JP2011147415A - Method for uniform amplification of nucleic acid and highly sensitive detection method - Google Patents

Method for uniform amplification of nucleic acid and highly sensitive detection method Download PDF

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    • C12Q1/686Polymerase chain reaction [PCR]

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for rapidly and readily amplifying a small amount of nucleic acids in high amplification factor. <P>SOLUTION: The method for amplification of the nucleic acids includes a step for introducing a repeated sequence containing an already-known sequence to the 3' terminus of a target nucleic acid chain containing a target sequence or a complementary sequence thereof, a step for hybridizing a plurality of oligonucleotides hybridizable with the repeated sequence, with the repeated sequence introduced into the target nucleic acid chain, and a step for carrying out the synthesis of a complementary chain using the target nucleic acid chain as a template by using the oligonucleotide as a primer to form a plurality of the nucleic acid-complementary chains from a single target nucleic acid chain. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、核酸の増幅方法および検出方法に関するものである。具体的には、本発明は、DNAまたはmRNAを均一にかつ効率的に増幅する方法、および該増幅方法を利用して核酸を検出する方法に関するものである。   The present invention relates to a nucleic acid amplification method and a detection method. Specifically, the present invention relates to a method for amplifying DNA or mRNA uniformly and efficiently, and a method for detecting a nucleic acid using the amplification method.

遺伝子の発現解析や遺伝子診断など種々DNA(あるいはmRNA)の比較解析では、対象とするDNAのコピー数が少ないためにそのコピー数を増幅してから計測することが広く行われている。一般的な増幅方法には、ターゲットとなるDNAの領域を挟んで2箇所をプライミング領域として選択し、その領域にプライマーをハイブリダイズさせ、ターゲット領域を繰り返し相補鎖合成してコピー数を増やすPCR(Polymerase Chain Reaction)や、ターゲット領域にプローブをハイブリダイズさせ、ライゲーションによりリング状のDNAを作製してそれにハイブリダイズするプライマーを用いて相補鎖合成をリングに沿って何周にもわたって行い、ターゲット領域を増幅するRCA(Rolling Circle Amplification)、あるいは鎖置換増幅(SDA)などが知られている。また、多くのプライマーセットと鎖置換増幅を組み合わせたDNA増幅方法などが報告されている(特許文献1)。しかし、これら増幅方法には、増幅対象となる領域の長さや構成する塩基の配列もしくは種類などによって増幅率が異なることがある。これは詳細な遺伝子発現を調べる上で大きな課題である。   In comparative analysis of various DNA (or mRNA) such as gene expression analysis and gene diagnosis, since the copy number of the target DNA is small, it is widely performed after the copy number is amplified. In general amplification methods, PCR is performed by increasing the number of copies by selecting two sites as a priming region across the target DNA region, hybridizing the primer to that region, and repeatedly synthesizing the target region with complementary strands. Polymerase Chain Reaction) or hybridizing a probe to the target region, ligation produces a ring-shaped DNA, and complementary strand synthesis is performed over the circumference of the ring using primers that hybridize to it. RCA (Rolling Circle Amplification) that amplifies the region or strand displacement amplification (SDA) is known. In addition, a DNA amplification method combining many primer sets and strand displacement amplification has been reported (Patent Document 1). However, in these amplification methods, the amplification factor may vary depending on the length of the region to be amplified and the sequence or type of the constituent bases. This is a major problem in examining detailed gene expression.

遺伝子の発現分析は生命科学の基本データとして重要であるばかりでなく、診断あるいは創薬など幅広い分野に用いられている。現在、遺伝子の発現を調べるには多くの細胞をサンプルとして使用し、mRNAを取り出してcDNAを作製し、これらを一括してPCRなどにより増幅してからDNAチップなどを用いてmRNAの発現量を定量分析している。これら多くの細胞を用いた測定ばかりでなく、1つの細胞を対象にそこで発現している遺伝子の解析が注目されつつある(非特許文献1)。このような遺伝子発現解析では多くの細胞を用いた方法よりはるかに少ないmRNAを用いて精密に定量分析することが求められる。このためにmRNAの増幅が重要である。現在mRNAを対象とした一括増幅を行うための試薬キットが市販されている(QIAGEN社;QuantiTect Whole Transcriptome Kit)。これはmRNAからcDNAを生成する際に種々の部位にハイブリダイズするランダムプライマーを用いてcDNAを作製し、得られたcDNA断片混合物をライゲーションにより連結して種々の断片の混ざったリング状のDNAとし、そこにランダムプライマーを再度作用させてRCA増幅するものである。この方法は500〜1000細胞以上の多くの細胞を用いた場合には比較的良好に動作するが、少ない細胞では対象とするDNA断片ごとの増幅率が変化してしまう。また、PCRを用いる一括増幅方法も用いられている(非特許文献1)が、これはまず、アンカー配列付きのポリT配列を有するDNAプローブを用いてmRNAからcDNAを作製し、その3'末端にターミナルトランスフェラーゼを用いてポリA鎖を付加して増幅のための鋳型DNAとする。アンカー配列とポリA配列部分を用いてPCR増幅するが、ターゲットの配列や長さにより増幅率がやはり異なることになる。より精密な遺伝子発現分析には均一なDNA増幅方法が望まれる。   Gene expression analysis is not only important as basic data in life science, but is also used in a wide range of fields such as diagnosis and drug discovery. Currently, many cells are used as samples to investigate gene expression, mRNA is taken out to produce cDNA, and these are collectively amplified by PCR, etc., and then expressed using a DNA chip or the like. Quantitative analysis. Not only the measurement using these many cells but also the analysis of the gene expressed in one cell is drawing attention (Non-patent Document 1). Such gene expression analysis requires precise quantitative analysis using much less mRNA than the method using many cells. For this reason, amplification of mRNA is important. Currently, a reagent kit for performing batch amplification on mRNA is commercially available (QIAGEN; QuantiTect Whole Transcriptome Kit). This is because when cDNA is generated from mRNA, cDNA is prepared using random primers that hybridize to various sites, and the resulting cDNA fragment mixture is ligated to form a ring-shaped DNA in which various fragments are mixed. Then, RCA amplification is performed by reacting the random primer again. This method works relatively well when many cells of 500 to 1000 cells or more are used, but the amplification rate for each target DNA fragment changes with a small number of cells. In addition, a collective amplification method using PCR is also used (Non-patent Document 1). First, a cDNA is prepared from mRNA using a DNA probe having a poly-T sequence with an anchor sequence, and its 3 ′ end. A terminal transferase is used to add a poly A chain to form a template DNA for amplification. PCR amplification is performed using the anchor sequence and the poly A sequence portion, but the amplification rate also varies depending on the sequence and length of the target. A uniform DNA amplification method is desired for more precise gene expression analysis.

少ないDNAコピーを含むサンプルを用いて遺伝子発現解析のような精密な比較分析を行う場合には、対象となる種々DNAを均一に増幅することが必要不可欠である。増幅方法として一般に用いられているポリメラーゼ連鎖反応(PCR)法は、温度を上下して2本鎖DNAを1本鎖にし、プライマーをハイブリダイズさせて相補鎖合成するプロセスを繰り返す方法である。相補鎖合成の効率は対象とするDNAの配列や長さにより若干変化する。PCRでは1サイクル当たりの増幅率をY、温度サイクルの数をnとすると約Yn倍に増幅される。Yは理想的に行けば2であるが実際には1.6前後である。nは通常30〜40であるが熱サイクル当たりの増幅率が少し変化すると増幅率が大きく変化する。たとえば2%だけYが変化した場合に35回熱サイクル反応を行うと増幅率には2倍の差ができる。熱サイクル1回当たりの増幅率は温度やターゲットDNAの長さおよび配列に依存するので、DNAの種類が異なると数倍の増幅率の差ができてしまう。このような差は精密なDNAの存在比を計測するときには障害となる。 When performing precise comparative analysis such as gene expression analysis using a sample containing a small number of DNA copies, it is indispensable to uniformly amplify various target DNAs. The polymerase chain reaction (PCR) method generally used as an amplification method is a method of repeating a process of synthesizing complementary strands by raising and lowering the temperature to make double-stranded DNA into a single strand and hybridizing primers. The efficiency of complementary strand synthesis varies slightly depending on the DNA sequence and length. In PCR, amplification is about Y n times when Y is the amplification factor per cycle and n is the number of temperature cycles. Y is ideally 2 but actually around 1.6. n is usually 30 to 40, but if the amplification factor per thermal cycle changes slightly, the amplification factor changes greatly. For example, if Y is changed by 2% and the heat cycle reaction is performed 35 times, the amplification factor can be doubled. Since the amplification rate per thermal cycle depends on the temperature and the length and sequence of the target DNA, a difference in amplification rate of several times can be made when the DNA type is different. Such a difference is an obstacle when measuring the precise abundance of DNA.

一方、リング状のDNAを作製してプライマーをハイブリダイズさせて相補鎖合成を繰り返すローリングサークル増幅(RCA)法では対象とするリングのサイズに依存して増幅率が変化するものの、相補鎖合成時間でほぼ増幅率が決定される利点がある。しかし、増幅対象とする領域をリング状のDNAとすることが必要で、短い既知配列部分を増幅する際には有効であるが、長い未知配列部分を対象とした増幅には単位時間当たりの増幅率が低く不向きである。たとえば、具体的な例として遺伝子の発現プロフィール分析のためにmRNAから得られるcDNAを増幅しようとすると、cDNAの長さがそれぞれ異なることなどからRCAを利用することはできない。   On the other hand, in the rolling circle amplification (RCA) method in which ring-shaped DNA is prepared and primers are hybridized and complementary strand synthesis is repeated, the amplification rate changes depending on the size of the target ring, but the complementary strand synthesis time There is an advantage that the amplification factor is almost determined. However, it is necessary to make the region to be amplified ring-shaped DNA, which is effective when amplifying short known sequence parts, but for amplification of long unknown sequence parts, amplification per unit time The rate is low and unsuitable. For example, when trying to amplify cDNA obtained from mRNA for gene expression profile analysis, RCA cannot be used because the lengths of the cDNAs differ.

