JP2009278871A - Method for isolating cyclic nucleic acid - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To establish technology for selectively and preferentially isolating a cyclic nucleic acid from an organism-derived nucleic acid-containing sample with simply and quickly distinguishing the cyclic nucleic acid from nucleic acids of other forms. <P>SOLUTION: The method for isolating a cyclic nucleic acid from a nucleic acid-containing sample comprises a process for carrying out an isothermal amplification reaction of a nucleic acid using a chain-substituted polymerase against the nucleic acid-containing sample in the presence of a modified single-stranded DNA binding protein that has an amino acid sequence having a modification site in which modification composed of at least one of deletion, substitution, addition and insertion of one or more amino acids in a single-stranded DNA binding protein amino acid sequence occurs and expresses a function of contributing to the improvement in amplification efficiency of template nucleic acid in an isothermal amplification reaction system using a chain-substitution polymerase. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、核酸含有試料から環状核酸の単離方法に関する。詳細には、所与の改変を施した一本鎖DNA結合タンパク質の存在下で核酸等温増幅反応を行い、環状核酸を選択的かつ優先的に増幅させることにより、核酸含有試料から環状核酸を単離する方法に関する。   The present invention relates to a method for isolating circular nucleic acid from a nucleic acid-containing sample. Specifically, a nucleic acid isothermal amplification reaction is performed in the presence of a given single-stranded DNA-binding protein, and circular nucleic acids are selectively and preferentially amplified, whereby circular nucleic acids are isolated from a nucleic acid-containing sample. Relates to the method of releasing.

遺伝子解析、遺伝子治療等をはじめとする分子生物学的技術の多くは、高純度の核酸類、特には環状核酸を要求する。ここで、環状核酸とは、ポリヌクレオチド鎖の5´末端と3´末端がリン酸ジエステル結合で結合し環状化したものである。例えば、原核生物の染色体やウイルス或いはプラスミドDNAの多くのもの、更にはミトコンドリアDNAや葉緑体DNAは、二本鎖閉環構造をとり、また、φX174ファージやM13ファージ等は、一本鎖閉環状構造をとることが知られている。   Many molecular biological techniques such as gene analysis and gene therapy require high-purity nucleic acids, particularly circular nucleic acids. Here, the circular nucleic acid is one in which the 5 ′ end and the 3 ′ end of the polynucleotide chain are linked by a phosphodiester bond and circularized. For example, many prokaryotic chromosomes, viruses, or plasmid DNA, as well as mitochondrial DNA and chloroplast DNA, have a double-stranded closed structure, and φX174 phage, M13 phage, etc., have a single-stranded closed circle. It is known to take a structure.

なかでも、プラスミドDNAは、細菌の染色体外遺伝子の一つであり、宿主染色体とは物理的に独立して自律増殖できる性質を有する。つまり、プラスミドDNAは、大腸菌等の細胞内で宿主由来の染色体とは独立して特定の遺伝形質を伝達できる。かかる性質から、遺伝子組換え実験において外来遺伝子の増幅及び発現用のベクター等として利用され、制限酵素処理、配列決定、形質転換等の様々な生物学的技術に適用されている。   Among them, plasmid DNA is one of bacterial extrachromosomal genes and has the property of being able to autonomously propagate independently of the host chromosome. That is, plasmid DNA can transmit a specific genetic trait independently of a host-derived chromosome in cells such as E. coli. Because of this property, it is used as a vector for amplification and expression of foreign genes in gene recombination experiments, and is applied to various biological techniques such as restriction enzyme treatment, sequencing, and transformation.

また、ミトコンドリアDNAは、細胞小器官であるミトコンドリアに存在する染色体外遺伝子である。そして、ミトコンドリアDNAは個体差が大きく、様々な疾病の発症や寿命、運動能力との関連性が示唆されおり、遺伝子診断への利用が期待されている。また、法医学鑑定、進化生物学、及び人類生物学的解析の研究材料、更には食品原産地の同定のための研究材料として重要視されている。   Mitochondrial DNA is an extrachromosomal gene that exists in mitochondria, which are organelles. And mitochondrial DNA has large individual differences, suggesting the relationship with the onset, longevity, and motor ability of various diseases, and is expected to be used for genetic diagnosis. In addition, it is regarded as important as a research material for forensic appraisal, evolutionary biology, and anthropological analysis, as well as a research material for identification of food origin.

しかしながら、生物由来の試料には、生物由来のタンパク質をはじめ、ゲノムDNAやRNA等の様々な形状をもった核酸が混在している。環状核酸を利用するに当たっては、これらの混在物から、環状核酸のみを単離しなくてはならず、そのための様々な試みが報告されている。   However, biological samples include nucleic acids having various shapes such as genomic DNA and RNA, as well as biological proteins. In using a circular nucleic acid, it is necessary to isolate only the circular nucleic acid from these mixtures, and various attempts have been reported.

特に、プラスミドDNAを単離する多くの方法が報告されている。例えば、指数増殖している細胞を高レベルな生物体量まで増殖させた後に、細胞溶解させることによりプラスミドDNAを単離、精製する方法が報告されている(特許文献1を参照)。かかる方法は、細胞をアルカリによって溶解するものであり、溶解にあたっては、染色体DNAは変性するが、プラスミドDNAは可逆的に二本鎖螺旋構造を再構築できるようなpHにまで、慎重にpHの上昇を制御するものである。   In particular, many methods for isolating plasmid DNA have been reported. For example, there has been reported a method of isolating and purifying plasmid DNA by growing exponentially growing cells to a high level of organism mass and then lysing the cells (see Patent Document 1). In this method, cells are lysed with alkali. Upon lysis, chromosomal DNA is denatured, but plasmid DNA is carefully adjusted to a pH at which double-stranded helical structure can be reversibly reconstructed. It controls the rise.

また、過塩素酸ナトリウムの存在下で、プラスミドDNAがガラス粉末上に結合する性質を利用して、細菌からプラスミドDNAを単離する方法が報告されている(非特許文献1)。かかる方法によれば、酵素的処理、フェノール抽出、透析、遠心分離等の手段を講じずとも、分子生物学的手順でプラスミドDNAの使用を妨げる物質からプラスミドDNAを分離できることが記載されている。   In addition, a method for isolating plasmid DNA from bacteria using the property that plasmid DNA binds to glass powder in the presence of sodium perchlorate has been reported (Non-patent Document 1). According to such a method, it is described that plasmid DNA can be separated from a substance that prevents the use of plasmid DNA in molecular biological procedures without taking measures such as enzymatic treatment, phenol extraction, dialysis, and centrifugation.

さらに、密度勾配遠心分離、液・液抽出、及びアニオン交換クロマトグラフィーを利用する方法、及びシリカ材とカオトロピック物質を併用利用する方法等が知られている。
密度勾配遠心分離を利用する方法は、塩化セシウムの濃度勾配を利用して、プラスミドDNAを、残存ゲノムDNA、RNA、タンパク質、及びその他の細胞不純物から分離する。続いて、透析により塩類を除去し、最終的にエタノール沈殿によって濃縮することによりプラスミドDNAを単離するものである。
液・液抽出を利用する方法は、清澄化細胞溶解液をフェノール、フェノールとクロロホルムの混合液等で抽出するものであり、残存ゲノムDNA、RNA、タンパク質、及びその他の細胞不純物が有機相に移行するに対し、プラスミドDNAは水相に残存することを利用するものである。そして、最終的にエタノール沈殿によって濃縮することによりプラスミドDNAを単離するものである。
また、アニオン交換クロマトグラフィーを利用する方法は、まず、アニオン交換材にプラスミドDNAは結合するが、残存ゲノムDNA、RNA、タンパク質、及びその他の細胞不純物が結合しないように好適化された塩濃度及びpH条件下で清澄化細胞溶解液を接触させる。その後、高イオン強度条件下でプラスミドDNAを溶出し、最終的にエタノール沈殿によって濃縮することによりプラスミドDNAを単離するものである。
シリカ材とカオトロピック物質を併用利用する方法は、カオトロピック物質の存在下ではシリカ材に結合するとの核酸の性質を利用するものであり、清澄化細胞溶解液をカオトロピック物質と混合させた後、シリカ材に適用するものである。最終的には、塩類の洗浄除去を経て、塩濃度の低い緩衝液又は水に溶出することによりプラスミドDNAを単離するものである。
Furthermore, a method using density gradient centrifugation, liquid / liquid extraction, anion exchange chromatography, a method using a silica material and a chaotropic substance in combination, and the like are known.
A method utilizing density gradient centrifugation utilizes a cesium chloride concentration gradient to separate plasmid DNA from residual genomic DNA, RNA, proteins, and other cellular impurities. Subsequently, the plasmid DNA is isolated by removing salts by dialysis and finally concentrating by ethanol precipitation.
Liquid / liquid extraction is a method in which a clarified cell lysate is extracted with phenol, a mixture of phenol and chloroform, etc., and residual genomic DNA, RNA, protein, and other cellular impurities are transferred to the organic phase. On the other hand, plasmid DNA utilizes the fact that it remains in the aqueous phase. And finally, plasmid DNA is isolated by concentrating by ethanol precipitation.
In addition, the method using anion exchange chromatography, first, the plasmid DNA binds to the anion exchange material, but the salt concentration and the optimized concentration so that residual genomic DNA, RNA, protein, and other cellular impurities do not bind. Contact the clarified cell lysate under pH conditions. Thereafter, the plasmid DNA is eluted under high ionic strength conditions, and finally concentrated by ethanol precipitation to isolate the plasmid DNA.
The method of using the silica material and the chaotropic substance in combination utilizes the property of nucleic acid that binds to the silica material in the presence of the chaotropic substance. After the clarified cell lysate is mixed with the chaotropic substance, the silica material is used. Applies to Finally, the plasmid DNA is isolated by washing and removing the salts and then eluting into a buffer solution or water having a low salt concentration.

これら公知のプラスミドDNAの単離方法は、何れも清澄化細胞溶解液の調製、及び清澄化細胞溶解液からのプラスミドの精製により行われる点で共通している。したがって、何れも清澄化細胞溶解液の調製を前提とするものであるため、清澄化細胞溶解液の調製のために細胞の沈殿、遠心分離、ろ過、磁石ビーズを利用した磁気分離等の工程を経る必要がある。しかしながら、例えば、ろ過工程には、精製プロコトルに適したフィルターが必要である等、これらの工程は何れも非常に煩雑であり、また時間を要するという問題点があった。また、ミトコンドリアDNAについては、その単離の困難性から十分な研究がなされていないのが現状である。したがって、簡便かつ迅速に、生体由来の核酸含有試料から環状核酸を選択的かつ優先的に単離できる技術の確立が求められていた。   These known plasmid DNA isolation methods are common in that they are performed by preparing a clarified cell lysate and purifying the plasmid from the clarified cell lysate. Therefore, since all are premised on the preparation of the clarified cell lysate, steps such as cell precipitation, centrifugation, filtration, and magnetic separation using magnetic beads are required for the preparation of the clarified cell lysate. Need to pass. However, for example, the filtration process requires a filter suitable for the purification protocol, and these processes are very complicated and time consuming. In addition, mitochondrial DNA has not been fully studied due to the difficulty of isolation. Therefore, establishment of a technique that can selectively and preferentially isolate a circular nucleic acid from a nucleic acid-containing sample derived from a living body has been demanded.

また、核酸を単離する方法として、核酸増幅反応を利用する方法が知られている。最近になって、本発明者らは、サーマス・サーモフィラス由来の一本鎖DNA結合タンパク質(以下、「SSBタンパク質」と略する場合がある)のアミノ酸配列の特定のアミノ酸に対して改変を施すことにより鎖置換ポリメラーゼを用いた核酸等温増幅系において鋳型核酸の増幅効率を著しく改善できることを見出し報告した(特許文献2、非特許文献2を参照)。かかる方法は、迅速かつ簡便に標的核酸を特異的に増幅でき、それにより標的核酸を特異的に検出及び単離することができるものであることから、分子生物学的技術の進歩に重大な貢献を果たすものとして期待されている。   As a method for isolating a nucleic acid, a method utilizing a nucleic acid amplification reaction is known. Recently, the present inventors have modified a specific amino acid in the amino acid sequence of a single-stranded DNA binding protein derived from Thermus thermophilus (hereinafter sometimes abbreviated as “SSB protein”). And found that the amplification efficiency of the template nucleic acid can be remarkably improved in a nucleic acid isothermal amplification system using a strand displacement polymerase (see Patent Document 2 and Non-Patent Document 2). Such a method is capable of specifically amplifying a target nucleic acid quickly and easily, thereby allowing specific detection and isolation of the target nucleic acid, and thus a significant contribution to the advancement of molecular biological technology. Is expected to fulfill

しかしながら、本発明者らの上述した従前の方法は、鋳型核酸として環状核酸、及び線状核酸を単独で用いて増幅反応を行ったものにすきない。したがって、何れをも鋳型核酸とし得ることが報告されているものの、鋳型核酸として環状核酸と線状核酸を混合した試料を用いた場合の効果については何ら検討されておらず、更なる技術改善の余地があった。   However, the above-mentioned conventional method of the present inventors is not good at performing an amplification reaction using a circular nucleic acid and a linear nucleic acid alone as a template nucleic acid. Therefore, although it has been reported that any of them can be used as a template nucleic acid, the effect of using a sample in which a circular nucleic acid and a linear nucleic acid are mixed as a template nucleic acid has not been studied. There was room.

国際公開第95/01359号パンフレットInternational Publication No. 95/01359 Pamphlet 米国特許出願公開第2007/092896号明細書US Patent Application Publication No. 2007/092896 Marko MA.他著、"A procedure for the large-scale isolation of highly purified plasmid DNA using alkaline extraction and binding to glass powder." 、Anal Biochem.、1982年4月、第121巻、第2号、第382〜387頁Marko MA. Et al., "A procedure for the large-scale isolation of highly purified plasmid DNA using alkaline extraction and binding to glass powder.", Anal Biochem., April 1982, Vol. 121, No. 2, 382 ~ 387 pages Inoue J.、Shigemori Y.、Mikawa T.著、"Improvements of rolling circle amplification (RCA) efficiency and accuracy using Thermus thermophilus SSB mutant protein. "、Nucleic Acids Research、2006年5月、第34巻、第9号、e69Inoue J., Shigemori Y., Mikawa T., "Improvements of rolling circle amplification (RCA) efficiency and accuracy using Thermus thermophilus SSB mutant protein.", Nucleic Acids Research, May 2006, Vol. 34, No. 9. , E69

そこで、本発明は、簡便かつ迅速に、生体由来の核酸含有試料から、他の形状の核酸からは区別して環状核酸を選択的かつ優先的に単離できる技術の確立を目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to establish a technique capable of selectively and preferentially isolating a circular nucleic acid from a nucleic acid-containing sample derived from a living body in a simple and rapid manner while distinguishing it from other forms of nucleic acid.

本発明者が、鋭意検討を行った結果、発明者らが従前報告した核酸増幅方法を利用することにより、様々な形状の核酸類を含む核酸含有試料から環状核酸のみを優先的かつ選択的に増幅できることを見出した。更に、かかる現象を利用することにより、核酸含有試料から環状核酸のみを、選択的に単離、並びに精製できることを見出した。これらの知見に基づいて本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies by the inventor, by using the nucleic acid amplification method previously reported by the inventors, only circular nucleic acids are preferentially and selectively selected from nucleic acid-containing samples containing various forms of nucleic acids. It was found that it can be amplified. Furthermore, it has been found that by utilizing such a phenomenon, only a circular nucleic acid can be selectively isolated and purified from a nucleic acid-containing sample. The present invention has been completed based on these findings.

上記目的を達成するため、下記の〔1〕〜〔9〕の構成からなる発明を提供する。   In order to achieve the above object, an invention having the following configurations [1] to [9] is provided.

〔1〕核酸含有試料から環状核酸を単離する方法であって、
一本鎖DNA結合タンパク質のアミノ酸配列に対して、1以上のアミノ酸の欠失、置換、付加及び挿入の少なくとも一つからなる改変が生じている改変部位を有するアミノ酸配列を有し、かつ、鎖置換ポリメラーゼを用いた等温増幅反応系において鋳型核酸の増幅効率の向上に寄与し得る機能を発現する改変型一本鎖DNA結合タンパク質の存在下で、前記核酸含有試料に対して鎖置換ポリメラーゼを用いた核酸の等温増幅反応を実行して環状核酸を増幅する工程を含む、核酸含有試料から環状核酸を単離する方法。
〔2〕前記環状核酸が、ミトコンドリアDNAである上記〔1〕の方法。
〔3〕前記鎖置換ポリメラーゼが、Phi29 DNAポリメラーゼである上記〔1〕又は〔2〕の方法。
〔4〕前記一本鎖DNA結合タンパク質が、サーマス・サーモフィラス(Thermus thermophilus)、又は、サーマス・アクアティカス(Thermus aquaticus)由来の一本鎖DNA結合タンパク質である上記〔1〕〜〔3〕の何れかの方法。
〔5〕前記改変型一本鎖DNA結合タンパク質が、サーマス・サーモフィラス(Thermus thermophilus)由来の一本鎖DNA結合タンパク質のアミノ酸配列を示す配列認識番号2のアミノ酸配列のうち、255番目のフェニールアラニンが他のアミノ酸に置換したアミノ酸配列、若しくはサーマス・アクアティカス(Thermus aquaticus)由来の一本鎖DNA結合タンパク質のアミノ酸配列を示す配列認識番号7のアミノ酸配列のうち、256番目のフェニールアラニンが他のアミノ酸に置換したアミノ酸配列を有する上記〔4〕の方法。
〔6〕前記他のアミノ酸が、プロリンである上記〔5〕の方法。
〔7〕前記改変型一本鎖DNA結合タンパク質が、サーマス・サーモフィラス(Thermus thermophilus)由来の一本鎖DNA結合タンパク質のアミノ酸配列を示す配列認識番号2のアミノ酸配列のうち、230〜263番目のアミノ酸が欠失したアミノ酸配列、若しくはサーマス・アクアティカス(Thermus aquaticus)由来の一本鎖DNA結合タンパク質のアミノ酸配列を示す配列認識番号7のアミノ酸配列のうち、231〜264番目のアミノ酸が欠失したアミノ酸配列を有する上記〔4〕の方法。
[1] A method for isolating circular nucleic acid from a nucleic acid-containing sample,
An amino acid sequence having a modified site in which a modification comprising at least one of deletion, substitution, addition and insertion of one or more amino acids has occurred relative to the amino acid sequence of the single-stranded DNA binding protein, and the chain In an isothermal amplification reaction system using a displacement polymerase, a strand displacement polymerase is used for the nucleic acid-containing sample in the presence of a modified single-stranded DNA binding protein that expresses a function that can contribute to an improvement in the amplification efficiency of the template nucleic acid. A method for isolating a circular nucleic acid from a nucleic acid-containing sample, comprising a step of amplifying the circular nucleic acid by performing an isothermal amplification reaction of the nucleic acid.
[2] The method of [1] above, wherein the circular nucleic acid is mitochondrial DNA.
[3] The method of [1] or [2] above, wherein the strand displacement polymerase is Phi29 DNA polymerase.
[4] Any of the above [1] to [3], wherein the single-stranded DNA binding protein is a single-stranded DNA binding protein derived from Thermus thermophilus or Thermus aquaticus That way.
[5] The 255th phenylalanine in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 showing the amino acid sequence of the single-stranded DNA binding protein derived from Thermus thermophilus is the modified single-stranded DNA binding protein. Of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 7 showing the amino acid sequence substituted with another amino acid or the amino acid sequence of a single-stranded DNA binding protein derived from Thermus aquaticus , the 256th phenylalanine is another amino acid. [4] The method according to [4] above, wherein the amino acid sequence is substituted.
[6] The method of the above-mentioned [5], wherein the other amino acid is proline.
[7] The amino acids 230 to 263 of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 showing the amino acid sequence of the single-stranded DNA-binding protein derived from Thermus thermophilus , wherein the modified single-stranded DNA-binding protein is thermus thermophilus Of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 7 showing the amino acid sequence of the single-stranded DNA binding protein derived from Thermus aquaticus The method according to [4] above, which has a sequence.

