JP2004166716A

JP2004166716A - プローブアレイを使用して、遺伝子多型性を検出し、対立遺伝子発現をモニターする方法

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Publication number: JP2004166716A
Application number: JP2004075405A
Authority: JP
Inventors: Mark Chee; チーマーク
Original assignee: Affymetrix Inc
Current assignee: Affymetrix Inc
Priority date: 1997-06-13
Filing date: 2004-03-16
Publication date: 2004-06-17
Also published as: DE69833758T2; ATE319856T1; JP2002514091A; WO1998056954A1; US6368799B1; DE69833758D1; EP1009857A1; EP1009857B1; EP1009857A4; JP3693352B2; HK1028983A1

Abstract

【課題】遺伝子の異なる多型性形態の発現レベルをモニターする方法の提供。
【解決手段】
遺伝子の異なる多型性形態の発現レベルをモニターする方法であって：
個体からのゲノムＤＮＡを分析して、目的の遺伝子の転写された配列内の多型性部位におけるヘテロ接合性多型性形態の存在を決定する、工程；および
該個体の組織からのＲＮＡを分析する工程であって、そこでは、該遺伝子が発現されて、該遺伝子の転写物における多型性形態の相対的割合を決定する、工程、
を包含する、方法。
【選択図】なし

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、１９９７年６月１３日に出願された米国特許出願第６０／０４９，６１２号の優先権を主張し、これは、全ての目的のためにその全体が参考として援用される。

（背景）
全ての生物のゲノムは、進化し続ける過程の中で自発的な変異を経験し、子孫配列の改変体形態を生じる（Ｇｕｓｅｌｌａ，Ａｎｎ．Ｒｅｖ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．５５，８３１−８５４（１９８６））。改変体形態は、子孫形態に関して進化的な利益または不利益を付与し得るか、または中立的であり得る。いくつかの場合には、改変体形態は、致死的な不利益を付与し、そしてその生物の次の世代に伝えられない。他の場合においては、改変体形態は、その種に進化的な利益を付与し、そしてその種の多くのまたはほとんどのメンバーのＤＮＡに最終的に組み込まれ、そして効果的に子孫の形態となる。多くの場合において、子孫形態および改変体形態は、種の集団において生存し、そして同時に存在する。配列の複数の形態が同時に存在することによって、多型性が生じ得る。

多型性のいくつかの異なる型が報告されている。制限断片長多型性（ＲＦＬＰ）とは、Ｂｏｔｓｔｅｉｎら、Ａｍ．Ｊ．Ｈｕｍ．Ｇｅｎｅｔ．３２，３１４−３３１（１９８０）に記載されるように、制限断片長を変化させる、ＤＮＡ配列におけるバリエーションを意味する。他の多型性は、タンデムなジ、トリ、およびテトラヌクレオチド反復モチーフを含む短タンデム反復（ＳＴＲ）の形態を採る。いくつかの多型性は、同じ種の個体間で単一ヌクレオチドのバリエーションの形態をとる。このような多型性は、ＲＦＬＰ、ＳＴＲ、およびＶＮＴＲよりはるかにより頻繁である。単一のヌクレオチド多型性は、タンパク質コード配列、イントロン配列、調節配列、またはゲノム間（ｉｎｔｅｒｇｅｎｏｍｉｃ）領域におけるいずれの場所においても生じ得る。

多くの多型性は、おそらく、ほとんどまたは全く表現型効果を有さない。いくつかの多型性（主にコード配列内で生じているもの）は、重篤な遺伝子疾患（例えば、鎌状赤血球貧血症）の直接的な原因であることが公知である。コード配列内で生じる多型性は、代表的には、短縮されたか、または改変された発現産物を導くことによってそれらの表現型効果を発揮する。さらに他の多型性（特に、プロモーター領域および他の調節配列における多型性）は、遺伝子発現レベルに対する効果によって、疾患の罹りやすさ、行動的形質および他の表現型形質の範囲に影響を及ぼし得る。すなわち、このような多型性は、発現産物の性質に必ずしも影響を及ぼさずに、遺伝子発現のレベルの増加または減少を導き得る。