また、複数のプライマーセットと鎖置換DNA相補鎖合成を用いた方法では対象とするDNAごとに多くのプライマーセットを必要とするので、複数の対象DNA断片が存在する場合には煩雑である上、予期せぬ副産物が生じることもあり、やはり有効ではない。   In addition, the method using multiple primer sets and strand-displacing DNA complementary strand synthesis requires many primer sets for each target DNA, so it is complicated when there are multiple target DNA fragments. Unexpected by-products may be generated and are still not effective.

さらにDNAを用いた遺伝子診断が感染症の判定に用いられており、できる限り迅速にDNAを増幅して検出することが望まれているが、現状では少なくとも1時間程度の時間を要する。例えばPCRでは1回の熱プロセスに要する時間は通常1〜2分程度である。充分な増幅を行おうとすると40サイクル程の熱サイクルが必要で、これには1時間を要する。このように長い時間を要するDNA増幅検査はウィルスなどの感染症検査では望ましくない。できるだけ短時間に検査を行い、その後の方針を決定するためである。そこで増幅率が大きく、短時間でDNA増幅できる方法が望まれている。   Furthermore, genetic diagnosis using DNA is used for the determination of infectious diseases, and it is desired to amplify and detect DNA as quickly as possible, but at present it takes at least about 1 hour. For example, in PCR, the time required for one thermal process is usually about 1 to 2 minutes. A full amplification requires about 40 thermal cycles, which takes an hour. Such a DNA amplification test requiring a long time is not desirable for testing for infectious diseases such as viruses. This is because the inspection is performed in the shortest possible time and the subsequent policy is determined. Therefore, a method is desired which has a large amplification factor and can amplify DNA in a short time.

特表2001−519172号公報JP-T-2001-519172

Nucreic Acids Res. 34, e42(2006)Nucreic Acids Res. 34, e42 (2006)

上述のように、微量のDNA増幅に適用でき、配列やDNAの長さの如何にかかわらず増幅する方法や短時間にDNAを増幅する方法の確立が求められている。   As described above, there is a need to establish a method for amplifying DNA in a short time, which can be applied to a small amount of DNA amplification, regardless of the sequence or length of DNA.

従って、本発明の課題は、微量の核酸を、迅速かつ簡便に、高増幅率で増幅する方法を提供することである。また本発明の別の課題は、微量の核酸を、迅速に高増幅率で増幅し、検出する方法を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for amplifying a small amount of nucleic acid quickly and easily at a high amplification factor. Another object of the present invention is to provide a method for rapidly amplifying and detecting a small amount of nucleic acid at a high amplification rate.

上記課題を解決するため鋭意検討を行った結果、本発明者は、増幅対象の核酸の末端に繰り返し配列を導入し、該繰り返し配列に複数のプライマーをハイブリダイズさせて鎖置換型相補鎖合成を行うことにより、増幅対象の核酸およびその相補鎖を同時並行的に合成することができ、核酸を短時間に高増幅率で増幅できるという知見を得、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor introduced a repetitive sequence at the end of the nucleic acid to be amplified and hybridized a plurality of primers to the repetitive sequence to synthesize a strand displacement type complementary strand. As a result, it was possible to synthesize the nucleic acid to be amplified and its complementary strand simultaneously in parallel, and obtained the knowledge that the nucleic acid could be amplified at a high amplification rate in a short time, and the present invention was completed.

すなわち本発明は以下のとおりである。   That is, the present invention is as follows.

(1)核酸の増幅方法であって、
ターゲット配列またはその相補配列を含むターゲット核酸鎖の3'末端に既知配列を含む繰り返し配列を導入するステップ、
該繰り返し配列にハイブリダイズするオリゴヌクレオチドを、該ターゲット核酸鎖に導入した繰り返し配列に複数個ハイブリダイズさせるステップ、
該オリゴヌクレオチドをプライマーとして用いて該ターゲット核酸鎖を鋳型とした相補鎖合成を行い、1つのターゲット核酸鎖から複数の核酸相補鎖を生成するステップ
を含む方法。
(2)繰り返し配列が、ターゲット配列またはその相補配列の長さよりも短いものである、(1)に記載の方法。
(3)繰り返し配列が、ターゲット配列またはその相補配列の長さよりも長いものである、(1)に記載の方法。
(4)繰り返し配列に含まれる繰り返し単位の数が100を超えるものである、(1)〜(3)のいずれかに記載の方法。
(5)繰り返し配列に含まれる繰り返し単位の数が1000を超えるものである、(1)〜(3)のいずれかに記載の方法。
(6)ターゲット核酸鎖が複数種の核酸鎖を含むものであり、それらの複数種の核酸鎖に対して共通の繰り返し配列を導入するものである、(1)〜(5)のいずれかに記載の方法。
(1) A method for amplifying nucleic acid,
Introducing a repetitive sequence containing a known sequence at the 3 ′ end of the target nucleic acid strand containing the target sequence or its complementary sequence;
Hybridizing a plurality of oligonucleotides that hybridize to the repetitive sequence to the repetitive sequence introduced into the target nucleic acid chain;
A method comprising a step of synthesizing complementary strands using the target nucleic acid strand as a template using the oligonucleotide as a primer to generate a plurality of nucleic acid complementary strands from one target nucleic acid strand.
(2) The method according to (1), wherein the repetitive sequence is shorter than the length of the target sequence or its complementary sequence.
(3) The method according to (1), wherein the repetitive sequence is longer than the length of the target sequence or its complementary sequence.
(4) The method according to any one of (1) to (3), wherein the number of repeating units contained in the repeating sequence exceeds 100.
(5) The method according to any one of (1) to (3), wherein the number of repeating units contained in the repeating sequence exceeds 1000.
(6) The target nucleic acid strand includes a plurality of types of nucleic acid strands, and a common repetitive sequence is introduced into the plurality of types of nucleic acid strands. (1) to (5) The method described.

(7)繰り返し配列の導入が、繰り返し配列を有する核酸鎖をターゲット核酸鎖にライゲーションにより導入することにより行う、(1)〜(6)のいずれかに記載の方法。
(8)繰り返し配列の導入が、繰り返し配列を有する核酸鎖を鋳型とし、ターゲット核酸鎖の3'末端部分を繰り返し配列導入用プライマーとしてまたはターゲット核酸鎖の3'末端に付加した配列部分を繰り返し配列導入用プライマーとして用いる相補鎖合成により行う、(1)〜(6)のいずれかに記載の方法。
(9)繰り返し配列を有する核酸鎖が、リング状の核酸を鋳型とした相補鎖合成によって生成されたものである、(7)または(8)に記載の方法。
(7) The method according to any one of (1) to (6), wherein the introduction of the repeating sequence is performed by introducing a nucleic acid chain having the repeating sequence into the target nucleic acid chain by ligation.
(8) Introducing a repetitive sequence, using a nucleic acid chain having a repetitive sequence as a template, repetitively sequencing the 3 'end portion of the target nucleic acid strand as a repetitive sequence introduction primer or a sequence portion added to the 3' end of the target nucleic acid strand The method according to any one of (1) to (6), which is performed by synthesis of a complementary strand used as a primer for introduction.
(9) The method according to (7) or (8), wherein the nucleic acid strand having a repetitive sequence is produced by complementary strand synthesis using a ring-shaped nucleic acid as a template.

(10)繰り返し配列の導入が、ターゲット核酸鎖に含まれる配列部分、または該ターゲット核酸鎖に付加した配列部分を繰り返し配列導入用プライマーとして使用し、リング状の核酸を鋳型とする相補鎖合成により行う、(1)〜(6)のいずれかに記載の方法。
(11)繰り返し配列の導入が、ターゲット核酸鎖に付加した配列部分を繰り返し配列導入用プライマーとして使用し、該配列部分にハイブリダイズしかつライゲーションによりリング状の核酸を形成することができるオリゴヌクレオチドを用いて形成されたリング状の核酸を鋳型とする相補鎖合成により行う、(1)〜(6)のいずれかに記載の方法。
(12)繰り返し配列導入用プライマーの少なくとも一部が、ターゲット核酸鎖の3'末端に付加した配列部分を利用するものである、(10)または(11)に記載の方法。
(13)繰り返し配列の導入が、ターゲット核酸鎖の3'末端に付加した配列部分の少なくとも一部にハイブリダイズするオリゴヌクレオチドを鋳型として相補鎖合成により得られた配列部分の相補配列を繰り返し配列導入用プライマーとして使用し、リング状の核酸を鋳型とする相補鎖合成により行う、(1)〜(6)のいずれかに記載の方法。
(14)ターゲット核酸鎖の3'末端に、ターミナルトランスフェラーゼにより配列部分を付加する、(8)〜(13)のいずれかに記載の方法。
(15)ターゲット核酸鎖の3'末端に付加した配列部分に隣接する該ターゲット核酸鎖の3'末端側の配列部分と、付加した配列部分の全てまたは一部分とにハイブリダイズし、かつ既知配列を含むオリゴヌクレオチドを鋳型として相補鎖合成を行い、該ターゲット核酸鎖の3'末端に付加した配列部分の一部を必要に応じて除去し、続いてハイブリダイズしたオリゴヌクレオチドを鋳型として相補鎖合成により該ターゲット核酸鎖の3'末端側に付加された該既知配列を繰り返し配列導入用プライマーとして用いて、リング状核酸を鋳型として相補鎖合成を行うことにより、繰り返し配列を導入するものである、(13)に記載の方法。
(16)ターゲット核酸鎖の3'末端に付加した配列部分の一部の除去が、該配列部分におけるオリゴヌクレオチドがハイブリダイズしていない部分の塩基をエキソヌクレアーゼを含む酵素を用いて除去することにより行う、(15)に記載の方法。
(10) The introduction of a repetitive sequence is performed by complementary strand synthesis using a sequence portion contained in the target nucleic acid strand or a sequence portion added to the target nucleic acid strand as a primer for repetitive sequence introduction and using a ring-shaped nucleic acid as a template. The method according to any one of (1) to (6).
(11) An oligonucleotide capable of forming a ring-shaped nucleic acid by hybridizing to the sequence portion by using the sequence portion added to the target nucleic acid strand as a repeat sequence-introducing primer for introduction of the repeated sequence and ligation The method according to any one of (1) to (6), wherein the method is performed by complementary strand synthesis using a ring-shaped nucleic acid formed by using as a template.
(12) The method according to (10) or (11), wherein at least part of the primer for introducing a repeated sequence uses a sequence portion added to the 3 ′ end of the target nucleic acid strand.
(13) Repeated sequence introduction introduces the complementary sequence of the sequence portion obtained by complementary strand synthesis using an oligonucleotide that hybridizes to at least part of the sequence portion added to the 3 'end of the target nucleic acid strand as a template. The method according to any one of (1) to (6), wherein the method is carried out by complementary strand synthesis using a ring-shaped nucleic acid as a template.
(14) The method according to any one of (8) to (13), wherein a sequence portion is added to the 3 ′ end of the target nucleic acid strand by terminal transferase.
(15) Hybridizes to a sequence portion on the 3 ′ end side of the target nucleic acid strand adjacent to the sequence portion added to the 3 ′ end of the target nucleic acid strand, and all or part of the added sequence portion, and a known sequence Complementary strand synthesis is performed using the contained oligonucleotide as a template, a part of the sequence portion added to the 3 ′ end of the target nucleic acid strand is removed as necessary, and then the hybridized oligonucleotide is used as a template for complementary strand synthesis. Using the known sequence added to the 3 ′ end of the target nucleic acid strand as a primer for repetitive sequence introduction, a repetitive sequence is introduced by carrying out complementary strand synthesis using a ring nucleic acid as a template. The method described in 13).
(16) Removal of a part of the sequence portion added to the 3 ′ end of the target nucleic acid strand is achieved by removing the base of the sequence portion where the oligonucleotide is not hybridized using an enzyme containing exonuclease. The method according to (15), which is performed.

