JP2007006723A - Nucleic acid microarray and method for detecting nucleic acid therewith - Google Patents

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宏之 大島
Chuhei Otsuki
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nucleic acid microarray which can be used to detect the expression of a gene or the like without not depending to the manual skill of an experimenter, and to provide a method for detecting a nucleic acid therewith. <P>SOLUTION: This nucleic acid microarray containing washing level meter probes, and the method for detecting the nucleic acid is characterized by comprising the following processes (1) to (4): (1) a process for preparing a sample nucleic acid, (2) a process for bringing the sample into contact with the microarray to perform a hybridization reaction, (3) a process for stepwisely washing the microarray after the hybridization reaction from the weak side of washing degree to the strong side, and (4) a process for detecting the hybrid formed in (4). <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は核酸マイクロアレイ及びそれを用いた核酸検出方法に関する。   The present invention relates to a nucleic acid microarray and a nucleic acid detection method using the same.

核酸マイクロアレイとは、担体上に多数の核酸プローブをそれぞれ独立に固定化したものである。核酸プローブとしてはcDNAや合成オリゴ核酸が用いられることが多い。従来は、表面加工を施したガラスやシリコンなどの担体上に、核酸プローブを固定化したものが利用されている。近年ではゲル担体など、他の手法による担体の改質も行われている。   Nucleic acid microarrays are obtained by independently immobilizing a large number of nucleic acid probes on a carrier. As the nucleic acid probe, cDNA or synthetic oligonucleic acid is often used. Conventionally, a nucleic acid probe immobilized on a surface-treated glass or silicon carrier has been used. In recent years, the carrier has been modified by other methods such as a gel carrier.

ハイブリダイゼーション技術を利用した核酸検出方法とは、核酸マイクロアレイに固定されている核酸プローブに対して、検査対象となる核酸試料を配列特異的にハイブリダイズさせ、配列特異的に形成したハイブリットを蛍光物質等により検出し、複数の核酸プローブに対応する試料中の核酸塩基配列を含む分子を、定量的又は定性的に調べる方法である。この方法は、複数の核酸塩基配列に関する発現量又は特定の核酸塩基配列の、配列自体等の解析に利用される。   A nucleic acid detection method using a hybridization technique is a method in which a nucleic acid sample to be tested is hybridized in a sequence-specific manner to a nucleic acid probe immobilized on a nucleic acid microarray, and the hybrid formed in a sequence-specific manner is a fluorescent substance. This is a method for quantitatively or qualitatively examining molecules containing a nucleobase sequence in a sample corresponding to a plurality of nucleic acid probes. This method is used for analyzing the expression level of a plurality of nucleobase sequences or the sequence itself of a specific nucleobase sequence.

核酸を検出する際、従来は予め設定した適切な条件下でハイブリダイゼーション反応を実施し、次いで洗浄操作により、アレイ表面に残存した核酸試料又はその他不要物の除去を行い、核酸プローブと特異的なハイブリッドを形成している核酸試料を検出する。核酸プローブは、配列解析、機能解析等、検出対象となる所望の核酸塩基配列と相補又は同一に設計されることが多い。核酸プローブとしては、cDNA等の比較的長鎖の核酸、短鎖の合成オリゴ核酸等が使用される。合成オリゴ核酸を核酸プローブとして使用する場合、ヒトやマウスなど、遺伝子情報の知見が蓄積している生物については、それらの塩基配列情報を用い、各配列の相同性や機能などに着目した上で、合成オリゴ核酸の配列を設計し、核酸プローブを作製することが可能である。   When detecting a nucleic acid, conventionally, a hybridization reaction is carried out under appropriate conditions set in advance, and then a nucleic acid sample remaining on the surface of the array or other unnecessary substances is removed by a washing operation, which is specific to the nucleic acid probe. A nucleic acid sample forming a hybrid is detected. Nucleic acid probes are often designed to be complementary or identical to a desired nucleobase sequence to be detected, such as sequence analysis and functional analysis. As the nucleic acid probe, a relatively long chain nucleic acid such as cDNA, a short synthetic oligonucleic acid or the like is used. When using synthetic oligonucleic acid as a nucleic acid probe, for organisms such as humans and mice that have accumulated knowledge of genetic information, use their base sequence information and pay attention to the homology and function of each sequence. It is possible to design a synthetic oligonucleic acid sequence and prepare a nucleic acid probe.

核酸マイクロアレイによる核酸検出は現在、自動化、高速化が進みつつある。一方、検出結果が、未だに実験者の手技により結果が左右されることも多い。そのような実験者の手技を補正するために、核酸マイクロアレイに実験の成否を判断する基準が組み込まれる。この判断基準はコントロールプローブと呼ばれる。コントロールプローブには、核酸試料中に含まれていないはずの核酸配列に対応した配列であるネガティブコントロールプローブ、核酸試料中に確実に含まれている核酸配列に対応したポジティブコントロールプローブ、サンプル間の検出結果を補正するためのコントロールプローブ、核酸試料の品質を確認するためのコントロールプローブ等が存在する。これらのうち、実験手技自体の成否確認に使われるのはネガティブコントロールとポジティブコントロールであり、例えばネガティブコントロールプローブからシグナルが得られる場合や、ポジティブコントロールからシグナルが得られない場合は、データの信憑性を疑うこととなる。   Nucleic acid detection using nucleic acid microarrays is currently being automated and accelerated. On the other hand, the detection result is still often influenced by the experimenter's technique. In order to correct such experimenter's procedures, the nucleic acid microarray incorporates criteria for determining the success or failure of the experiment. This criterion is called a control probe. The control probe includes a negative control probe that corresponds to a nucleic acid sequence that should not be included in the nucleic acid sample, a positive control probe that corresponds to a nucleic acid sequence that is reliably included in the nucleic acid sample, and detection between samples. There are control probes for correcting the results, control probes for confirming the quality of the nucleic acid sample, and the like. Of these, negative control and positive control are used to confirm the success of the experimental technique itself. For example, if a signal is obtained from the negative control probe or if no signal is obtained from the positive control, the data reliability Will be doubted.

