JP2007222010A - Method for detecting gene and carrier for detecting gene - Google Patents

Method for detecting gene and carrier for detecting gene Download PDF

Info

Publication number
JP2007222010A
JP2007222010A JP2006043350A JP2006043350A JP2007222010A JP 2007222010 A JP2007222010 A JP 2007222010A JP 2006043350 A JP2006043350 A JP 2006043350A JP 2006043350 A JP2006043350 A JP 2006043350A JP 2007222010 A JP2007222010 A JP 2007222010A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gene
group
dna
detecting
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006043350A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kentaro Fujimoto
健太郎 藤本
Susumu Saito
晋 斎藤
Toru Yakabe
徹 矢ヶ部
Kenji Kinoshita
健司 木下
Kanehisa Yokoyama
兼久 横山
Kazuhiko Fujiwara
一彦 藤原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Bakelite Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Bakelite Co Ltd filed Critical Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority to JP2006043350A priority Critical patent/JP2007222010A/en
Publication of JP2007222010A publication Critical patent/JP2007222010A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method by which non-specific detection is suppressed with high detection sensitivity in the method for detecting a gene by a primer elongating reaction on a prescribed substrate. <P>SOLUTION: The method for detecting the gene comprises (a) a step of immobilizing a primer chain for elongating a DNA in which a part or all of nucleotides are substituted with an LNA (locked nucleic acid acid) on a surface of the substrate having a polymer containing a first unit having a group derived from a phosphoric ester composing a hydrophilic part of a phospholipid and a second unit having a carboxylic acid derivative group in which an electron attractive substituent is bonded to a carbonyl group, (b) a step of bringing a sample solution containing a DNA fragment or an RNA fragment of the objective gene to be detected, a nucleotide monomer and an enzyme for elongating the DNA into contact with the surface of the substrate and (c) a step of elongating the primer chain for elongating the DNA immobilized on the surface of the substrate using the DNA fragment or RNA fragment in the sample solution as a template. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、基体表面にプライマーを固定化した遺伝子検出用担体を使用した遺伝子の検出方法に関する。   The present invention relates to a gene detection method using a gene detection carrier having a primer immobilized on a substrate surface.

非特許文献1には、所定のアミノ−シラン試薬を用いて修飾されたガラス基板の表面に、プライマーとなるDNA鎖を共有結合させたDNAマイクロアレイにて固相PCR(Polymerase Chain Reaction)によるDNA増幅を行なう技術が開示されている。   Non-Patent Document 1 discloses DNA amplification by solid-phase PCR (Polymerase Chain Reaction) using a DNA microarray in which a DNA strand serving as a primer is covalently bonded to the surface of a glass substrate modified with a predetermined amino-silane reagent. A technique for performing is disclosed.

また、非特許文献2には、ガラス基板の代わりにポリ(メチルメタクリレート)を用いて、表面にDNA断片を固定化させたDNAマイクロアレイを用いて、所定のDNA鎖とのハイブリッド特性およびPCR様環境下における熱安定性が評価されており、新規のPCR技術に適用できるデバイスの可能性を示唆する記載がなされている。   Non-Patent Document 2 describes a hybrid property with a predetermined DNA strand and a PCR-like environment using a DNA microarray in which DNA fragments are immobilized on the surface using poly (methyl methacrylate) instead of a glass substrate. The thermostability below has been evaluated, and a description suggesting the possibility of a device that can be applied to a novel PCR technique has been made.

特許文献1には、ハイドロゲル層を有する固体支持体表面にプローブを固定化させ、所定のDNA鎖を鋳型としてプローブ伸長反応を行い遺伝子の単一ヌクレオチド多型(SNP)検出する方法が記載されているが、実際には特異性およびシグナル量が低いという問題があった。   Patent Document 1 describes a method of detecting a single nucleotide polymorphism (SNP) of a gene by immobilizing a probe on the surface of a solid support having a hydrogel layer and performing a probe extension reaction using a predetermined DNA strand as a template. However, there was a problem that the specificity and signal amount were low in practice.

また一方で、特許文献2には、二環式ヌクレオチド誘導体であるLNAを含んでいるヌクレオチドは、相補的な配列のDNA及びRNAとの結合の特異的が高いことを記載されている。
Adessi,Celine et al.“Solid Phase DNA amplification:Characterisation of primer attachment and amplification mechanisms”,Nucleic Acids Research,2000,Vol.20,No.20,e87 Fixe,F. et al.“Functionalization of poly(methyl methacrylate)(PMMA) as a substrate for DNA microarrays”,Nucleic Acids Research,2004,January 12,Vol.32 No.1,e9 特表2004−532026号公報 特開2002−540118号公報
On the other hand, Patent Document 2 describes that nucleotides containing LNA, which is a bicyclic nucleotide derivative, are highly specific for binding to complementary sequences of DNA and RNA.
Adessi, Celine et al. “Solid Phase DNA amplification: Characterisation of primer attachment and amplification mechanisms”, Nucleic Acids Research, 2000, Vol. 20, No. 20, e87 Fixe, F. et al. “Functionalization of poly (methyl methacrylate) (PMMA) as a substrate for DNA microarrays”, Nucleic Acids Research, 2004, January 12, Vol.32 No.1, e9 Japanese translation of PCT publication No. 2004-532026 JP 2002-540118 A

本発明者等は、非特許文献1および2に代表されているDNAマイクロアレイを用いてDNA鎖伸長反応を行ったところ、プライマーと試料中遺伝子断片との親和性、特異性に問題があることを見出し、表面に所定の高分子物質を配した基体を用いることと、一部のヌクレオチドをLNAに置換したプライマーを用いることでこの問題を解決して本発明の完成に至った。   The present inventors conducted a DNA chain extension reaction using a DNA microarray represented by Non-Patent Documents 1 and 2, and found that there was a problem in the affinity and specificity between the primer and the gene fragment in the sample. The present invention was completed by solving this problem by using a substrate having a predetermined polymer substance on the surface and using a primer in which some nucleotides are substituted with LNA.

即ち本発明は、
(1)リン脂質の親水部を構成するリン酸エステルより誘導される基を有する第一単位と電子求引性の置換基がカルボニル基に結合してなるカルボン酸誘導基を有する第二単位とを含む高分子物質を表面に有する基体に、
(a)一部または全てのヌクレオチドがLNA(Locked Nucleic Acid)に置換されたDNA伸長用プライマー鎖を基体表面に固定化する工程、
(b)検出する着目遺伝子のDNA断片またはRNA断片、ヌクレオチドモノマー、及びDNA伸長用酵素を含む試料溶液を基体表面に接触させる工程、
(c)前記試料溶液中のDNA断片をまたはRNA断片を鋳型にして、基体表面に固定化されている前記DNA伸長用プライマー鎖を伸長させる工程、を含むことを特徴とする遺伝子の検出方法、
(2)前記DNA伸長用プライマー鎖のLNA置換ヌクレオチドが、プライマー鎖の3’末端を含む位置に導入されていることを特徴とする(1)記載の遺伝子の検出方法、
(3)前記DNA伸長用プライマー鎖が、前記着目遺伝子の特徴配列を含む塩基配列の一塩基を他の塩基に置き換えられていること特徴とする(1)又は(2)記載の遺伝子の検出方法、
(4)前記一塩基の置き換えが、3’末端で行なわれることを特徴とする(3)記載の遺伝子の検出方法、
(5)(1)〜(4)いずれか記載に記載の遺伝子の検出方法において、
前記高分子物質の第一単位に含まれるリン酸エステルより誘導される基は、ホスホリルコリン基、ホスホリルエタノールアミン基、ホスホリルセリン基、ホスホリルイノシトール基、ホスホリルグリセロール基、ホスファチジルホスホリルグリセロール基のいずれかであることを特徴とする遺伝子の検出方法、
(6)(1)〜(5)いずれか記載の遺伝子の検出方法において、
前記ヌクレオチドモノマーのいずれかに標識がなされていることを特徴とする遺伝子の検出方法、
(7)(6)記載の遺伝子の検出方法において、
標識が蛍光色素であることを特徴とする遺伝子の検出方法、
(8)(6)記載の遺伝子の検出方法において、
更に(d)ヌクレオチドモノマーの標識に酸化還元酵素を導入し、酸化又は還元反応により、発色する基質を加え、該基質を発色させる工程、
を含むことを特徴とする遺伝子の検出方法、
(9)(1)〜(8)いずれか記載の遺伝子の検出方法において、
前記DNA鎖伸長用酵素が、DNAポリメラーゼ又はDNAリガーゼであることを特徴とする遺伝子の検出方法、
(10)(1)〜(9)いずれか記載の遺伝子の検出方法において、
前記DNA伸長用プライマー鎖が、前記電子求引性の置換基がカルボニル基に結合してなるカルボン酸誘導基を有する第二単位の部位で共有結合していることを特徴とする遺伝子の検出方法、
(11)(1)〜(10)いずれか記載の遺伝子の検出方法において、
前記高分子物質がブチルメタクリレート基を含む第三単位を有することを特徴とする遺伝子の検出方法、
(12)(1)〜(11)いずれか記載の遺伝子の検出方法において、
前記基体は、前記高分子物質に加えて、リン脂質の親水部を構成するリン酸エステルより誘導される基を有する第一単位と、ブチルメタクリレート基を含む第三単位とを有する第二の高分子物質を含むことを特徴とする遺伝子の検出方法、
(13)(1)〜(12)いずれか記載の遺伝子の検出方法において、
前記基体が、プラスチック材料からなることを特徴とする遺伝子の検出方法、
(14)(1)〜(13)いずれか記載の遺伝子の検出方法において、
前記(c)の工程が、所定のヒートサイクルを加えることにより行われることを特徴と
する遺伝子の検出方法、
(15)(14)記載の遺伝子の検出方法において、
ヒートサイクル数が1以上であることを特徴とする遺伝子の検出方法、
(16)(14)または(15)に記載の遺伝子の検出方法において、
前記ヒートサイクルが、熱変性温度での保持、アニール処理温度での保持、DNA伸長温度での保持を含むことを特徴とする遺伝子の検出方法、
(17)(16)に記載の遺伝子の検出方法において、
アニール処理温度とDNA伸長温度が同一温度であることを特徴とする遺伝子の検出方法、
(18)(1)〜(17)いずれか記載の遺伝子の検出方法に使用する遺伝子検出用担体であって、リン脂質の親水部を構成するリン酸エステルより誘導される基を有する第一単位と電子求引性の置換基がカルボニル基に結合してなるカルボン酸誘導基を有する第二単位とを含む高分子物質を表面に有する基体に、一部または全てのヌクレオチドがLNA(Locked Nucleic Acid)に置換されたDNA伸長用プライマー鎖が基体表面に固定化した遺伝子検出用担体、
である。
That is, the present invention
(1) a first unit having a group derived from a phosphate ester constituting the hydrophilic part of the phospholipid and a second unit having a carboxylic acid derivative group in which an electron-withdrawing substituent is bonded to a carbonyl group; A substrate having a polymer material containing
(A) a step of immobilizing a DNA extension primer strand in which a part or all of the nucleotides are replaced with LNA (Locked Nucleic Acid) on the surface of the substrate;
(B) a step of bringing a sample solution containing a DNA fragment or RNA fragment of a target gene to be detected, a nucleotide monomer, and a DNA extension enzyme into contact with the substrate surface;
(C) using the DNA fragment or the RNA fragment in the sample solution as a template, and extending the primer strand for DNA extension immobilized on the substrate surface,
(2) The method for detecting a gene according to (1), wherein the LNA-substituted nucleotide of the DNA extension primer strand is introduced at a position including the 3 ′ end of the primer strand,
(3) The method for detecting a gene according to (1) or (2), wherein in the primer strand for DNA extension, one base of the base sequence including the characteristic sequence of the gene of interest is replaced with another base ,
(4) The method for detecting a gene according to (3), wherein the replacement of the single base is performed at the 3 ′ end,
(5) In the method for detecting a gene according to any one of (1) to (4),
The group derived from the phosphate ester contained in the first unit of the polymer substance is any one of phosphorylcholine group, phosphorylethanolamine group, phosphorylserine group, phosphorylinositol group, phosphorylglycerol group, and phosphatidylphosphorylglycerol group. A gene detection method characterized by
(6) In the method for detecting a gene according to any one of (1) to (5),
A method for detecting a gene, wherein any of the nucleotide monomers is labeled;
(7) In the method for detecting a gene according to (6),
A method for detecting a gene, wherein the label is a fluorescent dye,
(8) In the method for detecting a gene according to (6),
(D) introducing a redox enzyme into the label of the nucleotide monomer, adding a substrate that develops color by oxidation or reduction reaction, and causing the substrate to develop color;
A method for detecting a gene, comprising:
(9) In the method for detecting a gene according to any one of (1) to (8),
A method for detecting a gene, wherein the enzyme for extending a DNA chain is a DNA polymerase or a DNA ligase;
(10) In the method for detecting a gene according to any one of (1) to (9),
The gene detection method, wherein the DNA extension primer strand is covalently bonded at a site of a second unit having a carboxylic acid derivative group in which the electron-withdrawing substituent is bonded to a carbonyl group ,
(11) In the method for detecting a gene according to any one of (1) to (10),
A method for detecting a gene, wherein the polymer substance has a third unit containing a butyl methacrylate group,
(12) In the method for detecting a gene according to any one of (1) to (11),
In addition to the polymer substance, the substrate includes a second unit having a first unit having a group derived from a phosphate ester constituting the hydrophilic part of the phospholipid and a third unit containing a butyl methacrylate group. A method for detecting a gene characterized by containing a molecular substance,
(13) In the method for detecting a gene according to any one of (1) to (12),
A method for detecting a gene, wherein the substrate is made of a plastic material;
(14) In the method for detecting a gene according to any one of (1) to (13),
The method of detecting a gene, wherein the step (c) is performed by applying a predetermined heat cycle,
(15) In the method for detecting a gene according to (14),
A method for detecting a gene, wherein the number of heat cycles is 1 or more,
(16) In the gene detection method according to (14) or (15),
The gene detection method, wherein the heat cycle includes holding at a heat denaturation temperature, holding at an annealing temperature, holding at a DNA extension temperature,
(17) In the gene detection method according to (16),
A method for detecting a gene, characterized in that the annealing temperature and the DNA extension temperature are the same temperature;
(18) A first unit having a group derived from a phosphate ester constituting a hydrophilic part of a phospholipid, the carrier for gene detection used in the method for detecting a gene according to any one of (1) to (17) And a part of or all of the nucleotides on a substrate having a polymer substance on the surface containing a second unit having a carboxylic acid derivative group in which an electron-withdrawing substituent is bonded to a carbonyl group, and LNA (Locked Nucleic Acid) A carrier for gene detection in which the primer strand for DNA extension substituted in (1) is immobilized on the substrate surface,
It is.