(17)ターゲット核酸鎖の3'末端に付加した、繰り返し配列導入用プライマーとして使用する配列部分が、制限酵素切断に続くオリゴヌクレオチドのライゲーションまたはオリゴヌクレオチドを鋳型とする相補鎖合成により生成されたものである、(10)〜(13)のいずれかに記載の方法。
(18)繰り返し配列導入用プライマーとして、ターゲット核酸鎖に含まれる既知配列部分を利用するものである、(10)に記載の方法。
(19)ターゲット核酸鎖の既知配列部分を切断して、得られるターゲット核酸鎖の3'末端を含む部分を繰り返し配列導入用プライマーとして使用する、(18)に記載の方法。
(20)ターゲット核酸鎖の既知配列部分の切断が、Cleavaseを含む酵素により行う、(19)に記載の方法。
(17) The sequence portion used as a primer for repetitive sequence introduction added to the 3 'end of the target nucleic acid strand is generated by oligonucleotide ligation following restriction enzyme cleavage or complementary strand synthesis using the oligonucleotide as a template. The method according to any one of (10) to (13), wherein
(18) The method according to (10), wherein a known sequence portion contained in the target nucleic acid chain is used as a primer for introducing a repeated sequence.
(19) The method according to (18), wherein a known sequence portion of the target nucleic acid chain is cleaved, and a portion including the 3 ′ end of the obtained target nucleic acid strand is repeatedly used as a primer for sequence introduction.
(20) The method according to (19), wherein the known sequence portion of the target nucleic acid strand is cleaved with an enzyme containing Cleavase.

(21)ターゲット核酸鎖の既知配列部分にハイブリダイズし、かつ5'末端側にアンカー配列を有するオリゴヌクレオチドをターゲット核酸鎖にハイブリダイズさせ、該オリゴヌクレオチドを伸張する相補鎖合成を行って2本鎖核酸を生成し、1本鎖核酸を3'末端から分解する酵素を用いてターゲット核酸鎖の1本鎖部分を分解除去し、次いで該オリゴヌクレオチドのアンカー配列を鋳型としてターゲット核酸鎖の3'末端側を伸張する相補鎖合成によりターゲット核酸鎖に配列部分を付加して、繰り返し配列導入用のプライマーを生成するものである、(10)〜(13)のいずれかに記載の方法。
(22)ターゲット核酸鎖の既知配列部分にハイブリダイズし、かつ5'末端側にアンカー配列を有するオリゴヌクレオチドをターゲット核酸鎖にハイブリダイズさせ、該オリゴヌクレオチドを伸張する相補鎖合成を行って2本鎖核酸を生成し、ターゲット核酸鎖の1本鎖部分を除去し、次いで該オリゴヌクレオチドのアンカー配列を鋳型とした相補鎖合成によりターゲット核酸鎖の3'末端に既知配列部分を付加し、該オリゴヌクレオチドを除去することにより、繰り返し配列導入用のプライマーを生成するものである、(10)〜(13)のいずれかに記載の方法。
(23)ターゲット核酸鎖の3'末端および5'末端に既知配列部分を付加し、ターゲット核酸鎖およびその相補核酸鎖の両方について3'末端の該既知配列部分を繰り返し配列導入用プライマーとして、該既知配列部分にハイブリダイズすることができるリング状のDNAを鋳型として用いて相補鎖合成を行うことにより、該3'末端および5'末端に繰り返し配列を導入するものである、(8)〜(11)のいずれかに記載の方法。
(24)ターゲット核酸鎖に導入された繰り返し配列にハイブリダイズする第1のオリゴヌクレオチドをプライマーとして用いる相補鎖合成を行い、生成された相補核酸鎖を鋳型として、その3'末端にハイブリダイズする第2のオリゴヌクレオチドをプライマーとして用いて相補鎖合成を行い、ターゲット核酸鎖のコピーを増幅するステップを含む、(1)〜(23)のいずれかに記載の方法。
(25)ターゲット核酸鎖に導入された繰り返し配列にハイブリダイズするオリゴヌクレオチドをプライマーとして用いる相補鎖合成を行い、得られた2本鎖核酸を1本鎖核酸とし、次いで該オリゴヌクレオチドをプライマーとして、生成された1本鎖核酸を鋳型として相補鎖合成を行うステップを繰り返すものである、(1)〜(23)のいずれかに記載の方法。
(21) Two strands are synthesized by hybridizing to a known sequence portion of the target nucleic acid strand and hybridizing an oligonucleotide having an anchor sequence on the 5 ′ end side to the target nucleic acid strand and extending the oligonucleotide. A single-stranded portion of the target nucleic acid strand is decomposed and removed using an enzyme that generates a single-stranded nucleic acid and degrades the single-stranded nucleic acid from the 3 ′ end, and then 3 ′ of the target nucleic acid strand using the oligonucleotide anchor sequence as a template. The method according to any one of (10) to (13), wherein a sequence portion is added to a target nucleic acid strand by complementary strand synthesis extending on the terminal side to generate a primer for repeated sequence introduction.
(22) Two strands are synthesized by hybridizing to a known sequence portion of the target nucleic acid strand and hybridizing to the target nucleic acid strand an oligonucleotide having an anchor sequence on the 5 ′ end side and extending the oligonucleotide. A strand nucleic acid is generated, a single strand portion of the target nucleic acid strand is removed, and then a known sequence portion is added to the 3 ′ end of the target nucleic acid strand by complementary strand synthesis using the anchor sequence of the oligonucleotide as a template. The method according to any one of (10) to (13), wherein a primer for repetitive sequence introduction is generated by removing nucleotides.
(23) A known sequence portion is added to the 3 ′ end and 5 ′ end of the target nucleic acid strand, and the known sequence portion at the 3 ′ end of both the target nucleic acid strand and its complementary nucleic acid strand is used as a primer for repetitive sequence introduction. (8) to (8), wherein a cyclic sequence is introduced into the 3 ′ end and the 5 ′ end by synthesizing a complementary strand using a ring-shaped DNA capable of hybridizing to a known sequence portion as a template. The method according to any one of 11).
(24) Synthesizing a complementary strand using as a primer the first oligonucleotide that hybridizes to a repetitive sequence introduced into the target nucleic acid strand, and using the generated complementary nucleic acid strand as a template to hybridize to the 3 ′ end. The method according to any one of (1) to (23), comprising a step of performing complementary strand synthesis using the oligonucleotide of 2 as a primer and amplifying a copy of the target nucleic acid strand.
(25) Performing complementary strand synthesis using an oligonucleotide that hybridizes to the repetitive sequence introduced into the target nucleic acid strand as a primer, the resulting double-stranded nucleic acid as a single-stranded nucleic acid, and then using the oligonucleotide as a primer, The method according to any one of (1) to (23), wherein the step of performing complementary strand synthesis using the generated single-stranded nucleic acid as a template is repeated.

(26)ターゲット配列またはその相補配列を含み、3'末端に繰り返し配列を有し、かつ5'末端にループ配列を有するターゲット核酸鎖を生成するステップを含む、(1)〜(25)のいずれかに記載の方法。
(27)核酸鎖がDNA鎖である、(1)〜(26)のいずれかに記載の方法。
(26) The method includes any one of (1) to (25), including a step of generating a target nucleic acid strand containing a target sequence or a complementary sequence thereof, having a repeat sequence at the 3 ′ end, and having a loop sequence at the 5 ′ end The method according to
(27) The method according to any one of (1) to (26), wherein the nucleic acid strand is a DNA strand.

