JP2004065125A - Method for determining number of iterations for target nucleic acid - Google Patents

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Koji Hashimoto
橋本 幸二
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for determining the number of iterations of repeating sequences included in a nucleic acid. <P>SOLUTION: The method for determining the number of iterations for the target nucleic acid, a method for determining the number of iterations for the target nucleic acid including a target sequence x1-(y)<SB>n</SB>-x2, comprises (1) extending the nucleic acid under the conditions of properly affording extension reaction using a primer X1-(Y)<SB>m</SB>-X2( wherein, m is an integer of ≥1, being equal to the number of iterations n predicted in advance ) including a repeating sequence comprising a sequence X1 complementary to a sequence x1 and a sequence Y complementary to a fundamental unit y in any number of iterations m and a sequence X2 complementary to a sequence x2 and (2) judging the presence/absence of the extension in the reaction product. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、核酸に存在する反復配列の反復数を決定するための方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ゲノム中には、多くの反復配列が見つかっている。これらはしばしば遺伝子解析などにおける遺伝的マーカーとして用いられている。これまで反復配列の繰り返し数を決定する方法としては、電気泳動が広く用いられてきた特表平8−510910)。しかしながら、従来の電気泳動による方法では、制限酵素による切断やその他の煩雑な操作が必要であり、且つ決定までに相当な時間がかかることから、操作性に優れた新しい手法が求められている。
【0003】
従来の問題を解決する手段の例としては、固相基板上での解析を利用する方法がある。例えば、そのような方法では、繰り返し数に対応した複数の蛍光標識プローブ(2次プローブ)を用意し、それを用いてサンドイッチハイブリダイゼーション反応とライゲーション反応を行う。このような方法では、繰り返し配列数に一致する2次プローブが添加された場合にのみ、相当する部分において蛍光信号が検出される。このような方法は、制限酵素や電気泳動を使用する必要がないので、操作性が向上するというメリットがある反面、ライゲーション反応の特異性が必ずしも高くなく、また固相上では反応効率が低下する。このような事情から、検出の精度に問題があるとされている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような事情から、本発明の目的は、核酸に含まれる反復配列の反復数を決定する方法を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための手段は、即ち、
基本ユニットyを任意の反復数nで含む反復配列と、その3’側に存在する配列x1と、前記反復配列の5’側に存在する配列x2とからなるターゲット配列x1−(y)−x2を含むターゲット核酸について、その反復数を決定するための方法であって、
(1)配列x1に相補的な配列X1と、基本ユニットyに相補的な配列Yを任意の反復数mで含む反復配列と、配列x2に相補的な配列X2とを含むプライマーX1−(Y)−X2を用いて(ここで、mは1以上の整数であり、予め予測される反復数nと等しい整数である)、適切に伸長反応が得られる条件下において核酸を伸長することと、
(2)前記(1)の伸長することにより得られた反応産物における伸長の有無を判定することにより、当該ターゲット核酸の反復配列の反復数を決定することと、
を具備するターゲット核酸の反復数を決定するための方法である。
【0006】
【発明の実施の形態】
本発明の態様に従う反復数決定方法は、ターゲット配列に含まれる反復配列を構成する基本ユニットの繰り返しの回数を決定する方法である。
【0007】
1.用語の説明
ここで使用される「反復配列」の語は、核酸(例えば、ゲノム)上で同一または極めてよく似た塩基配列が2つ以上反復して存在する配列をいい、一般的には「繰り返し配列」とも称される配列である。また、反復配列において繰り返される要素を「基本ユニット」といい、その基本ユニットを構成する塩基配列をユニット配列という。当該基本ユニットの繰り返しの回数を「反復数」という。
【0008】
ここで使用される「核酸」の語は、RNAおよびDNA、ペプチド核酸(即ち、PNA)、メチルフォスホネート核酸およびS−オリゴなどの核酸類似体、cDNAおよびcRNA、並びにオリゴヌクレオチドおよびポリヌクレオチドなど、一般的に塩基配列によって表される物質を総括的に示す語である。また、そのような核酸は、天然に存在するものであっても、人工的に合成されたものであってもよい。
【0009】
本発明の態様に従う方法により、反復数を決定される反復配列は、特に限定されるものではないが、そのユニット配列が約2から約15塩基、好ましくは約2から約10塩基の配列からなる反復配列であればよい。また、反復数は、特に限定されるものではないが、約2から約30であることが好ましい。
【0010】
例えば、本発明の態様に従う方法により反復数を決定される反復配列は、マイクロサテライト配列(一般的には、マイクロサテライトDNAとも称される)、ミニサテライト配列、ショートタンデムリピート(STR)、直列反復配列、縦列反復配列および逆方向反復配列などの反復配列であってよい。
【0011】
特に、例えば、CとAをユニット配列として含むCA反復配列およびGとTをユニット配列として含むGT反復配列などを代表とする遺伝的多型を示す配列、並びにハンチントン病の原因遺伝子であるCAGの3塩基配列などの疾患に関連する多型などのマイクロサテライト配列における反復数を決定することは、臨床および基礎医学的並びに生化学的などにおいて有益である。ここで各塩基は一般的な表記に従い、シトシンを「C」と、チミンを「T」と、アデニンを「A」と、グアニンを「G」と記す。
【0012】
本発明に従う方法を、ターゲット核酸を具備する試料核酸について行ってもよい。ここで使用される「試料核酸」の語は、本願発明の態様に従う方法の対象であるターゲット核酸を含む試料を指す。試料核酸は、個体から採取した試料、例えば、末梢静脈血等の血液、白血球、血清、尿、糞便、精液、唾液、培養細胞、臓器及び組織等の核酸が含有される試料から、それ自身公知の方法により調製されればよい。ここで使用される「個体」の語は、ヒト、ヒト以外の動物及び植物、並びにウイルス、細菌、バクテリア、酵母及びマイコプラズマ等の微生物であってもよい。また、人工的に合成された核酸を含む試料についても本発明に従う方法を行ってもよい。試料は、必要に応じて、ホモジネートおよび抽出等の必要な任意の前処理を行ってもよい。このような前処理は試料に応じて当業者によって選択され得るであろう。
【0013】
ここで使用される「相補」、「相補的」および「相補性」の語は、50%〜100%の範囲で相補的あればよく、好ましくは100%で相補的であることをいう。また、ここで使用される「相同」、「相同的」および「相同性」の語は50%〜100%の範囲で相同であればよく、好ましくは100%で相同的であることをいう。
【0014】
2.反復数決定方法
(1)第1の態様
まず、第1の態様を用いて、本発明に従う反復数決定方法の基本的概念を説明する。第1の態様は図1を用いて説明する。
【0015】
ターゲット核酸1は反復配列2を含む核酸であり、その反復数nを決定しようとする目的の核酸である。ここでは、1基本ユニットを「y」で示す。yからなる反復配列2の両末端に隣接する部位の配列を、各々x1およびx2とする。反復配列2と配列x1と配列x2を合わせた部位は、特定のプライマーが結合するためのターゲット配列3である。本発明に従うターゲット核酸1に含まれるターゲット配列3は、一般式で表すと「x1−(y)−x2」で表される。ここで「n」は1以上の整数である。例えば、本発明の1つの側面である本態様において使用されるターゲット配列3は、図1に示すとおり「x1−(y)−x2」である。
【0016】
このようなターゲット核酸1に含まれる反復数nを決定するためには、基本ユニットyに相補的な相補基本ユニットYを任意の反復数で含み、且つそれを挟むようにx1に相補的な配列X1と、x2に相補的な配列X2とを含むプライマー4を使用する。プライマー4を一般式で表すと、「X1−(Y)−X2」である。ここでmは1以上の整数であり、m=nの場合とm≠nの場合があってよい。
【0017】
ここで、ターゲット配列に含まれる「y」(ここでyは小文字)と、プライマー配列に含まれる「Y」(ここでYは大文字)は互いに相補的である。ターゲット配列に含まれる「x1」(ここでxは小文字)とプライマー配列に含まれる「X1」(ここでXは大文字)、および「x2」(ここでxは小文字)と「X2」(ここでxは大文字)とは夫々互いに相補的である。
【0018】
例えば、本発明の1つの側面である本態様において使用されるプライマーは、3種類である。即ち、図1に示す通り、反復数3で相補基本ユニットを含むプライマー4aと、反復数4で相補基本ユニットを含むプライマー4bと、反復数5で相補基本ユニットを含むプライマー4cである。これらのプライマーは、夫々「X1−(Y)−X2」、「X1−(Y)−X2」および「X1−(Y)−X2」である。
【0019】
以上のようなプライマーを用いたターゲット核酸における反復数を決定するための方法の例を以下に説明する。
【0020】
まず、ターゲット核酸1とプライマー4aが関係する第1の反応系と、ターゲット核酸1とプライマー4bが関係する第2の反応系と、ターゲット核酸1とプライマー4cが関係する第3の反応系を用意する。夫々の反応系で、適切な増幅が生じる条件下で伸長反応を行う。次に、反応後に各反応系に存在する核酸を分析する。
【0021】
反応後の各反応系では次のような事象が生じる。即ち、第1の反応系では、ターゲット核酸1とプライマー4aは、その一部においてハイブリダイズすることは可能である。しかしながら、例えそのようなハイブリダイゼーションが生じたとしても、それは伸長反応に必要な適切なものではない。従って、期待される伸長反応は生じない。従って、反応産物5aは、所望の伸長反応が生じた場合に得られる反応産物ではない。第3の反応系でも同様な事象が生じる。従って、反応産物5cも、所望の伸長反応が生じた場合に得られる反応産物ではない。
【0022】
それに対して、第2の反応系においては、ターゲット核酸1の反復数とプライマー4bの反復数が一致している。従って、そこにおいて生じるハイブリダイゼーションは伸長に適したものである。従って、所望の伸長が達成され、得られる反応産物5bは、所望の伸長反応が生じた場合に得られる反応産物である。
【0023】
各反応系における伸長は、以上のような事象を生じるので、反応後に存在する核酸を分析し、伸長の有無を検出すれば、ターゲット核酸1の反復数を決定することが可能である。
【0024】
即ち、図1に示す本態様においては、ターゲット配列1は、ユニット配列を4回(即ち、n=4)反復されてなる(a)で示される反復配列2を含むことが明らかになる。
【0025】
上述したとおり、本発明において標的とされるターゲット核酸は「x1−(y)−x2」であり、それに対して使用される一般的なプライマーは「X1−(Y)−X2」である。本発明の態様に従って使用されるプライマーにおいて、m=nのプライマーが単独で用いられてもよく、m≠nのプライマーが単独で用いられてもよく、m=nのプライマーとm≠nのプライマーを組み合わせて用いられてもよい。
【0026】
また、m=nのプライマーとm≠nのプライマーが複数で組み合わせて用いられる場合、m=nのプライマーとm≠nのプライマーが、夫々独立した反応容器において別々に使用され且つ反応が実施されてもよく、1つの反応容器において使用され且つ反応が実施されてもよい。ここでいう「反応容器」とは、反応を行うための空間であればよく、例えば、その内部に容量をもつ容器、およびそこにおいて反応を行うための基体の表面などであればよい。
【0027】