本発明に係る遺伝子の検出方法は、リン脂質の親水部を構成するリン酸エステルより誘導される基を有する第一単位と電子求引性の置換基がカルボニル基に結合してなるカルボン酸誘導基を有する第二単位とを含む高分子物質を表面に有する基体に、一部のヌクレオチドがLNA(Locked Nucleic Acid)に置換されたDNA伸長用プライマー鎖を基体表面に固定化し、検出する着目遺伝子のDNA断片またはRNA断片を鋳型にして、DNA鎖伸長用酵素系、およびヌクレオチドモノマーを含む試料が導入された液相系を、好ましくはDNA鎖を熱変性する温度(以下、「熱変性処理温度」という)まで引き上げ、前記反応系の温度をアニール処理する温度(以下、「アニール処理温度」という)まで下げ、DNA伸長温度を保つことにより、基体上に固定化されたDNA鎖の伸長反応を行い、かつ全処理を同一の液相系で行なうことを特徴としている。   The gene detection method according to the present invention comprises a carboxylic acid derivative comprising a first unit having a group derived from a phosphate ester constituting a hydrophilic part of a phospholipid and an electron-withdrawing substituent bonded to a carbonyl group. A target gene to be detected by immobilizing a DNA extension primer chain in which a part of nucleotides are substituted with LNA (Locked Nucleic Acid) on a substrate having a polymer substance containing a second unit having a group on the surface and detecting the DNA. The DNA chain or RNA fragment of the DNA template is used as a template, and the DNA chain elongation enzyme system and the liquid phase system into which the sample containing the nucleotide monomer has been introduced are preferably subjected to heat denaturation temperature (hereinafter referred to as “thermal denaturation treatment temperature”). And the temperature of the reaction system is lowered to the annealing temperature (hereinafter referred to as “annealing temperature”), and the DNA elongation temperature By maintaining the temperature, the DNA strand immobilized on the substrate is subjected to elongation reaction, and all treatments are performed in the same liquid phase system.

基体に固定化させるDNA鎖の一部または全てのヌクレオチドをLNAに置き換えることにより、特異性が高く、高精度の遺伝子が行なえる。   By replacing part or all of the nucleotides of the DNA strand immobilized on the substrate with LNA, a highly specific gene with high specificity can be obtained.

また、従来ではアニール処理した後で伸長反応の前に、二本鎖を組まなかったDNA断片を除くための洗浄処理が必要であったが、基体上に非特異的に吸着するDNA断片がないこと、およびDNA鎖伸長にかかる酵素反応が有効機能すると考えられ、伸長反応の前に基体の洗浄処理が不要になる。   In addition, conventionally, after the annealing treatment and before the extension reaction, a washing treatment was required to remove the DNA fragments that did not form double strands, but there were no DNA fragments adsorbed nonspecifically on the substrate. In addition, it is considered that the enzyme reaction related to DNA chain extension functions effectively, and the substrate is not required to be washed before the extension reaction.

このDNA鎖伸長方法において、基体の第一単位に含まれるリン酸エステルより誘導される基は、ホスホリルコリン基、ホスホリルエタノールアミン基、ホスホリルセリン基、ホスホリルイノシトール基、ホスホリルグリセロール基、ホスファチジルホスホリルグリセロール基のいずれかにすることができる。
このように、基体の表面にリン脂質と同様の環境を設けることで、基体表面で起こるDNA鎖伸長反応が細胞内と同等の環境下で行うことが可能になり、酵素反応効率が高く、DNA鎖伸長を、よりマイルドな条件でより高効率に行うことが可能になる。
In this DNA chain extension method, the group derived from the phosphate ester contained in the first unit of the substrate is phosphorylcholine group, phosphorylethanolamine group, phosphorylserine group, phosphorylinositol group, phosphorylglycerol group, phosphatidylphosphorylglycerol group. Can be either.
Thus, by providing an environment similar to that of phospholipids on the surface of the substrate, the DNA chain elongation reaction occurring on the surface of the substrate can be performed in an environment equivalent to that in the cell, the enzyme reaction efficiency is high, and DNA Chain extension can be performed more efficiently under milder conditions.

本発明によれば、特異性が高く、高精度に遺伝子の検出が可能となる。   According to the present invention, a gene can be detected with high specificity and high accuracy.

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
ここで使用される基体の表面には、リン脂質の親水部を構成するリン酸エステルより誘導される基を有する第一単位と電子求引性の置換基がカルボニル基に結合してなるカルボン酸誘導基を有する第二単位とを含む高分子物質が存在するようになっている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
The surface of the substrate used here is a carboxylic acid formed by bonding a first unit having a group derived from a phosphate ester constituting the hydrophilic part of a phospholipid and an electron-withdrawing substituent to a carbonyl group. There exists a polymer substance containing a second unit having a derivative group.

このリン脂質の親水部を構成するリン酸エステルより誘導される基を含む第一単位と電子求引性の置換基がカルボニル基に結合してなるカルボン酸誘導基を有する第二単位とを有する高分子物質は、DNA鎖の非特異的吸着を抑制する性質とDNA鎖を固定化する性質とを併せ持つポリマーである。特に、第一単位に含まれるリン脂質の親水部を構成するリン酸エステルより誘導される基は鋳型DNA断片の非特異的吸着を抑制する役割を果たし、第二単位に含まれるカルボン酸誘導基はプライマーを化学的に固定化する役割を果たす。すなわち、プライマーは、この高分子物質からなるコーティング層のカルボン酸誘導基の部位で共有結合して、当該基体の表面に固定化される。   It has a first unit containing a group derived from a phosphate ester constituting the hydrophilic part of this phospholipid and a second unit having a carboxylic acid derivative group in which an electron-withdrawing substituent is bonded to a carbonyl group. The polymer substance is a polymer having both the property of suppressing nonspecific adsorption of DNA strands and the property of immobilizing DNA strands. In particular, a group derived from a phosphate ester constituting the hydrophilic part of the phospholipid contained in the first unit plays a role in suppressing nonspecific adsorption of the template DNA fragment, and the carboxylic acid-derived group contained in the second unit. Serves to chemically immobilize the primer. That is, the primer is covalently bonded at the site of the carboxylic acid derivative group of the coating layer made of the polymer material and immobilized on the surface of the substrate.

第一の単位は、たとえば、2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン基、6−メタクリロイルオキシヘキシルホスホリルコリン基等の(メタ)アクリロイルオキシアルキルホスホリルコリン基;
2−メタクリロイルオキシエトキシエチルホスホリルコリン基および10−メタクリロイルオキシエトキシノニルホスホリルコリン基等の(メタ)アクリロイルオキシアルコキシアルキルホスホリルコリン基;
アリルホスホリルコリン基、ブテニルホスホリルコリン基、ヘキセニルホスホリルコリン基、オクテニルホスホリルコリン基、およびデセニルホスホリルコリン基等のアルケニルホスホリルコリン基;
等の基を有し、ホスホリルコリン基がこれらの基中に含まれている構成とすることができる。
The first unit is, for example, a (meth) acryloyloxyalkyl phosphorylcholine group such as a 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine group, a 6-methacryloyloxyhexyl phosphorylcholine group;
(Meth) acryloyloxyalkoxyalkylphosphorylcholine groups such as 2-methacryloyloxyethoxyethyl phosphorylcholine group and 10-methacryloyloxyethoxynonylphosphorylcholine group;
Alkenylphosphorylcholine groups such as allylphosphorylcholine group, butenylphosphorylcholine group, hexenylphosphorylcholine group, octenylphosphorylcholine group, and decenylphosphorylcholine group;
And a phosphorylcholine group is included in these groups.

また、これらの基のうち、2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンが好ましい。第一単位が2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンを有する構成とすることにより、基体表面における鋳型DNA断片の非特異的吸着をより一層確実に抑制することができる。   Of these groups, 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine is preferable. By adopting a configuration in which the first unit has 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine, nonspecific adsorption of the template DNA fragment on the substrate surface can be more reliably suppressed.

なお、ここでは基本骨格として下記式(a)に示すホスホリルコリン基である例を挙げたが、このホスホリルコリンを下記式(b)のホスホリルエタノールアミン基、下記式(c)のホスホリルイノシトール基、下記式(d)のホスホリルセリン基、下記式(e)のホスホリルグリセロール基、下記式(f)に示したホスファチジルホスホリルグリセロール基などのリン酸基に置き換えてもよい(以下についても同様)。   In addition, although the example which is the phosphorylcholine group shown to following formula (a) as a basic skeleton was given here, this phosphorylcholine is phosphorylethanolamine group of following formula (b), phosphorylinositol group of following formula (c), following formula The phosphorylserine group in (d), the phosphorylglycerol group in the following formula (e), and the phosphate group such as the phosphatidylphosphorylglycerol group in the following formula (f) may be substituted (the same applies to the following).

