JP2006271250A - Method for determination of base sequence - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for determination of base sequence simple and rapid as compared to conventional method by simply carrying out amplification of a template which is a method utilizing transcribed sequence. <P>SOLUTION: The invention relates to the method for determination of the objective gene sequence by using a product RNA which is obtained in the following processes, a process amplifying the objective gene using strand displacement DNA polymerase and a gene amplifying method, a process carrying out an in vitro transcription reaction using the amplification reaction product DNA as the template and a RNA polymerase and a substrate containing 3'-deoxynucleotide or a labeled 3'-deoxynucleotide. Either one of the internal primers used in above mentioned gene amplification contains a promoter sequence corresponding to the RNA polymerase in the loop part. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、塩基配列決定方法に関する。さらに詳細には、本発明は、鎖置換型DNAポリメラーゼを用いる遺伝子増幅方法とイン・ビトロ転写反応を組み合わせて用いる塩基配列決定方法に関する。   The present invention relates to a method for determining a base sequence. More specifically, the present invention relates to a method for determining a nucleotide sequence using a combination of a gene amplification method using a strand displacement type DNA polymerase and an in vitro transcription reaction.

生物の遺伝子配列を決定する技術の発展は、耐熱性DNAポリメラーゼを用いたPCR法とともに生物ゲノムをすべて解析することを可能にした。この技術的発展によって、2004年10月に、ヒトの全ゲノム配列が解読された[Stein,L.D. Nature, 431:915(2004)(非特許文献1)]。しかし、実際に解読された塩基配列には、機能のわからない遺伝子が多数あることが判明し、現在ではその遺伝子の機能解析を目的とした研究が盛んになっている。この未知遺伝子の機能解析方法のひとつとして、ゲノム配列を他の生物のものと比較するという比較ゲノム学が盛んになっている。そのひとつの例としてチンパンジーゲノム解析を例に挙げることができる [The international Chimpanzee Chromosome 22 Consortium. Nature, 429(6990):382(2004)(非特許文献2)]。これは、ヒトに近いチンパンジーのゲノムとヒトのそれを比較することによって、遺伝子の機能を類推しようとするものである。この方法は、様々な生物由来の遺伝子の比較をすることによって、その生物の持っている特徴的な性質に関わる遺伝子の機能を類推可能とし、非常に有効な方法である。しかし、比較したい生物のゲノム解析が前提であり、非常に多くの塩基配列を決定する必要がある。従って、まだまだ塩基配列を決定しようとする需要は今後も減ることはないであろう。   The development of technology for determining the genetic sequence of organisms has made it possible to analyze the entire genome of an organism together with PCR using thermostable DNA polymerase. Due to this technological development, the entire human genome sequence was decoded in October 2004 [Stein, L.D. Nature, 431: 915 (2004) (Non-patent Document 1)]. However, it has been found that there are many genes whose functions are not known in the actually decoded base sequences, and at present, studies for the purpose of analyzing the functions of the genes are actively conducted. As one of the methods for analyzing the function of this unknown gene, comparative genomics, in which the genome sequence is compared with that of other organisms, has become popular. One example is chimpanzee genome analysis [The international Chimpanzee Chromosome 22 Consortium. Nature, 429 (6990): 382 (2004) (Non-patent Document 2)]. This is an attempt to analogize gene function by comparing the human chimpanzee genome with that of humans. This method makes it possible to analogize the functions of genes related to the characteristic properties of the organisms by comparing genes from various organisms, and is a very effective method. However, it is premised on genome analysis of organisms to be compared, and it is necessary to determine a very large number of base sequences. Therefore, the demand for determining the base sequence will not decrease in the future.

ゲノムプロジェクト推進の恩恵として、自動塩基配列決定装置が一般の研究室にも普及し、利用しやすくなってきたこと(例えば、アプライド・バイオシステム株式会社製のABI Prism 3100 Genetic Analyzer など代表的な装置である)、それに付随して、データ生産あたりの単価が下がっていること、さらに塩基配列データを高速に処理するコンピューター、あるいはソフトが次々に開発されて、塩基配列データを使った大量の遺伝子解析も身近になってきている。   As a benefit of promoting the Genome Project, automated base sequencing equipment has become popular and easy to use in general laboratories (for example, ABI Prism 3100 Genetic Analyzer manufactured by Applied Biosystems, Inc. Concomitantly, the unit price per data production has decreased, and computers and software that process the base sequence data at high speed have been developed one after another. Is also getting closer.

上記自動塩基配列決定装置で用いられている塩基配列決定方法は、DNAポリメラーゼを用いるダイデオキシ法であるが、塩基配列決定作業に先立って、PCR産物の精製を必要とする、という欠点がある。それに対して、塩基配列決定作業に先立って、PCR産物の精製なしに直接使用して、質のよいシークエンス結果を得るための方法として転写シークエンス法(transcriptional sequencing)が開発された[Sasaki,N., et al. Proc.Natl.Acad.Sci.USA, 95(7):3455(1998)(非特許文献3、WO96/14434(特許文献1)、特開平11−75898号公報(特許文献2)、WO99/02544(特許文献3)、特開2003-61684号公報(特許文献4)]。
Stein,L.D. Nature, 431:915(2004) The international Chimpanzee Chromosome 22 Consortium. Nature, 429(6990):382(2004) Sasaki,N., et al. Proc.Natl.Acad.Sci.USA, 95(7):3455(1998) WO96/14434 特開平11−75898号公報 WO99/02544 特開2003-61684号公報
The base sequence determination method used in the above automatic base sequence determination apparatus is a dideoxy method using a DNA polymerase, but has a drawback that it requires purification of the PCR product prior to the base sequence determination operation. On the other hand, prior to sequencing, a transcriptional sequencing method was developed as a method for directly using the PCR product without purification and obtaining a high-quality sequencing result [Sasaki, N. , et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 95 (7): 3455 (1998) (Non-patent Document 3, WO96 / 14434 (Patent Document 1), JP-A-11-75898 (Patent Document 2) WO99 / 02544 (Patent Document 3), JP-A 2003-61684 (Patent Document 4)].
Stein, LD Nature, 431: 915 (2004) The international Chimpanzee Chromosome 22 Consortium. Nature, 429 (6990): 382 (2004) Sasaki, N., et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 95 (7): 3455 (1998) WO96 / 14434 JP-A-11-75898 WO99 / 02544 JP 2003-61684 A

しかし、前記ダイデオキシ法も転写シークエンス法も、塩基配列決定に用いる鋳型は、PCRによって増幅するか、あるいはプラスミドDNAとして宿主を用いて増幅する必要があった。PCRによる増幅は、サーマルサイクラーを必要とし、簡便に鋳型を増幅するには不適である。   However, in both the dideoxy method and the transcription sequencing method, the template used for base sequence determination must be amplified by PCR or amplified using a host as plasmid DNA. Amplification by PCR requires a thermal cycler and is not suitable for simply amplifying a template.

そこで本発明は、転写シークエンス法を利用する方法であって、鋳型の増幅を簡便に行える新たな方法とし、従来の方法に比べて、より簡便かつ迅速に塩基配列の決定が可能な方法を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention provides a method that uses a transcription sequencing method, which is a new method that can easily amplify a template, and that can determine a base sequence more easily and quickly than conventional methods. The purpose is to do.

本発明者らは、転写反応開始に必要なプロモーター配列を導入するDNA増幅法として、Bst DNAポリメラーゼ(「DNAP」と以下略記する)等を用いたLAMP法が、増幅対象領域の配列を単位としてタンデムに繋がった様々な長さのDNA断片として増幅するため、転写反応の鋳型としても充分使用できること、およびそのための技術を見いだして本発明を完成した。本発明の方法は、LAMP法の高い特異性と高い増幅度という特徴とRNAポリメラーゼを用いる転写シークエンス法の特徴である、増幅産物の精製を必要としない点と併せて、迅速な塩基配列ベースの遺伝子解析法を提供し、新たな応用分野の開拓に繋がるものと思われる。   As a DNA amplification method for introducing a promoter sequence necessary for initiating a transcription reaction, the present inventors have used the LAMP method using Bst DNA polymerase (hereinafter abbreviated as “DNAP”) or the like, with the sequence of the amplification target region as a unit. The present invention has been completed by finding out that it can be used as a template for a transcription reaction because it is amplified as DNA fragments of various lengths connected to tandem and a technique for that purpose. The method of the present invention is characterized by rapid base sequence-based characteristics, in combination with the features of the high specificity and high amplification of the LAMP method and the features of the transcription sequencing method using RNA polymerase that do not require purification of the amplification product. Providing genetic analysis methods, it seems to lead to the development of new application fields.

上記課題を解決するための本発明は、以下の通りである。
[請求項1]鎖置換型DNAポリメラーゼを用いる遺伝子増幅方法により目的遺伝子を増幅し、得られた増幅反応物に含まれるDNAを鋳型とし、RNAポリメラーゼを用い、かつ3'-デオキシヌクレオチドまたは標識された3'-デオキシヌクレオチドを含む基質を用いてイン・ビトロ転写反応を行ない、生成したRNAを用いて目的遺伝子の配列を決定する方法であって、前記遺伝子増幅方法に用いるいずれか一方の内部プライマーは、ループ部分に前記RNAポリメラーゼに対応したプロモーター配列を含む、方法。
[請求項2]プロモーター配列を含むプライマーがフォワードプライマーであり、プロモーター配列以外の塩基数が40〜50の範囲であり、前記プロモーター配列の5’末端は、プライマーの塩基配列の5’末端から20〜25番目の範囲にある請求項1に記載の方法。
[請求項3]プロモーター配列を含むプライマーがフォワードプライマーであり、プロモーター配列以外の塩基数が45であり、前記プロモーター配列の5’末端は、プライマーの塩基配列の5’末端から21番目の塩基である請求項1に記載の方法。
[請求項4]プロモーター配列を含むプライマーがバックワードプライマーであり、プロモーター配列以外の塩基数が40〜50の範囲であり、前記プロモーター配列の5’末端は、プライマーの塩基配列の5’末端から20〜25番目の範囲にある請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
[請求項5]プロモーター配列を含むプライマーがバックワードプライマーであり、プロモーター配列以外の塩基数が45であり、前記プロモーター配列の5’末端は、プライマーの塩基配列の5’末端から23番目の塩基である請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
[請求項6]前記鎖置換型DNAポリメラーゼがバチルス・ステアロテルモフィラス(Bacillus stearothermophilus)由来のDNAポリメラーゼである請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
[請求項7]前記増幅反応物は、精製することなくイン・ビトロ転写反応に用いられる請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
The present invention for solving the above problems is as follows.
[Claim 1] A gene of interest is amplified by a gene amplification method using strand displacement type DNA polymerase, DNA contained in the obtained amplification reaction product is used as a template, RNA polymerase is used, and 3'-deoxynucleotide or labeled In vitro transcription reaction using a substrate containing 3'-deoxynucleotides, and determining the sequence of the target gene using the generated RNA, wherein either one of the internal primers used in the gene amplification method Comprises a promoter sequence corresponding to the RNA polymerase in the loop portion.
[Claim 2] The primer containing the promoter sequence is a forward primer, the number of bases other than the promoter sequence is in the range of 40-50, and the 5 'end of the promoter sequence is 20 from the 5' end of the primer base sequence. The method of claim 1 in the -25th range.
[Claim 3] The primer containing the promoter sequence is a forward primer, the number of bases other than the promoter sequence is 45, and the 5 'end of the promoter sequence is the 21st base from the 5' end of the primer base sequence. The method of claim 1.
[Claim 4] The primer containing the promoter sequence is a backward primer, the number of bases other than the promoter sequence is in the range of 40-50, and the 5 'end of the promoter sequence is from the 5' end of the base sequence of the primer. The method according to any one of claims 1 to 3, which is in the 20th to 25th range.
[5] The primer containing the promoter sequence is a backward primer, the number of bases other than the promoter sequence is 45, and the 5 ′ end of the promoter sequence is the 23rd base from the 5 ′ end of the primer base sequence. The method according to any one of claims 1 to 3.
[6] The method according to any one of [1] to [5], wherein the strand displacement type DNA polymerase is a DNA polymerase derived from Bacillus stearothermophilus.
[7] The method according to any one of [1] to [6], wherein the amplification reaction product is used in an in vitro transcription reaction without being purified.

