JP2011135823A - Oligonucleotide probe and use of the same - Google Patents

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Hiroyuki Asanuma
浩之 浅沼
Okikuni Yana
興国 梁
Kei Kashida
啓 樫田
Yuichi Hara
雄一 原
Yasuko Yoshida
安子 吉田
Shigeki Kira
茂樹 吉良
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fluorescent oligonucleotide probe which has high design freedom and high versatility. <P>SOLUTION: The oligonucleotide probe forms a stem and a loop, and comprises at least one fluorophore as shown in formula (1) which is arranged between adjacent nucleotides of the stem and at least one quencher connected to a unit arranged in a region corresponding to the at least one fluorophore between the adjacent nucleotides of the stem. In the formula, X represents the fluorophore, R1 represents an alkylene chain whose carbon number is 2 or 3 and which may be substituted, R2 represents an alkylene chain whose carbon number is 0 to 2 and which may be substituted, and Z represents direct coupling or a linking group. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、オリゴヌクレオチドプローブ及びその利用に関する。   The present invention relates to an oligonucleotide probe and use thereof.

オリゴヌクレオチドプローブには、蛍光を自己生成するプローブがある。こうした蛍光自己生成プローブとして、モレキュラービーコンが知られている。モレキュラービーコンは、標的核酸をハイブリダイズすると検出可能な蛍光シグナルを発するオリゴヌクレオチドである(特許文献1)。モレキュラービーコンは、ステム・ループ構造を有しており、蛍光物質(フルオロホア)と蛍光発色阻害物質(クエンチャー)とを両末端に有する人工オリゴヌクレオチドである。モレキュラービーコンは、通常、単鎖の状態では、ステム領域が二重鎖を形成し、両末端に導入したフルオロホアとクエンチャーとが互いに近接する結果、フルオロホアの蛍光がクエンチャーにより消光されている。一方、プローブ中のループ領域の塩基配列と相補的であるオリゴヌクレオチドとハイブリダイゼーションしたときには、フルオロホアとクエンチャーとが引き離されて蛍光シグナルが発せられる。このようなモレキュラービーコンをプローブとして用いることで、ターゲットを蛍光標識しなくても標的核酸とのハイブリダイゼーションを検出することができる。   Oligonucleotide probes include probes that self-generate fluorescence. Molecular beacons are known as such fluorescent self-generated probes. A molecular beacon is an oligonucleotide that emits a detectable fluorescent signal when hybridized with a target nucleic acid (Patent Document 1). Molecular beacons are artificial oligonucleotides having a stem-loop structure and having a fluorescent substance (fluorophore) and a fluorescent coloring inhibitor (quencher) at both ends. In the molecular beacon, normally, in a single-stranded state, the stem region forms a double strand, and as a result of the fluorophore and quencher introduced at both ends being close to each other, the fluorescence of the fluorophore is quenched by the quencher. On the other hand, when hybridizing with an oligonucleotide complementary to the base sequence of the loop region in the probe, the fluorophore and the quencher are separated and a fluorescent signal is emitted. By using such a molecular beacon as a probe, hybridization with a target nucleic acid can be detected without fluorescently labeling the target.

従来この種のモレキュラービーコンは、リアルタイムPCR等において増幅産物の検出に用いられるなど液相反応を主体に用いられている。   Conventionally, this type of molecular beacon is mainly used for a liquid phase reaction, for example, for detecting an amplification product in real-time PCR or the like.

特開2004−329209号公報JP 2004-329209 A

モレキュラービーコンは、ステムの融解温度より十分低い温度では安定したステムを形成して消光するが、標的核酸が存在すると標的核酸とのハイブリダイゼーションによりステムが開いてフルオロホアに基づく蛍光を発する。しかしながら、このような標的核酸との挙動及び発色強度は、温度によって大きく変化する。すなわち、ステムの融解温度よりも低い温度条件下で標的核酸が存在するとモレキュラービーコンは標的核酸と二重鎖を形成して蛍光を発するが、温度が上がれば、モレキュラービーコンは、標的核酸から離れて消光してしまう。したがって、標的核酸非存在時の消光状態を確保してバックグラウンドを低下させるためには、ステムの融解温度を十分に高くして安定した消光状態を形成させるようにする必要がある。同時に、標的核酸とモレキュラービーコンとハイブリダイズをより確実に検出するには、モレキュラービーコンと標的核酸との融解温度をできるだけ高くしステムの融解温度に近づけることが好ましい。   The molecular beacon forms a stable stem at a temperature sufficiently lower than the melting temperature of the stem and quenches. However, when the target nucleic acid is present, the stem is opened by hybridization with the target nucleic acid and emits fluorescence based on the fluorophore. However, the behavior and color intensity with such a target nucleic acid greatly vary depending on the temperature. That is, when a target nucleic acid is present under a temperature lower than the melting temperature of the stem, the molecular beacon forms a double strand with the target nucleic acid and emits fluorescence, but when the temperature rises, the molecular beacon moves away from the target nucleic acid. It will be extinguished. Therefore, in order to secure a quenching state in the absence of the target nucleic acid and reduce the background, it is necessary to raise the stem melting temperature sufficiently to form a stable quenching state. At the same time, in order to more reliably detect hybridization between the target nucleic acid and the molecular beacon, it is preferable to increase the melting temperature of the molecular beacon and the target nucleic acid as close as possible to the melting temperature of the stem.

しかしながら、モレキュラービーコン全体の長さにはある程度制限があるため、ステムの融解温度を上げるためにステムを長くすると、プローブの設計自由度が低下し標的核酸の検出特異性が低下するおそれがあった。   However, since the length of the entire molecular beacon is limited to some extent, if the stem is lengthened to increase the melting temperature of the stem, the probe design freedom may be reduced and the detection specificity of the target nucleic acid may be reduced. .

また、特に、多種類の標的核酸にそれぞれ対応して検出するモレキュラービーコンを固相担体に固定化したモレキュラービーコンアレイを考慮したとき、検出精度を確保するためには、ステムの融解温度を高めるとともに十分に長い標的核酸とハイブリダイズ可能に設計するのが好ましい。しかしながら、上記した同様の理由から、モレキュラービーコンでこれらの双方を同時に実現することは困難であった。   In particular, when considering a molecular beacon array in which molecular beacons to be detected corresponding to various types of target nucleic acids are immobilized on a solid phase carrier, in order to ensure detection accuracy, the melting temperature of the stem is increased. It is preferable to design such that it can hybridize with a sufficiently long target nucleic acid. However, for the same reason as described above, it has been difficult to simultaneously realize both of these with a molecular beacon.

すなわち、従来のモレキュラービーコンでは、バックグラウンドを抑制しつつ標的核酸に対する特異性を確保することは極めて困難であった。   That is, with the conventional molecular beacon, it is extremely difficult to ensure the specificity for the target nucleic acid while suppressing the background.

そこで、本発明は、より設計自由度が高く汎用性の高い蛍光オリゴヌクレオチドプローブ及びその利用を提供することをその目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a fluorescent oligonucleotide probe with higher design flexibility and versatility and use thereof.

本発明者らは、ステムの形成に伴うによる近接効果及び標的核酸との二重鎖形成による離反効果にのみ大きく依存して消光・発光するのでなく、ステムの形成によって近接されることで安定なスタック構造を形成できるようにフルオロホアとクエンチャーとを配置することにより、より確実に消光できしかもステム熱的安定性を向上できるという知見を得た。また、標的核酸との二重鎖形成時にフルオロホアを標的核酸との二重鎖内にくるようにすることで発光を増強できる場合があるという知見を得た。これらの知見に基づき本発明者らは、本発明を完成するに至った。本明細書の開示によれば、以下の手段が提供される。   The present inventors do not quench or emit light largely depending only on the proximity effect caused by the formation of the stem and the separation effect caused by the formation of the double strand with the target nucleic acid, but are stable when approached by the formation of the stem. It was found that by arranging the fluorophore and the quencher so that a stack structure can be formed, quenching can be performed more reliably and stem thermal stability can be improved. In addition, it has been found that there is a case where luminescence can be enhanced by placing the fluorophore in the duplex with the target nucleic acid when the duplex with the target nucleic acid is formed. Based on these findings, the present inventors have completed the present invention. According to the disclosure of the present specification, the following means are provided.

本明細書の開示によれば、ステム及びループを形成可能なオリゴヌクレオチドプローブであって、前記ステムの隣り合うヌクレオチド間に配置される以下の式(1)で表されるユニットに連結される少なくとも1個のフルオロホアと、
(式中、Xはフルオロホアを表し、R1は、炭素数が2又は3であって置換されていてもよいアルキレン鎖を表し、R2は、炭素数が0以上2以下であって置換されていてもよいアルキレン鎖を表し、Zは、直接の結合又は連結基を表す。)
前記ステムの隣り合うヌクレオチド間の前記少なくとも1個のフルオロホアと対合可能な部位に配置される以下の式(2)で表されるユニットに連結される少なくとも2個のクエンチャーと、
(式中、Yはクエンチャーを表し、R1は、炭素数が2又は3であって置換されていてもよいアルキレン鎖を表し、R2は、炭素数が0以上2以下であって置換されていてもよいアルキレン鎖を表し、Zは、直接の結合又は連結基を表す。)
を備える、プローブが提供される。なお、上記式(1)及び(2)において、ホスホジエステル結合におけるリン酸基(PO3 -)は、非解離型(PO3H)であってもよい。
According to the disclosure of the present specification, an oligonucleotide probe capable of forming a stem and a loop, which is connected to a unit represented by the following formula (1) arranged between adjacent nucleotides of the stem: One fluorophore,
(In the formula, X represents a fluorophore, R 1 represents an alkylene chain having 2 or 3 carbon atoms and may be substituted, and R 2 has 0 to 2 carbon atoms and is substituted. And Z represents a direct bond or a linking group.
At least two quenchers connected to a unit represented by the following formula (2) arranged at a site capable of pairing with the at least one fluorophore between adjacent nucleotides of the stem;
(In the formula, Y represents a quencher, R 1 represents an alkylene chain having 2 or 3 carbon atoms and may be substituted, and R 2 has 0 to 2 carbon atoms and is substituted. Represents an alkylene chain which may be substituted, and Z represents a direct bond or a linking group.)
A probe is provided. In the above formulas (1) and (2), the phosphate group (PO 3 ) in the phosphodiester bond may be non-dissociated (PO 3 H).

本明細書の開示のオリゴヌクレオチドプローブにおいて、前記フルオロホアは、標的核酸と特異的にハイブリダイゼーションする塩基配列を構成するヌクレオチド鎖の内部に配置されていることが好ましい。本明細書に開示のオリゴヌクレオチドプローブにおいては、前記フルオロホアは、シアニン系色素、メロシアニン系色素、縮合芳香族環系色素及びキサンテン系色素からなる群から選択されるいずれかであり、前記クエンチャーは、アゾ系色素からなる群から選択されるいずれかであることが好ましい。より好ましくは、前記フルオロホアは、Cy3、Cy5、 チアゾールオレンジ、オキサゾールイエロー、ペリレン、フルオレッセイン、ローダミン、テトラメチルローダミン及びテキサスレッドからなる群から選択されるいずれかであり、前記クエンチャーは、メチルレッド、アゾベンゼン及びメチルチオアゾベンゼンから選択されるいずれかであることが好ましい。   In the oligonucleotide probe disclosed in the present specification, the fluorophore is preferably arranged inside a nucleotide chain constituting a base sequence that specifically hybridizes with a target nucleic acid. In the oligonucleotide probe disclosed in the present specification, the fluorophore is any one selected from the group consisting of a cyanine dye, a merocyanine dye, a condensed aromatic ring dye, and a xanthene dye, and the quencher is And any one selected from the group consisting of azo dyes. More preferably, the fluorophore is any one selected from the group consisting of Cy3, Cy5, thiazole orange, oxazole yellow, perylene, fluorescein, rhodamine, tetramethylrhodamine and Texas red, and the quencher is methyl It is preferably any one selected from red, azobenzene and methylthioazobenzene.

また、前記フルオロホアは、縮合芳香環系色素であり、前記クエンチャーは、アントラキノン又はその誘導体であることが好ましく、前記フルオロホアはペリレンであり、前記クエンチャーはアントラキノンであることがより好ましい。   The fluorophore is a condensed aromatic ring dye, the quencher is preferably anthraquinone or a derivative thereof, the fluorophore is perylene, and the quencher is more preferably anthraquinone.

また、本明細書の開示のオリゴヌクレオチドプローブは、一つの前記ステムと一つの前記ループを形成可能であることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the oligonucleotide probe of this specification can form one said stem and one said loop.

本明細書の開示によれば、標的核酸を検出するためのプローブ固定化体であって、固相担体と、前記標的核酸の少なくとも一部と特異的にハイブリダイゼーション可能な塩基配列を有し、前記固相担体に保持された上記いずれのオリゴヌクレオチドプローブと、を備える、固定化体が提供される。本明細書に開示のプローブ固定化体において、前記固相担体は、プレート状体であることが好ましい。また、本明細書に開示のプローブ固定化体は、複数の標的核酸をそれぞれ検出可能な複数のオリゴヌクレオチドプローブをアレイ状に備えることが好ましい。また、本明細書に開示のプローブ固定化体は、SNPs又は遺伝子変異の検出用であることが好ましい。   According to the disclosure of the present specification, a probe-immobilized body for detecting a target nucleic acid, which has a base sequence capable of specifically hybridizing with a solid phase carrier and at least a part of the target nucleic acid, An immobilized body comprising any of the above oligonucleotide probes held on the solid phase carrier is provided. In the probe-immobilized body disclosed in the present specification, the solid phase carrier is preferably a plate-like body. Moreover, it is preferable that the probe fixed body disclosed in this specification includes a plurality of oligonucleotide probes capable of detecting a plurality of target nucleic acids in an array. In addition, the probe-immobilized body disclosed in the present specification is preferably used for detection of SNPs or gene mutations.

本明細書の開示によれば、標的核酸の検出方法であって、本明細書に開示のオリゴヌクレオチドプローブであって、前記標的核酸の少なくとも一部と特異的にハイブリダイゼーション可能な塩基配列を有するオリゴヌクレオチドプローブを用いて、前記オリゴヌクレオチドプローブの前記フルオロホアに基づくシグナルを検出する、方法が提供される。   According to the disclosure of the present specification, there is provided a method for detecting a target nucleic acid, the oligonucleotide probe disclosed in the present specification, having a base sequence capable of specifically hybridizing with at least a part of the target nucleic acid. A method is provided that uses an oligonucleotide probe to detect a signal based on the fluorophore of the oligonucleotide probe.

本明細書の開示の検出方法においては、複数の標的核酸に対応してハイブリダイゼーション可能な複数の前記オリゴヌクレオチドプローブを固相担体上に保持した固定化体を用いることが好ましい。   In the detection method disclosed in the present specification, it is preferable to use an immobilized body in which a plurality of oligonucleotide probes capable of hybridization corresponding to a plurality of target nucleic acids are held on a solid phase carrier.

本明細書の開示のオリゴヌクレオチドプローブの概要をその一例を挙げて説明する図である。It is a figure explaining the outline | summary of the oligonucleotide probe of an indication of this specification, giving the example. 本明細書の開示のオリゴヌクレチドプローブをモレキュラービーコン型プローブとした場合の一例を示す図である。It is a figure which shows an example at the time of making the oligonucleotide probe of an indication of this specification into a molecular beacon type probe. チアゾールオレンジを備える各種オリゴヌクレオチドの吸収スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the absorption spectrum of various oligonucleotides provided with thiazole orange. チアゾールオレンジを備える各種オリゴヌクレオチドの蛍光スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the fluorescence spectrum of various oligonucleotides provided with thiazole orange. ペリレンを備えるオリゴヌクレオチドの蛍光スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the fluorescence spectrum of oligonucleotide provided with perylene.

本明細書の開示は、蛍光オリゴヌクレオチドプローブに関し、さらに、当該プローブの固定化体、当該プローブを利用した標的核酸の検出方法に関する。本明細書に開示のオリゴヌクレオチドプローブによれば、標的核酸が存在しないときには、ステムにおいて1個のフルオロホアと2個のクエンチャーが安定したスタック構造を形成して熱的安定性を高めるとともに安定的に消光する。一方、標的核酸が存在するときには、オリゴヌクレオチドプローブは、その中の標的核酸と特異的にハイブリダイゼーションする塩基配列を構成するヌクレオチド鎖(以下、プローブ配列ともいう。)において、標的核酸とハイブリダイゼーションする。この結果、ステムが崩壊し、フルオロホアはクエンチャーにより消光されなくなり蛍光を発する。   The present disclosure relates to a fluorescent oligonucleotide probe, and further relates to an immobilized body of the probe and a method for detecting a target nucleic acid using the probe. According to the oligonucleotide probe disclosed herein, in the absence of a target nucleic acid, one fluorophore and two quenchers form a stable stack structure in the stem to increase thermal stability and stability. Quench the light. On the other hand, when a target nucleic acid is present, the oligonucleotide probe hybridizes with the target nucleic acid in a nucleotide chain constituting a base sequence that specifically hybridizes with the target nucleic acid (hereinafter also referred to as probe sequence). . As a result, the stem collapses, and the fluorophore is not quenched by the quencher and emits fluorescence.

本明細書の開示のオリゴヌクレオチドプローブによれば、ステムがフルオロホアとクエンチャーとにより熱的に安定化されているため、より高い融解温度を得やすくなり、しかもより長いあるいはより多様な標的核酸(プローブ配列)を選択することができる。このため、標的核酸の種類、ハイブリダイゼーション条件に応じて、オリゴヌクレオチドプローブをより高い自由度で設計できる汎用性に優れたオリゴヌクレオチドプローブが提供される。また、1個のフルオロホアに対して2個のクエンチャーを対合させることにより、バックグラウンドレベルをより低減してより高い感度で標的核酸を検出できる。   According to the oligonucleotide probes disclosed herein, the stem is thermally stabilized by a fluorophore and a quencher, which makes it easier to obtain a higher melting temperature and a longer or more diverse target nucleic acid ( Probe sequence) can be selected. For this reason, the oligonucleotide probe excellent in the versatility which can design an oligonucleotide probe with a high freedom degree according to the kind of target nucleic acid and hybridization conditions is provided. In addition, by combining two quenchers with one fluorophore, the target nucleic acid can be detected with higher sensitivity by reducing the background level.

