JP2006141347A - METHOD FOR DETERMINING NUCLEIC ACID BASE SEQUENCE USING RecA PROTEIN DERIVED FROM HIGHLY THERMOPHILIC BACTERIUM AND KIT FOR DETERMINING THE NUCLEIC ACID BASE SEQUENCE - Google Patents

METHOD FOR DETERMINING NUCLEIC ACID BASE SEQUENCE USING RecA PROTEIN DERIVED FROM HIGHLY THERMOPHILIC BACTERIUM AND KIT FOR DETERMINING THE NUCLEIC ACID BASE SEQUENCE Download PDF

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Yasushi Shigemori
康司 重森
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for accurately and efficiently determining a nucleic acid base sequence, capable of improving elongation properties of DNA polymerase reaction, even in cycle sequence reaction in which an elongation temperature is high and a heat denaturation process is repeated, and further capable of increasing base sequence specificity of a primer to a target nucleic acid. <P>SOLUTION: This method for determining the nucleic acid base sequence comprises determining the base sequence of the target nucleic acid by conducting the cycle sequence reaction in the presence of a RecA protein derived from a highly thermophilic bacterium. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、核酸塩基配列決定方法並びに核酸塩基配列決定キットに関し、詳細には、高度好熱菌由来のRecAタンパク質の存在下でのサイクルシークエンス反応を行うことによって核酸の塩基配列を決定する核酸塩基配列決定方法並びに核酸塩基配列決定キットに関する。   The present invention relates to a nucleobase sequencing method and a nucleobase sequencing kit, and in particular, a nucleobase that determines a nucleic acid base sequence by performing a cycle sequence reaction in the presence of a RecA protein derived from an extreme thermophile. The present invention relates to a sequencing method and a nucleobase sequencing kit.

今日のヒトゲノムプロジェクトに代表されるゲノム解析、遺伝子診断等において、核酸の塩基配列決定方法は非常に重要な技術である。
そして、核酸の塩基配列決定法としてサンガー(Sanger)等によって開発されたジデオキシ法がある。かかる方法は、操作の簡便性と高い再現性から、現在の塩基配列決定法の代表的なものとなっている。かかるジデオキシ法は、DNAポリメラーゼによる相補鎖合成反応がジデオキシヌクレオチド三リン酸(以下、「ddNTP」と略する場合がある。)の取り込みによって停止すること利用するものである。具体的には、塩基配列決定対象となる標的核酸(以下、「標的核酸」と略する場合がある。)を鋳型とし、標的核酸に相補性を有するプライマーを用いて、DNAポリメラーゼによる相補鎖合成を行う。この際、基質類似体としてddNTPを少量添加しておくと、ddNTPが取り込まれた位置で相補鎖の合成が停止する。4種の塩基夫々に対応するddNTPを用いて反応を行い、その鎖長に従って産物を分離することにより配列を読み取るものである。
Nucleic acid base sequencing is a very important technique in genome analysis and genetic diagnosis represented by today's human genome project.
A dideoxy method developed by Sanger et al. Is a method for determining the base sequence of nucleic acids. Such a method is representative of the current base sequencing method because of the ease of operation and high reproducibility. The dideoxy method is used by stopping the complementary strand synthesis reaction by DNA polymerase by incorporation of dideoxynucleotide triphosphate (hereinafter sometimes abbreviated as “ddNTP”). Specifically, complementary strand synthesis by DNA polymerase using a target nucleic acid (hereinafter sometimes abbreviated as “target nucleic acid”) as a template, and a primer complementary to the target nucleic acid. I do. At this time, if a small amount of ddNTP is added as a substrate analog, synthesis of the complementary strand stops at the position where ddNTP is incorporated. The reaction is carried out using ddNTP corresponding to each of the four types of bases, and the sequence is read by separating the products according to their chain lengths.

そして、上記ジデオキシ法に基づくシークエンス反応において、ある種の核酸結合タンパク質が、鋳型となる標的核酸の問題によって生じる反応阻害に有効であることが報告されている(例えば、非特許文献1、2、3、4および5を参照のこと。)。そのようなタンパク質として、一本鎖DNA結合タンパク質(以下、「SSB」と略する場合ある。)、T4 gene 32タンパク質、大腸菌由来のRecAタンパク質(以下、「RecA」と略する場合ある。)等がある。かかる報告について更に以下に説明を加える。シークエンス反応中において、鋳型核酸が二本鎖DNAである場合に、一本鎖DNAに変性する必要がある。このとき、上記タンパク質が変性した一本鎖DNAに結合することで一本鎖DNA同士の再結合が抑制され、一本鎖DNAで高頻度に発生する二次構造が解消される。その結果、シークエンス反応におけるDNAポリメラーゼ反応の伸張性を改善する。また、大腸菌由来RecAを用いたDNA解析の方法論が報告されている(例えば、特許文献4、5を参照のこと。)。   In the sequencing reaction based on the dideoxy method, it has been reported that a certain kind of nucleic acid binding protein is effective in inhibiting the reaction caused by the problem of the target nucleic acid serving as a template (for example, Non-Patent Documents 1 and 2, See 3, 4 and 5.) Examples of such proteins include single-stranded DNA-binding proteins (hereinafter sometimes abbreviated as “SSB”), T4 gene 32 protein, E. coli-derived RecA protein (hereinafter sometimes abbreviated as “RecA”), and the like. There is. This report is further explained below. During the sequence reaction, when the template nucleic acid is double-stranded DNA, it must be denatured into single-stranded DNA. At this time, the protein binds to denatured single-stranded DNA, so that recombination between single-stranded DNAs is suppressed, and secondary structures that occur frequently in single-stranded DNA are eliminated. As a result, the extensibility of the DNA polymerase reaction in the sequence reaction is improved. In addition, a methodology for DNA analysis using RecA derived from Escherichia coli has been reported (see, for example, Patent Documents 4 and 5).

近年、このジデオキシ法の応用として、ポリメラーゼ連鎖反応(以下、「PCR」と略する場合がある。)を利用したサイクルシークエンス法が開発された。かかる方法により、微量の標的核酸をも配列決定を行うことが可能となった。更には、サンガー等のジデオキシ法では適しなかったPCR産物の直接的な配列決定、所謂、ダイレクトシークエンスが可能となった。そして、現在において自動シークエンサーとの組み合わせにおいて大規模、迅速かつ安全なシークエンス法として確立されている。サイクルシークエンス法は、ジデオキシ法の反応をサーマルサイクラーで繰り返し行うことを基本原理としている。詳細には、鋳型核酸の熱変性、プライマーのアニーリング、耐熱性ポリメラーゼによる伸長反応とddNTPによる反応停止を1サイクルとして、これを30サイクル程度繰り返す。これによって、様々なシークエンス反応産物が合成され、これを解析することにより塩基配列を決定するものである。   In recent years, as an application of the dideoxy method, a cycle sequencing method using a polymerase chain reaction (hereinafter sometimes abbreviated as “PCR”) has been developed. This method has made it possible to sequence even a small amount of target nucleic acid. Furthermore, direct sequencing of the PCR product, which is not suitable by the dideoxy method such as Sanger, is possible, so-called direct sequencing. At present, it is established as a large-scale, quick and safe sequencing method in combination with an automatic sequencer. The cycle sequence method is based on the principle that the dideoxy method reaction is repeatedly performed by a thermal cycler. Specifically, heat denaturation of template nucleic acid, primer annealing, extension reaction with heat-resistant polymerase and reaction stop with ddNTP are defined as one cycle, and this is repeated for about 30 cycles. As a result, various sequence reaction products are synthesized, and their base sequences are determined by analyzing them.

Kowalozykowski S.C.等著、The Enzymes、第3版、Academic press、1981年、米国、ニューヨーク、14、373Kowalozykowski S.C. et al., The Enzymes, 3rd edition, Academic press, 1981, New York, 14, 373 Quin Chou等著、Minimizing deletion mutagenesis artifact during Taq DNA polymerase PCR by E.coli SSB.(E.coli SSBによってTaq DNAポリメラーゼPCRにおける欠失突然変異生成物を最小限にする。) Nucleic Acids Research、1992年、第20巻、第16号、第4371頁Quin Chou et al., Minimizing deletion mutagenesis artifact during Taq DNA polymerase PCR by E.coli SSB. Nucleic Acids Research, 1992 , Volume 20, Number 16, Page 4371 K.Schwarz等著、An improved double stranded DNA sequencing method using gene 32 protein.(Gene 32タンパク質を使用する、改善された2本鎖DNAの配列決定方法)、Nucleic Acids Res. Nucleic Acids Res.、1990年2月、第18巻、第4号、第1079頁K. Schwarz et al., An improved double stranded DNA sequencing method using gene 32 protein., Nucleic Acids Res. Nucleic Acids Res., 1990 February, Vol. 18, No. 4, pp. 1079 Rigas B, Welcher AA, Ward DC, Weissman SM.Rapid plasmid library screening using RecA-coated biotinylated probes.(RecAコートされたビオチン化プローブを用いる迅速なプラスミドライブラリーのスクリーニング)、Proc Natl Acad Sci 、米国、1986年12月、第83巻、第24号、第9591〜9595頁Rigas B, Welcher AA, Ward DC, Weissman SM. Rapid plasmid library screening using RecA-coated biotinylated probes. (Proc Natl Acad Sci, USA, 1986) December, volume 83, number 24, pages 9951-9595 Honigberg SM, Rao BJ, Radding CM著、Ability of RecA protein to promote a search for rare sequences in duplex DNA.(RecAタンパク質の二本鎖DNA中におけるレアな配列の探索を促進する能力)、Proc Natl Acad Sci U S A. 1986年12月、第83巻、第24号、第9586〜9590頁Honigberg SM, Rao BJ, Radding CM, Ability of RecA protein to promote a search for rare sequences in duplex DNA., Proc Natl Acad Sci US A. December 1986, 83, 24, 9586-9590

しかしながら、サイクルシークエンス反応はPCRの原理を利用していることから、伸長反応温度が高く、また、熱変性工程を繰り返すため、上記したタンパク質をサイクルシークエンス反応に適応することはできない。なぜならば、PCR中にそれらのタンパク質は、その生物学的機能が熱変性により失活するからである。そして、かかる変性は鋳型DNAに結合した状態で生じる。その結果、鋳型DNAに強固な高次構造が形成され、シークエンス反応におけるDNAポリメラーゼの反応が阻害されるという問題点があった。更に、上記したタンパク質はいずれもプライマーの鋳型となる標的核酸への塩基配列特異性の向上には効果はなく、任意のプライマーを使用するダイレクトシークエンスに対しては、その効果は認められないという問題点もあった。   However, since the cycle sequence reaction uses the principle of PCR, the extension reaction temperature is high, and the heat denaturation step is repeated, so that the above-described protein cannot be applied to the cycle sequence reaction. This is because during PCR, these proteins lose their biological functions due to thermal denaturation. Such denaturation occurs while bound to the template DNA. As a result, there is a problem that a strong higher-order structure is formed in the template DNA and the reaction of the DNA polymerase in the sequence reaction is inhibited. Furthermore, none of the above proteins is effective in improving the base sequence specificity to the target nucleic acid that serves as a primer template, and the effect is not recognized for direct sequencing using any primer. There was also a point.

そこで、本発明は、伸長反応温度が高く、また、熱変性工程を繰り返すサイクルシークエンス反応においても、DNAポリメラーゼ反応の伸張性を改善でき、更には、プライマーの標的核酸への塩基配列特異性を向上できる、正確かつ効率的な核酸の塩基配列決定方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention can improve the elongation of the DNA polymerase reaction even in a cycle sequence reaction in which the elongation reaction temperature is high and repeats the heat denaturation step, and further improves the base sequence specificity of the primer to the target nucleic acid. An object of the present invention is to provide an accurate and efficient nucleic acid sequencing method that can be used.

