JP2004229582A - Method for detecting target base sequence, reagent for enhancing detection sensitivity, and kit for detection - Google Patents

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JP2004229582A
JP2004229582A JP2003023391A JP2003023391A JP2004229582A JP 2004229582 A JP2004229582 A JP 2004229582A JP 2003023391 A JP2003023391 A JP 2003023391A JP 2003023391 A JP2003023391 A JP 2003023391A JP 2004229582 A JP2004229582 A JP 2004229582A
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ligand
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Taro Takemura
太郎 竹村
Nobuaki Miyamoto
延明 宮本
Teru Kato
輝 加藤
Hideyuki Suzuki
英之 鈴木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for detecting a target base sequence by which the bonding affinity between a nucleic acid aptamer and a ligand is heightened, and the target base sequence in a specimen can be detected even if the concentration is low; and to provide a reagent for enhancing detection sensitivity, and a kit for the detection. <P>SOLUTION: The method for detecting the target base sequence in the test specimen comprises (a) a step for forming a nucleic acid aptamer obtained by hybridizing the target base sequence in the test specimen with a probe by mixing the test specimen with the probe hybridizable with the target base sequence, (b) a step for reacting the nucleic acid aptamer with the ligand in the presence of a compound having ≥1.8 dipole moment in the reaction solution, and (c) a step for detecting the target base sequence by using the bonding affinity of the nucleic acid aptamer with the ligand as an index. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料中に存在する特定の塩基配列(以下、標的塩基配列という)を高感度で特異的に検出する方法、並びにこれに使用される検出感度増強試薬及び検出用キットに関する。
【0002】
【従来の技術】
標的塩基配列の検出方法としては、サザンハイブリダイゼーション法に代表される相補的な塩基配列間のハイブリダイゼーションを利用する方法がある。しかしながら、相補的な塩基配列を持つ核酸は、両者の塩基配列が完全に相補的でなくてもハイブリダイゼーションを起こすため、一塩基多型(Single Nucleotide Polymorphism、以下SNPと称する)のような1塩基の相違はハイブリダイゼーションを利用する方法では直接検出することはできない。SNPの検出方法としては、例えばPCR−SSCP法等が知られているが、電気泳動を必要とすることから大量の検体の処理には不向きである。
【0003】
一方、相補的な塩基配列とは異なる原理でタンパク質などの特定の生体物質(リガンド)に特異的に結合する「アプタマー」と呼ばれる特定の構造を有する小さな核酸分子が存在する。アプタマーの探索はリガンドとの親和性を利用してより大きい核酸分子をインビトロで選択するSELEX(Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment)と呼ばれる手法により行われている(非特許文献1)。SELEX法は、ランダムな塩基配列を持つRNAのライブラリーをリガンドに接触させ、リガンドに結合したものを回収してRT−PCR法で増幅し、増幅精製物を鋳型とするRNAを転写して再びリガンドに接触させる工程を繰り返すことによって、あるリガンドに結合親和性の高い核酸を得る方法である。また、標的核酸の検出に対するまったく新しいアプローチとして、これまでの相補的な塩基配列間のハイブリダイゼーションを利用せず、この核酸アプタマーとリガンドとの結合親和性を使って標的塩基配列を検出する方法(以下、「アプタマー法」という)が提案されている(特許文献1参照)。アプタマー法は、標的塩基配列とそれにハイブリダイズしうるプローブを含む核酸アプタマーを形成し、該核酸アプタマーとリガンドとの結合親和性を指標として標的塩基配列を検出する方法である。核酸アプタマーとリガンドとの結合親和性の大きさは核酸アプタマーの構造を維持する塩基配列に依存しており、塩基配列のわずか一塩基の置換によっても結合親和性は大きく変動するので、これを指標とすれば、標的塩基配列中のSNPなどの変異を検出できる。このように、アプタマー法においては、核酸アプタマーとリガンドとの結合親和性を指標として検出を行なうが、検出対象となる試料の必要量を減らすため、すなわち、極微量の試料の検出を可能とするため、核酸アプタマーとリガンドの結合親和性をさらに高めることが求められている。
【0004】
【特許文献1】
国際公開番号WO01/44509 A1
【非特許文献1】
Bock, L.C. et al.,Nature(英国),1992年,第355(6360)巻,p.564−566
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、核酸アプタマーとリガンドの結合親和性を高め、試料中の標的塩基配列が低濃度でも検出を可能することができる標的塩基配列の検出方法、検出感度増強試薬及び検出用キットを提供することを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
標的塩基配列を検出するアプタマー法における核酸アプタマーとリガンドの結合様式の1つとしては疎水性相互作用に基づくものがあり、疎水性相互作用の強さは周囲の環境に左右されると考えられる。特に溶媒の極性に強く左右され、溶媒の極性が低いほど疎水性相互作用は弱まり、逆に極性が高いほど疎水性相互作用は高まる傾向にある。本発明者らは反応溶液中に分子の極性が高い極性物質(1.8以上の双曲子モーメントを有する化合物)を添加することにより核酸アプタマーとリガンドの結合部位周辺の極性が高まり、疎水性相互作用が強まることによって結合親和性が高まり検出感度が向上することを見出した。本発明はかかる知見に基づき完成されたものである。
【0007】
すなわち、本発明は、被検試料中の標的塩基配列を検出する方法であり、該検出方法は、以下のステップを含むものである。
(a)被検試料と、標的塩基配列とハイブリダイズ可能なプローブとを混合することにより、該被検試料中の標的塩基配列とプローブとがハイブリダイズした核酸アプタマーを形成させるステップ、
(b)上記核酸アプタマーとリガンドとを、反応溶液中において1.8以上の双極子モーメントを有する化合物の存在下で反応させるステップ、及び
(c)上記核酸アプタマーとリガンドとの結合親和性を指標として標的塩基配列を検出するステップ。
【0008】
上記検出方法において、反応溶液において1.8以上の双極子モーメントを有する化合物としては、例えばテトラアルキルアンモニウムフルオリドを用いることができ、テトラメチルアンモニウムフルオリド(TMAF)、テトラエチルアンモニウムフルオリド(TEAF)、テトラブチルアンモニウムフルオリド(TBAF)、及びテトラオクチルアンモニウムフルオリド(TOAF)が含まれる。また上記検出方法において、標的塩基配列としては例えば一塩基多型(SNP)を含むものが挙げられる。さらに前記リガンドとしては、ステロイド骨格を有する化合物を用いることが好ましい。
【0009】
上記検出方法において、その検出は、例えばリガンドを標識する標識物質から発生するシグナルの変化により行われる。ここで標識物質としては蛍光分子を用いることが好ましく、その場合、シグナルの変化として蛍光の偏光を検出する。
【0010】
また本発明は、溶液中において1.8以上の双極子モーメントを有する化合物を含むことを特徴とする検出感度増強試薬である。
【0011】
上記検出感度増強試薬に関して、水溶液において1.8以上の双極子モーメントを有する化合物としては、例えばテトラアルキルアンモニウムフルオリドが挙げられ、それにはテトラメチルアンモニウムフルオリド(TMAF)、テトラエチルアンモニウムフルオリド(TEAF)、テトラブチルアンモニウムフルオリド(TBAF)、及びテトラオクチルアンモニウムフルオリド(TOAF)が含まれる。
【0012】
さらに本発明は、核酸プローブ、リガンド、及び上記検出感度増強試薬を含むことを特徴とする標的塩基配列の検出用キットである。
【0013】
上記検出用キットにおいて、リガンドは、例えばステロイド骨格を有する化合物であり、好ましくは蛍光分子で標識されたものである。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【0015】
本発明は、核酸アプタマーとリガンドとの結合親和性が、双極子モーメントの大きい化合物(すなわち極性の大きい化合物)の存在下で増強されるという知見に基づいている。従って、そのような核酸アプタマーとリガンドとの結合反応が関与する種々の方法において本発明は有用であるが、代表的には上述の核酸アプタマーとリガンドとの結合親和性を指標として標的塩基配列を検出する方法(アプタマー法)に好適に応用できる。
【0016】
以下に本発明の標的塩基配列の検出方法、並びに検出感度増強試薬及びキットについて記載する。
【0017】
1.標的塩基配列の検出方法