例えば、反応の結果として伸長が検出されれば、m=nであり、ターゲット核酸の反復数は、使用した特定のプライマーの反復数であると決定される。また、反応の結果として伸長が検出されなければ、m≠nであり、ターゲット核酸の反復数は、使用したプライマーの反復数ではないと決定される。
【0028】
X1の長さと(Y)の長さとX2の長さとを足し合わせた長さは、約50塩基以上であればよく、好ましくは0塩基から約50塩基であればよく、より好ましくは約15塩基から約30塩基である。長い繰り返し配列に対応するためには全長が長い方が好ましいが、全長が長くなると識別能が低下する。よって最適な鎖長は前述の範囲で構成される。
【0029】
X1の長さは、0から約40塩基であればよく、好ましくは約1塩基から約20塩基であればよく、より好ましくは約2塩基から約10塩基であればよい。できるだけ長い繰り返し配列に対応するためには、X1は短い方が好ましいが、短すぎると識別能が低下する。よって最適な鎖長は前述の範囲で構成される。
【0030】
(Y)の長さは、2から約40塩基であればよく、好ましくは約4塩基から約30塩基であればよく、より好ましくは約6塩基から約20塩基であればよい。長い繰り返し配列に対応するためには全長が長い方が好ましいが、全長が長くなると識別能が低下する。よって最適な鎖長は前述の範囲で構成される。
【0031】
X2の長さは、0から約40塩基であればよく、好ましくは約1塩基から約20塩基であればよく、より好ましくは約2塩基から約10塩基であればよい。できるだけ長い繰り返し配列に対応するためには、X2は短い方が好ましいが、短すぎると識別能が低下する。よって最適な鎖長は前述の範囲で構成される。
【0032】
また、前記プライマーの全長が0塩基から50塩基であり、且つ前記プライマーに含まれるX2の長さが1塩基から20塩基であることが好ましい。より好ましくは、前記プライマーの全長が、15塩基から30塩基であり、且つ前記プライマーに含まれるX2の長さが2塩基から10塩基である。長い繰り返し配列に対応するためには全長が長い方が好ましいが、全長が長くなると識別能が低下する。また、できるだけ長い繰り返し配列に対応するためには、X1およびX2は短い方が好ましいが、短すぎると識別能が低下する。よって最適な鎖長は前述の範囲で構成される。
【0033】
また、プライマー4a、プライマー4bおよびプライマー4cとターゲット核酸1の反応は1つの反応容器において行われてもよく、幾つかのプライマーとターゲット核酸1との反応が1つの反応容器において行われてもよく、全てのプライマーとターゲット核酸1との反応が1つの反応容器において行われてもよい。
【0034】
上述の態様では、3種類のプライマーを使用した例を示したが、これに限定されるものではなく、1種類以上のプライマーを使用してよい。例えば、特定の反復数であるか否かを決定したい場合には、目的とする反復数のYを有するプライマーを使用すればよい。また、Yの反復数は、上述の方法において使用したように「3」、「4」および「5」に限るものではなく、実施者が任意に選択および使用してよい。例えば、ターゲット核酸について予測される反復数を用いればよい。
【0035】
上述のようなx1−(y)−x2を含むターゲット核酸に含まれる反復配列の反復数を検出するためのX1−(Y)−X2からなるプライマーも本発明の範囲に含まれる。
【0036】
ここで使用される「核酸を伸長する」の語は、鋳型核酸と、その一部の塩基配列に相補的なプライマーとを用いて、ポリメラーゼを作用させることにより、目的とする核酸を伸長することをいい、更に、そのような伸長と、そのような伸長が繰り返し行われる増幅の両方を示す。
【0037】
本発明の態様に従って利用され得る伸長反応は、それ自体公知の一般的に核酸を伸長するために使用される手段であっても、および核酸を増幅するために使用される手段であってもよく、そのような手段で有れば何れも使用してよい。これらに限定するものではないが、例えば、ポリメラーゼ連鎖反応(一般的にPCRと称される、以下、PCRと記す)や逆転写PCRなどを利用した方法を用いることが可能である。また更に、Nucleic acid strand amplification(NASBA)、Transcription mediated amplification(TMA)、Ligase chain reaction(LCR)、Strand displacement amplification(SDA)、Isothermaland Chimeric primer−initiated Amplification of Nucleic acids(ICANN)および Rolling circle amplification(RCA)法などの手段も本発明の態様に従って利用することが可能である。
【0038】
ここで使用される「適切に伸長反応が得られる条件」とは、ポリメラーゼが核酸鎖を合成するための各種条件、例えば、温度、pH、塩濃度およびdNTPなどの条件が、ポリメラーゼの活性を適切に得るために十分であるような状態を示す。
【0039】
また更に、当該プライマーの5’端に、塩基配列からなるタグや、Cy5、Cy3等の蛍光物質、色素物質、磁気性物質、並びにアビジンおよびビオチンなどの互いに特異的に結合する1対の物質の一方が標識物質として付与されてもよい。また、ハプテン、オキシダーゼ若しくはホスファターゼ等の酵素、またはフェロセン若しくはキノン類が付与されていてもよい。そのような修飾がなされたプライマーも本発明に従う方法において使用してよい。
【0040】
当該伸長の検出は、それ自身公知の塩基配列の長短を解析するための手段を用いて行えばよい。例えば、それ自身公知の何れかの電気泳動を利用してもよい。そのような電気泳動の例は、例えば、アガロースゲル電気泳動、およびアクリルアミドゲル電気泳動、マイクロフルイディックチップなどである。また、核酸プローブを具備した核酸プローブ固定化基体を利用してもよく、そのような核酸プローブ固定化基体は、一般的にはDNAチップまたはDNAマイクロアレイまたはDNAマクロアレイと称されるそれ自身公知の装置であればよい。更にマイクロビーズや、マイクロタイタープレートなどをプローブの固定化基体として用いることも可能である。或いは、それ自身公知のシーケンサーを利用してもよい。
【0041】
また、核酸プローブ固定化基体を利用する場合には、伸長反応または増幅反応を行った後にその反応産物の一部に対して相補性を有する核酸プローブとハイブリダイズすることにより検出すればよい。またはプライマーにタグが含まれる場合には、当該タグに相補的な配列を有する核酸プローブを具備する核酸プローブ固定化基体を使用してもよい。伸長の検出には、得られた反応産物を2本鎖のままで供してもよく、1本鎖にした後で供してもよい。また、上述のような何れかのプライマー自身を核酸プローブとして核酸プローブ固定化基体に固定化し、その状態で伸長または増幅反応を行ってもよい。その後で、当該基板上で得られた二本鎖を検出してもよい。
【0042】
(2)第2の態様
続いて、第2の態様に従う反復数決定方法を図2を用いて説明する。第2の態様は、第1の態様で対象とされたものと同じターゲット核酸1の反復数を検出するために、その5’末端に更にタグ6aから6cを有するプライマー7aから7cを使用する。それ以外の点は、プライマー7aから7cは、第1の態様のプライマー4aから4cに等しい。
【0043】
タグ6は塩基配列Zからなる核酸であることが好ましく、使用されるプライマー毎に塩基配列の種類またはその長さを変更してもよい。塩基配列Zの長さは、これに限定されるものではないが、約1塩基から約50塩基以下であればよく、好ましくは15塩基から30塩基である。また、二次構造が取りにくい正規直交配列であることが望ましい(Sakakibara, Genome Informatics, 11, 33−42 (2000))。
【0044】
タグ6aからタグ6bを使用することにより、伸長の検出がより簡便に行うことが可能になる。即ち、夫々のタグの塩基配列に相補的な配列を有するプライマーを具備する核酸プローブ固定化基体を使用し、簡便に検出することが可能である。
【0045】
以上の特徴以外は、第2の態様に従う反復数決定方法は、第1の態様に記載の方法と同様に行うことが可能であり、また、第1の態様に準じて種々の変更を行ってもよい。
【0046】
(3)第3の態様
図3は、第3の反復配列数決定方法により得られる反応産物を示した図である。第3の態様では、互いに異なる反復数を有する3種類のターゲット核酸を対象する場合の例である。ターゲット核酸8aは基本ユニットの反復数は4、ターゲット核酸8bは反復数5、ターゲット核酸8cは反復数5である。
【0047】
本態様において使用されるプライマーは3種類であり、プライマー9aの基本ユニットは反復数4、プライマー9bは反復数5、プライマー9cは反復数6である。ターゲット核酸8aから8cは、その全てが1の試料核酸中に含まれていてもよく、何れか1つのターゲット核酸が1の試料核酸中に含まれていてもよく、何れか2つのターゲット核酸が1の試料核酸中に含まれていてもよい。
【0048】
以上の特徴以外は、第1の態様および第2の態様と同様に反復配列数決定方法を実施すればよい。また、ここでは、3種類のターゲット核酸の識別を3種類のプライマーを用いて行う例を示したが、これに限定するものではなく、2種類以上のターゲット核酸について同様に本発明の反復配列数決定方法を実施することが可能である。また、その場合、1種類以上のプライマーを所望に応じて使用することが可能である。
【0049】
何れの場合も、上述した第1および第2の態様と同様に反復数が等しい場合のみ、目的の伸長が達成されるので、反応産物を解析することにより、ターゲット核酸の反復数を決定することが可能である。
【0050】
3.核酸プローブ固定化基体
本発明の態様において使用され得る核酸プローブ固定化基体は、基本的には、基体と、前記基体に固定化された核酸プローブとからなる。好ましくは前記核酸プローブは前記基体に固定化される。本発明の態様において使用される核酸プローブ固定化基体について、例を用いて以下に説明する。
【0051】
ここで「核酸プローブ」とは、標的配列に相補的な塩基配列を含む核酸であって、基体に固定化されるための核酸断片をいう。核酸プローブは、目的とする標的配列に相補的な配列を有し、それによって適切な条件下で標的配列とハイブリダイズすることが可能である。
【0052】
ここで「標的配列」とは、その存在を検出したい塩基配列、または核酸プローブの塩基配列によって捕捉しようとする配列を指す。また、そのような標的配列を含む核酸を標的核酸と称す。例えば、プライマーに具備されるタグの塩基配列を標的配列とする場合には、核酸プローブの配列は所望のタグの配列に相補的な配列とすればよい。
【0053】
ここで使用される「相補」、「相補的」および「相補性」の語は、50%〜100%の範囲で相補的あればよく、好ましくは100%で相補的であることをいう。また、ここで使用される「相同」、「相同的」および「相同性」の語は50%〜100%の範囲で相同であればよく、好ましくは100%で相同的であることをいう。
【0054】
ここで使用される「ハイブリダイゼーションを検出する」の語は、ハイブリダイゼーションにより生じた二本鎖核酸を検出すること、または試料核酸を予め何れかの標識物質により標識しておいて、ハイブリダイゼーション後にその標識物質に由来する信号を検出すること、或いはそれ自身公知の他の手段により、反応によって二本鎖核酸が存在することまたはハイブリダイゼーションが生じたことを検出することを総括的に示す語であり、何れの手段により検出が達成されてもよい。
【0055】
また、X2の3‘末端から5塩基以内の配列にx2の相補配列と異なる塩基が置換されていると識別の特異性を向上させることができる。置換の数は好ましくは1個以上2個以内である。置換の位置は3’末端から3塩基以内にある事が望ましい。更に置換前の塩基がAの場合はTあるいはC、置換前の塩基がTの場合はCあるいはA、置換前の塩基がGの場合はCあるいはT、置換前の塩基がCの場合はGに置換されると識別能をより高める事ができるようになる。
【0056】
(1)第1の例
図4を用いて、本発明の態様において使用され得る核酸プローブ固定化基体の第1の例を説明する。第1例である核酸プローブ固定化基体11は、基体12に具備された電極13に固定化された核酸プローブ14を具備する(図4)。電極13は、電気的情報を取り出すためのパット15に接続されている。
【0057】
このような核酸プローブ固定化基体11は、例えば、それ自身公知の手段によりシリコン基板などの基体に電極を配置し、その電極表面に対して核酸プローブを固定化することにより製造することが可能である。
【0058】
本態様においては、電極の数を6としたが1つの基体に配置する電極の数はこれに限定するものではない。また、電極の配置パターンも図4に示したものに限定されるものではなく、当業者が必要に応じて適宜設計変更することが可能である。必要に応じて参照電極および対極を設けてもよい。そのような核酸プローブ固定化基体も本発明の範囲内である。
【0059】
(2)第2の例
図5に本発明の態様に従い使用され得る核酸プローブ固定化基体の第2の例を模式的に示した。第2の例である核酸プローブ固定化基体16は、基体17に、固定化された核酸プローブ18を具備する(図5)。
【0060】