上記課題を解決すべく本発明者らは鋭意研究した結果、サイクルシークエンス反応を高度好熱菌由来のRecAの存在下で行った場合に、DNAポリメラーゼ反応の伸張性を改善できるとの知見を見出した。更に、DNAポリメラーゼによる塩基の読み間違いをも改善できるとの知見を得、これらの知見に基づいて本発明を完成するに至った。   As a result of diligent research to solve the above problems, the present inventors have found that when the cycle sequence reaction is performed in the presence of RecA derived from an extreme thermophile, the extendibility of the DNA polymerase reaction can be improved. It was. Furthermore, the knowledge that the base reading mistake by DNA polymerase can also be improved was acquired, and it came to complete this invention based on these knowledge.

即ち、上記目的を達成するため、本発明は、高度好熱菌由来RecAタンパク質の存在下で、サイクルシークエンス反応を行うことにより標的核酸の塩基配列を決定する核酸塩基配列決定方法を提供する。
そして、前記標的核酸が増幅産物であり、増幅後ダイレクトにシークエンス反応を行うことが好ましい。
また、前記標的核酸が阻止的または抑制的2次構造の区域を有する場合に好ましく実施される。
更に、好ましくは、前記RecAタンパク質がサーマス・サーモフィラス(Thermus thermophilus)由来である。
That is, in order to achieve the above object, the present invention provides a nucleobase sequencing method for determining the base sequence of a target nucleic acid by carrying out a cycle sequence reaction in the presence of a RecA protein derived from an extreme thermophile.
The target nucleic acid is an amplification product, and it is preferable to perform a sequence reaction directly after amplification.
In addition, it is preferably carried out when the target nucleic acid has a zone of inhibitory or inhibitory secondary structure.
Further preferably, the RecA protein is derived from Thermus thermophilus .

また、上記目的を達成するため、本発明はサイクルシークエンス用の核酸塩基配列決定キットを提供する。本発明の核酸塩基配列決定キットは、耐熱性DNAポリメラーゼ、アデニン、チミン、グアニンおよびシトシンの夫々に対応する4種類のデオキシヌクレオチド三リン酸、アデニン、チミン、グアニンおよびシトシンの夫々に対応する4種類のジデオキシヌクレオチド三リン酸、および、高度好熱菌由来のRecAタンパク質を含んでなる。
また、好ましくは、前記RecAタンパク質がサーマス・サーモフィラス(Thermus thermophilus)由来である。
In order to achieve the above object, the present invention provides a nucleobase sequencing kit for cycle sequencing. The nucleobase sequencing kit of the present invention comprises four types of deoxynucleotide triphosphates corresponding to each of thermostable DNA polymerase, adenine, thymine, guanine and cytosine, four types corresponding to each of adenine, thymine, guanine and cytosine And a RecA protein from a hyperthermophilic bacterium.
Preferably, the RecA protein is derived from Thermus thermophilus .

高度好熱菌由来のRecAの存在下でサイクルシークエンス反応を行うことにより、反応全体の効率化を図ることが可能となった。つまり、高度好熱菌由来のRecAは耐熱性であるため、高温条件を繰り返すサイクルシークエンス反応中においても変性することなく、安定してその活性を維持できる。それにより、プライマーの標的核酸への結合の塩基配列特異性が向上して任意プライマーを利用するダイレクトシークエンスにも好適に利用できる。また、一本鎖状態にあるプライマーと標的核酸の高次構造の生成を抑制することができ、その結果、DNAポリメラーゼの伸張性が向上させることが可能となった。更に、DNAポリメラーゼによる塩基の読み間違いをも低減すると共に、サイクルシークエンス反応効率の向上により正確な塩基配列解読が可能となった。   By performing a cycle sequence reaction in the presence of RecA derived from an extreme thermophile, it became possible to improve the overall efficiency of the reaction. That is, since RecA derived from highly thermophilic bacteria is heat resistant, its activity can be stably maintained without being denatured even during a cycle sequence reaction in which high temperature conditions are repeated. Thereby, the base sequence specificity of the binding of the primer to the target nucleic acid is improved, and it can be suitably used for a direct sequence using an arbitrary primer. Moreover, it was possible to suppress the generation of a higher-order structure of the primer and the target nucleic acid in a single-stranded state, and as a result, it became possible to improve the extensibility of the DNA polymerase. In addition, errors in reading bases by DNA polymerase are reduced, and accurate sequencing of the base sequence becomes possible by improving the efficiency of the cycle sequence reaction.

以下、具体的な本発明の実施の形態について説明するが、これはあくまでも本発明を例示するに留まり、本発明を限定するものではない。   Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described. However, these are merely examples of the present invention, and do not limit the present invention.

本発明は、高度好熱菌由来のRecAの存在下で、サイクルシークエンス反応を行うことにより、核酸の塩基配列を決定するものである。   In the present invention, the base sequence of a nucleic acid is determined by carrying out a cycle sequence reaction in the presence of RecA derived from an extreme thermophile.

ここで、サイクルシークエンス法について説明する。サークルシークエンス法は、ジデオキシ法とPCRを組み合わせた核酸の塩基配列決定技術である。典型的には、反応系に鋳型となる配列決定すべき標的核酸、プライマー1種類、デオキシヌクレオチド三リン酸(以下、「dNTP」と略する場合がある。)と終結ヌクレオチドとしてddNTPを添加し、そして耐熱性のポリメラーゼを添加する。反応は、鋳型核酸の熱変性、プライマーのアニーリング、伸長反応を1サイクルとする反応を適当なサイクル繰り返すことにより行われる。このとき、ddNTPはデオキシリボースの3´位の−OH基が−H基になっているdNTPのアナログであることから、PCR中にddNTPが取り込まれると、相補鎖の伸長が止まる。そのため、結果として、3´末端が同一の塩基の核酸が合成される。そして、ddNTPの取り込みはランダムに起こるため様々な鎖長の核酸が合成される。これらシークエンス産物を分離することにより、標的核酸の塩基配列を決定するというものである。   Here, the cycle sequence method will be described. The circle sequence method is a nucleic acid base sequencing technique that combines the dideoxy method and PCR. Typically, a target nucleic acid to be sequenced as a template, one kind of primer, deoxynucleotide triphosphate (hereinafter sometimes abbreviated as “dNTP”) and a termination nucleotide ddNTP are added to the reaction system, Then heat resistant polymerase is added. The reaction is carried out by repeating the reaction with one cycle consisting of heat denaturation of template nucleic acid, primer annealing, and extension reaction as appropriate. At this time, ddNTP is an analog of dNTP in which the —OH group at the 3 ′ position of deoxyribose is an —H group. Therefore, when ddNTP is incorporated during PCR, extension of the complementary strand is stopped. As a result, a nucleic acid having the same base at the 3 ′ end is synthesized. Since ddNTP incorporation occurs randomly, nucleic acids with various chain lengths are synthesized. By separating these sequence products, the base sequence of the target nucleic acid is determined.

本発明の塩基配列決定法に使用する反応液は、高度好熱菌由来RecAの存在の下、標的核酸、耐熱性DNAポリメラーゼ、一種類のプライマーDNA、dNTP、終結ヌクレオチド並びに適当な緩衝液を含んで調製される。   The reaction solution used for the base sequence determination method of the present invention contains a target nucleic acid, a thermostable DNA polymerase, one kind of primer DNA, dNTP, a terminating nucleotide, and an appropriate buffer in the presence of RecA derived from an extreme thermophile. It is prepared with.

ここで、RecAとは、単鎖核酸に協同的に結合し、該単鎖核酸と二本鎖拡散との間で相同領域を検索し、核酸の相同組換えを行うタンパク質である。本発明において使用されるRecAは、高度好熱菌由来タンパク質である。本発明の使用に適したRecAとしては、サーマス(Thermus)属、サーモコッカス(Thermococcus)属、ピロコッカス(Pyrococcus)属、Thermotoga(サーモトーガ)属等由来のRecAが例示される。具体的にはサーマス・サーモフィラス(Thermus thermophilus)、サーマス・アクアティカス(Thermusaquaticus)由来のRecAが好ましく例示される。特に、好ましくは、サーマス・サーモフィラス由来のRecA(以下、T.th.RecAと略する場合がある。)である。 Here, RecA is a protein that binds cooperatively to a single-stranded nucleic acid, searches for a homologous region between the single-stranded nucleic acid and double-stranded diffusion, and performs homologous recombination of the nucleic acid. RecA used in the present invention is a highly thermophilic bacterium-derived protein. The RecA suitable for use in the present invention, Thermus (Thermus) genus Thermococcus (Thermococcus) genus Pyrococcus (Pyrococcus) genus Thermotoga (Thermotoga) RecA derived from the genus, and the like. Specifically, RecA derived from Thermus thermophilus and Thermusaquaticus is preferably exemplified. Particularly preferred is RecA derived from Thermus thermophilus (hereinafter sometimes abbreviated as T.th.RecA).

これらのRecAは、天然由来のRecAの他、化学合成的もしくは遺伝子工学的に人工的に合成されたRecAも包含する。具体的には、常法に従って、高度好熱菌から抽出したものを利用することができる。更に、既知の大腸菌等の宿主・発現ベクター系を利用して、容易に精製することができる。例えば、当該RecAをコードする遺伝子を公知の方法により導入した発現ベクターにより宿主である大腸菌を形質転換して培養し、当該RecAを発現させる。そして、宿主の大腸菌を破砕して熱処理を行うことにより、当該RecA以外の大腸菌由来タンパク質は熱変性して熱凝集するため、遠心分離等により分離除去できる。これにより熱変性しない当該RecAを可溶画分として大腸菌由来タンパク質と分離し、親和性クロマトグラフィー等を用いて精製できる。   These RecAs include RecA synthesized chemically or genetically engineered, as well as RecA derived from nature. Specifically, those extracted from highly thermophilic bacteria can be used according to a conventional method. Furthermore, it can be easily purified using a known host / expression vector system such as Escherichia coli. For example, Escherichia coli as a host is transformed with an expression vector into which a gene encoding the RecA is introduced by a known method and cultured to express the RecA. Then, E. coli-derived proteins other than the RecA are thermally denatured and thermally aggregated by crushing the host E. coli and heat treatment, and thus can be separated and removed by centrifugation or the like. Thus, the RecA that is not heat-denatured can be separated from the E. coli-derived protein as a soluble fraction and purified using affinity chromatography or the like.

このとき、当該RecAは高度好熱菌由来であるため室温で構造が安定しており、さらに有機溶剤に対しても高い安定性を有している。そのため、上記精製工程は室温で行うことが可能である。   At this time, since RecA is derived from a highly thermophilic bacterium, its structure is stable at room temperature, and it has high stability against organic solvents. Therefore, the purification step can be performed at room temperature.

尚、宿主細胞は大腸菌に限らず、例えば、酵母(Saccharomyces cerevisiae)や昆虫(Sf9細胞)などの真核生物細胞を利用することが可能である。また、発現ベクターは、プロモーター配列、高度好熱菌のRecAをコードする遺伝子を挿入できる少なくとも1つの制限酵素サイトを有するマルチクローニングサイト等の配列を含み、かつ、上記宿主細胞で発現できるものであれば、何れの発現ベクターを用いることができる。好適なプロモーターとしては、例えば、T7lacプロモーターを利用するのが好ましい。 The host cell is not limited to E. coli, and eukaryotic cells such as yeast ( Saccharomyces cerevisiae ) and insects ( Sf9 cells) can be used. Moreover, the expression vector includes a sequence such as a promoter sequence and a multicloning site having at least one restriction enzyme site into which a gene encoding RecA of hyperthermophilic bacteria can be inserted, and can be expressed in the host cell. Any expression vector can be used. As a suitable promoter, for example, the T7lac promoter is preferably used.

