JP2008256494A - Labeling agent and method of detecting nucleic acid - Google Patents

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Takaaki Murayama
隆亮 村山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a labeling agent capable of detecting an object nucleic acid sample with high sensitivity, and to provide a method of detecting nucleic acid using the same. <P>SOLUTION: This labeling agent wherein a linker connecting nucleotide to an electrochemical emission portion is allowed to have an unsaturated hydrocarbon and a cyclic compound is provided. By allowing the linker for bonding the electrochemical emission portion to a substrate to have a stiff structure, bending is not generated, and intramolecular association caused by electrostatic adsorption between the substrate and the electrochemical emission portion is suppressed, to thereby prevent a reaction between the substrate in nucleic acid synthesis from being impeded. In addition, steric hindrance with oxygen is also mitigated, and a modification amount of the labeling agent to a generated nucleic acid sample is increased, to thereby enable highly sensitive detection. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、生体試料中に存在する特定の核酸を用いて、核酸伸長反応を行い、核酸サンプルを高感度に検出するための標識剤及び核酸検出方法に関する。   The present invention relates to a labeling agent and a nucleic acid detection method for detecting a nucleic acid sample with high sensitivity by performing a nucleic acid extension reaction using a specific nucleic acid present in a biological sample.

試料中に存在する特定の核酸を検出する手法として、核酸伸長反応を用いて、標識化を行う手法が提案されている。これは、標識剤を結合させた基質を用いて、核酸伸長反応を行い、生成した核酸に標識剤を取り込ませることで、核酸サンプルの標識化を行う手法である。核酸に取り込む標識剤の典型的な物質として、放射性同位元素が挙げられる。この放射性同位元素は、感度面で優れているが、放射能固有の危険性から、取り扱いが煩雑で使用が限定される。そのため、危険性の低い標識剤として、蛍光色素や酵素が用いられている(例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3参照)。   As a technique for detecting a specific nucleic acid present in a sample, a technique for labeling using a nucleic acid extension reaction has been proposed. This is a technique for labeling a nucleic acid sample by performing a nucleic acid extension reaction using a substrate to which a labeling agent is bound, and incorporating the labeling agent into the generated nucleic acid. A typical example of a labeling agent incorporated into a nucleic acid is a radioisotope. This radioisotope is excellent in sensitivity, but due to the danger inherent in radioactivity, its handling is complicated and its use is limited. For this reason, fluorescent dyes and enzymes are used as labeling agents with low risk (see, for example, Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3).

しかしながら、前述した蛍光標識剤は、検出時に励起光を必要とし、標識剤以外からの蛍光が生じるため、バックグラウンドノイズが高くなり、高感度化に限界があった。また、酵素を使用する場合も、反応中に酵素が失活し、感度を低下させていた。   However, the above-described fluorescent labeling agent requires excitation light at the time of detection, and fluorescence from other than the labeling agent is generated. Therefore, background noise is increased, and there is a limit to increasing the sensitivity. Also, when an enzyme is used, the enzyme is deactivated during the reaction, and the sensitivity is lowered.

そこで、基質に電気化学発光を標識した核酸検出法が提案されている(特許文献4)。電気化学発光は、蛍光色素のように励起光を必要とせず、還元剤の存在下で電圧を印加することにより発光が生じるため、バックグラウンドノイズが低く高感度な検出が期待できる。
特開平6−234787号公報 特開2003−34696号公報 特表2001−519354号公報 特開2002−34561号公報
Therefore, a nucleic acid detection method in which electrochemiluminescence is labeled on a substrate has been proposed (Patent Document 4). Electrochemiluminescence does not require excitation light like fluorescent dyes, and light emission occurs when a voltage is applied in the presence of a reducing agent. Therefore, detection with low background noise and high sensitivity can be expected.
JP-A-6-234787 JP 2003-34696 A Special table 2001-519354 gazette JP 2002-34561 A

前述したように、基質に電気化学発光部位を修飾した標識剤は、バックグラウンドノイズが低いため、高感度な検出に期待できる。しかしながら、この標識剤は、電気化学発光部位は正電荷に帯電し、また、リン酸を含む基質は負電荷に帯電しているため、反応溶液中では、基質と電気化学発光部位とが静電吸着し分子内会合を形成してしまう。そのため、核酸増幅を行う際、静電吸着した電気化学発光部位が立体障害として働き、基質の反応部位を阻害するだけでなく、酵素反応も阻害するため、修飾量が低下し、高感度な検出が出来ないという課題を有していた。   As described above, since the labeling agent in which the electrochemiluminescence site is modified on the substrate has low background noise, it can be expected for highly sensitive detection. However, in this labeling agent, the electrochemiluminescent site is charged to a positive charge, and the substrate containing phosphoric acid is charged to a negative charge. Therefore, in the reaction solution, the substrate and the electrochemiluminescent site are electrostatically charged. Adsorbs and forms an intramolecular association. Therefore, when performing nucleic acid amplification, the electrochemiluminescent site that has been electrostatically adsorbed acts as a steric hindrance and not only inhibits the reaction site of the substrate, but also inhibits the enzyme reaction, reducing the amount of modification and detecting with high sensitivity. Had the problem of not being able to.

本発明は、前記課題を解決するためにされたものであって、核酸合成により生成した核酸サンプルへの標識剤結合量を向上させる構造を持つ標識剤及びそれを使用した核酸検出方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and provides a labeling agent having a structure that improves the amount of labeling agent bound to a nucleic acid sample generated by nucleic acid synthesis, and a nucleic acid detection method using the same. For the purpose.

前記課題を解決するために、本発明の標識剤は、下記(化2)の一般式で表される標識剤である。   In order to solve the above problems, the labeling agent of the present invention is a labeling agent represented by the following general formula (Formula 2).

Figure 2008256494
(但し、式中、Pはリン酸残基、Nはヌクレオシド、Lは飽和炭化水素、不飽和炭化水素、アミド、環式化合物の組み合わせから構成されるリンカー部位、リンカー部位、Eは電気化学発光部位を示す化合物である。)
また、本発明の核酸検出方法は、標識剤を含む基質が、酵素反応を利用した核酸伸長反応によって核酸合成される核酸合成工程と、合成された核酸サンプルを抽出する核酸抽出工程と、抽出した前記核酸サンプルを電極に固定させる固定化工程と、前記電極に固定させた前記核酸サンプルに含まれる前記標識剤由来の電気化学発光を検出する、検出工程とを含む、核酸検出方法において、前記標識剤が上記(化2)の一般式で表されるものである。
Figure 2008256494
(Wherein, P is a phosphate residue, N is a nucleoside, L is a linker moiety composed of a combination of a saturated hydrocarbon, an unsaturated hydrocarbon, an amide, and a cyclic compound, a linker moiety, and E is electrochemiluminescence. It is a compound showing a site.)
Further, the nucleic acid detection method of the present invention extracts a nucleic acid synthesis step in which a substrate containing a labeling agent synthesizes nucleic acid by a nucleic acid extension reaction utilizing an enzymatic reaction, a nucleic acid extraction step in which a synthesized nucleic acid sample is extracted, In the nucleic acid detection method, comprising: an immobilization step of immobilizing the nucleic acid sample on an electrode; and a detection step of detecting electrochemiluminescence derived from the labeling agent contained in the nucleic acid sample immobilized on the electrode. The agent is represented by the general formula (Formula 2).

