JP2005192418A - Simple method for detecting specific sequence to be detected - Google Patents

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Masaaki Kobayashi
正昭 小林
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for detecting SNP (single nucleotide polymorphism) or a point mutation of a gene by which the detection accuracy and reproducibility are high and detection can be carried out by simple operation. <P>SOLUTION: This method for detection comprises the following steps. (A) A step of designing an oligonucleotide of an FRET (fluorescence resonance energy transfer) primer so that a specific sequence to be detected is located in the FRET primer, (B) a step of modifying the 5'-terminus or the side of the 5'-terminus of the designed oligonucleotide with a fluorescent substance, modifying the interior of the oligonucleotide chain with a quencher so as to sandwich the specific sequence to be detected and affording the FRET primer, (C) a step of amplifying a target gene containing the specific sequence to be detected by a gene amplifying method, (D) a step of making a restriction enzyme recognizing the specific sequence to be detected act on the resultant amplification product and (E) a step of detecting the presence or absence of the emission of fluorescence at a specified wavelength caused by energy transition in the FRET primer. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、検出すべきDNA配列、遺伝子の一塩基置換SNP(single nucleotide polymorphism:人の遺伝コード中の変種)または点突然変異の配列等、検出すべき配列の簡易検出方法に関し、詳しくは、蛍光共鳴エネルギー遷移(FRET:fluorescence resonance energy transfer)プライマーを用いた、検出精度や再現性が高く、かつ、簡便な操作で検出を行うことのできる検出すべき配列の簡易検出方法に関する。   The present invention relates to a simple detection method of a sequence to be detected, such as a DNA sequence to be detected, a single nucleotide polymorphism (NP) of a gene or a sequence of a point mutation, The present invention relates to a simple detection method of a sequence to be detected, which uses a fluorescence resonance energy transfer (FRET) primer and has high detection accuracy and reproducibility and can be detected by a simple operation.

ヒトの姿形が千差万別であるように、30億からなる遺伝暗号も個人間で比較するとかなり多くの部位で異なっている。この遺伝子暗号の違いは遺伝子多型(ポリモルフィズム)と呼ばれ、代表的な遺伝子多型として一塩基多型(SNP)が知られている。   As the human figure is different, the genetic code consisting of 3 billion is different in many parts when compared between individuals. This difference in gene code is called gene polymorphism (polymorphism), and single nucleotide polymorphism (SNP) is known as a typical gene polymorphism.

SNPとは、複数の個体間における一塩基の違いを意味する。SNP部位は、ヒドゲノム中に300万〜1000万箇所あると考えられている。これらSNPには、タンパク質の発現調節又は機能等に影響を与えるものがあり、体質や疾病に対する易罹患性等の個人差に関与しているものがあると考えられている。従って、SNPに関する情報を得ることによって、個人体質に応じた医療(オーダーメイド医療)を行うことができる。このため、SNPの発見及び同定が盛んに行われており、すでに多数のSNPが報告されている。   SNP means a single base difference among a plurality of individuals. There are 3 to 10 million SNP sites in the genome. Some of these SNPs affect the regulation or function of protein expression, and some are considered to be involved in individual differences such as constitution and susceptibility to diseases. Therefore, by obtaining information on the SNP, it is possible to perform medical care (custom-made medical care) according to the personal constitution. For this reason, discovery and identification of SNPs are actively performed, and many SNPs have already been reported.

現在までに、SNPを有する既知の配列を検出する方法は、数多く報告されている。例えば、タックマンPCR法は、リアルタイム検出PCR法(非特許文献1;特許文献1)を基に、蛍光標識したアレル(対立遺伝子)特異的オリゴヌクレオチドと検出対象のSNPを含む鋳型DNAとTaq DNAポリメラーゼによるPCRを利用した方法である(非特許文献2、3)。   To date, many methods for detecting known sequences with SNPs have been reported. For example, the Taqman PCR method is based on a real-time detection PCR method (Non-patent Document 1; Patent Document 1), a template DNA containing a fluorescently labeled allele (allele) -specific oligonucleotide, a SNP to be detected, and Taq DNA polymerase. This is a method using PCR according to (Non-Patent Documents 2 and 3).

しかし、タックマンPCR法を用いてSNPの検出を行う場合、タックマンプローブの厳密な設計(Tmの計算)が必要であり、SNPを含む鋳型の配列によっては設計が困難な場合がある。さらに、ミスアニーリングなどにより、非特異的な蛍光強度の増加などもしばしば観察されることから、リアルタイムPCR装置による解析が必要な場合がある。   However, when detecting a SNP using the Tuckman PCR method, it is necessary to design the Tacman probe strictly (calculation of Tm), and the design may be difficult depending on the sequence of the template containing the SNP. In addition, non-specific increase in fluorescence intensity is often observed due to mis-annealing and the like, so analysis by a real-time PCR apparatus may be necessary.

また、インベーダー法とは、タイピング対象のSNPを含むDNAと、タイピング対象のSNPのそれぞれのアレルに特異的な2種類のレポータープローブ及び1種類のインベーダープローブと、DNAの構造を認識して切断する特殊なエンドヌクレアーゼ活性を有する酵素(例えば、cleavase)とを用いる方法である(非特許文献3〜5等)。インベーダー法は、SNPの種類によらずプローブを設計することが可能であるが、cleavaseを働かせるためにゲノムDNA、アレルプローブおよびインベーダープローブをSNPの位置で3重にする必要がある。そのため、複雑なハイブリダイゼーションが必要であり、簡便さに欠ける。   The invader method recognizes and cleaves DNA containing a SNP to be typed, two types of reporter probes and one type of invader probe specific to each allele of the SNP to be typed, and the DNA structure. This is a method using an enzyme having a special endonuclease activity (for example, cleavase) (Non-patent Documents 3 to 5). In the invader method, it is possible to design a probe regardless of the type of SNP. However, in order for cleavase to work, it is necessary to triple the genomic DNA, allele probe and invader probe at the position of the SNP. Therefore, complicated hybridization is required and lacks convenience.

さらに、SniPer法は、RCA(rolling circle amplification)法と呼ばれる手法を基本原理とするものであり、環状の一本鎖DNAを鋳型としてDNAポリメラーゼ(主としてBstポリメラーゼ)がその上を移動しながら相補鎖DNAを連続して合成していくものである。この方法によれば、DNA増幅が起こった場合に生じる発色反応の有無を測定することによってSNPをタイピングすることができる(非特許文献6、7)。しかし、Bstポリメラーゼを働かせるために、パドロックプローブの設計とライゲーション反応が必要である。また、RCA法では一本鎖DNAが連続合成されるため、それに相補的な蛍光修飾プローブのハイブリダイゼーションも必要となり、煩雑である。   Furthermore, the SniPer method is based on a technique called RCA (rolling cycle amplification) method, and a complementary strand is formed while a circular single-stranded DNA is used as a template and DNA polymerase (mainly Bst polymerase) moves on it. It synthesizes DNA continuously. According to this method, SNPs can be typed by measuring the presence or absence of a color reaction that occurs when DNA amplification occurs (Non-Patent Documents 6 and 7). However, padlock probe design and ligation reactions are required to make Bst polymerase work. In addition, since single-stranded DNA is continuously synthesized in the RCA method, hybridization with a fluorescent modification probe complementary thereto is necessary, which is complicated.

