。
【0027】 組織切片は、クリオスタット切片形成(cryostat sectioning)およびミクロ
トームスライス生成(microtome slicing)などを含む幾つかの異なる方法で得
ることができる。組織は、固形臓器、たとえば脳、脾臓、骨、心臓、血管組織、
肺、腎臓、肝臓、下垂体または内分泌腺、リンパ節、分散した初代培養細胞(di
spersed primary cells)、腫瘍細胞その他を含む、多くの異なる採取源のいず
れからも得てよい。臨床的な試料として特に重要であるのは、リンパ組織および
疑いのもたれる腫瘍組織および細胞である。
【0028】 組織は切片を形成する前に常法により前処理してよい。切片とした組織試料は
、その後の処理を妨害することのない常法により固定することができる。組織試
料を固定する特定の方法は、標的核酸分子の完全性が保持され、かつ固定手順が
その後の処理工程を妨害しない限り重要ではない。 細胞および組織試料はまた、掻き取り(scraping)、洗浄法(lavage)または
生検などの標準法によっても得ることができる。初代培養細胞または樹立細胞株
を支持体上で培養増殖または浮遊増殖させることができ、支持体上に遠心分離す
ることができる。
【0029】B.増幅前処理 細胞および組織試料の固定は、知られたいずれの通常の固定法によっても行う
ことができる。本発明に用いるのに好ましい固定法は、細胞のための架橋固定液
および沈殿(precipitive)固定液の組合せ、および組織切片のための架橋固定
液単独(10%中性緩衝ホルマリン)を含む。こうして選択した標的核酸分子は
細胞/組織の形態とともによく保存することができる。
【0030】 組織および細胞試料は、顕微鏡観察のため、公知の溶媒を用いた試料の脱水お
よび再水和、ついでリン酸緩衝食塩水(PBS)などの標準緩衝液で洗浄するこ
とを含む常法により調製する。さらに、インシトゥ増幅のために調製した細胞は
壊れやすいことが知られているので、遠心分離の時間および速度を注意深く選択
して良好な結果が得られるようにしなければならない。たとえば、以下の実施例
(H9細胞を用いている)で指定した遠心分離の時間および速度は異なる種類の
細胞に対しては若干調節する必要があるかもしれない。 細胞試料は、適当な支持体、たとえば光学顕微鏡のためにはスライドまたは電
子顕微鏡のためにはグリッド上で増殖させることができ、あるいは支持体なしで
増殖させてその後に支持体に適用することができる。
【0031】C.増幅法 上記に記載したように、増幅は等温条件下で行うことができる。本発明の好ま
しい態様では、等温転写ベース増幅系を3つの酵素(逆転写酵素、RNアーゼH
、およびRNAポリメラーゼ)と標的配列に特異的な2つのDNAオリゴヌクレ
オチド(以下、プライマーという)との共同した(coordinated)作用に基づい
て行うことができる。この方法はRNA鋳型から出発し、交互にDNAおよびR
NAを合成する。詳細には、所望のRNA鋳型、プライマー、dNTP、および
逆転写酵素を出発物質としてRNA/DNAハイブリッドを生成させる。RNA
をRNアーゼH活性により該ハイブリッドから分解させる。ついで、第二のプラ
イマーを用いた逆転写により二本鎖DNAを生成させ、ついで該二本鎖DNAが
、NTPの存在下でRNAポリメラーゼを用いることにより大量のRNAを合成
するための鋳型として機能する。ついで、これら合成したRNA分子がその後の
増幅サイクルにおいて鋳型としての機能を果たすことができる。これらプライマ
ーの一つは、鋳型に相補的な配列に加えて、プロモーターおよび転写開始部位を
生成するのに必要なさらなる配列を有している。好ましいプロモーターおよび転
写開始部位は、バクテリオファージRNAポリメラーゼによって認識されるもの
、たとえばT3、SP6およびT7などである。3つの酵素活性は、3つの別々
の酵素、逆転写酵素、RNアーゼHおよびRNAポリメラーゼによって、または
