JP2007304091A - 遺伝子検出方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 検出すべき遺伝子配列に対して相補的な塩基配列を有する一本鎖の捕捉プローブを作製し、該捕捉プローブを固相に固定化する固定化工程と、検出すべき遺伝子を一本鎖に変性して遺伝子サンプルを作製する遺伝子サンプル作製工程と、遺伝子サンプルに電気化学的に活性である物質を添加し、遺伝子サンプルと該電気化学的に活性である物質とを化学結合させる結合工程と、電気化学的に活性である物質が結合した遺伝子サンプルと前記固相に固定された一本鎖の捕捉プローブとをハイブリダイズさせ、遺伝子サンプルを固相に捕捉させる遺伝子サンプル捕捉工程と、固相に固定された遺伝子サンプルに結合した電気化学的に活性である物質を、電気化学的な測定により検出する検出工程とを含む。
【選択図】 なし
Description
以下、実施の形態1における遺伝子検出方法について説明する。
(ステップ1)
まず、捕捉プローブを作製する。この捕捉プローブは、検出しようとする遺伝子の配列の全部または一部と同じ配列を持つ。
そしてこの後、前述のようにして得られた捕捉プローブを固相に固定する。本発明で用いる固相は、特に限定されず、例えば、金、白金、白金黒、パラジウム、ロジウムのような貴金属や、グラファイト、グラシーカーボン、パイロリティックグラファイト、カーボンペースト、カーボンファイバーのような炭化物や、酸化チタン、酸化スズ、酸化マンガン、酸化鉛のような酸化物や、Si、Ge、 ZnO、 CdS、TiO、GaAsのような半導体等が挙げられる。なお、以上の物質は電極として利用することができる。その場合、これらの電極は、導電性高分子によって被覆しても良く、このように被覆することによって、より安定な捕捉プローブ固定化電極を調製することができる。
このようにして得られた一本鎖DNAの塩基にハロゲン化合物を付加させる。このハロゲン付加物は特に限定されるものではなく、DNAの塩基にハロゲンを付加できるものであればどれでも良く、一例としてクロロスクシンイミド、ブロモスクシンイミド、ヨードスクシンイミドなど挙げることができる。このハロゲン化合物の溶液を、前述の一本鎖DNAに適量添加し、炭酸水素ナトリウムなどの緩衝液を滴下する。この溶液を氷冷で10分間ジェントルミキシングさせることにより、一本鎖DNAの塩基にハロゲン基を結合させることができる。
次に、電気化学的に活性である物質(以下、単に「電気化学活性物質」と称する)を添加することにより、一本鎖DNAと電気化学活性物質とを共有結合させる。
以下、前述した本実施の形態1の電気化学活性物質の具体例を(化5)に示す。
次に、電気化学活性物質が結合した一本鎖DNA(以下、「標識化遺伝子サンプル」と称する。)を抽出する。抽出手法は、エタノールやアセトニトリルなどでDNAのみを沈殿させ、遠心分離にかけた後、上澄み液を除去する作業を2,3回繰り返し、最後にハイブリ溶液に置換することで得られる。他の手法としては、HPLCで精製したり、ゲルろ過クロマトグラフィーで分取したりする手段がある。また、キアゲン社などで市販されているDNA抽出キットを用いると迅速に抽出できる。
そしてこの後、前述したようにして形成された標識化遺伝子サンプルを含む溶液を、固相に固定化された捕捉プローブに接触させる。これにより、捕捉プローブと、該捕捉プローブと相補的な配列を有する遺伝子サンプルとがハイブリダイズし、標識化遺伝子サンプルが固相に固定化される。この捕捉プローブと標識化遺伝子サンプルをハイブリダイズさせる方法は周知であるため、ここでは説明を省略する。
捕捉プローブと標識化遺伝子サンプルとで二本鎖DNAを形成させた後、リン酸バッファーなどで洗浄処理をして、未反応の遺伝子サンプルなどを除去する。
前記実施の形態1では、ハロゲン化合物を付加させた一本鎖の遺伝子サンプルに電気化学活性物質を直接添加させて結合させたが、ハロゲン化合物を付加させた一本鎖の遺伝子サンプルと電気化学活性物質との結合は、リンカーを介して行っても良い。以下、そのようにした本実施の形態2について説明する。