本発明の標的塩基配列の検出方法は、アプタマー法に基づくものであり、被検試料中の標的塩基配列と該塩基配列にハイブリダイズできるプローブによって形成される核酸アプタマーとリガンドとの結合親和性を指標に該標的塩基配列を検出する方法であって、その反応溶液に、該反応溶液中において1.8以上の双極子モーメントを有する化合物を添加することを特徴とする。アプタマー法は、特定の塩基配列とプローブとにより形成されるアプタマーの構造が、標的塩基配列を含む場合と含まない場合とで変化し、アプタマーとリガンドとの結合親和性にも変化をもたらすという現象を利用して標的塩基配列を検出するものである。このようなアプタマー法を利用して標的塩基配列を検出する方法は公知であり、その詳細に関しては例えば特許文献1を参照されたい。
【0018】
従って、本発明の標的塩基配列の検出方法は、例えば以下のステップを含むものである:
(a)被検試料と、標的塩基配列とハイブリダイズ可能なプローブとを混合することにより、該被検試料中の標的塩基配列とプローブとがハイブリダイズした核酸アプタマーを形成させるステップ、
(b)上記核酸アプタマーとリガンドとを、反応溶液中において1.8以上の双極子モーメントを有する化合物の存在下で反応させるステップ、及び
(c)上記核酸アプタマーとリガンドとの結合親和性を指標として標的塩基配列を検出するステップ。
【0019】
本発明において、「核酸アプタマー」又は「アプタマー」とは、特定のリガンドに対する結合活性を有する核酸であり、分子内又は分子間に少なくとも1組の相補的な塩基配列を備え、この相補的な塩基配列のハイブリダイズによって構成された核酸分子を指す。本発明において好適な構造の核酸アプタマーとしては、例えば、前記相補的な塩基配列のハイブリダイズによる二本鎖部分(ハイブリッド)と、ハイブリッドを形成しない一本鎖部分とで構成され、前記一本鎖部分が水素結合、スタッキング、疎水性相互作用などにより形成されるそのアプタマーに固有の高次構造を有するものが挙げられる。かかる高次構造としては、一般的に知られている、ステム−ループ、ステム−バルジ、及びシュードノット構造のほか、特許文献1に記載されているステム−ループとステム−バルジの両者の特徴を併せ持つステム−ジャンクション構造(スリーウェイジャンクションなど)などをいい、本発明における核酸アプタマーはこれらの高次構造を有するものであれば特に限定はされないが、スリーウェイジャンクション構造を有するものが好ましい。
【0020】
この高次構造が、核酸アプタマーのリガンドに対する結合親和性にとって重要であり、核酸アプタマーの構造をとらない(すなわち核酸ハイブリッドを形成しない)条件下では、結合親和性を失う。
【0021】
一方、「リガンド」とは、核酸アプタマーが有する高次構造によって結合される、核酸以外のあらゆる成分を指す。現在までに、核酸アプタマーと結合親和性を有するタンパク質、種々の低分子化合物が報告されている。例えば、アミノ酸(Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90, 3680−3684, 1993)、ヌクレオチド(Nature364, 550−553, 1993;Biochemistry 34, 656−665, 1995)、コエンザイムA(Biochemistry 37, 4653−4663, 1998)、テオフィリン(Science 263, 1425−1429,1994)、アミノグリコシド系抗生物質(Biochemistry 35, 12338−12346, 1996)、有機染料(Nature 355, 850−852, 1992)、ポルフィリン誘導体(Biochemistry 35, 6911−6922, 1996)、及びコール酸(特許文献1)が挙げられる。
【0022】
ステップ(a)においては、被検試料と、標的塩基配列とハイブリダイズ可能なプローブとを混合する。それにより、該被検試料中に標的塩基配列が存在する場合にはその標的塩基配列とプローブとがハイブリダイズした核酸アプタマーが形成される。
【0023】
本発明において「被検試料」とは、標的塩基配列が存在するか否かを判定することが望まれる試料を指し、代表的には、生体試料(例えば全血、血漿、血清、尿、体液、唾液など)や、動物又は植物の細胞又は組織の培養物など、核酸を含有するものであれば特に限定はされない。被検試料は、当技術分野で周知の方法を適宜使用して調製することができる。一般的には、被検試料は、核酸(DNA又はRNA)を抽出して調製する。例えば、DNAを抽出する場合には、フェノール抽出及びエタノール沈殿を行う方法、ガラスビーズを用いる方法など、またRNAを抽出する場合には、グアニジン−塩化セシウム超遠心法、ホットフェノール法、又はAGPC法などを利用することができる。
【0024】
また「標的塩基配列」とは、検出が望まれる特定の配列を含む塩基配列を指し、そのような検出が望まれる特定の配列としては、例えば変異配列、多型配列などが挙げられる。「多型」とは、遺伝子又はその一部について1種以上の形態が同時に存在することを指し、遺伝子において少なくとも2つの異なる形態、すなわち2つの異なる塩基配列が存在する部分は、多型領域と呼ばれる。多型領域としては、例えば一塩基多型(SNP)等の遺伝子多型があり、これは種々のアレルにおいて異なる。本発明において標的塩基配列としては、一塩基多型(SNP)を含む配列が好ましい。
【0025】
また本発明において「プローブ」又は「核酸プローブ」とは、被検試料中に含まれる標的塩基配列とハイブリダイズ可能な核酸を指す。本発明において「ハイブリダイズ」又は「ハイブリダイゼーション」とは、2つ以上の核酸がそれらの相補性に基づいて特異的に結合することを指す。従って、標的塩基配列と「ハイブリダイズ可能なプローブ」とは、標的塩基配列に対して相補的な塩基配列を有する核酸といえる。「相補的」又は「相補性」とは、塩基対合則の関係を有する核酸について用いられる概念であり、相補性は、「部分的」、すなわち核酸中のある程度の数の塩基のみが塩基対合則により一致しているようなものであってもよいし、全体が完全に相補的であってもよい。他の核酸類似体(例えば、IsoC/IsoG塩基対)又は天然の核酸と塩基対を形成するために使用される核酸類似体もまた、上記「相補性」及び「相補的」の定義内に含まれ、塩基対合するパートナーに対し相補的であるといえる。
【0026】
プローブは、標的塩基配列とプローブとにより形成される核酸アプタマーの構造が、標的塩基配列の特定の配列の有無によって変わり、リガンドとの結合親和性が変化するように設計する。例えば、形成される核酸アプタマーの構造がスリーウェイジャンクション構造の場合には、ジャンクション部分にある3つの塩基対の結合が3つとも完全に相補的である必要がある。プローブの設計は、当業者であれば標的塩基配列の種類及びアプタマー構造を考慮して、適切なものを設計することができる。
【0027】
例えば、標的塩基配列がSNPを含み、形成される核酸アプタマーがスリーウェイジャンクション構造をとるとした場合のプローブの設計について、図1を参照しながら簡単に説明する。スリーウェイジャンクションは、3本の核酸鎖が相互に二本鎖を形成することによって、結果的に3つの二本鎖核酸が1ヶ所で交錯した構造をいう(図1A)。すなわち、3本のステム(二本鎖)が1ヶ所で交差しており、6つの塩基による3組の相補塩基対がスリーウェイジャンクションを構成する。標的塩基配列の検出においては、この3本の核酸鎖のうち1本を標的塩基配列とし、2本をプローブとすることによって、アプタマー構造(すなわちスリーウェイジャンクション構造)を形成させる。そして、ジャンクション部分の相補塩基対の結合が3組とも完全に相補的である場合に、このスリーウェイジャンクション構造にリガンドが結合することができる。従って、ジャンクション部分の相補塩基対の結合が完全に相補的になるようにプローブを設計する。
【0028】
図1Aに示すように、ポジティブ標的塩基配列のSNP(塩基G)が検出対象となる場合、この標的塩基配列と相補的となるようなプローブA及びプローブaを設計する。このとき、標的塩基配列におけるSNPに相当する塩基Gはスリーウェイジャンクションのジャンクション部分を構成し、かつジャンクション部分の結合は全て完全に相補的となることに留意されたい。プローブAは、標的塩基配列と相補的である部分と、プローブaと相補的である部分から構成される。プローブaは、標的塩基配列と相補的である部分と、プローブAと相補的である部分から構成される。このプローブAとプローブaは、別々の核酸分子であってもよいし、例えばヘアピン構造をもった1本の核酸分子であってもよい。当業者であれば、標的塩基配列の塩基配列に基づいて、手動で又は公知のプローブ設計用ソフトウエアを用いて、特定の条件下にてハイブリダイズ可能なプローブの塩基配列を決定することができる。
【0029】
以上のように設計したプローブを用いて標的塩基配列と接触させた場合、それらがハイブリダイズして図1Aに示すアプタマー構造が形成される。このアプタマー構造のジャンクション部分は完全な相補性により結合し、アプタマーの高次構造が特定の構造に保持されるため、この構造にリガンドは結合することができる。一方、標的とするSNP(塩基G)とは異なるSNP(塩基C)を有する塩基配列(ネガティブ塩基配列)は、図1Bに示すように、標的塩基配列により形成されるアプタマー構造とは異なるアプタマー構造を形成する。すなわち、スリーウェイジャンクション構造のジャンクション部分において、SNPに相当する塩基Cが相補性によりプローブと結合していない。このようなアプタマー構造に対するリガンドの結合親和性は、上記図1Aのものとは異なり、その親和性は低くなる。
【0030】
また設計するプローブの長さ(サイズ)は、標的塩基配列の種類、核酸アプタマーの構造の種類、ハイブリダイゼーション条件などに応じて適宜変更する必要がある。例えば、標的塩基配列がSNPを含み、核酸アプタマーがスリーウェイジャンクション構造をとるように2本のプローブを設計する場合には、各プローブの長さは、8〜60塩基長、好ましくは16〜30塩基長とすることができる。
【0031】
設計したプローブが標的塩基配列と適切にハイブリダイズするか否かは、公知のプローブ設計用ソフトウエアを用いて確認することができ、そのようなソフトウエアとしては、例えばGENETYX(ゼネティックス社製)などが挙げられる。
【0032】
プローブは、標的塩基配列とハイブリダイズして核酸アプタマーを形成することができるものであれば、どのような核酸分子又はその誘導体であってもよい。具体的には、核酸分子は、天然源から単離された核酸分子(例えばDNA、RNAなど)又は化学的に合成された核酸分子(例えば増幅産物など)、合成ヌクレオチド誘導体を含む核酸の誘導体、あるいは骨格がペプチド結合又はアルキル鎖などからなる核酸の誘導体など、とすることができる。プローブは、当技術分野で公知の任意の手法、例えば化学合成、DNA複製、逆転写、PCR、又はこれらの組み合わせにより生成することができる。
【0033】
