JP2009022274A - Position-mapping method on chromosomal dna and method for analyzing composition of nucleic acid mixture - Google Patents

Position-mapping method on chromosomal dna and method for analyzing composition of nucleic acid mixture Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To develop an efficient position mapping on chromosomal DNA having high accuracy and a method for analyzing a composition of a nucleic acid mixture. <P>SOLUTION: The method for carrying out position mapping on chromosomal DNA comprises hybridizing a nucleic acid to a one kind of repeated base sequence in a developed or extended chromosomal DNA, measuring a mutual distance on the chromosomal DNA about a plurality of repeated base sequences of chromosomal DNA by using a labeled material introduced into a hybridized nucleic acid and then determining a region or a position on the chromosome of the repeated base sequence contained in the composition, based on characteristics of the measured distance. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、染色体DNA上の位置マッピング方法ならびに核酸混合物の組成分析方法などに関する。   The present invention relates to a method for mapping a position on chromosomal DNA, a method for analyzing the composition of a nucleic acid mixture, and the like.

近年、変異遺伝子と疾病との関連性について盛んに研究が行われており、異常遺伝子を検出することにより、あるいは染色体構造の異常を検出することにより、疾病を診断することが可能になっている。これをより効率的に行うには、長鎖染色体DNAからゲノムや染色体修飾についての連続した一続きの大域的情報を得ることが望ましい。長鎖染色体DNAから一続きのゲノム情報を得るために用いられている方法としては、クローン化された染色体DNAライブラリのコンティグ決定(非特許文献1等参照)、DNAチップを用いたComparative Genome Hybridization(非特許文献2等参照)、ならびに染色体蛍光in situハイブリダイゼーション(FISH)および染色体ファイバーFISH法(非特許文献3〜8等参照)が例示される。   In recent years, active research has been conducted on the relationship between mutant genes and diseases, and it has become possible to diagnose diseases by detecting abnormal genes or detecting abnormal chromosome structures. . To do this more efficiently, it is desirable to obtain a continuous series of global information about the genome and chromosomal modification from the long chromosomal DNA. Methods used to obtain a series of genomic information from long chromosomal DNA include contig determination of a cloned chromosomal DNA library (see Non-Patent Document 1, etc.), and comparative genomic hybridization using a DNA chip ( Non-patent literature 2 etc.), chromosome fluorescence in situ hybridization (FISH) and chromosomal fiber FISH method (see non-patent literature 3-8 etc.) are exemplified.

コンティグを決定するライブラリスクリーニングでは、断片化された長鎖の染色体DNAを、純化・増幅が可能なベクター配列に組み込み、ライブラリDNAへの調製を行う。ライブラリDNAから純化・増幅したクローンと呼ばれる単一のDNA種の集団を用いると、単一断片を用いた場合では弱い検出感度しか得られない検出方法であっても、十分な検出感度が得られるという利点がある。しかし、クローン化には断片のベクターへの挿入・純化・増幅という複数の工程が必要であり、また、再現性のあるクローン化が困難であるため、多検体で同じコンティグを形成してゲノム情報を比較分析することは難しい。   In library screening for determining contigs, fragmented long chromosomal DNA is incorporated into a vector sequence that can be purified and amplified and prepared into library DNA. When a single DNA species population called a clone purified and amplified from library DNA is used, sufficient detection sensitivity can be obtained even with a detection method that provides only weak detection sensitivity when a single fragment is used. There is an advantage. However, since cloning requires multiple steps of fragment insertion into a vector, purification, and amplification, and reproducible cloning is difficult, genome information is obtained by forming the same contig in multiple samples. It is difficult to make a comparative analysis.

DNAチップを用いたComparative Genome Hybridization法は、染色体上等間隔の位置にある塩基配列を配置したDNAチップを用いる方法である。DNAチップに断片化した試料染色体DNA(あるいはその増幅物)をハイブリダイゼーションし、各位置に結合した染色体断片の量を計測することで配列の大域的な増幅・欠失を判定することが出来る。ただし、繰り返し塩基配列の個別位置での増幅・欠失や断片量に変化のない転座の判定には不向きである。またDNAチップ自体が高価である。   The Comparative Genome Hybridization method using a DNA chip is a method using a DNA chip in which base sequences located at equally spaced positions on a chromosome are arranged. Global amplification / deletion of the sequence can be determined by hybridizing the sample chromosomal DNA fragmented on the DNA chip (or its amplification product) and measuring the amount of the chromosomal fragment bound to each position. However, it is not suitable for the determination of translocation in which amplification / deletion at individual positions of the repetitive nucleotide sequence or the amount of fragments does not change. In addition, the DNA chip itself is expensive.

染色体蛍光in situハイブリダイゼーション(FISH)および染色体ファイバーFISH法は、核内で、あるいは、分裂期染色体として凝集状態にある染色体DNAについて、断片化せず解析を行う方法である。この凝集体には多重にゲノム情報が存在し、これらから発せられる輻輳した信号を、顕微観察など空間分解能を有する方法で解像する必要がある。しかし、実質的に塩基配列上1Mb以下のゲノム配列上の位置を検出することは困難である。この問題を解決する一つの方法は、除タンパクを行い、染色体DNA全長を展開・伸長したファイバー化染色体DNAを観察することであるが、全長にわたって伸長に成功した例はない。これは展開・伸長後の染色体DNAは極めて脆弱な一本の二重ラセンから成り、適切に配置しないと互いに絡み合い、分断されるからである。そこで穏やかな除タンパクによる部分展開・伸長を行い絡み合いや分断を回避するファイバー化の例はある。この場合、目的の部分の展開・伸長が制御出来ず再現性の問題を残している。   Chromosome fluorescence in situ hybridization (FISH) and chromosomal fiber FISH are methods for analyzing chromosomal DNA in the nucleus or in an aggregated state as mitotic chromosomes without fragmentation. There are multiple genome information in this aggregate, and it is necessary to resolve the congested signals generated from these by a method having spatial resolution such as microscopic observation. However, it is difficult to detect a position on the genome sequence that is substantially 1 Mb or less on the base sequence. One method for solving this problem is to perform deproteinization and observe the fiberized chromosomal DNA in which the full length of the chromosomal DNA is expanded / extended, but there has been no successful extension over the full length. This is because the chromosomal DNA after expansion / elongation is composed of a very weak double helix, which is entangled and divided if not properly arranged. Therefore, there is an example of fiberization that avoids entanglement and fragmentation by partial expansion / extension by gentle deproteinization. In this case, the expansion / extension of the target portion cannot be controlled, leaving a problem of reproducibility.

いずれにせよ、染色体内部に埋もれた遺伝子を含めて広い範囲にわたって高解像度で解析することが必要とさる。そのためには損傷を抑えつつ染色体を十分に展開・伸長してから解析することが望ましい。そして、十分に展開・伸長された染色体DNAを用いると、染色体DNA上の位置マッピングならびに核酸混合物の組成分析をうまく行うことができる。
Olson M.V., et al., Proc Natl Acad Sci USA 83:7826-7830(1989), Green E.D. and Olson M.V. Proc Natl Acac Sci USA 87:1213-1217(1990) Kallioniemi A., et al., Science 258:818-821(1992), Pinkel D. et al., Nat Genet 20:207-211(1998) Wiegant J., et al., Hum Mol Genet 1:587-591(1992) Heng H.H.Q., et al., Proc Natl Acac Sci USA 89:909-9513(1992) Senger G., et al., Cytogenet Cell Genet 64:49-53(1993) Parra I. and Windle B. Nat Genet 5:17-21(1993) Haaf T. and Ward D.C., Hum Mol Genet 3:697-709(1994) Bensimon A., et al., Science 265:2096-2098(1994)
In any case, it is necessary to analyze with high resolution over a wide range including the gene buried inside the chromosome. For that purpose, it is desirable to analyze after fully expanding and extending the chromosome while suppressing damage. If sufficiently expanded and elongated chromosomal DNA is used, position mapping on the chromosomal DNA and composition analysis of the nucleic acid mixture can be performed successfully.
Olson MV, et al., Proc Natl Acad Sci USA 83: 7826-7830 (1989), Green ED and Olson MV Proc Natl Acac Sci USA 87: 1213-1217 (1990) Kallioniemi A., et al., Science 258: 818-821 (1992), Pinkel D. et al., Nat Genet 20: 207-211 (1998) Wiegant J., et al., Hum Mol Genet 1: 587-591 (1992) Heng HHQ, et al., Proc Natl Acac Sci USA 89: 909-9513 (1992) Senger G., et al., Cytogenet Cell Genet 64: 49-53 (1993) Parra I. and Windle B. Nat Genet 5: 17-21 (1993) Haaf T. and Ward DC, Hum Mol Genet 3: 697-709 (1994) Bensimon A., et al., Science 265: 2096-2098 (1994)

精度の高い、かつ効率的な染色体DNA上の位置マッピングならびに核酸混合物の組成分析の方法を開発することが本発明の課題であった。併せて、損傷を抑えつつ染色体を展開・伸長し、染色体内部にある遺伝子を含めて広い範囲にわたって高解像度で解析できる手段・方法を開発することが本発明の課題であった。   It was an object of the present invention to develop a method for highly accurate and efficient chromosomal DNA location mapping and composition analysis of nucleic acid mixtures. At the same time, it was an object of the present invention to develop means / methods that can expand and extend chromosomes while suppressing damage, and can analyze with high resolution over a wide range including genes in the chromosome.

本発明者らは、上記事情に鑑みて鋭意研究を重ね、下記工程:
展開あるいは伸長した染色体DNAにおいて、一種類の繰り返し塩基配列に対して核酸をハイブリダイゼーションし、
ハイブリダイゼーションした核酸に導入されている標識物を用いることにより、染色体DNAの複数個の該繰り返し塩基配列の組について染色体DNA上での相互の距離を計測し、次いで、
計測された距離の特徴に基づき、該組みおよび該組に含まれる該繰り返し塩基配列の染色体上の領域あるいは位置を決定する
を含む、染色体DNA上の位置マッピング方法を開発し、本発明を完成するに至った。
The inventors of the present invention have made extensive studies in view of the above circumstances, and the following steps:
In the expanded or elongated chromosomal DNA, the nucleic acid is hybridized to one type of repeated base sequence,
By using a labeling substance introduced into the hybridized nucleic acid, a mutual distance on the chromosomal DNA is measured for a set of a plurality of repetitive base sequences of the chromosomal DNA;
Develop a position mapping method on chromosomal DNA, including determining the region or position on the chromosome of the set and the repetitive base sequences included in the set based on the characteristics of the measured distance, and complete the present invention It came to.

さらに本発明者らは、下記工程:
生体試料から抽出した複数種類の核酸からなる核酸の混合物、それらを断片化した核酸の混合物、それらを鋳型として複製した核酸の混合物、それらの断片化と複製の両方を行った核酸の混合物から選択されるいずれか1つの混合物を用意し、
展開あるいは伸長した染色体DNAをハイブリダイゼーションを受ける核酸とし、前記用意した核酸の混合物をハイブリダイゼーションする核酸とし、ハイブリダイゼーションをおこない、次いで、
ハイブリダイゼーションした核酸に導入されている標識物を用いることにより、前記用意した核酸の混合物に含まれていた核酸の種類、分量を計測する
を含む、試料に含まれる核酸混合物の組成分析方法を開発し、本発明を完成するに至った。
Furthermore, the inventors have the following steps:
Select from a mixture of nucleic acids consisting of multiple types of nucleic acids extracted from biological samples, a mixture of nucleic acids fragmented from them, a mixture of nucleic acids replicated using them as a template, and a mixture of nucleic acids subjected to both fragmentation and replication Prepare any one mixture that will be
The expanded or elongated chromosomal DNA is used as a nucleic acid for hybridization, the mixture of the prepared nucleic acids is used as a nucleic acid for hybridization, hybridization is performed, and then
Developed a method for analyzing the composition of a nucleic acid mixture contained in a sample, including measuring the type and amount of nucleic acid contained in the prepared nucleic acid mixture by using a label introduced into the hybridized nucleic acid. Thus, the present invention has been completed.

また、本発明者らは、受容体にて修飾した領域を表面に有する線維状基体を作成し、これに染色体を結合させ、流動あるいは泳動を用いて染色体を展開・伸長すると、損傷を抑えつつ染色体を展開・伸長し、染色体内部にある遺伝子を含めて広い範囲にわたって高解像度で解析できることを見出し、本発明のさらなる態様を完成させた。   In addition, the present inventors made a fibrous substrate having a receptor-modified region on the surface, bound the chromosome to this, and expanded / extended the chromosome using flow or electrophoresis, while suppressing damage. The present inventors have found that a chromosome can be expanded and extended, and can be analyzed with high resolution over a wide range including genes in the chromosome, and a further aspect of the present invention has been completed.

すなわち、本発明は、極めて長くまた損傷を受けやすい直鎖超高分子である染色体DNAを分析に適した形態に展開・伸長し配置した上で、その染色体DNA自体を分析する、あるいは、他の試料の分析に利用するというものである。これまで、染色体DNAの極めて長くまた損傷を受けやすい性質が、分析に適した形態に展開・伸長し配置することを困難にしてきた。これを解決するための手段を与える。   That is, the present invention can analyze a chromosomal DNA itself after developing and extending the chromosomal DNA, which is a linear ultrapolymer that is extremely long and easily damaged, into a form suitable for analysis, or other It is used for sample analysis. Until now, the extremely long and easily damaged nature of chromosomal DNA has made it difficult to deploy, expand and place in a form suitable for analysis. A means to solve this is given.

上記を実現する工程を概括すると以下の通りとなる。
(1)染色体を線維状基体に結合させる
(2)線維状基体から染色体を展開・伸長し、これを別の基体上に固定する
(3)上記(1)と(2)の方法、あるいは、それ以外の方法を用いて展開・伸長され固定された染色体DNAのゲノム情報を取得し、あるいは、展開・伸長され固定された染色体DNAを比較対象・参照対象として試料DNAの組成についての情報を取得する
というものである。
特に本発明は、上記(3)に関するものである。
The process for realizing the above is summarized as follows.
(1) The chromosome is bound to the fibrous substrate. (2) The chromosome is expanded and elongated from the fibrous substrate and fixed on another substrate. (3) The methods (1) and (2) above, or Acquire genomic information on chromosomal DNA that has been expanded / extended and fixed using other methods, or acquire information on the composition of sample DNA using chromosomal DNA that has been expanded / extended and fixed as a comparison / reference target It is to do.
In particular, the present invention relates to (3) above.

詳細には、本発明は上記課題を解決するために下記のものを提供する:
(1)下記工程:
展開あるいは伸長した染色体DNAにおいて、一種類の繰り返し塩基配列に対して核酸をハイブリダイゼーションし、
ハイブリダイゼーションした該核酸に導入されている、あるいは、ハイブリダイゼーション後に該核酸に導入される標識物を用いることにより、染色体DNAの複数個の該繰り返し塩基配列の組について染色体DNA上での相互の距離を計測し、次いで、
計測された距離の特徴に基づき、該組みおよび該組に含まれる該繰り返し塩基配列の染色体上の領域あるいは位置を決定する
を含む、染色体DNA上の位置マッピング方法;
(2)展開あるいは伸長した染色体DNAが展開あるいは伸長前に断片化されたものであり、該標識物を用いることにより、該断片の中に含まれる複数個の該繰り返し塩基配列の組について相互の距離を計測し、計測された距離の特徴に基づき、該組みの染色体上の位置を決定することによって、断片化される前の染色体DNA上での断片の位置をマッピングすることを特徴とする、(1)記載の方法;
(3)下記工程:
展開あるいは伸長した染色体DNAにおいて、複数種類の繰り返し塩基配列に対して核酸をハイブリダイゼーションし、
ハイブリダイゼーションした該核酸に導入されている、あるいは、ハイブリダイゼーション後に該核酸に導入される、繰り返し塩基配列の該種類について特異的に識別できるあるいは識別できない標識物を用いることにより、該複数種類の繰り返し塩基配列を含む繰り返し塩基配列の複数個の組について相互の距離を計測し、次いで、
計測された距離、また、識別できる場合においてはその識別内容の特徴に基づき、該組みおよび該組に含まれる該繰り返し塩基配列の染色体上の領域あるいは位置を決定する
を含む、染色体DNA上の位置マッピング方法;
(4)展開あるいは伸長した染色体DNAが展開あるいは伸長前に断片化されたものであり、該標識物を用いることにより、該断片の中に含まれる複数種類の繰り返し塩基配列を含む繰り返し塩基配列の複数個の組について、相互の距離を計測し、計測された距離、また、識別できる場合においてはその識別内容の特徴に基づき、該組みおよび該組に含まれる該繰り返し塩基配列の染色体上の領域あるいは位置を決定することによって、断片化される前の染色体DNA上での断片の位置をマッピングすることを特徴とする、(3)記載の方法;
(5)断片化を制限酵素消化により行う、(2)または(4)記載の方法;
(6)染色体DNAを誘電泳動により展開・伸長し、位置マッピングを行う、(1)〜(5)のいずれかに記載の方法;
(7)繰り返し塩基配列にハイブリダイゼーションする核酸として、アニーリング温度の相違が5℃の範囲に収まる100種類以下のオリゴ核酸を用いる(1)〜(6)のいずれかに記載の染色体DNA位置マッピング方法;
(8)繰り返し塩基配列がヒトAlu配列を含む(1)〜(7)のいずれかに記載の染色体DNA位置マッピング方法;
(9)配列番号:11にあるコンセンサスAlu配列の第133〜第157残基の塩基配列、第231〜第245残基の塩基配列、第260〜第282残基の塩基配列、ならびに、これらの相補鎖配列からなる群より選択される少なくとも1種の塩基配列を有する核酸を染色体DNAに対してハイブリダイゼーションする核酸として用いる(8)記載の染色体DNA位置マッピング方法;
(10)繰り返し塩基配列がヒトLINE−1配列を含む(1)〜(9)のいずれかに記載の染色体DNA位置マッピング方法;
(11)下記工程:
展開あるいは伸長した染色体DNAにおいて、メチル化シトシンに結合活性がある受容体を加え結合させ、次いで、
該受容体に導入されている、あるいは、結合後に該受容体に導入される標識物を用いることにより、染色体DNAのメチル化シトシンの位置を同定する
を含む、染色体DNA上のメチル化シトシン位置マッピング方法;
(12)展開あるいは伸長した染色体DNAが展開あるいは伸長前に断片化されたものである(11)記載の方法;
(13)
標識物がこれに対する特異的結合性を有する受容体のリガンドとなる物質を含み、該受容体が次の標識物となる(1)〜(12)のいずれかに記載のマッピング方法;
(14)
標識物が蛍光を発する物質を含む(1)〜(13)のいずれかに記載のマッピング方法;
(15)(1)〜(14)のいずれかに記載の染色体DNA位置マッピング方法に使用される染色体DNAマッピング装置システムであって、繰り返し塩基配列についてその標識物を可視化する観察装置、観察像の撮影装置、および、撮影画像から繰り返し塩基配列の位置を抽出し、その組について相互の距離を計測し、ゲノム塩基配列データベース情報あるいは該情報から抽出した情報と照合する計算装置の三装置を必須の要素として含む、染色体DNAマッピング装置またはシステム;
(16)下記工程:
生体試料から抽出した複数種類の核酸からなる核酸の混合物、それらを断片化した核酸の混合物、それらを鋳型として複製した核酸の混合物、それらの断片化と複製の両方を行った核酸の混合物から選択されるいずれか1つの混合物を用意し、
展開あるいは伸長した染色体DNAをハイブリダイゼーションを受ける核酸とし、前記用意した核酸の混合物をハイブリダイゼーションする核酸とし、ハイブリダイゼーションをおこない、次いで、
ハイブリダイゼーションした核酸に導入されている、あるいは、ハイブリダイゼーション後に該核酸に導入される標識物を用いることにより、前記用意した核酸の混合物に含まれていた核酸の種類の判別、相対含有量の計測を行う
を含む、試料に含まれる核酸混合物の組成分析方法;
(17)
標識物がこれに対する特異的結合性を有する受容体のリガンドとなる物質を含み、該受容体が次の標識物となる(16)記載の組成分析方法;
(18)
標識物が蛍光を発する物質を含む(16)または(17)記載の組成分析方法。
Specifically, the present invention provides the following to solve the above problems:
(1) The following steps:
In the expanded or elongated chromosomal DNA, the nucleic acid is hybridized to one type of repeated base sequence,
By using a label that is introduced into the hybridized nucleic acid or that is introduced into the nucleic acid after hybridization, a plurality of sets of the repetitive base sequences of the chromosomal DNA are mutually separated on the chromosomal DNA. And then
A position mapping method on chromosomal DNA, comprising determining a region or position on a chromosome of the set and the repetitive base sequence included in the set based on the measured distance feature;
(2) Expanded or extended chromosomal DNA is fragmented before expansion or extension, and by using the label, a plurality of sets of repetitive base sequences contained in the fragment Mapping the position of the fragment on the chromosomal DNA before being fragmented by measuring the distance and determining the position on the chromosome of the set based on the characteristic of the measured distance; (1) The method described in;
(3) The following steps:
In the expanded or elongated chromosomal DNA, nucleic acid is hybridized to multiple types of repetitive base sequences,
By using a label that can be specifically identified or cannot be identified for the type of repetitive base sequence introduced into the nucleic acid after hybridization or introduced into the nucleic acid after hybridization, the plurality of types of repetitive sequences are used. Measure the mutual distance for a plurality of sets of repetitive base sequences including the base sequence,
The position on the chromosomal DNA, including determining the region or position on the chromosome of the set and the repetitive base sequence contained in the set, based on the measured distance and, if possible, the characteristics of the identification content Mapping method;
(4) The expanded or extended chromosomal DNA is fragmented before expansion or extension, and by using the label, a repetitive base sequence comprising a plurality of types of repetitive base sequences contained in the fragment is obtained. For a plurality of sets, the mutual distance is measured, and based on the measured distance and, if it can be identified, the characteristics of the identification content, the set and the region on the chromosome of the repetitive base sequence included in the set Or mapping the position of the fragment on the chromosomal DNA before being fragmented by determining the position;
(5) The method according to (2) or (4), wherein the fragmentation is performed by restriction enzyme digestion;
(6) The method according to any one of (1) to (5), wherein the chromosomal DNA is expanded / expanded by dielectrophoresis to perform position mapping;
(7) The chromosomal DNA position mapping method according to any one of (1) to (6), wherein as the nucleic acid that hybridizes to the repetitive nucleotide sequence, 100 or less oligonucleic acids whose difference in annealing temperature is within a range of 5 ° C. are used. ;
(8) The chromosomal DNA position mapping method according to any one of (1) to (7), wherein the repetitive base sequence includes a human Alu sequence;
(9) the nucleotide sequence of residues 133 to 157, the nucleotide sequence of residues 231 to 245, the nucleotide sequence of residues 260 to 282 of the consensus Alu sequence in SEQ ID NO: 11, and these The chromosomal DNA position mapping method according to (8), wherein a nucleic acid having at least one base sequence selected from the group consisting of complementary strand sequences is used as a nucleic acid to hybridize to chromosomal DNA;
(10) The chromosomal DNA position mapping method according to any one of (1) to (9), wherein the repetitive base sequence includes a human LINE-1 sequence;
(11) The following steps:
In the expanded or elongated chromosomal DNA, a receptor having binding activity to methylated cytosine is added and bound,
Methylated cytosine position mapping on chromosomal DNA comprising identifying the position of methylated cytosine in chromosomal DNA by using a label that is introduced into the receptor or that is introduced into the receptor after binding Method;
(12) The method according to (11), wherein the expanded or extended chromosomal DNA is fragmented before expansion or extension;
(13)
The mapping method according to any one of (1) to (12), wherein the label contains a substance that becomes a ligand of a receptor having specific binding property thereto, and the receptor becomes the next label;
(14)
The mapping method according to any one of (1) to (13), wherein the label contains a fluorescent substance;
(15) A chromosomal DNA mapping apparatus system for use in the chromosomal DNA position mapping method according to any one of (1) to (14), wherein an observation apparatus for visualizing a label of a repetitive base sequence, It is essential to have three devices: a photographing device and a computing device that repeatedly extracts the base sequence position from the photographed image, measures the mutual distance of the set, and collates with the genomic base sequence database information or information extracted from the information. A chromosomal DNA mapping apparatus or system comprising as an element;
(16) The following steps:
Select from a mixture of nucleic acids consisting of multiple types of nucleic acids extracted from biological samples, a mixture of nucleic acids fragmented from them, a mixture of nucleic acids replicated using them as a template, and a mixture of nucleic acids subjected to both fragmentation and replication Prepare any one mixture that will be
The expanded or elongated chromosomal DNA is used as a nucleic acid for hybridization, the mixture of the prepared nucleic acids is used as a nucleic acid for hybridization, hybridization is performed, and then
Discrimination of the type of nucleic acid contained in the prepared mixture of nucleic acids and measurement of relative content by using a label introduced into the hybridized nucleic acid or introduced into the nucleic acid after hybridization A method for analyzing the composition of a nucleic acid mixture contained in a sample, comprising:
(17)
The composition analysis method according to (16), wherein the label contains a substance that becomes a ligand of a receptor having specific binding property thereto, and the receptor becomes the next label;
(18)
The composition analysis method according to (16) or (17), wherein the label contains a fluorescent substance.