本発明の課題の１つは、遺伝子の異なる多型性形態の発現レベルをモニターする方法の提供することである。

１．遺伝子の異なる多型性形態の発現レベルをモニターする方法であって：
個体からのゲノムＤＮＡを分析して、目的の遺伝子の転写された配列内の多型性部位におけるヘテロ接合性多型性形態の存在を決定する、工程；および
該個体の組織からのＲＮＡを分析する工程であって、そこでは、該遺伝子が発現されて、該遺伝子の転写物における多型性形態の相対的割合を決定する、工程、
を包含する、方法。
２．前記ゲノムＤＮＡを分析する工程が、サンプルからのゲノムＤＮＡのセグメントを増幅する工程、および該増幅されたゲノムＤＮＡを固定化されたプローブのアレイにハイブリダイズさせる工程を包含する、項目１に記載の方法。
３．前記固定化されたプローブのアレイが、前記遺伝子の第１の多型性形態に正確に相補的な１つ以上のプローブを含む第１のプローブの群、および該遺伝子の第２の多型性形態に正確に相補的な１つ以上のプローブを含む第２のプローブの群を含む、項目２に記載の方法。
４．前記ＲＮＡを分析する工程が、前記遺伝子から発現されるｍＲＮＡを逆転写し、そして増幅して、増幅された核酸を生成する工程、および増幅された核酸を固定化したプローブのアレイにハイブリダイズさせる工程を包含する、項目１に記載の方法。
５．前記増幅された核酸がｃＤＮＡである、項目４に記載の方法。
６．前記固定化されたプローブのアレイが、前記遺伝子の第１の多型性形態に正確に相補的な１つ以上のプローブを含む第１のプローブの群、および該遺伝子の第２の多型性形態に正確に相補的な１つ以上のプローブを含む第２のプローブの群を含む、項目４に記載の方法。
７．前記ゲノムＤＮＡおよび前記ＲＮＡが、該ゲノムＤＮＡまたはその増幅産物、および該ＲＮＡまたはその増幅産物を、前記遺伝子の第１の多型性形態に正確に相補的な１つ以上のプローブを含む第１のプローブの群、および該遺伝子の第２の多型性形態に正確に相補的な１つ以上のプローブを含む第２のプローブの群を含む、固定化されたプローブの同一のアレイにハイブリダイズさせることによって分析される、項目１に記載の方法。
８．前記ゲノムＤＮＡまたは増幅産物、および前記ＲＮＡまたは増幅産物が、異なる標識を有し、かつ前記アレイに同時にハイブリダイズされる、項目７に記載の方法。
９．前記第２のプローブの群に対して前記第１のプローブの群のゲノムＤＮＡハイブリダイゼーション強度を比較して、ゲノムのハイブリダイゼーション比を決定する工程、および該第２の群に対して該第１の群のＲＮＡハイブリダイゼーション強度を比較して、ＲＮＡハイブリダイゼーション比を決定する工程であって、これによって、ゲノムＤＮＡ比およびＲＮＡ比における差異は、該遺伝子の多型性形態が前記個体において異なるレベルで発現されることを示す、工程をさらに包含する、項目７に記載の方法。
１０．前記遺伝子の転写されない領域を配列決定して、該遺伝子のプロモーターまたはエンハンサー領域における第２の多型性部位を同定する工程をさらに包含する、項目１に記載の方法。
１１．遺伝子の収集物の異なる多型性形態の発現レベルをモニターする方法であって：
個体からのゲノムＤＮＡまたはその増幅産物を、該収集物における各遺伝子についてのプローブのサブアレイを含む固定化したプローブのアレイにハイブリダイズする工程であって、ここで、各サブアレイが該遺伝子の第１の多型性形態に正確に相補的な１つ以上のプローブの第１の群、および該遺伝子の第２の多型性形態に正確に相補的な１つ以上のプローブの第２の群を含む、工程；
各サブアレイについて、該ゲノムＤＮＡまたはその増幅産物に対するプローブの第１の群および第２の群の相対的ハイブリダイゼーションを分析して、該個体におけるヘテロ接合性遺伝子を同定する、工程；
該個体からのＲＮＡまたはその増幅産物を、該固定化したプローブのアレイにハイブリダイズさせる工程；ならびに
該ＲＮＡまたは増幅産物に対するプローブの該第１および第２の群のハイブリダイゼーション強度を比較して、異なる多型性形態が異なるレベルで発現される、該ヘテロ接合性遺伝子のサブセットを同定する、工程、
を包含する、方法。
１２．前記遺伝子の収集物が、少なくとも１００遺伝子を含む、項目１１に記載の方法。
１３．前記遺伝子の収集物が、少なくとも１０００遺伝子を含む、項目１１に記載の方法。
１４．前記遺伝子の収集物が、少なくとも１００，０００遺伝子を含む、項目１１に記載の方法。
１５．前記サブセットにおける遺伝子の転写されない領域を配列決定して、該遺伝子のプロモーター、エンハンサー、またはイントロン配列におけるさらなる多型性を同定する工程をさらに包含する、項目１１に記載の方法。

（発明の要旨）
本発明は、遺伝子の異なる多型性形態の発現レベルをモニターする方法を提供する。このような方法は、個体からのゲノム遺伝子を分析して、目的の遺伝子の転写された配列内の多型性部位においてヘテロ接合性多型性形態の存在を決定する工程を包含する。次いで、遺伝子が発現される個体の組織に由来するＲＮＡを分析して、遺伝子の転写物における多型性形態の相対的な割合を決定し得る。

いくつかの方法において、ゲノムＤＮＡは、サンプルからのゲノムＤＮＡのセグメントを増幅して、増幅したゲノムＤＮＡを固定化したプローブのアレイにハイブリダイズさせることによって分析される。いくつかの方法において、ゲノムＤＮＡを分析するために使用されるアレイは、遺伝子の第１の多型性形態に正確に相補的な１つ以上のプローブを含む第１のプローブ群および遺伝子の第２の多型性形態に正確に相補的な１つ以上のプローブを含む第２のプローブ群を含む。いくつかの方法において、ＲＮＡは、遺伝子から発現されるｍＲＮＡを逆転写および増幅して、増幅された核酸を産生し、そして固定化したプローブのアレイに増幅した核酸のアレイをハイブリダイズさせることによって分析される。このような方法のいくつかにおいて、増幅された核酸は、ｃＤＮＡである。いくつかの方法において、ＲＮＡを分析するための固定化されたプローブのアレイは、遺伝子の第１の多型性形態に正確に相補的な１つ以上のプローブを含む第１のプローブ群、および遺伝子の第２の多型性形態に正確に相補的な１つ以上のプローブを含む第２のプローブ群を含む。

いくつかの方法において、ゲノムＤＮＡおよびＲＮＡは、ゲノムＤＮＡまたはその増幅産物、およびＲＮＡまたはその増幅産物を遺伝子の第１の多型性形態に正確に相補的な１つ以上のプローブを含む第１のプローブ群および遺伝子の第２の多型性形態に正確に相補的な１つ以上のプローブを含む第２のプローブ群を含む固定化されたプローブの同じアレイにハイブリダイズさせることによって分析する。