本発明により、RNAポリメラーゼに対応した特異的に認識するプロモーターを持った、LAMP反応で増幅された鋳型を用いて、転写シークエンス反応が可能となった。
従って、解析したい試料のDNAが少ないときには有用であり、遺伝子の塩基配列決定を行なう研究分野、あるいは遺伝子解析を行なう研究分野でも有用である。
特に臨床材料や細菌検査を目的とした、塩基配列に基づいた遺伝子解析を行なう場合に特に有用である。
According to the present invention, a transcription sequence reaction can be performed using a template amplified by the LAMP reaction having a promoter that specifically recognizes RNA polymerase.
Therefore, it is useful when the amount of DNA of the sample to be analyzed is small, and is also useful in a research field where gene base sequencing is performed or a research field where gene analysis is performed.
It is particularly useful when performing genetic analysis based on nucleotide sequences, especially for the purpose of clinical materials and bacterial testing.

本発明の方法は、目的遺伝子の増幅を、鎖置換型DNAポリメラーゼを用いる遺伝子増幅方法により行い、得られた増幅反応物に含まれるDNAを鋳型としてイン・ビトロ転写反応を行ない、生成したRNAを用いて目的遺伝子の配列を決定する方法である。   In the method of the present invention, the target gene is amplified by a gene amplification method using a strand displacement type DNA polymerase, an in vitro transcription reaction is performed using the DNA contained in the obtained amplification reaction product as a template, and the generated RNA is obtained. This is a method for determining the sequence of a target gene.

従来の転写シークエンス法では主に、目的遺伝子の増幅法として、PCR法[Sambrook,J., et al. Molecular Cloning -A Laboratory Manual, 3rd Ed. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York, 2001]を用いていた。それに対して、本発明では、鎖置換型DNAポリメラーゼを用いる遺伝子増幅方法[LAMP(Loop-mediated Isothermal Amplification)法]を用いる。この方法は、PCRと異なり、遺伝子DNA配列上で、目的遺伝子配列部分を挟んで対峙するように、独自の4つのオリゴヌクレオチドをプライマーとして用い、例えば、65℃という一定の温度で反応することを特徴とした遺伝子増幅法である。 In the conventional transcription sequencing method, the PCR method [Sambrook, J., et al. Molecular Cloning -A Laboratory Manual, 3 rd Ed. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York , 2001]. In contrast, in the present invention, a gene amplification method [LAMP (Loop-mediated Isothermal Amplification) method] using a strand displacement DNA polymerase is used. Unlike PCR, this method uses four unique oligonucleotides as primers on the gene DNA sequence with the target gene sequence in between, and reacts at a constant temperature of 65 ° C, for example. This is a characteristic gene amplification method.

さらに詳細にこの遺伝子増幅法(LAMP法)を説明する。PCRは、その遺伝子増幅のためプライマー反応の開始に必ず、反応ごとにDNAの変性、再会合ステップが必要であった。それに対して、LAMP法は、使用する酵素に存在する鎖置換型活性(Strand Displacement Activity;以下、SDA)とイン・ビトロ反応時に遺伝子増幅反応の開始を可能とするループ構造を形成するように工夫されたプライマー(内部プライマーと呼ばれる)とその外側の遺伝子領域の特異的な配列に会合するプライマー(外部プライマーと呼ばれる)を含めて4本のオリゴヌクレオチドを用いる。そして、この反応を継続するための温度の昇降は必要ない。   This gene amplification method (LAMP method) will be described in more detail. PCR requires a denaturation step and a reassociation step for each reaction at the start of the primer reaction for gene amplification. The LAMP method, on the other hand, is designed to form a loop structure that enables the initiation of gene amplification reaction during in vitro reaction with the strand displacement activity (SDA) present in the enzyme used. Four oligonucleotides are used, including a primer (referred to as an internal primer) and a primer (referred to as an external primer) that associates with a specific sequence in the outer gene region. And it is not necessary to raise or lower the temperature to continue this reaction.

以上のようにプライマーを用いて行なうLAMP法は、PCRと較べると、1)増幅度が高い、2)特異性の高い増幅を行なうことが出来る[Notomi,T., et al. Nucleic Acids Res., 28(12):e63(2000);特開2002-330796]。また、同じようにSDAを持ったDNAポリメラーゼを利用した温度を一定で遺伝子増幅が可能な反応として、ICAN法[特許登録番号3433929]も開発されているが、この場合、LAMP法とは異なり、PCRと同様に2本のオリゴヌクレオチドを利用するものである。   As described above, the LAMP method using primers is 1) high in amplification and 2) highly specific in comparison with PCR [Notomi, T., et al. Nucleic Acids Res. , 28 (12): e63 (2000); JP 2002-330796]. Similarly, the ICAN method [patent registration number 3433929] has been developed as a reaction that can amplify genes at a constant temperature using a DNA polymerase having SDA, but in this case, unlike the LAMP method, Similar to PCR, it uses two oligonucleotides.

いずれにしても、このように等温反応の遺伝子増幅反応は、酵素に内在する鎖置換型活性を利用しているため、鋳型DNAの変性作業を必要としないため、2本鎖DNAとして遺伝子が増幅する。   In any case, the gene amplification reaction of the isothermal reaction utilizes the strand displacement type activity inherent in the enzyme, so that no template DNA denaturation work is required, so the gene is amplified as double-stranded DNA. To do.

ところで、LAMP法の応用技術として、LAMP法で増幅されたDNAをRNAポリメラーゼの鋳型として用いることが知られている[特開2002-233367号公報]。しかし、この方法はLAMP法を用いて、増幅用鋳型としてプロモーターを含むヌクレオチド鎖を用いて核酸増幅反応を行うことによって、プロモーターを含むRNA発現用鋳型DNAを調製し、このプロモーターを利用して鋳型DNAからRNAを発現させることを特徴とする方法であり、プライマー内に転写反応を開始させることを可能とするためのプロモーター配列を配置することに関しては述べられていない。   By the way, as an applied technology of the LAMP method, it is known to use DNA amplified by the LAMP method as a template for RNA polymerase [Japanese Patent Laid-Open No. 2002-233367]. However, this method uses the LAMP method to prepare a template DNA for RNA expression containing a promoter by carrying out a nucleic acid amplification reaction using a nucleotide chain containing a promoter as an amplification template, and using this promoter as a template It is a method characterized in that RNA is expressed from DNA, and there is no mention about placing a promoter sequence in the primer to enable the transcription reaction to be initiated.

本発明の方法においては、迅速に遺伝子の配列を決定することを目的としており、目的遺伝子を増幅した後に、得られたDNAにさらに、RNAポリメラーゼに対応したプロモーター配列を付加することは現実的ではない。そこで本発明では、目的遺伝子を増幅すると同時に、その上流にRNAポリメラーゼに対応したプロモーター配列を、目的遺伝子に細工を施すことなく付加することを企画した。   In the method of the present invention, the purpose is to quickly determine the sequence of a gene. After amplifying the target gene, it is not realistic to add a promoter sequence corresponding to RNA polymerase to the obtained DNA. Absent. Therefore, in the present invention, it was planned to amplify the target gene and simultaneously add a promoter sequence corresponding to RNA polymerase upstream of the target gene without any modification.

考えられる最も簡便な方法は、目的遺伝子の増幅法に用いるプライマーにRNAポリメラーゼに対応したプロモーター配列の相補的な配列を組み込むことである。しかるに、LAMP法で用いるプライマーは、PCR法におけるプライマーと異なり、プライマー配列の選択の幅が非常に狭く、余計な配列を含まないプライマーであっても、その設計は、PCR法におけるプライマーに比べれば容易ではない。LAMP法で用いるプライマー設計用のソフトが開発されている程である。   The simplest possible method is to incorporate a sequence complementary to the promoter sequence corresponding to RNA polymerase into the primer used in the amplification method of the target gene. However, unlike the primers used in the PCR method, the primers used in the LAMP method have a very narrow selection range of primer sequences, and even if the primer does not contain extra sequences, its design is different from the primers used in the PCR method. It's not easy. The software for primer design used in the LAMP method has been developed.

したがって、前述のように、目的遺伝子の増幅法としてLAMP法を用いることで、PCR法によって目的遺伝子を増幅した場合に比べて、種々の利点があることは予想されたが、RNAポリメラーゼに対応したプロモーター配列の相補的な配列を組み込んだプライマーを用いて、LAMP法による目的遺伝子の増幅が可能であるかは、未知であり、そのようなプライマーの設計についても、公表されていなかった。   Therefore, as described above, using the LAMP method as the target gene amplification method was expected to have various advantages compared to the case where the target gene was amplified by the PCR method, but it was compatible with RNA polymerase. Whether a target gene can be amplified by the LAMP method using a primer incorporating a complementary sequence of the promoter sequence is unknown, and the design of such a primer has not been published.

それに対して、本発明者らは、種々の検討をした結果、LAMP法に用いるいずれか一方の内部プライマーのループ部分にRNAポリメラーゼに対応したプロモーター配列を含めることで、上流にRNAポリメラーゼに対応したプロモーター配列を含む目的遺伝子の配列を有するDNA断片をLAMP法によって調製できることを見いだした。   On the other hand, as a result of various studies, the present inventors responded to RNA polymerase upstream by including a promoter sequence corresponding to RNA polymerase in the loop portion of one of the internal primers used in the LAMP method. It was found that a DNA fragment having a target gene sequence including a promoter sequence can be prepared by the LAMP method.