さらに本発明は、以下のものも開示する:
(1)受容体にて修飾した領域を表面に有する染色体結合用線維状基体。
(2)断面最大幅が100マイクロメートル以下である(1)記載の線維状基体。
(3)断面最大幅が20マイクロメートル以下である(1)記載の線維状基体。
(4)受容体にて修飾した領域と受容体にて修飾していない領域によって隔離された状態で複数配置されている(1)〜(3)のいずれかに記載の線維状基体。
(5)表面に幅10マイクロメートル以下の受容体修飾領域が、1ミリメートル以下の間隔で配置されている(3)記載の線維状基体。
(6)材料がガラス、合成樹脂、カーボン、セラミックス、シリコン、シリコン酸化物、シリコン窒化物、金属、金属酸化物、天然繊維、あるいはそれらの混合物または複合体である(1)〜(5)のいずれかに記載の線維状基体。
(7)受容体が抗体、レクチン、ビオチン特異的受容体、ビオチン、ストレプトタグ、金属錯体配位子、抗体結合タンパク質、グルタチオン、グルタチオンSトランスフェラーゼ、アミロース、セルロース、ガラクトース、アミノ基、アミノ基に対する共有結合性を有する反応基、チオール基、チオール基に対する共有結合性を有する反応基、核酸結合性を有する基および核酸からなる群より選択されるものを含む、(1)〜(6)のいずれかに記載の線維状基体。
(8)受容体がビオチン、アビジン、ストレプトアビジンから選択されるものを含む(1)〜(6)のいずれかに記載の線維状基体。
(9)受容体が金属錯体配位子を含む、(1)〜(6)のいずれかに記載の線維状基体。
(10)受容体が核酸を含む(1)〜(6)のいずれかに記載の線維状基体。
(11)染色体が分裂期染色体である(1)〜(10)のいずれかに記載の線維状基体。
(12)染色体を結合させた(1)〜(10)のいずれかに記載の線維状基体。
(13)染色体が分裂期染色体である(12)記載の線維状基体。
(14)染色体DNAに対して核酸をハイブリダイゼーションさせ、ハイブリダイゼーションした核酸に導入されているリガンドと、線維状基体に修飾してある受容体とが結合することによって染色体が結合している(12)または(13)記載の線維状基体。
(15)染色体DNAが繰り返し塩基配列を有するものである(14)記載の線維状基体。
(16)繰り返し塩基配列がテロメア領域の繰り返し塩基配列ある、あるいは、セントロメア領域の繰り返し塩基配列である(15)記載の線維状基体。
(17)染色体DNAに対して核酸をハイブリダイゼーションさせ、ハイブリダイゼーションした核酸をプライマーとし、リガンドによる修飾を受けた核酸塩基を合成基質とし、染色体DNAを鋳型として、染色体DNAにハイブリダイゼーションした状態で合成された核酸に結合している該リガンドと、線維状基体に修飾してある受容体とが結合することによって染色体が結合している(12)または(13)記載の線維状基体。
(18)染色体DNAが末端一本鎖部分を有するものである(17)記載の線維状基体。
(19)リガンドと受容体の結合が、抗原分子と該抗原分子に対する抗体分子の結合、抗体分子と抗体結合性タンパク質の結合、ビオチンあるいはストレプトタグとビオチン特異的受容体の結合、グルタチオンとグルタチオンSトランスフェラーゼの結合、糖と該糖に結合性のあるレクチンの結合、アミノ基とアミノ基に対する共有結合性を有する反応基の結合、チオール基とチオール基に対する共有結合性を有する反応基の結合、金属錯体を介する結合、核酸を介する結合、核酸結合性を有する基を介する結合からなる群より選択されるものである、(14)〜(18)のいずれかに記載の線維状基体。
(20)リガンドと受容体の結合が、ビオチンとストレプトアビジン、あるいは、ビオチンとアビジンの結合である、(14)〜(18)のいずれかに記載の線維状基体。
(21)リガンドと受容体の結合が、金属錯体配位子を介した結合である、(14)〜(18)のいずれかに記載の線維状基体。
(22)リガンドと受容体の結合が、核酸を介した結合である、(14)〜(18)のいずれかに記載の線維状基体。
(23)(12)〜(22)のいずれかに記載の染色体を結合させた線維状基体を作製するための溶液槽であって、(1)記載の線維状基体の一部あるいは全体を、可逆あるいは不可逆に、把持あるいは固着する要素を有する溶液槽。
(24)下記工程:
(12)〜(22)のいずれかに記載の線維状基体を溶液に浸漬し、流動あるいは泳動しないように支持し、次いで、
溶液全体を流動し、あるいは溶液中の物質を泳動し、染色体DNAを展開あるいは伸長する
を含む、染色体の展開方法あるいは伸長方法。
(25)下記工程:
(12)〜(22)のいずれかに記載の線維状基体を溶液に浸漬し、流動あるいは泳動しないように支持し、次いで、
送液、電気浸透流、電気泳動のいずれか1つあるいは複数の方法を用いて染色体を展開あるいは伸長する
を含む、染色体の展開方法あるいは伸長方法。
(26)(24)または(25)記載の方法において染色体DNAを展開あるいは伸長するための溶液槽であって、線維状基体の一部あるいは全体が、可逆あるいは不可逆に、把持あるいは固着されるものである溶液槽。
(27)(24)または(25)記載の方法により展開あるいは伸長された染色体DNAであって、展開/伸長槽内にある一部あるいは全部が平滑な表面へ固定された染色体DNA。
(28)(24)または(25)記載の方法により展開あるいは伸長された染色体DNAであって、展開/伸長槽内にある網目状構造、繊維状構造、棒構造、あるいはこれらの混合構造に固定された染色体DNA。
(29)展開/伸長槽内にある正電荷に帯電した表面あるいは構造に固定された、あるいは、二価金属イオン、金属錯体、ポリアミンからなる群より選択されるものを含む物質を介して展開/伸長槽内にある負電荷に帯電した表面あるいは構造に固定された(27)または(28)記載の固定された染色体DNA。
(30)核酸結合性を有する基による結合を介して固定された(27)または(28)記載の固定された染色体DNA。
(31)染色体DNAに核酸をハイブリダイゼーションさせ、その核酸に導入されているリガンドと、基体にあらかじめ修飾してある受容体との結合を介して固定された(27)または(28)記載の固定をされた染色体DNA。
(32)繰り返し塩基配列を有する染色体DNAであって、その繰り返し塩基配列に核酸がハイブリダイゼーションするものである(31)記載の固定をされた染色体DNA。
(33)染色体DNAのニックを始点とし、リガンドの修飾を受けた核酸塩基を合成基質として用いて合成された核酸中のリガンドと、展開/伸長槽内にある表面あるいは構造にあらかじめ修飾してある受容体の結合を介して固定された(27)または(28)記載の固定された染色体DNA。
(34)(31)〜(33)のいずれか1項記載のリガンドと受容体の結合が、ビオチンとストレプトアビジンの結合、ビオチンとアビジンの結合、アミノ基とアミノ基に対する共有結合性を有する反応基の結合、チオール基あるいはチオール基に対する共有結合性を有する反応基の結合、金属錯体を介する結合、核酸を介する結合からなる群より選択されるものを含む(27)あるいは(28)記載の染色体DNA。
(35)下記条件を満たす線維状基体と液滴保持器具を組み合わせてなる複合体
・請求項12〜22のいずれかに記載の染色体を結合している線維状基体
・一枚あるいは複数枚から成る板状構造を有する液滴保持器具であって、該板状構造の表面にて液滴を保持し、該液滴にて前記の線維状基体の一部あるいは全部を浸漬する液滴保持器具。
(36)(12)〜(22)のいずれかに記載の染色体を結合した線維状基体を浸漬した溶液槽と、該線維状基体を浸漬していない溶液槽との二つの溶液槽からなる組であって、溶液に浸漬した状態のままで該染色体を結合した線維状基体が一方の溶液槽から他方の溶液槽に転載されるものであり、かつ、溶液の一体化と分離が行われる二つの溶液槽の組。
(37)一方あるいは両方の溶液槽が、疎水領域に囲まれた親水領域からなる表面を有する(36)記載の二つの溶液槽の組。
(38)一方あるいは両方の溶液槽が、板状構造体を有し、溶液を板状構造体上において表面張力によって保持する(36)記載の二つの溶液槽の組。
(39)一方の溶液槽が、(12)〜(22)のいずれかに記載の染色体を結合させた線維状基体を作製するための溶液槽であって、請求項1記載の線維状基体の一部あるいは全体を取り外し可能な状態で把持あるいは固着する要素を有する溶液槽であり、他方の溶液槽が、(24)または(25)記載の方法において染色体DNAを展開あるいは伸長するための溶液槽であって、取り付け可能な状態で線維状基体の一部あるいは全体が把持あるいは固着されるものである溶液槽である、(36)または(37)記載の二つの溶液槽の組。
(40)下記工程:
線維状基体を平滑な表面を有する樹脂層の表面近傍に包埋し、
該樹脂表面に沿って線維状基体に交差する方向に複数本の切削を行い、線維状基体の複数個所で基体面を露出し、
切削によって露出していない基体面を樹脂層により受容体修飾から保護し、切削によって露出した基体面に受容体の修飾をおこない、次いで、
線維状基体を樹脂層から解放する、
を含む、(4)あるいは(5)記載の線維状基体の製造方法。
The present invention further discloses the following:
(1) A chromosomal binding fibrous substrate having a surface modified with a receptor on its surface.
(2) The fibrous substrate according to (1), wherein the maximum cross-sectional width is 100 micrometers or less.
(3) The fibrous substrate according to (1), wherein the maximum cross-sectional width is 20 micrometers or less.
(4) The fibrous substrate according to any one of (1) to (3), wherein a plurality of the substrates are separated from each other by a region modified with a receptor and a region not modified with a receptor.
(5) The fibrous substrate according to (3), wherein receptor-modified regions having a width of 10 micrometers or less are arranged on the surface at intervals of 1 millimeter or less.
(6) The material is glass, synthetic resin, carbon, ceramics, silicon, silicon oxide, silicon nitride, metal, metal oxide, natural fiber, or a mixture or composite thereof (1) to (5) The fibrous substrate according to any one of the above.
(7) The receptor is an antibody, a lectin, a biotin specific receptor, biotin, a strep tag, a metal complex ligand, an antibody binding protein, glutathione, glutathione S-transferase, amylose, cellulose, galactose, amino group, amino group Any one of (1) to (6), including a reactive group having a binding property, a thiol group, a reactive group having a covalent binding property to a thiol group, a group having a nucleic acid binding property, and a nucleic acid A fibrous substrate as described in 1.
(8) The fibrous substrate according to any one of (1) to (6), wherein the receptor includes one selected from biotin, avidin, and streptavidin.
(9) The fibrous substrate according to any one of (1) to (6), wherein the receptor includes a metal complex ligand.
(10) The fibrous substrate according to any one of (1) to (6), wherein the receptor contains a nucleic acid.
(11) The fibrous substrate according to any one of (1) to (10), wherein the chromosome is a mitotic chromosome.
(12) The fibrous substrate according to any one of (1) to (10), to which chromosomes are bound.
(13) The fibrous substrate according to (12), wherein the chromosome is a mitotic chromosome.
(14) A chromosome is bound by hybridizing a nucleic acid to chromosomal DNA and binding a ligand introduced into the hybridized nucleic acid and a receptor modified on the fibrous substrate (12 Or a fibrous substrate according to (13).
(15) The fibrous substrate according to (14), wherein the chromosomal DNA has a repeated base sequence.
(16) The fibrous substrate according to (15), wherein the repetitive base sequence is a repetitive base sequence of a telomere region or a repetitive base sequence of a centromere region.
(17) A nucleic acid is hybridized to chromosomal DNA, synthesized using the hybridized nucleic acid as a primer, a nucleobase modified with a ligand as a synthetic substrate, and chromosomal DNA as a template in a hybridized state with chromosomal DNA. The fibrous substrate according to (12) or (13), wherein the chromosome is bound by binding of the ligand bound to the prepared nucleic acid and the receptor modified on the fibrous substrate.
(18) The fibrous substrate according to (17), wherein the chromosomal DNA has a terminal single-stranded portion.
(19) Ligand and receptor binding include antigen molecule and antibody molecule binding to the antigen molecule, antibody molecule and antibody binding protein binding, biotin or strepttag and biotin specific receptor binding, glutathione and glutathione S Binding of transferase, binding of sugar and lectin that binds to the sugar, binding of amino group and reactive group having covalent bond to amino group, binding of reactive group having covalent bond to thiol group and thiol group, metal The fibrous substrate according to any one of (14) to (18), which is selected from the group consisting of a bond via a complex, a bond via a nucleic acid, and a bond via a group having nucleic acid binding properties.
(20) The fibrous substrate according to any one of (14) to (18), wherein the binding between the ligand and the receptor is a binding between biotin and streptavidin or biotin and avidin.
(21) The fibrous substrate according to any one of (14) to (18), wherein the bond between the ligand and the receptor is a bond through a metal complex ligand.
(22) The fibrous substrate according to any one of (14) to (18), wherein the binding between the ligand and the receptor is binding via a nucleic acid.
(23) A solution tank for producing a fibrous substrate to which the chromosome according to any one of (12) to (22) is bound, wherein a part or the whole of the fibrous substrate according to (1) A solution tank having an element that is reversibly or irreversibly gripped or fixed.
(24) The following steps:
The fibrous substrate according to any one of (12) to (22) is immersed in a solution and supported so as not to flow or migrate,
A method for expanding or extending a chromosome, including flowing the entire solution or migrating a substance in the solution to expand or extend the chromosomal DNA.
(25) The following steps:
The fibrous substrate according to any one of (12) to (22) is immersed in a solution and supported so as not to flow or migrate,
A method for expanding or extending a chromosome, comprising expanding or extending a chromosome using one or a plurality of methods of liquid feeding, electroosmotic flow, and electrophoresis.
(26) A solution tank for expanding or extending chromosomal DNA in the method according to (24) or (25), wherein a part or the whole of the fibrous substrate is gripped or fixed reversibly or irreversibly. The solution tank.
(27) Chromosomal DNA expanded or elongated by the method according to (24) or (25), wherein a part or all of the chromosomal DNA in the expansion / elongation tank is fixed to a smooth surface.
(28) Chromosomal DNA expanded or elongated by the method described in (24) or (25), and fixed to a network structure, a fibrous structure, a rod structure, or a mixed structure in the expansion / elongation tank Chromosomal DNA.
(29) Development / development via a substance that is fixed to a positively charged surface or structure in the extension tank, or contains a substance selected from the group consisting of divalent metal ions, metal complexes, and polyamines. The fixed chromosomal DNA according to (27) or (28), which is fixed to a negatively charged surface or structure in an extension tank.
(30) The fixed chromosomal DNA according to (27) or (28), which is fixed through binding by a group having nucleic acid binding properties.
(31) Immobilization according to (27) or (28), wherein nucleic acid is hybridized to chromosomal DNA and immobilized through binding between a ligand introduced into the nucleic acid and a receptor that has been modified in advance on the substrate. Chromosomal DNA.
(32) A chromosomal DNA having a repetitive base sequence, wherein the nucleic acid hybridizes to the repetitive base sequence, and the fixed chromosomal DNA according to (31).
(33) Starting with a nick of chromosomal DNA, the ligand in the nucleic acid synthesized using a nucleobase modified with a ligand as a synthetic substrate, and the surface or structure in the expansion / elongation tank has been modified in advance. The fixed chromosomal DNA according to (27) or (28), which is fixed through receptor binding.
(34) The reaction according to any one of (31) to (33), wherein the binding between the ligand and the receptor has a binding between biotin and streptavidin, a binding between biotin and avidin, and a covalent bond with an amino group and an amino group. Chromosomes according to (27) or (28), comprising a group selected from the group consisting of a bond of a group, a bond of a reactive group having a covalent bond to a thiol group or a thiol group, a bond through a metal complex, and a bond through a nucleic acid DNA.
(35) A complex formed by combining a fibrous substrate and a droplet holding device satisfying the following conditions: • A fibrous substrate bound to a chromosome according to any one of claims 12 to 22; A droplet holding device having a plate-like structure, the droplet holding device holding a droplet on the surface of the plate-like structure, and immersing a part or all of the fibrous substrate with the droplet.
(36) A set consisting of two solution tanks, a solution tank in which the fibrous substrate bound with the chromosome according to any one of (12) to (22) is immersed and a solution tank in which the fibrous substrate is not immersed. The fibrous substrate to which the chromosome is bonded while being immersed in the solution is transferred from one solution tank to the other solution tank, and the solution is integrated and separated. A set of two solution tanks.
(37) The set of two solution tanks according to (36), wherein one or both of the solution tanks have a surface composed of a hydrophilic region surrounded by a hydrophobic region.
(38) The set of two solution tanks according to (36), wherein one or both of the solution tanks have a plate-like structure and the solution is held on the plate-like structure by surface tension.
(39) One solution tank is a solution tank for producing a fibrous substrate to which the chromosome according to any one of (12) to (22) is bound, and the fibrous tank according to claim 1 It is a solution tank which has an element which grasps or adheres in the state where a part or all can be removed, and the other solution tank is a solution tank for expanding or extending chromosomal DNA in the method of (24) or (25) The set of two solution tanks according to (36) or (37), which is a solution tank in which a part or the whole of the fibrous substrate is gripped or fixed in an attachable state.
(40) The following steps:
Embedding a fibrous substrate near the surface of a resin layer having a smooth surface,
A plurality of cuts are made in a direction intersecting the fibrous substrate along the resin surface, and the substrate surface is exposed at a plurality of locations of the fibrous substrate,
The substrate surface that is not exposed by cutting is protected from the receptor modification by the resin layer, the substrate surface exposed by cutting is modified, and then the receptor is modified.
Release the fibrous substrate from the resin layer;
The method for producing a fibrous substrate according to (4) or (5), comprising:

本発明によれば、精度の高い、かつ効率的な染色体DNA上の位置マッピングならびに核酸混合物の組成分析の方法が提供される。また、本発明によれば、染色体を切断することなく展開・伸長し、染色体の高次構造によって内部に埋もれた遺伝子を含めて広い範囲にわたって高解像度で染色体を解析することが可能となる。また、たとえ染色体DNAを切断した場合など解析できる領域が不連続であっても、以下に述べる位置マッピング技術自体を援用して、その領域が元の一本の染色体DNAの何処に由来するのかを同定することも可能である。したがって、以下に提示する位置マッピングは、展開・伸長した染色体DNAが連続・不連続を問わず利用することが可能である。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the method of position mapping on chromosomal DNA with high precision and efficient and composition analysis of a nucleic acid mixture is provided. In addition, according to the present invention, it is possible to analyze a chromosome with high resolution over a wide range including a gene that is expanded and extended without cutting the chromosome and is buried inside by the higher order structure of the chromosome. Also, even if the region that can be analyzed is discontinuous, such as when chromosomal DNA is cut, the location mapping technique itself described below is used to determine where the region originates from the original chromosomal DNA. It is also possible to identify. Therefore, the position mapping presented below can be used regardless of whether the expanded / extended chromosomal DNA is continuous or discontinuous.

展開・伸長した染色体DNAは、様々な方法で分析出来る汎用性のある分析対象であるが、以下の方法によると、標識や識別の問題(詳細は後述の「本発明のまとめ」参照)を回避して、網羅的な染色体DNA上の位置マッピングが可能となる。したがって、本発明は、かかるマッピング方法も包含する。   Expanded and elongated chromosomal DNA is a versatile analysis target that can be analyzed by various methods, but the following method avoids labeling and identification problems (see “Summary of the Invention” below for details). Thus, it is possible to perform comprehensive mapping on the chromosomal DNA. Therefore, the present invention also includes such a mapping method.

本発明のマッピング方法の1の具体例は、下記工程:
展開あるいは伸長した染色体DNAにおいて、一種類の繰り返し塩基配列に対して核酸をハイブリダイゼーションし、
ハイブリダイゼーションした該核酸に導入されている、あるいは、ハイブリダイゼーション後に該核酸に導入される標識物を用いることにより、染色体DNAの複数個の該繰り返し塩基配列の組について染色体DNA上での相互の距離を計測し、次いで、
計測された距離の特徴に基づき、該組みおよび該組に含まれる該繰り返し塩基配列の染色体上の領域あるいは位置を決定する
を含む、染色体DNA上の位置マッピング方法である。
One specific example of the mapping method of the present invention includes the following steps:
In the expanded or elongated chromosomal DNA, the nucleic acid is hybridized to one type of repeated base sequence,
By using a label that is introduced into the hybridized nucleic acid or that is introduced into the nucleic acid after hybridization, a plurality of sets of the repetitive base sequences of the chromosomal DNA are mutually separated on the chromosomal DNA. And then
A position mapping method on chromosomal DNA, comprising determining a region or a position on a chromosome of the set and the repetitive base sequences included in the set based on the characteristics of the measured distance.

本明細書において、染色体DNAの「展開・伸長」、「展開/伸長」あるいは「展開あるいは伸長」とは、好ましい理想的な状態としては、切断がなく、他の物質が結合しておらず、DNA自体が直線状であるか、あるいは位置マッピングする上で各標識物のDNA上での距離計測を許す程度の屈曲を有する形態をとるものであるが、いずれの場合もその全体において溶媒中の溶解物質の接近を許す状態にあるものを言う。これに準じる状態として、10マイクロメートル以上の切断のない連続した染色体DNAであって、50%以上好ましくは80%以上のDNA領域で他の物質の結合がなく、また直線状ないし制御された屈曲を有する形態をとる場合で、その領域において溶媒中の溶解物質の接近を許す状態にあるものも含むものとする。   In this specification, “development / elongation”, “development / elongation” or “development / elongation” of chromosomal DNA is, as a preferable ideal state, there is no cleavage and other substances are not bound, The DNA itself is linear, or has a form that has a degree of bending that allows distance measurement on the DNA of each label in the position mapping. A substance that allows access to dissolved substances. As a state conforming to this, continuous chromosomal DNA having no breaks of 10 micrometers or more, no binding of other substances in a DNA region of 50% or more, preferably 80% or more, and linear or controlled bending In the case of taking a form having the above, it is intended to include those in a state that allows access to the dissolved substance in the solvent in that region.

この方法における繰り返し塩基配列は、巨視的には各染色体に一様に分布し、しかし観察方法の分解能に応じて、微視的には染色体の領域ごとに異なる特徴的な偏りを持った分布をしていることが好ましい。   The repetitive nucleotide sequences in this method are uniformly distributed on each chromosome macroscopically, but microscopically, they have a distribution with a characteristic bias that differs from one chromosome region to another depending on the resolution of the observation method. It is preferable.

また、多形を有する繰り返し塩基配列を、ある単一種類の繰り返し塩基配列を要素とする集合とみなしたとき、それらの多形の共通部位の分類により、その集合が下位の集合に分割される場合がある。この方法において対象とする繰り返し塩基配列は、多形を有する繰り返し集合だけでなく、要素あるいは下位の集合を意味する場合も含まれる。   In addition, when a repeated base sequence having a polymorphism is regarded as a set having a single type of repeated base sequence as an element, the set is divided into lower sets according to the classification of common parts of those polymorphs There is a case. The target repetitive base sequence in this method includes not only a repetitive set having polymorphism but also a case where an element or a subordinate set is meant.

繰り返し塩基配列としてAlu配列(Jelinek W. R., et al., Proc Natl Acad Sci USA 77:1398-1402(1980))を用いる場合、下記Alu配列のコンセンサス配列において下線部分以外では少数の多形が確認されるのみである。このため、下線部分以外にハイブリダイゼーションする配列を有する核酸が、実際にAlu配列の各多形下位集合においてハイブリダイゼーションするかどうかは、その下位集合の塩基配列に左右されることになり、ハイブリダイゼーションの有無を決定することが非常に煩雑になる。さらに、少数の多形部位でハイブリダイゼーションミスマッチを起こす核酸は、ハイブリダイゼーションの成否を予測することが難しく、確実な染色体DNA位置マッピングを困難にする。これとは逆に、下線部分ではコンセンサス配列以外は非常に高頻度に多形が確認されている。このため下線部分を含む塩基配列のいずれか、あるいはこれらの相補鎖配列を有する1種またはそれ以上の核酸を用いる場合、高能率にコンセンサス配列以外の多形下位集合に属する塩基配列へのハイブリダイゼーションを除外出来る。これにより、ハイブリダイゼーションの有無を決定することが容易になる。さらに、ハイブリダイゼーションの予測が容易になり、確実な染色体DNA位置マッピングを可能にする。上記の関係はまたコンセンサス配列の相補鎖配列についても成立する。

Figure 2009022274
When the Alu sequence (Jelinek WR, et al., Proc Natl Acad Sci USA 77: 1398-1402 (1980)) is used as the repetitive base sequence, a small number of polymorphisms were confirmed except for the underlined portion in the consensus sequence of the following Alu sequence. Only. For this reason, whether or not a nucleic acid having a sequence to hybridize other than the underlined portion actually hybridizes in each polymorphic subset of the Alu sequence depends on the base sequence of the subset. It becomes very complicated to determine the presence or absence. Furthermore, nucleic acids that cause hybridization mismatches at a small number of polymorphic sites are difficult to predict the success or failure of hybridization, making reliable chromosomal DNA position mapping difficult. On the other hand, polymorphism is confirmed very frequently in the underlined part except for the consensus sequence. Therefore, when using one or more nucleic acids having any of the nucleotide sequences including the underlined portion or their complementary strand sequences, hybridization to a nucleotide sequence belonging to a polymorphic subset other than the consensus sequence is highly efficient. Can be excluded. This makes it easy to determine the presence or absence of hybridization. Furthermore, the prediction of hybridization is facilitated, enabling reliable chromosomal DNA position mapping. The above relationship also holds for complementary strand sequences of consensus sequences.
Figure 2009022274

また、観察方法の分解能を十分に発揮するため、繰り返し塩基配列に対する標識は繰り返し塩基配列の広い範囲にわたる広がりを持った信号を発するものではなく、観察方法の検出感度に応じて、十分に狭い信号を発するものであることが好ましい。ヒト染色体においては、数〜数十マイクロメートルの間隔で分布するAlu配列(Wang J., et al., Gene 365:11-20(2006))あるいはLINE−1配列(Szak S. T., et al., Genome Biol 3:1-18(2002))が、観察方法として光学顕微鏡を用いた場合の好ましい繰り返し塩基配列として例示される。狭い信号を発する好ましい標識方法としては、蛍光色素で標識されている、アニーリング温度(Tm)が統一された、4〜20個の少数種類のオリゴDNA(塩基数が20〜50残基のDNA鎖で、オリゴヌクレオチドとも呼ぶ)からなるオリゴDNA集合による標識が例示される。アニーリング温度の統一により、厳密な温度制御を行うことにより非特異的なハイブリダイゼーションを抑制することが出来る。このようなアニーリング温度の統一は、従来の塩基配列の広い範囲にわたる標識を行う多数のハイブリダイゼーション核酸の集合については作製が困難であった。このような少数種類のオリゴDNAによる十分に有意な識別が可能な標識であれば、これを用いるほうが、より特異的検出が可能になり好ましい。幸い対象となる染色体DNAが細胞内環境から単離され、他の細胞内物質から隔離された状態で伸長されていることにより、観察方法の検出感度が向上している。このような、アニーリング温度(Tm)が統一された少数のオリゴDNAの集合は検出可能である。   In addition, in order to fully demonstrate the resolution of the observation method, the label for the repetitive base sequence does not emit a signal having a wide range of the repetitive base sequence, but a sufficiently narrow signal depending on the detection sensitivity of the observation method. It is preferable that it emits. In human chromosomes, Alu sequences (Wang J., et al., Gene 365: 11-20 (2006)) or LINE-1 sequences (Szak ST, et al.,) Distributed at intervals of several to several tens of micrometers. Genome Biol 3: 1-18 (2002)) is exemplified as a preferable repetitive base sequence when an optical microscope is used as an observation method. As a preferable labeling method that emits a narrow signal, 4 to 20 minor types of oligo DNA (DNA strands having 20 to 50 residues) labeled with a fluorescent dye and having a uniform annealing temperature (Tm) are used. In this example, the labeling is based on an oligo DNA assembly consisting of the oligonucleotide. By unifying the annealing temperature, nonspecific hybridization can be suppressed by strictly controlling the temperature. Such a uniform annealing temperature has been difficult to produce for a set of many hybridization nucleic acids that perform labeling over a wide range of conventional base sequences. It is preferable to use a label that can be sufficiently significantly distinguished by such a small number of types of oligo DNAs because it enables more specific detection. Fortunately, the detection sensitivity of the observation method is improved because the target chromosomal DNA is isolated from the intracellular environment and extended in a state isolated from other intracellular substances. Such an assembly of a small number of oligo DNAs having a uniform annealing temperature (Tm) can be detected.

目的配列以外の染色体DNAとの非特異的結合の低減と、目的配列における十分な検出感度という拮抗する条件をまとめると以下のようになる。即ち、繰り返し塩基配列にハイブリダイゼーションする核酸として、アニーリング温度の相違が約10℃の範囲、好ましくは約7℃の範囲、さらに好ましくは5℃の範囲に収まるオリゴDNAの集合であって、通常の1オリゴDNAあたり1,2個の蛍光標識をしたオリゴDNAの集合を蛍光顕微鏡観察に用いる場合、約100種類以下が好ましい。というのは、オリゴDNAの染色体DNA上での特異性を確保するため、1種類のオリゴDNAあたり30残基以上の長さを確保することが必要である。また光学顕微鏡の分解能を最大限利用するために、標識物は展開・伸長された染色体DNA上で輝点として観察されることが好ましく、染色体DNAの上長さ500ナノメートル以下が好ましい。前記両条件を満たすようにハイブリダイゼーションできるオリゴDNAは片側のDNA鎖あたり50個以下であり、両側を合わせた場合においても100個以下である。従って種類においても100種類以下ということになる。さらに好ましくは20種類以下のオリゴDNAを用いることで、特異的標識の目的を達成し、オリゴDNAを作製を節約することが出来る。これらオリゴDNAの換わりに、オリゴPNAなど、一般にDNAに対してハイブリダイゼーションする塩基数が20〜50残基である他のオリゴ核酸を用いてもよい。   The competing conditions of non-specific binding with chromosomal DNA other than the target sequence and sufficient detection sensitivity in the target sequence are summarized as follows. That is, as a nucleic acid that hybridizes to a repetitive nucleotide sequence, it is a collection of oligo DNAs whose difference in annealing temperature is in the range of about 10 ° C., preferably in the range of about 7 ° C., more preferably in the range of 5 ° C. When a set of 1, 2 fluorescently labeled oligo DNAs per oligo DNA is used for observation under a fluorescent microscope, about 100 types or less are preferable. This is because it is necessary to secure a length of 30 residues or more per one kind of oligo DNA in order to ensure the specificity of the oligo DNA on the chromosomal DNA. In order to make maximum use of the resolution of the optical microscope, the label is preferably observed as a bright spot on the expanded and elongated chromosomal DNA, and the upper length of the chromosomal DNA is preferably 500 nanometers or less. The number of oligo DNAs that can be hybridized so as to satisfy both conditions is 50 or less per DNA strand on one side, and 100 or less when both sides are combined. Accordingly, the number of types is 100 or less. More preferably, by using 20 or less types of oligo DNAs, the purpose of specific labeling can be achieved and the production of oligo DNA can be saved. In place of these oligo DNAs, other oligo nucleic acids generally having 20 to 50 residues for hybridization to DNA such as oligo PNA may be used.

上記の好ましい繰り返し塩基配列および標識方法を用いることにより、各染色体の広範囲にわたって、観察方法の分解能を十分に発揮する様態での検出を行うことが出来る。このようなマッピング方法を用いることにより、染色体上に生じた変異、例えば塩基配列の増幅あるいは欠失、また、染色体の一部交換に当たる転座等を、広範囲・高解像度で検出することが可能となる。   By using the above-mentioned preferable repetitive base sequence and labeling method, detection can be performed in a manner that sufficiently exhibits the resolution of the observation method over a wide range of each chromosome. By using such a mapping method, it is possible to detect a mutation occurring on a chromosome, for example, amplification or deletion of a base sequence, or a translocation corresponding to a partial exchange of a chromosome with a wide range and high resolution. Become.

上記マッピングに使用する展開あるいは伸長した染色体DNAはいずれの方法により展開あるいは伸長されたものであってもよい。染色体DNAの展開あるいは伸長方法の例としては、表面張力による溶液液面の掃引(Wiegant J., et al., Hum Mol Genet 1:587-591(1992)参照)、重力や遠心力による溶液液面の掃引・流動(特願2006−157420および後述「実施例7」参照)、送液による流動、電気泳動、誘電泳動(Washizu M.& Kurosawa O., IEEE Trans Ind Appl 26:1165-1171(1990)および後述「実施例8」参照)、および、本発明にてその利用方法が以下詳細に開示される電気浸透流、などが挙げられる。上記マッピングに使用する展開あるいは伸長した染色体DNAは、好ましくは、本発明の線維状基体から、本発明の方法により展開・伸長されたものである。さらに好ましくは、展開あるいは伸長した染色体DNAは、本発明の線維状基体から送液流、電気浸透流または電気泳動法により展開・伸長されたものである。   The expanded or expanded chromosomal DNA used for the mapping may be expanded or expanded by any method. Examples of chromosomal DNA expansion or extension methods include sweeping the solution surface by surface tension (see Wiegant J., et al., Hum Mol Genet 1: 587-591 (1992)), solution solutions by gravity and centrifugal force. Surface sweep / flow (see Japanese Patent Application No. 2006-157420 and “Example 7” described later), flow by liquid feeding, electrophoresis, dielectrophoresis (Washizu M. & Kurosawa O., IEEE Trans Ind Appl 26: 1165-1171 ( 1990) and later-described "Example 8"), and electroosmotic flow whose use is disclosed in detail in the present invention. The expanded or elongated chromosomal DNA used for the mapping is preferably one that has been expanded and elongated from the fibrous substrate of the present invention by the method of the present invention. More preferably, the expanded or elongated chromosomal DNA is expanded and elongated from the fibrous substrate of the present invention by a liquid feed flow, electroosmotic flow or electrophoresis.