さらに、フルオロホアとクエンチャーとを、従来のモレキュラービーコンのようにその両末端に位置させる必要がないため、固相担体への固定化が容易であり、固定化による消光や蛍光への影響を回避又は抑制できる。   In addition, it is not necessary to place the fluorophore and quencher at both ends like conventional molecular beacons, so it is easy to immobilize on a solid support, avoiding quenching and fluorescence effects due to immobilization. Or it can be suppressed.

以下、本明細書に開示される手段の実施形態として、蛍光オリゴヌクレオチドプローブ、その固定化体及び標的核酸の検出方法について、適宜図面を参照しながら説明する。図1は、本明細書の開示の蛍光オリゴヌクレオチドプローブの一例としてのモレキュラービーコン型プローブの作用を示す図であり、図2は、モレキュラービーコン型プローブを固相担体上に備えた状態の一例を示す図である。   Hereinafter, as an embodiment of the means disclosed in this specification, a fluorescent oligonucleotide probe, an immobilized body thereof, and a method for detecting a target nucleic acid will be described with reference to the drawings as appropriate. FIG. 1 is a diagram showing the action of a molecular beacon probe as an example of the fluorescent oligonucleotide probe disclosed in the present specification, and FIG. 2 is an example of a state in which a molecular beacon probe is provided on a solid phase carrier. FIG.

なお、本明細書においてオリゴヌクレオチドは、検出しようとする天然、天然由来の及び非天然のDNAやRNAとハイブリダイゼーションする機能を発揮可能に天然あるいは非天然の塩基、ヌクレオチドやヌクレオシドを備えるものであればよい。また、オリゴヌクレオチドは、プローブとしての用途を考慮するとおおよそ10mer〜100mer程度を意味するが、特にその数を限定するものではなく100merを越える場合であっても、本明細書においてオリゴヌクレオチドプローブに含まれる。また、本明細書において標的核酸とは、採取源等特に限定するものではなく、検出しようとする天然、天然由来のあるいは非天然のDNA(1重鎖であっても2重鎖であってもよい。)やRNA(1重鎖であっても、2重鎖であってもよい)、あるいはこれらのキメラ及びハイブリットとすることができる。なお、天然由来のDNAとは、天然のDNAの塩基配列に基づいて遺伝子工学的、酵素合成にあるいは化学合成により作製したDNAを意味する。   In the present specification, the oligonucleotide may have a natural or non-natural base, nucleotide or nucleoside so that it can function to hybridize with the natural, naturally-derived and non-natural DNA or RNA to be detected. That's fine. In addition, the oligonucleotide means about 10 mer to 100 mer in consideration of the use as a probe, but the number is not particularly limited, and even if it exceeds 100 mer, it is included in the oligonucleotide probe in this specification. It is. In addition, the target nucleic acid in the present specification is not particularly limited to a collection source or the like, and natural, naturally-derived or non-natural DNA to be detected (whether single-stranded or double-stranded). Or RNA (which may be single-stranded or double-stranded), or a chimera or hybrid thereof. Naturally-derived DNA means DNA produced by genetic engineering, enzymatic synthesis or chemical synthesis based on the base sequence of natural DNA.

(オリゴヌクレオチドプローブ)
本明細書に開示のオリゴヌクレオチドプローブは、図1及び図2に示すように、ステム及びループを形成可能であり、そのステムにおいてフルオロホアとクエンチャーとを備えている。
(Oligonucleotide probe)
As shown in FIGS. 1 and 2, the oligonucleotide probe disclosed in the present specification can form a stem and a loop, and includes a fluorophore and a quencher in the stem.

本明細書に開示のオリゴヌクレオチドプローブは、少なくとも1個のステムと少なくとも1個のループを形成可能であればよく、それぞれを複数個形成可能であってもよい。したがって、図1及び図2に示すように1個のステムと1個のループとを備えるいわゆるモレキュラービーコン型のプローブを形成可能であってもよいし、tRNAあるいはその類の構造体などの、複数のステム及び複数のループを形成可能であってもよい。後述するように、本明細書に開示のオリゴヌクレオチドプローブは、最も簡易なモレキュラービーコン型を採ることでも、十分な検出特異性を得ることができる。   The oligonucleotide probe disclosed in the present specification may be capable of forming at least one stem and at least one loop, and may be capable of forming a plurality of each. Therefore, as shown in FIG. 1 and FIG. 2, it may be possible to form a so-called molecular beacon type probe having one stem and one loop, or a plurality of tRNAs or similar structures. And a plurality of loops may be formed. As will be described later, the oligonucleotide probe disclosed in the present specification can obtain sufficient detection specificity even by adopting the simplest molecular beacon type.

なお、本明細書に開示のオリゴヌクレオチドプローブがステム及びループを形成可能であるとは、互いに対合して少なくとも1個のステムを形成する一対のステム形成鎖を備えるとともに、当該ステム形成鎖によって形成されるステムに連続してループを形成するループ形成鎖を備えていることが意味している。本明細書において、単にステム又はループに言及するとき、これらが形成された状態を意図している。   In addition, the oligonucleotide probe disclosed in the present specification is capable of forming a stem and a loop, and includes a pair of stem-forming strands that pair with each other to form at least one stem. It means that the stem to be formed has a loop-forming chain that continuously forms a loop. In this specification, when only referring to a stem or loop, it is intended that these are formed.

ステムを形成するステム形成鎖の長さは特に限定しないが、それぞれのステム形成鎖は、4以上9以下の塩基対を形成する鎖長とすることができる。モレキュラービーコン型プローブとしては、8以上40以下の塩基対を形成する鎖長とすることが好ましく、より好ましくは15以上30以下である。なお、本明細書に開示のオリゴヌクレオチドプローブにおけるステムは、オリゴヌクレオチド鎖の両末端側で構成されるものに限定されない。一方のステム形成鎖がオリゴヌクレオチドプローブの末端以外の部分にあって他方のステム形成鎖が当該プローブ末端にあってもよいし、双方のステム形成鎖がプローブ末端以外の部分にあってもよい。   Although the length of the stem-forming chain | strand which forms a stem is not specifically limited, Each stem-forming chain | strand can be made into the chain length which forms 4 or more and 9 or less base pairs. The molecular beacon type probe preferably has a chain length that forms 8 to 40 base pairs, more preferably 15 to 30. In addition, the stem in the oligonucleotide probe disclosed in the present specification is not limited to one configured on both ends of the oligonucleotide chain. One stem-forming strand may be at a portion other than the end of the oligonucleotide probe and the other stem-forming strand may be at the probe end, or both stem-forming strands may be at portions other than the probe end.

また、ループを形成可能なループ鎖の長さも特に限定しないが、5以上40以下程度とすることができる。例えば、モレキュラービーコンとしては、8以上30以下とすることが好ましく、より好ましくは10以上20以下である。   Moreover, the length of the loop chain capable of forming a loop is not particularly limited, but may be about 5 or more and 40 or less. For example, the molecular beacon is preferably 8 or more and 30 or less, more preferably 10 or more and 20 or less.

本明細書に開示のオリゴヌクレオチドプローブは、少なくとも1個のステムの一方のステム形成鎖に少なくとも一つのフルオロホアを備え、他方のステム形成鎖に少なくとも2つのクエンチャーを備えており、一つのフルオロホアに対して2つのクエンチャーが対合可能に配置されている。すなわち、一つのフルオロホアと2つのフルオロホアからなる対合ユニットを、ステムにおいて形成可能となっている。対合ユニットの数や配置形態は特に限定されない。図1に示すように、対合ユニットはステムにおいて1個であってもよいし、2個以上であってもよい。また、対合ユニットは、例えば、図1に示すように、一方のステム形成鎖において一つのフルオロホアを備え、他方のステム形成鎖に2つのクエンチャーを備えて、対合ユニットを形成できるが、この対合ユニットに加えて、一方のステム形成鎖に複数のフルオロホアを備え、他方のステム形成鎖に複数のクエンチャー(複数のフルオロホアの2倍数)を備えて、フルオロホアの個数に対応する対合ユニットを形成してもよい。さらに、一方のステム形成鎖に一つの対合ユニットのフルオロホアを備え、他の一つの対合ユニットのクエンチャーを備えるようにしてもよい。   The oligonucleotide probes disclosed herein comprise at least one fluorophore on one stem-forming strand of at least one stem and at least two quenchers on the other stem-forming strand, On the other hand, two quenchers are arranged to be pairable. That is, a pairing unit composed of one fluorophore and two fluorophores can be formed in the stem. The number and arrangement form of the pairing units are not particularly limited. As shown in FIG. 1, the number of pairing units may be one in the stem, or two or more. In addition, as shown in FIG. 1, for example, the pairing unit includes one fluorophore in one stem-forming strand and two quenchers in the other stem-forming strand to form a pairing unit. In addition to this pairing unit, one stem-forming strand is equipped with multiple fluorophores, and the other stem-forming strand is equipped with multiple quenchers (twice multiple fluorophores) to match the number of fluorophores A unit may be formed. Furthermore, one stem-forming strand may be provided with a fluorophore of one pairing unit, and a quencher of another pairing unit may be provided.

こうした対合ユニットを形成可能とすることで、プローブの末端でなく、より内側で、5’末端または3’末端から3塩基相当部位あるいは4塩基相当部位より内側となるようなステム内位置でも感度よくターゲット配列を検出できるようになる。すなわち、オリゴヌクレオチドの配列中にあってもその配列に依存性を抑制できる。また、ターゲット配列がループからステムに及ぶような場合であっても、感度よく、ターゲット配列を検出できるようになる。   By making such a pairing unit formable, it is sensitive even at the position in the stem that is not on the end of the probe but on the inner side of the probe from the 5 'or 3' end to the 3 base equivalent site or the 4 base equivalent site. The target sequence can be detected well. That is, even in the oligonucleotide sequence, dependence on the sequence can be suppressed. Even when the target sequence extends from the loop to the stem, the target sequence can be detected with high sensitivity.

一つのステムにおいて複数個の対合ユニットを形成可能とする場合、異種類のフルオロホアを用いることもできるが、好ましくは、同一波長域で検出可能な蛍光を発し、同程度に消光するフルオロホアの組み合わせを用いることが好ましい。より好ましくは、同一のフルオロホアを用いる。また、一つの対合ユニットにおいて2つのクエンチャーは消光可能である限り、同つであっても異なっているもよいが、同一であってもよい。   When a plurality of pairing units can be formed in one stem, different types of fluorophores can be used, but preferably a combination of fluorophores that emit fluorescence that can be detected in the same wavelength range and quench to the same extent. Is preferably used. More preferably, the same fluorophore is used. Further, as long as two quenchers can be quenched in one pairing unit, they may be the same or different but may be the same.

一つの対合ユニットを構成する2つのクエンチャーは、一つのステム形成鎖に連続して備えられている。すなわち、2つのクエンチャー間には、ヌクレオチドを含んでいない。複数の対合ユニットを形成可能とする場合には、隣合う対合ユニットの同一のステム形成鎖上のフルオロホアの間には1以上のヌクレオチドがあってもよいし、なくてもよいが、フルオロホアの会合によるクエンチが起きる場合は、ヌクレオチドが1以上あるほうが好ましい。同様に、隣合う対合ユニットの同一のステム形成鎖上のクエンチャーの間には1以上のヌクレオチドがあってもよいし、なくてもよい。介在されるヌクレオチドにおける塩基は、特に限定しないで、プリン系塩基及び/又はピリミジン系塩基から選択されてもよいし、人工的に合成された塩基であってもよい。   Two quenchers constituting one pairing unit are continuously provided on one stem-forming strand. That is, no nucleotide is included between the two quenchers. If multiple pairing units can be formed, one or more nucleotides may or may not be present between the fluorophores on the same stem-forming strand of adjacent pairing units. In the case of quenching due to the association, it is preferable that there are one or more nucleotides. Similarly, there may or may not be one or more nucleotides between quenchers on the same stem-forming strand of adjacent pairing units. The base in the intervening nucleotide is not particularly limited, and may be selected from purine bases and / or pyrimidine bases, or may be an artificially synthesized base.

また、対合するステム形成鎖において、フルオロホア及びクエンチャーは、いずれもオリゴヌクレオチドプローブの5’末端及び3’末端よりも外側に連結されるものではない。フルオロホア及びクエンチャーは、最も末端側にある場合であっても、最末端のヌクレオチドよりも内側(最末端が5’末端の場合にはより3’側に、同3’末端の場合にはより5’末端側に)に備えられている。   Further, in the paired stem-forming strands, neither the fluorophore nor the quencher is linked outside the 5 'end and 3' end of the oligonucleotide probe. Even when the fluorophore and quencher are located at the most terminal side, they are located inside the most terminal nucleotide (more 3 'when the most terminal is the 5' end, more when the 3 'end is the same). At the 5 ′ end).

フルオロホアは、上記のとおりステム内に配置されるが、好ましくは、オリゴヌクレオチドプローブのプローブ配列の内部に配置される。フルオロホアは、その種類により標的核酸とのハイブリダイゼーションにより二重鎖を形成したとき、その二重鎖内にインターカレーションされることで、蛍光が増強されることがあるからである。このようなフルオロホアについては後述する。   The fluorophore is located in the stem as described above, but is preferably located within the probe sequence of the oligonucleotide probe. This is because, when the fluorophore forms a double strand by hybridization with a target nucleic acid depending on the type, the fluorescence may be enhanced by intercalation within the double strand. Such a fluorophore will be described later.

フルオロホア及びクエンチャーは、また、隣接するヌクレオチドの塩基の種類やさらにそのヌクレオチドに隣接する遠位のヌクレオチドの塩基種類も特に限定されない。   The fluorophore and quencher are also not particularly limited in the type of bases of adjacent nucleotides and in the base type of distal nucleotides adjacent to the nucleotides.

フルオロホアは、ステム形成鎖のヌクレオチド間に式(1)で表されるユニットにXとして含まれている。フルオロホア(X)は、ユニットの一部としてあるいはY以外のユニット部分に連結されて、結果としてステムに備えられる。式(1)における、R1は、炭素数が2又は3であって置換されていてもよいアルキレン鎖を意味している。R2は、炭素数が0以上2以下であって置換されていてもよいアルキレン鎖を意味している。ただし、R2は、R1のポリアルキレン鎖の5’側の酸素原子から2つ目の炭素原子に結合していることが好ましい。Zは、直接の結合であってもよいし、フルオロホアとの連結基であり特に限定されない。例えば、−NHCO−、NHCS−、CONH−、−O−等あるいはこれらの基を含むものが挙げられる。   The fluorophore is contained as X in the unit represented by the formula (1) between the nucleotides of the stem-forming strand. The fluorophore (X) is connected to a unit part other than Y as a part of the unit, and is consequently provided in the stem. In the formula (1), R1 means an alkylene chain which has 2 or 3 carbon atoms and may be substituted. R2 means an alkylene chain which has 0 to 2 carbon atoms and may be substituted. However, R2 is preferably bonded to the second carbon atom from the oxygen atom on the 5 'side of the polyalkylene chain of R1. Z may be a direct bond or a linking group with a fluorophore and is not particularly limited. For example, -NHCO-, NHCS-, CONH-, -O- etc. or those containing these groups can be mentioned.

上記R1〜R2の置換基としては、未置換の又はハロゲン原子、水酸基、アミノ基、ニトロ基、カルボキシ基で当業者で置換された炭素数1〜20、好ましくは1〜10、より好ましくは1〜4のアルキル基又はアルコキシ基;未置換又はハロゲン原子、水酸基、アミノ基、ニトロ基、カルボキシ基等で置換された炭素原子2〜20、好ましくは2〜10、より好ましくは2〜4のアルケニル基若しくはアルキニル基;水酸基、ハロゲン原子、アミノ基、ニトロ基又はカルボキシ基等が挙げられる。さらに、水酸基、ハロゲン原子、アミノ基、ニトロ基又はカルボキシ基が挙げられる。R1の置換基は、アルキレン鎖のいずれの炭素原子に連結されていてもよいが、R2と同様に、5’の酸素から2つ目又は3つ目の炭素原子に連結されることが好ましい。   The substituents for R1 to R2 are unsubstituted or substituted with a halogen atom, hydroxyl group, amino group, nitro group, or carboxy group by a person skilled in the art, preferably 1 to 10, and more preferably 1 Alkyl group or alkoxy group of ˜4; carbon atom of 2-20, preferably 2-10, more preferably 2-4, unsubstituted or substituted with halogen atom, hydroxyl group, amino group, nitro group, carboxy group, etc. Group or alkynyl group; a hydroxyl group, a halogen atom, an amino group, a nitro group, a carboxy group, and the like. Furthermore, a hydroxyl group, a halogen atom, an amino group, a nitro group or a carboxy group can be mentioned. The substituent of R1 may be linked to any carbon atom of the alkylene chain, but is preferably linked to the second or third carbon atom from the 5 'oxygen as in R2.

ステムにおいて対合されるフルオロホア及びクエンチャーに関し、式(1)及び式(2)における、R1におけるアルキレン鎖の炭素数は、同一であっても異なっていてもよい。   Regarding the fluorophore and quencher paired in the stem, the carbon number of the alkylene chain in R 1 in formula (1) and formula (2) may be the same or different.

例えば、式(1)又は式(2)で表されるユニットとして以下のものが挙げられる。   For example, the following are mentioned as a unit represented by Formula (1) or Formula (2).