以下、この点について、さらに詳細に説明する。
先ず転写開始に必要なプロモーター配列を付加したDNA断片をえるためのLAMP法の開発を行った。この目的のためには、増幅対象ターゲット遺伝子はせいぜい〜500塩基配列までと言われているLAMP法の増幅DNAを用いて定量的に評価する必要がある。その為に、大腸菌クローニングベクターであるpUC19に、大腸菌ファージであるλゲノム由来の異なる大きさの断片をクローン化して、数種のプラスミドを作製した。pUC19は、遺伝子クローニングベクターとして、頻繁に利用されるベクターとして知られており、1) pUC19のクローニング部位近傍の配列を利用してLAMPプライマーを設計可能で、ターゲットサイズによるLAMP反応の評価が出来ること、2) pUC19ベクターは、プロモーター配列を持たないため、プロモーター配列を付加したLAMPプライマーを用いた増幅反応の評価が出来ること、3)クローン化した配列は、既知配列であるため、転写シークエンス法による精度の評価が出来る事、等の利点がある。
Hereinafter, this point will be described in more detail.
First, the LAMP method was developed to obtain a DNA fragment to which a promoter sequence necessary for transcription initiation was added. For this purpose, it is necessary to quantitatively evaluate the target gene to be amplified using the amplified DNA of the LAMP method, which is said to be at most up to 500 base sequences. For this purpose, several types of plasmids were prepared by cloning fragments of different sizes derived from the λ genome, which is an E. coli phage, into pUC19, an E. coli cloning vector. pUC19 is known as a frequently used gene cloning vector. 1) LAMP primers can be designed using sequences in the vicinity of the cloning site of pUC19, and the LAMP reaction can be evaluated according to the target size. 2) Since the pUC19 vector does not have a promoter sequence, it is possible to evaluate the amplification reaction using the LAMP primer to which the promoter sequence has been added. 3) Since the cloned sequence is a known sequence, the transcription sequence method is used. There are advantages such as being able to evaluate accuracy.

今回作製したプラスミドpULamの構造を、図1に示した。クローン化した断片は、全て塩基配列の決定を行い、λファージゲノム中の塩基配列は確認した。今回、得られたプラスミド中の断片の長さは、140、344、468、579及び636塩基対で、図中のクローン化された遺伝子は、λファージゲノム配列の番号を示した。   The structure of the plasmid pULam prepared this time is shown in FIG. The base sequence of all the cloned fragments was determined, and the base sequence in the λ phage genome was confirmed. The lengths of the fragments in the obtained plasmid were 140, 344, 468, 579 and 636 base pairs, and the cloned gene in the figure indicated the number of the λ phage genome sequence.

そして、pULamプラスミドを鋳型とした共通LAMPプライマーを設計した。今回、設計したプライマーの詳細を図2及び図3に示している。図2には、今回設計したLAMPプライマーのpULamプラスミド上で配列特異的に水素結合する場所を示した。鋳型の配列は配列番号12に示す。図中の内部プライマーとプラスミド配列中、網掛けした配列は、反応時のループ形成を促す相補的な配列を示しており、各々、大文字と小文字で対応する配列が相補的配列であることを示している。図3には、T7RNAポリメラーゼに特異的なプロモーター配列を持った内部プライマーを含め、今回使用したLAMPプライマーの全ての配列を示した。   A common LAMP primer was designed using the pULam plasmid as a template. Details of the designed primer are shown in FIG. 2 and FIG. FIG. 2 shows the location of sequence-specific hydrogen bonding on the pULam plasmid of the LAMP primer designed this time. The template sequence is shown in SEQ ID NO: 12. The shaded sequences in the internal primer and plasmid sequences in the figure indicate complementary sequences that promote loop formation during the reaction, and each indicates that the corresponding sequence in uppercase and lowercase is a complementary sequence. ing. FIG. 3 shows the entire sequence of the LAMP primer used this time, including an internal primer having a promoter sequence specific to T7 RNA polymerase.

LAMP反応物に17塩基からなるT7プロモーター配列を付加できれば、その増幅物をイン・ビトロ転写反応の基質として、理論的には、当然利用出来るはずである。そこで本発明では、T7プロモーターを、内部プライマーのループ部分に付加したプライマーを作成し、LAMP反応が進行するか否か、さらには、増幅したターゲット領域の一方の末端に確実にプロモーターが導入されるか否かを検討した。   If a 17-base T7 promoter sequence can be added to a LAMP reaction product, the amplified product should theoretically be usable as a substrate for in vitro transcription reaction. Therefore, in the present invention, a primer is prepared by adding the T7 promoter to the loop portion of the internal primer, and whether or not the LAMP reaction proceeds, and further, the promoter is surely introduced into one end of the amplified target region. We examined whether or not.

まず、図3に示すプライマーから2つの内部プライマーと2つの外部プライマーを選択し、表1に示す4種類のプライマーミックス#1〜4を作成し、LAMP反応を行った。その結果、プライマーミックス#4のみでLAMP反応が確認された。そこで、プライマーミックス#4で使用した内部プライマーのループ部分にT7プロモーターを導入したフォワードプライマーF12a−T7とバックプライマーR12a−T7を作成した。そして、表1に示す#5および#6のプライマーミックスを調製し、LAMP反応を行った。   First, two internal primers and two external primers were selected from the primers shown in FIG. 3, four types of primer mixes # 1 to # 4 shown in Table 1 were prepared, and a LAMP reaction was performed. As a result, LAMP reaction was confirmed only with primer mix # 4. Therefore, a forward primer F12a-T7 and a back primer R12a-T7 in which a T7 promoter was introduced into the loop portion of the internal primer used in primer mix # 4 were prepared. And the primer mix of # 5 and # 6 shown in Table 1 was prepared, and LAMP reaction was performed.

フォワード及びリバースサイドにT7プロモーターを付加した内部プライマーを用いたプライマーミックス#5および#6では、LAMPプライマーへのT7プロモーター配列の影響を見るために、様々な条件を変化させてLAMP反応について検討した。しかし、どの条件でもLAMP反応は検出されなかった。プライマーミックス#5および#6では、T7プロモーター配列の付加は、LAMP反応効率を著しく阻害したと考えられた。   In primer mix # 5 and # 6 using the internal primer with T7 promoter added to the forward and reverse sides, we examined the LAMP reaction by changing various conditions in order to see the effect of the T7 promoter sequence on the LAMP primer. . However, no LAMP reaction was detected under any conditions. In primer mix # 5 and # 6, addition of the T7 promoter sequence was thought to significantly inhibit the LAMP reaction efficiency.

しかし、実際にシークエンス反応に用いる場合、プロモーターの付加は、ターゲット領域のいずれか一方でよいので、それぞれ、フォワード及びリバースサイドに付加するためのプライマーミックス#7及び#8を構成した(表1参照)。その結果、プライマーミックス#7及び#8については、LAMP反応が起こる条件があった。   However, when actually used in a sequencing reaction, the promoter may be added to any one of the target regions, so that primer mixes # 7 and # 8 for adding to the forward and reverse sides were configured, respectively (see Table 1). ). As a result, primer mixes # 7 and # 8 had conditions for causing a LAMP reaction.

表1に示すLAMPプライマーの組合せを示したが、その各々について、LAMP反応を様々な条件(鋳型量、プライマー量等)で検討した結果、LAMP反応が確認できたのは、#4以外に、#7及び#8の組合せであった。   The combinations of LAMP primers shown in Table 1 were shown. As a result of examining the LAMP reaction under various conditions (template amount, primer amount, etc.) for each of them, the LAMP reaction was confirmed in addition to # 4, It was a combination of # 7 and # 8.

上記結果に基づいて、プライマーミックス#7または#8を用いて得られたLAMP産物を鋳型として、イン・ビトロ転写反応を行った(図4)。この図に示した例は、LAMP反応後、特段の精製操作もしない反応産物を用い、イン・ビトロ転写反応で特異的に得られたRNAであるかどうか確認するために、転写反応物をDNaseおよびRNase処理を行い確認し、アガロース電気泳動で検出した例を示している。この結果、#7及び#8のプライマーミックスを使用して得られたLAMP産物を鋳型としたイン・ビトロ転写物は、DNase処理では、ほとんど泳動像に変化は見られないが、RNaseで処理すると、低分子核酸に分解された。従って、確かにLAMP反応物にT7RNAポリメラーゼの認識するプロモーターが導入され、イン・ビトロ転写反応の基質として充分機能することが確認された。   Based on the above results, an in vitro transcription reaction was performed using the LAMP product obtained using primer mix # 7 or # 8 as a template (FIG. 4). The example shown in this figure uses a reaction product that does not require any special purification procedure after the LAMP reaction, and in order to confirm whether the RNA was specifically obtained by in vitro transcription reaction, the transcription reaction product was DNase. And an example of detection by agarose electrophoresis after confirmation by RNase treatment. As a result, in vitro transcripts using LAMP products obtained using the primer mixes of # 7 and # 8 as a template show almost no change in the electrophoretic image in DNase treatment, but when treated with RNase It was decomposed into low molecular weight nucleic acids. Therefore, it was confirmed that a promoter recognized by T7 RNA polymerase was introduced into the LAMP reaction product and functioned sufficiently as a substrate for in vitro transcription reaction.

次に、このプロモーター配列を含んだLAMP産物を鋳型として、転写シークエンス法を用いて配列解析を行った。転写シークエンス法試薬は、CUGA7 Sequencing Kit (ニッポンジーンテク社製)を使用し、ABI 310 Genetic Analyzerを用いて、反応産物を解析した。その結果、図5に示すように、シークエンス可能であることが示された。   Next, using the LAMP product containing the promoter sequence as a template, sequence analysis was performed using a transcription sequencing method. As a transcription sequencing method reagent, CUGA7 Sequencing Kit (manufactured by Nippon Genetech) was used, and the reaction product was analyzed using ABI 310 Genetic Analyzer. As a result, it was shown that sequencing is possible as shown in FIG.

鎖置換型DNAポリメラーゼには、以下のようなものが知られている。また、これらの酵素の各種変異体についても、それが配列依存型の相補鎖合成活性と鎖置換活性を有する限り、本発明に利用することができる。ここで言う変異体とは、酵素の必要とする触媒活性をもたらす構造のみを取り出したもの、あるいはアミノ酸の変異等によって触媒活性、安定性、あるいは耐熱性を改変したもの等を示すことができる。Bst DNAポリメラーゼ、Bst DNAポリメラーゼラージフラグメント(LAMP法に使用されている酵素であり、5’−3’エキソヌクレアーゼ活性がない)、Bca(exo-)DNAポリメラーゼ、E.coli DNA ポリメラーゼIのクレノウ・フラグメント、Vent DNAポリメラーゼ、Vent(Exo-)DNAポリメラーゼ(Vent DNAポリメラーゼから5'-3'エクソヌクレアーゼ活性を除いたもの)、DeepVent DNAポリメラーゼ、DeepVent(Exo-)DNAポリメラーゼ、(DeepVent DNAポリメラーゼから5'-3'エクソヌクレアーゼ活性を除いたもの)、Φ29ファージDNAポリメラーゼ、MS-2ファージDNAポリメラーゼ、Z-Taq DNAポリメラーゼ(宝酒造)、KOD DNAポリメラーゼ(東洋紡績)。   The following are known strand displacement DNA polymerases. Various mutants of these enzymes can also be used in the present invention as long as they have sequence-dependent complementary strand synthesis activity and strand displacement activity. The term “mutant” as used herein refers to a product obtained by extracting only the structure that provides the catalytic activity required by the enzyme, or a product whose catalytic activity, stability, or heat resistance has been modified by amino acid mutation or the like. Bst DNA polymerase, Bst DNA polymerase large fragment (enzyme used in LAMP method, lacking 5'-3 'exonuclease activity), Bca (exo-) DNA polymerase, E. coli DNA polymerase I Klenow Fragment, Vent DNA polymerase, Vent (Exo-) DNA polymerase (Vent DNA polymerase minus 5'-3 'exonuclease activity), DeepVent DNA polymerase, DeepVent (Exo-) DNA polymerase, (5 from DeepVent DNA polymerase Excluding '-3' exonuclease activity), Φ29 phage DNA polymerase, MS-2 phage DNA polymerase, Z-Taq DNA polymerase (Takara Shuzo), KOD DNA polymerase (Toyobo).