染色体中の繰り返し塩基配列は一種類であってもよいが、複数種類であるほうがマッピングを行う上で情報量が多くなり、マッピングの誤判定を低下させ、また、マッピングする対象塩基配列の解像度も向上することになるという点から好ましい。染色体の繰り返し塩基配列にハイブリダイゼーションする核酸に付される標識物の種類および核酸への結合様式も特に限定されるものではない。標識物としては、例えば、光学顕微鏡を用いる場合には蛍光を発する物質、電子顕微鏡あるは原子間力顕微鏡を用いる場合には重金属コロイド粒子等が挙げられる。蛍光を発する物質としては、蛍光を発する分子(例えば、Fluorescein、Rhodamine、Texas Red、Cy3、Cy5)コロイド粒子(例えば、Quantum Dot、ポリスチレン蛍光ビーズ)、蛍光を発するタンパク質(例えば、GFP、DsRed)などが有用であるが、これらに限るものではない。染色体中の繰り返し塩基配列が複数の場合、標識物は繰り返し塩基配列を種類特異的に識別できるものであってもよく、あるいは識別できないものであってもよい。   There may be only one type of repeated base sequence in the chromosome, but multiple types will increase the amount of information for mapping, reduce the erroneous determination of mapping, and the resolution of the base sequence to be mapped is also high. It is preferable from the point of improving. The type of label attached to the nucleic acid that hybridizes to the repetitive nucleotide sequence of the chromosome and the mode of binding to the nucleic acid are not particularly limited. Examples of the label include substances that emit fluorescence when an optical microscope is used, and heavy metal colloidal particles when an electron microscope or an atomic force microscope is used. Fluorescent substances include fluorescent molecules (eg, Fluorescein, Rhodamine, Texas Red, Cy3, Cy5) colloidal particles (eg, Quantum Dot, polystyrene fluorescent beads), fluorescent proteins (eg, GFP, DsRed), etc. Is useful, but is not limited thereto. When there are a plurality of repetitive base sequences in a chromosome, the label may be one that can identify a repetitive base sequence in a type-specific manner or one that cannot be distinguished.

間接標識物を用いる場合のリガンドと受容体との結合はいずれの形態であってもよいが、好ましい結合としては、抗原分子と該抗原分子に対する抗体分子の結合、抗体分子と抗体結合性タンパク質の結合、ビオチンあるいはストレプトタグとビオチン特異的受容体の結合、グルタチオンとグルタチオンSトランスフェラーゼの結合、糖と該糖に結合性のあるレクチンの結合、アミノ基とアミノ基に対する共有結合性を有する反応基の結合(例えば、リガンド・受容体がアミノ基とN−ヒドロキシサクシンイミドである結合、あるいは両者がともにアミノ基であり、グルタールアルデヒドにより両者を架橋する結合)、チオール基とチオール基に対する共有結合性を有する反応基の結合、金属錯体を介する結合などが挙げられるが、これに限るものではない。 In the case of using an indirect label, the ligand and the receptor may be bound in any form. Preferred binding includes an antigen molecule and an antibody molecule to the antigen molecule, and an antibody molecule and an antibody-binding protein. Binding, binding of biotin or a streptotag to a biotin-specific receptor, binding of glutathione and glutathione S transferase, binding of a sugar and a lectin that binds to the sugar, an amino group and a reactive group having a covalent bond to the amino group Bond (for example, a bond in which the ligand / acceptor is an amino group and N-hydroxysuccinimide, or a bond in which both are amino groups and both are cross-linked by glutaraldehyde), covalent bond to thiol group and thiol group Examples include, but are not limited to, reactive group bonds and bonds through metal complexes. Not to.

標識物を用いることにより、染色体DNAの複数個の繰り返し塩基配列の組について染色体DNA上での相互の距離を計測することができ、計測された距離の特徴に基づき、該組みおよび該組に含まれる該繰り返し塩基配列の染色体上の領域あるいは位置を決定することができる。繰り返し塩基配列の種類特異的に識別できるあるいは識別できない標識物を用いる場合にも、複数種類の繰り返し塩基配列を含む繰り返し塩基配列の複数個の組について相互の距離を計測することができ、計測された距離、また、識別できる場合においてはその識別内容の特徴に基づき、該組みおよび該組に含まれる該繰り返し塩基配列の染色体上の領域あるいは位置を決定することができる。   By using a label, it is possible to measure the mutual distance on a chromosomal DNA for a set of a plurality of repetitive base sequences of chromosomal DNA, and based on the characteristics of the measured distance, the set and included in the set The region or position on the chromosome of the repetitive base sequence to be determined can be determined. Even when using a label that can be identified or cannot be identified specifically for the type of repetitive base sequence, the mutual distance can be measured and measured for multiple sets of repetitive base sequences containing multiple types of repetitive base sequences. The region or position on the chromosome of the set and the repetitive base sequence included in the set can be determined based on the distance and, if it can be identified, the characteristics of the identification content.

したがって、上記具体例の好ましい実施態様の一例は、下記工程:
展開あるいは伸長した染色体DNAにおいて、複数種類の繰り返し塩基配列に対して核酸をハイブリダイゼーションし、
ハイブリダイゼーションした該核酸に導入されている、あるいは、ハイブリダイゼーション後に該核酸に導入される、繰り返し塩基配列の種類特異的に識別できるあるいは識別できない標識物を用いることにより、該複数種類の繰り返し塩基配列を含む繰り返し塩基配列の複数個の組について相互の距離を計測し、
計測された距離、また、識別できる場合においてはその識別内容の特徴に基づき、該組みおよび該組に含まれる該繰り返し塩基配列の染色体上の領域あるいは位置を決定する
を含む、染色体DNA上の位置マッピング方法である。
Accordingly, an example of a preferred embodiment of the above specific example includes the following steps:
In the expanded or elongated chromosomal DNA, nucleic acid is hybridized to multiple types of repetitive base sequences,
By using a label that is introduced into the hybridized nucleic acid or is introduced into the nucleic acid after hybridization and can be specifically identified or cannot be identified, the plurality of types of repeated base sequences Measure the mutual distance for multiple sets of repetitive base sequences containing
The position on the chromosomal DNA, including determining the region or position on the chromosome of the set and the repetitive base sequence contained in the set, based on the measured distance and, if possible, the characteristics of the identification content Mapping method.

とくに、染色体DNAが断片化するなどして観察が染色体DNA上一部に制限される場合、制限された各一続きの染色体領域が上記識別するに足る複数個の繰り返し塩基配列を収容する必要がある。逆に、十分に長い一続きの染色体領域に対する観察が可能であれば、上記位置マッピング技術自体を援用し、ゲノム塩基配列データベース情報あるいは該情報から抽出した情報と照合することにより、あるいは、制限された観察領域の重複部分を利用しコンティグを決定することにより、元の一本の染色体DNAの何処に由来する領域であるか同定することが可能になる。本発明によれば、上記コンティグ決定をする場合であっても、染色体DNA単一分子の領域において行うことが可能であるため、従来技術のように検出感度を得るためのベクターへの挿入・純化・増幅という煩雑な操作が不要になる。もちろん、その一続きの染色体領域の中においても位置マッピングが可能である。ヒト染色体において、数〜数十マイクロメートルの間隔で分布するAlu配列あるいはLINE−1配列を標識対象として利用する場合、上記確保すべき一続きの染色体領域の長さは数十〜数百マイクロメートルと推定される。 In particular, when observation is limited to a part of the chromosomal DNA due to fragmentation of the chromosomal DNA, it is necessary that each limited stretch of chromosomal regions contain a plurality of repetitive base sequences sufficient for the above identification. is there. On the other hand, if it is possible to observe a sufficiently long stretch of chromosomal region, the above-mentioned position mapping technique itself is used, and it is limited by collating with genomic base sequence database information or information extracted from the information. By determining the contig using the overlapped portion of the observed regions, it is possible to identify where the original single chromosomal DNA originates. According to the present invention, even when the contig determination is made, since it can be performed in the region of a single chromosomal DNA molecule, insertion / purification into a vector for obtaining detection sensitivity as in the prior art -The complicated operation of amplification becomes unnecessary. Of course, position mapping is also possible within the continuous chromosomal region. In human chromosomes, when the Alu sequence or LINE-1 sequence distributed at intervals of several to several tens of micrometers is used as a labeling target, the length of the continuous chromosome region to be secured is several tens to several hundreds of micrometers. It is estimated to be.

したがって、断片化した染色体DNAにおける好ましい実施態様は、断片内でまず上記位置マッピング方法を適用するものである。
即ち、単一種類の繰り返し塩基配列を用いる場合にあっては、該断片の中に含まれる複数個の該繰り返し塩基配列の組について相互の距離を計測し、計測された距離の特徴に基づき、該組みの染色体上の位置を決定することによって、断片化される前の染色体DNA上での断片の位置マッピングをおこなうものである。
また、複数種類の繰り返し塩基配列を用いる場合にあっては、該断片の中に含まれる複数種類の繰り返し塩基配列を含む繰り返し塩基配列の複数個の組について、相互の距離を計測し、計測された距離、また、識別できる場合においてはその識別内容の特徴に基づき、該組みおよび該組に含まれる該繰り返し塩基配列の染色体上の領域あるいは位置を決定することによって、断片化される前の染色体DNA上での断片の位置マッピングをおこなうものである。
Therefore, a preferred embodiment for fragmented chromosomal DNA is to first apply the position mapping method in the fragment.
That is, in the case of using a single type of repetitive base sequence, the mutual distance is measured for a plurality of sets of the repetitive base sequences contained in the fragment, and based on the measured distance characteristics, By determining the position of the set on the chromosome, the position of the fragment on the chromosomal DNA before being fragmented is mapped.
In addition, in the case of using a plurality of types of repetitive base sequences, the mutual distance is measured for a plurality of sets of repetitive base sequences including a plurality of types of repetitive base sequences contained in the fragment. Chromosomes before fragmentation by determining the region or position on the chromosome of the pair and the repetitive base sequence contained in the pair based on the distance and, if it can be identified, the characteristics of the identification content The position mapping of fragments on DNA is performed.

上記染色体DNA位置マッピングは一つの装置で全てを行うことが出来るものではなく、その作業工程上必須の要素として、
(1)伸長した染色体DNAを搭載し、その繰り返し塩基配列について標識物を可視化する観察装置、
(2)観察画像の撮影装置、
(3)撮影画像から繰り返し塩基配列の位置を抽出し、繰り返し塩基配列の位置の組について相互の距離を計測し、ゲノム塩基配列データベース情報あるいは該情報から抽出した情報と照合する計算装置
を含み(1)〜(2)間で光学的に(2)〜(3)間で電気的に連結して使用する装置システムとして運用することが好ましい。
The above chromosomal DNA location mapping is not all that can be done with one device, but as an essential element in its work process,
(1) An observation apparatus for mounting an elongated chromosomal DNA and visualizing a label with respect to its repeated base sequence,
(2) Observation image capturing device,
(3) including a calculation device that extracts the position of the repeated base sequence from the captured image, measures the mutual distance of the set of repeated base sequence positions, and collates with the genomic base sequence database information or information extracted from the information ( It is preferable to operate as an apparatus system that is optically coupled between (2) and (3) optically between 1) and (2).

本明細書において、「繰り返し塩基配列」とは、繰り返し塩基配列そのものだけではなく、複数の繰り返し塩基配列が隣接している場合、それら複数の繰り返し塩基配列にまたがる塩基配列である場合や、繰り返し塩基配列の一部の塩基配列である場合、も含むものである。また、本明細書において、「ハイブリダイゼーションする一種類の塩基配列」、あるいは、単に「ハイブリダイゼーションする塩基配列」とは、一種類の塩基配列からなるものだけではなく、ハイブリダイゼーション現象固有の厳密でない塩基配列認識性向があることにより、ある一つの塩基配列に対して一定以上のハイブリダイゼーション活性を有する複数種類の塩基配列を含むものであって、同じ長さの任意塩基配列の集合において、0.1%以下の構成要素がハイブリダイゼーションする特異性を持った塩基配列を含むものとする。   In the present specification, the “repetitive base sequence” is not only a repetitive base sequence itself, but also a case where a plurality of repetitive base sequences are adjacent to each other, a base sequence straddling these repetitive base sequences, In the case of a partial base sequence of the sequence, the sequence is also included. In the present specification, “one type of base sequence to hybridize” or simply “base sequence to hybridize” is not limited to one consisting of a single type of base sequence, and is not strictly specific to the hybridization phenomenon. Due to the base sequence recognizing tendency, it includes a plurality of types of base sequences having a certain level of hybridization activity with respect to a single base sequence. It is assumed that 1% or less of a constituent element includes a base sequence having specificity for hybridization.

染色体中の繰り返し塩基配列はいずれの配列であってもよいが、利用目的に応じて好ましい配列に分類することが出来る。即ちリガンドと受容体の結合を利用して線維状基体に染色体を固定する場合においては、繰り返し塩基配列が各染色体の一部の領域に偏って分布することが好ましく、その偏った一部にある繰り返し塩基配列においてリガンドと受容体を結合することにより、染色体DNAはその偏った一部で線維状基体に固定されるということが好ましい。これにより、線維状基体から染色体DNAの展開・伸長を行う場合において、展開・伸長されるDNAが広範囲にわたることになる。このような偏った一部で固定できる繰り返し塩基配列としては、染色体末端領域のテロメア配列、あるいは分裂期染色体の動原体が形成されるセントロメア領域のセントロメア配列(あるいはアルファサテライト配列ともいう)などが例示される。一方、展開/伸長槽内において展開・伸長した状態で染色体DNAをリガンドと受容体の結合を利用して固定する場合、あるいは、繰り返し塩基配列の特徴を利用して染色体DNA上の位置マッピングを行う場合においては、繰り返し塩基配列が各染色体に一様に分布することが好ましく、その一様に分布する繰り返し塩基配列においてリガンドと受容体を結合することにより、染色体DNAは一様に展開/伸長槽内にある表面あるいは構造に固定できる、あるいは、染色体DNAは広範囲にわたりマッピングすることが出来るという好ましい効果を生じる。このような一様な分布を有する繰り返し塩基配列として、染色体がヒト由来のものである場合において好ましい繰り返し塩基配列は、Alu配列、LINE−1配列などが例示される。   The repeated base sequence in the chromosome may be any sequence, but can be classified into a preferred sequence according to the purpose of use. That is, in the case of fixing a chromosome to a fibrous substrate using the binding between a ligand and a receptor, it is preferable that the repetitive base sequences are distributed unevenly in a partial region of each chromosome, and there is a partial bias. It is preferable that the chromosomal DNA is fixed to the fibrous substrate by a biased part by binding the ligand and the receptor in the repetitive base sequence. As a result, when the chromosomal DNA is expanded and elongated from the fibrous substrate, the DNA to be expanded and elongated covers a wide range. Examples of such a repetitive base sequence that can be fixed in a biased part include a telomeric sequence in the chromosome end region, or a centromeric sequence in the centromeric region where the centromere of the mitotic chromosome is formed (also referred to as an alpha satellite sequence). Illustrated. On the other hand, when the chromosomal DNA is immobilized using the binding between the ligand and the receptor in the expanded / expanded state in the expansion / extension tank, or the position mapping on the chromosomal DNA is performed using the characteristics of the repeated base sequence. In some cases, it is preferable that the repetitive base sequences are uniformly distributed in each chromosome, and the chromosomal DNA is uniformly expanded / extensioned by binding the ligand and the receptor in the uniformly distributed repetitive base sequences. It has the favorable effect that it can be fixed to the inner surface or structure, or chromosomal DNA can be mapped over a wide range. Examples of such a repetitive base sequence having a uniform distribution include an Alu sequence and a LINE-1 sequence, which are preferable when the chromosome is derived from human.

上記の染色体DNA位置マッピング方法の、もう1つの具体例において、標識対象をメチル化シトシンとして、メチル化シトシン結合タンパク質(MBP)、抗メチル化シトシン抗体、あるいは、メチル化シトシン結合性金属錯体などで例示されるメチル化シトシン結合受容体を用いて、染色体DNAの修飾を分析することが出来る。すなわち、本発明は、下記工程:
展開あるいは伸長した染色体DNAにおいて、メチル化シトシンに結合活性がある受容体を加え結合させ、次いで、
該受容体に導入されている標識物を用いることにより、染色体DNAのメチル化シトシンの位置を同定する
を含む、染色体DNA上のメチル化シトシン位置マッピング方法も提供する。
In another specific example of the above chromosomal DNA position mapping method, the target to be labeled is methylated cytosine, methylated cytosine binding protein (MBP), anti-methylated cytosine antibody, or methylated cytosine-binding metal complex. The exemplified methylated cytosine-coupled receptor can be used to analyze chromosomal DNA modifications. That is, the present invention includes the following steps:
In the expanded or elongated chromosomal DNA, a receptor having binding activity to methylated cytosine is added and bound,
There is also provided a method for mapping methylated cytosine positions on chromosomal DNA, including identifying the position of methylated cytosine on chromosomal DNA by using a label introduced into the receptor.

上記のマッピング方法に使用する好ましい標識物は蛍光を発する物質である。かかる物質としては、蛍光を発する分子(例えば、Fluorescein、Rhodamine、Texas Red、Cy3、Cy5)コロイド粒子(例えば、Quantum Dot、ポリスチレン蛍光ビーズ)、蛍光を発するタンパク質(例えば、GFP、DsRed)などが有用であるが、これらに限るものではない。   A preferred label used in the above mapping method is a fluorescent substance. As such substances, fluorescent molecules (eg, Fluorescein, Rhodamine, Texas Red, Cy3, Cy5) colloidal particles (eg, Quantum Dot, polystyrene fluorescent beads), fluorescent proteins (eg, GFP, DsRed), etc. are useful. However, it is not limited to these.

間接標識物を用いる場合のリガンドと受容体との結合はいずれの形態であってもよく、上記繰り返し塩基配列に対する核酸のハイブリダイゼーションの場合と同様である。 In the case of using an indirect label, the ligand and the receptor may be bound in any form, as in the case of nucleic acid hybridization to the repetitive base sequence.

また、上記の方法であるいは他の方法で染色体DNA上の位置をマッピングされた染色体は、これを比較対象・参照対象として、この染色体DNAとは由来の異なる試料核酸をハイブリダイゼーションすることにより、その組成についての情報を取得することができる。かかる組成分析方法の具体例としては以下の方法がある。即ち、本発明は、下記工程:
生体試料から抽出した複数種類の核酸からなる核酸の混合物、それらを断片化した核酸の混合物、それらを鋳型として量を増幅した核酸の混合物、それらの断片化と増幅の両方を行った核酸の混合物のいずれか1つの核酸の混合物を用意し、
展開あるいは伸長した染色体DNAをハイブリダイゼーションを受ける核酸とし、前記用意した核酸の混合物をハイブリダイゼーションする核酸とし、ハイブリダイゼーションをおこない、次いで、
ハイブリダイゼーションした核酸に導入されている標識物を用いることにより、前記用意した核酸の混合物に含まれていた核酸の種類の判別、相対含有量の計測を行う
を含む、試料に含まれる核酸混合物の組成分析方法を提供する。
In addition, the chromosome whose position on the chromosomal DNA is mapped by the above method or by another method is used as a comparison target / reference target, and the sample nucleic acid derived from this chromosomal DNA is hybridized. Information about the composition can be obtained. Specific examples of the composition analysis method include the following methods. That is, the present invention includes the following steps:
A mixture of nucleic acids composed of multiple types of nucleic acids extracted from a biological sample, a mixture of nucleic acids obtained by fragmenting them, a mixture of nucleic acids whose amounts are amplified using them as a template, and a mixture of nucleic acids that are both fragmented and amplified Prepare a mixture of any one of the nucleic acids,
The expanded or elongated chromosomal DNA is used as a nucleic acid for hybridization, the mixture of the prepared nucleic acids is used as a nucleic acid for hybridization, hybridization is performed, and then
By using a labeling substance introduced into the hybridized nucleic acid, it is possible to determine the type of nucleic acid contained in the prepared nucleic acid mixture and to measure the relative content of the nucleic acid mixture contained in the sample. A composition analysis method is provided.

種類の判別においては、この組成分析操作の前後あるいは同時に行うことが出来る上記位置マッピング方法によるマッピングによって決定される、ハイブリダイゼーションする染色体DNAの位置から前記生体試料から抽出した複数種類の核酸由来の混合物のそれぞれの種類を判別することができる。相対含有量の計測においては、含有量の相対値を得るために計測対象となっている生体試料から抽出した核酸の混合物とは別に、既に組成が明らかになっている、あるいは、再現性が確認されている参照核酸の混合物を用いた同様の計測との比較において、相対含有量を計測するものである。好ましくは、前記計測したい生体試料から抽出した複数種類の核酸由来の混合物と、前記参照核酸の混合物とを同時にハイブリダイゼーションし、異なる標識によってこれら2つの混合物を識別し、両者の相対量を比較することを行うものである。   In the type discrimination, a mixture derived from a plurality of types of nucleic acids extracted from the biological sample from the position of the chromosomal DNA to be hybridized determined by mapping by the above-described position mapping method that can be performed before, after, or simultaneously with this composition analysis operation Each type can be discriminated. In the measurement of relative content, the composition has already been revealed or reproducibility has been confirmed separately from the mixture of nucleic acids extracted from the biological sample to be measured in order to obtain the relative value of the content. The relative content is measured in comparison with the same measurement using a mixture of reference nucleic acids. Preferably, a mixture derived from a plurality of types of nucleic acids extracted from the biological sample to be measured and the mixture of the reference nucleic acids are simultaneously hybridized, the two mixtures are identified by different labels, and the relative amounts of the two are compared. To do things.

上記の核酸混合物の組成分析方法に使用する展開あるいは伸長した染色体DNAはいずれの方法により展開あるいは伸長されたものであってもよい。染色体DNA上の位置マッピング方法の展開・伸長方法としては、表面張力による溶液液面の掃引、重力や遠心力による溶液液面の掃引・流動、送液による流動、電気泳動、誘電泳動、および、本発明にてその利用方法が以下詳細に開示される電気浸透流であってもよい。これらの手段・方法は公知であり、染色体DNAの性状の性状や分析の目的等に応じて適宜選択することができる。また、展開・伸長される染色体DNAは、一つの染色体の連続した塩基配列からなる領域であっても、断片化するなどして得られる一部領域あってもよい。   The expanded or extended chromosomal DNA used in the composition analysis method of the nucleic acid mixture may be developed or extended by any method. As a method for developing / extending the position mapping method on the chromosomal DNA, sweep of the solution liquid surface by surface tension, sweep / flow of the solution liquid surface by gravity or centrifugal force, flow by liquid feeding, electrophoresis, dielectrophoresis, and An electroosmotic flow disclosed in detail below may be used in the present invention. These means and methods are publicly known and can be appropriately selected according to the properties of the chromosomal DNA, the purpose of analysis, and the like. Further, the chromosomal DNA to be expanded / extended may be a region composed of a continuous base sequence of one chromosome or a partial region obtained by fragmentation.

染色体DNAの断片化方法は公知であり、典型的には制限酵素を用いて断片化を行うことができる。染色体DNAのサイズやヌクレオチド配列などの状況に応じて制限酵素の種類や反応条件を選択することができる。   Methods for fragmenting chromosomal DNA are known and can typically be performed using restriction enzymes. The type of restriction enzyme and reaction conditions can be selected according to the situation such as the size of chromosomal DNA and nucleotide sequence.

上記の核酸混合物の組成分析方法に使用する好ましい標識物は蛍光を発する物質である。蛍光を発する物質についてはマッピング方法のところの説明があてはまる。   A preferred label used in the composition analysis method of the nucleic acid mixture is a substance that emits fluorescence. For the substance emitting fluorescence, the explanation of the mapping method is applicable.

間接標識物を用いる場合のリガンドと受容体との結合はいずれの形態であってもよく、上記繰り返し塩基配列に対する核酸のハイブリダイゼーションの場合と同様である。 In the case of using an indirect label, the ligand and the receptor may be bound in any form, as in the case of nucleic acid hybridization to the repetitive base sequence.

さらに本発明は、本発明の染色体DNA位置マッピング方法に使用される染色体DNAマッピング装置システムであって、
・繰り返し塩基配列についてその標識物を可視化する観察装置、
・観察像の撮影装置、および
・撮影画像から繰り返し塩基配列の位置を抽出し、その組について相互の距離を計測し、ゲノム塩基配列データベース情報あるいは該情報から抽出した情報と照合する計算装置
の3装置を必須の要素として含む、染色体DNAマッピング装置システム
を提供する。
Furthermore, the present invention is a chromosomal DNA mapping apparatus system used in the chromosomal DNA position mapping method of the present invention,
-An observation device that visualizes the label of a repeated base sequence,
・ Observation image photographing device, and ・ 3 of a computing device that repeatedly extracts the position of the base sequence from the photographed image, measures the mutual distance of the set, and collates with the genomic base sequence database information or information extracted from the information Provided is a chromosomal DNA mapping apparatus system including the apparatus as an essential element.

上記観察装置は標識物の性質等に応じて適宜選択して用いることができ、例えば、光学的手段を用いたものなどが一般的であるが、これに限定されない。上記撮影装置もまた、可視化手段等に応じて適宜選択して用いることができ、例えば、拡大レンズ付きのカメラなどが一般的であるが、これに限定されない。上記計算装置としては通常のコンピューターを用いることができ、計算のためのプログラムもまた当業者に公知であるか、あるいは当業者が容易に組むことができる。   The observation apparatus can be appropriately selected and used according to the properties of the labeling object. For example, an observation apparatus using an optical means is generally used, but is not limited thereto. The above-described photographing apparatus can also be appropriately selected and used according to the visualization means or the like. For example, a camera with a magnifying lens is generally used, but is not limited thereto. An ordinary computer can be used as the calculation device, and a program for calculation is also known to those skilled in the art or can be easily assembled by those skilled in the art.

さらに本発明は、受容体にて修飾した領域を表面に有する、染色体結合用線維状基体を開示するものである。基体が線維状であることによって、以下の利点が生じる。
(1)染色体固定環境と染色体DNA伸長環境とを分離することが出来、これにより伸長環境における不適当な染色体混入を防ぐことが出来る。
(2)基体の表面積が少なく染色体固定量を少なくすることが出来る。
(3)線維状であるため染色体固定領域を外部から支持することが出来る。
(4)染色体DNA伸長の出発点を伸長方向に関して一致させることが出来る。
(5)染色体DNAを間隔を置いて固定した場合、展開・伸長方向に関して平行な展開・伸長が出来る。
Furthermore, the present invention discloses a fibrous substrate for chromosomal binding having on its surface a region modified with a receptor. The following advantages arise from the fibrous base.
(1) A chromosome fixing environment and a chromosomal DNA extension environment can be separated, thereby preventing inappropriate chromosome contamination in the extension environment.
(2) The surface area of the substrate is small and the amount of chromosome fixation can be reduced.
(3) Since it is fibrous, the chromosome fixing region can be supported from the outside.
(4) The starting point of chromosomal DNA extension can be matched with respect to the extension direction.
(5) When chromosomal DNA is fixed at intervals, it can be expanded and extended in parallel with respect to the direction of expansion and extension.

本発明で線維状とあるのは、直線状である、あるいは、折り曲げることは可能であっても、染色体展開・伸長操作においては直線状で成形きる状態を満たすものである。また、染色体展開・伸長操作において一本一本が操作対象として独立させることが出来る状態を満たすものである。折り曲げられた状態であって再び直線状に戻すのが困難である状態、あるいは、多数本を有する状態であって、より分けて操作・処理対象として独立させることが困難である状態を非線維状と呼ぶとすると、非線維状の基体をもってしては、特段の開示がない場合においては本発明を容易に実施することが出来るものではないと言える。線維状基体の縦と横の比率は好ましくは10:1以上、さらに好ましくは1000:1以上である。   In the present invention, the term “fibrous” means that the shape is linear or can be bent, but satisfies the state of being linearly formed in the chromosome expansion / extension operation. In addition, each of the chromosome expansion / extension operations satisfies a state in which each one can be made independent as an operation target. A non-fibrous state that is in a bent state and difficult to return to a straight line again, or a state that has a large number of pieces and that is difficult to separate and operate independently In other words, it can be said that the present invention cannot be easily carried out with a non-fibrous substrate unless otherwise disclosed. The length to width ratio of the fibrous substrate is preferably 10: 1 or more, more preferably 1000: 1 or more.

線維状基体の線維方向の形状は様々なものであってよく、例えば、直線状であってもよく、折れ曲がっていてもよい。好ましくは、染色体の性状・特性、染色体を展開・伸長する条件、そのための装置の形状などの条件に適宜合わせた形状とする。線維状基体の断面の形状は円形、楕円形、三角形、四角形、多角形、U字型、V字型、前記の内一の形状であって多孔質の、あるいは、窪みを有する形状、前記形状の内一あるいは複数の形状を束ねた形状等であってよいが、これらの形状に限定されない。好ましくは、染色体の性状・特性、染色体を展開・伸長する条件、そのための装置の形状などの条件に適宜合わせた形状とする。基体の断面最大幅は100マイクロメートル以下、好ましくは20マイクロメートル以下である。その理由は、染色体の大きさは、分裂期染色体を対象とする場合、長辺方向20マイクロメートル以下、短辺方向10マイクロメートル以下のを、また、間期染色体を対象とする場合、長さ不定、幅1マイクロメートル以下の紐状形状をとる。このような大きさを有する染色体であるため、線維状基体の断面が大きいと多数の染色体が断面方向に多重に配置されることになる。線維状基体の最大断面幅を制限することにより断面方向への多重固定を抑制し、線維状基体横方向に整列した染色体固定を実現するためである。   The shape of the fibrous substrate in the fiber direction may be various. For example, the fibrous substrate may be linear or bent. Preferably, the shape is appropriately adapted to conditions such as the properties and characteristics of the chromosome, the conditions for expanding and extending the chromosome, and the shape of the apparatus therefor. The cross-sectional shape of the fibrous substrate is a circle, an ellipse, a triangle, a quadrangle, a polygon, a U shape, a V shape, one of the above shapes, and a porous shape or a hollow shape, the shape Of these, one or a plurality of shapes may be bundled, but it is not limited to these shapes. Preferably, the shape is appropriately adapted to conditions such as the properties and characteristics of the chromosome, the conditions for expanding and extending the chromosome, and the shape of the apparatus therefor. The maximum cross-sectional width of the substrate is 100 micrometers or less, preferably 20 micrometers or less. The reason for this is that the size of the chromosome is 20 μm or less in the long side direction and 10 μm or less in the short side direction when targeting the mitotic chromosome, and the length is long when targeting the interphase chromosome. Undefined, takes a string-like shape with a width of 1 micrometer or less. Since the chromosome has such a size, if the cross section of the fibrous substrate is large, a large number of chromosomes are arranged in multiple directions in the cross section direction. This is because by limiting the maximum cross-sectional width of the fibrous substrate, multiple fixation in the cross-sectional direction is suppressed, and chromosome fixation aligned in the lateral direction of the fibrous substrate is realized.