2つの酵素、逆転写酵素およびRNAポリメラーゼのみによって(RNアーゼ活
性は逆転写酵素によって提供される)提供される。好ましくは、逆転写酵素はニ
ワトリ骨髄芽球症ウイルスの逆転写酵素(AMV−RT)であり、RNAポリメ
ラーゼはT7 RNAポリメラーゼである。
【0032】 本発明に用いるのに好ましい等温転写ベース増幅系はNASBAである。NA
SBA法は米国特許第5,409,818号および同第5,554,527号に開示
されている(参照のため本明細書に引用する)。NASBAは、T7プロモータ
ーを含む鋳型からRNAの複数のコピーを転写するためにT7 RNAポリメラ
ーゼの使用を包含する。 核酸の増幅のための他の方法は、いわゆる転写ベース増幅系(TAS)である
。TAS法は国際特許出願第WO88/10315号に記載されている(参照の
ため本明細書に引用する)。転写ベース増幅系は、通常、標的核酸を一対のオリ
ゴヌクレオチドで処理することを含み、これらオリゴヌクレオチドのうちの一つ
は機能性のプロモーターを含む鋳型を生成するためのプロモーター配列を含む。
複数コピーのRNAを鋳型から転写することができ、さらなる増幅のための基礎
として機能することができる。
【0033】 他の転写ベースの増幅法がEP408295号に記載されている(参照のため
本明細書に引用する)。EP408295号は主として2酵素転写ベース増幅法
に関するものである。 上記に記載したように、増幅はまた熱サイクルを用いても行うことができる。
好ましい方法はポリメラーゼ連鎖反応(PCR)であり、これは米国特許第4,
683,202号および同第4,683,195号に記載されている(それぞれ、
参照のため本明細書に引用する)。
【0034】 PCR法はまた所望のRNA標的を増幅させるのに用いることができる。この
方法(RT−PCRとして知られる)は、逆転写酵素を用いてRNA標的に相補
的な一本鎖DNA配列を生成する予備工程を含む。ついで、このDNA配列を第
二のプライマーと反応させて第一の鎖に相補的な第二のDNA鎖を生成させる。
ついで、この二本鎖DNAをPCRを用いて増幅させることができる。
【0035】D.検出法 核酸のインシトゥ検出のための多くの方法が当該技術分野で知られており、そ
のいずれも本発明に用いることができる。検出法は、典型的に2つの一般的な方
法の一つである:(1)増幅反応の際の標識ヌクレオチドの導入、および(2)
増幅産物の所定の領域に特異的にハイブリダイズする標的核酸またはアナログと
のハイブリダイゼーション。 いずれの一般的方法においても、標識は、放射性同位体、酵素、または検出可
能なシグナルを生成しうる他の残基(比色シグナル、蛍光シグナル、化学ルミネ
センスシグナルおよび電子密度シグナルを含む)であってよい。
【0036】 同位体が塩基または糖残基の一部であるか、またはある種の連結基によってヌ
クレオチドに結合されている場合に、H、125I、35S、14Cまたは P標識プローブのオートラジオグラフィーを用いることができる。他の標識と
しては、プローブに共有結合したリガンドが挙げられる。ついで、リガンドを抗
リガンドに結合させる。抗リガンドはそれ自体検出可能であるか、または酵素、
蛍光団または化学ルミネセンス化合物などの検出可能なシグナルに共有結合され
ている。興味のもたれる酵素としては、ホスファターゼ、エステラーゼまたはグ
リコシダーゼ、あるいはペルオキシダーゼなどの酸化還元酵素が挙げられる。蛍
光化合物としては、フルオレセインおよびその誘導体、ローダミンおよびその誘
導体、ダンシル、ウンベリフェロンなどが挙げられる。化学ルミネセンス化合物
としては、ルシフェリンおよび2,3−ジヒドロフタラジンジオンが挙げられる
【0037】 たとえば、検出は、ビオチン−アビジン相互作用の結果として生じてよく、そ
の際、アビジンは蛍光団、酵素または他の標識で標識されている。興味のもたれ
る蛍光団としては、フィコビリンタンパク質(phycobiliproteins)、フルオレ