さらに、この発現ベクターには他の公知の塩基配列が含まれていてもよい。他の公知の塩基配列としては特に限定されない。例えば、発現産物の安定性を付与する安定性リーダー配列、発現産物の分泌を付与するシグナル配列、及び、ネオマイシン耐性遺伝子・カナマイシン耐性遺伝子・クロラムフェニコール耐性遺伝子・アンピシリン耐性遺伝子・ハイグロマイシン耐性遺伝子等の形質転換された宿主において表現型選択を付与することが可能なマーキング配列等が挙げられる。このような発現ベクターは、市販の大腸菌用発現ベクター(例えばpETタンパク質発現システム:ノバジェン社製)を用いることが可能である。さらに、適宜所望の配列を組み込んだ発現ベクターを作製して使用することが可能である。   Furthermore, this expression vector may contain other known base sequences. Other known base sequences are not particularly limited. For example, a stability leader sequence that confers stability of the expression product, a signal sequence that confers secretion of the expression product, and a neomycin resistance gene, kanamycin resistance gene, chloramphenicol resistance gene, ampicillin resistance gene, hygromycin resistance gene Marking sequences that can confer phenotypic selection in transformed hosts such as As such an expression vector, a commercially available expression vector for Escherichia coli (for example, pET protein expression system: manufactured by Novagen) can be used. Furthermore, an expression vector incorporating a desired sequence can be prepared and used as appropriate.

更に、上記したようなRecAと類似の構造を有し、かつ、機能的に同等なタンパク質をも含む。したがって、自然界に存在するRecA類似タンパク質の他、人為的な変異誘発または遺伝子組換えにより改変されたタンパク質をも含むことが意図される。例えば、上記した天然由来のRecAのアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸が置換、欠失、付加されたアミノ酸配列を有し、かつ上記したRecAと生物学的機能が同等である改変体が包含し得る。なお、アミノ酸配列における変異の数は、もとのタンパク質の生物学的機能が維持される限り制限されない。   Further, it includes a protein having a structure similar to RecA as described above and functionally equivalent. Therefore, it is intended to include RecA-like proteins existing in nature, as well as proteins modified by artificial mutagenesis or genetic recombination. For example, in the amino acid sequence of the above-mentioned naturally-occurring RecA, a variant having an amino acid sequence in which one or several amino acids are substituted, deleted, or added, and having the biological function equivalent to that of the above-mentioned RecA Can be included. The number of mutations in the amino acid sequence is not limited as long as the biological function of the original protein is maintained.

ここで、アミノ酸配列に対する改変は、改変しようとするアミノ酸配列に部位特異的変異導入法(Nucleic Acid Res. 10、pp6487、1982年)等の公知の変異操作手段を用いて人工的に行うことができる。更には、自然界におけるアミノ酸の変異によって生じた改変体をも含む。   Here, the modification to the amino acid sequence may be artificially performed on the amino acid sequence to be modified using a known mutation manipulation means such as a site-specific mutagenesis method (Nucleic Acid Res. 10, pp6487, 1982). it can. Furthermore, the modified substance produced by the variation | mutation of the amino acid in nature is also included.

本発明において配列決定される標的核酸は、その起源、長さ及び塩基配列等に対する制限はない。また、一本鎖、二本鎖、また、環状、直鎖状を問わず、いかなる核酸であってもよい。具体的には、生物のゲノムDNAでもよく、或いは、該ゲノムDNAを物理的手段若しくは制限酵素消化により切断された断片であっても良い。更に、DNA断片をプラスミド、ファージ等に挿入したものに対しても好適に利用できる。さらに、核酸を含む可能性のある試料から調製、あるいは単離したものであってもよい。また、当該技術分野で常用されているDNA自動合成機等を使用して合成されたDNA断片、mRNAを鋳型にして合成したcDNA断片、PCR等の増幅技術により増幅されたDNA断片等の人工的産物等、いずれも標的核酸となり得る。特に、増幅産物の塩基配列を直接決定するダイレクトシークエンス法に本発明の方法は好適に適用できる。また、増幅産物は適当な精製方法により精製した後、シークエンス反応に供しても良く、そのような精製は公知の手段により行うことができる。例えば、そのような精製はQIAquick PCR Purification Kit(QIAGEN社製)等の市販のキットを用いて行うこともできる。   The target nucleic acid to be sequenced in the present invention is not limited in its origin, length, base sequence and the like. Moreover, any nucleic acid may be used regardless of single-stranded, double-stranded, circular or linear. Specifically, it may be a genomic DNA of an organism, or a fragment obtained by cleaving the genomic DNA by physical means or restriction enzyme digestion. Furthermore, it can be suitably used for DNA fragments inserted into plasmids, phages and the like. Furthermore, it may be prepared or isolated from a sample that may contain a nucleic acid. In addition, artificial DNA fragments such as DNA fragments synthesized using an automatic DNA synthesizer or the like commonly used in the technical field, cDNA fragments synthesized using mRNA as a template, DNA fragments amplified by amplification techniques such as PCR, etc. Any product or the like can be a target nucleic acid. In particular, the method of the present invention can be suitably applied to a direct sequencing method for directly determining the base sequence of an amplification product. Further, the amplification product may be purified by an appropriate purification method and then subjected to a sequencing reaction, and such purification can be performed by a known means. For example, such purification can be performed using a commercially available kit such as QIAquick PCR Purification Kit (manufactured by QIAGEN).

ここで、ダイレクトシークエンス法とは、PCR等で増幅された核酸断片をベクターにクローニングすることなく、鋳型として使用して核酸の塩基配列を決定することをいう。   Here, the direct sequencing method means that a nucleic acid fragment amplified by PCR or the like is used as a template without cloning into a vector and a nucleic acid base sequence is determined.

更に、本発明の方法は、一般的なPCRを行った場合に核酸の増幅が阻止又は抑制される二次構造を形成する区域を有する核酸の増幅にも好適に利用できる。
例えば、GC含量が高い鋳型核酸や短い繰り返し配列を有する鋳型核酸等を挙げられる。これらは、熱変性により一本鎖となると高次構造を生じ核酸増幅の際の阻害要因となっていた。本発明の方法によれば、RecAが鋳型核酸に結合することで、このような高次構造を解き、効率的に鋳型核酸の塩基配列を決定することができる。
Furthermore, the method of the present invention can be suitably used for amplification of a nucleic acid having an area that forms a secondary structure in which amplification of the nucleic acid is prevented or suppressed when general PCR is performed.
For example, a template nucleic acid having a high GC content or a template nucleic acid having a short repetitive sequence can be used. These became higher-order structures when they became single-stranded by heat denaturation, and became an inhibitory factor during nucleic acid amplification. According to the method of the present invention, RecA binds to a template nucleic acid, so that such a higher-order structure can be solved and the base sequence of the template nucleic acid can be determined efficiently.

プライマーは、標的核酸の特定部分の配列と相補的な任意の塩基配列を有するものであることが好ましい。核酸配列を決定すべき標的位置のすぐ5´側の配列と適切な相補性を有するものが好適に利用できる。例えば、標的核酸がベクターにサブクローニングされてある状態にある場合には、M13 Universal、Reverseプライマー、T7、T3プライマー等の公知のプライマーを使用できる。また、標的核酸がPCR産物の場合には、PCRで利用される片側のプライマーを使用できる。   The primer preferably has an arbitrary base sequence complementary to the sequence of the specific portion of the target nucleic acid. Those having appropriate complementarity with the sequence immediately 5 'to the target position where the nucleic acid sequence is to be determined can be suitably used. For example, when the target nucleic acid is in a state of being subcloned into a vector, known primers such as M13 Universal, Reverse primer, T7, and T3 primer can be used. Further, when the target nucleic acid is a PCR product, a primer on one side used in PCR can be used.

プライマーは、ホスホアミダイト法等に基づく化学合成法、既に標的となる核酸が取得されている場合にはその制限酵素断片等が利用可能である。化学合成法に基づきプライマーを調製する場合には、合成に先立って標的核酸の配列情報に基づいて設計される。プライマーは合成後、HPLC等の手段により精製される。また、化学合成を行う場合には市販の自動合成装置を利用することも可能である。ここで、相補的とは、プライマーと標的核酸が塩基対合則に従って特異的に結合し安定な二重鎖構造を形成できることを意味する。したがって、完全な相補性のみならず、プライマーと標的核酸が互いに安定な二重鎖構造を形成し得るのに十分である限り、いくつかの核酸塩基のみが塩基対合則に沿って適合する部分的な相補性であっても許容される。その塩基数は、標的核酸を特異的に認識するために十分に長くなければならないが、長すぎると逆に非特異的反応を誘発するので好ましくない。したがって、適当な長さはGC含量等の標的核酸の配列情報、並びに、反応温度、反応液中の塩濃度等のハイブリダイゼーション反応条件など多くの因子に依存して決定されるが、好ましくは、15〜30塩基である。   As the primer, a chemical synthesis method based on the phosphoramidite method or the like, or a restriction enzyme fragment or the like when a target nucleic acid has already been obtained can be used. When preparing a primer based on a chemical synthesis method, it is designed based on the sequence information of the target nucleic acid prior to synthesis. After synthesis, the primer is purified by means such as HPLC. Moreover, when performing chemical synthesis, it is also possible to use a commercially available automatic synthesizer. Here, the term “complementary” means that the primer and the target nucleic acid can specifically bind according to the base pairing rule to form a stable duplex structure. Thus, not only perfect complementarity, but also a portion where only a few nucleobases fit along the base-pairing rule as long as the primer and target nucleic acid are sufficient to form a stable duplex structure with each other. Even the perfect complementarity is acceptable. The number of bases must be long enough to specifically recognize the target nucleic acid, but if it is too long, a non-specific reaction is induced, which is not preferable. Accordingly, an appropriate length is determined depending on many factors such as target nucleic acid sequence information such as GC content, and hybridization reaction conditions such as reaction temperature and salt concentration in the reaction solution. 15-30 bases.

ここで、使用されるDNAポリメラーゼは、通常、サイクルシークエンス反応において使用できる耐熱性のDNAポリメラーゼであれば、特に制限はない。例えば、サーマス・アクアティカス(Thermus aquaticus)由来のTaqポリメラーゼ、サーマス・サーモフィラス(Thermus thermophilus)由来のT.th. ポリメラーゼ、バチルス・ステアロサーモフィラス(Bacillus Stearothermophilus)由来のBstポリメラーゼ、サーモコッカス・リトラリス(Thermococcuslitoralis)由来のVent DNAポリメラーゼ等の好熱菌由来のDNAポリメラーゼ他、ピロコッカス・フリオサス(Pyrococcusfuriosus)由来のPfuポリメラーゼ等の好熱古細菌由来のDNAポリメラーゼが挙げられる。 Here, the DNA polymerase used is not particularly limited as long as it is a heat-resistant DNA polymerase that can be used in a cycle sequence reaction. For example, Taq polymerase derived from Thermus aquaticus and T. aeruginosa derived from Thermus thermophilus . th. Polymerase, DNA polymerase derived from thermophilic bacteria such as Bst polymerase derived from Bacillus Stearothermophilus , Vent DNA polymerase derived from Thermococcus litoralis, Pfu derived from Pyrococcus furiosus ( Pyrococcusfuriosus ) Examples include DNA polymerases derived from thermophilic archaea such as polymerase.

dNTPとしては、アデニン、チミン、グアニンおよびシトシンの各塩基に対応する4種類のdNTPが使用される。特には、dGTP、dATP、dTTP、dCTPの混合物が好ましく使用される。更に、ここでの使用におけるdNTPには、サイクルシークエンス反応で合成され伸長されるDNA分子中に、耐熱性DNAポリメラーゼによって取り込まれ得る限りにおいては、デオキシヌクレオチドの誘導体をも含み得る。そのような誘導体として、7−デアザ−dGTP、7−デアザ−dATP等が例示され、例えば、夫々dGTP、dATPに代えて、若しくは、双方を共在させて使用することができる。したがって、核酸合成に必要なアデニン、チミン、グアニンおよびシトシンの各塩基に対応する4種類が含まれる限り、いかなる誘導体の使用を排除するものではない。   As dNTP, four types of dNTP corresponding to each base of adenine, thymine, guanine and cytosine are used. In particular, a mixture of dGTP, dATP, dTTP, and dCTP is preferably used. Furthermore, dNTPs as used herein may also include derivatives of deoxynucleotides, so long as they can be incorporated by a thermostable DNA polymerase into a DNA molecule synthesized and extended by a cycle sequencing reaction. Examples of such derivatives include 7-deaza-dGTP, 7-deaza-dATP, and the like. For example, they can be used instead of dGTP and dATP, or both can be used together. Therefore, the use of any derivative is not excluded as long as four types corresponding to each base of adenine, thymine, guanine and cytosine necessary for nucleic acid synthesis are included.