これらの酵素の中でもBst DNAポリメラーゼ・ラージフラグメントやBca(exo-)DNAポリメラーゼは、ある程度の耐熱性を持ち、触媒活性も高いことから特に望ましい酵素である。本発明の反応は、望ましい態様においては等温で実施することができるが、融解温度(Tm)の調整などのために必ずしも酵素の安定性にふさわしい温度条件を利用できるとは限らない。したがって、酵素が耐熱性であることは望ましい条件の一つである。また、等温反応が可能とは言え、最初の鋳型となる核酸の提供のためにも加熱変性は行われる可能性があり、その点においても耐熱性酵素の利用はアッセイプロトコールの選択の幅を広げる。   Among these enzymes, Bst DNA polymerase / large fragment and Bca (exo-) DNA polymerase are particularly desirable enzymes because they have a certain degree of heat resistance and high catalytic activity. The reaction of the present invention can be carried out isothermally in a desirable embodiment, but a temperature condition suitable for enzyme stability is not always available for adjusting the melting temperature (Tm) and the like. Therefore, it is one of desirable conditions that the enzyme is thermostable. Although isothermal reaction is possible, heat denaturation may be performed to provide the initial template nucleic acid. In this respect, the use of thermostable enzymes broadens the choice of assay protocol. .

Vent(Exo-)DNAポリメラーゼは、鎖置換活性と共に高度な耐熱性を備えた酵素である。ところでDNAポリメラーゼによる鎖置換を伴う相補鎖合成反応は、1本鎖結合タンパク質(single strand binding protein)の添加によって促進されることが知られている(Paul M.Lizardi et al, Nature Genetics 19, 225-232, July,1998)。この作用を本発明に応用し、1本鎖結合タンパク質を添加することによって相補鎖合成の促進効果を期待することができる。たとえばVent(Exo-)DNAポリメラーゼに対しては、1本鎖結合タンパク質としてT4 gene 32が有効である。   Vent (Exo-) DNA polymerase is an enzyme with high thermostability as well as strand displacement activity. By the way, it is known that the complementary strand synthesis reaction involving strand displacement by DNA polymerase is promoted by the addition of a single strand binding protein (Paul M. Lizardi et al, Nature Genetics 19, 225). -232, July, 1998). By applying this action to the present invention and adding a single-stranded binding protein, an effect of promoting complementary strand synthesis can be expected. For example, T4 gene 32 is effective as a single-stranded binding protein for Vent (Exo-) DNA polymerase.

なお3'-5'エクソヌクレアーゼ活性を持たないDNAポリメラーゼには、相補鎖合成が鋳型の5'末端に達した部分で停止せず、1塩基突出させた状態まで合成を進める現象が知られている。本発明では、相補鎖合成が末端に至ったときの3'末端の配列が次の相補鎖合成の開始につながるため、このような現象は望ましくない。しかし、DNAポリメラーゼによる3'末端への塩基の付加は、高い確率でAとなる。したがって、dATPが誤って1塩基付加しても問題とならないように、3'末端からの合成がAで開始するように配列を選択すれば良い。また、相補鎖合成時に3'末端がたとえ突出してしまっても、これを消化してblunt endとする3'→5'エクソヌクレアーゼ活性を利用することもできる。たとえば、天然型のVent DNAポリメラーゼはこの活性を持つことから、Vent(Exo-)DNAポリメラーゼと混合して利用することにより、この問題を回避することができる。   For DNA polymerases that do not have 3'-5 'exonuclease activity, it is known that complementary strand synthesis does not stop at the 5' end of the template, but proceeds to a state where one base protrudes. Yes. In the present invention, such a phenomenon is undesirable because the sequence at the 3 ′ end when complementary strand synthesis reaches the end leads to the start of the next complementary strand synthesis. However, the addition of a base to the 3 ′ end by DNA polymerase is A with a high probability. Therefore, the sequence may be selected so that synthesis from the 3 ′ end starts with A so that no problem is caused even if dATP is mistakenly added with one base. In addition, even if the 3 ′ end protrudes during the synthesis of the complementary strand, the 3 ′ → 5 ′ exonuclease activity can be used by digesting this to make a blunt end. For example, since natural Vent DNA polymerase has this activity, this problem can be avoided by mixing with Vent (Exo-) DNA polymerase.

一連の反応は、酵素反応に好適なpHを与える緩衝剤、酵素の触媒活性の維持やアニールのために必要な塩類、酵素の保護剤、更には必要に応じて融解温度(Tm)の調整剤等の共存下で行うことが適当である。緩衝剤としては、Tris-HCl等の中性から弱アルカリ性に緩衝作用を持つものが適宜用いられる。pHは使用するDNAポリメラーゼに応じて適宜調整する。塩類としてはKCl、NaCl、あるいは(NH4)2SO4等が、酵素の活性維持と核酸の融解温度(Tm)調整のために適宜添加される。酵素の保護剤としては、例えば、ウシ血清アルブミンや糖類が利用される。 A series of reactions consist of a buffer that gives a suitable pH for the enzyme reaction, salts necessary for maintaining the catalytic activity of the enzyme and annealing, an enzyme protecting agent, and a melting temperature (Tm) adjusting agent as necessary. It is appropriate to carry out in the coexistence of the above. As the buffering agent, a neutral to weakly alkaline buffering agent such as Tris-HCl is appropriately used. The pH is appropriately adjusted according to the DNA polymerase used. As salts, KCl, NaCl, (NH 4 ) 2 SO 4, or the like is appropriately added for maintaining the activity of the enzyme and adjusting the melting temperature (Tm) of the nucleic acid. As the enzyme protective agent, for example, bovine serum albumin or saccharide is used.

更にDNAポリメラーゼ反応時のプライマーと鋳型DNAとの融解温度(Tm)の調整剤には、ベタイン(N,N,N,-trimethylglycine)、プロリン、ジメチルスルホキシド(以下、DMSOと省略する)、あるいはホルムアミドが一般に利用される。融解温度(Tm)の調整剤を利用することによって、前記オリゴヌクレオチドのアニールを限られた温度条件の下で調整することができる。更にベタインやテトラアルキルアンモニウム塩は、そのisostabilize作用によって鎖置換効率の向上にも有効である。ベタインは、反応液中0.2〜3.0 M、好ましくは0.5〜1.5 M程度の添加により、本発明の核酸増幅反応の促進作用を期待できる。これらの融解温度の調整剤は、融解温度を下げる方向に作用するので、塩濃度や反応温度等のその他の反応条件を考慮して、適切なストリンジェンシーと反応性を与える条件を適宜設定することができる。   Furthermore, betaine (N, N, N, -trimethylglycine), proline, dimethyl sulfoxide (hereinafter abbreviated as DMSO), or formamide are used as regulators for the melting temperature (Tm) of the primer and template DNA during the DNA polymerase reaction. Is generally used. By using a melting temperature (Tm) adjusting agent, the annealing of the oligonucleotide can be adjusted under limited temperature conditions. Furthermore, betaine and tetraalkylammonium salts are also effective in improving the strand displacement efficiency by their isostabilize action. Betaine can be expected to promote the nucleic acid amplification reaction of the present invention by adding 0.2 to 3.0 M, preferably about 0.5 to 1.5 M, in the reaction solution. These melting temperature regulators act in the direction of lowering the melting temperature, so appropriate conditions for giving appropriate stringency and reactivity should be set in consideration of other reaction conditions such as salt concentration and reaction temperature. Can do.

Tm調整剤を利用することにより、酵素反応に好適な温度条件を容易に設定することができる。Tmはプライマーと標的塩基配列の関係によって変動する。したがって、酵素活性を維持できる条件と、本発明の条件を満たすインキュベーションの条件とが一致するように、Tm調整剤の使用量を調整することが望ましい。本発明の開示に基づいて、プライマーの塩基配列に応じて適切なTm調整剤の使用量を設定することは、当業者にとって自明である。たとえば、アニールする塩基配列の長さとそのGC含量、塩濃度、およびTm調整剤の濃度に基づいて、Tmを算出することができる。   By using the Tm adjusting agent, it is possible to easily set a temperature condition suitable for the enzyme reaction. Tm varies depending on the relationship between the primer and the target base sequence. Therefore, it is desirable to adjust the use amount of the Tm adjusting agent so that the conditions under which the enzyme activity can be maintained and the conditions for incubation satisfying the conditions of the present invention match. Based on the disclosure of the present invention, it is obvious to those skilled in the art to set an appropriate amount of Tm regulator to be used according to the base sequence of the primer. For example, Tm can be calculated based on the length of the base sequence to be annealed, its GC content, salt concentration, and Tm regulator concentration.

このような条件下における2本鎖の核酸に対するプライマーのアニールは、おそらく不安定であると推測される。しかし鎖置換型のポリメラーゼとともにインキュベートすることにより、不安定ながらアニールしたプライマーを複製起点として相補鎖が合成される。相補鎖が合成されれば、プライマーのアニールは次第に安定化されることになる。   It is speculated that annealing of a primer to a double-stranded nucleic acid under such conditions is probably unstable. However, by incubating with a strand displacement type polymerase, a complementary strand is synthesized using a primer that has been annealed in an unstable manner as a replication origin. If the complementary strand is synthesized, primer annealing will be gradually stabilized.

反応時間、融解温度との関係
LAMP法における反応は、鋳型となる1本鎖の核酸に対して、以下の成分を加え、各プライマーを構成する塩基配列が相補的な塩基配列に対して安定な塩基対結合を形成することができ、かつ酵素活性を維持しうる温度でインキュベートすることにより進行する。インキュベート温度は50〜75℃、好ましくは55〜70℃であり、インキュベート時間は1分〜10時間、好ましくは5分〜4時間である。
Relationship between reaction time and melting temperature
In the reaction in the LAMP method, the following components are added to a single-stranded nucleic acid as a template, and the base sequence constituting each primer can form a stable base pair bond with a complementary base sequence. Can proceed and proceed by incubating at a temperature that can maintain enzyme activity. The incubation temperature is 50 to 75 ° C, preferably 55 to 70 ° C, and the incubation time is 1 minute to 10 hours, preferably 5 minutes to 4 hours.