その他に、SNP検出、解析を行う手段としては、DNAシーケンス法(塩基配列決定法)、PCR−SSCP(Polymerase chain reaction−single strand conformation polymorphism)法、アレル特異的ハイブリダイゼーション法、DNAチップ法等が挙げられる。   Other means for detecting and analyzing SNP include DNA sequencing (base sequence determination), PCR-SSCP (polymerase chain reaction-single strand conformation polymorphism), allele-specific hybridization, DNA chip, and the like. Can be mentioned.

このうちDNAシーケンス法は、マキサム・ギルバート法とサンガー(ダイデオキシ)法があるが、現在は主にダイデオキシ法が用いられている。ヒトの遺伝子の解析したい領域をPCR法(ポリミラーゼ連鎖反応法)で増幅したのち、PCR法で用いたプライマー若しくは増幅DNA内に設定したプライマーを用いてシーケンスを行い、当領域内の遺伝子配列を決定する。この操作を異なるサンプルDNAを用いて行うことで、遺伝子の一塩基置換SNPと点突然変異を検出する。   Among these, the DNA sequencing method includes the Maxam-Gilbert method and the Sanger (dideoxy) method, but currently the dideoxy method is mainly used. Amplify the region of the human gene that you want to analyze using the PCR method (polymirase chain reaction method), and then sequence using the primers used in the PCR method or primers set in the amplified DNA to determine the gene sequence in this region. To do. By performing this operation using different sample DNAs, single nucleotide substitution SNPs and point mutations of the gene are detected.

また、PCR−SSCP法は、ヒトの遺伝子の解析したい領域をPCR法で増幅した後、熱変性で一本鎖にし、これを非変性ポリアクリルアミドゲル中で電気泳動を行うことで、PCR法で増幅した2本鎖DNAのそれぞれの鎖に2次構造(分子内水素結合)を形成させる。一塩基配列の違いによって取る2次構造(分子内水素結合)が異なるため、電気泳動距離の違いによって遺伝子の一塩基置換SNPと点突然変異を検出する。   The PCR-SSCP method is a PCR method in which a region to be analyzed of a human gene is amplified by the PCR method and then made into a single strand by heat denaturation and electrophoresed in a non-denaturing polyacrylamide gel. A secondary structure (intramolecular hydrogen bond) is formed in each strand of the amplified double-stranded DNA. Since the secondary structure (intramolecular hydrogen bond) taken depends on the difference in single nucleotide sequence, the single nucleotide substitution SNP and point mutation of the gene are detected based on the difference in electrophoresis distance.

さらに、アレル特異的ハイブリダイゼーション法では、解析したい領域をPCR法で増幅した後、メンブレン(ナイロンフィルター)の領域内に20塩基程度のPCR産物若しくはオリゴヌクレオチドプローブを作成し、そこに放射性同位元素32Pなどで標識したサンプルDNA(被検出DNA)をハイブリダイゼーションさせるものである。その際の温度等のハイブリダイゼーション条件を調節することで、遺伝子の一塩基性SNPと点突然変異を放射性同位元素の強度の差で検出する。   Furthermore, in the allele-specific hybridization method, a region to be analyzed is amplified by the PCR method, and then a PCR product or oligonucleotide probe of about 20 bases is prepared in the membrane (nylon filter) region, and the radioisotope 32P is prepared there. The sample DNA (DNA to be detected) labeled with the above is hybridized. By adjusting hybridization conditions such as temperature at that time, a single basic SNP and a point mutation of the gene are detected by the difference in the intensity of the radioisotope.

さらにまた、DNAチップ法は、原理的にはアレル特異的ハイブリダイゼーション法とほぼ同じであるが、20塩基程度のPCR産物若しくはオリゴヌクレオチドプローブを固定相(基盤上)に並べ、そこに蛍光標識したサンプルDNA(被検出DNA)をハイブリダイゼーションさせるものである。温度等のハイブリダイゼーション条件を調節することで、ヒトの遺伝子の一塩基置換SNPと点突然変異を蛍光強度の差によって検出するものである。   Furthermore, the DNA chip method is almost the same as the allele-specific hybridization method in principle, but a PCR product or oligonucleotide probe of about 20 bases is arranged on a stationary phase (on the substrate) and fluorescently labeled there. Sample DNA (DNA to be detected) is hybridized. By adjusting hybridization conditions such as temperature, single base substitution SNPs and point mutations in human genes are detected by the difference in fluorescence intensity.

アレル特異的ハイブリダイゼーション法におけるハイブリダイゼーションの場合は、DNAを放射性同位元素で標織するために、放射性同位元素の取り扱いと管理に多大な費用がかかる点が問題である。また、DNAチップ法の場合は、蛍光色素で標識すると、蛍光色素の大きな分子構造のために十分な頻度で蛍光がDNAに取りこまれないことから、蛍光標識プローブの蛍光強度が高くないことと、蛍光の退色及びガラス等の基盤の有する蛍光(背景部分の蛍光)が問題になる。   In the case of hybridization in the allele-specific hybridization method, since DNA is weaved with a radioisotope, there is a problem that handling and management of the radioisotope is very expensive. In the case of the DNA chip method, if the fluorescent dye is labeled, the fluorescence is not taken into the DNA with sufficient frequency due to the large molecular structure of the fluorescent dye. Fluorescence fading and fluorescence of the substrate such as glass (fluorescence of the background portion) are problems.

こうした問題を踏まえて、特許文献2では、遺伝子の一塩基置換SNPと点突然変異を検出する方法、並びに検出装置及び検出チップに係る新たな技術が報告されているが、この技術では、DNAチップ法と同様に、プローブとなるオリゴヌクレオチドの基板への固定化や、DNAのハイブリダイゼーション、さらに非特異的な吸着を押えるための洗浄操作などが必要であり、検出操作が煩雑であると言える。   In view of these problems, Patent Document 2 reports a method for detecting a single nucleotide substitution SNP and a point mutation of a gene, and a new technology relating to a detection device and a detection chip. Similarly to the method, it is necessary to immobilize oligonucleotides serving as probes on a substrate, to hybridize DNA, and to perform washing operations to suppress nonspecific adsorption, and the detection operation is complicated.

また、SNPを伴う鋳型を識別できるようにデザインしたPCRプライマーを用いてPCR増幅を行うことにより、正常及び変異対立遺伝子を識別検出するPCR−ARMS(Amplification Refractory mutaion system)法などもある(非特許文献8)。ARMSは、対立遺伝子特異的PCR(allele−specific PCR)(非特許文献9)あるいはPCR amplification of specific alleles(PASA)(非特許文献10)とも呼ばれている。ARMSの主な利点は、増幅ステップと診断ステップが一緒になっており、ルーチンの臨床診断では時間的に効率の良い方法と言える点である。しかし、増幅ステップと診断ステップを同時に行うこの手法は、2つのステップを別々に行う他の手法(例えば、PCRを行った後に制限酵素分析を行う方法:RFLP(Restriction Fragment Length Polymorphism))ほど信頼性は高くない。   In addition, there is also a PCR-ARMS (Amplification Refractory Mutation System) method in which normal and mutant alleles are discriminated and detected by performing PCR amplification using PCR primers designed so that templates with SNPs can be identified (non-patented). Reference 8). ARMS is also called allele-specific PCR (Non-patent Document 9) or PCR amplification of specific alleles (PASA) (Non-patent Document 10). The main advantage of ARMS is that the amplification and diagnosis steps are combined, making it a time efficient method for routine clinical diagnosis. However, this method of performing the amplification step and the diagnosis step at the same time is as reliable as other methods of performing the two steps separately (for example, a method of performing restriction enzyme analysis after performing PCR: Restriction Fragment Length Polymorphism). Is not expensive.