しかし、ネガティブコントロールやポジティブコントロールのシグナルについて、洗浄操作の際、どの程度までシグナルを低下又は維持させればよいのか明確ではなく、更にはその基準を数値で表すことは困難であった。   However, it is not clear to what extent the signal should be reduced or maintained during the washing operation for the negative control and positive control signals, and furthermore, it is difficult to express the criteria as numerical values.

また、特異的ハイブリッドと非特異的ハイブリッドの解離する条件(Tm値、塩濃度)が近接している場合、更には特異的ハイブリッドの特異性が類似している場合には、これらを完全に分割できる洗浄条件を一義的に決めることは困難であった。   Also, when specific hybrid and non-specific hybrid dissociation conditions (Tm value, salt concentration) are close, and specific hybrids are similar in specificity, they are completely divided. It was difficult to uniquely determine the cleaning conditions that can be performed.

本発明は、上記課題を解決すること目的とする。   The present invention aims to solve the above problems.

本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意検討を行った結果、洗浄条件と相関の取れる既知の特定配列を含むプローブ配列を設計し、そのプローブを使用することにより洗浄進行度を定量できることを見出し、本発明を完成させた。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors designed a probe sequence including a known specific sequence that can be correlated with the cleaning conditions, and used the probe to increase the degree of cleaning progress. The inventors have found that it can be quantified and completed the present invention.

即ち、本発明は、洗浄レベルメータープローブを含む核酸マイクロアレイ、である。またそのアレイを用いた核酸の検出方法である。   That is, the present invention is a nucleic acid microarray including a washing level meter probe. Moreover, it is the detection method of the nucleic acid using the array.

本発明により、核酸マイクロアレイの検出時、洗浄段階が定量的に明確化される。また、クロスハイブリダイゼーション由来のシグナルが含まれる可能性を推定でき、核酸マイクロアレイを用いた検出のデータ信頼性が向上する。さらには、核酸マイクロアレイに搭載されている標的プローブのTm値がばらついている場合でも、それぞれのプローブの洗浄度合を明確化することができる。   According to the present invention, the washing step is quantitatively clarified when detecting the nucleic acid microarray. In addition, the possibility of including a signal derived from cross-hybridization can be estimated, and the data reliability of detection using a nucleic acid microarray is improved. Furthermore, even when the Tm values of the target probes mounted on the nucleic acid microarray vary, the degree of cleaning of each probe can be clarified.

本発明の第1は、洗浄レベルメータープローブを含む核酸マイクロアレイ、である。   The first of the present invention is a nucleic acid microarray including a washing level meter probe.

「洗浄レベルメータープローブ(以下、単に洗浄プローブと称する場合がある)」とは、核酸マイクロアレイ等によるハイブリダーゼーションを用いた核酸検出の際、洗浄段階を定量化するために用いられるプローブである。核酸マイクロアレイに固定される洗浄プローブは、各々、相補鎖又は部分相補鎖の解離に要する温度が異なる、プローブの集合体(プローブ群)を構成する。洗浄プローブ群を構成するプローブの各々は、Tm値の計算式等により算出された、各々異なった二本鎖核酸の解離温度を示す。また、それらは、検出目的とする標的配列を含むプローブ(以下、標的プローブと称する)の、同塩濃度におけるTm値付近で、段階的又は等差的に設計される。 The “wash level meter probe (hereinafter sometimes simply referred to as a wash probe)” is a probe used for quantifying the wash step when detecting nucleic acid using hybridization using a nucleic acid microarray or the like. Each of the washing probes fixed to the nucleic acid microarray constitutes an assembly of probes (probe group) having different temperatures required for dissociating complementary strands or partially complementary strands. Each of the probes constituting the washing probe group shows a different dissociation temperature of the double-stranded nucleic acid calculated by a Tm value calculation formula or the like. In addition, they are designed stepwise or in a differential manner near the Tm value at the same salt concentration of a probe containing a target sequence to be detected (hereinafter referred to as a target probe).