まず、捕捉プローブ及び、検査対象となる遺伝子サンプルを作製する。この工程については実施の形態1で詳述したので、ここでは説明を省略する。
次に、遺伝子サンプルにハロゲン化合物を付加させる。この工程も実施の形態1で詳述したので、ここでは説明を省略する。
次に、ハロゲン化合物を付加した遺伝子サンプルに、リンカーを添加することにより、一本鎖DNAとリンカーとを共有結合させる。
以下、前述した本実施の形態2のリンカーの具体例を(化7)に示す。
次に、リンカーが結合した一本鎖DNA(以下、「リンカー結合遺伝子サンプル」と称する。)を抽出する。抽出手法は、エタノールやアセトニトリルなどでDNAのみを沈殿させ、遠心分離にかけた後、上澄み液を除去する作業を2,3回繰り返し、最後にハイブリ溶液に置換することで得られる。他の手法としては、HPLCで精製したり、ゲルろ過クロマトグラフィーで分取したりする手段がある。また、キアゲン社などで市販されているDNA抽出キットを用いても良い。
このようにして得られたリンカー結合遺伝子サンプルを、前述した捕捉プローブに接触させる。これにより、捕捉プローブと、該リンカー結合遺伝子サンプルとをハイブリダイズさせる。この捕捉プローブと前記リンカー結合遺伝子サンプルをハイブリダイズさせる方法は周知であるため、ここでは説明を省略する。
次に、捕捉プローブとハイブリダイズしたリンカー結合遺伝子サンプルに、電気化学活性物質を添加することにより、標識化遺伝子サンプルを作製する。
以下、前述した本実施の形態2の電気化学活性物質の具体例を(化9)に示す。
このようにしてリンカー結合遺伝子サンプルに電気化学活性物質を結合させた後、固相に固定化させる。この手法は実施の形態1で詳述したので、ここでは省略する。
固定化後、リン酸バッファーなどで洗浄処理をして、非特異吸着した遺伝子サンプルなどを除去する。
(1)固相表面への核酸プローブの固定化
固相には、金電極を使用した。この金電極は、ガラス基板上にスパッタ装置(アルバック製SH−350)によりチタン10nm厚を下地に金200nm厚を形成し、フォトリソグラフィ工程により電極パターンを形成することで準備した。さらに、電極表面をピラニア溶液(過酸化水素:濃硫酸=1:3)で1分間洗浄し、純水ですすいだ後、窒素ブローで乾燥させた。
遺伝子サンプルには、ヒト由来Cytochrome P−450の遺伝子配列の5’−末端より599−698番目に位置するAATTGAATGA AAACATCAGG ATTGTAAGCA CCCCCTGGAT CCAGATATGC AATAATTTTC CCACTATCAT TGATTATTTC CCGGGAACCC ATAACAAATT(配列番号2)の配列を有する100塩基のオリゴデオキシヌクレオチドを使用した。
まず、テトラヒドロフラン(tetrahydrofuran: THF)60.0mLに溶解させた4,4’−ジメチル−2,2’ビピリジン2.50g(13.5mmol)溶液を窒素雰囲気の容器に注入した後、リチウムジイソプロピルアミド2M溶液16.9mL(27.0mmol)を滴下し、冷却しながら30分撹拌した。一方、同様に窒素気流中で乾燥させた容器に、1,3−ジブロモプロパン4.2mL(41.1mmol)とTHF10mLとを加え、冷却しながら撹拌させた。この容器に、先程の反応液をゆっくり滴下させて2.5時間反応させた。反応溶液は2Nの塩酸で中和し、THFを留去した後、クロロホルムで抽出した。溶媒を留去して得た粗生成物をシリカゲルカラムで精製し、生成物Cを得た(収率47%)。
1H-NMR(300MHz、DMSO d−6)
σ:
1.46 (2H,m)
1.70 (6H,m)
2.12 (4H,m)
2.54 (3H,s)
2.80 (2H,t)
2.85 (2H,t)
3.10 (4H,m)
3.42 (2H,bs)
7.39 (2H,t)
7.57 (6H,m)
7.76 (4H,m)
8.20 (2H,t)
8.76 (4H,t)
8.86 (6H,m)
前述のようにして得られた標識化遺伝子サンプルを、2XSSCに溶解させ、2.0μMに調製した。