PCR−RFLP(非特許文献11、12)は、制限酵素の認識配列を有する対立遺伝子の識別に適用できるため、増幅産物の分析に最も早くから用いられた方法の一つである。また、制限酵素の認識配列を有していない対立遺伝子を識別するために、位置指定変異導入(site−directed mutagenesis)を利用して、天然に存在するほとんどすべてのDNA多型に適応させたA−RFLP(Artificial−RFLP)なども報告されている。しかし、RFLPは制限酵素反応後、ゲル電気泳動等により生成物を分離し解析する必要があるため、手順がやや煩雑である。
特表平6−500021号公報 特開2001−050931号公報 Proc. Natl. Acad. Sci. USA, Vol.88, pp.7276-7280, August 1991, Biochemistry Livak,K.J.Genet.Anal.14,143(1999) Morris T.et al.,J.Clin.Microbiol.34,2933(1996) Livak, K.J.Biomol.Eng.14,143-149(1999) Lyamichev, V.et al.,Science,260,778-783(1993) Lizardi,P.M.et al.,Nature Genet.,19,225-232(1998) Piated, A.S.et al.,Nature Biotech.,16,359-363(1998) Newton, C.R.,Markham, A.F.(1989) Analysis of any point mutation in DNA. The amplification refractory mutation system(ARMS). Nucleic Acid Res.17,2503-2516 Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 86, 2757-2760 Methods Enzymol. 218, 388−402 Haliassos, A. et al., Nucleic Acids Research, 17:3606,1989;Haliassos A. et al., Nucleic Acids Research, 17:8093-8099, 1989 川上文清ほか、細胞工学、15:1637-1643、1996
PCR-RFLP (Non-Patent Documents 11 and 12) is one of the earliest methods used to analyze amplification products because it can be used to identify alleles that have restriction enzyme recognition sequences. In addition, site-directed mutagenesis is used to identify alleles that do not have restriction enzyme recognition sequences, and is adapted to almost all naturally occurring DNA polymorphisms. -RFLP (Artificial-RFLP) has also been reported. However, since RFLP needs to separate and analyze products by gel electrophoresis after a restriction enzyme reaction, the procedure is somewhat complicated.
Japanese Patent Publication No. 6-500021 JP 2001-050931 A Proc. Natl. Acad. Sci. USA, Vol. 88, pp. 7276-7280, August 1991, Biochemistry Livak, KJGenet.Anal. 14, 143 (1999) Morris T. et al., J. Clin. Microbiol. 34, 2933 (1996) Livak, KJ Biomol. Eng. 14, 143-149 (1999) Lyamichev, V. et al., Science, 260,778-783 (1993) Lizardi, PMet al., Nature Genet., 19, 225-232 (1998) Piated, ASet al., Nature Biotech., 16, 359-363 (1998) Newton, CR, Markham, AF (1989) Analysis of any point mutation in DNA.The amplification refractory mutation system (ARMS). Nucleic Acid Res. 17,2503-2516 Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 86, 2757-2760 Methods Enzymol. 218, 388-402 Haliassos, A. et al., Nucleic Acids Research, 17: 3606,1989; Haliassos A. et al., Nucleic Acids Research, 17: 8093-8099, 1989 Fumiyoshi Kawakami et al., Cell Engineering, 15: 1637-1643, 1996

上述のように、SNPの検出方法に関しては、様々に検討、提案がなされてきているが、夫々に問題点を有するものであり、未だ十分な技術は確立されていなかった。従って、従来の方法におけるような問題点を有さず、かつ、操作が簡易で検出結果の信頼性が高い検出技術が求められていた。   As described above, various studies and proposals have been made regarding SNP detection methods, but each has its own problems, and sufficient techniques have not yet been established. Therefore, there has been a demand for a detection technique that does not have the problems as in the conventional method, is simple in operation, and has high detection result reliability.

そこで本発明の目的は、上記従来技術の問題点を踏まえて、高検出精度でかつ再現性良く、検出すべき特定配列を簡便な操作で検出する方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for detecting a specific sequence to be detected with a simple operation with high detection accuracy and good reproducibility in light of the above-described problems of the prior art.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、FRETとRFLPを利用した新たな手法により、上記目的を達成し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that the above object can be achieved by a new method using FRET and RFLP, and have completed the present invention.

即ち、本発明の、検出すべき特定配列の簡易検出方法は、
(A)検出すべき特定配列がFRETプライマー内にくるように、該FRETプライマーのオリゴヌクレオチドを設計する工程と、
(B)設計したオリゴヌクレオチドの5’末端または5’末端側に蛍光物質を修飾し、前記検出すべき特定配列を挟み込むように消光物質を該オリゴヌクレオチド鎖内に修飾してFRETプライマーを得る工程と、
(C)遺伝子増幅法により、前記検出すべき特定配列を含む標的遺伝子を増幅する工程と、
(D)得られた増幅産物に、前記検出すべき特定配列を認識する制限酵素を作用させる工程と、
(E)FRETプライマー内のエネルギー転移に起因する特定波長の蛍光発生の有無を検出する工程と、
を含むことを特徴とするものである。
That is, the simple detection method of the specific sequence to be detected according to the present invention is as follows.
(A) designing the oligonucleotide of the FRET primer so that the specific sequence to be detected is in the FRET primer;
(B) A step of modifying the fluorescent substance at the 5 ′ end or 5 ′ end side of the designed oligonucleotide and modifying the quenching substance in the oligonucleotide chain so as to sandwich the specific sequence to be detected to obtain a FRET primer When,
(C) amplifying a target gene containing the specific sequence to be detected by a gene amplification method;
(D) allowing the restriction enzyme that recognizes the specific sequence to be detected to act on the obtained amplification product;
(E) detecting the presence or absence of fluorescence generation at a specific wavelength resulting from energy transfer in the FRET primer;
It is characterized by including.

本発明において、前記検出すべき特定配列として、DNA配列、一塩基置換SNPまたは点突然変異の配列を好適に挙げることができる。また、前記工程(C)における遺伝子増幅法として、PCR法またはLAMP法を好適に採用することができる。さらに、前記工程(D)において前記検出すべき特定配列を認識する制限酵素がない場合、位置指定変異導入(site−directed mutagenesis)を利用したA−RFLP(Artificial−RFLP)を好適に採用することができる。さらにまた、前記工程(B)における前記蛍光物質は、好ましくはFAMであり、また、前記消光物質は、好ましくはDabcylである。   In the present invention, preferred examples of the specific sequence to be detected include DNA sequences, single nucleotide substitution SNPs, and point mutation sequences. Further, as the gene amplification method in the step (C), a PCR method or a LAMP method can be suitably employed. Furthermore, when there is no restriction enzyme that recognizes the specific sequence to be detected in the step (D), A-RFLP (Artificial-RFLP) using site-directed mutagenesis is preferably employed. Can do. Furthermore, the fluorescent material in the step (B) is preferably FAM, and the quenching material is preferably Dabcyl.