さらに、本発明の核酸検出方法は、標識剤を含む基質が、酵素反応を利用した核酸伸長反応によって核酸合成される核酸合成工程と、合成された核酸サンプルを抽出する核酸抽出工程と、前記検出すべき核酸の塩基配列に対して相補的な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、前記核酸サンプルと前記捕捉プローブとをハイブリダイズさせ、二本鎖を形成させて、前記核酸サンプルを前記固相に捕捉させる核酸サンプル捕捉工程と、前記核酸サンプルに含まれる前記標識剤由来の電気化学発光を検出する検出工程と、を含む核酸検出方法において、前記標識剤は、上記(化2)で示される一般式を有するものである。   Furthermore, the nucleic acid detection method of the present invention includes a nucleic acid synthesis step in which a substrate containing a labeling agent is synthesized by a nucleic acid extension reaction utilizing an enzymatic reaction, a nucleic acid extraction step of extracting a synthesized nucleic acid sample, and the detection A single-stranded capture probe having a sequence complementary to the base sequence of the nucleic acid to be prepared is prepared, the immobilization step of immobilizing the capture probe on a solid phase, and the nucleic acid sample and the capture probe are hybridized. A nucleic acid sample capturing step of allowing soybean to form a double strand and capturing the nucleic acid sample on the solid phase; and a detection step of detecting electrochemiluminescence derived from the labeling agent contained in the nucleic acid sample. In the nucleic acid detection method, the labeling agent has a general formula represented by the above (Chemical Formula 2).

本発明の標識剤によれば、電気化学発光部位と基質とを結合するリンカーを剛直な構造にすることで、屈曲がなくなり、基質と電気化学発光部位との静電吸着による分子内会合が抑制され、核酸合成における基質間の反応を阻害しなくなる。また、酵素との立体障害も緩和され、生成した核酸サンプルへの標識剤の修飾量が増加し、高感度な検出が可能となる。   According to the labeling agent of the present invention, the linker that binds the electrochemiluminescence site and the substrate has a rigid structure, so that bending does not occur and intramolecular association between the substrate and the electrochemiluminescence site is suppressed by electrostatic adsorption. And does not inhibit the reaction between the substrates in nucleic acid synthesis. Also, steric hindrance with the enzyme is alleviated, the amount of labeling agent modification to the generated nucleic acid sample is increased, and highly sensitive detection is possible.

以下に、本発明の標識剤及びその使用方法について詳細に説明する。   Below, the labeling agent of this invention and its usage method are demonstrated in detail.

(実施の形態1)
以下、実施の形態1における標識剤について説明する。本実施の形態における標識剤は、下記(化3)の一般式で表されるものである。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the labeling agent in Embodiment 1 will be described. The labeling agent in the present embodiment is represented by the following general formula (Formula 3).

Figure 2008256494
(但し、式中、Pはリン酸残基、Nはヌクレオシド、Lは飽和炭化水素、不飽和炭化水素、アミド、環式化合物の組み合わせから構成されるリンカー部位、Eは電気化学発光部位を示す化合物である。)
このように、リンカー部位に不飽和炭化水素及び環式化合物を持たせたことにより、リンカー部位が剛直な構造となるため、屈曲しなくなり、基質と電気化学発光部位との静電吸着による分子内会合が抑制され、電気化学発光部位の立体障害による反応阻害がなくなる。
Figure 2008256494
(Wherein, P is a phosphate residue, N is a nucleoside, L is a linker moiety composed of a combination of a saturated hydrocarbon, an unsaturated hydrocarbon, an amide, and a cyclic compound, and E is an electrochemiluminescence site. Compound.)
As described above, since the unsaturated hydrocarbon and the cyclic compound are provided in the linker portion, the linker portion has a rigid structure, so that the linker portion does not bend and the intramolecular due to electrostatic adsorption between the substrate and the electrochemiluminescent portion. Association is suppressed, and reaction inhibition due to steric hindrance at the electrochemiluminescence site is eliminated.

さらに、前記リンカーは、4から50の整数であるものである。これは、リンカー長が3以下では、核酸に本発明の標識剤を導入させる際、基質と発光部位の距離が近いため、電気化学発光部位が立体障害となり、核酸反応を阻害し、51以上ではリンカー自体が立体障害の対象となり、核酸反応を阻害してしまう。   Further, the linker is an integer of 4 to 50. This is because when the linker length is 3 or less, when the labeling agent of the present invention is introduced into the nucleic acid, the distance between the substrate and the light emitting site is close, so that the electrochemiluminescent site becomes sterically hindered and inhibits the nucleic acid reaction. The linker itself becomes a target of steric hindrance and inhibits the nucleic acid reaction.

さらに、ヌクレオシドとリンカーが結合する部位は、特に限定されないが、好ましくは、アデニン及びグアニンの場合では、C7もしくはC8の部位、より好ましくはC8の部位でリンカーと結合されるのが望ましい。ヌクレオシドがシトシンの場合は、C5若しくはC6の部位、より好ましくは、C5の部位でリンカーと結合されるのが望ましい。ヌクレオシドがチミン及びウラシルの場合は、C5若しくはC6の部位、より好ましくはC6の部位でリンカーと結合されるのが望ましい。これは、核酸サンプルが二本鎖核酸を形成するのに必要な水素結合を阻害しないためである。   Further, the site where the nucleoside and the linker are bonded is not particularly limited. However, in the case of adenine and guanine, it is desirable that the linker is bonded to the linker at the C7 or C8 site, more preferably at the C8 site. When the nucleoside is cytosine, it is desirable to bind to the linker at the C5 or C6 site, more preferably at the C5 site. When the nucleoside is thymine and uracil, it is desirable that the linker is bonded to the linker at the C5 or C6 site, more preferably at the C6 site. This is because the nucleic acid sample does not inhibit the hydrogen bonding necessary to form a double-stranded nucleic acid.

電気化学発光部位であるEは、電気化学発光物質であれば、特に制限されずに用いられ、例えば、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、オクタテトラエンを挙げることができる。   E, which is an electrochemiluminescent site, is not particularly limited as long as it is an electrochemiluminescent substance. For example, a metal complex having a heterocyclic compound as a ligand, rubrene, anthracene, coronene, pyrene, fluoranthene, Examples include chrysene, phenanthrene, perylene, binaphthyl, and octatetraene.

さらに、前述の配位子に複素環系化合物を有する金属錯体としては、酸素や窒素等を含む複素環系化合物、例えば、ピリジン部位、ピラン部位等を配位子に有する金属錯体があり、特にピリジン部位を配位子に有する金属錯体が好ましい。   Furthermore, examples of the metal complex having a heterocyclic compound in the aforementioned ligand include a heterocyclic compound containing oxygen, nitrogen, etc., for example, a metal complex having a pyridine moiety, a pyran moiety, etc. A metal complex having a pyridine moiety as a ligand is preferred.

さらに、前述のピリジン部位を配位子に有する金属錯体としては、例えば、金属ビピリジン錯体、金属フェナントロリン錯体等がある。   Furthermore, examples of the metal complex having the above-mentioned pyridine moiety as a ligand include a metal bipyridine complex and a metal phenanthroline complex.

さらに、前記配位子に複素環系化合物を有する金属錯体において、中心金属としては、例えば、ルテニウム、オスニウム、亜鉛、コバルト、白金、クロム、モリブデン、タングステン、テクネチウム、レニウム、ロジウム、イリジウム、パラジウム、銅、インジウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、サマリウム等を挙げることができる。   Furthermore, in the metal complex having a heterocyclic compound as the ligand, as the central metal, for example, ruthenium, osnium, zinc, cobalt, platinum, chromium, molybdenum, tungsten, technetium, rhenium, rhodium, iridium, palladium, Examples thereof include copper, indium, lanthanum, praseodymium, neodymium, and samarium.

そして特に、中心金属がルテニウム、オスニウムである錯体は良好な電気化学発光特性を有し、このような良好な電気化学発光特性を有する物質としては、例えば、ルテニウムビピリジン錯体、ルテニウムフェナントロリン錯体、オスニウムビピリジン錯体、オスニウムフェナントロリン錯体等を挙げることができる。   In particular, a complex in which the central metal is ruthenium or osmium has good electrochemiluminescence properties, and examples of the material having such good electrochemiluminescence properties include ruthenium bipyridine complexes, ruthenium phenanthroline complexes, and osmium. Bipyridine complex, osnium phenanthroline complex, etc. can be mentioned.