いくつかの方法において、ゲノムＤＮＡまたは増幅産物、およびＲＮＡまたは増幅産物は、異なる標識を有し、そしてアレイに同時にハイブリダイズされる。

いくつかの方法は、第２のプローブ群に対して第１のプローブ群のゲノムＤＮＡハイブリダイゼーション強度を比較してゲノムＤＮＡのハイブリダイゼーション比を決定する工程、および第２の群に対して第１の群のＲＮＡハイブリダイゼーション強度を比較してＲＮＡハイブリダイゼーションの比を決定する工程をさらに含み、これによって、ゲノムＤＮＡの比とＲＮＡの比との間における差異は、遺伝子の多型性形態が個体において異なるレベルで発現されるということを示す。

いくつかの方法はさらに、遺伝子の非転写領域を配列決定して、遺伝子のプロモーターまたはエンハンサー領域における第２の多型性部位を同定する工程を包含する。

本発明は、さらに、遺伝子の回収物の異なる多型性形態の発現レベルをモニターする方法を提供する。このような方法において、個体からのゲノムＤＮＡ、またはその増幅産物は、回収物における各遺伝子についてのプローブのサブアレイを含む固定化されたプローブのアレイにハイブリダイズされる。ここで、各サブアレイは、遺伝子の第１の多型性形態に正確に相補的な１つ以上のプローブの第１の群、および遺伝子の第２の多型性形態に正確に相補的な１つ以上のプローブの第２の群を含む。ゲノムＤＮＡまたはその増幅産物に対するプローブの第１および第２の群の相対的なハイブリダイゼーションは、各サブアレイについて分析され、個体におけるヘテロ接合性遺伝子を同定する。個体からのＲＮＡまたはその増幅産物は、固定化されたプローブのアレイにハイブリダイズされる。ＲＮＡまたは増幅産物に対するプローブの第１および第２の群のハイブリダイゼーション強度が比較されて、異なる多型性形態が異なるレベルで発現されるヘテロ接合性遺伝子のサブセットが同定される。このような方法が行われて、遺伝子の多量の収集物（例えば、１００、１，０００、または１００，０００）がスクリーニングされ得る。いくつかのこのような方法は、サブセットにおける遺伝子の非転写領域をさらに配列決定して、遺伝子のプロモーター、エンハンサー、またはイントロン配列におけるさらなる多型性を同定する工程をさらに包含する。

本発明の課題の１つは、遺伝子の異なる多型性形態の発現レベルをモニターする方法の提供するこである。

（定義）
核酸は、一本鎖形態または二本鎖形態のいずれかにおけるデオキシリボヌクレオチドまたはリボヌクレオチドポリマーであり、他に示されない限り、天然のヌクレオチドの公知のアナログを含む。

オリゴヌクレオチドは、２〜約５００塩基までの長さの範囲の一本鎖核酸である。オリゴヌクレオチドは、しばしば、合成であるが、天然に存在するポリヌクレオチドからもまた産生され得る。

プローブは、１つ以上のタイプの化学結合により、通常は相補的塩基対により、通常は水素結合形成により、相補配列の標的核酸に結合し得るオリゴヌクレオチドである。オリゴヌクレオチドプローブは、しばしば、１０〜５０塩基長または１５〜３０塩基長である。オリゴヌクレオチドプローブは、天然（すなわち、Ａ、Ｇ、Ｃ、またはＴ）または修飾塩基（７−デアザグアノシン、イノシンなど）を含み得る。さらに、オリゴヌクレオチドプローブにおける塩基は、ハイブリダイゼーションを妨害しない限りは、ホスホジエステル結合以外の結合によって連結され得る。従って、オリゴヌクレオチドプローブは、構成塩基がホスホジエステル結合とは異なるペプチド結合によって連結される、ペプチド核酸である。

特異的ハイブリダイゼーションは、配列が複合混合物（例えば、全細胞の）ＤＮＡまたはＲＮＡに存在する場合、ストリンジェントな条件下で特定のヌクレオチド配列のみへの、分子の結合、二重鎖形成、またはハイブリダイズをいう。ストリンジェントな条件は、その条件下でプローブがその標的配列にハイブリダイズするが、他の配列にはハイブリダイズしない条件である。ストリンジェントな条件は配列依存性であり、そして異なる環境において異なる。より長い配列は、より高い温度で特異的にハイブリダイズする。一般的に、ストリンジェントな条件は、規定されたイオン強度およびｐＨで特定の配列についての熱融点より約５℃低いように選択される。Ｔｍは、（規定されたイオン強度、ｐＨ、および核酸濃度の下で）標的配列に相補的なプローブの５０％が平衡状態で標的配列にハイブリダイズする温度である。（標的配列は一般的に、過剰に存在するので、Ｔｍで、プローブの５０％が、平衡状態で占有される）。代表的には、ストリンジェントな条件は、ｐＨ７．０〜８．３で、少なくとも約０．０１〜１．０ＭのＮａイオン濃度（または他の塩）の塩濃度を含み、そして温度は、短いプローブ（例えば、１０〜５０ヌクレオチド）について少なくとも約３０℃である。ストリンジェントな条件はまた、ホルムアミドのような不安定化試薬の添加で達成される。例えば、５×ＳＳＰＥ（７５０ｍＭＮａＣｌ、５０ｍＭリン酸ナトリウム、５ｍＭＥＤＴＡ、ｐＨ７．４）の条件および２５〜３０℃の温度は、対立遺伝子特異的プローブハイブリダイゼーションに適切である。