DNA配列、一塩基置換SNPまたは点突然変異の配列等、検出すべき特定配列(以下「一塩基ミスマッチ」と総称するが、この一塩基ミスマッチには、一塩基ミスマッチ以外の調べたいDNA配列も含むものとする)をFRETプライマーを用いて検出する本発明の方法は、タックマンPCR、インベーダー法、RCA法等に比べ、FRETプローブの設計が容易である。また、DNAチップ法、インベーダー法のようなハイブリダイゼーションプロセスが不要であり、さらに、一塩基ミスマッチの検出に制限酵素反応を利用しているので、従来技術に比べ、検出精度、再現性、簡便性などの点で優れている。また、A−RFLP法と比べても、制限酵素反応後のゲル電気泳動ステップを設ける必要がなく、非常に簡便である。このように、従来の技術では、一塩基ミスマッチを検出する場合、複雑かつ厳密な検出を行う必要があったが、本発明では、簡単かつ正確に一塩基ミスマッチの検出が可能であり、臨床検査現場などでの簡易診断法として、非常に有効な手段である。   Specific sequences to be detected, such as DNA sequences, single base substitution SNPs or point mutation sequences (hereinafter collectively referred to as “single base mismatches”), this single base mismatch includes DNA sequences to be examined other than single base mismatches. In the method of the present invention for detecting FMU using a FRET primer, the design of a FRET probe is easier than that of Taqman PCR, invader method, RCA method and the like. In addition, a hybridization process such as DNA chip method and invader method is not required, and furthermore, a restriction enzyme reaction is used for detection of single-base mismatch, so that detection accuracy, reproducibility, and simplicity are easier than in the prior art. It is excellent in the point. Further, compared with the A-RFLP method, it is not necessary to provide a gel electrophoresis step after the restriction enzyme reaction, which is very simple. As described above, in the conventional technique, when detecting a single base mismatch, it was necessary to perform complicated and strict detection. However, in the present invention, a single base mismatch can be detected easily and accurately, and clinical tests are performed. This is a very effective means as a simple diagnostic method in the field.

以下、本発明の実施の形態につき具体的に説明する。
先ず工程(A)において、図1(A)に示すように、標的DNA(鋳型DNA)内の検出すべき一塩基ミスマッチの配列がFRETプライマー内にくるように、このFRETプライマーのオリゴヌクレオチドを設計する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described.
First, in step (A), as shown in FIG. 1 (A), the FRET primer oligonucleotide is designed so that the sequence of the single-base mismatch to be detected in the target DNA (template DNA) is in the FRET primer. To do.

次に、工程(B)において、設計したオリゴヌクレオチドの5’末端に蛍光物質を修飾し、かつ一塩基ミスマッチを挟み込むように消光物質をこのオリゴヌクレオチド鎖内に修飾する。この際、3’末端側は工程(C)における増幅反応における伸長反応に利用するので、未修飾のままにする。なお、通常、タックマンプローブやモレキュラービーコンは、伸長反応を起こさないように3’末端をリン酸化などにより不活性化する。図1(A)に示す状態では、FRETが起こっているため、蛍光物質に特定の波長の光(例えば、蛍光物質がFAMの場合には約490nmの光)を当てても、蛍光を発することはない。   Next, in step (B), the fluorescent substance is modified at the 5 'end of the designed oligonucleotide, and the quencher is modified in this oligonucleotide chain so as to sandwich a single base mismatch. At this time, the 3 'end side is used for the extension reaction in the amplification reaction in the step (C), and is left unmodified. In general, Taqman probes and molecular beacons are inactivated by phosphorylation or the like at the 3 'end so as not to cause an extension reaction. In the state shown in FIG. 1A, since FRET occurs, even if light having a specific wavelength is applied to the fluorescent material (for example, light of about 490 nm when the fluorescent material is FAM), fluorescence is emitted. There is no.

図1(B)は、実際に作製したFRETプライマーの配列であり、5’末端に蛍光物質として6−FAMが、また鎖内に消光物質としてDabcylが修飾してある。この配列では、5’末端から数えて9番目の塩基Tが一塩基ミスマッチで、下線で示した配列(ACGTGT)は、制限酵素Af1 IIIの認識配列となっている。なお、蛍光物質の修飾は5’末端に限定されず、図1(C)に示すように、設計したオリゴヌクレオチドの5’末端側であっても同様の効果を得ることができる。   FIG. 1B shows the sequence of the actually prepared FRET primer, which is modified with 6-FAM as a fluorescent substance at the 5 'end and Dabcyl as a quencher within the chain. In this sequence, the 9th base T counted from the 5 'end is a single base mismatch, and the underlined sequence (ACGTGT) is a recognition sequence for the restriction enzyme Af1 III. The modification of the fluorescent substance is not limited to the 5 'end, and the same effect can be obtained even on the 5' end side of the designed oligonucleotide as shown in FIG. 1 (C).

5’末端または5’末端側を修飾する蛍光物質としては、FAMの他に、HEX、TET、Fluorescein、Cy3,Cy3.5,Cy5,Cy5.5、TAMRA、ROX、Texas Red、Oregon Green等、多数の既知のものを使用することができ、特に制限されるべきものではない。また消光物質としてはDabcylの他に,Black Hole Quencher、TAMRA等を挙げることができ、エネルギー転移が起こる物質であれば、特に制限されるべきものではない。   As a fluorescent substance for modifying the 5 ′ end or 5 ′ end, in addition to FAM, HEX, TET, Fluorescein, Cy3, Cy3.5, Cy5, Cy5.5, TAMRA, ROX, Texas Red, Oregon Green, etc. Many known ones can be used and should not be particularly limited. In addition to Dabcyl, examples of the quenching material include Black Hole Quencher, TAMRA, and the like, and any material that causes energy transfer is not particularly limited.

次に、工程(C)において、遺伝子増幅法により、一塩基ミスマッチを含む標的DNAを増幅する。かかる遺伝子増幅法としては、プライマーのアニーリング、伸長反応などを利用する遺伝子増幅法を広く採用することができ、特に制限されるべきものではないが、PCR(Polymerase Chain Reaction)法およびLAMP(Loop mediated isothermal amplification)法などの既知の手法を好適に採用することができる。図2(A)は、作製したFRETプライマーを用いてPCRなどのDNA増幅反応により標的DNAが増幅される工程を示す。この増幅工程の操作により、図2(B)に示すFRETプライマーを含む増幅産物が得られる。   Next, in step (C), a target DNA containing a single base mismatch is amplified by a gene amplification method. As such a gene amplification method, a gene amplification method utilizing primer annealing, extension reaction, etc. can be widely adopted, and should not be particularly limited, but is not limited to PCR (Polymerase Chain Reaction) method and LAMP (Loop mediated) A known method such as isothermal amplification method can be suitably employed. FIG. 2A shows a process in which target DNA is amplified by a DNA amplification reaction such as PCR using the prepared FRET primer. By the operation of this amplification step, an amplification product containing the FRET primer shown in FIG. 2 (B) is obtained.

