JP2006020525A - Method for detecting gene - Google Patents

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Junichi Hori
淳一 堀
Takaaki Murayama
隆亮 村山
Jinpei Tabata
仁平 田畑
Katsuhiko Bando
克彦 板東
Naoyoshi Egashira
直義 江頭
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for highly sensitively detecting a gene having a specific sequence. <P>SOLUTION: This method for detecting the gene includes a process for hybridizing a nucleic acid probe fixed on an electrode with a gene sample, a process for adding an insertion agent comprising a compound which is specifically inserted into a double-stranded nucleic acid and has a double-stranded nucleic acid binding site for forming a double bond with the double-stranded nucleic acid by being irradiated with light, an electrochemical active site having electrochemical activity, and a link site for together linking the double-stranded nucleic acid binding site and the electrochemical active site, a light irradiating process for covalently binding the double-stranded nucleic acid to the insertion agent, and a detecting process for detecting the insertion agent covalently bound to the double-stranded nucleic acid by electrochemical measurement, wherein the electrochemical active site of the insertion agent comprises a metal complex having a heterocyclic compound into which a functional group is introduced as a ligand. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、試料中に存在する特定の遺伝子配列を高感度に検出するための遺伝子検出方法に関し、より詳細には、挿入剤により電気化学的に遺伝子を検出する技術に関する。   The present invention relates to a gene detection method for detecting a specific gene sequence present in a sample with high sensitivity, and more particularly to a technique for electrochemically detecting a gene with an intercalating agent.

従来の、電気化学的に特定の遺伝子配列を検出するDNAチップは、検出すべき目的遺伝子に対して相補的な塩基配列を有する一本鎖の核酸プローブを電極表面に固定化し、該核酸プローブと一本鎖に変性された目的遺伝子サンプルとをハイブリダイズさせた後、該核酸プローブと目的遺伝子サンプルとの二本鎖核酸に特異的に結合し且つ電気化学的に活性な挿入剤を、該核酸プローブと遺伝子サンプルとの反応系に添加し、電極を介した電気化学的な測定により、前記二本鎖核酸に結合した挿入剤を検出し、これにより、目的遺伝子サンプルとハイブリダイズした前記核酸プローブを検出することで、目的とする遺伝子の存在を確認する(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。   In a conventional DNA chip for electrochemically detecting a specific gene sequence, a single-stranded nucleic acid probe having a base sequence complementary to a target gene to be detected is immobilized on the surface of the electrode, After hybridizing with a target gene sample denatured into a single strand, an insertion agent that specifically binds to the double-stranded nucleic acid of the nucleic acid probe and the target gene sample and is electrochemically active is added to the nucleic acid. The nucleic acid probe which is added to the reaction system of the probe and the gene sample, detects the intercalating agent bound to the double-stranded nucleic acid by electrochemical measurement via an electrode, and thereby hybridizes with the target gene sample Is detected to confirm the presence of the target gene (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).

ここで、前記挿入剤とは、前記二本鎖の核酸を認識して、該二本鎖核酸と特異的に結合する物質を指す。前記挿入剤は、何れも分子中にフェニル基等の平板状挿入基を有し、該挿入基が二本鎖核酸の塩基対と塩基対との間に介入することによって、二本鎖核酸と結合する。この挿入剤と二本鎖核酸との結合は、静電気的相互作用あるいは疎水的相互作用での結合であって、前記挿入剤の二本鎖核酸の塩基対間への挿入、及びその塩基対間からの離脱が一定の速度で繰り返される平衡反応による結合である。   Here, the intercalating agent refers to a substance that recognizes the double-stranded nucleic acid and specifically binds to the double-stranded nucleic acid. Each of the intercalating agents has a plate-like insertion group such as a phenyl group in the molecule, and the insertion group intervenes between the base pair of the double-stranded nucleic acid, Join. The binding between the intercalating agent and the double-stranded nucleic acid is binding by electrostatic interaction or hydrophobic interaction, and the intercalation of the intercalating agent between the base strand of the double-stranded nucleic acid and between the base pair This is a binding by an equilibrium reaction in which the release from is repeated at a constant rate.

さらに、前記挿入剤の中には電気的に可逆な酸化還元反応を起こす物質があり、このような電気化学的に可逆である酸化還元反応を起こす挿入剤を用いることにより、電気化学的変化の測定によって、前記二本鎖核酸に結合した挿入剤の存在を検出することができる。なお、この電気化学的変化の出力信号としては、酸化還元時に発生する電流や発光が挙げられる。   Furthermore, some of the intercalating agents cause an electrically reversible oxidation-reduction reaction. By using such an intercalating agent that causes an electrochemically reversible oxidation-reduction reaction, electrochemical changes can be prevented. By the measurement, the presence of the intercalating agent bound to the double-stranded nucleic acid can be detected. Examples of the output signal of the electrochemical change include current generated during oxidation / reduction and light emission.

以上のように、前記検出方法においては、前記挿入剤が二本鎖核酸にのみ特異的に結合すること、また、前記二本鎖核酸に結合した挿入剤の量を検出することが重要となる。しかし、前記挿入剤は、配位結合や共有結合といった化学結合、静電気的相互作用、疎水的相互作用等といった原因により、一本鎖の核酸プローブや、該核酸プローブが固定される電極表面にも非特異的に吸着してしまう。そして、この非特異的に吸着した挿入剤は、前記二本鎖核酸に結合した挿入剤の量の検出時に、バックグランドノイズとなり、検出感度を低下させる原因となる。   As described above, in the detection method, it is important that the intercalating agent specifically binds only to the double-stranded nucleic acid and that the amount of intercalating agent bound to the double-stranded nucleic acid is detected. . However, due to causes such as chemical bonds such as coordination bonds and covalent bonds, electrostatic interactions, hydrophobic interactions, etc., the intercalating agent is also applied to single-stranded nucleic acid probes and electrode surfaces to which the nucleic acid probes are immobilized. Non-specific adsorption occurs. The nonspecifically adsorbed intercalating agent becomes background noise when detecting the amount of intercalating agent bound to the double-stranded nucleic acid, causing a decrease in detection sensitivity.

これを解消するため、前記検出方法においては、前記挿入剤の添加後に、前記一本鎖の核酸プローブ及び電極表面に非特異的な吸着をしている挿入剤を除去するための洗浄が必要となっている。
特許第2573443号公報 特許第3233851号公報
In order to solve this problem, the detection method requires washing after the addition of the intercalating agent to remove the single-stranded nucleic acid probe and the intercalating agent that is nonspecifically adsorbed on the electrode surface. It has become.
Japanese Patent No. 2573443 Japanese Patent No. 3233851

しかしながら、従来の検出方法では、挿入剤と二本鎖核酸間の結合は静電気的相互作用あるいは疎水的相互作用によるものであって、結合力が弱いため、前述したように、前記一本鎖の核酸プローブや、該核酸プローブが固定される電極表面に非特異的に吸着した挿入剤を除去する洗浄工程の際に、二本鎖核酸に結合させた挿入剤も解離してしまい、逆に検出感度を低下させてしまう、という課題がある。   However, in the conventional detection method, the binding between the intercalating agent and the double-stranded nucleic acid is due to electrostatic interaction or hydrophobic interaction, and the binding force is weak. During the washing step that removes the nucleic acid probe and the intercalating agent adsorbed nonspecifically on the electrode surface to which the nucleic acid probe is immobilized, the intercalating agent bound to the double-stranded nucleic acid is also dissociated and detected in reverse. There is a problem that sensitivity is lowered.

一方、前記二本鎖核酸に結合した挿入剤が解離しないように考慮した前記洗浄では、該非特異的に吸着した挿入剤の除去が不十分となるため、バックグランドノイズが増加してしまい、検出感度の低下につながる、という課題がある。   On the other hand, in the washing considering that the intercalating agent bound to the double-stranded nucleic acid does not dissociate, the removal of the nonspecifically adsorbing intercalating agent becomes insufficient, resulting in an increase in background noise and detection. There is a problem that the sensitivity is reduced.

本発明は、前記課題を解決するためにされたものであって、前記核酸プローブと目的遺伝子サンプルとの二本鎖核酸と強固に、かつ不可逆的に結合し、さらに非特異吸着を抑え、洗浄により容易に非特異吸着成分の除去が可能な挿入剤を用いることで、目的遺伝子サンプルとハイブリダイズした前記核酸プローブを高感度に検出可能な遺伝子検出方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and binds firmly and irreversibly to the double-stranded nucleic acid of the nucleic acid probe and the target gene sample, and further suppresses non-specific adsorption and washing. It is an object of the present invention to provide a gene detection method that can detect the nucleic acid probe hybridized with a target gene sample with high sensitivity by using an intercalating agent that can easily remove non-specifically adsorbed components.