また、終結ヌクレオチドとしては、アデニン、チミン、グアニンおよびシトシンの各塩基に対応する4種類の終結ヌクレオチドが使用される。そして、典型的にはddNTPである。ddNTPとしては、特に、ddGTP、ddATP、ddTTP、ddCTPが好ましく使用されるが、これに限定されるものではない。したがって、サイクルシークエンス反応で合成され伸長されるDNA分子中に耐熱性DNAポリメラーゼによって取り込まれ得る一方、その後の重合反応を停止する、その他の終結ヌクレオチドも使用することが可能である。そのようなヌクレオチドとして、3´アミノヌクレオチド等を例示することができる。したがって、核酸合成に必要なアデニン、チミン、グアニンおよびシトシンの各塩基に対応する4種類である限り、いかなる誘導体の使用を排除するものではない。   As the termination nucleotides, four types of termination nucleotides corresponding to the bases of adenine, thymine, guanine and cytosine are used. And it is typically ddNTP. As ddNTP, ddGTP, ddATP, ddTTP, and ddCTP are particularly preferably used, but are not limited thereto. It is therefore possible to use other terminating nucleotides that can be incorporated by thermostable DNA polymerase into DNA molecules synthesized and extended in a cycle sequence reaction, while stopping the subsequent polymerization reaction. Examples of such nucleotides include 3 ′ amino nucleotides. Therefore, the use of any derivative is not excluded as long as there are four types corresponding to each base of adenine, thymine, guanine and cytosine necessary for nucleic acid synthesis.

緩衝液としては、一般的には、適当な緩衝成分およびマグネシウム塩等を含んで調製される。緩衝成分としては、トリス酢酸、トリス塩酸、リン酸ナトリウム、リン酸カルシウム等のリン酸塩が好適に使用でき、特にはトリス酢酸の使用が好ましい。緩衝成分の最終濃度は5mM〜100mMの範囲で、pH6.0〜9.5の範囲内で調製される。また、マグネシウム塩としては特に制限はないが、塩化マグネシウム、酢酸マグネシウム等を適宜使用でき、特には酢酸マグネシウムが好ましい。更に、必要に応じて、KCl等のカリウム塩、DMSO、グリセロール、ベタイン、ゼラチン、Triton等を添加することができる。また、市販のサイクルシークエンスの用耐熱性DNAポリメラーゼに添付の緩衝液を用いることができる。緩衝液の組成は、使用するDNAポリメラーゼの種類等に応じて適宜変更することができる。特には、MgCl、KCl等のイオン強度の影響、DMSO、グリセロール等のDNAの融解温度に影響を与える各種添加物並びにそれらの濃度を勘案して、適宜設定することができる。 The buffer solution is generally prepared containing an appropriate buffer component and a magnesium salt. As the buffer component, phosphates such as trisacetic acid, trishydrochloric acid, sodium phosphate, and calcium phosphate can be suitably used, and the use of trisacetic acid is particularly preferable. The final concentration of the buffer component is in the range of 5 mM to 100 mM and is prepared in the range of pH 6.0 to 9.5. Further, the magnesium salt is not particularly limited, but magnesium chloride, magnesium acetate and the like can be appropriately used, and magnesium acetate is particularly preferable. Furthermore, potassium salts such as KCl, DMSO, glycerol, betaine, gelatin, Triton and the like can be added as necessary. Further, a buffer solution attached to a commercially available thermostable DNA polymerase for cycle sequence can be used. The composition of the buffer can be appropriately changed according to the type of DNA polymerase used. In particular, it can be set appropriately in consideration of the effects of ionic strength such as MgCl 2 and KCl, various additives that affect the melting temperature of DNA such as DMSO and glycerol, and their concentrations.

そして、反応液は容量100μl以下、特には、10〜50μlの範囲で調製することが好ましい。各成分の濃度として、RecAは好ましくは反応溶液中に0.004〜0.02μg/μlの濃度で含まれるよう使用される。RecA以外の各成分の濃度は、サイクルシークエンス反応は公知であることから、当業者は適宜設定することができる。例えば、標的核酸は、好ましくは100μl当り10pg〜1μgの濃度で、プライマーDNAは好ましくは、最終濃度0.01〜10μM、特には0.1〜1μMの濃度に調製される。更に、DNAポリメラーゼは、好ましくは100μlあたり0.1〜50Unit、特には1〜5Unitの範囲の濃度で使用する。そして、dNTPは、好ましくは最終濃度0.1mM〜1Mに、ddNTPは好ましくは1〜5μMの濃度で調製する。そして、ddNTPは、dNTPに対して100対1〜1000対1の割合で使用することが好ましい。また、マグネシウム塩は最終濃度で0.1〜50mM、特には、1〜5mMの範囲に調製することが好ましい。   The reaction solution is preferably prepared in a volume of 100 μl or less, particularly in the range of 10 to 50 μl. As the concentration of each component, RecA is preferably used so as to be contained in the reaction solution at a concentration of 0.004 to 0.02 μg / μl. The concentration of each component other than RecA can be appropriately set by those skilled in the art since the cycle sequence reaction is known. For example, the target nucleic acid is preferably prepared at a concentration of 10 pg to 1 μg per 100 μl, and the primer DNA is preferably prepared at a final concentration of 0.01 to 10 μM, particularly 0.1 to 1 μM. Furthermore, the DNA polymerase is preferably used at a concentration ranging from 0.1 to 50 Units, in particular from 1 to 5 Units per 100 μl. Then, dNTP is preferably prepared at a final concentration of 0.1 mM to 1 M, and ddNTP is preferably prepared at a concentration of 1 to 5 μM. And it is preferable to use ddNTP in the ratio of 100: 1 to 1000: 1 with respect to dNTP. The magnesium salt is preferably prepared in a final concentration of 0.1 to 50 mM, particularly 1 to 5 mM.

そして、プライマー、dNTP、若しくはddNTPは検出のため標識物質により標識されることが好ましい。サイクルシークエンス法は、標識化の対象により、標識プライマーを使用するプライマー標識法と、標識dNTPを使用するインターナル標識法、標識ddNTPを使用するターミネーター標識法に大別される。本発明の方法は、上記いずれにも適用することができる。   The primer, dNTP, or ddNTP is preferably labeled with a labeling substance for detection. The cycle sequencing method is roughly classified into a primer labeling method using a labeled primer, an internal labeling method using a labeled dNTP, and a terminator labeling method using a labeled ddNTP depending on the labeling target. The method of the present invention can be applied to any of the above.

ここで、標識に用いられる標識物質は、プライマー、dNTP並びにddNTPがサイクルシークエンス反応において必要とされる安定性と機能性を保持できる限りは、公知のいずれをも使用できる。具体的には、放射性同位体元素、蛍光色素、或いはジゴキシゲニンやビオチン等の有機化合物等が挙げられる。なかでも、蛍光色素の使用が特に好ましいが、これらに限定されるものではない。ここで、適切な放射性同位元素としては、32P、35S、131I、45Ca、H等が例示されるがこれらに限定するものではない。また、適切な蛍光色素としては、フルオレセインイソチオシアネート(FITC)、テトラメチルローダミン(TAMRA)、テトラメチルローダミンイソチオシアネート(TRICA)、テキサスレッド、4´、5´−ジクロロ−2´、7´−ジメトキシフルオレセイン(JOE)、4−フルオロ−7−ニトロベンゾフラゾン(NBD−F)、シアニン3(Cy3)およびシアニン5(Cy5)等のシアニン色素等が例示されるが、これらに限定されるものではない。また、標識を導入する位置についても、サイクルシークエンス反応において、dNTP取り込みによるプライマーの伸長反応並びにddNTPによる伸長の停止を阻害しない限りにおいては、特に制限はない。 Here, as the labeling substance used for labeling, any known substance can be used as long as the primer, dNTP, and ddNTP can maintain the stability and functionality required in the cycle sequence reaction. Specifically, a radioisotope element, a fluorescent dye, or an organic compound such as digoxigenin or biotin can be used. Of these, the use of fluorescent dyes is particularly preferred, but is not limited thereto. Examples of suitable radioisotopes include, but are not limited to, 32 P, 35 S, 131 I, 45 Ca, 3 H, and the like. Suitable fluorescent dyes include fluorescein isothiocyanate (FITC), tetramethylrhodamine (TAMRA), tetramethylrhodamine isothiocyanate (TRICA), Texas Red, 4 ′, 5′-dichloro-2 ′, 7′-dimethoxy. Examples include cyanine dyes such as fluorescein (JOE), 4-fluoro-7-nitrobenzofurazone (NBD-F), cyanine 3 (Cy3) and cyanine 5 (Cy5), but are not limited thereto. Absent. Further, the position at which the label is introduced is not particularly limited as long as it does not inhibit the primer extension reaction by dNTP incorporation and the termination of extension by ddNTP in the cycle sequence reaction.

プライマーを標識する場合においては、5´末端及び/又は鎖中の塩基が標識されたものが好適に用いられる。標識プライマーの調製は常法に従って行うことができる。上記標識物質が付加された標識ヌクレオチドをヌクレオチド伸長反応の際に取り込ませる方法が例示される。更には、ヌクレオチド伸長反応後、酵素化学的、若しくは、化学的に標識物質を導入する方法であっても良い。具体的には、標識物質として放射性同位体元素を使用する場合には、例えば、5´末端のリン酸基をアルカリフォスファターゼで除き、ポリヌクレオチドキナーゼで〔γ−32P〕ATPのγ−リン酸基をオリゴヌクレオチド鎖の5´末端にトランスファーすることにより行うことができる。また、標識物質として蛍光物質を使用する場合には、蛍光アミダイドを使用してDNA合成機上で蛍光物質を直接オリゴヌクレオチドの5´末端にカップリングさせることにより行うことができる。さらに、市販の核酸標識用キット、例えば、5´oligolabelling kit for the FluorImager(Amersham社製)等を利用することもできる。 In the case of labeling a primer, those labeled with a 5 ′ end and / or a base in the chain are preferably used. The labeled primer can be prepared according to a conventional method. Examples thereof include a method of incorporating a labeled nucleotide to which the labeling substance has been added during a nucleotide extension reaction. Furthermore, a method of introducing a labeling substance enzymatically or chemically after the nucleotide extension reaction may be used. Specifically, when a radioisotope element is used as a labeling substance, for example, the phosphate group at the 5 ′ end is removed with alkaline phosphatase, and γ-phosphate of [γ- 32 P] ATP is removed with polynucleotide kinase. This can be done by transferring the group to the 5 'end of the oligonucleotide chain. In addition, when a fluorescent substance is used as the labeling substance, it can be performed by coupling the fluorescent substance directly to the 5 ′ end of the oligonucleotide on a DNA synthesizer using a fluorescent amidite. Furthermore, commercially available nucleic acid labeling kits such as 5'oligolabelling kit for the FluorImager (manufactured by Amersham) can also be used.

dNTP、ddNTPを標識する場合においては、5´リン酸部のOH基、塩基のOH基、アミノ基が好適である。標識プライマーの調製は常法に従って行うことができる。例えば、標識物質を、スペーサーを介してヌクレオチドに共有結合的に結合させることをより行うことができる。一例を挙げると、ヌクレオチドに、例えば、チオエステル基等のスペーサーを導入し、該スペーサー(ここでは、−SH基である。)に反応性を有する蛍光標識分子を結合させることができる。また、標識dNTP、ddNTP等は、市販の標識ヌクレオチドを利用することができる。更に、BigDye Terminator Cycle Sequencing Kit V3.1(アプライドバイオシステムズジャパン社製)等のシークエンシスのためのキットを利用することも可能である。   In the case of labeling dNTP or ddNTP, the OH group of the 5 ′ phosphate part, the OH group of the base, and the amino group are preferable. The labeled primer can be prepared according to a conventional method. For example, the labeling substance can be more covalently bound to the nucleotide via a spacer. As an example, a spacer such as a thioester group can be introduced into nucleotides, and a fluorescent label molecule having reactivity can be bound to the spacer (in this case, -SH group). For labeled dNTP, ddNTP, etc., commercially available labeled nucleotides can be used. Furthermore, a sequencing kit such as BigDye Terminator Cycle Sequencing Kit V3.1 (Applied Biosystems Japan) can be used.