次に、工程(D)において、得られた増幅産物に、図3(A)に示す制限酵素サイトにて、一塩基ミスマッチを含む配列を認識する制限酵素を作用させる。この際、図3(B)の「1.ミスマッチなし」に示すように、鋳型となるDNA配列に制限酵素認識配列があるものは、制限酵素により切断され、FRETプライマー内のエネルギー転移が起こらなくなり蛍光を発する。一方、鋳型DNAに認識配列を有していない場合、図3(B)の「2.ミスマッチあり」に示すように、制限酵素による切断を受けず、FRETプライマー内のエネルギー転移が起こり蛍光を発することはない。この2つの差により、一塩基ミスマッチを検出することができる。なお、図3(B)では、一塩基ミスマッチを持たない場合に蛍光を発し、持つ場合は消光状態という例を示したが、FRETプライマー設計の際に、ミスマッチを含む配列を認識する制限酵素を用いることで、ミスマッチがあった場合に蛍光を示すようにすることも可能である。   Next, in step (D), a restriction enzyme that recognizes a sequence containing a single base mismatch is allowed to act on the obtained amplification product at the restriction enzyme site shown in FIG. At this time, as shown in “1. No mismatch” in FIG. 3 (B), a DNA sequence serving as a template having a restriction enzyme recognition sequence is cleaved by the restriction enzyme, and energy transfer in the FRET primer does not occur. Fluoresce. On the other hand, when the template DNA does not have a recognition sequence, as shown in “2. Mismatch” in FIG. 3B, energy transfer within the FRET primer occurs and fluorescence occurs without being cleaved by a restriction enzyme. There is nothing. Based on the difference between the two, a single base mismatch can be detected. In FIG. 3B, an example is shown in which fluorescence is emitted when there is no single-base mismatch and when it is quenched, a restriction enzyme that recognizes a sequence containing a mismatch is designed during FRET primer design. By using it, it is possible to show fluorescence when there is a mismatch.

また、検出したいDNA配列を認識する制限酵素が見つからなかった場合、位置指定変異導入を利用した既知のA−RFLP法が有効である(非特許文献11、12参照)。予め、FRETプライマーの設計の際、制限酵素の認識配列になるように、人為的なミスマッチを組み込んでおくことで、ほぼすべての配列に対応でき、簡便に一塩基ミスマッチの検出が可能になる。   Further, when a restriction enzyme that recognizes a DNA sequence to be detected is not found, a known A-RFLP method using site-directed mutagenesis is effective (see Non-Patent Documents 11 and 12). Incorporating artificial mismatches in advance so that restriction sequences can be recognized when designing FRET primers, almost all sequences can be handled, and single-base mismatches can be easily detected.

そこで以下に本発明による、ヒトのアポリポ蛋白E(Human apoliporotein E)のε4遺伝子をターゲットとした一塩基ミスマッチの蛍光検出の応用例を示す。
アポリポ蛋白E(ApoE)はリポ蛋白を構成している主要なアポリポ蛋白の一つである。ApoEは第19番染色体上に遺伝子がコードされ、317個のアミノ酸からなる蛋白質として合成されるが、N末端18個のアミノ酸からなるシグナルペプチドが切り離され、299個のアミノ酸からなる成熟蛋白(分子量:約34,000)として細胞外に分泌される。
Therefore, application examples of fluorescence detection of single-base mismatches targeting the ε4 gene of human apolipoprotein E (Human apoliporotein E) according to the present invention will be described below.
Apolipoprotein E (ApoE) is one of the main apolipoproteins constituting lipoproteins. ApoE is a gene encoded on chromosome 19 and synthesized as a protein consisting of 317 amino acids, but the signal peptide consisting of 18 amino acids at the N-terminal is separated and a mature protein consisting of 299 amino acids (molecular weight) : About 34,000).

ApoE遺伝子にはε2、ε3、ε4の3つの対立遺伝子(アレル)があり、それぞれに対応するE2、E3、E4の3つのアイソフォームがApoEには存在する。これらのアイソフォーム間には、112位と158位のアミノ酸に違いがある。ApoE3は正常型(Wild Type)であり、ApoE4はアルツハイマー病(AD)の危険因子と見なされている。又、ApoE2は受容体との結合力が低く高脂血症の原因となる。   There are three alleles (alleles) of ε2, ε3, and ε4 in the ApoE gene, and there are three isoforms of E2, E3, and E4 corresponding to each. There is a difference in amino acids at positions 112 and 158 between these isoforms. ApoE3 is a normal type and ApoE4 is considered a risk factor for Alzheimer's disease (AD). ApoE2 has a low binding force with the receptor and causes hyperlipidemia.

上述したように、アポEは、112位と158位のアミノ酸が異なる。つまり、アポE遺伝子上に2箇所の一塩基ミスマッチが存在する。そこで、図4(A)に示すように、標的遺伝子を増幅する際、フォワード、リバースの両プライマーに、波長の異なる2つの蛍光色素を夫々修飾したFRETプライマーを用いる。例えば、フォワードFRETプライマー(112)は520nmの蛍光色素とし、リバースFRETプライマー(158)は580nmの蛍光色素とする。   As described above, ApoE differs in amino acids at positions 112 and 158. That is, there are two single base mismatches on the apoE gene. Therefore, as shown in FIG. 4A, when a target gene is amplified, FRET primers each modified with two fluorescent dyes having different wavelengths are used for both forward and reverse primers. For example, the forward FRET primer (112) is a 520 nm fluorescent dye, and the reverse FRET primer (158) is a 580 nm fluorescent dye.

この条件下でDNAを増幅し、制限酵素で切断すると、アポEのアイソフォームを特定できる(図4(B))。例えば、制限酵素Afl IIIを用いた場合、ε2を検出することが可能であり、HhaIを用いれば、ε4を検出することが可能である。   When DNA is amplified under this condition and cleaved with a restriction enzyme, the isoform of ApoE can be identified (FIG. 4B). For example, ε2 can be detected when the restriction enzyme AflIII is used, and ε4 can be detected when HhaI is used.

このように、FRETプライマーの設計と制限酵素の選択により、様々な既知のミスマッチの検出が可能になる。図5はAfl IIIを用いた制限酵素反応の蛍光強度変化を示す。図4(B)でも示したように、Afl IIIは、ε2、3を切断する制限酵素である。サンプルDNAを、FRETプライマーを用いて増幅し、切断した結果、図5から蛍光強度が増加していることが分かる。この結果から、サンプルDNAは、ε2もしくはε3を有していることが分かる。   Thus, various known mismatches can be detected by designing FRET primers and selecting restriction enzymes. FIG. 5 shows changes in the fluorescence intensity of the restriction enzyme reaction using AflIII. As shown in FIG. 4B, AflIII is a restriction enzyme that cleaves ε2,3. As a result of amplifying and cleaving the sample DNA using the FRET primer, it can be seen from FIG. 5 that the fluorescence intensity is increased. From this result, it can be seen that the sample DNA has ε2 or ε3.