セインなどが挙げられる。酵素としては西洋ワサビペルオキシダーゼ、ホスファ
ターゼなどが挙げられる。あるいは、コロイド金やフェリチンなどの標識を電子
顕微鏡による検出に用いることができる。
【0038】 分子標識(molecular beacons)もまた増幅産物を検出するのに用いることが
できる(TyagiおよびKramer, Nature Biotech. 14: 303, 1996)。分子標識は、
標的核酸を認識し、その存在のシグナルを生成する核酸プローブである。詳細に
は、標識分子は、ステムおよびループ構造を有する一本鎖核酸または核酸アナロ
グである。該分子のループ部分は標的配列に相補的なプローブ配列である。ステ
ムは、該プローブ配列の両側の2つの相補的なアーム配列のアニーリングによっ
て生成する。蛍光残基を一方のアームの端に結合させ、蛍光消光(quenching)
残基をもう一方のアームの端に結合させる。ループ部分が標的配列とハイブリッ
ドを形成すると蛍光団と消光団(quencher)とは分離され、それゆえ蛍光団は紫
外線を照射したときに蛍光を発する。ループ部分が標的配列とハイブリダイズし
ない場合には、蛍光団と消光団とは近接位置に留まるため蛍光団は蛍光を発しな
い。
【0039】 本発明の好ましい態様において、増幅した標的分子は分子テープ上の1または
それ以上の検出可能な標識の結果として検出できる。検出可能な標識としては上
記に記載した標識が挙げられる。 本発明の方法はまた、免疫染色や蛍光活性化セルソーティング(FACS)な
どの免疫学的な方法とともに用いることもできる。たとえば、細胞表面抗原の複
数の染色により細胞亜集団の感染率(infection rates)に基づく疾患の診断お
よび予後が可能になる。インシトゥ増幅を他の染色法と組み合わせてHIV−1
などのリンパ趨向性のレトロウイルスに感染していると思われる患者からの血液
または生検試料に適用すると、特異的なウイルス遺伝子を発現するCD4(表
面抗原)細胞のフラクションなどのような価値ある予後情報が得られる。
【0040】 上記に記載したように、増幅した標的分子は細胞溶解後、種々の検出法を用い
て検出して増幅した標的分子の細胞内の存在を確認することができる。一つの方
法はエレクトロケミルミネセンス(electrochemiluminescence)化学(ECL)
であり、これはビオチン−アビジン相互作用によりストレプトアビジンでコーテ
ィングしたマグネチックビーズの表面に固定化したビオチン化オリゴヌクレオチ
ド捕捉プローブを用いるものである。この系はまた、増幅産物の独立した領域に
ハイブリダイズしうるオリゴヌクレオチドデテクタープローブをも用いる。デテ
クタープローブはルテニウムで標識してあり、ECLシグナルを生じることがで
きる。
【0041】 本発明を以下の実施例により記載するが、これら実施例は説明のためのもので
あって、いかなる意味においても本発明を限定するこを意図するものではない。
実施例1 標準等温増幅法I(スライド上の細胞) 増幅前処理 : 培養した細胞を回収し、1400rpm(377g)にて10分間回転させる
。細胞を1×PBSで1200rpm(270g)にて8分間、2回洗浄する。
細胞を1×PBS中に約5〜10×10/mlの濃度にて再浮遊させ、9容量
の固定液(1:1 アセトン:メタノール)に対して1容量の細胞にて30分間
固定させる。ついで、細胞を1×PBSで1回洗浄し、1×PBS中に約2×1
/mlの濃度にて再浮遊させる。細胞をシリカを被覆した(silianated)(
Shandon Lipshaw)スライド上、700rpmにて5分間、5×10/スライ
ド(2×10細胞/mlの250Fl/スライド)の細胞数にて回転させる。
ついで、スライドを室温(R.T.)で3時間から一夜空気乾燥させ、ddH
で室温にて2分間洗浄し、再び室温にて少なくとも30分間空気乾燥させる。