そのような洗浄プローブの塩基組成としては、どのような塩基の組み合わせでも良い。また、各洗浄プローブの配列間の類似性は問題としない。但し、核酸試料に含まれる可能性が高い配列とハイブリダイズするような洗浄プローブは設計すべきでない。具体的には、洗浄プローブの設計に際して、GenBank等、公共データベースにより、設計した各洗浄プローブを検索し、少なくとも16塩基以上の連続的な相補配列を含まないように設計されることが望ましい。また、鎖長又は塩基配列の違いにより、各々の洗浄プローブのTm値が異なるように設計されたものが好ましい。さらには、ある配列を1ユニットとし、そのユニットの繰り返し配列から構成される洗浄プローブであることがより好ましい。このようなプローブであれば、ユニット数を変更することにより、容易にTm値の異なるプローブ群を設計することができる。   The base composition of such a cleaning probe may be any combination of bases. Also, the similarity between the sequences of each washing probe is not a problem. However, wash probes that hybridize to sequences that are likely to be included in nucleic acid samples should not be designed. Specifically, when designing a cleaning probe, it is desirable to search each designed cleaning probe from a public database such as GenBank and design so as not to include a continuous complementary sequence of at least 16 bases or more. Moreover, those designed so that the Tm values of the respective washing probes are different depending on the chain length or the base sequence are preferable. Furthermore, it is more preferable that the cleaning probe is composed of a certain sequence as one unit and a repeating sequence of the unit. With such a probe, a group of probes having different Tm values can be easily designed by changing the number of units.

上記設計された洗浄プローブは、例えば、化学合成法、cDNAから調製する方法等、公知の方法により調製される。   The designed cleaning probe is prepared by a known method such as a chemical synthesis method or a method of preparing from cDNA.

調製された洗浄プローブは、核酸マイクロアレイ(以下、核酸アレイと称する)を構成するプローブとして、前記アレイ上又はアレイ中に固定される。核酸アレイとは、平面基板等の担体上に複数のプローブを各々独立に固定化されたものである。この核酸アレイに、検査対象となる核酸試料を、標的プローブの塩基配列に対して特異的にハイブリダイズさせることにより、核酸アレイに固定された標的プローブに対応する塩基配列を含む核酸試料分子を、定量的又は定性的に調べることができる。   The prepared washing probe is immobilized on or in the array as a probe constituting a nucleic acid microarray (hereinafter referred to as a nucleic acid array). The nucleic acid array is an array in which a plurality of probes are independently immobilized on a carrier such as a flat substrate. A nucleic acid sample molecule containing a base sequence corresponding to the target probe immobilized on the nucleic acid array is obtained by specifically hybridizing the nucleic acid sample to be tested to the base sequence of the target probe. It can be examined quantitatively or qualitatively.

核酸アレイとしては、上記平面基板を使用したもの以外にも、様々な形態物が知られている。本発明者らの一部も、プローブを固定する担体として繊維を使用した繊維型マイクロアレイ(ジェノパールTM、http://www.mrc.co.jp/genome/top.html)を開発している。 Various forms of nucleic acid arrays are known in addition to those using the planar substrate. Some of the present inventors have also developed a fiber type microarray (Genopal , http://www.mrc.co.jp/genome/top.html) that uses fibers as a carrier for immobilizing a probe. .

核酸アレイを製造する際のプローブの固定は、担体の性質等に鑑み、その方法が選択される。   The method of immobilizing the probe when producing the nucleic acid array is selected in view of the nature of the carrier.

上記のごとく調製された核酸アレイに、上述の洗浄プローブ又は洗浄プローブ群を搭載することにより、実験者の手技に左右されない、再現性の高いデータを取得することができる。   By mounting the above-described washing probe or washing probe group on the nucleic acid array prepared as described above, highly reproducible data that is not affected by the experimenter's procedure can be acquired.

次に、第2の発明である、「核酸アレイを用いた核酸検出方法」について説明する。   Next, a “nucleic acid detection method using a nucleic acid array” as the second invention will be described.

核酸試料としては、核酸アレイに固定されている標的プローブと相補配列を有する核酸、標的プローブと相補配列を有さない核酸、又はその混合物が考えられる。その核酸試料は、DNA、RNA等の種類又は由来を問わない。例えば、PCR、逆転写反応、転写反応などを利用して調製することもできる(「Molecular Cloning(CSHL PRESS)」参照)。   As the nucleic acid sample, a nucleic acid having a complementary sequence to the target probe immobilized on the nucleic acid array, a nucleic acid having no complementary sequence to the target probe, or a mixture thereof can be considered. The nucleic acid sample may be of any type or origin, such as DNA or RNA. For example, it can also be prepared using PCR, reverse transcription reaction, transcription reaction and the like (see “Molecular Cloning (CSHL PRESS)”).

さらに本発明では、核酸試料には、核酸アレイに搭載されている洗浄プローブと相補(場合によっては部分相補)の核酸が含まれる。これら相補の核酸は、後述する洗浄操作の際に洗浄レベルを判断する指標として使用される。また、元々の核酸試料に洗浄プローブに相補な配列を有する核酸が含まれている場合は、別途調製する必要はない。   Furthermore, in the present invention, the nucleic acid sample includes a nucleic acid complementary (in some cases, partially complementary) to the washing probe mounted on the nucleic acid array. These complementary nucleic acids are used as an index for determining the washing level in the washing operation described later. Further, when the original nucleic acid sample contains a nucleic acid having a sequence complementary to the washing probe, it is not necessary to prepare it separately.