このような核酸プローブ固定化基体16は、例えば、それ自身公知の手段によりシリコン基板などの基体に対して核酸プローブ18を固定化することにより製造することが可能である。
【0061】
本態様においては、1つの基体に配置する核酸プローブの数はこれに限定するものではなく、所望に応じて変更してもよく、また、複数種類の塩基配列を有する核酸プローブを1つの基体に配置してもよい。複数および/または複数種類の核酸プローブの基体への固相パターンは、当業者が必要に応じて適宜設計変更することが可能である。そのような核酸プローブ固定化基体も本発明の範囲内である。
【0062】
上記の第2の例に記載するような蛍光検出を行うための核酸プローブ固定化基体の場合は、上記の何れかの基体に対して核酸プローブを固定化すればよい。また、上記の第1の例に記載するような電気化学的検出を行うための核酸プローブ固定化基体の場合は、上記の何れかの基体に電気化学的な検出が可能であるように電極を配置し、その電極上に核酸プローブを固定化すればよい。
【0063】
本発明において使用され得る電極は、特に限定されるものではないが、例えば、グラファイト、グラシーカーボン、パイロリティックグラファイト、カーボンペースト、カーボンファイバーのような炭素電極、白金、白金黒、金、パラジウム、ロジウムのような貴金属電極、酸化チタン、酸化スズ、酸化マンガン、酸化鉛のような酸化物電極、Si、Ge、 ZnO、 CdS、 TiO2 、GaAsのような半導体電極、チタン等が挙げられる。これらの電極は導電性高分子によって被覆しても、単分子膜によって被覆してもよく、所望に応じてその他の表面処理剤を処理してもよい。
【0064】
核酸プローブの固定は、それ自身公知の何れの手段によっても行ってよい。例えば、核酸プローブの固定は、処理または無処理の基体または電極表面に対して、共有結合、イオン結合または物理吸着等によって直接固定化してもよい。或いは、核酸プローブの固定を助けるリンカー剤を用いてもよく、基板または電極に対してスペーサを介して核酸プローブを固定化してもよい。また、電極に対する試料核酸の非特異的な結合を防止するためのブロッキング剤をリンカー剤と共に電極に処理してもよい。また、ここで使用されるリンカー剤およびブロッキング剤は、例えば、電気化学的検出を有利に行うための物質であってもよい。
【0065】
また、異なる塩基配列を有する核酸プローブは、それぞれ、異なる電極に対して固定化されてもよく、異なる塩基配列を有する複数種類の核酸プローブが混合された状態で1つの電極に対して固定化されてもよい。
【0066】
(3)検出
本発明に従う核酸プローブ固定化基体は、前記基体に固定化された核酸プローブと標的核酸との間のハイブリダイゼーション反応の結果生じた二本鎖の存在を検知するための手段として、電気化学的方法および蛍光検出法を利用することが可能である。
【0067】
(a)電気化学的検出
電気化学的による二本鎖核酸の検出は、例えば、それ自身公知の二本鎖認識物質を用いて行えばよい。
【0068】
ここで用いられる二本鎖認識体は特に限定されるものではないが、例えば、ヘキスト33258、アクリジンオレンジ、キナクリン、ドウノマイシン、メタロインターカレーター、ビスアクリジン等のビスインターカレーター、トリスインターカレーターおよびポリインターカレーター等を用いることが可能である。更に、これらのインターカレーターを電気化学的に活性な金属錯体、例えば、フェロセン、ビオロゲン等で修飾しておくことも可能である。また、その他の公知の何れの二本鎖認識物質も本発明において好ましく使用される。
【0069】
本発明に従う核酸プローブ固定化基体では、核酸プローブが電極に対して固定化されている。このような電極を用いての二本鎖核酸の検出は他の一般的な電気化学的検出法と同じように、更に対極や参照極を使用してもよい。参照極を配置する場合、例えば、銀/塩化銀電極や水銀/塩化水銀電極などの一般的な参照極を使用してよい。
【0070】
例えば、試料核酸中のターゲット核酸とプライマーにより伸長が達成されたか否かを検出する場合には、以下のように試験を行えばよい。
【0071】
所望により前処理された試料核酸を、本発明の態様に従うプライマーを用いて伸長する。得られた伸長産物をそれ自身公知の手段により一本鎖にし、核酸プローブ固定化基体に固定化された核酸プローブと接触させる。例えば、使用したプライマーを含む伸長された一本鎖の一部に相補的な核酸プローブを用いることも可能であり、また、上述したようにタグに相補的な配列を有する核酸プローブを用いてもよい。しかしながら核酸プローブの配列はこれらに限定されるものではない。また、本発明の伸長の検出に用いるための核酸プローブが固定されてなる核酸プローブ固定化基体も本発明の範囲内である。
【0072】
続いて、適切なハイブリダイゼーションが可能な条件下で反応を行う。そのような適切な条件は、標的配列に含まれる塩基の種類、核酸プローブ固定化基体に具備される核酸プローブの種類、試料核酸の種類およびそれらの状態などの諸条件に応じて、当業者であれば適宜選択することが可能である。これに限定されるものではないが、例えば以下のような条件下で反応を行ってもよい。
【0073】
即ち、ハイブリダイゼーション反応溶液は、イオン強度0.01〜5の範囲で、pH5〜10の範囲の緩衝液中で行う。この溶液中にはハイブリダイゼーション促進剤である硫酸デキストラン、並びに、サケ精子DNA、牛胸腺DNA、EDTAおよび界面活性剤などを添加してもよい。ここに得られた試料核酸を添加し、90℃以上で熱変性させる。熱変性された試料核酸への核酸プローブ固定化基体の挿入は、変性直後、あるいは0℃に急冷後に行ってもよい。また、基体上に液を滴下することでハイブリダイゼーション反応を行うことも可能である。
【0074】
反応中は、撹拌、あるいは振とうなどの操作で反応速度を高めてもよい。反応温度は、例えば、10℃〜90℃の範囲で、反応時間は1分以上1晩程度で行えばよい。ハイブリダイゼーション反応後、電極を洗浄する。洗浄には、例えば、イオン強度0.01〜5の範囲で、pH5〜10の範囲の緩衝液を用いればよい。試料核酸中に標的配列を含む標的核酸が存在した場合、核酸プローブとハイブリダイズし、それにより二本鎖核酸が生じる。
【0075】
続いて、電気化学的手段により、以下のような手順で生じた二本鎖核酸の検出を行う。一般的には、ハイブリダイゼーション反応の後に、基体を洗浄し、電極表面に形成された二本鎖部分に二本鎖認識体を作用させて、それにより生じる信号を電気化学的に測定する。
【0076】
二本鎖認識体の濃度は、その種類によって異なるが、一般的には1ng/mL〜1mg/mLの範囲で使用する。この際には、イオン強度0.001〜5の範囲で、pH5〜10の範囲の緩衝液を用いればよい。
【0077】
例えば、電気化学的な測定は、二本鎖認識体が電気化学的に反応する電位以上の電位を印加し、二本鎖認識体に由来する反応電流値を測定してよい。この際、電位は定速で掃引するか、あるいはパルスで印加するか、あるいは、定電位を印加してもよい。測定の際に、例えば、ポテンショスタット、デジタルマルチメーターおよびファンクションジェネレーター等の装置を用いて電流、電圧を制御してもよい。例えば、得られた電流値を基に、検量線から標的核酸の濃度を算出してもよい。
【0078】
また、それ自体公知の電気化学的検出手段、例えば、以下の文献に開示されている(Hashimoto et al. 1994, Wang et al. 1998)手段なども本発明の方法において好ましく使用できる。当該文献において、橋本らは、DNAプローブで修飾された金電極と電気化学的に活性な色素を用いる配列特異的遺伝子検出を報告した。色素に由来する陽極の電流は、標的DNAの濃度に相関する。また、ワンらは、インディケーターフリーの電気化学的なDNAのハイブリダイゼーションを報告した。このバイオセンサーの構成は、カーボンペースト電極へのイノシン置換プローブ(グアニンを含まない)の固定化と、当該標識のグアニン酸化ピークの存在による二重鎖の形成のクロノポテンショメトリック検出を含む。これらの文献に記載される検出手段は好ましく本発明において使用されてよい。
【0079】
(b)蛍光検出法
蛍光標識物質を用いる方法の場合には、アンチセンスプライマーを、FITC、Cy3、Cy5若しくはローダミンなどの蛍光色素などの蛍光学的な活性が得られる物質で標識しておいてもよい。或いは、その標識の代わりに前述した物質で標識したセカンドプローブを用いることで検出を行ってもよい。複数の標識物質を同時に使用してもよい。
【0080】
幾つかの態様においては、試料から抽出した核酸成分と核酸プローブ固定化チップに固定化された核酸プローブとのハイブリダイゼーション反応は、例えば、以下のように行う。即ち、ハイブリダイゼーション反応溶液は、イオン強度0.01〜5の範囲で、pH5〜10の範囲の緩衝液中で行う。この溶液中にはハイブリダイゼーション促進剤である硫酸デキストラン、並びに、サケ精子DNA、牛胸腺DNA、EDTAおよび界面活性剤などを添加してもよい。ここに抽出した核酸成分を添加し、90℃以上で熱変性させる。核酸プローブ固定化チップの挿入は、変性直後、あるいは0℃に急冷後に行ってよい。また、基体上に液を滴下することでハイブリダイゼーション反応を行うことも可能である。反応中は、撹拌、あるいは振とうなどの操作で反応速度を高めてもよい。反応温度は、例えば、10℃〜90℃の範囲で、反応時間は1分以上1晩程度で行えばよい。ハイブリダイゼーション反応後、洗浄を行う。洗浄には、例えば、イオン強度0.01〜5の範囲で、pH5〜10の範囲の緩衝液を用いる。
【0081】
蛍光検出の場合、ハイブリダイゼーション反応の検出は、標識の種類に応じた適宜の検出装置を用いて、試料中の標識された塩基配列又は2次プローブ中の標識を検出することによって行う。標識が蛍光物質の場合には、例えば、蛍光検出器を用いて標識を検出すればよい。
【0082】
4.アッセイキット
本発明はまた、上述したような本発明の何れの態様に従うプライマー、核酸プローブ固定化基体、タグ配列に相補的な配列を含む核酸プローブは、使用目的に応じて適切なキットとして提供されてもよい。
【0083】
例えば、本発明に従うプライマーの場合は、反応容器および/または緩衝液用塩類および/またはその他の必要な試薬、例えば、ポリメラーゼおよび/または基質などと組み合わせてキットを形成し、提供されてもよい。例えば、タグ配列、プライマーおよび伸長産物またはその一部に相補的な配列を含む核酸プローブなどは、所望の核酸プローブ固定化基体の製造のために、基板および/または種々の試薬および/または標識物質などと組み合わせてキットを形成し、提供されてもよい。上記のプライマーと所望の核酸プローブおよび/または核酸プローブ固定化基体を所望に応じて組み合わせてキットとして提供されてもよい。しかしながら、本発明により提供されるキットは、以上の組み合わせに限定されるものではなく、必要に応じて種々のものと組み合わせてキットとして提供されてもよい。また、使用目的もこれに限定するものではなく、上述した何れの目的に対するキットを形成することが可能である。そのようなキットも本発明の範囲に含まれる。
【0084】
【実施例】
実施例1
実施例1では、第1のプライマー(配列番号1)、第2のプライマー(配列番号2)および第3のプライマー(配列番号3)の3種類のプライマーをセンスプライマーとして用いて、ターゲット核酸であるヒトゲノム断片(配列番号7)に存在するマイクロサテライト配列の反復数を決定した。
【0085】
使用した夫々のプライマーの基本ユニットの反復数は異なり、第1のプライマーは反復数が4であり、第2のプライマーは反復数が5であり、第3のプライマーは反復数を6である。
【0086】
PCR反応条件は以下の通りとした。即ち、最初に94℃で5分、次に94℃で30秒と74℃で60秒を30サイクル、更に72℃で7分でPCR反応を行った。その後、電気泳動を行って蛍光染色を行った。
【0087】
配列番号7に示すヒトゲノム断片を鋳型として、および配列番号7に記載の核酸をアンチセンスプライマーとして用いて、配列番号1、配列番号2および配列番号3の3種類のプライマーを用いてそれぞれに別々の反応容器内において増幅反応を行った。その結果を図6に示す。図6から明かであるように、電気泳動の結果、配列番号2の第2のプライマーを用いた場合に最も蛍光強度の強いバンドが観察された。即ち、ターゲット核酸の反復数に対応したプライマーの場合でないとほとんど増幅されないことが明かとなった。本実施例の場合には、この試料核酸中のターゲット核酸の反復数は5と判定される。
【0088】
これにより、簡便、安価、高速に試料核酸中の核酸に含まれる反復配列の反復数を決定するための方法が提供された。
【0089】
実施例2
実施例2は、タグを有するプライマーを用いてターゲット核酸を増幅し、その後、核酸プローブ固定化基体に固定化したプライマーに対してハイブリダイズし、生じたハイブリダイゼーションを電気化学的に検出することにより、反復数を決定する方法を行う例を示す。
【0090】
図7は、本発明の実施例2に係る反復配列数決定方法に使用した核酸プローブ固定化基体20のパターンを示した平面図である。核酸プローブ固定化基体20は、基体21に配置された電極22a、22bおよび22cを具備する。電極22aには、配列番号4に記載の塩基配列を有する核酸が第1の核酸プローブとして固定化された。電極22bには、配列番号5に記載の塩基配列を有する核酸が第2の核酸プローブとして固定化された。電極22cには、配列番号6に記載の塩基配列を有する核酸が第3の核酸プローブとして固定化された。