【0042】NASBA増幅 : 増幅を以下の成分を含む15μL溶液を入れた20μL反応容器で行う:40
mMトリス、pH8.5;12mM MgCl;70mM KCl;5mM DT
T;1mM dNTP(それぞれ);各2.0mMのrATP、rCTP、および
rUTP(UTPおよびジゴキシゲニン標識UTPの混合物);1.5mM rG
TP;0.5mM ITP;15%DMSO;0.2μMのプライマー1およびプ
ライマー2;4ピコモルの分子テープ、1.5Mソルビトール、および2.1μg
のBSA;32単位のT7 RNAポリメラーゼ;および25.6単位のAMV逆
転写酵素(AMV−RT)を含む5μLの酵素混合液。ジゴキシゲニン−UTP
を用いる場合は、ジゴキシゲニン−UTPの濃度はUTPの全濃度の約10〜2
0%でなければならない。
【0043】 増幅手順は以下のようにして行う: 1.第一の15Fl反応混合液を充分に混合し、ついで第二の5Fl酵素混合液
を加え、穏やかに(攪拌することなく)混合する。 2.合計20Flをスライド上部の反応チャンバ(M J Research)に加え、チャ
ンバを注意深く密封する。 3.スライドを「Hybaid」スライドインキュベーター上、41ECにて2
時間インキュベートする。
【0044】増幅後処理 : スライドを1×PBSで2回、0.5×PBSで2回、ついでddHOで2
回、各5分間洗浄する。エタノール(50%、2分;70%、2分;90%、2
分;95%、2分;ついで100%、2分)で脱水し、ついで約10分間空気乾
燥させる。ついで、試料を5%血清、1%ウシ胎仔血清、5%BSAで室温にて
1時間、血清ブロックし(抗ジゴキシゲニンと同じ由来の血清を使用)、抗ジゴ
キシゲニン抗体を4ECにて一夜適用する。ついで、試料を1×PBSで2回、
ddHOで2回洗浄する。ついで、酵素結合抗ジゴキシゲニン抗体を用いる場
合は基質を加え、またはFITC結合抗ジゴキシゲニン抗体またはフルオレセイ
ン標識分子テープを用いる場合は細胞を直ちに顕微鏡下でモニターする。
【0045】実施例2 標準等温増幅法II(浮遊液中の細胞) 増幅前処理 : 培養した細胞を回収し、1400rpm(377g)にて10分間回転させる
。細胞を1×PBSで1200rpm(270g)にて8分間、2回洗浄する。
細胞を1×PBS中に約5〜10×10/mlの濃度にて再浮遊させ、9容量
の固定液(1:1アセトン:メタノール)に対して1容量の細胞にて30分間固
定させる。ついで、細胞を1×PBSで53gにて15分間、2回洗浄する。つ
いで、細胞をプロナーゼ消化に37ECにて5分間供する。ついで、消化の後に
90ECにて10分間熱不活化を行う。ついで、細胞を再び1×PBSで53g
にて15分間、2回洗浄する。最後の洗浄の後、もしも最初の細胞数が2.5〜
5.0×10細胞であったなら、細胞は1×PBSの容量内に留まり、30F
lを超えることはないであろう。
【0046】NASBA増幅 : 増幅を、(1)以下の成分を含む10μL溶液:40mMトリス、pH8.5
;12mM MgCl;70mM KCl;5mM DTT;1mM dNTP(
それぞれ);各2.0mMのrATP、rCTP、およびrUTP(UTPおよ
びジゴキシゲニン標識UTPの混合物);1.5mM rGTP;0.5mM IT
P;15%DMSO;0.2μMのプライマー1およびプライマー2;4ピコモ
ルの分子テープ、1.5Mソルビトール、(2)2.1μgのBSA;32単位の
T7 RNAポリメラーゼ;および25.6単位のAMV逆転写酵素(AMV−R
T)を含む5μLの酵素混合液(ジゴキシゲニン−UTPを用いる場合は、ジゴ
キシゲニン−UTPの濃度はUTPの全濃度の約10〜20%でなければならな
い)、および(3)上記増幅前処理工程からの1×PBS中の5Flの細胞、を
入れた20μL反応容器で行う:
【0047】 増幅手順は以下のようにして行う: 1.第一の10Fl反応混合液を充分に混合し、ついで第二の5Fl酵素混合液