次に、必要により核酸試料を標識化する。標識化としては、例えば、蛍光物質、ラジオアイソトープ、酵素等による標識が挙げられる(「DNAアレイと最新PCR法(秀潤社)」参照)。また、検体に標識せずに、ハイブリットを形成した2本鎖にインターカレーターを導入する方法等も使用される。   Next, the nucleic acid sample is labeled as necessary. Examples of the labeling include labeling with a fluorescent substance, a radioisotope, an enzyme, etc. (see “DNA array and latest PCR method (Shujunsha)”). In addition, a method of introducing an intercalator into a double strand in which a hybrid is formed without labeling the specimen is also used.

次に、上述の核酸試料を核酸アレイに接触させ、ハイブリダイゼーション反応を行う。ハイブリダイゼーション反応は、核酸試料及び所定の試薬からハイブリダイゼーション溶液を調製し、これを核酸アレイに接触させて行う(「DNAアレイと最新PCR法(秀潤社)」参照)。   Next, the above-described nucleic acid sample is brought into contact with the nucleic acid array to perform a hybridization reaction. The hybridization reaction is carried out by preparing a hybridization solution from a nucleic acid sample and a predetermined reagent and bringing it into contact with a nucleic acid array (see “DNA Array and Newest PCR Method (Shujun)”).

ここで「接触」とは、核酸アレイに固定されているプローブ類が、核酸試料に接触している状態をいい、その方法としては、核酸アレイを核酸溶液中に浸漬する方法、核酸アレイのプローブ固定部位に、核酸試料を通過又は滞留させる方法等が挙げられる。   Here, “contact” means a state in which the probes fixed to the nucleic acid array are in contact with the nucleic acid sample. The method includes immersing the nucleic acid array in a nucleic acid solution, or a probe of the nucleic acid array. Examples thereof include a method of allowing a nucleic acid sample to pass through or stay in a fixed site.

ハイブリダイゼーション反応に際しては、ハイブリダイゼーション温度、ハイブリダイゼーション溶液の塩濃度及び溶液のpHの条件設定が重要となる。それらの条件は、核酸アレイに固定されているプローブの塩基配列に対して、核酸試料中に含まれる、標的プローブと相補関係にある特異的核酸が、該プローブとハイブリッドを形成するに十分な条件であることが好ましい。より好ましくは、標的プローブに対して、特異的核酸試料が、非特異的核酸試料よりも優勢に、ハイブリッドを形成し得る条件である。   In the hybridization reaction, it is important to set conditions for the hybridization temperature, the salt concentration of the hybridization solution, and the pH of the solution. These conditions are sufficient for a specific nucleic acid complementary to the target probe contained in the nucleic acid sample to form a hybrid with the probe with respect to the base sequence of the probe fixed to the nucleic acid array. It is preferable that More preferably, the conditions are such that the specific nucleic acid sample can form a hybrid with respect to the target probe in preference to the non-specific nucleic acid sample.

上記条件は、プローブ配列情報及びハイブリダイゼーション反応の条件等を考慮し、各プローブのTm値を計算し、そのTm値を指標として決定することができる。Tm値の計算は、例えば、Baldino F.Jらによって提唱された計算式により算出することができる。   The above conditions can be determined by calculating the Tm value of each probe in consideration of probe sequence information, hybridization reaction conditions, and the like, and using the Tm value as an index. The Tm value can be calculated by, for example, a calculation formula proposed by Baldino F.J et al.

次に、洗浄操作を行う。通常、ハイブリダイゼーション後の核酸アレイには、特異的核酸とプローブとのハイブリッドの他に、プローブと非特異結合をしている非特異的ハイブリッドや試料中に混入している酵素類などの共雑物が存在する。特異的核酸ハイブリッドのみを検出するには、これら共雑物を取り除く洗浄操作が必要になる。   Next, a cleaning operation is performed. Usually, after hybridization, the nucleic acid array contains not only hybrids of specific nucleic acids and probes, but also non-specific hybrids that are non-specifically bound to the probes and enzymes that are mixed in the sample. Things exist. In order to detect only specific nucleic acid hybrids, a washing operation for removing these contaminants is required.

洗浄液としては、塩及び界面活性剤が含まれていることが望ましいが、主に塩化ナトリウム、クエン酸ナトリウム等から調製されたSSC溶液、Tris-HCl溶液、Tween20溶液、SDS溶液又はその混合物を使用することが多い。また、洗浄液は、適切な塩濃度、温度、pHとする必要がある。この条件は、上述したTm値を指標にして決定される。   The cleaning solution preferably contains a salt and a surfactant, but mainly uses SSC solution, Tris-HCl solution, Tween20 solution, SDS solution or a mixture thereof prepared from sodium chloride, sodium citrate, etc. Often to do. In addition, the cleaning liquid needs to have an appropriate salt concentration, temperature, and pH. This condition is determined using the above-described Tm value as an index.

洗浄操作としては、一定の塩濃度、温度、pHで最適化された、核酸試料を含まない溶液を洗浄液として用い、核酸アレイをその溶液中に浸漬する方法、核酸アレイの表面又はプローブ結合部位に、該洗浄液を通過又は滞留させる方法等が使用される。例えば、温度制御可能な容器中に、洗浄液を注入し、洗浄液の温度を一定に保持し、その容器中に核酸アレイを浸漬することにより実施される。   As the washing operation, a solution that does not contain a nucleic acid sample and is optimized at a certain salt concentration, temperature, and pH is used as a washing solution, and the nucleic acid array is immersed in the solution, the surface of the nucleic acid array or the probe binding site. A method of passing or retaining the cleaning liquid is used. For example, the cleaning liquid is injected into a temperature-controllable container, the temperature of the cleaning liquid is kept constant, and the nucleic acid array is immersed in the container.