(28)ターゲット核酸鎖の5'末端側が固体表面に固定されている、(1)〜(27)のいずれかに記載の方法。
(29)ターゲット核酸鎖に導入される繰り返し配列にハイブリダイズするオリゴヌクレオチドが固体表面に固定されている、(1)〜(28)のいずれかに記載の方法。
(30)ターゲット核酸鎖に導入される繰り返し配列にハイブリダイズする第1のオリゴヌクレオチドを用いて生成された相補核酸鎖を、固体表面に固定した第2のオリゴヌクレオチドを用いて捕獲し、第2のオリゴヌクレオチドをプライマーとして相補鎖合成を行うステップを含む、(1)〜(29)のいずれかに記載の方法。
(31)固体がビーズである、(28)〜(30)のいずれかに記載の方法。
(32)固体が区画化された平面固体である、(28)〜(30)のいずれかに記載の方法。
(33)固体表面が多孔質または細孔アレーの内壁である、(28)〜(30)のいずれかに記載の方法。
(34)ターゲット核酸鎖またはその相補核酸鎖にハイブリダイズする少なくとも2種のオリゴヌクレオチドが同一固体表面に固定されている、(28)〜(33)のいずれかに記載の方法。
(28) The method according to any one of (1) to (27), wherein the 5 ′ end side of the target nucleic acid strand is immobilized on a solid surface.
(29) The method according to any one of (1) to (28), wherein an oligonucleotide that hybridizes to a repetitive sequence introduced into the target nucleic acid chain is immobilized on a solid surface.
(30) A complementary nucleic acid chain generated using the first oligonucleotide that hybridizes to the repetitive sequence introduced into the target nucleic acid chain is captured using the second oligonucleotide immobilized on the solid surface, and the second The method according to any one of (1) to (29), comprising a step of performing complementary strand synthesis using the oligonucleotide of (1) as a primer.
(31) The method according to any one of (28) to (30), wherein the solid is a bead.
(32) The method according to any one of (28) to (30), wherein the solid is a partitioned planar solid.
(33) The method according to any one of (28) to (30), wherein the solid surface is a porous or inner wall of a pore array.
(34) The method according to any one of (28) to (33), wherein at least two kinds of oligonucleotides that hybridize to the target nucleic acid strand or its complementary nucleic acid strand are immobilized on the same solid surface.

(35)ターゲット核酸鎖に導入された繰り返し配列の前または後ろに制限酵素切断認識配列が導入されるように相補鎖合成を行い、得られた相補核酸鎖から制限酵素を用いて繰り返し配列を切断除去するステップを含む、(1)〜(34)のいずれかに記載の方法。
(36)ターゲット核酸鎖に相補的な配列と5'末端に第1のアンカー配列とを有するキャプチャープローブを用いてターゲット核酸鎖を鋳型として相補鎖合成するステップ、生成した相補核酸鎖を1本鎖とするステップ、1本鎖相補核酸鎖にハイブリダイズする第1のオリゴヌクレオチドを用いて相補鎖合成を行い、第1のオリゴヌクレオチドが伸張した3'末端側に第1のアンカー配列に基づく既知配列部分を導入するステップ、該既知配列部分をプライマーとしてリング状の核酸鎖にハイブリダイズさせて相補鎖合成を行い、3'末端側に第1の繰り返し配列が導入された相補核酸鎖を生成するステップ、ならびに第1の繰り返し配列に複数の第2のオリゴヌクレオチドをハイブリダイズさせて、同時並行的に相補鎖合成するステップを含む、(1)に記載の方法。
(37)第1のオリゴヌクレオチドが5'末端側に第2のアンカー配列を含み、第1の繰り返し配列にハイブリダイズする第2のオリゴヌクレオチドをプライマーとして相補鎖合成した相補鎖の3'末端側に第2のアンカー配列に基づく既知配列部分を導入し、該既知配列部分をプライマーとして使用して、リング状の核酸を鋳型として相補鎖合成を行い、3'末端側に第2の繰り返し配列が導入された相補核酸鎖を生成するステップをさらに含む、(36)に記載の方法。
(38)複数種のmRNAからcDNAライブラリを作製し、cDNAライブラリに含まれる複数種のcDNAをターゲット核酸鎖として均一にDNAを増幅するものである、(1)〜(37)のいずれかに記載の方法。
(39)mRNAまたはcDNAを捕捉するビーズとは異なるビーズ上に増幅したDNAコピーを作製するものである、(38)に記載の方法。
(35) Perform complementary strand synthesis so that a restriction enzyme cleavage recognition sequence is introduced before or after the repetitive sequence introduced into the target nucleic acid strand, and cleave the repetitive sequence from the obtained complementary nucleic acid strand using the restriction enzyme. The method according to any one of (1) to (34), comprising a removing step.
(36) a step of synthesizing a complementary strand using a target nucleic acid strand as a template using a capture probe having a sequence complementary to the target nucleic acid strand and a first anchor sequence at the 5 ′ end; A known sequence based on the first anchor sequence on the 3 ′ end side where the first oligonucleotide is extended by synthesizing the complementary strand using the first oligonucleotide hybridizing to the single-stranded complementary nucleic acid strand A step of introducing a portion, a step of hybridizing to a ring-shaped nucleic acid strand using the known sequence portion as a primer to synthesize a complementary strand, and generating a complementary nucleic acid strand having the first repetitive sequence introduced at the 3 ′ end side And hybridizing a plurality of second oligonucleotides to the first repetitive sequence and synthesizing complementary strands in parallel, (1) The method described in 1.
(37) The first oligonucleotide contains the second anchor sequence on the 5 ′ end side, and the 3 ′ end side of the complementary strand synthesized with the second oligonucleotide hybridizing to the first repeat sequence as a primer. A known sequence portion based on the second anchor sequence is introduced into the base, and the known sequence portion is used as a primer to synthesize a complementary strand using a ring-shaped nucleic acid as a template. The method according to (36), further comprising the step of generating an introduced complementary nucleic acid strand.
(38) A cDNA library is prepared from a plurality of types of mRNA, and the DNA is uniformly amplified using a plurality of types of cDNAs contained in the cDNA library as a target nucleic acid chain, according to any one of (1) to (37) the method of.
(39) The method according to (38), wherein an amplified DNA copy is produced on a bead different from the bead that captures mRNA or cDNA.

(40)単一種または複数種の核酸鎖を含む核酸プールを均一に増幅する方法であって、
核酸プールに含まれる核酸鎖の3'末端に既知配列を含む繰り返し配列を導入するステップ、該繰り返し配列にハイブリダイズするオリゴヌクレオチドと、鎖置換型ポリメラーゼを用いて相補鎖合成を行うステップを含む方法。
(41)核酸の増幅方法であって、ターゲット配列またはその相補配列を含むターゲット核酸鎖の3'末端に既知配列を含む繰り返し配列を導入するステップ、該繰り返し配列にハイブリダイズするオリゴヌクレオチドを用いて相補鎖合成を行うステップ、生成される2本鎖核酸に切断部(ニック)を導入するステップ、切断部(ニック)から相補鎖合成を行い、複数の核酸鎖を生成するステップを含む方法。
(42)サンプル中の核酸の検出方法であって、サンプル中の核酸を、(1)〜(41)のいずれかに記載の方法により増幅するステップ、得られる増幅産物を用いて、検出対象の核酸を検出するステップを含む方法。
(43)サンプル中の全ての核酸または検出対象の核酸のみを増幅するものである、(42)に記載の方法。
(40) A method for uniformly amplifying a nucleic acid pool containing single or multiple nucleic acid strands,
A method comprising a step of introducing a repetitive sequence containing a known sequence at the 3 ′ end of a nucleic acid strand contained in a nucleic acid pool, an oligonucleotide hybridizing to the repetitive sequence, and a step of performing complementary strand synthesis using a strand displacement polymerase .
(41) A method for amplifying a nucleic acid, the step of introducing a repetitive sequence containing a known sequence at the 3 ′ end of a target nucleic acid strand containing a target sequence or its complementary sequence, using an oligonucleotide that hybridizes to the repetitive sequence A method comprising a step of performing complementary strand synthesis, a step of introducing a cleaved portion (nick) into the generated double-stranded nucleic acid, and a step of performing complementary strand synthesis from the cleaved portion (nick) to generate a plurality of nucleic acid strands.
(42) A method for detecting a nucleic acid in a sample, the step of amplifying the nucleic acid in the sample by the method according to any one of (1) to (41), and using the obtained amplification product, Detecting the nucleic acid.
(43) The method according to (42), wherein all the nucleic acids in the sample or only the nucleic acids to be detected are amplified.

本発明により、核酸の増幅方法が提供される。かかる方法は、複数種の核酸が共存しても、どの核酸についても同じ増幅率で増幅することができる。また、かかる方法では、核酸の配列や長さの如何にかかわらず均一に、短時間に高い増幅率で核酸を増幅することができる。従って、本発明に係る増幅方法は、mRNAの均一な増幅、特に1つの細胞から得られる少量のmRNAからcDNAを合成し、そのcDNAを均一にバイアスなく増幅する方法として優れている。また本発明に係る方法は、核酸の迅速な増幅と検出が望まれる、遺伝子発現解析、細胞機能解析、生体組織の解析方法、病気の診断、感染症検査、創薬などの分野に有用である。   The present invention provides a nucleic acid amplification method. Such a method can amplify any nucleic acid at the same amplification factor even if plural kinds of nucleic acids coexist. In addition, according to such a method, it is possible to amplify a nucleic acid uniformly at a high amplification rate in a short time regardless of the sequence or length of the nucleic acid. Therefore, the amplification method according to the present invention is excellent as a method for uniformly amplifying mRNA, in particular, synthesizing cDNA from a small amount of mRNA obtained from one cell and amplifying the cDNA uniformly without bias. The method according to the present invention is useful in the fields of gene expression analysis, cell function analysis, biological tissue analysis method, disease diagnosis, infectious disease test, drug discovery, etc., where rapid nucleic acid amplification and detection are desired. .