内部プライマーに含められるRNAポリメラーゼに対応したプロモーター配列は、RNAポリメラーゼの種類に応じて適宜決定できる。転写シークエンス方法に用いるRNAポリメラーゼは、野生型および変異型のRNAポリメラーゼであることができ、例えば、特開平11−75867号公報、特開2003-61683号公報等に記載されている。そして、プロモーター配列としては、例えば、T7ポリメラーゼプロモーター、hsp16-2プロモーター、sv40プロモーター、CMVプロモーターが挙げられる。   The promoter sequence corresponding to the RNA polymerase included in the internal primer can be appropriately determined according to the type of RNA polymerase. The RNA polymerase used in the transcription sequencing method can be a wild type and a mutant RNA polymerase, and are described in, for example, JP-A Nos. 11-75867 and 2003-61683. Examples of the promoter sequence include T7 polymerase promoter, hsp16-2 promoter, sv40 promoter, and CMV promoter.

本発明においては、内部プライマーは、ループ部分に前記RNAポリメラーゼに対応したプロモーター配列を含むものである。具体的には、プロモーター配列を含むプライマーがフォワードプライマーであり、プロモーター配列以外の塩基数が40〜50の範囲であり、前記プロモーター配列の5’末端は、プライマーの塩基配列の5’末端から20〜25番目の範囲にあることができる。特に、プロモーター配列を含むプライマーがフォワードプライマーであり、プロモーター配列以外の塩基数が45であり、前記プロモーター配列の5’末端は、プライマーの塩基配列の5’末端から21番目の塩基であることができる。   In the present invention, the internal primer includes a promoter sequence corresponding to the RNA polymerase in the loop portion. Specifically, the primer containing the promoter sequence is a forward primer, the number of bases other than the promoter sequence is in the range of 40-50, and the 5 ′ end of the promoter sequence is 20 from the 5 ′ end of the primer base sequence. It can be in the ˜25th range. In particular, the primer containing the promoter sequence is a forward primer, the number of bases other than the promoter sequence is 45, and the 5 ′ end of the promoter sequence is the 21st base from the 5 ′ end of the primer base sequence. it can.

また、ループ部分に前記RNAポリメラーゼに対応したプロモーター配列を含む内部プライマーは、プロモーター配列を含むプライマーがバックワードプライマーであり、プロモーター配列以外の塩基数が40〜50の範囲であり、前記プロモーター配列の5’末端は、プライマーの塩基配列の5’末端から20〜25番目の範囲にあることができる。特に、プロモーター配列を含むプライマーがバックワードプライマーであり、プロモーター配列以外の塩基数が45であり、前記プロモーター配列の5’末端は、プライマーの塩基配列の5’末端から23番目の塩基であることができる。   The internal primer containing a promoter sequence corresponding to the RNA polymerase in the loop part is a primer containing the promoter sequence is a backward primer, the number of bases other than the promoter sequence is in the range of 40-50, The 5 'end can be in the 20th to 25th range from the 5' end of the base sequence of the primer. In particular, the primer containing the promoter sequence is a backward primer, the number of bases other than the promoter sequence is 45, and the 5 ′ end of the promoter sequence is the 23rd base from the 5 ′ end of the primer base sequence. Can do.

尚、内部プライマーにおけるプロモーター配列以外の配列(本来のプライマー配列)および外部プライマーの配列は、鋳型の配列を考慮して、適宜、決定することができる。   The sequence other than the promoter sequence in the internal primer (original primer sequence) and the sequence of the external primer can be appropriately determined in consideration of the sequence of the template.

本発明の方法において、転写シークエンス方法(転写反応、電気泳動、及びDNA領域の読み取り)、転写シークエンス方法に用いるRNAポリメラーゼ、RNAポリメラーゼの基質やターミネーターである3'-デオキシヌクレオチドや標識された3'-デオキシヌクレオチドは、公知のものをそのまま利用でき、例えば、転写シークエンス方法についてはWO96/14434、特開平11−75898号公報、WO99/02544、特開2003-61684号公報、RNAポリメラーゼについては特開平11−75867号公報、特開2003-61683号公報、ターミネーターについては特開平11−80189号公報に記載の物を利用することができる。   In the method of the present invention, a transcription sequencing method (transcription reaction, electrophoresis, and reading of a DNA region), an RNA polymerase used in the transcription sequencing method, a 3′-deoxynucleotide that is a substrate or terminator of RNA polymerase, or a labeled 3 ′ Known deoxynucleotides can be used as they are. For example, for transcription sequencing methods, WO96 / 14434, JP-A-11-75898, WO99 / 02544, JP-A-2003-61684, and RNA polymerase As for the terminator of 11-75867, JP-A-2003-61683, and the terminator, those described in JP-A-11-80189 can be used.

本発明のDNAの塩基配列決定方法は、(1)RNAポリメラーゼ、このRNAポリメラーゼのためのプロモーター配列を有する鋳型DNA及び前記RNAポリメラーゼの基質を用いて核酸転写反応物を得る工程、(2)得られた核酸転写反応物を分離する工程、及び(3)得られた分離分画から核酸の配列を読み取る工程を含む。
RNAポリメラーゼのためのプロモーター配列を含むDNA断片を鋳型として、RNAポリメラーゼを用いて核酸転写生成物を酵素的に合成する方法、核酸転写生成物の分離方法、さらには分離された分画から核酸の配列を読み取る方法は、RNAポリメラーゼのためのプロモーター配列を含むDNA断片を含む鋳型の調製方法以外は、原理的には何れも公知の方法である。従って、これらの点に関して、基本的には、いずれの公知の方法及び条件、装置等も適宜利用することができる。
The DNA base sequence determination method of the present invention comprises (1) a step of obtaining a nucleic acid transcription reaction product using RNA polymerase, a template DNA having a promoter sequence for the RNA polymerase, and a substrate for the RNA polymerase, (2) Separating the obtained nucleic acid transcription reaction product, and (3) reading a nucleic acid sequence from the obtained separated fraction.
Using a DNA fragment containing a promoter sequence for RNA polymerase as a template, a method for enzymatically synthesizing a nucleic acid transcription product using RNA polymerase, a method for separating a nucleic acid transcription product, and a method for separating nucleic acid from a separated fraction The method for reading the sequence is in principle any known method except for a method for preparing a template containing a DNA fragment containing a promoter sequence for RNA polymerase. Therefore, basically, any known method, conditions, apparatus, and the like can be used as appropriate regarding these points.

(1)核酸転写反応物を得る工程
鋳型となるDNA断片には、RNAポリメラーゼのためのプロモーター配列を含むこと以外、特に制限はない。例えば、プロモーター配列を含むDNA断片は、ポリメラーゼ連鎖反応により増幅したDNA生成物であることができる。さらに、増幅したDNA生成物から、ポリメラーゼ連鎖反応に用いたプライマー及び/又は2'デオキシリボヌクレオシド5'トリフォスフェート及び/又はその誘導体を除去することなしに、本発明の方法における核酸転写生成反応を行うことができる。上記DNA増幅のための反応は、PCR法として広く用いられている方法をそのまま用いることができる。また、プロモーター配列を含むDNA断片は、プロモーター配列と増幅対象のDNA断片とをライゲーションした後、適当な宿主を用いてクローニングされたDNA断片であることもできる。即ち、本発明において、増幅の対象であるDNA配列、プライマー、増幅のための条件等には特に制限はない。
(1) Step of obtaining nucleic acid transcription reaction product The DNA fragment used as a template is not particularly limited except that it contains a promoter sequence for RNA polymerase. For example, a DNA fragment containing a promoter sequence can be a DNA product amplified by the polymerase chain reaction. Furthermore, the nucleic acid transcription reaction in the method of the present invention can be carried out without removing the primer and / or 2 ′ deoxyribonucleoside 5 ′ triphosphate and / or its derivative used in the polymerase chain reaction from the amplified DNA product. It can be carried out. For the reaction for DNA amplification, a method widely used as a PCR method can be used as it is. In addition, the DNA fragment containing the promoter sequence may be a DNA fragment cloned using a suitable host after ligating the promoter sequence and the DNA fragment to be amplified. That is, in the present invention, there are no particular limitations on the DNA sequence, primers, amplification conditions, and the like that are to be amplified.

例えば、プロモーター配列を含むDNA断片の増幅のためのポリメラーゼ連鎖反応の反応系として、10〜50ngのゲノミックDNA又は1pgのクローンされたDNA、10μMの各プライマー、200μMの各2’デオキシリボヌクレオシド5’トリフォスフェート(dATP、dGTP、dCTP、dTTP)を含む20μl容量中でDNAポリメラーゼとして、例えばTaqポリメラーゼ等を用いて行うことができる。   For example, as a polymerase chain reaction reaction system for amplification of a DNA fragment containing a promoter sequence, 10-50 ng genomic DNA or 1 pg cloned DNA, 10 μM each primer, 200 μM each 2 ′ deoxyribonucleoside 5 ′ trifo For example, Taq polymerase can be used as a DNA polymerase in a 20 μl volume containing sulfate (dATP, dGTP, dCTP, dTTP).

但し、ポリメラーゼ連鎖反応のためのプライマーのいずれか一方又は増幅された挿入(insert)DNAが、後述するRNAポリメラーゼのためのプロモーター配列を含む必要がある。ダイレクト転写シーケンス法では、PCR法において、2種類のプライマーのいずれか一方にファージプロモーター配列を持っているプライマーを用いるか、又は増幅された挿入DNA内にファージプロモーター配列を持たせることで、得られるPCR生成物はそのプロモーターにより働くRNAポリメラーゼを用いるin vitro転写に付すことができる。   However, either one of the primers for the polymerase chain reaction or the amplified insert DNA needs to contain a promoter sequence for RNA polymerase described later. The direct transcription sequence method can be obtained by using a primer having a phage promoter sequence in one of two kinds of primers in the PCR method or by having a phage promoter sequence in the amplified inserted DNA. The PCR product can be subjected to in vitro transcription using RNA polymerase working by its promoter.

RNAポリメラーゼのためのプロモーター配列は、用いるRNAポリメラーゼの種類に応じて適宜選択することができる。但し、2つのファージ由来のプロモーター、例えば、T7及びT3ファージがそれぞれ特異的に認識する2つのプロモーターを鋳型の各鎖に導入することで、転写シークエンス反応時にいずれかのRNAポリメラーゼを選択するだけで、このターゲットDNAの両末端の配列データを解析することが可能である。   The promoter sequence for RNA polymerase can be appropriately selected depending on the type of RNA polymerase used. However, two RNA-derived promoters, for example, two promoters specifically recognized by T7 and T3 phages, are introduced into each strand of the template so that only one RNA polymerase can be selected during the transcription sequence reaction. It is possible to analyze the sequence data of both ends of this target DNA.

本発明の方法ではプロモーター配列を含むDNA断片からRNA転写物等の核酸転写物をLAMP法で合成する。DNA断片は、RNAポリメラーゼのためのプロモーター配列を含むので、このプロモーター配列が変異型RNAポリメラーゼを起動させてRNA転写物等の核酸転写物を合成する。   In the method of the present invention, a nucleic acid transcript such as an RNA transcript is synthesized from a DNA fragment containing a promoter sequence by the LAMP method. Since the DNA fragment contains a promoter sequence for RNA polymerase, this promoter sequence activates the mutant RNA polymerase to synthesize a nucleic acid transcript such as an RNA transcript.