前記従来の課題を解決するため、本発明の遺伝子検出方法は、検出すべき遺伝子配列に対して相補的な塩基配列を有する一本鎖の核酸プローブが固定化された電極と、一本鎖に変性された遺伝子サンプルとを反応させ、該電極に固定化された核酸プローブと前記遺伝子サンプルとがハイブリダイズした二本鎖核酸を形成する二本鎖核酸形成工程と、二本鎖核酸に特異的に挿入し、かつ光照射により該二本鎖核酸と共有結合を形成する二本鎖核酸結合部位と、電気化学活性を有する電気化学活性部位と、前記二本鎖核酸結合部位と前記電気化学活性部位とを連結する連結部位と、を有する化合物、からなる挿入剤を添加する挿入剤添加工程と、光照射を行うことにより、前記二本鎖核酸と前記挿入剤とを共有結合させる光照射工程と、 前記二本鎖核酸と共有結合した挿入剤を電気化学的な測定により検出する検出工程と、を含み、前記挿入剤の電気化学活性部位は、官能基が導入された複素環系化合物を配位子に有する金属錯体であるものである。   In order to solve the above-mentioned conventional problems, the gene detection method of the present invention comprises an electrode on which a single-stranded nucleic acid probe having a base sequence complementary to the gene sequence to be detected is immobilized, A double-stranded nucleic acid forming step of reacting a denatured gene sample to form a double-stranded nucleic acid in which the nucleic acid probe immobilized on the electrode and the gene sample are hybridized, and specific to the double-stranded nucleic acid A double-stranded nucleic acid binding site that forms a covalent bond with the double-stranded nucleic acid upon irradiation with light, an electrochemically active site having electrochemical activity, the double-stranded nucleic acid binding site, and the electrochemical activity An insertion agent addition step of adding an insertion agent comprising a compound having a linking site for linking sites, and a light irradiation step of covalently bonding the double-stranded nucleic acid and the insertion agent by performing light irradiation And the two A step of detecting an intercalating agent covalently bound to the strand nucleic acid by electrochemical measurement, wherein the electrochemically active site of the intercalating agent has a heterocyclic compound having a functional group introduced as a ligand It is a metal complex.

これにより、前記遺伝子サンプルと核酸プローブとをハイブリダイズさせた二本鎖核酸と、前記挿入剤とを、不可逆的、且つ強固に結合させることができ、この結果、一本鎖の核酸プローブ及び電極表面に非特異的な吸着をしている挿入剤を除去するために洗浄する際、二本鎖核酸に結合した挿入剤が解離することがなくなる。さらに、官能基を導入することにより、電極表面等への非特異吸着を阻害することで、非特異吸着を抑え、洗浄により容易に非特異吸着成分の除去が可能となり、検出すべき遺伝子サンプルを高感度に検出することができる。   As a result, the double-stranded nucleic acid obtained by hybridizing the gene sample and the nucleic acid probe and the insertion agent can be irreversibly and firmly bound to each other. As a result, the single-stranded nucleic acid probe and the electrode can be combined. When washing is performed to remove the intercalating agent that has nonspecifically adsorbed on the surface, the intercalating agent bound to the double-stranded nucleic acid is not dissociated. Furthermore, by introducing non-specific adsorption to the electrode surface by introducing a functional group, non-specific adsorption can be suppressed, and non-specific adsorption components can be easily removed by washing. It can be detected with high sensitivity.

さらに、本発明の遺伝子検出方法は、前記官能基がアルキル基、アルコール、エーテル、アルデヒド、ケトン、カルボン酸、アミド、エステルの組み合わせから構成されるものである。   Furthermore, in the gene detection method of the present invention, the functional group is composed of a combination of an alkyl group, an alcohol, an ether, an aldehyde, a ketone, a carboxylic acid, an amide, and an ester.

さらに、本発明の遺伝子検出方法は、前記連結部位がアルキル基、アミド、エーテル、ケトン、エステルの組み合わせから構成されるものである。   Furthermore, in the gene detection method of the present invention, the linking site is composed of a combination of an alkyl group, an amide, an ether, a ketone and an ester.

これにより、挿入剤の電極表面への非特異吸着要因をさらに減少させる構成となり、非特異吸着を抑え、洗浄により容易に非特異吸着成分の除去が可能となり、検出すべき遺伝子サンプルを高感度に検出することができる。   As a result, non-specific adsorption factors on the electrode surface of the intercalating agent are further reduced, non-specific adsorption is suppressed, non-specific adsorption components can be easily removed by washing, and the gene sample to be detected is highly sensitive. Can be detected.

また、本発明の遺伝子検出方法は、検出すべき遺伝子配列に対して相補的な塩基配列を有する一本鎖の核酸プローブが固定化された電極と、一本鎖に変性された遺伝子サンプルとを反応させ、該電極に固定化された核酸プローブと前記遺伝子サンプルとがハイブリダイズした二本鎖核酸を形成する二本鎖核酸形成工程と、二本鎖核酸に特異的に挿入し、かつ光照射により該二本鎖核酸と共有結合を形成する二本鎖核酸結合部位と、電気化学活性を有する電気化学活性部位と、前記二本鎖核酸結合部位と前記電気化学活性部位とを連結する連結部位と、を有する化合物、からなる挿入剤を添加する挿入剤添加工程と、光照射を行うことにより、前記二本鎖核酸と前記挿入剤とを共有結合させる光照射工程と、 前記二本鎖核酸と共有結合した挿入剤を電気化学的な測定により検出する検出工程、とを含み、前記連結部位がアルキル基、アミド、エーテル、ケトン、エステルの組合わせから構成されるものである。   The gene detection method of the present invention comprises an electrode on which a single-stranded nucleic acid probe having a base sequence complementary to the gene sequence to be detected is immobilized, and a gene sample denatured into a single strand. A double-stranded nucleic acid forming step of reacting and forming a double-stranded nucleic acid in which the nucleic acid probe immobilized on the electrode and the gene sample are hybridized; and specifically inserting the double-stranded nucleic acid and irradiating with light A double-stranded nucleic acid binding site that forms a covalent bond with the double-stranded nucleic acid, an electrochemically active site having electrochemical activity, and a linking site that links the double-stranded nucleic acid binding site and the electrochemically active site An intercalating agent adding step for adding an intercalating agent consisting of a compound comprising: a light irradiation step for covalently binding the double-stranded nucleic acid and the intercalating agent by light irradiation; and the double-stranded nucleic acid. Inserts covalently linked to Detecting step of detecting by electrochemical measurement of agents include city, the connecting portion is an alkyl group, are those amides, ethers, ketones, is composed of a combination of esters.

これにより、挿入剤の電極表面への非特異吸着要因を減少させる構成となり、非特異吸着を抑え、洗浄により容易に非特異吸着成分の除去が可能となり、検出すべき遺伝子サンプルを高感度に検出することができる。   As a result, non-specific adsorption factors on the electrode surface of the intercalating agent are reduced, non-specific adsorption is suppressed, non-specific adsorption components can be easily removed by washing, and gene samples to be detected can be detected with high sensitivity. can do.

さらに、本発明の遺伝子検出方法は、前記電気化学的な測定が、前記電極に対して電圧を印加し、前記二本鎖核酸と共有結合した挿入剤による電気化学発光量を測定するものである。   Further, in the gene detection method of the present invention, the electrochemical measurement is a method in which a voltage is applied to the electrode, and the amount of electrochemiluminescence by the intercalating agent covalently bonded to the double-stranded nucleic acid is measured. .

これにより、電極に固定された二本鎖核酸を高感度に検出することができ、この結果、核酸プローブとハイブリゼーション反応させた遺伝子サンプルを、高感度に検出することができる。   Thereby, the double-stranded nucleic acid fixed to the electrode can be detected with high sensitivity, and as a result, the gene sample subjected to the hybridization reaction with the nucleic acid probe can be detected with high sensitivity.

さらに、本発明の遺伝子検出方法は、前記金属錯体が酸化還元性を有する化合物であるものである。   Furthermore, in the gene detection method of the present invention, the metal complex is a compound having redox properties.

さらに、本発明の遺伝子検出方法は、前記酸化還元性を有する化合物が電気化学発光を示す化合物であるものである。   Furthermore, in the gene detection method of the present invention, the compound having redox properties is a compound exhibiting electrochemiluminescence.

これにより、前記電極に電圧を印加すると、該電極に固定化された二酸化核酸に結合した挿入剤が酸化還元反応すると共に発光し、該電気化学発光量を測定することで、検出すべき遺伝子サンプルを検出することができる。   Thus, when a voltage is applied to the electrode, the intercalating agent bonded to the nucleic acid dioxide immobilized on the electrode undergoes an oxidation-reduction reaction and emits light, and the amount of electrochemiluminescence is measured, whereby the gene sample to be detected Can be detected.