そして、ターミネーター標識法を行う場合、4種の塩基毎に夫々異なる発光波長の蛍光色素を用いることが好ましい。このように塩基毎に異なる発光波長の蛍光色素で標識されたddNTPを使用することにより、3´末端の塩基の種類応じた4種類の異なる蛍光を発するシークエンス産物を得ることができる。これを電気泳動により分離する場合には、1のDNA配列に対して1レーンの電気泳動で解析でき、結果的に一度に大量のシークエンス解析が可能となる。また、ddNTPはすべての塩基に関して、同一の色素で標識することもできる。この場合には、同じ鋳型から異なる塩基毎に別々に合成反応を行って得られたサンプルを異なる4つのレーンで泳動し、その相対位置に基づいて塩基配列を決定することができる。   When the terminator labeling method is performed, it is preferable to use fluorescent dyes having different emission wavelengths for each of the four types of bases. By using ddNTPs labeled with fluorescent dyes having different emission wavelengths for each base in this way, sequence products that emit four types of different fluorescence depending on the type of base at the 3 ′ end can be obtained. When this is separated by electrophoresis, one DNA sequence can be analyzed by one lane electrophoresis, and as a result, a large amount of sequence analysis can be performed at once. DdNTP can also be labeled with the same dye for all bases. In this case, a sample obtained by separately performing a synthesis reaction for each different base from the same template can be migrated in four different lanes, and the base sequence can be determined based on the relative position.

本発明の核酸の塩基配列決定方法は、以下の工程に従って実行される。
(1)鋳型核酸の熱変性
(2)プライマーのアニーリング
(3)耐熱性ポリメラーゼによる伸長反応、および、
ddNTPによる伸長反応の停止
(4)塩基配列の決定
The nucleic acid base sequence determination method of the present invention is carried out according to the following steps.
(1) Thermal denaturation of template nucleic acid (2) Primer annealing (3) Extension reaction with thermostable polymerase, and
Termination of extension reaction by ddNTP (4) Determination of base sequence

上記(1)〜(3)を1サイクルとする反応を、適切なサイクルを繰り返すことによって、様々な鎖長のシークエンス反応産物が合成される。サーモサイクル数は、鋳型核酸の種類、量およびその純度等に応じて決定され、約20〜40サイクル行うことが好ましい。   By repeating the above-mentioned reactions (1) to (3) as one cycle and repeating appropriate cycles, sequence reaction products of various chain lengths are synthesized. The number of thermocycles is determined according to the type, amount and purity of the template nucleic acid, and is preferably about 20 to 40 cycles.

以下に各工程について詳細に説明する。
(1)鋳型核酸の熱変性
二本鎖の核酸を加熱により、変性させ一本鎖に解離させる。好ましくは、92〜98℃で10〜60秒行われる。また、ゲノムDNA等の長いDNAを鋳型核酸とする場合は、鋳型核酸の変性を完全にするため、一番初めの熱変性のみを長め(10分程度)に設定することができる。
Each step will be described in detail below.
(1) Thermal denaturation of template nucleic acid Double-stranded nucleic acid is denatured by heating and dissociated into single strands. Preferably, it is carried out at 92 to 98 ° C. for 10 to 60 seconds. When a long DNA such as genomic DNA is used as a template nucleic acid, only the first heat denaturation can be set longer (about 10 minutes) in order to completely denature the template nucleic acid.

(2)プライマーのアニーリング
温度を下げることにより上記(1)において熱変性され一本鎖となった鋳型核酸とプライマーとのハイブリッドを形成する。アニーリングは、好ましくは30〜60秒間行われる。また、アニーリング温度はプライマーに用いるオリゴヌクレオチドのTmを推定し、このTmをアニーリング温度として設定することが好ましい。通常は、50〜70℃で行われる。
(2) Primer annealing By reducing the temperature, the template nucleic acid that has been heat denatured and becomes a single strand in (1) above and a primer are formed. Annealing is preferably performed for 30 to 60 seconds. The annealing temperature is preferably estimated from the Tm of the oligonucleotide used for the primer, and this Tm is set as the annealing temperature. Usually, it is carried out at 50 to 70 ° C.

(3)耐熱性ポリメラーゼによる伸長反応およびddNTPによる伸長反応の停止
耐熱性ポリメラーゼによりプライマーからの核酸鎖の伸長反応が3´末端において行われる。この核酸の伸長反応は、ランダムにddNTPが取り込まれた時にその塩基で停止する。これにより様々な長さのシークエンス反応産物が得られる。温度は、耐熱性ポリメラーゼの種類に応じて、適宜設定されるものであるが、65〜75℃で行うことが好ましい。また、伸長時間は、標的配列が1kb以下のときは1分程度で十分であり、それより長い場合には、1kbにつき1分の割合で長くすることが好ましい。
(3) Termination of extension reaction by thermostable polymerase and extension reaction by ddNTP The extension reaction of the nucleic acid chain from the primer is performed at the 3 ′ end by the thermostable polymerase. This nucleic acid elongation reaction stops at that base when ddNTPs are randomly incorporated. Thereby, sequence reaction products of various lengths are obtained. The temperature is appropriately set according to the type of heat-resistant polymerase, but is preferably 65 to 75 ° C. Further, when the target sequence is 1 kb or less, about 1 minute is sufficient for the extension time, and when it is longer, the extension time is preferably increased at a rate of 1 minute per 1 kb.

(4)塩基配列の決定
上記工程(1)〜(3)のサーモサイクル反応後のシークエンス反応産物の分離を行い、核酸配列の読み取りを行う。シークエンス反応産物の分離は、分子量の異なる複数の反応産物の分子量に応じて分離することができる方法により適宜行うことができる。このとき、一塩基の差で分けられる分離能を有することが好ましい。このような分離手段としては、電気泳動を挙げることができる。その他に、HPLC等も用いることができる。電気泳動により分離する場合、電気泳動法の条件は特に制限はなく、例えば、アクリルアミド電気泳動等、常法に従って行うことができる。そして、反応産物を電気泳動に付することにより得られるバンド(核酸ラダー)から核酸配列を読み取ることができる。
(4) Determination of base sequence The sequence reaction product after the thermocycle reaction in the above steps (1) to (3) is separated, and the nucleic acid sequence is read. Separation of sequence reaction products can be appropriately performed by a method that can be separated according to the molecular weights of a plurality of reaction products having different molecular weights. At this time, it is preferable to have the separation ability divided by the difference of one base. Examples of such separation means include electrophoresis. In addition, HPLC or the like can also be used. In the case of separation by electrophoresis, the conditions for electrophoresis are not particularly limited, and can be performed according to a conventional method such as acrylamide electrophoresis. The nucleic acid sequence can be read from a band (nucleic acid ladder) obtained by subjecting the reaction product to electrophoresis.

核酸ラダーの読み取りは、シークエンス反応産物が有する標識を検出することにより行うことができる。検出は、標識物質の種類に応じて、公知の方法により行うことができる。例えば、放射性物質で標識した場合には放射能を検出することにより行うことができ、電気泳動後、X線フィルムに露光してオートラジオグラフィーを行い、画像解析装置で解析する方法が例示される。また、蛍光色素で標識した場合には発光を検出することで読み取ることができ、レーザー光を照射して励起された色素分子が発する蛍光シグナルを蛍光検出器により検出し解析する方法が例示される。更に、市販のDNAシークエンスに用いる装置等を適宜用いて行うことができる。そのような装置としては、ABI PRISM 377(アプライドバイオシステムズジャパン社製)等が好適に利用できる。   Reading of the nucleic acid ladder can be performed by detecting the label of the sequence reaction product. The detection can be performed by a known method according to the type of the labeling substance. For example, in the case of labeling with a radioactive substance, it can be performed by detecting radioactivity. After electrophoresis, the X-ray film is exposed to autoradiography and analyzed by an image analyzer. . In addition, in the case of labeling with a fluorescent dye, it can be read by detecting luminescence, and a method of detecting and analyzing a fluorescent signal emitted from a dye molecule excited by irradiating a laser beam with a fluorescence detector is exemplified. . Furthermore, it can carry out using the apparatus etc. which are used for a commercially available DNA sequence suitably. As such a device, ABI PRISM 377 (manufactured by Applied Biosystems Japan) or the like can be suitably used.

以上のように本発明の核酸の塩基配列決定法を構成することにより、効率的かつ正確な核酸の塩基配列決定が可能となる。つまり、高度好熱菌由来のRecAは耐熱性であるため、高温条件下での変性反応を繰り返すサイクルシークエンス反応中においても安定であり、その生物学的機能を保持できる。そして、高度好熱菌由来のRecAの存在下でサイクルシークエンス反応を行うことにより、一本鎖状態にあるプライマーと標的核酸の高次構造の生成を抑制することができDNAポリメラーゼの伸張性が向上する。更に、高度好熱菌由来RecAの働きにより、プライマーの標的核酸への結合の塩基配列特異性が向上する。そのため、シークエンス反応の効率化が図れる。特にダイレクトシークエンス等の任意プライマーを使用する場合において顕著にその効果が認められる。更に、DNAポリメラーゼによる塩基の読み間違いをも低減し、より正確な塩基配列解読が可能となる。つまり、一般に、読み取り方向末端側である5´末端のラダーシグナル強度は低くなり塩基配列の解読が困難となる場合が多い。しかしながら、本発明の方法によれば、全配列領域に亘って鮮明なラダーシグナル並びに塩基配列解読像を得られる事から、効率的かつ正確な塩基配列の決定が達成できる。   By configuring the nucleic acid base sequence determination method of the present invention as described above, it is possible to determine the nucleic acid base sequence efficiently and accurately. That is, since RecA derived from highly thermophilic bacteria is heat resistant, it is stable even during a cycle sequence reaction in which a denaturation reaction under high temperature conditions is repeated, and can retain its biological function. And, by performing cycle sequencing reaction in the presence of RecA derived from highly thermophilic bacteria, it is possible to suppress the generation of higher order structures of the primer and target nucleic acid in a single-stranded state, thereby improving the elongation of DNA polymerase To do. Furthermore, the base sequence specificity of the binding of the primer to the target nucleic acid is improved by the action of RecA derived from hyperthermophilic bacteria. Therefore, the efficiency of the sequence reaction can be improved. In particular, when an arbitrary primer such as a direct sequence is used, the effect is remarkably recognized. In addition, base reading errors by DNA polymerase are reduced, and more accurate base sequence decoding is possible. That is, generally, the ladder signal intensity at the 5 ′ end, which is the end side in the reading direction, is low, and it is often difficult to decode the base sequence. However, according to the method of the present invention, a clear ladder signal and a decoded base sequence can be obtained over the entire sequence region, so that efficient and accurate determination of the base sequence can be achieved.