Figure 2007222010
Figure 2007222010

カルボン酸誘導体は、カルボン酸のカルボキシル基が活性化されたものであり、C=Oを介して脱離基を有するカルボン酸である。カルボン酸誘導体は、具体的には、アルコキシル基よりも電子求引性の高い基がカルボニル基に結合して求核反応が活性化された化合物である。カルボン酸誘導基は、アミノ基、チオール基、水酸基等に対する反応性を有する化合物である。   The carboxylic acid derivative is a carboxylic acid in which the carboxyl group of the carboxylic acid is activated and has a leaving group via C═O. Specifically, the carboxylic acid derivative is a compound in which a nucleophilic reaction is activated by bonding a group having higher electron withdrawing property than an alkoxyl group to a carbonyl group. The carboxylic acid derivative group is a compound having reactivity with an amino group, a thiol group, a hydroxyl group and the like.

カルボン酸誘導体として、さらに具体的には、カルボン酸であるアクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸などのカルボキシル基が、酸無水物、酸ハロゲン化物、活性エステル、活性化アミドに変換された化合物が挙げられる。カルボン酸誘導基は、こうした化合物に由来する活性化された基であり、たとえば、p−ニトロフェニル基やN−ヒドロキシスクシンイミド基等の活性エステル基;
―Cl、−F等のハロゲン;
等の基を有することができる。
More specifically, carboxylic acid derivatives include carboxyl groups such as acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, maleic acid, and fumaric acid, which are carboxylic acids, in acid anhydrides, acid halides, active esters, and activated amides. Examples include converted compounds. Carboxylic acid-derived groups are activated groups derived from such compounds, for example, active ester groups such as p-nitrophenyl groups and N-hydroxysuccinimide groups;
-Halogen such as Cl, -F;
And the like.

また、カルボン酸誘導基は、下記式(1)に示される基とすることができる。   The carboxylic acid derivative group can be a group represented by the following formula (1).

Figure 2007222010
(ただし、上記式(1)において、Aは水酸基を除く脱離基である。)
Figure 2007222010
(In the above formula (1), A is a leaving group excluding a hydroxyl group.)

上記式(1)に示される一価の基は、たとえば下記式(p)または式(q)から選択されるいずれかの基とすることができる。   The monovalent group represented by the above formula (1) can be, for example, any group selected from the following formula (p) or formula (q).

Figure 2007222010
Figure 2007222010

(ただし、上記式(p)および式(q)において、R1およびR2は、それぞれ独立して、一価の有機基であり、直鎖状、分岐状、および環状のいずれであってもよい。また、上記式(p)において、R1はCとともに環を形成する二価の基であってもよい。また、上記式(q)において、R2はNとともに環を形成する二価の基であってもよい。) (However, in the above formulas (p) and (q), R 1 and R 2 are each independently a monovalent organic group, which may be linear, branched, or cyclic. In Formula (p), R 1 may be a divalent group that forms a ring with C. In Formula (q), R 2 is a divalent group that forms a ring with N. It may be a group of

上記式(p)に示される基として、たとえば下記式(r)、(s)、および(w)に示される基が挙げられる。また、上記式(q)に示される基として、たとえば下記式(u)に示される基が挙げられる。   Examples of the group represented by the formula (p) include groups represented by the following formulas (r), (s), and (w). Moreover, as group shown by the said formula (q), group shown by following formula (u) is mentioned, for example.

上記式(1)に示される基は、たとえば下記式(r)、式(s)等に示される酸無水物由来の基;
下記式(t)に示される酸ハロゲン化物由来の基;
下記式(u)、式(w)に示される活性エステル由来の基;または
下記式(v)に示される活性化アミド由来の基とすることができる。

Figure 2007222010
The group represented by the above formula (1) is, for example, a group derived from an acid anhydride represented by the following formula (r), formula (s) or the like;
A group derived from an acid halide represented by the following formula (t);
A group derived from an active ester represented by the following formula (u) or formula (w); or a group derived from an activated amide represented by the following formula (v).
Figure 2007222010

カルボン酸誘導基のうち、活性エステル基は、穏やかな条件における反応性に優れるため、好ましく用いられる。穏やかな条件としては、たとえば中性またはアルカリ性の条件、具体的にはpH7.0以上10.0以下、さらに具体的にはpH7.6以上9.0以下、さらにまた具体的にはpH8.0とすることができる。   Of the carboxylic acid-derived groups, an active ester group is preferably used because of its excellent reactivity under mild conditions. The mild conditions include, for example, neutral or alkaline conditions, specifically pH 7.0 or more and 10.0 or less, more specifically pH 7.6 or more and 9.0 or less, and more specifically pH 8.0. It can be.

また、本明細書において規定するところの「活性エステル基」は、その定義について厳密な規定はなされていないが、慣用の技術表現としては、エステル基のアルコール側に酸性度の高い電子求引性基を有して求核反応を活性化するエステル群、すなわち反応活性の高いエステル基を意味するものとして、各種の化学合成、たとえば高分子化学、ペプチド合成等の分野で慣用されているものである。なお、ペプチド合成の分野においては、泉屋信夫、加藤哲夫、青柳東彦、脇道典著、「ペプチド合成の基礎と実験」、1985年発行、丸善、に記載されているように、活性エステル法はアミノ酸またはペプチドのC末端を活性化する方法の一つとして用いられている。   In addition, the definition of “active ester group” as defined in this specification is not strictly defined. However, as a conventional technical expression, an electron withdrawing property having high acidity on the alcohol side of the ester group. An ester group having a group and activating a nucleophilic reaction, that is, an ester group having a high reaction activity, is commonly used in various chemical synthesis fields such as polymer chemistry and peptide synthesis. is there. In the field of peptide synthesis, as described in Nobuo Izumiya, Tetsuo Kato, Toshihiko Aoyagi, Noriaki Waki, “Basics and Experiments of Peptide Synthesis”, published in 1985, Maruzen, It is used as one of the methods for activating the C-terminus of amino acids or peptides.

実際的には、エステル基のアルコール側に、電子求引性の基を有し、アルキルエステルよりも活性化されたエステル基である。活性エステル基は、アミノ基、チオール基、水酸基等の基に対する反応性を有する。さらに具体的には、フェノールエステル類、チオフェノールエステル類、N−ヒドロキシアミンエステル類、シアノメチルエステル、複素環ヒドロキシ化合物のエステル類等がアルキルエステル等に比べてはるかに高い活性を有する活性エステル基として知られている。   Actually, the ester group has an electron-attracting group on the alcohol side of the ester group and is activated more than the alkyl ester. The active ester group has reactivity with groups such as amino group, thiol group, and hydroxyl group. More specifically, an active ester group in which phenol esters, thiophenol esters, N-hydroxyamine esters, cyanomethyl esters, esters of heterocyclic hydroxy compounds, etc. have much higher activity than alkyl esters etc. Known as.

ここでは、高分子物質中の活性化カルボン酸誘導体基が活性エステル基である場合を例に、説明する。活性エステル基としては、たとえばp−ニトロフェニル基、N−ヒドロキシスクシンイミド基、コハク酸イミド基、フタル酸イミド基、5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシイミド基等が挙げられるが、たとえばp−ニトロフェニル基が好ましく用いられる。   Here, the case where the activated carboxylic acid derivative group in the polymer substance is an active ester group will be described as an example. Examples of the active ester group include p-nitrophenyl group, N-hydroxysuccinimide group, succinimide group, phthalimide group, 5-norbornene-2,3-dicarboximide group, and the like. A nitrophenyl group is preferably used.

表面にプライマーが固定化される基体の場合、第一単位と第二単位のさらに具体的な構成の組み合わせとして、たとえば、リン脂質の親水部を構成するリン酸エステルより誘導される基を含む第一単位が2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン基を有し、活性エステル基がp−ニトロフェニル基である構成とすることができる。   In the case of a substrate on which a primer is immobilized on the surface, a more specific combination of the first unit and the second unit includes, for example, a group containing a group derived from a phosphate ester constituting the hydrophilic part of the phospholipid. One unit may have a 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine group and the active ester group may be a p-nitrophenyl group.

また、本実施形態の基体のコーティング層に使用される高分子物質は、リン脂質の親水部を構成するリン酸エステルより誘導される基およびカルボン酸誘導基以外に他の基を含んでもよい。また、高分子物質は共重合体とすることができる。具体的には、高分子物質がブチルメタクリレート基を含む共重合体であることが好ましい。こうすることにより、高分子物質を適度に疎水化し、この高分子物質の基体表面への吸着性をさらに好適に確保することができる。   In addition, the polymer substance used for the coating layer of the substrate of the present embodiment may contain other groups in addition to the group derived from the phosphate ester and the carboxylic acid derived group constituting the hydrophilic part of the phospholipid. The polymer substance can be a copolymer. Specifically, the polymer substance is preferably a copolymer containing a butyl methacrylate group. By so doing, the polymer substance can be appropriately hydrophobized, and the adsorptivity of the polymer substance to the substrate surface can be more suitably ensured.

具体的には、高分子物質を、2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン(MPC)基を有する第一単量体と、p−ニトロフェニルオキシカルボニルポリエチレングリコールメタクリレート(NPMA)基を有する第二単量体と、ブチルメタリレート(BMA)基を有する第三単量体との共重合体とすることができる。これらの共重合体であるpoly(MPC−co−BMA−co−NPMA)(PMBN)は、模式的に下記一般式(2)で示される。   Specifically, the polymer substance is composed of a first monomer having a 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine (MPC) group and a second monomer having a p-nitrophenyloxycarbonyl polyethylene glycol methacrylate (NPMA) group. , And a copolymer with a third monomer having a butyl metallate (BMA) group. These copolymers, poly (MPC-co-BMA-co-NPMA) (PMBN), are schematically represented by the following general formula (2).

Figure 2007222010
Figure 2007222010

ただし、上記一般式(2)において、a、b、およびcは、それぞれ独立して、正の整数である。また、上記一般式(2)において、第一〜第三単量体がブロック共重合していてもよいし、これらの単量体がランダムに共重合していてもよい。   However, in the said General formula (2), a, b, and c are respectively independently a positive integer. In the general formula (2), the first to third monomers may be block copolymerized, or these monomers may be copolymerized randomly.

上記一般式(2)で示される共重合体は、高分子物質の適度な疎水化と、鋳型DNA断片の非特異吸着を抑制する性質と、プライマーを固定化する性質とのバランスとに、より一層優れた構成である。このため、このような共重合体を用いることにより、基体表面をより一層確実に高分子物質で被覆するとともに、高分子物質がコーティングされた基体上への鋳型DNA断片の非特異的吸着を抑制しつつ、プライマーをさらに確実に共有結合により固定化して基体上に導入することができる。   The copolymer represented by the general formula (2) is more suitable for the balance between moderate hydrophobicity of the polymer substance, the property of suppressing nonspecific adsorption of the template DNA fragment, and the property of immobilizing the primer. It is an even better configuration. For this reason, by using such a copolymer, the surface of the substrate is more reliably coated with the polymer material, and nonspecific adsorption of the template DNA fragment onto the substrate coated with the polymer material is suppressed. However, the primer can be more reliably immobilized by covalent bonding and introduced onto the substrate.

なお、上記一般式(2)で示される共重合体は、MPC、BMA、およびNPMAの各単量体を混合し、ラジカル重合等の公知の重合方法により得ることができる。上記一般式(2)で示される共重合体をラジカル重合により作製する場合、たとえば、Ar等の不活性ガス雰囲気にて、30℃以上90℃以下の温度条件で溶液重合を行うことができる。   The copolymer represented by the general formula (2) can be obtained by mixing MPC, BMA, and NPMA monomers and using a known polymerization method such as radical polymerization. When the copolymer represented by the general formula (2) is prepared by radical polymerization, solution polymerization can be performed, for example, in an inert gas atmosphere such as Ar under a temperature condition of 30 ° C. or higher and 90 ° C. or lower.