完全に適合したプローブは、特定の標的配列に完全に相補的な配列を有する。試験プローブは、代表的には、標的配列の部分（配列）に完全に相補的である。用語「ミスマッチプローブ」とは、その配列が特定の標的配列に完全に相補的でないように故意に選択されるプローブをいう。ミスマッチは、ミスマッチプローブ中どこにでも位置し得るが、末端のミスマッチはあまり望ましくない。なぜなら、末端のミスマッチは、ほとんど、標的配列のハイブリダイゼーションを防止しないようであるからである。従って、プローブは、しばしば、ミスマッチが試験ハイブリダイゼーション条件下で標的配列との二重鎖を不安定化する可能性が最も高いように、プローブの中心または中心付近に位置するミスマッチを有するように設計される。

転写レベルは、絶対的または相対的に定量され得る。絶対的な定量は、１つ以上の標的核酸（例えば、ＢｉｏＢのようなコントロール核酸）の公知の濃度の参入によって、または標的核酸自身の公知の量を用いて、そして公知の標的核酸との未知のハイブリダイゼーション強度を参照して（例えば、標準曲線の作成によって）、達成され得る。あるいは、相対定量は、転写物の２つ以上の多型性形態の間でのハイブリダイゼーションシグナルの比較によって達成され得る。

多型性マーカーまたは部位は、多様性が生じる位置である。好ましいマーカーは、少なくとも２つの対立遺伝子を有し、各々が、選択された集団の１％より多い、より好ましくは１０％または２０％より多い頻度で生じる。多型性遺伝子座は、１つの塩基対程度の小ささであり得る。多型性マーカーは、制限断片長多型性、可変数のタンデム反復（ＶＮＴＲ）、超過変領域、ミニサテライト、ジヌクレオチド反復、トリヌクレオチド反復、テトラヌクレオチド反復、単一配列反復、およびＡｌｕのような挿入エレメントを含む。最初に同定された対立遺伝子形態は、任意に設計される。なぜなら、参照形態および他の対立遺伝子形態は、別の対立遺伝子または改変体対立遺伝子として設計されるからである。選択された集団において最も頻繁に生じる対立遺伝子形態は、時々、野生型形態として称される。二倍体生物は、対立遺伝子形態に対してホモ接合性またはヘテロ接合性であり得る。二重（ｄｉａｌｌｅｌｉｃ）対立遺伝子多型性は、２つの形態を有する。三重（ｔｒｉａｌｌｅｌｉｃ）対立遺伝子多型性は、３つの形態を有する。

単一のヌクレオチド多型性（ＳＮＰ）は、単一のヌクレオチドによって占有された多型性部位（これは、対立遺伝子配列間の変動部位である）で生じる。この部位は、通常、対立遺伝子の高度に保存された配列（例えば、集団の１／１００未満または１／１０００未満のメンバーにおいて変動する配列）の前、またはその後である。

単一のヌクレオチド多型性は、通常、多型性部位での１つのヌクレオチドの別のヌクレオチドとの置換に起因して生じる。塩基転位は、１つのプリンの別のプリンによる置換または１つのピリミジンの別のピリミジンによる置換である。塩基変換は、プリンのピリミジンによる置換またはその逆である。単一のヌクレオチド多型はまた、参照対立遺伝子とは相対的に、ヌクレオチドの欠失またはヌクレオチドの挿入から生じ得る。

（説明）
（Ｉ．一般）
ヒトおよび他の種におけるかなりの数の多型性部位が、刊行文献に記載されており、そしてヒトゲノムＤＮＡにおける多くの他の多型性部位は、共有に係る同時係属の特許出願（例えば、１９９８年３月５日に出願したＰＣＴ／ＵＳ９８／０４５７１、全ての目的についてその全体を参考として援用する）に記載されている。これらの部位のゲノム位置は、それらの部位で生じる多型性形態の性質と同様に、公知である。多くの公知の多型性部位は、いわゆる発現された配列タグ内で生じ、そしてそれゆえ、ゲノムＤＮＡの転写物ならびにゲノムＤＮＡ自身において提示される。本発明は、遺伝子の異なる対立遺伝子形態の相対的発現をモニターする手段として、遺伝子の転写領域内の多型性を使用する。異なるレベルで発現される遺伝子の対立遺伝子が同定されると、その対立遺伝子は、異なる発現レベルにおける原因役割を有する第２の多型性を位置付けするためにさらに分析され得る。しばしば、原因多型性は、遺伝子のコード配列の外側で（例えば、プロモーター、他の調節配列、またはイントロン配列において）見出される。

本方法において、個体からの核酸サンプルは、ゲノムレベルおよび転写レベルの両方で特徴付けられる。ゲノム分析は、個体由来のゲノムＤＮＡをスクリーニングして、遺伝子の転写領域内に生じる多型性についてヘテロ接合性である１つ以上の遺伝子を同定する。次いで、その個体由来のＲＮＡが分析されて、ゲノム分析によって同定されたヘテロ接合性遺伝子の転写物における多型性形態の相対レベルを決定する。遺伝子の転写物における多型性形態のレベルが互いに有意に異なる場合、さらなる分析が行われて、異なるレベルの原因を同定する。発現レベルをモニターするために使用される転写物内の多型性は、それ自身、発現レベルに影響し得ることが可能である。しかし、発現レベルにおける差異は、対立遺伝子間の別の多型性差異から生じる可能性が高い。このような多型性は、特に、プロモーター配列、エンハンサー、イントロンスプライス部位、または他の調節配列に存在するようである。

（ＩＩ．ゲノムレベルでの多型性形態の分析）
多型性の同定および検出のためのストラテジーは、共有に係る米国特許出願第０８／８３１，１５９号、ＥＰ７３０，６６３、ＥＰ７１７，１１３、およびＰＣＴＵＳ９７／０２１０２（１９９７年２月７日出願）（全ての目的についてその全体を参考として援用する）に記載されている。本方法は、通常、予め特徴付けられた多型性を使用する。すなわち、本方法によって要求される遺伝型決定は、通常、部位に存在する多型性形態の位置および性質が決定された後に実施される。この情報の利用可能性は、プローブのセットが公知の多型性形態の特異的同定について設計されることを可能にする。