上述のように調製された被検試料とプローブとを混合する方法は、特に限定されない。例えば被検試料をプローブを含有する溶液に添加したり、被検試料とプローブ含有溶液とを混合する方法が挙げられる。また混合する条件は、被検試料中の標的塩基配列とプローブとがハイブリダイズ可能な条件下であれば特に限定されない。ハイブリダイゼーションは、核酸間の相補性、採用する条件のストリンジェンシー、及び形成されるハイブリッドのTなどの要因により影響を受けるため、これらの要因を考慮して適宜ハイブリダイゼーション条件を決定する。「ストリンジェンシー」とは、ハイブリダイゼーションを実施する際の、温度、イオン強度及び他の化合物の存在の条件について用いられる概念である。「高ストリンジェンシー」条件では、相補的な塩基を高頻度で有する配列からなる核酸の間でのみ塩基対合が起こる。例えばSNPなどの一塩基の差を検出することが必要な場合には、この「高ストリンジェンシー条件」を採用する。ストリンジェンシーを含むハイブリダイゼーション条件とその決定は当技術分野で周知であり、一般的な実験プロトコールに記載されている。
【0034】
以上のようにして、被検試料とプローブとを混合して、被検試料中の標的塩基配列とプローブとをハイブリダイズさせることにより、核酸アプタマーを形成させる。
【0035】
ステップ(b)においては、上記核酸アプタマーとリガンドとを、反応溶液中において1.8以上の双極子モーメントを有する化合物の存在下で反応させる。
【0036】
本発明は特定の原理又は機構に限定されるものではないが、本発明者はその1つとして次の反応機構を推測している。アプタマー法における核酸アプタマーとリガンドとの結合様式は疎水性相互作用に基づくものであり、この疎水性相互作用の強さは周囲の環境に左右されると考えられる。特に溶媒の極性に強く左右され、溶媒の極性が低いほど疎水性相互作用は弱まり、逆に極性が高いほど疎水性相互作用は高まる傾向にある。そこで本発明者は、試料溶液中に分子の極性が高い極性物質を添加することにより核酸アプタマーとリガンドの結合部位周辺の極性が高まり、疎水性相互作用が強まることによって結合親和性が高まり検出感度が向上すると推測した。
【0037】
極性物質の極性の強さは一般に双極子モーメントによって表すことができる。「双極子」とは、原子又は分子において正負の電荷の重心が一致しない場合に双極子を有するという。極性物質の双極子モーメントは、以下のように定義されている。まず物質分子内の正電荷及び負電荷それぞれの重心位置と正負等しい電気量を求め、重心位置間距離l(単位はストロングオーム)と電気量±q(単位はクーロン)の積(ql)を計算した値が双極子モーメント(単位はデバイ)である。従って、極性をもたない物質は双極子モーメントが0である。一般的に正負電荷の重心位置及び電気量は、物質分子の原子配置及び電子状態を半経験的電子軌道法などで計算をすることにより求められる。この計算方法を適用すると、例えば水の双極子モーメントは1.860デバイと求められ、これは実測値の1.855デバイとよく一致している。しかしながら双極子モーメントの上記計算方法は、あくまでも予測された近似値であり、真に正確な値が必要の場合には、物質の誘電率を実験によって測定し、誘電率から正確な双極子モーメントの値を求めることが可能である。
【0038】
本発明においては、核酸アプタマーとリガンドとを反応させる溶液中で双極子モーメントが大きい化合物を使用することができる。そのような化合物としては、上記溶液中でその溶液よりも大きい双極子モーメントを有する化合物が好ましい。核酸アプタマーとリガンドとを反応させる溶液の双極子モーメントはほぼ水のものと等しいと考えられるので、本発明において好ましい化合物の双極子モーメントは、溶液中において約1.8以上、より好ましくは約2.0〜約6.0である。本明細書中、「双極子モーメントを有する化合物」「双極子モーメントが大きい化合物」及び「極性化合物」という記載はいずれも溶液中において約1.8以上の双極子モーメントを有する化合物を表す。
【0039】
双極子モーメントが大きな化合物として、以下に示すものが挙げられ、括弧内に双極子モーメントの実測値を示す:テトラアルキルアンモニウムフルオリド(テトラメチルアンモニウムフルオリド(TMAF)、テトラエチルアンモニウムフルオリド(TEAF)、テトラブチルアンモニウムフルオリド(TBAF)、テトラオクチルアンモニウムフルオリド(TOAF)など)、ジメチルスルホン(4.43)、ピリダジン(4.22)、ニトロベンゼン(4.21)、β−プロピオラクトン(4.18)、ベンゾニトリル(4.14)、シス−2−ブテンニトリル(4.08)、プロピオニトリル(4.02)、アセトニトリル(3.93)、アクリロニトリル(3.89)、イソシアン化メチル(3.83)、マロノニトリル(3.74)、シアノアセチレン(3.72)、ホルムアミド(3.71)、ニトロエチレン(3.70)、ニトロメタン(3.46)、ピルボニトリル(3.45)、シクロペンタノン(3.30)、1,3,4−チアジアゾール(3.28)、s−trans−ホルミルシクロプロパン(3.26)、イソシアン酸メチル(3.18)、チオシアン酸メチル(3.16)、アクリルアルデヒド(3.12)、硝酸メチル(3.08)、アセトフェノン(3.00)、フッ化アセチル(2.96)、イソオキサゾール(2.95)、ショウノウ(2.95)、アセトン(2.90)、ベンズアルデヒド(2.76)、アセトアルデヒド(2.75)、s−cis−ホルミルシクロプロパン(2.74)、イソキノリン(2.53)、プロピオンアルデヒド(2.46)、cis−1,2−ジフルオロエチレン(2.42)、1,1,1−トリフルオロエタン(2.35)、ピリミジン(2.33)、ホルムアルデヒド(2.33)、トリフルオロ酢酸(2.3)、キノリン(2.22)、臭化t−ブチル(2.21)、ピリジン(2.15)、臭化プロピル(2.13)、塩化t−ブチル(2.12)、塩化プロピル(2.10)、フッ化ホルミル(2.08)、インドール(2.08)、クロロシクロペンタン(2.08)、1,3,5−トリオキサン(2.08)、塩化エチル(2.05)、trans−フッ化プロピル(2.05)、臭化エチル(2.01)、ヨウ化プロピル(2.01)、プロピレンオキシド(2.00)、trans−ギ酸エチル(1.98)、ジフルオロメタン(1.98)、フッ化エチル(1.96)、メチルチイラン(1.95)、オキセタン(1.93)、gauche−フッ化プロピル(1.90)、塩化メチル(1.89)、アジリジン(1.89)、cis−1,2−ジクロロエチレン(1.89)、エチレンオキシド(1.88)、フッ化メチル(1.86)。
【0040】
双極子モーメントを有する化合物としては、テトラアルキルアンモニウムフルオリド(TMAF,TEAF,TBAF,TOAFなど)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、メタノール、ポリエチレングリコール(PEG)、グリセリンを使用することが好ましい。
【0041】
本発明の標的塩基配列の検出方法において、双極子モーメントを有する化合物は、核酸アプタマーとリガンドとの反応時にその反応溶液中に該化合物が存在する限り、その使用形態は特に限定されない。例えば、核酸アプタマーを含む反応溶液にリガンドを添加する前、添加と同時又は添加後に、双極子モーメントを有する化合物を反応溶液中に添加することができる。あるいは、ステップ(b)はステップ(a)の前、同時又は後に行うことが可能であり、双極子モーメントを予め反応溶液中に添加し、その後、ステップ(a)の核酸アプタマー形成を行い、続いて核酸アプタマーとリガンドとを反応させることも可能である。さらに、標的塩基配列を含む試料、プローブ、リガンド及び双極子モーメントを有する化合物を一緒に混合して反応溶液を調製してもよい。
【0042】
双極子モーメントを有する化合物の添加量は、例えば、種々の濃度の該化合物の存在下における結合親和性の強度、すなわち結合親和性の化合物濃度依存性を測定することにより最適量を決定することができる。
【0043】
また反応させるリガンドは、上述したように核酸アプタマーが有する高次構造によって結合される、核酸以外の成分であれば特に限定されず、任意のものを用いることができる。本発明においては、スリーウェイジャンクション構造をとる核酸アプタマーと好適に結合することが知られているコール酸、及びコール酸の構造と同じステロイド骨格を有する化合物を用いることが好ましい。そのようなステロイド骨格を有する化合物としては、限定するものではないが、コール酸及びその誘導体、例えばリトコール酸、ケノデオキシコール酸、コール酸メチルエステル、リトコール酸メチルエステルなど、並びにその他のステロイド骨格を有する化合物、例えば5β−プレグナン−3α−オール−20−オン、trans−アンドロステロンなどが挙げられる。
【0044】
リガンドの量は、反応させる核酸アプタマーの量を考慮して適宜決定することができる。またリガンドは、後述する核酸アプタマーとの結合親和性を指標とする標的塩基配列の検出のために、標識物質で標識されていてもよい。そのような標識物質としては、蛍光分子(フルオレセン(FITC)、スルホローダミン(TR)、テトラメチルローダミン(TRITC)など)、発光物質(ルシフェリンなど)、酵素(アルカリホスファターゼなど)、複合体系(ビオチンーアビジン系など)などが挙げられる。
【0045】
反応溶液中において1.8以上の双極子モーメントを有する化合物の存在下で核酸アプタマーとリガンドとを反応させることによって、それらの結合が増強され、後述する結合親和性の変化を良好に観察できるようになる。
【0046】
ステップ(a)及びステップ(b)の後、核酸アプタマーとリガンドとの結合親和性を指標として標的塩基配列を検出する(ステップ(c))。本発明の検出方法においては、この核酸アプタマーとリガンドとの結合親和性を指標とすることにより、標的塩基配列とプローブとのハイブリダイゼーション、すなわち標的塩基配列を検出することができる。本発明において、「検出」とは、被検試料中に標的塩基配列が存在しているか否かを判定することを指し、場合により被検試料中に含まれる標的塩基配列の量(又は割合)を測定することをも指す。
【0047】
核酸アプタマーとリガンドとの結合親和性の変化の検出には、公知のあらゆる結合分析の原理を応用することができ、例えば限定されるものではないが、不均一系、均一系、表面プラズモン共鳴などが挙げられる。
【0048】
不均一系においては、標識プローブと標的塩基配列とのハイブリダイゼーションの結果として生じる核酸アプタマーを、固相上に固定化したリガンドにより捕捉することができる。固相に捕捉された(又は液相に残った)標識プローブを検出することによって、アプタマーとリガンドとの結合親和性の変化、すなわち標的塩基配列を検出することができる。
【0049】
均一系においては、蛍光分子と他の分子との結合によって生じる蛍光偏光という現象を利用することができる。蛍光偏光は、具体的には、プローブ又はリガンドを蛍光分子で標識し、核酸アプタマーとリガンドとの結合の結果生じる蛍光偏光を測定することによって、その結合親和性の変化を検出、すなわち標的塩基配列を検出することができる。蛍光分子としては、当該技術分野で公知のあらゆる蛍光分子を用いることができ、例えばフルオレセインイソチオシアネートなどが挙げられる。リガンドがそれ自体で蛍光を発するような化合物(例えばポルフィリン誘導体)である場合には、その蛍光を利用してアプタマーとの結合を検出することができる。
