JP2004135663A - Method for analyzing gene expression - Google Patents

Method for analyzing gene expression Download PDF

Info

Publication number
JP2004135663A
JP2004135663A JP2003330287A JP2003330287A JP2004135663A JP 2004135663 A JP2004135663 A JP 2004135663A JP 2003330287 A JP2003330287 A JP 2003330287A JP 2003330287 A JP2003330287 A JP 2003330287A JP 2004135663 A JP2004135663 A JP 2004135663A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
dna probe
liquid sample
nucleic acid
gene expression
microarray
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2003330287A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takatomo Sato
佐藤 卓朋
Midori Hatanaka
畑中 みどり
Michiko Sakamoto
坂本 宙子
Yoshioki Kaneko
金子 善興
Tomonori Nagaoka
長岡 智紀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Corp filed Critical Olympus Corp
Priority to JP2003330287A priority Critical patent/JP2004135663A/en
Publication of JP2004135663A publication Critical patent/JP2004135663A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for analyzing gene expression, capable of analyzing the gene expression at a high rate with good accuracy, by using a three-dimensional micro-array. <P>SOLUTION: This method for analyzing the gene expression comprises analyzing a state of the gene expression by using the micro-array in which two or more minute liquid-receiving parts capable of three-dimensionally receiving the liquid are two-dimensionally arranged. Further, the method includes a process for preparing a labeled nucleic acid by using a RNA as a template, another process for positioning a DNA probe which complementarily combines with a part of the labeled gene on the liquid-receiving part, a third process for contacting a liquid sample which contains the labeled nucleic acid with the DNA probe under a condition that a hybrid is formed between the labeled nucleic acid and the DNA probe by making the liquid sample flow inside and outside the micro-array, and the other process for detecting signal strength which changes based on difference of combining strength of the hybrid under another condition that formation of a nonspecific hybrid is dissociated. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

 本発明は遺伝子の発現を解析する方法に関し、より具体的には3次元マイクロアレイを用いて遺伝子発現解析を実施可能とする方法に関する。 (4) The present invention relates to a method for analyzing gene expression, and more specifically, to a method for performing gene expression analysis using a three-dimensional microarray.

 近年、複数の遺伝子の発現状態を同時に解析するために、マイクロアレイ(DNAチップ)と呼ばれる分子生物学的方法が開発された。マイクロアレイには、ガラス基板の表面に、多数のcDNAプローブを固定化したものや、半導体製造過程を応用して、シリコン上の微小な領域に多数のオリゴプローブを合成したもの等がある。マイクロアレイを用いて得られたデータから、多くの遺伝子を複数の機能別グループに分類(クラスタリング)することが可能となり、発生、分化、老化等のあらゆる生命現象に伴う遺伝子の変動に関する情報が蓄積されてきている。このようにして得られた遺伝子発現情報は、インターネットを通じて、容易にアクセスできるデータベースとしても利用されてきている。 In recent years, a molecular biological method called a microarray (DNA chip) has been developed to simultaneously analyze the expression status of a plurality of genes. Microarrays include those in which a large number of cDNA probes are immobilized on the surface of a glass substrate, and those in which a large number of oligo probes are synthesized in a minute area on silicon by applying a semiconductor manufacturing process. From the data obtained using microarrays, it is possible to classify (cluster) many genes into multiple functional groups, and accumulate information on gene fluctuations associated with all life phenomena such as development, differentiation, and aging. Is coming. The gene expression information thus obtained has been used as a database that can be easily accessed through the Internet.

 しかしながら、マイクロアレイを用いた遺伝子発現解析は一度に多数のターゲット遺伝子を解析できる反面、アッセイ時間が長く、また全体の実験操作工程が多く、且つ煩雑な操作が必要であった。そのため、再現性のよい解析結果が得られないという欠点があった。
 こうした欠点の解決策として、マイクロアレイの担体として微細加工フロースルー多孔質基板を用いた方法(例えば、特許文献1参照。)や、ハイブリダイゼーション反応を電気的な力によって強制的に行う方法(例えば、特許文献2参照。)が開発された。
However, gene expression analysis using a microarray can analyze a large number of target genes at once, but requires a long assay time, a large number of overall experimental operation steps, and requires complicated operations. Therefore, there is a disadvantage that an analysis result with good reproducibility cannot be obtained.
As a solution to such a drawback, a method using a microfabricated flow-through porous substrate as a carrier for a microarray (for example, see Patent Document 1), a method for forcibly performing a hybridization reaction by electric force (for example, Patent Document 2) has been developed.

 しかしながら、微細加工フロースルー多孔質基板を用いる方法においては、液体の移動と温度制御を行う反応部分と蛍光検出を行う測定部分とが別々で、複雑な装置構成を必要とすることから、実用性が非常に乏しかった。
 また、電気的な力によってハイブリダイゼーション反応を強制的に行わせる方法では、ハイブリダイゼーション反応を短時間で実行することができるものの、マイクロアレイ中の電圧を厳密に制御するための複雑な機構を設ける必要があった。そのために、マイクロアレイや装置が大型化し、製作コストの上昇に繋がり、やはり実用化するのは困難であった。
However, in the method using a microfabricated flow-through porous substrate, a reaction part for performing liquid movement and temperature control and a measurement part for performing fluorescence detection are separate, and a complicated apparatus configuration is required. Was very poor.
In the method of forcibly performing the hybridization reaction by electric force, the hybridization reaction can be performed in a short time, but a complicated mechanism for strictly controlling the voltage in the microarray must be provided. was there. For this reason, the microarray and the device have been increased in size, leading to an increase in manufacturing cost, and it has been difficult to put the device into practical use.

 更に、一方では、従来の二次元の基板表面へのプローブの固定化量に関して、各プローブスポットに無視できない程度のばらつきが存在していたため、特に定量的な分析にマイクロアレイを利用することは困難であるという問題を内包している。このような事情に鑑みて、多孔質構造を有する金属酸化物を反応担体として利用し、一方の面から他方の面へと試料溶液を駆動させることにより、試料溶液の拡散速度を高めて反応を高速化させ、ハイブリダイズを高速且つ精度よく行う方法が開示されている(例えば、特許文献3参照)。
特表平9−504864号公報 特表2001−501301号公報 特表2000−515251号公報
Furthermore, on the other hand, regarding the amount of immobilization of the probe on the conventional two-dimensional substrate surface, each probe spot has a non-negligible variation, which makes it difficult to use a microarray particularly for quantitative analysis. There is a problem that there is. In view of such circumstances, by using a metal oxide having a porous structure as a reaction carrier and driving the sample solution from one surface to the other surface, the diffusion speed of the sample solution is increased and the reaction is performed. A method of increasing the speed and performing high-speed and accurate hybridization is disclosed (for example, see Patent Document 3).
Japanese Patent Publication No. 9-504864 JP-T-2001-501301 JP 2000-515251 A

 しかしながら、従来の二次元の基板表面にプローブを固定していたものと、上記のごとく多孔質構造を有する三次元構造を有する反応担体にプローブを固定していたものとでは、そもそも標識された核酸とプローブとの間のハイブリダイズ反応の環境が大きく異なる。また、三次元構造を有する反応担体中に溶液を流動させながら検出を行うことから、反応条件の設定はより複雑になると考えられる。遺伝子発現解析を精度良く定量的に検出するためには、各種反応条件を詳細に検討する必要があるが、反応担体の構造の差異及び溶液を流動させることとあいまって、その条件設定については全くもって不明である。反応条件の設定についての具体的指針に関し、従来技術は何ら教示も示唆もしていない。 However, in the case where the probe is immobilized on the conventional two-dimensional substrate surface, and in the case where the probe is immobilized on the reaction carrier having the three-dimensional structure having the porous structure as described above, the labeled nucleic acid is in the first place. The environment of the hybridization reaction between the probe and the probe is greatly different. In addition, since the detection is performed while the solution is flowing in the reaction carrier having the three-dimensional structure, setting the reaction conditions is considered to be more complicated. In order to accurately and quantitatively detect gene expression analysis, it is necessary to examine various reaction conditions in detail, but in combination with the difference in the structure of the reaction carrier and the flow of the solution, there is no It is unknown. The prior art does not teach or suggest any specific guidelines for setting the reaction conditions.