分析の最も単純な形態において、二重対立遺伝子多型性形態は、２つの多型性形態にそれぞれハイブリダイズする一対の対立遺伝子特異的プローブを使用して特徴付けられ得る。しかし、分析は、それぞれの多型性形態に基づいて並べられた（ｔｉｌｅｄ）プローブの特殊化されたアレイを用いてより正確である。並べ付け（ｔｉｌｉｎｇ）は、関連する固定化プローブの群の使用をいい、そのいくつかが参照配列に対して完全な相補性を示し、そして他のものは参照配列からのミスマッチを示す（ＥＰ７３０，６６３を参照のこと）。公知の二重対立遺伝子単一ヌクレオチド多型性を分析するための代表的なアレイは、それぞれの多型性形態を構成する２つの参照配列に基づいて並べられた２つの群のプローブを含む。

プローブの第１の群は、多型性部位に及び、かつ多型性形態の１つに正確に相補的な１つ以上のプローブの少なくとも第１セットを含む。プローブの群はまた、第２、第３、および第４のさらなるセットのプローブを含み得、これらは、疑問位置と呼ばれる１つの位置を除いて第１のプローブセットにおけるプローブと同一であるプローブを含む。このようなプローブ群が、参照配列を構成する多型性形態とハイブリダイズされる場合、第１のプローブにおける全てのプローブは、完全なハイブリダイゼーションを示し、そして他のプローブセットにおけるプローブの全ては、ミスマッチに起因するバックグラウンドハイブリダイゼーションレベルを示す。

このようなプローブ群が他の多型性形態とハイブリダイズする場合、異なるパターンが得られる。すなわち、アレイ中の１つを除いて全てのプローブが、標的に対してミスマッチを示し、そしてバックグラウンドハイブリダイゼーションのみを生じる。完全なハイブリダイゼーションを示す１つのプローブは、その疑問位置が多型性部位と整列し、そして他の多型性形態に相補的な塩基によって占有される第２、第３、または第４のプローブセットからのプローブである。

プローブ群が、両方の多型性形態が存在するヘテロ接合性のサンプルとハイブリダイズする場合、ホモ接合の多型性形態についてのパターンが重ねられる。従って、プローブ群は、多型性形態が存在し、そして個体がホモ接合であるかヘテロ接合性であるかに依存して別々のおよび特徴的なハイブリダイゼーションパターンを示す。

代表的には、アレイはまた、第１群と同じ原理を用いて並べられたが、参照配列が他の多型性形態を構成する、第２の群のプローブを含む。すなわち、第２群における第１のプローブセットは、多型部位にまたがり、そして他の多型性形態に対して完全な相補性を示す。ホモ接合またはヘテロ接合性の標的配列への第２のプローブ群のハイブリダイゼーションは、第１群からのハイブリダイゼーションパターンの鏡像を生じる。両方のプローブ群からのハイブリダイゼーションパターンを分析することにより、高い精度で、どの多型性形態が個体中に存在するかを決定し得る。

プローブ選択およびアレイ設計の原理は、より複雑な多型を分析するために容易に拡張され得る（ＥＰ７３０，６６３を参照のこと）。例えば、三重対立遺伝子ＳＮＰ多型を特徴付けるために、３つの群のプローブは、上記の通りに３つの多型性形態上に並べられて設計され得る。さらなる例として、ヌクレオチドの欠失を含む二重対立遺伝子多型を分析するために、参照配列として欠失していない多型性形態に基づく第１群のプローブ、および参照配列として欠失形態に基づく第２群のプローブを並べ得る。

アレイはまた、単純に複数のサブアレイのプローブを含むことにより、多くの異なる遺伝子における多くの異なる多型を同時に分析するために設計され得る。各サブアレイは、上記のストラテジーに従って特定の多型を分析するために設計された第１群および第２群のプローブを有する。

ゲノムＤＮＡのアッセイのために、事実上任意の生物学的サンプル（純粋な赤血球以外）が適切である。例えば、便利な組織サンプルは、全血、精液、唾液、涙、尿、糞便物質、汗、頬、皮膚、および毛を含む。ゲノムＤＮＡは、代表的には、分析の前に増幅される。増幅は通常、分析される多型の遺伝子座を含む、例えば、５０〜５００ヌクレオチドの適切なフラグメントに隣接するプライマーを用いるＰＣＲによりもたらされる。標的は通常、増幅の間に標識される。増幅産物は、ＲＮＡまたはＤＮＡ、単鎖または二本鎖であり得る。二本鎖の場合、増幅産物は代表的には、アレイへの増幅の前に変性される。ゲノムＤＮＡが増幅なしで分析される場合、アレイに適用する前にＲＮＡをサンプルから除去することが所望され得る。このようなことは、ＤＮａｓｅを含まないＲＮａｓｅを用いる消化により達成され得る。

（ＩＩＩ．発現のモニタリング）
本発明は、目的の遺伝子から発現されるＲＮＡ転写物のレベルをモニタリングする。ＲＮＡ転写物は、核ＲＮＡ、ｍＲＮＡ、ｒＲＮＡまたはｔＲＮＡであり得る。核ＲＮＡは、ｍＲＮＡからスプライシングにより除去されるイントロン配列を含む。核ＲＮＡの分析は、イントロン領域内に生じる多型の発現に対する効果を分析する際に有用であり得る。いくつかの方法では、ＲＮＡは直接モニタリングされ、そして他の方法ではＲＮＡは増幅産物（例えば、ｃＤＮＡまたはｃＲＮＡ）を介して間接的にモニタリングされる。