以下、前述した本実施の形態1の標識剤の具体例を下記(化4)から(化8)に示す。   Specific examples of the labeling agent of the first embodiment described above are shown in the following (Chemical Formula 4) to (Chemical Formula 8).

Figure 2008256494
Figure 2008256494

Figure 2008256494
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Figure 2008256494
Figure 2008256494

Figure 2008256494
Figure 2008256494

Figure 2008256494
(実施の形態2)
以下に、実施の形態1で説明した標識剤を用いた核酸検出方法について詳細に説明する。なお、ここでは、例としてDNAポリメラーゼを用いた核酸増幅について記述するが、これに限定されない。
Figure 2008256494
(Embodiment 2)
The nucleic acid detection method using the labeling agent described in Embodiment 1 will be described in detail below. Here, nucleic acid amplification using DNA polymerase is described as an example, but the present invention is not limited to this.

また、以下の実施の形態における核酸サンプルとは、例えば、血液、白血球、血清、尿、糞便、精液、唾液、培養細胞、各種臓器細胞のような組織細胞、その他遺伝子を含有する任意の試料から、該試料中の細胞を破壊して二本鎖核酸を遊離させたものである。また、本実施の形態における核酸サンプルは、制限酵素で切断して電気泳動による分離等で精製した核酸断片でもよい。   In addition, the nucleic acid sample in the following embodiment is, for example, blood, leukocyte, serum, urine, feces, semen, saliva, cultured cells, tissue cells such as various organ cells, and any sample containing other genes , Cells in the sample are destroyed to release double-stranded nucleic acids. In addition, the nucleic acid sample in the present embodiment may be a nucleic acid fragment that is cut with a restriction enzyme and purified by separation by electrophoresis or the like.

(ステップ1)
まず、上述した核酸サンプルと、任意のプライマー、任意のpHに調整したバッファー、ポリメラーゼ、dNTP、本発明の標識剤をサンプルチューブに加える。
(Step 1)
First, the above-described nucleic acid sample, an arbitrary primer, a buffer adjusted to an arbitrary pH, a polymerase, dNTP, and a labeling agent of the present invention are added to a sample tube.

(ステップ2)
次に、上述したサンプルを数分間98度の熱を加え、核酸サンプルを一本鎖に変性させる。その後、任意の温度でプライマーと核酸サンプルをハイブリダイズさせ、ポリメラーゼにより核酸サンプルを3’末端から増幅させる。増幅後、核酸サンプルを再度数分間98度の熱を加え、一本鎖に変性させる。この操作を数回繰り返すことにより、標識剤結合核酸サンプルを増幅させることが出来る。なお、この操作は用いる核酸や目的によって異なる。また、標識剤は、(実施の形態1)で示したように、リンカー部位を剛直にした構造であるので、基質間の核酸伸長反応を阻害することなく、酵素に取り込まれ、核酸サンプルへの標識剤導入量が増加する。
(Step 2)
Next, the sample described above is heated to 98 ° C. for several minutes to denature the nucleic acid sample into single strands. Thereafter, the primer and the nucleic acid sample are hybridized at an arbitrary temperature, and the nucleic acid sample is amplified from the 3 ′ end with a polymerase. After amplification, the nucleic acid sample is again denatured into single strands by applying heat at 98 degrees for several minutes. By repeating this operation several times, the labeling agent-bound nucleic acid sample can be amplified. This operation varies depending on the nucleic acid used and the purpose. Further, as shown in (Embodiment 1), the labeling agent has a structure in which the linker site is rigid. Therefore, the labeling agent is incorporated into the enzyme without inhibiting the nucleic acid elongation reaction between the substrates, and is added to the nucleic acid sample. Increased amount of labeling agent introduced.

(ステップ3)
上述した操作によって増幅した前記標識剤結合核酸サンプルを抽出する。抽出手法は、エタノールやアセトニトリルなどで前記標識剤結合核酸サンプルのみを沈殿させ、遠心分離にかけた後、上澄み液を除去する。この作業を2,3回繰り返し、最後に滅菌水等に置換することで前記標識剤結合核酸サンプルが得られる。他の手法としては、HPLCで精製したり、ゲルろ過で分取したりする手段がある。また、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。
(Step 3)
The labeling agent-bound nucleic acid sample amplified by the operation described above is extracted. In the extraction method, only the labeling agent-bound nucleic acid sample is precipitated with ethanol, acetonitrile or the like, centrifuged, and then the supernatant is removed. This labeling agent-binding nucleic acid sample can be obtained by repeating this operation a few times and finally substituting it with sterilized water or the like. Other methods include means for purification by HPLC or fractionation by gel filtration. Moreover, it can extract rapidly using a commercially available DNA extraction kit.

(ステップ4)
次に、電極に前記標識剤結合核酸サンプルを固定させる。本発明で用いる電極は、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。
(Step 4)
Next, the labeling agent-bound nucleic acid sample is immobilized on the electrode. The electrode used in the present invention is not particularly limited, and examples thereof include noble metals such as gold, platinum, platinum black, palladium, and rhodium, carbides such as graphite, glassy carbon, pyrolytic graphite, carbon paste, and carbon fiber. And oxides such as titanium oxide, tin oxide, manganese oxide and lead oxide, and semiconductors such as Si, Ge, ZnO, CdS, TiO and GaAs.

この電極に、標識剤結合核酸サンプル溶液を滴下し、固定させる。固定化手法は特に限定されず、電極上で乾燥させる手法や、電極上にカチオン若しくはアニオン性の樹脂を電極に塗布し、静電的に吸着させる手法、電極に正若しくは負電荷を帯びさせて、電気的に吸引させる手法等が挙げられる。   A labeling agent-bound nucleic acid sample solution is dropped onto this electrode and fixed. The immobilization method is not particularly limited, a method of drying on the electrode, a method of applying a cationic or anionic resin on the electrode and electrostatically adsorbing it, or making the electrode have a positive or negative charge And a method of electrical suction.

(ステップ5)
この結果、電極に固定した前記標識剤結合核酸サンプルに含まれる複数の標識剤由来の電気化学発光をフォトマル等で測定する。
(Step 5)
As a result, electrochemiluminescence derived from a plurality of labeling agents contained in the labeling agent-binding nucleic acid sample immobilized on the electrode is measured with a photomultiplier or the like.

核酸サンプルへの導入効率が向上するように改良した本発明の標識剤を用いることで、目的の核酸の存在を高感度に検出することができる。   The presence of the target nucleic acid can be detected with high sensitivity by using the labeling agent of the present invention improved so that the efficiency of introduction into a nucleic acid sample is improved.

また、ここではPCRの手法について記述したが、他の手法として、ターミナルトランスフェラーゼ酵素を用い、一本鎖若しくは二本鎖核酸の3’末端を伸長させる際に、本標識剤を導入させる手法や、任意の塩基の組み合わせからなるオリゴヌクレオチドをプライマーとし、DNAポリメラーゼによって本標識剤を導入させるランダムプライマー法、遺伝子サンプルをDNアーゼIによってランダムに切断し、DNAポリメラーゼで修復させる際に本標識剤を導入させるニックトランスレーション法、また、逆転写酵素を用いて、RNAからcDNAを合成し、そのcDNAを鋳型として遺伝子サンプルを増幅させる際に、本標識剤を導入させる手法にも展開できる。   In addition, although the PCR technique has been described here, as another technique, a terminal transferase enzyme is used, and when the 3 ′ end of a single-stranded or double-stranded nucleic acid is extended, the present labeling agent is introduced, Random primer method that introduces this labeling agent by DNA polymerase using oligonucleotide consisting of any combination of bases as a primer, this labeling agent is introduced when DNA sample is randomly cleaved by DNase I and repaired by DNA polymerase In addition, the present invention can be applied to the nick translation method in which the present labeling agent is introduced when cDNA is synthesized from RNA using reverse transcriptase and a gene sample is amplified using the cDNA as a template.