 また、三次元構造である多孔質構造を有する反応担体を利用したDNAマイクロアレイが開示されているが、これを利用して行うハイブリダイズ反応の条件については、わずかな例しか挙げられていない。核酸試料として挙げられている例としては、長さが145塩基のRNA遺伝子(HIV-1)のみであり、ハイブリダイゼーションもリン酸緩衝液中において室温で行われるに過ぎず、三次元構造である多孔質構造を有する反応担体を利用して遺伝子の一塩基の突然変異を解析する場合のみで、遺伝子発現解析用ハイブリダイゼーション反応条件が十分に開示されているとは言えない。 Also, a DNA microarray using a reaction carrier having a three-dimensional porous structure is disclosed, but only a few examples of conditions for a hybridization reaction using the DNA microarray are given. Examples of the nucleic acid sample include only an RNA gene (HIV-1) having a length of 145 bases, and hybridization is performed only in a phosphate buffer at room temperature, and has a three-dimensional structure. Only when a single base mutation of a gene is analyzed using a reaction carrier having a porous structure, it cannot be said that the hybridization reaction conditions for gene expression analysis are sufficiently disclosed.

 このように、上記のいずれの方法においても、短時間で、且つ簡便に遺伝子発現状態を分析したいという要求に応えることはできなかった。
 従って、本発明は、三次元的に液体を収容し得る微小な液体収容部を二次元的に複数配置してなるマイクロアレイの利用により、高速で且つ精度良く遺伝子発現解析を行う方法を提供することを目的とする。より好ましくは、核酸とプローブとのハイブリッド形成を示すシグナル強度を上昇させる遺伝子発現解析方法を提供することも目的とする。
As described above, none of the above methods has been able to meet the demand for a simple and easy analysis of the gene expression state.
Accordingly, the present invention provides a method for performing high-speed and high-accuracy gene expression analysis by using a microarray in which a plurality of microscopic liquid storage units capable of three-dimensionally storing liquids are two-dimensionally arranged. With the goal. More preferably, it is also an object to provide a gene expression analysis method for increasing the signal intensity indicating hybridization between a nucleic acid and a probe.

 本発明の遺伝子発現解析方法は、三次元的に液体を収容し得る微小な液体収容部を二次元的に複数配置してなるマイクロアレイを用いて、遺伝子の発現状態を解析する方法であって、RNAを鋳型として、標識された核酸を作製する工程と、標的遺伝子の一部と相補的に結合するDNAプローブを液体収容部に配置する工程と、標識された核酸を含む液体試料をマイクロアレイ内外で流動させて、標識された核酸と前記DNAプローブとの間でハイブリッドを形成させる条件下で、液体試料とDNAプローブとを接触させる工程と、ハイブリッドの結合強度の違いに基づいて変化するシグナル強度を、非特異的ハイブリッドの形成を解離させる条件下で、検出する工程と、を含むことを特徴とする。
 また、DNAプローブの塩基長が、30〜70merであることが好ましい。
 また、液体試料とDNAプローブとを接触させる前に、液体試料を60〜100℃で、2〜10分間加熱することが好ましい。
 また、標識された核酸とDNAプローブとのハイブリッド形成反応、及びシグナル強度を検出する際の温度条件が、35〜70℃であることが好ましい。
 また、標識された核酸とDNAプローブとのハイブリッド形成反応を、0.1〜6倍の塩濃度のSSPE溶液中で行うことが好ましい。
 また、標識された核酸とDNAプローブとのハイブリッド形成反応時の反応溶液のpHを6〜8に調整することが好ましい。
 また、液体試料とDNAプローブとを接触させる工程において、液体試料を間欠的に30〜200回流動させることが好ましい。
 また、液体試料とDNAプローブとを接触させる工程後に、0.1〜6倍の塩濃度のSSPE溶液をマイクロアレイ内外で流動させて、非特異的ハイブリッド及び未反応の液体試料を取り除くことが好ましい。
 また、非特異的ハイブリッド及び未反応の溶液を取り除くための洗浄溶液のpHが6〜8であることが好ましい。
The gene expression analysis method of the present invention is a method for analyzing the expression state of a gene using a microarray comprising a plurality of two-dimensionally arranged microscopic liquid storage units capable of three-dimensionally storing a liquid, A step of preparing a labeled nucleic acid using RNA as a template, a step of arranging a DNA probe that complementarily binds to a part of the target gene in a liquid container, and a step of preparing a liquid sample containing the labeled nucleic acid inside and outside the microarray. Flowing and contacting the liquid sample with the DNA probe under conditions to form a hybrid between the labeled nucleic acid and the DNA probe, and a signal intensity that changes based on the difference in the binding strength of the hybrid. Detecting the formation of non-specific hybrid under dissociation conditions.
Further, the base length of the DNA probe is preferably 30 to 70 mer.
In addition, it is preferable to heat the liquid sample at 60 to 100 ° C. for 2 to 10 minutes before bringing the liquid sample into contact with the DNA probe.
In addition, it is preferable that the temperature condition for detecting the hybridization reaction between the labeled nucleic acid and the DNA probe and detecting the signal intensity is 35 to 70 ° C.
Further, the hybridization reaction between the labeled nucleic acid and the DNA probe is preferably performed in an SSPE solution having a salt concentration of 0.1 to 6 times.
Further, it is preferable to adjust the pH of the reaction solution at the time of the hybridization reaction between the labeled nucleic acid and the DNA probe to 6 to 8.
In the step of contacting the liquid sample with the DNA probe, the liquid sample is preferably intermittently flowed 30 to 200 times.
Further, after the step of bringing the liquid sample into contact with the DNA probe, it is preferable to remove a non-specific hybrid and an unreacted liquid sample by flowing an SSPE solution having a salt concentration of 0.1 to 6 times inside and outside the microarray.
Further, the pH of the washing solution for removing the non-specific hybrid and the unreacted solution is preferably 6 to 8.

 本発明の遺伝子発現解析方法によれば、三次元マイクロアレイを利用して高速で且つ精度良く遺伝子の発現状態を解析することができる。更に、作業性及び費用の観点から、本発明の遺伝子発現解析方法は実用性が高く、疾病の予知・診断、ウィルスのタイピング等、将来的に実用性が求められる遺伝子診断などにおいて、非常に有用であるといえる。 According to the gene expression analysis method of the present invention, the expression state of a gene can be analyzed at high speed and with high accuracy using a three-dimensional microarray. Furthermore, from the viewpoints of workability and cost, the gene expression analysis method of the present invention is highly practical, and is very useful in gene diagnosis, which is expected to be practical in the future, such as disease prediction and diagnosis, virus typing, and the like. You can say that.

 本発明の遺伝子発現解析方法において使用されるマイクロアレイ(以下、三次元マイクロアレイという)としては、三次元的に液体を収容し得る微小な液体収容部を二次元的に複数配置してなるものであれば、特に制限はないが、液体収容部の材質の例として、例えば酸化アルミニウムが挙げられる。ここで、液体収容部は、DNAプローブを固定するための最小単位であり、プローブスポットとも呼ばれる。 The microarray (hereinafter, referred to as a three-dimensional microarray) used in the gene expression analysis method of the present invention may be a microarray in which a plurality of microscopic liquid storage units capable of three-dimensionally storing liquids are two-dimensionally arranged. For example, although there is no particular limitation, an example of the material of the liquid storage unit is, for example, aluminum oxide. Here, the liquid container is a minimum unit for fixing the DNA probe, and is also called a probe spot.