本発明の一態様の概要を示す。ターゲットDNAの3'末端に既知配列を導入し、この既知配列をプライマー(プライマーP1-1)として、リングDNAを鋳型として用いて相補鎖合成を行い、繰り返し配列をターゲットDNAの3'末端に導入する。次いで繰り返し配列部分にハイブリダイズするプライマー(プライマーP1-2)を用いて同時並行的に相補鎖合成を行い、ターゲットDNAの相補鎖コピーを増幅する。次いでさらに相補鎖合成を行ってターゲットDNAと相同配列を有するDNA鎖を増幅する。1 shows an overview of one embodiment of the present invention. A known sequence is introduced into the 3 ′ end of the target DNA, and this strand is used as a primer (primer P1-1) to synthesize a complementary strand using the ring DNA as a template, and a repeated sequence is introduced into the 3 ′ end of the target DNA. To do. Next, complementary strand synthesis is performed in parallel using a primer (primer P1-2) that hybridizes to the repetitive sequence portion, and a complementary strand copy of the target DNA is amplified. Next, complementary strand synthesis is performed to amplify a DNA strand having a homologous sequence with the target DNA. 図1−1aの続きである。It is a continuation of FIG. 1-1a. 図1−1aの続きである。It is a continuation of FIG. 1-1a. 増幅反応に使用するリングDNA1の構造を示す。The structure of ring DNA 1 used for the amplification reaction is shown. 本発明の一態様として、既知配列部分の付加を、ループ状のプローブのハイブリダイゼーションと酵素Cleavaseを利用する方法で行う概要を示す。As an embodiment of the present invention, an outline is shown in which a known sequence portion is added by a method using loop probe hybridization and the enzyme Cleavase. 増幅反応に使用するリングDNAの一例の構造を示す。The structure of an example of ring DNA used for amplification reaction is shown. 本発明の一態様として、両末端に繰り返し配列を導入して高効率でDNAを増幅する方法の原理を示す。As one embodiment of the present invention, the principle of a method for amplifying DNA with high efficiency by introducing repetitive sequences at both ends is shown. 図3−1aの続きである。It is a continuation of FIG. 本発明の一態様として、ターゲットDNAがビーズに固定されている例で、ビーズに固定されたキャプチャープローブを活用して繰り返し配列をターゲットDNAの末端に導入する方法の概要を示す。As an embodiment of the present invention, an outline of a method for introducing a repetitive sequence into the end of a target DNA using a capture probe fixed to the bead using an example in which the target DNA is fixed to the bead will be described. 図3−2aの続きである。It is a continuation of FIG. 3-2a. 本発明の一態様として、ターゲットDNAにループ配列と繰り返し配列を導入して増幅する方法の概要を示す。As an embodiment of the present invention, an outline of a method for amplifying by introducing a loop sequence and a repetitive sequence into a target DNA is shown. 図4−1の続きである。It is a continuation of FIG. 本発明の一態様として、ビーズ固定ターゲットDNAと固体表面に固定された増幅用のプライマーを用いる方法の概要を示す。固体表面の狭い領域に1個のDNAから多数の増幅産物を生成することができる。As an embodiment of the present invention, an outline of a method using a bead-immobilized target DNA and an amplification primer immobilized on a solid surface is shown. Numerous amplification products can be generated from a single DNA in a narrow area of the solid surface. 図5−1aの続きである。It is a continuation of FIG. 本発明の一態様として、プローブを固定した種々の方法の例を示す。As an embodiment of the present invention, examples of various methods for immobilizing a probe are shown. 本発明の一態様として、相補鎖合成時に切断部(ニック)を生じる酵素の認識部位を導入し、ニックから相補鎖合成を行う方法の概要を示す。As an embodiment of the present invention, an outline of a method for synthesizing a complementary strand from a nick by introducing an enzyme recognition site that generates a cleavage site (nick) during complementary strand synthesis will be described. 図6−1の続きである。It is a continuation of FIG.

本発明は、核酸を均一に効率よく増幅する方法に関する。具体的には、本発明の核酸の増幅方法は、
ターゲット配列またはその相補配列を含むターゲット核酸鎖の3'末端に既知配列を含む繰り返し配列を導入するステップ、
該繰り返し配列にハイブリダイズするオリゴヌクレオチドを、該ターゲット核酸鎖に導入した繰り返し配列に複数個ハイブリダイズさせるステップ、
該オリゴヌクレオチドをプライマーとして用いて該ターゲット核酸鎖を鋳型とした相補鎖合成を行い、1つのターゲット核酸鎖から複数の核酸相補鎖を生成するステップ
を含む。
The present invention relates to a method for amplifying nucleic acids uniformly and efficiently. Specifically, the nucleic acid amplification method of the present invention comprises:
Introducing a repetitive sequence containing a known sequence at the 3 ′ end of the target nucleic acid strand containing the target sequence or its complementary sequence;
Hybridizing a plurality of oligonucleotides that hybridize to the repetitive sequence to the repetitive sequence introduced into the target nucleic acid chain;
Using the oligonucleotide as a primer to synthesize a complementary strand using the target nucleic acid strand as a template, and generating a plurality of nucleic acid complementary strands from one target nucleic acid strand.

ターゲット配列またはその相補配列を含むターゲット核酸鎖は、増幅しようとする配列を含む核酸であれば特に限定されるものではなく、デオキシリボ核酸(DNA)、例えばcDNA、およびリボ核酸(RNA)、例えばメッセンジャーRNA(mRNA)、ならびにそれらの断片およびハイブリッド核酸などである。ターゲット核酸鎖は、当技術分野で公知の方法により調製することができる。例えば、細胞からターゲット核酸を調製する場合には、Proteinase Kのようなタンパク質分解酵素、チオシアン酸グアニジン・グアニジン塩酸といったカオトロピック塩、TweenおよびSDSといった界面活性剤、あるいは市販の細胞溶解用試薬を用いて、細胞を溶解し、それに含まれる核酸、すなわちDNAおよびRNAを溶出することができる。RNAを調製する場合には、上記の細胞溶解により溶出された核酸のうち、DNAをDNA分解酵素(DNase)により分解し、核酸としてRNAのみを含む試料が得られる。mRNAを調製する場合には、mRNAはポリA配列を含むことから、上記のように調製したRNA試料から、ポリT配列を含むDNAプローブを用いてmRNAのみを捕捉することができる。またcDNAを調製する場合には、上記のようにして得られるmRNAから逆転写酵素を用いる逆転写反応を行うことによってcDNAを合成することができ、例えばmRNA調製時に使用したポリT配列を含むDNAプローブをプライマーとし、mRNAを鋳型として、デオキシヌクレオチドの存在下、逆転写酵素を用いて反応させることによりcDNAを合成することができる。   The target nucleic acid strand containing the target sequence or its complementary sequence is not particularly limited as long as it contains the sequence to be amplified. Deoxyribonucleic acid (DNA) such as cDNA and ribonucleic acid (RNA) such as messenger RNA (mRNA), and fragments and hybrid nucleic acids thereof. The target nucleic acid strand can be prepared by a method known in the art. For example, when preparing a target nucleic acid from cells, use a proteolytic enzyme such as Proteinase K, a chaotropic salt such as guanidine thiocyanate or guanidine hydrochloride, a surfactant such as Tween or SDS, or a commercially available reagent for cell lysis. The cells can be lysed and the nucleic acids contained therein, ie DNA and RNA, can be eluted. When RNA is prepared, among the nucleic acids eluted by cell lysis, DNA is decomposed with a DNA degrading enzyme (DNase), and a sample containing only RNA as a nucleic acid is obtained. When mRNA is prepared, since the mRNA contains a poly A sequence, only the mRNA can be captured from the RNA sample prepared as described above using a DNA probe containing a poly T sequence. When preparing cDNA, cDNA can be synthesized from the mRNA obtained as described above by performing a reverse transcription reaction using a reverse transcriptase. For example, a DNA containing a poly-T sequence used at the time of mRNA preparation. A cDNA can be synthesized by reacting with a reverse transcriptase in the presence of deoxynucleotide using a probe as a primer and mRNA as a template.

ターゲット核酸鎖は、単一種の核酸鎖を含むものであってもよいし、または複数種の核酸鎖を含むものであってもよい。すなわち、ターゲット核酸鎖は、同じターゲット配列またはその相補配列を含むものであってもよいし、異なる配列を含むものであってもよい。例えば、ターゲット核酸鎖は、核酸プール、cDNAライブラリなどとすることができる。例えば本発明においては、複数種のmRNAからcDNAライブラリを作製し、そのcDNAライブラリに含まれる複数種のcDNAをターゲット核酸鎖として、均一に増幅することができる。   The target nucleic acid strand may include a single type of nucleic acid strand, or may include a plurality of types of nucleic acid strands. That is, the target nucleic acid strand may include the same target sequence or a complementary sequence thereof, or may include different sequences. For example, the target nucleic acid strand can be a nucleic acid pool, a cDNA library, or the like. For example, in the present invention, a cDNA library can be prepared from a plurality of types of mRNA, and the plurality of types of cDNAs contained in the cDNA library can be uniformly amplified as target nucleic acid chains.