【0091】
当該核酸プローブ固定化基体は以下のように製造された。先ず、基板に金をパターニングした電極上に5’末端をチオール化した配列番号4、配列番号5および配列番号6で表される核酸からなるプローブを固定化した。
【0092】
ここで、配列番号4の核酸プローブは配列番号1のプライマーの5’側のタグ配列に相補的な配列からなり、同様に、配列番号5の核酸プローブは配列番号2のプライマーのタグに、配列番号6の核酸プローブは配列番号3のプライマーのタグに相補的な配列からなる。
【0093】
まず、配列番号8に記載の塩基配列により示される核酸からなるヒトゲノム断片を鋳型に、センスプライマーとしての配列番号1、配列番号2および配列番号3のプライマーのミックスと、アンチセンスプライマーとしての配列番号7とを用いてPCRにより増幅反応を行った。
【0094】
PCR反応条件は以下の通りとした。即ち、最初に94℃で5分、次に94℃で30秒と74℃で60秒を30サイクル、更に72℃で7分でPCR反応を行次に、上述した核酸プローブ固定化基体に対して、このPCRにより得られたPCR反応液を反応させた。ハイブリダイゼーション反応は、PCR反応液を熱変性後、そのまま使用して35℃で1時間行なった。その後、挿入剤ヘキスト33258との反応を行い、ハイブリダイゼーションを電極により検出した。その結果を図8に示した。図8に示すように、第2の核酸プローブを固定化した電極から最も高い電流値が得られた。
【0095】
これにより、簡便、安価、高速に試料核酸中の核酸に含まれる反復配列の反復数を決定するための方法が提供された。
【0096】
実施例3
実施例3は、タグを有するプライマーを用いてターゲット核酸を増幅し、その後、核酸プローブ固定化基体に固定化したプライマーに対してハイブリダイズし、生じたハイブリダイゼーションを蛍光強度によって検出することにより、反復数を決定する方法を行う例を示す。
【0097】
図9は、本発明の実施例3に係る反復配列数決定方法において使用した核酸プローブ固定化基体の構成を示す平面図である。当該核酸プローブ固定化基体は、ポリリジンを被覆したスライドガラスを基体として使用し、その上に配列番号4、配列番号5および配列番号6の核酸プローブを固定化した。それぞれの固定化は、基体に具備される核酸プローブ固定化領域32a、32bおよび33cに行った。即ち、固定化領域32aには配列番号4に記載の塩基配列を有する核酸が第1の核酸プローブとして固定化された。固定化領域32bには、配列番号5に記載の塩基配列を有する核酸が第2の核酸プローブとして固定化された。固定化領域32cには、配列番号6に記載の塩基配列を有する核酸が第3の核酸プローブとして固定化された。
【0098】
ここで、配列番号4の核酸プローブは配列番号1のプライマーの5’側のタグ配列に相補的な配列からなり、同様に、配列番号5の核酸プローブは配列番号2のプライマーのタグに、配列番号6の核酸プローブは配列番号3のプライマーのタグに相補的な配列からなる。
【0099】
まず、配列番号8に記載の塩基配列により示される核酸からなるヒトゲノム断片を鋳型に、センスプライマーとしての配列番号1、配列番号2および配列番号3のプライマーのミックスと、アンチセンスプライマーとしてのcy5標識した配列番号7の核酸とを用いてPCRにより増幅反応を行った。
【0100】
PCR反応条件は以下の通りとした。即ち、最初に94℃で5分、次に94℃で30秒と74℃で60秒を30サイクル、更に72℃で7分でPCR反応を行次に、上述した核酸プローブ固定化基体に対して、このPCRにより得られたPCR反応液を熱変性後反応させた。ハイブリダイゼーション反応は、PCR反応液をそのまま使用して35℃で1時間行なった。その後、PCR反応液に含まれたPCR産物と核酸プローブとのハイブリダイゼーションを、蛍光強度を測定することにより検出した。その結果をその結果を図10に示した。図10に示すように、第2の核酸プローブを固定化した電極から最も高い電流値が得られた。
【0101】
これにより、簡便、安価、高速に試料核酸中の核酸に含まれる反復配列の反復数を決定するための方法が提供された。
【0102】
【発明の効果】
以上のような本発明により、核酸に含まれる反復配列の反復数を決定する方法が提供された。
【0103】
【配列表】

Figure 2004065125
Figure 2004065125
Figure 2004065125

【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の態様に従う反復数決定方法を示す図。
【図2】本発明の第2の態様に従う反復数決定方法を示す図。
【図3】本発明の第3の態様に従う反復配列数決定方法により得られる反応産物を示す図。
【図4】本発明の態様において使用され得る核酸プローブ固定化基体の第1の例を示す図。
【図5】本発明の態様において使用され得る核酸プローブ固定化基体の第2の例を示す図。
【図6】第1の実施例の結果を示す電気泳動用ゲルの写真。
【図7】実施例2に係る反復配列数決定方法に使用した核酸プローブ固定化基体の平面図。
【図8】実施例2の結果を示すグラフ。
【図9】実施例3に係る反復配列数決定方法に使用した核酸プローブ固定化基体の平面図。
【図10】実施例3の結果を示すグラフ。
【符号の説明】
1.ターゲット核酸  2.反復配列  3.ターゲット配列  4.プライマー  5.反応産物  6.タグ  7.プライマー  8.ターゲット核酸 9.プライマー  11.核酸プローブ固定化基体  12.基体  13.電極  14.核酸プローブ  15.パット  16.核酸プローブ固定化基体  17.基体  18.核酸プローブ  20.核酸プローブ固定化基体 21.基体  22.電極  23.パット  30.核酸プローブ固定化基体  31.基体  32.核酸プローブ固定化領域[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for determining the number of repeats of a repetitive sequence present in a nucleic acid.
[0002]
[Prior art]
Many repetitive sequences have been found in the genome. These are often used as genetic markers in gene analysis and the like. As a method of determining the number of repetitions of a repetitive sequence, electrophoresis has been widely used so far (Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-510910). However, the conventional method using electrophoresis requires cleavage with a restriction enzyme and other complicated operations, and takes a considerable amount of time to determine. Therefore, a new method with excellent operability is required.
[0003]
As an example of means for solving the conventional problem, there is a method utilizing analysis on a solid substrate. For example, in such a method, a plurality of fluorescently labeled probes (secondary probes) corresponding to the number of repetitions are prepared, and a sandwich hybridization reaction and a ligation reaction are performed using the probes. In such a method, a fluorescent signal is detected in a corresponding portion only when a secondary probe corresponding to the number of repeated sequences is added. Since such a method does not require the use of restriction enzymes or electrophoresis, there is a merit that the operability is improved, but the specificity of the ligation reaction is not necessarily high, and the reaction efficiency is reduced on a solid phase. . Under such circumstances, it is said that there is a problem in detection accuracy.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the circumstances described above, an object of the present invention is to provide a method for determining the number of repetitive sequences contained in a nucleic acid.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
Means for solving the above-mentioned problems include:
A target sequence x1- (y) consisting of a repetitive sequence containing a basic unit y with an arbitrary number of repetitions n, a sequence x1 on the 3 'side thereof, and a sequence x2 on the 5' side of the repetitive sequence n A method for determining the number of repetitions of a target nucleic acid comprising -x2,
(1) A primer X1- (Y containing a sequence X1 complementary to the sequence x1, a repetitive sequence containing the sequence Y complementary to the basic unit y at an arbitrary repetition number m, and a sequence X2 complementary to the sequence x2. ) m Using -X2 (where m is an integer greater than or equal to 1 and an integer equal to the number n of repeats predicted in advance) to elongate the nucleic acid under conditions that allow an appropriate elongation reaction;
(2) determining the number of repetitions of the repetitive sequence of the target nucleic acid by determining the presence or absence of extension in the reaction product obtained by the extension of (1);
This is a method for determining the number of repetitions of a target nucleic acid comprising:
[0006]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The method for determining the number of repetitions according to an embodiment of the present invention is a method for determining the number of repetitions of a basic unit constituting a repetitive sequence included in a target sequence.