を加え、穏やかに(攪拌することなく)混合する。 2.上記15Fl(成分1および2)をエッペンドルフ管中の5Flの細胞に加
える。合計20Flを管中で穏やかに混合する。 3.管を41ECにて2時間インキュベートする。
【0048】増幅後処理 : 細胞を1×PBSで53gにて15分間洗浄する。ついで、試料を5%血清、
1%ウシ胎仔血清、5%BSAで室温にて1時間、血清ブロックし(抗ジゴキシ
ゲニンと同じ由来の血清を使用)、抗ジゴキシゲニン抗体を4ECにて一夜適用
する。ついで、試料を1×PBSで2回洗浄する。ついで、酵素結合抗ジゴキシ
ゲニン抗体を用いる場合は基質を加え、またはFITC結合抗ジゴキシゲニン抗
体または分子テープを用いる場合は細胞をFACS装置により分析する。もしも
市販の蛍光システムを酵素結合抗ジゴキシゲニン抗体とともに用いる場合は、一
夜の抗体インキュベーション後に製造業者によって推奨される手順に従う。
【0049】実施例3 標準等温増幅法III(組織切片) 増幅前処理 : 標準固定組織切片をキシレンで2回(各5分)脱パラフィン処理し、ついで1
00%エタノール中で2回(各5分)洗浄する。ついで、切片を95%、90%
、70%および50%のエタノール(各2分処理)で再水和し、ついでddH Oで2分間処理する。ついで、切片を2つの方法のうちの一つによりプロテアー
ゼ消化に供する:(A)ディスパーゼIIとプロナーゼとの混合物に37ECにて
30分間、または(B)プロテアーゼKに37ECにて30分間。いずれの方法
でも酵素は37ECの後に90ECにて10分間不活化しなければならない。プ
ロテアーゼ消化後、切片を1×PBSで2回(各2分の洗浄)洗浄し、ついでd
dHOで2回(各2分の洗浄)洗浄する。ついで、切片を50%、70%、9
0%、95%および100%のエタノール(各2分処理)で脱水し、ついで約1
0分間空気乾燥させる。NASBA増幅 : 実施例1と同じ。増幅後処理 : 実施例1と同じ。
【0050】実施例4 増幅した標的核酸分子を細胞内に保持するうえでの本発明の分子テープの有効
性を試験した。 H9細胞(不死化したヒトT細胞株)の2つの培養液を培養し(10%ウシ胎
仔血清を含むRPMI中)、カウンティングのためトリパンブルー染色した。一
方の培養液にHIV−1 IIIBを感染させ、他方の培養液には感染させなかった
。細胞を以下のように割り当てた:I群は0%の感染細胞を含んでいた;II群は
50%の感染細胞を含んでいた;III群は100%の感染細胞を含んでいた。図
2を参照。
【0051】 各群の細胞の試料を増幅用に調製し、上記のようにジゴキシゲニン−UTPの
導入を含む上記実施例1に記載の手順に従って増幅させた。使用したNASBA
プライマーは、Organon Teknika, Durham N.C.から入手できるNASBAベース
HIV増幅および検出キット(「Nuclisens HIV-QT」)に含まれている。各群の
細胞の半分は脱水後に溶解させ、残りの半分は上記インシトゥ手順に従って処理
した。ついで、全ての群を、インシトゥ検出のためにFITC結合抗ジゴキシゲ
ニン抗体かまたは溶解した細胞のためにECLデテクターおよび捕捉プローブを
用いて検出した。
【0052】 表1に示すように、脱水後に溶解した細胞について、分子テープ(MT)の不
在下では「陰性」と表示されているように増幅した標的分子が細胞内で検出でき
なかったのに対し、分子テープの存在下では「陽性」と表示されているように増
幅した標的分子が細胞内で検出できたことがECL検出を用いてわかった。分子
テープは以下の配列を含んでいた:
【化2】 細胞内のECLシグナル(分子テープを用いるか用いることなく)に対応する「
陰性」および「陽性」の表示は、I〜III群に対して実験的に得られたECL数
に基づいて決定した。詳細には、ECL数が前もって決定したECLアッセイ陰
性値[ECL系(Organon Teknikaからの「Nuclisens HIV-QT」キット(検出お