またターゲット核酸鎖は、遊離状態であってもよいし、または5'末端側が固体表面に固定されていてもよい。ターゲット核酸鎖を固定することができる固体は、核酸の操作に一般的に使用される固体であれば特に限定されるものではない。具体的には、水不溶性で、加熱変性時に溶融しない固体であることが好ましい。その材料としては、例えば、金、銀、銅、アルミニウム、タングステン、モリブデン、クロム、白金、チタン、ニッケル等の金属;ステンレス、ハステロイ、インコネル、モネル、ジュラルミン等の合金;シリコン;ガラス、石英ガラス、溶融石英、合成石英、アルミナ、サファイア、セラミクス、フォルステライトおよび感光性ガラス等のガラス材料;ポリエステル樹脂、ポリスチレン、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ABS樹脂(Acrylonitrile Butadiene Styrene 樹脂)、ナイロン、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂、メチルペンテン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂および塩化ビニル樹脂等のプラスチック;アガロース、デキストラン、セルロース、ポリビニルアルコール、ニトロセルロース、キチン、キトサンが挙げられる。また、固体の形状についても、特に限定はなく、区画化された平面(例えばタイタープレート、多孔質もしくは細孔アレーなど)、平板、フィルム、チューブおよび粒子等が挙げられる。固体として粒子を用いることによって、単位体積あたりより大きな表面積を利用することができるので、迅速かつ効率的な処理を行うことができる。さらに、粒子として磁化されたまたは磁化可能な磁気ビーズを用いることによって、分離処理等について、自動化、効率化または迅速化することができる。また固体として粒子を用いる場合、粒子の径は、通常50μm以下、例えば1.0μm〜3.0μmである。   Further, the target nucleic acid chain may be in a free state, or the 5 ′ end side may be fixed on the solid surface. The solid to which the target nucleic acid chain can be immobilized is not particularly limited as long as it is a solid generally used for nucleic acid manipulation. Specifically, it is preferably a solid that is insoluble in water and does not melt during heat denaturation. Examples of the material include metals such as gold, silver, copper, aluminum, tungsten, molybdenum, chromium, platinum, titanium, and nickel; alloys such as stainless steel, hastelloy, inconel, monel, and duralumin; silicon; glass, quartz glass, Glass materials such as fused quartz, synthetic quartz, alumina, sapphire, ceramics, forsterite and photosensitive glass; polyester resin, polystyrene, polyethylene resin, polypropylene resin, ABS resin (Acrylonitrile Butadiene Styrene resin), nylon, acrylic resin, fluorine resin , Polycarbonate resin, polyurethane resin, methylpentene resin, phenol resin, melamine resin, epoxy resin, vinyl chloride resin and other plastics; agarose, dextran, cellulose, polyvinyl alcohol, nito Cellulose, chitin, chitosan. Further, the solid shape is not particularly limited, and examples thereof include compartmentalized flat surfaces (for example, titer plates, porous or fine pore arrays), flat plates, films, tubes, and particles. By using particles as a solid, a larger surface area per unit volume can be utilized, so that rapid and efficient processing can be performed. Further, by using magnetized or magnetizable magnetic beads as particles, the separation process and the like can be automated, made efficient, or accelerated. Moreover, when using particle | grains as solid, the diameter of particle | grains is 50 micrometers or less normally, for example, 1.0 micrometer-3.0 micrometers.

ターゲット核酸鎖などの核酸を固体表面に固定化する方法は、特に限定されないが、例えば、共有結合、イオン結合、物理吸着、生物学的結合(例えば、ビオチンとアビジンまたはストレプトアビジンとの結合、抗原と抗体との結合など)によって固定化する方法などを例示することができる。核酸は、スペーサー配列、例えば1〜10個の炭素原子を含む炭化水素基を介して、固体表面に固定してもよい。
例えば、ターゲット核酸鎖がcDNAである場合には、cDNA合成時にポリT配列を含むプローブ核酸を固体表面に結合させ、そのポリT配列にmRNAを結合させ、相補鎖合成によりcDNAを合成することによって、該プローブ核酸を介してターゲットcDNAを固体表面に固定することができる。ポリT配列を含むプローブ核酸も、上記のように核酸を固体表面に固定化する方法によって、固体表面に結合させることができる。
A method for immobilizing a nucleic acid such as a target nucleic acid chain on a solid surface is not particularly limited. For example, covalent bond, ionic bond, physical adsorption, biological bond (for example, binding of biotin and avidin or streptavidin, antigen And the like, and the like. The nucleic acid may be immobilized on the solid surface via a spacer sequence, for example a hydrocarbon group containing 1 to 10 carbon atoms.
For example, when the target nucleic acid strand is cDNA, a probe nucleic acid containing a poly T sequence is bound to a solid surface during cDNA synthesis, mRNA is bound to the poly T sequence, and cDNA is synthesized by complementary strand synthesis. The target cDNA can be immobilized on the solid surface via the probe nucleic acid. A probe nucleic acid containing a poly-T sequence can also be bound to a solid surface by the method of immobilizing the nucleic acid on the solid surface as described above.

共有結合を介した核酸の固体表面への固定化は、例えば、核酸に官能基を導入しかつ該官能基と反応性の官能基を固体表面に導入して両者を反応させることにより実施できる。例えば、核酸にアミノ基を導入し、固体表面に活性エステル基、エポキシ基、アルデヒド基、カルボジイミド基、イソチオシアネート基またはイソシアネート基を導入することにより共有結合を形成できる。また、核酸にメルカプト基を導入し、固体表面に活性エステル基、マレイミド基またはジスルフィド基を導入してもよい。活性エステル基としては、例えば、p-ニトロフェニル基、N-ヒドロキシスクシンイミド基、コハク酸イミド基、フタル酸イミド基、5-ノルボルネン-2、3-ジカルボキシイミド基等が挙げられる。   Immobilization of a nucleic acid on a solid surface via a covalent bond can be carried out, for example, by introducing a functional group into the nucleic acid and introducing a functional group reactive with the functional group onto the solid surface to cause both to react. For example, a covalent bond can be formed by introducing an amino group into a nucleic acid and introducing an active ester group, epoxy group, aldehyde group, carbodiimide group, isothiocyanate group or isocyanate group onto the solid surface. Further, a mercapto group may be introduced into the nucleic acid, and an active ester group, maleimide group or disulfide group may be introduced onto the solid surface. Examples of the active ester group include p-nitrophenyl group, N-hydroxysuccinimide group, succinimide group, phthalimide group, 5-norbornene-2, and 3-dicarboximide group.

官能基を固体表面に導入する方法の一つとしては、所望の官能基を有するシランカップリング剤によって固体表面を処理する方法が挙げられる。カップリング剤の例としては、γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-β-(アミノエチル)-γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-β-(アミノエチル)-β-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、あるいはγ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等を用いることができる。結合部位となる官能基を固体表面に導入する別の方法としては、プラズマ処理が挙げられる。このようなプラズマ処理により、固体表面に、水酸基やアミノ基等の官能基を導入することができる。プラズマ処理は、当業者には既知の装置を用いて行うことができる。   One method for introducing a functional group onto a solid surface is to treat the solid surface with a silane coupling agent having a desired functional group. Examples of coupling agents include γ-aminopropyltriethoxysilane, N-β- (aminoethyl) -γ-aminopropyltrimethoxysilane, N-β- (aminoethyl) -β-aminopropylmethyldimethoxysilane, Alternatively, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane or the like can be used. As another method for introducing a functional group serving as a binding site to a solid surface, plasma treatment may be mentioned. By such plasma treatment, a functional group such as a hydroxyl group or an amino group can be introduced on the solid surface. The plasma treatment can be performed using an apparatus known to those skilled in the art.

物理吸着によって核酸を固体表面に固定する方法としては、ポリ陽イオン(ポリリシン、ポリアリルアミン、ポリエチレンイミン等)で表面処理した固体に、核酸の荷電を利用して静電結合させる方法などが挙げられる。   Examples of a method for immobilizing a nucleic acid on a solid surface by physical adsorption include a method of electrostatically binding a solid surface-treated with a polycation (polylysine, polyallylamine, polyethyleneimine, etc.) using the charge of the nucleic acid. .

本発明においては、上述のようにして調製したターゲット核酸鎖の3'末端に繰り返し配列を導入する。本発明において「繰り返し配列」とは、一定の長さの繰り返し単位を反復して含む配列を意味し、本発明においては、後述する増幅反応または相補鎖合成においてプライマーがハイブリダイズするためのプライミングサイトを提供する。従って、繰り返し単位は、少なくとも1つのプライミングサイトの配列(相同配列または相補配列)を含み、任意により予備のプライミングサイトの配列、制限酵素切断認識配列などを含んでもよい。その繰り返し単位は約30〜300塩基長、例えば約50〜100塩基長、好ましくは約70塩基長とすることができる。この繰り返し配列に含まれる繰り返し単位の数は、50〜10000程度、好ましくは100を超えるものであり、より好ましくは1000を超えるものである。繰り返し配列は、ターゲット核酸鎖のターゲット配列またはその相補配列の長さよりも短いものであってもよいし、または長いものであってもよい。   In the present invention, a repetitive sequence is introduced at the 3 ′ end of the target nucleic acid strand prepared as described above. In the present invention, the “repetitive sequence” means a sequence repeatedly containing a repeating unit of a certain length, and in the present invention, a priming site for primer hybridization in an amplification reaction or complementary strand synthesis described later. I will provide a. Accordingly, the repeating unit includes at least one priming site sequence (homologous sequence or complementary sequence), and may optionally include a preliminary priming site sequence, a restriction enzyme cleavage recognition sequence, and the like. The repeating unit can be about 30 to 300 bases long, for example about 50 to 100 bases long, preferably about 70 bases long. The number of repeating units contained in this repeating sequence is about 50 to 10,000, preferably more than 100, more preferably more than 1000. The repetitive sequence may be shorter or longer than the length of the target sequence of the target nucleic acid strand or its complementary sequence.