[0007]
1. Explanation of terms
As used herein, the term "repeated sequence" refers to a sequence in which two or more identical or extremely similar nucleotide sequences are repeated on a nucleic acid (eg, genome), and is generally referred to as a "repeated sequence." It is also called an array. Elements repeated in the repetitive sequence are referred to as "basic units", and the base sequence constituting the basic unit is referred to as a unit sequence. The number of repetitions of the basic unit is referred to as “repetition number”.
[0008]
The term “nucleic acid” as used herein includes RNA and DNA, peptide nucleic acids (ie, PNA), nucleic acid analogs such as methylphosphonate nucleic acids and S-oligos, cDNA and cRNA, and oligonucleotides and polynucleotides, and the like. Is a term generally indicating a substance represented by a base sequence. Such a nucleic acid may be a naturally occurring one or an artificially synthesized one.
[0009]
The repeat sequence whose number of repeats is determined by the method according to the embodiment of the present invention is not particularly limited, and its unit sequence consists of a sequence of about 2 to about 15 bases, preferably about 2 to about 10 bases. It may be a repetitive sequence. The number of repetitions is not particularly limited, but is preferably about 2 to about 30.
[0010]
For example, a repetitive sequence whose number of repeats is determined by a method according to an embodiment of the present invention includes a microsatellite sequence (generally also referred to as microsatellite DNA), a minisatellite sequence, a short tandem repeat (STR), and a tandem repeat. It may be a repetitive sequence such as a sequence, tandem repeat and inverted repeat.
[0011]
In particular, for example, sequences showing genetic polymorphisms represented by, for example, a CA repeat sequence containing C and A as a unit sequence and a GT repeat sequence containing G and T as a unit sequence, and CAG which is a causative gene of Huntington's disease Determining the number of repeats in a microsatellite sequence, such as a polymorphism associated with a disease, such as a three-base sequence, is useful in clinical and basic medicine, as well as in biochemistry. Here, according to general notation, each base is described as "C" for cytosine, "T" for thymine, "A" for adenine, and "G" for guanine.
[0012]
The method according to the invention may be performed on a sample nucleic acid comprising a target nucleic acid. As used herein, the term "sample nucleic acid" refers to a sample containing a target nucleic acid that is the subject of a method according to an embodiment of the present invention. The sample nucleic acid is known per se from a sample collected from an individual, for example, a sample containing nucleic acids such as blood such as peripheral venous blood, leukocytes, serum, urine, feces, semen, saliva, cultured cells, organs and tissues. May be prepared by the method described in The term "individual" as used herein may include humans, non-human animals and plants, and microorganisms such as viruses, bacteria, bacteria, yeasts and mycoplasmas. The method according to the present invention may be performed on a sample containing an artificially synthesized nucleic acid. The sample may be subjected to any necessary pretreatment, such as homogenate and extraction, if necessary. Such a pretreatment could be selected by a person skilled in the art depending on the sample.
[0013]
As used herein, the terms "complementary", "complementary", and "complementary" may be in the range of 50% to 100%, preferably 100% complementary. As used herein, the terms "homology", "homologous" and "homology" may be 50% to 100% homologous, preferably 100% homologous.
[0014]
2. How to determine the number of iterations
(1) First aspect
First, the basic concept of the method for determining the number of repetitions according to the present invention will be described using the first embodiment. The first embodiment will be described with reference to FIG.
[0015]
The target nucleic acid 1 is a nucleic acid containing a repetitive sequence 2 and is a target nucleic acid whose repeat number n is to be determined. Here, one basic unit is indicated by “y”. The sequences at sites adjacent to both ends of the repetitive sequence 2 consisting of y are x1 and x2, respectively. The site where the repetitive sequence 2, the sequence x1, and the sequence x2 are combined is the target sequence 3 to which a specific primer binds. The target sequence 3 contained in the target nucleic acid 1 according to the present invention can be represented by the general formula “x1- (y) n −x2 ”. Here, “n” is an integer of 1 or more. For example, the target sequence 3 used in this embodiment, which is one aspect of the present invention, has "x1- (y)" as shown in FIG. 4 -X2 ".
[0016]
In order to determine the number of repetitions n contained in such a target nucleic acid 1, a sequence comprising a complementary basic unit Y complementary to the basic unit y at an arbitrary number of repetitions and complementary to x1 so as to sandwich the same. A primer 4 containing X1 and a sequence X2 complementary to x2 is used. When the primer 4 is represented by a general formula, “X1- (Y) m -X2 ". Here, m is an integer of 1 or more, and there may be a case where m = n and a case where m ≠ n.
[0017]
Here, "y" (here, y is lowercase) contained in the target sequence and "Y" (here, Y is uppercase) contained in the primer sequence are complementary to each other. “X1” (where x is lowercase) contained in the target sequence, “X1” (where X is uppercase) contained in the primer sequence, and “x2” (where x is lowercase) and “X2” (where x is lowercase) x is a capital letter) and are complementary to each other.
[0018]
For example, there are three types of primers used in this embodiment, which is one aspect of the present invention. That is, as shown in FIG. 1, a primer 4a containing three complementary basic units with a repeat number of 3, a primer 4b containing a complementary basic unit with four repeats, and a primer 4c containing a complementary basic unit with five repeats. These primers are each represented by “X1- (Y) 3 -X2 "," X1- (Y) 4 -X2 "and" X1- (Y) 5 -X2 ".
[0019]
An example of a method for determining the number of repetitions in a target nucleic acid using the above primers will be described below.
[0020]
First, a first reaction system involving the target nucleic acid 1 and the primer 4a, a second reaction system involving the target nucleic acid 1 and the primer 4b, and a third reaction system involving the target nucleic acid 1 and the primer 4c are prepared. I do. In each reaction system, an extension reaction is performed under conditions under which appropriate amplification occurs. Next, nucleic acids present in each reaction system after the reaction are analyzed.
[0021]
The following events occur in each reaction system after the reaction. That is, in the first reaction system, the target nucleic acid 1 and the primer 4a can partially hybridize. However, even if such hybridization occurs, it is not appropriate for the extension reaction. Therefore, the expected extension reaction does not occur. Therefore, the reaction product 5a is not a reaction product obtained when a desired extension reaction occurs. A similar event occurs in the third reaction system. Therefore, the reaction product 5c is not a reaction product obtained when a desired extension reaction occurs.
[0022]
On the other hand, in the second reaction system, the number of repetitions of the target nucleic acid 1 and the number of repetitions of the primer 4b match. Thus, the hybridization that occurs there is suitable for extension. Therefore, the desired extension is achieved and the resulting reaction product 5b is a reaction product obtained when the desired extension reaction occurs.
[0023]
Since the extension in each reaction system causes the above-mentioned events, the number of repetitions of the target nucleic acid 1 can be determined by analyzing the nucleic acid present after the reaction and detecting the presence or absence of the extension.
[0024]
That is, in the present embodiment shown in FIG. 1, the target sequence 1 is obtained by repeating the unit sequence four times (ie, n = 4) (a) 4 It becomes clear that it contains the repetitive sequence 2 shown by.
[0025]
As described above, the target nucleic acid targeted in the present invention is “x1- (y) n -X2 ", for which the general primer used is" X1- (Y) m -X2 ". In the primers used according to the embodiments of the present invention, m = n primers may be used alone, m ≠ n primers may be used alone, m = n primers and m ≠ n primers May be used in combination.
[0026]
When a plurality of m = n primers and m ≠ n primers are used in combination, the m = n primers and the m ≠ n primers are used separately in independent reaction vessels and the reaction is performed. And may be used and the reaction performed in one reaction vessel. The “reaction vessel” here may be any space for performing a reaction, such as a vessel having a capacity therein and a surface of a substrate for performing the reaction therein.
[0027]
For example, if elongation is detected as a result of the reaction, m = n and the number of repeats of the target nucleic acid is determined to be the number of repeats of the particular primer used. If no elongation is detected as a result of the reaction, m ≠ n, and it is determined that the number of repetitions of the target nucleic acid is not the number of repetitions of the primer used.
[0028]
X1 length and (Y) m And the length of X2 may be about 50 bases or more, preferably 0 to about 50 bases, and more preferably about 15 to about 30 bases. In order to correspond to a long repetitive sequence, it is preferable that the full length is long, but if the full length is long, the discrimination ability is reduced. Therefore, the optimal chain length is constituted in the above-mentioned range.
[0029]
X1 may have a length of 0 to about 40 bases, preferably about 1 to about 20 bases, and more preferably about 2 to about 10 bases. In order to correspond to a repetition sequence as long as possible, it is preferable that X1 is short, but if it is too short, the discrimination ability decreases. Therefore, the optimal chain length is constituted in the above-mentioned range.
[0030]
(Y) m Has a length of 2 to about 40 bases, preferably about 4 to about 30 bases, and more preferably about 6 to about 20 bases. It is preferable that the total length is long in order to correspond to a long repetitive sequence, but if the total length is long, the discrimination ability decreases. Therefore, the optimal chain length is constituted in the above-mentioned range.
[0031]
The length of X2 may be 0 to about 40 bases, preferably about 1 to about 20 bases, and more preferably about 2 to about 10 bases. In order to correspond to a repetition sequence as long as possible, it is preferable that X2 is short, but if it is too short, the discrimination ability decreases. Therefore, the optimal chain length is constituted in the above-mentioned range.
[0032]
Further, it is preferable that the total length of the primer is 0 to 50 bases, and the length of X2 contained in the primer is 1 to 20 bases. More preferably, the total length of the primer is 15 to 30 bases, and the length of X2 contained in the primer is 2 to 10 bases. In order to correspond to a long repetitive sequence, it is preferable that the full length is long, but if the full length is long, the discrimination ability is reduced. Further, in order to correspond to a repetitive sequence as long as possible, it is preferable that X1 and X2 are short, but if it is too short, the discrimination ability decreases. Therefore, the optimal chain length is constituted in the above-mentioned range.
[0033]
Further, the reaction between the primers 4a, 4b and 4c and the target nucleic acid 1 may be performed in one reaction vessel, and the reaction between several primers and the target nucleic acid 1 may be performed in one reaction vessel. The reaction between all the primers and the target nucleic acid 1 may be performed in one reaction vessel.
[0034]
In the above-described embodiment, an example in which three types of primers are used has been described. However, the present invention is not limited to this, and one or more types of primers may be used. For example, when it is desired to determine whether or not the number of repeats is a specific number, a primer having Y of a desired number of repeats may be used. Further, the number of repetitions of Y is not limited to “3”, “4” and “5” as used in the method described above, and may be arbitrarily selected and used by the practitioner. For example, the number of repeats predicted for the target nucleic acid may be used.