上記〔1〕〜〔7〕の構成によれば、本発明者らが従前に見出した改変型SSBタンパク質の存在下で、様々な形状の核酸類が混在する核酸含有試料を鋳型として、鎖置換ポリメラーゼによる核酸の等温増幅反応を行うことにより、環状核酸を選択的かつ優先的に増幅できる。つまり、環状核酸以外のゲノムDNAやRNAその他の核酸断等の増幅を抑えつつ、環状核酸を優先的かつ選択的に増幅できるものである。これにより、核酸含有試料から環状核酸の単離が可能となり、ミトコンドリアDNAやプラスミドDNAの分子生物学の分野で有用な環状核酸の利用価値を更に高めることが期待される。本発明の環状核酸の単離方法、及びキットは、環状核酸の優先的かつ選択的な増幅を基本原理とすることから、従前の単離技術において必要であった清澄化細胞溶解液の形成、及び該清澄化細胞溶解液からのプラスミドのDNAの精製のような、時間及びコストのかかる工程を要しない。つまり、核酸増幅という単純な工程から構成されることから、核酸の損失を最小限に抑えられ、効率的に、また簡便かつ迅速に環状核酸を単離することができる。そして、多くの場合、生物由来の試料は、様々な形状及び種類の核酸が混在しており、また、様々な形態を有することが知られているが、何れをも核酸含有試料として本発明の方法及びキットの対象とすることができるという利点をも有する。例えば、環状核酸の混在比率の低い核酸含有試料、及び細菌細胞のような夾雑物質を多く含む未精製や粗精製の核酸含有試料からも、環状核酸のみを優先的かつ選択的に単離できる。   According to the configuration of [1] to [7] above, strand displacement is performed using, as a template, a nucleic acid-containing sample in which nucleic acids of various shapes are mixed in the presence of the modified SSB protein previously found by the present inventors. By performing isothermal amplification reaction of nucleic acid with polymerase, circular nucleic acid can be selectively and preferentially amplified. That is, circular nucleic acids can be preferentially and selectively amplified while suppressing amplification of genomic DNA other than circular nucleic acids, RNA, and other nucleic acid breaks. This makes it possible to isolate circular nucleic acids from nucleic acid-containing samples, and is expected to further enhance the utility value of circular nucleic acids useful in the field of molecular biology of mitochondrial DNA and plasmid DNA. Since the circular nucleic acid isolation method and kit of the present invention are based on the preferential and selective amplification of circular nucleic acids, the formation of a clarified cell lysate that was necessary in the conventional isolation technique, And no time-consuming and costly steps such as purification of plasmid DNA from the clarified cell lysate. In other words, since it comprises a simple process of nucleic acid amplification, the loss of nucleic acid can be minimized, and circular nucleic acids can be isolated efficiently, simply and rapidly. In many cases, biological samples are mixed with nucleic acids of various shapes and types, and are known to have various forms, all of which are nucleic acid-containing samples of the present invention. It also has the advantage that it can be the subject of methods and kits. For example, it is possible to preferentially and selectively isolate only a circular nucleic acid from a nucleic acid-containing sample having a low mixture ratio of circular nucleic acids and an unpurified or roughly purified nucleic acid-containing sample containing a large amount of contaminants such as bacterial cells.

〔8〕核酸含有試料から環状核酸を単離するためのキットであって、
一本鎖DNA結合タンパク質のアミノ酸配列に対して、1以上のアミノ酸の欠失、置換、付加及び挿入の少なくとも一つからなる改変が生じている改変部位を有するアミノ酸配列を有し、かつ、鎖置換ポリメラーゼを用いた等温増幅反応系において鋳型核酸の増幅効率の向上に寄与し得る機能を発現する改変型一本鎖DNA結合タンパク質を含む、核酸含有試料から環状核酸を単離するためのキット。
〔9〕鎖置換能を有するポリメラーゼをさらに含む上記〔8〕のキット。
[8] A kit for isolating circular nucleic acid from a nucleic acid-containing sample,
An amino acid sequence having a modified site in which a modification comprising at least one of deletion, substitution, addition and insertion of one or more amino acids has occurred relative to the amino acid sequence of the single-stranded DNA binding protein, and the chain A kit for isolating a circular nucleic acid from a nucleic acid-containing sample, comprising a modified single-stranded DNA binding protein that expresses a function that can contribute to an improvement in amplification efficiency of a template nucleic acid in an isothermal amplification reaction system using a substituted polymerase.
[9] The kit according to [8], further including a polymerase having strand displacement ability.

上記〔8〕〜〔9〕の構成によれば、このように環状核酸の単離に必要な成分をキットして構成することにより、簡便且つ迅速な環状核酸の単離が可能となる。   According to the configuration of [8] to [9] above, simple and rapid isolation of the circular nucleic acid is possible by configuring the components necessary for isolation of the circular nucleic acid as a kit.

以下、具体的な本発明の実施の形態について説明するが、これはあくまでも本発明を例示するに留まり、本発明を限定するものではない。   Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described. However, these are merely examples of the present invention, and do not limit the present invention.

本発明は、核酸含有試料から環状核酸のみを選択的かつ優先的に単離、精製する方法を提供する。具体的には、野生型のSSBタンパク質のアミノ酸配列中の特定のアミノ酸に改変を施した改変型SSBタンパク質の存在下で鎖置換ポリメラーゼを用いた核酸の等温増幅反応を行うものである。増幅時において、ゲノムDNA、RNA、その他の核酸不純物等の線状DNAよりも、環状核酸の増幅が選択的かつ優先的に進行することから、核酸含有試料から環状核酸を単離、精製することができるものである。本発明の原理を、図1に模式的に示す。   The present invention provides a method for selectively and preferentially isolating and purifying only a circular nucleic acid from a nucleic acid-containing sample. Specifically, a nucleic acid isothermal amplification reaction using a strand displacement polymerase is performed in the presence of a modified SSB protein in which a specific amino acid in the amino acid sequence of the wild-type SSB protein is modified. During amplification, circular nucleic acid amplification proceeds selectively and preferentially over linear DNA such as genomic DNA, RNA, and other nucleic acid impurities, and circular nucleic acid is isolated and purified from nucleic acid-containing samples. It is something that can be done. The principle of the present invention is schematically shown in FIG.

なお、本明細書において、単に「SSBタンパク質」と称する場合、本発明で使用される改変型SSBタンパク質の基礎となり得、意図的若しくは非意図的な改変が生じている改変部位を有しないSSBタンパク質を指す。したがって、改変型SSBタンパク質と明確に区別するために使われる所謂「野生型SSBタンパク質」とは同義であるものとする。   In the present specification, when simply referred to as “SSB protein”, it can be the basis of the modified SSB protein used in the present invention, and does not have a modified site in which intentional or unintentional modification occurs. Point to. Therefore, the so-called “wild-type SSB protein” used to clearly distinguish it from the modified SSB protein is synonymous.

本発明において、標的となる環状核酸は、ポリヌクレオチド鎖の5´末端と3´末端がリン酸ジエステル結合で結合した環状構造を有する限り、特に制限はない。したがって、核酸鎖の数に対する制限はなく、一本鎖、多重鎖の別は問わないが、好ましくは二本鎖核酸である。また、その起源、鎖長及び塩基配列に対する制限もない。具体的には、ミトコンドリアDNAや葉緑体DNA、及びプラスミドDNA或いは原核生物やウイルスのゲノムDNAのうち環状構造をとるものが例示される。しかしながら、これに限定されるものではなく、環状構造を有する核酸である限り何れも標的となる。ウイルスゲノムDNAとしては、φX174ファージ、M13ファージのゲノムDNA等の一本鎖環状核酸、SV40、ポリオーマウイルス、パピローマウイルスの二本鎖環状核酸の何れを含む。また、更に、DNA断片を、プラスミド、ファージ等に挿入したもの、当該技術分野で常用されている核酸自動合成機等を使用して合成された人工的産物等であっても、環状構造を有する限り何れも標的核酸となり得る。   In the present invention, the target circular nucleic acid is not particularly limited as long as it has a circular structure in which the 5 ′ end and 3 ′ end of the polynucleotide chain are linked by a phosphodiester bond. Therefore, there is no restriction on the number of nucleic acid strands, and it does not matter whether the strand is a single strand or multiple strands. Moreover, there is no restriction | limiting with respect to the origin, chain length, and a base sequence. Specific examples include mitochondrial DNA, chloroplast DNA, plasmid DNA, or prokaryotic or viral genomic DNA having a circular structure. However, the present invention is not limited to this, and any nucleic acid having a circular structure is a target. Examples of the viral genomic DNA include single-stranded circular nucleic acids such as φX174 phage and M13 phage genomic DNA, SV40, polyomavirus, and papillomavirus double-stranded circular nucleic acids. Furthermore, even DNA fragments inserted into plasmids, phages, etc., artificial products synthesized using an automatic nucleic acid synthesizer or the like commonly used in the art, have a circular structure. Any of these can be a target nucleic acid.

ここで、核酸含有試料としては、標的環状核酸を含む、若しくは標的環状核酸を含む可能性のある試料である限り、特に制限はない。したがって、生体試料、環境試料、食品等のほか、DNA合成技術等によって構築された人工核酸産物試料をも含む。生体試料としては、動物由来の細胞培養物、組織、血液、尿、糞、唾液等、及び植物由来の根、茎、葉、花、果実等例示され、また、細菌、ウイルス等由来の試料をも核酸含有試料として本発明の対象とできる。環境試料として土壌、地下水、河川水、湖沼水、海水等が、食品として肉、卵、加工食品等が例示される。   Here, the nucleic acid-containing sample is not particularly limited as long as it is a sample containing the target circular nucleic acid or possibly containing the target circular nucleic acid. Therefore, in addition to biological samples, environmental samples, foods, etc., artificial nucleic acid product samples constructed by DNA synthesis technology and the like are also included. Examples of biological samples include animal-derived cell cultures, tissues, blood, urine, feces, saliva, etc., plant-derived roots, stems, leaves, flowers, fruits, etc., and samples derived from bacteria, viruses, etc. Can also be the subject of the present invention as a nucleic acid containing sample. Examples of environmental samples include soil, groundwater, river water, lake water, seawater, and examples of food include meat, eggs, and processed foods.

核酸含有試料は、直接、本発明の方法に適用してもよいが、標的環状核酸を顕在化せしめることを目的として、公知の核酸抽出等の処理を行った後に適用してもよい。例えば、検体から細胞、組織、細菌、ウイルス等を分離した後、SDS等の界面活性剤処理、リゾチーム及びプロテインナーゼ等の酵素処理、熱処理、超音波処理、カオトロピック塩での処理等、或いはこれらの組み合わせにより細胞等を破壊し、核酸を分離したものが例示できる。   The nucleic acid-containing sample may be directly applied to the method of the present invention, but may be applied after performing a known nucleic acid extraction or the like for the purpose of revealing the target circular nucleic acid. For example, after separating cells, tissues, bacteria, viruses, etc. from a specimen, treatment with a surfactant such as SDS, enzyme treatment such as lysozyme and proteinase, heat treatment, ultrasonic treatment, treatment with chaotropic salt, etc. Examples are those in which cells or the like are destroyed by combination to separate nucleic acids.

そして、本発明において使用される改変型SSBタンパク質としては、野生型SSBタンパク質のアミノ酸配列中の特定のアミノ酸に改変を施すことにより、鎖置換ポリメラーゼを用いた核酸の等温増幅反応系における鋳型核酸の増幅効率の向上に寄与し得る機能を付与された改変型SSBタンパク質を指す。つまり、本発明の改変型SSBタンパク質は、野生型SSBタンパク質のアミノ酸配列において、特定のアミノ酸に改変が生じている改変部位を有し、かつ野生型SSBタンパク質と比較して鎖置換ポリメラーゼを用いた核酸の等温増幅反応系において鋳型核酸に対する特異性が向上するとの性質を有する。したがって、鎖置換ポリメラーゼを用いた核酸の等温増幅反応系における鋳型核酸の増幅効率の向上に寄与し得る機能を発現する、すべての改変型SSBタンパク質が含まれる。   The modified SSB protein used in the present invention includes a template nucleic acid in a nucleic acid isothermal amplification reaction system using a strand displacement polymerase by modifying a specific amino acid in the amino acid sequence of the wild-type SSB protein. It refers to a modified SSB protein provided with a function that can contribute to an improvement in amplification efficiency. That is, the modified SSB protein of the present invention has a modified site where a specific amino acid is modified in the amino acid sequence of the wild-type SSB protein, and uses a strand displacement polymerase as compared with the wild-type SSB protein. In the isothermal amplification reaction system of nucleic acid, the specificity to the template nucleic acid is improved. Therefore, all modified SSB proteins that express a function that can contribute to an improvement in the amplification efficiency of the template nucleic acid in a nucleic acid isothermal amplification reaction system using a strand displacement polymerase are included.

「鋳型核酸の増幅効率の向上に寄与し得る機能」とは、鎖置換ポリメラーゼを用いた等温増幅反応において、鋳型核酸に関連のない非特異的増幅がほとんど認められず、かつ、鋳型核酸を高い収率で増幅できることを意味する。そして、好ましくは、鋳型核酸の増幅効率を5〜10倍向上させ得る機能を意味する。例えば、下記で詳細に説明する配列認識番号3、5、8若しくは9に表すアミノ酸配列を有するタンパク質が有する、鎖置換ポリメラーゼを用いた等温増幅反応系における、鋳型核酸の増幅効率の向上に寄与し得る機能と実質的に同等であることをいう。   “Function that can contribute to the improvement of template nucleic acid amplification efficiency” means that non-specific amplification unrelated to the template nucleic acid is hardly observed in the isothermal amplification reaction using the strand displacement polymerase, and the template nucleic acid is high. It means that it can be amplified in a yield. Preferably, it means a function capable of improving the amplification efficiency of the template nucleic acid by 5 to 10 times. For example, it contributes to the improvement of the amplification efficiency of the template nucleic acid in the isothermal amplification reaction system using the strand displacement polymerase possessed by the protein having the amino acid sequence represented by sequence recognition number 3, 5, 8, or 9 described in detail below. It means that it is substantially equivalent to the function to be obtained.

更に、当該改変型SSBタンパク質としては、そのアミノ酸配列中に、前記野生型SSBタンパク質の鎖置換ポリメラーゼとの相互作用に変化を生じさせるような改変を有しているものであることが好ましい。ここで、「鎖置換ポリメラーゼとの相互作用」とは、SSBタンパク質−鎖置換ポリメラーゼ、高度好熱菌SSBタンパク質−DNA、若しくは高度好熱菌SSBタンパク質−鎖置換ポリメラーゼ−DNAとの相互作用を意味する。ここで、DNAとは一本鎖DNAであり、プライマー若しくは鋳型核酸の一本鎖部分の何れか一方、若しくは、その両方を意味する。ここで、大腸菌、Sulfolobus sulfataricus等由来のSSBタンパク質が、一本鎖DNAのみならず、プライマーゼ、RNAポリメラーゼ、DNAポリメラーゼII等のポリメラーゼにも結合することが報告されている(例えば、Richard DJ他著、Nucleic Acids Research、2004年2月、第32巻、第3号、第1065〜1074頁、Sun W他著、J. Bacteriol.、1996年12月、第178巻、第23号、第6701〜6705頁、Fradkin GE他著、Mol. Biol. (Mosk)、1988年1〜2月、第22巻、第1号、第111〜116頁等を参照のこと)。かかる文献より、鎖置換ポリメラーゼを用いた等温増幅系にSSBタンパク質を添加した場合、SSBタンパク質は鎖置換反応を補助する一方で、ポリメラーゼ活性の低下による増幅効率の低下という望ましくない作用を奏することが推定される。そのため、改変型SSBタンパク質としては、SSBタンパク質が元来有するポリメラーゼに対する結合能を有する領域におけるアミノ酸配列が崩壊したものが好ましく例示される。そして、上記した「SSBタンパク質の鎖置換ポリメラーゼとの相互作用に変化」には、SSBタンパク質が元来有している鎖置換ポリメラーゼに対する結合能が低下、若しくは消失するような変化が含まれ、かかる鎖置換ポリメラーゼとの相互作用に変化により鋳型核酸の増幅効率の向上に寄与し得るものと推定される。 Furthermore, the modified SSB protein preferably has a modification that causes a change in the interaction of the wild-type SSB protein with the strand displacement polymerase in the amino acid sequence. Here, "interaction with strand displacement polymerase" means interaction with SSB protein-strand displacement polymerase, highly thermophilic bacterium SSB protein-DNA, or highly thermophilic bacterium SSB protein-strand displacement polymerase-DNA. To do. Here, DNA is single-stranded DNA, and means either one or both of the single-stranded portion of the primer and the template nucleic acid. Here, it has been reported that SSB proteins derived from Escherichia coli, Sulfolobus sulfataricus, and the like bind not only to single-stranded DNA but also to polymerases such as primase, RNA polymerase, and DNA polymerase II (for example, Richard DJ et al. , Nucleic Acids Research, February 2004, Volume 32, Number 3, pages 1065-1074, Sun W et al., J. Bacteriol., December 1996, Volume 178, Number 23, 6701 ˜6705, see Fradkin GE et al., Mol. Biol. (Mosk), January-February 1988, Vol. 22, No. 1, pp. 111-116, etc.). From this document, when the SSB protein is added to an isothermal amplification system using a strand displacement polymerase, the SSB protein assists in the strand displacement reaction, while having the undesirable effect of reducing the amplification efficiency due to a decrease in polymerase activity. Presumed. Therefore, the modified SSB protein is preferably exemplified by those in which the amino acid sequence in the region having the ability of binding to the polymerase inherent in the SSB protein is disrupted. The above-described “change in the interaction of the SSB protein with the strand displacement polymerase” includes such a change that the binding ability of the SSB protein to the strand displacement polymerase originally decreases or disappears. It is presumed that a change in the interaction with the strand displacement polymerase can contribute to an improvement in the amplification efficiency of the template nucleic acid.

また、当該改変型SSBタンパク質としては、そのアミノ酸配列中に前記野生型SSBタンパク質のDNA結合能に変化を生じさせるような改変を有しているものであることが好ましい。等温増幅反応系における鋳型核酸の増幅効率の向上に寄与し得る機能とDNAに強く結合する機能には相関関係があることが認められ、野生型SSBタンパク質はDNAに強く結合することから鋳型核酸と望ましくない結合を形成し、核酸の増幅効率が低下する場合があると推定される。そのため、改変型SSBタンパク質としては、SSBタンパク質が元来有するDNAに対する結合能を有する領域におけるアミノ酸配列が崩壊したものが好ましく例示される。そして、上記した「SSBタンパク質のDNA結合能に変化」には、野生型SSBタンパク質が元来有しているDNAに対する結合能が低下、若しくは消失するような変化が含まれ、かかるDNAに対する結合力を適切に制御することにより鋳型核酸の増幅効率の向上に寄与し得るものと推定される。   The modified SSB protein preferably has a modification that causes a change in the DNA binding ability of the wild-type SSB protein in the amino acid sequence. It is recognized that there is a correlation between the function that can contribute to the improvement of the amplification efficiency of the template nucleic acid in the isothermal amplification reaction system and the function that strongly binds to DNA, and the wild-type SSB protein binds strongly to DNA. It is presumed that undesirable bonds may be formed and the efficiency of nucleic acid amplification may be reduced. Therefore, the modified SSB protein is preferably exemplified by those in which the amino acid sequence in the region having the ability to bind to DNA originally possessed by the SSB protein is disrupted. The above-mentioned “change in the DNA binding ability of the SSB protein” includes such a change that the binding ability of the wild-type SSB protein to the DNA originally possessed decreases or disappears. It is presumed that it can contribute to improvement of the amplification efficiency of the template nucleic acid by appropriately controlling

改変型の基礎となる野生型SSBタンパク質は、自然界より分離されたSSBタンパク質のアミノ酸配列、及びSSBタンパク質をコードする塩基配列が、意図的若しくは非意図的に改変が生じている改変部位を有していないものである。高度好熱菌のSSBタンパク質であることが好ましく、サーマス(Thermus)属、サーモコッカス(Thermococcus)属、ピロコッカス(Pyrococcus)属、サーモトーガ(Thermotoga)属等由来の高度好熱菌のSSBタンパク質が例示される。特には、サーマス・サーモフィラス(Thermus thermophilus)、サーマス・アクアティカス(Thermus aquaticus)等に由来する高度好熱菌のSSBタンパク質が好適に例示される。しかしながら、これに限定するものではなく、公知のSSBタンパク質を改変のための基礎とすることができる。 The wild-type SSB protein that is the basis of the modified type has a modified site where the amino acid sequence of the SSB protein isolated from nature and the base sequence encoding the SSB protein have been modified intentionally or unintentionally. It is not. SSB protein of hyperthermophilic bacteria is preferred, SSB protein of thermophilic bacteria from the genus Thermus , Thermococcus , Pyrococcus , Thermotoga etc. is exemplified The In particular, SSB proteins of hyperthermophilic bacteria derived from Thermus thermophilus , Thermus aquaticus and the like are preferably exemplified. However, the present invention is not limited to this, and a known SSB protein can be used as a basis for modification.

なお、改変型SSBタンパク質の構築のための好適な基礎となり得るSSBタンパク質の配列情報として、サーマス・サーモフィラス由来のSSBタンパク質のアミノ酸配列を配列認識番号2に、該SSBタンパク質をコードする遺伝子の塩基配列を配列認識番号1に示す(GenBank:AJ564626)。また、サーマス・アクアティカス由来のSSBタンパク質のアミノ酸配列を配列認識番号7に、該SSBタンパク質をコードする遺伝子の塩基配列を配列認識番号6に示す(GenBank:AF276705)。   In addition, as sequence information of the SSB protein that can be a suitable basis for the construction of the modified SSB protein, the amino acid sequence of the SSB protein derived from Thermus thermophilus is sequence recognition number 2, and the base sequence of the gene encoding the SSB protein Is shown in SEQ ID NO: 1 (GenBank: AJ564626). Further, the amino acid sequence of the SSB protein derived from Thermus aquaticus is shown in SEQ ID NO: 7, and the base sequence of the gene encoding the SSB protein is shown in SEQ ID NO: 6 (GenBank: AF276705).