また、本発明はサイクルシークエンス用の核酸塩基配列決定キットを提供する。本発明の核酸塩基配列決定キットは、DNAポリメラーゼ、dNTP、高度好熱菌由来RecA、終結ヌクレオチドを含んで構成される。更に、適当な緩衝液、マグネシウム塩等のDNAポリメラーゼの活性に必要な成分を適宜含んで構成してもよい。また、標的核酸のサイクルシークエンス反応用の任意プライマー等を含ませてもよい。このとき、プライマー、dNTP若しくは終結ヌクレオチドは検出のため適当な標識物質によって標識されていることが好ましい。このように塩基配列の決定に必要な成分をキットして構成することにより、簡便且つ迅速なサイクルシークエンス反応が可能となる。   The present invention also provides a nucleobase sequencing kit for cycle sequencing. The nucleobase sequencing kit of the present invention comprises DNA polymerase, dNTP, highly thermophilic bacterium-derived RecA, and termination nucleotide. Furthermore, it may be configured by appropriately containing components necessary for the activity of DNA polymerase, such as an appropriate buffer and magnesium salt. Moreover, you may include the arbitrary primer for the cycle sequence reaction of a target nucleic acid, etc. At this time, the primer, dNTP or terminating nucleotide is preferably labeled with an appropriate labeling substance for detection. In this way, a simple and rapid cycle sequence reaction can be performed by configuring the components necessary for determining the base sequence as a kit.

以下に実施例を示し、さらに本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

実施例1:高度好熱菌由来RecAの存在下でのサイクルシークエンス反応によ
る核酸塩基配列のラダーシグナルの向上−1
高度好熱菌由来RecAの存在下で、サイクルシークエンス反応を実行することにより核酸の塩基配列のラダーシグナルを向上できることを、従来法と比較する実験を行った。
Example 1: By cycle sequence reaction in the presence of RecA derived from extreme thermophile
Improvement of ladder signal of nucleic acid base sequence-1
An experiment was performed to compare the conventional method with the ability to improve the ladder signal of the nucleotide sequence of a nucleic acid by carrying out a cycle sequence reaction in the presence of RecA derived from an extreme thermophile.

(方法)
ステップ1:鋳型DNAのPCR増幅
ヒトゲノムDNA(Promega社製:Human genomic DNA カタログ番号G3041)を鋳型として、プライマー1およびプライマー2を用いてPCR増幅反応を行った。PCR反応液の組成は、最終濃度0.6μMの各プライマー、20ngの鋳型DNA、0.63UnitのEx−Taq DNAポリメラーゼ(Takara−Bio社製)、最終濃度200μMのdNTP混合物を含むよう、1×DNA Polymerase bufferに混合して、全量25μlのPCR反応液を調製した。上記反応液を98℃、10秒、55℃、30秒、72℃、60秒を1サイクルとした35サイクルの増幅反応を行った後、1サイクルの72℃、3分での最終伸長反応により増幅反応を終了した。増幅後の反応液をQIAquick PCR Purification Kit(QIAGEN社製)を用いて精製し、精製後の増幅産物を20μl Mili-Q水に溶解させた。
(Method)
Step 1: PCR amplification of template DNA PCR amplification reaction was carried out using primer 1 and primer 2 using human genomic DNA (Promega, Human genomic DNA catalog number G3041) as a template. The composition of the PCR reaction solution is 1 × so that each primer has a final concentration of 0.6 μM, 20 ng of template DNA, 0.63 Unit of Ex-Taq DNA polymerase (Takara-Bio), and a final concentration of 200 μM of dNTP mixture. A total of 25 μl of PCR reaction solution was prepared by mixing with DNA Polymerase buffer. The above reaction solution was subjected to an amplification reaction of 35 cycles with 98 ° C., 10 seconds, 55 ° C., 30 seconds, 72 ° C., and 60 seconds as one cycle, followed by a final extension reaction at 72 ° C. for 3 minutes in one cycle. The amplification reaction was terminated. The amplified reaction solution was purified using QIAquick PCR Purification Kit (manufactured by QIAGEN), and the purified amplification product was dissolved in 20 μl Mili-Q water.

ステップ2:サイクルシークエンス反応
ステップ1で得られたDNA溶液1μlを鋳型DNAとして、プライマー1を用いて、0.2μgのT.th.RecAの存在下でサイクルシークエンス反応を行った。T.th.RecAは、Masui R, Mikawa T, Kato R, Kuramitsu S.著、Characterization of the oligomeric states of RecA protein: monomeric RecA protein can form a nucleoprotein filament.,Biochemistry.1998年10月20日、第37巻、第42号、第14788〜14797頁の記載を参照して本発明の発明者が調製したものを使用した。サイクルシークエンス反応は、BigDye Terminator Cycle Sequencing Kit V3.1(アプライドバイオシステムズジャパン社製)を用いて、製造業者の指示手順に従って行った。反応後の反応液の半分量を塩基配列決定に供した。塩基配列の決定は、DNA蛍光シーケンサー(ABI PRISM 377:アプライドバイオシステムズジャパン社製)を用いて行った。結果を図1レーン3に示す。
Step 2: Cycle sequence reaction Using 1 μl of the DNA solution obtained in Step 1 as template DNA and Primer 1, 0.2 μg of T.P. th. A cycle sequence reaction was performed in the presence of RecA. T. T. et al. th. RecA is written by Masui R, Mikawa T, Kato R, Kuramitsu S., Characterization of the oligomeric states of RecA protein: monomeric RecA protein can form a nucleoprotein filament., Biochemistry. October 20, 1998, Vol. 37, Vol. No. 42, pages 14788 to 14797, and those prepared by the inventors of the present invention were used. The cycle sequencing reaction was performed using BigDye Terminator Cycle Sequencing Kit V3.1 (Applied Biosystems Japan) according to the manufacturer's instructions. Half of the reaction solution after the reaction was subjected to base sequence determination. The nucleotide sequence was determined using a DNA fluorescence sequencer (ABI PRISM 377: manufactured by Applied Biosystems Japan). The result is shown in FIG.

また、同様の手順に従い、ステップ1においてプライマー1及び2の組合せに代えてプライマー3及び4を使用し、ステップ2において、プライマー1に代えてプライマー3を使用した結果をレーン4に示す。   Further, in accordance with the same procedure, the results of using primers 3 and 4 in place of primer 1 and 2 in step 1 and using primer 3 in place of primer 1 in step 2 are shown in lane 4.

コントロールとして、ステップ2において、T.th.RecAを添加せずにサイクルシークエンス反応を行った。このとき、ステップ1において、プライマー1及び2を使用し、ステップ2においてプライマー2を使用した結果を図1レーン1に示す。また、ステップ1において、プライマー3及び4を使用し、ステップ2においてプライマー3を使用した結果を図1レーン2に示す。   As a control, in step 2, T.M. th. A cycle sequence reaction was performed without adding RecA. At this time, the results of using primers 1 and 2 in step 1 and using primer 2 in step 2 are shown in lane 1 of FIG. In addition, the results of using primers 3 and 4 in step 1 and using primer 3 in step 2 are shown in lane 2 of FIG.

ここで、用いたプライマーの塩基配列は以下の通りである。
プライマー1:
5’- GACTACTCTAGCGACTGTCCATCTC -3’(配列認識番号1)
Human S100 protein beta-subUnit gene
GenBank ACCESSION No. M59486 J05600
プライマー2:
5’- GACAGCCACCAGATCCAATC -3’ (配列認識番号2)
Human S100 protein beta-subUnit gene
GenBank ACCESSION No. M59486 J05600
プライマー3:
5’- TTTCGAGGCCCTGTAATTGG -3’ (配列認識番号3)
Human 18S rRNA gene
GenBank ACCESSION No. M10098
プライマー4:
5’- AACAAAATAGAACCGCGGTC -3’ (配列認識番号4)
Human 18S rRNA gene
GenBank ACCESSION No. M10098
Here, the base sequences of the primers used are as follows.
Primer 1:
5'- GACTACTCTAGCGACTGTCCATCTC -3 '(sequence recognition number 1)
Human S100 protein beta-subUnit gene
GenBank ACCESSION No. M59486 J05600
Primer 2:
5'- GACAGCCACCAGATCCAATC -3 '(sequence recognition number 2)
Human S100 protein beta-subUnit gene
GenBank ACCESSION No. M59486 J05600
Primer 3:
5'-TTTTCGAGGCCCTGTAATTGG -3 '(sequence recognition number 3)
Human 18S rRNA gene
GenBank ACCESSION No. M10098
Primer 4:
5'- AACAAAATAGAACCGCGGTC -3 '(sequence recognition number 4)
Human 18S rRNA gene
GenBank ACCESSION No. M10098

(結果)
以上の実験により得られた蛍光ラダーシグナルを図1に示す。各レーンは以下の通りである
レーン1・・・ステップ2において、T.th.RecAを添加せずステップ1において、プライマー1及び2を使用し、ステップ2においてプライマー2を使用した結果を示す。(コントロール)
レーン2・・・ステップ2において、T.th.RecAを添加せずステップ1において、プライマー3及び4を使用し、ステップ2においてプライマー3を使用した結果を示す。
レーン3・・・ステップ2において、T.th.RecAを添加して、ステップ1において、プライマー1及び2を使用し、ステップ2においてプライマー2を使用した結果を示す。
レーン4・・・ステップ2において、T.th.RecAを添加して、ステップ1において、プライマー3及び4を使用し、ステップ2においてプライマー3を使用した結果を示す。
上記実験を6回繰り返し行ったが、いずれも同様の結果が得られた。
(result)
The fluorescent ladder signal obtained by the above experiment is shown in FIG. Each lane is as follows: Lane 1... th. The result of using primers 1 and 2 in step 1 and adding primer 2 in step 2 without adding RecA is shown. (Control)
Lane 2... th. The result of using primers 3 and 4 in step 1 and adding primer 3 in step 2 without adding RecA is shown.
Lane 3... th. The results of using RecA and using primer 1 and 2 in step 1 and primer 2 in step 2 are shown.
Lane 4... th. The results of using RecA and using primers 3 and 4 in step 1 and primer 3 in step 2 are shown.
The above experiment was repeated 6 times, and similar results were obtained in all cases.