 三次元マイクロアレイは、例えば、スライドグラス上にDNAプローブが固相化されたマイクロアレイ(以下、二次元マイクロアレイ)に比べて、多量のDNAプローブを固相化することができる。また、従来の二次元マイクロアレイでは、DNAプローブを定量的に固定することが困難なため、各DNAプローブの固相化量に、ばらつきが生じることが多かった。これに対し、三次元マイクロアレイは、定量的なDNAプローブの固定が可能なため、発現量の解析などの定量的な実験に好適である。 A three-dimensional microarray can immobilize a larger amount of DNA probes than a microarray in which DNA probes are immobilized on a slide glass (hereinafter, a two-dimensional microarray). Further, in conventional two-dimensional microarrays, it is difficult to quantitatively immobilize DNA probes, so that the immobilized amount of each DNA probe often varies. On the other hand, the three-dimensional microarray is suitable for quantitative experiments such as analysis of the expression level, since the DNA probe can be fixed quantitatively.

 本発明の遺伝子発現解析方法は、上記三次元マイクロアレイを用いて行われるものであって、以下の工程を含むことを特徴とする。即ち、RNAを鋳型として、標識された核酸を作製する工程(1)と、標的遺伝子の一部と相補的に結合するDNAプローブを液体収容部に配置する工程(2)と、標識された核酸を含む液体試料をマイクロアレイ内外で流動させて、標識された核酸とDNAプローブとの間でハイブリッドを形成させる条件下で、液体試料とDNAプローブとを接触させる工程(3)と、ハイブリッドの結合強度の違いに基づいて変化するシグナル強度を、非特異的ハイブリッドの形成を解離させる条件下で、検出する工程(4)である。 遺 伝 子 The gene expression analysis method of the present invention is performed using the above three-dimensional microarray, and includes the following steps. That is, a step (1) of preparing a labeled nucleic acid using RNA as a template, a step (2) of arranging a DNA probe complementary to a part of a target gene in a liquid container, (3) contacting the liquid sample with the DNA probe under conditions that allow the liquid sample containing the DNA to flow in and out of the microarray to form a hybrid between the labeled nucleic acid and the DNA probe; (4) detecting a signal intensity that changes based on the difference under the conditions that dissociate the nonspecific hybrid formation.

 なお、本明細書において、「核酸」とは、DNA及びRNAを示す。
 また、「ハイブリッド」とは、上記核酸の何れかの間に形成される二重鎖を意味する。
 また、「シグナル」とは、適当な手段により適宜検出・測定可能な信号であって、蛍光、放射能、化学発光等が含まれる。
In this specification, “nucleic acid” refers to DNA and RNA.
“Hybrid” refers to a double strand formed between any of the above nucleic acids.
The “signal” is a signal that can be appropriately detected and measured by an appropriate means, and includes fluorescence, radioactivity, chemiluminescence and the like.

 標識された核酸を作製する工程(1)では、組織や細胞などからRNAを抽出し、このRNAを鋳型として、cDNA、cRNAを合成する。なお、鋳型として使用するRNAとしては、mRNA、totalRNAの何れであってもよい。
 また、核酸を標識する方法としては、特に制限はなく、例えば、標識されたオリゴdTプライマや、標識されたdNTPミックスを用いて逆転写反応を実施するなどの公知の方法を採用すればよい。
 本発明では、このようにして合成される標識された核酸を、例えば、滅菌蒸留水などに溶解させて液体試料として用いる。また、後段で説明するが、DNAプローブとのハイブリッド形成を容易にする目的で、適宜、塩などを添加することができる。
In the step (1) of preparing a labeled nucleic acid, RNA is extracted from a tissue, a cell, or the like, and cDNA and cRNA are synthesized using the RNA as a template. The RNA used as a template may be any of mRNA and total RNA.
The method for labeling a nucleic acid is not particularly limited, and a known method such as performing a reverse transcription reaction using a labeled oligo dT primer or a labeled dNTP mix may be employed.
In the present invention, the labeled nucleic acid thus synthesized is dissolved in, for example, sterilized distilled water and used as a liquid sample. As will be described later, a salt or the like can be appropriately added for the purpose of facilitating hybridization with a DNA probe.

 本発明において、DNAプローブを液体収容部に配置する工程(2)では、まず、DNAプローブを作製する。DNAプローブとしては、標的遺伝子の一部と相補的に結合するものであって、好ましくは、標的遺伝子に特異的に存在する塩基配列に対し、相補的な配列を有するものである。また、その塩基長としては、30〜70merであることが好ましく、より好ましくは40〜60merである。塩基長が30mer未満の場合、非特異的なハイブリッド形成が増加する傾向にあり、70merを超えると、DNAプローブの合成に要する時間、費用の観点から好ましくない。
 このようなDNAプローブを定量的に各液体収容部に配置・固相化することは、上述したように比較的容易なため、各液体収容部のDNAプローブ量にばらつきが少なく、再現性に優れた測定を実施することができる。
In the present invention, in the step (2) of arranging a DNA probe in the liquid container, first, a DNA probe is prepared. The DNA probe is one which binds complementarily to a part of the target gene, and preferably has a sequence complementary to a base sequence specifically present in the target gene. The base length is preferably from 30 to 70 mer, more preferably from 40 to 60 mer. When the base length is less than 30 mer, nonspecific hybridization tends to increase, and when it exceeds 70 mer, it is not preferable from the viewpoint of time and cost required for DNA probe synthesis.
As described above, it is relatively easy to quantitatively dispose and immobilize such a DNA probe in each liquid storage part, and therefore, the amount of DNA probe in each liquid storage part has little variation and excellent reproducibility. Measurements can be performed.

 次いで、液体試料とDNAプローブとを接触させる工程(3)は、液体試料をマイクロアレイ内外で流動させて、標識された核酸とDNAプローブとの間でハイブリッドを形成させる条件下で行う。
 このように、三次元マイクロアレイの内外に液体試料を流動させることによって、各液体収容部の空間に、容易に標識された核酸を含む液体試料を流動させることができるため、確実に核酸分子とDNAプローブ分子とが接触でき、ハイブリッド形成を短時間で行うことができる。
Next, the step (3) of bringing the liquid sample into contact with the DNA probe is performed under conditions that allow the liquid sample to flow inside and outside the microarray to form a hybrid between the labeled nucleic acid and the DNA probe.
As described above, by flowing the liquid sample into and out of the three-dimensional microarray, the liquid sample containing the labeled nucleic acid can be easily flowed into the space of each liquid container, so that the nucleic acid molecules and DNA The probe molecules can be contacted, and hybridization can be performed in a short time.

 以下、ハイブリッド形成させる好ましい条件について説明する。
 標識された核酸とDNAプローブとのハイブリッド形成反応を、0.1〜6倍の塩濃度のSSPE溶液中で行うことが好ましい。つまり、上記範囲の塩濃度となるように、SSPE溶液を液体試料に添加して、ハイブリダイゼーション反応を行う。SSPE溶液の塩濃度については、塩濃度が高いほうが、ハイブリッド形成が行われ易いためシグナル強度の増大に寄与するが、塩濃度が6倍を超えると、その増加率が減少する傾向にある。一方、塩濃度が低いほうがハイブリッド形成の特異性が上昇するが、塩濃度が0.1倍未満の場合、反応時間を長くする必要がある。
Hereinafter, preferable conditions for hybrid formation will be described.
The hybridization reaction between the labeled nucleic acid and the DNA probe is preferably performed in an SSPE solution having a salt concentration of 0.1 to 6 times. That is, the hybridization reaction is performed by adding the SSPE solution to the liquid sample so that the salt concentration falls within the above range. Regarding the salt concentration of the SSPE solution, a higher salt concentration contributes to an increase in signal intensity due to easier hybridization, but when the salt concentration exceeds 6 times, the rate of increase tends to decrease. On the other hand, the lower the salt concentration is, the higher the specificity of hybridization is. However, when the salt concentration is less than 0.1 times, it is necessary to lengthen the reaction time.