「改変」とは、改変の基礎となるタンパク質のアミノ酸配列のうち、1個以上のアミノ酸が欠失、置換、挿入および付加の少なくとも一つからなる改変が生じていることを意味する。そして、「1個以上のアミノ酸が欠失、置換、挿入及び付加の少なくとも一つからなる改変」とは、改変の基礎となるタンパク質をコードする遺伝子に対する公知のDNA組換え技術、点変異導入方法等によって、欠失、置換、挿入又は付加することができる程度の数のアミノ酸が、欠失、置換、挿入又は付加されることを意味し、これらの組み合わせをも含む。   “Modification” means that one or more amino acids in the amino acid sequence of the protein that is the basis of the modification have been modified by at least one of deletion, substitution, insertion, and addition. “A modification comprising at least one of deletion, substitution, insertion and addition of one or more amino acids” means a known DNA recombination technique or a point mutation introduction method for a gene encoding a protein that is the basis of the modification. Etc. means that as many amino acids as can be deleted, substituted, inserted or added are deleted, substituted, inserted or added, including combinations thereof.

このような改変は、人為的に導入することもできるし、また、自然界において非意図的に生じることもある。本発明における改変型SSBタンパク質には、これら双方の改変型が含まれる。   Such modifications can be introduced artificially or can occur unintentionally in nature. The modified SSB protein in the present invention includes both modified forms.

また、改変部位は、鎖置換ポリメラーゼを用いた核酸等温増幅反応系における鋳型核酸の増幅効率の向上に寄与し得る機能を付与される限り、特に制限はない。具体的には、野生型SSBタンパク質のカルボキシル末端(以下、「C末端」と略する場合がある)領域において改変が生じていることが好ましい。ここで、C末端領域とは、厳格な境界を有するものではないが、サーマス・サーモフィラス由来のSSBタンパク質を例にとると、当該タンパク質の230番目のプロリン付近から263番目のフェノールアラニンからなる領域を指す。また、サーマス・アクアティカス由来のSSBタンパク質を例にとると、当該タンパク質の231番目のプロリン付近から264番目のフェノールアラニンからなる領域を指す。   The modified site is not particularly limited as long as it has a function that can contribute to an improvement in the amplification efficiency of the template nucleic acid in a nucleic acid isothermal amplification reaction system using a strand displacement polymerase. Specifically, it is preferable that a modification occurs in the carboxyl terminal region (hereinafter sometimes abbreviated as “C terminal”) of the wild-type SSB protein. Here, the C-terminal region does not have a strict boundary. However, when an SSB protein derived from Thermus thermophilus is taken as an example, a region consisting of the 263th phenolalanine from the vicinity of the 230th proline of the protein is shown. Point to. In addition, when the SSB protein derived from Thermus aquaticus is taken as an example, it indicates a region consisting of 264th phenolalanine from the vicinity of the 231st proline of the protein.

また、少なくとも3個以上連続するプロリンを有するように前記野生型SSBタンパク質のアミノ酸配列が改変されたものも例示される。つまり、本発明で使用される改変型SSBタンパク質は、そのアミノ酸配列中に、配列Pro−Pro−Proを有するものが好適に例示され、更に、かかる配列の前後に1若しくは数個のプロリン残基を有するものであってもよい。   In addition, examples in which the amino acid sequence of the wild-type SSB protein is modified so as to have at least 3 consecutive prolines are also exemplified. That is, the modified SSB protein used in the present invention is preferably exemplified by a protein having the sequence Pro-Pro-Pro in the amino acid sequence, and one or several proline residues before and after the sequence. It may have.

特には、野生型のサーマス・サーモフィラス由来のSSBタンパク質のアミノ酸配列を表す配列番号2の255番目のフェニールアラニン、サーマス・アクアティカス由来のSSBタンパク質のアミノ酸配列を表す配列番号7の256番目のフェニールアラニンが他のアミノ酸に置換されたものが本発明の使用に好ましい。そのような他のアミノ酸としては、プロリンが好適に例示される。野生型のサーマス・サーモフィラス由来のSSBタンパク質のアミノ酸配列における255番目のフェニールアラニンをプロリンに置換した改変型SSBタンパク質のアミノ酸配列を配列認識番号3に示す。また、サーマス・アクアティカス由来のSSBタンパク質のアミノ酸配列における256番目のフェニールアラニンをプロリンに置換した改変型SSBタンパク質のアミノ酸配列を配列認識番号8に示す。しかしながら、これに限定するものではなく、例えば、フェニールアラニンを他の芳香族アミノ酸への置換、若しくは芳香族アミノ酸以外のアミノ酸への置換、また、他の非極性アミノ酸への置換、若しくは極性アミノ酸への置換、更にまた、酸性アミノ酸、塩基性アミノ酸、中性アミノ酸への置換等が含まれる。   In particular, the 255th phenylalanine of SEQ ID NO: 2 representing the amino acid sequence of the SSB protein derived from wild-type Thermus thermophilus and the 256th phenylalanine of SEQ ID NO: 7 representing the amino acid sequence of the SSB protein derived from Thermus aquaticus Are preferably substituted for other amino acids for use in the present invention. As such other amino acids, proline is preferably exemplified. The amino acid sequence of the modified SSB protein obtained by substituting the 255th phenylalanine with proline in the amino acid sequence of the SSB protein derived from the wild type Thermus thermophilus is shown in SEQ ID NO: 3. In addition, the amino acid sequence of the modified SSB protein in which the 256th phenylalanine in the amino acid sequence of the SSB protein derived from Thermus aquaticus is replaced with proline is shown in SEQ ID NO: 8. However, the present invention is not limited to this. For example, phenylalanine may be substituted with other aromatic amino acids, or with amino acids other than aromatic amino acids, with other nonpolar amino acids, or with polar amino acids. In addition, substitution to acidic amino acids, basic amino acids, neutral amino acids, and the like are also included.

また、SSBタンパク質のアミノ酸配列に対して、当該タンパク質のC末端領域が欠失しているアミノ酸配列を有するものも好適に例示される。例えば、サーマス・サーモフィラス由来のSSBのタンパク質のアミノ酸配列を表す配列番号2の230番目のプロリン以下のアミノ酸が欠失したものが挙げられる。即ち、サーマス・サーモフィラス由来のSSBのタンパク質のアミノ酸配列を表す配列番号2の1〜229番目のアミノ酸からなるアミノ酸配列を有するタンパク質であり、そのアミノ酸配列を配列認識番号5に示すと共に、それをコードする塩基配列を配列認識番号4に示す。サーマス・アクアティカス由来のSSBタンパク質を表す配列番号7の231番目のプロリン以下のアミノ酸が欠失したものが挙げられる。即ち、サーマス・アクアティカス由来のSSBタンパク質を表す配列番号2の1〜230番目のアミノ酸からなるアミノ酸配列を有するタンパク質であり、そのアミノ酸配列を配列認識番号9に示す。さらに、鎖置換ポリメラーゼを用いた核酸の等温増幅反応系において鋳型核酸の増幅効率に向上し得る機能を発現する限りは、配列認識番号3、5、8及び9に示すアミノ酸配列上に1以上のアミノ酸の欠失、置換、付加及び挿入の少なくとも一つからなる改変が生じている改変部位を有する改変部位を有するアミノ酸配列からなるタンパク質も含まれる。   Further, those having an amino acid sequence in which the C-terminal region of the protein is deleted from the amino acid sequence of the SSB protein are also preferably exemplified. For example, the amino acid sequence below the 230th proline in SEQ ID NO: 2 representing the amino acid sequence of the SSB protein derived from Thermus thermophilus can be mentioned. That is, it is a protein having an amino acid sequence consisting of amino acids 1 to 229 of SEQ ID NO: 2 representing the amino acid sequence of the SSB protein derived from Thermus thermophilus. The base sequence to be used is shown in SEQ ID NO: 4. The amino acid below the 231st proline of SEQ ID NO: 7 representing the SSB protein derived from Thermus aquaticus is mentioned. That is, it is a protein having an amino acid sequence consisting of amino acids 1 to 230 of SEQ ID NO: 2 representing an SSB protein derived from Thermus aquaticus, and the amino acid sequence is shown in SEQ ID NO: 9. Furthermore, as long as the function capable of improving the amplification efficiency of the template nucleic acid is expressed in the isothermal amplification reaction system of nucleic acid using a strand displacement polymerase, one or more amino acid sequences on the amino acid sequences shown in SEQ ID NO: 3, 5, 8, and 9 are used. A protein comprising an amino acid sequence having a modified site having a modified site in which a modification consisting of at least one of amino acid deletion, substitution, addition and insertion has occurred is also included.

ここでは、サーマス・サーモフィラス、及びサーマス・アクアティカス由来のSSBタンパク質の場合について例示した。しかしながら、これらの高い配列類似性を有する他種のSSBタンパク質を改変の基礎とした場合には、上記置換位置及び切断位置に相当する位置で改変を施したSSBタンパク質が、これらの改変体と同様の機能を有し本発明の使用に適することが容易に導かれる。   Here, the case of SSB protein derived from Thermus thermophilus and Thermus aquaticus was exemplified. However, when these other types of SSB proteins having high sequence similarity are used as the basis for modification, SSB proteins modified at the positions corresponding to the above substitution positions and cleavage positions are the same as these modified forms. Therefore, it is easily derived that it is suitable for use in the present invention.

本発明に使用される改変型SSBタンパク質は公知の方法によって取得することができる。例えば、改変の基礎となるSSBタンパク質をコードする遺伝子に対して改変を施し、得られた改変遺伝子を用いて宿主細胞を形質転換し、かかる形質転換体の培養物からSSBタンパク質を採取することによって取得することができる。   The modified SSB protein used in the present invention can be obtained by a known method. For example, by modifying the gene encoding the SSB protein that is the basis of the modification, transforming the host cell with the obtained modified gene, and collecting the SSB protein from the culture of the transformant Can be acquired.

かかるSSBタンパク質をコードする遺伝子は、公知の遺伝子クローニング技術を用いて取得することができる。また、GenBank等の公知のデータベースより検索することによって取得することができる遺伝子情報に基づいて、常法により合成することによっても取得することができる。例えば、ホスホルアミダイト(phosphoramidite)法等のDNA合成技術を利用することができる。   A gene encoding such an SSB protein can be obtained using a known gene cloning technique. It can also be obtained by synthesizing by a conventional method based on gene information that can be obtained by searching from a known database such as GenBank. For example, a DNA synthesis technique such as a phosphoramidite method can be used.

SSBタンパク質をコードする遺伝子に改変を施す方法としては、特に制限はなく、当業者に公知の改変タンパク質作製のための変異導入技術を利用することができる。例えば、部位特異的突然変異誘発法、PCR法等を利用して点変異を導入するPCR突然誘発法、あるいは、トランスポゾン挿入突然変異誘発法などの公知の変異導入技術を利用することができる。例えば、大腸菌由来のSSBタンパク質に対する変異導入に関する公知文献(例えば、Chase JW他、The Journal Biological Chemistry、259(2)、第805頁〜第814頁、1984年1月25日)を参照することができる。また、市販の変異導入用キット(例えば、QuikChange(登録商標) Site-directed Mutagenesis Kit(Stratagene社製))を利用してもよい。また、一旦、目的とする改変型SSBタンパク質のアミノ酸配列が定まれば、それをコードする適当な塩基配列を決定することができる。かかる配列情報に基づいて、常法のホスホルアミダイト法等のDNA合成法を利用して改変型SSBタンパク質をコードする遺伝子を合成することができる。   There is no restriction | limiting in particular as a method to modify the gene which codes SSB protein, The mutagenesis technique for preparation of the modified protein well-known to those skilled in the art can be utilized. For example, a known mutagenesis technique such as a site-directed mutagenesis method, a PCR abrupt induction method that introduces a point mutation using a PCR method, or a transposon insertion mutagenesis method can be used. For example, refer to publicly known literature (for example, Chase JW et al., The Journal Biological Chemistry, 259 (2), pp. 805 to 814, January 25, 1984) related to mutation introduction into SSB protein derived from E. coli. it can. A commercially available mutation introduction kit (for example, QuikChange (registered trademark) Site-directed Mutagenesis Kit (manufactured by Stratagene)) may be used. Moreover, once the amino acid sequence of the target modified SSB protein is determined, an appropriate base sequence encoding it can be determined. Based on such sequence information, a gene encoding a modified SSB protein can be synthesized using a DNA synthesis method such as a conventional phosphoramidite method.

このような改変型SSBタンパク質をコードする遺伝子として、具体的には、配列認識番号3、5、8及び9に示されるアミノ酸配列をコードする塩基配列からなるDNAが例示される。また、鎖置換ポリメラーゼを用いた核酸の等温増幅反応系において鋳型核酸の増幅効率に向上し得る機能を発現するタンパク質をコードする限りは、配列認識番号3、5、8及び9のアミノ酸配列をコードする塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAからなる遺伝子も含まれる。ここで、ストリンジェントな条件とは、塩基配列において、60 %以上、好ましくは70 %、より好ましくは80 %以上、特に好ましくは90 %以上の同一性を有するDNA同士が優先的にハイブリダイズし得る条件をいう。ストリンジェンシーは、ハイブリダイゼーションの反応や洗浄の際の塩濃度及び温度を適宜変化させることによって調製することができる。例えば、Sambrook他著、Molecular Cloning:A Laboratory Manual、第2版、(1989) Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor、New York等に記載のサザンハイブリダイゼーションのための条件等が挙げられる。   Specific examples of the gene encoding such a modified SSB protein include DNA comprising a base sequence encoding the amino acid sequence shown in SEQ ID NOs: 3, 5, 8, and 9. As long as it encodes a protein that expresses a function capable of improving the amplification efficiency of the template nucleic acid in an isothermal amplification reaction system of nucleic acid using a strand displacement polymerase, the amino acid sequences of SEQ ID NOs: 3, 5, 8, and 9 are encoded. Also included is a gene comprising a DNA that hybridizes under stringent conditions with a DNA comprising a base sequence complementary to the DNA comprising the base sequence to be Here, the stringent condition means that DNAs having the identity of 60% or more, preferably 70%, more preferably 80% or more, particularly preferably 90% or more in the base sequence are preferentially hybridized. The condition to obtain. Stringency can be prepared by appropriately changing the salt concentration and temperature during the hybridization reaction and washing. For example, the conditions for Southern hybridization described in Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd edition, (1989) Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York, and the like.

より具体的には、50 %(v/v) ホルムアミド、5×SSC中で、42 ℃にて16時間のハイブリダイゼーションが例示される。ここで、1×SSCは、0.15 M NaCl、0.015 M クエン酸ナトリウム、pH 7.0である。また、ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)を0.1〜1.0 %(v/v)、変性非特異的DNAを0〜200 μl含んでいてよい。そして、洗浄条件としては、2×SSC、0.1 % SDS中の5℃にて5分間の洗浄、及び0.1×SSC、0.1 % SDS中の65℃にて30分間〜4時間の洗浄が例示される。また、これらと同等の条件も当業者は容易に理解できるであろう。   More specifically, hybridization is exemplified in 50% (v / v) formamide, 5 × SSC at 42 ° C. for 16 hours. Here, 1 × SSC is 0.15 M NaCl, 0.015 M sodium citrate, pH 7.0. Further, sodium dodecyl sulfate (SDS) may be contained in an amount of 0.1 to 1.0% (v / v), and denatured non-specific DNA may be contained in an amount of 0 to 200 μl. The washing conditions include washing for 5 minutes at 5 ° C. in 2 × SSC, 0.1% SDS, and washing for 30 minutes to 4 hours at 65 ° C. in 0.1 × SSC, 0.1% SDS. . Also, those skilled in the art can easily understand these equivalent conditions.

得られた改変遺伝子を用いて宿主細胞を形質転換するためには、公知の大腸菌等の宿主・発現ベクターシステムを利用することができる。例えば、本発明の使用に適した改変型SSBタンパク質を安定に増幅できるDNAベクターに連結させ、当該改変型SSBタンパク質を効率的に発現できる大腸菌等の宿主に導入し、形質転換体を作製する。   In order to transform a host cell using the obtained modified gene, a known host / expression vector system such as Escherichia coli can be used. For example, a modified SSB protein suitable for use in the present invention is linked to a DNA vector that can be stably amplified, and introduced into a host such as Escherichia coli that can efficiently express the modified SSB protein to produce a transformant.

利用可能なベクターとしては、外来DNAを組み込め、かつ宿主細胞中で自律的に複製可能なものであれば特に制限はない。したがって、ベクターは、本発明の使用に適した改変型SSBタンパク質をコードする核酸分子を挿入できる少なくとも一つの制限酵素部位の配列を含むものである。例えば、プラスミドベクター(pET系、pEX系、pUC系、及びpBR系等)、ファージベクター(λgt10、λgt11、及びλZAP等)、コスミドベクター、ウイルスベクター(ワクシニアウイルス、及びバキュロウイルス等)等が包含される。   The vector that can be used is not particularly limited as long as it can incorporate foreign DNA and can replicate autonomously in a host cell. Thus, the vector comprises a sequence of at least one restriction enzyme site into which a nucleic acid molecule encoding a modified SSB protein suitable for use in the present invention can be inserted. For example, plasmid vectors (pET system, pEX system, pUC system, pBR system, etc.), phage vectors (λgt10, λgt11, λZAP, etc.), cosmid vectors, virus vectors (vaccinia virus, baculovirus, etc.) and the like are included. The

そして、組換えベクターは、当該改変型SSBタンパク質をコードする核酸分子がその機能を発現できるように組み込まれている。したがって、核酸分子の機能発現に必要な他の既知の塩基配列が含まれていてもよい。例えば、プロモータ配列、リーダー配列、シグナル配列、並びにリボソーム結合配列等が挙げられる。プロモータ配列としては、例えば、宿主が大腸菌の場合にはlacプロモータ、trpプロモータ等が好適に例示される。しかしながら、これに限定するものではなく既知のプロモータ配列を利用できる。更に、本発明の組換えベクターには、宿主において表現型選択を付与することが可能なマーキング配列等をも含ませることができる。このようなマーキング配列としては、薬剤耐性、栄養要求性などの遺伝子をコードする配列等が例示される。具体的には、カナマイシン耐性遺伝子、クロラムフェニコール耐性遺伝子、アンピシリン耐性遺伝子等が例示される。   The recombinant vector is incorporated so that the nucleic acid molecule encoding the modified SSB protein can express its function. Therefore, other known base sequences necessary for the functional expression of the nucleic acid molecule may be included. For example, a promoter sequence, a leader sequence, a signal sequence, a ribosome binding sequence and the like can be mentioned. As the promoter sequence, for example, when the host is Escherichia coli, lac promoter, trp promoter and the like are preferably exemplified. However, the present invention is not limited to this, and a known promoter sequence can be used. Furthermore, the recombinant vector of the present invention can also include a marking sequence that can confer phenotypic selection in the host. Examples of such marking sequences include sequences encoding genes such as drug resistance and auxotrophy. Specifically, kanamycin resistance gene, chloramphenicol resistance gene, ampicillin resistance gene and the like are exemplified.

ベクターへの当該SSBタンパク質をコードする核酸分子等の挿入は、例えば、適当な制限酵素で本発明の遺伝子を切断し、適当なベクターの制限酵素部位、又はマルチクローニング部位に挿入して連結する方法などを用いることができるが、これに限定されない。連結に際しては、DNAリガーゼを用いる方法等、既知の方法を利用できる。また、DNA Ligation Kit(タカラバイオ社)等の市販のライゲーションキットを利用することもできる。   The insertion of the nucleic acid molecule encoding the SSB protein into the vector is, for example, a method in which the gene of the present invention is cleaved with an appropriate restriction enzyme and inserted into a restriction enzyme site or a multicloning site of an appropriate vector and ligated. However, it is not limited to this. For ligation, a known method such as a method using DNA ligase can be used. Commercially available ligation kits such as DNA Ligation Kit (Takara Bio Inc.) can also be used.