基体の材料はガラス、プラスチック、カーボン、シリコン、シリコン酸化物、シリコン窒化物、金属、金属酸化物、天然繊維等、あるいはそれらの混合物または複合体であってもよいが、これらの材料に限定されない。好ましい基体材料はガラスである。基体表面は平滑面であってもよく、粗面であってもよく、あるいは凹凸があってもよい。粗面あるいは凹凸があることによって染色体結合性が増大しうる。   The substrate material may be glass, plastic, carbon, silicon, silicon oxide, silicon nitride, metal, metal oxide, natural fiber, etc., or a mixture or composite thereof, but is not limited to these materials. . A preferred substrate material is glass. The substrate surface may be a smooth surface, a rough surface, or uneven. Chromosome binding can be increased by rough surfaces or irregularities.

線維状基体の表面は受容体で修飾されることが好ましい。ここで、「受容体」とは、染色体に結合されたリガンドあるいは染色体の官能基と結合しうる物質(例えば、抗体、レクチン、ストレプトアビジンなど)またはその一部分、あるいは官能基を包含し、該結合は特異的であることが好ましい。「リガンド」とは、上記受容体に結合する物質、その一部分、あるいは官能基を包含する。本明細書において「修飾」というかわりに「結合」という場合がある。リガント特異的受容体での基体の修飾は、あらゆる結合様式により行うことができる。例えば、共有結合、イオン結合、水素結合、疎水結合、ファンデルワールス力、物理的吸着などにより、基体の修飾を行うことができる。リガント特異的受容体の基体への結合方法としては公知の方法を適宜選択して用いることができる。リガント特異的受容体での基体の修飾は当業者に公知の手段・方法を用いて行うことができる。基体の材料の種類、基体の形状、リガント特異的受容体の種類、特性、結合すべき染色体の大きさ、形状などを考慮して、リガント特異的受容体の種類を選択し、その基体への結合方法を選択することができる。   The surface of the fibrous substrate is preferably modified with a receptor. Here, the “receptor” includes a substance (for example, an antibody, a lectin, streptavidin, etc.) that can bind to a ligand bound to a chromosome or a functional group of the chromosome, or a part thereof, or a functional group, Is preferably specific. The “ligand” includes a substance that binds to the receptor, a part thereof, or a functional group. In this specification, instead of “modification”, it may be called “binding”. Modification of the substrate with a ligand specific receptor can be done by any mode of binding. For example, the substrate can be modified by covalent bond, ionic bond, hydrogen bond, hydrophobic bond, van der Waals force, physical adsorption, and the like. As a method for binding a ligand-specific receptor to a substrate, a known method can be appropriately selected and used. Modification of the substrate with a ligand-specific receptor can be performed by means and methods known to those skilled in the art. Considering the type of substrate material, the shape of the substrate, the type of ligand specific receptor, the characteristics, the size and shape of the chromosome to be bound, etc., the type of ligand specific receptor is selected and applied to the substrate. A coupling method can be selected.

染色体あるいは染色体に結合したリガンドに直接結合しうる官能基を表面に有する基体を用いてもよい。本明細書においては、かかる基体表面上の官能基も「受容体」に包含される。   You may use the base | substrate which has the functional group which can be couple | bonded directly with a chromosome or the ligand couple | bonded with the chromosome on the surface. In the present specification, the functional group on the surface of the substrate is also included in the “receptor”.

本明細書における「染色体DNAに対してハイブリダイゼーションする核酸」としては、染色体DNA上のアデニン、シトシン、チミン、グアニンの四核酸塩基に対して相補的水素結合を連続して形成し、ある染色体DNA領域にたいして特異的結合性を有する性質を持つ分子を指すものであり、DNA、RNA、PNAを含むが、これらに限るものではない。また「核酸結合性を有する基」の例としては、インターカレーション分子、二重ラセン溝に特異的に結合する核酸結合分子、核酸塩基を配位子として金属錯体形成能を有する基などを挙げることが出来るが、これに限るものではない。   As used herein, the term “nucleic acid hybridizing to chromosomal DNA” refers to a chromosomal DNA in which complementary hydrogen bonds are successively formed with respect to four nucleobases of adenine, cytosine, thymine, and guanine on chromosomal DNA. It refers to a molecule having the property of having a specific binding property to a region, and includes, but is not limited to, DNA, RNA, and PNA. Examples of the “group having nucleic acid binding property” include an intercalation molecule, a nucleic acid binding molecule that specifically binds to the double helical groove, and a group capable of forming a metal complex using a nucleobase as a ligand. You can, but you are not limited to this.

展開・伸長すべき染色体にリガンドを結合し、該リガンドを基体表面上の受容体に結合させる。リガンドと受容体の組合せは公知であり、いずれの組合せであってもよい。リガンドと受容体の組合せとしては、ビオチン特異的受容体(例えばストレプトアビジン)とビオチンあるいはストレプトタブ、レクチンと糖、抗体と抗原またはエピトープ(それらの断片も含む)、互いにハイブリダイゼーションする核酸、配位子と金属イオン含有配位子あるいはその逆、グルタチオンとグルタチオンSトランスフェラーゼ、アミノ基とアミノ基に対する共有結合性を有する反応基、チオール基とチオール基に対する共有結合性を有する反応基、インターカレションや二重ラセン溝結合その外の結合機序による核酸結合試薬と核酸などが例示される。基体の材料の種類、基体の形状、リガント特異的受容体の種類、特性、結合すべき染色体の大きさ、形状などを考慮してこれらの組合せを適宜選択することができる。好ましくは、基体に修飾される受容体は抗体、レクチン、ビオチン特異的受容体および核酸からなる群より選択される1種またはそれ以上のものである。   A ligand is bound to a chromosome to be developed and elongated, and the ligand is bound to a receptor on the substrate surface. The combination of a ligand and a receptor is well-known, and any combination may be sufficient. Ligand and receptor combinations include biotin-specific receptors (eg streptavidin) and biotin or strepttab, lectins and sugars, antibodies and antigens or epitopes (including fragments thereof), nucleic acids that hybridize to each other, coordination And a metal ion-containing ligand or vice versa, glutathione and glutathione S transferase, amino group and reactive group having covalent bond with amino group, reactive group having covalent bond with thiol group and thiol group, intercalation and Examples include double helical groove bonds and nucleic acid binding reagents and nucleic acids by other binding mechanisms. These combinations can be appropriately selected in consideration of the type of substrate material, the shape of the substrate, the type of ligand specific receptor, the characteristics, the size and shape of the chromosome to be bound, and the like. Preferably, the receptor modified on the substrate is one or more selected from the group consisting of antibodies, lectins, biotin specific receptors and nucleic acids.

上記においては、リガンドと受容体はお互いに相手に対して特異的に結合する関係を有する物質の対であって、物質の種類、結合様式においてリガンドと受容体で区別するものではない。このような特異性を有する物質の対の内、基体側に存在するものを受容体と呼び、基体に対して移動体である染色体側に存在するものをリガンドと呼ぶことにする。この点で染色体に内在するDNAあるいはタンパク質がリガンドとなることもある。さらにまた、リガンドと受容体の結合に介在物が存在し、その介在物とリガンド、介在物と受容体の特異性により、結果としてリガンドと受容体の直接あるいは間接の結合の特異性が保たれている場合も、直接あるいは間接に特異的に結合する関係を有する物質の対であるという点で、リガンドと受容体と呼ぶものである。   In the above, a ligand and a receptor are a pair of substances that have a specific binding relationship with each other, and the type and binding mode of the substance do not distinguish between the ligand and the receptor. Of such a pair of substances having specificity, one existing on the substrate side is called a receptor, and one existing on the chromosome side which is a moving body with respect to the substrate is called a ligand. In this respect, DNA or protein inherent in the chromosome may be a ligand. Furthermore, there are inclusions in the binding of the ligand and the receptor, and the specificity of the inclusion and the ligand, and the inclusion and the receptor, as a result, the specificity of the direct and indirect binding between the ligand and the receptor is maintained. In this case, it is called a ligand and a receptor in that it is a pair of substances having a specific binding relationship directly or indirectly.

リガンドと受容体の組合せを構成するメンバーのどちらを基体に(あるいは染色体に)結合させてもよい。例えば、ストレプトアビジンを基体に結合させ、ビオチンを染色体に結合させてもよく、あるいは、ビオチンを基体に結合させ、ストレプトアビジンを染色体に結合させてもよい。また、リガンドを介さずに染色体を基体に直接結合させてもよい。このような場合、染色体自体が「リガンド」であるということができる。   Either of the members constituting the ligand / receptor combination may be bound to the substrate (or to the chromosome). For example, streptavidin may be bound to the substrate and biotin may be bound to the chromosome, or biotin may be bound to the substrate and streptavidin may be bound to the chromosome. Alternatively, the chromosome may be directly bound to the substrate without using a ligand. In such a case, the chromosome itself can be said to be a “ligand”.

染色体とリガンドとの結合も公知の方法にて行うことができる。基体の材料の種類、基体の形状、リガント特異的受容体の種類、特性、結合すべき染色体の大きさ、形状などを考慮して、染色体とリガンドとの結合方法を選択することができる。   The binding between the chromosome and the ligand can also be performed by a known method. In consideration of the type of substrate material, the shape of the substrate, the type of ligand-specific receptor, the characteristics, the size and shape of the chromosome to be bound, etc., the method for binding the chromosome to the ligand can be selected.

基体表面を修飾する受容体は1種類であってもよく、複数種類であってもよい。例えば、基体表面にストレプトアビジンのみを結合させてもよく、あるいはストレプトアビジンおよび抗体を基体表面に結合させてもよい。   There may be one or more types of receptors for modifying the substrate surface. For example, only streptavidin may be bound to the substrate surface, or streptavidin and an antibody may be bound to the substrate surface.

染色体を線維状基体に結合させるための方法は当業者に公知の方法であってよい。特に、染色体の特定配列にのみ基体への特異的結合性を付与することについては、例えば、特定配列に対するin situハイブリダイゼーション法(実施例2参照)あるいはプライマー伸長法(実施例3参照)により、線維状基体の表面処理試薬に対する特異的結合性を有する基あるいはリガンドの導入を行うことができる。   The method for binding the chromosome to the fibrous substrate may be a method known to those skilled in the art. In particular, for imparting specific binding to a substrate only to a specific sequence of a chromosome, for example, by an in situ hybridization method (see Example 2) or a primer extension method (see Example 3) for the specific sequence, Groups or ligands having specific binding properties to the surface treatment reagent of the fibrous substrate can be introduced.

本発明の基体に結合させる染色体の部位、あるいは染色体へのリガンドの導入部位はいずれの部位であってもよいが、好ましくは染色体の末端あるいは末端付近である。染色体末端付近にて基体に結合させることによって、染色体が展開・伸長時に折れ曲がったり重なり合ったりすることを抑制することができる。   The site of the chromosome to be bound to the substrate of the present invention or the site for introducing the ligand into the chromosome may be any site, but is preferably at or near the end of the chromosome. By binding to the substrate near the end of the chromosome, it is possible to suppress the bending and overlapping of the chromosomes during expansion and extension.

基体表面すべてを受容体にて修飾してもよいが、展開・伸長の際に染色体の錯綜が起こらないよう個々の染色体を展開・伸長前に適度な密度で基体上に整列配置することが好ましい。この目的に合わせて染色体が結合する受容体も適度な密度で基体上に整列配置することが好ましい。さらに、整列配置された位置を始点とし、染色体DNAの相対位置が明瞭な形態で展開・伸長することが好ましい。   The entire surface of the substrate may be modified with a receptor, but it is preferable that individual chromosomes are arranged and arranged on the substrate at an appropriate density before expansion / extension so as not to cause chromosomal confusion during expansion / extension. . In accordance with this purpose, it is preferable to arrange the receptors to which chromosomes are bound on the substrate at an appropriate density. Furthermore, it is preferable to develop and extend the chromosome DNA in a form in which the relative position of the chromosomal DNA is clear starting from the aligned position.

上記を実現するため具体例としては、基体表面に、受容体にて修飾した領域を受容体にて修飾していない領域によって隔離された状態で複数配置することが挙げられる。好ましくは、断面最大幅が100マイクロメートル以下である線維状基体の表面に幅10マイクロメートル以下の受容体にて修飾した領域を、1ミリメートル以下好ましくは50マイクロメートル前後の間隔で配置する。このように、受容体にて修飾した領域を受容体にて修飾していない領域によって隔離された状態で複数配置し、染色体の大きさに比べて適度な間隔を置いて染色体を基体に結合させることにより、複数の染色体を同時に解析することができる。さらに、展開・伸長された染色体が錯綜、重なり、あるいは断裂することを抑制することができる、整列配置された位置を始点とし、染色体DNAの相対位置が明瞭な形態で展開・伸長することができる等の利点が生じる。   As a specific example for realizing the above, a plurality of regions modified with the receptor are arranged on the surface of the substrate in a state of being separated by regions not modified with the receptor. Preferably, regions modified with receptors having a width of 10 micrometers or less are arranged on the surface of a fibrous substrate having a maximum cross-sectional width of 100 micrometers or less at intervals of 1 millimeter or less, preferably around 50 micrometers. In this way, a plurality of regions modified with the receptor are arranged in a state isolated by a region not modified with the receptor, and the chromosomes are bound to the substrate at an appropriate interval compared to the size of the chromosome. Thus, a plurality of chromosomes can be analyzed simultaneously. Furthermore, it is possible to prevent the expanded and elongated chromosomes from being complicated, overlapped, or torn, and can be expanded and elongated in a form with a clear relative position of the chromosomal DNA, starting from the aligned position. Etc. are produced.

基体表面に、受容体にて修飾した領域を受容体にて修飾していない領域によって隔離された状態で複数配置するための方法は、当業者に公知の方法であってよい。上記方法は、基体の材料、受容体にて修飾した領域の配置間隔、リガンドの種類などの条件に応じて適宜選択することができる。例えば、基体表面の受容体にて修飾した領域以外への染色体の非特異的結合を防止するために、ウシ血清アルブミンや、除去の確認が容易な蛍光タンパク質であるGFPなどのブロッキング用蛋白を基体に被覆してから染色体を結合させ、その後ブロッキング蛋白を除去してもよい。   A method known to those skilled in the art may be used for arranging a plurality of regions modified with a receptor on the surface of the substrate in a state where they are separated by a region not modified with a receptor. The above method can be appropriately selected according to conditions such as the material of the substrate, the arrangement interval of the regions modified with the receptor, and the type of ligand. For example, a blocking protein such as bovine serum albumin or GFP, which is a fluorescent protein that can be easily removed, is used as a substrate to prevent nonspecific binding of chromosomes to regions other than those modified with receptors on the substrate surface. After coating, the chromosome may be bound, and then the blocking protein may be removed.

本発明の線維状基体、特に、受容体にて修飾した領域を表面上に間隔を置いて配置した線維状基体は、電場あるいは流体場を用いた手段・方法、例えば、送液流、電気浸透流や電気泳動等の染色体展開・伸長のための手段・方法と組み合わされた場合に上記のようなメリットを有するので、広範囲に高解像度で染色体を解析するための道具として非常に有用である。   The fibrous substrate of the present invention, particularly the fibrous substrate in which regions modified with receptors are arranged on the surface at intervals, is a means / method using an electric field or a fluid field, for example, liquid flow, electroosmosis. When combined with means and methods for chromosome expansion / elongation such as flow and electrophoresis, it has the above-described advantages, and is thus very useful as a tool for analyzing chromosomes over a wide range with high resolution.

本発明の線維状基体に結合され、解析される染色体はいずれの細胞周期上細胞周期上いずれの段階の染色体であってもよいが、分裂期染色体が好ましい。その理由は、分裂期染色体を展開・伸長させると染色体1個1個に分離するので解析がし易いからである。分裂期染色体の場合、細胞から抽出された全ての染色体を線維状基体への結合に用いることも出来るが、Flow Cytometryなどによる染色体分離方法を用いることによって分離・精製したある特定種類の染色体を線維状基体に結合し、その種類の染色体についてのみ分析することも好ましい。   The chromosome to be analyzed by being bound to the fibrous substrate of the present invention may be a chromosome at any stage on any cell cycle, but a mitotic chromosome is preferred. The reason is that, when a mitotic chromosome is expanded and elongated, it is separated into chromosomes one by one, so that analysis is easy. In the case of mitotic chromosomes, all chromosomes extracted from cells can be used for binding to fibrous substrates, but certain types of chromosomes separated and purified by using a chromosome separation method such as Flow Cytometry It is also preferred to bind to the substrate and analyze only for that type of chromosome.

本発明の線維状基体により、染色体を細長い空間領域に配置することができ、以下に述べるように染色体をうまく展開・伸長することができる。   With the fibrous substrate of the present invention, chromosomes can be arranged in an elongated spatial region, and the chromosomes can be successfully expanded and elongated as described below.

染色体を結合した本発明の線維状基体もまた本発明に包含される。   Fibrous substrates of the present invention that have chromosomes attached thereto are also encompassed by the present invention.

好ましい態様において、本発明は、染色体DNAに対して核酸をハイブリダイゼーションさせ、ハイブリダイゼーションした核酸に導入されているリガンドと、線維状基体に修飾してある受容体とが結合することによって染色体が結合している線維状基体に関するものである。この態様においては、さらに染色体DNAが繰り返し塩基配列を有することが好ましい。ハイブリダイゼーション対象が繰り返し塩基配列であるということにより、一つあるいは少数の核酸を用意するだけで、多くのハイブリダイゼーション対象にリガンドを導入することが出来る。これは受容体を修飾した線維状基体への結合活性を高めることになる。かかる繰り返し塩基配列としては、テロメア領域の繰り返し塩基配列ある、あるいは、セントロメア領域の繰り返し塩基配列などが例示される。   In a preferred embodiment, the present invention is a method in which a nucleic acid is hybridized to chromosomal DNA, and a ligand is bound to a ligand introduced into the hybridized nucleic acid and a receptor modified on a fibrous substrate. The present invention relates to a fibrous substrate. In this embodiment, it is preferable that the chromosomal DNA further has a repeated base sequence. Since the hybridization target is a repetitive base sequence, a ligand can be introduced into many hybridization targets simply by preparing one or a small number of nucleic acids. This enhances the binding activity to the receptor-modified fibrous substrate. Examples of such a repetitive base sequence include a repetitive base sequence of a telomere region or a repetitive base sequence of a centromere region.

また別の好ましい態様においては、本発明は、染色体DNAに対して核酸をハイブリダイゼーションさせ、ハイブリダイゼーションした核酸をプライマーとし、リガンドによる修飾を受けた核酸塩基を合成基質とし、染色体DNAを鋳型として、染色体DNAにハイブリダイゼーションした状態で合成された核酸に結合している該リガンドと、線維状基体に修飾してある受容体とが結合することによって染色体が結合している線維状基体に関するものである。この態様におけるさらに好ましいハイブリダイゼーションは、染色体DNA末端一本鎖部分に対するものが例示される。ここにおいて末端一本鎖部分はハイブリダイゼーションの前に二重ラセンを解離する操作が必要ない粘着末端のごときものである。   In another preferred embodiment, the present invention is a method in which a nucleic acid is hybridized to chromosomal DNA, the hybridized nucleic acid is used as a primer, a nucleobase modified with a ligand is used as a synthetic substrate, and chromosomal DNA is used as a template. The present invention relates to a fibrous substrate in which a chromosome is bound by binding of the ligand bound to a nucleic acid synthesized in a hybridized state with chromosomal DNA and a receptor modified on the fibrous substrate. . More preferred hybridization in this embodiment is exemplified for the chromosomal DNA terminal single-stranded portion. Here, the terminal single-stranded portion is a sticky end that does not require an operation to dissociate the double helix prior to hybridization.

リガンドと受容体との結合はいずれの形態であってもよいが、好ましい結合としては、抗原分子と該抗原分子に対する抗体分子の結合、抗体分子と抗体結合性タンパク質の結合、ビオチンあるいはストレプトタグとビオチン特異的受容体の結合、グルタチオンとグルタチオンSトランスフェラーゼの結合、糖と該糖に結合性のあるレクチンの結合、アミノ基とアミノ基に対する共有結合性を有する反応基の結合(例えば、リガンド・受容体がアミノ基とN−ヒドロキシサクシンイミドである結合、あるいは両者がともにアミノ基であり、グルタールアルデヒドにより両者を架橋する結合)、チオール基とチオール基に対する共有結合性を有する反応基の結合、金属錯体を介する結合、核酸を介する結合、核酸結合性を有する基を介する結合などが挙げられる。このうち、好ましい結合としては、ビオチンとストレプトアビジン、あるいは、ビオチンとアビジンの結合、あるいは金属錯体配位子を介した結合、あるいは核酸を介した結合(例えば、ハイブリダイゼーション、さらには共有結合性架橋剤を有する核酸によるハイブリダイゼーションおよびその後の架橋結合)などが挙げられる。   The binding between the ligand and the receptor may be in any form, but preferred binding includes antigen molecule and antibody molecule binding to the antigen molecule, antibody molecule and antibody binding protein binding, biotin or strepttag Binding of biotin specific receptor, binding of glutathione and glutathione S transferase, binding of sugar and lectin that binds to the sugar, binding of amino group and reactive group having covalent bond to amino group (for example, ligand / reception A bond in which the body is an amino group and N-hydroxysuccinimide, or a combination in which both are amino groups and both are cross-linked by glutaraldehyde), a thiol group and a reactive group having a covalent bond with the thiol group, Bonds via metal complexes, bonds via nucleic acids, bonds via nucleic acid binding groups And the like. Among these, preferred bonds include biotin and streptavidin, biotin and avidin, metal complex ligand bonds, or nucleic acid bond (for example, hybridization or covalent cross-linking). Hybridization with a nucleic acid having an agent and subsequent cross-linking).

本発明の線維状基体に染色体を結合させたものは、一度に複数の染色体を解析できるので、いわゆる染色体チップとしても有用である。本発明の線維状基体に染色体を複数結合させ、これらの染色体を展開・伸長させたものに、マーカーとなる遺伝子あるいはポリヌクレオチドあるいはオリゴヌクレオチドをハイブリダイゼーションさせて、染色体上の特定部位を検出することもできる。また、本発明の線維状基体に染色体を結合させたものは、染色体ソーティング、染色体タンパク質修飾解析などに有用である。   Since the thing which couple | bonded the chromosome with the fibrous base | substrate of this invention can analyze a some chromosome at once, it is useful also as what is called a chromosome chip | tip. Detecting a specific site on a chromosome by hybridizing a chromosome or a gene or polynucleotide or oligonucleotide serving as a marker to a plurality of chromosomes linked to the fibrous substrate of the present invention and expanding and extending these chromosomes You can also. Further, those obtained by binding chromosomes to the fibrous substrate of the present invention are useful for chromosome sorting, chromosomal protein modification analysis and the like.

さらに本発明は、染色体を結合させた本発明の線維状基体を媒体中に置き、これに電場あるいは流体場をかけて染色体を展開・伸長させることを特徴とする、染色体の展開・伸長方法を提供するものである。電場あるいは流体場をかけて染色体を展開・伸長させるための好ましい方法としては電気浸透流を利用する方法、あるいは電気泳動法が挙げられ、電気浸透流を利用する方法がより好ましい。電気浸透流(EOF)は、帯電している溶液槽表面に引き寄せられ、その表面近傍で濃度を増した溶液中の対イオンに電場を加え泳動し、これにより溶液槽表面に送液流を発生するというものである。この方法を用いると染色体DNA自体を溶液槽表面に吸着させて展開・伸長状態を制御しながら、送液流によって搬送することが出来る利点がある。これにより、伸長後の固定、あるいは、観察において染色体DNAの好ましい配置を実現することが出来る。   Furthermore, the present invention provides a method for expanding and extending a chromosome, characterized in that the fibrous substrate of the present invention to which a chromosome is bound is placed in a medium, and an electric field or fluid field is applied thereto to expand and expand the chromosome. It is to provide. A preferable method for expanding and extending a chromosome by applying an electric field or a fluid field includes a method using an electroosmotic flow or an electrophoresis method, and a method using an electroosmotic flow is more preferable. Electroosmotic flow (EOF) is attracted to the surface of the charged solution tank, electrophoresed by applying an electric field to the counter-ion in the solution whose concentration has increased near the surface, and this generates a liquid flow on the surface of the solution tank. It is to do. When this method is used, there is an advantage that the chromosomal DNA itself is adsorbed on the surface of the solution tank and can be transported by a liquid feed flow while controlling the development / elongation state. Thereby, a preferable arrangement of chromosomal DNA can be realized in fixation after extension or observation.

染色体を本発明の基体に結合した後、凝集状態にある染色体の除蛋白を行い、非結合配列のDNAを開放してから、染色体を展開・伸長させることが好ましい。かかる除蛋白法としては、界面活性剤、タンパク質分解酵素、高塩濃度水溶液、ポリアニオンなど、公知の方法を用いることができる。   After the chromosome is bound to the substrate of the present invention, it is preferable to deproteinize the chromosome in an aggregated state to release the DNA of the unbound sequence, and then expand and extend the chromosome. As such a deproteinization method, a known method such as a surfactant, a proteolytic enzyme, a high salt concentration aqueous solution, or a polyanion can be used.

本発明の染色体を展開・伸長させるための方法の具体的態様は、下記工程:
染色体を固定した本発明の線維状基体を溶液に浸漬し、流動あるいは泳動しないように支持し、次いで、
溶液全体を流動し、あるいは溶液中の物質を泳動し、染色体DNAを展開あるいは伸長する
を含む。
A specific embodiment of the method for expanding and extending the chromosome of the present invention includes the following steps:
Immerse the fibrous substrate of the present invention having the chromosome fixed therein in a solution and support it so that it does not flow or migrate,
It includes flowing the entire solution or migrating a substance in the solution to develop or extend chromosomal DNA.

染色体の展開・伸長に際しては、溶液を入れた展開/伸長槽中で行われが、展開・伸長後の固定、あるいは、観察のために、染色体DNAが展開/伸長槽内で平滑な表面近傍で展開・伸長されることが好ましい。   Chromosome expansion / extension is carried out in a development / extension tank containing a solution. For fixation or observation after expansion / extension, the chromosomal DNA is placed in the vicinity of a smooth surface in the expansion / extension tank. It is preferable that it is expanded and stretched.

また特に線維状基体において受容体にて修飾されている領域が受容体にて修飾されていない領域によって隔離された状態で複数配置されている場合については、受容体が修飾されているのと同じ間隔をおいて、隔壁によって隔てられている展開/伸長槽が好ましい。このように隔壁によって隔てられることにより、配置された受容体に結合した染色体毎に一つの隔壁によって囲まれた展開/伸長槽で展開・伸長することが出来、他の受容体に結合したり、他の場所から展開・伸長された染色体DNAと交差することがない。   In particular, in the case where a plurality of regions modified with receptors in a fibrous substrate are arranged in a state where they are separated by regions not modified with receptors, the same as when the receptors are modified A deployment / elongation vessel that is spaced apart by a septum is preferred. By being separated by the partition wall in this way, it can be expanded and expanded in the expansion / extension tank surrounded by one partition wall for each chromosome bound to the arranged receptor, and can bind to other receptors, There is no crossing with chromosomal DNA expanded and extended from other locations.

線維状基体の受容体の配置の間隔が等間隔であり、1ミリメートル以下好ましくは50マイクロメートル前後の間隔で配置されている場合には、その間隔と同じ等間隔で隔壁を配置することが好ましい。   When the spacing of the receptors on the fibrous substrate is equal, and when the spacing is equal to or less than 1 millimeter, preferably about 50 micrometers, it is preferable that the partition walls be spaced at the same equal spacing. .

送液を用いる場合には、例えば、平滑な表面に平行な一方向の定常流を形成すると、流体の粘性により流体の速度場は表面近傍で遅く、表面から離れたところで速くなる。かかる状況下において、染色体を結合した線維状基体を平滑な表面近傍に設置すると、平滑な表面より離れたところに展開・伸長された染色体DNAはより速く移動し張力を発生することになり、結果として、展開・伸長後、平滑な表面近傍に滞留する効果を有する。さらには、好ましい1具体例として、染色体DNAが展開・伸長される空間を狭い間隔を有する平行で平滑な二つの表面の間に制限し(一例として、図10(c)参照)、染色体DNAが上下方向に拡散することを制限した展開/伸長槽を用いることによって、染色体DNAの平滑な表面近傍における展開・伸長を実現することも出来る。平行で平滑な二つの表面はまた、送液の乱流を制限することも好都合である。該平滑な二つの表面の間隔は展開・伸長の方法、条件、展開・伸長される染色体の特性などを考慮して適宜決定しうるが、通常には、10〜200マイクロメートルであろう。   When using liquid feeding, for example, when a unidirectional steady flow parallel to a smooth surface is formed, the fluid velocity field is slow near the surface and fast away from the surface due to the viscosity of the fluid. Under such circumstances, if a fibrous substrate to which chromosomes are bound is placed near a smooth surface, the chromosomal DNA expanded and elongated away from the smooth surface will move faster and generate tension. As described above, it has the effect of staying in the vicinity of a smooth surface after expansion and extension. Furthermore, as one preferred specific example, the space in which the chromosomal DNA is expanded and elongated is limited between two parallel and smooth surfaces having a narrow interval (see FIG. 10 (c) as an example). By using a development / extension tank that restricts diffusion in the vertical direction, it is possible to realize development / extension in the vicinity of the smooth surface of the chromosomal DNA. Two parallel and smooth surfaces are also advantageous to limit the turbulent flow. The distance between the two smooth surfaces can be appropriately determined in consideration of the development / elongation method, conditions, characteristics of the chromosome to be developed / elongated, etc., but it will usually be 10 to 200 micrometers.