 また、後述する実施例に示すように、シグナル強度を最適化するために、上記の核酸とDNAプローブとのハイブリッド形成時の反応溶液のpHを6〜8に調整することが好ましい。反応溶液のpHがこの範囲を逸脱すると、シグナル強度が低下したり、基板の種類によっては、基板が変性したり、徐々に溶解して正確なシグナル強度を得ることが困難になったりするなどの問題が生じることがあるからである。
 上記の好ましい塩濃度及びpH範囲を満たすために、例えば、SSPE溶液(20倍)の組成として、3.0M 塩化ナトリウム、0.2M リン酸ナトリウム、0.02M EDTAに1M塩酸を添加して、pH6.6〜7.0に調整したものを、サンプル溶液の調製に使用できる。
Further, as shown in Examples described later, it is preferable to adjust the pH of the reaction solution at the time of hybridization of the above nucleic acid and DNA probe to 6 to 8 in order to optimize the signal intensity. If the pH of the reaction solution deviates from this range, the signal intensity may decrease, depending on the type of the substrate, the substrate may be denatured, or it may be gradually dissolved to make it difficult to obtain an accurate signal intensity. This is because a problem may occur.
To satisfy the above preferred salt concentration and pH range, for example, as a composition of an SSPE solution (20 times), 1 M hydrochloric acid is added to 3.0 M sodium chloride, 0.2 M sodium phosphate, and 0.02 M EDTA, The solution adjusted to pH 6.6 to 7.0 can be used for preparing a sample solution.

 また、液体試料とDNAプローブとを接触させる工程において、液体試料を間欠的に30〜200回流動させることが好ましい。30回未満の場合、標識された核酸分子とDNAプローブ分子との接触頻度が不十分なため、ハイブリッド形成反応が十分に行われないことが多い。一方、200回を超えると、反応時間が長くなる割にハイブリッド形成の効率が低下する傾向にある。 に お い て In the step of bringing the liquid sample into contact with the DNA probe, it is preferable that the liquid sample be intermittently flowed 30 to 200 times. If the number is less than 30, the frequency of contact between the labeled nucleic acid molecule and the DNA probe molecule is insufficient, so that the hybridization reaction is often not performed sufficiently. On the other hand, if it exceeds 200 times, the efficiency of hybrid formation tends to decrease, although the reaction time becomes longer.

 また、液体試料をDNAプローブに接触させる前に、予め、液体試料を60〜100℃で2〜10分間、より好ましくは70〜95℃で2〜5分間加熱することが好ましい。また、液体試料を加熱後、急冷を行うことが更に好ましい。このように、液体試料を処理することによって、その中に含まれる標識された核酸分子のもつれ(分子内結合及び/又は分子間結合)が解け、非特異的なハイブリッド形成が抑制される。
 さらに、ハイブリッド形成させる好ましい条件として、所定の温度範囲とすることが好ましいが、温度条件については後段で詳しく説明する。
Before the liquid sample is brought into contact with the DNA probe, the liquid sample is preferably heated at 60 to 100 ° C. for 2 to 10 minutes, more preferably at 70 to 95 ° C. for 2 to 5 minutes. Further, it is more preferable to perform rapid cooling after heating the liquid sample. As described above, by treating the liquid sample, the entanglement (intramolecular bond and / or intermolecular bond) of the labeled nucleic acid molecule contained therein is released, and nonspecific hybridization is suppressed.
Further, as a preferable condition for forming a hybrid, it is preferable to set a predetermined temperature range. The temperature condition will be described in detail later.

 次いで、ハイブリッドの結合強度の違いに基づいて変化するシグナル強度を検出する工程(4)は、非特異的ハイブリッドの形成を解離させる条件下で行う。具体的には、液体試料とDNAプローブとを接触させる工程を終了した後に、0.1〜6倍の塩濃度のSSPE溶液をマイクロアレイ内外で流動させることにより洗浄を行う。この際に、SSPE溶液の塩濃度が0.1倍未満の場合、特異的ハイブリッド形成をも解離させる可能性があり、6倍を超えると、液体試料に含まれる未反応の標識された核酸と、DNAプローブとの間で、非特異的なハイブリッドを形成する可能性が高くなる。
 このように、ハイブリッド形成反応終了後に、0.1〜6倍の塩濃度のSSPE溶液をマイクロアレイ内外で流動させることによって、非特異的ハイブリッド及び未反応の液体試料を取り除き、より正確な測定を実施することができる。
 さらに、前述した核酸とDNAプローブとのハイブリッド形成時において、反応溶液のpHを6〜8に調整した場合は、ハイブリッド反応終了後に洗浄液として用いるSSPE溶液のpHも6〜8に調整することで、シグナル強度を上昇させることができるため好ましい。
Next, the step (4) of detecting the signal intensity that changes based on the difference in the binding strength of the hybrid is performed under conditions that dissociate the nonspecific hybrid. Specifically, after the step of bringing the liquid sample and the DNA probe into contact with each other, washing is performed by flowing an SSPE solution having a salt concentration of 0.1 to 6 times inside and outside the microarray. At this time, if the salt concentration of the SSPE solution is less than 0.1 times, specific hybridization may be dissociated. If the salt concentration exceeds 6 times, unreacted labeled nucleic acid contained in the liquid sample may be dissociated. And the possibility of forming a non-specific hybrid with the DNA probe.
As described above, after the hybridization reaction is completed, the nonspecific hybrid and unreacted liquid sample are removed by flowing the SSPE solution having a salt concentration of 0.1 to 6 times inside and outside the microarray, and more accurate measurement is performed. can do.
Further, when the pH of the reaction solution is adjusted to 6 to 8 during the hybridization of the nucleic acid and the DNA probe described above, the pH of the SSPE solution used as a washing solution after the completion of the hybrid reaction is also adjusted to 6 to 8, This is preferable because the signal intensity can be increased.

 また、ハイブリッド形成反応、及びシグナル強度を検出する際の温度条件が、35℃〜70℃であることが好ましく、より好ましくは45〜55℃である。ハイブリッド形成反応の観点から言えば、反応温度が35℃未満の場合、非特異的なハイブリッド形成が増加する傾向にある。また、反応温度を高く設定したほうが、ハイブリダイゼーション反応の特異性が増すため好ましいが、高く成りすぎると、ハイブリッド形成に要する時間が長くなる、若しくは、特異的なハイブリッド形成までもが阻害されてしまう可能性がある。
 また、シグナル強度の検出の観点から言えば、35℃未満の場合、非特異的ハイブリッド形成を解離させることが困難となる。また、70℃を超えると、非特異的ハイブリッド形成だけではなく、特異的なハイブリッド形成までも解離させてしまう可能性があり、全体的にハイブリダイゼーション強度が低下する傾向にある。すると、全体的なシグナル強度が弱くなるため、シグナルの検出が困難となってしまう。ここで、シグナルとは、DNAプローブ分子にハイブリダイズしている核酸分子に付加している、蛍光、放射能、化学発光などであり、これらの中でも、費用と取り扱いの良さから蛍光が好ましい。
 以上説明したように、これらの事情を考慮した結果、温度条件を上記のように設定することによって、短時間で、より正確な測定を実施することができる。
The temperature conditions for detecting the hybridization reaction and the signal intensity are preferably 35 to 70 ° C, more preferably 45 to 55 ° C. From the viewpoint of the hybridization reaction, when the reaction temperature is lower than 35 ° C., nonspecific hybridization tends to increase. Further, setting the reaction temperature higher is preferable because the specificity of the hybridization reaction is increased, but if the reaction temperature is too high, the time required for hybridization is increased, or even specific hybridization is inhibited. there is a possibility.
In addition, from the viewpoint of detection of signal intensity, when the temperature is lower than 35 ° C., it is difficult to dissociate nonspecific hybridization. On the other hand, when the temperature exceeds 70 ° C., not only non-specific hybridization but also specific hybridization may be dissociated, and the overall hybridization strength tends to decrease. Then, since the overall signal intensity becomes weak, it becomes difficult to detect the signal. Here, the signal is fluorescence, radioactivity, chemiluminescence, or the like added to a nucleic acid molecule hybridized to a DNA probe molecule, and among these, fluorescence is preferred from the viewpoint of cost and ease of handling.
As described above, as a result of considering these circumstances, more accurate measurement can be performed in a short time by setting the temperature condition as described above.