式(1)においてXはフルオロホアを表す。フルオロホアは、シアニン系色素、メロシアニン系色素、アクリジン系色素、クマリン系色素、エチジウム系色素、フラビン系色素、縮合芳香環系色素、キサンテン系色素等が挙げられ、これらから適宜選択して使用できる。なかでも、シアニン系色素、クマリン系色素、エチジウム系色素、縮合芳香族環色素、キサンテン系色素が好ましく用いることができる。より好ましくは、Cy3,Cy5,チアゾールオレンジ、オキサゾールイエロー、ペリレン、フルオレッセイン、ローダミン、テトラメチルローダミン及びテキサスレッドからなる群から選択されるいずれかである。なかでもチアゾールオレンジなどのシアニン系色素をもちいることが好ましい。フルオロホアとして使用する化合物は、式(1)で表されるユニットに連結されるために適宜誘導体化されていてもよいし、クエンチャーとの対合を考慮して連結基との間に、置換されていてもよいアルキレン鎖、アルケニレン基、アルキニレン基が付与されていてもよい。また、式(1)で表されるユニットに対して連結されるフルオロホア上の原子は特に限定されない。   In the formula (1), X represents a fluorophore. Examples of the fluorophore include cyanine dyes, merocyanine dyes, acridine dyes, coumarin dyes, ethidium dyes, flavin dyes, condensed aromatic ring dyes, xanthene dyes, and the like. Of these, cyanine dyes, coumarin dyes, ethidium dyes, condensed aromatic ring dyes, and xanthene dyes can be preferably used. More preferably, it is any selected from the group consisting of Cy3, Cy5, thiazole orange, oxazole yellow, perylene, fluorescein, rhodamine, tetramethylrhodamine and Texas red. Among these, it is preferable to use a cyanine dye such as thiazole orange. The compound used as the fluorophore may be appropriately derivatized in order to be linked to the unit represented by the formula (1), or may be substituted between the linking group in consideration of pairing with the quencher. An alkylene chain, an alkenylene group or an alkynylene group which may be formed may be added. Moreover, the atom on the fluorophore connected with respect to the unit represented by Formula (1) is not specifically limited.

インターカレーションにより蛍光が増強するフルオロホアとしては、チアゾールオレンジ、オキサゾールオレンジ、ペリレン等が挙げられる。これらのフルオロホアは、プローブ配列内部に配置させてインターカレートさせることが好ましい。一方、フルオロホアやR1、R2の組み合わせにより、フルオロホアの蛍光強度がインターカレートによって減少する場合には、フルオロホアはインターカレートしないようにし、反対にクエンチャーがインターカレートするようにビーコンを設計する方が好ましい。   Examples of fluorophores whose fluorescence is enhanced by intercalation include thiazole orange, oxazole orange, and perylene. These fluorophores are preferably disposed within the probe sequence and intercalated. On the other hand, if the fluorescence intensity of the fluorophore is reduced by intercalation due to the combination of fluorophore, R1, and R2, the beacon is designed so that the fluorophore does not intercalate and conversely the quencher intercalates. Is preferred.

式(1)において連結されるフルオロホア(X)としては以下ものが挙げられる。なお、以下の例の各種化合物は例示であり、水素原子はいずれも適宜置換基で置換されていてもよい。また、連結基への連結部分(点線部分)において、置換されていてもよいアルキレン基、アルケニレン基、アルキニレン基を介在させてもよい。   Examples of the fluorophore (X) linked in the formula (1) include the following. In addition, the various compounds of the following examples are illustrations, and all the hydrogen atoms may be appropriately substituted with a substituent. In addition, an alkylene group, alkenylene group, or alkynylene group which may be substituted may be interposed in a connecting portion (dotted line portion) to the connecting group.

クエンチャーは、ステム形成鎖のヌクレオチド間に以下の式(2)で表されるユニットに含まれている。すなわち、クエンチャー(Y)は、ユニットの一部としてあるいはY以外のユニット部分に連結されて、結果としてステムに備えられる。式(2)における、R1、R2及びZは、式(1)におけるのと同義である。また、R1〜R2の置換基も式(1)におけるのと同義である。   The quencher is contained in the unit represented by the following formula (2) between the nucleotides of the stem-forming strand. That is, the quencher (Y) is connected to a unit part other than Y as a part of the unit, and is consequently provided in the stem. In the formula (2), R1, R2 and Z have the same meanings as in the formula (1). Moreover, the substituents of R1 to R2 are also synonymous with those in the formula (1).

式(2)においてYはクエンチャーを表す。クエンチャーとしては、使用するフルオロホアとを本明細書に開示におけるスタック構造の形成により消光できるものであれば特に限定されないが、例えば、アゾベンゼン及びその誘導体が挙げられる。これらはいずれも光異性化する化合物であるが、-N=N-の存在により消光作用を奏するものと考えられる。クエンチャーとしては好ましくは、メチルレッド、アゾベンゼン及びメチルチオアゾベンゼンから選択されるいずれかである。典型的なアゾ系クエンチャーは、ペリレンなどの多環縮合系のフロオロホアとの関係において、フルオロホアのHOMOがクエンチャーのHOMOより低いタイプのクエンチャーで、換言すれば還元力の強いクエンチャーであるということができる。   In formula (2), Y represents a quencher. The quencher is not particularly limited as long as it can quench the fluorophore used by forming the stack structure disclosed in this specification, and examples thereof include azobenzene and derivatives thereof. These are all photoisomerizable compounds, but are thought to exhibit a quenching action due to the presence of -N = N-. The quencher is preferably any one selected from methyl red, azobenzene, and methylthioazobenzene. A typical azo quencher is a quencher of a type in which the HOMO of the fluorophore is lower than the HOMO of the quencher in relation to a polycyclic condensed fluorophore such as perylene, in other words, a quencher having a strong reducing power. It can be said.

また、クエンチャーとしては、アントラキノン骨格を有する化合物が挙げられる。アントラキノン骨格を有する化合物としては、アントラキノンの他、アントラキノンのベンゼン環を構成する炭素原子に結合する1個又は2個以上の水素原子を、水酸基、ニトロ基、アミノ基、スルホン酸基、ハロゲン原子、アルキルアミノ基等から選択される1種又は2種以上の官能基で置換した各種のアントラキノン誘導体が挙げられる。各種のアントラキノン誘導体は、例えば、東京化成株式会社等からから容易に入手できる。例えば、アントラキノン誘導体としては、天然には、コチニール色素、アリザリン等のアカネ色素、ラック色素の化合物が挙げられる。アントラキノン誘導体としては、フルオロホアよりも低いLUMOを持つアントラキノン誘導体ならば、どのような誘導体でも使用することが出来るが、ニトロ基やカルボキシル基など、LUMOのエネルギー準位を上げない電子吸引性の置換基が好ましい。好ましくはアントラキノンである。アントラキノンなど典型的なアントラキノン系のクエンチャーは、ペリレンなどの縮合芳香環系のフロオロホアとの関係において、フルオロホアのLUMOがクエンチャーのLUMOより高いという条件を満たしたクエンチャーで、酸化力の強いクエンチャーということができる。   Further, examples of the quencher include compounds having an anthraquinone skeleton. As the compound having an anthraquinone skeleton, in addition to anthraquinone, one or two or more hydrogen atoms bonded to the carbon atom constituting the benzene ring of anthraquinone may be a hydroxyl group, a nitro group, an amino group, a sulfonic acid group, a halogen atom, Examples include various anthraquinone derivatives substituted with one or more functional groups selected from an alkylamino group and the like. Various anthraquinone derivatives can be easily obtained from, for example, Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. For example, natural examples of the anthraquinone derivative include compounds of cochineal dyes, red dyes such as alizarin, and rack dyes. As an anthraquinone derivative, any anthraquinone derivative having an LUMO lower than that of a fluorophore can be used. However, an electron-withdrawing substituent such as a nitro group or a carboxyl group that does not raise the LUMO energy level. Is preferred. Anthraquinone is preferred. Typical anthraquinone quenchers such as anthraquinone are quenchers that satisfy the condition that the LUMO of the fluorophore is higher than the LUMO of the quencher in relation to the fluorophore of the condensed aromatic ring system such as perylene. It can be called char.

また、クエンチャーは、消光能力の観点から、その極大吸収波長が、対を形成するフルオロホアの極大吸収波長との差が150nm以内であることが好ましい。クエンチャーの極大吸収波長とフロオロホアの極大吸収波長との差は、より好ましくは100nm以内であり、さらに好ましくは50nm以内である。さらに、クエンチャーの極大吸収波長は、フルオロホアの極大吸収波長よりも短波長側にあることが好ましい。用いるフルオロホアとの関係で、クエンチャーの極大吸収長を制御することで、クエンチャーを最適化することができる。 In addition, from the viewpoint of quenching ability, the quencher preferably has a maximum absorption wavelength within 150 nm that is different from the maximum absorption wavelength of the fluorophore forming the pair. The difference between the maximum absorption wavelength of the quencher and the maximum absorption wavelength of the fluorophore is more preferably within 100 nm, and even more preferably within 50 nm. Furthermore, it is preferable that the maximum absorption wavelength of the quencher is on the shorter wavelength side than the maximum absorption wavelength of the fluorophore. In relation to the fluorophores used, by controlling the maximum absorption wave length of the quencher, it is possible to optimize the quencher.

クエンチャーの極大吸収波長の制御(長波長側又は短波長側へのシフト)は、例えば、クエンチャーの基本骨格に対して電子吸引性基や電子供与性基などを導入するなどによって可能である。例えば、後段の〔化8B〕に示すように、メチルレッド等のアゾベンゼン系骨格のアゾ基に対してオルト位又はパラ位に電子吸引性基(例えば、ニトロ基、ハロゲン)や電子供与性基(例えば、メトキシ基)を適宜導入することが考えられる。   Control of the maximum absorption wavelength of the quencher (shift to the long wavelength side or the short wavelength side) is possible, for example, by introducing an electron-withdrawing group or an electron-donating group into the basic skeleton of the quencher. . For example, as shown in the following [Chemical 8B], an electron-withdrawing group (for example, nitro group, halogen) or electron-donating group (for example, nitro group or halogen) is located in the ortho or para position with respect to the azo group of the azobenzene-based skeleton such as methyl red For example, it is conceivable to introduce a methoxy group) as appropriate.

クエンチャーとして使用する化合物は、式(2)で表されるユニットに連結されるために適宜誘導体化されていてもよいし、クエンチャーとの対合を考慮して連結基との間に置換されていてもよいアルキレン鎖が付与されていてもよい。また、クエンチャーの連結基との連結部分は、適宜選択される。   The compound used as the quencher may be appropriately derivatized to be linked to the unit represented by the formula (2), or substituted between the linking groups in consideration of pairing with the quencher. An alkylene chain which may be used may be added. Moreover, the connection part with the connection group of a quencher is selected suitably.

式(2)において連結されるクエンチャー(Y)としては以下のものが挙げられる。なお、以下の例の各種化合物は例示であり、水素原子はいずれも適宜置換基で置換されていてもよい。また、連結基への連結部分(点線部分)において、置換されていてもよいアルキレン基、アルケニレン基又はアルキニレン基を介在させてもよい。また、式(2)で表されるユニットに対して連結されるフルオロホア上の原子は特に限定されない。   Examples of the quencher (Y) linked in the formula (2) include the following. In addition, the various compounds of the following examples are illustrations, and all the hydrogen atoms may be appropriately substituted with a substituent. In addition, an alkylene group, alkenylene group or alkynylene group which may be substituted may be interposed in a connecting portion (dotted line portion) to the connecting group. Moreover, the atom on the fluorophore connected with respect to the unit represented by Formula (2) is not specifically limited.

なお、本明細書に開示におけるフルオロホアとクエンチャーとの組合せは、以下に示す蛍光消光作用に基づいて選択することができる。一般に蛍光消光は、1)フェルスター型の励起エネルギー移動、2)電子移動型の二種類がある。フェルスター型のエネルギー移動に基づく蛍光消光では、フルオロホアの蛍光スペクトルとクエンチャーの吸収スペクトルが重なっている必要がある。従ってフェルスター型の励起エネルギー移動を利用する場合は、このような条件を満足するようなフルオロホアとクエンチャーの組み合わせを選ぶのが好ましい。なおフェルスター型ならばフルオロホアとクエンチャーの距離が2〜10nm離れていても消光させることが出来るが、本明細書に開示ではフルオロホアとクエンチャーが接触しているので、蛍光−吸収スペクトルの条件さえ満たしていればフェルスター型で十分に消光可能である。   The combination of the fluorophore and the quencher disclosed in this specification can be selected based on the fluorescence quenching action shown below. In general, there are two types of fluorescence quenching: 1) Forster type excitation energy transfer and 2) Electron transfer type. In fluorescence quenching based on Forster-type energy transfer, the fluorescence spectrum of the fluorophore and the absorption spectrum of the quencher need to overlap. Therefore, when using Förster-type excitation energy transfer, it is preferable to select a combination of a fluorophore and a quencher that satisfies these conditions. In the case of the Forster type, quenching can be performed even if the distance between the fluorophore and the quencher is 2 to 10 nm, but in the present disclosure, the fluorophore and the quencher are in contact with each other. As long as it is satisfied, it can be sufficiently quenched with the Förster type.

一方2)の電子移動型では、フルオロホアとクエンチャーそれぞれの最高被占軌道(HOMO)と最低空軌道(LUMO)のエネルギー順位の関係が重要である。フルオロホアの蛍光のメカニズムは、HOMOからLUMOに励起された電子が再びHOMOに戻る際に、励起エネルギーを蛍光という形で放出することに基づく。フルオロホアのHOMOにある二つの電子のうち一つが光励起されてLUMOに移動すると、フルオロホアのHOMOが空になる。クエンチャーのHOMOのエネルギー順位がフルオロホアのHOMOより高い場合には、空になったフルオロホアのHOMOに、クエンチャーのHOMOにある電子が移動する。すると励起されたフルオロホアの電子は、元のHOMOに戻れなくなるので、蛍光を発することが出来ない。またクエンチャーのLUMOがフルオロホアのHOMOより低い場合は、励起されてLUMOに遷移した電子がクエンチャーのLUMOに移動するため、元のHOMOに戻れなくなり、蛍光を発することが出来ない。すなわち電子移動型での蛍光消光は、1)フルオロホアのHOMOがクエンチャーのHOMOより低い、あるいは2)フルオロホアのLUMOがクエンチャーのLUMOより高いという条件を満たした組み合わせが好ましい。更に電子移動は短距離でしか起きないので、フルオロホアとクエンチャーは接触していることが望ましい。本明細書に開示ではフルオロホアとクエンチャーが接触(スタッキング)しているので、上記の条件さえ満たした組み合わせならば電子移動型で十分に消光可能である。なお、本明細書に開示のフルオロホアとクエンチャーの組み合わせは、ほとんどが電子移動型の消光を起こすための条件を満たしている。   On the other hand, in the electron transfer type 2), the relationship between the energy ranks of the highest occupied orbit (HOMO) and the lowest unoccupied orbit (LUMO) of the fluorophore and the quencher is important. The fluorescence mechanism of fluorophore is based on the emission of excitation energy in the form of fluorescence when electrons excited from HOMO to LUMO return to HOMO again. When one of the two electrons in the HOMO of the fluorophore is photoexcited and moves to LUMO, the HOMO of the fluorophore becomes empty. When the energy level of the quencher HOMO is higher than the HOMO of the fluorophore, electrons in the quencher HOMO move to the HOMO of the fluorophore that has become empty. Then, the excited fluorophore electrons cannot return to the original HOMO, and therefore cannot emit fluorescence. In addition, when the LUMO of the quencher is lower than the HOMO of the fluorophore, electrons that are excited and transition to the LUMO move to the LUMO of the quencher, and therefore cannot return to the original HOMO and cannot emit fluorescence. That is, the electron quenching type fluorescence quenching is preferably a combination that satisfies the conditions that 1) the HOMO of the fluorophore is lower than the HOMO of the quencher, or 2) the LUMO of the fluorophore is higher than the LUMO of the quencher. Furthermore, since the electron transfer occurs only at a short distance, it is desirable that the fluorophore and the quencher are in contact. In the present disclosure, since the fluorophore and the quencher are in contact (stacking), a combination satisfying even the above conditions can be sufficiently quenched by the electron transfer type. Note that most of the combinations of the fluorophore and the quencher disclosed in this specification satisfy the conditions for causing electron transfer type quenching.

なお、アントラキノン又はその誘導体によるペリレン等の縮合芳香環系フルオロホアのクエンチは、励起電子がアントラキノンのLUMOへ移動することで起きる。すなわち“電子トラップ”によるクエンチである。電子移動型のクエンチ現象は、本来的に電子が移動しやすいことのほか、アントラキノン系クエンチャーと縮合芳香環系フルオロホアとによる対合形成が強固であることによって一層電子移動が促進されていることが推論される。アントラキノン系クエンチャーと縮合芳香環系フルオロホアとの対合の数が増加することにより、それに応じてこうした電子移動型のトラップ現象が一層強化されるとともに、フルオロホアから対を形成していない方のクエンチャーへ天然の塩基対を通じて電子が移動しやすくなっていることでさらに強化されるものと考えられる。一方、アゾ系のクエンチャーは、フルオロホアの励起でHOMOに生じた正孔(ホール)に、アゾ系のクエンチャーのHOMOに存在する電子が移動することによるクエンチ、すなわち“ホールトラップ”型である。ホールよりも電子の方が移動度が大きいため、“電子トラップ”型のペリレン−アントラキノンの方が効率よくクエンチすることができる。   In addition, quenching of a condensed aromatic ring system fluorophore such as perylene by anthraquinone or a derivative thereof occurs when excited electrons move to LUMO of anthraquinone. That is, quenching by “electron trap”. In addition to the fact that the electron transfer type quench phenomenon is inherently easy to move electrons, the electron transfer is further promoted by the strong pairing between the anthraquinone quencher and the condensed aromatic ring fluorophore. Is inferred. As the number of pairs of anthraquinone quenchers and fused aromatic ring fluorophores increases, this electron transfer trapping phenomenon is further enhanced, and the pair of quenchers that do not form pairs from the fluorophores. It is thought that it is further strengthened by the fact that electrons are easily transferred to char through natural base pairs. On the other hand, the azo-type quencher is a “hole trap” type that is a quench caused by the transfer of electrons present in the HOMO of the azo-type quencher to holes generated in the HOMO by excitation of the fluorophore. . Since electrons have a higher mobility than holes, the “electron trap” type perylene-anthraquinone can be more efficiently quenched.