ここで、宿主細胞としては、当該改変型SSBタンパク質を効率的に発現できる宿主細胞であれば、特に制限はない。原核生物を好適に利用でき、特には大腸菌を利用することができる。その他、枯草菌、バシラス属細菌、シュードモナス属細菌等をも利用できる。大腸菌としては、例えば、E. coli BL21(DE3)pLysS、E. coli BL21、E. coli DH5α、E. coli JM109等を利用できる。更に、原核生物に限定されず真核生物細胞を利用することが可能である。例えば、サッカロマイセス・セルビシエ(Saccharomyces cerevisiae)等の酵母、Sf9細胞等の昆虫細胞、CHO細胞、COS-7細胞等の動物細胞等を利用することも可能である。形質転換法としては、塩化カルシウム法、エレクトロポレーション法、リポソームフェクション法、マイクロインジェクション法等を既知の方法を利用することができる。 Here, the host cell is not particularly limited as long as it can efficiently express the modified SSB protein. Prokaryotes can be preferably used, and in particular, E. coli can be used. In addition, Bacillus subtilis, Bacillus bacteria, Pseudomonas bacteria, and the like can also be used. As E. coli, for example, E. coli BL21 (DE3) pLysS, E. coli BL21, E. coli DH5α, E. coli JM109 and the like can be used. Furthermore, eukaryotic cells can be used without being limited to prokaryotes. For example, yeasts such as Saccharomyces cerevisiae , insect cells such as Sf9 cells, animal cells such as CHO cells and COS-7 cells, and the like can be used. As a transformation method, a known method such as a calcium chloride method, an electroporation method, a liposome transfection method, a microinjection method, or the like can be used.

そして、得られた形質転換体を適当な培地に接種し、常法に準じて培養することにより当該改変型SSBタンパク質を発現させる。形質転換体の培養は、宿主細胞の栄養生理学的性質を勘案して、培養条件を選択すればよい。使用される培地としては、宿主細胞が資化し得る栄養素を含み、形質転換体におけるタンパク質の発現を効率的に行えるものであれば特に制限はない。したがって、宿主細胞の生育に必要な炭素源、窒素源その他必須の栄養素を含む培地であることが好ましく、天然培地、合成培地の別を問わない。例えば、炭素源として、グルコース、デキストラン、デンプン等が、また、窒素源としては、アンモニウム塩類、硝酸塩類、アミノ酸、ペプトン、カゼイン等が挙げられる。他の栄養素としては、所望により、無機塩類、ビタミン類、抗生物質等とを含ませることができる。宿主細胞が大腸菌の場合には、LB培地、M9培地等が好適利用できる。また、培養形態についても特に制限はないが、大量培養の観点から液体培地が好適に利用できる。   The obtained transformant is inoculated into an appropriate medium and cultured according to a conventional method to express the modified SSB protein. The culture of the transformant may be selected in consideration of the nutritional physiological properties of the host cell. The medium to be used is not particularly limited as long as it contains nutrients that can be assimilated by the host cell and can efficiently express the protein in the transformant. Therefore, a medium containing a carbon source, a nitrogen source and other essential nutrients necessary for the growth of the host cell is preferable, regardless of whether it is a natural medium or a synthetic medium. Examples of the carbon source include glucose, dextran, starch, and the like, and examples of the nitrogen source include ammonium salts, nitrates, amino acids, peptone, and casein. As other nutrients, inorganic salts, vitamins, antibiotics, and the like can be included as desired. When the host cell is Escherichia coli, LB medium, M9 medium and the like can be suitably used. Moreover, although there is no restriction | limiting in particular also about a culture | cultivation form, A liquid medium can be utilized suitably from a viewpoint of mass culture.

改変型SSBタンパク質を発現する宿主細胞の選別は、例えば、マーキング配列の発現の有無により行なうことができる。例えば、マーキング配列として薬剤耐性遺伝子を利用する場合には、薬剤耐性遺伝子に対応する薬剤含有培地で培養することによって行うことができる。   Selection of a host cell that expresses the modified SSB protein can be performed, for example, by the presence or absence of the expression of a marking sequence. For example, when a drug resistance gene is used as the marking sequence, it can be performed by culturing in a drug-containing medium corresponding to the drug resistance gene.

このようにして得られた形質転換体の培養物からの改変型SSBタンパク質の採取、精製は、改変型SSBタンパク質の存在する画分に応じて、一般的なタンパク質の単離精製方法に準じた手法を適用すればよい。具体的には、当該SSBタンパク質が宿主細胞外に生産される場合には、培養液をそのまま使用するか、遠心分離、濾過等の手段により宿主細胞を除去して培養上清を得る。続いて、培養上清に、既知のタンパク質精製方法を適宜選択することにより、本発明の酵素を単離精製することができる。例えば、硫酸アンモニウム沈殿、透析、SDS-PAGE電気泳動、ゲル濾過、疎水、陰イオン、陽イオン、アフィニティークロマトグラフィー等の各種クロマトグラフィー等の既知の単離精製技術を単独、又は適宜組み合わせて適用することができる。特にアフィニティークロマトグラフィーを利用する場合、本発明の酵素をHis Tag等のタグペプチドとの融合タンパク質として発現させて、かかるタグペプチドに対する親和性を利用することが好ましい。また、当該SSBタンパク質が宿主細胞内で産生される場合には、培養物を遠心分離、濾過等の手段により宿主細胞を回収する。続いて、リゾチーム処理などの酵素的破砕方法、又は超音波処理、凍結融解、浸透圧ショック等の物理的破砕方法等により、宿主細胞を破砕する。破砕後、遠心分離、濾過等の手段により可溶化画分を収集する。得られた可溶化画分を、前述の細胞外に生産できる場合と同様に処理することにより単離精製することができる。   The collection and purification of the modified SSB protein from the thus obtained transformant culture was performed in accordance with a general protein isolation and purification method depending on the fraction in which the modified SSB protein was present. A method may be applied. Specifically, when the SSB protein is produced outside the host cell, the culture solution is used as it is, or the host cell is removed by means such as centrifugation or filtration to obtain a culture supernatant. Subsequently, the enzyme of the present invention can be isolated and purified by appropriately selecting a known protein purification method for the culture supernatant. For example, known isolation and purification techniques such as ammonium sulfate precipitation, dialysis, SDS-PAGE electrophoresis, gel filtration, hydrophobic, anion, cation, affinity chromatography, etc. should be applied alone or in appropriate combination. Can do. In particular, when affinity chromatography is used, it is preferable to express the enzyme of the present invention as a fusion protein with a tag peptide such as His Tag and use the affinity for such tag peptide. When the SSB protein is produced in the host cell, the host cell is recovered by means such as centrifugation and filtration of the culture. Subsequently, the host cells are disrupted by an enzymatic disruption method such as lysozyme treatment or a physical disruption method such as ultrasonic treatment, freeze-thawing, and osmotic shock. After crushing, the solubilized fraction is collected by means such as centrifugation or filtration. The obtained solubilized fraction can be isolated and purified by treating in the same manner as in the case where it can be produced extracellularly.

また、本発明の使用に適したSSBタンパク質は、高度好熱菌由来のSSBタンパク質を改変の基礎とすることが好ましいことから、熱安定性が高く、前述の単離、精製工程において熱処理を併用することが有用かつ便利である。培養物から得られた宿主細胞及び培養上清には、当該宿主細胞由来の様々なタンパク質を含有する。しかし、熱処理を行なうことにより、宿主細胞由来の夾雑タンパク質は変性し凝縮沈殿する。したがって、例えば、宿主細胞を破砕して熱処理を行うことにより、当該改変型SSBタンパク質以外の宿主細胞由来のタンパク質は熱凝集するため、遠心分離により分離除去できる。これにより熱変性しない当該改変型SSBタンパク質を可溶画分として大腸菌由来タンパク質と分離し、親和性クロマトグラフィー等を用いて精製できる。更に、当該改変型SSBタンパク質は好ましくは高度好熱菌由来であるため室温で構造が安定しており、さらに有機溶剤に対しても高い安定性を有している。そのため、上記精製工程は室温で行うことが可能である。   In addition, since the SSB protein suitable for use in the present invention is preferably based on the modification of an SSB protein derived from an extreme thermophile, heat stability is high, and heat treatment is used in the isolation and purification steps described above. It is useful and convenient to do. The host cell and culture supernatant obtained from the culture contain various proteins derived from the host cell. However, the host cell-derived contaminating protein is denatured and condensed and precipitated by heat treatment. Therefore, for example, when host cells are disrupted and subjected to heat treatment, proteins derived from host cells other than the modified SSB protein are thermally aggregated and can be separated and removed by centrifugation. Thus, the modified SSB protein that is not heat-denatured can be separated from the E. coli-derived protein as a soluble fraction and purified using affinity chromatography or the like. Furthermore, since the modified SSB protein is preferably derived from a highly thermophilic bacterium, the structure is stable at room temperature, and also has high stability against organic solvents. Therefore, the purification step can be performed at room temperature.

そして、精製されたタンパク質が所望の改変が生じている改変型SSBタンパク質であるか否かの確認は、公知のアミノ酸分析法によって行うことができる。例えば、エドマン分解法に基づく自動アミノ酸決定法が利用できる。また、精製されたSSBタンパク質を、鎖置換ポリメラーゼを用いた等温増幅反応に供して改変部位を有しない野生型SSBタンパク質と比較して、鋳型核酸に対する特異性が向上しているか否かを確認することによって行うことができる。   Confirmation of whether or not the purified protein is a modified SSB protein in which a desired modification has occurred can be performed by a known amino acid analysis method. For example, an automatic amino acid determination method based on Edman degradation can be used. In addition, the purified SSB protein is subjected to an isothermal amplification reaction using a strand displacement polymerase, and compared with a wild-type SSB protein that does not have a modified site, whether or not the specificity to the template nucleic acid is improved is confirmed. Can be done.

「鎖置換ポリメラーゼを用いた核酸等温増幅反応」とは、高熱による熱変性を必要としない等温条件下で、鎖置換ポリメラーゼの鎖置換活性により核酸を指数対数的に増幅する方法である。このような鎖置換ポリメラーゼを用いた等温増幅方法としては、ローリングサークル増幅(以下、「RCA」と略する場合がある)法、Strand Displacement Amplification(以下、SDA」と略する場合がある)法等が好適に例示され、特にはRCA法が好適に利用できる。RCA法の原理は以下の通りである。RCA法による鋳型核酸の等温増幅方法は、例えば、等温条件下において、鋳型核酸である環状DNAにアニールした複数のランダムプライマーを基点にして、鎖置換ポリメラーゼが環状DNAの相補鎖を伸長する。そして、合成鎖の伸長に伴い、他のランダムプライマーの複製基点に達しても、当該鎖置換ポリメラーゼの鎖置換活性により他の合成鎖を剥がしながら鎖の伸長を継続する(ブランチング)。このとき、剥がされた合成鎖にはランダムプライマーがアニールできる部位が露出する。そして、この剥がされた合成鎖をも鋳型核酸として新たなDNA合成鎖を形成できるため、指数関数的な増幅となる。   The “nucleic acid isothermal amplification reaction using a strand displacement polymerase” is a method of exponentially amplifying a nucleic acid by the strand displacement activity of a strand displacement polymerase under isothermal conditions that do not require heat denaturation by high heat. Examples of such isothermal amplification methods using strand displacement polymerase include rolling circle amplification (hereinafter may be abbreviated as “RCA”) method, Strand Displacement Amplification (hereinafter also abbreviated as SDA) method, etc. Are preferably exemplified, and in particular, the RCA method can be suitably used. The principle of the RCA method is as follows. In the isothermal amplification method of the template nucleic acid by the RCA method, for example, the strand displacement polymerase extends the complementary strand of the circular DNA based on a plurality of random primers annealed to the circular DNA that is the template nucleic acid under an isothermal condition. And even if the replication base point of another random primer is reached with the extension of the synthetic strand, the strand extension is continued while peeling off the other synthetic strand by the strand displacement activity of the strand displacement polymerase (branching). At this time, a site where the random primer can be annealed is exposed in the peeled synthetic strand. Since the peeled synthetic strand can also be used as a template nucleic acid to form a new DNA synthetic strand, exponential amplification occurs.

上記核酸増幅は、常法に基づいて行うことができ、また、反応試薬等についても改変型SSBタンパク質を添加する以外は、常法に基づいて調製できる。なお、市販の核酸増幅用キット(例えば、TmpliPhi DNA Amplification kit:GEヘルスケア社)を利用することもできる。ここで、改変型SSBタンパク質の添加量は、反応液10 μl当たり1.0 μg以上であることが好ましい。   The nucleic acid amplification can be performed based on a conventional method, and the reaction reagent and the like can be prepared based on a conventional method except that a modified SSB protein is added. A commercially available nucleic acid amplification kit (for example, TmpliPhi DNA Amplification kit: GE Healthcare) can also be used. Here, the amount of the modified SSB protein added is preferably 1.0 μg or more per 10 μl of the reaction solution.

プライマーは、RCA法に基づいて核酸増幅を行う場合には、ランダムプライマーが好ましく、例えばランダムヘキサマーが好適に利用できる。その他のプライマーの例としては、鋳型核酸の標的部位に設定温度で特異的にアニールするプライマーを適用できる。このプライマーは、当該プライマー単独、或いは、上記ランダムプライマーと混合した状態で使用することが可能である。   When the nucleic acid amplification is performed based on the RCA method, the primer is preferably a random primer, and for example, a random hexamer can be suitably used. As an example of another primer, a primer that specifically anneals to a target site of a template nucleic acid at a set temperature can be applied. This primer can be used alone or in a mixed state with the random primer.

ランダムプライマーは、ランダムな配列を有するように設計される。 このように設計されたプライマーは化学的に合成することが可能である。例えば、公知のホスホルアミダイト法を用いて固相合成により化学合成することができ、市販されている自動核酸合成装置により所望の塩基配列からなるプライマーを自動的に合成することも可能である。合成後のプライマーは、必要に応じてHPLC等の公知の方法により精製される。   Random primers are designed to have a random sequence. Primers designed in this way can be chemically synthesized. For example, it can be chemically synthesized by solid phase synthesis using a known phosphoramidite method, and a primer having a desired base sequence can be automatically synthesized by a commercially available automatic nucleic acid synthesizer. The synthesized primer is purified by a known method such as HPLC as necessary.

本発明において、一般的な標的となる核酸の所望の領域と相補的な配列を含むオリゴヌクレオチドプライマーを使用する場合には、プライマーは、常法に基づいて調製することができる。例えば、ホスホアミダイト法等に基づく化学合成法、既に標的となる核酸が取得されている場合にはその制限酵素断片等が利用可能である。化学合成法に基づきプライマーを調製する場合には、合成に先立って標的核酸の配列情報に基づいて設計される。プライマーの設計は、所望の領域を増幅するように、例えばプライマー設計支援ソフト等を利用して設計することができる。プライマーは合成後、HPLC等の手段により精製される。また、化学合成を行う場合には市販の自動合成装置を利用することも可能である。このようなプライマーとしては、標的となる核酸分子の塩基配列に基づき、所望の増幅領域を挟んで設計され、10以上、好ましくは15以上、更に好ましくは約20〜50の塩基からなるオリゴヌクレオチドが例示される。   In the present invention, when an oligonucleotide primer containing a sequence complementary to a desired region of a general target nucleic acid is used, the primer can be prepared based on a conventional method. For example, a chemical synthesis method based on the phosphoramidite method or the like, or a restriction enzyme fragment or the like can be used when a target nucleic acid has already been obtained. When preparing a primer based on a chemical synthesis method, it is designed based on the sequence information of the target nucleic acid prior to synthesis. The primer can be designed using, for example, primer design support software so as to amplify a desired region. After synthesis, the primer is purified by means such as HPLC. Moreover, when performing chemical synthesis, it is also possible to use a commercially available automatic synthesizer. As such a primer, an oligonucleotide composed of 10 or more, preferably 15 or more, more preferably about 20 to 50 bases is designed with a desired amplification region sandwiched based on the base sequence of the target nucleic acid molecule. Illustrated.

ここで、相補的とは、プライマーと標的核酸分子とが塩基対合則に従って特異的に結合し安定な二重鎖構造を形成できることを意味する。ここで、完全な相補性のみならず、プライマーと標的核酸分子が互いに安定な二重鎖構造を形成し得るのに十分である限り、いくつかの核酸塩基のみが塩基対合則に沿って適合する部分的な相補性であっても許容される。その塩基数は、標的核酸分子を特異的に認識するために十分に長くなければならないが、長すぎると逆に非特異的反応を誘発するので好ましくない。したがって、適当な長さはGC含量等の標的核酸の配列情報、並びに、反応温度、反応液中の塩濃度等のハイブリダイゼーション反応条件など多くの因子に依存して決定される。   Here, the term “complementary” means that the primer and the target nucleic acid molecule can specifically bind according to the base pairing rule to form a stable duplex structure. Here, not only perfect complementarity, but only a few nucleobases fit along the base-pairing rules as long as the primer and target nucleic acid molecule are sufficient to form a stable duplex structure with each other Even partial complementarity is acceptable. The number of bases must be long enough to specifically recognize the target nucleic acid molecule. However, if the length is too long, a nonspecific reaction is induced, which is not preferable. Accordingly, the appropriate length is determined depending on many factors such as target nucleic acid sequence information such as GC content, and hybridization reaction conditions such as reaction temperature and salt concentration in the reaction solution.

そして、鎖置換ポリメラーゼとしては、バクテリオファージ由来Phi29 DNAポリメラーゼ(米国特許第5,198,543号及び米国特許第5,001,050号、Blanco他著)が好適に例示される。しかしながら、これに限定されるものではない。例えば、Bst大断片のDNAポリメラーゼ(Exo (-) Bst(Aliotta他著、Genet. Anal.(オランダ国)、第12巻、第185〜195頁(1996年))及びExo (-) BcaDNAポリメラーゼ(Walker及びLinn著、Clinical Chemistry、第 42巻、第1604〜1608頁(1996年))、ファージM2 DNAポリメラーゼ(Matsumoto他著、Gene、第84巻、第247頁(1989年))、ファージφPRD1 DNAポリメラーゼ(Jung他著、Proc. Natl. Acad. Sci.、USA、第 84巻、第8287頁(1987年))、VENT(登録商標)DNAポリメラーゼ(Kong他著、J. Biol.Chem.、第268巻、第1965〜1975頁 (1993年))、DNAポリメラーゼIのクレノー断片(Jacobsen他著、Eur. J. Biochem.、第45巻、第623〜627頁 (1974年))、T5 DNAポリメラーゼ(Chatterjee他著、Gene、第97巻、第13〜19頁(1991年))、シーケナーゼ(登録商標)(米国バイオケミカルズ社製)、PRD1 DNAポリメラーゼ(Zhu及びIto著、Biochem. Biophys. Acta.、第1219巻、第267〜276頁 (1994年))及びT4 DNA ポリメラーゼホロ酵素(Kaboord及びBenkovic著、Curr. Biol.、第5巻、第149〜157頁(1995年))等が挙げられる。   A preferred example of the strand displacement polymerase is bacteriophage-derived Phi29 DNA polymerase (US Pat. No. 5,198,543 and US Pat. No. 5,001,050, Blanco et al.). However, the present invention is not limited to this. For example, Bst large fragment DNA polymerase (Exo (-) Bst (Aliotta et al., Genet. Anal. (Netherlands), Vol. 12, pp. 185-195 (1996)) and Exo (-) Bca DNA polymerase ( Walker and Linn, Clinical Chemistry, 42, 1604-1608 (1996)), phage M2 DNA polymerase (Matsumoto et al., Gene, 84, 247 (1989)), phage φPRD1 DNA Polymerase (Jung et al., Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 84, 8287 (1987)), VENT® DNA polymerase (Kong et al., J. Biol. Chem., Id. 268, 1965-1975 (1993)), Klenow fragment of DNA polymerase I (Jacobsen et al., Eur. J. Biochem., 45, 623-627 (1974)), T5 DNA polymerase (Chatterjee et al., Gene 97, 13-19 (1991)), Sequenase (registered trademark) (manufactured by Biochemicals, USA), PRD1 DNA polymerase (by Zhu and Ito, Biochem. Biophys. Acta., 1219, 267-276 (1994)) and T4 DNA polymerase holoenzyme (by Kaboord and Benkovic, Curr. Biol., 5, 149-157 (1995) )) And the like.

ここで、等温増幅における「等温」とは、PCR法がDNA変性、アニール、鎖伸長の各工程で反応温度を変化させるのに対して、一定温度で制御して増幅反応を行うことを指す。増幅反応を行う一定温度は、好ましくは60℃未満、より好ましくは45℃未満、さらに好ましくは37℃未満である。この温度は、適用する鎖置換ポリメラーゼにより適宜決定する。例えば、後述するバクテリオファージ由来Phi29 DNAポリメラーゼを用いた場合、増幅反応を行う好適な温度範囲は25〜42℃であり、好ましくは30〜37℃、更に好ましくは30〜34℃である。当該一定温度になるように設定したインキュベーター等の恒温チャンバーにおいて、サンプルを、4〜24時間、好ましくは6〜24時間、更に好ましくは15〜24時間程度インキュベートし、鋳型核酸の増幅反応を行う。   Here, “isothermal” in isothermal amplification refers to performing an amplification reaction controlled at a constant temperature, whereas the PCR method changes the reaction temperature in each step of DNA denaturation, annealing, and chain extension. The constant temperature at which the amplification reaction is performed is preferably less than 60 ° C, more preferably less than 45 ° C, and even more preferably less than 37 ° C. This temperature is appropriately determined depending on the strand displacement polymerase to be applied. For example, when bacteriophage-derived Phi29 DNA polymerase described later is used, a suitable temperature range for performing the amplification reaction is 25 to 42 ° C, preferably 30 to 37 ° C, more preferably 30 to 34 ° C. In a constant temperature chamber such as an incubator set to the constant temperature, the sample is incubated for 4 to 24 hours, preferably 6 to 24 hours, more preferably about 15 to 24 hours, and the template nucleic acid is amplified.