溶液重合に使用される溶媒は適宜選択されるが、たとえば、メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコールや、ジエチルエーテル等のエーテル、クロロホルム等の有機溶媒を単独でまたは複数混合して用いることができる。具体的には、ジエチルエーテルとクロロホルムを体積比で8対2とした混合溶媒とすることができる。   The solvent used for the solution polymerization is appropriately selected. For example, alcohols such as methanol, ethanol and isopropanol, ethers such as diethyl ether, and organic solvents such as chloroform can be used alone or in combination. Specifically, a mixed solvent in which diethyl ether and chloroform are in a volume ratio of 8 to 2 can be obtained.

また、ラジカル重合反応に使用されるラジカル重合開始剤としては、通常使用されるものを用いることができる。たとえば、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、アゾビスバレロニトリル等のアゾ系開始剤;
過酸化ラウロイル、過酸化ベンゾイル、t−ブチルペルオキシネオデカノエート、t−ブチルペルオキシピバレート等の油溶性の有機過酸化物;
などが用いられる。
Moreover, what is used normally can be used as a radical polymerization initiator used for radical polymerization reaction. For example, azo initiators such as azobisisobutyronitrile (AIBN) and azobisvaleronitrile;
Oil-soluble organic peroxides such as lauroyl peroxide, benzoyl peroxide, t-butylperoxyneodecanoate, t-butylperoxypivalate;
Etc. are used.

さらに具体的には、ジエチルエーテルとクロロホルムを体積比で8対2とした混合溶媒およびAIBNを用い、Ar中、60℃にて2〜6時間程度重合を行うことができる。   More specifically, polymerization can be carried out in Ar at 60 ° C. for about 2 to 6 hours using a mixed solvent of diethyl ether and chloroform in a volume ratio of 8 to 2 and AIBN.

なお、本実施形態では、高分子物質がブチルメタクリレート基を含む第三単位を有する例を説明したが、リン脂質の親水部を構成するリン酸エステルより誘導される基を含む第一単位とカルボン酸誘導基を含む第二単位とを有する高分子物質を第一の高分子物質とし、これに加えて、リン脂質の親水部を構成するリン酸エステルより誘導される基を含む第一単位とブチルメタクリレート基を含む第三単位とを有する第二の高分子物質を含んでいてもよい。   In this embodiment, an example in which the high molecular substance has a third unit containing a butyl methacrylate group has been described. However, the first unit containing a group derived from a phosphate ester constituting the hydrophilic part of the phospholipid and a carboxylic acid A polymer substance having a second unit containing an acid-derived group as a first polymer substance, and in addition to this, a first unit containing a group derived from a phosphate ester constituting the hydrophilic part of the phospholipid; A second polymer substance having a third unit containing a butyl methacrylate group may be included.

なお、上記第一の高分子物質の第一単位と上記第二の高分子物質の第一単位とは同一構造であってもよいし、異なる構造であってもよい。また、上記第一の高分子物質がブチルメタクリレート基を含む第三単位を含むとき、この第一の高分子物質の第三単位と上記第二の高分子物質の第三単位とは同一構造であってもよいし、異なる構造であってもよい。   The first unit of the first polymer substance and the first unit of the second polymer substance may have the same structure or different structures. In addition, when the first polymer substance includes a third unit containing a butyl methacrylate group, the third unit of the first polymer substance and the third unit of the second polymer substance have the same structure. There may be a different structure.

このような第二の高分子物質は、鋳型DNA断片の非特異的吸着を抑制するポリマーとして用いられる。このようなポリマーとしては、たとえばホスホリルコリン基が30モル%、ブチルメタクリレート基が70モル%の割合で含まれているものであるMPCポリマー(日本油脂社製)を用いることができる。   Such a second polymer substance is used as a polymer that suppresses nonspecific adsorption of the template DNA fragment. As such a polymer, for example, an MPC polymer (manufactured by NOF Corporation) containing 30 mol% phosphorylcholine groups and 70 mol% butyl methacrylate groups can be used.

なお、高分子物質が上記第一の高分子物質、第二の高分子物質からなる場合、これらの高分子物質が混合されている構成とすることができる。各々の高分子物質のポリマーは、たとえばエタノール溶液に溶解できるため、それぞれのポリマー溶液を混合することにより容易に混合ポリマーを得ることができる。   In addition, when a high molecular substance consists of said 1st high molecular substance and 2nd high molecular substance, it can be set as the structure by which these high molecular substances are mixed. Since the polymer of each polymer substance can be dissolved in, for example, an ethanol solution, a mixed polymer can be easily obtained by mixing the respective polymer solutions.

以上のような高分子物質からなるコーティング層を表面に含む基体は、所定の形状に加工された基体の表面に高分子物質を含む液体を塗布し、乾燥することにより得られる。また、高分子物質を含む液体中に基体を浸漬し、乾燥してもよい。   The substrate including the coating layer made of the polymer material as described above is obtained by applying a liquid containing the polymer material to the surface of the substrate processed into a predetermined shape and drying it. Further, the substrate may be immersed in a liquid containing a polymer substance and dried.

また、基体として、プラスチック材料を用いた場合には、形状やサイズの変更に対する柔軟性が確保される上に、ガラス基板のものに比べて安価で提供することができるという観点から好ましい。このようなプラスチック材料としては、表面処理の容易性および量産性の観点から、熱可塑性樹脂を用いることができる。   In addition, when a plastic material is used as the substrate, flexibility in changing the shape and size is secured, and it is preferable from the viewpoint that it can be provided at a lower cost than that of a glass substrate. As such a plastic material, a thermoplastic resin can be used from the viewpoint of easy surface treatment and mass productivity.

熱可塑性樹脂としては、蛍光発生量の少ないものを用いることができる。蛍光発生量の少ない樹脂を用いることにより、DNA鎖の検出反応におけるバックグランドを低下させることができるため、検出感度をさらに向上させることができる。蛍光発生量の少ない熱可塑性樹脂としては、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン等の直鎖状ポリオレフィン;
環状ポリオレフィン;
含フッ素樹脂;
等を用いることができる。上記樹脂の中でも、飽和環状ポリオレフィンは、耐熱性、耐薬品性、低蛍光性、透明性および成形性に特に優れるため、光学的な分析に好適であり、基体の材料として好ましく用いられる。
As a thermoplastic resin, a thing with little fluorescence generation amount can be used. By using a resin with a small amount of fluorescence generation, the background in the detection reaction of the DNA strand can be lowered, and therefore the detection sensitivity can be further improved. Examples of the thermoplastic resin with a small amount of generated fluorescence include linear polyolefins such as polyethylene and polypropylene;
Cyclic polyolefin;
Fluorine-containing resin;
Etc. can be used. Among the above resins, saturated cyclic polyolefin is particularly excellent in heat resistance, chemical resistance, low fluorescence, transparency and moldability, and is therefore suitable for optical analysis and is preferably used as a substrate material.

ここで、飽和環状ポリオレフィンとは、環状オレフィン構造を有する重合体単独または環状オレフィンとα−オレフィンとの共重合体を水素添加した飽和重合体を指す。前者の例としては、たとえばノルボルネン、ジシクロペンタジエン、テトラシクロドデセンに代表されるノルボルネン系モノマー、及び、これらのアルキル置換体を開環重合して得られる重合体を水素添加して製造される飽和重合体である。後者の共重合体はエチレンやプロピレン、イソプロピレン、1−ブテン、3−メチル−1−ブテン、1−ペンテン、3−メチル−1−ペンテン、1−ヘキセン、1−オクテン等のα−オレフィンと環状オレフィン系モノマーのランダム共重合体を水素添加することにより製造される飽和重合体である。共重合体では、エチレンとの共重合体が最も好ましい。これらの樹脂は単独で用いてもよく、2種類またはそれ以上の共重合体あるいは混合物であってもよい。また、環状オレフィン構造を有する単量体が開環重合して得られる飽和環状ポリオレフィンだけでなく、環状オレフィン構造を有する単量体の付加重合により得られる飽和環状ポリオレフィンを用いることもできる。   Here, the saturated cyclic polyolefin refers to a saturated polymer obtained by hydrogenating a polymer having a cyclic olefin structure or a copolymer of a cyclic olefin and an α-olefin. Examples of the former are produced by hydrogenating norbornene monomers represented by, for example, norbornene, dicyclopentadiene, and tetracyclododecene, and polymers obtained by ring-opening polymerization of these alkyl-substituted products. It is a saturated polymer. The latter copolymer is composed of α-olefin such as ethylene, propylene, isopropylene, 1-butene, 3-methyl-1-butene, 1-pentene, 3-methyl-1-pentene, 1-hexene and 1-octene. It is a saturated polymer produced by hydrogenating a random copolymer of cyclic olefin monomers. As the copolymer, a copolymer with ethylene is most preferable. These resins may be used alone, or two or more copolymers or a mixture may be used. Further, not only a saturated cyclic polyolefin obtained by ring-opening polymerization of a monomer having a cyclic olefin structure, but also a saturated cyclic polyolefin obtained by addition polymerization of a monomer having a cyclic olefin structure can be used.

以上のような高分子物質を表面に含むプラスチック材料からなる基体は、所定の形状に加工された基体の表面に高分子物質を含む液体を塗布し、乾燥することにより得られる。また、高分子物質を含む液体中に基体を浸漬し、乾燥してもよい。   A substrate made of a plastic material including a polymer substance as described above can be obtained by applying a liquid containing the polymer substance to the surface of the substrate processed into a predetermined shape and drying it. Further, the substrate may be immersed in a liquid containing a polymer substance and dried.

なお、基体の材料をプラスチックとした場合、形状は板状には限られず、たとえばフィルム状やシート状であってもよい。具体的には、基体を可とう性のプラスチックフィルムとすることもできる。また、基体は、一つの部材から構成されていてもよいし、複数の部材から構成されていてもよい。   When the base material is plastic, the shape is not limited to a plate shape, and may be a film shape or a sheet shape, for example. Specifically, the substrate can be a flexible plastic film. Moreover, the base body may be composed of one member or a plurality of members.

プライマー鎖の設計については、GC含量、塩基長、Tm、3’末端の塩基配列など重要なパラメータがあるため、通常は専用のプライマー設計ソフトたとえばOLIGO Primer Analysis Software(タカラバイオ社製)などを用いて設計を行なうことが好ましい。前記記載のパラメータはどれも重要であるが、伸長反応にとくに影響を及ぼすのは3’末端の塩基配列である。伸長反応では、プライマー鎖は検体DNA断片を鋳型として、3’末端を起点として伸長するために、プライマー鎖の3’末端の塩基配列はとくに重要である。   There are important parameters such as GC content, base length, Tm, and 3 ′ end base sequence for designing primer strands. Therefore, usually dedicated primer design software such as OLIGO Primer Analysis Software (manufactured by Takara Bio Inc.) is used. It is preferable to perform the design. Although all the parameters described above are important, it is the nucleotide sequence at the 3 'end that particularly affects the extension reaction. In the extension reaction, since the primer strand extends from the sample DNA fragment as a template and the 3 'end as the starting point, the base sequence at the 3' end of the primer strand is particularly important.

プライマー鎖の3’末端の塩基配列と鋳型となるDNA断片の相補的な結合力が十分でない場合、非特異的にプライマー鎖と鋳型DNA断片が結合して伸長反応が起こることが予想される。この場合、結果として非特異的なシグナル検出が起こることとなり、遺伝子検出の精度が落ちることとなる。以上の理由により、プライマー鎖と鋳型DNA断片とがより相補特異的に結合するような工夫をすることにより、遺伝子検出の精度が向上することとなる。   If the complementary binding force between the base sequence at the 3 'end of the primer strand and the DNA fragment serving as a template is not sufficient, it is expected that the primer strand and the template DNA fragment will bind nonspecifically to cause an extension reaction. In this case, as a result, non-specific signal detection occurs, and the accuracy of gene detection decreases. For the above reason, the accuracy of gene detection is improved by devising such that the primer strand and the template DNA fragment are more specifically and specifically bound.