また、ターゲット核酸鎖として複数種の核酸鎖を対象とする場合、それらの複数種の核酸鎖に対して、共通の繰り返し配列を導入してもよいし、または異なる繰り返し配列を導入してもよい。その後の相補鎖合成を同時並行的に簡便に行うことができる点で、共通の繰り返し配列を複数種のターゲット核酸鎖に導入することが好ましい。
繰り返し配列を導入するための1つの方法は、繰り返し配列を有する核酸鎖をターゲット核酸鎖にライゲーションにより導入する方法である。ライゲーションは、当技術分野で公知の方法により、例えば制限酵素やリガーゼを用いる方法によって行うことができる。また別の方法は、繰り返し配列を有する核酸鎖を鋳型とし、ターゲット核酸鎖の3'末端部分を繰り返し配列導入用プライマーとしてまたはターゲット核酸鎖の3'末端に付加した配列部分を繰り返し配列導入用プライマーとして用いる相補鎖合成により、繰り返し配列を有する核酸鎖をターゲット核酸鎖に導入する方法である。
Further, when a plurality of types of nucleic acid chains are targeted as the target nucleic acid chain, a common repetitive sequence may be introduced or a different repetitive sequence may be introduced into the plurality of types of nucleic acid strands. . It is preferable to introduce a common repetitive sequence into a plurality of types of target nucleic acid strands in that subsequent complementary strand synthesis can be easily performed simultaneously in parallel.
One method for introducing a repetitive sequence is a method of introducing a nucleic acid strand having a repetitive sequence into a target nucleic acid strand by ligation. Ligation can be performed by a method known in the art, for example, a method using a restriction enzyme or ligase. In another method, a nucleic acid chain having a repetitive sequence is used as a template, and the 3 ′ end portion of the target nucleic acid strand is used as a primer for repetitive sequence introduction, or a sequence portion added to the 3 ′ end of the target nucleic acid strand is used as a repetitive sequence introduction primer. In which a nucleic acid chain having a repetitive sequence is introduced into a target nucleic acid chain by complementary strand synthesis used as

本発明の方法において、相補鎖合成は、当技術分野で公知の方法に従って、例えば基質となる塩基(dNTPなど)の存在下で適当なポリメラーゼを用いることにより行うことができる。また、本発明の方法において相補鎖合成およびローリングサークル増幅(RCA)反応に使用するプライマーおよびプローブとして機能するオリゴヌクレオチドは、ハイブリダイズさせる対象の配列に基づいて、増幅しようとするターゲット配列の領域、塩基配列の長さや融解温度(Tm)などを考慮して、例えば公知のプログラムを利用して容易に設計することができる。例えば、プライマーまたはプローブとしての機能を有するオリゴヌクレオチドの長さとしては、10塩基以上が好ましく、さらに好ましくは15〜50塩基であり、さらに好ましくは20〜30塩基である。   In the method of the present invention, complementary strand synthesis can be performed according to a method known in the art, for example, by using an appropriate polymerase in the presence of a base (such as dNTP) serving as a substrate. In addition, the oligonucleotides functioning as primers and probes used for complementary strand synthesis and rolling circle amplification (RCA) reaction in the method of the present invention are based on the target sequence region to be amplified, based on the sequence to be hybridized, In consideration of the length of the base sequence, the melting temperature (Tm), etc., it can be designed easily using, for example, a known program. For example, the length of the oligonucleotide having a function as a primer or a probe is preferably 10 bases or more, more preferably 15 to 50 bases, and further preferably 20 to 30 bases.

上記の方法で使用する繰り返し配列を有する核酸鎖は、当技術分野で公知の方法により調製することができる。例えば、繰り返し配列を有する核酸鎖は、リング状の核酸を鋳型とした相補鎖合成によって生成することができる。具体的には、繰り返し単位の配列からなるリング状の核酸(例えばリングDNA)を鋳型として、ローリングサークル増幅(RCA)反応を行うことによって、繰り返し配列を有する核酸鎖を生成することができる。本発明において「リング状の核酸」とは、いわゆる環状の核酸を意味し、直鎖状ではないことを意味する。リング状核酸は、上述した繰り返し単位に相補的な配列を含み、約30〜300塩基長、例えば約50〜100塩基長、好ましくは約70塩基長である。   The nucleic acid chain having a repetitive sequence used in the above method can be prepared by a method known in the art. For example, a nucleic acid strand having a repetitive sequence can be generated by complementary strand synthesis using a ring-shaped nucleic acid as a template. Specifically, a nucleic acid chain having a repetitive sequence can be generated by performing a rolling circle amplification (RCA) reaction using a ring-shaped nucleic acid (for example, ring DNA) composed of a sequence of repetitive units as a template. In the present invention, the “ring-shaped nucleic acid” means a so-called circular nucleic acid, and means not linear. The ring-shaped nucleic acid contains a sequence complementary to the above-mentioned repeating unit, and has a length of about 30 to 300 bases, for example, about 50 to 100 bases, preferably about 70 bases.

繰り返し配列の導入のためにリング状の核酸を鋳型とした相補鎖合成を行う場合、導入される繰り返し配列の繰り返し単位数は、ターゲット核酸の配列や長さにまったく無関係にリング状核酸を構成する配列の長さと相補鎖合成時間で決まる。1塩基相補鎖合成するときに要する時間は2〜3msec程度であるので、15分間相補鎖合成を行うと、繰り返し配列として約2〜3×105の塩基長が伸長する。リング状核酸のサイズを約70塩基とすると約3〜4×103倍の増幅(繰り返し配列)が得られることになる。これを2回繰り返せば短時間に約107倍の増幅が得られる。 When synthesizing a complementary strand using a ring-shaped nucleic acid as a template for the introduction of a repetitive sequence, the number of repetitive units of the repetitive sequence to be introduced constitutes the ring-shaped nucleic acid regardless of the sequence or length of the target nucleic acid. Determined by sequence length and complementary strand synthesis time. Since the time required for synthesizing one base complementary strand is about 2 to 3 msec, when complementary strand synthesis is performed for 15 minutes, a base length of about 2 to 3 × 10 5 is extended as a repetitive sequence. When the size of the ring nucleic acid is about 70 bases, amplification (repetitive sequence) of about 3 to 4 × 10 3 times is obtained. If this is repeated twice, amplification of about 10 7 times can be obtained in a short time.

繰り返し配列を導入するための別の方法として、例えばターゲット核酸鎖の末端の配列が既知の場合には、該ターゲット核酸鎖に含まれる配列部分を繰り返し配列導入用プライマーとして使用し、リング状の核酸を鋳型とする相補鎖合成により、繰り返し配列を導入することができる。ここで使用するリング状の核酸も、上記と同様に、繰り返し単位の配列からなる。   As another method for introducing a repetitive sequence, for example, when the sequence at the end of the target nucleic acid strand is known, a sequence portion contained in the target nucleic acid strand is used as a primer for repetitive sequence introduction, and a ring-shaped nucleic acid is used. Repeated sequences can be introduced by complementary strand synthesis using as a template. The ring-shaped nucleic acid used here is also composed of a sequence of repeating units as described above.

あるいは、ターゲット核酸鎖の末端の配列が既知ではない場合には、繰り返し配列を導入するための別の方法として、ターゲット核酸鎖に付加した配列部分を繰り返し配列導入用プライマーとして使用し、リング状の核酸を鋳型とする相補鎖合成により、繰り返し配列を導入することができる。また、繰り返し配列を導入するために、ターゲット核酸鎖に付加した配列部分を繰り返し配列導入用プライマーとして使用し、該配列部分にハイブリダイズしかつライゲーションによりリング状の核酸を形成することができるオリゴヌクレオチドを用いて形成されたリング状の核酸を鋳型とする相補鎖合成を行うことも可能である。   Alternatively, when the sequence at the end of the target nucleic acid chain is not known, as another method for introducing a repetitive sequence, a sequence portion added to the target nucleic acid chain is used as a primer for repetitive sequence introduction, Repeated sequences can be introduced by complementary strand synthesis using a nucleic acid as a template. In addition, in order to introduce a repetitive sequence, an oligonucleotide that can be used as a repetitive sequence introduction primer using a sequence portion added to a target nucleic acid strand and hybridize to the sequence portion and form a ring-shaped nucleic acid by ligation It is also possible to perform complementary strand synthesis using a ring-shaped nucleic acid formed using as a template.

上記の方法で使用する繰り返し配列導入用プライマーは、例えばその少なくとも一部がターゲット核酸鎖の3'末端に付加した配列部分を利用するものである。また、ターミナルトランスフェラーゼにより、ターゲット核酸鎖の3'末端に、例えばポリA配列またはポリC配列などの配列部分を付加することができる。   The repetitive sequence introduction primer used in the above method utilizes, for example, a sequence portion at least a part of which is added to the 3 ′ end of the target nucleic acid strand. In addition, a sequence portion such as a poly A sequence or a poly C sequence can be added to the 3 ′ end of the target nucleic acid strand by terminal transferase.

またさらに繰り返し配列を導入する方法として、ターゲット核酸鎖の3'末端に付加した配列部分の少なくとも一部にハイブリダイズするオリゴヌクレオチドを鋳型として相補鎖合成により得られた該配列部分の相補配列を繰り返し配列導入用プライマーとして使用し、リング状の核酸を鋳型とする相補鎖合成を行う方法を用いることができる。ここで、ターミナルトランスフェラーゼにより、ターゲット核酸鎖の3'末端に配列部分を付加することができる。この方法は、具体的には、ターゲット核酸鎖の3'末端に付加した配列部分に隣接する該ターゲット核酸鎖の3'末端側の配列部分と、付加した配列部分の全てまたは一部分とにハイブリダイズし、かつ既知配列を含むオリゴヌクレオチドを鋳型として相補鎖合成を行い、該ターゲット核酸鎖の3'末端に付加した配列部分の一部を必要に応じて除去し、続いてハイブリダイズしたオリゴヌクレオチドを鋳型として相補鎖合成により該ターゲット核酸鎖の3'末端側に付加された該既知配列を繰り返し配列導入用プライマーとして用いて、リング状核酸を鋳型として相補鎖合成を行うことにより、繰り返し配列を導入する。   Furthermore, as a method for introducing a repetitive sequence, a complementary sequence of the sequence portion obtained by complementary strand synthesis is repeated using an oligonucleotide that hybridizes to at least a part of the sequence portion added to the 3 ′ end of the target nucleic acid strand as a template. A method for synthesizing a complementary strand using a ring-shaped nucleic acid as a template can be used as a primer for sequence introduction. Here, the sequence portion can be added to the 3 ′ end of the target nucleic acid strand by terminal transferase. Specifically, this method hybridizes to a sequence portion on the 3 ′ end side of the target nucleic acid strand adjacent to the sequence portion added to the 3 ′ end of the target nucleic acid strand and all or part of the added sequence portion. And complementary strand synthesis using an oligonucleotide containing a known sequence as a template, removing part of the sequence portion added to the 3 ′ end of the target nucleic acid strand as necessary, and subsequently hybridizing the oligonucleotide Using the known sequence added to the 3 'end of the target nucleic acid strand as a template for complementary strand synthesis as a primer for repeated sequence introduction, repeat strands are introduced by carrying out complementary strand synthesis using a ring nucleic acid as a template. To do.