フルオロホア及びクエンチャーを導入することは、例えば、通常の固相合成法において、ヌクレオチドに対応するアミダイト誘導体に代えてこの種のユニットを導入なアミダイド誘導体を用いることによって可能となる。例えば、D−トレオニールや3−アミノ1,2−プロパンジールなどのアミノアルキルジオール類のアミノ基をアリルオキシカルボニル基などの適当な保護基で保護した上、一方の水酸基をジメトキシトリチルクロリド等で保護し、その後、他方の水酸基に2−シアノエチルN,N,N,N−テトライソプロピルホスホロジアミダイドを導入する。そしてこのアミダイト体に対して、フルオロホア又はクエンチャーを導入してアミダイトモノマー化してもよい。例えば、アゾベンゼン系化合物、ペリレン系化合物については、例えば、ネイチャー・プロトコルズ(Nature Protocols)誌2007年第2巻203ページから212ページに記載の方法で、ジャーナル・オブ・ジ・アメリカン・ケミカル・ソサエティー(Journal of the American Chemical Society)誌2003年125巻2217−2223頁記載の方法で、テトラへドロン・レターズ(Tetrahedron Letters)誌2007年第48巻6759−6762頁記載の方法を適用することができる。こうしたモノマーを取得した場合には、従来公知のDNA合成法、例えばネイチャー・プロトコルズ(Nature Protocols)誌2007年第2巻203ページから212ページに記載の方法にしたがって、所望の部位にフルオロホア又はクエンチャーを連結したユニットを備えるオリゴヌクレオチドを合成することができる。   Introduction of a fluorophore and a quencher can be achieved, for example, by using an amidite derivative that introduces this type of unit in place of an amidite derivative corresponding to a nucleotide in a normal solid phase synthesis method. For example, the amino group of aminoalkyldiols such as D-threonyl and 3-amino1,2-propanediyl is protected with an appropriate protecting group such as allyloxycarbonyl group, and one hydroxyl group is protected with dimethoxytrityl chloride or the like. Then, 2-cyanoethyl N, N, N, N-tetraisopropyl phosphorodiamidide is introduced into the other hydroxyl group. Then, a fluorophore or quencher may be introduced into this amidite body to form an amidite monomer. For example, with respect to azobenzene compounds and perylene compounds, for example, the method described in Nature Protocols, Vol. 2, pages 203 to 212, Journal of the American Chemical Society can be used. (Journal of the American Chemical Society) 2003, 125, 2217-2223, and the method described in Tetrahedron Letters, 2007, 48, 6759-6762 can be applied. . When such a monomer is obtained, a fluorophore or quencher can be added to a desired site according to a conventionally known DNA synthesis method, for example, the method described in Nature Protocols 2007, Vol. 2, pages 203 to 212. Oligonucleotides comprising units with linked char can be synthesized.

また、フルオロホアやクエンチャーは、アリルオキシカルボニル基等でアミノ基を保護した上記アミダイト体を所望の位置に備えるオリゴヌクレオチドを合成後に導入してもよい。例えば、アミノ基を保護したままのユニットを備えたオリゴヌクレオチドをCPG担体上においてアミノ基を脱保護した後、当該アミノ基と反応可能にカルボン酸基やイソシアネート基を導入したあるいは保持するフルオロホアやクエンチャーを反応させることで、フルオロホア等を導入してもよい。   In addition, the fluorophore or quencher may be introduced after synthesis of an oligonucleotide having the above-mentioned amidite body in which the amino group is protected with an allyloxycarbonyl group or the like at a desired position. For example, after deprotecting an amino group from an oligonucleotide having a unit in which the amino group is protected on a CPG carrier, a fluorophore or a quencher in which a carboxylic acid group or an isocyanate group is introduced or retained so as to be reactive with the amino group. Fluorophore or the like may be introduced by reacting char.

以上説明した本明細書に開示のオリゴヌクレオチドプローブは、蛍光シグナルを自己生成するプローブであるため、標的核酸を蛍光物質等で標識する必要がないことのほか、標的核酸の設計自由度が高く、高い特異性での検出が可能となる利点がある。さらに、ステム内にフルオロホア及びクエンチャーを備えることから、固相担体への固定化の容易性ほか固定化が発光・消光に及ぼす影響を回避又は抑制することができる。   Since the oligonucleotide probe disclosed in the present specification described above is a probe that self-generates a fluorescent signal, it is not necessary to label the target nucleic acid with a fluorescent substance or the like, and the design flexibility of the target nucleic acid is high. There is an advantage that detection with high specificity is possible. Furthermore, since the fluorophore and the quencher are provided in the stem, it is possible to avoid or suppress the influence of the immobilization on the light emission and quenching as well as the ease of immobilization on the solid phase carrier.

本明細書に開示のオリゴヌクレオチドプローブは、従来モレキュラービーコンが適用されるリアルタイムPCRなどの液相での標的核酸の検出のほか、遺伝子発現パターン、疾患分類、疾病等の原因遺伝子解析、遺伝子診断などの遺伝子発現モニタリング、SNPなどの多型検出、各種変異の検出に有利である。特に、多型や変異などの検出に有利であり、さらに網羅的な多型や変異の検出に有利である。特に、本明細書に開示のオリゴヌクレオチドプローブのフルオロホア及びクエンチャーを備えるステムは、フルオロホア及びクエンチャーを含まない以外は同一のステムよりも熱的安定性が高くなり、Tmが上昇する。このため、長い配列を標的核酸とするプローブ配列を備えることができ、特異性の高いDNA解析が可能となる。また、複数の好ましくは数十以上の多数のSNPや変異部位などを有する標的核酸を同時に検出可能なモレキュラービーコンプローブを固定化するアレイにあっては、多数の標的核酸に区別するのに十分に長いプローブ配列を備える必要がある。従来のモレキュラービーコンの場合、ステムを長くするとループをこのような場合には、本明細書に開示のオリゴヌクレオチドプローブは、ステムのTmが高くしかもフルオロホアを含んだ範囲をプローブ配列とすることができ、結果としてプローブ配列をより長く確保できる点において有利である。   Oligonucleotide probes disclosed in the present specification include detection of target nucleic acids in a liquid phase such as real-time PCR to which molecular beacons are conventionally applied, gene expression patterns, disease classification, analysis of causative genes of diseases, genetic diagnosis, etc. It is advantageous for gene expression monitoring, detection of polymorphisms such as SNP, and detection of various mutations. In particular, it is advantageous for detection of polymorphisms and mutations, and is further advantageous for detection of comprehensive polymorphisms and mutations. In particular, a stem provided with the fluorophore and quencher of the oligonucleotide probe disclosed in the present specification has higher thermal stability and an increase in Tm than the same stem except that the fluorophore and quencher are not included. Therefore, a probe sequence having a long sequence as a target nucleic acid can be provided, and highly specific DNA analysis can be performed. In addition, in an array in which a molecular beacon probe capable of simultaneously detecting a plurality of target nucleic acids having a large number of SNPs or mutation sites, preferably several dozens or more, is immobilized, it is sufficient to distinguish the target nucleic acids. It is necessary to have a long probe sequence. In the case of a conventional molecular beacon, when the stem is lengthened and the loop is in such a case, the oligonucleotide probe disclosed in this specification can have a probe sequence in a range in which the Tm of the stem is high and the fluorophore is included. As a result, it is advantageous in that the probe sequence can be secured longer.

(プローブ固定化体)
本明細書に開示のプローブ固定化体は、固相担体と、前記標的核酸と特異的にハイブリダイゼーション可能な塩基配列を有し、本明細書に開示のオリゴヌクレオチドプローブと、を備えることができる。本明細書に開示のプローブ固定化体においては、モレキュラービーコンをプローブとして用いることが好ましい。
(Probe immobilized body)
The probe-immobilized body disclosed in the present specification can comprise a solid phase carrier and an oligonucleotide probe disclosed in the present specification, which has a base sequence that can specifically hybridize with the target nucleic acid. . In the probe-immobilized body disclosed in the present specification, it is preferable to use a molecular beacon as a probe.

固相担体は、例えばビーズであってもよいし平板であってもよく、材質は特に限定されないが、ガラス製又はプラスチック製の固相担体を用いることができる。好ましくは、固相担体は平板状であり、2種類以上のオリゴヌクレオチドプローブが一定の配列で固定されたアレイである。アレイは、多数個のオリゴヌクレオチドプローブを固定でき、同時に網羅的に各種の多型や変異を検出するのに都合がよい。また、アレイは、一つの固相担体上に複数個の区画された個別のアレイ領域を備えていてもよい。これらの個別のアレイ領域は、それぞれ同一のセットのオリゴヌクレオチドプローブが固定化されていてもよいし、それぞれ別のセットのオリゴヌクレオチドプローブが固定化されていてもよい。   The solid phase carrier may be, for example, a bead or a flat plate, and the material is not particularly limited, but a solid phase carrier made of glass or plastic can be used. Preferably, the solid support is a flat plate and is an array in which two or more kinds of oligonucleotide probes are fixed in a fixed sequence. The array can fix a large number of oligonucleotide probes, and is convenient for comprehensively detecting various polymorphisms and mutations. In addition, the array may include a plurality of partitioned individual array regions on a single solid phase carrier. In these individual array regions, the same set of oligonucleotide probes may be immobilized, or different sets of oligonucleotide probes may be immobilized.

オリゴヌクレオチドプローブの固定化形態は特に限定されない。共有結合性であってもよいし非共有結合性であってもよい。オリゴヌクレオチドプローブは、従来公知の各種の方法で固相担体表面に固定化することができる。また、固相担体表面に対しては適当なリンカー配列を備えていてもよい。本明細書に開示のオリゴヌクレオチドプローブは、その末端にフルオロホアとクエンチャーとを備えていないため、固相担体への固定化を従来と同様の手法で容易に行うことができる。   The immobilization form of the oligonucleotide probe is not particularly limited. It may be covalent or non-covalent. The oligonucleotide probe can be immobilized on the surface of the solid phase carrier by various conventionally known methods. An appropriate linker sequence may be provided on the surface of the solid phase carrier. Since the oligonucleotide probe disclosed in the present specification does not have a fluorophore and a quencher at its end, it can be easily immobilized on a solid phase carrier by the same method as in the prior art.

このようなプローブ固定化体の用途は特に限定されないで、遺伝子発現パターン、疾患分類、疾病等の原因遺伝子解析、遺伝子診断などの遺伝子発現モニタリング、SNPなどの多型検出、各種変異の検出に有利である。特に、多型や変異などの検出に有利であり、さらに網羅的な多型や変異の検出に有利である。   The use of such a probe-immobilized body is not particularly limited, and is advantageous for gene expression patterns, disease classification, analysis of causative genes such as diseases, gene expression monitoring such as gene diagnosis, detection of polymorphism such as SNP, and detection of various mutations. It is. In particular, it is advantageous for detection of polymorphisms and mutations, and is further advantageous for detection of comprehensive polymorphisms and mutations.

(標的核酸の検出方法)
本明細書に開示の標的核酸の検出方法は、本明細書に開示のオリゴヌクレオチドプローブであって、標的核酸と特異的にハイブリダイゼーション可能な塩基配列を有するオリゴヌクレオチドプローブを用いて、前記モレキュラービーコンの前記フルオロホアに基づくシグナルを検出する方法とすることができる。本明細書に開示の検出方法においては、オリゴヌクレオチドプローブはモレキュラービーコンであることが好ましく、より好ましくは、複数のオリゴヌクレオチドプローブ(典型的にはモレキュラービーコン)を固相担体に固定化した固定化体を用いることが好ましい。
(Target nucleic acid detection method)
The method for detecting a target nucleic acid disclosed in the present specification uses the oligonucleotide probe disclosed in the present specification, which has a base sequence capable of specifically hybridizing with the target nucleic acid, and the molecular beacon. The signal based on the fluorophore can be detected. In the detection method disclosed in the present specification, the oligonucleotide probe is preferably a molecular beacon, more preferably, a plurality of oligonucleotide probes (typically molecular beacons) immobilized on a solid phase carrier. It is preferable to use a body.

本明細書に開示の検出方法においては、例えば、以下のように実施することができる。まず、複数の標的核酸と特異的にハイブリダイゼーション可能なモレキュラービーコンを固相担体に固定化したアレイを準備する。その後、標的核酸を含む可能性のある核酸試料(典型的には、血液や組織から採取した生体試料から核酸を抽出して得られたもの又はさらに一定条件下PCR等で増幅したものなど)を、所定組成のハイブリダイゼーション液の存在下にアレイ上のモレキュラービーコンに供給する。所定のハイブリダイゼーション条件下、ハイブリダイゼーション反応を実施する。ハイブリダイゼーション温度は、ステムのTm及びプローブ配列と標的核酸とのTmのいずれよりも低い温度とすることが好ましい。予め定めた間経過後、アレイを洗浄し、核酸試料中に存在した標的核酸とのハイブリダイゼーションをフルオロホアの発する蛍光シグナルを検出することによって行う。蛍光シグナルの検出は、蛍光スキャナー等により行うことができる。取得した蛍光シグナルに基づき、標的核酸の検出、同定、定量等に必要な解析を行う。   The detection method disclosed in the present specification can be performed, for example, as follows. First, an array is prepared in which molecular beacons that can specifically hybridize with a plurality of target nucleic acids are immobilized on a solid phase carrier. After that, a nucleic acid sample that may contain the target nucleic acid (typically, one obtained by extracting nucleic acid from a biological sample collected from blood or tissue or further amplified by PCR or the like under certain conditions) The molecular beacon is supplied to the molecular beacon on the array in the presence of a hybridization solution of a predetermined composition. A hybridization reaction is carried out under predetermined hybridization conditions. The hybridization temperature is preferably lower than the Tm of the stem and the Tm of the probe sequence and the target nucleic acid. After elapse of a predetermined time, the array is washed, and hybridization with the target nucleic acid present in the nucleic acid sample is performed by detecting a fluorescent signal emitted from the fluorophore. The fluorescence signal can be detected by a fluorescence scanner or the like. Based on the acquired fluorescence signal, analysis necessary for detection, identification, quantification, etc. of the target nucleic acid is performed.

以下、本明細書の開示を実施例を挙げて具体的に説明するが、以下の実施例は本明細書に開示を限定するものではない。   Hereinafter, the disclosure of the present specification will be specifically described by way of examples, but the following examples are not intended to limit the disclosure to the present specification.

(アリルオキシカルボニル((allyloxy)carbonyl )基で保護したD-トレオニノール(D-threoninol)のアミダイトモノマー化 )
本実施例では、フルオロホア又はクエンチャーを連結するユニット(炭素数3)のアミダイトモノマー(化合物A)を以下のスキームに従い合成した。300mlのナスフラスコにD−トレオニノール(0.99g,9.41mmol)をテトラヒドロフラン(THF)75mlに溶解させ、トリエチルアミン15mlを加え、攪拌した。次に、75mlのTHFに溶解させておいたクロロギ酸アリル(1.01ml,9.51mmol)を、氷浴中で上記のTHF溶液に滴下した。15分後に氷浴を除いて室温に戻し、そのまま攪拌を続け、THF溶液を滴下し終わってから1時間30分後に反応を停止した。この後、溶媒をエバポレーターで留去し、シリカゲルカラムクロマトグラフ法(展開溶媒 クロロホルム:メタノール=3:1)で精製し、化合物1−1を得た。
(Amidite monomerization of D-threoninol protected with an allyloxycarbonyl group)
In this example, an amidite monomer (compound A) having a unit (carbon number 3) linking a fluorophore or a quencher was synthesized according to the following scheme. D-threoninol (0.99 g, 9.41 mmol) was dissolved in 75 ml of tetrahydrofuran (THF) in a 300 ml eggplant flask, and 15 ml of triethylamine was added and stirred. Next, allyl chloroformate (1.01 ml, 9.51 mmol) dissolved in 75 ml of THF was added dropwise to the above THF solution in an ice bath. After 15 minutes, the ice bath was removed and the temperature was returned to room temperature. Stirring was continued as it was, and the reaction was stopped 1 hour and 30 minutes after the dropwise addition of the THF solution. Then, the solvent was distilled off with an evaporator and purified by silica gel column chromatography (developing solvent: chloroform: methanol = 3: 1) to obtain Compound 1-1.