転写物の分析および定量のストラテジーは、共有に係るＷＯ９６／１４８３９およびＷＯ９７／０１６０３において詳細に記載される。一般に、ゲノムＤＮＡ中の多型性形態を分析するために用いられる同じプローブアレイは、転写物の多型性形態を分析するために用いられ得る。プローブアレイのハイブリダイゼーションパターンは、ゲノムおよびＲＮＡ（またはＲＮＡ由来）標的についてと同じ方式で分析され得る。１つの多型性形態と完全にマッチする第１のプローブ群のハイブリダイゼーション強度と、第２の多型性形態と完全にマッチする第２のプローブ群のハイブリダイゼーション強度に対する比較は、転写産物における多型性形態の相対比率をほぼ示す。

いくつかの例では、ゲノムＤＮＡおよびＲＮＡ標的（またはそれらの増幅産物）についての第１および第２のプローブ群からの完全にマッチするプローブのハイブリダイゼーション強度の比率を比較することは有用であり得る。好ましくは、比較は、同様の形態の増幅産物間（すなわち、両方がＤＮＡまたは両方がＲＮＡ）で行なわれる。二倍体個体からのゲノムＤＮＡでは、ヘテロ接合性遺伝子での多型性形態は、等しいモル比で存在すると予測される。しかし、実際には、ハイブリダイゼーション強度の比は、例えば、ハイブリダイゼーション強度に対する塩基組成の影響に起因して予測されたモル比とはいくらか異なり得る。同じ群のプローブに対するゲノムＤＮＡおよびＲＮＡ（またはそれらの増幅産物）のハイブリダイゼーション強度の比を比較することにより、ハイブリダイゼーション強度に影響を与え得る、多型性形態のモル比以外の要素が、分析から大部分除去され得る。ハイブリダイゼーション強度の比がゲノムおよびＲＮＡ標的（またはそれらの増幅産物）について有意に異なる場合、多型性形態が転写物において異なって発現されると結論づけされ得る。

いくつかのアレイは、多型性形態の間を区別せずに遺伝子の転写物のレベルを測定するためのさらなるプローブを含む。これらのプローブは、多型性形態を区別するために用いられる多型とは離れた（ｄｉｓｔｉｌ）遺伝子のセグメントに対する完全な相補性を示す。転写物の存在およびレベルは、必要に応じて、標的に対する相補性を欠き、そしてハイブリダイゼーション強度のバックグラウンドレベルを測定するために設計されるコントロールプローブに対するこれらのプローブのハイブリダイゼーション強度から推論され得る。

分析のためのＲＮＡ転写物は、目的の遺伝子が発現される生物学的組織または液体から得られた生物学的サンプルから単離される。サンプルは、痰、血液、血球（例えば、白血球）、組織または細針生検サンプル、尿、腹膜液、および胸膜液、またはそこからの細胞を含む。生物学的サンプルはまた、組織学的目的のために採取された凍結切片のような組織切片を含み得る。

総ｍＲＮＡを単離する方法は、ＬａｂｏｒａｔｏｒｙＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓｉｎＢｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＭｏｌｅｃｕｌａｒＢｉｏｌｏｇｙ：ＨｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎＷｉｔｈＮｕｃｌｅｉｃＡｃｉｄＰｒｏｂｅｓ，ＰａｒｔＩ．ＴｈｅｏｒｙａｎｄＮｕｃｌｅｉｃＡｃｉｄＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎ，Ｐ．Ｔｉｊｓｓｅｎ編Ｅｌｓｅｖｉｅｒ，Ｎ．Ｙ．（１９９３）の第３章、およびＬａｂｏｒａｔｏｒｙＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓｉｎＢｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＭｏｌｅｃｕｌａｒＢｉｏｌｏｇｙ：ＨｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎＷｉｔｈＮｕｃｌｅｉｃＡｃｉｄＰｒｏｂｅｓ，ＰａｒｔＩ．ＴｈｅｏｒｙａｎｄＮｕｃｌｅｉｃＡｃｉｄＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎ，Ｐ．Ｔｉｊｓｓｅｎ編Ｅｌｓｅｖｉｅｒ，Ｎ．Ｙ．（１９９３）の第３章に記載される。

しばしば、ハイブリダイゼーションの前にＲＮＡを増幅することが所望される。増幅産物は、ＲＮＡまたはＤＮＡ、一本鎖または二本鎖であり得る。１つの手順では、ｍＲＮＡは、逆転写酵素、ならびにオリゴｄＴおよびファージＴ７プロモーターをコードする配列からなるプライマーを用いて逆転写されて、単鎖ＤＮＡテンプレートを提供し得る。第２のＤＮＡ鎖は、ＤＮＡポリメラーゼを用いて重合される。二本鎖ｃＤＮＡの合成の後、Ｔ７ＲＮＡポリメラーゼを添加し、そしてＲＮＡをｃＤＮＡテンプレートから転写する。各単一のｃＤＮＡテンプレートからの連続した何回もの転写が、増幅したＲＮＡを生じる。あるいは、ｃＤＮＡが増幅されて二本鎖アンプリコンを生じ得、そしてアンプリコンの１つの鎖が、すなわち、ストレプトアビジンビーズ上への所望でない鎖の捕捉を可能にするビオチン化プライマーを用いて単離され得る。あるいは、非対称ＰＣＲを用いて一本鎖標的を生成し得る。