(実施の形態3)
以下に、本発明の核酸検出方法における実施の形態について詳細に説明する。なお、ここでは、例としてDNAポリメラーゼを用いた核酸増幅について記述するが、これに限定されない。
(Embodiment 3)
Hereinafter, embodiments of the nucleic acid detection method of the present invention will be described in detail. Here, nucleic acid amplification using DNA polymerase is described as an example, but the present invention is not limited to this.

(ステップ1)
液体培地で培養した大腸菌を、遠心分離機にて採取した後、タンパク質分解溶液を添加し、ホモジェナイズする。その後、フェノール/クロロホルム抽出を行い、DNA及びRNAを抽出する。RNAの抽出は、市販されているRNA抽出キットを用いれば容易かつ高収率に抽出できる。
(Step 1)
E. coli cultured in a liquid medium is collected with a centrifuge, and then a proteolytic solution is added and homogenized. Thereafter, phenol / chloroform extraction is performed to extract DNA and RNA. RNA can be extracted easily and with high yield by using a commercially available RNA extraction kit.

(ステップ2)
次に、上述した核酸サンプルの前記RNAと、逆転写酵素、任意のプライマー、任意のpHに調整したバッファー、ポリメラーゼ(好ましくは好熱菌由来)、dNTP、本発明の標識剤をサンプルチューブに加える。任意の温度で任意の時間インキュベートさせることにより、標識剤結合cDNAを得ることが出来る。
(Step 2)
Next, the RNA of the nucleic acid sample described above, reverse transcriptase, any primer, buffer adjusted to any pH, polymerase (preferably derived from thermophile), dNTP, and the labeling agent of the present invention are added to the sample tube. . Labeling agent-bound cDNA can be obtained by incubating at an arbitrary temperature for an arbitrary time.

標識剤は、(実施の形態1)で示したように、リンカー部位を剛直にした構造であるので、基質との核酸反応を阻害することなく、逆転写酵素に取り込まれ、核酸サンプルへの標識剤導入量が増加する。   As shown in (Embodiment 1), since the labeling agent has a rigid linker site, the labeling agent is incorporated into the reverse transcriptase without inhibiting the nucleic acid reaction with the substrate, and labeled on the nucleic acid sample. The amount of agent introduced increases.

(ステップ3)
標識剤結合cDNAを抽出する。詳細は(実施の形態2)で記述したので、ここでは省略する。
(Step 3)
Labeling agent-bound cDNA is extracted. Since details are described in (Embodiment 2), they are omitted here.

(ステップ4)
次に、前記標識剤結合cDNAと相補な核酸配列を有する捕捉プローブを作製する。この捕捉プローブは、化学合成で得られた一本鎖の核酸あるいは、生物試料から抽出した核酸を制限酵素で切断し、電気泳動による分離等で精製した核酸を用いることができる。生物試料から抽出した核酸の場合には、熱処理あるいはアルカリ処理によって、一本鎖の核酸に解離させておくことが好ましい。
(Step 4)
Next, a capture probe having a nucleic acid sequence complementary to the labeling agent-bound cDNA is prepared. As the capture probe, a single-stranded nucleic acid obtained by chemical synthesis or a nucleic acid obtained by cleaving a nucleic acid extracted from a biological sample with a restriction enzyme and separating it by electrophoresis or the like can be used. In the case of nucleic acid extracted from a biological sample, it is preferable to dissociate into single-stranded nucleic acid by heat treatment or alkali treatment.

(ステップ5)
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。
(Step 5)
Thereafter, the capture probe obtained as described above is immobilized on a solid phase. The solid phase used in the present invention is not particularly limited, and examples thereof include noble metals such as gold, platinum, platinum black, palladium, and rhodium, and carbides such as graphite, glassy carbon, pyrolytic graphite, carbon paste, and carbon fiber. And oxides such as titanium oxide, tin oxide, manganese oxide, and lead oxide, and semiconductors such as Si, Ge, ZnO, CdS, TiO, and GaAs. The above substances can be used as electrodes. In that case, these electrodes may be coated with a conductive polymer, and by coating in this way, a more stable capture probe-immobilized electrode can be prepared.

なお、前記捕捉プローブを前記固相に固定化する方法としては、公知の方法が用いられる。一例をあげると、例えば前記固相が金電極である場合、固定する捕捉プローブの5’−もしくは3’−末端(好ましくは、5’−末端)にチオール基を導入し、金とイオウとの共有結合を介して、前記捕捉プローブが該金電極に固定される。この捕捉プローブにチオール基を導入する方法は、文献(M.Maeda et al.,Chem.Lett.,1805〜1808(1994)及びB.A.Connolly,Nucleic Acids Res.,13,4484(1985))に記載されているものが挙げられる。   A known method is used as a method for immobilizing the capture probe on the solid phase. For example, when the solid phase is a gold electrode, for example, a thiol group is introduced at the 5′- or 3′-end (preferably 5′-end) of the capture probe to be immobilized. The capture probe is fixed to the gold electrode via a covalent bond. Methods for introducing thiol groups into this capture probe are described in the literature (M. Maeda et al., Chem. Lett., 1805-1808 (1994) and BA Connolly, Nucleic Acids Res., 13, 4484 (1985). ) Are listed.

即ち、前記方法によって得られたチオール基を有する捕捉プローブを、金電極に滴下し、低温下で数時間放置することにより、該捕捉プローブが電極に固定され、捕捉プローブが作製される。   That is, the capture probe having a thiol group obtained by the above method is dropped on a gold electrode and left at a low temperature for several hours, whereby the capture probe is fixed to the electrode and a capture probe is produced.

また固相で別の例をあげると、一般的に磁気ビーズと呼ばれる磁性を有する粒子を挙げることができる。磁気ビーズの場合、捕捉プローブの固定は、アビジンービオチンの結合手法が挙げられる。まず、アビジンを磁気ビーズの表面にコーティングする。一方、捕捉プローブの末端には、ビオチンを結合させる。この捕捉プローブを磁気ビーズに添加することにより、抗原―抗体反応が生じ、磁気ビーズに捕捉プローブが結合できる。この手法は周知であるため、詳細は省略する。   Another example of the solid phase is a magnetic particle generally called a magnetic bead. In the case of magnetic beads, the capture probe can be immobilized by avidin-biotin binding technique. First, avidin is coated on the surface of magnetic beads. On the other hand, biotin is bound to the end of the capture probe. By adding this capture probe to the magnetic beads, an antigen-antibody reaction occurs, and the capture probe can be bound to the magnetic beads. Since this method is well known, details are omitted.

(ステップ6)
上述した固相に固定化した捕捉プローブに、前記標識剤結合cDNAを含む溶液を添加する。これにより、前記捕捉プローブと前記標識剤結合cDNAとがハイブリダイズし前記標識剤結合cDNAが固相に固定される。このハイブリダイズさせる手法は周知であるため、ここでは説明を省略する。
(Step 6)
A solution containing the labeling agent-bound cDNA is added to the capture probe immobilized on the solid phase. As a result, the capture probe and the labeling agent-bound cDNA are hybridized, and the labeling agent-bound cDNA is immobilized on a solid phase. Since this hybridization method is well known, the description thereof is omitted here.

(ステップ7)
前記捕捉プローブと前記標識剤結合cDNA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、未反応の前記標識剤結合cDNAなどを除去する。
(Step 7)
A double-stranded DNA is formed by the capture probe and the labeling agent-bound cDNA, and then washed with a phosphate buffer or the like to remove the unreacted labeling agent-bound cDNA.