【0050】
表面プラズモン共鳴法(SPR)は、物質の結合を光学的に直接検出することができる方法であり、当該技術分野において周知である。表面プラズモン共鳴センサーは、金属薄膜近傍の媒質の屈折率の変化を測定することにより、生体分子の相互作用を測定する技術として知られている。SPRは、表面プラズモンが金属/液体界面(センサー表面)で励起した場合に起こり、試料と接触していない表面の側に光を当てて、そこから光を反射させると、SPRによって特定の組合せの角度及び波長で反射光強度が低下する(SPRシグナル発生)。センサー表面に結合した分子により、表面層近くでの屈折率に変化が生じ、それがSPRシグナルの変化として検出される。生体分子の相互作用によって、屈折率とSPRシグナルにさらなる変化が生じ、このシグナルの変化を検出することにより、生体分子の相互作用を測定することができる。本発明においては、例えば核酸アプタマーにより捕捉されるリガンドをチップ上に固定化することにより、標的塩基配列とプローブとのハイブリダイゼーションによって形成される核酸アプタマーの量(結合量)を、SPRシグナルの変化から測定することができる。SPRを利用することによって、標識物質を用いることなく検出を行うことが可能となる。
【0051】
上記の双極子モーメントを有する化合物の効果を、本発明の好ましい一実施態様により具体的に説明する。図2は、標的塩基配列を含む核酸アプタマー又は標的塩基配列と一塩基違いの塩基配列を含む核酸アプタマーに、蛍光分子(フルオレセインイソチオシアネート:FITC)で標識したコール酸を異なる濃度のTMAFの存在下で結合させ、蛍光分子の偏光度をそれぞれ測定し、標的塩基配列を含むアプタマーと標的塩基配列と一塩基違いの塩基配列を含む核酸アプタマーとの蛍光偏光度の差をTMAF濃度毎に示した図である。蛍光分子の偏光度は、蛍光分子の結合した物質の分子量に依存する傾向にあり、偏光度の値が大きい場合には、大きな分子量の物質に蛍光分子が結合していることを意味する。従って、蛍光分子を結合させたリガンドが、スリーウェイジャンクション構造を取る核酸アプタマーに結合した場合、核酸アプタマーの分子量がリガンドの分子量に比べて十分に大きいため、蛍光分子の偏光度が増大することになる。一方、核酸アプタマーがスリーウェイジャンクション構造を取らず、リガンドが結合しない場合には、蛍光分子の偏光度の変化は小さくなる。図2に示されるように、TMAFの添加によって、標的塩基配列を含む核酸アプタマーと標的塩基配列と一塩基違いの塩基配列を含む核酸アプタマーとの間の蛍光偏光度の差が大きく表れている。すなわち、本発明によれば、標的塩基配列の変異(例えば一塩基置換)に起因する核酸アプタマーとリガンドとの結合親和性の変化を、顕著な蛍光偏光度の差として検出することが可能となる。
【0052】
2.検出感度増強試薬
上記の核酸アプタマーとリガンドとの結合反応溶液中で1.8以上の双極子モーメントを有する化合物は、該化合物をそのまま、又は該化合物を含む溶液若しくは緩衝溶液の形態として、核酸アプタマーとリガンドとの結合親和性を増強し、その結合親和性の変化の検出感度を増強するための試薬として提供できる。
【0053】
また、本発明の検出感度増強試薬は、本明細書において詳述した標的塩基配列の検出方法だけではなく、核酸アプタマーとリガンドとの結合反応が関与する種々の方法に適用することができる。例えば、上記SELEX法において、特定のリガンドに対し結合親和性の高い核酸アプタマーをスクリーニングする場合に本発明の検出感度増強試薬を使用することができる。検出感度増強試薬の存在下にてリガンドと核酸アプタマーとの反応を行うことによって、スクリーニング時の結合親和性の測定を高感度に行うことができる。また、本発明の検出感度増強試薬を使用することにより、微量のリガンド又は核酸アプタマーを用いた場合であってもその結合親和性を高感度に検出することができる。
【0054】
3.標的塩基配列の検出用キット
本発明の検出用キットは、核酸プローブ、リガンド、及び検出感度増強試薬を含むことを特徴とする。本検出用キットは、アプタマー法を利用して標的塩基配列を検出するために有用である。
【0055】
「キット」とは、物質を供給するための供給システムを指し、容器に入れた反応試薬及び/又は補助物質を保管、輸送又は供給することができるシステムである。本発明の検出用キットにおいて、反応試薬としては、核酸プローブ、リガンド、検出感度増強試薬が含まれる。また補助物質として、限定されるものではないが、標識物質、緩衝液、使用説明書などが含まれていてもよい。本発明の検出用キットを利用することにより、標的塩基配列を非常に容易に検出することができる。
【0056】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。但し、本発明は下記実施例にその技術的範囲が限定されるものではない。
【0057】
〔実施例1〕双極子モーメントが大きい化合物の存在下におけるDNAアプタマーとリガンドの結合親和性の蛍光偏光度による測定
本実施例においては、双極子モーメントが大きい化合物の存在下における、標的塩基配列とプローブにより形成されたアプタマーと、リガンドとの結合の変化を調べた。すなわち、下記のポジティブ又はネガティブ標的塩基配列(下線部分がSNPに対応)と、下記の2分子のプローブにより、スリーウェイジャンクション構造を含む核酸アプタマーを形成させ、双極子モーメントが大きい化合物を添加した条件下で、ポジティブ標的塩基配列とネガティブ標的塩基配列とを用いた場合の核酸アプタマーとリガンドとの結合親和性の差異を、蛍光偏光度を測定して観察した。本実施例においては、ポジティブ標的塩基配列に含まれるSNPを検出することを目的とした。
【0058】
ポジティブ標的塩基配列(ポジティブコントロール用):5’−CCTAGCAGCGGAGCGGTGG−3’(配列番号1)
ネガティブ標的塩基配列(ネガティブコントロール用):5’−CCTAGCAGCGGAGCGGTGG−3’(配列番号2)
プローブa:5’−CCACCGCTCCACTCAACTGG−3’(配列番号3)
プローブA:5’−CCAGTTGAGTCGCTGCTAGG−3’(配列番号4)
【0059】
操作を簡単に説明すると、上記ポジティブ標的塩基配列又はネガティブ標的塩基配列と、プローブa及びプローブAの3分子のDNAをそれぞれ40nM含有するバッファー(組成:pH=7.6,50mM Tris−HCl,1M NaCl,30mM KCl,5mM MgCl)溶液を作製し、95℃で5分間かけて上記DNAを変性させ、30分間かけて20℃まで徐冷することによりスリーウェイジャンクション構造をとるアプタマーを形成した(図1)。この核酸アプタマー40nMを含むDNA溶液に、フルオレセインイソチオシアネート(FITC)標識したリガンドを1nM、極性物質としてテトラメチルアンモニウムフルオリド(TMAF;和光製)を0、0.1、0.3、1.0、3.0、10.0又は20.0%(w/v)の濃度になるように加えて、最終DNA濃度は20nMとなるようにした。この混合溶液100μlの蛍光偏光度を測定したところ、以下の表1に示す結果が得られた。
【0060】
なお、リガンドのFITC標識は以下の通りに行った。まず、コール酸(和光製)又はリトコール酸(和光製)1mmolを、tert−ブチルN−(3−アミノプロピル)カルバミド1mmol、1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミドハイドロクロライド(EDC)2mmol、1−ハイドロキシベンゾトリアゾール2mmol、及びジイソプロピルエチルアミン0.2mlと混合して、室温で24時間撹拌した。この混合液を酢酸エチル/1N水酸化ナトリウムで抽出し、有機層を1N塩酸で洗浄後、乾固した。得られた有機層を塩化メチレンとトリフルオロ酢酸に溶解し、1時間攪拌した。溶媒を留去後、酢酸エチル/1N水酸化ナトリウムで抽出し、有機層を濃縮乾固した。この粗生成物を精製後、FITC(Molecular Probes製)と等モルでアセトニトリル中に溶解し、1時間攪拌後、濃縮乾固してFITC標識したリガンドを得た。
【0061】
【表1】

Figure 2004229582
【0062】
ポジティブ標的塩基配列又はネガティブ標的塩基配列により形成されるアプタマーをそれぞれ図1A及びBに示す。ポジティブ標的塩基配列の場合にはSNPの塩基においてプローブとの結合が起こり、このスリーウェイジャンクション構造にリガンドは結合することができる。一方、ネガティブ標的塩基配列の場合にはSNPの塩基においてプローブとの結合がおこらず、リガンドは結合することはできない。従って、ポジティブ標的塩基配列とネガティブ標的塩基配列とではリガンドの結合親和性が異なるはずである。表1から明らかなように、ポジティブ配列又はネガティブ配列を用いた場合に、核酸アプタマーとリガンドとの結合親和性の変化が、リガンドを標識した蛍光の偏光度の差により証明された。すなわち、一塩基の違い(ポジティブ配列とネガティブ配列の差)により、核酸アプタマーとリガンドとの結合親和性が変化することが示された。また、偏光度の差異は極性物質の添加量に依存することが確認され、極性物質の存在下では核酸アプタマーとリガンドとの結合親和性の検出感度が向上することが示された。極性物質としてTMAFを用いた場合の添加量の最適領域は、表1に示すように、約1〜3%と評価される。表1のデータから逆算すると、極性物質を添加剤として試薬に加えることにより感度が2桁以上向上することが示された。
【0063】
【発明の効果】
本発明により、アプタマー法において、標的塩基配列を高感度に特異的に検出するための方法、並びに検出感度増強剤及び検出用キットが提供される。本発明では、微量の標的塩基配列に対しても高感度で検出を行うことができるため、あらゆる試料中の標的塩基配列の検出に有用である。
【0064】
【配列表】
Figure 2004229582
Figure 2004229582
【0065】
【配列表フリーテキスト】
配列番号1〜4:合成オリゴヌクレオチド
【図面の簡単な説明】
【図1】標的塩基配列とプローブとにより形成されるアプタマーの構造を示す図である。Aはポジティブ標的塩基配列の場合、Bはネガティブ標的塩基配列の場合のアプタマーの構造を示す。
【図2】双極子モーメントが大きい化合物としてテトラメチルアンモニウムフルオリド(TMAF)を種々の濃度(%)で添加した場合の、アプタマーとリガンドとの結合親和性の変化(偏光度差)を示すグラフである。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for specifically detecting a specific base sequence (hereinafter, referred to as a target base sequence) present in a sample with high sensitivity, and a detection sensitivity enhancing reagent and a detection kit used for the method.