RNA転写物等の核酸転写物の合成は、後述する変異型RNAポリメラーゼの基質として、少なくとも3'−デオキシヌクレオチドまたは蛍光標識3'−デオキシヌクレオチド(3’dNTP誘導体)が含まれる基質を用いる。より具体的には、基質は、ATP、GTP、CTP及びUTP又はこれらの誘導体からなるリボヌクレオシド5’トリフォスフェート(NTP)類、並びに1種又は2種以上の3’dNTP誘導体を用いる。尚、3’dNTP誘導体は、本明細書においては、3’dATP、3’dGTP、3’dCTP、3’dUTP及びこれらの誘導体の総称として用いる。リボヌクレオシド5’トリフォスフェート(NTP)類としては、その一部がATP等の誘導体である場合も含めて、塩基が異なる少なくとも4種類の化合物が転写物の合成に必要である。但し、同じ塩基を含む2種以上の化合物を用いることはできる。   For the synthesis of a nucleic acid transcript such as an RNA transcript, a substrate containing at least 3′-deoxynucleotide or fluorescently labeled 3′-deoxynucleotide (3′dNTP derivative) is used as a substrate for a mutant RNA polymerase described later. More specifically, the substrate uses ribonucleoside 5 'triphosphates (NTPs) composed of ATP, GTP, CTP and UTP or derivatives thereof, and one or more 3' dNTP derivatives. In the present specification, the 3'dNTP derivative is used as a general term for 3'dATP, 3'dGTP, 3'dCTP, 3'dUTP and derivatives thereof. As ribonucleoside 5 'triphosphates (NTPs), at least four kinds of compounds having different bases are required for the synthesis of transcripts, including the case where some of them are derivatives such as ATP. However, two or more compounds containing the same base can be used.

転写生成物であるRNA又は核酸の3’末端には、3’dNTP誘導体が取り込まれることにより、3’ヒドロキシ基が欠落し、RNA又は核酸の合成が阻害される。その結果、3’末端が3’dNTP誘導体である種々の長さのRNA又は核酸断片が得られる。塩基の異なる4種類の3’dNTP誘導体について、それぞれ、このようなリボヌクレオシド・アナログ体を得る。このリボヌクレオシド・アナログ体を4通り用意することで、RNA又は核酸配列の決定に用いることができる〔Vladimir D. Axelred er al. (1985) Biochemistry Vol. 24, 5716-5723 〕。   By incorporating a 3'dNTP derivative into the 3 'end of RNA or nucleic acid that is a transcription product, the 3' hydroxy group is lost and the synthesis of RNA or nucleic acid is inhibited. As a result, RNAs or nucleic acid fragments of various lengths having a 3 'end that is a 3'dNTP derivative are obtained. Such ribonucleoside analogs are obtained for each of the four types of 3'dNTP derivatives having different bases. By preparing four ribonucleoside analogs, it can be used to determine RNA or nucleic acid sequences [Vladimir D. Axelred er al. (1985) Biochemistry Vol. 24, 5716-5723].

尚、3’dNTP誘導体は、1つの核酸転写反応に1種類又は2種以上を用いることができる。1種のみの3’dNTP誘導体を用いて1つの核酸転写反応を行う場合、核酸転写反応を4回行うことで、3’末端の3’dNTP誘導体の塩基の異なる4通りの転写生成物を得る。1回の核酸転写反応で、3’末端の3’dNTP誘導体は同一で、分子量の異なる種々のRNA又は核酸断片の混合物である転写生成物が得られる。得られた4通りの転写生成物について、独立に、後述する分離及び配列の読み取りに供することができる。また、4通りの転写生成物の2種以上を混合し、この混合物を分離及び配列の読み取りに供することもできる。   One or more 3'dNTP derivatives can be used for one nucleic acid transcription reaction. When one nucleic acid transcription reaction is carried out using only one kind of 3′dNTP derivative, four transcription products with different bases of the 3′dNTP derivative at the 3 ′ end are obtained by performing the nucleic acid transcription reaction four times. . In one nucleic acid transcription reaction, a transcription product is obtained which is a mixture of various RNAs or nucleic acid fragments having the same 3'dNTP derivative at the 3 'end and different molecular weights. The obtained four transcription products can be independently subjected to separation and sequence reading described later. It is also possible to mix two or more of the four transcription products and to use this mixture for separation and sequence reading.

1回の核酸転写反応に2種以上の3’dNTP誘導体を同時に用いると、1つの反応生成物中に、3’末端の3’dNTP誘導体の塩基の異なる2通り以上の転写生成物が含まれることになる。これを後述する分離及び配列の読み取りに供することができる。核酸転写反応に2種以上の3’dNTP誘導体を同時に用いると、核酸転写反応操作の回数を減らすことができるので好ましい。   When two or more kinds of 3 ′ dNTP derivatives are used simultaneously in one nucleic acid transcription reaction, two or more transcription products having different bases of the 3 ′ dNTP derivative at the 3 ′ end are contained in one reaction product. It will be. This can be used for separation and array reading described below. It is preferable to use two or more 3 ′ dNTP derivatives simultaneously in the nucleic acid transcription reaction because the number of nucleic acid transcription reaction operations can be reduced.

本発明では、特に、RNA等の核酸転写が、塩基の異なる4種類の3’dNTP誘導体によりターミネートされ、これを分離して、4種類の塩基の配列を一度に(同時に)読み取ることが好ましい。   In the present invention, it is particularly preferable that transcription of nucleic acid such as RNA is terminated by four kinds of 3'dNTP derivatives having different bases, which are separated and the sequences of the four kinds of bases are read at the same time (simultaneously).

(2)核酸転写反応物を分離する工程
本発明の方法では、RNA又は核酸転写生成物を分離する。この分離は、転写生成物に含まれる分子量の異なる複数の生成物分子を、分子量に応じて分離することができる方法で適宜行うことができる。このような分離方法としては、例えば電気泳動法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。
(2) Step of separating nucleic acid transcription reaction product In the method of the present invention, RNA or nucleic acid transcription product is separated. This separation can be appropriately performed by a method capable of separating a plurality of product molecules having different molecular weights contained in the transcription product according to the molecular weight. Examples of such a separation method include electrophoresis. In addition, HPLC or the like can also be used.

電気泳動法の条件等には特に制限はなく、常法により行うことができる。転写生成物を電気泳動法に付することにより得られるバンド(RNA又は核酸ラダー)からRNA又は核酸の配列を読み取ることができる。   There are no particular limitations on the conditions of electrophoresis and the like, and the electrophoresis can be performed by a conventional method. The sequence of RNA or nucleic acid can be read from a band (RNA or nucleic acid ladder) obtained by subjecting the transcription product to electrophoresis.

(3)核酸の配列を読み取る工程
RNA又は核酸ラダーの読み取りは、3’dNTP誘導体を標識することにより行うことができる。また、RNA又は核酸ラダーの読み取りは、リボヌクレオシド5’トリフォスフェート(NTP)類を標識することにより行うこともできる。標識としては、例えば、放射性若しくは安定同位元素又は蛍光標識等を挙げることができる。
(3) Step of reading nucleic acid sequence RNA or nucleic acid ladder can be read by labeling a 3′dNTP derivative. RNA or nucleic acid ladder can also be read by labeling ribonucleoside 5 ′ triphosphates (NTPs). Examples of the label include radioactive or stable isotopes or fluorescent labels.

具体的には、例えば、標識された3’dNTP誘導体、より具体的には、標識された3’dATP、3’dGTP、3’dCTP及び3’dUTPを用い、転写生成物を電気泳動に付して得られるバンドの放射性若しくは安定同位元素又は蛍光を検出することで、転写生成物の配列を読み取ることができる。このように3’dNTP誘導体を標識することで、いずれのバンド間の放射性強度又は蛍光強度にばらつきがなく、測定が容易になる。さらに放射性若しくは安定同位元素又は蛍光を発生するラダーの検出は、例えば、DNAの塩基配列決定に用いている装置(このような装置は、一般にDNAシーケンサーと呼ばれる)を適宜用いて行うことができる。   Specifically, for example, a labeled 3′dNTP derivative, more specifically, labeled 3′dATP, 3′dGTP, 3′dCTP, and 3′dUTP are used to subject the transcription product to electrophoresis. The sequence of the transcription product can be read by detecting the radioactive or stable isotope or fluorescence of the band obtained as described above. By labeling the 3'dNTP derivative in this manner, there is no variation in the radioactive intensity or fluorescence intensity between any bands, and the measurement becomes easy. Furthermore, detection of a ladder that generates radioactive or stable isotopes or fluorescence can be performed appropriately using, for example, an apparatus used for determining the base sequence of DNA (such an apparatus is generally called a DNA sequencer).

放射性若しくは安定同位元素又は蛍光標識されたATP、GTP、CTP及びUTPを用い、電気泳動に付して得られるバンドの放射性若しくは安定同位元素又は蛍光を検出することでも転写生成物の配列を読み取ることができる。   Reading the sequence of transcripts by detecting radioactive or stable isotopes or fluorescence of bands obtained by electrophoresis using radioactive or stable isotopes or fluorescently labeled ATP, GTP, CTP and UTP Can do.

さらに、異なる蛍光で標識された3’dATP、3’dGTP、3’dCTP及び3’dUTPを用い、末端が3’dATP、3’dGTP、3’dCTP又は3’dUTPであり、異なる標識がなされた種々の転写生成物断片の混合物を電気泳動に付して得られるバンドの4種類の蛍光を検出することでRNA又は核酸の配列を読み取ることもできる。   Furthermore, 3′dATP, 3′dGTP, 3′dCTP and 3′dUTP labeled with different fluorescence are used, and the ends are 3′dATP, 3′dGTP, 3′dCTP or 3′dUTP, and different labels are made. The sequence of RNA or nucleic acid can also be read by detecting four types of fluorescence of bands obtained by subjecting a mixture of various transcription product fragments to electrophoresis.

この方法では、4種類の3’dNTPをそれぞれ異なる蛍光で標識する。このようにすることで、3’末端の異なる4種類の転写生成物の混合物を電気泳動に付することで、3’末端の4種類の異なる3’dNTPに応じた蛍光を発するバンドが得られ、この蛍光の違いを識別しながら、1度に4種類のRNA又は核酸の配列を読み取ることができる。蛍光標識した3’dNTPとしては、例えば、特開平11−80189号公報及びWO99/02544に記載された3'デオキシリボヌクレオチド誘導体を用いることが好ましい。   In this method, four types of 3'dNTPs are labeled with different fluorescences. In this way, by subjecting a mixture of four types of transcription products having different 3 ′ ends to electrophoresis, bands emitting fluorescence corresponding to four different 3 ′ dNTPs at the 3 ′ end can be obtained. While distinguishing this difference in fluorescence, it is possible to read the sequence of four types of RNA or nucleic acid at a time. As the fluorescently labeled 3'dNTP, for example, 3 'deoxyribonucleotide derivatives described in JP-A-11-80189 and WO99 / 02544 are preferably used.