以上の工程の後、二本鎖核酸が形成された電極x、及び二本鎖核酸が形成されていない電極yのそれぞれに、0.1MのPBS、及び0.1Mのトリエチルアミンを混合した電解液を80μL滴下した。その後、それぞれの電極x,yに電圧を印加し、この時に生じた電気化学発光の測定を行った。なお、電圧の印加は、0Vから1.3Vまで走査し、3秒間電気化学測定を行った。電気化学発光量の測定は、光電子増倍管(浜松ホトニクス製H7360−01)を用いて行い、電圧走査中における発光量を積分した。
図1から明らかなように、二本鎖核酸が形成された電極xでの発光量は、二本鎖核酸が形成されていない電極yでの発光量と比較して著しく高い値となっており、本発明の手法を用いれば、高感度に二本鎖核酸、すなわち目的遺伝子サンプルを検出できることがわかる。
実施例2では、固相に磁気ビーズを使用した。磁気ビーズは、Bangs Laboratories社製のCM01N/5896ストレプトアビジン磁気ビーズを用いた(粒径0.35μm)。なお、捕捉プローブには実施例1と同様の配列を有し、5’末端のリン酸基を介してビオチンを修飾したプローブを使用した。
標識化遺伝子サンプルは、前記実施例1と同様の物質を使用した。
前記捕捉プローブを固定した磁気ビーズに、2XSSCを14μL加え、そこに10nMに調製した遺伝子サンプルを4μL添加し、70℃で穏やかに振とうさせた。10時間振とうさせた後、溶液をデカントし、40℃に加温した2XSSCで洗浄し、二本鎖核酸が形成された磁気ビーズAを得た。
以上の工程の後、二本鎖核酸が形成された磁気ビーズA及び二本鎖核酸が形成されていない磁気ビーズBをそれぞれ5μLずつ電極に滴下した。電極の下には永久磁石のシートを取り付けており、作用極のみに磁気ビーズが集約するようにした。
遺伝子サンプルは実施例1と同様のサンプルを用いた。100μMに調製した遺伝子サンプルを100μL採取し、2mMに調製したN−ブロモスクシンイミドを37.5μL添加して、5分間氷水で冷却させながら穏やかに撹拌した。
撹拌後、1mMに調製したリンカー(化11)を100μL添加した。
1,4−ブタンジアミン200μL(2.00mmol)をアセトニトリルに溶解させ、この溶液にトリエチルアミン537mL(4.10mmol)、グルタル酸無水物114mg(1.00mmol)を加え、3時間室温で撹拌した。粗生成物をHPLCで精製することにより、上記式11に示すリンカーを得た(収率90.5%)。
1H-NMR(300MHz、CDCl3)
σ:
1.43 (2H,m)
1.66 (4H,m)
2.10 (4H,m)
2.84 (2H,t)
3.06 (2H,m)
3.41 (2H,bs)
捕捉プローブ及び非相補的な捕捉プローブは、実施例1と同様のサンプルを用いた。
まず、上述したリンカー結合遺伝子サンプルを2×SSCで0.1μMに調製した。この溶液2μLと、0.1μMの捕捉プローブを3μL、2XSSCを15μLマイクロチューブに加え、70℃で穏やかに振とうさせた。1時間振とうさせた後、透析チューブに反応溶液を入れ、透析してSSCを脱塩した。
透析後、2μMのWSCを10μL(20.0pmol)、0.2μMのN−ヒドロキシスクシンイミドを10μL(2.0pmol)、1.0μMの電気化学的に活性である物質(下記式12)を1.0μL(1.0pmol)添加し、1時間室温で穏やかに振とうした。
まず、THF60.0mLに溶解させた4,4’−ジメチル−2,2’ビピリジン2.50g(13.5mmol)溶液を窒素雰囲気の容器に注入した後、リチウムジイソプロピルアミド2M溶液16.9mL(27.0mmol)を滴下し、冷却しながら30分撹拌した。一方、同様に窒素気流中で乾燥させた容器に、1,3−ジブロモプロパン4.2mL(41.1mmol)とTHF10mLとを加え、冷却しながら撹拌させた。この容器に、先程の反応液をゆっくり滴下させて2.5時間反応させた。反応溶液は2Nの塩酸で中和し、THFを留去した後、クロロホルムで抽出した。溶媒を留去して得た粗生成物をシリカゲルカラムで精製し、生成物Cを得た(収率47%)。
1H−NMR(300MHz、DMSO d−6)
σ:
1.68 (4H,m)
2.52 (3H,s)
2.84 (4H,m)