 本発明の遺伝子発現解析方法は、例えば、図1に示すような蛍光強度を測定する装置を使用して行うことができる。この装置1はサンプルを反応させるためのマイクロアレイ2における事象を観察するための顕微鏡3と、マイクロアレイ2を支持するために前記顕微鏡3に具備されるステージ4と、前記顕微鏡3により観察されたマイクロアレイ2における蛍光画像を撮像するためのCCD(charge coupled device)カメラ5と、前記顕微鏡3により観察される視野を変更するために前記ステージ4に接続されるモータドライバ6を制御するXYステージコントローラ7と、前記マイクロアレイ2に接続されたジョイント部を介して流体を輸送するポンプドライバ8と、前記マイクロアレイ2に接触して配置されるヒーター部を介して該マイクロアレイ2の温度を調節する温度コントローラ9と、更に、前記遺伝子検査装置1に含まれる全てのデバイスに接続され且つそれらを総括して制御するコンピュータ10、入力デバイス15、モニター16とを具備する。 遺 伝 子 The gene expression analysis method of the present invention can be performed using, for example, an apparatus for measuring fluorescence intensity as shown in FIG. The apparatus 1 includes a microscope 3 for observing events in a microarray 2 for reacting a sample, a stage 4 provided on the microscope 3 for supporting the microarray 2, and a microarray 2 observed by the microscope 3. A CCD (charge coupled device) camera 5 for capturing a fluorescent image at the XY stage controller 7 for controlling a motor driver 6 connected to the stage 4 to change the field of view observed by the microscope 3; A pump driver 8 for transporting a fluid through a joint connected to the microarray 2, a temperature controller 9 for adjusting the temperature of the microarray 2 via a heater disposed in contact with the microarray 2, and , Included in the genetic test device 1 Computer 10 which controls are collectively connected to all devices and their input device 15, and a monitor 16.

 図には示していないが、ここで前記ジョイント部は、マイクロアレイ2に含まれる液体を外部に漏出しないような様式で、マイクロアレイ2に接続される。更に該ジョイント部の他端はチューブを介して、ポンプドライバ8に接続され、更にポンプドライバ8は、その内部に所望の試薬等を含む試薬保持部に接続される。前記ポンプドライバ8は解析プログラムに従ってコンピュータ10の指示により、前記マイクロアレイ2に対する流体の出し入れを実行する。
 同様に、図には示していないが、前記ヒーター部は、マイクロアレイ2とステージ4の間に配置される。また、前記ヒーター部は、温度コントローラ9に接続されてコンピュータ10の指示に従って温度コントロール9によって温度が調節される。
Although not shown in the figure, the joint portion is connected to the microarray 2 in such a manner that the liquid contained in the microarray 2 does not leak outside. Further, the other end of the joint portion is connected to a pump driver 8 via a tube, and the pump driver 8 is further connected to a reagent holding portion containing a desired reagent or the like therein. The pump driver 8 sends and receives a fluid to and from the microarray 2 according to an instruction from the computer 10 according to an analysis program.
Similarly, although not shown, the heater section is disposed between the microarray 2 and the stage 4. The heater section is connected to a temperature controller 9 and the temperature is controlled by a temperature control 9 according to an instruction from a computer 10.

 前記コンピュータ10は、一般的なコンピュータに具備される構成要素を含む。
 また、CCDカメラ5により撮像された情報は、画像処理部に送られ、メモリに記憶される解析プログラムに従いCPUの指示に従って画像処理部で処理されて蛍光強度として数値化される。
The computer 10 includes components included in a general computer.
The information captured by the CCD camera 5 is sent to the image processing unit, processed by the image processing unit according to the instruction of the CPU according to the analysis program stored in the memory, and quantified as fluorescence intensity.

 本発明で使用できる顕微鏡は、一般的に使用される蛍光顕微鏡であり、具体的にはオリンパス社蛍光顕微鏡AX-70またはBX-52TRF等である。
 本発明で使用できるCCDカメラは一般的に使用されるCCDカメラであり一般的なデジタルカメラ、例えば、コダック社のMegaPlus CCDカメラ、ローパー社のCool Snap cf monoカメラ等を使用することができる。
The microscope that can be used in the present invention is a commonly used fluorescence microscope, specifically, an Olympus fluorescence microscope AX-70 or BX-52TRF.
The CCD camera that can be used in the present invention is a commonly used CCD camera, and a general digital camera such as a MegaPlus CCD camera manufactured by Kodak, a Cool Snap mono camera manufactured by Roper, or the like can be used.

 また、ここで該マイクロアレイ2の温度を調節するための温度調節部は、該マイクロアレイ2に接触して熱を伝えるための加熱体(例えば、電熱ヒーター、電磁ヒーター、ウォーターバス、エアーバスおよびペルチエ素子等)、そこにおける温度を感知するセンサ、およびコンピュータの制御と前記センサからの情報に従って加熱体における加熱を制御する温度コントローラを含んでいる。 Here, the temperature control unit for controlling the temperature of the microarray 2 includes a heating element (for example, an electric heater, an electromagnetic heater, a water bath, an air bath, and a Peltier element) for transferring heat by contacting the microarray 2. Etc.), a sensor for sensing the temperature therein, and a temperature controller for controlling the heating in the heating element according to the control of the computer and the information from said sensor.

 またステージ4は、XYステージコントローラ7によるか、またはCCDカメラ5自身によって、或いはCCDカメラ5とマイクロアレイ2を繋ぐ光路を変更させるような種々のスキャニング機構を用いて、視野の変更が行われる。 The stage 4 has its field of view changed by the XY stage controller 7, by the CCD camera 5 itself, or by using various scanning mechanisms for changing the optical path connecting the CCD camera 5 and the microarray 2.

 このような装置1によれば、ハイブリダイゼーション反応、シグナル強度の検出、及びその解析を連続的に実施することができるため、作業性に非常に優れているといえる。また、ハイブリダイゼーション反応、シグナル強度の検出、及びその解析からなる一連の操作を約60〜120分間で実施することができる。 According to such an apparatus 1, since the hybridization reaction, the detection of the signal intensity, and the analysis thereof can be continuously performed, it can be said that the workability is extremely excellent. In addition, a series of operations including a hybridization reaction, detection of signal intensity, and analysis thereof can be performed in about 60 to 120 minutes.