DNA−DNAあるいは、DNA−RNAの相補的結合力を向上させる方法として、DNAのヌクレオチドをLNAに置換する方法がある。LNAとは、リボヌクレオチドの2’部位の酸素原子と4’部位の炭素原子がメチレンを介して結合している2つの環状構造を持つヌクレオチドであり、DNAと比べて分子構造が安定化するために、相補的なヌクレオチドとの結合力が増す一方で、相補的でないヌクレオチドとの結合力は低下する特徴がある。   As a method for improving the complementary binding force of DNA-DNA or DNA-RNA, there is a method of substituting nucleotides of DNA with LNA. LNA is a nucleotide having two cyclic structures in which the oxygen atom at the 2 ′ site of the ribonucleotide and the carbon atom at the 4 ′ site are bonded via methylene, and the molecular structure is stabilized compared to DNA. In addition, the binding force with a complementary nucleotide increases, while the binding strength with a non-complementary nucleotide decreases.

本実施形態では、プライマー鎖の一部または全部のヌクレオチドをLNAに置換したDNA伸長用プライマー鎖を用いる。全部のヌクレオチドをLNAに置換しても良いが、伸長反応に強く影響するプライマー鎖3’末端のヌクレオチドのみをLNA置換しても良い。   In the present embodiment, a primer strand for DNA extension in which a part or all of the nucleotides of the primer strand are replaced with LNA is used. Although all the nucleotides may be substituted with LNA, only the nucleotide at the 3 ′ end of the primer strand that strongly affects the extension reaction may be substituted with LNA.

前記の理由により、DNAと比較してLNAは1塩基のミスマッチでも容易に検出できる。そのため、LNAは単一ヌクレオチド多型(SNP)解析に有効である。   For the above reasons, LNA can be easily detected even with a single base mismatch compared to DNA. Therefore, LNA is effective for single nucleotide polymorphism (SNP) analysis.

本発明の遺伝子の検出方法によりSNPを検出する場合には、プライマー鎖の末端にSNP位置を設定する。SNP位置にLNAを設定することにより、DNAの場合と比較してより検出感度の高いSNP解析が可能となる。   When SNP is detected by the gene detection method of the present invention, the SNP position is set at the end of the primer chain. By setting LNA at the SNP position, it is possible to perform SNP analysis with higher detection sensitivity than in the case of DNA.

次に、基体の表面へのプライマー鎖の固定化方法について説明する。
例えば、(i)基体上の高分子物質に含まれる複数の活性エステル基のうち、少なくとも一部の活性エステル基とプライマー鎖とを反応させて共有結合を形成させることにより、基体表面でプライマー鎖を固定化し、続いて(ii)プライマー鎖を固定化した以外の基体表面の活性エステル基を不活性化する、すなわち残りの活性エステル基を不活性化することにより、プライマー鎖を基体の表面に固定することができる。以下、それぞれの工程について説明する。
Next, a method for immobilizing primer chains on the surface of the substrate will be described.
For example, (i) among the plurality of active ester groups contained in the polymer substance on the substrate, at least some of the active ester groups react with the primer chain to form a covalent bond, thereby forming a primer chain on the substrate surface. Followed by (ii) deactivating the active ester groups on the surface of the substrate other than the immobilized primer strands, i.e. deactivating the remaining active ester groups. Can be fixed. Hereinafter, each process will be described.

上記工程(i)において、鋳型DNA断片とアニールするプライマー鎖を基体上に固定化する際には、プライマー鎖を溶解または分散した液体を点着する方法が好ましい。高分子物質に含まれる活性エステル基の一部がプライマー鎖と反応して、プライマー鎖の間で共有結合が形成される。   In the above step (i), when the primer strand to be annealed with the template DNA fragment is immobilized on the substrate, a method of spotting a liquid in which the primer strand is dissolved or dispersed is preferable. A part of the active ester group contained in the polymer substance reacts with the primer chain, and a covalent bond is formed between the primer chains.

このプライマー鎖を溶解または分散した液体は、例えば中性からアルカリ性、例えばpHが7.6以上とすることができる。   The liquid in which the primer strand is dissolved or dispersed can be, for example, neutral to alkaline, for example, pH 7.6 or higher.

また、点着後、基体表面に固定化されなかったプライマー鎖を除去するため、純水や緩衝液で洗浄してもよい。   Further, after the spotting, in order to remove the primer chain that is not immobilized on the surface of the substrate, it may be washed with pure water or a buffer solution.

また、上記工程(ii)に示したように、洗浄後はプライマー鎖を固定化した以外のプラスチック基体表面の活性エステルの不活性化処理をアルカリ化合物、あるいは一級アミノ基を有する化合物で行う。   Further, as shown in the above step (ii), after the washing, the inactive treatment of the active ester on the surface of the plastic substrate other than the immobilized primer chain is performed with an alkali compound or a compound having a primary amino group.

アルカリ化合物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、ホウ酸ナトリウム、水酸化リチウム、リン酸カリウムなどを用いることができる。   Examples of the alkali compound include sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, sodium bicarbonate, disodium hydrogen phosphate, calcium hydroxide, magnesium hydroxide, sodium borate, lithium hydroxide, and potassium phosphate. it can.

一級アミノ基を有する化合物としては、グリシン、9−アミノアクアジン、アミノブタノール、4−アミノ酪酸、アミノカプリル酸、アミノエタノール、5−アミノ2,3−ジヒドロー1,4−ペンタノール、アミノエタンチオール塩酸塩、アミノエタンチオール硫酸、2−(2−アミノエチルアミノ)エタノール、リン酸二水素2−アミノエチル、硫酸水素アミノエチル、4−(2−アミノエチル)モルホリン、5-アミノフルオレセイン、6−アミノヘキサン酸、アミノヘキシルセルロース、p−アミノ馬尿酸、2−アミノ−2−ヒドロキシメチル−1,3−プロパンジオール、5−アミノイソフタル酸、アミノメタン、アミノフェノール、2−アミノオクタン、2−アミノオクタン酸、1−アミノ2−プロパノール、3−アミノ−1−プロパノール、3−アミノプロペン、3−アミノプロピオニトリル、アミノピリジン、11−アミノウンデカン酸、アミノサリチル酸、アミノキノリン、4−アミノフタロニトリル、3−アミノフタルイミド、p−アミノプロピオフェノン、アミノフェニル酢酸、アミノナフタレンなどを用いることができる。これらのうち、アミノエタノール、グリシンを用いることが好ましい。   Examples of the compound having a primary amino group include glycine, 9-amino aquadine, aminobutanol, 4-aminobutyric acid, aminocaprylic acid, aminoethanol, 5-amino2,3-dihydro-1,4-pentanol, aminoethanethiol Hydrochloride, aminoethanethiolsulfuric acid, 2- (2-aminoethylamino) ethanol, 2-aminoethyl dihydrogen phosphate, aminoethyl hydrogensulfate, 4- (2-aminoethyl) morpholine, 5-aminofluorescein, 6- Aminohexanoic acid, aminohexyl cellulose, p-aminohippuric acid, 2-amino-2-hydroxymethyl-1,3-propanediol, 5-aminoisophthalic acid, aminomethane, aminophenol, 2-aminooctane, 2-amino Octanoic acid, 1-amino-2-propanol, 3-amino-1-propyl Lopanol, 3-aminopropene, 3-aminopropionitrile, aminopyridine, 11-aminoundecanoic acid, aminosalicylic acid, aminoquinoline, 4-aminophthalonitrile, 3-aminophthalimide, p-aminopropiophenone, aminophenylacetic acid , Aminonaphthalene and the like can be used. Of these, aminoethanol and glycine are preferably used.

また、基体に固定化するプライマー鎖には、活性エステル基との反応性を高めるため、アミノ基を導入しておくことが好ましい。アミノ基は活性エステル基との反応性に優れるため、アミノ基が導入されたプライマー鎖を用いることにより、効率よくかつ強固に基体の表面上にプライマー鎖を固定化することができる。アミノ基の導入位置はプライマー鎖末端あるいは側鎖であってもよいが、分子鎖末端に導入されていることが、相補的な鋳型DNA断片とのアニーリングをより一層効率よく行うことができるという観点からは、好ましい。   In addition, an amino group is preferably introduced into the primer chain to be immobilized on the substrate in order to increase the reactivity with the active ester group. Since the amino group has excellent reactivity with the active ester group, the primer chain can be efficiently and firmly immobilized on the surface of the substrate by using the primer chain into which the amino group has been introduced. The introduction position of the amino group may be the end of the primer chain or the side chain, but it is introduced at the end of the molecular chain so that annealing with a complementary template DNA fragment can be performed more efficiently. Is preferable.

以上により、プライマー鎖が固定化されたDNAマイクロアレイが得られる。   As described above, a DNA microarray having a primer strand immobilized thereon can be obtained.

上記のように作製されたDNAマイクロアレイ表面に、固定化されたプライマー鎖にアニールさせる検出する着目遺伝子の鋳型DNA断片または鋳型RNA断片、DNA鎖伸長用酵素系、及びヌクレオチドモノマーを含む試料が導入される。   A sample containing a template DNA fragment or template RNA fragment of the gene of interest to be detected to be annealed to the immobilized primer strand, a DNA strand extension enzyme system, and a nucleotide monomer is introduced onto the surface of the DNA microarray prepared as described above. The

この導入された試料からなる反応系としては、DNA鎖伸長用酵素系は、DNAポリメラーゼまたはDNAリガーゼのいずれかを用い、ヌクレオチドモノマー(dATP,dCTP,dGTP,dTTPなど)を含有するバッファーを用いることができる。   As the reaction system comprising the introduced sample, the DNA chain elongation enzyme system uses either DNA polymerase or DNA ligase, and uses a buffer containing nucleotide monomers (dATP, dCTP, dGTP, dTTP, etc.). Can do.

バッファー中には、少なくとも2mmol/L、好ましくは2mmol/L〜6mmol/Lのマグネシウムイオンを含むことにより、遺伝子の検出感度が向上する。   By including at least 2 mmol / L, preferably 2 mmol / L to 6 mmol / L magnesium ions in the buffer, the gene detection sensitivity is improved.

また、DNAポリメラーゼの中でも、特に耐熱性細菌に由来するDNAポリメラーゼであるTaqDNAポリメラーゼ、TthDNAポリメラーゼ、PfuDNAポリメラーゼなどを用いることもできる。   Among DNA polymerases, Taq DNA polymerase, Tth DNA polymerase, Pfu DNA polymerase, and the like, which are DNA polymerases derived from heat-resistant bacteria, can also be used.

また、これらヌクレオチドモノマーの少なくとも一種をラベルしておくことができる。例えば、dTTPの塩基の3位を蛍光ラベルしたCy3−dUTPをヌクレオチドモノマーとして用いることで、鋳型DNA断片のアデニン(A)に対応する伸長(プライマー)側の位置にCy3−dUTPが挿入される。これにより、伸長反応が生じたプライマーから形成されるDNA断片がCy3−dUTPで蛍光染色されて、このDNA断片の検出を行うことができるようになる。   In addition, at least one of these nucleotide monomers can be labeled. For example, by using Cy3-dUTP fluorescently labeled at position 3 of the base of dTTP as a nucleotide monomer, Cy3-dUTP is inserted at a position on the extension (primer) side corresponding to adenine (A) of the template DNA fragment. Thereby, the DNA fragment formed from the primer in which the extension reaction has occurred is fluorescently stained with Cy3-dUTP, and this DNA fragment can be detected.

なお、他のヌクレオチドモノマーをラベルしてもよく、また複数の種類のヌクレオチドモノマーをラベルしてもよい。また、ラベル方法も蛍光体の導入の他に、光吸収体の導入の方法、放射線ラベルの方法(P32-ATP、P32-dATP)、酵素標識などの非放射性ラベルの方法などによってもDNA鎖を検出することができる。 Other nucleotide monomers may be labeled, and a plurality of types of nucleotide monomers may be labeled. In addition to also label Methods of introduction of the phosphor, a method of introducing light absorbing method of radiolabeled (P 32 -ATP, P 32 -dATP ), by a method of non-radioactive labels such as enzyme labels DNA The strand can be detected.