[実施例1]pULANの構築
LAMP法で増幅した鋳型がサイクルシークエンス法や転写シークエンス法の鋳型として使用できるかどうか評価するためには、増幅対象配列のサイズはせいぜい500塩基対程度と言われており、定量的な評価が必要である。従って、大腸菌クローニングベクターpUC19に既知配列DNAとして、大腸菌ファージであるλファージDNA由来の長さの異なる断片をクローン化して、数種のプラスミドを以下のように作製した。ここで特に記載のない場合、実験方法及び使用した緩衝液等は、[Sambrook,J., et al. Molecular Cloning -A Laboratory Manual, 3rd Ed. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York, 2001]を参照し、あるいは作製した。
[Example 1] Construction of pULAN
In order to evaluate whether a template amplified by the LAMP method can be used as a template for cycle sequencing or transcription sequencing, it is said that the size of the sequence to be amplified is about 500 base pairs at most, and quantitative evaluation is required. It is. Therefore, fragments of different lengths derived from E. coli phage λ phage DNA were cloned into E. coli cloning vector pUC19 as known sequence DNA, and several types of plasmids were prepared as follows. Unless otherwise specified, the experimental method and the buffer used were described in [Sambrook, J., et al. Molecular Cloning -A Laboratory Manual, 3 rd Ed. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York , 2001] or made.

既知配列のクローン化したいDNA断片は、λファージゲノムDNAを制限酵素PvuII(ニッポンジーン社製)で切断し、1%アガロースL(ニッポンジーン社製)で電気泳動を行い、100〜1000塩基対のDNA断片を含むアガロース断片を切り出し、ジーンピュア(ニッポンジーン社製)を用いて精製、最終的に20μlのTE緩衝液に溶解した。 このように調製されたDNA断片は、予め制限酵素HincII(ニッポンジーン社製)で切断し、脱リン酸化されたpUC19 DNAと混合し、タカラ・バイオ社製のライゲーションキットを用い、キットに添付されているプロトコールに従い、ライゲーション反応を行った。反応体積8μlとして、16℃、30分間行い、そのうちの1μlを大腸菌DH5aにエレクトロポレーション法にて導入、IPTG、X-gal、アンピシリンを含んだ寒天平板培地に塗布し、37℃で一晩保温し、白色コロニーの形質転換体を多数得た。この形質転換体を楊枝で少量を取り、プライマーとしてFPuc1 (5'-CTGCAAGGCGATTAAGTTGG-3')(配列番号13)とRPuc1 (5'-GCTATGACCATGATTACGCC-3')(配列番号14)を用いてPCR反応を行った (この方法は、コロニーから分取した菌体を直接使用することから、コロニーPCRと呼ばれる)。このPCR産物は1%アガロース電気泳動を行い、青色コロニーから得られたPCR産物よりもサイズの大きな形質転換体を多数得ることができた。これらはいずれもλファージDNA由来のDNAを含んでいるクローンと予想されるが、形質転換コロニーからプラスミドDNAを抽出し、クローン化されているDNA断片の塩基配列を決定した所、すべてがλファージDNA由来の配列であることを確認した。得られたプラスミドは、pULamと命名し、そのクローン化されたDNA断片の大きさの順に、pULam4, 3, 2, 12及び14であり、それぞれインサートの大きさは、140、344、468、579及び636塩基対である(図1)。   A DNA fragment of a known sequence to be cloned is obtained by cleaving λ phage genomic DNA with restriction enzyme PvuII (Nippon Gene), and performing electrophoresis with 1% agarose L (Nippon Gene) to obtain a DNA fragment of 100 to 1000 base pairs. The agarose fragment containing was excised, purified using Gene Pure (manufactured by Nippon Gene), and finally dissolved in 20 μl of TE buffer. The DNA fragment prepared in this way is cleaved with the restriction enzyme HincII (Nippon Gene), mixed with dephosphorylated pUC19 DNA, and attached to the kit using a ligation kit manufactured by Takara Bio. Ligation reaction was performed according to the protocol. The reaction volume is 8μl, performed at 16 ° C for 30 minutes, 1μl of which is introduced into E. coli DH5a by electroporation, applied to an agar plate medium containing IPTG, X-gal and ampicillin, and kept at 37 ° C overnight. Many transformants of white colonies were obtained. Take a small amount of this transformant with a toothpick and perform PCR reaction using FPuc1 (5'-CTGCAAGGCGATTAAGTTGG-3 ') (SEQ ID NO: 13) and RPuc1 (5'-GCTATGACCATGATTACGCC-3') (SEQ ID NO: 14) as primers. (This method is called colony PCR because it uses the cells collected from the colony directly). This PCR product was subjected to 1% agarose electrophoresis, and a large number of transformants having a size larger than that of the PCR product obtained from the blue colony could be obtained. These are all expected clones containing DNA derived from λ phage DNA, but when plasmid DNA was extracted from transformed colonies and the base sequence of the cloned DNA fragment was determined, all were λ phage. It was confirmed that the sequence was derived from DNA. The resulting plasmid was named pULam and, in order of the size of its cloned DNA fragment, was pULam4, 3, 2, 12 and 14, and the insert sizes were 140, 344, 468, 579, respectively. And 636 base pairs (FIG. 1).

[実施例2]pLam DNAを鋳型としたLAMP法に使用するプライマーの設計
pULam DNAは、それぞれインサートサイズの異なるだけでその他の配列は共通であり、このインサートDNAを挟む形のLAMPプライマーを設計した。この設計には、最終的にプロモーター配列を導入したLAMPプライマーを設計することが目的である。ここで、このプロモーター配列を導入するプライマーは、原理的に、内部プライマーのループ部分とした。
[Example 2] Design of primers used in the LAMP method using pLam DNA as a template
The pULam DNAs differ from each other only in the insert size, and the other sequences are common. A LAMP primer sandwiching the insert DNA was designed. The purpose of this design is to finally design a LAMP primer into which a promoter sequence has been introduced. Here, the primer for introducing the promoter sequence was in principle the loop portion of the internal primer.

図2には、今回設計したLAMPプライマーのpULamプラスミドDNA上で配列特異的に水素結合する場所を示した。図中の内部プライマーとプラスミド配列中、網掛けした配列は、反応時のループ形成を促す相補的な配列を示しており、各々、大文字と小文字で対応する配列が相補的配列であることを示している(たとえば、R1aとr1a)。図3には、T7RNAポリメラーゼに特異的な内部プライマーを含め、今回使用したLAMPプライマーの全ての配列を示した。   FIG. 2 shows the location of sequence-specific hydrogen bonding on the pULam plasmid DNA of the LAMP primer designed this time. The shaded sequences in the internal primer and plasmid sequences in the figure indicate complementary sequences that promote loop formation during the reaction, and each indicates that the corresponding sequence in uppercase and lowercase is a complementary sequence. Have (for example, R1a and r1a). FIG. 3 shows the entire sequence of the LAMP primer used this time, including an internal primer specific to T7 RNA polymerase.

実際の設計は、先ずプロモーター配列を含まないLAMPプライマーを用いて、LAMP反応物が得られた組み合わせを選び、次にその内部プライマーのループ部分に17塩基対から成るT7RNAポリメラーゼが特異的に認識するプロモーター配列を挿入した。   The actual design is to first select the combination that gave the LAMP reaction product using the LAMP primer that does not contain the promoter sequence, and then specifically recognize the T7 RNA polymerase consisting of 17 base pairs in the loop part of the internal primer. A promoter sequence was inserted.

具体的には以下の通りである。pULam4 DNAを鋳型として、pULam4DNA 1ng, 20mM Tris-HCl, pH 8.0, 10mM KCl, 10mM (NH4)SO4, 2mM MgSO4, 0.1% Triton-X, 1.6μM Forward inner primer(内部プライマーのうち、最初にFと表記), 1.6μM Backward inner primer(内部プライマーのうち、最初の文字をRと表記), 0.4μM Forward outer primer (F3), 0.4μM Backward outer primer(R3)の反応系(25μL)で、DNAポリメラーゼの添加前に95℃ 5分間処理し、4℃まで急冷したのち、Bst DNA ポリメラーゼ・ラージフラグメント(NEB)を8単位添加、直ちに60℃で一時間反応した。反応終了後、1%アガロースゲル電気泳動を行い、泳動後、エチジウムブロミド(最終濃度100μg/ml)で染色し、その泳導像により、LAMPがうまく進行しているかどうかを確認した。その結果、LAMPプライマーミックス#4のみに増幅が認められた。従って、この組合せに使用した内部プライマーのF12a及びR12aのループ部分に17塩基からなるT7プロモーター配列を導入し、それぞれ付加したF12a-T7及びR12a-T7を設計した。この検討の後、、T7RNAポリメラーゼ配列を含む内部プライマーを含むLAMPプライマーミックス#7および#8を用いたときに増幅することがわかった。この場合、先に示した反応時の濃度でプロモーター配列を持ったプライマーを使用したとき、増幅が見られず、終濃度3.6μMで増幅することが判った。表1に今回、検討したすべてのLAMPプライマーの組合せを示した。また、この表にはその組合せとその組合せを用いたときのLAMP反応の成績を記した。その結果は、#4、#7及び#8でLAMP反応が観察され、プロモーター配列を挿入したLAMP反応が行えることが判明した。 Specifically, it is as follows. Using pULam4 DNA as a template, pULam4DNA 1ng, 20 mM Tris-HCl, pH 8.0, 10 mM KCl, 10 mM (NH 4 ) SO 4 , 2 mM MgSO 4 , 0.1% Triton-X, 1.6 μM Forward inner primer In the reaction system (25μL) of 1.6μM Backward inner primer (The first letter of the inner primer is expressed as R), 0.4μM Forward outer primer (F3), 0.4μM Backward outer primer (R3) Before the addition of DNA polymerase, the mixture was treated at 95 ° C. for 5 minutes, rapidly cooled to 4 ° C., 8 units of Bst DNA polymerase large fragment (NEB) was added, and immediately reacted at 60 ° C. for 1 hour. After completion of the reaction, 1% agarose gel electrophoresis was performed. After the electrophoresis, staining was performed with ethidium bromide (final concentration 100 μg / ml), and it was confirmed by the swimming image whether LAMP was proceeding well. As a result, amplification was observed only in LAMP primer mix # 4. Therefore, a T7 promoter sequence consisting of 17 bases was introduced into the loop portions of F12a and R12a of the internal primer used in this combination, and F12a-T7 and R12a-T7 added respectively were designed. After this study, it was found that amplification occurs when LAMP primer mixes # 7 and # 8 containing an internal primer containing a T7 RNA polymerase sequence are used. In this case, it was found that when a primer having a promoter sequence was used at the above-mentioned reaction concentration, amplification was not observed and amplification was performed at a final concentration of 3.6 μM. Table 1 shows all LAMP primer combinations examined this time. In addition, this table shows the combination and the results of the LAMP reaction when the combination was used. As a result, LAMP reaction was observed at # 4, # 7 and # 8, and it was found that LAMP reaction with a promoter sequence inserted could be performed.