また、本発明は、核酸含有試料から環状核酸を単離するためのキットを提供する。本発明の環状核酸を単離するためのキットは、上記の改変型SSBタンパク質を含んで構成される。更に、DNAポリメラーゼ、適当な緩衝液、dNTP等の核酸の増幅に必要な成分を適宜含んで構成してもよい。また、所望の核酸をもって病原体等を検出するためのキットのような場合には、所望の核酸増幅に特異的な任意のプライマー等を含ませてもよい。このように必要な成分をキットして構成することにより、更に簡便且つ迅速な環状核酸の単離が可能となる   The present invention also provides a kit for isolating a circular nucleic acid from a nucleic acid-containing sample. The kit for isolating the circular nucleic acid of the present invention comprises the above modified SSB protein. Furthermore, it may be configured to appropriately contain components necessary for nucleic acid amplification such as DNA polymerase, an appropriate buffer, and dNTP. Moreover, in the case of a kit for detecting a pathogen or the like with a desired nucleic acid, an arbitrary primer or the like specific for desired nucleic acid amplification may be included. By configuring the necessary components as a kit in this way, it becomes possible to more easily and rapidly isolate a circular nucleic acid.

本発明の環状核酸の単離方法、及びキットによれば、上述した改変型SSBタンパク質の存在下で、鎖置換ポリメラーゼを用いた核酸の等温増幅反応を行うことにより、環状核酸が選択的かつ優先的に増幅できる。つまり、環状核酸以外のゲノムDNAやRNAその他の核酸断片等の線状核酸の増幅を抑えつつ、環状核酸を優先的かつ選択的に増幅できるものである。これにより、核酸含有試料から環状核酸の単離が可能となり、ミトコンドリアDNAやプラスミドDNAの分子生物学の分野で有用な環状核酸の利用価値を更に高めることが期待される。本発明の環状核酸の単離方法、及びキットは、環状核酸の優先的かつ選択的な増幅を基本原理とすることから、公知のプラスミドDNAの単離技術において必要であった清澄化細胞溶解液の形成、及び該清澄化細胞溶解液からのプラスミドDNAの精製のような、時間及びコストのかかる工程を要しない。つまり、核酸増幅という単純な工程から構成されることから、核酸の損失を最小限に抑えられることから、効率的に、また簡便かつ迅速に環状核酸を単離することができる。そして、多くの場合、生物由来の試料は、様々な形状及び種類の核酸が混在しており、また、様々な形態を有することが知られているが、何れをも核酸含有試料として本発明の方法及びキットの対象とすることができるという利点をも有する。例えば、環状核酸の混在比率の低い核酸含有試料、及び細菌細胞のような夾雑物質を多く含む未精製や粗精製の核酸含有試料からも、環状核酸のみを優先的かつ選択的に単離できる。   According to the method and kit for isolating circular nucleic acids of the present invention, circular nucleic acids are selectively and preferentially performed by performing an isothermal amplification reaction of nucleic acids using a strand displacement polymerase in the presence of the above-described modified SSB protein. Can be amplified. That is, circular nucleic acids can be preferentially and selectively amplified while suppressing amplification of linear nucleic acids such as genomic DNA, RNA and other nucleic acid fragments other than circular nucleic acids. This makes it possible to isolate circular nucleic acids from nucleic acid-containing samples, and is expected to further enhance the utility value of circular nucleic acids useful in the field of molecular biology of mitochondrial DNA and plasmid DNA. Since the circular nucleic acid isolation method and kit of the present invention are based on the preferential and selective amplification of circular nucleic acids, the clarified cell lysate required in the known plasmid DNA isolation technique And costly steps such as purification of plasmid DNA from the clarified cell lysate are not required. That is, since it is composed of a simple process of nucleic acid amplification, the loss of nucleic acid can be minimized, and thus a circular nucleic acid can be isolated efficiently, simply and rapidly. In many cases, biological samples are mixed with nucleic acids of various shapes and types, and are known to have various forms, all of which are nucleic acid-containing samples of the present invention. It also has the advantage that it can be the subject of methods and kits. For example, it is possible to preferentially and selectively isolate only a circular nucleic acid from a nucleic acid-containing sample having a low mixture ratio of circular nucleic acids and an unpurified or roughly purified nucleic acid-containing sample containing a large amount of contaminants such as bacterial cells.

以上のような利点を有する本発明の環状核酸の単離方法、及びキットは、当該技術分野において多大な貢献を果たすものである。したがって、医療分野、生物化学分野、環境分野、食品分野等の多岐にわたる用途に利用可能である。特に、ミトコンドリアDNAは、法医学鑑定、進化生物学的、及び人類生物学的解析の研究材料、更には食品原産地の同定のための研究材料試料として特に重要視されているため、かかる技術において本発明の方法及びキットを利用することができる。しかしながら、これに限定されるものではなく、環状核酸の単離技術が適用可能な用途であれば、制限されることなく本発明の方法及びキットを適用できる。   The circular nucleic acid isolation method and kit of the present invention having the advantages as described above make a great contribution in this technical field. Therefore, it can be used for a wide variety of applications such as the medical field, biochemical field, environmental field, and food field. In particular, mitochondrial DNA is particularly important as a research material for forensic appraisal, evolutionary biological and human biological analysis, and further as a research material sample for identification of food origin. These methods and kits can be used. However, the present invention is not limited to this, and the method and kit of the present invention can be applied without limitation as long as the circular nucleic acid isolation technique is applicable.

また、本発明の方法及びキットの原理は、環状核酸の検出、及び定量にも利用することができ、そのような環状核酸の検出、定量方法、及びキットも本発明の一部をなす。   The principle of the method and kit of the present invention can also be used for detection and quantification of circular nucleic acids, and such circular nucleic acid detection and quantification methods and kits also form part of the present invention.

以下に実施例を示し、さらに本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

下記の実施例において、特に言及しない限り、核酸増幅反応は、TempliPhi DNA Amplification Kit(GE ヘルスケア社)を利用して製造業者の指示に従って実施した。工程の詳細を以下に示す。   In the following examples, unless otherwise specified, nucleic acid amplification reactions were performed using TempliPhi DNA Amplification Kit (GE Healthcare) according to the manufacturer's instructions. Details of the process are shown below.

試験管内に1 μlの鋳型核酸(1 ng以上)続いて9 μlのSample buffer(プライマーとしてのランダムプライマーを含む)を添加し混合した。得られた反応液を、95 ℃で3 分間インキュベートすることにより、熱変性させた後、氷中で0 ℃まで冷却した。冷却後、10 μlのReaction Buffer(dNTP類を含む)、1.0 μgの改変型SSBタンパク質、1 μlのPhi29 DNA polymeraseを、順次、添加し混合した。得られた反応液を、30℃にて4〜8時間インキュベートとして増幅反応を行った。増幅後、65 ℃で3 分間加熱してDNA polymeraseを不活性化することにより反応を終結させた。
た。
1 μl of template nucleic acid (1 ng or more) and 9 μl of sample buffer (including random primer as a primer) were added and mixed in a test tube. The resulting reaction solution was heat denatured by incubating at 95 ° C. for 3 minutes, and then cooled to 0 ° C. in ice. After cooling, 10 μl of Reaction Buffer (including dNTPs), 1.0 μg of modified SSB protein, and 1 μl of Phi29 DNA polymerase were sequentially added and mixed. The obtained reaction solution was incubated at 30 ° C. for 4 to 8 hours to carry out amplification reaction. After amplification, the reaction was terminated by inactivating DNA polymerase by heating at 65 ° C for 3 minutes.
It was.

Sample buffer、Reaction Buffer及びPhi29 DNA polymeraseは上記キットに添付のものを使用した。なお、Sample bufferは、25 mM Tris-HCl(pH 7.5)、 50 mM KCl、10 mM MgCl2、及び100 μMエキソヌクレアーゼ耐性ヘキサマーで代用でき、また、Reaction bufferは、37 mM Tris-HCl(pH 8.0)、50 mM KCl、10 mM MgCl2、5 mM (NH4)2SO4、1.0 mM dNTP類、1 unit/ml 酵母ピロホスファターゼ、50 μM エキソヌクレアーゼ耐性ヘキサマー、更に800 unit/ml phi29 DNA polymeraseを含んだもので代用することができる。 The sample buffer, reaction buffer, and Phi29 DNA polymerase used were those attached to the kit. Sample buffer can be replaced with 25 mM Tris-HCl (pH 7.5), 50 mM KCl, 10 mM MgCl 2 , and 100 μM exonuclease resistant hexamer, and Reaction buffer is 37 mM Tris-HCl (pH 8.0). ), 50 mM KCl, 10 mM MgCl 2 , 5 mM (NH 4 ) 2 SO 4 , 1.0 mM dNTPs, 1 unit / ml yeast pyrophosphatase, 50 μM exonuclease-resistant hexamer, and 800 unit / ml phi29 DNA polymerase You can substitute it with what you include.

また、改変型SSBタンパク質としては、野生型のサーマス・サーモフィラス由来のSSBタンパク質(以下、「野生型Tth SSBタンパク質」と称する場合がある)のアミノ酸配列を表す配列認識番号2の255番目のフェニールアラニンをプロリンに置換したものを使用した。そのアミノ酸配列を、配列認識番号3に示す。以下、かかるタンパク質を、「Tth SSB-F255Pタンパク質」と称するものとする。このTth SSB-F255Pタンパク質は、米国特許出願公開第2007/092896号明細書、及びInoue J.他著、Nucleic Acids Research、2006年5月、第34巻、第9号、e69に記載の方法に準じて調製したものを用いた。   The modified SSB protein includes the 255th phenylalanine of SEQ ID NO: 2 representing the amino acid sequence of an SSB protein derived from a wild-type Thermus thermophilus (hereinafter sometimes referred to as “wild-type Tth SSB protein”). Was substituted with proline. Its amino acid sequence is shown in SEQ ID NO: 3. Hereinafter, this protein is referred to as “Tth SSB-F255P protein”. This Tth SSB-F255P protein is obtained by the method described in U.S. Patent Application Publication No. 2007/092896 and Inoue J. et al., Nucleic Acids Research, May 2006, Vol. 34, No. 9, e69. What was prepared similarly was used.

詳細には、サーマス・サーモフィラスのゲノムDNA(Thermus thermophilus genomic DNA;タカラバイオ社)を鋳型DNAとして、プライマーNde-SSB及びプライマーBam-SSBm255を使用したPCRによりTth SSB-F255Pタンパク質をコードする遺伝子をクローニングした。PCRはプライマーとして、Kod DNA polymeraseを使用した。プライマーは、NdeI及びBamHI制限部位を含んで構成されたものであり、その配列につき以下に示す。
プライマーNde-SSB
5´‐GCGGATCCAT ATGGCTCGAG GCCTGAACCG ‐3´
(配列認識番号10)
プライマーBam-SSBm255
5´‐ACAGGATCCT TATTAAAACG GCAACTCCTC CTCCGGCGGA GGGTCTTCCA AGCCTTCGTC ‐3´ (配列認識番号11)
Specifically, the gene encoding the Tth SSB-F255P protein is cloned by PCR using thermus thermophilus genomic DNA ( Thermus thermophilus genomic DNA; Takara Bio Inc.) as a template DNA and using primers Nde - SSB and primer Bam -SSBm255. did. PCR used Kod DNA polymerase as a primer. Primers were constructed containing Nde I and Bam HI restriction sites, the sequences of which are shown below.
Primer Nde - SSB
5´‐GCGGATCCAT ATGGCTCGAG GCCTGAACCG ‐3´
(Sequence recognition number 10)
Primer Bam - SSBm255
5´-ACAGGATCCT TATTAAAACG GCAACTCCTC CTCCGGCGGA GGGTCTTCCA AGCCTTCGTC -3´ (Sequence recognition number 11)

得られた増幅産物を制限酵素NdeI及びBamHIにより切断後、予めNdeI及びBamHIで処理されたプラスミドpET14に連結した。ついでE.coli BL21(DE3)pLysS株(ノバジェン社社)に形質転換し、OD600=0.5に達するまで培養し、更に0.5 mMのIPTGを添加し4 時間培養した。培養後の細胞1gを、超音波処理により細胞を破砕後、遠心分離により細胞組織片を除去し上清を70℃で20分間熱処理をした。熱処理後、更に遠心分離を行って沈査を除去し上清を得た。続いて、上清をHeparin Sepharose 6 Fast Flowカラム(GEヘルスケア)に供し、NaClの0.1〜1.0 Mへのリニアグラジエントにてタンパク質を溶出した。SSBタンパク質を含む画分を回収し、最終濃度1 Mとなるように(NH4)2SO4を添加した後、BUTYL1-TOYOPEARL 650S カラム(東ソー)に供した。そして、 (NH4)2SO4の1 M〜0 Mへのリニアグラジエントにて溶出し、SSBタンパク質を含む画分を回収した後、得られた画分を透析した。透析後、RESOURCEQ(GEヘルスケア社)に供し、NaClの0.1〜1.0 Mへのリニアグラジエントにてタンパク質を溶出した。SSBタンパク質を含む画分を回収し、Centriprep Ym-10(Amicon;コスモバイオ社)で精製し、Tth SSB-F255Pタンパク質を得た。 The obtained amplification product was cleaved with restriction enzymes Nde I and Bam HI, and then ligated to plasmid pET14 previously treated with Nde I and Bam HI. Subsequently, E. coli BL21 (DE3) pLysS strain (Novagen) was transformed and cultured until reaching OD 600 = 0.5, and further 0.5 mM IPTG was added and cultured for 4 hours. After 1 g of cultured cells were disrupted by ultrasonic treatment, cell tissue fragments were removed by centrifugation, and the supernatant was heat treated at 70 ° C. for 20 minutes. After the heat treatment, further centrifugation was performed to remove the precipitate and obtain a supernatant. Subsequently, the supernatant was applied to a Heparin Sepharose 6 Fast Flow column (GE Healthcare), and the protein was eluted with a linear gradient of NaCl from 0.1 to 1.0 M. The fraction containing SSB protein was collected, (NH 4 ) 2 SO 4 was added to a final concentration of 1 M, and then applied to a BUTYL1-TOYOPEARL 650S column (Tosoh). Then, elution was performed with a linear gradient of (NH 4 ) 2 SO 4 from 1 M to 0 M, and the fraction containing the SSB protein was collected, and the obtained fraction was dialyzed. After dialysis, it was subjected to RESOURCEQ (GE Healthcare), and protein was eluted with a linear gradient of NaCl from 0.1 to 1.0 M. The fraction containing SSB protein was collected and purified with Centriprep Ym-10 (Amicon; Cosmo Bio) to obtain Tth SSB-F255P protein.

(実施例1)環状核酸の単離−1
本発明の方法により、核酸含有試料から、環状核酸を単離するための検討を行った。
Example 1 Isolation of Circular Nucleic Acid-1
Examinations for isolating circular nucleic acids from nucleic acid-containing samples by the method of the present invention were conducted.

本発明の方法により、核酸含有試料中に0.4 %の比率で含有する環状核酸を単離するための検討を行った。核酸含有試料として、ゲノムDNA(Human genomic DNA、プロメガ社)を10 ng、標的の環状核酸としてpUC19 DNA(GEヘルスケア社製)を40 pg含んだものを調製した。これを鋳型核酸として、Tth SSB-F255P タンパク質の存在下でTmpliPhi DNA Amplification kit(GEヘルスケア社)により上述の通り核酸増幅反応を行った。なお、増幅反応は8時間行った。増幅反応後の反応液を2 μl分取し、制限酵素Hind-III で処理した後、1.2 %アガロースゲル電気泳動に供した。電気泳動後のゲルをエチジウムブロミドで染色し、DNAのバンドを可視化した(実施例1)。 Examination for isolating a circular nucleic acid contained in a nucleic acid-containing sample at a ratio of 0.4% by the method of the present invention was conducted. A sample containing 10 ng of genomic DNA (Human genomic DNA, Promega) and 40 pg of pUC19 DNA (GE Healthcare) as a target circular nucleic acid was prepared as a nucleic acid-containing sample. Using this as a template nucleic acid, a nucleic acid amplification reaction was performed as described above using TmpliPhi DNA Amplification kit (GE Healthcare) in the presence of Tth SSB-F255P protein. The amplification reaction was performed for 8 hours. 2 μl of the reaction solution after the amplification reaction was collected, treated with restriction enzyme Hind- III, and subjected to 1.2% agarose gel electrophoresis. The gel after electrophoresis was stained with ethidium bromide to visualize the DNA band (Example 1).

さらに、比較例として、Tth SSB-F255Pタンパク質に代えて、何れの種類のSSBタンパク質を添加しない従来のRCA法による場合(比較例1)、野生型Tth SSBタンパク質を添加した場合(比較例2)、及び野生型のE. coli由来の SSBタンパク質(以下、「Eco SSBタンパク質」と称する場合がある)を添加した場合(比較例3)についても検討を行った。何れも、Tth SSB-F255P タンパク質を添加することを除いては、上記と同様の手順で核酸増幅反応を行なった。 Furthermore, as a comparative example, in place of Tth SSB-F255P protein, when using the conventional RCA method without adding any kind of SSB protein (Comparative Example 1), when adding wild type Tth SSB protein (Comparative Example 2) , And the case of adding SSB protein derived from wild-type E. coli (hereinafter sometimes referred to as “Eco SSB protein”) (Comparative Example 3) was also examined. In either case, the nucleic acid amplification reaction was performed in the same procedure as described above except that Tth SSB-F255P protein was added.

なお、野生型Tth SSBタンパク質は、プライマーとして以下のプライマーを使用した以外はTth SSB-F255Pタンパク質の調製と同様の手順により調製した。
プライマーNde-SSB
5'-GCGGATCCAT ATGGCTCGAG GCCTGAACCG-3'(配列認識番号10)
プライマーBam-SSB
5'- TAAGGATCCT TATTAAAACG GCAACTCCTC CTCCGGCGGA AA -3' (配列認識番号12)
The wild type Tth SSB protein was prepared by the same procedure as the preparation of Tth SSB-F255P protein except that the following primers were used as primers.
Primer Nde - SSB
5'-GCGGATCCAT ATGGCTCGAG GCCTGAACCG-3 '(sequence recognition number 10)
Primer Bam - SSB
5'- TAAGGATCCT TATTAAAACG GCAACTCCTC CTCCGGCGGA AA -3 '(SEQ ID NO: 12)

電気泳動結果を図2(A)に示す。
レーン1は、何れの種類のSSBタンパク質を添加しない従来のRCA法の場合の核酸増幅結果を示す(比較例1)。
レーン2は、本発明の方法のTth SSB-F255P タンパク質を添加した場合の核酸増幅結果を示す(実施例1)。
レーン3は、野生型Tth SSBタンパク質を添加した場合の核酸増幅結果を示す(比較例2)。
レーン4は、野生型のEco SSBタンパク質を添加した場合の核酸増幅結果を示す(比較例3)。
The result of electrophoresis is shown in FIG.
Lane 1 shows the result of nucleic acid amplification in the case of the conventional RCA method without adding any kind of SSB protein (Comparative Example 1).
Lane 2 shows the result of nucleic acid amplification when Tth SSB-F255P protein of the method of the present invention was added (Example 1).
Lane 3 shows the result of nucleic acid amplification when wild type Tth SSB protein was added (Comparative Example 2).
Lane 4 shows the result of nucleic acid amplification when wild-type Eco SSB protein was added (Comparative Example 3).

図2(A)より、Tth SSB-F255P タンパク質存在下での等温増幅によって核酸含有試料中に0.4 %の比率でしか存在していない環状核酸を、優先的かつ選択的に増幅できることが確認された(レーン2:実施例1)。一方、Tth SSB-F255P タンパク質の不在下においては、かかる現象を確認することはできなかった(レーン1、3、及び4:比較例1、2、及び3)。特に、Tth SSB-F255Pタンパク質の基礎としたTth SSBタンパク質の存在下であっても、環状核酸の優先的かつ選択的な増幅は認められなかった。   From FIG. 2 (A), it was confirmed that circular nucleic acids present only at a ratio of 0.4% in the nucleic acid-containing sample can be preferentially and selectively amplified by isothermal amplification in the presence of Tth SSB-F255P protein. (Lane 2: Example 1). On the other hand, in the absence of Tth SSB-F255P protein, such a phenomenon could not be confirmed (lanes 1, 3, and 4: Comparative Examples 1, 2, and 3). In particular, even in the presence of Tth SSB protein based on Tth SSB-F255P protein, preferential and selective amplification of circular nucleic acid was not observed.