さらに、本発明の遺伝子検出方法は、前記金属錯体が、配位子にピリジン部位を有する金属錯体であるものである。   Furthermore, in the gene detection method of the present invention, the metal complex is a metal complex having a pyridine moiety as a ligand.

さらに、本発明の遺伝子検出方法は、前記配位子にピリジン部位を有する金属錯体が金属ビピリジン錯体、金属フェナントロリン錯体であるものである。   Furthermore, in the gene detection method of the present invention, the metal complex having a pyridine moiety in the ligand is a metal bipyridine complex or a metal phenanthroline complex.

さらに、本発明の遺伝子検出方法は、前記金属錯体の中心金属が、ルテニウム、オスニウムであるものである。   Furthermore, in the gene detection method of the present invention, the central metal of the metal complex is ruthenium or osnium.

これにより、前記電極に電圧を印加した際、より良好な電気化学発光量を得ることができ、前記遺伝子サンプルをより高感度に検出することができる。   Thereby, when a voltage is applied to the electrode, a better amount of electrochemiluminescence can be obtained, and the gene sample can be detected with higher sensitivity.

さらに、本発明の遺伝子検出方法は、前記二本鎖核酸結合部位が感光性挿入剤であるものである。   Furthermore, in the gene detection method of the present invention, the double-stranded nucleic acid binding site is a photosensitive insertion agent.

これにより、前記二本鎖核酸と前記挿入剤とを、光照射することによって、不可逆的、且つ強固に結合させることができる。   Thus, the double-stranded nucleic acid and the intercalating agent can be irreversibly and firmly bound by irradiating with light.

さらに、本発明の遺伝子検出方法は、前記感光性挿入剤がフロクマリン誘導体であるものである。   Furthermore, in the gene detection method of the present invention, the photosensitive intercalating agent is a furocoumarin derivative.

さらに、本発明の遺伝子検出方法は、前記フロクマリン誘導体がソラレン誘導体であるものである。   Furthermore, in the gene detection method of the present invention, the furocoumarin derivative is a psoralen derivative.

本発明の遺伝子検出方法によれば、二本鎖核酸と挿入剤とを、不可逆的、且つ強固に結合させることができ、二本鎖核酸に結合した挿入剤が解離することがなくなり、さらに、二本鎖核酸に結合していない挿入剤の非特異吸着を抑えることができ、高感度に二本鎖核酸の形成状態を検出することができる。   According to the gene detection method of the present invention, the double-stranded nucleic acid and the intercalating agent can be irreversibly and firmly bound, the intercalating agent bound to the double-stranded nucleic acid is not dissociated, and Nonspecific adsorption of the intercalating agent not bound to the double-stranded nucleic acid can be suppressed, and the formation state of the double-stranded nucleic acid can be detected with high sensitivity.

以下に、本発明の遺伝子検出方法について詳細に説明する。なお、以下の実施の形態における遺伝子サンプルとは、例えば、血液、白血球、血清、尿、糞便、精液、唾液、培養細胞、各種臓器細胞のような組織細胞、その他遺伝子を含有する任意の試料から、該試料中の細胞を破壊して二本鎖核酸を遊離させ、熱処理あるいはアルカリ処理によって、一本鎖の核酸に解離させたものである。また、本実施の形態における遺伝子サンプルは、制限酵素で切断して電気泳動による分離等で精製した核酸断片でもよい。   Hereinafter, the gene detection method of the present invention will be described in detail. In addition, the gene sample in the following embodiments refers to, for example, blood, leukocytes, serum, urine, feces, semen, saliva, cultured cells, tissue cells such as various organ cells, and any sample containing other genes. The cells in the sample are destroyed to release double-stranded nucleic acids, which are dissociated into single-stranded nucleic acids by heat treatment or alkali treatment. In addition, the gene sample in this embodiment may be a nucleic acid fragment that has been cut with a restriction enzyme and purified by electrophoresis separation or the like.

(実施の形態1)
以下、実施の形態1における遺伝子検出方法について説明する。まず、検査対象となる遺伝子サンプルを作成する。この遺伝子サンプルは、前述したように、任意の試料中の細胞を破壊して二本鎖核酸を遊離させ、熱処理あるいはアルカリ処理によって、一本鎖に変性させる。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the gene detection method in Embodiment 1 is demonstrated. First, a gene sample to be tested is created. As described above, this gene sample destroys cells in an arbitrary sample to release double-stranded nucleic acid, and is denatured to single-stranded by heat treatment or alkali treatment.

このとき、前記試料中の細胞の破壊は、常法により行うことができ、例えば、振とう、超音波等の物理的作用を外部から加えて行うことができる。また、核酸抽出溶液(例えば、SDS、Triton−X、Tween−20等の界面活性剤、又はサポニン、EDTA、プロテア−ゼ等を含む溶液等)を用いて、細胞から核酸を遊離させることもできる。   At this time, the destruction of the cells in the sample can be performed by a conventional method, for example, by applying a physical action such as shaking or ultrasonic waves from the outside. In addition, nucleic acid can be released from cells using a nucleic acid extraction solution (for example, a solution containing a surfactant such as SDS, Triton-X, or Tween-20, or a saponin, EDTA, or protease). .

次に、検出すべき遺伝子配列に対して相補的な塩基配列を有する一本鎖の核酸プローブを生成する。この核酸プローブは、生物試料から抽出した核酸を制限酵素で切断し、電気泳動による分離等で精製した核酸あるいは化学合成で得られた一本鎖の核酸を用いることができる。生物試料から抽出した核酸の場合には、熱処理あるいはアルカリ処理によって、一本鎖の核酸に解離させておくことが好ましい。そしてこの後、前述のようにして得られた核酸プローブを電極に固定する。   Next, a single-stranded nucleic acid probe having a base sequence complementary to the gene sequence to be detected is generated. As the nucleic acid probe, a nucleic acid extracted from a biological sample by cleaving with a restriction enzyme and purified by separation by electrophoresis or the like or a single-stranded nucleic acid obtained by chemical synthesis can be used. In the case of nucleic acid extracted from a biological sample, it is preferable to dissociate into single-stranded nucleic acid by heat treatment or alkali treatment. Thereafter, the nucleic acid probe obtained as described above is fixed to the electrode.

本発明で用いる電極は、電極として使用可能であればどのようなものであってもよく、例えば、金、白金、白金黒、パラジウム、ロジウムのような貴金属電極や、グラファイト、グラシーカーボン、パイロリティックグラファイト、カーボンペースト、カーボンファイバーのような炭素電極や、酸化チタン、酸化スズ、酸化マンガン、酸化鉛のような酸化物電極や、Si、Ge、 ZnO、 CdS、TiO、GaAsのような半導体電極等が挙げられる。これらの電極は、導電性高分子によって被覆しても良く、このように被覆することによって、より安定なプローブ固定化電極を調製することができる。   The electrode used in the present invention may be any electrode as long as it can be used as an electrode. For example, noble metal electrodes such as gold, platinum, platinum black, palladium, rhodium, graphite, glassy carbon, pyro Carbon electrodes such as lithic graphite, carbon paste, and carbon fiber, oxide electrodes such as titanium oxide, tin oxide, manganese oxide, and lead oxide, and semiconductor electrodes such as Si, Ge, ZnO, CdS, TiO, and GaAs Etc. These electrodes may be coated with a conductive polymer, and by coating in this way, a more stable probe-immobilized electrode can be prepared.

なお、前記核酸プローブを前記電極に固定化する方法としては、公知の方法が用いられる。一例をあげると、例えば前記電極が金である場合、固定する核酸プローブの5’−もしくは3’−末端(好ましくは、5’−末端)にチオール基を導入し、金とイオウとの共有結合を介して、前記核酸プローブが該金電極に固定される。この核酸プローブにチオール基を導入する方法は、文献(M.Maeda et al.,Chem.Lett.,1805〜1808(1994)及びB.A.Connolly,Nucleic Acids Res.,13,4484(1985))に記載されているものが挙げられる。   A known method is used as a method for immobilizing the nucleic acid probe on the electrode. For example, when the electrode is gold, for example, a thiol group is introduced into the 5′- or 3′-end (preferably 5′-end) of the nucleic acid probe to be immobilized, and the covalent bond between gold and sulfur is introduced. The nucleic acid probe is fixed to the gold electrode via Methods for introducing a thiol group into this nucleic acid probe are described in the literature (M. Maeda et al., Chem. Lett., 1805-1808 (1994) and BA Connolly, Nucleic Acids Res., 13, 4484 (1985). ) Are listed.