以下、ヒトのアポリポ蛋白Eのε4遺伝子をターゲットとした一塩基ミスマッチの蛍光検出実験例に基づき本発明を具体的に説明する。
実験例1
FRET プライマー:6-FAM-AGGACGTGTGCGGCCGCCT(-Dabcyl)GTTをフォワードプライマーとし、CCAGGCGCTTCTGCAGGTCATCGGをリバースプライマーに用いてアポリポ蛋白E遺伝子を下記条件のPCR法により増幅した。
PCR条件
95℃−2min
98℃−15secと68℃−15secとを40サイクル
Hereinafter, the present invention will be specifically described based on a fluorescence detection experiment example of single base mismatch targeting the ε4 gene of human apolipoprotein E.
Experimental example 1
FRET primer: 6-FAM-AGGACGTGTGCGGCCGCCT (-Dabcyl) GTT was used as a forward primer and CCAGGCGCTTCTGCAGGTCATCGG was used as a reverse primer to amplify the apolipoprotein E gene by PCR under the following conditions.
PCR condition 95 ° C-2min
40 cycles of 98 ℃ -15sec and 68 ℃ -15sec

PCR反応溶液(25μlスケールの場合)
10×R−PCR 緩衝液 2.5μl
250mM Mg2+溶液 0.2μl
dNTP 混合物 0.75μl
10μM 6-FAM-AGGACGTGTGCGGCCGCCT(-Dabcyl)GTT 1.25μl
10μM CCAGGCGCTTCTGCAGGTCATCGG 1.25μl
ヒトの女性ゲノム DNA 2.0μl
2O 16.8μl
Ex Taq(5U/μl) 0.25μl
PCR reaction solution (25 μl scale)
10 × R-PCR buffer 2.5 μl
250 mM Mg 2+ solution 0.2 μl
0.75 μl of dNTP mixture
10 μM 6-FAM-AGGACGTGTGCGGCCGCCT (-Dabcyl) GTT 1.25 μl
10 μM CCAGGCGCTTCTGCAGGTCATCGG 1.25 μl
Human female genomic DNA 2.0 μl
16.8 μl of H 2 O
Ex Taq (5 U / μl) 0.25 μl

つぎに、PCRにより得られたサンプルを下記反応条件にて制限酵素Afl IIIを用いて切断した。またこの際、FRETプライマーの切断による蛍光強度変化を観察するため、リアルタイムPCR装置であるスマートサイクラーを用いて測定を行った。なお、比較のために、ヒトゲノムDNA(鋳型)無しの場合と、制限酵素Afl III無しの場合についても同様の実験を行った。   Next, the sample obtained by PCR was cleaved with the restriction enzyme AflIII under the following reaction conditions. At this time, in order to observe the fluorescence intensity change due to the cleavage of the FRET primer, measurement was performed using a smart cycler which is a real-time PCR apparatus. For comparison, the same experiment was also performed without human genomic DNA (template) and without restriction enzyme AflIII.

Afl III反応条件
37℃−60min
Afl III reaction conditions 37 ° C.-60 min

Afl III反応溶液
10×NEB 緩衝液 2.5μl
100×BSA 0.25μl
Afl III 0.25U
2O 9.5μl
PCR増幅産物 12.5μl
Afl III reaction solution 10 × NEB buffer 2.5 μl
100 × BSA 0.25 μl
Afl III 0.25U
9.5 μl of H 2 O
PCR amplification product 12.5 μl

得られた結果を図6に示す。図6中、鋳型(+)/(−)はヒトゲノムDNA(鋳型)の有無によるPCRの意味であり、制限酵素(+)/(−)は制限酵素(Afl III)の有無による制限酵素反応の意味である。図6に示すグラフより、制限酵素(Afl III)反応の結果、PCR増幅が認められたサンプルのみ、蛍光強度が変化することが分かった。   The obtained result is shown in FIG. In FIG. 6, template (+) / (−) means PCR with or without human genomic DNA (template), and restriction enzyme (+) / (−) represents restriction enzyme reaction with or without restriction enzyme (Afl III). Meaning. From the graph shown in FIG. 6, it was found that as a result of the restriction enzyme (Afl III) reaction, the fluorescence intensity changed only in the sample in which PCR amplification was observed.

実験例2,3
AGGACGTGTGCGGCCGCCTGGTをフォワードプライマーとし、FRETプライマー:6-FAM-CCAGGCGCTTCT(-Dabcyl)GCAGGTCATCGGをリバースプライマーに用いてアポリポ蛋白E遺伝子を下記の条件のPCR法により増幅した。
PCR条件
95℃−2min
98℃−15secと68℃−15secとを40サイクル
Experimental examples 2 and 3
The apolipoprotein E gene was amplified by PCR under the following conditions using AGGACGTGTGCGGCCGCCTGGT as a forward primer and FRET primer: 6-FAM-CCAGGCGCTTCT (-Dabcyl) GCAGGTCATCGG as a reverse primer.
PCR condition 95 ° C-2min
40 cycles of 98 ℃ -15sec and 68 ℃ -15sec

PCR反応溶液(25μlスケールの場合)
10×R−PCR 緩衝液 2.5μl
250mM Mg2+溶液 0.2μl
dNTP 混合物 0.75μl
10μM AGGACGTGTGCGGCCGCCTGTT 1.25μl
10μM 6-FAM-CCAGGCGCTTCT(-Dabcyl)GCAGGTCATCGG 1.25μl
ヒトの女性ゲノム DNA 2.0μl
2O 16.8μl
Ex Taq(5U/μl) 0.5μl
PCR reaction solution (25 μl scale)
10 × R-PCR buffer 2.5 μl
250 mM Mg 2+ solution 0.2 μl
0.75 μl of dNTP mixture
10 μM AGGACGTGTGCGGCCGCCTGTT 1.25 μl
10 μM 6-FAM-CCAGGCGCTTCT (-Dabcyl) GCAGGTCATCGG 1.25 μl
Human female genomic DNA 2.0 μl
16.8 μl of H 2 O
Ex Taq (5 U / μl) 0.5 μl

つぎに、PCRにより得られたサンプルを下記の反応条件にて制限酵素Hae IIを用いて切断した(実験例2)。また、Hha Iを用いて下記の反応条件にて同様の実験を行った(実験例3)。なお、夫々比較のために制限酵素未処理の場合の実験も行った。   Next, the sample obtained by PCR was cleaved with the restriction enzyme Hae II under the following reaction conditions (Experimental Example 2). A similar experiment was conducted using Hha I under the following reaction conditions (Experimental Example 3). For comparison, an experiment was also conducted in the case of no restriction enzyme treatment.

Hae II反応条件
37℃−60min
Hae II reaction conditions 37 ° C.-60 min

Hae II反応溶液
10×M 緩衝液 2.5μl
Hae II 0.5μl
2O 9.5μl
PCR増幅産物 12.5μl
Hae II reaction solution 10 × M buffer 2.5 μl
Hae II 0.5 μl
9.5 μl of H 2 O
PCR amplification product 12.5 μl

Hha I反応条件
37℃−60min
Hha I reaction conditions 37 ° C.-60 min

Hha I反応溶液
10×TA 緩衝液 2.5μl
10×BSA 2.5μl
Hha I(5000U/ml) 0.5μl
2O 7.0μl
PCR増幅産物 12.5μl
Hha I reaction solution 10 × TA buffer 2.5 μl
10 × BSA 2.5 μl
Hha I (5000 U / ml) 0.5 μl
7.0 μl of H 2 O
PCR amplification product 12.5 μl

得られた実験例2の結果を図7に、また実験例3の結果を図8に夫々に示す。これらグラフより、夫々の制限酵素反応の結果、PCR増幅が認められたサンプルのみ、蛍光強度が変化することが分かった。   FIG. 7 shows the results of Experimental Example 2 and FIG. 8 shows the results of Experimental Example 3. From these graphs, it was found that the fluorescence intensity changed only for the samples in which PCR amplification was observed as a result of the respective restriction enzyme reactions.