代表的には、増幅産物は、増幅の間またはその後のいずれかにより標識される。ＲＮＡ増幅産物が、ゲノムＤＮＡとまたはその増幅産物と同時にアレイに対してハイブリダイズするならば、２つの標的は示差的に標識される。種々の異なる蛍光標識が利用可能である。例えば、一方のサンプルは、フルオレセインを用いて標識され得、そして他方はビオチンを用いて標識され得、これはハイブリダイゼーション後にフィコエリトリンストレプトアビジンを用いて染色され得る。２つの標的サンプルは、所望の場合は蛍光強度を等しくするためにハイブリダイゼーションの前に希釈され得る。

ＰＣＲについての詳細なプロトコルは、ＰＣＲＰｒｏｔｏｃｏｌｓ，ＡＧｕｉｄｅｔｏＭｅｔｈｏｄｓａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｉｎｎｉｓら，ＡｃａｄｅｍｉｃＰｒｅｓｓ，Ｉｎｃ．Ｎ．Ｙ．，（１９９０）に提供される。他の適切な増幅方法は、リガーゼ連鎖反応（ＬＣＲ）（ＷｕおよびＷａｌｌａｃｅ，Ｇｅｎｏｍｉｃｓ，４：５６０（１９８９），Ｌａｎｄｅｇｒｅｎら，Ｓｃｉｅｎｃｅ，２４１：１０７７（１９８８）、およびＢａｒｒｉｎｇｅｒら，Ｇｅｎｅ，８９：１１７（１９９０）を参照のこと）、転写増幅（Ｋｗｏｈら，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ，８６：１１７３（１９８９））、ならびに自己持続性配列複製（Ｇｕａｔｅｌｌｉら，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ，８７：１８７４（１９９０））を含む。いくつかの方法では、増幅産物がテンプレートの出発比とほぼ同じモル比で生成されることを確実にするためにＰＣＲ反応を校正するために用いられる内部標準を提供するために、既知量のコントロール配列が、同じプライマーを用いて同時増幅される。次いで、プローブアレイは、増幅された核酸の定量のために内部標準に特異的なプローブを含む。

（ＩＶ．発現レベルと遺伝子型との相関）
異なるレベルで発現された遺伝子の対立遺伝子を同定したら、対立遺伝子は、さらに、異なる発現レベルを説明するそれらの間の差異を同定するために分析され得る。差異は、上記の分析における異なる対立遺伝子形態を区別するために使用された同一の多型性に存在し得る。しかし、より代表的には、発現レベルにおける差異は、プロモーター、エンハンサー、または他の調節領域に位置する第二の多型性に存在する。このような多型性は、示差的に発現された対立遺伝子の調節領域を配列決定し、そして対立遺伝子間の配列差異を同定することによって同定され得る。

対立遺伝子の示差的発現における調節配列内の多型性の、可能性のある原因的な役割は、分子生物学的および遺伝子的アプローチの両方によって分析され得る。例えば、示差的に発現された対立遺伝子が、プロモーター内の多型性部位で互いに異なる場合、プロモーターの異なる形態は、レポーター遺伝子と作動可能に連結してクローン化および配置され得る。レポーター遺伝子が、プロモーターの２つの形態とは異なるレベルで発現される場合、プロモーター内の多型性は、天然に結合している遺伝子の対立遺伝子形態の観察された示差的発現レベルにおける原因的役割を有するという可能性が高い。同様なレポーターアッセイは、他の調節配列における多型性の効果を評価するように考案され得る。

プロモーターおよび他の調節配列内の多型性はまた、結合分析によって特徴付けられ得る。結合分析は、目的の表現型形質の存在または非存在について、ならびに多型性マーカーセットについて試験された個体の多型性形態と集団との間の相関を同定する。このような分析を行うために、多型性の存在または非存在は、あるセットの個体について決定され、そしてそのうちのいくつかは、特定の形質を示し、そしてそのうちのいくつかは、形質の欠損を示す。次いで、多型性の対立遺伝子が検討され、特定の対立遺伝子の存在または非存在が、目的の形質と関連するか否かが決定される。相関付けは、κ二乗検定（ｋａｐｐａｓｑｕａｒｅｄｔｅｓｔ）のような標準的な統計学的方法によって行われ得、そして多型性形態と表現型特徴との間の統計的に有意な相関が記録される。

（Ｖ．発現レベルを遺伝子型と相関付ける代替の方法）
代替のまたは付加的なアプローチにおいて、個体の集団は、隣接配列に含まれる遺伝子内の１つ以上の多型性部位で遺伝子型決定される。次いで、遺伝子転写物の表現型レベルは、個体において多型性形態間を区別することなしに決定される。必要に応じて、異なる個体からの発現レベルは、新規であるとは規定されないデータによって示唆された群またはクラスターに、所定のクラスターにおける単離物が、類似であり、そして異なるクラスターにおける単離物が非類似である傾向になるように分類され得る。１９９７年２月７日に出願された同一出願人によるＵＳＳＮ０８／７９７，８１２（本明細書中で参考としてその全体が援用される）を参照のこと。分析が行われた個体の集団は、好ましくは、発現レベルに対して間接的な影響を有し得る特徴（例えば、年齢、性別、および人種）についてマッチするべきであり、そして発現レベルは、同一の組織型から決定されるべきである。次いで、遺伝子内の１つ以上の多型性に関する個体の遺伝子型は、集団の全体にわたって同一の個体における遺伝子転写物の発現レベルと相関付けされる。転写物の発現レベルとの強い相関を示す多型性形態は、発現レベルを決定することにおいて原因的な役割を有し得る。この役割は、上記の分子生物学的および遺伝子的アプローチを使用することによってさらに調査され得る。