即ち、前記方法によって得られたチオール基を有する核酸プローブを、金電極に滴下し、低温下で数時間放置することにより、該核酸プローブが電極に固定され、核酸プローブが作製される。   That is, the nucleic acid probe having a thiol group obtained by the above method is dropped onto a gold electrode and left at low temperature for several hours, whereby the nucleic acid probe is fixed to the electrode and a nucleic acid probe is produced.

また別の例をあげると、例えば前記電極がグラシーカーボンである場合、まずグラシーカーボンを過マンガン酸カリウムで酸化することによって、電極表面にカルボン酸基を導入し、これにより、核酸プローブが、アミド結合によりグラシーカーボン電極表面に固定される。このグラシーカーボン電極に核酸プローブを固定する、実際の固定化方法については、文献(K.M.Millan et al.,Analytical Chemistry,65,2317〜2323(1993))に詳細が記載されている。   As another example, for example, when the electrode is glassy carbon, first, by oxidizing the glassy carbon with potassium permanganate, a carboxylic acid group is introduced on the surface of the electrode. It is fixed to the glassy carbon electrode surface by an amide bond. The actual immobilization method for immobilizing a nucleic acid probe to this glassy carbon electrode is described in detail in the literature (KM Millan et al., Analytical Chemistry, 65, 2317-2323 (1993)). .

そして、以上のようにして得られた、核酸プローブが結合した電極を、前記遺伝子サンプルを含む溶液に接触させることにより、核酸プローブと相補的な配列を有する遺伝子サンプルがハイブリダイズし、二本鎖核酸が形成される。この核酸プローブと遺伝子サンプルをハイブリダイズさせる方法は周知であるため、ここでは説明を省略する。     The gene sample having a sequence complementary to the nucleic acid probe is hybridized by bringing the electrode having the nucleic acid probe bound thereto into contact with the solution containing the gene sample, and the double strand is obtained. Nucleic acids are formed. Since the method of hybridizing the nucleic acid probe and the gene sample is well known, description thereof is omitted here.

このように二本鎖核酸を形成した後、挿入剤を添加して、該挿入剤を前記二本鎖核酸に挿入させる。なお、この挿入剤の添加は、二本鎖核酸を形成する前、つまりハイブリダイゼーション反応前に、前記検体試料中に添加するものであってもよい。   After forming a double-stranded nucleic acid in this way, an intercalating agent is added and the intercalating agent is inserted into the double-stranded nucleic acid. The intercalating agent may be added to the specimen sample before forming the double-stranded nucleic acid, that is, before the hybridization reaction.

そして、挿入剤を二本鎖核酸に挿入させた後に光照射を行い、二本鎖核酸と挿入剤との間で共有結合を形成させる。   And after inserting an insertion agent in a double stranded nucleic acid, light irradiation is performed and a covalent bond is formed between a double stranded nucleic acid and an insertion agent.

以下、前記二本鎖核酸に挿入する挿入剤について説明する。本発明の挿入剤は、前記二本鎖核酸に特異的に挿入し、光照射により二本鎖核酸と共有結合する特徴をもつ物質を用いる。これにより、前記挿入剤は、二本鎖核酸と、強固且つ不可逆的に結合するため、この後の工程である洗浄工程の際に、二本鎖核酸に結合した挿入剤が解離することがない。さらに、本発明の挿入剤は、電気化学的に活性である特徴を持つ物質を用いる。これにより、前記二本鎖核酸に特異的に結合した挿入剤由来の電気化学的な信号により、該二本鎖核酸の存在を高感度に検出できる。   Hereinafter, the insertion agent inserted into the double-stranded nucleic acid will be described. The intercalating agent of the present invention uses a substance that is specifically inserted into the double-stranded nucleic acid and has a characteristic of being covalently bonded to the double-stranded nucleic acid by light irradiation. As a result, the intercalating agent binds strongly and irreversibly to the double-stranded nucleic acid, so that the intercalating agent bound to the double-stranded nucleic acid does not dissociate during the subsequent washing step. . Furthermore, the intercalating agent of the present invention uses a substance having the characteristics that are electrochemically active. Accordingly, the presence of the double-stranded nucleic acid can be detected with high sensitivity by an electrochemical signal derived from the intercalating agent specifically bound to the double-stranded nucleic acid.

前述した2つの特性を満たす挿入剤は、前記二本鎖核酸に特異的に挿入し、且つ光照射により二本鎖核酸と共有結合する二本鎖核酸結合部位(I)と、電気化学活性を有する電気化学活性部位(F)と、前記二本鎖核酸結合部位と前記電気化学活性部位とを連結する連結部位(L)と、を有する化合物である。   The intercalating agent that satisfies the above-mentioned two properties specifically inserts into the double-stranded nucleic acid and has a double-stranded nucleic acid binding site (I) that is covalently bonded to the double-stranded nucleic acid by light irradiation, and has an electrochemical activity. A compound having an electrochemically active site (F) and a linking site (L) for linking the double-stranded nucleic acid binding site and the electrochemically active site.

例えば、このような挿入剤は、下記一般式(1)で表すことができる。   For example, such an intercalating agent can be represented by the following general formula (1).

一般式
F − L − I (1)
(式中Fは電気化学活性基、Lは連結基、Iは光照射により二本鎖核酸と架橋する部位を有する二本鎖核酸挿入基を表わす。)
ここで、前記一般式(1)に示す、二本鎖核酸挿入基Iとして用いることができる物質としては、二本鎖核酸に特異的に挿入し、且つ光照射により二本鎖核酸と共有結合できる物質であり、感光性をもつ挿入剤が挙げられる。
Formula F-L-I (1)
(In the formula, F represents an electrochemically active group, L represents a linking group, and I represents a double-stranded nucleic acid insertion group having a site that crosslinks with a double-stranded nucleic acid upon irradiation with light.)
Here, the substance that can be used as the double-stranded nucleic acid insertion group I shown in the general formula (1) is specifically inserted into the double-stranded nucleic acid and covalently bonded to the double-stranded nucleic acid by light irradiation. It is a substance that can be used, and includes an intercalator having photosensitivity.

そして、このような感光性挿入剤としては、例えば、フロクマリン誘導体が挙げられ、特に、ソラレン誘導体が好ましい。このソラレン誘導体は、二本鎖核酸に挿入すると、二本鎖核酸と非共有的相互作用を起こし、さらにこれに長波長紫外線(300〜400nm)を照射すると、安定な共有結合を形成する。   Examples of such a photosensitive intercalating agent include furocoumarin derivatives, and psoralen derivatives are particularly preferable. When this psoralen derivative is inserted into a double-stranded nucleic acid, it causes a non-covalent interaction with the double-stranded nucleic acid. When this psoralen derivative is further irradiated with long-wavelength ultraviolet light (300 to 400 nm), a stable covalent bond is formed.

これにより、二本鎖核酸に挿入したソラレン誘導体部分が、強固に且つ不可逆的に二本鎖核酸と共有結合するようになり、前記一本鎖の核酸プローブや、該核酸プローブが固定される電極表面に非特異吸着した挿入剤を洗浄等する操作によって、二本鎖核酸に結合させた挿入剤が抜け落ちることがなくなる。これにより、前記一本鎖の核酸プローブ及び電極表面に非特異吸着した挿入剤に対して、強い洗浄を行って除去することができるようになる。   As a result, the psoralen derivative portion inserted into the double-stranded nucleic acid is strongly and irreversibly covalently bonded to the double-stranded nucleic acid, and the single-stranded nucleic acid probe or the electrode to which the nucleic acid probe is fixed The operation of washing the non-specifically adsorbing agent on the surface prevents the intercalating agent bonded to the double-stranded nucleic acid from falling off. As a result, the single-stranded nucleic acid probe and the intercalating agent non-specifically adsorbed on the electrode surface can be removed by strong washing.

このようなソラレン誘導体の具体的な例としては、ソラレン、メトキシソラレン、トリメチルソラレン等が挙げられる。   Specific examples of such psoralen derivatives include psoralen, methoxypsoralen, trimethylpsoralen and the like.

次に、前記一般式(1)に示す、電気化学活性基Fとして用いることができる物質は、電気化学的に検出可能な物質であり、複素環系化合物を配位子に有する金属錯体を挙げることができる。   Next, the substance that can be used as the electrochemically active group F shown in the general formula (1) is an electrochemically detectable substance, and includes a metal complex having a heterocyclic compound as a ligand. be able to.

このような金属錯体は、酸化還元性を有する化合物であり、可逆な酸化還元反応時に生じる酸化還元電流を測定することで物質の検出が可能である。   Such a metal complex is a compound having redox properties, and a substance can be detected by measuring a redox current generated during a reversible redox reaction.