次に、得られた化合物1(1.72g、9.09mmol)を200mlの二口ナスフラスコに採取し、窒素下で脱水ピリジン30mlを加えて溶解させ、これにN,N,ジイソプロピリエチルアミン(DIPEA:1.54mL、9.09mmol)を加えて攪拌した。次に、50mlの二口ナスフラスコにジメトキシトリチルクロリド(DMT−Cl:3.08g、9.09mmol)とジメチルアミノピリジン(DMAP:0.14g、1.14mmol)を加え、さらに溶媒として脱水ジクロロメタン10mlを加えて溶解させた。えこのジクロロメタン溶液を、上記のピリジン溶液に氷浴中でゆっくりと滴下した。15分ほど氷浴下で攪拌した後に氷浴を取り除いて室温で攪拌を続け、ジクロロメタン溶液滴下後4時間30分後に反応を停止した。溶媒をエバポレーターで留去した後、シリカゲルカラムクロマトグラフ法(展開溶媒 ヘキサン:酢酸エチル:トリエチルアミン=66:33:3)で精製し、化合物1−2を得た。   Next, the obtained compound 1 (1.72 g, 9.09 mmol) was collected in a 200 ml two-necked eggplant flask and dissolved by adding 30 ml of dehydrated pyridine under nitrogen, and N, N, diisopropylethylamine was added thereto. (DIPEA: 1.54 mL, 9.09 mmol) was added and stirred. Next, dimethoxytrityl chloride (DMT-Cl: 3.08 g, 9.09 mmol) and dimethylaminopyridine (DMAP: 0.14 g, 1.14 mmol) were added to a 50 ml two-necked eggplant flask, and further 10 ml of dehydrated dichloromethane as a solvent. Was added and dissolved. This dichloromethane solution was slowly added dropwise to the above pyridine solution in an ice bath. After stirring in an ice bath for about 15 minutes, the ice bath was removed and stirring was continued at room temperature, and the reaction was stopped 4 hours and 30 minutes after the dropwise addition of the dichloromethane solution. After the solvent was distilled off with an evaporator, the residue was purified by a silica gel column chromatography method (developing solvent hexane: ethyl acetate: triethylamine = 66: 33: 3) to obtain Compound 1-2.

化合物1−2(0.74g,1.51mmol)を二口ナスフラスコに採取し、脱水アセトニトリル8mlで3回共沸して水分を除去した後、脱水アセトニトリル30mlを加えて溶解させ、これに更に2−シアノエチルN,N,N’,N’−テトライソプロピルホスホロジアミダイト(2−cyanoethyl N,N,N¢,N¢ −tetraisopropylphosphordiamidite:0.54g,1.79mmol)を加えて攪拌した。別の二口ナスフラスコに1H−テトラゾール(1H−tetrazole:0.137g、1.51mmol)を採取し、脱水アセトニトリル8mlで3回共沸して水分を除去した後、脱水アセトニトリル15mlを加えて溶解させた。この1H−テトラゾール溶液を、上記の化合物1−2のアセトニトリル溶液に氷浴下で滴下し、15分程度攪拌した後に氷浴を除き、室温に戻して更に攪拌を続けた。この後およそ1時間30分程度で反応を停止した。この後溶媒をエバポレーターで留去した後、残ったオイル状の化合物に酢酸エチルを加えて溶解した。この酢酸エチル溶液を、分液ロートを用いて重炭酸ナトリウムの飽和水溶液で2回振とうし、続いて塩化ナトリウムの飽和水溶液で同様に2回振とうした。この後、硫酸マグネシウムを加えて水分を除いてから酢酸エチルをエバポレーターで留去し、シリカゲルカラムクロマトグラフ法(展開溶媒 ヘキサン:酢酸エチル:トリエチルアミン=50:50:3)精製し、化合物Aを得た。   Compound 1-2 (0.74 g, 1.51 mmol) was collected in a two-necked eggplant flask and azeotroped with 8 ml of dehydrated acetonitrile three times to remove moisture, and then 30 ml of dehydrated acetonitrile was added and dissolved. 2-Cyanoethyl N, N, N ′, N′-tetraisopropyl phosphorodiamidite (2-cyanethyl N, N, N ¢, N ¢ -tetraisopropylphosphodiamidite: 0.54 g, 1.79 mmol) was added and stirred. Collect 1H-tetrazole (1H-tetrazole: 0.137 g, 1.51 mmol) in another two-necked eggplant flask, remove water by azeotropic distillation with 8 ml of dehydrated acetonitrile three times, and dissolve by adding 15 ml of dehydrated acetonitrile. I let you. The 1H-tetrazole solution was added dropwise to the acetonitrile solution of the above compound 1-2 in an ice bath, stirred for about 15 minutes, the ice bath was removed, and the mixture was returned to room temperature and further stirred. Thereafter, the reaction was stopped in about 1 hour 30 minutes. Thereafter, the solvent was distilled away with an evaporator, and the remaining oily compound was dissolved by adding ethyl acetate. The ethyl acetate solution was shaken twice with a saturated aqueous solution of sodium bicarbonate using a separatory funnel, followed by two similar shakes with a saturated aqueous solution of sodium chloride. Thereafter, magnesium sulfate was added to remove water, and then ethyl acetate was distilled off with an evaporator. Purification by silica gel column chromatography (developing solvent hexane: ethyl acetate: triethylamine = 50: 50: 3) gave compound A. It was.

(アリルオキシカルボニル((allyloxy)carbonyl )基で保護した3−アミノ1,2−プロパンジオール(3-amino-1,2-propanediol)のアミダイトモノマー化)
本実施例では、フルオロホア又はクエンチャーを連結するユニット(炭素数2)のアミダイトモノマー(化合物B)を以下のスキームに従い合成した。
(Amidite monomerization of 3-amino-1,2-propanediol protected with an allyloxycarbonyl group)
In this example, an amidite monomer (compound B) having a unit (carbon number 2) linking a fluorophore or a quencher was synthesized according to the following scheme.

200mlのナスフラスコに3−アミノ1,2−プロパンジオール(3−amino−1,2−propanediol)(1.0g,11mmol)をジメチルホルムアミド(DMF)30mlに溶解させ、トリエチルアミン15mlを加え、攪拌した。次に、20mlのDMFに溶解させておいたクロロギ酸アリル(1.4ml,11mmol)を、氷浴中で上記のDMF溶液に滴下した。15分後に氷浴を除いて室温に戻し、そのまま攪拌を続け、DMF溶液を滴下し終わってから2時間後に反応を停止した。この後、溶媒をエバポレーターで留去し、シリカゲルカラムクロマトグラフ法(展開溶媒 クロロホルム:メタノール=3:1)で精製し、化合物1−3を得た。原料として化合物1−3を使用する以外は実施例1と同様の方法で化合物1−4続いて化合物Bを得た。   3-amino 1,2-propanediol (1.0 g, 11 mmol) was dissolved in 30 ml of dimethylformamide (DMF) in a 200 ml eggplant flask, and 15 ml of triethylamine was added and stirred. . Next, allyl chloroformate (1.4 ml, 11 mmol) dissolved in 20 ml of DMF was added dropwise to the DMF solution in an ice bath. After 15 minutes, the ice bath was removed and the temperature was returned to room temperature. Stirring was continued as it was, and the reaction was stopped 2 hours after the DMF solution was added dropwise. Then, the solvent was distilled off with an evaporator and purified by silica gel column chromatography (developing solvent: chloroform: methanol = 3: 1) to obtain compound 1-3. Compound 1-4 and then Compound B were obtained in the same manner as in Example 1 except that Compound 1-3 was used as a raw material.

以下に示す化合物Cはネイチャー・プロトコルズ(Nature Protocols)誌2007年第2巻203ページから212ページに記載の方法で、化合物Dはジャーナル・オブ・ジ・アメリカン・ケミカル・ソサエティー(Journal of the American Chemical Society)誌2003年125巻2217−2223頁記載の方法で、化合物Eはテトラへドロン・レターズ(Tetrahedron Letters)誌2007年第48巻6759−6762頁記載の方法で得た。   Compound C shown below is a method described in Nature Protocols, Vol. 2, pages 203 to 212, and Compound D is Journal of the American Society (Journal of the American Chemical Society). Compound E was obtained by the method described in Chemical Society, 2003, 125, 2217-2223, and by the method described in Tetrahedron Letters, 2007, 48, 6759-6762.

(チアゾール・オレンジ(TO−1、TO−2)の合成)
本実施例では、フルオロホアとしてのチアゾールオレンジ誘導体を以下のスキームに従い、合成した。
(Synthesis of thiazole orange (TO-1, TO-2))
In this example, a thiazole orange derivative as a fluorophore was synthesized according to the following scheme.

200mlのナスフラスコに2−(メチルチオ)ベンゾチアゾール(2.04g,11.3mmol)を秤り取り、5mlのエタノールを加えて溶解させ、この溶液にヨードメタン(1.5ml、24.1mmol)を加えてから65℃で3時間加熱還流した。生成した沈殿を吸引ろ過で回収し、化合物2−1(0.52g)を得た。   2- (Methylthio) benzothiazole (2.04 g, 11.3 mmol) is weighed into a 200 ml eggplant flask, dissolved by adding 5 ml of ethanol, and iodomethane (1.5 ml, 24.1 mmol) is added to this solution. Then, the mixture was heated to reflux at 65 ° C. for 3 hours. The produced precipitate was collected by suction filtration to obtain Compound 2-1 (0.52 g).

次に200mlのナスフラスコにブロモ酢酸(1.94g、14.0mmol)を秤取り、酢酸エチル10mLを加えて溶解させた。これにレピジン(2ml、15.1mmol)を加え、室温で2時間30分攪拌した。生成した沈殿を吸引ろ過で回収し、化合物2−2(0.41g)を得た。上記と同様に次に200mlのナスフラスコにブロモ酪酸(8.08g、52.8mmol)を秤取り、酢酸エチル10mlを加えて溶解させた。これにレピジン(7ml、52.8mmol)を加え、80℃で終夜攪拌した。生成した沈殿を吸引ろ過で回収し、化合物2−3(4.85g)を得た。   Next, bromoacetic acid (1.94 g, 14.0 mmol) was weighed into a 200 ml eggplant flask and dissolved by adding 10 mL of ethyl acetate. To this was added lepidin (2 ml, 15.1 mmol) and stirred at room temperature for 2 hours 30 minutes. The produced precipitate was collected by suction filtration to obtain Compound 2-2 (0.41 g). In the same manner as described above, bromobutyric acid (8.08 g, 52.8 mmol) was then weighed into a 200 ml eggplant flask, and 10 ml of ethyl acetate was added and dissolved. To this was added lepidin (7 ml, 52.8 mmol) and stirred at 80 ° C. overnight. The produced precipitate was collected by suction filtration to obtain Compound 2-3 (4.85 g).

チアゾールオレンジTO−1は、化合物2−1(0.42g,2mmol)と化合物2−2(0.41g,2mmol)を脱水エタノール10mlを加えて溶解させ、60℃で5分間還流した後にトリエチルアミン(0.27ml,2mmol)を加え、赤色に変化した後に攪拌しながら室温に戻した。この赤色の反応溶液にジエチルエーテル150mlを加えて生成した沈殿を吸引ろ過で回収し、チアゾールオレンジ(TO−1,0.59g)を得た。チアゾールオレンジTO−2は、化合物2−3を用いる以外は同様の手法で得た。   Thiazole Orange TO-1 was prepared by dissolving Compound 2-1 (0.42 g, 2 mmol) and Compound 2-2 (0.41 g, 2 mmol) by adding 10 ml of dehydrated ethanol, refluxing at 60 ° C. for 5 minutes, and then triethylamine ( 0.27 ml, 2 mmol) was added, and after turning red, the mixture was returned to room temperature with stirring. A precipitate formed by adding 150 ml of diethyl ether to the red reaction solution was collected by suction filtration to obtain thiazole orange (TO-1, 0.59 g). Thiazole orange TO-2 was obtained in the same manner except that compound 2-3 was used.

(オリゴヌクレオチドの合成)
本実施例では、以下に示すクエンチャーが導入されたオリゴヌクレオチド及びフルオロホアが導入されたオリゴヌクレオチドをそれぞれ合成した。ただし、PEはペリレンを表し、MRはメチルレッドを表し、Azoはアゾベンゼンを表す。
(Synthesis of oligonucleotides)
In this example, oligonucleotides introduced with the following quenchers and oligonucleotides introduced with fluorophores were synthesized. However, PE represents perylene, MR represents methyl red, and Azo represents azobenzene.

(アゾベンゼン、メチルレッド、ペリレンを導入したオリゴヌクレオチドの合成)
クエンチャーとしてのアゾベンゼン、メチルレッド、あるいはペリレンを導入したDNAの合成は、ABI394型DNA合成機を使用し、対応するホスホロアミダイトモノマー(化合物C,D,E)と4つの天然の塩基に対応する市販のホスホロアミダイトモノマーを用いてネイチャー・プロトコルズ(Nature Protocols)誌2007年第2巻203ページから212ページに記載の方法で合成・精製した。
(Synthesis of oligonucleotides incorporating azobenzene, methyl red, and perylene)
For synthesis of DNA with azobenzene, methyl red, or perylene as quencher, use ABI394 type DNA synthesizer, corresponding to phosphoramidite monomer (compound C, D, E) and four natural bases Using the commercially available phosphoramidite monomer, Nature Protocols, 2007, Vol. 2, pages 203 to 212, was synthesized and purified.

(チアゾールオレンジ(TO−1、TO−2)およびFITCのオリゴヌクレオチドへの導入)
チアゾールオレンジ(TO−1、TO−2)とFITCのオリゴヌクレオチドへの導入は、アリルオキシカルボニル基で保護したホスホロアミダイトモノマーを経由した以下のスキームに示す方法で行った。
(Introduction of thiazole orange (TO-1, TO-2) and FITC into oligonucleotide)
Thiazole orange (TO-1, TO-2) and FITC were introduced into the oligonucleotide by the method shown in the following scheme via a phosphoramidite monomer protected with an allyloxycarbonyl group.

ABI394型DNA合成機を使用し、D−トレオニノールのアミノ基をアリルオキシカルボニル基で保護したホスホロアミダイトモノマーA、4つの天然の塩基に対応する市販のホスホロアミダイトモノマー、および既述のアミダイトモノマーC,D,Eを適宜用いて、コントロールドポアグラス(CPG)担体上に所定の配列を持つDNAを伸長させた(化合物3−1)。このCPG担体(10mg,0.45μmol)を、フィルターを装着しているプラスチックのシリンジに秤取り、アセトニトリル1mLで3回、続いてジクロロメタン1mLで3回洗浄した。次にPd(Ph(5.2mg,4.5μmol)を溶解させたジクロロメタン溶液500μLにN−メチルアニリン48.8μL(450μmol)を加え、これを上述のCPG担体(化合物4−1)に加えて35℃で3時間反応させることで、アリルオキシカルボニル基のみをCPG担体上から脱保護した(化合物3−2)。 Phosphoramidite monomer A in which amino group of D-threoninol is protected with allyloxycarbonyl group using ABI394 type DNA synthesizer A, commercially available phosphoramidite monomer corresponding to four natural bases, and amidite monomer described above Using C, D, and E as appropriate, DNA having a predetermined sequence was extended on a controlled pore glass (CPG) carrier (Compound 3-1). The CPG carrier (10 mg, 0.45 μmol) was weighed in a plastic syringe equipped with a filter, and washed 3 times with 1 mL of acetonitrile, and then 3 times with 1 mL of dichloromethane. Next, 48.8 μL (450 μmol) of N-methylaniline was added to 500 μL of a dichloromethane solution in which Pd (Ph 3 ) 4 (5.2 mg, 4.5 μmol) was dissolved, and this was added to the above-mentioned CPG carrier (compound 4-1). In addition to the above, by reacting at 35 ° C. for 3 hours, only the allyloxycarbonyl group was deprotected from the CPG carrier (Compound 3-2).

次にチアゾールオレンジTO−1(10mg、45μmol)とpyridinium para−toluenesulfonate(PPTS:11.3mg,45μmol)を400μLのDMFに溶解させ、これにbenzotriazol−1−yl−oxytripyrrolidinophosphonium hexafluorophosphate(PyBOP:59mg,112μmol)のDMF溶液100μlを加えたものを、上記のCPG担体(化合物3−2)が入ったシリンジに加え、3日間室温で振とうした。この後、反応溶液をろ過で除き、続いて0.1MのPPTSのDMF溶液1mLをシリンジに加えて1分間振とうしてCPG担体を洗浄し、更にDMF1mLで3回、続いてジクロロメタン1mlで3回洗浄して、TO−1を導入したCPG担体を得た(化合物3−3)。   Next, thiazole orange TO-1 (10 mg, 45 μmol) and pyridinium para-toluenesulfate (PPTS: 11.3 mg, 45 μmol) were dissolved in 400 μL of DMF, and benzotriazol-1-yl-oxyphosphorylphosphonium 59 μm: ) To which 100 μl of DMF solution was added was added to the syringe containing the CPG carrier (Compound 3-2) and shaken at room temperature for 3 days. After this, the reaction solution was removed by filtration, and then 1 mL of 0.1 M PPTS in DMF was added to the syringe and shaken for 1 minute to wash the CPG carrier, and then 3 times with 1 mL of DMF, followed by 3 mL with 1 mL of dichloromethane. The CPG carrier into which TO-1 was introduced was obtained by washing twice (compound 3-3).

続いて、ネイチャー・プロトコルズ(Nature Protocols)誌2007年第2巻203ページから212ページに記載の方法でCPG担体からDNAを切り出し、高速液体クロマトグラフィーで同誌同頁に記載の方法で目的とするDNAを分離精製した(化合物3−4)。   Subsequently, DNA was excised from the CPG carrier by the method described in Nature Protocols 2007, Volume 2, pages 203 to 212, and the target was obtained by high performance liquid chromatography using the method described in the same page. DNA was separated and purified (Compound 3-4).

チアゾールオレンジTO−2を導入したDNAは、TO−1の代わりにTO−2を用いる以外は上記と同様の方法で得た。   DNA into which thiazole orange TO-2 was introduced was obtained by the same method as described above except that TO-2 was used instead of TO-1.

FITC導入DNAは、FITC(14.02mg、18μmol)のDMF溶液(500μL)にDIPEA(6.12μl,18μmol)を加え、これをアリルオキシカルボニル基のみを脱保護したCPG担体(10mg,0.36μmol)(化合物3−2)に加え三日間攪拌した後、TO導入DNAと同様の操作を行うことで調製した。   FITC-introduced DNA was prepared by adding DIPEA (6.12 μl, 18 μmol) to a DMF solution (500 μL) of FITC (14.02 mg, 18 μmol), and adding this to a CPG carrier (10 mg, 0.36 μmol) in which only the allyloxycarbonyl group was deprotected. ) In addition to (compound 3-2), the mixture was stirred for 3 days, and then prepared by the same operation as that for TO-introduced DNA.