(ステップ8)
洗浄後、固相に固定した前記標識剤結合核酸サンプル由来の電気化学発光をフォトマル等で測定することにより、目的の核酸の存在を高感度に検出することができる。これは、核酸サンプルへの導入効率が向上するように改良した本発明の標識剤を逆転写時に用いたためである。
(Step 8)
After washing, the presence of the target nucleic acid can be detected with high sensitivity by measuring the electrochemiluminescence derived from the labeling agent-bound nucleic acid sample immobilized on the solid phase with a photomultiplier or the like. This is because the labeling agent of the present invention improved so as to improve the introduction efficiency into the nucleic acid sample was used during reverse transcription.

なお、ここでは、逆転写により得られた標識剤結合核酸サンプルを、ダイレクトに検出する手法について記述したが、他の手法として、PCR法、ターミナルトランスフェラーゼ酵素を用い、一本鎖若しくは二本鎖核酸の3’末端を伸長させる際に、本標識剤を導入させる手法や、任意の塩基の組み合わせからなるオリゴヌクレオチドをプライマーとし、DNAポリメラーゼによって本標識剤を導入させるランダムプライマー法、遺伝子サンプルをDNアーゼIによってランダムに切断し、DNAポリメラーゼで修復させる際に本標識剤を導入させるニックトランスレーション法、また、逆転写酵素を用いて、RNAからcDNAを合成し、そのcDNAを鋳型として遺伝子サンプルを増幅させる際に、本標識剤を導入させる手法にも展開できる。   Here, a technique for directly detecting a labeling agent-bound nucleic acid sample obtained by reverse transcription has been described. However, as another technique, a single-stranded or double-stranded nucleic acid using a PCR method or a terminal transferase enzyme is used. When extending the 3 ′ end of DNA, a method for introducing the labeling agent, a random primer method in which the oligonucleotide is composed of any combination of bases as a primer, and the labeling agent is introduced by DNA polymerase, and a gene sample is DNase Using nick translation method that introduces this labeling agent when randomly cleaved by I and repaired by DNA polymerase, or using reverse transcriptase, cDNA is synthesized from RNA, and gene sample is amplified using the cDNA as a template The method to introduce this labeling agent can be developed when That.

以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。   Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited thereto.

(1)グアニン修飾ルテニウム錯体の合成
下記(化9)で示される標識剤は、以下のようにして得た。
(1) Synthesis of guanine-modified ruthenium complex A labeling agent represented by the following (Chemical 9) was obtained as follows.

Figure 2008256494
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、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、撹拌させた。この容器に、先程の反応液を30分かけて滴下させて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%)。
Figure 2008256494
First, a solution of 2.50 g (13.5 mmol) of 4,4′-dimethyl-2,2′bipyridine dissolved in 60.0 mL of THF was poured into a container in a nitrogen atmosphere, and then 16.9 mL (27 of lithium diisopropylamide 2M solution) (27 0.0 mmol) was added dropwise and stirred for 30 minutes. On the other hand, 4.2 mL (41.1 mmol) of 1,3-dibromopropane and 10 mL of THF were added to a container that was similarly dried in a nitrogen stream and stirred. The previous reaction solution was dropped into this vessel over 30 minutes and allowed to react for 2.5 hours. The reaction solution was neutralized with 2N hydrochloric acid, and THF was distilled off, followed by extraction with chloroform. The crude product obtained by distilling off the solvent was purified with a silica gel column to obtain the product C (yield 47%).

窒素雰囲気の容器に、前記生成物C1.0g(3.28mmol)、フタルイミドカリウム0.67g(3.61mmol)、及びジメチルホルムアミド(脱水)30.0mLを加え、オイルバスで18時間還流した。反応後、クロロホルムで抽出し、0.2N水酸化ナトリウム50mLで蒸留水洗浄した。溶媒を留去して酢酸エチルとヘキサンから再結晶を行い、生成物Dを得た(収率61・5%) 。   To a container in a nitrogen atmosphere, 1.0 g (3.28 mmol) of the product C, 0.67 g (3.61 mmol) of potassium phthalimide, and 30.0 mL of dimethylformamide (dehydrated) were added and refluxed in an oil bath for 18 hours. After the reaction, the mixture was extracted with chloroform and washed with distilled water with 50 mL of 0.2N sodium hydroxide. The solvent was distilled off and recrystallization was performed from ethyl acetate and hexane to obtain the product D (yield 61.5%).

塩化ルテニウム(III)(2.98g、0.01mol)、及び2,2’−ビピリジン(3.44g、0.022mol)をジメチルホルムアミド(80.0mL)中で6時間還流した後、溶媒を留去した。その後、アセトンを加え、8時間冷却することで得られた黒色沈殿物を採取し、エタノール水溶液170mL(エタノール:水=1:1)を加え1時間加熱還流を行った。ろ過後、塩化リチウムを20g加え、エタノールを留去し、さらに8時間4℃で冷却した。析出した黒色物質は吸引ろ過で採取し、生成物Eを得た(収率68.2%)。   Ruthenium (III) chloride (2.98 g, 0.01 mol) and 2,2′-bipyridine (3.44 g, 0.022 mol) were refluxed in dimethylformamide (80.0 mL) for 6 hours, and then the solvent was distilled off. Left. Then, acetone was added and the black deposit obtained by cooling for 8 hours was extract | collected, 170 mL of ethanol aqueous solution (ethanol: water = 1: 1) was added, and it heated and refluxed for 1 hour. After filtration, 20 g of lithium chloride was added, ethanol was distilled off, and the mixture was further cooled at 4 ° C. for 8 hours. The deposited black substance was collected by suction filtration to obtain a product E (yield 68.2%).

窒素置換した容器に、前記生成物D0.50g(1.35mmol)、前記生成物E0.78g(1.61mmol)、及びエタノール50mLを加えた。9時間窒素雰囲気で還流した後、溶媒を留去し、蒸留水で溶解させ、1.0Mの過塩素酸水溶液で沈殿させた。この沈殿物を採取し、メタノールで再結晶を行い、生成物Fを得た(収率81.6%)。   To the container purged with nitrogen, 0.50 g (1.35 mmol) of the product D, 0.78 g (1.61 mmol) of the product E, and 50 mL of ethanol were added. After refluxing in a nitrogen atmosphere for 9 hours, the solvent was distilled off, dissolved in distilled water, and precipitated with a 1.0 M aqueous perchloric acid solution. This precipitate was collected and recrystallized from methanol to obtain a product F (yield 81.6%).

さらに、前記生成物F1.0g(1.02mmol)、及びメタノール70.0mLを1時間還流した。室温まで冷却した後、ヒドラジン一水和物0.21mL(4.21mmol)を加え再び13時間還流した。反応後、蒸留水を15mL加え、メタノールを留去した。   Further, 1.0 g (1.02 mmol) of the product F and 70.0 mL of methanol were refluxed for 1 hour. After cooling to room temperature, 0.21 mL (4.21 mmol) of hydrazine monohydrate was added and refluxed again for 13 hours. After the reaction, 15 mL of distilled water was added and methanol was distilled off.

次に、濃塩酸を5.0mL加え、2時間還流して得られた反応液を8時間,4℃で冷却し、不純物を自然ろ過で除去した。   Next, 5.0 mL of concentrated hydrochloric acid was added, and the reaction solution obtained by refluxing for 2 hours was cooled at 4 ° C. for 8 hours, and impurities were removed by natural filtration.

これを炭酸水素ナトリウムで中和した後、水を留去し、無機物をアセトニトリルで除去した。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Gを得た(収率71.4%)。   After neutralizing this with sodium hydrogen carbonate, water was distilled off and inorganic substances were removed with acetonitrile. The crude product obtained by distilling off the solvent was purified with a silica gel column to obtain the product G (yield 71.4%).