さらに、このような金属錯体には、酸化還元反応時に電気化学発光を生じるものもあり、その発光を測定することで検出を行うこともできる。   Furthermore, some of these metal complexes generate electrochemiluminescence during the oxidation-reduction reaction, and detection can be performed by measuring the luminescence.

さらに、前述金属錯体としては、酸素や窒素等を含む複素環系化合物、例えば、ピリジン部位、ピラン部位等を配位子に有する金属錯体があり、特にピリジン部位を配位子に有する金属錯体が好ましい。   Furthermore, as the above-mentioned metal complexes, there are heterocyclic compounds containing oxygen, nitrogen, etc., for example, metal complexes having a pyridine moiety, a pyran moiety, etc. as a ligand, and particularly metal complexes having a pyridine moiety as a ligand. preferable.

さらに、前述のピリジン部位を配位子に有する金属錯体としては、例えば、金属ビピリジン錯体、金属フェナントロリン錯体等がある。   Furthermore, examples of the metal complex having the above-mentioned pyridine moiety as a ligand include a metal bipyridine complex and a metal phenanthroline complex.

さらに、前記金属錯体において、中心金属としては、例えば、ルテニウム、オスニウム、亜鉛、コバルト、白金、クロム、モリブデン、タングステン、テクネチウム、レニウム、ロジウム、イリジウム、パラジウム、銅、インジウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、サマリウム等を挙げることができる。   Furthermore, in the metal complex, as the central metal, for example, ruthenium, osnium, zinc, cobalt, platinum, chromium, molybdenum, tungsten, technetium, rhenium, rhodium, iridium, palladium, copper, indium, lanthanum, praseodymium, neodymium, Samarium etc. can be mentioned.

そして特に、中心金属がルテニウム、オスニウムである錯体は良好な電気化学発光特性を有し、このような良好な電気化学発光特性を有する物質としては、例えば、ルテニウムビピリジン錯体、ルテニウムフェナントロリン錯体、オスニウムビピリジン錯体、オスニウムフェナントロリン錯体等を挙げることができる。   In particular, a complex in which the central metal is ruthenium or osmium has good electrochemiluminescence properties, and examples of the material having such good electrochemiluminescence properties include ruthenium bipyridine complexes, ruthenium phenanthroline complexes, and osmium. Bipyridine complex, osnium phenanthroline complex, etc. can be mentioned.

さらに、上記のような金属錯体の配位子に官能基を導入することにより、錯体の配位子骨格のπ電子が、電極の空軌道に入ることを阻害するため、配位結合による非特異吸着を抑えることができる。   Furthermore, by introducing a functional group into the ligand of the metal complex as described above, π electrons in the ligand skeleton of the complex are prevented from entering the vacant orbit of the electrode. Adsorption can be suppressed.

金属錯体の配位子に導入する官能基としては、アルキル基、アルコール、エーテル、アルデヒド、ケトン、カルボン酸、アミド、エステル、またこれらの組み合わせから構成される官能基を挙げることができる。   Examples of the functional group to be introduced into the ligand of the metal complex include functional groups composed of alkyl groups, alcohols, ethers, aldehydes, ketones, carboxylic acids, amides, esters, and combinations thereof.

さらに、アルコール、アルデヒド、カルボン酸、アミド、は、極性をもつ官能基であり、親水性を有しているため、疎水的相互作用による吸着の低減に有効に作用する。   Furthermore, alcohols, aldehydes, carboxylic acids, and amides are polar functional groups and have hydrophilicity, and thus effectively act to reduce adsorption due to hydrophobic interactions.

特に、カルボン酸は、水溶液中において負電荷を有する官能基であり、電極に金のような貴金属を使用した場合には、電極表面は負に帯電しており、反発する。そのため、静電気的相互作用による吸着の低減に有効に作用する。   In particular, carboxylic acid is a functional group having a negative charge in an aqueous solution, and when a noble metal such as gold is used for the electrode, the electrode surface is negatively charged and repels. Therefore, it works effectively to reduce adsorption due to electrostatic interaction.

一般式(1)において、Lで示される物質は、FとIとを連結する連結部位である。連結部は、アルキル基、アミド、エーテル、ケトン、エステル、またこれらの組み合わせから構成されることを特徴としており、電極表面に配位結合する非共有電子対を持たない構成となる。そのため、連結部位の構造に起因した非特異吸着の発生を低減することが可能となる。   In the general formula (1), the substance represented by L is a linking site for linking F and I. The connecting portion is characterized by being composed of an alkyl group, an amide, an ether, a ketone, an ester, or a combination thereof, and does not have an unshared electron pair that is coordinated to the electrode surface. Therefore, it is possible to reduce the occurrence of non-specific adsorption due to the structure of the linking site.

以上のように、本発明の挿入剤は、金属錯体の配位子に官能基を導入すること、および、連結部の構成により、非特異吸着を低減させることが可能となる。さらに、金属錯体の配位子に官能基を導入すること、および、連結部の構成による非特異吸着の低減効果は、互いに独立に働くものであり、前者のみ、もしくは後者のみでも非特異吸着の低減に有効に働くため、どちらか一方を適用した挿入剤を用いてもよい。しかし、非特異吸着の低減効果は、両者の効果を組合わせた場合が最も効果が高く、両者を適用した挿入剤を用いることがより好ましい。
以上に説明したような挿入剤を、前記遺伝子サンプルと電極に固定化された前記核酸プローブをハイブリダイズさせる前か後に添加し、該核酸プローブと遺伝子サンプルとがハイブリダイズした二本鎖核酸と前記挿入剤とを光照射により共有結合させた後、洗浄を行い、前記一本鎖の核酸プローブや、該核酸プローブが固定される電極表面に非特異的に吸着した挿入剤を除去する。
As described above, the intercalating agent of the present invention can reduce non-specific adsorption by introducing a functional group into the ligand of the metal complex and configuring the linking part. Furthermore, the effect of reducing non-specific adsorption by introducing a functional group into the ligand of the metal complex and the structure of the linking part works independently of each other. In order to effectively work for reduction, an intercalating agent to which either one is applied may be used. However, the effect of reducing nonspecific adsorption is most effective when the two effects are combined, and it is more preferable to use an intercalating agent to which both are applied.
The intercalating agent as described above is added before or after hybridizing the nucleic acid probe immobilized on the gene sample and the electrode, and the double-stranded nucleic acid hybridized with the nucleic acid probe and the gene sample and the After covalently binding the intercalating agent by light irradiation, washing is performed to remove the single-stranded nucleic acid probe and the intercalating agent adsorbed nonspecifically on the electrode surface on which the nucleic acid probe is immobilized.

この結果、前記ハイブリダイズした二本鎖核酸に、特異的に共有結合した挿入剤のみが残るようになり、この挿入剤由来の電気化学的な信号を測定することにより、二本鎖核酸の存在を高感度に検出することができる。   As a result, only the intercalating agent specifically covalently bound remains in the hybridized double-stranded nucleic acid, and the presence of the double-stranded nucleic acid is determined by measuring the electrochemical signal derived from the intercalating agent. Can be detected with high sensitivity.

前記挿入剤由来の電気化学的な信号は、添加する挿入剤の種類により異なるが、酸化還元電流を生じる挿入剤を用いた場合には、ポテンショスタット、ファンクションジェネレータ等からなる計測系で測定できる。一方、電気化学発光を生じる挿入剤を用いた場合には、フォトマルチプライヤー等を用いて計測が可能である。   The electrochemical signal derived from the intercalating agent varies depending on the type of intercalating agent to be added, but when an intercalating agent that generates an oxidation-reduction current is used, it can be measured by a measurement system including a potentiostat, a function generator, and the like. On the other hand, when an intercalating agent that generates electrochemiluminescence is used, measurement can be performed using a photomultiplier or the like.

以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。   Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited thereto.

(1)金電極表面への核酸プローブの固定化
ガラス基板上にスパッタ装置(アルバック製SH−350)によりチタン10nmを下地に金200nmを形成し、フォトリソグラフィ工程により電極パターンを形成することで、金電極を準備した。電極表面をピラニア溶液(過酸化水素:濃硫酸=1:3)で1分間洗浄し、純水ですすいだ後、窒素ブローで乾燥させた。
(1) Immobilization of a nucleic acid probe on the surface of a gold electrode By forming a gold layer of 200 nm on a glass substrate using a sputtering apparatus (SH-350 made by ULVAC) with a base of 10 nm of titanium and forming an electrode pattern by a photolithography process, A gold electrode was prepared. The electrode surface was washed with a piranha solution (hydrogen peroxide: concentrated sulfuric acid = 1: 3) for 1 minute, rinsed with pure water, and then dried by nitrogen blowing.