更に、詳細に、Tth SSB-F255Pタンパク質存在下での環状核酸の優先的かつ選択的な増幅を確認するため、環状核酸の増幅量を求めた。電気泳動後、Tth SSB-F255P タンパク質存在下での等温増幅を行ったサンプル(レーン2:実施例1)及び何れの種類のSSBタンパク質を添加しない従来のRCA法を行ったサンプル(レーン1:比較例1)により得られた環状核酸のシグナルバンドから、蛍光イメージアナライザーと核酸濃度測定法を用いて、環状核酸の増幅産物量を定量した。核酸濃度測定法として、ピコグリーン測定法を利用し、その定法に基づいて行った。   Further, in order to confirm the preferential and selective amplification of the circular nucleic acid in the presence of the Tth SSB-F255P protein in detail, the amplification amount of the circular nucleic acid was determined. Samples subjected to isothermal amplification in the presence of Tth SSB-F255P protein after electrophoresis (lane 2: Example 1) and samples subjected to conventional RCA method without adding any kind of SSB protein (lane 1: comparison) From the signal band of the circular nucleic acid obtained in Example 1), the amount of the amplified product of the circular nucleic acid was quantified using a fluorescence image analyzer and a nucleic acid concentration measurement method. As a method for measuring the nucleic acid concentration, a pico green measurement method was used, and the determination was performed based on the conventional method.

得られた結果を、図2(B)のグラフに示す。従来のRCA法の場合(比較例1)の環状核酸の増幅量は0.2 μgであるのに対し、Tth SSB-F255Pタンパク質存在下での等温増幅(実施例1)によれば、5.1 μgの環状核酸の増幅が確認された。   The obtained result is shown in the graph of FIG. In the case of the conventional RCA method (Comparative Example 1), the amount of circular nucleic acid amplified is 0.2 μg, whereas according to isothermal amplification in the presence of Tth SSB-F255P protein (Example 1), 5.1 μg circular Nucleic acid amplification was confirmed.

以上の結果より、本発明の方法によれば、従来のRCA法では困難であった環状核酸の優先的かつ選択的な核酸増幅が達成できることが判明した。そして、かかる効果は、改変型SSBタンパク質に依存する特有の効果であることも判明した。   From the above results, it was found that according to the method of the present invention, preferential and selective nucleic acid amplification of circular nucleic acids, which was difficult with the conventional RCA method, can be achieved. It was also found that this effect is a unique effect depending on the modified SSB protein.

(実施例2)環状核酸の単離−2
実施例1に続き、本発明の方法により、核酸含有試料から環状核酸を単離するための検討を行った。本実施例においては、核酸含有試料中の環状核酸の比率が更に低いものについて検討を行った。
Example 2 Isolation of Circular Nucleic Acid-2
Subsequent to Example 1, studies for isolating circular nucleic acids from nucleic acid-containing samples were performed by the method of the present invention. In this example, studies were made on those having a lower ratio of circular nucleic acid in the nucleic acid-containing sample.

本発明の方法により、核酸含有試料中に0.02 %以下の比率で含有する環状核酸を単離するための検討を行った。核酸含有試料として、ヒトゲノムDNAを10 ng、標的の環状核酸としてpUC19 DNAを1.6 pg含んだものを、実施例1と同様に調製した。これを鋳型核酸として、Tth SSB-F255P タンパク質の存在下で上記実施例1と同様の手順で核酸増幅反応を行ない、電気泳動に供した(実施例2)。   Examination for isolating a circular nucleic acid contained in a nucleic acid-containing sample at a ratio of 0.02% or less by the method of the present invention was conducted. A nucleic acid-containing sample containing 10 ng of human genomic DNA and 1.6 pg of pUC19 DNA as a target circular nucleic acid was prepared in the same manner as in Example 1. Using this as a template nucleic acid, a nucleic acid amplification reaction was performed in the presence of Tth SSB-F255P protein in the same procedure as in Example 1 above, and subjected to electrophoresis (Example 2).

さらに、比較例として、Tth SSB-F255Pタンパク質に代えて、何れの種類のSSBタンパク質を添加しない従来のRCA法による場合(比較例4)についても検討を行った。Tth SSB-F255Pタンパク質を添加することを除いては、上記と同様の手順で核酸増幅反応を行なった。   Furthermore, as a comparative example, the case of the conventional RCA method in which any kind of SSB protein was not added in place of the Tth SSB-F255P protein (Comparative Example 4) was also examined. A nucleic acid amplification reaction was performed in the same procedure as described above except that Tth SSB-F255P protein was added.

電気泳動結果を図3(A)に示す。
レーン1は、何れの種類のSSBタンパク質を添加しない従来のRCA法の場合の核酸増幅結果を示す(比較例4)。
レーン2は、本発明の方法のTth SSB-F255P タンパク質を添加した場合の核酸増幅結果を示す(実施例2)。
The result of electrophoresis is shown in FIG.
Lane 1 shows the result of nucleic acid amplification in the case of the conventional RCA method without adding any kind of SSB protein (Comparative Example 4).
Lane 2 shows the results of nucleic acid amplification when Tth SSB-F255P protein of the method of the present invention was added (Example 2).

図3(A)より、Tth SSB-F255Pタンパク質存在下での等温増幅によって核酸含有試料中に0.02 %という極めて低い比率でしか存在していない環状核酸をも、優先的かつ選択的に増幅できることが確認された(レーン2:実施例2)。一方、Tth SSB-F255Pタンパク質の不在下での従来のRCA法では、ほとんど環状核酸由来の増幅産物を確認することができなかった(レーン1:比較例4)。   From FIG. 3A, it is possible to preferentially and selectively amplify a circular nucleic acid that is present at a very low ratio of 0.02% in a nucleic acid-containing sample by isothermal amplification in the presence of Tth SSB-F255P protein. It was confirmed (lane 2: Example 2). On the other hand, with the conventional RCA method in the absence of Tth SSB-F255P protein, almost no amplification product derived from circular nucleic acid could be confirmed (lane 1: comparative example 4).

更に、詳細に、Tth SSB-F255Pタンパク質存在下での環状核酸の優先的かつ選択的な増幅を確認するため、環状核酸の増幅量を、上記実施例1の手順に従って求めた。   Further, in order to confirm the preferential and selective amplification of the circular nucleic acid in the presence of the Tth SSB-F255P protein in detail, the amplification amount of the circular nucleic acid was determined according to the procedure of Example 1 above.

得られた結果を、図3(B)のグラフに示す。従来のRCA法の場合(比較例4)の環状核酸の増幅量は0 μgと、検出限界以下であるのに対し、Tth SSB-F255Pタンパク質存在下での等温増幅(実施例2)によれば、3.6 μgの環状核酸の増幅が確認された。   The obtained result is shown in the graph of FIG. In the case of the conventional RCA method (Comparative Example 4), the amount of circular nucleic acid amplified is 0 μg, which is below the detection limit, whereas according to isothermal amplification in the presence of Tth SSB-F255P protein (Example 2) Amplification of 3.6 μg of circular nucleic acid was confirmed.

以上の結果より、本発明の方法によれば、従来のRCA法では増幅が困難であるような核酸含有試料中に非常に低い比率でしか存在しない環状核酸であっても、優先的かつ選択的な核酸増幅が達成できることが判明した。したがって、極めて信頼度の高い単離方法であるといえる。かかる結果は、実施例1の結果が追認するものであった。   From the above results, according to the method of the present invention, even a circular nucleic acid that is present only in a very low ratio in a nucleic acid-containing sample that is difficult to amplify by the conventional RCA method is preferential and selective. It has been found that efficient nucleic acid amplification can be achieved. Therefore, it can be said that this is an extremely reliable isolation method. This result was confirmed by the result of Example 1.

(実施例3)核酸含有試料中に様々な比率で含まれる環状核酸の単離
本発明の方法により、様々な比率で環状核酸が混在している核酸含有試料から、環状核酸を単離するための検討を行った。
(Example 3) Isolation of circular nucleic acids contained in nucleic acid-containing samples at various ratios According to the method of the present invention, circular nucleic acids are isolated from nucleic acid-containing samples in which circular nucleic acids are mixed at various ratios. Was examined.

本発明の方法により、核酸含有試料中に様々な比率で含有する環状核酸を単離するための検討を行った。核酸含有試料として、ヒトゲノムDNAを10 ng、標的の環状核酸としてpUC19 DNAを200、40、8、1.6、0.32、0.06 、及び0.01pg含んだものを、実施例1と同様に調製した。環状核酸の全核酸類に対する比率は、夫々2.0、0.4、0.08、0.02、0.003、0.0006、0.0001=0 %であった。この各核酸含有試料を鋳型核酸として、上記実施例1と同様の手順で核酸増幅反応を行ない、電気泳動に供した(実施例3)。   Examination for isolating circular nucleic acids contained in various ratios in a nucleic acid-containing sample by the method of the present invention was conducted. A sample containing 10 ng of human genomic DNA and 200, 40, 8, 1.6, 0.32, 0.06 and 0.01 pg of pUC19 DNA as a target circular nucleic acid was prepared in the same manner as in Example 1 as a nucleic acid-containing sample. The ratio of the circular nucleic acid to the total nucleic acids was 2.0, 0.4, 0.08, 0.02, 0.003, 0.0006, and 0.0001 = 0%, respectively. Using each nucleic acid-containing sample as a template nucleic acid, a nucleic acid amplification reaction was performed in the same procedure as in Example 1 above, and subjected to electrophoresis (Example 3).

さらに、比較例として、Tth SSB-F255Pタンパク質に代えて、何れの種類のSSBタンパク質を添加しない従来のRCA法による場合(比較例5)についても検討を行った。Tth SSB-F255Pタンパク質を添加することを除いては、上記と同様の手順で核酸増幅反応を行なった。   Furthermore, as a comparative example, the case of the conventional RCA method in which any kind of SSB protein was not added in place of the Tth SSB-F255P protein (Comparative Example 5) was also examined. A nucleic acid amplification reaction was performed in the same procedure as described above except that Tth SSB-F255P protein was added.

電気泳動結果を図4(A)及び(B)に示す。
図4(A)は、何れの種類のSSBタンパク質を添加しない従来のRCA法の場合の核酸増幅結果を示し(比較例5)、レーン1〜7は、それぞれ環状核酸の比率が、2.0、0.4、0.08、0.02、0.003、0.0006、0 %の核酸含有試料に対するものである。
図4(B)は、本発明の方法のTth SSB-F255Pタンパク質を添加した場合の核酸増幅結果を示し(実施例3)、レーン1〜7は、それぞれ環状核酸の比率が、2.0、0.4、0.08、0.02、0.003、0.0006、0 %の核酸含有試料に対するものである。
The electrophoresis results are shown in FIGS. 4 (A) and (B).
FIG. 4 (A) shows the result of nucleic acid amplification in the case of the conventional RCA method in which any kind of SSB protein is not added (Comparative Example 5). 0.08, 0.02, 0.003, 0.0006, and 0% nucleic acid-containing samples.
FIG. 4 (B) shows the results of nucleic acid amplification when the Tth SSB-F255P protein of the method of the present invention was added (Example 3). Lanes 1 to 7 have circular nucleic acid ratios of 2.0, 0.4, respectively. For samples containing 0.08, 0.02, 0.003, 0.0006, 0% nucleic acid.

Tth SSB-F255Pタンパク質存在下での等温増幅によっては、核酸含有試料中の環状核酸の比率が0.0006 %という極めて低い場合まで、環状核酸由来の増幅産物を確認することができた(図4(A):実施例3)。一方、従来のRCA法では、核酸含有試料中の環状核酸の比率が0.08 %以上でない場合には、環状核酸由来の増幅産物を確認することができなかった。(図4(B):比較例5)。   By isothermal amplification in the presence of the Tth SSB-F255P protein, an amplification product derived from the circular nucleic acid could be confirmed until the ratio of the circular nucleic acid in the nucleic acid-containing sample was as extremely low as 0.0006% (FIG. 4 (A ): Example 3). On the other hand, in the conventional RCA method, when the ratio of the circular nucleic acid in the nucleic acid-containing sample is not 0.08% or more, the amplification product derived from the circular nucleic acid could not be confirmed. (FIG. 4B: Comparative Example 5).

更に、詳細に、Tth SSB-F255Pタンパク質存在下での環状核酸の優先的かつ選択的な増幅を確認するため、環状核酸の増幅量を、上記実施例1の手順に従って求めた。   Further, in order to confirm the preferential and selective amplification of the circular nucleic acid in the presence of the Tth SSB-F255P protein in detail, the amplification amount of the circular nucleic acid was determined according to the procedure of Example 1 above.

得られた結果を、図5(A)のグラフに示す。図5(A)中、白抜き棒は、何れの種類のSSBタンパク質を添加しない従来のRCA法の場合(比較例5)の核酸増幅産物量を示し、影付き棒は、Tth SSB-F255Pタンパク質存在下での核酸増幅(実施例3)による核酸増幅産物量を示す。   The obtained result is shown in the graph of FIG. In FIG. 5 (A), the open bar indicates the amount of nucleic acid amplification product in the case of the conventional RCA method (Comparative Example 5) without adding any kind of SSB protein, and the shaded bar indicates the Tth SSB-F255P protein. The amount of nucleic acid amplification product by nucleic acid amplification in the presence (Example 3) is shown.

図5(A)より、何れの核酸含有試料に対しても、従来のRCA法の場合(比較例5)の環状核酸の増幅量は、Tth SSB-F255Pタンパク質存在下での等温増幅の場合(実施例3)に比べて低いことが認められた。また、検出限界に関しては、Tth SSB-F255Pタンパク質存在下での等温増幅によっては、核酸含有試料中の環状核酸の比率が0.0006 %という極めて低い場合まで、微量ではあるが、環状核酸由来の増幅産物が確認できた(実施例3)。一方、従来のRCA法では、核酸含有試料中の環状核酸の比率が0.08%以上でない場合には、環状核酸由来の増幅産物は検出限界以下となった(比較例5)。   From FIG. 5 (A), the amount of circular nucleic acid amplified in the conventional RCA method (Comparative Example 5) for any nucleic acid-containing sample is the case of isothermal amplification in the presence of Tth SSB-F255P protein ( It was found to be low compared to Example 3). In addition, regarding the detection limit, depending on the isothermal amplification in the presence of the Tth SSB-F255P protein, the amplification product derived from the circular nucleic acid is a trace amount up to a very low ratio of the circular nucleic acid in the nucleic acid-containing sample of 0.0006%. (Example 3). On the other hand, in the conventional RCA method, when the ratio of the circular nucleic acid in the nucleic acid-containing sample was not 0.08% or more, the amplification product derived from the circular nucleic acid was below the detection limit (Comparative Example 5).

更に、Tth SSB-F255Pタンパク質存在下での環状核酸の優先的かつ選択的な増幅について検証を深めるため、全増幅核酸量を求めた。電気泳動後、Tth SSB-F255Pタンパク質存在下で等温増幅を行ったサンプル(図4(A)レーン1〜7:実施例3)により得られた核酸のシグナルバンドから、全核酸の増幅量を、上記実施例1の手順に従って求めた。このとき、鋳型核酸を添加しないで上記と同様の手順で核酸増幅を行ったサンプルをコントロールとした。   Furthermore, in order to deepen the verification of preferential and selective amplification of circular nucleic acid in the presence of Tth SSB-F255P protein, the total amount of amplified nucleic acid was determined. From the signal band of the nucleic acid obtained from the sample (FIG. 4 (A) lanes 1 to 7: Example 3) obtained by isothermal amplification in the presence of the Tth SSB-F255P protein after electrophoresis, It was determined according to the procedure of Example 1 above. At this time, a sample obtained by performing nucleic acid amplification in the same procedure as described above without adding the template nucleic acid was used as a control.

得られた結果を、図5(B)のグラフに示す。
図5(B)より、Tth SSB-F255Pタンパク質の存在下での等温増幅による全核酸増幅量は、核酸含有試料中の環状核酸比率に無関係に一定であることが確認された。
The obtained result is shown in the graph of FIG.
FIG. 5B confirmed that the total nucleic acid amplification amount by isothermal amplification in the presence of the Tth SSB-F255P protein was constant regardless of the circular nucleic acid ratio in the nucleic acid-containing sample.

以上の結果より、本発明の方法により、環状核酸が優先的かつ選択的に増幅され得ることが判明した。かかる結果は、実施例1及び2の結果を更に論理的に追認するものである。したがって、本発明の方法により、核酸含有試料から環状核酸のみを優先的かつ選択的に単離することができることが理解される。   From the above results, it was found that circular nucleic acids can be preferentially and selectively amplified by the method of the present invention. Such a result is a logical confirmation of the results of Examples 1 and 2. Therefore, it is understood that only the circular nucleic acid can be isolated preferentially and selectively from the nucleic acid-containing sample by the method of the present invention.

(実施例4)細菌細胞からの環状核酸の単離−1
本発明の方法により、直接、細菌細胞から環状核酸を単離するための検討を行った。
Example 4 Isolation of Circular Nucleic Acid from Bacterial Cells-1
Investigations were carried out to isolate circular nucleic acids directly from bacterial cells by the method of the present invention.

実施例1〜3の結果から、本発明の方法により、核酸含有試料から環状核酸のみを優先的かつ選択的に単離することができることが判明したことから、本実施例においては、本発明の方法により、細菌細胞から、直接、環状核酸を単離するための検討を行った。核酸含有試料として、ハイコピープラスミドであるpUC18 DNAを保持したE. coli DH5α(タカラバイオ社)を検討に用いた。これを鋳型核酸として、Tth SSB-F255P タンパク質の存在下で上記実施例1と同様の手順で核酸増幅反応を行ない、増幅産物を得た。続いて、増幅後の反応液の一部を分取し、制限酵素Hind-IIIで処理した。制限酵素処理前と処理後の増幅産物を、実施例1と同様の手順で電気泳動に供した(実施例4)。 From the results of Examples 1 to 3, it was found that by the method of the present invention, only circular nucleic acids can be preferentially and selectively isolated from nucleic acid-containing samples. The method was examined for directly isolating circular nucleic acids from bacterial cells. As a nucleic acid-containing sample, E. coli DH5α (Takara Bio Inc.) retaining pUC18 DNA, which is a high copy plasmid, was used for the examination. Using this as a template nucleic acid, a nucleic acid amplification reaction was performed in the same manner as in Example 1 in the presence of Tth SSB-F255P protein to obtain an amplification product. Subsequently, a part of the reaction solution after amplification was separated and treated with the restriction enzyme Hind- III. The amplification products before and after the restriction enzyme treatment were subjected to electrophoresis in the same procedure as in Example 1 (Example 4).

さらに、比較例として、Tth SSB-F255P タンパク質に代えて、何れの種類のSSBタンパク質を添加しない従来のRCA法による場合(比較例6)についても検討を行った。Tth SSB-F255P タンパク質を添加することを除いては、上記と同様の手順で核酸増幅反応、及び制限酵素処理、並びに電気泳動を行なった。   Furthermore, as a comparative example, the case of the conventional RCA method (Comparative Example 6) in which any type of SSB protein was not added in place of the Tth SSB-F255P protein was also examined. Except for the addition of Tth SSB-F255P protein, nucleic acid amplification reaction, restriction enzyme treatment, and electrophoresis were performed in the same procedure as above.

電気泳動結果を図6(A)及び(B)に示す。
図6(A)は、制限酵素処理を行わずに核酸増幅後にすぐに電気泳動に供した場合の結果を示す。そして、レーン1〜5は、本発明の方法のTth SSB-F255P タンパク質を添加した場合の核酸増幅結果を示し(実施例4)、レーン6〜10は、何れの種類のSSBタンパク質を添加しない従来のRCA法の場合の核酸増幅結果を示す(比較例6)。
図6(B)は、増幅産物を制限酵素処理後に電気泳動に供した場合の結果を示す。そして、レーン1〜5は、本発明の方法のTth SSB-F255Pタンパク質を添加した場合の核酸増幅結果を示し(実施例4)、レーン6〜10は、何れの種類のSSBタンパク質を添加しない従来のRCA法の場合の核酸増幅結果を示す(比較例6)。
Electrophoresis results are shown in FIGS. 6 (A) and (B).
FIG. 6 (A) shows the results when subjected to electrophoresis immediately after nucleic acid amplification without performing restriction enzyme treatment. Lanes 1 to 5 show the results of nucleic acid amplification when the Tth SSB-F255P protein of the method of the present invention was added (Example 4), and lanes 6 to 10 are conventional ones in which any kind of SSB protein is not added. The result of nucleic acid amplification in the case of the RCA method is shown (Comparative Example 6).
FIG. 6B shows the results when the amplification product is subjected to electrophoresis after restriction enzyme treatment. Lanes 1 to 5 show the results of nucleic acid amplification when the Tth SSB-F255P protein of the method of the present invention was added (Example 4), and lanes 6 to 10 are conventional ones in which any kind of SSB protein is not added. The result of nucleic acid amplification in the case of the RCA method is shown (Comparative Example 6).