 以上説明したように、本発明の遺伝子発現解析方法によれば、短時間で且つ信頼性に優れた測定を実施することができる。従って、生化学的な学術的用途は勿論のこと、疾病の予知・診断、ウィルスのタイピング等、将来的に実用性が求められる遺伝子診断などにおいて、非常に有用であるといえる。 As described above, according to the gene expression analysis method of the present invention, a highly reliable measurement can be performed in a short time. Therefore, it can be said that the present invention is extremely useful not only in biochemical academic applications but also in gene diagnosis, which is expected to be practical in the future, such as disease prediction and diagnosis, virus typing, and the like.

 〈液体試料の調製〉
 正常ヒト繊維芽細胞株 TIG−1(以下、TIG−1と略す)由来のtotal RNAと、ヒト大腸癌細胞株 COLO320DM(以下、COLO320DMと略す)由来のtotal RNAを各25μg用意し、これらを鋳型としてoligo dT primerを用いて逆転写法によって、FITC標識1本鎖cDNAを作製した。このFITC標識されたcDNAを滅菌蒸留水35μlに溶解させ、95℃で5分間加熱して変性させ、その後、氷水中で急冷した。このcDNA溶液に、20×SSPE溶液を15μl加えて(最終塩濃度6×SSPE溶液)、液体試料とした。
<Preparation of liquid sample>
25 μg each of total RNA derived from a normal human fibroblast cell line TIG-1 (hereinafter abbreviated as TIG-1) and total RNA derived from a human colon cancer cell line COLO320DM (hereinafter abbreviated as COLO320DM) were prepared and used as a template. As a first step, FITC-labeled single-stranded cDNA was prepared by reverse transcription using oligo dT primer. The FITC-labeled cDNA was dissolved in 35 μl of sterile distilled water, denatured by heating at 95 ° C. for 5 minutes, and then rapidly cooled in ice water. To this cDNA solution, 15 μl of a 20 × SSPE solution was added (final salt concentration 6 × SSPE solution) to obtain a liquid sample.

 〈DNAプローブの設計・固相化〉
 ヒトゲノム中に存在しない遺伝子1個(ネガティブコントロール;NC)、COLO320DMにおいて特異的に発現が上昇すると予測される遺伝子1個(c−myc)、代表的なハウスキーピング遺伝子1個(β−actin)、両細胞間で発現量の変動がないと予測される遺伝子1個(GAPDH:インターナルコントロール;IC)を選択し、それぞれのcDNA配列に特異的な塩基配列に基づいて、60merのDNAプローブを設計した。そして、これら4種類のDNAプローブを各々2スポットずつ固相化した三次元マイクロアレイを作製した。
<Design and immobilization of DNA probe>
One gene not present in the human genome (negative control; NC), one gene whose expression is expected to specifically increase in COLO320DM (c-myc), one typical housekeeping gene (β-actin), One gene (GAPDH: internal control; IC) predicted to have no change in the expression level between both cells was selected, and a 60-mer DNA probe was designed based on a nucleotide sequence specific to each cDNA sequence. did. Then, a three-dimensional microarray in which these four types of DNA probes were immobilized on two spots each was prepared.

 各液体試料を上記3次元マイクロアレイにて150回液体駆動させ、ハイブリッド形成を行った。なお、このときの反応温度を50℃に設定した。反応終了後、6×SSPE溶液50μlを3回更新させながら、各々1回ずつ液体駆動させて洗浄を実施した。洗浄終了後、蛍光顕微鏡に搭載したCCDカメラを用い、WIBAフィルターカセット(オリンパス光学工業(株)社製)を使用して蛍光画像を取得した。TIG−1由来の液体試料を用いたハイブリダイゼーション結果を図2(B)、COLO320DM由来の液体試料を用いたハイブリダイゼーション結果を図2(C)に示す。なお、図2(A)は、各DNAプローブの配置位置を示す。 Each liquid sample was liquid-driven 150 times by the three-dimensional microarray to form a hybrid. The reaction temperature at this time was set to 50 ° C. After the reaction was completed, 50 μl of the 6 × SSPE solution was renewed three times, and the liquid was driven once each to perform washing. After the washing was completed, a fluorescent image was obtained using a WIBA filter cassette (Olympus Optical Industry Co., Ltd.) using a CCD camera mounted on a fluorescent microscope. FIG. 2 (B) shows the results of hybridization using a liquid sample derived from TIG-1, and FIG. 2 (C) shows the results of hybridization using a liquid sample derived from COLO320DM. FIG. 2A shows the arrangement position of each DNA probe.

 図2(B)及び図2(C)の結果から、NC(ネガティブコントロール)では共に蛍光が認められないことから、ハイブリダイゼーション反応が特異的に進行したことが示された。また、c−mycとβ−actinのスポットについて観察してみると、TIG−1に比べて、COLO320DMのほうが確かに蛍光強度が強くなっていることが認められた。 結果 From the results of FIG. 2 (B) and FIG. 2 (C), no fluorescence was observed in NC (negative control), indicating that the hybridization reaction proceeded specifically. When observing the spots of c-myc and β-actin, it was confirmed that the fluorescence intensity of COLO320DM was certainly higher than that of TIG-1.

 また、各遺伝子についてスポット輝度の平均値を算出した。これを図3に示す。GAPDH(IC)の輝度を1:1に補正し、各遺伝子の発現量の比を比較したところ、COLO320DMでは、c−mycが5.5倍、β−actinが1.4倍の上昇が認められた。 Also, the average value of spot luminance was calculated for each gene. This is shown in FIG. When the brightness of GAPDH (IC) was corrected to 1: 1 and the expression level ratio of each gene was compared, COLO320DM showed a 5.5-fold increase in c-myc and a 1.4-fold increase in β-actin. Was done.

 更に、三次元マイクロアレイにおける遺伝子発現解析結果を別の角度から検証するために、TIG−1由来のtotal RNAと、COLO320DM由来のtotal RNAを鋳型として合成したcDNAを用いて、それぞれkinetic RT-PCRを実施した。このときの条件としては、はじめに94℃で5分間熱変性させた後、94℃で30秒間の熱変性と、63℃で30秒間のアニーリングと、72℃で30秒間の伸長反応とからなるサイクルとなるように設定した。
 各遺伝子について、マイクロアレイに固相化したDNAプローブを含む約200bpのPCR産物が得られるようにPCRを行い、15、18、21、25サイクル目のPCR産物についてアガロース電気泳動を実施した。TIG−1由来のtotal RNAを鋳型として得られたPCR産物のアガロース電気泳動像を模式的に表したものを図4(A)、COLO320DM由来のtotal RNAを鋳型として得られたPCR産物のアガロース電気泳動像を模式的に表したものを図4(B)に示す。
Furthermore, in order to verify the results of gene expression analysis on the three-dimensional microarray from different angles, kinetic RT-PCR was performed using total RNA derived from TIG-1 and cDNA synthesized using total RNA derived from COLO320DM as a template. Carried out. The conditions at this time are as follows: a cycle consisting of heat denaturation at 94 ° C. for 5 minutes, annealing at 94 ° C. for 30 seconds, annealing at 63 ° C. for 30 seconds, and extension reaction at 72 ° C. for 30 seconds. It was set to be.
For each gene, PCR was performed so as to obtain a PCR product of about 200 bp including the DNA probe immobilized on the microarray, and agarose electrophoresis was performed on the PCR products at the 15, 18, 21, and 25th cycles. FIG. 4A schematically shows an agarose electrophoresis image of a PCR product obtained using total RNA derived from TIG-1 as a template, and agarose electrophoresis image of a PCR product obtained using total RNA derived from COLO320DM as a template. FIG. 4B schematically shows the electrophoresis image.