電気浸透流(EOF)を用いる場合、例えば、展開/伸長槽にある平滑な表面をガラス基板とし、これを清浄化することによって負に帯電させ、染色体を結合した線維状基体を平滑な表面近傍に設置し、溶液の電解質濃度を低下させた(一価イオン・マイクロモル以下)状態で電界を加印する(5〜100V/cm)。このとき負に帯電した表面近傍に正の対イオンが濃縮され、これが加印電場によって溶液の層流を形成する。また一方で負に帯電した染色体DNAは表面近傍に濃縮された正電荷に吸引されて、表面に吸着した状態を維持しながら、正電荷と共に移動することになる。このような表面吸着状態を維持した泳動は、展開・伸長後の固定、あるいは、観察のために好ましい効果を有する。   When electroosmotic flow (EOF) is used, for example, the smooth surface in the expansion / elongation tank is a glass substrate, which is negatively charged by cleaning it, and the fibrous substrate bound to the chromosome is in the vicinity of the smooth surface. The electric field is applied (5 to 100 V / cm) in a state where the electrolyte concentration of the solution is reduced (monovalent ions / micromol or less). At this time, a positive counter ion is concentrated near the negatively charged surface, and this forms a laminar flow of the solution by the applied electric field. On the other hand, the negatively charged chromosomal DNA is attracted by the positive charge concentrated in the vicinity of the surface, and moves together with the positive charge while maintaining the state of being adsorbed on the surface. Such electrophoresis that maintains the surface adsorption state has a favorable effect for fixation after development / elongation or observation.

電気泳動を用いる場合には、染色体DNAは加印電場陽極に向かって泳動する。この際、送液による展開・伸長と同様、染色体を結合した線維状基体を平滑な表面近傍に設置することで、展開・伸長を平滑な表面近傍で行うことが出来る。またこの平滑な表面を例えばアミノシラン処理等を施したガラス基板にすることにより正に帯電させ、染色体DNAを表面に吸着させた状態で泳動することが出来る。さらには、染色体DNAが展開・伸長される空間を狭い間隔を有する平行で平滑な二つの表面の間に制限することによっても、染色体DNAの平滑な表面近傍における展開・伸長を実現することが出来る(上記参照)。さらにまた、平行で平滑な二つの表面の間に、アクリルアミド、アガロース、デキストラン等の網目状構造を有する材料を封入することにより、網目状構造によって支持されながら展開・伸長を行うことが出来る。   When electrophoresis is used, the chromosomal DNA migrates toward the applied electric field anode. At this time, similarly to the expansion / elongation by the liquid feeding, the expansion / elongation can be performed in the vicinity of the smooth surface by installing the fibrous substrate combined with the chromosome in the vicinity of the smooth surface. Further, this smooth surface can be positively charged by using, for example, a glass substrate subjected to aminosilane treatment or the like, and electrophoresis can be performed with chromosomal DNA adsorbed on the surface. Furthermore, by restricting the space where the chromosomal DNA is expanded and extended between two parallel and smooth surfaces having a narrow interval, the expansion and extension of the chromosomal DNA in the vicinity of the smooth surface can be realized. (See above). Furthermore, by encapsulating a material having a network structure such as acrylamide, agarose, dextran, etc. between two parallel and smooth surfaces, it can be expanded and stretched while being supported by the network structure.

本発明は、展開・伸長された染色体も包含する。好ましくは、染色体は上記方法にて展開・伸長されたものである。上記方法により展開・伸長された直鎖超高分子である染色体DNAは展開・伸長力を失うと、環境に依存して変形し、あるいは、安定形態に遷移し、さらにその状態で溶液槽等の構造物に吸着することによって、展開・伸長による本発明の効果が消失することになる。そこで展開・伸長力を失った後においても展開・伸長状態を維持する必要が生じ、この必要に答えるため展開・伸長状態を維持した状態で、染色体は展開/伸長槽内で固定される。したがって、本発明は、伸長・展開状態を維持した状態で展開/伸長槽内で固定された染色体を包含する。   The present invention also includes expanded and elongated chromosomes. Preferably, the chromosome is expanded and elongated by the above method. When the chromosomal DNA, which is a linear ultrapolymer developed and elongated by the above method, loses its development and elongation force, it is deformed depending on the environment, or transitions to a stable form, and in that state, such as a solution tank By adsorbing to the structure, the effect of the present invention due to the expansion / elongation is lost. Therefore, it is necessary to maintain the expanded / elongated state even after losing the expanded / elongated force. In order to answer this need, the chromosome is fixed in the expanded / elongated tank in a state where the expanded / elongated state is maintained. Therefore, the present invention encompasses a chromosome fixed in a deployment / extension tank while maintaining the stretched / deployed state.

かかる固定は展開・伸長中あるいは展開・伸長後のいずれに行われてもよい。固定に用いる染色体の部位はいずれの部位であってもよいが、染色体の大きさ、構造、種類、展開/伸長槽の構造、大きさ、材質などに応じて適宜固定部位を決定することができる。固定様式・方法もまた、当業者が諸条件を考慮して適宜選択することができる。   Such fixation may be performed either during deployment / extension or after deployment / extension. The site of the chromosome used for fixation may be any site, but the site of fixation can be appropriately determined according to the size, structure, type of the chromosome, structure / size / material of the expansion / elongation tank, etc. . The fixing mode and method can also be appropriately selected by those skilled in the art in consideration of various conditions.

1の具体例において、本発明の方法により展開あるいは伸長された染色体DNAは、一部あるいは全部が平滑な展開/伸長槽内の表面へ固定される。展開/伸長槽内の表面の一部あるいは全部が平滑とは、光学顕微鏡あるいはその他顕微鏡観察にとって好ましい平滑な領域が一部領域あるいは全面である展開/伸長槽内の表面のことを意味し、展開/伸長槽内の表面の一部あるいは全部が平滑であることによって、展開/伸長槽内の表面自体からの信号の干渉が排除され、また染色体DNAからの信号の減衰を防ぐような表面のことを言う。また、このような表面は展開/伸長槽内の染色体DNAが展開あるいは伸長される表面全面であることが好ましいが、一部であってもよいということである。   In one embodiment, the chromosomal DNA expanded or elongated by the method of the present invention is fixed to the surface of a partially expanded / smooth expansion / extension tank. "Smooth part or all of the surface in the expansion / elongation tank" means a surface in the expansion / elongation tank in which a smooth area preferable for optical microscope or other microscopic observation is a partial area or the entire surface. / Surface that prevents the signal interference from the chromosomal DNA from being interfered by eliminating the interference of the signal from the surface in the expansion / elongation tank itself, because part or all of the surface in the extension tank is smooth. Say. In addition, such a surface is preferably the entire surface on which the chromosomal DNA in the expansion / elongation tank is expanded or extended, but may be a part of the surface.

さらなる具体例において、展開あるいは伸長された染色体DNAは、展開/伸長槽内の網目状構造、繊維状構造、棒構造、あるいはこれらの混合構造に固定される。網目状構造、繊維状構造、棒構造、あるいはこれらの混合構造を有する展開/伸長槽内に染色体を固定することによって、染色体DNAが全長にわたってではなく、その一部で展開/伸長槽内で固定されるということを積極的に誘導するものである。これにより、用いた固定方法が染色体DNAを検査対象として変性するものであった場合においても、固定されていない染色体DNA領域において検査をすることが出来る。これら構造の中にはポリアクリルアミドゲル、アガロースゲル、デキストラン等によって例示される網目状構造、リニアーアクリルアミドなどによって例示される繊維状構造、あるいは、微細加工技術等によって展開/伸長槽内の平滑な表面上に作製されたガラスあるいは樹脂からなる造形物によって例示される棒構造であって、以下によって明らかにされる染色体DNAを固定するための修飾をうけたこれら構造等がある。   In a further embodiment, the expanded or elongated chromosomal DNA is fixed to a network structure, a fibrous structure, a rod structure, or a mixed structure thereof in the expansion / elongation tank. Chromosomal DNA is fixed not in the entire length but in a part of the development / extension tank by fixing the chromosome in the development / extension tank having a network structure, a fibrous structure, a rod structure, or a mixed structure thereof. It is a positive guide to what is done. As a result, even when the fixing method used is to denature chromosomal DNA as a test target, it is possible to test in the chromosomal DNA region that is not fixed. Among these structures, a network structure exemplified by polyacrylamide gel, agarose gel, dextran, etc., a fibrous structure exemplified by linear acrylamide, etc., or a smooth surface in a development / elongation tank by microfabrication technology, etc. There are rod structures exemplified by a model made of glass or resin prepared above, and these structures have been modified to fix chromosomal DNA, which will be clarified below.

さらなる具体例において、展開あるいは伸長された染色体DNAは、展開/伸長槽内の正電荷に帯電した表面あるいは構造に固定され、あるいは、二価金属イオン、金属錯体、ポリアミンからなる群より選択されるものを含む物質を介して負電荷に帯電した展開/伸長槽内の負電荷に帯電した表面あるいは構造に固定される。   In a further embodiment, the expanded or elongated chromosomal DNA is immobilized on a positively charged surface or structure in the expansion / elongation chamber, or selected from the group consisting of divalent metal ions, metal complexes, and polyamines. It is fixed to a negatively charged surface or structure in a development / elongation vessel that is negatively charged via a material containing material.

さらなる具体例において、展開あるいは伸長された染色体DNAは、展開/伸長槽内の表面上あるいは構造上の核酸結合性を有する基による結合を介して展開/伸長槽内の表面あるいは構造に固定される。かかる基およびかかる基の展開/伸長槽内の表面あるいは構造への配置方法は、当業者が適宜選択して用いることができる。   In a further embodiment, the expanded or extended chromosomal DNA is immobilized on the surface or structure in the expansion / elongation chamber via binding by a group having a nucleic acid binding property on the surface or structure in the expansion / elongation chamber. . A person skilled in the art can appropriately select and use such a group and a method for arranging the group on the surface or structure in the expansion / elongation tank.

また、染色体DNAに核酸をハイブリダイゼーションさせ、その核酸に導入されているリガンドと、基体にあらかじめ修飾してある受容体との結合を介して、展開・伸長した染色体を展開/伸長槽内の表面あるいは構造に固定することもできる。染色体DNAが繰り返し塩基配列のいずれの位置に、どのような核酸をハイブリダイゼーションさせるか、そして核酸にどのようなリガンドを導入するかは、染色体DNAの性質等を考慮して当業者が適宜決定しうるものである。   In addition, a nucleic acid is hybridized to the chromosomal DNA, and the expanded / extended chromosome is bonded to the surface of the expansion / elongation tank through a bond between the ligand introduced into the nucleic acid and a receptor that has been modified in advance on the substrate. Alternatively, it can be fixed to the structure. A person skilled in the art appropriately determines which nucleic acid is to be hybridized at which position of the chromosomal DNA and which ligand is to be introduced into the nucleic acid in consideration of the properties of the chromosomal DNA. It can be.

上記態様における「リガンド」とは、線維状基体のところで説明したリガンド(線維状基体上の受容体に結合する)とは異なり、展開/伸長槽内の表面上あるいは構造上の受容体に結合するものである。上記以外は、線維状基体のところの「リガンド」および「受容体」についての説明が、ここでもあてはまる。   The “ligand” in the above embodiment is different from the ligand described for the fibrous substrate (binding to the receptor on the fibrous substrate), and binds to a surface or structural receptor in the deployment / elongation tank. Is. Other than the above, the description of “ligand” and “receptor” at the fibrous substrate also applies here.

さらに、上記具体例において、繰り返し塩基配列を有する染色体DNAであって、その繰り返し塩基配列に核酸をハイブリダイゼーションさせることも好ましい。   Furthermore, in the above specific example, it is also preferred that the chromosomal DNA has a repetitive base sequence, and the nucleic acid is hybridized to the repetitive base sequence.

上記具体例における、染色体への核酸のハイブリダイゼーションは、展開・伸長前に行われても良く、展開・伸長後に行われてもよい。   In the above specific example, the hybridization of the nucleic acid to the chromosome may be performed before the expansion / extension, or may be performed after the expansion / extension.

また、染色体DNAのニックを始点とし、リガンドの修飾を受けた核酸塩基を合成基質として用いて合成された核酸中のリガンドと、展開/伸長槽内の表面あるいは構造にあらかじめ修飾してある受容体の結合を介して固定してもよい。この場合、核酸の合成、ならびにリガンドでの核酸の修飾は、展開・伸長前に行われても良く、展開・伸長後に行われてもよい。   In addition, starting from the nick of chromosomal DNA, a ligand in a nucleic acid synthesized using a nucleobase modified with a ligand as a synthetic substrate, and a receptor that has been previously modified on the surface or structure in the expansion / elongation tank You may fix through the coupling | bonding. In this case, the synthesis of the nucleic acid and the modification of the nucleic acid with the ligand may be performed before the expansion / extension, or may be performed after the expansion / extension.

上記態様におけるリガンドと受容体の結合は、ビオチンとストレプトアビジンの結合、ビオチンとアビジンの結合、アミノ基とアミノ基に対する共有結合性を有する反応基の結合、チオール基あるいはチオール基に対する共有結合性を有する反応基の結合、金属錯体を介する結合、核酸を介する結合等により行われうる。   In the above-described embodiment, the ligand and the receptor are bound to biotin and streptavidin, biotin and avidin, amino groups and reactive groups having a covalent bond to amino groups, thiol groups or covalent bonds to thiol groups. The reaction can be carried out by bonding of reactive groups, bonding through a metal complex, bonding through a nucleic acid, or the like.

最後に、展開・伸長を容易にする関連技術を開示する。染色体を溶液槽中で線維状基体に結合させると、一般に溶液槽にも染色体が非特異的吸着を起こすことになる。この状態で染色体DNAの展開・伸長を行うと、線維状基体からだけでなく、溶液槽壁面から染色体DNAが展開、伸長、あるいは浮遊し、結果として、分析に適した形態に展開・伸長した配置とすることが出来ない。   Finally, a related technique for facilitating deployment / extension is disclosed. When a chromosome is bound to a fibrous substrate in a solution tank, non-specific adsorption of the chromosome also generally occurs in the solution tank. If the chromosomal DNA is expanded and elongated in this state, the chromosomal DNA expands, expands, or floats not only from the fibrous substrate but also from the wall surface of the solution tank. As a result, the chromosomal DNA is expanded and expanded into a form suitable for analysis. Can not be.

本発明においては、これを回避するために、染色体を線維状基体に結合させる溶液槽と、染色体を展開・伸長する溶液槽の二つの溶液槽に分け、染色体を線維状基体に結合させる溶液槽において染色体を結合させた後、染色体を結合した線維状基体を展開/伸長槽に転載し、染色体を展開・伸長することとした。しかし、この転載の際、溶液から線維状基体を取り出すと乾燥や表面張力により染色体が損傷を受けることになる。これを回避するため、二つの溶液槽の間で溶液の一体化と分離が出来き、分離状態で染色体の結合や染色体の展開・伸長を行い、一体化した状態で線維状基体の転載が出来るようにすることとした。   In the present invention, in order to avoid this, it is divided into two solution tanks, a solution tank for binding the chromosome to the fibrous substrate and a solution tank for expanding and extending the chromosome, and a solution tank for binding the chromosome to the fibrous substrate. After linking chromosomes in Fig. 2, the fibrous substrate bonded with the chromosomes was transferred to the expansion / elongation tank, and the chromosomes were expanded and expanded. However, if the fibrous substrate is taken out from the solution during this transfer, the chromosomes are damaged by drying and surface tension. In order to avoid this, the solution can be integrated and separated between the two solution tanks, the chromosomes can be combined and the chromosomes expanded and elongated in the separated state, and the fibrous substrate can be transferred in the integrated state. I decided to do so.

これを具現化するために本発明では二つの溶液槽を組み合わせて使用することとした。即ち、本発明は、染色体を結合した線維状基体を浸漬した溶液槽と、該線維状基体を浸漬していない溶液槽との二つの溶液槽からなる組であって、溶液に浸漬した状態のままで該染色体を結合した線維状基体が一方の溶液槽から他方の溶液槽に転載されるものであり、溶液の一体化と分離を行う方法を提供する。ここで溶液槽とは、溶液を保持できる機能を有する構造体であり、以下に開示する通り必ずしも凹型のくぼみを形成して溜める構造に限るものではない。   In order to realize this, in the present invention, two solution tanks are used in combination. That is, the present invention is a set consisting of two solution tanks, a solution tank in which a fibrous substrate to which chromosomes are bound is immersed, and a solution tank in which the fibrous substrate is not immersed. The fibrous substrate to which the chromosome is bound is transferred from one solution tank to the other solution tank, and a method for integrating and separating the solutions is provided. Here, the solution tank is a structure having a function of holding a solution, and is not necessarily limited to a structure in which a concave depression is formed and stored as disclosed below.

二つの溶液槽の組において好ましい例として、まず取り上げるのは、図8(a)にあるような染色体結合槽と展開/伸長槽を一体化・分離ができる隔壁を有する溶液槽がある。この隔壁により、染色体を線維状基体に結合させる処理と、染色体を線維状基体から展開・伸長を行う処理を別の溶液槽で行うことが出来、また、両溶液槽の移動に際しては、染色体を結合させた線維状基体を乾燥させることがない。   As a preferable example in the set of two solution tanks, first, a solution tank having a partition wall capable of integrating and separating the chromosome binding tank and the expansion / extension tank as shown in FIG. With this partition, the treatment for binding the chromosome to the fibrous substrate and the treatment for expanding / extending the chromosome from the fibrous substrate can be performed in separate solution tanks. The bonded fibrous substrate is not dried.

二つの溶液槽間の転載の際、線維状基体に結合した染色体が損傷を避けるもう一つの好ましい例としては、線維状基体、および、該線維状基体の一部を浸漬した液滴を表面張力により保持した一枚あるいは複数枚の板状構造体が一体となって、線維状基体を乾燥させることなく、二つの溶液槽間で移動するものである。図8(b)は、液滴保持ピンセットという形態をとる二枚の板状構造体で、この操作をおこなう工程を示したものである。   Another preferred example of avoiding damage to the chromosomes bound to the fibrous substrate during the transfer between the two solution tanks is the surface tension of the fibrous substrate and a droplet immersed in a part of the fibrous substrate. One or a plurality of plate-like structures held by the above are integrated to move between the two solution tanks without drying the fibrous substrate. FIG. 8 (b) shows a process of performing this operation with two plate-like structures in the form of droplet holding tweezers.

本発明の二つの溶液槽の組においてさらに好ましい例として、一方あるいは両方の溶液槽が、疎水領域に囲まれた親水領域を含む表面を有するものを挙げることができる。図9-aを参照。この場合において溶液槽は、平滑な表面として形成し、この平滑な表面の疎水領域に囲まれた親水領域に溶液を突出する形態で保持することが可能である。これにより、この平滑な表面に保持された液体は、他方の溶液槽の壁面に接することなく、他方の溶液槽の中の溶液と一体化および分離を行うことが出来る。また、線維状基体は、曲げることなく、その一部を親水領域の溶液内に浸漬し、他の一部を疎水領域の溶液外に露出させることが出来る。そこで、この露出部分を溶液内に浸漬されている一部を汚染することなく、線維状基体の移動・操作のハンドルとして用いることが出来る。特に好ましくは、線維状基体の両端領域が溶液外に露出し、移動・操作のハンドルとして用いることが出来る場合である。   As a more preferred example in the set of two solution tanks of the present invention, one or both of the solution tanks may have a surface including a hydrophilic region surrounded by a hydrophobic region. See Figure 9-a. In this case, the solution tank can be formed as a smooth surface, and can be held in a form in which the solution protrudes into a hydrophilic region surrounded by a hydrophobic region on the smooth surface. Thereby, the liquid held on the smooth surface can be integrated with and separated from the solution in the other solution tank without contacting the wall surface of the other solution tank. In addition, a part of the fibrous substrate can be immersed in the solution in the hydrophilic region without bending, and the other part can be exposed outside the solution in the hydrophobic region. Therefore, this exposed portion can be used as a handle for moving / manipulating the fibrous substrate without contaminating a portion immersed in the solution. Particularly preferred is a case where both end regions of the fibrous substrate are exposed outside the solution and can be used as a handle for movement / operation.

上で説明した本発明の二つの溶液槽の組において、一方の溶液槽が、本発明の染色体を結合させた線維状基体を作製するための溶液槽であって、本発明の線維状基体の一部あるいは全体を、可逆あるいは不可逆に、把持あるいは固着する要素を有する溶液槽であり、他方の溶液槽が、本発明の染色体DNAを展開あるいは伸長するための方法を実施するための溶液槽であって、線維状基体の一部あるいは全体が取り付けあるいは取り外し可能な状態で把持あるいは固着されるものである溶液槽であることが好ましい。特に好ましい例としては、線維状基体の両端領域において取り付けあるいは取り外し可能な状態で溶液槽構造物に把持されている場合であり、あるいは、また線維状基体の全長にわたり、その一面が取り付けあるいは取り外し可能な状態で溶液槽底面に固着されている場合である。   In the set of two solution tanks of the present invention described above, one solution tank is a solution tank for producing a fibrous substrate to which the chromosome of the present invention is bound, A part or the whole is a solution tank having an element that is reversibly or irreversibly gripped or fixed, and the other solution tank is a solution tank for carrying out the method for developing or extending the chromosomal DNA of the present invention. In addition, the solution tank is preferably one in which a part or the whole of the fibrous substrate is gripped or fixed in a state where it can be attached or detached. As a particularly preferable example, it is a case where it is gripped by the solution tank structure in a state where it can be attached or detached at both end regions of the fibrous substrate, or one surface of the fibrous substrate can be attached or detached over the entire length. This is a case where it is fixed to the bottom surface of the solution tank in a simple state.

展開/伸長槽は電気浸透流あるいは電気泳動を利用して染色体を展開・伸長するためのものである。さらに好ましくは、該泳動槽は電気浸透流を利用して染色体を展開・伸長するためのものである。該泳動槽は電気泳動槽の形態であるのが一般的である。該装置の基板、特に電場をかけた「泳動槽」の底面は負に帯電した材料からできていることが好ましい。かかる材料としてはガラスが例示され、顕微鏡用のスライドグラス等を基板として利用してもよい。   The expansion / elongation tank is for expanding / extending the chromosome using electroosmotic flow or electrophoresis. More preferably, the electrophoresis tank is for expanding and extending chromosomes using electroosmotic flow. The electrophoresis tank is generally in the form of an electrophoresis tank. The substrate of the apparatus, particularly the bottom surface of the “electrophoresis tank” to which an electric field is applied, is preferably made of a negatively charged material. An example of such a material is glass, and a microscope slide glass or the like may be used as a substrate.

かかる二つの溶液槽の組の具体例を説明する。図8(b)参照。染色体を含む液802(図8(b)では染色体をX字様構造で示す)を、二つの板を有する板状構造体813間に把持された線維状基体804に加え、表面張力で二つの板を有する板状構造体813間に保有されている染色体液802において染色体を線維状基体に結合させる。この際、二つの板を有する板状構造体813にも染色体は吸着する。結合しなかった染色体を溶液から取り除くため、二つの板を有する板状構造体813間に保有されている染色体液802に洗浄液を流し込み置換する。染色体を結合したガラス線維804を二つの板を有する板状構造体813に挟まれた状態で、展開/伸長槽に浸漬する。この状態で二つの板を有する板状構造体813を取り除き、線維状基体の把持を展開/伸長槽に移す、あるいは、線維状基体を展開/伸長槽の底面に固着させる。この状態で基体808のみに染色体が結合して残る。染色体の除蛋白処理を行い、染色体DNAを凝集状態から開放する。この除蛋白処理の際、高温による置換溶液802の蒸発を防止するために密閉蓋を被せてもよい。密閉蓋がある場合にはこれを取り、基体808の両側の置換溶液802に正負電極812を接続し、電源810に繋ぎ、電気浸透流により、除蛋白された染色体DNAを展開・伸長させる。   A specific example of such a set of two solution tanks will be described. Refer to FIG. A liquid 802 containing a chromosome (in FIG. 8 (b), the chromosome is shown as an X-shaped structure) is added to the fibrous substrate 804 held between the plate-like structures 813 having two plates, Chromosomes are bound to the fibrous substrate in the chromosomal fluid 802 held between the plate-like structures 813 having plates. At this time, the chromosome is also adsorbed to the plate-like structure 813 having two plates. In order to remove unbound chromosomes from the solution, a washing solution is poured into the chromosome solution 802 held between the plate-like structures 813 having two plates to replace them. The glass fiber 804 combined with the chromosome is immersed in the expansion / elongation tank while being sandwiched between the plate-like structures 813 having two plates. In this state, the plate-like structure 813 having two plates is removed, and the gripping of the fibrous substrate is transferred to the expansion / elongation tank, or the fibrous substrate is fixed to the bottom surface of the expansion / elongation tank. In this state, the chromosome remains attached only to the substrate 808. Chromosome deproteinization is performed to release the chromosomal DNA from the aggregated state. During this deproteinization treatment, a sealing lid may be placed to prevent evaporation of the replacement solution 802 due to high temperature. If there is a sealing lid, it is removed, positive and negative electrodes 812 are connected to the replacement solution 802 on both sides of the substrate 808, connected to a power source 810, and the deproteinized chromosomal DNA is expanded and extended by electroosmotic flow.

かかる二つの溶液槽の組のさらなる具体例を説明する。図9参照。染色体を含む液902(図9では染色体をX字様構造で示す)を線維状基体904に加え、染色体を結合させる。ガラス基板905は予め中央領域より外に染色体液が広がらないよう、その周辺領域に疎水性表面処理を施しておくことが好ましい。基体904に染色体液902を添加した結果、ガラス基板905の中央領域にも染色体が吸着する。基体904との結合反応の終了後、染色体液902中に浮遊状態で留まっていた染色体を置換溶液902で洗い落とす。洗い落とした後も、ガラス基板905の中央領域は置換溶液902にて満たす。枠903によって生じる間隔を隔てて、置換溶液902と基体904を挟んだ状態で、ガラス基板905とガラス基板901とを対面させる。ガラス基板901は、ガラス基板905と同様、中央領域より外に染色体液が広がらないよう、その周辺領域に疎水性表面処理を施しておくことが好ましい。対面後、ガラス基板901に基体904と置換溶液902を転載する形でガラス基板905を取り除く。この状態で基体904のみに染色体が結合して残る。染色体の除蛋白処理を行い、染色体DNAを凝集状態から開放する。この除蛋白処理の際、高温による置換溶液902の蒸発を防止するために密閉蓋906を被せてもよい。密閉蓋906を取り、基体904の両側の置換溶液902に正負電極908を接続し、電源907に繋ぎ、電気浸透流により、除蛋白された染色体DNAを展開・伸長させる。   A further specific example of such a set of two solution vessels will be described. See FIG. A liquid 902 containing chromosomes (in FIG. 9, the chromosomes are shown in an X-like structure) is added to the fibrous substrate 904 to bind the chromosomes. The glass substrate 905 is preferably preliminarily subjected to a hydrophobic surface treatment in the peripheral region so that the chromosomal fluid does not spread outside the central region. As a result of adding the chromosomal solution 902 to the base 904, the chromosome is also adsorbed to the central region of the glass substrate 905. After completion of the binding reaction with the substrate 904, the chromosomes remaining in a suspended state in the chromosome solution 902 are washed away with the replacement solution 902. Even after washing, the central region of the glass substrate 905 is filled with the replacement solution 902. The glass substrate 905 and the glass substrate 901 are opposed to each other with the replacement solution 902 and the base 904 sandwiched by an interval generated by the frame 903. As with the glass substrate 905, the glass substrate 901 is preferably subjected to a hydrophobic surface treatment in the peripheral region so that the chromosomal fluid does not spread outside the central region. After facing, the glass substrate 905 is removed by transferring the base 904 and the replacement solution 902 onto the glass substrate 901. In this state, the chromosome remains attached only to the substrate 904. Chromosome deproteinization is performed to release the chromosomal DNA from the aggregated state. During the deproteinization treatment, a sealing lid 906 may be covered to prevent evaporation of the replacement solution 902 due to high temperature. The sealing lid 906 is removed, the positive and negative electrodes 908 are connected to the replacement solution 902 on both sides of the base 904, connected to the power source 907, and the deproteinized chromosomal DNA is developed and extended by electroosmotic flow.

線維状基体の修飾については、受容体にて修飾した領域が受容体にて修飾していない領域によって隔離された状態で複数配置されている本発明の線維状基体が好ましいものであるが、本発明は、かかる線維状基体の製造方法も提供する。該方法は、下記工程:
線維状基体を平滑な表面を有する樹脂層の表面近傍に包埋し、
該樹脂表面に沿って線維状基体に交差する方向に複数本の切削を行い、線維状基体の複数個所で基体面を露出し、
切削によって露出していない基体面を樹脂層により受容体修飾から保護し、切削によって露出した基体面に受容体の修飾をおこない、次いで、
線維状基体を樹脂層から解放する、
を含む方法である。図1参照。
As for the modification of the fibrous substrate, the fibrous substrate of the present invention in which a plurality of regions modified with the receptor are separated from each other by a region not modified with the receptor is preferable. The invention also provides a method for producing such a fibrous substrate. The method comprises the following steps:
Embedding a fibrous substrate near the surface of a resin layer having a smooth surface,
A plurality of cuts are made in a direction intersecting the fibrous substrate along the resin surface, and the substrate surface is exposed at a plurality of locations of the fibrous substrate,
The substrate surface that is not exposed by cutting is protected from the receptor modification by the resin layer, the substrate surface exposed by cutting is modified, and then the receptor is modified.
Release the fibrous substrate from the resin layer;
It is a method including. See FIG.

本発明の上記方法、あるいは装置、あるいはキットを用いて展開・伸長された染色体を染色体標本として用いてもよい。かかる標本を、疾病と遺伝子異常の関連性を示す標準として用いて、疾病の診断を行うこともできる。例えば疾病を有する検体から得た染色体DNAと健常者の検体から得た染色体DNAを並行して伸長することにより、両者の遺伝子やタグ配列位置の変異をより明瞭に発見することが出来る。また健常者検体から得た染色体DNAを伸長した標本に、断片化した疾病を有する検体から得た染色体DNA由来であって、これを断片化し標識されたDNAをこの標本にハイブリダイゼーションを行うことによって、CGHと同様の染色体DNA量検定をおこなうことも出来る。   Chromosomes expanded and extended using the above method, apparatus or kit of the present invention may be used as a chromosome sample. Such specimens can be used as a standard indicating the relationship between disease and genetic abnormality to diagnose disease. For example, by extending in parallel a chromosomal DNA obtained from a specimen having a disease and a chromosomal DNA obtained from a specimen of a healthy person, it is possible to more clearly discover mutations in both genes and tag sequence positions. In addition, a sample obtained by elongating chromosomal DNA obtained from a healthy subject sample is derived from chromosomal DNA obtained from a sample having a fragmented disease, and this fragmented and labeled DNA is hybridized to the sample. The same chromosomal DNA amount assay as CGH can be performed.