図6(B)中、矢印で示したバンドが、環状核酸由来の増幅産物のバンドであると推測された。Tth SSB-F255Pタンパク質の存在下で等温増幅反応を行った場合(図6(B)レーン1〜5:実施例4)には、環状核酸由来の増幅産物が確認されたが、従来のRCA法の場合((図6(B)レーン6〜10:比較例6)には、環状核酸由来の増幅産物が確認できなかった。なお、図6(A)は、増幅産物を制限酵素で処理せずに電気泳動を行った結果を示すものであるが、増幅産物が巨大な塊となり、高分子側に増幅産物が凝集していることが確認される。   In FIG. 6B, the band indicated by the arrow was presumed to be the band of the amplification product derived from the circular nucleic acid. When isothermal amplification reaction was performed in the presence of Tth SSB-F255P protein (FIG. 6B, lanes 1 to 5: Example 4), amplification products derived from circular nucleic acids were confirmed. In the case of (Figure 6 (B) lanes 6 to 10: Comparative Example 6), an amplification product derived from a circular nucleic acid could not be confirmed, but in Fig. 6 (A), the amplification product was treated with a restriction enzyme. 1 shows the result of electrophoresis without amplification, and it is confirmed that the amplification product becomes a large mass and the amplification product is aggregated on the polymer side.

以上の結果より、本発明の方法により、大腸菌コロニーのような非常にクルードな核酸含有試料からも、環状核酸のみを選択的かつ優先的に増幅でき、これにより環状核酸を選択的かつ優先的に単離できることが判明した。   From the above results, according to the method of the present invention, it is possible to selectively and preferentially amplify circular nucleic acids even from a very crude nucleic acid-containing sample such as E. coli colonies, thereby selectively and preferentially amplifying circular nucleic acids. It was found that it could be isolated.

ここで、プラスミドベクターには、ハイコピープラスミドとローコピープラスミドあり、1の細胞で増えるプラスミド量は、ベクター内の複製起点及びその周辺の塩基配列によっても異なる。ハイコピープラスミドとしては、本実施例で検討を行ったpUC系の他、pBR系等が知られており、これらは複製起点にはColE1をアレンジした配列等が含まれており、一細胞内で500程度のコピー数になる。一方、ローコピープラスミドとしては、pACYC系等が知られており、p15のように複製起点が厳密に定義されているがため、コピー数が少なく、一細胞内でのコピー数は20〜30程度となる。   Here, plasmid vectors include a high copy plasmid and a low copy plasmid. The amount of plasmid increased in one cell varies depending on the origin of replication in the vector and the surrounding base sequence. As a high-copy plasmid, in addition to the pUC system examined in this Example, the pBR system, etc. are known, and these origins of replication include a sequence arranged with ColE1, etc. The number of copies is about 500. On the other hand, the pACYC system is known as a low-copy plasmid, and since the origin of replication is strictly defined like p15, the number of copies is small, and the number of copies in one cell is about 20-30 It becomes.

以下の実施例5ではローコピープラスミドについても検討を行った。   In Example 5 below, a low copy plasmid was also examined.

(実施例5)細菌細胞からの環状核酸の単離−2
実施例4に続き、本発明の方法により、直接、細菌細胞から環状核酸を単離するための検討を行った。本実施例においては、ローコピープラスミドを保持する大腸菌細胞からの単離を試みた。
(Example 5) Isolation of circular nucleic acid from bacterial cells-2
Following Example 4, studies were carried out to isolate circular nucleic acids directly from bacterial cells by the method of the present invention. In the present example, isolation from E. coli cells carrying a low copy plasmid was attempted.

実施例4の結果から、ハイコピープラスミドについては、細菌コロニーのような非常にクルードな核酸含有試料から選択的かつ優先的に単離できることが確認されたので、本実施例においては、ローコピープラスミドを保持する細菌細胞から、直接、環状核酸の単離を試みた。核酸含有試料として、ローコピープラスミドであるpET22b DNAを保持したE. coli DH5α(ノバジェン社)を検討に用いた。これを鋳型核酸として、Tth SSB-F255P タンパク質の存在下で上記実施例1と同様の手順で核酸増幅反応を行ない、増幅産物を得た。続いて、増幅後の反応液の一部を分取し、制限酵素Hind-IIIで処理した。制限酵素処理前と処理後の増幅産物を、実施例1と同様の手順で電気泳動に供した(実施例5)。 From the results of Example 4, it was confirmed that the high-copy plasmid can be selectively and preferentially isolated from a very crude nucleic acid-containing sample such as a bacterial colony. Attempts were made to isolate circular nucleic acids directly from bacterial cells carrying As a nucleic acid-containing sample, E. coli DH5α (Novagen) carrying pET22b DNA, which is a low-copy plasmid, was used for the examination. Using this as a template nucleic acid, a nucleic acid amplification reaction was performed in the same manner as in Example 1 in the presence of Tth SSB-F255P protein to obtain an amplification product. Subsequently, a part of the reaction solution after amplification was separated and treated with the restriction enzyme Hind- III. The amplification products before and after the restriction enzyme treatment were subjected to electrophoresis in the same procedure as in Example 1 (Example 5).

さらに、比較例として、Tth SSB-F255P タンパク質に代えて、何れの種類のSSBタンパク質を添加しない従来のRCA法による場合(比較例7)についても検討を行った。Tth SSB-F255P タンパク質を添加することを除いては、上記と同様の手順で核酸増幅反応、及び制限酵素処理、並びに電気泳動を行なった。   Furthermore, as a comparative example, the case of the conventional RCA method (Comparative Example 7) in which any kind of SSB protein was not added in place of the Tth SSB-F255P protein was also examined. Except for the addition of Tth SSB-F255P protein, nucleic acid amplification reaction, restriction enzyme treatment, and electrophoresis were performed in the same procedure as above.

電気泳動結果を図7(A)及び(B)に示す。
図7(A)は、制限酵素処理を行わずに核酸増幅後にすぐに電気泳動に供した場合の結果を示す。そして、レーン1〜5は、本発明の方法のTth SSB-F255P タンパク質を添加した場合の核酸増幅結果を示し(実施例5)、レーン6〜10は、何れの種類のSSBタンパク質を添加しない従来のRCA法の場合の核酸増幅結果を示す(比較例7)。
図7(B)は、増幅産物を制限酵素処理後に電気泳動に供した場合の結果を示す。そして、レーン1〜5は、本発明の方法のTth SSB-F255Pタンパク質を添加した場合の核酸増幅結果を示し(実施例5)、レーン6〜10は、何れの種類のSSBタンパク質を添加しない従来のRCA法の場合の核酸増幅結果を示す(比較例7)。
The electrophoresis results are shown in FIGS. 7 (A) and (B).
FIG. 7 (A) shows the results when subjected to electrophoresis immediately after nucleic acid amplification without performing restriction enzyme treatment. Lanes 1 to 5 show the results of nucleic acid amplification when the Tth SSB-F255P protein of the method of the present invention was added (Example 5), and lanes 6 to 10 are the conventional ones in which any kind of SSB protein is not added. The result of nucleic acid amplification in the case of the RCA method is shown (Comparative Example 7).
FIG. 7 (B) shows the results when the amplification product is subjected to electrophoresis after restriction enzyme treatment. Lanes 1 to 5 show the results of nucleic acid amplification when the Tth SSB-F255P protein of the method of the present invention was added (Example 5), and lanes 6 to 10 are conventional ones in which any kind of SSB protein is not added. The result of nucleic acid amplification in the case of the RCA method is shown (Comparative Example 7).

図7(B)中、矢印で示したバンドが、環状核酸由来の増幅産物のバンドであると推測された。RCA反応産物の形状が不明であるため確実ではないが、他のバンドに関しても、おそらく環状核酸由来であると予想される。Tth SSB-F255Pタンパク質の存在下で等温増幅反応を行った場合(図7(B)レーン1〜4:実施例5)には、環状核酸由来の増幅産物が確認された。ただし、図7(B)中、レーン5のサンプルに関しては、環状核酸由来の増幅産物を確認できなかったが、これは、試料として使用した大腸菌にプラスミドが保持されていなかったことに起因するものであることが、対応の図7(A)レーン5の結果からも明らかである。一方、RCA法の場合(図7(B)レーン6〜10:比較例7)には、環状核酸由来の増幅産物が確認できなかった。   In FIG. 7B, the band indicated by the arrow was presumed to be the band of the amplification product derived from the circular nucleic acid. Although it is not certain because the shape of the RCA reaction product is unknown, other bands are probably expected to be derived from circular nucleic acids. When an isothermal amplification reaction was performed in the presence of Tth SSB-F255P protein (FIG. 7B, lanes 1 to 4: Example 5), an amplification product derived from a circular nucleic acid was confirmed. However, in FIG. 7B, the amplification product derived from the circular nucleic acid could not be confirmed for the sample in lane 5, but this was due to the fact that the plasmid was not retained in the E. coli used as the sample. It is clear from the result of the corresponding FIG. 7 (A) lane 5. On the other hand, in the case of the RCA method (FIG. 7B, lanes 6 to 10: Comparative Example 7), an amplification product derived from a circular nucleic acid could not be confirmed.

以上の結果より、本発明の方法により、ハイコピープラスミドだけでなく、ローコピープラスミドであっても大腸菌コロニーのような非常にクルードな核酸含有試料からも、非常に選択的かつ優先的に増幅でき、これにより環状核酸を選択的かつ優先的に単離できることが判明した。   From the above results, the method of the present invention can be used to selectively and preferentially amplify not only high copy plasmids but also low copy plasmids from very crude nucleic acid-containing samples such as E. coli colonies. Thus, it has been found that circular nucleic acids can be selectively and preferentially isolated.

(実施例6)Tth SSB-F255P タンパク質の添加量の検討
核酸含有試料からの環状核酸の単離に関して、本発明の方法におけるTth SSB-F255P タンパク質の添加量の検討を行った。
(Example 6) Examination of addition amount of Tth SSB-F255P protein Regarding the isolation of circular nucleic acid from a nucleic acid-containing sample, the addition amount of Tth SSB-F255P protein in the method of the present invention was examined.

本発明の方法を実施するに際してのTth SSB-F255P タンパク質の添加量についての検討を行った。10μlの反応液中に、Tth SSB-F255P タンパク質を、0.2、1.0、2.0μgを含ませた以外は実施例1と同様の手順で核酸増幅反応を行なった。鋳型核酸としては、ヒトゲノムDNAを10 ng、標的の環状核酸としてpUC19 DNAを200、40、8、1.6、0.3、0.06、及び0.003 pg含んだものを、実施例1と同様に調製した各核酸含有試料を用いた。環状核酸の全核酸類に対する比率は、夫々2.0、0.4、0.08、0.02、0.003、0.0006、及び0.00003 %であった。増幅後の反応液の一部を分取し、制限酵素Hind-IIIで処理し、実施例1と同様の手順で電気泳動に供した(実施例6)。 The amount of Tth SSB-F255P protein added when carrying out the method of the present invention was examined. A nucleic acid amplification reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that 0.2 μg, 1.0 μg and 2.0 μg of Tth SSB-F255P protein were contained in 10 μl of the reaction solution. Each template nucleic acid containing 10 ng of human genomic DNA and 200, 40, 8, 1.6, 0.3, 0.06, and 0.003 pg of pUC19 DNA as a target circular nucleic acid was prepared in the same manner as in Example 1. A sample was used. The ratio of circular nucleic acid to total nucleic acids was 2.0, 0.4, 0.08, 0.02, 0.003, 0.0006, and 0.00003%, respectively. A part of the amplified reaction solution was collected, treated with restriction enzyme Hind- III, and subjected to electrophoresis in the same procedure as in Example 1 (Example 6).

さらに、比較例として、Tth SSB-F255P タンパク質に代えて、何れの種類のSSBタンパク質を添加しない従来のRCA法による場合(比較例8)についても検討を行った。Tth SSB-F255P タンパク質を添加することを除いては、上記と同様の手順で核酸増幅反応、及び制限酵素処理、並びに電気泳動を行なった。   Furthermore, as a comparative example, the case of the conventional RCA method in which any kind of SSB protein was not added instead of Tth SSB-F255P protein (Comparative Example 8) was also examined. Except for the addition of Tth SSB-F255P protein, nucleic acid amplification reaction, restriction enzyme treatment, and electrophoresis were performed in the same procedure as above.

電気泳動結果を図8(A)〜(D)に示す。
図8(A)は、何れの種類のSSBタンパク質を添加しない従来のRCA法の場合の核酸増幅結果を示し(比較例8)、レーン1〜7は、それぞれ環状核酸の比率が、2.0、0.4、0.08、0.02、0.003、0.0006、及び0.00003 %の核酸含有試料に対するものである。
図8(B)は、本発明の方法のTth SSB-F255P タンパク質を0.2μg/10μl添加した場合の核酸増幅結果を示し(実施例6)、レーン1〜7は、それぞれ環状核酸の比率が、2.0、0.4、0.08、0.02、0.003、0.0006、及び0.00003 %の核酸含有試料に対するものである。
図8(C)は、本発明の方法のTth SSB-F255P タンパク質を1.0 μg / 10 μl添加した場合の核酸増幅結果を示し(実施例6)、レーン1〜7は、それぞれ環状核酸の比率が、2.0、0.4、0.08、0.02、0.003、0.0006、及び0.00003 %の核酸含有試料に対するものである。
図8(D)は、本発明の方法のTth SSB-F255P タンパク質を2.0μg/10μl添加した場合の核酸増幅結果を示し(実施例6)、レーン1〜7は、それぞれ環状核酸の比率が、2.0、0.4、0.08、0.02、0.003、0.0006、及び0.00003 %の核酸含有試料に対するものである。
The electrophoresis results are shown in FIGS.
FIG. 8 (A) shows the result of nucleic acid amplification in the case of the conventional RCA method in which any kind of SSB protein is not added (Comparative Example 8). 0.08, 0.02, 0.003, 0.0006, and 0.00003% of nucleic acid containing samples.
FIG. 8 (B) shows the results of nucleic acid amplification when 0.2 μg / 10 μl of Tth SSB-F255P protein of the method of the present invention was added (Example 6). Lanes 1 to 7 each have a ratio of circular nucleic acids. For 2.0, 0.4, 0.08, 0.02, 0.003, 0.0006, and 0.00003% nucleic acid containing samples.
FIG. 8C shows nucleic acid amplification results when Tth SSB-F255P protein of the method of the present invention was added at 1.0 μg / 10 μl (Example 6). Lanes 1 to 7 each have a ratio of circular nucleic acids. 2.0, 0.4, 0.08, 0.02, 0.003, 0.0006, and 0.00003% nucleic acid-containing samples.
FIG. 8 (D) shows the results of nucleic acid amplification when Tth SSB-F255P protein of 2.0 μg / 10 μl of the method of the present invention was added (Example 6). Lanes 1 to 7 each have a ratio of circular nucleic acids. For 2.0, 0.4, 0.08, 0.02, 0.003, 0.0006, and 0.00003% nucleic acid containing samples.

図8(A)〜(D)の結果より、増幅反応に1.0 μg / 10 μl以上のTth SSB-F255P タンパク質を添加した場合に、核酸含有試料中の環状核酸の存在比率が低い場合であっても鮮明な環状核酸由来のバンドが確認された。つまり、1.0 μg / 10 μl以上のTth SSB-F255P タンパク質を添加して等温増幅反応を行った場合に良好な結果が得られることが確認された。   From the results shown in FIGS. 8 (A) to (D), when 1.0 μg / 10 μl or more of Tth SSB-F255P protein is added to the amplification reaction, the presence ratio of the circular nucleic acid in the nucleic acid-containing sample is low. A clear band derived from a circular nucleic acid was also confirmed. That is, it was confirmed that good results were obtained when isothermal amplification reaction was performed by adding 1.0 μg / 10 μl or more of Tth SSB-F255P protein.

以上の結果より、本発明の実施に際しては、反応液中に1.0 μg / 10 μl以上のTth SSB-F255P タンパク質を含むように調製することが望ましいことが判明した。   From the above results, it was found that it is desirable to prepare the reaction solution so that 1.0 μg / 10 μl or more of Tth SSB-F255P protein is contained in the practice of the present invention.

(実施例7)環状核酸の単離−3
核酸含有試料からの環状核酸の単離について、本発明の方法を、ミトコンドリアDNAの単離に対して好適に利用可能な公知の方法と比較した。
Example 7 Isolation of Circular Nucleic Acid-3
For the isolation of circular nucleic acids from nucleic acid-containing samples, the method of the present invention was compared with known methods that are suitably available for isolation of mitochondrial DNA.

核酸含有試料からの環状核酸の単離について、本発明の方法を、ミトコンドリアDNAの単離に対して好適に利用可能な公知の方法に基づくREPLI-g Mitochondrial DNA Kit (キアゲン社)と比較した。   For the isolation of circular nucleic acids from nucleic acid-containing samples, the method of the present invention was compared with the REPLI-g Mitochondrial DNA Kit (Qiagen) based on known methods that are preferably available for isolation of mitochondrial DNA.

核酸含有試料として、ヒトゲノムDNAを100 ng、標的の環状核酸としてpUC19 DNAを100 pg含んだものを調製した。これを鋳型核酸として、3.0 μgのTth SSB-F255Pタンパク質の存在下でTmpliPhi DNA Amplification kit(GEヘルスケア社)により実施例1と同様の手順で核酸増幅反応を行い、増幅産物を得た。なお、増幅反応は12時間行った。続いて、増幅反応後の反応液を5 μl分取し、制限酵素Hind-III で処理した。制限酵素処理前と処理後の増幅産物を、実施例1と同様の手順で電気泳動に供した(実施例7)。 A sample containing 100 ng of human genomic DNA and 100 pg of pUC19 DNA as a target circular nucleic acid was prepared as a nucleic acid-containing sample. Using this as a template nucleic acid, a nucleic acid amplification reaction was performed in the same procedure as in Example 1 using TmpliPhi DNA Amplification kit (GE Healthcare) in the presence of 3.0 μg of Tth SSB-F255P protein to obtain an amplification product. The amplification reaction was performed for 12 hours. Subsequently, 5 μl of the reaction solution after the amplification reaction was collected and treated with restriction enzyme Hind- III. The amplification products before and after the restriction enzyme treatment were subjected to electrophoresis in the same procedure as in Example 1 (Example 7).

比較例として、上記と同じ核酸含有試料を鋳型核酸として、1.0 μgのTth SSB- F255Pタンパク質の存在下でREPLI-g Mitochondrial DNA Kit を用いて核酸増幅を行った場合について検討を行った(比較例9)。このとき、詳細な手順は製造業者の指示に従って行い、増幅反応は、12時間行った。増幅後、上記と同様の手順で制限酵素処理、及び電気泳動を行なった。   As a comparative example, we examined the case where nucleic acid amplification was performed using REPLI-g Mitochondrial DNA Kit in the presence of 1.0 μg of Tth SSB-F255P protein using the same nucleic acid-containing sample as above as the template nucleic acid (Comparative Example) 9). At this time, the detailed procedure was performed according to the manufacturer's instructions, and the amplification reaction was performed for 12 hours. After amplification, restriction enzyme treatment and electrophoresis were performed in the same procedure as described above.

電気泳動結果を、図9に示す。
レーン1及び2は、本発明の方法であるTth SSB-F255P タンパク質添加下での等温増幅反応を行った場合の結果を示し(実施例7)、そして、レーン1は、増幅産物を制限酵素処理後に電気泳動に供したものであり、レーン2は、制限酵素処理を行わずに核酸増幅後にすぐに電気泳動に供したものの結果である。
レーン3及び4は、公知の方法であるREPLI-g Mitochondrial DNA Kitにより等温増幅反応を行った場合の結果を示し(比較例9)、そして、レーン3は、増幅産物を制限酵素処理後に電気泳動に供したものであり、レーン4は、制限酵素処理を行わずに核酸増幅後にすぐに電気泳動に供したものの結果である。
The result of electrophoresis is shown in FIG.
Lanes 1 and 2 show the results of performing the isothermal amplification reaction with the addition of the Tth SSB-F255P protein, which is the method of the present invention (Example 7), and Lane 1 shows the amplification product treated with a restriction enzyme. This was subjected to electrophoresis later, and lane 2 is the result of subjecting it to electrophoresis immediately after nucleic acid amplification without performing restriction enzyme treatment.
Lanes 3 and 4 show the results when isothermal amplification reaction was performed using the known method REPLI-g Mitochondrial DNA Kit (Comparative Example 9), and Lane 3 was subjected to electrophoresis after the amplification product was treated with a restriction enzyme. Lane 4 shows the result of the sample subjected to electrophoresis immediately after nucleic acid amplification without performing restriction enzyme treatment.