生成物G0.28g(0.33mmol)をアセトニトリルに溶解し、トリエチルアミン96.8mg(0.96mmol)添加した。次に、無水コハク酸0.32g(3.3mmol)をアセトニトリル5mLに溶解した溶液を、生成物Gの溶液に滴下し、室温で2時間撹拌した。アセトニトリルを留去し、シリカゲルカラムで精製して生成物Hを得た(収率63.4%)。   0.28 g (0.33 mmol) of product G was dissolved in acetonitrile, and 96.8 mg (0.96 mmol) of triethylamine was added. Next, a solution obtained by dissolving 0.32 g (3.3 mmol) of succinic anhydride in 5 mL of acetonitrile was added dropwise to the solution of the product G and stirred at room temperature for 2 hours. Acetonitrile was distilled off and purified by a silica gel column to obtain the product H (yield 63.4%).

生成物H0.20g(0.22mmol)をアセトニトリル10mLに溶解させ、トリエチルアミン0.43g(4.26mmol)、1,4−シクロヘキサンビス(メチルアミン)0.30g(2.13mmol)、ジシクロヘキシルカルボジイミド0.13g(0.63mmol)を加え、室温で48時間撹拌した。   0.20 g (0.22 mmol) of the product H was dissolved in 10 mL of acetonitrile, 0.43 g (4.26 mmol) of triethylamine, 0.30 g (2.13 mmol) of 1,4-cyclohexanebis (methylamine), 0.23 g of dicyclohexylcarbodiimide. 13 g (0.63 mmol) was added and stirred at room temperature for 48 hours.

反応後、白色沈殿物を除去し、エバポレータで濃縮してから、シリカゲルカラムで精製することにより、下記(化10)に示す生成物Iを得た(収率57.4%)。   After the reaction, the white precipitate was removed, concentrated with an evaporator, and then purified with a silica gel column to obtain the product I shown below (Chemical Formula 10) (yield 57.4%).

Figure 2008256494
下記の表1は、前述のようにして得た生成物Iに示す物質のH-NMR結果である。
Figure 2008256494
Table 1 below shows 1 H-NMR results of the substance shown in the product I obtained as described above.

H-NMR(300MHz、DMSO d−6)
σ:
1.40 (8H,m)
1.55 (2H,m)
1.62〜1.67 (3H,m)
2.02〜2.06 (3H,m)
2.56 (3H,s)
2.61 (2H,q)
2.75 (2H,t)
2.92 (2H,d)
3.06 (2H,q)
7.36 (2H,d)
7.42 (2H,d)
7.56 (6H,m)
7.78 (4H,m)
8.12 (2H,t)
8.76 (4H,t)
8.82 (6H,m)
次に、2’−デオキシグアノシンー5’−三リン酸30.0mg(52.3μmol)を炭酸バッファ9.0mLに溶解し、そこにN−ブロモスクシンイミドを93.2mg(0.52mmol)を加え、室温で1時間撹拌した。その後、生成物Iを13.8mg(13.1μmol)滴下し、50℃で6時間撹拌した。反応溶液をHPLCで精製し、上記(化9)で示される化合物を得た(収率26.8%)。
1 H-NMR (300 MHz, DMSO d-6)
σ:
1.40 (8H, m)
1.55 (2H, m)
1.62-1.67 (3H, m)
2.02 to 2.06 (3H, m)
2.56 (3H, s)
2.61 (2H, q)
2.75 (2H, t)
2.92 (2H, d)
3.06 (2H, q)
7.36 (2H, d)
7.42 (2H, d)
7.56 (6H, m)
7.78 (4H, m)
8.12 (2H, t)
8.76 (4H, t)
8.82 (6H, m)
Next, 30.0 mg (52.3 μmol) of 2′-deoxyguanosine-5′-triphosphate was dissolved in 9.0 mL of carbonate buffer, and 93.2 mg (0.52 mmol) of N-bromosuccinimide was added thereto. And stirred at room temperature for 1 hour. Thereafter, 13.8 mg (13.1 μmol) of Product I was added dropwise and stirred at 50 ° C. for 6 hours. The reaction solution was purified by HPLC to obtain the compound represented by the above (Chemical 9) (yield 26.8%).

以下、本発明の他の実施例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。   Hereinafter, other examples of the present invention will be shown, but the present invention is not limited thereto.

(1)核酸増幅
まず、口腔スワブサンプルを、キアゲン社のDNA抽出キット(QIAamp DNA Mini Kit)を用いて精製した。ここで使用した核酸サンプルは、染色体6番であり、その塩基配列は下記の通りである。
(1) Nucleic Acid Amplification First, an oral swab sample was purified using a Qiaamp DNA Mini Kit. The nucleic acid sample used here is chromosome 6 and its base sequence is as follows.

5´−TAACATTCAGAATGTGTTCCAGTGATAGTTCTGTTCTCAGATTTGCTTTCTTCTCTTATACCTCCTGATCAGCAGGTGGAAATTAAAAGAGCATTGTGAGATGCTGGAGAGATCCAGAACCACTTGCCATCAACAGCTGGGGAATCCTAGCCAGTAGCTCGCAGGAGTTAGAGCAGCTTTTTCAGTTAGAGCAGTTAGAGCCTCTG−3´
また、プライマーの配列は5´−CACTGGAACACATTCTGAATGTTA−3´(プライマー1)及び5´−CAGAGGCTCTAACTGCTCTAACTG−3´(プライマー2)である。
5'-TAACATTCAGAAGTGTTCTCAGTGATAGTTCTGTTCTCAGATTTGCTTTCTCTCCTTATACCTCCTGCATGCAGCGGTGGATGCATGG
Moreover, the sequences of the primers are 5'-CACTGGAACACATCTGAATGTTA-3 '(primer 1) and 5'-CAGAGGCTCTAACTGCTCTAACTG-3' (primer 2).

この核酸サンプル2μLに、10×EX Taqバッファー5μL、25mMの塩化マグネシウム溶液5μL、2.5mMdNTP溶液4.2μL、10μMプライマー2.5μL、蒸留水30.2μL、EX Taq(5U/μL)0.5μL、及び、実施例1で合成した標識剤(2.5mM)0.6μLをサンプルチューブに添加した。このサンプルを下記のように加熱し、核酸の増幅を行った。   To 2 μL of this nucleic acid sample, 5 × L of 10 × EX Taq buffer, 5 μL of 25 mM magnesium chloride solution, 4.2 μL of 2.5 mM dNTP solution, 2.5 μL of 10 μM primer, 30.2 μL of distilled water, 0.5 μL of EX Taq (5 U / μL) And 0.6 microliters of labeling agents (2.5 mM) synthesize | combined in Example 1 were added to the sample tube. This sample was heated as described below to amplify the nucleic acid.

まず、サーマルサイクラーを用いて、5分間98℃で加熱し一本鎖に変性させた後、30秒間50℃でプライマー結合、3分間72℃で伸長、10秒間98℃で再度変性させるサイクルを30回繰り返し行った。   First, using a thermal cycler, heating at 98 ° C. for 5 minutes to denature to single strand, followed by primer binding for 30 seconds at 50 ° C., extension at 72 ° C. for 3 minutes, and denaturation again at 98 ° C. for 10 seconds 30 cycles Repeated times.

増幅後、キアゲン社のPCR産物精製キット(MinElute PCR Purification Kit)にて標識剤結合核酸サンプルを抽出した。   After amplification, a labeling agent-bound nucleic acid sample was extracted with a PCR product purification kit (MinElute PCR Purification Kit) manufactured by Qiagen.

(2)固相への捕捉プローブの固定化
固相には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、捕捉プローブには前記プライマー2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。
(2) Immobilization of capture probe on solid phase Magnetic beads were used for the solid phase. The magnetic beads used were CM01N / 5896 streptavidin magnetic beads manufactured by Bangs Laboratories (particle size: 0.35 μm). As the capture probe, a probe having the sequence of the primer 2 and modified with biotin via a phosphate group at the 5 ′ end was used.