さらに本発明は、上記線維状基体および泳動槽のいずれかまたは両方を必須として含む、染色体解析用キットを提供する。通常、キットには取扱説明書を添付する。   Furthermore, the present invention provides a chromosome analysis kit containing either or both of the fibrous substrate and the electrophoresis tank as essential. Usually, an instruction manual is attached to the kit.

以下に実施例を示して本発明をさらに詳細かつ具体的に説明するが、実施例は本発明を限定するものではない。   The present invention will be described in more detail and specifically with reference to the following examples, but the examples are not intended to limit the present invention.

染色体特異的結合活性がある線維状基体
染色体を結合させる線維状基体の一つの好ましい具体例として、標識された染色体部位特異的な結合活性を有するガラス線維の作製方法について述べる。
Fibrous substrate having chromosome-specific binding activity As a preferred specific example of the fibrous substrate for binding chromosomes, a method for producing a glass fiber having a labeled chromosome site-specific binding activity will be described.

染色体結合活性があるガラス線維として、線維表面に一様に結合活性があるガラス線維と線維表面の分離した狭い領域に等間隔に結合活性があるガラス線維を作製した。ガラス線維上の結合活性はストレプトアビジンが担い、これに染色体上に標識したビオチンが結合するものである。   As glass fibers having chromosome binding activity, glass fibers having uniform binding activity on the fiber surface and glass fibers having binding activity at equal intervals in a narrow region separated from the fiber surface were prepared. The binding activity on the glass fiber is carried by streptavidin, to which biotin labeled on the chromosome binds.

一様に結合活性があるガラス線維
ガラス線維(直径約6マイクロメートル:ユニチカ製 DE150G 1/0−0.7Z)をあらかじめジクロロジメチルシラン(WAKO製)処理を施しアミノシランの結合性を阻害したガラス基板上に両端を接着剤で留めて、ガラス基板に平行に配置した。ガラス基板に1%(v/v)アミノシラン水溶液(サイラエース S330:チッソ製)、リン酸緩衝液に溶解した100μg/mlアミノ基ビオチン化剤(Biotin‐AC5‐Sulfo‐OSu:DOJINDO製)、リン酸緩衝液に溶解した10μg/mlストレプトアビジン(Sigma製)を順次加えた。各試薬を添加後30分間放置して、その後試薬を溶解している溶媒で洗うことによって反応しなかった試薬を取り除き、次の試薬を加えた。最後の洗浄の後は蒸留水で洗い乾燥した。
Glass fiber with uniform binding activity Glass fiber (diameter: about 6 micrometers: DE150G 1 / 0-0.7Z manufactured by Unitika) treated with dichlorodimethylsilane (manufactured by WAKO) in advance to inhibit aminosilane binding Both ends were fastened with an adhesive on the top and placed parallel to the glass substrate. 1% (v / v) aminosilane aqueous solution (Silaace S330: manufactured by Chisso) on glass substrate, 100 μg / ml amino group biotinylating agent (Biotin-AC5-Sulfo-OSu: manufactured by DOJINDO) dissolved in phosphate buffer, phosphoric acid 10 μg / ml streptavidin (manufactured by Sigma) dissolved in a buffer solution was sequentially added. Each reagent was allowed to stand for 30 minutes, and then the unreacted reagent was removed by washing with a solvent in which the reagent was dissolved, and the next reagent was added. After the last washing, it was washed with distilled water and dried.

分離した狭い領域に等間隔に結合活性があるガラス線維
上記ガラス線維を作製する各工程を図1に示した。複数のガラス線維101をガラス基板103上に両端を接着剤102で留めて、互いに平行になるように配置する。ガラス基板103に2−ブタノールに溶解した7.5%(v/v)PVB(ポリビニルブチラール)樹脂を500rpmで30秒間スピンコートし、ガラス線維101をPVB樹脂の包埋剤層104に包埋した。加重15〜30gを加えた鋭利な切削刃105でPVB樹脂104を切削した。切削は切削線が50ミクロン間隔で互いに平行で、包埋されているガラス線維101に直交するように行った。これにより出来た切削溝106のガラス線維部分に幅1〜10ミクロンのガラス線維の露出面が現れた。この後、一様に結合活性があるガラス線維の場合と同様のアミノシラン処理、ビオチン化処理、ストレプトアビジン修飾を順次行った(図1の107はこれら受容体処理液を表す)。ストレプトアビジン処理後の洗浄が済んだガラス線維をエタノールで洗い、PVB樹脂を溶解し取り除き、ストレプトアビジン受容体で修飾されたガラス線維108をガラス基板から切り出した。図2は、以上工程により作製したガラス線維201分離した狭い領域に等間隔にストレプトアビジン受容体を有することを確認した蛍光顕微鏡観察画像である。ストレプトアビジン修飾位置が確認できるようストレプトアビジンはFITC標識されているもの(Sigma製)を用いた。ガラス線維上に50ミクロン間隔でFITCの輝点状蛍光が確認された。これにより確かにガラス線維上にストレプトアビジン受容体は分離した狭い領域に等間隔に配置されていた。図3はストレプトアビジン受容体のビオチン結合活性を確認したものである。蛍光標識を行っていないストレプトアビジンで修飾されたガラス線維301にリン酸緩衝液に溶解した1μg/mlFITC標識されたビオチン(Sigma製)を加え、結合活性の確認を行った。図3は未結合のFITC標識ビオチンをリン酸緩衝液で洗いとった後、観察したものである。やはり、ガラス線維上に50ミクロン間隔でFITCの輝点状蛍光が確認された。これによりガラス線維上にストレプトアビジン受容体はビオチン活性を有することが確認できた。図2、3では、ガラス線維の位置を示すため明視野像を蛍光像に重ねてある。
Glass fiber having binding activity at equal intervals in the separated narrow region Each process for producing the glass fiber is shown in FIG. A plurality of glass fibers 101 are arranged on a glass substrate 103 so that both ends thereof are fastened with an adhesive 102 and are parallel to each other. A glass substrate 103 was spin-coated with 7.5% (v / v) PVB (polyvinyl butyral) resin dissolved in 2-butanol at 500 rpm for 30 seconds, and the glass fiber 101 was embedded in an embedding layer 104 of PVB resin. . The PVB resin 104 was cut with a sharp cutting blade 105 to which a weight of 15 to 30 g was applied. Cutting was performed so that the cutting lines were parallel to each other at intervals of 50 microns and perpendicular to the embedded glass fiber 101. As a result, an exposed surface of the glass fiber having a width of 1 to 10 microns appeared in the glass fiber portion of the cutting groove 106 formed. Thereafter, the same aminosilane treatment, biotinylation treatment, and streptavidin modification as in the case of glass fibers having uniform binding activity were sequentially performed (107 in FIG. 1 represents these receptor treatment solutions). The glass fiber that had been washed after the treatment with streptavidin was washed with ethanol, the PVB resin was dissolved and removed, and the glass fiber 108 modified with the streptavidin receptor was cut out from the glass substrate. FIG. 2 is a fluorescence microscope observation image that confirms that streptavidin receptors are present at equal intervals in a narrow region separated from the glass fiber 201 produced by the above process. Streptavidin labeled with FITC (manufactured by Sigma) was used so that the streptavidin modification position could be confirmed. The bright spot-like fluorescence of FITC was confirmed on the glass fiber at intervals of 50 microns. As a result, the streptavidin receptor was surely arranged on the glass fiber at an equal interval in a separated narrow region. FIG. 3 confirms the biotin binding activity of the streptavidin receptor. 1 μg / ml FITC-labeled biotin (manufactured by Sigma) dissolved in a phosphate buffer was added to glass fiber 301 modified with streptavidin not fluorescently labeled, and the binding activity was confirmed. FIG. 3 shows an observation after washing unbound FITC-labeled biotin with a phosphate buffer. Again, bright spot-like fluorescence of FITC was confirmed on the glass fiber at intervals of 50 microns. This confirmed that the streptavidin receptor has biotin activity on the glass fiber. In FIGS. 2 and 3, the bright field image is superimposed on the fluorescence image to show the position of the glass fiber.

分離した狭い領域に等間隔に結合活性があり、かつ、それ以外の領域において非特異吸着を阻害するガラス線維
ガラス線維をあらかじめジクロロジメチルシラン処理を施しアミノシランの結合性を阻害したガラス基板上に両端を接着剤で留めて、ガラス基板に平行に配置した。ガラス基板に1%(v/v)アミノシラン水溶液、リン酸緩衝液に溶解した100μg/mlのジスルフィド結合を有する二価アミノ基架橋剤DPSSP(Pierce製)、リン酸緩衝液に溶解した1mMのジスルフィド結合還元剤DTT、リン酸緩衝液に溶解した100μg/mlのチオール基修飾活性のある金属錯体配位子Maleimide‐C(3)‐NTA(DOJINDO製)を順次加えた。各試薬を添加後30分間放置して、その後試薬を溶解している溶媒で洗うことによって反応しなかった試薬を取り除き、次の試薬を加えた。最後の洗浄の後は蒸留水で洗い乾燥した。以上により、一様に金属錯体配位子NTAが結合したガラス線維を作製した。この後「分離した狭い領域に等間隔に結合活性があるガラス線維」の場合と同様のPVB樹脂包埋、等間隔の切削を行い、樹脂および前記修飾をおこなった金属錯体配位子を引き剥がし新鮮なガラス面を露出させた。次にアミノシラン処理、ビオチン化処理、ストレプトアビジン修飾を順次行った。ストレプトアビジン処理後の洗浄が済んだガラス線維をエタノールで洗い、PVB樹脂を溶解し取り除いた。以上の工程でストレプトアビジンがガラス線維上分離した狭い領域に等間隔に配置された。PVB樹脂の溶解によって再び露出したガラス線維上の金属錯体配位子を修飾するためにリン酸緩衝液に溶解した100μMの塩化ニッケル(II)を加え、つぎにリン酸緩衝液に溶解した100μg/mlの6連のヒスチジンタグを有する蛍光タンパク質GFPを加えた。この工程によりストレプトアビジン修飾されていない領域において非特異吸着を阻害するGFPが結合したガラス線維が製造された。ガラス線維は、リガンドとしてビオチンを有する染色体をそのストレプトアビジン領域において結合した後、それ以外のGFP領域に非特異吸着した染色体を、リン酸緩衝液に溶解した100μg/mlイミダゾール液を加えヒスチイジンタグで固定されているGFPを解離することにより、共に解離させた。
A glass fiber that has binding activity at equal intervals in a separated narrow area and that inhibits nonspecific adsorption in other areas is treated with dichlorodimethylsilane in advance, and both ends of the glass fiber on the glass substrate that has inhibited aminosilane binding. Was fastened with an adhesive and placed parallel to the glass substrate. 1% (v / v) aminosilane aqueous solution on glass substrate, 100 μg / ml divalent amino group cross-linking agent DPSSP (Pierce) dissolved in phosphate buffer, 1 mM disulfide dissolved in phosphate buffer A binding reducing agent DTT and 100 μg / ml of a metal complex ligand Maleimide-C (3) -NTA (manufactured by DOJINDO) dissolved in a phosphate buffer and having a thiol group-modifying activity were sequentially added. Each reagent was allowed to stand for 30 minutes, and then the unreacted reagent was removed by washing with a solvent in which the reagent was dissolved, and the next reagent was added. After the last washing, it was washed with distilled water and dried. By the above, the glass fiber which the metal complex ligand NTA couple | bonded uniformly was produced. After this, PVB resin embedding similar to the case of “glass fibers having binding activity at equal intervals in a separated narrow region”, cutting at equal intervals is performed, and the resin and the metal complex ligand subjected to the modification are peeled off. A fresh glass surface was exposed. Next, aminosilane treatment, biotinylation treatment, and streptavidin modification were sequentially performed. The glass fiber that had been washed after the treatment with streptavidin was washed with ethanol, and the PVB resin was dissolved and removed. Through the above steps, streptavidin was arranged at equal intervals in a narrow region separated on the glass fiber. To modify the metal complex ligand on the glass fiber exposed again by dissolution of PVB resin, 100 μM nickel (II) chloride dissolved in phosphate buffer was added, and then 100 μg / dissolved in phosphate buffer. ml of fluorescent protein GFP with 6 histidine tags was added. By this step, glass fibers to which GFP binding non-specific adsorption was inhibited in a region not modified with streptavidin were produced. Glass fiber binds a chromosome having biotin as a ligand in its streptavidin region, and then non-specifically adsorbed chromosomes to other GFP regions are added with 100 μg / ml imidazole solution dissolved in phosphate buffer and fixed with a histidine tag. Both GFPs were dissociated by dissociating them.

ガラス線維への染色体結合(ハイブリダイゼーション)
染色体は、200ng/mlコルセミドを含む培養液で分裂期中期に同調した子宮頸部由来上皮細胞の培養株細胞であるHeLa細胞より抽出し、酢酸/メタノール固定液にて保存したものを用いた。染色体に変性条件下での相補鎖ハイブリダイゼーションによりビオチン標識を行った。ビオチン標識された染色体はこの後、ストレプトアビジン修飾されたガラス線維に加え、ビオチン・ストレプトアビジン結合を利用して両者を結合させた。
Chromosome binding to glass fiber (hybridization)
Chromosomes were extracted from HeLa cells, which are cultured cells of cervical-derived epithelial cells synchronized with the mid-phase in a culture solution containing 200 ng / ml colcemid, and stored in acetic acid / methanol fixative. The chromosome was labeled with biotin by complementary strand hybridization under denaturing conditions. The biotin-labeled chromosome was then bound to the streptavidin-modified glass fiber and the biotin-streptavidin bond using the biotin-streptavidin bond.

染色体のビオチン標識は染色体の末端領域にあるテロメア配列に対する相補鎖のハイブリダイゼーションによって行う。以下のビオチン基を3’末端に有し、二本鎖架橋剤であるソラーレンを5’末端に有する合成オリゴヌクレオチドを用意した。
Psolaren−5’TAACCCTAACCCTAACCCTAACCCTA3’(配列番号:1)−Biotin
Psolaren−5’TAGGGTTAGGGTTAGGGTTAGGGTTA3’(配列番号:2)−Biotin
Chromosome biotin labeling is performed by hybridization of complementary strands to telomeric sequences in the end region of the chromosome. A synthetic oligonucleotide having the following biotin group at the 3 ′ end and a psoralen double-strand crosslinker at the 5 ′ end was prepared.
Psoraren-5′TAACCTCTAACCCTACACCTATACCCTA3 ′ (SEQ ID NO: 1) -Biotin
Psoraren-5′TAGGGTTTAGGGTAGGGGTTAGGGTTA 3 ′ (SEQ ID NO: 2) -Biotin

ホルムアミドとSTE水溶液(300mM NaCl、30mM Tris‐HCl(pH8.0)、3mM EDTA(pH8.0))を7:3に混合し、これにHeLa細胞約百万個から抽出した分裂期染色体、上記2種類の合成オリゴヌクレオチド5pmolを小容積量加え攪拌して100マイクロリットルの溶液とした。70℃で2分間加熱した後、直ちに0℃に冷却STE水溶液をさらに40マイクロリットル加え30分かけて37℃まで再び温度を上げた。この操作によりビオチン標識合成オリゴヌクレオチドが染色体末端領域に取り込まれた。37℃で1%(w/v)BSAを含むSTE水溶液を加えて、遠心沈殿を3回行い、結合しなかったビオチン標識合成オリゴヌクレオチを洗い落とした。最後の遠心沈殿物を100マイクロリットルのSTE水溶液に懸濁した。図4はソラーレンの代わりに蛍光基であるFITCを5’末端に標識した合成オリゴヌクレオチドを用いて、染色体のテロメア配列にオリゴヌクレオチドがハイブリダイゼーションしたことを確認したものである。溶液中でのFISH画像であるため、染色体401の輪郭は明瞭ではないが、染色体領域の端に輝点状(図3右において黒点で示されてる)のFITC標識すなわちテロメア402へのハイブリダイゼーション核酸の結合を確認した。図5はこの染色体をストレプトアビジン修飾されたガラス線維の加えたものである。中程度の強さの蛍光像で示されているDAPI染色された染色体502の中でFITCの輝点状の強い蛍光像で示されるビオチン標識503が弱い自家蛍光による像で示されるガラス線維501上に結合していることが確認できる。ハイブリダイゼーション核酸の結合処理を行っていない染色体はこのようなガラス線維への結合は見られなかった。FITCではなくソラーレンを用いた場合には、ハイブリダイゼーション後トランスイルミネーターにて染色体DNAに対する架橋反応を行った。   Formamide and aqueous STE solution (300 mM NaCl, 30 mM Tris-HCl (pH 8.0), 3 mM EDTA (pH 8.0)) are mixed at 7: 3, and this is a mitotic chromosome extracted from about 1 million HeLa cells. A small volume of 2 kinds of synthetic oligonucleotides (5 pmol) was added and stirred to make a 100 microliter solution. After heating at 70 ° C. for 2 minutes, 40 microliters of the cooled STE aqueous solution was immediately added to 0 ° C., and the temperature was raised again to 37 ° C. over 30 minutes. By this operation, a biotin-labeled synthetic oligonucleotide was incorporated into the chromosome end region. A STE aqueous solution containing 1% (w / v) BSA was added at 37 ° C., and centrifugal precipitation was performed three times to wash away unbound biotin-labeled synthetic oligonucleotides. The final centrifugal precipitate was suspended in 100 microliter of aqueous STE solution. FIG. 4 shows that the oligonucleotide was hybridized to the telomeric sequence of the chromosome using a synthetic oligonucleotide labeled with a fluorescent group FITC at the 5 'end instead of psoralen. Although it is a FISH image in solution, the outline of the chromosome 401 is not clear, but a bright spot-like FITC label at the end of the chromosome region (shown by a black dot on the right in FIG. 3), that is, a hybridization nucleic acid to the telomere 402 The binding of was confirmed. FIG. 5 shows this chromosome with the addition of streptavidin-modified glass fibers. On the glass fiber 501, the biotin label 503, which is indicated by the bright fluorescent image of FITC, is present in the DAPI-stained chromosome 502, which is indicated by a medium intensity fluorescence image. Can be confirmed. Chromosomes not subjected to the binding treatment of the hybridization nucleic acid did not show such binding to glass fibers. When psoralen was used instead of FITC, a cross-linking reaction to chromosomal DNA was performed with a transilluminator after hybridization.

ガラス線維への染色体末端の固定(酵素反応)
分裂期中期に同調培養したHeLa細胞より抽出した染色体を用いた。染色体DNA末端領域601にあるテロメア配列の3’端は短い突出一本鎖(数百bp)であることが知られている(Makarov V. L., Cell 88:657-666(1997))。これに対する非変性ハイブリダイゼーションを行い、末端修飾を行う。非変性ハイブリダイゼーションを行うのは、変性ハイブリダイゼーションにおいては染色体の不可逆な変性が染色体DNA伸長に対して抑制的に作用するのであるが、これを改善するためである。しかしこの短いテロメア一本鎖配列ではハイブリダイゼーションによる染色体末端結合標識には十分でない。そこで図6にある生合成による末端修飾を行うことにした。非変性ハイブリダイゼーションを行ったオリゴヌクレオチドをプライマー604とし、一部ビオチン基修飾されている核酸塩基605を基質とし、DNA複製酵素607を用いた重合伸長反応を行い、ビオチン基を導入したDNAの染色体DNA上での伸長をおこなうことで、末端標識606を増幅することにした。
Fixation of chromosome ends to glass fibers (enzymatic reaction)
Chromosomes extracted from HeLa cells synchronously cultured in the middle metaphase were used. It is known that the 3 ′ end of the telomere sequence in the chromosomal DNA terminal region 601 is a short protruding single strand (several hundred bp) (Makarov VL, Cell 88: 657-666 (1997)). Non-denaturing hybridization is performed on this, and terminal modification is performed. Non-denaturing hybridization is performed in order to ameliorate irreversible chromosomal degeneration in degenerative hybridization, which suppresses chromosomal DNA elongation. However, this short telomere single-stranded sequence is not sufficient for chromosome end-binding labeling by hybridization. Therefore, it was decided to perform terminal modification by biosynthesis as shown in FIG. Non-denaturing oligonucleotides are used as primers 604, partially biotin group-modified nucleobases 605 are used as substrates, polymerization elongation reaction using DNA replication enzyme 607 is performed, and biotin group-introduced DNA chromosome It was decided to amplify the end label 606 by extending on DNA.

染色体は実施例2同様HeLa細胞から抽出した分裂期染色体であるが、抽出に際して染色体はテロメア一本鎖に結合しているタンパク質を選択的に取り除くために、一本鎖と同じ塩基配列である下記の塩基配列を有するオリゴヌクレオチド603を用いた。
5’TTAGGGTTAGGG3’(配列番号:3)
The chromosome is a mitotic chromosome extracted from HeLa cells as in Example 2, but the chromosome has the same base sequence as the single strand in order to selectively remove proteins bound to the telomere single strand upon extraction. Oligonucleotide 603 having the following nucleotide sequence was used.
5 'TTAGGGTTTAGGG 3' (SEQ ID NO: 3)

テロメア一本鎖結合タンパク質POT1602は核内平衡状態での置換半減期は128秒であるので(Mattern K. A., Mol Cell Biol 24:5587-5594(2004))、上記オリゴヌクレオチド603を過剰(細胞約百万個から抽出した分裂期染色体当たり100pmol)に加え、37℃、30分間染色体処理することでテロメア一本鎖結合タンパク質に競争的結合をさせ、染色体から取り除くことを行った。次にテロメア一本鎖配列に非変性ハイブリダイゼーションを行わせる下記のオリゴヌクレオチド604を用意した。
5’CCCTAACCCTAACCCTAA3’(配列番号:4)
Since the telomere single-stranded binding protein POT1602 has a substitution half-life of 128 seconds in the nuclear equilibrium state (Mattern KA, Mol Cell Biol 24: 5587-5594 (2004)), the oligonucleotide 603 is excessive (about 100 cells). In addition to 100 pmol per mitotic chromosome extracted from 10,000), the chromosome treatment was carried out at 37 ° C. for 30 minutes to competitively bind the telomeric single-stranded binding protein and remove it from the chromosome. Next, the following oligonucleotide 604 was prepared for non-denaturing hybridization to the telomere single-stranded sequence.
5′CCCTAACCCTACACCTAA3 ′ (SEQ ID NO: 4)

非変性バッファ(150mM NaCl、50mM Tris−HCl(pH7.4)、1mM EDTA、90μg/ml RNaseA)に細胞約百万個から抽出した分裂期染色体と上記の合成オリゴヌクレオチド5pmolを小容積量加え攪拌し50マイクロリットル溶液とした。40℃で12時間ハイブリダイゼーション反応を行った後氷冷下にもどし、0.5マイクロリットルの1M MgCl、0.5マイクロリットルの1M DTT、0.5マイクロリットルの1mM ビオチン−16−dUTP、0.5マイクロリットルの1mM dATP/dGTP/dCTPミックス、1マイクロリットルの5U/μl E.coli DNAポリメラーゼIを加え、14℃で1時間プライマー・エクステンション反応を行った。再び氷冷下にもどし2マイクロリットルの0.5M EDTA(pH8.0)を加え反応を停止した。未反応物を取り除くため、200マイクロリットルのエタノールを加え攪拌後、遠心沈殿を行い、上清を捨て、さらに70%エタノールで3回同様の遠心沈殿を行った。最後の沈殿物を100マイクロリットルの前記のSTE水溶液に懸濁した。図7はビオチンの代わりに蛍光基であるFITCを3’に標識した核酸塩基が反応基質として、染色体701内のテロメア配列702を出発点とする酵素反応による複製反応によって、導入されていることを蛍光顕微鏡により観察したものである。染色体導入時の複製反応の長短により蛍光強度は異なるが、染色体領域へ取り込まれている。 A non-denaturing buffer (150 mM NaCl, 50 mM Tris-HCl (pH 7.4), 1 mM EDTA, 90 μg / ml RNase A) was added with a small volume of mitotic chromosome extracted from about 1 million cells and 5 pmol of the above synthetic oligonucleotide and stirred. 50 microliter solution. After performing a hybridization reaction at 40 ° C. for 12 hours, the mixture was returned to ice-cooling, 0.5 microliters of 1M MgCl 2 , 0.5 microliters of 1M DTT, 0.5 microliters of 1 mM biotin-16-dUTP, 0.5 microliter of 1 mM dATP / dGTP / dCTP mix, 1 microliter of 5 U / μl E. coli DNA polymerase I was added and a primer extension reaction was performed at 14 ° C. for 1 hour. The reaction was stopped again by cooling to ice and adding 2 microliters of 0.5M EDTA (pH 8.0). In order to remove unreacted substances, 200 microliters of ethanol was added and stirred, and then centrifugal precipitation was performed. The supernatant was discarded, and the same centrifugal precipitation was further performed three times with 70% ethanol. The final precipitate was suspended in 100 microliters of the aqueous STE solution. FIG. 7 shows that a nucleobase labeled with FITC, which is a fluorescent group instead of biotin, is introduced as a reaction substrate by a replication reaction by an enzymatic reaction starting from a telomeric sequence 702 in the chromosome 701. This was observed with a fluorescence microscope. Although the fluorescence intensity varies depending on the length of the replication reaction at the time of chromosome introduction, it is incorporated into the chromosomal region.

線維状基体に染色体を結合する際、線維状基体を収容する容器に染色体が非特異的吸着する。この染色体を残した状態で染色体の展開・伸長を行うと線維状基体だけでなく容器に吸着した染色体からもDNAが展開・伸長されることになり問題である。これに対処するため、線維状基体に染色体を結合させた後、別の容器に移し替える必要がある。しかし、この移し替えの際、線維状基体に乾燥や溶液攪拌が生じると、線維状基体および結合染色体が破損・変性することになる。   When the chromosome is bound to the fibrous substrate, the chromosome is non-specifically adsorbed to the container containing the fibrous substrate. If the chromosome is expanded and elongated in the state where the chromosome remains, DNA is expanded and elongated not only from the fibrous substrate but also from the chromosome adsorbed on the container, which is a problem. In order to cope with this, it is necessary to transfer the chromosome to another container after binding the chromosome to the fibrous substrate. However, if the fibrous substrate is dried or agitated in the solution at the time of this transfer, the fibrous substrate and the connected chromosome are damaged or denatured.

ガラス線維横断二槽セル
そこで図8(a)にある溶液槽を用いることにした。この溶液槽は隔壁805によって、染色体をガラス線維に結合させる処理を行う染色体結合槽801と、ガラス線維に結合した染色体を展開・伸長する処理を行う展開/伸長槽806に分かれている。先ず、染色体液802を染色体結合槽801に加え、染色体結合槽内で支持弓803によって支持されているガラス線維804に染色体を結合させた。その後溶液中に残った染色体を洗い取り、隔壁805を引き抜き、染色体結合槽801と展開/伸長槽806の溶液を一体化した。これにより、染色体を結合したガラス線維は溶液中から取り出すことなく、展開/伸長槽へ移動させることが出来る。隔壁805を元の位置に戻し、二つの溶液を分離し、展開/伸長槽において除タンパク処理を行った染色体809を準備した。次に展開/伸長槽に電源810につながれた電極812を配置し、電気浸透流にて展開・伸長した染色体811を得た。この際、展開/伸長槽においては染色体はガラス線維上にのみ結合しているので、展開/伸長槽に吸着した染色体からもDNAが展開・伸長されることはない。
Therefore, it was decided to use the solution tank shown in FIG. This solution tank is divided by a partition wall 805 into a chromosome binding tank 801 that performs a process of binding chromosomes to glass fibers and a development / extension tank 806 that performs a process of expanding and extending chromosomes bonded to glass fibers. First, the chromosome solution 802 was added to the chromosome binding tank 801, and the chromosome was bound to the glass fiber 804 supported by the support bow 803 in the chromosome binding tank. Thereafter, chromosomes remaining in the solution were washed out, the partition wall 805 was pulled out, and the solutions in the chromosome binding tank 801 and the expansion / extension tank 806 were integrated. Thereby, the glass fiber which couple | bonded the chromosome can be moved to an expansion | deployment / extension tank, without taking out from a solution. The septum 805 was returned to its original position, the two solutions were separated, and a chromosome 809 that had been subjected to deproteinization treatment in a development / extension tank was prepared. Next, an electrode 812 connected to a power source 810 was placed in the expansion / elongation tank, and a chromosome 811 expanded / extended by electroosmotic flow was obtained. At this time, since the chromosome is bound only on the glass fiber in the expansion / elongation tank, DNA is not expanded / elongated from the chromosome adsorbed in the expansion / elongation tank.