T.th.RecAを添加して反応を行った場合、T.th.RecAを添加せずに反応を行った場合(コントロール)に比べて、鮮明なラダーシグナルが確認された(レーン3とレーン1、レーン4とレーン2の比較)。つまり、T.th.RecAをサイクルシークエンス反応に添加することにより、ラダーシグナル強度が向上した。特に読み取り方向末端側においてラダーシグナルの鮮明度に顕著な差が認められた。
以上の結果から、T.th.Recタンパク質の添加によりサイクルシークエンス反応全体の効率が向上することが判明した。これは、T.th.Recタンパク質は耐熱性であるため、高温条件を繰り返すサイクルシークエンス反応中においても変性することなく、安定してその活性を維持していることを意味する。その結果、T.th.RecAの働きにより、プライマーの標的核酸への結合の塩基配列特異性が向上していることが理解される。また、同時に一本鎖状態にあるプライマーと標的核酸の高次構造の生成を抑制することができDNAポリメラーゼの伸張性が向上していることが理解される。更に、DNAポリメラーゼによる塩基の読み間違いをも低減し、より正確な塩基配列解読が可能となるものと理解される。また、一般に、読み取り方向末端側である5´末端のラダーシグナル強度は低くなり塩基配列の解読が困難となる場合が多い。そのためコントロールにおいては末端側においてそのラダーシグナル強度の低下が認められたが、RecAの添加により末端側においても解析に好適な強度が保持された。このことから、本発明の方法によれば、効率的かつ正確な塩基配列の決定が達成できることが判明した。
T. T. et al. th. When the reaction was carried out with RecA added, T.P. th. Compared with the case where the reaction was carried out without adding RecA (control), clear ladder signals were confirmed (lane 3 and lane 1, lane 4 and lane 2). That is, T.W. th. Ladder signal intensity was improved by adding RecA to the cycle sequencing reaction. In particular, a remarkable difference was observed in the definition of the ladder signal at the end in the reading direction.
From the above results, T.W. th. It has been found that the addition of Rec protein improves the overall efficiency of the cycle sequencing reaction. This is because T.W. th. Since the Rec protein is heat resistant, it means that its activity is stably maintained without being denatured even during a cycle sequence reaction in which high temperature conditions are repeated. As a result, T.W. th. It is understood that the base sequence specificity of the binding of the primer to the target nucleic acid is improved by the function of RecA. In addition, it is understood that the generation of higher order structures of the primer and the target nucleic acid at the same time in a single-stranded state can be suppressed, and the extensibility of DNA polymerase is improved. Further, it is understood that the base reading error by the DNA polymerase is reduced and more accurate base sequence decoding is possible. In general, the ladder signal intensity at the 5 ′ end, which is the end side in the reading direction, is low, and it is often difficult to decode the base sequence. Therefore, in the control, a decrease in the ladder signal intensity was observed on the terminal side, but the strength suitable for the analysis was maintained on the terminal side by addition of RecA. From this, it was found that the method of the present invention can achieve efficient and accurate determination of the base sequence.

実施例2:高度好熱菌由来RecAの存在下でのサイクルシークエンス反応によ
り核酸の塩基配列解析度の向上
(方法)
実施例1で得られた図1レーン1並びにレーン3の塩基配列の蛍光ラダーシグナルから、塩基配列を解読することにより、シグナル解像度への効果を確認した。
Example 2: By cycle sequence reaction in the presence of RecA derived from extreme thermophile
Improvement of nucleic acid base sequence analysis (method)
The effect on the signal resolution was confirmed by decoding the nucleotide sequence from the fluorescent ladder signals of the nucleotide sequences of FIG. 1 lane 1 and lane 3 obtained in Example 1.

(結果)
以上の実験により得られたラダーシグナルの塩基配列の解読像を図2に示す。
図2(A)は、図1レーン1の塩基配列の蛍光ラダーシグナルから、塩基配列を解読した場合の解読像を示す。即ち、T.th.RecAを添加せずにサイクルシークエンスを行った場合の結果を示す(コントロール)。
図2(B)は、図1レーン3の塩基配列の蛍光ラダーシグナルから、塩基配列を解読した場合の解読像を示す。即ち、T.th.RecAを添加してサイクルシークエンス反応を行った場合の結果を示す。
(result)
The decoding image of the base sequence of the ladder signal obtained by the above experiment is shown in FIG.
FIG. 2A shows a decoded image when the base sequence is decoded from the fluorescent ladder signal of the base sequence in lane 1 of FIG. That is, T.W. th. The results when cycle sequencing was performed without adding RecA are shown (control).
FIG. 2B shows a decoded image when the base sequence is decoded from the fluorescent ladder signal of the base sequence in lane 3 of FIG. That is, T.W. th. The result at the time of performing a cycle sequence reaction by adding RecA is shown.

T.th.RecAを添加して反応を行った場合、T.th.RecAを添加せずに反応を行った場合(コントロール)に比べて、解読度の向上が確認された(図2(B)と図2(A)との比較)。特に、読み取り方向末端側である5´末端においてその差は顕著に認められた。つまり、T.th.RecAをサイクルシークエンス反応に添加することにより、塩基配列の解読度が向上する。
以上の結果から、T.th.Recタンパク質の添加によりシークエンス反応全体の効率が向上し、ひいては、塩基配列解読の正確性が向上することが判明した。
T. T. et al. th. When the reaction was carried out with RecA added, T.P. th. Compared with the case where the reaction was carried out without adding RecA (control), an improvement in the degree of decoding was confirmed (comparison between FIG. 2 (B) and FIG. 2 (A)). In particular, the difference was remarkably observed at the 5 ′ end, which is the end side in the reading direction. That is, T.M. th. By adding RecA to the cycle sequence reaction, the degree of decoding of the base sequence is improved.
From the above results, T.W. th. It has been found that the addition of the Rec protein improves the efficiency of the entire sequencing reaction, which in turn improves the accuracy of base sequence decoding.

実施例3:種々のDNA結合性タンパク質のサイクルシークエンス反応への影響
の検討
種々のDNA結合性タンパク質のサイクルシークエンス反応への影響を検討した。ここで、検討を行ったタンパク質は以下の通りである。
・大腸菌由来RecA
・T.th.RecA
・大腸菌由来SSB
・T4 gene 32タンパク質
Example 3: Effect of various DNA binding proteins on cycle sequencing reaction
Examination of the effect of various DNA-binding proteins on the cycle sequence reaction. Here, the examined proteins are as follows.
-RecA derived from E. coli
・ T. th. RecA
・ SSB derived from E. coli
・ T4 gene 32 protein

(方法)
以下の実験は、実施例1、2の手順に従い、上記タンパク質存在下での塩基配列の蛍光ラダーシグナルの解読像を比較することにより行った。詳細には、実施例1のステップ1においてプライマー1、2を用いて鋳型DNAの増幅を行った。増幅後、実施例1のステップ2においてプライマー1を用い、0.2μgの上記各タンパク質の存在下でサイクルシークエンス反応を行った。そして、実施例1のステップ2の手順に従って得られた蛍光ラダーを実施例2の手順に従って塩基配列を解読した。
(Method)
The following experiment was performed by comparing the decoded images of the fluorescence ladder signal of the base sequence in the presence of the protein according to the procedures of Examples 1 and 2. Specifically, template DNA was amplified using primers 1 and 2 in Step 1 of Example 1. After amplification, a cycle sequence reaction was performed using primer 1 in Step 2 of Example 1 in the presence of 0.2 μg of each protein. The base sequence of the fluorescent ladder obtained according to the procedure of Step 2 of Example 1 was decoded according to the procedure of Example 2.

(結果)
以上の実験により得られたラダーシグナルの解読像を図3に示す。
図3(A)は、ステップ2においてタンパク質を添加せずに塩基配列を決定した場合における解読像を示す(コントロール)。この図は、図2(A)と同じである。
図3(B)は、ステップ2においてT.th.RecAを添加して塩基配列を決定した場合における解読像を示す。この図は、図2(B)と同じである。
図3(C)は、ステップ2において大腸菌由来RecAを添加して塩基配列を決定した場合における解読像を示す。
ここでは、図示しないが大腸菌由来SSB若しくはT4gene 32タンパク質を添加して反応を行った場合には、DNAラダーは得られず塩基配列の解読を行うことができなかった。
上記実験を6回繰り返し行ったが、いずれも同様の結果が得られた。
(result)
The decoded image of the ladder signal obtained by the above experiment is shown in FIG.
FIG. 3A shows a decoded image when the base sequence is determined without adding a protein in Step 2 (control). This figure is the same as FIG.
FIG. th. The decoding image in the case where the base sequence is determined by adding RecA is shown. This figure is the same as FIG.
FIG. 3C shows a decoded image when the base sequence is determined by adding RecA derived from E. coli in Step 2.
Here, although not shown, when the reaction was performed by adding SSB derived from E. coli or T4gene 32 protein, a DNA ladder could not be obtained and the base sequence could not be decoded.
The above experiment was repeated 6 times, and similar results were obtained in all cases.

T.th.RecAを添加して反応を行った場合、いずれのタンパク質をも添加せずに反応を行った場合(コントロール)に比べて、鮮明な解読像が確認された(図3(B)と図3(A)との比較)。この結果は、実施例1、2において得られた結果を追認するものであった。また、大腸菌由来RecAを添加して反応を行った場合には、いずれのタンパク質をも添加せずに反応を行った場合(コントロール)に比べて解読度が低下することが確認された(図3(C)と図3(A)との比較)。上記したように、大腸菌由来SSB若しくはT4gene 32タンパク質を添加して反応を行った場合には、DNAラダーは得られず塩基配列の解読を行うことができなかった。つまり、T.th.RecAをサイクルシークエンス反応に添加することにより、塩基配列の解読度が向上する。しかしながら、他のタンパク質の添加ではそのような解読度の向上は認められないばかりか、シークエンス反応の進行を阻害する。
以上の結果から、T.th.Recタンパク質の添加によりシークエンス反応全体の効率、ひいては、塩基配列解読の正確性が向上するが、そのような効果は、他のタンパク質では見出せないものであることが判明した。これは、T.th.RecA以外のタンパク質は、高温条件を繰り返すサイクルシークエンス反応中において変性してDNAポリメラーゼの反応を阻害していることに起因するものと考えられる。
T. T. et al. th. When RecA was added and the reaction was performed, a clear decoded image was confirmed as compared to the case where the reaction was performed without adding any protein (control) (FIG. 3B and FIG. 3). Comparison with A)). This result confirms the result obtained in Examples 1 and 2. In addition, it was confirmed that when the reaction was performed with E. coli-derived RecA added, the degree of decoding was lower than when the reaction was performed without adding any protein (control) (FIG. 3). Comparison between (C) and FIG. 3 (A)). As described above, when the reaction was carried out by adding E. coli-derived SSB or T4gene 32 protein, a DNA ladder could not be obtained and the base sequence could not be decoded. That is, T.W. th. By adding RecA to the cycle sequence reaction, the degree of decoding of the base sequence is improved. However, the addition of other proteins does not show such an improvement in the degree of decoding, but also inhibits the progression of the sequence reaction.
From the above results, T.W. th. The addition of the Rec protein improves the efficiency of the entire sequencing reaction, and thus the accuracy of base sequence decoding, but it has been found that such an effect cannot be found in other proteins. This is because T.W. th. It is considered that proteins other than RecA are caused by denaturing and inhibiting the DNA polymerase reaction during a cycle sequence reaction that repeats high-temperature conditions.

実施例4:高度好熱菌由来RecAの存在下でのサイクルシークエンス反応によ
る核酸塩基配列の解読像の向上
高度好熱菌由来RecAの存在下で、サイクルシークエンス反応を実行することにより核酸の塩基配列の解読像を向上できることを、従来法と比較する実験を行った。ここでは、実施例1〜3で検討した標的核酸とは異なった鎖長および由来の核酸を用いてその効果を確認した。
Example 4: By cycle sequence reaction in the presence of RecA derived from extreme thermophile
Improvement of Nucleotide Nucleotide Sequence Decoding Image An experiment was carried out in comparison with the conventional method that the decoding sequence of a nucleic acid base sequence can be improved by performing a cycle sequence reaction in the presence of RecA derived from an extreme thermophile. Here, the effect was confirmed using a nucleic acid having a chain length different from that of the target nucleic acid examined in Examples 1 to 3.