上記実験例1〜3から、制限酵素が認識する配列がある場合のみ、FRETプライマーにより増幅されたDNAが切断され、蛍光強度が変化することが分かった。
次に、実際の血液(全血)から、FRETプライマーを用いてPCRを行い、制限酵素(Hae II)で増幅産物を切断した際の蛍光強度変化を調べた。
From the above experimental examples 1 to 3, it was found that only when there was a sequence recognized by the restriction enzyme, the DNA amplified by the FRET primer was cleaved and the fluorescence intensity changed.
Next, PCR was performed from actual blood (whole blood) using FRET primers, and changes in fluorescence intensity were examined when the amplification product was cleaved with a restriction enzyme (Hae II).

実験例4
AGGACGTGTGCGGCCGCCTGGTをフォワードプライマー、FRETプライマー:6-FAM-CCAGGCGCTTCT(-Dabcyl)GCAGGTCATCGGをリバースプライマーに用いてアポリポ蛋白E遺伝子を下記条件のPCR法により増幅した。
Experimental Example 4
The apolipoprotein E gene was amplified by a PCR method under the following conditions using AGGACGTGTGCGGCCGCCTGGT as a forward primer and FRET primer: 6-FAM-CCAGGCGCTTCT (-Dabcyl) GCAGGTCATCGG as a reverse primer.

PCR反応溶液(25μlスケールの場合)
5×Amp direct G/C 5.0μl
5×Amp Addition−4 5.0μl
dNTP 混合物(10mM 各々) 0.75μl
10μM AGGACGTGTGCGGCCGCCTGTT 2.5μl
10μM 6-FAM-CCAGGCGCTTCT(-Dabcyl)GCAGGTCATCGG 2.5μl
全血 0.5μl
2O 0.75μl
Ex Taq(5U/μl) 0.5μl
2.5%PVP 7.5μl
PCR reaction solution (25 μl scale)
5 × Amp direct G / C 5.0 μl
5 × Amp Addition-4 5.0 μl
0.75 μl of dNTP mixture (10 mM each)
10 μM AGGACGTGTGCGGCCGCCTGTT 2.5 μl
10 μM 6-FAM-CCAGGCGCTTCT (-Dabcyl) GCAGGTCATCGG 2.5 μl
Whole blood 0.5 μl
0.75 μl of H 2 O
Ex Taq (5 U / μl) 0.5 μl
2.5% PVP 7.5 μl

つぎに、PCRにより得られたサンプルを制限酵素Hae IIを下記の条件で用いて切断した。   Next, the sample obtained by PCR was cleaved using the restriction enzyme Hae II under the following conditions.

Hae II反応条件
10×M 緩衝液 2.5μl
Hae II 0.5μl
2O 9.5μl
PCR増幅産物 12.5μl
Hae II reaction condition 10 × M buffer 2.5 μl
Hae II 0.5 μl
9.5 μl of H 2 O
PCR amplification product 12.5 μl

Hae II反応条件
37℃−60min
Hae II reaction conditions 37 ° C.-60 min

その結果、図9に示すように、全血を用いた場合でも、用いた制限酵素が認識する配列を有するサンプルが存在するときのみ、蛍光強度変化が得られることがわかった。   As a result, as shown in FIG. 9, it was found that even when whole blood was used, a change in fluorescence intensity was obtained only when a sample having a sequence recognized by the restriction enzyme used was present.

実験例5
AGGACGTGTGCGGCCGCCTGGTをフォワードプライマー、FRETプライマー:6-FAM-CCAGGCGCTTCT(-Dabcyl)GCAGGTCATCGGおよびFAM修飾プライマー:6-FAM-CCAGGCGCTTCTGCAGGTCATCGGを夫々リバースプライマーに用いてアポリポ蛋白E遺伝子をPCR法により増幅した。なお、比較のため、FAM−Dabcyl修飾のものに対し、制限酵素Hae II無しの場合についても同様の実験を行った。
Experimental Example 5
The apolipoprotein E gene was amplified by the PCR method using AGGACGTGTGCGGCCGCCTGGT as a forward primer, FRET primer: 6-FAM-CCAGGCGCTTCT (-Dabcyl) GCAGGTCATCGG and FAM-modified primer: 6-FAM-CCAGGCGCTTCTGCAGGTCATCGG, respectively. For comparison, the same experiment was performed for the FAM-Dabcyl-modified one without restriction enzyme Hae II.

PCR反応溶液(25μlスケールの場合)
10×R−PCR 緩衝液 2.5μl
250mM Mg2+溶液 0.2μl
dNTP 混合物 0.75μl
10μM AGGACGTGTGCGGCCGCCTGTT 1.25μl
ヒトの女性ゲノム DNA 2.0μl
2O 16.8μl
Ex Taq(5U/μl) 0.5μl
FRET プライマーの場合
PCR reaction solution (25 μl scale)
10 × R-PCR buffer 2.5 μl
250 mM Mg 2+ solution 0.2 μl
0.75 μl of dNTP mixture
10 μM AGGACGTGTGCGGCCGCCTGTT 1.25 μl
Human female genomic DNA 2.0 μl
16.8 μl of H 2 O
Ex Taq (5 U / μl) 0.5 μl
For FRET primer

上記反応溶液に、
10μM 6-FAM-CCAGGCGCTTCT(-Dabcyl)GCAGGTCATCGG 1.25μl
FAM修飾プライマーの場合
10μM 6-FAM-CCAGGCGCTTCTGCAGGTCATCGG 1.25μl
を夫々添加した。
In the reaction solution,
10 μM 6-FAM-CCAGGCGCTTCT (-Dabcyl) GCAGGTCATCGG 1.25 μl
In case of FAM modified primer 10 μM 6-FAM-CCAGGCGCTTCTGCAGGTCATCGG 1.25 μl
Was added respectively.

つぎに、PCRにより得られたサンプルを制限酵素Hae IIを用いて下記の条件で切断した。   Next, the sample obtained by PCR was cleaved under the following conditions using restriction enzyme Hae II.

Hae II反応条件
10×M 緩衝液 2.5μl
Hae II 0.5μl
2O 9.5μl
PCR増幅産物 12.5μl
Hae II reaction condition 10 × M buffer 2.5 μl
Hae II 0.5 μl
9.5 μl of H 2 O
PCR amplification product 12.5 μl

Hae II反応条件
37℃−60min
Hae II reaction conditions 37 ° C.-60 min

図10に示す結果から分かるように、FAM修飾プライマーを用いてDNAを増幅した後、その増幅産物を制限酵素Hae IIにより切断したところ、蛍光強度に変化はみられなかった。一方、Dabcylを鎖内修飾したFRETプライマーの場合には、制限酵素反応により蛍光強度が増幅した。この結果から、作製したプライマーにFAM、Dabcylを修飾することでFRETが生じていることがわかった。   As can be seen from the results shown in FIG. 10, after amplification of DNA using the FAM-modified primer, the amplified product was cleaved with the restriction enzyme Hae II, and no change was observed in the fluorescence intensity. On the other hand, in the case of the FRET primer in which Dabcyl was modified in the chain, the fluorescence intensity was amplified by the restriction enzyme reaction. From this result, it was found that FRET was generated by modifying FAM and Dabcyl on the prepared primer.