図9より、Tth SSB-F255P タンパク質添加下での等温増幅反応を行った場合には、環状核酸由来の増幅産物が認められた(レーン1:実施例7)。一方、REPLI-g Mitochondrial DNA Kitにより等温増幅反応を行った場合には、環状核酸由来の増幅産物を認めることができなかった(レーン3:比較例9)。   From FIG. 9, when isothermal amplification reaction was performed with the addition of Tth SSB-F255P protein, an amplification product derived from circular nucleic acid was observed (lane 1: Example 7). On the other hand, when the isothermal amplification reaction was performed with the REPLI-g Mitochondrial DNA Kit, no amplification product derived from the circular nucleic acid could be observed (lane 3: comparative example 9).

以上の結果より、トータルDNAサンプル中のヒトなどのミトコンドリアからミトコンドリア全ゲノムを増幅できるキットであるとして市販されているREPLI-g Mitochondrial DNA Kitでは、ミトコンドリアDNAと同じ環状核酸であるプラスミドDNAの増幅はできないことが判明した。   Based on the above results, in the REPLI-g Mitochondrial DNA Kit, which is marketed as a kit that can amplify the entire mitochondrial genome from mitochondria such as humans in the total DNA sample, amplification of plasmid DNA, which is the same circular nucleic acid as mitochondrial DNA, It turned out not to be possible.

(参考例1)本発明で使用される改変型SSBタンパク質の差置換ポリメラーゼによる等温増幅反応系に与える影響
本発明で使用される改変型SSBタンパク質が、差置換ポリメラーゼによる核酸増幅反応系に与える影響について検討した。
(Reference Example 1) Effect of modified SSB protein used in the present invention on isothermal amplification reaction system by differential substitution polymerase Effect of modified SSB protein used in the present invention on nucleic acid amplification reaction system by differential substitution polymerase Was examined.

上記Tth SSB-F255Pタンパク質、及び野生型Tth SSBタンパク質のアミノ酸配列を表す配列番号 の229番目のフェニールアラニン以下のアミノ酸が欠失したタンパク質(以下、「Tth SSB-229タンパク質」と称するものとする。)の存在下で核酸増幅反応を行い、これらのタンパク質の核酸増幅系に与える影響を検討した。   A protein from which amino acids below the 229th phenylalanine of SEQ ID NO: representing the amino acid sequences of the Tth SSB-F255P protein and the wild type Tth SSB protein are deleted (hereinafter referred to as “Tth SSB-229 protein”). The nucleic acid amplification reaction was carried out in the presence of), and the influence of these proteins on the nucleic acid amplification system was examined.

ここで、Tth SSB-229タンパク質は、プライマーとして以下のプライマーを使用した以外はTth SSB-F255Pタンパク質の調製と同様の手順により調製した。
プライマーNde-SSB
5'-GCGGATCCAT ATGGCTCGAG GCCTGAACCG-3'(配列認識番号10)
プライマーBam-SSBm229
5'-TAAGGATCCT CATCCACGGG TGGGGCGCT-3' (配列認識番号13)
Here, Tth SSB-229 protein was prepared by the same procedure as the preparation of Tth SSB-F255P protein except that the following primers were used as primers.
Primer Nde - SSB
5'-GCGGATCCAT ATGGCTCGAG GCCTGAACCG-3 '(sequence recognition number 10)
Primer Bam - SSBm229
5'-TAAGGATCCT CATCCACGGG TGGGGCGCT-3 '(SEQ ID NO: 13)

具体的には、以下の条件下で核酸増幅反応を行った。
1.Tth SSB-229タンパク質を2μg添加
2.Tth SSB-F255Pタンパク質を2μg添加
3.タンパク質緩衝液を0.2μlのみを添加
4.何れのタンパク質、及びタンパク質緩衝液を添加せず
なお、タンパク質は、タンパク質緩衝液中に溶解させたもの使用した。なお、タンパク質緩衝液としては、1.5M KCl、50mM Tris-HCl(pH7.5)、1.0mM EDTA、0.5mM DTT、50% glycerol溶液を使用した。
Specifically, the nucleic acid amplification reaction was performed under the following conditions.
1. 1. Add 2 μg of Tth SSB-229 protein 2. Add 2 μg of Tth SSB-F255P protein 3. Add only 0.2 μl of protein buffer. None of the proteins and protein buffer were added. Proteins dissolved in protein buffer were used. As the protein buffer, 1.5 M KCl, 50 mM Tris-HCl (pH 7.5), 1.0 mM EDTA, 0.5 mM DTT, and 50% glycerol solution were used.

核酸増幅反応は、REPLI-g DNA Amplification kit(QIAGEN社製)を用いて、製造業者のプロトコールに従い、上記1〜4の条件下で、2ngの鋳型核酸を20μlの反応液量で18時間反応させることによって行った。なお、増幅の対象となる鋳型核酸としては、ヒトゲノムDNA(Promega社:カタログ番号G3041)を使用した。増幅後、増幅反応液を2μlずつ分取して、実施例1と同様の手順で電気泳動に供した。   The nucleic acid amplification reaction is carried out using REPLI-g DNA Amplification kit (manufactured by QIAGEN) according to the manufacturer's protocol and reacting 2 ng of the template nucleic acid in a reaction solution volume of 20 μl for 18 hours under the conditions 1 to 4 above. Was done by. As a template nucleic acid to be amplified, human genomic DNA (Promega: catalog number G3041) was used. After amplification, 2 μl of the amplification reaction solution was collected and subjected to electrophoresis in the same procedure as in Example 1.

さらに、反応液中に鋳型核酸を添加しなかったことを除いては、上記1〜4の条件下で同様の増幅反応を行った。等温増幅系においては、鋳型核酸の不在下であってもプライマーダイマーが形成され、非特異的な核酸が増幅されるという問題点があった。したがって、かかる鋳型核酸不在下での増幅により、当該タンパク質の誤増幅に与える影響を検討することができる。   Furthermore, the same amplification reaction was performed under the conditions 1 to 4 except that no template nucleic acid was added to the reaction solution. The isothermal amplification system has a problem in that primer dimers are formed even in the absence of template nucleic acid, and non-specific nucleic acid is amplified. Therefore, the influence of the amplification in the absence of the template nucleic acid on the erroneous amplification of the protein can be examined.

電気泳動結果を図10に示す。
レーン1〜4は、鋳型核酸の存在下で、核酸増幅反応を行った結果を示す。そして、レーン1は、何れのSSBタンパク質、及びタンパク緩衝液を添加せずに核酸増幅を行った結果、レーン2は、SSBタンパク質を何ら添加せず、タンパク質緩衝液のみを添加した条件下での増幅結果、レーン3は、Tth SSB-F255Pタンパク質を添加した条件下での増幅結果、レーン4は、Tth SSB-229タンパク質を添加した条件下での増幅結果を示す。
レーン5〜8は、鋳型核酸の不在下で、核酸増幅反応を行った結果を示す。そして、レーン5は、SSBタンパク質及びタンパク緩衝液を何ら添加せずに核酸増幅を行った結果、レーン6は、SSBタンパク質を何ら添加せず、タンパク質緩衝液のみを添加した条件下での増幅結果、レーン7は、Tth SSB-F255Pタンパク質を添加した条件下での増幅結果、レーン8は、Tth SSB-229タンパク質を添加した条件下での増幅結果を示す。
The electrophoresis results are shown in FIG.
Lanes 1 to 4 show the results of the nucleic acid amplification reaction performed in the presence of the template nucleic acid. And as for the lane 1, as a result of performing nucleic acid amplification without adding any SSB protein and the protein buffer, the lane 2 is under the condition where only the protein buffer is added without adding any SSB protein. As a result of amplification, lane 3 shows the amplification result under the condition where Tth SSB-F255P protein was added, and lane 4 shows the amplification result under the condition where Tth SSB-229 protein was added.
Lanes 5 to 8 show the results of performing a nucleic acid amplification reaction in the absence of the template nucleic acid. Lane 5 shows the result of nucleic acid amplification without adding any SSB protein and protein buffer. Lane 6 shows the result of amplification under the condition that only the protein buffer is added without adding SSB protein. Lane 7 shows the result of amplification under the condition where the Tth SSB-F255P protein was added, and Lane 8 shows the result of amplification under the condition where the Tth SSB-229 protein was added.

Tth SSB-229タンパク質、Tth SSB-F255Pタンパク質を添加して核酸増幅を行った場合には、夫々、鋳型核酸に特異的なDNA断片の増幅が確認された(レーン3、4)。ここで使用したTth SSB-229タンパク質、Tth SSB-F255Pタンパク質の精製度は一定ではなく、特にTth SSB-229タンパク質の精製度がTth SSB-F255Pタンパク質より低いことが想定される。タンパク質の精製度の差異等を加味して比較した場合、Tth SSB-229タンパク質を添加した場合には、Tth SSB-F255Pを添加した場合と同程度の増幅産物の産生が確認できた(レーン3、4の比較)。
また、鋳型核酸の不在下では、Tth SSB-229タンパク質、Tth SSB-F255Pタンパク質の何れを添加した場合にも増幅産物の産生は認められなかった(レーン7、8)。つまり、Tth SSB-229タンパク質、Tth SSB-F255Pタンパク質の添加によって、鋳型核酸に非特異的な増幅を抑制でき、鋳型核酸に特異的な核酸増幅が達成できることが理解される。したがって、Tth SSB-229タンパク質は、Tth SSB-F255Pタンパク質と同様、核酸増幅反応系における鋳型核酸の増幅効率向上効果に寄与し得ることが判明した。
一方、Tth SSB-229タンパク質、Tth SSB-F255Pタンパク質の何れをも添加せずに増幅反応を行った場合には、鋳型核酸の不在下においても増幅産物が認められた(レーン5、6)。そして、鋳型核酸の存在下で得られた増幅パターン(レーン1、2)は、鋳型核酸の不在下で得られた増幅パターン(レーン5、6)とは、類似する部分があった。そのため、レーン1、2で確認された鋳型核酸の存在下で得られた増幅産物は、鋳型核酸に関連のない非特異的な増幅産物をも多く含む蓋然性が高いことが判明した。
When Tth SSB-229 protein and Tth SSB-F255P protein were added and nucleic acid amplification was performed, amplification of DNA fragments specific to the template nucleic acid was confirmed (lanes 3 and 4), respectively. The purity levels of the Tth SSB-229 protein and Tth SSB-F255P protein used here are not constant, and it is assumed that the purity level of the Tth SSB-229 protein is particularly lower than that of the Tth SSB-F255P protein. When comparison was made taking into account differences in the degree of protein purification, etc., when Tth SSB-229 protein was added, the production of the same level of amplification product as when Tth SSB-F255P was added was confirmed (lane 3). 4 comparison).
In addition, in the absence of the template nucleic acid, no amplification product was produced when either Tth SSB-229 protein or Tth SSB-F255P protein was added (lanes 7 and 8). That is, it is understood that the addition of Tth SSB-229 protein and Tth SSB-F255P protein can suppress non-specific amplification to the template nucleic acid and achieve nucleic acid amplification specific to the template nucleic acid. Therefore, it was found that the Tth SSB-229 protein can contribute to the effect of improving the amplification efficiency of the template nucleic acid in the nucleic acid amplification reaction system, like the Tth SSB-F255P protein.
On the other hand, when the amplification reaction was performed without adding any of the Tth SSB-229 protein and the Tth SSB-F255P protein, amplification products were observed even in the absence of the template nucleic acid (lanes 5 and 6). The amplification pattern (lanes 1 and 2) obtained in the presence of the template nucleic acid had a portion similar to the amplification pattern (lanes 5 and 6) obtained in the absence of the template nucleic acid. Therefore, it was found that the amplification product obtained in the presence of the template nucleic acid confirmed in lanes 1 and 2 has a high probability of containing many non-specific amplification products not related to the template nucleic acid.

以上の結果より、Tth SSB-229タンパク質、Tth SSB-F255Pタンパク質の添加下で確認されている鋳型核酸の増幅効率の向上効果は、これらのタンパク質特有の効果であることが判明した。また、実施例2での結果を併せて鑑みると、Tth SSB-229タンパク質、Tth SSB-F255Pタンパク質が示した鋳型核酸の増幅効率の向上機能の発現は、これらのタンパク質のDNA結合力の低下に関連するものであるとの知見が導かれる。したがって、ここで得られたDNAへの結合力を人為的に低下させた改変型SSBタンパク質は、核酸増幅反応系における複製補助因子として必要とされる適度なDNA結合力を発揮する。これにより、核酸増幅反応系における反応効率を向上させ、かつ誤増幅を抑制するものと理解される。   From the above results, it was found that the effect of improving the amplification efficiency of the template nucleic acid confirmed under the addition of Tth SSB-229 protein and Tth SSB-F255P protein is an effect specific to these proteins. Further, considering the results in Example 2 together, the expression of the function of improving the amplification efficiency of the template nucleic acids exhibited by the Tth SSB-229 protein and the Tth SSB-F255P protein is a decrease in the DNA binding power of these proteins. Finding that it is relevant. Therefore, the modified SSB protein obtained by artificially reducing the binding force to DNA obtained here exhibits an appropriate DNA binding force required as a replication cofactor in the nucleic acid amplification reaction system. This is understood to improve the reaction efficiency in the nucleic acid amplification reaction system and suppress erroneous amplification.

医療分野、生物化学分野、環境分野、食品分野等において有用な、核酸含有試料からの環状核酸の単離方法を提供する。   Provided is a method for isolating a circular nucleic acid from a nucleic acid-containing sample, which is useful in the medical field, biochemical field, environmental field, food field and the like.

本発明の方法の原理を模式的に示す図The figure which shows the principle of the method of this invention typically 本発明の方法により環状核酸の単離を検討した実施例1の結果を示す図The figure which shows the result of Example 1 which examined isolation of the circular nucleic acid by the method of this invention 本発明の方法により環状核酸の単離を検討した実施例2の結果を示す図The figure which shows the result of Example 2 which examined isolation of circular nucleic acid by the method of this invention 本発明の方法により核酸含有試料中に様々な比率で含まれる環状核酸の単離を検討した実施例3の結果を示す図The figure which shows the result of Example 3 which examined isolation of the circular nucleic acid contained in a nucleic acid containing sample in various ratios by the method of this invention. 本発明の方法により核酸含有試料中に様々な比率で含まれる環状核酸の単離を検討した実施例3の結果を示す図The figure which shows the result of Example 3 which examined isolation of the circular nucleic acid contained in a nucleic acid containing sample in various ratios by the method of this invention. 本発明の方法により細菌細胞からの環状核酸の単離を検討した実施例4の結果を示す図The figure which shows the result of Example 4 which examined isolation of the circular nucleic acid from a bacterial cell by the method of this invention. 本発明の方法により細菌細胞からの環状核酸の単離を検討した実施例5の結果を示す図The figure which shows the result of Example 5 which examined isolation of the circular nucleic acid from a bacterial cell by the method of this invention. 本発明の方法の実施に当たっての改変型SSBタンパク質の添加量を検討した実施例6の結果を示す図The figure which shows the result of Example 6 which examined the addition amount of modified SSB protein in implementation of the method of this invention 本発明の方法により環状核酸の単離を検討した実施例7の結果を示す図The figure which shows the result of Example 7 which examined isolation of circular nucleic acid by the method of this invention 改変型SSBタンパク質の差置換ポリメラーゼによる等温増幅反応系に与える影響を検討した参考例1の結果を示す図The figure which shows the result of the reference example 1 which examined the influence which it has on the isothermal amplification reaction system by the differential substitution polymerase of a modified SSB protein

Claims (9)

核酸含有試料から環状核酸を単離する方法であって、
一本鎖DNA結合タンパク質のアミノ酸配列に対して、1以上のアミノ酸の欠失、置換、付加及び挿入の少なくとも一つからなる改変が生じている改変部位を有するアミノ酸配列を有し、かつ、鎖置換ポリメラーゼを用いた等温増幅反応系において鋳型核酸の増幅効率の向上に寄与し得る機能を発現する改変型一本鎖DNA結合タンパク質の存在下で、前記核酸含有試料に対して鎖置換ポリメラーゼを用いた核酸の等温増幅反応を実行して環状核酸を増幅する工程を含む、核酸含有試料から環状核酸を単離する方法。
A method for isolating circular nucleic acid from a nucleic acid-containing sample, comprising:
An amino acid sequence having a modified site in which a modification comprising at least one of deletion, substitution, addition and insertion of one or more amino acids has occurred relative to the amino acid sequence of the single-stranded DNA binding protein, and the chain In an isothermal amplification reaction system using a displacement polymerase, a strand displacement polymerase is used for the nucleic acid-containing sample in the presence of a modified single-stranded DNA binding protein that expresses a function that can contribute to an improvement in the amplification efficiency of the template nucleic acid. A method for isolating a circular nucleic acid from a nucleic acid-containing sample, comprising a step of amplifying the circular nucleic acid by performing an isothermal amplification reaction of the nucleic acid.
前記環状核酸が、ミトコンドリアDNAである請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the circular nucleic acid is mitochondrial DNA. 前記鎖置換ポリメラーゼが、Phi29 DNAポリメラーゼである請求項1又は2に記載の方法。   The method according to claim 1 or 2, wherein the strand displacement polymerase is Phi29 DNA polymerase. 前記一本鎖DNA結合タンパク質が、サーマス・サーモフィラス(Thermus thermophilus)、又は、サーマス・アクアティカス(Thermus aquaticus)由来の一本鎖DNA結合タンパク質である請求項1〜3の何れか一項に記載の方法。 4. The single-stranded DNA binding protein according to claim 1, wherein the single-stranded DNA binding protein is a single-stranded DNA binding protein derived from Thermus thermophilus or Thermus aquaticus . Method. 前記改変型一本鎖DNA結合タンパク質が、サーマス・サーモフィラス(Thermus thermophilus)由来の一本鎖DNA結合タンパク質のアミノ酸配列を示す配列認識番号2のアミノ酸配列のうち、255番目のフェニールアラニンが他のアミノ酸に置換したアミノ酸配列、若しくはサーマス・アクアティカス(Thermus aquaticus)由来の一本鎖DNA結合タンパク質のアミノ酸配列を示す配列認識番号7のアミノ酸配列のうち、256番目のフェニールアラニンが他のアミノ酸に置換したアミノ酸配列を有する請求項4に記載の方法。 In the modified single-stranded DNA binding protein, the 255th phenylalanine is another amino acid in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 showing the amino acid sequence of the single-stranded DNA binding protein derived from Thermus thermophilus. Of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 7 showing the amino acid sequence substituted with or the amino acid sequence of the single-stranded DNA binding protein derived from Thermus aquaticus , the 256th phenylalanine was substituted with another amino acid. The method of claim 4 having an amino acid sequence. 前記他のアミノ酸が、プロリンである請求項5に記載の方法。   The method according to claim 5, wherein the other amino acid is proline. 前記改変型一本鎖DNA結合タンパク質が、サーマス・サーモフィラス(Thermus thermophilus)由来の一本鎖DNA結合タンパク質のアミノ酸配列を示す配列認識番号2のアミノ酸配列のうち、230〜263番目のアミノ酸が欠失したアミノ酸配列、若しくはサーマス・アクアティカス(Thermus aquaticus)由来の一本鎖DNA結合タンパク質のアミノ酸配列を示す配列認識番号7のアミノ酸配列のうち、231〜264番目のアミノ酸が欠失したアミノ酸配列を有する請求項4に記載の方法。 In the modified single-stranded DNA binding protein, the amino acids 230 to 263 are deleted from the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 indicating the amino acid sequence of the single-stranded DNA binding protein derived from Thermus thermophilus. Of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 7 showing the amino acid sequence of the single-stranded DNA binding protein derived from Thermus aquaticus or the amino acid sequence from amino acid sequence 231 to 264 is deleted. The method of claim 4. 核酸含有試料から環状核酸を単離するためのキットであって、
一本鎖DNA結合タンパク質のアミノ酸配列に対して、1以上のアミノ酸の欠失、置換、付加及び挿入の少なくとも一つからなる改変が生じている改変部位を有するアミノ酸配列を有し、かつ、鎖置換ポリメラーゼを用いた等温増幅反応系において鋳型核酸の増幅効率の向上に寄与し得る機能を発現する改変型一本鎖DNA結合タンパク質を含む、核酸含有試料から環状核酸を単離するためのキット。
A kit for isolating circular nucleic acid from a nucleic acid-containing sample,
An amino acid sequence having a modified site in which a modification comprising at least one of deletion, substitution, addition and insertion of one or more amino acids has occurred relative to the amino acid sequence of the single-stranded DNA binding protein, and the chain A kit for isolating a circular nucleic acid from a nucleic acid-containing sample, comprising a modified single-stranded DNA binding protein that expresses a function that can contribute to an improvement in amplification efficiency of a template nucleic acid in an isothermal amplification reaction system using a substituted polymerase.
鎖置換能を有するポリメラーゼをさらに含む請求項8に記載のキット。   The kit according to claim 8, further comprising a polymerase having strand displacement ability.
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