この酵素標識の方法においては、ビオチン(biotin)化またはジゴキシゲニン(DIG:ステロイド系天然物)を結合した核酸(例えば、biotin-dUTP、DIG-dUTP)を使用してプライマーを伸張させた後、蛍光標識化したり、アルカリフォスファターゼまたはアルカリフォスファターゼ処理しニトロブルーテトラゾリウム(NBT)と5−ブロモ−4−クロロ−3−インドリルリン酸(BCIP)液中で数時間反応させることによってDNAを検出することができる。   In this enzyme labeling method, a nucleic acid (for example, biotin-dUTP, DIG-dUTP) bound to biotin (biotin) or digoxigenin (DIG: steroidal natural product) is used to extend the primer, and then fluorescence. DNA can be detected by labeling or treating with alkaline phosphatase or alkaline phosphatase and reacting in nitroblue tetrazolium (NBT) and 5-bromo-4-chloro-3-indolyl phosphate (BCIP) for several hours. it can.

試料が導入された反応系の温度を、DNA鎖の熱変性温度(melting temperature:Tm)以上、例えば90℃〜95℃まで上昇させる。この熱変性処理により、自己相補鎖などで見られる折れたたみ構造を有する鋳型DNA断片やプライマーが直鎖状の一本鎖になる。   The temperature of the reaction system into which the sample is introduced is increased to a temperature higher than the heat denaturation temperature (Tm) of the DNA strand, for example, 90 ° C to 95 ° C. By this heat denaturation treatment, a template DNA fragment or primer having a folded structure found in a self-complementary strand or the like becomes a linear single strand.

続いて、反応系の温度をプライマーと鋳型DNA断片とがアニールする温度(アニール温度)、例えば4℃〜72℃、好ましくは50℃〜72℃まで下降させる。このアニール処理により、鋳型DNA断片の一部と相補的な配列を有するプライマー鎖と、この鋳型DNA断片とが二本鎖になる。この反応系に対して、洗浄処理を行わずにそのままDNA伸長反応に進める。また、アニールさせる工程で、熱変性温度以上から例えば4℃〜室温まで急冷させる工程を経た後、アニールする温度まで昇温させても良い。   Subsequently, the temperature of the reaction system is lowered to a temperature at which the primer and the template DNA fragment anneal (annealing temperature), for example, 4 ° C. to 72 ° C., preferably 50 ° C. to 72 ° C. By this annealing treatment, a primer strand having a sequence complementary to a part of the template DNA fragment and the template DNA fragment become a double strand. The reaction system is directly subjected to a DNA extension reaction without washing. Further, in the annealing step, the temperature may be raised to the annealing temperature after passing through the step of quenching from the heat denaturation temperature or higher to, for example, 4 ° C. to room temperature.

ここで、従来では、アニール処理した後で伸長反応の前に、二本鎖を組まなかったDNA断片を除くため、の洗浄処理が必要であったが、本実施形態では、基体上に非特異的に吸着するDNA断片がないため、および基体表面環境がDNA鎖伸長にかかる酵素反応に適しているため基体の洗浄処理が不要になる。このようにして、試料導入からDNA鎖の伸長反応までを同一の液相系、すなわち反応系をそのまま用いることができる。   Here, conventionally, a washing treatment was required to remove the DNA fragments that did not form a double strand after the annealing treatment and before the extension reaction. Since there is no DNA fragment to be adsorbed on the surface and the substrate surface environment is suitable for an enzymatic reaction related to DNA chain elongation, the substrate is not required to be washed. In this way, the same liquid phase system from the sample introduction to the DNA chain extension reaction, that is, the reaction system can be used as it is.

DNA伸長では、アニール処理を行った反応系の温度を、更に一定温度に保つように制御することが好ましい。   In DNA elongation, it is preferable to control the temperature of the reaction system subjected to the annealing treatment so as to keep the temperature constant.

ここでは、鋳型DNA断片に対して耐熱性DNAポリメラーゼを用いた例を示したが、DNA鎖を鋳型として新たなDNA鎖を合成する酵素であれば特に限定はされない。このようなDNAポリメラーゼとしては、ポルI型DNAポリメラーゼ(大腸細菌DNAポリメラーゼI、クレノウ断片など)、α型DNAポリメラーゼ(ピロコッカス・フリオサス由来DNAポリメラーゼ、VENT DNAポリメラーゼ、KOD DNAポリメラーゼ、DEEP VENT DNAポリメラーゼ)及び非α非ポルI型DNAポリメラーゼ(国際公開第97/24444号パンフレット記載のDNAポリメラーゼ)等が挙げられる。   Here, an example in which a heat-resistant DNA polymerase is used for a template DNA fragment is shown, but there is no particular limitation as long as it is an enzyme that synthesizes a new DNA strand using a DNA strand as a template. Examples of such a DNA polymerase include pol I type DNA polymerase (such as colonic bacterial DNA polymerase I and Klenow fragment), α type DNA polymerase (Pyrococcus furiosus-derived DNA polymerase, VENT DNA polymerase, KOD DNA polymerase, DEEP VENT DNA polymerase). And non-α non-pol I type DNA polymerase (DNA polymerase described in WO 97/24444 pamphlet) and the like.

DNAポリメラーゼの代わりに、DNAリガーゼを用いてもDNA鎖伸長反応を行うことができるため、DNA鎖増幅を行うことが可能である。   Since the DNA chain elongation reaction can be carried out using a DNA ligase instead of the DNA polymerase, the DNA chain can be amplified.

このDNA鎖増幅のためには、基体上の一定の区画内に複数のスポットを設けておき、各スポットにプライマーDNA鎖を固定化しておき、マイクロアレイを形成しておくことが好ましい。   For this DNA strand amplification, it is preferable to provide a plurality of spots in a fixed section on the substrate, immobilize the primer DNA strands in each spot, and form a microarray.

また、基体の表面に固定化させるDNA伸長用プライマーDNA鎖の長さを検出対象に応じて任意に決定することができ、例えば5〜50塩基とすることができる。   Further, the length of the DNA extension primer DNA chain to be immobilized on the surface of the substrate can be arbitrarily determined according to the detection target, for example, 5 to 50 bases.

DNA伸長反応の後に、反応液を除去して、DNAマイクロアレイを、例えば0.1wt%のTWEEN20溶液を用いて洗浄して、終了する。   After the DNA extension reaction, the reaction solution is removed, and the DNA microarray is washed with, for example, a 0.1 wt% TWEEN20 solution, and the process is terminated.

以下に、本実施形態となる遺伝子の検出方法の流れについて記載する。   Hereinafter, the flow of the gene detection method according to this embodiment will be described.

基体表面へ固定化するプライマーの選択は、検出対象の遺伝子に特異的な配列をもとに設計する、プライマー鎖の長さは、20〜30塩基がDNAの伸長反応のし易さから好適である。   Selection of the primer to be immobilized on the substrate surface is designed based on a sequence specific to the gene to be detected. The length of the primer chain is preferably 20 to 30 bases because of the ease of DNA elongation reaction. is there.

設計されたプライマー鎖の5’末端にアミノ修飾がなされ、基体表面の活性エステル基と反応し基体上への強固に固定化される。   The designed primer strand is amino-modified at the 5 'end, reacts with the active ester group on the substrate surface, and is firmly immobilized on the substrate.

本発明を用いた、遺伝子の検出方法の例を記載する。ただし本記載例に限定したものではない。   An example of a gene detection method using the present invention will be described. However, it is not limited to this description example.

まず、採取したヒトの血液等からDNAを抽出する。抽出する方法として、市販のDNA抽出キットを使用することがあげられる。   First, DNA is extracted from collected human blood or the like. An example of the extraction method is to use a commercially available DNA extraction kit.

次に、抽出されたDNAを断片化する。抽出されたDNA鎖は長いため断片化の工程が必要になる。断片化すなわち切り出しの方法の一つにPCRがあげられる。遺伝子特異配列を含む部分を増幅するように、プライマー設計を行い、PCRにより増幅することにより、DNA鎖の一部の切り出しを行なう、切り出されるDNA鎖の長さが、100〜1000塩基程度になるように、プライマーの設計をおこなう。   Next, the extracted DNA is fragmented. Since the extracted DNA strand is long, a fragmentation step is required. One method of fragmentation, that is, excision, is PCR. The primer is designed so as to amplify a part including the gene-specific sequence, and a part of the DNA strand is cut out by PCR amplification. The length of the DNA strand to be cut out is about 100 to 1000 bases. In this way, the primer is designed.

DNA鎖の断片化は、PCRの他に超音波による破砕も可能である。しかし、破砕条件については、DNA鎖が細断片化されない注意を要する。また、制限酵素による断片化も
可能である。
In addition to PCR, fragmentation of DNA strands can be disrupted by ultrasonic waves. However, regarding the crushing conditions, care must be taken that the DNA strand is not fragmented. In addition, fragmentation with restriction enzymes is also possible.

DNA鎖断片化の後、プライマー鎖が固定された基体上で、DNA伸長反応を行う。   After DNA strand fragmentation, a DNA extension reaction is performed on the substrate on which the primer strand is fixed.

断片化されたDNA鎖、DNA伸長酵素、ヌクレオチドモノマーを含む溶液を、プライマーDNA鎖が固定された基体上に供給し、必要に応じてカバーガラスをかけ、密閉容器中に納め、所定のヒートサイクルにより加熱を行いDNA鎖の伸長反応を行う。   Supply the solution containing the fragmented DNA strand, DNA extension enzyme, and nucleotide monomer onto the substrate on which the primer DNA strand is fixed, cover it with a cover glass if necessary, place it in a sealed container, and perform the prescribed heat cycle. The DNA strand is subjected to an elongation reaction by heating with.

ヌクレオチドモノマーの何れかに、Cy3などの蛍光色素を標識しておけば、蛍光スキャナーによりスポットの確認が可能である。   If a fluorescent dye such as Cy3 is labeled on any of the nucleotide monomers, the spot can be confirmed with a fluorescent scanner.

あるいは、ヌクレオチドモノマーの何れかに、ビオチンを標識しておき、DNA伸長反応の後、アルカリフォスファターゼを標識したアビジンを反応させることにより、伸長したDNAにアルカリフォスファターゼを標識した後、BCIP/NTBなどの発色試薬を作用させることにより、DNAが伸長したスポットの可視化が可能となる。可視化された
スポットは、目での認識が可能である他、デジカメやOAスキャナーで画像を認識し、画像処理ソフトなどを使って、スポットの強度の解析も可能となる。
Alternatively, biotin is labeled on any nucleotide monomer, and after the DNA extension reaction, alkaline phosphatase is labeled on the extended DNA by reacting with avidin labeled with alkaline phosphatase, and then BCIP / NTB or the like. By allowing the coloring reagent to act, it is possible to visualize a spot where DNA has been extended. The visualized spot can be recognized by the eyes, and the spot intensity can be analyzed by using an image processing software or the like by recognizing an image with a digital camera or an OA scanner.

以下、実施例を記載する。 Examples will be described below.

(実験例1)
以下の手法にて、遺伝子に特異的なDNA配列よりなるLNA化したプライマー鎖およびLNA化しないプライマー鎖を、本実施形態に対応するプラスチック基体の表面に固定化して、各プライマー固定化基体上でDNA鎖伸長反応を行って、プライマーのDNA鎖伸長反応を検出し、遺伝子の検出能の評価を行った。このとき、LNA化したヌクレオチドの位置は、プライマー鎖の3’末端の1箇所とした。本実施例では、遺伝子として大腸菌、黄色ブドウ球菌、サルモネラ菌および緑膿菌23SリボゾームDNAを使用した。
(Experimental example 1)
By the following method, a primer strand made of a DNA sequence specific to a gene and a primer strand not made of LNA are immobilized on the surface of a plastic substrate corresponding to this embodiment, and each primer-immobilized substrate is immobilized on each primer-immobilized substrate. A DNA chain extension reaction was performed to detect the DNA chain extension reaction of the primer, and the gene detectability was evaluated. At this time, the position of the nucleotide converted to LNA was one at the 3 ′ end of the primer strand. In this example, Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Salmonella and Pseudomonas aeruginosa 23S ribosomal DNA were used as genes.