(方法)
ステップ1:鋳型DNAのPCR増幅
PhiX174 RF I DNA(Takara-Bio社製:phiX174 RF I DNA カタログ番号3040)を鋳型として、プライマー5およびプライマー6を用いてPCR増幅反応を行った。PCR反応液の組成は、最終濃度0.6μMの各プライマー、5ngの鋳型DNA、0.63UnitのEx−Taq DNAポリメラーゼ(Takara−Bio社製)、最終濃度200μMのdNTP混合物、0.4μgのT.th.RecAを含むよう、1×DNA Polymerase BUFFERに混合して、全量25μlのPCR反応液を調製した。上記反応液を94℃、10秒、55℃、30秒、70℃、5分を1サイクルとした35サイクルの増幅反応を行った後、1サイクルの70℃、3分での最終伸長反応により増幅反応を終了した。増幅後の反応液をQIAquick PCR Purification Kit(QIAGEN社製)を用いて精製し、精製後の増幅産物を20μl Mili-Q水に溶解させた。
(Method)
Step 1: PCR amplification of template DNA PCR amplification reaction was performed using primer 5 and primer 6 using PhiX174 RF I DNA (Takara-Bio, phiX174 RF I DNA catalog number 3040) as a template. The composition of the PCR reaction solution was as follows: each primer at a final concentration of 0.6 μM, 5 ng of template DNA, 0.63 Unit of Ex-Taq DNA polymerase (manufactured by Takara-Bio), a final concentration of 200 μM of dNTP mixture, 0.4 μg of T . th. A total of 25 μl of a PCR reaction solution was prepared by mixing with 1 × DNA Polymerase BUFFER so as to contain RecA. After performing 35 cycles of amplification reaction with the above reaction solution at 94 ° C., 10 seconds, 55 ° C., 30 seconds, 70 ° C., 5 minutes as one cycle, the final extension reaction at 70 ° C. for 3 minutes in one cycle The amplification reaction was terminated. The amplified reaction solution was purified using QIAquick PCR Purification Kit (manufactured by QIAGEN), and the purified amplification product was dissolved in 20 μl Mili-Q water.

ステップ2:サイクルシークエンス反応
ステップ1で得られたDNA溶液2μlを鋳型DNAとして、プライマー5を用いて、0.2μgのRecAの存在下でサイクルシークエンス反応を行った。サイクルシークエンス反応は、BigDye Terminator Cycle Sequencing Kit V3.1(アプライドバイオシステムズジャパン社製)を用いて、製造業者の指示手順に従って行った。反応後の反応液の半分量を塩基配列決定に供した。塩基配列の決定は、DNA蛍光シーケンサー(ABI PRISM 377:アプライドバイオシステムズジャパン社製)を用いて行った。
Step 2: Cycle sequence reaction Using 2 μl of the DNA solution obtained in Step 1 as a template DNA, a primer 5 was used to perform a cycle sequence reaction in the presence of 0.2 μg of RecA. The cycle sequencing reaction was performed using BigDye Terminator Cycle Sequencing Kit V3.1 (Applied Biosystems Japan) according to the manufacturer's instructions. Half of the reaction solution after the reaction was subjected to base sequence determination. The nucleotide sequence was determined using a DNA fluorescence sequencer (ABI PRISM 377: manufactured by Applied Biosystems Japan).

また、コントロールとして、ステップ2において、T.th.RecAを添加せずにサイクルシークエンス反応を行った。   As a control, in step 2, T.M. th. A cycle sequence reaction was performed without adding RecA.

ここで、用いたプライマーの塩基配列は以下の通りである。
プライマー5:
5’- CCTTGCTATTGACTCTACTGTAGAC -3’(配列認識番号5)
Coliphage phi-X174, complete genome
GenBank ACCESSION No. J02482
M10348 M10379 M10714 M10749 M10750 M10866 M10867 M24859 V0112
プライマー6:
5’- CCTAACGACGTTTGGTCAGTTCCAT -3’(配列認識番号6)
Coliphage phi-X174, complete genome
GenBank ACCESSION No. J02482
M10348 M10379 M10714 M10749 M10750 M10866 M10867 M24859 V0112
Here, the base sequences of the primers used are as follows.
Primer 5:
5'- CCTTGCTATTGACTCTACTGTAGAC -3 '(sequence recognition number 5)
Coliphage phi-X174, complete genome
GenBank ACCESSION No. J02482
M10348 M10379 M10714 M10749 M10750 M10866 M10867 M24859 V0112
Primer 6:
5'- CCTAACGACGTTTGGTCAGTTCCAT -3 '(sequence recognition number 6)
Coliphage phi-X174, complete genome
GenBank ACCESSION No. J02482
M10348 M10379 M10714 M10749 M10750 M10866 M10867 M24859 V0112

(結果)
以上の実験により得られたラダーシグナルの解読像を図4、図5に示す。
図4は、ステップ2においてT.th.RecAを添加せずに塩基配列を決定した場合における解読像を示す(コントロール)。
図5は、ステップ2においてT.th.RecAを添加して塩基配列を決定した場合における解読像を示す。
上記実験を6回繰り返し行ったが、いずれも同様の結果が得られた。
(result)
The decoded image of the ladder signal obtained by the above experiment is shown in FIGS.
FIG. th. A decoded image in the case where the base sequence was determined without adding RecA is shown (control).
FIG. th. The decoding image in the case where the base sequence is determined by adding RecA is shown.
The above experiment was repeated 6 times, and similar results were obtained in all cases.

T.th.RecAを添加して反応を行った場合、T.th.RecAを添加せずに反応を行った場合(コントロール)に比べて、解読度の向上が確認された(図5と図4との比較)。特に、読み取り方向末端側である5´末端においてその差は顕著に認められた。ここで使用した標的核酸は、実施例1、2で使用したものよりも長いものであったためコントロールにおいて、その解析度は特に末端側において著しく低下している(図4)。一方、T.th.RecA存在下では、全シークエンスにわたって良好な解析度が維持された(図5)。つまり、T.th.RecAをサイクルシークエンス反応に添加することにより、塩基配列の解読度が向上する。
以上の結果から、T.th.RecAタンパク質の添加によりサイクルシークエンス反応全体の効率が向上することが判明した。T.th.RecAの働きにより、プライマーの標的核酸への結合の塩基配列特異性が向上し、また、プライマーと標的核酸の高次構造の生成を抑制することができDNAポリメラーゼの伸張性が向上していることが理解される。更に、DNAポリメラーゼによる塩基の読み間違いをも低減し、より正確な塩基配列解読が可能となるものと理解される。そして、かかる効果は配列決定される標的核酸の鎖長、由来等には影響されず、いずれの核酸の配列決定にも好適に利用できることが判明した。
T. T. et al. th. When the reaction was carried out with RecA added, T.P. th. Compared with the case where the reaction was carried out without adding RecA (control), an improvement in the degree of decoding was confirmed (comparison between FIG. 5 and FIG. 4). In particular, the difference was remarkably observed at the 5 ′ end, which is the end side in the reading direction. Since the target nucleic acid used here was longer than that used in Examples 1 and 2, the analytical degree of the target nucleic acid was significantly reduced particularly in the terminal side (FIG. 4). On the other hand, T.W. th. In the presence of RecA, good resolution was maintained over the entire sequence (FIG. 5). That is, T.W. th. By adding RecA to the cycle sequence reaction, the degree of decoding of the base sequence is improved.
From the above results, T.W. th. It was found that the addition of RecA protein improves the overall efficiency of the cycle sequencing reaction. T. T. et al. th. The function of RecA improves the base sequence specificity of the binding of the primer to the target nucleic acid, and also suppresses the formation of higher order structures of the primer and the target nucleic acid, thereby improving the stretchability of the DNA polymerase. Is understood. Further, it is understood that the base reading error by the DNA polymerase is reduced and more accurate base sequence decoding is possible. And it turned out that this effect is not influenced by the chain length, origin, etc. of the target nucleic acid to be sequenced, and can be suitably used for sequencing of any nucleic acid.

本発明は、分子生物学、医療分野、食品分野等において有用な、核酸の塩基配列決定方法および塩基配列決定キットに関する。   The present invention relates to a nucleic acid base sequencing method and base sequencing kit useful in molecular biology, medical field, food field and the like.

高度好熱菌由来RecAの存在下で、サイクルシークエンス反応を実行することにより核酸の塩基配列のラダーシグナルを向上できることを確認した実施例1の結果を示す核酸ラダーA nucleic acid ladder showing the results of Example 1 in which it was confirmed that the ladder signal of the nucleotide sequence of the nucleic acid can be improved by performing a cycle sequence reaction in the presence of RecA derived from an extreme thermophile 図1の核酸ラダーの塩基配列を解読した実施例2の結果を示す塩基配列解読像The base sequence decoding image showing the result of Example 2 in which the base sequence of the nucleic acid ladder of FIG. 1 was decoded 種々のDNA結合性タンパク質のサイクルシークエンス反応への影響を検討した実施例3の結果を示す塩基配列解読像Nucleotide sequence decoding image showing the result of Example 3 in which the influence of various DNA binding proteins on the cycle sequence reaction was examined. T.th.RecAの存在下で、サイクルシークエンス反応を実行することにより核酸の塩基配列の解読度を向上できることを従来法比較確認した実施例4の結果を示す塩基配列解読像(コントロール)T.A. th. Nucleotide sequence decoding image (control) showing the result of Example 4 in which comparison of the conventional method was confirmed that the decipherment of the nucleotide sequence of the nucleic acid can be improved by performing a cycle sequence reaction in the presence of RecA. T.th.RecAの存在下で、サイクルシークエンス反応を実行することにより核酸の塩基配列の解読度を向上できることを従来法と比較確認した実施例4の結果を示す塩基配列解読像(+T.th.RecA)T.A. th. Nucleotide sequence decoding image (+ T.th.RecA) showing the result of Example 4 which was confirmed by comparison with the conventional method that the deciphering degree of the nucleotide sequence of the nucleic acid can be improved by performing a cycle sequence reaction in the presence of RecA

Claims (6)

高度好熱菌由来RecAタンパク質の存在下で、サイクルシークエンス反応を行うことにより標的核酸の塩基配列を決定する核酸塩基配列決定方法。   A nucleic acid base sequence determination method for determining a base sequence of a target nucleic acid by performing a cycle sequence reaction in the presence of a RecA protein derived from an extreme thermophile. 前記標的核酸が増幅産物であり、増幅後ダイレクトにシークエンス反応に供する請求項1に記載の核酸塩基配列決定方法。   The nucleobase sequencing method according to claim 1, wherein the target nucleic acid is an amplification product and is directly subjected to a sequencing reaction after amplification. 前記標的核酸が阻止的または抑制的2次構造の区域を有する請求項1又は2に記載の核酸塩基配列決定方法。   The nucleobase sequencing method according to claim 1 or 2, wherein the target nucleic acid has a zone of secondary structure that is inhibitory or suppressive. 前記RecAタンパク質がサーマス・サーモフィラス(Thermus thermophilus)由来である請求項1〜3のいずれか一項に記載の核酸塩基配列決定方法。 The nucleobase sequencing method according to any one of claims 1 to 3, wherein the RecA protein is derived from Thermus thermophilus . 耐熱性DNAポリメラーゼ、
アデニン、チミン、グアニンおよびシトシンの夫々に対応する4種類のデオキシヌクレオチド三リン酸、
アデニン、チミン、グアニンおよびシトシンの夫々に対応する4種類の終結ヌクレオチド、および、
高度好熱菌由来のRecAを含む、標的核酸のサイクルシークエンス用の核酸塩基配列決定キット。
Thermostable DNA polymerase,
4 types of deoxynucleotide triphosphates corresponding to adenine, thymine, guanine and cytosine,
4 termination nucleotides corresponding to each of adenine, thymine, guanine and cytosine, and
A nucleobase sequencing kit for cycle sequencing of a target nucleic acid containing RecA derived from an extreme thermophile.
前記RecAタンパク質がサーマス・サーモフィラス(Thermus thermophilus)由来である請求項5に記載の核酸塩基配列決定キット。 The nucleobase sequencing kit according to claim 5, wherein the RecA protein is derived from Thermus thermophilus .
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JP2010263845A (en) * 2009-05-15 2010-11-25 Hitachi High-Technologies Corp Method and apparatus for nucleic acid analysis

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