[0002]
[Prior art]
As a method for detecting a target base sequence, there is a method utilizing hybridization between complementary base sequences represented by the Southern hybridization method. However, a nucleic acid having a complementary base sequence causes hybridization even if both base sequences are not completely complementary, so that a single nucleotide such as a single nucleotide polymorphism (hereinafter, referred to as SNP) is generated. Cannot be directly detected by the method using hybridization. As a SNP detection method, for example, a PCR-SSCP method or the like is known, but it is not suitable for processing a large amount of a sample because electrophoresis is required.
[0003]
On the other hand, there is a small nucleic acid molecule having a specific structure called an “aptamer” that specifically binds to a specific biological substance (ligand) such as a protein based on a principle different from a complementary base sequence. Aptamer search is performed by a technique called SELEX (Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment) that selects a larger nucleic acid molecule in vitro by utilizing affinity with a ligand (Non-Patent Document 1). In the SELEX method, a library of RNA having a random base sequence is brought into contact with a ligand, the substance bound to the ligand is recovered, amplified by the RT-PCR method, and the RNA using the amplified and purified product as a template is transcribed and re-transferred. This is a method for obtaining a nucleic acid having a high binding affinity to a certain ligand by repeating the step of contacting the ligand. In addition, as a completely new approach to the detection of target nucleic acids, a method of detecting a target nucleotide sequence using the binding affinity between a nucleic acid aptamer and a ligand without using hybridization between complementary nucleotide sequences so far ( Hereinafter, referred to as the “aptamer method”) (see Patent Document 1). The aptamer method is a method of forming a nucleic acid aptamer containing a probe capable of hybridizing to a target base sequence and detecting the target base sequence using the binding affinity between the nucleic acid aptamer and a ligand as an index. The magnitude of the binding affinity between a nucleic acid aptamer and a ligand depends on the base sequence that maintains the structure of the nucleic acid aptamer, and even a single nucleotide substitution in the base sequence greatly changes the binding affinity. Then, mutation such as SNP in the target base sequence can be detected. As described above, in the aptamer method, detection is performed using the binding affinity between a nucleic acid aptamer and a ligand as an index, but in order to reduce the required amount of a sample to be detected, that is, it is possible to detect a very small amount of a sample. Therefore, it is required to further increase the binding affinity between the nucleic acid aptamer and the ligand.
[0004]
[Patent Document 1]
International Publication Number WO01 / 44509 A1
[Non-patent document 1]
Bock, L .; C. et al. , Nature (UK), 1992, 355 (6360), p. 564-566
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, the present invention provides a method for detecting a target base sequence, a detection sensitivity enhancement reagent and a detection kit, which can enhance the binding affinity between a nucleic acid aptamer and a ligand and enable detection even at a low concentration of the target base sequence in a sample. The task is to provide.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
One of the binding modes of a nucleic acid aptamer and a ligand in the aptamer method for detecting a target base sequence is based on a hydrophobic interaction, and the strength of the hydrophobic interaction is considered to depend on the surrounding environment. In particular, it strongly depends on the polarity of the solvent. The lower the polarity of the solvent, the weaker the hydrophobic interaction, and the higher the polarity, the higher the hydrophobic interaction. By adding a polar substance having a high molecular polarity (compound having a hyperbolic moment of 1.8 or more) to the reaction solution, the polarity around the binding site between the nucleic acid aptamer and the ligand is increased, and the hydrophobic interaction is increased. It has been found that the stronger the action, the higher the binding affinity and the higher the detection sensitivity. The present invention has been completed based on such findings.
[0007]
That is, the present invention is a method for detecting a target base sequence in a test sample, and the detection method includes the following steps.
(A) mixing a test sample with a probe capable of hybridizing with a target base sequence to form a nucleic acid aptamer in which the target base sequence and the probe in the test sample have hybridized;
(B) reacting the nucleic acid aptamer and the ligand in a reaction solution in the presence of a compound having a dipole moment of 1.8 or more; and
(C) detecting a target base sequence using the binding affinity between the nucleic acid aptamer and the ligand as an index.
[0008]
In the above detection method, as the compound having a dipole moment of 1.8 or more in the reaction solution, for example, tetraalkylammonium fluoride (TMAF), tetraethylammonium fluoride (TEAF) , Tetrabutylammonium fluoride (TBAF), and tetraoctylammonium fluoride (TOAF). In the above detection method, examples of the target base sequence include those containing a single nucleotide polymorphism (SNP). Further, it is preferable to use a compound having a steroid skeleton as the ligand.
[0009]
In the above detection method, the detection is performed, for example, by a change in a signal generated from a labeling substance that labels the ligand. Here, it is preferable to use a fluorescent molecule as the labeling substance, in which case the polarization of the fluorescence is detected as a change in the signal.
[0010]
The present invention is also a detection sensitivity enhancing reagent comprising a compound having a dipole moment of 1.8 or more in a solution.
[0011]
Regarding the detection sensitivity enhancing reagent, examples of the compound having a dipole moment of 1.8 or more in an aqueous solution include tetraalkylammonium fluoride, such as tetramethylammonium fluoride (TMAF) and tetraethylammonium fluoride (TEAF). ), Tetrabutylammonium fluoride (TBAF), and tetraoctylammonium fluoride (TOAF).
[0012]
Further, the present invention is a kit for detecting a target base sequence, comprising a nucleic acid probe, a ligand, and the above-mentioned detection sensitivity enhancing reagent.
[0013]
In the above detection kit, the ligand is, for example, a compound having a steroid skeleton, and is preferably labeled with a fluorescent molecule.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
[0015]
The present invention is based on the finding that the binding affinity between a nucleic acid aptamer and a ligand is enhanced in the presence of a compound having a large dipole moment (ie, a compound having a large polarity). Therefore, the present invention is useful in various methods involving the binding reaction between such a nucleic acid aptamer and a ligand, but typically, the target base sequence is determined using the binding affinity between the nucleic acid aptamer and the ligand as an index. It can be suitably applied to a detection method (aptamer method).
[0016]
Hereinafter, the method for detecting a target base sequence of the present invention, and the detection sensitivity enhancing reagent and kit will be described.
[0017]
1. Target nucleotide sequence detection method
The method for detecting a target nucleotide sequence of the present invention is based on the aptamer method, and determines the binding affinity between a target nucleotide sequence in a test sample and a nucleic acid aptamer formed by a probe capable of hybridizing to the nucleotide sequence with a ligand. A method for detecting the target base sequence as an indicator, characterized in that a compound having a dipole moment of 1.8 or more in the reaction solution is added to the reaction solution. The aptamer method is a phenomenon in which the structure of an aptamer formed by a specific base sequence and a probe changes depending on whether or not the target base sequence is included, which also changes the binding affinity between the aptamer and the ligand. Is used to detect a target base sequence. A method for detecting a target base sequence using such an aptamer method is known, and for details, refer to Patent Document 1, for example.
[0018]
Therefore, the method for detecting a target base sequence of the present invention includes, for example, the following steps:
(A) mixing a test sample with a probe capable of hybridizing with a target base sequence to form a nucleic acid aptamer in which the target base sequence and the probe in the test sample have hybridized;
(B) reacting the nucleic acid aptamer and the ligand in a reaction solution in the presence of a compound having a dipole moment of 1.8 or more; and
(C) detecting a target base sequence using the binding affinity between the nucleic acid aptamer and the ligand as an index.
[0019]
In the present invention, “nucleic acid aptamer” or “aptamer” is a nucleic acid having a binding activity to a specific ligand, and has at least one set of complementary base sequences within a molecule or between molecules. Refers to nucleic acid molecules made up by sequence hybridization. The nucleic acid aptamer having a suitable structure in the present invention includes, for example, a double-stranded portion (hybrid) formed by hybridization of the complementary base sequence, and a single-stranded portion that does not form a hybrid. Those having a higher-order structure unique to the aptamer in which the moiety is formed by hydrogen bonding, stacking, hydrophobic interaction, and the like. Such higher-order structures include, in addition to generally known stem-loop, stem-bulge, and pseudoknot structures, the features of both the stem-loop and stem-bulge described in Patent Document 1. It refers to a stem-junction structure (such as a three-way junction) and the like, and the nucleic acid aptamer in the present invention is not particularly limited as long as it has these higher-order structures, but a nucleic acid aptamer having a three-way junction structure is preferable.
[0020]
This conformation is important for the binding affinity of the nucleic acid aptamer to the ligand, and under conditions that do not conform to the nucleic acid aptamer (ie, do not form a nucleic acid hybrid), the binding affinity is lost.
[0021]
On the other hand, “ligand” refers to any component other than nucleic acid bound by the higher-order structure of a nucleic acid aptamer. To date, proteins and various low molecular weight compounds having binding affinity to nucleic acid aptamers have been reported. For example, amino acids (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90, 3680-3684, 1993), nucleotides (Nature 364, 550-553, 1993; Biochemistry 34, 656-665, 1995), coenzyme A (Biochemistry, 53). 4663, 1998), theophylline (Science 263, 1425-1429, 1994), aminoglycoside antibiotics (Biochemistry 35, 12338-12346, 1996), organic dyes (Nature 355, 850-852, 19992), porphyrin derivatives (Biochem 35). , 6911-6922, 1996), and cholic acid (Patent Document 1).
[0022]
In step (a), a test sample and a probe capable of hybridizing with a target base sequence are mixed. Thereby, when the target base sequence is present in the test sample, a nucleic acid aptamer in which the target base sequence is hybridized with the probe is formed.
[0023]
In the present invention, the “test sample” refers to a sample for which it is desired to determine whether or not a target base sequence is present, and is typically a biological sample (eg, whole blood, plasma, serum, urine, body fluid, etc.). , Saliva, etc.) and animal or plant cells or tissue cultures as long as they contain nucleic acids. The test sample can be prepared by appropriately using a method well known in the art. Generally, a test sample is prepared by extracting a nucleic acid (DNA or RNA). For example, when extracting DNA, a method of performing phenol extraction and ethanol precipitation, a method using glass beads, etc., and when extracting RNA, a guanidine-cesium chloride ultracentrifugation method, a hot phenol method, or an AGPC method is used. Etc. can be used.