 バンドの出現サイクル数から見積もられる遺伝子発現量は、表1に示すように、c−mycで10倍、β−actinで2倍となり、これらの遺伝子発現量の強弱パターンは、三次元マイクロアレイにおける結果とよい相関が得られた。 As shown in Table 1, the gene expression amount estimated from the number of appearance cycles of the band was 10-fold for c-myc and doubled for β-actin, and the pattern of these gene expression levels was determined by the three-dimensional microarray. And a good correlation was obtained.

Figure 2004135663
Figure 2004135663

 以上の結果から、本発明の遺伝子発現解析方法は、特異性の高いハイブリダイゼーション反応を感度良く測定することができることが判明した。
 更に、図2(B)、図2(C)では、各遺伝子について2スポットずつにDNAプローブを配置したが、2スポットの蛍光強度にほとんど差異が認められないことから、再現性に優れていることが判明した。
From the above results, it was found that the gene expression analysis method of the present invention can measure a highly specific hybridization reaction with high sensitivity.
Further, in FIGS. 2 (B) and 2 (C), DNA probes were arranged at two spots for each gene, but there was almost no difference in the fluorescence intensity of the two spots, so that the reproducibility was excellent. It has been found.

 〈液体試料の調製〉
 正常ヒト繊維芽細胞株 TIG−1(以下、TIG−1と略す)由来のtotal RNAを各25μg3セット用意し、これらを鋳型としてoligo dT primerを用いて逆転写法によって、FITC標識1本鎖cDNAを作製した。このFITC標識されたcDNAを滅菌蒸留水37.5μlに溶解させ、95℃で5分間加熱して変性させ、その後、氷水中で急冷した。このFITC標識されたcDNA溶液に、pHを(1)6.6、(2)7.0、(3)7.4(未調整)に調整した20×SSPE溶液を12.5μl加えて液体試料(最終塩濃度5×SSPE溶液)とした。各液体試料のpHは、(1)7.0、(2)7.4、(3)7.8(未調整)程度であった。
<Preparation of liquid sample>
Three sets of 25 μg each of total RNAs derived from a normal human fibroblast cell line TIG-1 (hereinafter, abbreviated as TIG-1) were prepared, and FITC-labeled single-stranded cDNA was prepared by reverse transcription using oligo dT primer as a template. Produced. This FITC-labeled cDNA was dissolved in 37.5 μl of sterilized distilled water, denatured by heating at 95 ° C. for 5 minutes, and then rapidly cooled in ice water. To this FITC-labeled cDNA solution, 12.5 μl of a 20 × SSPE solution whose pH was adjusted to (1) 6.6, (2) 7.0, (3) 7.4 (unadjusted) was added, and a liquid sample was added. (Final salt concentration 5 × SSPE solution). The pH of each liquid sample was about (1) 7.0, (2) 7.4, and (3) 7.8 (unadjusted).

 <DNAプローブの設計・固相化>
 TIG−1由来のcDNAのうち、β―actin及びGAPDH遺伝子に特異的な塩基配列に基づいて、60merのDNAプローブをアルミニウム陽極酸化膜の基板に1スポットずつ固相化した三次元マイクロアレイを使用した。
<Design and immobilization of DNA probe>
Among the cDNAs derived from TIG-1, a three-dimensional microarray in which a 60-mer DNA probe was immobilized one spot at a time on a substrate of an aluminum anodic oxide film based on a base sequence specific to the β-actin and GAPDH genes was used. .

 各液体試料を上記三次元マイクロアレイにて150回液体駆動させ、ハイブリッド形成を行った。なお、このときの反応温度を50℃に設定した。反応終了後、各上記の20×SSPE溶液と同じpH(1)6.6、(2)7.0、(3)7.4(未調整)の5×SSPE溶液を作製し、各pHの5×SSPE溶液を50μlずつ用いて3回更新させながら、各々1回ずつ液体駆動させて洗浄を実施した。洗浄終了後、5×SSPE溶液の量を30μlにし、蛍光顕微鏡に搭載した CCDカメラを用い、WIBAフィルターカセット(オリンパス光学工業(株)社製)を使用して蛍光画像を取得した。この蛍光画像に基づいてスポット輝度を計測した結果を表2に示す。 Each liquid sample was liquid-driven 150 times by the three-dimensional microarray to form a hybrid. The reaction temperature at this time was set to 50 ° C. After completion of the reaction, 5 × SSPE solutions having the same pH (1) 6.6, (2) 7.0, (3) 7.4 (unadjusted) as the above 20 × SSPE solution were prepared, and Washing was performed by driving the liquid once each while updating the 5 × SSPE solution three times with 50 μl each. After the completion of the washing, the volume of the 5 × SSPE solution was adjusted to 30 μl, and a fluorescent image was obtained using a CCD camera mounted on a fluorescent microscope using a WIBA filter cassette (manufactured by Olympus Optical Co., Ltd.). Table 2 shows the results of measuring the spot luminance based on this fluorescent image.

Figure 2004135663
Figure 2004135663

 また、pH(4)5.2と(5)8.1の20×SSPE溶液を使用して液体試料を調製した。なお、液体試料のpHは(4)5.6と(5)8.4であった。これらの液体試料を用いて、それ以外の条件は上述した方法と同様にして、ハイブリダイゼーションを行ったところ、どちらの条件でも液体駆動を繰り返すと、基板が変性する場合があり正確な測定ができなかった。
 表2に示すように、サンプル溶液のpHを6〜8の範囲内に調整した場合、基板が変性することなく、正確なシグナルを得ることができた。さらに、液体試料のpHを6.8〜7.4に調整すると、最適なシグナル強度が得られた。したがって、このpH範囲内で核酸とDNAプローブとのハイブリッド形成反応及び洗浄を行うことによって、より高精度の遺伝子発現解析結果を得ることができることが判明した。
Liquid samples were prepared using 20 × SSPE solutions at pH (4) 5.2 and (5) 8.1. The pH of the liquid sample was (4) 5.6 and (5) 8.4. Hybridization was performed using these liquid samples in the same manner as above except for the conditions described above.If liquid driving was repeated under either condition, the substrate could be denatured and accurate measurement was possible. Did not.
As shown in Table 2, when the pH of the sample solution was adjusted within the range of 6 to 8, an accurate signal could be obtained without denaturing the substrate. Further, when the pH of the liquid sample was adjusted to 6.8 to 7.4, an optimum signal intensity was obtained. Therefore, it was found that by performing the hybridization reaction between the nucleic acid and the DNA probe and washing within this pH range, a more accurate gene expression analysis result can be obtained.

本発明の遺伝子発現解析方法を実施するための装置を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing an apparatus for performing the gene expression analysis method of the present invention. 図2(A)は各DNAプローブの配置を示すものであり、図2(B)はTIG−1由来の液体試料を用いた場合のハイブリダイゼーション結果(蛍光画像)の模式図、図2(C)はCOLO320DM由来の液体試料を用いた場合のハイブリダイゼーション結果(蛍光画像)の模式図である。FIG. 2 (A) shows the arrangement of each DNA probe, and FIG. 2 (B) is a schematic diagram of a hybridization result (fluorescence image) when a TIG-1-derived liquid sample is used, and FIG. () Is a schematic diagram of a hybridization result (fluorescence image) when a liquid sample derived from COLO320DM is used. スポット輝度の平均値を示す棒グラフである。It is a bar graph which shows the average value of spot luminance. 図4(A)は、TIG−1由来のtotal RNAを鋳型として合成したcDNAを用いて、kinetic RT-PCRを行った際の15、18、21、25サイクル目のPCR産物量を示す電気泳動像の模式図、図4(B)は、COLO320DM由来のtotal RNAを鋳型として合成したcDNAを用いて、kinetic RT-PCRを行った際の15、18、21、25サイクル目のPCR産物量を示す電気泳動像の模式図である。FIG. 4 (A) shows electrophoresis showing the amounts of PCR products at the 15, 18, 21, and 25th cycles when performing kinetic RT-PCR using cDNA synthesized using TIG-1-derived total RNA as a template. FIG. 4 (B) is a schematic diagram of the image, and FIG. 4 (B) shows the amounts of PCR products at the 15, 18, 21, and 25th cycles when kinetic @ RT-PCR was performed using cDNA synthesized with total RNA derived from It is a schematic diagram of the electrophoretic image shown.