[0035]
X1- (y) as described above n X1- (Y) for detecting the number of repeats of the repetitive sequence contained in the target nucleic acid containing -x2 m A primer consisting of -X2 is also included in the scope of the present invention.
[0036]
As used herein, the term "extend a nucleic acid" refers to extending a nucleic acid of interest by causing a polymerase to act using a template nucleic acid and a primer complementary to a partial base sequence thereof. And further indicates both such extension and amplification in which such extension is performed repeatedly.
[0037]
The extension reaction that may be utilized in accordance with aspects of the present invention may be the means commonly used to extend nucleic acids, known per se, or the means used to amplify nucleic acids. Any of such means may be used. Although not limited thereto, for example, a method utilizing a polymerase chain reaction (generally called PCR, hereinafter referred to as PCR), reverse transcription PCR, or the like can be used. Furthermore, Nucleic acid strand amplification (NASBA), Transcription mediated amplification (TMA), Ligase chain reaction (LCR), Strand displacement amplification (SDA), Isothermaland Chimeric primer-initiated Amplification of Nucleic acids (ICANN) and Rolling circle amplification (RCA Means) can also be used in accordance with aspects of the present invention.
[0038]
As used herein, "conditions under which an appropriate extension reaction can be obtained" refers to various conditions for the polymerase to synthesize a nucleic acid chain, for example, conditions such as temperature, pH, salt concentration, and dNTP, which make the activity of the polymerase appropriate. Indicate a condition that is sufficient to obtain
[0039]
Furthermore, a tag consisting of a base sequence, a fluorescent substance such as Cy5 and Cy3, a dye substance, a magnetic substance, and a pair of substances that specifically bind to each other such as avidin and biotin are added to the 5 ′ end of the primer. One may be provided as a labeling substance. Further, an enzyme such as hapten, oxidase or phosphatase, or ferrocene or quinones may be provided. Primers with such modifications may also be used in the method according to the invention.
[0040]
The detection of the extension may be performed using a means for analyzing the length of the base sequence known per se. For example, any electrophoresis known per se may be used. Examples of such electrophoresis are, for example, agarose gel electrophoresis and acrylamide gel electrophoresis, microfluidic chips and the like. Further, a nucleic acid probe-immobilized substrate provided with a nucleic acid probe may be used, and such a nucleic acid probe-immobilized substrate is generally known as a DNA chip or a DNA microarray or a DNA macroarray. Any device may be used. Further, microbeads, microtiter plates, and the like can be used as a substrate for immobilizing probes. Alternatively, a sequencer known per se may be used.
[0041]
When a nucleic acid probe-immobilized substrate is used, detection may be performed by performing an extension reaction or an amplification reaction and then hybridizing with a nucleic acid probe having complementarity to a part of the reaction product. Alternatively, when a tag is included in the primer, a nucleic acid probe-immobilized substrate provided with a nucleic acid probe having a sequence complementary to the tag may be used. For the detection of elongation, the obtained reaction product may be used as it is as a double strand, or may be used after being converted into a single strand. Further, any one of the above-described primers may be immobilized on a nucleic acid probe-immobilized substrate as a nucleic acid probe, and an elongation or amplification reaction may be performed in that state. Thereafter, the double strand obtained on the substrate may be detected.
[0042]
(2) Second aspect
Next, a method of determining the number of repetitions according to the second embodiment will be described with reference to FIG. The second embodiment uses primers 7a to 7c, which additionally have tags 6a to 6c at their 5 'end, to detect the same number of repeats of the target nucleic acid 1 as targeted in the first embodiment. Otherwise, primers 7a to 7c are equal to primers 4a to 4c of the first embodiment.
[0043]
The tag 6 is preferably a nucleic acid consisting of the base sequence Z, and the type of base sequence or its length may be changed for each primer used. The length of the base sequence Z is not limited to this, but may be about 1 base to about 50 bases or less, preferably 15 bases to 30 bases. In addition, it is desirable to use an orthonormal array in which a secondary structure is difficult to be obtained (Sakakibara, Genome Informatics, 11, 33-42 (2000)).
[0044]
By using the tags 6a to 6b, the extension can be detected more easily. That is, it is possible to easily detect by using a nucleic acid probe-immobilized substrate provided with a primer having a sequence complementary to the base sequence of each tag.
[0045]
Except for the features described above, the method for determining the number of repetitions according to the second aspect can be performed in the same manner as the method described in the first aspect, and various changes are made according to the first aspect. Is also good.
[0046]
(3) Third aspect
FIG. 3 is a diagram showing reaction products obtained by the third method for determining the number of repeated sequences. The third embodiment is an example in which three types of target nucleic acids having different numbers of repetitions are targeted. The target nucleic acid 8a has four basic unit repeats, the target nucleic acid 8b has five repeats, and the target nucleic acid 8c has five repeats.
[0047]
In this embodiment, three types of primers are used. The basic unit of the primer 9a has four repetitions, the primer 9b has five repetitions, and the primer 9c has six repetitions. All of the target nucleic acids 8a to 8c may be contained in one sample nucleic acid, any one target nucleic acid may be contained in one sample nucleic acid, and any two target nucleic acids may be contained in one sample nucleic acid. It may be contained in one sample nucleic acid.
[0048]
Except for the above features, the method for determining the number of repetitive sequences may be carried out in the same manner as in the first and second embodiments. Although an example in which three types of target nucleic acids are identified using three types of primers is shown here, the present invention is not limited to this, and the number of repetitive sequences of the present invention can be similarly determined for two or more types of target nucleic acids. It is possible to implement a decision method. Also, in that case, one or more primers can be used as desired.
[0049]
In any case, the target elongation is achieved only when the number of repetitions is the same as in the first and second embodiments described above. Therefore, the number of repetitions of the target nucleic acid can be determined by analyzing the reaction product. Is possible.
[0050]
3. Nucleic acid probe-immobilized substrate
The nucleic acid probe-immobilized substrate that can be used in the embodiment of the present invention basically comprises a substrate and a nucleic acid probe immobilized on the substrate. Preferably, the nucleic acid probe is immobilized on the substrate. The nucleic acid probe-immobilized substrate used in the embodiment of the present invention will be described below using examples.
[0051]
Here, the “nucleic acid probe” is a nucleic acid containing a base sequence complementary to a target sequence, and refers to a nucleic acid fragment to be immobilized on a substrate. The nucleic acid probe has a sequence that is complementary to the target sequence of interest, so that it can hybridize with the target sequence under appropriate conditions.
[0052]
Here, the “target sequence” refers to a base sequence whose presence is to be detected or a sequence to be captured by the base sequence of a nucleic acid probe. A nucleic acid containing such a target sequence is called a target nucleic acid. For example, when the base sequence of the tag provided in the primer is used as the target sequence, the sequence of the nucleic acid probe may be a sequence complementary to the sequence of the desired tag.
[0053]
As used herein, the terms "complementary", "complementary", and "complementary" may be in the range of 50% to 100%, preferably 100% complementary. As used herein, the terms "homology", "homologous" and "homology" may be 50% to 100% homologous, preferably 100% homologous.
[0054]
As used herein, the term "detecting hybridization" refers to detecting double-stranded nucleic acid generated by hybridization, or pre-labeling a sample nucleic acid with any labeling substance, and after hybridization. This is a general term for detecting a signal derived from the labeling substance, or detecting, by other means known per se, the presence of double-stranded nucleic acid or the occurrence of hybridization by the reaction. Yes, detection may be achieved by any means.
[0055]
In addition, when a sequence within 5 bases from the 3 ′ end of X2 is substituted with a base different from the complementary sequence of x2, the specificity of identification can be improved. The number of substitution is preferably one or more and two or less. The position of substitution is preferably within 3 bases from the 3 'end. Further, T or C when the base before substitution is A, C or A when the base before substitution is T, C or T when the base before substitution is G, and G or G when the base before substitution is C. When it is replaced with, the discrimination ability can be further improved.
[0056]
(1) First example
A first example of the nucleic acid probe-immobilized substrate that can be used in the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The nucleic acid probe-immobilized substrate 11 of the first example includes a nucleic acid probe 14 immobilized on an electrode 13 provided on a substrate 12 (FIG. 4). The electrode 13 is connected to a pad 15 for extracting electrical information.
[0057]
Such a nucleic acid probe-immobilized substrate 11 can be produced, for example, by arranging electrodes on a substrate such as a silicon substrate by means known per se, and immobilizing the nucleic acid probe on the electrode surface. is there.
[0058]
In this embodiment, the number of electrodes is six, but the number of electrodes arranged on one base is not limited to this. Further, the arrangement pattern of the electrodes is not limited to that shown in FIG. 4, and a person skilled in the art can appropriately change the design as needed. A reference electrode and a counter electrode may be provided as necessary. Such a nucleic acid probe-immobilized substrate is also within the scope of the present invention.
[0059]
(2) Second example
FIG. 5 schematically shows a second example of the nucleic acid probe-immobilized substrate that can be used according to the embodiment of the present invention. The nucleic acid probe-immobilized substrate 16 according to the second example has a nucleic acid probe 18 immobilized on a substrate 17 (FIG. 5).
[0060]
Such a nucleic acid probe-immobilized substrate 16 can be manufactured, for example, by immobilizing the nucleic acid probe 18 on a substrate such as a silicon substrate by means known per se.
[0061]
In this embodiment, the number of nucleic acid probes arranged on one substrate is not limited to this, and may be changed as desired, and a nucleic acid probe having a plurality of types of base sequences may be added to one substrate. It may be arranged. The solid phase pattern of a plurality and / or a plurality of types of nucleic acid probes on a substrate can be appropriately changed by a person skilled in the art as needed. Such a nucleic acid probe-immobilized substrate is also within the scope of the present invention.
[0062]
In the case of a nucleic acid probe-immobilized substrate for performing fluorescence detection as described in the second example, the nucleic acid probe may be immobilized on any of the above substrates. Further, in the case of a nucleic acid probe-immobilized substrate for performing electrochemical detection as described in the first example, an electrode is attached to any of the substrates so that electrochemical detection is possible. It is sufficient to dispose and immobilize the nucleic acid probe on the electrode.
[0063]
Electrodes that can be used in the present invention are not particularly limited, for example, graphite, glassy carbon, pyrolytic graphite, carbon paste, carbon electrode such as carbon fiber, platinum, platinum black, gold, palladium, Noble metal electrodes such as rhodium, oxide electrodes such as titanium oxide, tin oxide, manganese oxide and lead oxide, Si, Ge, ZnO, CdS, TiO 2 , A semiconductor electrode such as GaAs, and titanium. These electrodes may be coated with a conductive polymer or a monomolecular film, and may be treated with another surface treating agent as desired.
[0064]
The nucleic acid probe may be fixed by any means known per se. For example, the nucleic acid probe may be directly immobilized on a treated or untreated substrate or electrode surface by covalent bonding, ionic bonding, physical adsorption, or the like. Alternatively, a linker agent that assists in fixing the nucleic acid probe may be used, and the nucleic acid probe may be fixed to the substrate or the electrode via a spacer. Further, a blocking agent for preventing non-specific binding of the sample nucleic acid to the electrode may be treated on the electrode together with a linker agent. Further, the linker agent and the blocking agent used here may be, for example, substances for performing electrochemical detection advantageously.