(プラスチック基板の製造)
飽和環状ポリオレフィン樹脂(5−メチル−2ノルボルネンの開環重合体の水素添加物(MFR(Melt flow rate):21g/10分、水素添加率:実質的に100%、熱変形温度123℃)を用い、射出成形によりスライドガラス形状の基板を得た。基板を2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン−ブチルメタクリレート−p−ニトロフェニルオキシカルボニルポリエチレングリコールメタクリレート共重合体(各基は、モル%で25:74:1)の0.5重量%エタノール溶液に浸漬することにより、基板表面にホスホリルコリン基と活性エステル基とを有する高分子物質を導入して、プラスチック基板を得た。
(Manufacture of plastic substrates)
Saturated cyclic polyolefin resin (hydrogenated ring-opening polymer of 5-methyl-2-norbornene (MFR (Melt flow rate): 21 g / 10 min, hydrogenation rate: substantially 100%, heat distortion temperature 123 ° C.)) A glass-shaped substrate was obtained by injection molding, and the substrate was 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine-butylmethacrylate-p-nitrophenyloxycarbonylpolyethyleneglycol methacrylate copolymer (each group in mol% at 25:74: A polymer substrate having a phosphorylcholine group and an active ester group was introduced onto the substrate surface by dipping in a 0.5 wt% ethanol solution of 1) to obtain a plastic substrate.

(プライマー固定)
5’末端がアミノ基で修飾された、各菌23SリボゾームDNA配列特異なオリゴDNA鎖を0.25M炭酸バッファー(pH9.0)を用いて溶解し、10μMのオリゴDNA溶液を調製した。このとき、3’末端をLNA化したオリゴDNA鎖とLNA化しないオリゴDNA鎖の両者を調整した。これら溶液をスポッタ(日立ソフトウェアーエンジニアリング製Marks-I)を用い、100μm径クロスカットピンでプラスチック基板の表面上にスポットした。オリゴDNAをスポットした基板を、80℃で一時間加熱して、オリゴDNA(プライマー)を固定化させた。
スポットおよび固定化させた大腸菌検出用プライマーの鎖配列を下記に示す。
黄色ブドウ球菌:agtaggataggcgaagcgtgcgatt SA
agtaggataggcgaagcgtgcgatt SA−LNA
大腸菌: ctgatatgtaggtgaagcgacttgctcg ECO
ctgatatgtaggtgaagcgacttgctcg ECO−LNA
緑濃菌: gttaatcgacgcagggttagtcggtt PA
gttaatcgacgcagggttagtcggtt PA―LNA
サルモネラ菌: tgtgtgttccaggtaaatccggttc SAL
tgtgtgttccaggtaaatccggttc SAL−LNA
ポジティブコントロール:gacagccaggatgttggcttagaagcagc POS
(Primer fixation)
Each microbe 23S ribosomal DNA sequence-specific oligo DNA strand modified with an amino group at the 5 ′ end was dissolved using 0.25 M carbonate buffer (pH 9.0) to prepare a 10 μM oligo DNA solution. At this time, both the oligo DNA strand having LNA at the 3 ′ end and the oligo DNA strand not having LNA were prepared. These solutions were spotted on the surface of a plastic substrate using a spotter (Marks-I manufactured by Hitachi Software Engineering Co., Ltd.) with a 100 μm diameter cross cut pin. The substrate on which the oligo DNA was spotted was heated at 80 ° C. for 1 hour to immobilize the oligo DNA (primer).
The chain sequences of the spot and immobilized E. coli detection primers are shown below.
Staphylococcus aureus: agtaggataggcgaagcgtgcgatt SA
agtaggataggcgaagcgtgcgatt SA-LNA
E. coli: ctgatatgtaggtgaagcgacttgctcg ECO
ctgatatgtaggtgaagcgacttgctcg ECO-LNA
Green bacterium: gttaatcgacgcagggttagtcggtt PA
gttaatcgacgcagggttagtcggtt PA-LNA
Salmonella: tgtgtgttccaggtaaatccggttc SAL
tgtgtgttccaggtaaatccggttc SAL-LNA
Positive control: gacagccaggatgttggcttagaagcagc POS

(菌の培養)
以下に掲げる菌株の培養を行った。
使用した菌株名
黄色ブドウ球菌:Staphylococcus aureus ATCC 25923
大腸菌:Escherichia coli ATCC 25922
緑膿菌:Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853
サルモネラ菌:
Salmonella enterica subsp. enterica serovar Typhimurium ATCC 14028
Salmonella enterica subsp. enterica serovar Enteritidis IID 604
寒天培地を用い、37℃、一昼夜(14-18時間)行なった。培地はインスタント培地である"普通ブイヨン栄研"を用い、液体培地は" 普通ブイヨン栄研"の指示量を脱塩水に溶かし、寒天培地はそれに1.6%の寒天を加え、それぞれオートクレーブ後、使用した。
(Bacteria culture)
The following strains were cultured.
Strain name Staphylococcus aureus used: Staphylococcus aureus ATCC 25923
Escherichia coli ATCC 25922
Pseudomonas aeruginosa: Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853
Salmonella:
Salmonella enterica subsp. Enterica serovar Typhimurium ATCC 14028
Salmonella enterica subsp.enterica serovar Enteritidis IID 604
Using an agar medium, it was performed at 37 ° C. for a whole day and night (14-18 hours). The medium used was "Normal Bouillon Eiken" which is an instant medium, the liquid medium was dissolved in the indicated amount of "Normal Bouillon Eiken" in demineralized water, 1.6% agar was added to the agar medium, and each was used after autoclaving. .

(23SリボゾームDNAの抽出)
上記菌培養における1つのコロニーを、200μlのPBS(−)中に分散させ、DNA抽出キット(Invitrogen)を用い、3μlのDNA抽出液を得た。
(PCRによる23SリボゾームDNA鎖増幅反応)
23SリボゾームDNAのユニバーサルプライマーを用い、PCR反応により23SリボゾームDNAの増幅をおこなった。
PCRによる増幅に使用プライマーの配列を下記に示す。
プライマー配列:
センス :5‘−gacagccaggatgttggcttagaagcagc
アンチセンス:下記を同量混合したものを用いた。
5‘−ggaatttcgctaccttaggaccgttatagttacg
5‘−ggaatttcgctaccttaggatggttatagttacc
25μL中に上記プライマー各々を12.5pmol、200μMのdATP、dCTP、dGTP、dTTP、0.5UのDNAポリメラーゼ(タカラバイオ株式会社製Ex Taq)をPCRバッファー中に溶解させ、
サーマルサイクラーにより、熱変性95℃1分、アニーリング75℃2分、DNA鎖の伸長反応72℃5分のヒートサイクルで、10サイクル行い、PCR産物を得た。
(Extraction of 23S ribosomal DNA)
One colony in the above bacterial culture was dispersed in 200 μl of PBS (−), and 3 μl of DNA extract was obtained using a DNA extraction kit (Invitrogen).
(23S ribosomal DNA chain amplification reaction by PCR)
23S ribosomal DNA was amplified by PCR reaction using a universal primer of 23S ribosomal DNA.
The sequences of primers used for amplification by PCR are shown below.
Primer sequence:
Sense: 5'-gacagccaggatgttggcttagaagcagc
Antisense: The same amount of the following was used.
5'-ggaatttcgctaccttaggaccgttatagttacg
5'-ggaatttcgctaccttaggatggttatagttacc
12.5 pmol of each of the above primers in 25 μL, 200 μM dATP, dCTP, dGTP, dTTP, 0.5 U of DNA polymerase (Ex Taq manufactured by Takara Bio Inc.) was dissolved in the PCR buffer,
A thermal cycler was used for 10 cycles of heat denaturation at 95 ° C. for 1 minute, annealing at 75 ° C. for 2 minutes, and DNA strand extension reaction at 72 ° C. for 5 minutes to obtain a PCR product.

(基板上でのDNAの伸長反応)
PCRバッファー(タカラバイオ株式会社製10X EX Taq Buffer (Mg2+ free))25μL中に2μlの上記PCR産物、100μMのdATP、dCTP、dGTP、Cy3標識dUTP、0.5UのDNAポリメラーゼ(タカラバイオ株式会社製Ex Taq)、2mmol/Lのマグネシウムイオン(塩化マグネシウム)を溶解させ試料溶液とし、以降の実施例に使用した。
(DNA elongation reaction on the substrate)
2 μl of the above PCR product, 100 μM dATP, dCTP, dGTP, Cy3-labeled dUTP, 0.5 U DNA polymerase (Takara Bio Inc.) in 25 μL of PCR buffer (10X EX Taq Buffer (Mg 2+ free) manufactured by Takara Bio Inc.) Ex Taq manufactured by company) 2 mmol / L magnesium ion (magnesium chloride) was dissolved to prepare a sample solution, which was used in the following examples.

試料溶液を95℃で5分熱変性させた後、基板上に分注し、65℃で60分静置させDNA鎖伸長反応を行った。   The sample solution was heat denatured at 95 ° C. for 5 minutes, dispensed on a substrate, and allowed to stand at 65 ° C. for 60 minutes to carry out a DNA chain elongation reaction.

DNA伸長反応の後、基板を0.1wt%のSDS溶液を用いて洗浄して、終了した。
スライド用スキャナー(ScanArrayパーキンエルマー社製)によりスポットの蛍光強度を測定した。
各々の菌から抽出したDNA溶液について、基板上に固定した上記プライマー各々のスポットの蛍光強度について比較をおこなった。
After the DNA extension reaction, the substrate was washed with a 0.1 wt% SDS solution to finish.
The fluorescence intensity of the spot was measured with a slide scanner (manufactured by ScanArray PerkinElmer).
The DNA solution extracted from each bacterium was compared with respect to the fluorescence intensity of each spot of the primer immobilized on the substrate.

(実験例2)
実施例1に記載の試料溶液中に溶解させるマグネシウムイオン濃度を4mmol/Lとして、その他の工程は実施例1と同様に行った。
(Experimental example 2)
The other steps were performed in the same manner as in Example 1 except that the magnesium ion concentration dissolved in the sample solution described in Example 1 was 4 mmol / L.

(実施例3)
実施例1に記載の試料溶液中に溶解させるマグネシウムイオン濃度を6mmol/Lとして、その他の工程は実施例1と同様に行った。
(Example 3)
The other steps were performed in the same manner as in Example 1 except that the magnesium ion concentration dissolved in the sample solution described in Example 1 was 6 mmol / L.

実施例1〜3におけるスポットの蛍光強度の比較を表1〜表3に示す。   Tables 1 to 3 show a comparison of the fluorescence intensity of the spots in Examples 1 to 3.

Figure 2007222010
Figure 2007222010

Figure 2007222010
Figure 2007222010

Figure 2007222010
Figure 2007222010

LNA化したプライマー鎖で遺伝子を検出した場合には、LNA化していないプライマー鎖で検出した場合と比較して、検出シグナル量が大きい、非特異的なシグナル検出が起こりにくい結果となった。   When a gene was detected with a primer strand converted to LNA, the detection signal amount was large and nonspecific signal detection was less likely to occur than when detected with a primer strand not converted to LNA.