核酸プローブには、ヒト由来Cytochrome P−450の遺伝子配列の5´末端より629−668番目に位置するCCCCCTGGATCCAGATATGCAATAATTTTCCCACTATCATの配列を有する5´末端のリン酸基を介してチオール基を修飾した40塩基のオリゴデオキシヌクレオチド(タカラバイオ製)を使用した。そして、該核酸プローブを10mMのPBS(pH7.4のリン酸ナトリウム緩衝液)に溶解させ、100μMに調整した。   The nucleic acid probe includes a 40-base oligo modified with a thiol group via a phosphate group at the 5 ′ end having a CCCCCTGGATCCAGATATGCAATAATTTTTCCCACTATCAT sequence located 629-668 from the 5 ′ end of the human Cytochrome P-450 gene sequence. Deoxynucleotide (manufactured by Takara Bio) was used. The nucleic acid probe was dissolved in 10 mM PBS (pH 7.4 sodium phosphate buffer) and adjusted to 100 μM.

この調整した核酸プローブの溶液を前記金電極上に滴下し、飽和湿潤下、室温で4時間放置することで、チオール基と金とを結合させて、核酸プローブを金電極に固定した。   The prepared solution of the nucleic acid probe was dropped on the gold electrode, and left at room temperature for 4 hours under saturated humidity to bond the thiol group and gold, thereby fixing the nucleic acid probe to the gold electrode.

(2)ハイブリダイゼーション
遺伝子サンプルには、前記核酸プローブと相補的な5´末端からATGATAGTGGGAAAATTATTGCATATCTGGATCCAGGGGGの配列を有するオリゴデオキシヌクレオチド(タカラバイオ製)を使用した。そして、該遺伝子サンプルを、10mMのPBS、及び2XSSCを混合したハイブリダイゼーション溶液に溶解させ、20μMに調整した。
(2) Hybridization As a gene sample, an oligodeoxynucleotide (manufactured by Takara Bio Inc.) having a sequence of ATGATAGTGGGGAAAATTATTGCATATCTGGATCCAGGGG from the 5 ′ end complementary to the nucleic acid probe was used. The gene sample was dissolved in a hybridization solution in which 10 mM PBS and 2XSSC were mixed, and adjusted to 20 μM.

この調整した、遺伝子サンプルが溶解したハイブリダイゼーション溶液を、前記核酸プローブを固定した金電極上に滴下し、40℃の恒温槽内で4時間反応させ、二本鎖核酸を形成させた。これにより、二本鎖核酸が形成された金電極xを得た。   The adjusted hybridization solution in which the gene sample was dissolved was dropped onto the gold electrode on which the nucleic acid probe was fixed, and reacted in a constant temperature bath at 40 ° C. for 4 hours to form double-stranded nucleic acid. Thereby, a gold electrode x on which a double-stranded nucleic acid was formed was obtained.

さらに、本実施例においては、比較対象として、二本鎖核酸が形成されていない金電極yを作成する。この二本鎖核酸が形成されない金電極yは、前記核酸プローブと非相補的な配列を有する遺伝子サンプル(以下、「比較遺伝子サンプル」と称す。)を使用して、前記二本鎖核酸が形成された金電極xを得る時と同様の処理をする。なお、ここでは、前記比較遺伝子サンプルとして、40merのPoly−A(タカラバイオ製)、AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAの配列を有する遺伝子サンプルを使用した。   Furthermore, in this example, a gold electrode y on which no double-stranded nucleic acid is formed is created as a comparison target. The gold electrode y on which the double-stranded nucleic acid is not formed is formed by the double-stranded nucleic acid using a gene sample having a non-complementary sequence with the nucleic acid probe (hereinafter referred to as “comparative gene sample”). The same processing as that for obtaining the gold electrode x is performed. Here, as the comparative gene sample, a 40-mer Poly-A (manufactured by Takara Bio Inc.), AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA was used.

(3)挿入剤の添加
挿入剤には、下記の化1に示すソラレン修飾ルテニウム錯体を使用した。
(3) Addition of Insertion Agent A psoralen-modified ruthenium complex represented by Chemical Formula 1 below was used as the insertion agent.

Figure 2006020525
Figure 2006020525

ソラレン修飾ルテニウム錯体の合成は、以下手順により得ることができる。   The synthesis of psoralen-modified ruthenium complex can be obtained by the following procedure.

乾燥ジメチルホルムアミド50mLに溶解させた水素化ナトリウム60%2.2g(55mmol)を窒素雰囲気の容器に入れ、これに1,4−ブタンジオール0.49g(5.44mmol)を滴下し1時間還流した。次に、公知の方法(Biochemistry,vol.16,No6,1977)により合成した4’−クロロメチル−4,5,8−トリメチルソラレン(0.5g、1.81mmol)を、乾燥ジメチルホルムアミド10mLに溶解させ、滴下した。12時間反応後、蒸留水で水素化ナトリウムをクエンチした。反応液を炭酸水素ナトリウム水溶液に入れ、撹拌した後、クロロホルムで抽出した。溶媒を留去した後、粗生成物をシリカゲルクロマトグラフィー処理により精製し、生成物Aを得た(収率62%)。   Sodium hydride 60% 2.2 g (55 mmol) dissolved in 50 mL of dry dimethylformamide was placed in a nitrogen atmosphere container, and 0.49 g (5.44 mmol) of 1,4-butanediol was added dropwise thereto and refluxed for 1 hour. . Next, 4′-chloromethyl-4,5,8-trimethylpsoralen (0.5 g, 1.81 mmol) synthesized by a known method (Biochemistry, vol. 16, No. 6, 1977) was added to 10 mL of dry dimethylformamide. Dissolved and added dropwise. After reacting for 12 hours, the sodium hydride was quenched with distilled water. The reaction solution was put into an aqueous sodium hydrogen carbonate solution, stirred, and extracted with chloroform. After the solvent was distilled off, the crude product was purified by silica gel chromatography to obtain product A (yield 62%).

THF60.0mLに溶解させた4,4‘−ジメチル−2,2’ビピリジン2.50g(1.35×10−2mol)溶液を窒素雰囲気の容器に注入した後、リチウムジイソプロピルアミド2M溶液16.9mL(2.70×10−2mol)を滴下し、冷却しながら30分撹拌した。一方、同様に窒素気流中で乾燥させた容器に1,2−ジブロモエタン7.61g(4.05×10−2mol)とTHF10mLを加え、冷却しながら撹拌させた。この容器に、先程の反応液を滴下し、2.5時間反応させた。反応溶液は2Nの塩酸で中和し、THFを留去した後、クロロホルムで抽出した。溶媒を留去して得た粗生成物をシリカゲルカラムで精製し、生成物Bを得た(収率47%)。 After injecting a solution of 2.50 g (1.35 × 10 −2 mol) of 4,4′-dimethyl-2,2′bipyridine dissolved in 60.0 mL of THF into a container in a nitrogen atmosphere, a solution of lithium diisopropylamide 2M 16. 9 mL (2.70 × 10 −2 mol) was added dropwise and stirred for 30 minutes while cooling. On the other hand, 7.61 g (4.05 × 10 −2 mol) of 1,2-dibromoethane and 10 mL of THF were added to a container that was similarly dried in a nitrogen stream, and stirred while cooling. The previous reaction solution was dropped into this container and allowed to react for 2.5 hours. The reaction solution was neutralized with 2N hydrochloric acid, and THF was distilled off, followed by extraction with chloroform. The crude product obtained by distilling off the solvent was purified with a silica gel column to obtain the product B (yield 47%).

乾燥ジメチルホルムアミド5.0mLに溶解させた水素化ナトリウム60%11mg(0.46mmol)を窒素雰囲気の容器に入れ、これに生成物A0.10g(0.30mmol)を加え1時間還流した。次に、生成物B(0.13g、0.45mmol)を、乾燥ジメチルホルムアミド5.0mLに溶解させ、滴下した。8時間反応後、蒸留水で水素化ナトリウムをクエンチした。反応液を炭酸水素ナトリウム水溶液に入れ、撹拌した後、クロロホルムで抽出した。溶媒を留去した後、粗生成物をシリカゲルクロマトグラフィー処理により精製し、生成物Cを得た(収率48%)。   Sodium hydride (60 mg, 11 mg, 0.46 mmol) dissolved in 5.0 mL of dry dimethylformamide was placed in a nitrogen atmosphere container, and 0.10 g (0.30 mmol) of product A was added thereto and refluxed for 1 hour. Next, product B (0.13 g, 0.45 mmol) was dissolved in 5.0 mL of dry dimethylformamide and added dropwise. After reacting for 8 hours, the sodium hydride was quenched with distilled water. The reaction solution was put into an aqueous sodium hydrogen carbonate solution, stirred, and extracted with chloroform. After the solvent was distilled off, the crude product was purified by silica gel chromatography to obtain product C (yield 48%).