[0024]
The term “target base sequence” refers to a base sequence containing a specific sequence for which detection is desired, and specific sequences for which such detection is desired include, for example, mutant sequences, polymorphic sequences, and the like. "Polymorphism" refers to the presence of one or more forms of a gene or a part thereof at the same time, and a portion of a gene in which at least two different forms, that is, two different base sequences are present, is defined as a polymorphic region. Called. Polymorphic regions include, for example, genetic polymorphisms such as single nucleotide polymorphisms (SNPs), which differ in various alleles. In the present invention, the target base sequence is preferably a sequence containing a single nucleotide polymorphism (SNP).
[0025]
In the present invention, “probe” or “nucleic acid probe” refers to a nucleic acid that can hybridize with a target base sequence contained in a test sample. In the present invention, “hybridize” or “hybridization” refers to specific binding of two or more nucleic acids based on their complementarity. Therefore, a “hybridizable probe” can be said to be a nucleic acid having a base sequence complementary to the target base sequence. "Complementary" or "complementarity" is a concept used for nucleic acids having a base-pairing relationship, and complementarity is defined as "partial", that is, only a certain number of bases in a nucleic acid are paired. It may be such that they match according to a rule, or the whole may be completely complementary. Other nucleic acid analogs (eg, IsoC / IsoG base pairs) or nucleic acid analogs used to base pair with natural nucleic acids are also included within the above definitions of “complementary” and “complementary”. Thus, it can be said to be complementary to the base-pairing partner.
[0026]
The probe is designed so that the structure of the nucleic acid aptamer formed by the target base sequence and the probe changes depending on the presence or absence of a specific sequence of the target base sequence, and the binding affinity with the ligand changes. For example, when the structure of the nucleic acid aptamer to be formed is a three-way junction structure, it is necessary that all three base pair bonds at the junction are completely complementary. Those skilled in the art can design an appropriate probe in consideration of the type of the target base sequence and the aptamer structure.
[0027]
For example, the design of a probe in the case where the target base sequence contains an SNP and the nucleic acid aptamer to be formed has a three-way junction structure will be briefly described with reference to FIG. Three-way junction refers to a structure in which three nucleic acid strands form a double strand with each other, resulting in three double-stranded nucleic acids interleaving at one site (FIG. 1A). That is, three stems (double strands) intersect at one place, and three complementary base pairs of six bases constitute a three-way junction. In the detection of the target base sequence, an aptamer structure (ie, a three-way junction structure) is formed by using one of the three nucleic acid strands as the target base sequence and two as probes. Then, when the binding of the complementary base pairs at the junction portion is completely complementary to all three, the ligand can bind to the three-way junction structure. Therefore, the probe is designed so that the binding of the complementary base pair at the junction is completely complementary.
[0028]
As shown in FIG. 1A, when an SNP (base G) of a positive target base sequence is to be detected, a probe A and a probe a that are complementary to the target base sequence are designed. At this time, it should be noted that the base G corresponding to the SNP in the target base sequence constitutes a junction part of the three-way junction, and that all the junctions are completely complementary. Probe A is composed of a portion complementary to the target base sequence and a portion complementary to probe a. Probe a is composed of a part complementary to the target base sequence and a part complementary to probe A. The probe A and the probe a may be separate nucleic acid molecules, or may be, for example, a single nucleic acid molecule having a hairpin structure. Those skilled in the art can determine, based on the base sequence of the target base sequence, the base sequence of a probe that can hybridize under specific conditions manually or by using known probe design software. .
[0029]
When the probe designed as described above is brought into contact with the target base sequence, they hybridize to form the aptamer structure shown in FIG. 1A. The junction of the aptamer structure binds with perfect complementarity, and the ligand can bind to this structure because the higher order structure of the aptamer is retained in a specific structure. On the other hand, a base sequence (negative base sequence) having a SNP (base C) different from the target SNP (base G) has an aptamer structure different from the aptamer structure formed by the target base sequence, as shown in FIG. 1B. To form That is, at the junction of the three-way junction structure, the base C corresponding to the SNP is not bonded to the probe due to complementarity. The binding affinity of the ligand for such aptamer structure differs from that of FIG. 1A above, and the affinity is low.
[0030]
In addition, the length (size) of the designed probe must be appropriately changed according to the type of the target base sequence, the type of the nucleic acid aptamer structure, the hybridization conditions, and the like. For example, when the target base sequence contains an SNP and two probes are designed so that the nucleic acid aptamer takes a three-way junction structure, the length of each probe is 8 to 60 bases, preferably 16 to 30 bases. It can be base length.
[0031]
Whether or not the designed probe appropriately hybridizes to the target nucleotide sequence can be confirmed using known probe design software. Examples of such software include GENETYX (manufactured by Genetics). Is mentioned.
[0032]
The probe may be any nucleic acid molecule or a derivative thereof as long as it can hybridize with the target base sequence to form a nucleic acid aptamer. Specifically, nucleic acid molecules include nucleic acid molecules isolated from natural sources (eg, DNA, RNA, etc.) or chemically synthesized nucleic acid molecules (eg, amplification products, etc.), derivatives of nucleic acids including synthetic nucleotide derivatives, Alternatively, it may be a derivative of a nucleic acid whose skeleton is composed of a peptide bond or an alkyl chain. Probes can be generated by any technique known in the art, for example, chemical synthesis, DNA replication, reverse transcription, PCR, or a combination thereof.
[0033]
The method of mixing the test sample and the probe prepared as described above is not particularly limited. For example, a method of adding a test sample to a solution containing a probe or a method of mixing the test sample with a solution containing a probe can be used. The mixing condition is not particularly limited as long as the target base sequence in the test sample and the probe can hybridize. Hybridization depends on the complementarity between the nucleic acids, the stringency of the conditions employed, and the T of the hybrid formed. m The hybridization conditions are appropriately determined in consideration of these factors. “Stringency” is a concept used for conditions such as temperature, ionic strength, and the presence of other compounds when performing hybridization. Under "high stringency" conditions, base pairing occurs only between nucleic acids consisting of sequences having a high frequency of complementary bases. For example, when it is necessary to detect a single base difference such as SNP, the “high stringency condition” is adopted. Hybridization conditions, including stringency, and their determination are well known in the art and are described in general experimental protocols.
[0034]
As described above, the nucleic acid aptamer is formed by mixing the test sample and the probe and hybridizing the probe with the target base sequence in the test sample.
[0035]
In step (b), the nucleic acid aptamer and the ligand are reacted in a reaction solution in the presence of a compound having a dipole moment of 1.8 or more.
[0036]
Although the present invention is not limited to a particular principle or mechanism, the present inventors speculate on one of the following reaction mechanisms. The binding mode between the nucleic acid aptamer and the ligand in the aptamer method is based on a hydrophobic interaction, and the strength of the hydrophobic interaction is considered to depend on the surrounding environment. In particular, it strongly depends on the polarity of the solvent. The lower the polarity of the solvent, the weaker the hydrophobic interaction, and the higher the polarity, the higher the hydrophobic interaction. Therefore, the present inventor has found that by adding a polar substance having a high molecular polarity to a sample solution, the polarity around the binding site between the nucleic acid aptamer and the ligand is increased, and the binding affinity is increased by increasing the hydrophobic interaction. Guessed to improve.
[0037]
The polarity strength of a polar substance can generally be represented by a dipole moment. A "dipole" is said to have a dipole if the centers of gravity of the positive and negative charges in an atom or molecule do not match. The dipole moment of a polar substance is defined as follows. First, the quantity of electricity equal to the center of gravity of each of the positive and negative charges in the material molecule is calculated, and the product (ql) of the distance l between the centers of gravity (unit: strong ohm) and the quantity of electricity ± q (unit: coulomb) is calculated. The value obtained is the dipole moment (the unit is Debye). Therefore, a substance having no polarity has a dipole moment of zero. In general, the position of the center of gravity of positive and negative charges and the quantity of electricity can be obtained by calculating the atomic arrangement and electronic state of a substance molecule by a semi-empirical electron orbital method. When this calculation method is applied, for example, the dipole moment of water is obtained as 1.860 Debye, which is in good agreement with the measured value of 1.855 Debye. However, the above calculation method of the dipole moment is only an approximate value that is predicted, and when a truly accurate value is required, the dielectric constant of the substance is measured by experiment, and the exact dipole moment of the substance is calculated from the dielectric constant. It is possible to determine the value.
[0038]
In the present invention, a compound having a large dipole moment in a solution for reacting a nucleic acid aptamer with a ligand can be used. As such a compound, a compound having a larger dipole moment in the solution than in the solution is preferable. Since the dipole moment of the solution in which the nucleic acid aptamer is reacted with the ligand is considered to be almost equal to that of water, the dipole moment of the compound preferred in the present invention is about 1.8 or more, more preferably about 2 0.0 to about 6.0. In this specification, the terms “compound having a dipole moment”, “compound having a large dipole moment”, and “polar compound” all indicate a compound having a dipole moment of about 1.8 or more in a solution.
[0039]
Compounds having a large dipole moment include those shown below, and the measured value of the dipole moment is shown in parentheses: tetraalkylammonium fluoride (tetramethylammonium fluoride (TMAF), tetraethylammonium fluoride (TEAF)) , Tetrabutylammonium fluoride (TBAF), tetraoctylammonium fluoride (TOAF), dimethyl sulfone (4.43), pyridazine (4.22), nitrobenzene (4.21), β-propiolactone (4). .18), benzonitrile (4.14), cis-2-butenenitrile (4.08), propionitrile (4.02), acetonitrile (3.93), acrylonitrile (3.89), methyl isocyanide (3.83), malononitrile (3.7 ), Cyanoacetylene (3.72), formamide (3.71), nitroethylene (3.70), nitromethane (3.46), pyrvonitrile (3.45), cyclopentanone (3.30), 1, 3,4-thiadiazole (3.28), s-trans-formylcyclopropane (3.26), methyl isocyanate (3.18), methyl thiocyanate (3.16), acrylaldehyde (3.12), Methyl nitrate (3.08), acetophenone (3.00), acetyl fluoride (2.96), isoxazole (2.95), camphor (2.95), acetone (2.90), benzaldehyde (2.9%). 76), acetaldehyde (2.75), s-cis-formylcyclopropane (2.74), isoquinoline (2.53), propionaldehyde Hyd (2.46), cis-1,2-difluoroethylene (2.42), 1,1,1-trifluoroethane (2.35), pyrimidine (2.33), formaldehyde (2.33), Trifluoroacetic acid (2.3), quinoline (2.22), t-butyl bromide (2.21), pyridine (2.15), propyl bromide (2.13), t-butyl chloride (2.2). 12), propyl chloride (2.10), formyl fluoride (2.08), indole (2.08), chlorocyclopentane (2.08), 1,3,5-trioxane (2.08), chloride Ethyl (2.05), trans-propyl fluoride (2.05), ethyl bromide (2.01), propyl iodide (2.01), propylene oxide (2.00), trans-ethyl formate (1 .98), difluorometa (1.98), ethyl fluoride (1.96), methylthiirane (1.95), oxetane (1.93), gauche-propyl fluoride (1.90), methyl chloride (1.89), aziridine (1.89), cis-1,2-dichloroethylene (1.89), ethylene oxide (1.88), methyl fluoride (1.86).