化合物Aに代えて化合物Bを用いること以外は上記と全く同様の手法で、TO−1,TO−2,あるいはFITCを導入して連結基R1(C2:炭素数2)を含むオリゴヌクレオチドを合成した(化合物3−5)。   Except for using compound B instead of compound A, TO-1, TO-2, or FITC is introduced to synthesize an oligonucleotide containing a linking group R1 (C2: 2 carbon atoms) in the same manner as described above. (Compound 3-5).

(クエンチャーとの組み合わせによる蛍光消光の確認)
各種のフルオロホアがクエンチャーとの“塩基対形成”によって消光することを確認するため、実施例4で合成したオリゴヌクレオチドを用いて蛍光および吸収スペクトルを測定した。吸収スペクトルおよび蛍光スペクトル測定のための溶液の条件は以下の通りである。
(Confirmation of fluorescence quenching by combination with quencher)
In order to confirm that various fluorophores were quenched by “base pairing” with the quencher, fluorescence and absorption spectra were measured using the oligonucleotide synthesized in Example 4. The conditions of the solution for measuring the absorption spectrum and the fluorescence spectrum are as follows.

Fa配列のオリゴヌクレオチド:5μmol/l
Qb配列あるいはNbのオリゴヌクレオチド:5μmol/l
塩化ナトリウム:0.1mol/l
リン酸バッファー:10mmol/l(pH7.0)
Fa sequence oligonucleotide: 5 μmol / l
Qb sequence or Nb oligonucleotide: 5 μmol / l
Sodium chloride: 0.1 mol / l
Phosphate buffer: 10 mmol / l (pH 7.0)

なお、フルオロホアを含む各種オリゴヌクレオチドFaの標的核酸として、Faと相補的な配列を有するオリゴヌクレオチド(クエンチャー含まず)(Nb)を別途用意した。結果を図3A及び図3Bに示す。   In addition, as a target nucleic acid of various oligonucleotides Fa containing a fluorophore, an oligonucleotide (without quencher) (Nb) having a sequence complementary to Fa was separately prepared. The results are shown in FIGS. 3A and 3B.

図3Aに、Fa−C2−TO1(一本鎖)とFa−C3−TO1/Qb−MR二重鎖それぞれの20℃における吸収スペクトルを示し、図3Bに、蛍光スペクトルを示す。図3Aに示すように、チアゾールオレンジに基づく515nmの吸収がQb−MRとの二重鎖形成で大きく減少した。この事実は、クエンチャーであるメチルレッドとチアゾールオレンジがスタッキング(積層構造)していることを示している。またFa−C2−TO1/Qb−MR二重鎖の融解温度Tmは54℃と、チアゾールオレンジとメチルレッドの入っていない天然のDNA二重鎖(5’−GGTATCGCAATC−3’/3’−CCATAGCGTTAG−5’)のTm(48℃)より高かった。この事実もチアゾールオレンジとメチルレッドの強固なスタッキングを支持している。同様の吸収スペクトル変化とTmの上昇は、Fa−C2−TO2/Qb−MR,Fa−C3−TO1/Qb−MR、およびFa−C3−TO2/Qb−MRでも観察された。   FIG. 3A shows an absorption spectrum at 20 ° C. of each of Fa-C2-TO1 (single strand) and Fa-C3-TO1 / Qb-MR duplex, and FIG. 3B shows a fluorescence spectrum. As shown in FIG. 3A, the absorption at 515 nm based on thiazole orange was greatly reduced by duplex formation with Qb-MR. This fact indicates that the quencher methyl red and thiazole orange are stacked. In addition, the melting temperature Tm of the Fa-C2-TO1 / Qb-MR duplex is 54 ° C., and a natural DNA duplex (5′-GGTATCGCAATC-3 ′ / 3′-CCATAGCGTTTAG not containing thiazole orange and methyl red). -5 ′) higher than Tm (48 ° C.). This fact also supports the strong stacking of thiazole orange and methyl red. Similar changes in absorption spectrum and increase in Tm were also observed in Fa-C2-TO2 / Qb-MR, Fa-C3-TO1 / Qb-MR, and Fa-C3-TO2 / Qb-MR.

蛍光スペクトルも図3Bに示すように(511nm励起)、一本鎖状態のFa−C2−TO1と比べてFa−C2−TO1/Qb−MR二重鎖からのチアゾールオレンジに基づく533nmの蛍光強度は1/10に低下した。一方、Fa−C2−TO1を相補オリゴヌクレオチド(Nb)と二重鎖形成させたところ、一本鎖状態のFa−C2−TO1と比べて533nmの蛍光強度が20℃で2倍に増強した。従ってこの組み合わせでビーコンを作成すると、20倍程度のシグナル/ノイズ比が期待できることがわかった。   As shown in FIG. 3B (excitation at 511 nm), the fluorescence intensity at 533 nm based on thiazole orange from the Fa-C2-TO1 / Qb-MR duplex is compared to Fa-C2-TO1 in the single-stranded state. It decreased to 1/10. On the other hand, when Fa-C2-TO1 was duplexed with a complementary oligonucleotide (Nb), the fluorescence intensity at 533 nm was doubled at 20 ° C. compared to Fa-C2-TO1 in a single-stranded state. Therefore, it was found that when a beacon is created with this combination, a signal / noise ratio of about 20 times can be expected.

次にペリレンを含むFa−C3−PEを、Qb−MRあるいはQb−Azoと二重鎖形成させた。結果を図4に示す。図4に示すように、425nmで励起した場合の461nmの蛍光強度は、図4に示したように20℃で一本鎖のFa−C3−PEよりもQb−MRで1/15に、Qb−Azoでは1/30に低下した。一方、Fa−C3−PEをNbと二重鎖形成させたところ、一本鎖のFa−C3−PEと同程度の蛍光が観察された。従ってペリレンの場合アゾベンゼン組み合わせると、20℃前後で30倍程度のシグナル/ノイズ比が期待できることがわかった。   Next, Fa-C3-PE containing perylene was duplexed with Qb-MR or Qb-Azo. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 4, the fluorescence intensity at 461 nm when excited at 425 nm is 1/15 in Qb-MR and 20% at 20 ° C. compared to single-chain Fa-C3-PE. -Azo decreased to 1/30. On the other hand, when Fa-C3-PE was double-stranded with Nb, fluorescence comparable to that of single-chain Fa-C3-PE was observed. Therefore, it was found that a signal / noise ratio of about 30 times around 20 ° C. can be expected when perylene is combined with azobenzene.

実施例5の結果に基づいて、以下の表2に示すモレキュラービーコン型のオリゴヌクレオチドプローブを設計し合成した。各種モレキュラービーコンは、実施例1〜3で合成又は準備した各種アミダイドモノマー及び各種フルオロホア及びクエンチャーを用いて実施例4に記載の方法に準じて合成した。なお、各種配列も併せて示す。   Based on the results of Example 5, molecular beacon-type oligonucleotide probes shown in Table 2 below were designed and synthesized. Various molecular beacons were synthesized according to the method described in Example 4 using the various amidide monomers and various fluorophores and quenchers synthesized or prepared in Examples 1-3. Various sequences are also shown.

*下線部がステム形成鎖である。
なお比較例のMB0Fに用いた5’末端のFITCと3’末端のMRは、本明細書に開示のビーコンへの導入に使用したリンカーと異なり、以下の構造を持つ。
* The underlined part is the stem-forming chain.
Note that the FITC at the 5 ′ end and the MR at the 3 ′ end used in MB0F of the comparative example have the following structures, unlike the linker used for introduction into the beacon disclosed in this specification.

これらのビーコンのうちMB1-C2-TO1-MR及びMB2-C2-TO1-MRに標的核酸であるMBtを加える前後での蛍光強度の変化を観察した。蛍光スペクトル測定のための溶液の条件は以下の通りとした。結果を表3及び表4に示す。   Among these beacons, changes in fluorescence intensity were observed before and after MBt as a target nucleic acid was added to MB1-C2-TO1-MR and MB2-C2-TO1-MR. The conditions of the solution for measuring the fluorescence spectrum were as follows. The results are shown in Tables 3 and 4.

ビーコンの濃度:0.2μmol/l
標的核酸Nbの濃度:0.4μmol/l
塩化ナトリウム:0.1mol/l
リン酸バッファー:10mmol/l(pH7.0)
Concentration of beacon: 0.2 μmol / l
Concentration of target nucleic acid Nb: 0.4 μmol / l
Sodium chloride: 0.1 mol / l
Phosphate buffer: 10 mmol / l (pH 7.0)

<MB1−C2−TO1−MR>
MB1−C2−TO1−MRにMB−tを加える前後での520nmでの励起における531nmのチアゾールオレンジからの蛍光強度を以下の表に示す。
<MB1-C2-TO1-MR>
The fluorescence intensity from 531 nm thiazole orange upon excitation at 520 nm before and after adding MB-t to MB1-C2-TO1-MR is shown in the table below.

(蛍光測定の条件)分光蛍光光度計:日本分光製FP-6500;励起バンド幅:3 nm;蛍光バンド幅:3 nm;レスポンス:0.1 sec;感度:high;走査速度:200 nm/min (Fluorescence measurement conditions) Spectrofluorometer: FP-6500 manufactured by JASCO; excitation bandwidth: 3 nm; fluorescence bandwidth: 3 nm; response: 0.1 sec; sensitivity: high; scanning speed: 200 nm / min

表3に示すように、このモレキュラービーコン型プローブは、広い温度範囲にわたってバッググランド値(MB−t添加前)はおおよそ安定し、シグナル強度比も広い温度で安定化していた。後述する比較例との対比から、このモレキュラービーコン型プローブはステムの熱安定性に優れる傾向があることがわかった。また、シグナル強度比も安定化されているため、SNPや変異などの変異を検出するのに都合がよいことがわかった。   As shown in Table 3, this molecular beacon type probe had a stable background value (before addition of MB-t) over a wide temperature range and a stable signal intensity ratio at a wide temperature. From comparison with a comparative example described later, it was found that this molecular beacon probe tends to be excellent in thermal stability of the stem. Moreover, since the signal intensity ratio was also stabilized, it turned out that it is convenient for detecting mutations, such as SNP and a mutation.

<MB2−C2−TO1−MR>
MB2−C2−TO1−MRにMBtを加える前と後での、510nmでの励起における531nmのチアゾールオレンジからの蛍光強度を以下に示す。
<MB2-C2-TO1-MR>
The fluorescence intensity from 531 nm thiazole orange upon excitation at 510 nm before and after adding MBt to MB2-C2-TO1-MR is shown below.

(蛍光測定の条件)分光蛍光光度計:日本分光製FP-6500;励起バンド幅:3 nm;蛍光バンド幅:3 nm;レスポンス:0.1 sec;感度:high;走査速度:200 nm/min (Fluorescence measurement conditions) Spectrofluorometer: FP-6500 manufactured by JASCO; excitation bandwidth: 3 nm; fluorescence bandwidth: 3 nm; response: 0.1 sec; sensitivity: high; scanning speed: 200 nm / min

表4に示すように、このモレキュラービーコン型プローブは、30℃〜50℃にかけてバッググランド(MB−t添加前)はおおよそ安定し、シグナル強度比もこの範囲で安定化する傾向があった。後述する比較例との対比から、このモレキュラービーコン型プローブはステムの熱安定性に優れる傾向があることがわかった。また、シグナル強度比も安定化されているため、SNPや変異などの変異を検出するのに都合がよいことがわかった。   As shown in Table 4, the molecular beacon type probe had a stable background (before MB-t addition) from 30 ° C. to 50 ° C., and the signal intensity ratio tended to stabilize in this range. From comparison with a comparative example described later, it was found that this molecular beacon probe tends to be excellent in thermal stability of the stem. Moreover, since the signal intensity ratio was also stabilized, it turned out that it is convenient for detecting mutations, such as SNP and a mutation.

<比較例:MB0F>
比較例として、MB−contにMBtを加える前後での494nmでの励起における520nmのFITCからの蛍光強度を以下に示す。
<Comparative example: MB0F>
As a comparative example, the fluorescence intensity from 520 nm FITC in excitation at 494 nm before and after adding MBt to MB-cont is shown below.

(蛍光測定の条件)分光蛍光光度計:日本分光製FP-6500;励起バンド幅:3 nm;蛍光バンド幅:3 nm;レスポンス:0.1 sec;感度:middle;走査速度:200 nm/min (Conditions for fluorescence measurement) Spectrofluorometer: FP-6500 manufactured by JASCO; excitation bandwidth: 3 nm; fluorescence bandwidth: 3 nm; response: 0.1 sec; sensitivity: middle; scanning speed: 200 nm / min

表5に示すように、従来のモレキュラービーコンは、温度上昇とともにバッググランド(MB−t添加前)が上昇し、40℃以上で急激に増加した。一方、ハイブリダイゼーションによる発光(MB−t添加後)は50℃以上で急激に減少した。この結果、40℃以上では、急激にシグナル強度比が低下した。SNPや変異などを検出するには相対的に高いハイブリダイゼーション温度が必要とされることから、SNPや変異などの検出には不向きであることがわかった。また、このような不安定性から固相反応では一層のバラツキが推測され、固相反応にも不向きであることがわかった。   As shown in Table 5, in the conventional molecular beacon, the bag ground (before MB-t addition) increased with a temperature rise, and increased rapidly at 40 ° C. or higher. On the other hand, luminescence due to hybridization (after addition of MB-t) rapidly decreased at 50 ° C. or higher. As a result, at 40 ° C. or higher, the signal intensity ratio suddenly decreased. Since relatively high hybridization temperatures are required to detect SNPs and mutations, it was found that they are not suitable for detection of SNPs and mutations. Further, from the instability, it was estimated that there was more variation in the solid phase reaction, and it was found that the solid phase reaction is not suitable.

<MB1−C3−PE−Azo>
MB1−C3−PE−AzoにMBtを加える前後での425nmでの励起における460nmのペリレンからの蛍光強度を以下の表に示す。
<MB1-C3-PE-Azo>
The fluorescence intensity from 460 nm perylene in the excitation at 425 nm before and after adding MBt to MB1-C3-PE-Azo is shown in the following table.

(蛍光測定の条件)分光蛍光光度計:日本分光製FP-6500;励起バンド幅:3 nm;蛍光バンド幅:3 nm;レスポンス:0.1 sec;感度:middle;走査速度:200 nm/min (Conditions for fluorescence measurement) Spectrofluorometer: FP-6500 manufactured by JASCO; excitation bandwidth: 3 nm; fluorescence bandwidth: 3 nm; response: 0.1 sec; sensitivity: middle; scanning speed: 200 nm / min

<MB2−C3−PE−Azo>
MB2−C3−PE−AzoにMBtを加える前後での425nmでの励起における460nmのペリレンからの蛍光強度を以下の表に示す。
<MB2-C3-PE-Azo>
The following table shows the fluorescence intensity from 460 nm perylene in the excitation at 425 nm before and after adding MBt to MB2-C3-PE-Azo.

(蛍光測定の条件)分光蛍光光度計:日本分光製FP-6500;励起バンド幅:3 nm;蛍光バンド幅:3 nm;レスポンス:0.1 sec;感度:middle;走査速度:200 nm/min (Conditions for fluorescence measurement) Spectrofluorometer: FP-6500 manufactured by JASCO; excitation bandwidth: 3 nm; fluorescence bandwidth: 3 nm; response: 0.1 sec; sensitivity: middle; scanning speed: 200 nm / min

表6及び表7に示すように、ハイブリダイゼーション温度の違いによる蛍光強度比の変化は抑制されていることがわかった。   As shown in Tables 6 and 7, it was found that the change in the fluorescence intensity ratio due to the difference in hybridization temperature was suppressed.

以下に示す化合物Anthは、ケミカル・コミュニケーションズ(Chemical Communications)誌2006巻5062−5064に記載の方法で得た。
The compound Anth shown below was obtained by the method described in Chemical Communications, Vol. 2006, 5062-5064.

(4-[4-メチルチオフェニルアゾ]安息香酸を含むアミダイトモノマーの合成)
以下のスキームに従い、4-[4-メチルチオフェニルアゾ]安息香酸を含むアミダイトモノマーを合成した。まず、パラ-ニトロソ安息香酸エチル(4-1)を、ジャーナル・オブ・ジ・オーガニック・ケミストリー(Journal of the Organic Chemistry)誌1970年第35巻505−508頁に記載の方法で合成した。このニトロソ化合物4−1を二口ナスフラスコに入れ窒素置換し、p−メチルチオアニリン4−2を加え、更に酢酸を溶媒として加えて、遮光しながら終夜反応させた。この反応溶液に蒸留水を加えた後に、酢酸エチルを加えて分液漏斗で十分に振とうした。続いて酢酸エチル層を蒸留水、飽和重炭酸ナトリウム水溶液、飽和塩化ナトリウム水溶液で順に洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥させた後、溶媒の酢酸エチルを留去した。得られたものを更にシリカゲルクロマトグラフィー(ヘキサン:酢酸エチル=15:1)で精製し、化合物4−3を得た(収率50%)。
(Synthesis of amidite monomers containing 4- [4-methylthiophenylazo] benzoic acid)
According to the following scheme, an amidite monomer containing 4- [4-methylthiophenylazo] benzoic acid was synthesized. First, ethyl para-nitrosobenzoate (4-1) was synthesized by the method described in Journal of the Organic Chemistry, 1970, Vol. 35, pages 505-508. This nitroso compound 4-1 was placed in a two-necked eggplant flask and purged with nitrogen, p-methylthioaniline 4-2 was added, acetic acid was further added as a solvent, and the reaction was allowed to proceed overnight under light shielding. Distilled water was added to the reaction solution, ethyl acetate was added, and the mixture was sufficiently shaken with a separatory funnel. Subsequently, the ethyl acetate layer was washed successively with distilled water, a saturated aqueous sodium bicarbonate solution, and a saturated aqueous sodium chloride solution and dried over magnesium sulfate, and then the ethyl acetate as a solvent was distilled off. The resulting product was further purified by silica gel chromatography (hexane: ethyl acetate = 15: 1) to give compound 4-3 (yield 50%).