[0065]
Further, nucleic acid probes having different base sequences may be respectively immobilized on different electrodes, and a plurality of types of nucleic acid probes having different base sequences are immobilized on one electrode in a mixed state. You may.
[0066]
(3) Detection
The nucleic acid probe-immobilized substrate according to the present invention comprises an electrochemical method as a means for detecting the presence of a double strand resulting from a hybridization reaction between a nucleic acid probe immobilized on the substrate and a target nucleic acid. And fluorescence detection methods are available.
[0067]
(A) Electrochemical detection
The double-stranded nucleic acid can be detected electrochemically using, for example, a double-stranded recognition substance known per se.
[0068]
The double-stranded recognizer used here is not particularly limited, but for example, bisintercalators such as Hoechst 33258, acridine orange, quinacrine, dounomycin, metallointercalators, and bisacridines, tris intercalators and polyintercalators Etc. can be used. Furthermore, these intercalators can be modified with an electrochemically active metal complex such as ferrocene, viologen, or the like. Further, any other known double-stranded recognition substance is preferably used in the present invention.
[0069]
In the nucleic acid probe-immobilized substrate according to the present invention, the nucleic acid probe is immobilized on the electrode. Detection of a double-stranded nucleic acid using such an electrode may further use a counter electrode or a reference electrode, as in other general electrochemical detection methods. When a reference electrode is provided, a general reference electrode such as a silver / silver chloride electrode or a mercury / mercury chloride electrode may be used.
[0070]
For example, when detecting whether extension has been achieved by a target nucleic acid and a primer in a sample nucleic acid, the test may be performed as follows.
[0071]
The optionally pretreated sample nucleic acid is extended using a primer according to an embodiment of the present invention. The obtained extension product is converted into a single strand by a method known per se, and is brought into contact with a nucleic acid probe immobilized on a nucleic acid probe-immobilized substrate. For example, it is also possible to use a nucleic acid probe complementary to a part of the extended single strand including the primer used, or to use a nucleic acid probe having a sequence complementary to the tag as described above. Good. However, the sequence of the nucleic acid probe is not limited to these. Further, a nucleic acid probe-immobilized substrate on which a nucleic acid probe for use in the detection of elongation of the present invention is immobilized is also within the scope of the present invention.
[0072]
Subsequently, the reaction is performed under conditions that allow appropriate hybridization. Such appropriate conditions can be determined by those skilled in the art depending on various conditions such as the type of base contained in the target sequence, the type of nucleic acid probe provided on the nucleic acid probe-immobilized substrate, the type of sample nucleic acid and their state. If so, it can be selected appropriately. Although not limited thereto, for example, the reaction may be performed under the following conditions.
[0073]
That is, the hybridization reaction solution is performed in a buffer having an ionic strength of 0.01 to 5 and a pH of 5 to 10. To this solution, dextran sulfate as a hybridization accelerator, salmon sperm DNA, bovine thymus DNA, EDTA, a surfactant and the like may be added. The sample nucleic acid obtained here is added and denatured at 90 ° C. or higher. Insertion of the nucleic acid probe-immobilized substrate into the heat-denatured sample nucleic acid may be performed immediately after denaturation or after quenching to 0 ° C. Further, it is also possible to carry out a hybridization reaction by dropping a solution on a substrate.
[0074]
During the reaction, the reaction rate may be increased by an operation such as stirring or shaking. The reaction temperature may be, for example, in the range of 10 ° C. to 90 ° C., and the reaction time may be about 1 minute to about 1 night. After the hybridization reaction, the electrodes are washed. For washing, for example, a buffer solution having an ionic strength of 0.01 to 5 and a pH of 5 to 10 may be used. When the target nucleic acid containing the target sequence is present in the sample nucleic acid, it hybridizes with the nucleic acid probe, thereby generating a double-stranded nucleic acid.
[0075]
Subsequently, double-stranded nucleic acid generated by the following procedure is detected by electrochemical means. Generally, after the hybridization reaction, the substrate is washed, a double-stranded recognizer is allowed to act on the double-stranded portion formed on the electrode surface, and a signal generated thereby is electrochemically measured.
[0076]
The concentration of the double-stranded recognizer varies depending on its type, but is generally used in the range of 1 ng / mL to 1 mg / mL. In this case, a buffer solution having an ionic strength of 0.001 to 5 and a pH of 5 to 10 may be used.
[0077]
For example, in the electrochemical measurement, a potential equal to or higher than the potential at which the double-stranded recognizer reacts electrochemically may be applied, and the reaction current value derived from the double-stranded recognizer may be measured. At this time, the potential may be swept at a constant speed, applied as a pulse, or a constant potential may be applied. At the time of measurement, for example, the current and voltage may be controlled using a device such as a potentiostat, a digital multimeter, and a function generator. For example, the concentration of the target nucleic acid may be calculated from a calibration curve based on the obtained current value.
[0078]
In addition, electrochemical detection means known per se, for example, means disclosed in the following documents (Hashimoto et al. 1994, Wang et al. 1998) can also be preferably used in the method of the present invention. In that article, Hashimoto et al. Reported sequence-specific gene detection using a gold electrode modified with a DNA probe and an electrochemically active dye. The anodic current from the dye correlates with the concentration of the target DNA. Wang et al. Also reported indicator-free electrochemical DNA hybridization. The configuration of this biosensor involves immobilization of an inosine-substituted probe (without guanine) on a carbon paste electrode and chronopotentiometric detection of duplex formation due to the presence of the guanine oxidation peak of the label. The detection means described in these documents may preferably be used in the present invention.
[0079]
(B) Fluorescence detection method
In the case of using a fluorescent labeling substance, the antisense primer may be labeled with a substance capable of obtaining a fluorescent activity such as a fluorescent dye such as FITC, Cy3, Cy5 or rhodamine. Alternatively, detection may be performed by using a second probe labeled with the above-mentioned substance instead of the label. A plurality of labeling substances may be used simultaneously.
[0080]
In some embodiments, a hybridization reaction between a nucleic acid component extracted from a sample and a nucleic acid probe immobilized on a nucleic acid probe-immobilized chip is performed, for example, as follows. That is, the hybridization reaction solution is performed in a buffer having an ionic strength of 0.01 to 5 and a pH of 5 to 10. To this solution, dextran sulfate as a hybridization accelerator, salmon sperm DNA, bovine thymus DNA, EDTA, a surfactant and the like may be added. The extracted nucleic acid component is added thereto, and denatured at 90 ° C. or higher. Insertion of the nucleic acid probe-immobilized chip may be performed immediately after denaturation or after rapid cooling to 0 ° C. Further, it is also possible to carry out a hybridization reaction by dropping a solution on a substrate. During the reaction, the reaction rate may be increased by an operation such as stirring or shaking. The reaction temperature may be, for example, in the range of 10 ° C. to 90 ° C., and the reaction time may be about 1 minute to about 1 night. After the hybridization reaction, washing is performed. For washing, for example, a buffer solution having an ionic strength of 0.01 to 5 and a pH of 5 to 10 is used.
[0081]
In the case of fluorescence detection, the detection of the hybridization reaction is performed by detecting the labeled base sequence in the sample or the label in the secondary probe using an appropriate detection device according to the type of the label. When the label is a fluorescent substance, the label may be detected using, for example, a fluorescence detector.
[0082]
4. Assay kit
In the present invention, the primer according to any of the embodiments of the present invention as described above, the nucleic acid probe-immobilized substrate, and the nucleic acid probe containing a sequence complementary to the tag sequence may be provided as an appropriate kit depending on the purpose of use. Good.
[0083]
For example, in the case of a primer according to the present invention, a kit may be provided in combination with a reaction vessel and / or salts for buffer solution and / or other necessary reagents such as a polymerase and / or a substrate. For example, a nucleic acid probe containing a sequence complementary to a tag sequence, a primer and an extension product or a part thereof may be used as a substrate and / or various reagents and / or labeling substances for producing a desired nucleic acid probe-immobilized substrate. A kit may be provided in combination with the above. The primers and the desired nucleic acid probe and / or nucleic acid probe-immobilized substrate may be combined as needed to provide a kit. However, the kit provided by the present invention is not limited to the above combinations, and may be provided as a kit in combination with various ones as necessary. The purpose of use is not limited to this, and kits for any of the above-mentioned purposes can be formed. Such a kit is also included in the scope of the present invention.
[0084]
【Example】
Example 1
In Example 1, a target nucleic acid was prepared by using three types of primers, a first primer (SEQ ID NO: 1), a second primer (SEQ ID NO: 2), and a third primer (SEQ ID NO: 3), as sense primers. The number of repeats of the microsatellite sequence present in the human genome fragment (SEQ ID NO: 7) was determined.
[0085]
The number of repeats of the basic unit of each primer used was different, the first primer had 4 repeats, the second primer had 5 repeats, and the third primer had 6 repeats.
[0086]
The PCR reaction conditions were as follows. That is, a PCR reaction was first performed at 94 ° C. for 5 minutes, then 30 cycles of 94 ° C. for 30 seconds and 74 ° C. for 60 seconds, and further at 72 ° C. for 7 minutes. Thereafter, electrophoresis was performed to perform fluorescent staining.
[0087]
Using the human genomic fragment shown in SEQ ID NO: 7 as a template, and the nucleic acid described in SEQ ID NO: 7 as an antisense primer, three different primers of SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 2 and SEQ ID NO: 3 An amplification reaction was performed in the reaction vessel. FIG. 6 shows the result. As is clear from FIG. 6, as a result of the electrophoresis, a band having the highest fluorescence intensity was observed when the second primer of SEQ ID NO: 2 was used. That is, it was revealed that amplification was hardly performed unless primers corresponded to the number of repetitions of the target nucleic acid. In the case of this example, the number of repetitions of the target nucleic acid in this sample nucleic acid is determined to be 5.
[0088]
This provided a method for simply, inexpensively, and rapidly determining the number of repetitive sequences contained in a nucleic acid in a sample nucleic acid.
[0089]
Example 2
In Example 2, a target nucleic acid was amplified using a primer having a tag, and then hybridized to the primer immobilized on the nucleic acid probe-immobilized substrate, and the resulting hybridization was electrochemically detected. An example of performing a method for determining the number of repetitions will be described.
[0090]
FIG. 7 is a plan view showing a pattern of the nucleic acid probe-immobilized substrate 20 used in the method for determining the number of repetitive sequences according to Example 2 of the present invention. The nucleic acid probe-immobilized substrate 20 includes electrodes 22a, 22b, and 22c arranged on the substrate 21. On the electrode 22a, a nucleic acid having the base sequence of SEQ ID NO: 4 was immobilized as a first nucleic acid probe. A nucleic acid having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5 was immobilized on the electrode 22b as a second nucleic acid probe. A nucleic acid having the base sequence of SEQ ID NO: 6 was immobilized on the electrode 22c as a third nucleic acid probe.