液滴保持器具
上記のガラス線維横断二槽セルにおいて隔壁を取り除くことによって溶液の一体化・分離を行うことにより、線維状基体上の染色体の乾燥を防ぐことが出来た。別の好ましい乾燥防止方法として、液滴保持器具を用いる方法を取り上げることが出来る。即ち線維状基体、および、該線維状基体の一部を浸漬した液滴を表面張力により保持した一枚あるいは複数枚の板状構造体が一体となって、線維状基体を乾燥させることなく、二つの溶液槽間で移動するものである。図8(b)は、液滴保持ピンセットという形態をとる二枚の板状構造体813で、この操作をおこなう工程を示したものである。さらに好ましい例としては、染色体の線維状基体への結合をこの板状構造体の上で行い、そのまま展開/伸長槽に浸漬する方法である。即ち、液滴保持ピンセットに挟み込んだ形で線維状基体を保持し、染色体液を液滴保持ピンセットの間に満たし、線維状基体を染色体液に浸漬する。結合せず浮遊している染色体を液滴保持ピンセットの間で洗い落としたあと、そのまま液滴保持ピンセットと共に線維状基体を展開/伸長槽に浸漬し、線維状基体が浸漬している状態を維持したままで、液滴保持ピンセットを取り除くというものである。
Droplet holding device By removing and separating the partition walls in the above two-fiber glass cell tank, it was possible to prevent the chromosomes on the fibrous substrate from being dried. As another preferable drying prevention method, a method using a droplet holding device can be taken up. That is, the fibrous substrate and one or a plurality of plate-like structures each holding a droplet in which a part of the fibrous substrate is immersed by surface tension are integrated, without drying the fibrous substrate, It moves between the two solution tanks. FIG. 8B shows a process of performing this operation with two plate-like structures 813 in the form of droplet holding tweezers. A more preferred example is a method in which the chromosome is bound to the fibrous substrate on the plate-like structure and immersed in the expansion / elongation tank as it is. That is, the fibrous substrate is held between the droplet holding tweezers, the chromosomal fluid is filled between the droplet holding tweezers, and the fibrous substrate is immersed in the chromosomal fluid. After washing off the unlinked chromosomes between the droplet holding tweezers, the fibrous substrate was immersed in the expansion / elongation tank together with the droplet holding tweezers, and the fibrous substrate was kept immersed. The droplet holding tweezers are removed.

ガラス線維対面転載セル
また、さらにガラス線維の染色体結合槽から展開/伸長槽への移動を、より円滑に行うことが出来る以下のガラス線維転載セルを作製した。
図9はガラス線維転載セルを模式的に表したものである。ガラス線維対面転載セルは、疎水領域によって囲まれた親水領域を有する二枚のガラス基板と、その間にスペーサーをガラス線維を配置した構成からなる。
Glass fiber facing transfer cell Further, the following glass fiber transfer cell capable of smoothly moving the glass fiber from the chromosome binding tank to the expansion / elongation tank was prepared.
FIG. 9 schematically shows a glass fiber transfer cell. The glass fiber facing transfer cell is composed of two glass substrates having a hydrophilic region surrounded by a hydrophobic region, and a glass fiber disposed between the glass substrates.

ガラス基板はまずジクロロジメチルシラン処理(クロロベンゼンに溶解した2%(v/v) ジクロロジメチルシランへ30分間浸漬)により一旦表面を疎水化した。次に方形の窓枠を有するマスクをガラス基板に被せ、UV照射(波長254nmにおいて28mW/cmの強度の水銀灯光30分間照射)により窓面のガラス基板のシラン層を分解し、方形の親水性表面を再生した。 The glass substrate was first hydrophobized once by dichlorodimethylsilane treatment (immersion in 2% (v / v) dichlorodimethylsilane dissolved in chlorobenzene for 30 minutes). Next, a mask having a rectangular window frame is placed on the glass substrate, and the silane layer of the glass substrate on the window surface is decomposed by UV irradiation (irradiation with a mercury lamp with an intensity of 28 mW / cm 2 at a wavelength of 254 nm for 30 minutes) to form a square hydrophilic The sex surface was regenerated.

一枚目の方形の親水領域を有する染色体結合用ガラス基板905上に親水領域をまたぐ形でガラス線維904を固定し、この親水領域に染色体液902を加え、親水領域内のガラス線維に染色体を結合させた。このとき染色体液を穏やかに震盪し、ガラス線維への染色体の結合を促進した。結合しなかった染色体を洗い落とし、一枚目のガラス基板の親水領域に洗浄液が残っている状態で、二枚目の展開・伸長用ガラス基板901を方形の親水領域を互いに対面させる形で重ね、後から重ねたガラス基板901の親水領域にも溶液を付着させた。この際、二枚のガラス基板はスペーサー903を隔てることにより、直接にガラス線維に触れることを防いである。この状態で、一枚目905から二枚目901のガラス基板にガラス線維の固定を移し、一枚目のガラス基板905を引き離すと、二枚目のガラス基板901の親水領域をまたぐ形でガラス線維が固定された状態で、親水領域に洗浄液が残った。   The glass fiber 904 is fixed on the glass substrate 905 for chromosomal binding having the first square hydrophilic region so as to straddle the hydrophilic region, and the chromosomal fluid 902 is added to the hydrophilic region, and the chromosome is added to the glass fiber in the hydrophilic region. Combined. At this time, the chromosomal fluid was gently shaken to promote the binding of the chromosome to the glass fiber. The unbonded chromosomes are washed away, and in the state where the washing solution remains in the hydrophilic region of the first glass substrate, the second development / elongation glass substrate 901 is overlapped so that the rectangular hydrophilic regions face each other, The solution was also attached to the hydrophilic region of the glass substrate 901 that was stacked later. At this time, the two glass substrates prevent the glass fiber from being directly touched by separating the spacer 903. In this state, when glass fiber fixation is transferred from the first glass substrate 905 to the second glass substrate 901, and the first glass substrate 905 is pulled away, the glass substrate 901 crosses the hydrophilic region of the second glass substrate 901. The washing solution remained in the hydrophilic region with the fibers fixed.

上記一連の操作により染色体が結合したガラス線維は、染色体の非特異吸着のない展開・伸長用ガラス基板に転載されることとなった。この状態で除タンパク処理を行った。展開・伸長用ガラス基板上の溶液は少量であるため、除タンパク処理過程での乾燥を防ぐため密閉蓋906を被せる場合がある。除タンパク後、電源907に接続された電極908からの電界により電気浸透流を惹起させ染色体を展開・伸長した。この際、展開・伸長用ガラス基板901に染色体の吸着はなく、ガラス線維からの展開・伸長に干渉することはない。   The glass fibers to which the chromosomes were bound by the above series of operations were transferred to a glass substrate for development / elongation without non-specific adsorption of chromosomes. In this state, protein removal treatment was performed. Since the amount of the solution on the development / elongation glass substrate is small, it may be covered with a sealing lid 906 in order to prevent drying during the deproteinization process. After deproteinization, the electroosmotic flow was induced by the electric field from the electrode 908 connected to the power source 907 to expand and extend the chromosome. At this time, the development / elongation glass substrate 901 does not adsorb chromosomes and does not interfere with the development / elongation from the glass fibers.

伸長染色体の流路
染色体DNAが伸長する場所である展開/伸長槽流路としては図10にあるような種々形態が可能であるが、これに限るものではない。図10の一つ目の例(図10(a))では展開/伸長槽1003に平坦面において、その両端に置かれた電極1001およびこれに接続された電源1002によってガラス線維1005に結合した染色体DNA1004をそれに沿って泳動し、伸長状態を平坦面上で観察することが出来る。二つ目の例(図10(b))では、この平坦面上に伸長方向に沿って壁面1006を平行に配置した平行流路を形成したものであり、この壁面によって分かたれたほかの流路に伸長染色体DNAが入り込み、絡み合うことを防ぐものである。三つ目の例(図10(c))は流路を蓋1007で覆い、伸長過程にある染色体DNAが流路上側へ逸れていくことを防止する機能を付加したものである。四つ目の例(図10(d))では、流路が平行流路である場合に蓋1008で覆った例である、五つ目の例(図10(e))平行流路であるが、平行壁面を蛇行させたもの1009であり、伸長過程にある染色体DNAが壁面に接触し支持されることにより、染色体DNAに働く張力の分散をはかり、染色体DNAの切断を抑制するものである。伸長力分散の効果は、流路を壁面等で互いに隔離しない柱状構造物1010を複数有する流路(図10(f))や、三次元的網目状構造1011を有する流路(図10(g))にもある。図10の例ではいずれも、染色体伸長のため電場を加え電気泳動/電気浸透流を惹起する構成となっているが、流路に一定の送液を行う構成に換えることも可能である。
Extension Chromosome Channel The development / extension tank channel, which is the location where the chromosomal DNA extends, can have various forms as shown in FIG. 10, but is not limited thereto. In the first example of FIG. 10 (FIG. 10 (a)), the chromosome bonded to the glass fiber 1005 by the electrode 1001 placed on both ends of the expansion / elongation tank 1003 on the flat surface and the power source 1002 connected thereto. DNA1004 can be migrated along it, and the extension state can be observed on a flat surface. In the second example (FIG. 10 (b)), a parallel flow path in which wall surfaces 1006 are arranged in parallel along the extending direction is formed on this flat surface, and other flows separated by this wall surface. It prevents the extended chromosomal DNA from entering and getting entangled in the road. In the third example (FIG. 10C), the channel is covered with a lid 1007, and a function for preventing the chromosomal DNA in the extension process from escaping to the upper side of the channel is added. The fourth example (FIG. 10 (d)) is a fifth example (FIG. 10 (e)) parallel flow path, which is an example covered with a lid 1008 when the flow path is a parallel flow path. Is a meandering parallel wall surface 1009, which is designed to disperse the tension acting on the chromosomal DNA and to suppress chromosomal DNA breakage by contacting and supporting the chromosomal DNA in the elongation process. . The effect of dispersing the extension force is that a flow path having a plurality of columnar structures 1010 (FIG. 10 (f)) that do not separate the flow paths from each other by a wall surface or the like, or a flow path having a three-dimensional network structure 1011 (FIG. 10 (g) )). In any of the examples of FIG. 10, an electric field is applied to elongate the chromosome to induce electrophoresis / electroosmotic flow, but it is also possible to change to a configuration in which a constant liquid is fed to the flow path.

染色体の展開・伸長
まず染色体からDNAを解放するために除タンパク処理を行う。これは、実施例4におけるガラス線維対面転載セルにおける展開・伸長ガラス基板においてガラス線維をガラス基板上で、750mM NaCl、75mM TrisHCl(pH8.0)、7.5mM EDTA(pH8.0)、0.5%(w/v)N−ラウロイルサルコシン、0.2mg/ml ヘパリン,20mM ジチオスレイトール,0.7mg/ml プロテイナーゼKを組成とする除タンパク液で45℃、2時間処理を行った。この除タンパク処理に対して、染色体固定のためのストレプトアビジンとビオチンの結合は損なわれず、ガラス線維から染色体が遊離することはない。除タンパク後、DNA蛍光染色液YO−PRO−1を最終濃度250nMとなるように加え、1〜5V/cmの直流電界を加えて電気泳動を行った。あるいは電気浸透流では、除タンパク後、穏やかに除タンパク液を取り除き、Milli−Q水を加える操作を5回行うことで、泳動溶液の脱塩を行い、DNA蛍光染色液YO−PRO−1存在下で1〜5V/cmの直流電界を加えた。図11は「実施例2」で用意したガラス線維1101に結合している除タンパク処理を行った染色体1102であり、図12はこれに電界を加え電気浸透流を惹起し、ガラス線維1201から染色体DNAが伸長されていくところ1203である。一部伸長しない塊1202が確認できる。画面右手の明るい部分が付着した染色体DNAおよび自家蛍光により光を発するガラス線維であり、右側に伸びる微細な蛍光を発する線維が伸長した染色体DNAである。図13は長距離にわたって伸長した染色体DNAを追った例である。
Chromosome expansion / extension First, deproteinization is performed to release DNA from the chromosome. This is a glass fiber on the glass substrate in the development and extension glass substrate in the glass fiber-to-surface transfer cell in Example 4, 750 mM NaCl, 75 mM TrisHCl (pH 8.0), 7.5 mM EDTA (pH 8.0), 0.0. Treatment was performed at 45 ° C. for 2 hours with a deproteinized solution composed of 5% (w / v) N-lauroyl sarcosine, 0.2 mg / ml heparin, 20 mM dithiothreitol, 0.7 mg / ml proteinase K. For this deproteinization treatment, the binding between streptavidin and biotin for chromosome fixation is not impaired, and the chromosome is not released from the glass fiber. After deproteinization, DNA fluorescent staining solution YO-PRO-1 was added to a final concentration of 250 nM, and electrophoresis was performed by applying a DC electric field of 1 to 5 V / cm. Alternatively, in electroosmotic flow, after deproteinization, the protein removal solution is gently removed, and Milli-Q water is added 5 times to demineralize the electrophoretic solution, and DNA fluorescent staining solution YO-PRO-1 is present. A direct electric field of 1-5 V / cm was applied below. FIG. 11 shows a chromosome 1102 that has been subjected to deproteinization treatment that is bound to the glass fiber 1101 prepared in “Example 2”. FIG. 12 applies an electric field to this to induce electroosmotic flow. 1203 is where the DNA is extended. A lump 1202 that does not extend partially can be confirmed. Chromosomal DNA to which the bright part on the right hand side of the screen is attached and glass fiber that emits light by autofluorescence, and chromosomal DNA in which fibers that emit fine fluorescence extending to the right are elongated. FIG. 13 shows an example of tracking chromosomal DNA extended over a long distance.

図14は「実施例3」において用意したガラス線維1401に結合している除タンパク処理を行った染色体1402であり、図15はこれに電界を加え電気浸透流を惹起し、ガラス線維1501から染色体DNAが伸長されていくところ1502である。図12と比較して塊は確認されなかった。以上の例はいずれもガラス線維からの染色体DNAの展開・伸長が良好に行われていることを示すものである。   FIG. 14 shows a chromosome 1402 that has been subjected to deproteinization treatment that is bound to the glass fiber 1401 prepared in “Example 3”, and FIG. 15 applies an electric field to the chromosome 1402 to induce electroosmotic flow. It is 1502 where DNA is extended. Compared with FIG. 12, no lump was confirmed. All of the above examples show that the chromosomal DNA has been successfully developed and elongated from the glass fiber.

回転伸長法によって伸長された染色体DNAに対する繰り返し塩基配列を用いたFISH法
分裂期中期に同調培養したHeLa細胞より抽出した染色体を用いた。染色体伸長は以下のような回転伸長方法(特願2006−157420参照)を用いた。先ず、70%エタノール水溶液に懸濁したHeLa細胞を2マイクロリットル(約2万個の細胞を含有)をガラス基板上に滴下し、直ちに10マイクロリットルの前記除タンパク液を加えた。2分間放置後500マイクロリットルのMilli‐Q水を加えて、除蛋白され解放された染色体DNAを膨潤させた後、5000rpmで30秒間、ガラス基板を垂直な回転軸に対して水平回転させ、遠心力により流れ去る添加液の流動によって染色体DNAを伸長した。この回転は同時に添加液の除去、染色体DNAのガラス基板に伸長した状態での乾燥固定効果もある。70%エタノール水溶液で表面に残留している除蛋白液成分を洗い流した後、60℃で30分間染色体DNAをガラス基板上で乾燥させた。なお上記染色体を滴下するガラス基板として、あらかじめ10万倍希釈したアミノシラン溶液(サイラエースS330:チッソ製)で30分処理したガラス基板を用いた。乾燥した染色体DNAを有するガラス基板表面に、下記塩基配列を有し、5’末端、3’末端それぞれに蛍光基Cy3を有する6種類のAlu配列に対するオリゴDNAプローブをそれぞれ50nMを含有し、この他に、50%(v/v)ホルムアミド、300mM NaCl、3mM Tris‐HCl(pH8.0)、3mM EDTA(pH8.0)を含有するハイブリダイゼーション溶液を1平方センチメートル当たり200マイクロリットル加えた。
FISH method using a repetitive nucleotide sequence for chromosomal DNA extended by the rotational extension method Chromosomes extracted from HeLa cells synchronously cultured in the mid-phase were used. Chromosome elongation was performed by the following rotational elongation method (see Japanese Patent Application No. 2006-157420). First, 2 microliters (containing about 20,000 cells) of HeLa cells suspended in a 70% ethanol aqueous solution was dropped on a glass substrate, and 10 microliters of the protein removal solution was immediately added. After leaving for 2 minutes, 500 microliters of Milli-Q water is added to swell the chromosomal DNA that has been deproteinized and released, and then the glass substrate is rotated horizontally at 5000 rpm for 30 seconds and centrifuged. Chromosomal DNA was elongated by the flow of the additive solution flowing away by force. This rotation also has the effect of removing the additive solution and drying and fixing the chromosomal DNA on the glass substrate. The deproteinized component remaining on the surface was washed away with a 70% aqueous ethanol solution, and then the chromosomal DNA was dried on a glass substrate at 60 ° C. for 30 minutes. As the glass substrate onto which the chromosomes were dropped, a glass substrate treated in advance with an aminosilane solution (Silaace S330: manufactured by Chisso) diluted 100,000 times for 30 minutes was used. The glass substrate surface having dried chromosomal DNA contains 50 nM each of oligo DNA probes for 6 types of Alu sequences having the following base sequences and having fluorescent groups Cy3 at the 5 ′ end and 3 ′ end respectively. 200 microliters of hybridization solution containing 50% (v / v) formamide, 300 mM NaCl, 3 mM Tris-HCl (pH 8.0), 3 mM EDTA (pH 8.0) was added per square centimeter.

Cy3−5’AGCCGGGCGTGGTGGCGCGCGCCTGTAATCCCA3’ (配列番号:5)−Cy3
Cy3−5’GATTACAGGCGCGCGCCACCACGCCCGGCTAAT3’ (配列番号:6)−Cy3
Cy3−5’GTTGCAGTGAGCCGAGATCGCGCCACTGCACTC3’ (配列番号:7)−Cy3
Cy3−5’TGCAGTGGCGCGATCTCGGCTCACTGCAACCTC3’ (配列番号:8)−Cy3
Cy3−5’GCCTGGGCGACAGAGCGAGACTCCGTCTCAAAA3’ (配列番号:9)−Cy3
Cy3−5’TGAGACGGAGTCTCGCTCTGTCGCCCAGGCTG3’ (配列番号:10)−Cy3
Cy3-5′AGCCGGGGCGTGGGGGCGCGCGCTGTTAATCCCA3 ′ (SEQ ID NO: 5) -Cy3
Cy3-5′GATTACAGGCCGCGGCCCACCACGCCCGCTAAT3 ′ (SEQ ID NO: 6) -Cy3
Cy3-5′GTTGCAGATGGAGCGAGATCCGCGCCACTGCACTC3 ′ (SEQ ID NO: 7) -Cy3
Cy3-5′TGCAGGTGCGCGGATCTCGGCTCACTGCAACCTC3 ′ (SEQ ID NO: 8) -Cy3
Cy3-5′GCCTGGGCGACAGAGCGAGACTCCGTCTCAAAAA3 ′ (SEQ ID NO: 9) -Cy3
Cy3-5′TGAGACGGAGTCCTCGCTCTGTCGCCAGGCTG3 ′ (SEQ ID NO: 10) -Cy3

溶液が蒸発しガラス基板が乾燥しないよう、シリコンゴムの覆いでガラス基板を密閉した後、80℃で2分間、4℃で10分間、37℃で10分間とガラス基板の温度を変化させた。特に4℃で10分間と37℃で10分間の間は30分間一定の割合で温度を上昇させた。温度制御の後、37℃の50%(v/v)ホルムアミド、300mM NaCl、3mM Tris‐HCl(pH8.0)、3mM EDTA(pH8.0)を含有する水溶液でガラス基板を洗浄した後、前記STE水溶液で洗浄を行い、50nM YO−PRO−1を含むSTE水溶液を加えた。図16は上記処理を行った伸長染色体DNA1601の観蛍光観察画像である。染色体は右上一点での接着基点から基板上左下に伸長している。YO−Pro−1によって染色された弱い蛍光像で示される線維状の染色体DNA1601の上に分散している輝点状の強い蛍光像で示される、繰り返し塩基配列にハイブリダイゼーションした上記標識核酸プローブ1602が観察出来る。これら繰り返し塩基配列は染色体領域によって固有の分散状態を有するものであり、この特徴に基づき、観察している染色体領域を同定することが可能である。   The glass substrate was sealed with a silicone rubber cover so that the solution was not evaporated and the glass substrate was not dried, and then the temperature of the glass substrate was changed at 80 ° C. for 2 minutes, 4 ° C. for 10 minutes, and 37 ° C. for 10 minutes. In particular, the temperature was increased at a constant rate for 30 minutes between 4 ° C. for 10 minutes and 37 ° C. for 10 minutes. After temperature control, the glass substrate was washed with an aqueous solution containing 50% (v / v) formamide at 37 ° C., 300 mM NaCl, 3 mM Tris-HCl (pH 8.0), 3 mM EDTA (pH 8.0). Washing was performed with an aqueous STE solution, and an aqueous STE solution containing 50 nM YO-PRO-1 was added. FIG. 16 is a fluorescence observation image of the extended chromosomal DNA 1601 subjected to the above processing. The chromosome extends from the adhesion base at the upper right point to the lower left on the substrate. The labeled nucleic acid probe 1602 hybridized to a repetitive base sequence shown by a bright fluorescent image scattered on a fibrous chromosomal DNA 1601 shown by a weak fluorescent image stained with YO-Pro-1 Can be observed. These repetitive base sequences have an inherent dispersion state depending on the chromosomal region. Based on this feature, it is possible to identify the chromosomal region being observed.

先ず断片化され次に誘電泳動法によって伸長された染色体DNAに対する繰り返し塩基配列を用いたFISH法
HeLa細胞約百万個から抽出した分裂期染色体を100マイクロリットルの20mM NaCl、10mM TrisHCl(pH8.0)、100mM EDTA(pH8.0)を含有する水溶液に懸濁した。20mM NaCl、10mM TrisHCl(pH8.0)、100mM EDTA(pH8.0)を溶媒とする1%(w/v)低融点アガロースの加熱溶解液を作製し、これを100マイクロリットルとり、48℃において先の染色体懸濁液と速やかに混合し、氷冷上に移しゲル化した。プラグ状にゲル化したアガロースゲルを取り出し、20mM NaCl、10mM TrisHCl(pH8.0)、100mM EDTA(pH8.0)、1%(w/v)N−ラウロイルサルコシン、0.1mg/ml プロテイナーゼKを組成とする除タンパク液に浸漬し、50℃、12時間処理を行った。プラグにセリンプロテアーゼ阻害剤を含む10mM TrisHCl(pH8.0)、1mM EDTA(pH8.0)水溶液で洗い、除タンパク液を取り除いた。次に染色体DNAを制限酵素で100マイクロメートル程度に断片化行う。先ずプラグを500マイクロリットルの水溶液に浸漬し、100mM NaCl、50mM TrisHCl(pH7.5)、10mM MgCl、1mM DTTで平衡化した。その後制限酵素NotI(10ユニット/マイクロリットル)を2マイクロリットル加え37℃、6時間染色体DNAの断片化処理を行った。追加でNotIを2マイクロリットル加え処理を繰り返した。切断後10mM TrisHCl(pH8.0)、1mM EDTA(pH8.0)水溶液で洗い、制限酵素液を取り除いた。さらにプラグを浸漬している溶媒をMilli‐Q水に置換し、68℃に加熱しプラグを溶解した。溶解液を、100ミクロン間隔の蒸着アルミニウム電極をその表面に有するガラス基板に加えた。溶解液添加に先立ちガラス基板は「実施例7」同様アミノシラン処理されたものであった。上記アルミ電極間に5分間100V、1MHzの交流電圧を加え誘電泳動を行った後、30分間静置した。泳動により染色体DNAは一端を電極に固定された状態で伸長し、伸長状態でガラス基板に吸着される。吸着後水分を取り除き、60℃で30分間ガラス基板を乾燥した。この後「実施例7」と同様に、蛍光基を有するAlu配列に対する6種類のオリゴDNAプローブを用いて、吸着染色体DNAに対するハイブリダイゼーション反応を行った。図17は上記処理を行い、断片化・伸長した染色体DNA1701の観蛍光観察画像である。染色体DNAは底辺1702の電極の境界から基板上方に伸長している。ハイブリダイゼーションにより結合した蛍光基Cy3を有するオリゴDNAプローブ1703は強い輝点として、YO−Pro−1染色された弱い蛍光像で示される断片化染色体DNA1701の上に分散している。これら繰り返し塩基配列1703は染色体領域によって固有の分散状態を有するものであり、この特徴に基づき、観察している染色体領域を同定することが可能である。「実施例7」と異なり、染色体DNAは断片化されているため、DNA線維が錯綜し束となることを回避する利点がある。
FISH method using a repetitive base sequence for chromosomal DNA first fragmented and then extended by dielectrophoresis. 100 microliters of 20 mM NaCl, 10 mM TrisHCl (pH 8.0) were extracted from about 1 million HeLa cells. ) And an aqueous solution containing 100 mM EDTA (pH 8.0). A 1% (w / v) low-melting point agarose solution using 20 mM NaCl, 10 mM TrisHCl (pH 8.0), and 100 mM EDTA (pH 8.0) as a solvent was prepared. The mixture was rapidly mixed with the previous chromosomal suspension, transferred to ice-cooling and gelled. The agarose gel gelled in a plug shape was taken out and 20 mM NaCl, 10 mM TrisHCl (pH 8.0), 100 mM EDTA (pH 8.0), 1% (w / v) N-lauroyl sarcosine, 0.1 mg / ml proteinase K was added. It was immersed in a deproteinized solution having a composition and treated at 50 ° C. for 12 hours. The plug was washed with a 10 mM TrisHCl (pH 8.0) and 1 mM EDTA (pH 8.0) aqueous solution containing a serine protease inhibitor, and the deproteinized solution was removed. Next, the chromosomal DNA is fragmented to about 100 micrometers with a restriction enzyme. First, the plug was immersed in 500 microliters of an aqueous solution and equilibrated with 100 mM NaCl, 50 mM TrisHCl (pH 7.5), 10 mM MgCl, and 1 mM DTT. Thereafter, 2 microliters of restriction enzyme NotI (10 units / microliter) was added, and chromosomal DNA was fragmented at 37 ° C. for 6 hours. An additional 2 microliters of NotI was added and the treatment was repeated. After the cleavage, the restriction enzyme solution was removed by washing with 10 mM TrisHCl (pH 8.0) and 1 mM EDTA (pH 8.0) aqueous solution. Further, the solvent in which the plug was immersed was replaced with Milli-Q water and heated to 68 ° C. to dissolve the plug. The solution was added to a glass substrate having deposited aluminum electrodes at 100 micron intervals on its surface. Prior to the addition of the solution, the glass substrate was treated with aminosilane as in Example 7. Dielectric migration was performed by applying an AC voltage of 100 V and 1 MHz between the aluminum electrodes for 5 minutes, and then allowed to stand for 30 minutes. The chromosomal DNA is extended by electrophoresis with one end fixed to the electrode, and adsorbed to the glass substrate in the extended state. After adsorption, water was removed and the glass substrate was dried at 60 ° C. for 30 minutes. Thereafter, as in “Example 7”, hybridization reaction was carried out on the adsorbed chromosomal DNA using 6 types of oligo DNA probes for the Alu sequence having a fluorescent group. FIG. 17 is a fluorescence observation image of the chromosomal DNA 1701 that has been subjected to the above processing and has been fragmented and extended. Chromosomal DNA extends from the boundary of the electrodes on the bottom 1702 to the upper side of the substrate. The oligo DNA probe 1703 having the fluorescent group Cy3 bound by hybridization is dispersed as a strong luminescent spot on the fragmented chromosomal DNA 1701 indicated by a weak fluorescent image stained with YO-Pro-1. These repetitive base sequences 1703 have an inherent dispersion state depending on the chromosomal region, and based on this feature, the observed chromosomal region can be identified. Unlike “Example 7”, since chromosomal DNA is fragmented, there is an advantage of avoiding DNA fibers from becoming complex and bundled.

本発明のまとめ
展開・伸長された染色体は、例えば、FISH染色においても高解像度観察を実現するものであり、従来技術と組み合わせた汎用な観察を約束する。しかし、通常のFISH染色においては、識別可能な染色色素数の制限により展開・伸長した染色体DNAの特性を十分に生かしきれないと言える。染色体DNAの広い範囲にわたって高解像度で一度に観察可能にするために、染色体DNA各部分に対してそれぞれ特異的な標識方法を用意することが考えられる。しかし、この方法では例えば3Gbの総塩基数を有するヒトゲノムを100kbの分解能で各部分の位置情報をマッピングする場合においては、3万箇所を標識し識別する必要が生じる。現状では、このような多種類の標識対象に対する高い識別能を有する標識・識別方法はない。
Summary of the Present Invention The expanded / elongated chromosome realizes high-resolution observation even in, for example, FISH staining, and promises general-purpose observation combined with conventional techniques. However, in normal FISH staining, it can be said that the characteristics of the chromosomal DNA developed and extended cannot be fully utilized due to the limitation of the number of distinguishable staining dyes. In order to enable observation at a high resolution over a wide range of chromosomal DNA at once, it is conceivable to prepare a specific labeling method for each part of the chromosomal DNA. However, in this method, for example, when mapping the position information of each part of a human genome having a total base number of 3 Gb with a resolution of 100 kb, it is necessary to label and identify 30,000 locations. At present, there is no labeling / discriminating method having high discrimination ability for such many kinds of labeling targets.

一つの解決方法としては、染色体DNAの固有の特徴を利用することでる。即ち、染色体DNA上には進化の途上で増幅・転移・変異を繰り返して出来た、共通あるいは類似の塩基配列が多数散在する。ヒトにおいてはこれら繰り返し塩基配列に対する標識を行うことが出来れば、多くの部分に標識を入れることが出来る。さらに、この繰り返し塩基配列の分布は一様ではなく、その分布の多様性は各部分の繰り返し塩基配列の固有な位置関係の特徴を有する。この繰り返し塩基配列の固有な位置関係の特徴を識別対象として注目すれば、染色体DNA各部分に対する高い識別能を提供し、全体として染色体DNA上の位置マッピング方法を提供することになる。   One solution is to take advantage of the unique features of chromosomal DNA. That is, a large number of common or similar base sequences scattered on the chromosomal DNA are produced by repeating amplification, transfer, and mutation in the course of evolution. In humans, if it is possible to label these repetitive base sequences, it is possible to label many parts. Further, the distribution of the repetitive base sequences is not uniform, and the diversity of the distribution has the characteristic positional relationship unique to the repetitive base sequences of each part. If attention is paid to the characteristic of the unique positional relationship of this repetitive base sequence as an identification target, a high discrimination ability for each part of the chromosomal DNA is provided, and a position mapping method on the chromosomal DNA as a whole is provided.