得られた化合物4−3にエタノールと2Nの水酸化ナトリウム水溶液を加えて溶解し、遮光しながら17時間攪拌した。この後塩酸を加えてpHを5程度にしてから酢酸エチルを加えて分液漏斗で十分に振とうした。続いて、酢酸エチル層を蒸留水、飽和重炭酸ナトリウム水溶液、飽和塩化ナトリウム水溶液で順に洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥させた後、溶媒の酢酸エチルを留去し、パラ-ニトロソ安息香酸4−4を得た(収率99%以上)。次に、アゾベンゼンの代わりにパラ-ニトロソ安息香酸4−4を用いる以外はネイチャー・プロトコルズ(Nature Protocols)誌2007年第2巻203ページから212ページに記載の方法に従って、アミダイトモノマー4−5を得た。   Ethanol and 2N aqueous sodium hydroxide solution were added to the obtained compound 4-3 for dissolution, and the mixture was stirred for 17 hours while being shielded from light. After that, hydrochloric acid was added to adjust the pH to about 5, and then ethyl acetate was added, followed by sufficient shaking with a separatory funnel. Subsequently, the ethyl acetate layer was washed successively with distilled water, saturated aqueous sodium bicarbonate solution and saturated aqueous sodium chloride solution and dried over magnesium sulfate, and then the ethyl acetate solvent was distilled off to give para-nitrosobenzoic acid 4-4. (Yield 99% or more). Next, amidite monomer 4-5 was prepared according to the method described in Nature Protocols, Vol. 2, pages 203 to 212 except that para-nitrosobenzoic acid 4-4 was used instead of azobenzene. Obtained.

(Cy3を含むアミダイトモノマーの合成)
以下のスキームに従い、Cy3を含むアミダイトモノマーを合成した。まず、ジャーナル・オブ・ジ・アメリカン・ケミカル・ソサエティー(Journal of the American Chemical Society)誌2001年第125巻361−362ページ記載の方法で、Cy3(5−1)を得た。次に、アゾベンゼンの代わりにCy3(5-1)を用いる以外はネイチャー・プロトコルズ(Nature Protocols)誌2007年第2巻203ページから212ページに記載の方法に従って、アミダイトモノマー5−2を得た。
(Synthesis of amidite monomer containing Cy3)
Amidite monomers containing Cy3 were synthesized according to the following scheme. First, Cy3 (5-1) was obtained by the method described in Journal of the American Chemical Society 2001, Vol. 125, pages 361-362. Next, amidite monomer 5-2 was obtained according to the method described in Nature Protocols, Vol. 2, pages 203 to 212 except that Cy3 (5-1) was used instead of azobenzene. .

続いて以下の表6に示すモレキュラービーコン型のオリゴヌクレオチドプローブを設計し合成した。各種モレキュラービーコンは、実施例1〜3で合成又は準備した各種アミダイドモノマー及び各種フルオロホア及びクエンチャーを用いて実施例4に記載の方法に準じて合成した。なお、各種配列も併せて示す。   Subsequently, molecular beacon-type oligonucleotide probes shown in Table 6 below were designed and synthesized. Various molecular beacons were synthesized according to the method described in Example 4 using the various amidide monomers and various fluorophores and quenchers synthesized or prepared in Examples 1-3. Various sequences are also shown.

なお、表8にある略号は、以下の図に示したとおりである。なお実施例6の表2に用いた略号も、以下の図と全く同じである。
The abbreviations in Table 8 are as shown in the following figure. The abbreviations used in Table 2 of Example 6 are also exactly the same as those in the following figure.

これらのビーコンにつき、標的核酸であるMBtを加える前後での蛍光強度の変化を観察した。蛍光スペクトル測定のための溶液の条件は以下の通りとした。結果を表9〜表15に示す。
ビーコンの濃度:0.2μmol/l
標的核酸Nbの濃度:0.4μmol/l
塩化ナトリウム:0.1mol/l
リン酸バッファー:10mmol/l(pH7.0)
For these beacons, changes in fluorescence intensity before and after the addition of MBt as the target nucleic acid were observed. The conditions of the solution for measuring the fluorescence spectrum were as follows. The results are shown in Tables 9-15.
Concentration of beacon: 0.2 μmol / l
Concentration of target nucleic acid Nb: 0.4 μmol / l
Sodium chloride: 0.1 mol / l
Phosphate buffer: 10 mmol / l (pH 7.0)

1.ペリレン−(4-[4-メチルチオフェニルアゾ]安息香酸による消光−発光の確認
<MB1−C3−PE−S>
MB1−C3−PE−SにMBtを加える前後での425nmでの励起における460nmのペリレンからの蛍光強度を以下の表に示す。
1. Quenching with perylene- (4- [4-methylthiophenylazo] benzoic acid-Confirmation of luminescence <MB1-C3-PE-S>
The fluorescence intensity from 460 nm perylene in the excitation at 425 nm before and after adding MBt to MB1-C3-PE-S is shown in the following table.

(蛍光測定の条件)分光蛍光光度計:日本分光製FP-6500;励起バンド幅:3 nm;蛍光バンド幅:3 nm;レスポンス:0.1 sec;感度:middle;走査速度:200 nm/min (Conditions for fluorescence measurement) Spectrofluorometer: FP-6500 manufactured by JASCO; excitation bandwidth: 3 nm; fluorescence bandwidth: 3 nm; response: 0.1 sec; sensitivity: middle; scanning speed: 200 nm / min

<MB2−C3−PE−S>
MB2−C3−PE−SにMBtを加える前後での425nmでの励起における460nmのペリレンからの蛍光強度を以下の表に示す。
<MB2-C3-PE-S>
The following table shows the fluorescence intensity from 460 nm perylene in the excitation at 425 nm before and after adding MBt to MB2-C3-PE-S.

(蛍光測定の条件)分光蛍光光度計:日本分光製FP-6500;励起バンド幅:3 nm;蛍光バンド幅:3 nm;レスポンス:0.1 sec;感度:middle;走査速度:200 nm/min (Conditions for fluorescence measurement) Spectrofluorometer: FP-6500 manufactured by JASCO; excitation bandwidth: 3 nm; fluorescence bandwidth: 3 nm; response: 0.1 sec; sensitivity: middle; scanning speed: 200 nm / min

表9及び10に示すように、ペリレンに対して4-[4-メチルチオフェニルアゾ]安息香酸を用いることで、標的核酸の供給により消光−発光現象を確認できた。したがって、ペリレンをフルオロホアとして、4-[4-メチルチオフェニルアゾ]安息香酸をクエンチャーとして用いることができることがわかった。   As shown in Tables 9 and 10, by using 4- [4-methylthiophenylazo] benzoic acid for perylene, the quenching-luminescence phenomenon could be confirmed by supplying the target nucleic acid. Therefore, it was found that perylene can be used as a fluorophore and 4- [4-methylthiophenylazo] benzoic acid as a quencher.

2.ペリレン−アントラキノンによる消光−発光の確認
<MB1−C3−PE−Q>
MB1−C3−PE−QにMBtを加える前後での425nmでの励起における460nmのペリレンからの蛍光強度を以下の表に示す。
2. Confirmation of quenching-luminescence by perylene-anthraquinone <MB1-C3-PE-Q>
The fluorescence intensity from 460 nm perylene in the excitation at 425 nm before and after adding MBt to MB1-C3-PE-Q is shown in the following table.

(蛍光測定の条件)分光蛍光光度計:日本分光製FP-6500;励起バンド幅:3 nm;蛍光バンド幅:3 nm;レスポンス:0.1 sec;感度:middle;走査速度:200 nm/min (Conditions for fluorescence measurement) Spectrofluorometer: FP-6500 manufactured by JASCO; excitation bandwidth: 3 nm; fluorescence bandwidth: 3 nm; response: 0.1 sec; sensitivity: middle; scanning speed: 200 nm / min

<MB2−C3−PE−Q>
MB2−C3−PE−QにMBtを加える前後での425nmでの励起における460nmのペリレンからの蛍光強度を以下の表に示す。
<MB2-C3-PE-Q>
The fluorescence intensity from 460 nm perylene in the excitation at 425 nm before and after adding MBt to MB2-C3-PE-Q is shown in the following table.

(蛍光測定の条件)分光蛍光光度計:日本分光製FP-6500;励起バンド幅:3 nm;蛍光バンド幅:3 nm;レスポンス:0.1 sec;感度:middle;走査速度:200 nm/min (Conditions for fluorescence measurement) Spectrofluorometer: FP-6500 manufactured by JASCO; excitation bandwidth: 3 nm; fluorescence bandwidth: 3 nm; response: 0.1 sec; sensitivity: middle; scanning speed: 200 nm / min

<MB3−C3−PE−Q>
MB3−C3−PE−QにMBtを加える前後での425nmでの励起における460nmのペリレンからの蛍光強度を以下の表に示す。
<MB3-C3-PE-Q>
The fluorescence intensity from 460 nm perylene in the excitation at 425 nm before and after adding MBt to MB3-C3-PE-Q is shown in the following table.

(蛍光測定の条件)分光蛍光光度計:日本分光製FP-6500;励起バンド幅:3 nm;蛍光バンド幅:3 nm;レスポンス:0.1 sec;感度:middle;走査速度:200 nm/min (Conditions for fluorescence measurement) Spectrofluorometer: FP-6500 manufactured by JASCO; excitation bandwidth: 3 nm; fluorescence bandwidth: 3 nm; response: 0.1 sec; sensitivity: middle; scanning speed: 200 nm / min

表11〜13に示すように、ペリレンに対してアントラキノンを用いることで、標的核酸の供給により消光−発光現象を確認できた。したがって、ペリレンをフルオロホアとして、アントラキノンをクエンチャーとして用いることができることがわかった。特に、表13に示すように、ペリレン及びアントラキノンをモレキュラービーコンの対合するステム鎖に2個づつ備えることで、安定した消光と強い発光を確認できた。以上の結果から、ビーコンが閉じた状態での消光が、シグナル強度比の向上に寄与していることが判る。これは対を形成しているペリレンとアントラキノン同士だけで蛍光消光が起きているのではなく、対を形成していない方のアントラキノンへ天然の塩基対を通じて電子が移動したことで蛍光消光が起きたものと考えられる。すなわち、ステム部分に導入した2つのペリレン−アントラキノンの対はそれぞれ独立に機能しているのではなく、安定した消光に相乗的に寄与していることがわかった。   As shown in Tables 11 to 13, by using anthraquinone for perylene, the quenching-luminescence phenomenon could be confirmed by supplying the target nucleic acid. Therefore, it was found that perylene can be used as a fluorophore and anthraquinone as a quencher. In particular, as shown in Table 13, stable quenching and strong luminescence could be confirmed by providing two perylenes and anthraquinones on the stem strands paired with the molecular beacons. From the above results, it can be seen that the quenching with the beacon closed contributes to the improvement of the signal intensity ratio. This is not because fluorescence quenching occurs only between perylene and anthraquinone forming a pair, but fluorescence quenching occurs due to the transfer of electrons through the natural base pair to the unpaired anthraquinone. It is considered a thing. That is, it was found that the two perylene-anthraquinone pairs introduced into the stem part do not function independently but synergistically contribute to stable quenching.

3.Cy3−MRによる消光−発光の確認
<MB1−C3−Cy3−MR>
MB1−C3−Cy3−MRにMBtを加える前後での546nmでの励起における563nmのCy3からの蛍光強度を以下の表に示す。
3. Confirmation of quenching and light emission by Cy3-MR <MB1-C3-Cy3-MR>
The fluorescence intensity from Cy3 at 563 nm in the excitation at 546 nm before and after adding MBt to MB1-C3-Cy3-MR is shown in the following table.

(蛍光測定の条件)分光蛍光光度計:日本分光製FP-6500;励起バンド幅:3 nm;蛍光バンド幅:3 nm;レスポンス:0.1 sec;感度:middle;走査速度:200 nm/min (Conditions for fluorescence measurement) Spectrofluorometer: FP-6500 manufactured by JASCO; excitation bandwidth: 3 nm; fluorescence bandwidth: 3 nm; response: 0.1 sec; sensitivity: middle; scanning speed: 200 nm / min

<MB2−C3−Cy3−MR>
MB2−C3−Cy3−MRにMBtを加える前後での546nmでの励起における563nmのCy3からの蛍光強度を以下の表に示す。
<MB2-C3-Cy3-MR>
The fluorescence intensity from Cy3 at 563 nm in the excitation at 546 nm before and after adding MBt to MB2-C3-Cy3-MR is shown in the following table.

(蛍光測定の条件)分光蛍光光度計:日本分光製FP-6500;励起バンド幅:3 nm;蛍光バンド幅:3 nm;レスポンス:0.1 sec;感度:middle;走査速度:200 nm/min (Conditions for fluorescence measurement) Spectrofluorometer: FP-6500 manufactured by JASCO; excitation bandwidth: 3 nm; fluorescence bandwidth: 3 nm; response: 0.1 sec; sensitivity: middle; scanning speed: 200 nm / min

表14及び15に示すように、Cy3に対してメチルレッドを用いることで、標的核酸の供給により消光−発光現象を確認できた。したがって、Cy3をフルオロホアとして、メチルレッドをクエンチャーとして用いることができることがわかった。   As shown in Tables 14 and 15, by using methyl red for Cy3, the quenching-luminescence phenomenon could be confirmed by supplying the target nucleic acid. Therefore, it was found that Cy3 can be used as a fluorophore and methyl red as a quencher.

(MRNO2を含むアミダイトモノマーの合成)
以下のスキームに従い、MRNO2を含むアミダイトモノマーを合成した。4−アミノ−3−ニトロ安息香酸を酢酸と水の混合溶媒に溶解し、これに亜硝酸ナトリウムの塩酸酸性溶液を加え15−20℃で15分間攪拌し、さらに氷水を加えることでジアゾニウム塩の水溶液を得た。次にN,N−ジメチルアニリンの塩酸酸性溶液を氷浴上で0-5℃に保ちつつ、上記ジアゾニウム塩の水溶液を滴下することで、4’−ジメチルアミノ―2−ニトロアゾベンゼン―4−カルボン酸(6−1)を得た。次に、アゾベンゼンの代わりに4’−ジメチルアミノ―2−ニトロアゾベンゼン―4−カルボン酸(6−1)を用いる以外はネイチャー・プロトコルズ(Nature Protocols)誌2007年第2巻203ページから212ページに記載の方法に従って、アミダイトモノマー(6−2)を得た。
(Synthesis of amidite monomers containing MRNO2)
Amidite monomers containing MRNO2 were synthesized according to the following scheme. 4-Amino-3-nitrobenzoic acid is dissolved in a mixed solvent of acetic acid and water, and an acidic solution of sodium nitrite in hydrochloric acid is added thereto, followed by stirring at 15-20 ° C. for 15 minutes. An aqueous solution was obtained. Next, while maintaining an acidic solution of hydrochloric acid of N, N-dimethylaniline at 0-5 ° C. on an ice bath, an aqueous solution of the above diazonium salt was dropped to obtain 4′-dimethylamino-2-nitroazobenzene-4-carboxylic acid. The acid (6-1) was obtained. Next, Nature Protocols, Vol. 2, pages 203 to 212 except that 4'-dimethylamino-2-nitroazobenzene-4-carboxylic acid (6-1) is used instead of azobenzene. The amidite monomer (6-2) was obtained according to the method described in 1.

続いて以下の表16に示すモレキュラービーコン型のオリゴヌクレオチドプローブを設計し合成した。各種モレキュラービーコンは、実施例1〜3で合成又は準備した各種アミダイドモノマー及び各種フルオロホア及びクエンチャーを用いて実施例4に記載の方法に準じて合成した。なお、各種配列も併せて示す。
Subsequently, molecular beacon-type oligonucleotide probes shown in Table 16 below were designed and synthesized. Various molecular beacons were synthesized according to the method described in Example 4 using the various amidide monomers and various fluorophores and quenchers synthesized or prepared in Examples 1-3. Various sequences are also shown.

表16にある略号は、以下の図に示したとおりである。なお、表2と表8に用いた略号も、以下の図と全く同じである。   Abbreviations in Table 16 are as shown in the following figure. The abbreviations used in Tables 2 and 8 are also exactly the same as in the following figures.

これらのビーコンにつき、標的核酸であるMBtあるいはMBt2を加える前後での蛍光強度の変化を観察した。蛍光スペクトル測定のための溶液の条件は以下の通りとした。結果を表17〜表20に示す。
ビーコンの濃度:0.2μmol/l
標的核酸Nbの濃度:0.4μmol/l
塩化ナトリウム:0.1mol/l
リン酸バッファー:10mmol/l(pH7.0)
For these beacons, changes in fluorescence intensity before and after the addition of the target nucleic acid MBt or MBt2 were observed. The conditions of the solution for measuring the fluorescence spectrum were as follows. The results are shown in Tables 17-20.
Concentration of beacon: 0.2 μmol / l
Concentration of target nucleic acid Nb: 0.4 μmol / l
Sodium chloride: 0.1 mol / l
Phosphate buffer: 10 mmol / l (pH 7.0)

<MB1−C3−Cy3−MRNO2>
MB1−C3−Cy3−MRNO2にMB−tを加える前後での546nmでの励起における566nmのCy3からの蛍光強度を以下の表に示す。
<MB1-C3-Cy3-MRNO2>
The fluorescence intensity from 566 nm Cy3 in the excitation at 546 nm before and after adding MB-t to MB1-C3-Cy3-MRNO2 is shown in the following table.