臨床検査分野においては、大型分析機器の対極として、医療、介護現場など、その場で利用できる分析技術が求められ続けてきた。特に、携帯型血糖値センサーに代表されるようなオンサイトでの分析、検出(POCT:point of care testing)を可能とするセンサー技術は、住宅医療における臨床検査、患者の自己検査、初期診断、手術時における緊急処理やモニタリングなど、様々なケースに利用できるため、非常に高い需要がある。さらに近年、遺伝子解析技術、μTASの進歩とともに、感染症、遺伝病など、POCによる迅速遺伝子診断に関心が寄せられるようになった。こうした遺伝子診断の多くは、特定の遺伝子配列の変異によるものであり、このような変異に対し、本発明の一塩基ミスマッチの検出法は極めて有効である。また、POCによる迅速遺伝子診断には、正確、簡便、安価、そして安全性など、多くの面で制約があり、これを包括するセンサー技術は未だ登場していない。しかしながら、本発明の、FRETプライマーを用いた一塩基ミスマッチの検出法は、上述した多くの制約を満たしており、POCセンサーを構築する上での非常に重要な技術であると言える。   In the field of clinical testing, analysis technology that can be used on the spot, such as medical care and nursing care, has been sought as a counter electrode for large analytical instruments. In particular, sensor technology that enables on-site analysis and detection (POCT: point of care testing) as represented by portable blood glucose level sensors includes clinical tests in home medicine, patient self-tests, initial diagnosis, Since it can be used in various cases such as emergency processing and monitoring during surgery, there is a very high demand. Furthermore, in recent years, with the advancement of gene analysis technology and μTAS, attention has been paid to rapid genetic diagnosis by POC such as infectious diseases and genetic diseases. Many of these genetic diagnoses are due to mutations in specific gene sequences, and the single-base mismatch detection method of the present invention is extremely effective against such mutations. In addition, rapid genetic diagnosis by POC has many limitations such as accuracy, simplicity, low cost, and safety, and sensor technology that covers this has not yet appeared. However, the single-base mismatch detection method using the FRET primer of the present invention satisfies the above-mentioned many limitations, and can be said to be a very important technique for constructing a POC sensor.

FRETプライマーの設計を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the design of a FRET primer. FRETプライマーを用いて遺伝子増幅法によりDNAを増幅させる工程を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the process of amplifying DNA by a gene amplification method using a FRET primer. 制限酵素によるFRETプライマーを含んだ増幅産物の切断を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the cutting | disconnection of the amplification product containing the FRET primer by a restriction enzyme. アポリポ蛋白E(ε4)をターゲットとした一塩基ミスマッチの蛍光検出を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the fluorescence detection of the single base mismatch which targeted the apolipoprotein E ((epsilon) 4). アポリポ蛋白E(ε2またはε3)の検出結果を示す、反応時間と蛍光強度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between reaction time and fluorescence intensity which shows the detection result of apolipoprotein E ((epsilon) 2 or (epsilon) 3). 実験例1のアポリポ蛋白Eの検出結果を示す、反応時間と蛍光強度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between reaction time and fluorescence intensity which shows the detection result of the apolipoprotein E of Experimental example 1. 実験例2のアポリポ蛋白Eの検出結果を示す、反応時間と蛍光強度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between reaction time and fluorescence intensity which shows the detection result of the apolipoprotein E of Experimental example 2. 実験例3のアポリポ蛋白Eの検出結果を示す、反応時間と蛍光強度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between reaction time and fluorescence intensity which shows the detection result of the apolipoprotein E of Experimental example 3. 実験例4の全血を用いた場合の検出結果を示す、反応時間と蛍光強度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the detection result at the time of using the whole blood of Experimental example 4, and shows the relationship between reaction time and fluorescence intensity. 実験例5のプライマーの修飾形態を変えた場合の検出結果を示す、反応時間と蛍光強度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between reaction time and fluorescence intensity which shows the detection result at the time of changing the modification form of the primer of Experimental example 5. FIG.

Claims (6)

(A)検出すべき特定配列がFRETプライマー内にくるように、該FRETプライマーのオリゴヌクレオチドを設計する工程と、
(B)設計したオリゴヌクレオチドの5’末端または5’末端側に蛍光物質を修飾し、前記検出すべき特定配列を挟み込むように消光物質を該オリゴヌクレオチド鎖内に修飾してFRETプライマーを得る工程と、
(C)遺伝子増幅法により、前記検出すべき特定配列を含む標的遺伝子を増幅する工程と、
(D)得られた増幅産物に、前記検出すべき特定配列を認識する制限酵素を作用させる工程と、
(E)FRETプライマー内のエネルギー転移に起因する特定波長の蛍光発生の有無を検出する工程と、
を含むことを特徴とする、検出すべき特定配列の簡易検出方法。
(A) designing the oligonucleotide of the FRET primer such that the specific sequence to be detected is in the FRET primer;
(B) A step of modifying the fluorescent substance at the 5 ′ end or 5 ′ end side of the designed oligonucleotide and modifying the quenching substance in the oligonucleotide chain so as to sandwich the specific sequence to be detected to obtain a FRET primer When,
(C) amplifying a target gene containing the specific sequence to be detected by a gene amplification method;
(D) allowing the restriction enzyme that recognizes the specific sequence to be detected to act on the obtained amplification product;
(E) detecting the presence or absence of fluorescence generation at a specific wavelength resulting from energy transfer in the FRET primer;
A simple method for detecting a specific sequence to be detected, comprising:
前記検出すべき特定配列が、DNA配列、一塩基置換SNPまたは点突然変異の配列である請求項1記載の簡易検出方法。   The simple detection method according to claim 1, wherein the specific sequence to be detected is a DNA sequence, a single base substitution SNP, or a point mutation sequence. 前記工程(C)における遺伝子増幅法が、PCR法またはLAMP法である請求項1または2記載の簡易検出方法。   The simple detection method according to claim 1 or 2, wherein the gene amplification method in the step (C) is a PCR method or a LAMP method. 前記工程(D)において前記検出すべき特定配列を認識する制限酵素がない場合、位置指定変異導入を利用したA−RFLP法を用いる請求項1〜3のうちいずれか一項記載の簡易検出方法。   The simple detection method according to any one of claims 1 to 3, wherein an A-RFLP method using site-directed mutagenesis is used when there is no restriction enzyme that recognizes the specific sequence to be detected in the step (D). . 前記工程(B)における前記蛍光物質がFAMである請求項1〜4のうちいずれか一項記載の簡易検出方法。   The simple detection method according to claim 1, wherein the fluorescent substance in the step (B) is FAM. 前記工程(B)における前記消光物質がDabcylである請求項1〜5のうちいずれか一項記載の簡易検出方法。   The simple detection method according to any one of claims 1 to 5, wherein the quenching substance in the step (B) is Dabcyl.
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