上記のような染色体DNAの広い範囲にわたって高解像度で一度に観察可能にする、染色体DNAの展開・伸長から解析に至るまでの、方法を用いることで、染色体異常や多形について、高分解能で広範囲な種レベル、個体レベル、体内組織レベルで、網羅的・発見的な検査が可能になる。   A wide range of chromosomal abnormalities and polymorphisms can be observed at high resolution over a wide range of chromosomal DNA as described above. Comprehensive and heuristic testing is possible at the species level, individual level, and body tissue level.

この大規模診断においては、検査薬が密に基板上に集積したチップ技術に比べた場合、以下の点で注目するに値する効果がある。即ち、
(1)検査薬を集積する必要がないので、比較して安価である。
(2)検査薬を集積するとその仕様が細分化され、複数目的に対して複数のチップを用意する必要があるが、比較して汎用性が高い。
This large-scale diagnosis has an effect worth noting in the following points when compared with a chip technology in which test drugs are densely integrated on a substrate. That is,
(1) Since it is not necessary to accumulate the test drug, it is cheaper than that.
(2) Accumulation of test drugs subdivides the specifications, and it is necessary to prepare a plurality of chips for a plurality of purposes.

また、この方法により、他の方法によって染色体DNAの各部分の位置をマッピングされた染色体は、その上の塩基配列以外の情報を得ることが出来る。例えば、染色体DNAのメチル化部位塩基配列に対して、標識されたメチル化シトシン結合受容体を加えることにより、染色体DNA上での高分解能で広範囲にわたるメチル化を検出することが出来る。染色体DNAのメチル化は、個体発生や癌や老化現象に関与していることが、知られている重要な染色体修飾現象であるが、これまで染色体DNAの広範な領域にわたって、検出した例がないので、大変有効であると考えられる。   In addition, according to this method, information other than the base sequence on the chromosome in which the position of each part of the chromosomal DNA is mapped by another method can be obtained. For example, by adding a labeled methylated cytosine-binding receptor to the methylation site nucleotide sequence of chromosomal DNA, it is possible to detect a wide range of methylation on chromosomal DNA with high resolution. Methylation of chromosomal DNA is an important chromosomal modification phenomenon that is known to be involved in ontogeny, cancer, and aging, but there have been no examples of detection over a wide range of chromosomal DNA. Therefore, it is considered very effective.

メチル化を検出する方法は、染色体DNA上の他の特徴を有する部分に対する結合活性がある受容体を結合させ、その特徴を検出するのにも同様に有用である。例えば、ニック部位、脱プリン部位、チミジン二量体などの染色体損傷部位、および、ミスマッチ部位などの複製・修復不全部位などの検出が挙げられる。   The method for detecting methylation is equally useful for binding a receptor that has binding activity to other characteristic portions on chromosomal DNA and detecting that characteristic. Examples thereof include detection of nick sites, depurination sites, chromosomal damage sites such as thymidine dimers, and replication / repair failure sites such as mismatch sites.

上記方法により、あるいは、また他の方法により染色体DNAの各部分の位置をマッピングされた、本発明により展開・伸長した染色体DNAは、これを比較対象・参照対象として、この染色体DNAとは由来の異なる試料核酸をハイブリダイゼーションすることにより、その組成について情報を取得することができる。   The chromosomal DNA developed and extended according to the present invention, in which the position of each part of the chromosomal DNA is mapped by the above method or by other methods, is derived from this chromosomal DNA, using this as a comparison target / reference target. Information on the composition can be obtained by hybridizing different sample nucleic acids.

例えば、試料核酸として、比較対象・参照対象として展開・伸長されている染色体DNAとは異なる由来の染色体DNA断片を加えて、ハイブリダイゼーションを行うと、先の述べたComparative Genome Hybridization法の高分解能化を実現することが出来る。   For example, by adding a chromosomal DNA fragment derived from a chromosomal DNA that is different from the chromosomal DNA that has been developed and extended as a comparison target or reference target as a sample nucleic acid, hybridization can be performed to increase the resolution of the above-described Comparative Genome Hybridization method. Can be realized.

さらに、染色体に含まれるヒストンタンパク質がメチル化アセチル化等の修飾を受けたクロマチンを免疫沈降法により回収し、このクロマチンに結合していた染色体DNA断片を抽出し、その標識物を作製し、比較対象・参照対象としての展開・伸長した染色体にハイブリダイゼーションさせることが出来る。これはChIP法と呼ばれる修飾ヒストンの存在位置のゲノム上でのマッピングする方法を展開・伸長した染色体DNAに応用したものであるが、やはり広い範囲にわたって高解像度で一度に観察可能にする。   Furthermore, chromatin whose histone protein contained in the chromosome has been modified by methylation acetylation etc. is recovered by immunoprecipitation, and the chromosomal DNA fragment bound to this chromatin is extracted, and its label is prepared for comparison. It can be hybridized to the expanded / elongated chromosome as the target / reference target. This is an application of a method for mapping the location of modified histones on the genome, called the ChIP method, to chromosomal DNA that has been developed and extended, but also enables observation at a high resolution over a wide range at once.

また本発明は、展開・伸長を行わない場合においても有用である。通常、細胞には複数種類の染色体を含み、細胞から精製された段階では染色体はこれらの混合物である。種類特異的に結合性を有する上記線維状基体を用いて、特定の種類の染色体を結合することにすると、染色体の選別に有用である。また、先に述べたとおり、線維状基体に結合した染色体を試料としてではなく、比較対象・参照対象として試料DNAの組成についての情報を取得するために利用する場合、これら染色体の比較対象・参照対象としての再現性・模範性を維持するため、同一の細胞由来の同一種類の染色体を多量に管理することが必要となる。このような場合において、同一細胞由来で同一種類染色体を結合した線維状基体を多量に用意し管理保存することは有用である。   The present invention is also useful in the case where expansion / decompression is not performed. Usually, a cell contains a plurality of types of chromosomes, and the chromosomes are a mixture of these when purified from the cells. It is useful for selecting chromosomes to bind to a specific type of chromosome using the fibrous substrate having type-specific binding properties. In addition, as described above, when the chromosomes bound to the fibrous substrate are used as a comparison target / reference target to obtain information on the composition of the sample DNA, not as a sample, the comparison target / reference of these chromosomes is used. In order to maintain reproducibility and model as a target, it is necessary to manage a large amount of chromosomes of the same type derived from the same cell. In such a case, it is useful to prepare and manage a large amount of a fibrous substrate derived from the same cell and bound to the same type of chromosome.

本発明は、損傷を抑えつつ染色体を展開・伸長し、染色体内部に埋もれた遺伝子を含めて広い範囲にわたって高解像度で染色体を解析するための手段・方法を提供するものである。それゆえ本発明は、染色体の大規模解析ならびに疾病の大規模診断を可能とするものである。さらに本発明は、展開・伸長された染色体標本の調製にも有用である。かかる標本は、疾病と遺伝子の異常との関係を示す標準として用いることができる。したがって、本発明は、生物資源調査、生物資源保存記録、エピジェネティクス研究、遺伝子機能研究、集団遺伝学研究などの基礎研究分野;ガン診断、先天性遺伝病診断、生活習慣病診断、テーラーメイド処方診断などの医療分野;ならびに品種改良、品種管理などの食品農業分野などにおいて利用可能である。   The present invention provides means / methods for expanding and extending chromosomes while suppressing damage, and analyzing the chromosomes with high resolution over a wide range including genes buried inside the chromosomes. Therefore, the present invention enables large-scale analysis of chromosomes and large-scale diagnosis of diseases. Furthermore, the present invention is also useful for preparing expanded and elongated chromosome specimens. Such specimens can be used as a standard indicating the relationship between disease and genetic abnormalities. Therefore, the present invention provides basic research fields such as bioresource survey, bioresource conservation record, epigenetics research, gene function research, population genetics research, etc .; cancer diagnosis, congenital genetic disease diagnosis, lifestyle-related disease diagnosis, tailor-made prescription It can be used in the medical field such as diagnosis; and in the food and agricultural field such as breed improvement and breed management.

図1は、結合活性がある受容体が分離した狭い領域に等間隔に修飾されたガラス線維を作製する各工程を模式的に示したものである。FIG. 1 schematically shows each step of producing glass fibers modified at equal intervals in a narrow region where a receptor having binding activity is separated. 図2は「実施例1」においてストレプトアビジンに蛍光標識を施したガラス線維を蛍光顕微鏡で観察したものである。切削間隔に対応するストレプトアビジンの分布がガラス線維上に確認できる。ガラス線維の位置を示すために明視野像を蛍光像に重ねてある。FIG. 2 shows the glass fiber obtained by fluorescently labeling streptavidin in “Example 1” as observed with a fluorescence microscope. The distribution of streptavidin corresponding to the cutting interval can be confirmed on the glass fiber. A bright field image is superimposed on the fluorescence image to show the position of the glass fibers. 図3は「実施例1」の蛍光標識していないストレプトアビジンを有するガラス線維に、蛍光標識されたビオチンを加えたものを蛍光顕微鏡観察したものである。切削間隔に対応するビオチン結合活性あるストレプトアビジンの分布がガラス線維上に確認できる。ガラス線維の位置を示すために明視野像を蛍光像に重ねてある。FIG. 3 shows a glass fiber having streptavidin which is not fluorescently labeled in “Example 1”, which is obtained by observing a fluorescently labeled biotin with a fluorescent microscope. Distribution of streptavidin having biotin binding activity corresponding to the cutting interval can be confirmed on the glass fiber. A bright field image is superimposed on the fluorescence image to show the position of the glass fibers. 図4は「実施例2」においてビオチンの代わりに蛍光基FITCを5'に標識した合成オリゴヌクレオチドを用いて、染色体のテロメア配列にオリゴヌクレオチドがハイブリダイゼーションしたことを確認したものである。FIG. 4 shows that in Example 2, a synthetic oligonucleotide in which the fluorescent group FITC is labeled 5 ′ instead of biotin is used, and it is confirmed that the oligonucleotide has hybridized to the telomeric sequence of the chromosome. 図5は図4のテロメア標識染色体を、一様にストレプトアビジンで修飾されたガラス線維に結合したものを蛍光顕微鏡観察したものである。FITCの輝点状の強い蛍光で示されるビオチン標識が、弱い自家蛍光像で示されるガラス線維上に結合していることが確認できる。FIG. 5 is a fluorescence microscopic observation of the telomere-labeled chromosome of FIG. 4 bound to glass fibers uniformly modified with streptavidin. It can be confirmed that the biotin label indicated by the bright fluorescence of FITC is bound on the glass fiber indicated by the weak autofluorescence image. 図6は「実施例3」において、ビオチン基が酵素反応によって、染色体テロメア配列へ反応基質と共に導入される過程を模式的に示したものである。FIG. 6 schematically shows a process in which a biotin group is introduced into a chromosome telomere sequence together with a reaction substrate by an enzymatic reaction in “Example 3”. 図7は、図6と同様の操作により、ビオチンの代わりに蛍光基FITCが反応基質と共に染色体テロメア配列へ導入されているのを蛍光顕微鏡観察により確認したものである。FIG. 7 shows that the fluorescent group FITC is introduced into the chromosome telomere sequence together with the reaction substrate by fluorescent microscope observation in the same manner as in FIG. 6 instead of biotin. 図8は「実施例4」における、展開/伸長槽に対する染色体の非特異結合を防ぐためのガラス線維横断二槽セルおよび液滴保持器具について、これらを用いて非特異結合を防ぐ操作工程を示したものである。FIG. 8 shows an operation process for preventing non-specific binding using a glass fiber-crossing two-tank cell and a droplet holding device for preventing non-specific binding of chromosomes to the expansion / elongation tank in “Example 4”. It is a thing. 図9は「実施例4」における、展開/伸長槽に対する染色体の非特異結合を防ぐためのガラス線維対面転載セルについて、これを用いて非特異結合を防ぐ操作工程を示したものである。FIG. 9 shows an operation process for preventing non-specific binding using a glass fiber facing transfer cell for preventing non-specific binding of chromosomes to the expansion / elongation tank in “Example 4”. 図10は、「実施例5」の線維状基体を用いた染色体DNA伸長過程において用いる展開/伸長槽として、様々な流路を示したものである。FIG. 10 shows various flow paths as a development / extension tank used in the chromosomal DNA extension process using the fibrous substrate of “Example 5”. 図11は「実施例2」(ハイブリダイゼーション)で用意したガラス線維に結合した染色体について、「実施例6」の操作に基づき除タンパク処理を行い、染色体DNA全体の蛍光像を観察したものである。FIG. 11 shows the result of deproteinization of the chromosome bound to the glass fiber prepared in “Example 2” (hybridization) based on the operation of “Example 6” and observation of the fluorescence image of the entire chromosomal DNA. . 図12は、「実施例2」(ハイブリダイゼーション)で用意したガラス線維に結合した染色体について、「実施例6」の操作に基づいた除タンパク、電気浸透流により、ガラス線維から染色体DNAが伸長されていく過程を、DNAの蛍光像として観察したものである。FIG. 12 shows that the chromosome DNA bound to the glass fiber prepared in “Example 2” (hybridization) is elongated from the glass fiber by deproteinization and electroosmotic flow based on the operation of “Example 6”. This process was observed as a fluorescent image of DNA. 図13は、図12と同様の処理を行った染色体DNAについて、長距離にわたって伸長を追った蛍光観察画像である。FIG. 13 is a fluorescence observation image following extension over a long distance for chromosomal DNA subjected to the same processing as in FIG. 図14は「実施例3」(酵素反応)で用意したガラス線維に結合した染色体について、「実施例6」の操作に基づき除タンパク処理を行い、染色体DNA全体の蛍光像を観察したものである。FIG. 14 shows the result of deproteinization of the chromosome bound to the glass fiber prepared in “Example 3” (enzymatic reaction) based on the operation of “Example 6” and observation of the fluorescence image of the entire chromosomal DNA. . 図15は「実施例6」の操作に基づき(酵素反応)で用意したガラス線維に結合した染色体について、「実施例6」の操作に基づいた除タンパク、電気浸透流により、ガラス線維から染色体DNAが伸長されていく過程を、DNAの蛍光像として観察したものである。FIG. 15 shows chromosomal DNA from the glass fiber by deproteinization and electroosmotic flow based on the operation of “Example 6” for the chromosome bound to the glass fiber prepared by the operation of “Example 6” (enzymatic reaction). This is a process of observing as a fluorescence image of DNA. 図16は、「実施例7」の操作に基づきヒト由来株細胞から抽出した染色体DNAを伸長し、この伸長DNAの繰り返し塩基配列(Alu配列)に対して蛍光標識されたプローブをハイブリダイゼーションし、蛍光顕微鏡観察したものである。弱い蛍光像で示される線維状の染色体DNAの上に、輝点状の強い蛍光像で示されるプローブが確認できる。FIG. 16 shows an extension of chromosomal DNA extracted from cells derived from human strains based on the operation of “Example 7”, and hybridization of a fluorescently labeled probe to the repetitive base sequence (Alu sequence) of this extended DNA. This was observed with a fluorescence microscope. On the fibrous chromosomal DNA indicated by the weak fluorescence image, the probe indicated by the bright fluorescence image can be confirmed. 図17は、「実施例8」の操作に基づきヒト由来株細胞から抽出した染色体DNAを伸長し、この伸長DNAの繰り返し塩基配列(Alu配列)に対して蛍光標識されたプローブをハイブリダイゼーションし、蛍光顕微鏡観察したものである。「実施例7」と異なり、染色体DNAは伸長前に断片化されているため、DNA線維が錯綜し束となることを防いでいる。弱い蛍光像で示される線維状の染色体DNAの上に、輝点状の強い蛍光像で示されるプローブが確認できる。FIG. 17 shows an extension of chromosomal DNA extracted from cells derived from human strains based on the operation of “Example 8”, and hybridization of a fluorescently labeled probe to the repetitive base sequence (Alu sequence) of this extended DNA. This was observed with a fluorescence microscope. Unlike “Example 7”, the chromosomal DNA is fragmented before extension, thus preventing the DNA fibers from becoming complex and bundled. On the fibrous chromosomal DNA indicated by the weak fluorescence image, the probe indicated by the bright fluorescence image can be confirmed.

符号の説明Explanation of symbols

101 ガラス線維
102 接着剤
103 ガラス基板
104 包埋剤層
105 切削刃
106 切削溝
107 受容体修飾液
108 受容体付きガラス線維
201 ガラス線維
301 ガラス線維
401 染色体
402 標識されたテロメア
501 ガラス線維
502 染色体
503 標識されたテロメア
601 染色体DNA末端標識
602 PotI
603 競争的結合性を有するオリゴヌクレオチド
604 プライマー
605 標識された核酸塩基
606 生合成で取り込まれた標識
607 DNA複製酵素
701 染色体
702 標識されたテロメア
801 染色体結合槽
802 染色体液
803 支持弓
804 ガラス線維
805 隔壁
806 展開/伸長槽
807 染色体結合槽に吸着した染色体
808 線維状基体に結合した染色体
809 除タンパク処理された染色体
810 電源
811 展開・伸長された染色体
812 電極
813 板状構造体
901 展開・伸長用ガラス基板
902 染色体液
903 スペーサー
904 線維状基体
905 染色体結合用ガラス基板
906 密閉蓋
907 電源
908 電極
1001 電極
1002 電源
1003 展開/伸長槽
1004 染色体DNA
1005 ガラス線維
1006 平行隔壁
1007 蓋
1008平行隔壁の上の蓋
1009 蛇行平行隔壁
1010 柱状構造物
1011 三次元網目状構造物
1101 ガラス線維
1102 伸長する前の染色体
1201 ガラス線維
1202 伸長せず塊となった染色体
1203 伸長した染色体
1401 ガラス線維
1402 伸長する前の染色体
1501 ガラス線維
1502 伸長した染色体
1601 染色体
1602 繰り返し塩基配列核酸プローブ
1701 染色体DNA
1702 電極
1703 繰り返し塩基配列核酸プローブ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Glass fiber 102 Adhesive 103 Glass substrate 104 Embedding agent layer 105 Cutting blade 106 Cutting groove 107 Receptor modification liquid 108 Glass fiber with receptor 201 Glass fiber 301 Glass fiber 401 Chromosome 402 Labeled telomere 501 Glass fiber 502 Chromosome 503 Labeled telomere 601 Chromosomal DNA end labeling 602 PotI
603 Oligonucleotide having competitive binding 604 Primer 605 Labeled nucleobase 606 Label incorporated by biosynthesis 607 DNA replication enzyme 701 Chromosome 702 Labeled telomere 801 Chromosome binding tank 802 Chromosome fluid 803 Supporting bow 804 Glass fiber 805 Bulkhead 806 Expansion / extension tank 807 Chromosome adsorbed to chromosome binding tank 808 Chromosome bound to fibrous substrate 809 Deproteinized chromosome 810 Power supply 811 Expanded / expanded chromosome 812 Electrode 813 Plate structure 901 For expansion / extension Glass substrate 902 Chromosome solution 903 Spacer 904 Fibrous substrate 905 Chromosome binding glass substrate 906 Sealed lid 907 Power supply 908 Electrode 1001 Electrode 1002 Power supply 1003 Expansion / extension tank 1004 Chromosomal DNA
1005 Glass fiber 1006 Parallel partition wall 1007 Lid 1008 Cover on parallel partition wall 1009 Meandering parallel partition wall 1010 Columnar structure 1011 Three-dimensional network structure 1101 Glass fiber 1102 Chromosome before stretching 1201 Glass fiber 1202 Not stretched Chromosome 1203 Elongated chromosome 1401 Glass fiber 1402 Chromosome before extension 1501 Glass fiber 1502 Elongated chromosome 1601 Chromosome 1602 Repeated nucleotide sequence Nucleic acid probe 1701 Chromosomal DNA
1702 Electrode 1703 Repeated nucleotide sequence nucleic acid probe

Claims (18)

下記工程:
展開あるいは伸長した染色体DNAにおいて、一種類の繰り返し塩基配列に対して核酸をハイブリダイゼーションし、
ハイブリダイゼーションした該核酸に導入されている、あるいは、ハイブリダイゼーション後に該核酸に導入される標識物を用いることにより、染色体DNAの複数個の該繰り返し塩基配列の組について染色体DNA上での相互の距離を計測し、次いで、
計測された距離の特徴に基づき、該組みおよび該組に含まれる該繰り返し塩基配列の染色体上の領域あるいは位置を決定する
を含む、染色体DNA上の位置マッピング方法。
The following process:
In the expanded or elongated chromosomal DNA, the nucleic acid is hybridized to one type of repeated base sequence,
By using a label that is introduced into the hybridized nucleic acid or that is introduced into the nucleic acid after hybridization, a plurality of sets of the repetitive base sequences of the chromosomal DNA are mutually separated on the chromosomal DNA. And then
A position mapping method on chromosomal DNA, comprising: determining a region or position on a chromosome of the set and the repetitive base sequence included in the set based on the measured distance feature.
展開あるいは伸長した染色体DNAが展開あるいは伸長前に断片化されたものであり、該標識物を用いることにより、該断片の中に含まれる複数個の該繰り返し塩基配列の組について相互の距離を計測し、計測された距離の特徴に基づき、該組みの染色体上の位置を決定することによって、断片化される前の染色体DNA上での断片の位置をマッピングすることを特徴とする、請求項1記載の方法。   Expanded or extended chromosomal DNA is fragmented before expansion or extension, and by using the label, the distance between multiple sets of repetitive base sequences contained in the fragment is measured. And mapping the position of the fragment on the chromosomal DNA before fragmentation by determining the position of the set on the chromosome based on the measured distance feature. The method described. 下記工程:
展開あるいは伸長した染色体DNAにおいて、複数種類の繰り返し塩基配列に対して核酸をハイブリダイゼーションし、
ハイブリダイゼーションした該核酸に導入されている、あるいは、ハイブリダイゼーション後に該核酸に導入される、繰り返し塩基配列の該種類について特異的に識別できるあるいは識別できない標識物を用いることにより、該複数種類の繰り返し塩基配列を含む繰り返し塩基配列の複数個の組について相互の距離を計測し、次いで、
計測された距離、また、識別できる場合においてはその識別内容の特徴に基づき、該組みおよび該組に含まれる該繰り返し塩基配列の染色体上の領域あるいは位置を決定する
を含む、染色体DNA上の位置マッピング方法。
The following process:
In the expanded or elongated chromosomal DNA, nucleic acid is hybridized to multiple types of repetitive base sequences,
By using a label that can be specifically identified or cannot be identified for the type of repetitive base sequence introduced into the nucleic acid after hybridization or introduced into the nucleic acid after hybridization, the plurality of types of repetitive sequences are used. Measure the mutual distance for a plurality of sets of repetitive base sequences including the base sequence,
The position on the chromosomal DNA, including determining the region or position on the chromosome of the set and the repetitive base sequence contained in the set, based on the measured distance and, if possible, the characteristics of the identification content Mapping method.
展開あるいは伸長した染色体DNAが展開あるいは伸長前に断片化されたものであり、該標識物を用いることにより、該断片の中に含まれる複数種類の繰り返し塩基配列を含む繰り返し塩基配列の複数個の組について、相互の距離を計測し、計測された距離、また、識別できる場合においてはその識別内容の特徴に基づき、該組みおよび該組に含まれる該繰り返し塩基配列の染色体上の領域あるいは位置を決定することによって、断片化される前の染色体DNA上での断片の位置をマッピングすることを特徴とする、請求項3記載の方法。   Expanded or extended chromosomal DNA is fragmented before expansion or extension, and by using the label, a plurality of repetitive base sequences including a plurality of repetitive base sequences contained in the fragment are used. The distance between each pair is measured, and the region or position on the chromosome of the pair and the repetitive base sequence included in the pair is determined based on the measured distance and, if it can be identified, the characteristics of the identification contents. 4. The method according to claim 3, wherein the position of the fragment on the chromosomal DNA before being fragmented is mapped by determining. 断片化を制限酵素消化により行う、請求項2または4記載の方法。   The method according to claim 2 or 4, wherein the fragmentation is performed by restriction enzyme digestion. 染色体DNAを誘電泳動により展開・伸長し、位置マッピングを行う、請求項1〜5のいずれか1項記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 5, wherein position mapping is performed by expanding and extending chromosomal DNA by dielectrophoresis. 繰り返し塩基配列にハイブリダイゼーションする核酸として、アニーリング温度の相違が5℃の範囲に収まる100種類以下のオリゴ核酸を用いる請求項1〜6のいずれか1項記載の染色体DNA位置マッピング方法。   The chromosomal DNA position mapping method according to any one of claims 1 to 6, wherein 100 or less oligonucleic acids whose difference in annealing temperature is within a range of 5 ° C are used as the nucleic acid that hybridizes to the repetitive base sequence. 繰り返し塩基配列がヒトAlu配列を含む請求項1〜7のいずれか1項記載の染色体DNA位置マッピング方法。   The chromosomal DNA position mapping method according to any one of claims 1 to 7, wherein the repetitive base sequence comprises a human Alu sequence. 配列番号:11にあるコンセンサスAlu配列の第133〜第157残基の塩基配列、第231〜第245残基の塩基配列、第260〜第282残基の塩基配列、ならびに、これらの相補鎖配列からなる群より選択される少なくとも1種の塩基配列を有する核酸を染色体DNAに対してハイブリダイゼーションする核酸として用いる請求項8記載の染色体DNA位置マッピング方法。   The base sequence of the 133rd to 157th residues, the base sequence of the 231st to 245th residues, the base sequence of the 260th to 282nd residues of the consensus Alu sequence in SEQ ID NO: 11, and their complementary strand sequences The chromosomal DNA position mapping method according to claim 8, wherein a nucleic acid having at least one base sequence selected from the group consisting of: 繰り返し塩基配列がヒトLINE−1配列を含む請求項1〜9のいずれか1項記載の染色体DNA位置マッピング方法。   The chromosomal DNA position mapping method according to any one of claims 1 to 9, wherein the repetitive base sequence comprises a human LINE-1 sequence. 下記工程:
展開あるいは伸長した染色体DNAにおいて、メチル化シトシンに結合活性がある受容体を加え結合させ、次いで、
該受容体に導入されている、あるいは、結合後に該受容体に導入される標識物を用いることにより、染色体DNAのメチル化シトシンの位置を同定する
を含む、染色体DNA上のメチル化シトシン位置マッピング方法。
The following process:
In the expanded or elongated chromosomal DNA, a receptor having binding activity to methylated cytosine is added and bound,
Methylated cytosine position mapping on chromosomal DNA comprising identifying the position of methylated cytosine in chromosomal DNA by using a label that is introduced into the receptor or that is introduced into the receptor after binding Method.
展開あるいは伸長した染色体DNAが展開あるいは伸長前に断片化されたものである請求項11記載の方法。   The method according to claim 11, wherein the expanded or elongated chromosomal DNA is fragmented before expansion or elongation. 標識物がこれに対する特異的結合性を有する受容体のリガンドとなる物質を含み、該受容体が次の標識物となる請求項1〜12のいずれか1項記載のマッピング方法。 The mapping method according to any one of claims 1 to 12, wherein the label contains a substance that becomes a ligand of a receptor having specific binding property thereto, and the receptor becomes the next label. 標識物が蛍光を発する物質を含む請求項1〜13のいずれか1項記載のマッピング方法。 The mapping method according to claim 1, wherein the label contains a substance that emits fluorescence. 請求項1〜14のいずれか1項記載の染色体DNA位置マッピング方法に使用される染色体DNAマッピング装置システムであって、繰り返し塩基配列についてその標識物を可視化する観察装置、観察像の撮影装置、および、撮影画像から繰り返し塩基配列の位置を抽出し、その組について相互の距離を計測し、ゲノム塩基配列データベース情報あるいは該情報から抽出した情報と照合する計算装置の三装置を必須の要素として含む、染色体DNAマッピング装置またはシステム。   A chromosomal DNA mapping apparatus system used in the chromosomal DNA position mapping method according to any one of claims 1 to 14, wherein an observation apparatus for visualizing a label of a repeated base sequence, an observation image photographing apparatus, and In addition, as a required element, the position of the base sequence is repeatedly extracted from the photographed image, the mutual distance of the set is measured, and the genome base sequence database information or the information extracted from the information is collated with three devices. Chromosomal DNA mapping apparatus or system. 下記工程:
生体試料から抽出した複数種類の核酸からなる核酸の混合物、それらを断片化した核酸の混合物、それらを鋳型として複製した核酸の混合物、それらの断片化と複製の両方を行った核酸の混合物から選択されるいずれか1つの混合物を用意し、
展開あるいは伸長した染色体DNAをハイブリダイゼーションを受ける核酸とし、前記用意した核酸の混合物をハイブリダイゼーションする核酸とし、ハイブリダイゼーションをおこない、次いで、
ハイブリダイゼーションした核酸に導入されている、あるいは、ハイブリダイゼーション後に該核酸に導入される標識物を用いることにより、前記用意した核酸の混合物に含まれていた核酸の種類の判別、相対含有量の計測を行う
を含む、試料に含まれる核酸混合物の組成分析方法。
The following process:
Select from a mixture of nucleic acids consisting of multiple types of nucleic acids extracted from biological samples, a mixture of nucleic acids fragmented from them, a mixture of nucleic acids replicated using them as a template, and a mixture of nucleic acids subjected to both fragmentation and replication Prepare any one mixture that will be
The expanded or elongated chromosomal DNA is used as a nucleic acid for hybridization, the mixture of the prepared nucleic acids is used as a nucleic acid for hybridization, hybridization is performed, and then
Discrimination of the type of nucleic acid contained in the prepared mixture of nucleic acids and measurement of relative content by using a label introduced into the hybridized nucleic acid or introduced into the nucleic acid after hybridization Performing a composition analysis of the nucleic acid mixture contained in the sample.
標識物がこれに対する特異的結合性を有する受容体のリガンドとなる物質を含み、該受容体が次の標識物となる請求項16記載の組成分析方法。 The composition analysis method according to claim 16, wherein the label contains a substance that becomes a ligand of a receptor having specific binding property thereto, and the receptor becomes the next label. 標識物が蛍光を発する物質を含む請求項16または請求項17記載の組成分析方法。   The composition analysis method according to claim 16 or 17, wherein the label contains a substance that emits fluorescence.
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