[0091]
The nucleic acid probe-immobilized substrate was manufactured as follows. First, a probe consisting of the nucleic acid represented by SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 5, or SEQ ID NO: 6 having the thiol at the 5 'end was immobilized on an electrode obtained by patterning gold on a substrate.
[0092]
Here, the nucleic acid probe of SEQ ID NO: 4 is composed of a sequence complementary to the tag sequence on the 5 ′ side of the primer of SEQ ID NO: 1. Similarly, the nucleic acid probe of SEQ ID NO: 5 is The nucleic acid probe of No. 6 consists of a sequence complementary to the tag of the primer of SEQ ID No. 3.
[0093]
First, using a human genomic fragment consisting of the nucleic acid represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 8 as a template, a mix of primers of SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 2 and SEQ ID NO: 3 as a sense primer, and SEQ ID NO: Amplification reaction was carried out by PCR using No. 7.
[0094]
The PCR reaction conditions were as follows. That is, a PCR reaction was first performed at 94 ° C. for 5 minutes, then 30 cycles at 94 ° C. for 30 seconds and 74 ° C. for 60 seconds, and further performed at 72 ° C. for 7 minutes. Then, the PCR reaction solution obtained by this PCR was reacted. The hybridization reaction was carried out at 35 ° C. for 1 hour using the PCR reaction solution after heat denaturation. Thereafter, a reaction with the intercalating agent Hoechst 33258 was performed, and hybridization was detected by an electrode. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 8, the highest current value was obtained from the electrode on which the second nucleic acid probe was immobilized.
[0095]
This provided a method for simply, inexpensively, and rapidly determining the number of repetitive sequences contained in a nucleic acid in a sample nucleic acid.
[0096]
Example 3
Example 3 is to amplify a target nucleic acid using a primer having a tag, then hybridize to a primer immobilized on a nucleic acid probe-immobilized substrate, and detect the resulting hybridization by fluorescence intensity. The example which performs the method of determining the number of repetitions is shown.
[0097]
FIG. 9 is a plan view showing the configuration of the nucleic acid probe-immobilized substrate used in the method for determining the number of repeated sequences according to Example 3 of the present invention. As the nucleic acid probe-immobilized substrate, a slide glass coated with polylysine was used as a substrate, and the nucleic acid probes of SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 5 and SEQ ID NO: 6 were immobilized thereon. Each immobilization was performed on the nucleic acid probe immobilization regions 32a, 32b and 33c provided on the substrate. That is, a nucleic acid having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 4 was immobilized on the immobilization region 32a as a first nucleic acid probe. A nucleic acid having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5 was immobilized on the immobilization region 32b as a second nucleic acid probe. A nucleic acid having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 6 was immobilized on the immobilization region 32c as a third nucleic acid probe.
[0098]
Here, the nucleic acid probe of SEQ ID NO: 4 is composed of a sequence complementary to the tag sequence on the 5 ′ side of the primer of SEQ ID NO: 1. Similarly, the nucleic acid probe of SEQ ID NO: 5 is The nucleic acid probe of No. 6 consists of a sequence complementary to the tag of the primer of SEQ ID No. 3.
[0099]
First, using a human genomic fragment consisting of the nucleic acid represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 8 as a template, a mix of primers of SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 2 and SEQ ID NO: 3 as a sense primer, and a cy5 label as an antisense primer An amplification reaction was performed by PCR using the nucleic acid of SEQ ID NO: 7 obtained above.
[0100]
The PCR reaction conditions were as follows. That is, a PCR reaction was first performed at 94 ° C. for 5 minutes, then 30 cycles at 94 ° C. for 30 seconds and 74 ° C. for 60 seconds, and further performed at 72 ° C. for 7 minutes. Then, the PCR reaction solution obtained by this PCR was reacted after heat denaturation. The hybridization reaction was performed at 35 ° C. for 1 hour using the PCR reaction solution as it was. Thereafter, hybridization between the PCR product contained in the PCR reaction solution and the nucleic acid probe was detected by measuring the fluorescence intensity. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 10, the highest current value was obtained from the electrode on which the second nucleic acid probe was immobilized.
[0101]
This provided a method for simply, inexpensively, and rapidly determining the number of repetitive sequences contained in a nucleic acid in a sample nucleic acid.
[0102]
【The invention's effect】
According to the present invention as described above, a method for determining the number of repeats of a repetitive sequence contained in a nucleic acid is provided.
[0103]
[Sequence list]
Figure 2004065125
Figure 2004065125
Figure 2004065125

[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a method for determining the number of iterations according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a method for determining the number of repetitions according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a reaction product obtained by the method for determining the number of repetitive sequences according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a first example of a nucleic acid probe-immobilized substrate that can be used in an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a second example of a nucleic acid probe-immobilized substrate that can be used in an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a photograph of an electrophoresis gel showing the results of the first example.
FIG. 7 is a plan view of a nucleic acid probe-immobilized substrate used in the method for determining the number of repeated sequences according to Example 2.
FIG. 8 is a graph showing the results of Example 2.
FIG. 9 is a plan view of a nucleic acid probe-immobilized substrate used in the method for determining the number of repeated sequences according to Example 3.
FIG. 10 is a graph showing the results of Example 3.
[Explanation of symbols]
1. 1. Target nucleic acid 2. repetitive sequence 3. Target sequence Primer5. Reaction product 6. Tags 7. Primer 8. 8. Target nucleic acid Primer 11. Nucleic acid probe-immobilized substrate 12. Substrate 13. Electrode 14. Nucleic acid probe 15. Pat16. Nucleic acid probe-immobilized substrate 17. Substrate 18. Nucleic acid probe 20. Nucleic acid probe-immobilized substrate 21. Substrate 22. Electrode 23. Pat 30. Nucleic acid probe-immobilized substrate 31. Substrate 32. Nucleic acid probe immobilization region

Claims (10)

基本ユニットyを任意の反復数nで含む反復配列と、その3’側に存在する配列x1と、前記反復配列の5’側に存在する配列x2とからなるターゲット配列x1−(y)−x2を含むターゲット核酸について、その反復数を決定するための方法であって、
(1)配列x1に相補的な配列X1と、基本ユニットyに相補的な配列Yを任意の反復数mで含む反復配列と、配列x2に相補的な配列X2とを含むプライマーX1−(Y)−X2を用いて(ここで、mは1以上の整数であり、予め予測される反復数nと等しい整数である)、適切に伸長反応が得られる条件下において核酸を伸長することと、
(2)前記(1)の伸長することにより得られた反応産物における伸長の有無を判定することにより、当該ターゲット核酸の反復配列の反復数を決定することと、
を具備するターゲット核酸の反復数を決定するための方法。
A target sequence x1- (y) n − comprising a repetitive sequence containing a basic unit y with an arbitrary number of repetitions n, a sequence x1 on the 3 ′ side thereof, and a sequence x2 on the 5 ′ side of the repetitive sequence. A method for determining the number of repetitions of a target nucleic acid comprising x2,
(1) A primer X1- (Y) including a sequence X1 complementary to the sequence x1, a repetitive sequence including the sequence Y complementary to the basic unit y at an arbitrary repetition number m, and a sequence X2 complementary to the sequence x2. Using m- X2 (where m is an integer greater than or equal to 1 and an integer equal to the predicted number of iterations n) to elongate the nucleic acid under conditions that provide for an appropriate elongation reaction; ,
(2) determining the number of repetitions of the repetitive sequence of the target nucleic acid by determining the presence or absence of extension in the reaction product obtained by the extension of (1);
A method for determining the number of repetitions of a target nucleic acid, comprising:
前記プライマーX1−(Y)−X2におけるmが、予め予測される反復数nと等しい整数であり、且つその予め予測される反復数nが複数存在し、それら複数予測される反復数全てに対応するプライマーが使用されることを特徴とする請求項1に記載のターゲット核酸の反復数を決定するための方法。M in the primer X1- (Y) m -X2 is an integer equal to the predicted number of repeats n, and there are a plurality of the predicted number of repeats n; 2. The method for determining the number of repetitions of a target nucleic acid according to claim 1, wherein corresponding primers are used. 使用される前記プライマーが、その配列毎に異なる反応容器において使用されることを特徴とする請求項2に記載のターゲット核酸の反復数を決定するための方法。3. The method for determining the number of repetitions of a target nucleic acid according to claim 2, wherein the primers used are used in different reaction vessels for each sequence. 前記プライマーが、その5’端に更にタグ配列Zを具備するプライマーZ−X1−(Y)−X2であることと、前記(2)において伸長の有無を判定することが、当該タグ配列Zに相補的な配列を有する核酸プローブを具備する核酸プローブ固定化基体に対して、適切なハイブリダイゼーションが得られる条件下で当該反応産物をハイブリダイズし、生じたハイブリダイゼーションを検出することにより行われることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載のターゲット核酸の反復数を決定するための方法。When the primer is a primer Z-X1- (Y) m -X2 further having a tag sequence Z at its 5 'end, and the presence or absence of extension in (2) is determined, the tag sequence Z The hybridization is performed by hybridizing the reaction product to a nucleic acid probe-immobilized substrate having a nucleic acid probe having a sequence complementary to that under conditions capable of obtaining appropriate hybridization, and detecting the resulting hybridization. The method for determining the number of repetitions of a target nucleic acid according to any one of claims 1 to 3, characterized in that: 前記ハイブリダイゼーションを検出することが電気化学的検出により行われることを特徴とする請求項4に記載のターゲット核酸の反復数を決定するための方法。The method for determining the number of repetitions of a target nucleic acid according to claim 4, wherein detecting the hybridization is performed by electrochemical detection. 前記ハイブリダイゼーションを検出することが蛍光強度の検出により行われることを特徴とする請求項4に記載のターゲット核酸の反復数を決定するための方法。The method for determining the number of repetitions of a target nucleic acid according to claim 4, wherein the detecting of the hybridization is performed by detecting a fluorescence intensity. 前記(1)の伸長することが、増幅であることを特徴とする請求項1から6の何れか1項に記載のターゲット核酸の反復数を決定するための方法。The method for determining the number of repetitions of a target nucleic acid according to any one of claims 1 to 6, wherein the extension in (1) is amplification. 前記プライマーの全長が10塩基から50塩基であり、且つ前記プライマーに含まれるX2の長さが1塩基から20塩基であることを特徴とする請求項1から7の何れか1項に記載のターゲット核酸の反復数を決定するための方法。The target according to any one of claims 1 to 7, wherein the total length of the primer is 10 to 50 bases, and the length of X2 contained in the primer is 1 to 20 bases. A method for determining the number of repeats of a nucleic acid. 前記プライマーの全長が、15塩基から30塩基であり、且つ前記プライマーに含まれるX2の長さが2塩基から10塩基であることを特徴とする請求項1から7の何れか1項に記載のターゲット核酸について反復数を決定するための方法。The total length of the primer is 15 to 30 bases, and the length of X2 contained in the primer is 2 to 10 bases, The primer according to any one of claims 1 to 7, wherein A method for determining the number of repeats for a target nucleic acid. x1−(y)n−x2を含むターゲット核酸に含まれる反復配列の反復数を検出するためのX1−(Y)m−X2からなるプライマー。A primer consisting of X1- (Y) m-X2 for detecting the number of repeats of a repetitive sequence contained in a target nucleic acid containing x1- (y) nx2.
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