よび捕捉プローブを含む)の一部でもある)で使用する標準アルゴリズムに基づ
いて計算]の2.5倍未満であるときはECLシグナルは陰性であるとみなす。 表1 細胞内部のECLシグナル 細胞内部のECLシグナル (MT使用せず) (MTを使用) 実験1 陰性 陽性 実験2 陰性 陽性
【0053】 実施例1のインシトゥ手順(FITC−標識抗ジゴキシゲニン抗体の使用を含
む)に従って処理した残りの半分の細胞については、図2が、II群(50%感染
)およびIII群(100%感染)のHIV−感染細胞からの漏出が分子テープの
存在下で防がれたことを示している。このことは、図2において(とりわけIII
群のH9IIIB細胞において)フルオレセイン標識NASBAシグナルが感染細胞
の細胞質部分にのみ局在している(明るい内部側の核領域を取り囲む暗い領域に
よって同定されるように)ことによって示されている(このようなシグナルは細
胞を取り囲む培地には存在しない)。 このようなタイプの実験から、本発明に従って分子テープを用いたインシトゥ
等温増幅を行うための理想的な条件を確かめることができる。さらに、当業者で
あれば熱サイクルベース系のような別の増幅系を用いて本発明を実施するために
、必要に応じて上記手順を改変できることが理解されるであろう。
【0054】実施例5 SIVに感染したサルおよびSIVに感染していないサルからのリンパ節切片
(ともにホルマリンで固定)をキシレン(各5分を2回)およびエタノール(各
5分を2回)で脱水し、エタノール(95%、90%、70%および50%、各
2分)で再水和した。ついで、切片をディスパーゼIIおよびプロナーゼ(それぞ
れ、0.6Uおよび1.2U)の混合液消化に37ECにて30分間供した。消化
の後に90ECにて10分間熱不活化を行った。ついで、切片をPBSで2回、
ついで水で2回洗浄し、エタノール(50%、70%、95%および100%、
各2分)で脱水し、空気乾燥させた。
【0055】 ついで、SIVのGAG遺伝子からの以下のプライマーを用いて上記と同様に
して等温増幅を行った。
【化3】 FITC−標識分子テープを、検出プローブとして、および本発明に従って漏出
を防ぐために用いた。分子テープは下記配列:
【化4】 を含んでおり、該分子の5'および3'の両末端でFITC標識してあった。図3
の左のパネル(「SIV感染リンパ節」)は、細胞の細胞質領域へのNASBA
シグナルの局在および周囲の培地中のフルオレセイン標識の不在(それゆえ、感
染細胞から周囲の培地への漏出の防止)を示している。
【0056】 要約すると、本発明の方法は当該技術分野で知られた他のインシトゥ増幅法に
比べて幾つかの有意の利点を提供する。 第一に、本発明の分子テープは小さな増幅産物の保持を可能にし、それゆえい
かなるサイズの標的の増幅および検出をも可能にする。 第二に、等温転写ベースの増幅の好ましい態様はDNAの背景でのRNAの特
異的な増幅を可能にする。 第三に、等温転写ベースの増幅の好ましい態様は細胞の形態を保存し、それゆ
え熱サイクル法を用いて得られる情報を上回る情報を提供する。
【配列表】
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の好ましい態様による分子テープと増幅した標的分子との
複合体を示す。
【図2】 実施例4に記載するように、0%感染細胞、50%感染細胞およ
び100%感染細胞の混合細胞集団でのH9細胞のインシトゥでのフルオレセイ
ン結合抗ジゴキシゲニン検出を示す。
【図3】 実施例5に記載するように、SIVに感染したサルからのリンパ