また、pULam4, 3, 2, 12及び14 DNAは、それぞれインサートの大きさは、140、344、468、579及び636塩基対であるが、何れもLAMP反応が行えることを確認した。   PULam4, 3, 2, 12 and 14 DNAs were 140, 344, 468, 579 and 636 base pairs, respectively, and it was confirmed that LAMP reaction can be performed.

[実施例3]pULamを用いたイン・ビトロ転写反応
pULam4 DNAを鋳型として、LAMPプライマーミックス#7と#8で反応体積20μl でLAMP反応を行った。この反応に使用するプロモーター配列を含む内部プライマーの終濃度は3.6μM である。反応は、60℃、一時間行い、反応液から1μlを1%アガロース電気泳動で増幅しているかどうか確認した。増幅を確認後、同じ反応液から4μlを取り、T7RNAポリメラーゼ20単位(インビトロゲン)、反応体積 40μl、 37℃、一時間反応した。反応終了後、10μlづつ3本の新しいプラスチックチューブに分割し、DNaseあるいはRNaseAをおのおの1μl加えて、さらに37℃、30分間保温する。反応終了後、反応物すべてを1%アガロース電気泳動して、LAMP法増幅物を鋳型にしてイン・ビトロ転写が可能かどうか確認した。その結果、RNaseA処理したとき、顕著に低分子化する核酸が検出され、従ってこれはRNAであることがわかる。しかし、T7RNAPを添加しないときには、この分子は見られないので、プロモーター配列を導入したLAMPプライマーを用いたLAMP増幅物は、確かにイン・ビトロ転写の基質になることが確認された。
[Example 3] In vitro transcription reaction using pULam
Using pULam4 DNA as a template, LAMP reaction was performed with LAMP primer mix # 7 and # 8 in a reaction volume of 20 μl. The final concentration of the internal primer containing the promoter sequence used in this reaction is 3.6 μM. The reaction was performed at 60 ° C. for 1 hour, and it was confirmed whether 1 μl from the reaction solution was amplified by 1% agarose electrophoresis. After confirming the amplification, 4 μl was taken from the same reaction solution, and reacted for 1 hour at 37 ° C. with 20 units of T7 RNA polymerase (Invitrogen), reaction volume of 40 μl. After the reaction is complete, divide the solution into 3 new plastic tubes of 10 µl each, add 1 µl of DNase or RNase A, and incubate at 37 ° C for 30 minutes. After completion of the reaction, all the reaction products were subjected to 1% agarose electrophoresis, and it was confirmed whether in vitro transcription was possible using the LAMP method amplification product as a template. As a result, when treated with RNase A, a nucleic acid that significantly decreases in molecular weight is detected, and thus it can be seen that this is RNA. However, this molecule was not observed when T7RNAP was not added, and it was confirmed that the LAMP amplification product using the LAMP primer into which the promoter sequence was introduced was indeed a substrate for in vitro transcription.

[実施例4]pULamを鋳型としたLAMP増幅物による転写シークエンス反応
LAMP反応で得られたプロモーター配列が導入されたLAMP増幅物をサイクルシークエンス法の鋳型として、先ず、塩基配列決定ができるかどうか調べた。LAMP反応は、実施例3で示した条件と同条件で行い、反応液の半分量(10μl)をモノファスDNA精製キットI(ジーエル・サイエンス社製)を用いて精製し、最終的にキットに添付されている10μlの溶出液で溶出し、精製DNA溶液とした。この溶出液のうち、1μlを用い、サイクルシークエンスキット(BigDye Kit)を用いて、サイクルシークエンス反応を行った。反応後、反応物はQiagen Kitを用いて、精製し、ABI 3100 genetic analyzerを用いて、塩基配列の決定を行った。その結果、pULam4のインサートDNAである、λファージゲノムの一部の配列であることを確認した。従って、LAMP法で増幅した鋳型は、サイクルシークエンスの鋳型として利用できることがわかった。
[Example 4] Transcription sequence reaction with LAMP amplification product using pULam as template
First, it was examined whether the nucleotide sequence could be determined using the LAMP amplification product into which the promoter sequence obtained by the LAMP reaction was introduced as a template for the cycle sequencing method. The LAMP reaction is performed under the same conditions as described in Example 3, and half of the reaction solution (10 μl) is purified using Monoface DNA Purification Kit I (manufactured by GL Sciences) and finally attached to the kit. The purified DNA solution was eluted with 10 μl of the eluted solution. Of this eluate, 1 μl was used, and a cycle sequence reaction was performed using a cycle sequence kit (BigDye Kit). After the reaction, the reaction product was purified using Qiagen Kit, and the base sequence was determined using ABI 3100 genetic analyzer. As a result, it was confirmed that it was a partial sequence of the λ phage genome, which is an insert DNA of pULam4. Therefore, it was found that the template amplified by the LAMP method can be used as a cycle sequence template.

また、残りの反応液のうち、2μlを用いて、転写シークエンス反応を行った。反応は、転写シークエンス法の試薬キットであるCUGA7 Sequencing Kit for ABI PRISM 310 Genetic Analyzer(ニッポンジーン)を用いて、マニュアルのプロトコルどおりに反応した。本キットは、T7プロモーターを認識するT7RNAポリメラーゼが含まれているキットである。転写シークエンス反応後、サンプルはマニュアルで推奨しているエタノール沈殿法で精製し、ABI 310 Genetic Analyzerを用いて解析した。その結果を図5に示す。この結果から、LAMP法で増幅した鋳型を用いた転写シークエンスが可能であることを示した。   Moreover, transcription sequence reaction was performed using 2 μl of the remaining reaction solution. The reaction was carried out according to the manual protocol using CUGA7 Sequencing Kit for ABI PRISM 310 Genetic Analyzer (Nippon Gene), which is a reagent kit for transcription sequencing. This kit contains T7 RNA polymerase that recognizes the T7 promoter. After the transcription sequence reaction, the sample was purified by the ethanol precipitation method recommended in the manual and analyzed using the ABI 310 Genetic Analyzer. The result is shown in FIG. From this result, it was shown that a transcription sequence using a template amplified by the LAMP method is possible.

本発明は、遺伝子の塩基配列決定を行なう研究分野、あるいは遺伝子解析を行なう研究分野で有用である。特に臨床材料や細菌検査を目的とした、塩基配列に基づいた遺伝子解析を行なう場合に特に有用である。   The present invention is useful in a research field in which a base sequence of a gene is determined or a research field in which a gene analysis is performed. It is particularly useful when performing genetic analysis based on nucleotide sequences, especially for the purpose of clinical materials and bacterial testing.

作製したプラスミドpULamの構造を示す。The structure of the prepared plasmid pULam is shown. 設計したLAMPプライマーのpULamプラスミド上で配列特異的に水素結合する場所を示す。The location of the designed LAMP primer on the pULam plasmid for sequence-specific hydrogen bonding is shown. T7RNAポリメラーゼに特異的なプロモーター配列を持った内部プライマーを含め、今回使用したLAMPプライマーの全ての配列を示した。All sequences of the LAMP primer used this time, including an internal primer with a promoter sequence specific for T7 RNA polymerase, are shown. プライマーミックス#7または#8を用いて得られたLAMP産物を鋳型として、イン・ビトロ転写反応を行った結果(電気泳動写真)。Results of in vitro transcription reaction using the LAMP product obtained using primer mix # 7 or # 8 as a template (electrophoresis photograph). 実施例4における、転写シークエンス反応物のABI 310 Genetic Analyzerを用いての解析結果。The analysis result of the transcription sequence reaction product in Example 4 using ABI 310 Genetic Analyzer.

Claims (7)

鎖置換型DNAポリメラーゼを用いる遺伝子増幅方法により目的遺伝子を増幅し、
得られた増幅反応物に含まれるDNAを鋳型とし、RNAポリメラーゼを用い、かつ3'-デオキシヌクレオチドまたは標識された3'-デオキシヌクレオチドを含む基質を用いてイン・ビトロ転写反応を行ない、
生成したRNAを用いて目的遺伝子の配列を決定する方法であって、
前記遺伝子増幅方法に用いるいずれか一方の内部プライマーは、ループ部分に前記RNAポリメラーゼに対応したプロモーター配列を含む、方法。
Amplify the target gene by gene amplification method using strand displacement DNA polymerase,
Using the DNA contained in the obtained amplification reaction product as a template, using RNA polymerase, and performing an in vitro transcription reaction using a substrate containing 3′-deoxynucleotide or labeled 3′-deoxynucleotide,
A method of determining the sequence of a target gene using generated RNA,
One of the internal primers used in the gene amplification method comprises a promoter sequence corresponding to the RNA polymerase in a loop portion.
プロモーター配列を含むプライマーがフォワードプライマーであり、プロモーター配列以外の塩基数が40〜50の範囲であり、前記プロモーター配列の5’末端は、プライマーの塩基配列の5’末端から20〜25番目の範囲にある請求項1に記載の方法。 The primer including the promoter sequence is a forward primer, and the number of bases other than the promoter sequence is in the range of 40 to 50, and the 5 ′ end of the promoter sequence is in the 20th to 25th range from the 5 ′ end of the primer base sequence. The method according to claim 1. プロモーター配列を含むプライマーがフォワードプライマーであり、プロモーター配列以外の塩基数が45であり、前記プロモーター配列の5’末端は、プライマーの塩基配列の5’末端から21番目の塩基である請求項1に記載の方法。 The primer containing a promoter sequence is a forward primer, the number of bases other than the promoter sequence is 45, and the 5 ′ end of the promoter sequence is the 21st base from the 5 ′ end of the base sequence of the primer. The method described. プロモーター配列を含むプライマーがバックワードプライマーであり、プロモーター配列以外の塩基数が40〜50の範囲であり、前記プロモーター配列の5’末端は、プライマーの塩基配列の5’末端から20〜25番目の範囲にある請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。 The primer containing the promoter sequence is a backward primer, and the number of bases other than the promoter sequence is in the range of 40-50, and the 5 ′ end of the promoter sequence is 20th to 25th from the 5 ′ end of the primer base sequence. 4. A method according to any one of claims 1 to 3 in the range. プロモーター配列を含むプライマーがバックワードプライマーであり、プロモーター配列以外の塩基数が45であり、前記プロモーター配列の5’末端は、プライマーの塩基配列の5’末端から23番目の塩基である請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。 The primer containing a promoter sequence is a backward primer, the number of bases other than the promoter sequence is 45, and the 5 'end of the promoter sequence is the 23rd base from the 5' end of the primer base sequence. The method of any one of -3. 前記鎖置換型DNAポリメラーゼがバチルス・ステアロテルモフィラス(Bacillus stearothermophilus)由来のDNAポリメラーゼである請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the strand displacement type DNA polymerase is a DNA polymerase derived from Bacillus stearothermophilus. 前記増幅反応物は、精製することなくイン・ビトロ転写反応に用いられる請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the amplification reaction product is used for in vitro transcription reaction without purification.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2022149969A1 (en) * 2021-01-11 2022-07-14 주식회사 엘지화학 Modified primer structure for transcription of loop-mediated isothermal amplification product, and uses thereof

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