上記洗浄操作により、理想的には、標的プローブとのハイブリッド(特異的ハイブリッド)のみ、核酸アレイ上に残り、非特異的なハイブリッド、共雑物等はすべて洗い流される。しかし、特異的ハイブリッドと非特異的ハイブリッドの解離する条件(Tm値、塩濃度)が近接している場合、更には特異的ハイブリッドの特異性が類似している場合には、これらを完全に分割できる洗浄条件を一義的に決めることは困難である。   By the above washing operation, ideally, only the hybrid with the target probe (specific hybrid) remains on the nucleic acid array, and all non-specific hybrids, contaminants, etc. are washed away. However, if the conditions for dissociation between specific hybrid and non-specific hybrid (Tm value, salt concentration) are close, and if the specificity of specific hybrid is similar, they are completely divided. It is difficult to uniquely determine the cleaning conditions that can be performed.

上記の問題は、本発明の「洗浄レベルメータープローブを搭載した核酸マイクロアレイ」を使用することにより解決できる。   The above problem can be solved by using the “nucleic acid microarray equipped with a washing level meter probe” of the present invention.

すなわち、核酸アレイに搭載された洗浄プローブに対して、洗浄の度合を、弱い側(よりハイブリッドが解離しにくい洗浄条件)から、強い側(よりハイブリッドが解離しやすい条件)へと段階的に変えていき、洗浄プローブとのハイブリッドの解離状況を見ながら、洗浄条件を決定することができる。上述のように、洗浄プローブは標的プローブのTm値付近で段階的に設計されており、且つ核酸試料には、それら洗浄プローブに対応する相補(部分相補)の核酸が含まれているため、標的プローブ及び核酸試料に対応する最適の洗浄条件を決定することができる。   That is, for the washing probes mounted on the nucleic acid array, the degree of washing is gradually changed from a weaker side (washing conditions in which hybrids are less likely to dissociate) to a stronger side (conditions in which hybrids are more likely to dissociate). The washing conditions can be determined while observing the dissociation state of the hybrid with the washing probe. As described above, the washing probe is designed in stages near the Tm value of the target probe, and the nucleic acid sample contains complementary (partially complementary) nucleic acids corresponding to the washing probe. Optimal washing conditions corresponding to the probe and nucleic acid sample can be determined.

具体的には、塩濃度が高く、溶液温度の低い洗浄溶液を用いて洗浄を行った後、検出を行い、検出後の核酸アレイを、前回の洗浄溶液よりも塩濃度が低い及び/又は溶液温度が高い洗浄溶液を用いて洗浄を行い、再度検出を行う工程を、段階的、複数回にわたって行い洗浄条件を決定する。   Specifically, after washing using a washing solution having a high salt concentration and a low solution temperature, detection is performed, and the nucleic acid array after the detection has a salt concentration lower than that of the previous washing solution and / or a solution. Washing is performed using a washing solution having a high temperature, and the process of detecting again is performed stepwise and multiple times to determine the washing conditions.

検出方法としては、核酸試料の標識方法により、種々の検出方法を用いることができる。例えば、蛍光ラベル化検出法、化学発光法、ラジオアイソトープ等の手法が利用できる。   As the detection method, various detection methods can be used depending on the labeling method of the nucleic acid sample. For example, a fluorescence labeling detection method, a chemiluminescence method, a radioisotope, or the like can be used.

蛍光ラベル化検出法では、予め標識した核酸試料、又はハイブリッドに対してインターカレーターで標識した核酸の蛍光シグナルを検出する。   In the fluorescence labeling detection method, a fluorescent signal of a nucleic acid sample labeled with a pre-labeled nucleic acid or a nucleic acid labeled with an intercalator is detected.

検出装置としては、例えば冷却CCDカメラ等、核酸アレイの蛍光を検出するに適した部材を具備した蛍光顕微鏡により検出することできる。他の検出装置としては、レーザースキャナーやX線フィルムなどが利用できる。   As a detection apparatus, it can detect with the fluorescence microscope provided with the member suitable for detecting the fluorescence of a nucleic acid array, such as a cooling CCD camera, for example. Other detection devices such as laser scanners and X-ray films can be used.

検出の際には、核酸アレイ表面又は全体の乾燥を防ぐため、少なくとも、水分蒸発のない環境下で検出することが望ましい。乾燥を防ぐ方法としては、例えば、核酸アレイを溶液の入ったケースに浸漬させて、液相中で検出する方法、又は核酸アレイを水分の蒸発のない飽和水蒸気雰囲気にした密閉容器中に封入して検出する方法等が挙げられる。ただし、アレイ表面を乾燥させたとしても、再洗浄、再検出が可能な限りにおいては、アレイ表面の乾燥を防ぐ必要はない。   In the detection, in order to prevent the nucleic acid array surface or the entire surface from being dried, it is desirable to detect at least in an environment without moisture evaporation. As a method for preventing drying, for example, the nucleic acid array is immersed in a case containing a solution and detected in a liquid phase, or the nucleic acid array is enclosed in a sealed container in a saturated water vapor atmosphere without moisture evaporation. And the like. However, even if the array surface is dried, it is not necessary to prevent the array surface from drying as long as re-washing and re-detection are possible.