符号の説明Explanation of reference numerals

  1・・・装置
  2・・・マイクロアレイ
  3・・・顕微鏡
  4・・・ステージ
  5・・・CCDカメラ
  9・・・温度コントローラ
  10・・・コンピュータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Device 2 ... Microarray 3 ... Microscope 4 ... Stage 5 ... CCD camera 9 ... Temperature controller 10 ... Computer

Claims (9)

 三次元的に液体を収容し得る微小な液体収容部を二次元的に複数配置してなるマイクロアレイを用いて、遺伝子の発現状態を解析する方法であって、
 RNAを鋳型として、標識された核酸を作製する工程と、
 標的遺伝子の一部と相補的に結合するDNAプローブを前記液体収容部に配置する工程と、
 標識された核酸を含む液体試料をマイクロアレイ内外で流動させて、標識された核酸と前記DNAプローブとの間でハイブリッドを形成させる条件下で、液体試料とDNAプローブとを接触させる工程と、
 ハイブリッドの結合強度の違いに基づいて変化するシグナル強度を、非特異的ハイブリッドの形成を解離させる条件下で、検出する工程と、を含むことを特徴とする遺伝子発現解析方法。
A method for analyzing the expression state of a gene using a microarray in which a plurality of microscopic liquid storage units capable of storing liquid three-dimensionally is arranged two-dimensionally,
Using RNA as a template to produce a labeled nucleic acid,
Arranging a DNA probe complementary to a part of the target gene in the liquid container,
Flowing a liquid sample containing the labeled nucleic acid inside and outside the microarray, and contacting the liquid sample with the DNA probe under conditions that allow a hybrid to form between the labeled nucleic acid and the DNA probe;
Detecting a signal intensity that changes based on a difference in hybrid binding strength under conditions that dissociate nonspecific hybrids.
 前記DNAプローブの塩基長が、30〜70merであることを特徴とする請求項1記載の遺伝子発現解析方法。 請求 The gene expression analysis method according to claim 1, wherein the DNA probe has a base length of 30 to 70 mer.  前記液体試料とDNAプローブとを接触させる前に、液体試料を60〜100℃で、2〜10分間加熱することを特徴とする請求項1又は2記載の遺伝子発現解析方法。 (3) The gene expression analysis method according to (1) or (2), wherein the liquid sample is heated at 60 to 100 ° C. for 2 to 10 minutes before bringing the liquid sample into contact with the DNA probe.  前記標識された核酸とDNAプローブとのハイブリッド形成反応、及びシグナル強度を検出する際の温度条件が、35〜70℃であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の遺伝子発現解析方法。 The gene expression according to any one of claims 1 to 3, wherein the temperature condition for detecting the hybridization reaction between the labeled nucleic acid and the DNA probe and the signal intensity is 35 to 70 ° C. analysis method.  前記標識された核酸とDNAプローブとのハイブリッド形成反応を、0.1〜6倍の塩濃度のSSPE溶液中で行うことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の遺伝子発現解析方法。 The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the hybridization reaction between the labeled nucleic acid and the DNA probe is performed in an SSPE solution having a salt concentration of 0.1 to 6 times. .  前記標識された核酸とDNAプローブとのハイブリッド形成反応時の反応溶液のpHを6〜8に調整することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の遺伝子発現解析方法。 (6) The method according to any one of (1) to (5), wherein the pH of the reaction solution during the hybridization reaction between the labeled nucleic acid and the DNA probe is adjusted to 6 to 8.  前記液体試料とDNAプローブとを接触させる工程において、液体試料を間欠的に30〜200回流動させることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の遺伝子発現解析方法。 The method according to any one of claims 1 to 6, wherein in the step of contacting the liquid sample with the DNA probe, the liquid sample is intermittently flowed 30 to 200 times.  前記液体試料とDNAプローブとを接触させる工程後に、0.1〜6倍の塩濃度のSSPE溶液をマイクロアレイ内外で流動させて、非特異的ハイブリッド及び未反応の液体試料を取り除くことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の遺伝子発現解析方法。 After the step of contacting the liquid sample with the DNA probe, a non-specific hybrid and an unreacted liquid sample are removed by flowing an SSPE solution having a salt concentration of 0.1 to 6 times inside and outside the microarray. The gene expression analysis method according to claim 1.  前記非特異的ハイブリッド及び未反応の溶液を取り除くための洗浄溶液のpHが6〜8であることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の遺伝子発現解析方法。
The gene expression analysis method according to any one of claims 1 to 8, wherein a pH of the washing solution for removing the non-specific hybrid and the unreacted solution is 6 to 8.
JP2003330287A 2002-09-24 2003-09-22 Method for analyzing gene expression Withdrawn JP2004135663A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003330287A JP2004135663A (en) 2002-09-24 2003-09-22 Method for analyzing gene expression

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002277445 2002-09-24
JP2003330287A JP2004135663A (en) 2002-09-24 2003-09-22 Method for analyzing gene expression

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2004135663A true JP2004135663A (en) 2004-05-13

Family

ID=32473051

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003330287A Withdrawn JP2004135663A (en) 2002-09-24 2003-09-22 Method for analyzing gene expression

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2004135663A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20230126825A1 (en) Methods of measuring mislocalization of an analyte
US6777184B2 (en) Detection of nucleic acid hybridization by fluorescence polarization
Kohara et al. DNA probes on beads arrayed in a capillary,‘Bead‐array’, exhibited high hybridization performance
EP2411536B1 (en) Methods for analyzing biomolecules and probes bound thereto
US6300124B1 (en) Device and method to directly control the temperature of microscope slides
JP5026978B2 (en) Real-time quantification of multiple targets on a microarray
TWI527905B (en) Method of snp detection by using gene detection technique in bead-based microfluidics
JP6020164B2 (en) Nucleic acid detection method
AU2001261523A1 (en) Detection of nucleic acid hybridization by fluorescence polarization
JPWO2003027673A1 (en) Genetic test apparatus and target nucleic acid detection method using the same
CN111394219A (en) Integrated digital PCR system
JP5187932B2 (en) Biomolecule assay chip
JP2010200701A (en) Nucleic acid hybridization method, method for determination of single nucleotide polymorphism, and reaction vessel and determination apparatus for determination of single nucleotide polymorphism
JP2004135663A (en) Method for analyzing gene expression
Chang et al. A microfluidic chip for rapid single nucleotide polymorphism (SNP) genotyping using primer extension on microbeads
RU2423522C2 (en) Na hybridisation procedure
JP2002300877A (en) Dna microarray
EP1902784A1 (en) Method of removing air bubbles from hybridization solution of microarray-coverslip assembly and microarray kit for the same
JP2001269199A (en) Method for detecting monobasic substitution by fluorescence correlation spectroscopy
JP2004028620A (en) Gene mutation analysis method
JP2004298018A (en) Method for separating and recovering nucleic acid with array for reaction to convert probe into solid phase
JP2002296280A (en) Method of analyzing gene expression frequency using capillary array
JP4101810B2 (en) Microarray regeneration method and microarray regeneration reagent kit
JP5394045B2 (en) Method for detecting mouse Acidicribosomal Phosphoprotein P0 gene
US20050095595A1 (en) Methods and systems for improving of polymer analysis

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20061205