まず、磁気ビーズを1mg採取し、TTLバッファー(500mM Tris−HCl(pH8.0):Tween20:2M塩化リチウム:超純水=2:10:5:3の体積比になるよう調製)で洗浄後、20μLのTTLバッファーに置換した。その後、100nMの補足プローブを5μL添加し、室温で15分振とうした。   First, 1 mg of magnetic beads were sampled and washed with TTL buffer (500 mM Tris-HCl (pH 8.0): Tween 20: 2 M lithium chloride: ultrapure water = adjusted to a volume ratio of 2: 10: 5: 3). , 20 μL of TTL buffer. Thereafter, 5 μL of 100 nM supplemental probe was added and shaken at room temperature for 15 minutes.

溶液をデカントし、残留した磁気ビーズを0.15Mの水酸化ナトリウム水溶液で洗浄後、TTバッファー(500mM Tris−HCl(pH8.0):Tween20:超純水=1:2:1の体積比になるよう調製)で洗浄した。   The solution was decanted, and the remaining magnetic beads were washed with 0.15 M aqueous sodium hydroxide solution, and then the volume ratio of TT buffer (500 mM Tris-HCl (pH 8.0): Tween 20: ultrapure water = 1: 2: 1). Washed to prepare).

洗浄後、TTEバッファーに溶液を置換し、80℃で10分間静置することにより、不安定な結合を除去した。これにより、捕捉プローブが固定化された磁気ビーズを得た。

さらに、本実施例2においては、比較対象として、核酸サンプルと非相補的な配列を有する捕捉プローブ(以下、「対照プローブ」と称す。)を使用して、前記核酸プローブと同様の処理を行った。なお、ここでは、対照プローブとして、30merのPoly−A、5´−AAAAAAAAAA AAAAAAAAAA AAAAAAAAAA−3´の配列を有する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。
After washing, the solution was replaced with TTE buffer and left at 80 ° C. for 10 minutes to remove unstable bonds. Thereby, a magnetic bead having a capture probe immobilized thereon was obtained.

Furthermore, in Example 2, as a comparison target, a capture probe having a sequence that is non-complementary to the nucleic acid sample (hereinafter referred to as “control probe”) is used, and the same treatment as that of the nucleic acid probe is performed. It was. Here, as a control probe, a probe modified with biotin via a phosphate group at the 5 ′ end having the sequence of 30-mer Poly-A, 5′-AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA-3 ′ was used.

(3)ハイブリダイゼーション
まず、前記捕捉プローブを固定した磁気ビーズ10μLをマイクロチューブに移し、4XSSCバッファーに置換した。
(3) Hybridization First, 10 μL of the magnetic beads on which the capture probe was immobilized were transferred to a microtube and replaced with 4XSSC buffer.

次に、前述した標識剤結合核酸サンプルを5分間、98℃で加熱させた後、氷水で冷却した。この核酸サンプルを10μL採取し、前記マイクロチューブに添加し、60℃で振とうさせた。1時間後、溶液をデカントし、2XSSCで洗浄して、二本鎖核酸が形成された磁気ビーズαを得た。   Next, the labeling agent-binding nucleic acid sample described above was heated at 98 ° C. for 5 minutes, and then cooled with ice water. 10 μL of this nucleic acid sample was collected, added to the microtube, and shaken at 60 ° C. After 1 hour, the solution was decanted and washed with 2XSSC to obtain magnetic beads α on which double-stranded nucleic acids were formed.

なお、対照プローブを固定した磁気ビーズについても、上記と同様の処理を行い、二本鎖核酸が形成されない磁気ビーズβを得た。   The magnetic beads having the control probe immobilized thereon were also subjected to the same treatment as described above to obtain magnetic beads β in which no double-stranded nucleic acid was formed.

(3)電気化学測定
以上の工程の後、二本鎖核酸が形成された磁気ビーズα,二本鎖核酸が形成されない磁気ビーズβをそれぞれ5μLずつ電極に滴下した。
(3) Electrochemical measurement After the above steps, 5 μL each of magnetic beads α on which double-stranded nucleic acids were formed and magnetic beads β on which double-stranded nucleic acids were not formed were dropped onto the electrodes.

ここで使用した電極は、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を下地に金200nm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。また、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。   The electrode used here was a gold electrode. This gold electrode was prepared by forming a gold substrate with a thickness of 10 nm on a glass substrate using a sputtering apparatus (SH-350, ULVAC, Inc.) and forming an electrode pattern by a photolithography process. In addition, a permanent magnet sheet is attached under the electrode so that the magnetic beads are concentrated only on the working electrode.

5分静置後、前記磁気ビーズαが集約した電極x及び、前記磁気ビーズβが集約した電極y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75μL滴下した。その後、それぞれの磁気ビーズが集約した電極に電圧を印加し、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、1.3Vで、5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、最大発光量を測定した。   After standing for 5 minutes, 75 μL of an electrolyte solution in which 0.1 M PBS and 0.1 M triethylamine were mixed was dropped onto the electrode x aggregated with the magnetic beads α and the electrode y aggregated with the magnetic beads β. . Thereafter, a voltage was applied to the electrode where each magnetic bead was gathered, and the electrochemiluminescence generated at this time was measured. The voltage was applied at 1.3 V, and electrochemical measurement was performed for 5 seconds. The electrochemiluminescence amount was measured using a photomultiplier tube (H7360-01 manufactured by Hamamatsu Photonics), and the maximum luminescence amount was measured.

また、比較対象として、リンカー部位が柔軟である従来の標識剤を準備し、上述した工程を同様に行い、二本鎖核酸が形成された磁気ビーズ電極x2及び二本鎖核酸が形成されていない磁気ビーズ電極y2を得た。なお、従来の標識剤の合成は公知であるので、省略する。   In addition, as a comparison target, a conventional labeling agent having a flexible linker site is prepared, and the above-described steps are performed in the same manner, and the magnetic bead electrode x2 in which the double-stranded nucleic acid is formed and the double-stranded nucleic acid is not formed. A magnetic bead electrode y2 was obtained. In addition, since the synthesis | combination of the conventional labeling agent is well-known, it abbreviate | omits.

図1は、本実施例2における、二本鎖核酸が形成された磁気ビーズ電極x、及び二本鎖核酸が形成されない磁気ビーズ電極yにおいて検出された最大電気化学発光量を示したものである。   FIG. 1 shows the maximum amount of electrochemiluminescence detected in the magnetic bead electrode x in which double-stranded nucleic acid was formed and the magnetic bead electrode y in which double-stranded nucleic acid was not formed in Example 2. .

図2は、本実施例2における、従来の標識剤を用いた、二本鎖核酸が形成された磁気ビーズ電極x2、及び二本鎖核酸が形成されない磁気ビーズ電極y2において検出された最大電気化学発光量を示したものである。   FIG. 2 shows the maximum electrochemical detected in the magnetic bead electrode x2 in which the double-stranded nucleic acid was formed and the magnetic bead electrode y2 in which the double-stranded nucleic acid was not formed, using the conventional labeling agent in Example 2. It shows the amount of luminescence.

図1から明らかなように、電極xでの発光量は、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、さらに、図2と比較すると、本発明の標識剤を用いた手法は、従来の標識剤より、核酸生成物からの発光量が大きいことから、核酸サンプルへの導入量が多いことが分かる。このように、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。   As is clear from FIG. 1, the amount of light emitted from the electrode x is significantly higher than the amount of light emitted from the electrode y. Further, compared with FIG. 2, the labeling agent of the present invention was used. The technique shows that the amount of light introduced from the nucleic acid product is larger than that of the conventional labeling agent, so that the amount introduced into the nucleic acid sample is large. Thus, by using the method of the present invention, a double-stranded nucleic acid, that is, a target gene sample can be detected with high sensitivity.