(蛍光測定の条件)分光蛍光光度計:日本分光製FP-6500;励起バンド幅:3 nm;蛍光バンド幅:3 nm;レスポンス:0.1 sec;感度:middle;走査速度:200 nm/min (Conditions for fluorescence measurement) Spectrofluorometer: FP-6500 manufactured by JASCO; excitation bandwidth: 3 nm; fluorescence bandwidth: 3 nm; response: 0.1 sec; sensitivity: middle; scanning speed: 200 nm / min

MB1−C3−Cy3−MRNO2にMB−t2を加える前後での546nmでの励起における566nmのCy3からの蛍光強度を以下の表に示す。
(蛍光測定の条件)分光蛍光光度計:日本分光製FP-6500;励起バンド幅:3 nm;蛍光バンド幅:3 nm;レスポンス:0.1 sec;感度:middle;走査速度:200 nm/min
The fluorescence intensity from 566 nm Cy3 in the excitation at 546 nm before and after adding MB-t2 to MB1-C3-Cy3-MRNO2 is shown in the following table.
(Conditions for fluorescence measurement) Spectrofluorometer: FP-6500 manufactured by JASCO; excitation bandwidth: 3 nm; fluorescence bandwidth: 3 nm; response: 0.1 sec; sensitivity: middle; scanning speed: 200 nm / min

<MB2−C3−Cy3−MRNO2>
MB2−C3−Cy3−MRNO2にMB−tを加える前後での546nmでの励起における566nmのCy3からの蛍光強度を以下の表に示す。
<MB2-C3-Cy3-MRNO2>
The fluorescence intensity from 566 nm Cy3 in the excitation at 546 nm before and after adding MB-t to MB2-C3-Cy3-MRNO2 is shown in the following table.

(蛍光測定の条件)分光蛍光光度計:日本分光製FP-6500;励起バンド幅:3 nm;蛍光バンド幅:3 nm;レスポンス:0.1 sec;感度:middle;走査速度:200 nm/min (Conditions for fluorescence measurement) Spectrofluorometer: FP-6500 manufactured by JASCO; excitation bandwidth: 3 nm; fluorescence bandwidth: 3 nm; response: 0.1 sec; sensitivity: middle; scanning speed: 200 nm / min

MB2−C3−Cy3−MRNO2にMB−t2を加える前後での546nmでの励起における566nmのCy3からの蛍光強度を以下の表に示す。 The fluorescence intensity from 566 nm Cy3 in the excitation at 546 nm before and after adding MB-t2 to MB2-C3-Cy3-MRNO2 is shown in the following table.

(蛍光測定の条件)分光蛍光光度計:日本分光製FP-6500、励起バンド幅:3 nm;蛍光バンド幅:3 nm;レスポンス:0.1 sec;感度:middle;走査速度:200 nm/min (Fluorescence measurement conditions) Spectrofluorometer: JASCO FP-6500, excitation bandwidth: 3 nm; fluorescence bandwidth: 3 nm; response: 0.1 sec; sensitivity: middle; scanning speed: 200 nm / min

表17〜20に示すように、Cy3に対してMRNO2を用いることで、標的核酸の供給により消光−発光現象を確認できた。したがって、Cy3をフルオロホアとして、MRNO2をクエンチャーとして用いることができることがわかった。また、Cy3の極大吸収波長は546nmであり、MRNO2は513nmであり、その差は33nmであった。
さらに、表17と表19のように標的核酸がビーコンの蛍光色素側の鎖と二重鎖を形成しても、表18と表20のようにビーコンのクエンチャー側の鎖と二重鎖を形成しても、消光−発光現象を確認できた。
As shown in Tables 17 to 20, by using MRNO2 for Cy3, the quenching-luminescence phenomenon could be confirmed by supplying the target nucleic acid. Therefore, it was found that Cy3 can be used as a fluorophore and MRNO2 as a quencher. Moreover, the maximum absorption wavelength of Cy3 was 546 nm, MRNO2 was 513 nm, and the difference was 33 nm.
Furthermore, even if the target nucleic acid forms a double strand with the beacon fluorescent dye side strand as shown in Table 17 and Table 19, the beacon quencher side strand and double strand as shown in Table 18 and Table 20. Even when formed, the quenching-luminescence phenomenon could be confirmed.

本実施例では、フルオロホア:クエンチャー(1:2)の会合を形成可能なモデル二重鎖につき、会合に伴う消光能を評価した。まず、以下の各種類の修飾DNAを合成し、クエンチャー色素を二つ連続して導入した場合の消光の程度を観察した。
蛍光鎖 1a-Cy3 5’-GGTATC-Cy3-GCAATC-3’
消光鎖 1b-MR 3’-CCATAG-MR-CGTTAG-5’
1b-NMR 3’-CCATAG-NMR-CGTTAG-5’
1b-2 MR 3’-CCATAG-MR-MR-CGTTAG-5’
1b- 2NMR 3’-CCATAG-MR-MR-CGTTAG-5’
1b-MR-NMR 3’-CCATAG-MR-NMR-CGTTAG-5’
1b-NMR-MR 3’-CCATAG-NMR-MR-CGTTAG-5’
In this example, the quenching ability associated with the association was evaluated for a model duplex capable of forming a fluorophore: quencher (1: 2) association. First, the following types of modified DNA were synthesized, and the degree of quenching when two quencher dyes were introduced in succession was observed.
Fluorescent chain 1a-Cy3 5'-GGTATC-Cy3-GCAATC-3 '
Quenching chain 1b-MR 3'-CCATAG-MR-CGTTAG-5 '
1b-NMR 3'-CCATAG-NMR-CGTTAG-5 '
1b-2 MR 3'-CCATAG-MR-MR-CGTTAG-5 '
1b-2NMR 3'-CCATAG-MR-MR-CGTTAG-5 '
1b-MR-NMR 3'-CCATAG-MR-NMR-CGTTAG-5 '
1b-NMR-MR 3'-CCATAG-NMR-MR-CGTTAG-5 '

次に、蛍光鎖1a-Cy3を0.2 μM、消光鎖を蛍光鎖の2倍過剰(0.4μM)の濃度になるよう、バッファー溶液([NaCl] = 100 mM、pH 7.0 10 mM リン酸緩衝液)に溶解し、546nmでの励起における564nmのCy3からの蛍光強度を測定した。結果を表21に示す。   Next, buffer solution ([NaCl] = 100 mM, pH 7.0 10 mM phosphate buffer) so that the concentration of fluorescent chain 1a-Cy3 is 0.2 μM, and the quenching chain is twice the fluorescent chain (0.4 μM). And the fluorescence intensity from Cy3 at 564 nm was measured upon excitation at 546 nm. The results are shown in Table 21.

(蛍光測定の条件)分光蛍光光度計:日本分光製FP-6500;励起バンド幅:3 nm;蛍光バンド幅:5 nm;レスポンス:0.1 sec;感度:high;走査速度:200 nm/min;測定温度:20℃ (Fluorescence measurement conditions) Spectrofluorometer: JASCO FP-6500; excitation bandwidth: 3 nm; fluorescence bandwidth: 5 nm; response: 0.1 sec; sensitivity: high; scanning speed: 200 nm / min; measurement Temperature: 20 ° C

表21に示すように、一つのフルオロホアに対して同一あるいは異なるクエンチャーを二つ連続的に導入することで、フルオロホア(Cy3)の蛍光を、より効率的に消光することができることがわかった。   As shown in Table 21, it was found that the fluorescence of the fluorophore (Cy3) can be quenched more efficiently by introducing two identical or different quenchers successively into one fluorophore.

本実施例では、ダブルクエンチャー型ビーコンによる標的核酸検出の感度について評価した。実施例8の結果に基づき、以下の構成のビーコンを設計・合成した。   In this example, the sensitivity of target nucleic acid detection by a double quencher type beacon was evaluated. Based on the result of Example 8, a beacon having the following configuration was designed and synthesized.

(ビーコン)
dqMB1-cy3-NMR 5’-TG-Cy3-GTCCTTGAGAAAGGGCGAC-NMR-NMR-CA-3’
dqMB2-cy3-NMR 5’-TGG-Cy3-TCCTTGAGAAAGGGCGA-NMR-NMR-CCA-3’
Mb1-cy3-NMR 5’-TG-Cy3-GTCCTTGAGAAAGGGCGAC-NMR-CA-3’
Mb2-cy3-NMR 5’-TGG-Cy3-TCCTTGAGAAAGGGCGA-NMR-CCA-3’
(標的核酸)
Sba 3’-ACCAGGAACTCTTTCCCG-5’
Sbb 3’-GAACTCTTTCCCGCTGGT-5’
(beacon)
dqMB1-cy3-NMR 5'-TG- Cy3 -GTCCTTGAGAAAGGGCGAC- NMR - NMR -CA-3 '
dqMB2-cy3-NMR 5'-TGG- Cy3 -TCCTTGAGAAAGGGCGA- NMR - NMR -CCA-3 '
Mb1-cy3-NMR 5'-TG- Cy3 -GTCCTTGAGAAAGGGCGAC- NMR -CA-3 '
Mb2-cy3-NMR 5'-TGG- Cy3 -TCCTTGAGAAAGGGCGA- NMR -CCA-3 '
(Target nucleic acid)
Sba 3'-ACCAGGAACTCTTTCCCG-5 '
Sbb 3'-GAACTCTTTCCCGCTGGT-5 '

これらのビーコンにつき、標的核酸であるSbaあるいはSbbを加える前後での蛍光強度の変化を観察した。蛍光スペクトル測定のための溶液の条件は以下の通りとした。546nmでの励起における564nmの蛍光強度から算出した結果を表22に示す。
(蛍光スペクトル測定条件)ビーコンの濃度:0.2μmol/l;標的核酸の濃度:0.4μmol/l;塩化ナトリウム:0.1mol/l;リン酸バッファー:10mmol/l(pH7.0)
For these beacons, changes in fluorescence intensity were observed before and after adding the target nucleic acid Sba or Sbb. The conditions of the solution for measuring the fluorescence spectrum were as follows. Table 22 shows the results calculated from the fluorescence intensity at 564 nm upon excitation at 546 nm.
(Fluorescence spectrum measurement conditions) Concentration of beacon: 0.2 μmol / l; Concentration of target nucleic acid: 0.4 μmol / l; Sodium chloride: 0.1 mol / l; Phosphate buffer: 10 mmol / l (pH 7.0)

(蛍光測定の条件)分光蛍光光度計:日本分光製FP-6500、;励起バンド幅:3 nm;蛍光バンド幅:3 nm;レスポンス:0.1 sec;感度:middle;走査速度:200 nm/min;測定温度:20℃ (Conditions for fluorescence measurement) Spectrofluorometer: FP-6500 manufactured by JASCO; excitation bandwidth: 3 nm; fluorescence bandwidth: 3 nm; response: 0.1 sec; sensitivity: middle; scanning speed: 200 nm / min; Measurement temperature: 20 ° C

以上のように、フルオロホアとクエンチャーのステム内の位置に依存せず、良好なS/N比を示した。特に、感度の低かったMb2-cy3-NMRにおいて、ダブルクエンチャー型にすることで(dbMB2-cy3-NMR)、S/N比の顕著な改善効果があることがわかった。   As described above, it showed a good S / N ratio regardless of the position of the fluorophore and quencher in the stem. In particular, it was found that Mb2-cy3-NMR, which had a low sensitivity, had a marked improvement effect on the S / N ratio by using a double quencher type (dbMB2-cy3-NMR).

Claims (13)

ステム及びループを形成可能なオリゴヌクレオチドプローブであって、
前記ステムの隣り合うヌクレオチド間に配置される以下の式(1)で表されるユニットに連結される少なくとも1個のフルオロホアと、
(式中、Xはフルオロホアを表し、R1は、炭素数が2又は3であって置換されていてもよいアルキレン鎖を表し、R2は、炭素数が0以上2以下であって置換されていてもよいアルキレン鎖を表し、Zは、直接の結合又は連結基を表す。)
前記ステムの隣り合うヌクレオチド間の前記少なくとも1個のフルオロホアに対応する部位に配置される以下の式(2)で表されるユニットに連結される少なくとも2個のクエンチャーと、
(式中、Yはクエンチャーを表し、R1は、炭素数が2又は3であって置換されていてもよいアルキレン鎖を表し、R2は、炭素数が0以上2以下であって置換されていてもよいアルキレン鎖を表し、Zは、直接の結合又は連結基を表す。)
を備える、プローブ。
An oligonucleotide probe capable of forming a stem and a loop, comprising:
At least one fluorophore linked to a unit represented by the following formula (1) arranged between adjacent nucleotides of the stem;
(In the formula, X represents a fluorophore, R 1 represents an alkylene chain having 2 or 3 carbon atoms and may be substituted, and R 2 has 0 to 2 carbon atoms and is substituted. And Z represents a direct bond or a linking group.
At least two quenchers linked to a unit represented by the following formula (2) arranged at a site corresponding to the at least one fluorophore between adjacent nucleotides of the stem;
(In the formula, Y represents a quencher, R 1 represents an alkylene chain having 2 or 3 carbon atoms and may be substituted, and R 2 has 0 to 2 carbon atoms and is substituted. Represents an alkylene chain which may be substituted, and Z represents a direct bond or a linking group.)
Comprising a probe.
前記フルオロホアは、標的核酸と特異的にハイブリダイゼーションする塩基配列を構成するヌクレオチド鎖の内部に配置される、請求項1に記載のプローブ。   The probe according to claim 1, wherein the fluorophore is arranged inside a nucleotide chain constituting a base sequence that specifically hybridizes with a target nucleic acid. 前記フルオロホアは、シアニン系色素、メロシアニン系色素、縮合芳香環系色素、キサンテン系色素、クマリン系色素及びアクリジン系色素からなる群から選択されるいずれかであり、前記クエンチャーは、アゾ系色素からなる群から選択されるいずれかである、請求項1又は2に記載のプローブ。   The fluorophore is any one selected from the group consisting of cyanine dyes, merocyanine dyes, condensed aromatic ring dyes, xanthene dyes, coumarin dyes and acridine dyes, and the quencher is selected from azo dyes. The probe according to claim 1 or 2, which is any one selected from the group consisting of: 前記フルオロホアは、Cy3、Cy5、チアゾールオレンジ、オキサゾールイエロー、ペリレン、フルオレッセイン、ローダミン、テトラメチルローダミン、テキサスレッド、クマリン及びアクリジンから選択されるいずれかであり、前記クエンチャーは、メチルレッド、アゾベンゼン及びメチルチオアゾベンゼンから選択されるいずれかである、請求項3に記載のプローブ。   The fluorophore is any one selected from Cy3, Cy5, thiazole orange, oxazole yellow, perylene, fluorescein, rhodamine, tetramethylrhodamine, Texas red, coumarin and acridine, and the quencher is methyl red, azobenzene And the probe according to claim 3, which is any one selected from methylthioazobenzene. 前記フルオロホアは、縮合芳香環系色素であり、前記クエンチャーは、アントラキノン又はその誘導体である、請求項3に記載のプローブ。   The probe according to claim 3, wherein the fluorophore is a condensed aromatic ring dye, and the quencher is anthraquinone or a derivative thereof. 前記フルオロホアはペリレンであり、前記クエンチャーはアントラキノンである、請求項5に記載のプローブ。   6. The probe according to claim 5, wherein the fluorophore is perylene and the quencher is anthraquinone. 一つの前記ステムと一つの前記ループを形成可能である、請求項1〜6のいずれかに記載のプローブ。   The probe according to claim 1, wherein one probe and one loop can be formed. 標的核酸を検出するためのプローブ固定化体であって、
固相担体と、
前記標的核酸の少なくとも一部と特異的にハイブリダイゼーション可能な塩基配列を有し、前記固相担体に保持された請求項1〜7のいずれかに記載のオリゴヌクレオチドプローブと、
を備える、固定化体。
A probe-immobilized body for detecting a target nucleic acid,
A solid support;
The oligonucleotide probe according to any one of claims 1 to 7, which has a base sequence capable of specifically hybridizing with at least a part of the target nucleic acid, and is held on the solid phase carrier;
An immobilization body.
前記固相担体は、プレート状体である、請求項8に記載の固定化体。   The immobilized body according to claim 8, wherein the solid phase carrier is a plate-like body. 複数の前記標的核酸をそれぞれ検出可能な複数のオリゴヌクレオチドプローブを備える、請求項8又は9に記載の固定化体。   The immobilized body according to claim 8 or 9, comprising a plurality of oligonucleotide probes capable of respectively detecting a plurality of the target nucleic acids. SNP又は遺伝子変異の検出用である、請求項8〜10のいずれかに記載の固定化体。   The immobilized body according to any one of claims 8 to 10, which is used for detection of SNP or gene mutation. 標的核酸の検出方法であって、
請求項1〜7のいずれかに記載のオリゴヌクレオチドプローブであって、前記標的核酸の少なくとも一部と特異的にハイブリダイゼーション可能な塩基配列を有するオリゴヌクレオチドプローブを用いて、前記オリゴヌクレオチドプローブの前記フルオロホアに基づくシグナルを検出する、方法。
A method for detecting a target nucleic acid, comprising:
The oligonucleotide probe according to any one of claims 1 to 7, wherein the oligonucleotide probe has a base sequence capable of specifically hybridizing with at least a part of the target nucleic acid, and A method of detecting a signal based on a fluorophore.
複数の標的核酸に対応してハイブリダイゼーション可能な複数の前記オリゴヌクレオチドプローブを固相担体上に保持した固定化体を用いる、請求項12に記載の方法。   The method according to claim 12, wherein an immobilized body in which a plurality of the oligonucleotide probes capable of hybridization corresponding to a plurality of target nucleic acids are held on a solid phase carrier is used.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2020229510A1 (en) * 2019-05-13 2020-11-19 Pentabase Aps Melting temperature methods, kits and reporter oligo for detecting variant nucleic acids
CN115124555A (en) * 2022-05-11 2022-09-30 扬州工业职业技术学院 Perylene bisimide derivative-based dioxygenase fluorescent material and preparation method thereof

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