Claims (18)

リン脂質の親水部を構成するリン酸エステルより誘導される基を有する第一単位と電子求引性の置換基がカルボニル基に結合してなるカルボン酸誘導基を有する第二単位とを含む高分子物質を表面に有する基体に、
(a)一部または全てのヌクレオチドがLNA(Locked Nucleic Acid)に置換されたDNA伸長用プライマー鎖を基体表面に固定化する工程、
(b)検出する着目遺伝子のDNA断片またはRNA断片、ヌクレオチドモノマー、及びDNA伸長用酵素を含む試料溶液を基体表面に接触させる工程、
(c)前記試料溶液中のDNA断片をまたはRNA断片を鋳型にして、基体表面に固定化されている前記DNA伸長用プライマー鎖を伸長させる工程、を含むことを特徴とする遺伝子の検出方法。
A high unit containing a first unit having a group derived from a phosphate ester constituting a hydrophilic part of a phospholipid and a second unit having a carboxylic acid derivative group in which an electron-withdrawing substituent is bonded to a carbonyl group. In a substrate having a molecular substance on the surface,
(A) a step of immobilizing a DNA extension primer strand in which a part or all of the nucleotides are replaced with LNA (Locked Nucleic Acid) on the surface of the substrate;
(B) a step of bringing a sample solution containing a DNA fragment or RNA fragment of a target gene to be detected, a nucleotide monomer, and a DNA extension enzyme into contact with the substrate surface;
(C) using the DNA fragment in the sample solution or the RNA fragment as a template, and extending the DNA extension primer strand immobilized on the substrate surface.
前記DNA伸長用プライマー鎖のLNA置換ヌクレオチドが、プライマー鎖の3’末端を含む位置に導入されていることを特徴とする請求項1記載の遺伝子の検出方法。   The method for detecting a gene according to claim 1, wherein the LNA-substituted nucleotide of the primer strand for DNA extension is introduced at a position including the 3 'end of the primer strand. 前記DNA伸長用プライマー鎖が、前記着目遺伝子の特徴配列を含む塩基配列の一塩基を他の塩基に置き換えられていること特徴とする請求項1又は2記載の遺伝子の検出方法。   The method for detecting a gene according to claim 1 or 2, wherein in the primer strand for DNA extension, one base of the base sequence including the characteristic sequence of the gene of interest is replaced with another base. 前記一塩基の置き換えが、3’末端で行なわれることを特徴とする請求項3記載の遺伝子の検出方法。   The method for detecting a gene according to claim 3, wherein the substitution of the single base is carried out at the 3 'end. 請求項1〜4いずれか記載に記載の遺伝子の検出方法において、
前記高分子物質の第一単位に含まれるリン酸エステルより誘導される基は、ホスホリルコリン基、ホスホリルエタノールアミン基、ホスホリルセリン基、ホスホリルイノシトール基、ホスホリルグリセロール基、ホスファチジルホスホリルグリセロール基のいずれかであることを特徴とする遺伝子の検出方法。
In the detection method of the gene in any one of Claims 1-4,
The group derived from the phosphate ester contained in the first unit of the polymer substance is any one of phosphorylcholine group, phosphorylethanolamine group, phosphorylserine group, phosphorylinositol group, phosphorylglycerol group, and phosphatidylphosphorylglycerol group. A gene detection method characterized by the above.
請求項1〜5いずれか記載の遺伝子の検出方法において、
前記ヌクレオチドモノマーのいずれかに標識がなされていることを特徴とする遺伝子の検出方法。
In the detection method of the gene in any one of Claims 1-5,
A method for detecting a gene, wherein any one of the nucleotide monomers is labeled.
請求項6記載の遺伝子の検出方法において、
標識が蛍光色素であることを特徴とする遺伝子の検出方法。
The method for detecting a gene according to claim 6, wherein
A method for detecting a gene, wherein the label is a fluorescent dye.
請求項6記載の遺伝子の検出方法において、
更に(d)ヌクレオチドモノマーの標識に酸化還元酵素を導入し、酸化又は還元反応により、発色する基質を加え、該基質を発色させる工程、
を含むことを特徴とする遺伝子の検出方法。
The method for detecting a gene according to claim 6, wherein
(D) introducing a redox enzyme into the label of the nucleotide monomer, adding a substrate that develops color by oxidation or reduction reaction, and causing the substrate to develop color;
A method for detecting a gene comprising:
請求項1〜8いずれか記載の遺伝子の検出方法において、
前記DNA鎖伸長用酵素が、DNAポリメラーゼ又はDNAリガーゼであることを特徴とする遺伝子の検出方法。
In the detection method of the gene in any one of Claims 1-8,
A method for detecting a gene, wherein the enzyme for extending a DNA chain is DNA polymerase or DNA ligase.
請求項1〜9いずれか記載の遺伝子の検出方法において、
前記DNA伸長用プライマー鎖が、前記電子求引性の置換基がカルボニル基に結合してなるカルボン酸誘導基を有する第二単位の部位で共有結合していることを特徴とする遺伝子の検出方法。
In the detection method of the gene in any one of Claims 1-9,
The gene detection method, wherein the DNA extension primer strand is covalently bonded at a site of a second unit having a carboxylic acid derivative group in which the electron-withdrawing substituent is bonded to a carbonyl group .
請求項1〜10いずれか記載の遺伝子の検出方法において、
前記高分子物質がブチルメタクリレート基を含む第三単位を有することを特徴とする遺伝子の検出方法。
In the detection method of the gene in any one of Claims 1-10,
A method for detecting a gene, wherein the polymer substance has a third unit containing a butyl methacrylate group.
請求項1〜11いずれか記載の遺伝子の検出方法において、
前記基体は、前記高分子物質に加えて、リン脂質の親水部を構成するリン酸エステルより誘導される基を有する第一単位と、ブチルメタクリレート基を含む第三単位とを有する第二の高分子物質を含むことを特徴とする遺伝子の検出方法。
In the detection method of the gene in any one of Claims 1-11,
In addition to the polymer substance, the substrate includes a second unit having a first unit having a group derived from a phosphate ester constituting the hydrophilic part of the phospholipid and a third unit containing a butyl methacrylate group. A method for detecting a gene comprising a molecular substance.
請求項1〜12いずれか記載の遺伝子の検出方法において、
前記基体が、プラスチック材料からなることを特徴とする遺伝子の検出方法。
In the detection method of the gene in any one of Claims 1-12,
A gene detection method, wherein the substrate is made of a plastic material.
請求項1〜13いずれか記載の遺伝子の検出方法において、
前記(c)の工程が、所定のヒートサイクルを加えることにより行われることを特徴と
する遺伝子の検出方法。
In the detection method of the gene in any one of Claims 1-13,
The gene detection method, wherein the step (c) is performed by applying a predetermined heat cycle.
請求項14記載の遺伝子の検出方法において、
ヒートサイクル数が1以上であることを特徴とする遺伝子の検出方法。
The method for detecting a gene according to claim 14, wherein
A method for detecting a gene, wherein the number of heat cycles is 1 or more.
請求項14または15に記載の遺伝子の検出方法において、
前記ヒートサイクルが、熱変性温度での保持、アニール処理温度での保持、DNA伸長温度での保持を含むことを特徴とする遺伝子の検出方法。
The method for detecting a gene according to claim 14 or 15,
The gene detection method, wherein the heat cycle includes holding at a heat denaturation temperature, holding at an annealing temperature, and holding at a DNA extension temperature.
請求項16に記載の遺伝子の検出方法において、
アニール処理温度とDNA伸長温度が同一温度であることを特徴とする遺伝子の検出方法。
The method for detecting a gene according to claim 16, wherein
A method for detecting a gene, characterized in that the annealing temperature and the DNA extension temperature are the same.
請求項1〜17いずれか記載の遺伝子の検出方法に使用する遺伝子検出用担体であって、リン脂質の親水部を構成するリン酸エステルより誘導される基を有する第一単位と電子求引性の置換基がカルボニル基に結合してなるカルボン酸誘導基を有する第二単位とを含む高分子物質を表面に有する基体に、一部または全てのヌクレオチドがLNA(Locked Nucleic Acid)に置換されたDNA伸長用プライマー鎖が基体表面に固定化した遺伝子検出用担体。   A carrier for gene detection used in the gene detection method according to any one of claims 1 to 17, wherein the first unit has a group derived from a phosphate ester constituting a hydrophilic part of a phospholipid and an electron withdrawing property. A substrate having a polymer substance containing a second unit having a carboxylic acid-derived group formed by bonding a substituent of carbonyl group to a carbonyl group, a part or all of the nucleotides are substituted with LNA (Locked Nucleic Acid). A gene detection carrier in which a primer strand for DNA extension is immobilized on a substrate surface.
JP2006043350A 2006-02-21 2006-02-21 Method for detecting gene and carrier for detecting gene Pending JP2007222010A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006043350A JP2007222010A (en) 2006-02-21 2006-02-21 Method for detecting gene and carrier for detecting gene

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006043350A JP2007222010A (en) 2006-02-21 2006-02-21 Method for detecting gene and carrier for detecting gene

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007222010A true JP2007222010A (en) 2007-09-06

Family

ID=38544401

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006043350A Pending JP2007222010A (en) 2006-02-21 2006-02-21 Method for detecting gene and carrier for detecting gene

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007222010A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2055788A1 (en) 2007-11-05 2009-05-06 Hitachi Plant Technologies, Ltd. Method of nucleic acid sequence detection and nucleic acid sequence detection substrate
JP2010207180A (en) * 2009-03-12 2010-09-24 Sumitomo Bakelite Co Ltd Reaction vessel for purifying norovirus rna and purification method
WO2012108499A1 (en) 2011-02-10 2012-08-16 三菱レイヨン株式会社 Method for detecting nucleic acid
WO2022140254A1 (en) * 2020-12-21 2022-06-30 Illumina, Inc. Compositions and methods for capturing and amplifying target polynucleotides using modified capture primers

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2055788A1 (en) 2007-11-05 2009-05-06 Hitachi Plant Technologies, Ltd. Method of nucleic acid sequence detection and nucleic acid sequence detection substrate
US8221974B2 (en) 2007-11-05 2012-07-17 Hitachi Plant Technologies, Ltd. Method of nucleic acid sequence detection and nucleic acid sequence detection substrate
US8263334B2 (en) 2007-11-05 2012-09-11 Hitachi Plant Technologies, Ltd. Method of nucleic acid sequence detection and nucleic acid sequence detection substrate
JP2010207180A (en) * 2009-03-12 2010-09-24 Sumitomo Bakelite Co Ltd Reaction vessel for purifying norovirus rna and purification method
WO2012108499A1 (en) 2011-02-10 2012-08-16 三菱レイヨン株式会社 Method for detecting nucleic acid
WO2022140254A1 (en) * 2020-12-21 2022-06-30 Illumina, Inc. Compositions and methods for capturing and amplifying target polynucleotides using modified capture primers

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113348253B (en) Low binding vectors for improved solid phase DNA hybridization and amplification
JP3927580B2 (en) DNA chain extension method, DNA chain amplification method, and DNA array extension microarray
US8088580B2 (en) RNA detection method
JP2015533903A (en) Polymer having orthogonal reactive group and use thereof
JP2007222010A (en) Method for detecting gene and carrier for detecting gene
JP5155660B2 (en) Method for producing cDNA and RNA strand
Leiske et al. Lab in a Tube: Purification, Amplification, and Detection of DNA Using Poly (2‐oxazoline) Multilayers
JP2006230335A (en) Method for detecting gene
JP2009219358A (en) Method for detecting gene and carrier for detecting gene
JP4916689B2 (en) DNA strand amplification method
JP5003484B2 (en) Gene detection method
JP2008304427A (en) Biodevice, manufacturing method, and biosensor
JP2007289088A (en) Gene detection method
JP4922936B2 (en) Bacteria detection method
Beyer et al. Fast‐Track, One‐Step E. coli Detection: A Miniaturized Hydrogel Array Permits Specific Direct PCR and DNA Hybridization while Amplification
JP2006322739A (en) Detection method of gene
JP4534818B2 (en) Polymer compound for biomaterial and polymer solution using the same
JP5568873B2 (en) Biochip manufacturing method
JP2008061515A (en) Method for detecting dna sequence
JP2006017458A (en) Substrate for biochip, and biochip
JP2009011247A (en) Method for detecting gene
JP2007105057A (en) Dna chain elongation method, dna chain amplification method and microarray for dna chain elongation
JP2007037473A (en) Method for detecting gene sequence
JP2008278800A (en) Method for detection of rna virus
JP2013223430A (en) Dna determination chip and dna determination kit