本発明にかかる標識剤及びその使用方法は、特定の配列を有する核酸を高感度に検出することができ、遺伝子診断、感染症診断、ゲノム創薬等の用途に適用できる。   The labeling agent and the method for using the same according to the present invention can detect a nucleic acid having a specific sequence with high sensitivity, and can be applied to uses such as genetic diagnosis, infectious disease diagnosis, and genomic drug discovery.

本発明の実施例2における最大電気化学発光量を測定した図The figure which measured the maximum amount of electrochemiluminescence in Example 2 of this invention 本発明の実施例2における従来の標識剤の最大電気化学発光量を測定した図The figure which measured the maximum electrochemiluminescence amount of the conventional labeling agent in Example 2 of this invention

Claims (14)

下記(化1)の一般式で表される標識剤。
Figure 2008256494
(但し、式中、Pはリン酸残基、Nはヌクレオシド、Lは飽和炭化水素、不飽和炭化水素、アミド、環式化合物の組み合わせから構成されるリンカー部位、Eは電気化学発光部位を示す化合物である。)
A labeling agent represented by the following general formula (Formula 1).
Figure 2008256494
(Wherein, P is a phosphate residue, N is a nucleoside, L is a linker moiety composed of a combination of a saturated hydrocarbon, an unsaturated hydrocarbon, an amide, and a cyclic compound, and E is an electrochemiluminescence site. Compound.)
請求項1に記載の標識剤において、
前記mは、4から50の整数である、
ことを特徴とする標識剤。
The labeling agent according to claim 1,
M is an integer of 4 to 50.
A labeling agent characterized by the above.
請求項1に記載の標識剤において、
前記電気化学発光部位Eは、配位子に複素環式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、
ことを特徴とする標識剤。
The labeling agent according to claim 1,
The electrochemiluminescence site E is a metal complex having a heterocyclic compound as a ligand, rubrene, anthracene, coronene, pyrene, fluoranthene, chrysene, phenanthrene, perylene, binaphthyl, or octatetraene,
A labeling agent characterized by the above.
請求項3に記載の標識剤において、
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、
ことを特徴とする標識剤。
The labeling agent according to claim 3,
The metal complex having a heterocyclic compound in the ligand is a metal complex having a pyridine moiety in the ligand.
A labeling agent characterized by the above.
請求項4に記載の標識剤において、
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、
ことを特徴とする標識剤。
The labeling agent according to claim 4,
The metal complex having a pyridine moiety in the ligand is either a metal bipyridine complex or a metal phenanthroline complex.
A labeling agent characterized by the above.
請求項5に記載の標識剤において、
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、オスニウム、レニウム、イリジウムのいずれかである、
ことを特徴とする標識剤。
The labeling agent according to claim 5,
The central metal of the metal complex having a heterocyclic compound as the ligand is ruthenium, osnium, rhenium, or iridium.
A labeling agent characterized by the above.
標識剤を含む基質を用いた核酸伸長反応によって核酸合成される核酸合成工程と、合成された核酸サンプルを抽出する核酸抽出工程と、抽出した前記核酸サンプルを電極に固定させる固定化工程と、前記電極に固定させた前記核酸サンプルに含まれる前記標識剤由来の電気化学発光を検出する検出工程と、を含む核酸検出方法において、
前記標識剤として、(化1)の一般式で示されるものを使用する、
ことを特徴とする核酸検出方法。
A nucleic acid synthesis step for nucleic acid synthesis by a nucleic acid extension reaction using a substrate containing a labeling agent, a nucleic acid extraction step for extracting the synthesized nucleic acid sample, an immobilization step for fixing the extracted nucleic acid sample to an electrode, A detection step of detecting electrochemiluminescence derived from the labeling agent contained in the nucleic acid sample immobilized on an electrode, and a nucleic acid detection method comprising:
As the labeling agent, one represented by the general formula of (Chemical Formula 1) is used.
A method for detecting a nucleic acid.
標識剤を含む基質を用いた核酸伸長反応によって核酸合成される核酸合成工程と、合成された核酸サンプルを抽出する核酸抽出工程と、前記検出すべき核酸の塩基配列に対して相補的な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、前記核酸サンプルと前記捕捉プローブとをハイブリダイズさせ、二本鎖を形成させて、前記核酸サンプルを前記固相に捕捉させる、核酸サンプル捕捉工程と、前記核酸サンプルに含まれる前記標識剤由来の電気化学発光を検出する、検出工程と、を含む核酸検出方法において、
前記標識剤として、(化1)の一般式で示されるものを使用する、
ことを特徴とする核酸検出方法。
A nucleic acid synthesis step for nucleic acid synthesis by a nucleic acid extension reaction using a substrate containing a labeling agent, a nucleic acid extraction step for extracting a synthesized nucleic acid sample, and a sequence complementary to the base sequence of the nucleic acid to be detected A single-stranded capture probe, and immobilizing the capture probe on a solid phase, and hybridizing the nucleic acid sample and the capture probe to form a double strand, thereby forming the nucleic acid In a nucleic acid detection method comprising a nucleic acid sample capturing step of capturing a sample on the solid phase, and a detection step of detecting electrochemiluminescence derived from the labeling agent contained in the nucleic acid sample,
As the labeling agent, one represented by the general formula of (Chemical Formula 1) is used.
A method for detecting a nucleic acid.
請求項7及び8に記載の核酸検出方法において、
前記mは、4から50の整数である、
ことを特徴とする核酸検出方法。
In the nucleic acid detection method according to claim 7 and 8,
M is an integer of 4 to 50.
A method for detecting a nucleic acid.
請求項7及び8に記載の核酸検出方法において、
前記電気化学発光部位Eは、配位子に複素環式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、
ことを特徴とする核酸検出方法。
In the nucleic acid detection method according to claim 7 and 8,
The electrochemiluminescence site E is a metal complex having a heterocyclic compound as a ligand, rubrene, anthracene, coronene, pyrene, fluoranthene, chrysene, phenanthrene, perylene, binaphthyl, or octatetraene,
A method for detecting a nucleic acid.
請求項10に記載の核酸検出方法において、
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、
ことを特徴とする核酸検出方法。
The method for detecting a nucleic acid according to claim 10,
The metal complex having a heterocyclic compound in the ligand is a metal complex having a pyridine moiety in the ligand.
A method for detecting a nucleic acid.
請求項11に記載の核酸検出方法において、
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、
ことを特徴とする核酸検出方法。
The method of detecting a nucleic acid according to claim 11,
The metal complex having a pyridine moiety in the ligand is either a metal bipyridine complex or a metal phenanthroline complex.
A method for detecting a nucleic acid.
請求項12に記載の核酸検出方法において、
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、オスニウム、レニウム、イリジウムのいずれかである、
ことを特徴とする核酸検出方法。
The nucleic acid detection method according to claim 12,
The central metal of the metal complex having a heterocyclic compound as the ligand is ruthenium, osnium, rhenium, or iridium.
A method for detecting a nucleic acid.
請求項7及び8に記載の核酸検出方法において、
核酸合成が、PCR反応、逆転写反応、リガーゼ連鎖反応、TMA法、ターミナルトランスフェラーゼ反応、ランダムプライム法、ニックトランスレーション法、の何れかを含むことを特徴とする核酸検出方法。
In the nucleic acid detection method according to claim 7 and 8,
A nucleic acid detection method, wherein the nucleic acid synthesis includes any one of a PCR reaction, a reverse transcription reaction, a ligase chain reaction, a TMA method, a terminal transferase reaction, a random prime method, and a nick translation method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013531790A (en) * 2010-06-11 2013-08-08 クルマラ,サカリ Electrical excitation of lanthanide chelates with integrated carbon electrode tips and analytical methods using these tips

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