以下、実施例を用いて本発明を具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples.

<実施例1>
洗浄プローブが期待通りに機能するかを確認するため、洗浄プローブとして機能するオリゴ核酸を含む、核酸アレイを調製し、洗浄実験を実施した。
<Example 1>
In order to confirm whether the washing probe functions as expected, a nucleic acid array containing an oligonucleic acid functioning as a washing probe was prepared and a washing experiment was performed.

1.核酸試料の調製
洗浄プローブにハイブリダイズさせる外部コントロール核酸試料として、配列番号1及び2に示す配列のCy5末端標識オリゴヌクレオチドを、洗浄レベルメータープローブ以外にハイブリさせるモデル核酸試料として、配列番号3及び4に示す配列のCy5末端標識オリゴヌクレオチドを合成した(表1参照)。これらCy5末端標識オリゴヌクレオチドを含む、表2の組成からなるモデル核酸試料溶液を調製した。

Figure 2007006723
Figure 2007006723
1. Preparation of Nucleic Acid Samples As external control nucleic acid samples to be hybridized to washing probes, Cy5 end-labeled oligonucleotides having the sequences shown in SEQ ID NOs: 1 and 2 are used as model nucleic acid samples to be hybridized to other than washing level meter probes. Cy5 end-labeled oligonucleotides having the sequences shown in Table 1 were synthesized (see Table 1). A model nucleic acid sample solution having the composition shown in Table 2 containing these Cy5 end-labeled oligonucleotides was prepared.
Figure 2007006723
Figure 2007006723

2.プローブの合成
表3に示すプローブを合成した。なお、配列番号5〜10は、洗浄プローブとして機能する。
2. Probe synthesis The probes shown in Table 3 were synthesized. SEQ ID NOs: 5 to 10 function as washing probes.

配列番号11のプローブは、配列番号12と対比するためのクロスハイブリダイゼーションのモデルとして使用した。配列番号12の核酸プローブは、配列番号4の試料核酸を、完全相補で捕らえることができるため、正確なデータの指標として使用した。

Figure 2007006723
The probe of SEQ ID NO: 11 was used as a model for cross-hybridization to contrast with SEQ ID NO: 12. The nucleic acid probe of SEQ ID NO: 12 was used as an indicator of accurate data because the sample nucleic acid of SEQ ID NO: 4 could be captured with perfect complementation.
Figure 2007006723

3.核酸アレイの製造
図1に示す配列固定器具を利用して中空繊維束を製造した。なお、図中のx、y、zは直交の3次元軸であり、x軸は繊維の長手方向と一致する。
3. Production of Nucleic Acid Array A hollow fiber bundle was produced using the arrangement fixing device shown in FIG. In the figure, x, y, and z are orthogonal three-dimensional axes, and the x-axis coincides with the longitudinal direction of the fiber.

まず、直径0.32mmの孔が、孔の中心間距離を0.42mmとして、縦12列、横各19列で合計228個設けられた厚さ0.1mmの多孔板(21)2枚を準備した。これらの多孔板を重ね合わせて、そのすべての孔に、ポリカーボネート中空繊維(31)(三菱エンジニアリングプラスチック社製 カーボンブラック1質量%添加)を1本づつ、通過させた。   First, two 0.1mm thick perforated plates (21) each having a hole of 0.32 mm in diameter and a total distance of 228 in 12 rows and 19 rows each with a distance between the centers of the holes of 0.42 mm. Got ready. These perforated plates were overlapped, and polycarbonate hollow fibers (31) (added by 1% by mass of carbon black manufactured by Mitsubishi Engineering Plastics) were passed through each of the holes one by one.

各繊維に0.1Nの張力をX軸方向にかけた状態で2枚の多孔板の位置を移動させて、中空繊維の一方の端部から20mmの位置と100mmの位置の2ヶ所に固定した。即ち、2枚の多孔板の間隔を80mmとした。   The position of the two perforated plates was moved in a state in which a tension of 0.1 N was applied to each fiber in the X-axis direction, and was fixed at two positions of 20 mm and 100 mm from one end of the hollow fiber. That is, the interval between the two perforated plates was 80 mm.

次いで、多孔板間の空間の周囲3面を板状物(41)で囲った。このようにして上部のみが開口状態にある容器を得た。この容器の上部から容器内に樹脂原料を流し込んだ。樹脂としては、ポリウレタン樹脂接着剤(日本ポリウレタン工業(株)ニッポラン4276、コロネート4403)の総重量に対し、2.5質量%のカーボンブラックを添加したものを使用した。25℃で1週間静置して樹脂を硬化させた。次いで多孔板と板状物を取り除き、中空繊維束を得た。   Next, the three surrounding surfaces of the space between the perforated plates were surrounded by a plate-like object (41). In this way, a container having an open top only was obtained. The resin raw material was poured into the container from the upper part of the container. As resin, what added 2.5 mass% carbon black was used with respect to the total weight of polyurethane resin adhesives (Nippon Polyurethane Industry Co., Ltd., Nippon-Poran 4276, Coronate 4403). The resin was cured by standing at 25 ° C. for 1 week. Next, the porous plate and the plate-like material were removed to obtain a hollow fiber bundle.