2,2’−ビピリジン−4,4‘−ジカルボン酸1.0g、4.1mmol;和光純薬製)をエタノール20mLに入れ、濃硫酸を数滴加え、2時間還流した。炭酸水素ナトリウム水溶液で中和した後、溶媒を留去し、エタノールから再結晶を行い、生成物D(4,4‘−ジカルボキシエチル−2,2’−ビピリジン)を得た(収率90%)。   2,2'-bipyridine-4,4'-dicarboxylic acid (1.0 g, 4.1 mmol; manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was placed in 20 mL of ethanol, a few drops of concentrated sulfuric acid was added, and the mixture was refluxed for 2 hours. After neutralization with an aqueous sodium hydrogen carbonate solution, the solvent was distilled off and recrystallization was performed from ethanol to obtain product D (4,4′-dicarboxyethyl-2,2′-bipyridine) (yield 90). %).

塩化ルテニウム(III)・二水和物(0.24g、1.0mmol)および生成物D(0.66g、2.2mmol)をジメチルホルムアミド(80.0mL)中で6時間還流した後、溶媒を留去した。その後、アセトンを加え、一晩冷却することで得られた黒色沈殿物を採取し、エタノール水溶液170mL(エタノール:水=1:1)を加え1時間加熱還流を行った。ろ過後塩化リチウムを20g加え、エタノールを留去し、さらに一晩冷却した。析出した黒色物質は吸引ろ過で採取し、生成物Eを得た(収率51.3%)。   After ruthenium (III) chloride dihydrate (0.24 g, 1.0 mmol) and product D (0.66 g, 2.2 mmol) were refluxed in dimethylformamide (80.0 mL) for 6 hours, the solvent was removed. Distilled off. Then, acetone was added and the black precipitate obtained by cooling overnight was extract | collected, 170 mL of ethanol aqueous solution (ethanol: water = 1: 1) was added, and it heated and refluxed for 1 hour. After filtration, 20 g of lithium chloride was added, ethanol was distilled off, and the mixture was further cooled overnight. The deposited black substance was collected by suction filtration to obtain a product E (yield 51.3%).

生成物C(0.17g、0.31mmol)および生成物E(0.30g、0・39mmol)をジメチルホルムアミドに溶かし、5時間還流した。反応後、溶媒を留去させて得た黒紫色の物質に蒸留水を加えて溶解させ、未反応錯体をろ過により除去した後、溶媒を留去した。得られた粗生成物は、シリカゲルクロマトグラフィー処理により精製してから、アルカリ溶液(1N NaOH)中で加水分解させ、ソラレン修飾ルテニウム錯体を得た(収率62%)。表1は、前述のようにして得たソラレン修飾ルテニウム錯体のH−NMR結果である。
(表1)
H−NMR(300MHz、DMSOd−6)
σ:
1.5〜2.0(12H,m)
2.4〜2.6(12H,m)
2.74 (2H,t)
4.33 (2H,s)
6.32 (1H,s)
7.34 (2H,s)
7.48 (1H,s)
7.61 (2H,d)
7.82 (4H,m)
8.22 (4H,d)
8.74 (2H,d)
8.82 (4H,d)
このようにして得られたソラレン修飾ルテニウム錯体を10mMのPBSで2μMに調整した。この調整した溶液を、二本鎖核酸が形成された金電極x、及び二本鎖核酸が形成されていない金電極yにそれぞれ添加し、30分間4℃の冷蔵庫内で暗反応を行った。
Product C (0.17 g, 0.31 mmol) and product E (0.30 g, 0.39 mmol) were dissolved in dimethylformamide and refluxed for 5 hours. After the reaction, distilled water was added to the black purple substance obtained by distilling off the solvent to dissolve it. The unreacted complex was removed by filtration, and then the solvent was distilled off. The obtained crude product was purified by silica gel chromatography and then hydrolyzed in an alkaline solution (1N NaOH) to obtain a psoralen-modified ruthenium complex (yield 62%). Table 1 shows 1 H-NMR results of the psoralen-modified ruthenium complex obtained as described above.
(Table 1)
1 H-NMR (300 MHz, DMSOd-6)
σ:
1.5-2.0 (12H, m)
2.4-2.6 (12H, m)
2.74 (2H, t)
4.33 (2H, s)
6.32 (1H, s)
7.34 (2H, s)
7.48 (1H, s)
7.61 (2H, d)
7.82 (4H, m)
8.22 (4H, d)
8.74 (2H, d)
8.82 (4H, d)
The psoralen-modified ruthenium complex thus obtained was adjusted to 2 μM with 10 mM PBS. The prepared solution was added to the gold electrode x on which double-stranded nucleic acid was formed and the gold electrode y on which double-stranded nucleic acid was not formed, and a dark reaction was performed in a refrigerator at 4 ° C. for 30 minutes.

(4)二本鎖核酸と挿入剤との共有結合
30分後、UVクロスリンカー(フナコシ製UVPCL1000L型)を用いて波長365nm、5mW/cm2の紫外線を10分間照射し、ソラレンと二本鎖核酸とを共有結合させた。共有結合後、金電極を10mMのPBSで10分間揺動洗浄し、未反応のRu錯体を取り除いた。
(4) Covalent bond between double-stranded nucleic acid and intercalating agent 30 minutes later, UV rays of 365 nm and 5 mW / cm 2 were irradiated for 10 minutes using UV crosslinker (Funakoshi UVPCL1000L type), and psoralen and double-stranded nucleic acid And were covalently bonded. After covalent bonding, the gold electrode was rock-washed with 10 mM PBS for 10 minutes to remove unreacted Ru complex.

(5)電気化学測定
以上の工程の後、二本鎖核酸が形成された電極x、及び二本鎖核酸が形成されていない電極yのそれぞれに、0.1MのPBSおよび0.1Mのトリエチルアミンを混合した電解液を滴下した。その後、それぞれの電極x,yに電圧を印加し、この時に生じた挿入剤由来の電気化学発光の測定を行った。なお、電圧の印加は、0Vから1.3Vまで走査し、1秒間電気化学測定を行った。電気化学発光量の測定は、光電子増倍管(浜松ホトニクス製H7360−01)を用いて行い、電圧走査中における最大発光量を測定した。
(5) Electrochemical measurement After the above steps, 0.1M PBS and 0.1M triethylamine were applied to each of the electrode x on which the double-stranded nucleic acid was formed and the electrode y on which the double-stranded nucleic acid was not formed. The electrolyte solution mixed with was dropped. Thereafter, a voltage was applied to each of the electrodes x and y, and electrochemiluminescence derived from the intercalating agent generated at this time was measured. The voltage was applied by scanning from 0 V to 1.3 V and performing electrochemical measurement for 1 second. The electrochemiluminescence amount was measured using a photomultiplier tube (H7360-01 manufactured by Hamamatsu Photonics), and the maximum luminescence amount during voltage scanning was measured.

図1は、本実施例における、二本鎖核酸が形成された電極x、及び二本鎖核酸が形成されていない電極yにおいて検出された最大電気化学発光量を示したものである。   FIG. 1 shows the maximum amount of electrochemiluminescence detected at the electrode x where the double-stranded nucleic acid was formed and the electrode y where the double-stranded nucleic acid was not formed, in this example.

図1から明らかなように、二本鎖核酸が形成された電極xでの発光量は、二本鎖核酸が形成されていない電極yでの発光量と比較して著しく高い値となっており、本実施例の挿入剤を用いれば、高感度に二本鎖核酸の検出が可能であることが分かる。   As is clear from FIG. 1, the amount of light emitted from the electrode x on which the double-stranded nucleic acid was formed was significantly higher than the amount of light emitted from the electrode y on which the double-stranded nucleic acid was not formed. It can be seen that the use of the intercalating agent of this example enables the detection of double-stranded nucleic acid with high sensitivity.

本発明にかかる遺伝子検出方法は、特定の配列を有する遺伝子を高感度に検出することができ、遺伝子診断、感染症診断、ゲノム創薬等の用途に適用できる。   The gene detection method according to the present invention can detect a gene having a specific sequence with high sensitivity, and can be applied to uses such as gene diagnosis, infectious disease diagnosis, and genome drug discovery.

本発明の実施例1における、二本鎖核酸が形成された電極x、及び二本鎖核酸が形成されていない電極yにおいて検出された最大電気化学発光量を示す図The figure which shows the maximum amount of electrochemiluminescence detected in the electrode x in which the double stranded nucleic acid was formed, and the electrode y in which the double stranded nucleic acid was not formed in Example 1 of this invention.