[0040]
As the compound having a dipole moment, it is preferable to use tetraalkylammonium fluoride (TMAF, TEAF, TBAF, TOAF, etc.), dimethyl sulfoxide (DMSO), methanol, polyethylene glycol (PEG), and glycerin.
[0041]
In the method for detecting a target base sequence of the present invention, the form of use of the compound having a dipole moment is not particularly limited as long as the compound is present in the reaction solution at the time of reacting the nucleic acid aptamer with the ligand. For example, a compound having a dipole moment can be added to the reaction solution before, simultaneously with, or after the addition of the ligand to the reaction solution containing the nucleic acid aptamer. Alternatively, step (b) can be performed before, simultaneously with, or after step (a), in which a dipole moment is added to the reaction solution in advance, and then the nucleic acid aptamer formation of step (a) is performed. To react the nucleic acid aptamer with the ligand. Further, a reaction solution may be prepared by mixing together a sample containing a target base sequence, a probe, a ligand, and a compound having a dipole moment.
[0042]
The optimal amount of the compound having a dipole moment can be determined, for example, by measuring the strength of the binding affinity in the presence of various concentrations of the compound, that is, the dependence of the binding affinity on the concentration of the compound. it can.
[0043]
The ligand to be reacted is not particularly limited as long as it is a component other than nucleic acid that is bound by the higher-order structure of the nucleic acid aptamer as described above, and any ligand can be used. In the present invention, it is preferable to use cholic acid, which is known to suitably bind to a nucleic acid aptamer having a three-way junction structure, and a compound having the same steroid skeleton as the structure of cholic acid. Such compounds having a steroid skeleton include, but are not limited to, cholic acid and derivatives thereof, such as lithocholic acid, chenodeoxycholic acid, cholic acid methyl ester, and lithocholic acid methyl ester, and other compounds having a steroid skeleton. For example, 5β-pregnane-3α-ol-20-one, trans-androsterone and the like can be mentioned.
[0044]
The amount of the ligand can be appropriately determined in consideration of the amount of the nucleic acid aptamer to be reacted. Further, the ligand may be labeled with a labeling substance for detecting a target base sequence using the binding affinity to a nucleic acid aptamer described later as an index. Such labeling substances include fluorescent molecules (fluorescein (FITC), sulforhodamine (TR), tetramethylrhodamine (TRITC), etc.), luminescent substances (luciferin, etc.), enzymes (alkaline phosphatase, etc.), complex systems (biotin- Avidin type).
[0045]
By reacting the nucleic acid aptamer with the ligand in the presence of a compound having a dipole moment of 1.8 or more in the reaction solution, the binding between them is enhanced, and a change in the binding affinity described below can be favorably observed. become.
[0046]
After step (a) and step (b), the target base sequence is detected using the binding affinity between the nucleic acid aptamer and the ligand as an index (step (c)). In the detection method of the present invention, the hybridization between the target base sequence and the probe, that is, the target base sequence can be detected by using the binding affinity between the nucleic acid aptamer and the ligand as an index. In the present invention, “detection” refers to determining whether or not a target base sequence is present in a test sample, and in some cases, the amount (or ratio) of the target base sequence contained in the test sample. Also refers to measuring
[0047]
To detect a change in the binding affinity between the nucleic acid aptamer and the ligand, any known binding analysis principle can be applied. Examples thereof include, but are not limited to, a heterogeneous system, a homogeneous system, and surface plasmon resonance. Is mentioned.
[0048]
In a heterogeneous system, a nucleic acid aptamer resulting from hybridization of a labeled probe to a target base sequence can be captured by a ligand immobilized on a solid phase. By detecting the labeled probe captured on the solid phase (or remaining in the liquid phase), a change in the binding affinity between the aptamer and the ligand, that is, the target base sequence can be detected.
[0049]
In a homogeneous system, a phenomenon called fluorescence polarization caused by the binding of a fluorescent molecule to another molecule can be used. Specifically, the fluorescence polarization is obtained by labeling a probe or ligand with a fluorescent molecule and measuring the fluorescence polarization resulting from the binding between the nucleic acid aptamer and the ligand to detect a change in the binding affinity, that is, the target base sequence. Can be detected. As the fluorescent molecule, any fluorescent molecule known in the art can be used, such as fluorescein isothiocyanate. When the ligand is a compound that emits fluorescence by itself (for example, a porphyrin derivative), the binding to the aptamer can be detected using the fluorescence.
[0050]
Surface plasmon resonance (SPR) is a method that can directly detect the binding of a substance optically, and is well known in the art. A surface plasmon resonance sensor is known as a technique for measuring the interaction of biomolecules by measuring a change in the refractive index of a medium near a metal thin film. SPR occurs when surface plasmons are excited at the metal / liquid interface (sensor surface), and irradiates light to the side of the surface that is not in contact with the sample, and reflects light from it, which gives the SPR a specific combination. The reflected light intensity decreases with the angle and wavelength (SPR signal generation). Molecules bound to the sensor surface cause a change in the refractive index near the surface layer, which is detected as a change in the SPR signal. Further changes in the refractive index and the SPR signal are caused by the interaction of the biomolecules, and by detecting the change in the signal, the interaction of the biomolecules can be measured. In the present invention, for example, by immobilizing a ligand captured by a nucleic acid aptamer on a chip, the amount (binding amount) of a nucleic acid aptamer formed by hybridization between a target base sequence and a probe can be changed by changing the SPR signal. Can be measured from By using SPR, detection can be performed without using a labeling substance.
[0051]
The effect of the compound having the above-mentioned dipole moment will be specifically described with reference to a preferred embodiment of the present invention. FIG. 2 shows that a nucleic acid aptamer containing a target base sequence or a nucleic acid aptamer containing a base sequence having a difference of one base from the target base sequence was treated with cholic acid labeled with a fluorescent molecule (fluorescein isothiocyanate: FITC) in the presence of TMAF at different concentrations. The figure shows the difference in the degree of fluorescence polarization between an aptamer containing a target base sequence and a nucleic acid aptamer containing a base sequence that differs from the target base sequence by one base at each TMAF concentration by measuring the polarization degrees of the fluorescent molecules. It is. The degree of polarization of the fluorescent molecule tends to depend on the molecular weight of the substance to which the fluorescent molecule is bound. When the value of the degree of polarization is large, it means that the fluorescent molecule is bound to a substance having a large molecular weight. Therefore, when the ligand to which the fluorescent molecule is bound binds to a nucleic acid aptamer having a three-way junction structure, the degree of polarization of the fluorescent molecule increases because the molecular weight of the nucleic acid aptamer is sufficiently larger than the molecular weight of the ligand. Become. On the other hand, when the nucleic acid aptamer does not have a three-way junction structure and the ligand does not bind, the change in the degree of polarization of the fluorescent molecule is small. As shown in FIG. 2, the difference in the degree of fluorescence polarization between a nucleic acid aptamer containing a target base sequence and a nucleic acid aptamer containing a base sequence having a difference of one base from the target base sequence is greatly exhibited by the addition of TMAF. That is, according to the present invention, it is possible to detect a change in the binding affinity between a nucleic acid aptamer and a ligand caused by a mutation (for example, a single base substitution) in a target base sequence as a remarkable difference in the degree of fluorescence polarization. .
[0052]
2. Detection sensitivity enhancement reagent
The compound having a dipole moment of 1.8 or more in the above-mentioned binding reaction solution between the nucleic acid aptamer and the ligand can be prepared by using the compound as it is or as a solution containing the compound or in the form of a buffer solution. It can be provided as a reagent for enhancing the binding affinity and enhancing the detection sensitivity of the change in the binding affinity.
[0053]
Further, the detection sensitivity enhancing reagent of the present invention can be applied not only to the method for detecting a target base sequence described in detail in the present specification, but also to various methods involving a binding reaction between a nucleic acid aptamer and a ligand. For example, in the above-mentioned SELEX method, the detection sensitivity enhancing reagent of the present invention can be used when screening a nucleic acid aptamer having a high binding affinity for a specific ligand. By performing the reaction between the ligand and the nucleic acid aptamer in the presence of the detection sensitivity enhancing reagent, the binding affinity at the time of screening can be measured with high sensitivity. In addition, by using the detection sensitivity enhancing reagent of the present invention, even when a small amount of a ligand or a nucleic acid aptamer is used, its binding affinity can be detected with high sensitivity.
[0054]
3. Kit for detection of target nucleotide sequence
The detection kit of the present invention is characterized by including a nucleic acid probe, a ligand, and a detection sensitivity enhancing reagent. The present detection kit is useful for detecting a target nucleotide sequence using the aptamer method.
[0055]
"Kit" refers to a supply system for supplying a substance, and is a system that can store, transport, or supply a reaction reagent and / or an auxiliary substance contained in a container. In the detection kit of the present invention, the reaction reagent includes a nucleic acid probe, a ligand, and a detection sensitivity enhancing reagent. The auxiliary substance may include, but is not limited to, a labeling substance, a buffer, an instruction manual, and the like. By using the detection kit of the present invention, the target base sequence can be detected very easily.