次に表4に示すの質量比で混合した単量体及び開始剤を含むゲル前駆体重合性溶液をアレイに搭載するプローブ毎にそれぞれ調製した。

Figure 2007006723
Next, a gel precursor polymerizable solution containing a monomer and an initiator mixed at a mass ratio shown in Table 4 was prepared for each probe mounted on the array.
Figure 2007006723

次に、図2に示したプローブ配置になるように、中空繊維束の対応する中空繊維の中空部に上記で作製した各核酸プローブを含むゲル前駆体重合性溶液を充填するために、該重合性溶液の入った容器及び上記で作製した中空繊維束をデシケーター内に設置した。デシケーター内を減圧状態にしたのち、中空繊維束の各糸の封止されていない端部を所定の前記重合性溶液の入った容器に浸漬した。デシケーター内に窒素ガスを封入し、中空繊維の中空部にキャプチャープローブを含むゲル前駆体重合性溶液を導入した。次いで、容器内を70℃とし、3時間かけて重合反応を行った。   Next, in order to fill the hollow portion of the corresponding hollow fiber of the hollow fiber bundle with the gel precursor polymerizable solution containing each nucleic acid probe prepared above so as to have the probe arrangement shown in FIG. The container containing the functional solution and the hollow fiber bundle prepared above were placed in a desiccator. After the inside of the desiccator was decompressed, the unsealed end of each yarn of the hollow fiber bundle was immersed in a container containing the predetermined polymerizable solution. Nitrogen gas was sealed in a desiccator, and a gel precursor polymerizable solution containing a capture probe was introduced into the hollow portion of the hollow fiber. Subsequently, the inside of a container was 70 degreeC and the polymerization reaction was performed over 3 hours.

このようにしてプローブがゲル状物を介して中空繊維の中空部に保持された中空繊維束を得た。   In this way, a hollow fiber bundle was obtained in which the probe was held in the hollow part of the hollow fiber via the gel-like material.

次に得られた中空繊維束を、ミクロトームを用いて繊維の長手方向と直交する方向でスライスし、厚さ0.25mmの薄片シート(核酸アレイ)を50枚得た。   Next, the obtained hollow fiber bundle was sliced in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the fiber using a microtome to obtain 50 thin sheet sheets (nucleic acid arrays) having a thickness of 0.25 mm.

4.ハイブリダイゼーション反応、洗浄及び検出操作
上記3.で作製した核酸アレイに、上記1.で調製した核酸試料を接触させ、恒温槽中で、65℃で17時間ハイブリダイゼーションを行った。
4). 2. Hybridization reaction, washing and detection operation To the nucleic acid array prepared in 1. above. The nucleic acid sample prepared in step 1 was contacted, and hybridization was performed at 65 ° C. for 17 hours in a thermostatic bath.

ハイブリダイゼーション後、該アレイを表5に示す洗浄条件で洗浄を行い、逐次、検出を行った。検出操作は、冷却CCDカメラ方式の核酸アレイ自動検出装置を用いて、アレイを2×SSC中に浸漬し、カバーガラスをかぶせた後に、標識核酸試料分子の蛍光シグナル強度を測定した。

Figure 2007006723
After hybridization, the array was washed under the washing conditions shown in Table 5 and detected sequentially. The detection operation was carried out by immersing the array in 2 × SSC using a cooled CCD camera type nucleic acid array automatic detection apparatus, and covering the cover glass, and then measuring the fluorescence signal intensity of the labeled nucleic acid sample molecule.
Figure 2007006723

5.シグナル強度測定結果
得られた蛍光シグナル強度を、図3にまとめた。本実施例においては、配列番号5から10までが、洗浄レベルメーターとして使用するプローブ配列であり、配列番号5から順次、二本鎖が解離しやすくなるように、Tm値の計算値を元にして設計されている。これらのシグナル強度のパターンを指標とすることにより、再現性の高い洗浄を行うことが可能であり、信頼性の高いデータが得られる。
5. The fluorescence signal intensity obtained as a result of signal intensity measurement is summarized in FIG. In this example, SEQ ID NOs: 5 to 10 are probe sequences used as washing level meters, and based on the calculated Tm value so that the double strands are easily dissociated sequentially from SEQ ID NO: 5. Designed. By using these signal intensity patterns as an index, it is possible to perform highly reproducible washing and obtain highly reliable data.

本実施例においては、第6回目洗浄後に配列番号6と配列番号7のシグナル強度の差が100倍以上になる。その際、擬似クロスハイブリである配列番号11のシグナル強度が大幅に低減する。しかし、完全相補である配列番号12のシグナル強度はそれほど低減していない。   In this example, the difference in signal intensity between SEQ ID NO: 6 and SEQ ID NO: 7 is 100 times or more after the sixth wash. At that time, the signal intensity of SEQ ID NO: 11, which is a pseudo-cross hybrid, is greatly reduced. However, the signal intensity of SEQ ID NO: 12, which is completely complementary, is not significantly reduced.