節切片のインシトゥでのフルオレセイン検出を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ユーン・ミ・リー アメリカ合衆国20877メリーランド州ゲイ ザーズバーグ、キラーニー・レイン・ナン バー101、9917番 (72)発明者 グレゴリー・ジェイ・ハートー アメリカ合衆国12065ニューヨーク州クリ フトン・パーク、マイヤー・ロード16エイ 番 Fターム(参考) 4B024 AA11 CA01 HA14 HA19 4B063 QA01 QA11 QA18 QQ42 QQ52 QR55 QR62 QR71 QS25 QS34

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 増幅した標的核酸分子が細胞から漏出するのを防ぐ方法であ
    って、該細胞を、該細胞に入って増幅した該分子とハイブリダイズして複合体を
    形成する分子テープに暴露し、それによって漏出を防ぐ工程を含む方法。
  2. 【請求項2】 該標的核酸分子が等温増幅によって増幅される、請求項1に
    記載の方法。
  3. 【請求項3】 該標的核酸分子が熱サイクル増幅によって増幅される、請求
    項1に記載の方法。
  4. 【請求項4】 該分子テープが1またはそれ以上の細胞内構成成分にさらに
    結合する、請求項1に記載の方法。
  5. 【請求項5】 該標的核酸分子がRNAである、請求項1に記載の方法。
  6. 【請求項6】 該標的核酸分子がDNAである、請求項1に記載の方法。
  7. 【請求項7】 該標的核酸分子が組織切片内にある、請求項1に記載の方法
  8. 【請求項8】 該細胞が複数の浮遊細胞の一つである、請求項1に記載の方
    法。
  9. 【請求項9】 該複合体を検出する工程をさらに含む、請求項1に記載の方
    法。
  10. 【請求項10】 該検出工程をインシトゥで行う、請求項9に記載の方法。
  11. 【請求項11】 該分子テープが検出可能な標識を含む、請求項10に記載
    の方法。
  12. 【請求項12】 該等温増幅が等温転写ベースの増幅である、請求項2に記
    載の方法。
  13. 【請求項13】 該等温転写ベースの増幅が核酸配列ベースの増幅(NAS
    BA)である、請求項12に記載の方法。
  14. 【請求項14】 該熱サイクル増幅がポリメラーゼ連鎖反応(PCR)であ
    る、請求項3に記載の方法。
  15. 【請求項15】 該熱サイクル増幅が逆転写PCR(RT−PCR)である
    、請求項3に記載の方法。
  16. 【請求項16】 該分子テープが一本鎖である、請求項1に記載の方法。
  17. 【請求項17】 該分子テープが二本鎖である、請求項1に記載の方法。
  18. 【請求項18】 該分子テープの長さが少なくとも約20ヌクレオチドであ
    る、請求項1に記載の方法。
  19. 【請求項19】 該分子テープの長さが約20〜約60ヌクレオチドの範囲
    である、請求項18に記載の方法。
  20. 【請求項20】 該分子テープの長さが約30〜約50ヌクレオチドの範囲
    である、請求項19に記載の方法。
  21. 【請求項21】 該分子テープの3'末端をブロックする工程をさらに含む
    、請求項1に記載の方法。
  22. 【請求項22】 該細胞が固定化細胞である、請求項1に記載の方法。
  23. 【請求項23】 該組織切片が固定化組織切片である、請求項7に記載の方
    法。
  24. 【請求項24】 該分子テープがDNAを含む、請求項1に記載の方法。
  25. 【請求項25】 該分子テープがRNAを含む、請求項1に記載の方法。
  26. 【請求項26】 該分子テープがペプチド含有核酸を含む、請求項1に記載
    の方法。
  27. 【請求項27】 該分子テープの第一の配列領域が増幅した標的分子の第一
    のコピーの相補的領域とハイブリダイズし、該分子テープの第二の配列領域が増
    幅した標的分子の第二のコピーの相補的領域とハイブリダイズする、請求項1に
    記載の方法。
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