（ＶＩ．結合分析）
結合分析に適切な表現型形質は、公知であるが、未だマップされていない遺伝子成分を有する疾患（例えば、無ガンマグロブリン血症、尿放症、レッシュ‐ナイハン症候群、筋ジストロフィー、ヴィスコット‐オールドリッチ症候群、ファブリー病、家族性高コレステロール血症、多発性嚢胞腎病、遺伝性球状赤血球症、フォン・ヴィレブランド病、結節硬化症、遺伝性出血性毛細血管拡張症、家族性結腸ポリープ、エーレルス‐ダンロー症候群、骨形成不全症、および急性間欠性ポルフィリン症）を含む。表現型形質はまた、成分が遺伝的であるかまたは遺伝的であり得る多因子性疾患（例えば、自己免疫疾患、炎症、ガン、神経系の疾患、および病原性微生物による感染）の症状または罹患しやすさを含み得る。自己免疫疾患の例には、慢性関節リウマチ、多発性硬化症、糖尿病（インスリン依存性および非依存性）、全身性エリテマトーデス、およびグレーブス病が含まれる。ガンの例には、膀胱、脳、乳房、結腸、食道、腎臓、白血病、肝臓、肺、口腔、卵巣、膵臓、前立腺、皮膚、胃、および子宮のガンが含まれる。表現型形質はまた、寿命、外見（例えば、はげ、肥満）、強靭さ、スピード、耐久力、受胎能、特定の薬物または治療処置に対する感受性もしくは受容性のような特徴を含む。

このような相関は、いくつかの方法で開発され得る。処置が利用可能である多型性形態と疾患との間のに強力な相関がある場合、ヒトまたは動物の患者の多型性形態のセットの検出は、迅速な処置を施すこと、または少なくとも患者を通常どおりモニタリングすることが正当化され得る。家族を意図しているカップルにおける重篤な疾患と相関する多型性形態の検出はまた、そのカップルがその生殖についての決定において価値があり得る。例えば、女性のパートナーは、このような多型性を彼女の夫から彼女の子孫へ伝達する可能性を避けるためにインビトロ受精を行うことを選択し得る。多型性セットとヒト疾患との間に、より弱いがなお統計学的に有意な相関がある場合、迅速な処置の介入またはモニタリングは正当化されないかもしれない。それにもかかわらず、患者は、患者に対して費用をほとんどかけずに達成され得るが、患者が改変体対立遺伝子のために感受性を増大してしまったかもしれない状態の危険性を減少させるにおいて潜在的な利点を付与する、簡単な生活様式の変化（例えば、食餌療法、運動）を始めるように動機付けされ得る。疾患に対するいくつかの処置レジメの１つに対する増大した受容性と相関付けられた患者において多型性セットを同定することは、この処置レジメに従うべきであることを示す。

（ＶＩＩ．プローブアレイの設計および構築）
ＶＬＳＩＰＳ^ＴＭ技術は、非常に小さな表面積を占める多くの異なるオリゴヌクレオチドプローブのアレイを合成するための方法を提供する。米国特許第５，１４３，８５４号およびＷＯ９０／１５０７０を参照のこと。例えば、約１００より多くの、好ましくは約１０００、１６，０００、６５，０００、２５０，０００、または１，０００，０００より多くの異なるオリゴヌクレオチドプローブを含む高密度アレイを産生し得る。オリゴヌクレオチドプローブは、約５から約５０、または約５から約４５ヌクレオチド長の範囲、より好ましくは約１０〜約４０ヌクレオチド長、および最も好ましくは約１５〜約４０ヌクレオチド長の範囲である。いくつかの実施態様において、オリゴヌクレオチドプローブは、２０〜２５ヌクレオチド長である。オリゴヌクレオチドプローブは、通常、５０ヌクレオチド長よりも短く、一般的には、４６ヌクレオチド長よりも短く、より一般的には４１ヌクレオチド長よりも短く、最も一般的には、３６ヌクレオチド長よりも短く、好ましくは３１ヌクレオチド長よりも短く、より好ましくは２６ヌクレオチド長よりも短く、そして最も好ましくは２１ヌクレオチド長よりも短い。プローブはまた、１６ヌクレオチド長より短いか、さらに１１ヌクレオチド長よりも短い場合もあり得る。

アレイにおける各々の異なるオリゴヌクレオチドプローブ配列の位置および配列は、一般に公知である。さらに、多数の異なるプローブは、比較的小さな面積を占有し得、一般的に、１ｃｍ^２あたり、約６０、１００、６００、１０００、５，０００、１０，０００、４０，０００、１００，０００、または４００，０００の異なるオリゴヌクレオチドプローブより大きなプローブ密度を有する高密度アレイを提供する。アレイの小さい表面積（しばしば、約１０ｃｍ^２より小さく、好ましくは約５ｃｍ^２より小さく、より好ましくは約２ｃｍ^２よりも小さく、そして最も好ましくは約１．６ｃｍ^２よりも小さい）は、均一なハイブリダイゼーション条件（例えば、温度調節および塩含有量など）を許容する。

最後に、高密度アレイによって占められる面積が小さいために、ハイブリダイゼーションは、非常に小さな液体容量において行われ得る（例えば、２５０μｌ以下、より好ましくは１００μｌ以下、そして最も好ましくは１０μｌ以下）。小容量において、ハイブリダイゼーションは、非常に迅速に進行し得る。さらに、ハイブリダイゼーション条件は、サンプル全体にわたって非常に均一であり、そしてハイブリダイゼーション形式は、自動化プロセッシングが可能である。

上記に引用された全ての刊行物および特許出願は、その全体が、全ての目的のために、個々の刊行物または特許出願が詳細に、そして個々に参考として引用されることが示されているのと同程度まで、本明細書中で参考として援用される。本発明は、明確化および理解の目的のために例示および実施例によって、いくらか詳細に記載されてきたが、特定の変更および改変が、添付の特許請求の範囲内において実施され得ることが理解される。

Claims

遺伝子の異なる多型性形態の発現レベルをモニターする方法。