Claims (13)

特定の配列を有する遺伝子を検出する遺伝子検出方法であって、
検出すべき遺伝子配列に対して相補的な塩基配列を有する一本鎖の核酸プローブが固定化された電極と、一本鎖に変性された遺伝子サンプルとを反応させ、該電極に固定化された核酸プローブと前記遺伝子サンプルとがハイブリダイズした二本鎖核酸を形成する二本鎖核酸形成工程と、
二本鎖核酸に特異的に挿入し、かつ光照射により該二本鎖核酸と共有結合を形成する二本鎖核酸結合部位と、電気化学活性を有する電気化学活性部位と、前記二本鎖核酸結合部位と前記電気化学活性部位とを連結する連結部位と、を有する化合物からなる挿入剤を添加する挿入剤添加工程と、
光照射を行うことにより、前記二本鎖核酸と前記挿入剤とを共有結合させる光照射工程と、
前記二本鎖核酸と共有結合した挿入剤を電気化学的な測定により検出する検出工程と、を含み、
前記挿入剤の電気化学活性部位は、官能基が導入された複素環系化合物を配位子に有する金属錯体である、
ことを特徴とする遺伝子検出方法。
A gene detection method for detecting a gene having a specific sequence,
An electrode on which a single-stranded nucleic acid probe having a base sequence complementary to the gene sequence to be detected was immobilized was reacted with a gene sample denatured into a single strand, and immobilized on the electrode. A double-stranded nucleic acid forming step of forming a double-stranded nucleic acid in which a nucleic acid probe and the gene sample are hybridized;
A double-stranded nucleic acid binding site that specifically inserts into the double-stranded nucleic acid and forms a covalent bond with the double-stranded nucleic acid by light irradiation; an electrochemically active site having electrochemical activity; and the double-stranded nucleic acid An intercalating agent adding step of adding an intercalating agent consisting of a compound having a binding site that links the binding site and the electrochemically active site;
A light irradiation step of covalently bonding the double-stranded nucleic acid and the intercalating agent by performing light irradiation;
Detecting the intercalating agent covalently bound to the double-stranded nucleic acid by electrochemical measurement,
The electrochemically active site of the intercalating agent is a metal complex having a heterocyclic compound having a functional group introduced as a ligand,
A gene detection method characterized by the above.
請求項1に記載の遺伝子検出方法において、
前記官能基がアルキル基、アルコール、エーテル、アルデヒド、ケトン、カルボン酸、アミド、エステルの組み合わせから構成される、
ことを特徴とする遺伝子検出方法。
The gene detection method according to claim 1,
The functional group is composed of a combination of an alkyl group, alcohol, ether, aldehyde, ketone, carboxylic acid, amide, ester,
A gene detection method characterized by the above.
請求項1に記載の遺伝子検出方法において、
前記連結部位がアルキル基、アミド、エーテル、ケトン、エステルの組合わせから構成される、
ことを特徴とする遺伝子検出方法。
The gene detection method according to claim 1,
The linking site is composed of a combination of an alkyl group, amide, ether, ketone, ester,
A gene detection method characterized by the above.
特定の配列を有する遺伝子を検出する遺伝子検出方法であって、
検出すべき遺伝子配列に対して相補的な塩基配列を有する一本鎖の核酸プローブが固定化された電極と、一本鎖に変性された遺伝子サンプルとを反応させ、該電極に固定化された核酸プローブと前記遺伝子サンプルとがハイブリダイズした二本鎖核酸を形成する二本鎖核酸形成工程と、
二本鎖核酸に特異的に挿入し、かつ光照射により該二本鎖核酸と共有結合を形成する二本鎖核酸結合部位と、電気化学活性を有する電気化学活性部位と、前記二本鎖核酸結合部位と前記電気化学活性部位とを連結する連結部位と、を有する化合物、からなる挿入剤を添加する挿入剤添加工程と、
光照射を行うことにより、前記二本鎖核酸と前記挿入剤とを共有結合させる光照射工程と、
前記二本鎖核酸と共有結合した挿入剤を電気化学的な測定により検出する検出工程と、を含み、
前記連結部位がアルキル基、アミド、エーテル、ケトン、エステルの組合わせから構成される、
ことを特徴とする遺伝子検出方法。
A gene detection method for detecting a gene having a specific sequence,
An electrode on which a single-stranded nucleic acid probe having a base sequence complementary to the gene sequence to be detected was immobilized was reacted with a gene sample denatured into a single strand, and immobilized on the electrode. A double-stranded nucleic acid forming step of forming a double-stranded nucleic acid in which a nucleic acid probe and the gene sample are hybridized;
A double-stranded nucleic acid binding site that specifically inserts into the double-stranded nucleic acid and forms a covalent bond with the double-stranded nucleic acid by light irradiation; an electrochemically active site having electrochemical activity; and the double-stranded nucleic acid An intercalating agent adding step of adding an intercalating agent comprising a compound having a binding site and a linking site that links the electrochemically active site;
A light irradiation step of covalently bonding the double-stranded nucleic acid and the intercalating agent by performing light irradiation;
Detecting the intercalating agent covalently bound to the double-stranded nucleic acid by electrochemical measurement,
The linking site is composed of a combination of an alkyl group, amide, ether, ketone, ester,
A gene detection method characterized by the above.
請求項1から4に記載の遺伝子検出方法において、
前記電気化学的な測定は、前記電極に対して電圧を印加し、前記二本鎖核酸と共有結合した挿入剤による電気化学発光量を測定するものである、
ことを特徴とする遺伝子検出方法。
The gene detection method according to claim 1, wherein
In the electrochemical measurement, a voltage is applied to the electrode, and the amount of electrochemiluminescence by the intercalating agent covalently bonded to the double-stranded nucleic acid is measured.
A gene detection method characterized by the above.
請求項1から3に記載の遺伝子検出方法において、
前記金属錯体が酸化還元性を有する化合物である、
ことを特徴とする遺伝子検出方法。
In the gene detection method of Claim 1 to 3,
The metal complex is a compound having redox properties,
A gene detection method characterized by the above.
請求項6に記載の遺伝子検出方法において、
前記酸化還元性を有する化合物が電気化学発光を示す化合物である、
ことを特徴とする遺伝子検出方法。
The gene detection method according to claim 6,
The compound having redox properties is a compound exhibiting electrochemiluminescence,
A gene detection method characterized by the above.
請求項7に記載の遺伝子検出方法において、
前記配位子に複素環系化合物を有する金属錯体が、配位子にピリジン部位を有する金属錯体である、
ことを特徴とする遺伝子検出方法。
The gene detection method according to claim 7, wherein
The metal complex having a heterocyclic compound in the ligand is a metal complex having a pyridine moiety in the ligand,
A gene detection method characterized by the above.
請求項8に記載の遺伝子検出方法において、
前記配位子にピリジン部位を有する金属錯体が、金属ビピリジン錯体、金属フェナントロリン錯体である、
ことを特徴とする遺伝子検出方法。
The gene detection method according to claim 8,
The metal complex having a pyridine moiety in the ligand is a metal bipyridine complex, a metal phenanthroline complex,
A gene detection method characterized by the above.
請求項9に記載の遺伝子検出方法において、
前記配位子に複素環系化合物を有する金属錯体の中心金属が、ルテニウム、オスニウムである、
ことを特徴とする遺伝子検出方法。
The gene detection method according to claim 9, wherein
The central metal of the metal complex having a heterocyclic compound as the ligand is ruthenium or osnium.
A gene detection method characterized by the above.
請求項1から4に記載の遺伝子検出方法において、
前記二本鎖核酸結合部位が感光性挿入剤である、
ことを特徴とする遺伝子検出方法。
The gene detection method according to claim 1, wherein
The double-stranded nucleic acid binding site is a photosensitive intercalator;
A gene detection method characterized by the above.
請求項11に記載の遺伝子検出方法において、
前記感光性挿入剤がフロクマリン誘導体である、
ことを特徴とする遺伝子検出方法。
The gene detection method according to claim 11,
The photosensitive intercalator is a furocoumarin derivative;
A gene detection method characterized by the above.
請求項12に記載の遺伝子検出方法において、
前記フロクマリン誘導体がソラレン誘導体である、
ことを特徴とする遺伝子検出方法。
The gene detection method according to claim 12,
The furocoumarin derivative is a psoralen derivative;
A gene detection method characterized by the above.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007304091A (en) * 2006-04-10 2007-11-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd Gene detection method

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007304091A (en) * 2006-04-10 2007-11-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd Gene detection method

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