つまり、この第6回目の測定結果は、完全相補配列のハイブリダイゼーションを捕らえ、非完全相補配列のハイブリダイゼーションを排除している結果であり、信頼性の高い洗浄条件であることを示している。   That is, the measurement result of the sixth time is a result of capturing the hybridization of the completely complementary sequence and eliminating the hybridization of the non-completely complementary sequence, and indicates that the washing condition is highly reliable.

よって、今回の実験を再現性よく、正確に行うためには、若干ストリンジェンシーの弱い、たとえば65℃、0.5xSSC程度の洗浄から開始し、検出、再洗浄を繰り返し、配列番号6と7のシグナル強度の差を目安に、その差が100倍以上になった際のデータを採用すれば、正確性が高いデータが再現性よく得られる。   Therefore, in order to perform this experiment with good reproducibility and accuracy, start with washing with a little weak stringency, for example, 65 ° C, about 0.5xSSC, repeat detection and rewashing, and repeat the signals of SEQ ID NOS: 6 and 7. If the difference in intensity is used as a guide and the data when the difference is 100 times or more is used, highly accurate data can be obtained with good reproducibility.

通常、核酸アレイのデータバリデーションには、明確なシグナル強度が得られるプローブとしてのポジティブコントロールや、シグナルが得られないはずであるネガティブコントロールを搭載することがあるが、これらのみでは、ハイブリダイゼーション反応後の洗浄操作の進行度を定量的に捕らえることは非常に困難であった。本実施例の通り、Tm値の異なる複数の洗浄プローブを搭載し、外部からそれに対応する検体を添加することにより、洗浄の進行度を定量的に把握することが可能となった。   In general, data validation of nucleic acid arrays may be equipped with a positive control as a probe that gives a clear signal intensity or a negative control that should not give a signal. It was very difficult to quantitatively capture the progress of the washing operation. As in this example, it is possible to quantitatively grasp the progress of washing by mounting a plurality of washing probes having different Tm values and adding a corresponding sample from the outside.

繊維配列体を製造する配列固定治具の図である。It is a figure of the arrangement | sequence fixing jig which manufactures a fiber array. 核酸アレイのデザインを示す図である。It is a figure which shows the design of a nucleic acid array. 各洗浄条件における核酸アレイの蛍光シグナル強度を示した図である。It is the figure which showed the fluorescence signal intensity | strength of the nucleic acid array in each washing conditions.

符号の説明Explanation of symbols

11・・・・孔
21・・・・多孔板
31・・・・中空繊維
41・・・・板状物
11... Hole 21... Perforated plate 31... Hollow fiber 41.

配列番号1 合成DNA
配列番号2 合成DNA
配列番号3 合成DNA
配列番号4 合成DNA
配列番号5 合成DNA
配列番号6 合成DNA
配列番号7 合成DNA
配列番号8 合成DNA
配列番号9 合成DNA
配列番号10 合成DNA
配列番号11 合成DNA
配列番号12 合成DNA
SEQ ID NO: 1 Synthetic DNA
SEQ ID NO: 2 synthetic DNA
SEQ ID NO: 3 synthetic DNA
SEQ ID NO: 4 synthetic DNA
SEQ ID NO: 5 synthetic DNA
SEQ ID NO: 6 synthetic DNA
SEQ ID NO: 7 synthetic DNA
SEQ ID NO: 8 synthetic DNA
SEQ ID NO: 9 synthetic DNA
SEQ ID NO: 10 synthetic DNA
SEQ ID NO: 11 synthetic DNA
SEQ ID NO: 12 synthetic DNA

Claims (5)

洗浄レベルメータープローブを含む核酸マイクロアレイ。   Nucleic acid microarray containing wash level meter probes. 洗浄レベルメータープローブが、標的プローブのTm値付近で段階的に設計されたものである請求項1記載のアレイ。   The array according to claim 1, wherein the washing level meter probe is designed stepwise near the Tm value of the target probe. 洗浄レベルメータープローブが、鎖長又は塩基配列の違いにより、各々のプローブのTm値が異なるように設計されたものである、請求項1又は2記載のアレイ。   The array according to claim 1 or 2, wherein the washing level meter probe is designed so that the Tm value of each probe differs depending on the difference in chain length or base sequence. 洗浄レベルメータープローブが、ある配列を1ユニットとし、そのユニットの繰り返し配列である請求項1〜3のいずれかに記載のアレイ。   The array according to any one of claims 1 to 3, wherein the washing level meter probe has a certain sequence as one unit and is a repeating sequence of the unit. 以下の(1)〜(4)の工程を含む核酸の検出方法。
(1) 試料核酸を調製する工程。
(2) 前記試料核酸を請求項1〜4のいずれかに記載のアレイに接触させ、ハイブリダイゼーション反応を行う工程。
(3) ハイブリダイゼーション反応後のアレイを洗浄の度合の弱い側から、強い側へ段階的に洗浄を行う工程。
(4) 形成したハイブリッドを検出する工程。
A method for detecting a nucleic acid comprising the following steps (1) to (4):
(1) A step of preparing a sample nucleic acid.
(2) A step of bringing the sample nucleic acid into contact with the array according to any one of claims 1 to 4 and performing a hybridization reaction.
(3) A step of washing the array after the hybridization reaction step by step from the weak side to the strong side.
(4) A step of detecting the formed hybrid.
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