3.40 (2H,bs)
7.38 (2H,d)
7.58 (6H,m)
7.73 (4H,m)
8.15 (4H,t)
8.76 (2H,d)
8.86 (4H,d)
以上の工程の後、二本鎖核酸が形成された磁気ビーズC、及び二本鎖核酸が形成されていない磁気ビーズDをそれぞれ5μLずつ電極に滴下した。電極の下には永久磁石のシートを取り付けており、作用極のみに磁気ビーズが集約するようにした。
Claims (22)
- 検体試料中の、特定の配列を有する遺伝子を検出する遺伝子検出方法であって、
前記検出すべき遺伝子に対して相補的な塩基配列を有する一本鎖の捕捉プローブを作製し、該捕捉プローブを固相に固定化する固定化工程と、
前記検出すべき遺伝子を一本鎖に変性して遺伝子サンプルを作製する遺伝子サンプル作製工程と、
前記遺伝子サンプルと電気化学的に活性である物質とを化学結合させる結合工程と、
前記電気化学的に活性である物質が結合した遺伝子サンプルと前記固相に固定された一本鎖の捕捉プローブとをハイブリダイズさせ、前記遺伝子サンプルを前記固相に捕捉させる遺伝子サンプル捕捉工程と、
前記固相に固定された前記遺伝子サンプルに結合した前記電気化学的に活性である物質を、電気化学的な測定により検出する検出工程と、を含む、
ことを特徴とする遺伝子検出方法。 - 検体試料中の、特定の配列を有する遺伝子を検出する遺伝子検出方法であって、
前記検出すべき遺伝子を一本鎖に変性して遺伝子サンプルを作製する遺伝子サンプル作製工程と、
前記遺伝子サンプルと、電気化学的に活性である物質と結合する部位を有するリンカーとを化学結合させる結合工程と、
前記検出すべき遺伝子に対して相補的な塩基配列を有する一本鎖の捕捉プローブを作製し、前記リンカーが結合した遺伝子サンプルとハイブリダイズさせ、二本鎖核酸を形成する二本鎖核酸形成工程と、
電気化学的に活性である物質と、前記二本鎖を形成した遺伝子サンプルのリンカーとを化学結合させる反応工程と、
前記二本鎖核酸を形成した捕捉プローブを固相に固定化する固定化工程と、
前記固相に固定された前記遺伝子サンプルに結合した前記電気化学的に活性である物質を、電気化学的な測定により検出する検出工程と、を含む、
ことを特徴とする遺伝子検出方法。 - 検体試料中の、特定の配列を有する遺伝子を検出する遺伝子検出方法であって、
前記検出すべき遺伝子に対して相補的な塩基配列を有する一本鎖の捕捉プローブを作製し、該捕捉プローブを固相に固定化する固定化工程と、
前記検出すべき遺伝子を一本鎖に変性して遺伝子サンプルを作製する遺伝子サンプル作製工程と、
前記遺伝子サンプルと、電気化学的に活性である物質と結合する部位を有するリンカーとを化学結合させる結合工程と、
前記リンカーが結合した遺伝子サンプルと前記固相に固定された一本鎖の捕捉プローブとをハイブリダイズさせ、前記リンカーが結合した遺伝子サンプルを前記固相に捕捉させる遺伝子サンプル捕捉工程と、
前記固相に捕捉した遺伝子サンプルに電気化学的に活性である物質を添加し、前記遺伝子サンプルに結合した前記リンカーと、前記電気化学的に活性である物質とを化学結合させる反応工程と、
前記固相に固定された遺伝子サンプルに結合した前記電気化学的に活性である物質を、電気化学的な測定により検出する検出工程と、を含む、
ことを特徴とする遺伝子検出方法。 - 検体試料中の、特定の配列を有する遺伝子を検出する遺伝子検出方法であって、
前記検出すべき遺伝子を一本鎖に変性して遺伝子サンプルを作製する遺伝子サンプル作製工程と、
前記遺伝子サンプルと電気化学的に活性である物質とを化学結合させる結合工程と、
前記検出すべき遺伝子に対して相補的な塩基配列を有する一本鎖の捕捉プローブを作製し、前記電気化学的に活性である物質が結合した遺伝子サンプルとハイブリダイズさせ、二本鎖核酸を形成する二本鎖核酸形成工程と、
前記二本鎖核酸を形成した捕捉プローブを固相に固定化する固定化工程と、
前記固相に固定された前記遺伝子サンプルに結合した前記電気化学的に活性である物質を、電気化学的な測定により検出する検出工程と、を含む、
ことを特徴とする遺伝子検出方法。 - 請求項1または請求項4に記載の遺伝子検出方法において、