[0056]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the technical scope of the present invention is not limited to the following examples.
[0057]
Example 1 Measurement of Binding Affinity of DNA Aptamer and Ligand in the Presence of Compound with Large Dipole Moment by Fluorescence Polarization
In this example, changes in the binding between a ligand and an aptamer formed by a target base sequence and a probe in the presence of a compound having a large dipole moment were examined. That is, a condition in which a nucleic acid aptamer containing a three-way junction structure is formed by the following positive or negative target base sequence (the underlined portion corresponds to SNP) and the following two molecules of a probe, and a compound having a large dipole moment is added: Below, the difference in the binding affinity between the nucleic acid aptamer and the ligand when using the positive target base sequence and the negative target base sequence was observed by measuring the degree of fluorescence polarization. The purpose of this example was to detect SNPs contained in the positive target base sequence.
[0058]
Positive target base sequence (for positive control): 5'-CCTAGCAGC G GGAGCGGTGG-3 ′ (SEQ ID NO: 1)
Negative target base sequence (for negative control): 5'-CCTAGCAGC C GGAGCGGTGG-3 ′ (SEQ ID NO: 2)
Probe a: 5′-CCACCGCTCCACTCAACTGG-3 ′ (SEQ ID NO: 3)
Probe A: 5'-CCAGTTGAGTCGCTGCTAGG-3 '(SEQ ID NO: 4)
[0059]
Briefly describing the operation, a buffer (composition: pH = 7.6, 50 mM Tris-HCl, 1M) containing 40 nM each of the above-mentioned positive target base sequence or negative target base sequence and DNA of three molecules of probe a and probe A was used. NaCl, 30 mM KCl, 5 mM MgCl 2 A) A solution was prepared, the DNA was denatured at 95 ° C. for 5 minutes, and gradually cooled to 20 ° C. for 30 minutes to form an aptamer having a three-way junction structure (FIG. 1). To a DNA solution containing 40 nM of the nucleic acid aptamer, 1 nM of a fluorescein isothiocyanate (FITC) -labeled ligand and 0, 0.1, 0.3, 1.0 of tetramethylammonium fluoride (TMAF; manufactured by Wako) as a polar substance were added. The final DNA concentration was 20 nM, in addition to a concentration of 3.0, 10.0 or 20.0% (w / v). When the fluorescence polarization of 100 μl of the mixed solution was measured, the results shown in Table 1 below were obtained.
[0060]
The FITC labeling of the ligand was performed as follows. First, 1 mmol of cholic acid (manufactured by Wako) or lithocholic acid (manufactured by Wako) is mixed with 1 mmol of tert-butyl N- (3-aminopropyl) carbamide and 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride (EDC). ) 2 mmol, 2 mmol of 1-hydroxybenzotriazole, and 0.2 ml of diisopropylethylamine, and stirred at room temperature for 24 hours. The mixture was extracted with ethyl acetate / 1N sodium hydroxide, and the organic layer was washed with 1N hydrochloric acid and dried. The obtained organic layer was dissolved in methylene chloride and trifluoroacetic acid and stirred for 1 hour. After evaporating the solvent, the mixture was extracted with ethyl acetate / 1N sodium hydroxide, and the organic layer was concentrated to dryness. After purification, the crude product was dissolved in acetonitrile in an equimolar amount to FITC (manufactured by Molecular Probes), stirred for 1 hour, and concentrated to dryness to obtain a FITC-labeled ligand.
[0061]
[Table 1]
Figure 2004229582
[0062]
Aptamers formed by positive or negative target nucleotide sequences are shown in FIGS. 1A and 1B, respectively. In the case of a positive target base sequence, binding to the probe occurs at the base of the SNP, and a ligand can bind to this three-way junction structure. On the other hand, in the case of a negative target base sequence, the base does not bind to the probe at the SNP base, and the ligand cannot bind. Therefore, the binding affinity of the ligand should be different between the positive target base sequence and the negative target base sequence. As is clear from Table 1, when the positive sequence or the negative sequence was used, the change in the binding affinity between the nucleic acid aptamer and the ligand was proved by the difference in the degree of polarization of the fluorescence labeled with the ligand. That is, it was shown that the difference in single base (difference between the positive sequence and the negative sequence) changed the binding affinity between the nucleic acid aptamer and the ligand. In addition, it was confirmed that the difference in the degree of polarization was dependent on the amount of the polar substance added, and it was shown that the detection sensitivity of the binding affinity between the nucleic acid aptamer and the ligand was improved in the presence of the polar substance. As shown in Table 1, the optimum range of the addition amount when TMAF is used as the polar substance is estimated to be about 1 to 3%. Back calculation from the data in Table 1 shows that adding a polar substance to the reagent as an additive improves sensitivity by more than two orders of magnitude.
[0063]
【The invention's effect】
According to the present invention, a method for specifically detecting a target base sequence with high sensitivity in an aptamer method, and a detection sensitivity enhancer and a detection kit are provided. In the present invention, detection can be performed with high sensitivity even for a small amount of a target base sequence, so that it is useful for detecting a target base sequence in any sample.
[0064]
[Sequence list]
Figure 2004229582
Figure 2004229582
[0065]
[Sequence List Free Text]
SEQ ID NOS: 1-4: synthetic oligonucleotides
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing the structure of an aptamer formed by a target base sequence and a probe. A shows the structure of the aptamer in the case of the positive target base sequence, and B shows the structure of the aptamer in the case of the negative target base sequence.
FIG. 2 is a graph showing changes in binding affinity between aptamer and ligand (difference in polarization) when tetramethylammonium fluoride (TMAF) is added at various concentrations (%) as a compound having a large dipole moment. It is.

Claims (14)

被検試料中の標的塩基配列を検出する方法であって、以下のステップ:
(a)被検試料と、標的塩基配列とハイブリダイズ可能なプローブとを混合することにより、該被検試料中の標的塩基配列とプローブとがハイブリダイズした核酸アプタマーを形成させるステップ、
(b)上記核酸アプタマーとリガンドとを、反応溶液中において1.8以上の双極子モーメントを有する化合物の存在下で反応させるステップ、及び
(c)上記核酸アプタマーとリガンドとの結合親和性を指標として標的塩基配列を検出するステップ、
を含むものである、上記検出方法。
A method for detecting a target base sequence in a test sample, comprising the following steps:
(A) mixing a test sample with a probe capable of hybridizing with a target base sequence to form a nucleic acid aptamer in which the target base sequence and the probe in the test sample have hybridized;
(B) reacting the nucleic acid aptamer and the ligand in a reaction solution in the presence of a compound having a dipole moment of 1.8 or more, and (c) indicating the binding affinity between the nucleic acid aptamer and the ligand Detecting the target base sequence as
The above-described detection method, comprising:
前記化合物がテトラアルキルアンモニウムフルオリドである、請求項1記載の検出方法。The detection method according to claim 1, wherein the compound is a tetraalkylammonium fluoride. 前記テトラアルキルアンモニウムフルオリドが、テトラメチルアンモニウムフルオリド(TMAF)、テトラエチルアンモニウムフルオリド(TEAF)、テトラブチルアンモニウムフルオリド(TBAF)、及びテトラオクチルアンモニウムフルオリド(TOAF)からなる群より選択されるものである、請求項2記載の検出方法。The tetraalkylammonium fluoride is selected from the group consisting of tetramethylammonium fluoride (TMAF), tetraethylammonium fluoride (TEAF), tetrabutylammonium fluoride (TBAF), and tetraoctylammonium fluoride (TOAF). The detection method according to claim 2, wherein 前記標的塩基配列が一塩基多型(SNP)を含むものである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の検出方法。The detection method according to any one of claims 1 to 3, wherein the target base sequence contains a single nucleotide polymorphism (SNP). 前記リガンドがステロイド骨格を有する化合物である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の検出方法。The detection method according to any one of claims 1 to 4, wherein the ligand is a compound having a steroid skeleton. 前記検出が、リガンドを標識する標識物質から発生するシグナルの変化により行われる、請求項1〜5のいずれか1項に記載の検出方法。The detection method according to any one of claims 1 to 5, wherein the detection is performed by a change in a signal generated from a labeling substance that labels the ligand. 前記標識物質が蛍光分子である、請求項6記載の検出方法。The detection method according to claim 6, wherein the labeling substance is a fluorescent molecule. 前記シグナルの変化が蛍光の偏光である、請求項6記載の検出方法。7. The detection method according to claim 6, wherein the change in the signal is polarization of fluorescence. 溶液中において1.8以上の双極子モーメントを有する化合物を含むことを特徴とする検出感度増強試薬。A detection sensitivity enhancing reagent comprising a compound having a dipole moment of 1.8 or more in a solution. 前記化合物がテトラアルキルアンモニウムフルオリドである、請求項9記載の検出感度増強試薬。The detection sensitivity enhancing reagent according to claim 9, wherein the compound is a tetraalkylammonium fluoride. 前記テトラアルキルアンモニウムフルオリドが、テトラメチルアンモニウムフルオリド(TMAF)、テトラエチルアンモニウムフルオリド(TEAF)、テトラブチルアンモニウムフルオリド(TBAF)、及びテトラオクチルアンモニウムフルオリド(TOAF)からなる群より選択されるものである、請求項10記載の検出感度増強試薬。The tetraalkylammonium fluoride is selected from the group consisting of tetramethylammonium fluoride (TMAF), tetraethylammonium fluoride (TEAF), tetrabutylammonium fluoride (TBAF), and tetraoctylammonium fluoride (TOAF). The detection sensitivity-enhancing reagent according to claim 10, which is a reagent. 核酸プローブ、リガンド、及び請求項9〜11のいずれか1項に記載の検出感度増強試薬を含むことを特徴とする標的塩基配列の検出用キット。A kit for detecting a target base sequence, comprising a nucleic acid probe, a ligand, and the detection sensitivity enhancing reagent according to any one of claims 9 to 11. 前記リガンドがステロイド骨格を有する化合物である、請求項12記載の検出用キット。The detection kit according to claim 12, wherein the ligand is a compound having a steroid skeleton. 前記リガンドが蛍光分子で標識されたものである、請求項12記載の検出用キット。The detection kit according to claim 12, wherein the ligand is labeled with a fluorescent molecule.
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