前記遺伝子サンプルと、前記電気化学的に活性である物質との結合工程は、遺伝子サンプル中の塩基にハロゲン化合物を付加させた後、前記電気化学的に活性である物質中の官能基と、該遺伝子サンプル中の塩基に結合したハロゲンとの求核置換反応により結合させる、
ことを特徴とする遺伝子検出方法。 - 請求項2または請求項3に記載の遺伝子検出方法において、
前記遺伝子サンプルと前記リンカーとの結合工程は、遺伝子サンプル中の塩基にハロゲン化合物を付加させた後、前記リンカー中の官能基と、該遺伝子サンプル中の塩基に結合したハロゲンとの求核置換反応により結合させる、
ことを特徴とする遺伝子検出方法。 - 請求項7から請求項9のいずれか1つに記載の遺伝子検出方法において、
前記La、Lb、Lcは、アルキル、アルコール、カルボン酸、スルホン酸、エステル、ケトン、チオール、エーテル、アミン、ニトロ、ニトリル、糖、リン酸、アミノ酸、メタクリル酸、アミド、イミド、イソプレン、ウレタン、ウロン酸、エチレン、カーボネート、ビニル、シクロアルカン、ヘテロ環式化合物から選ばれる物質、またはいずれかの組み合わせから構成される、
ことを特徴とする遺伝子検出方法。 - 請求項8または請求項9に記載の遺伝子検出方法において、
前記Sa及び前記Sbの化学結合が、アミド結合、エステル結合、エーテル結合、チオエーテル結合、スルフィド結合、カルボニル結合、イミノ結合、抗体−抗原結合のいずれかである、
ことを特徴とする遺伝子検出方法。 - 請求項7に記載の遺伝子検出方法において、
前記mは、4から50の整数である、
ことを特徴とする遺伝子検出方法。 - 請求項8に記載の遺伝子検出方法において、
前記nは、1から50の整数である、
ことを特徴とする遺伝子検出方法。 - 請求項9に記載の遺伝子検出方法において、
前記oは、1から1000の整数である、
ことを特徴とする遺伝子検出方法。 - 請求項14に記載の遺伝子検出方法において、
前記nが1の場合、前記oは3から1000の整数であり、前記nが2の場合、前記oは2から1000の整数である、
ことを特徴とする遺伝子検出方法。 - 請求項7または請求項9に記載の遺伝子検出方法において、
前記Eは、酸化還元性を有する化合物である、
ことを特徴とする遺伝子検出方法。 - 請求項16に記載の遺伝子検出方法において、
前記酸化還元性を有する化合物は、電気化学発光を示す化合物である、
ことを特徴とする遺伝子検出方法。 - 請求項17に記載の遺伝子検出方法において、
前記電気化学発光を示す化合物は、配位子に複素環系化合物を有する金属錯体、ルブレン、アントラセン、コロネン、ピレン、フルオランテン、クリセン、フェナントレン、ペリレン、ビナフチル、あるいはオクタテトラエンのいずれかである、
ことを特徴とする遺伝子検出方法。 - 請求項18に記載の遺伝子検出方法において、
前記配位子に複素環系化合物を有する金属錯体は、配位子にピリジン部位を有する金属錯体である、
ことを特徴とする遺伝子検出方法。 - 請求項19に記載の遺伝子検出方法において、
前記配位子にピリジン部位を有する金属錯体は、金属ビピリジン錯体、あるいは金属フェナントロリン錯体のいずれかである、
ことを特徴とする遺伝子検出方法。 - 請求項20に記載の遺伝子検出方法において、
前記配位子に複素環系化合物を有する金属錯体の中心金属は、ルテニウム、あるいはオスニウムのいずれかである、
ことを特徴とする遺伝子検出方法。 - 請求項1から請求項4のいずれか1つに記載の遺伝子検出方法において、
前記検出工程は、前記固相に対して電圧を印加し、前記連鎖した電気化学的に活性である物質からの電気化学発光量を測定するものである、
ことを特徴とする遺伝子検出方法。
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CN115326937A (zh) * | 2021-05-11 | 2022-11-11 | 山东省食品药品检验研究院 | 一种基因毒杂质捕捉用固相探针及其使用方法与应用 |
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