上記の方法において、ターゲット核酸鎖の3'末端に付加した配列部分の一部の除去は、該配列部分におけるオリゴヌクレオチドがハイブリダイズしていない部分の塩基を、1本鎖核酸を3'末端から分解する酵素、例えばエキソヌクレアーゼ(ExoI)などの酵素を用いて除去することにより行うことができる。   In the above method, the removal of a part of the sequence portion added to the 3 ′ end of the target nucleic acid strand is performed by removing the base of the portion where the oligonucleotide in the sequence portion is not hybridized from the 3 ′ end of the single-stranded nucleic acid. It can be carried out by removing it using an enzyme such as exonuclease (ExoI) that degrades.

また上述した繰り返し配列の導入の際に、ターゲット核酸鎖の3'末端に付加した、繰り返し配列導入用プライマーとして使用する配列部分は、制限酵素切断に続くオリゴヌクレオチドのライゲーションまたはオリゴヌクレオチドを鋳型とする相補鎖合成により生成することができる。   In addition, the sequence portion used as a primer for introducing a repeated sequence added to the 3 ′ end of the target nucleic acid chain during the introduction of the above-described repeated sequence is an oligonucleotide ligation following restriction enzyme cleavage or an oligonucleotide as a template. It can be produced by complementary strand synthesis.

あるいは、繰り返し配列導入用プライマーとして、ターゲット核酸鎖に含まれる既知配列部分を利用することも可能である。例えば、ターゲット核酸鎖の既知配列部分を切断して、得られるターゲット核酸鎖の3'末端を含む部分を繰り返し配列導入用プライマーとして使用することができる。この切断は、例えばCleavaseなどの酵素を用いて行うことができる。   Alternatively, a known sequence part contained in the target nucleic acid chain can be used as a primer for repetitive sequence introduction. For example, a known sequence portion of the target nucleic acid strand can be cleaved, and the portion containing the 3 ′ end of the target nucleic acid strand obtained can be used repeatedly as a primer for sequence introduction. This cleavage can be performed using, for example, an enzyme such as Cleavase.

また別の方法として、ターゲット核酸鎖の既知配列部分にハイブリダイズし、かつ5'末端側にアンカー配列を有するオリゴヌクレオチドをターゲット核酸鎖にハイブリダイズさせ、該オリゴヌクレオチドを伸張する相補鎖合成を行って2本鎖核酸を生成し、1本鎖核酸を3'末端から分解する酵素を用いてターゲット核酸鎖の1本鎖部分を分解除去し、次いで該オリゴヌクレオチドのアンカー配列を鋳型としてターゲット核酸鎖の3'末端側を伸張する相補鎖合成によりターゲット核酸鎖に配列部分を付加して、繰り返し配列導入用のプライマーを生成することもできる。   As another method, a complementary strand synthesis is performed in which an oligonucleotide having an anchor sequence at the 5 ′ end is hybridized to a target nucleic acid strand, and then the oligonucleotide is extended. The double-stranded nucleic acid is generated, and the single-stranded portion of the target nucleic acid strand is decomposed and removed using an enzyme that degrades the single-stranded nucleic acid from the 3 ′ end, and then the target nucleic acid strand using the anchor sequence of the oligonucleotide as a template. It is also possible to generate a primer for repetitive sequence introduction by adding a sequence portion to the target nucleic acid strand by synthesizing a complementary strand extending the 3 ′ terminal side.

あるいは、ターゲット核酸鎖の既知配列部分にハイブリダイズし、かつ5'末端側にアンカー配列を有するオリゴヌクレオチドをターゲット核酸鎖にハイブリダイズさせ、該オリゴヌクレオチドを伸張する相補鎖合成を行って2本鎖核酸を生成し、ターゲット核酸鎖の1本鎖部分を除去し、次いで該オリゴヌクレオチドのアンカー配列を鋳型とした相補鎖合成によりターゲット核酸鎖の3'末端に既知配列部分を付加し、該オリゴヌクレオチドを除去することにより、繰り返し配列導入用のプライマーを生成することができる。   Alternatively, a double strand is obtained by hybridizing to a known sequence portion of the target nucleic acid strand and hybridizing an oligonucleotide having an anchor sequence on the 5 ′ end side to the target nucleic acid strand and extending the oligonucleotide to perform complementary strand synthesis. A nucleic acid is generated, a single-stranded portion of the target nucleic acid strand is removed, and then a known sequence portion is added to the 3 ′ end of the target nucleic acid strand by complementary strand synthesis using the anchor sequence of the oligonucleotide as a template. A primer for repetitive sequence introduction can be generated by removing.

また、繰り返し配列は、ターゲット核酸鎖の5'末端側にさらに導入してもよい。例えば、ターゲット核酸鎖の3'末端および5'末端に既知配列部分を付加し、ターゲット核酸鎖およびその相補核酸鎖の両方について3'末端の該既知配列部分を繰り返し配列導入用プライマーとして、該既知配列部分にハイブリダイズすることができるリング状のDNAを鋳型として用いて相補鎖合成を行うことにより、該3'末端および5'末端に繰り返し配列を導入することができる。   Further, the repeating sequence may be further introduced on the 5 ′ end side of the target nucleic acid strand. For example, a known sequence portion is added to the 3 ′ end and 5 ′ end of the target nucleic acid strand, and the known sequence portion at the 3 ′ end of both the target nucleic acid strand and its complementary nucleic acid strand is repeatedly used as a primer for sequence introduction. By carrying out complementary strand synthesis using a ring-shaped DNA that can hybridize to the sequence portion as a template, it is possible to repeatedly introduce sequences at the 3 ′ end and 5 ′ end.

続いて、ターゲット核酸鎖に導入された繰り返し配列にハイブリダイズするオリゴヌクレオチドを用いて、該繰り返し配列に複数のオリゴヌクレオチドをハイブリダイズさせ、同時に相補鎖合成を行う。   Subsequently, using an oligonucleotide that hybridizes to the repetitive sequence introduced into the target nucleic acid strand, a plurality of oligonucleotides are hybridized to the repetitive sequence, and complementary strand synthesis is simultaneously performed.

相補鎖合成に使用するポリメラーゼとして、鋳型核酸の2本鎖部分をはがして相補鎖合成を行うタイプ(鎖置換型)のポリメラーゼを使用する。本発明において使用可能なポリメラーゼは、このような鎖置換活性を有するものであれば特に限定されるものではなく、例えばBst DNAポリメラーゼ(ラージフラグメント)、Bca(exo-)DNAポリメラーゼ、大腸菌DNAポリメラーゼIのクレノウフラグメント、Vent(Exo-)DNAポリメラーゼ(Vent DNAポリメラーゼからエクソヌクレアーゼ活性を除いたもの)、DeepVent(Exo-)DNAポリメラーゼ(DeepVent DNAポリメラーゼからエクソヌクレアーゼ活性を除いたもの)およびKOD DNAポリメラーゼ等が挙げられる。好ましくはBst DNAポリメラーゼ(ラージフラグメント)を使用する。Bst DNAポリメラーゼを用いる場合は、その反応至適温度である60〜65℃付近で反応を行うことが望ましい。   As a polymerase to be used for complementary strand synthesis, a type (strand displacement type) polymerase that synthesizes a complementary strand by peeling off the double-stranded portion of the template nucleic acid is used. The polymerase that can be used in the present invention is not particularly limited as long as it has such a strand displacement activity. For example, Bst DNA polymerase (large fragment), Bca (exo-) DNA polymerase, E. coli DNA polymerase I Klenow fragment, Vent (Exo-) DNA polymerase (Vent DNA polymerase minus exonuclease activity), DeepVent (Exo-) DNA polymerase (DeepVent DNA polymerase minus exonuclease activity) and KOD DNA polymerase Etc. Bst DNA polymerase (large fragment) is preferably used. When using Bst DNA polymerase, it is desirable to carry out the reaction at around 60 to 65 ° C., which is the optimum temperature for the reaction.

このような鎖置換型ポリメラーゼを使用した場合、ターゲット核酸鎖の末端に繰り返し配列を導入してそれを鋳型として用いるが、繰り返し配列部分には複数のオリゴヌクレオチドがプライマーとしてハイブリダイズし、これらがほぼ同時に相補鎖合成を行う。例えば、ターゲット核酸鎖1分子につき、約100〜約100000個の、例えば約1000〜50000個のオリゴヌクレオチドをプライマーとしてハイブリダイズさせることができる。1つのプライマーから生成された核酸鎖が、それより下流にハイブリダイズした他のプライマーから生成された核酸鎖にまで伸張すると、それを引き剥がしながら相補鎖合成を続ける。この結果、ターゲット核酸鎖に近い位置にハイブリダイズしたプライマーを起点として合成された核酸鎖は次々に引き剥がされ1本鎖として遊離してくる。最後には鋳型となるターゲット核酸鎖の最も3'末端側にハイブリダイズしたプライマーが相補鎖合成を終えて2本鎖DNAを形成するが、より短い位置(3'末端から遠い位置)にハイブリダイズしたプライマーにより合成された核酸鎖は全て引き剥がされて1本鎖として遊離する。   When such a strand displacement type polymerase is used, a repetitive sequence is introduced into the end of the target nucleic acid strand and used as a template. A plurality of oligonucleotides hybridize to the repetitive sequence portion as primers, and these are almost Simultaneously, complementary strand synthesis is performed. For example, about 100 to about 100000, for example, about 1000 to 50000 oligonucleotides can be hybridized with each primer as a primer. When a nucleic acid strand generated from one primer extends to a nucleic acid strand generated from another primer hybridized downstream thereof, complementary strand synthesis continues while stripping it. As a result, the nucleic acid chains synthesized starting from the primer hybridized at a position close to the target nucleic acid chain are successively peeled off and released as a single strand. Finally, the primer that hybridizes to the 3 'end of the target nucleic acid strand that is the template finishes complementary strand synthesis to form double-stranded DNA, but hybridizes to a shorter position (position far from the 3' end). All of the nucleic acid strands synthesized by the primers are peeled off and released as single strands.

具体的な相補鎖合成ステップは、例えば以下のようにして行うことができる。1つの方法では、ターゲット核酸鎖に導入された繰り返し配列にハイブリダイズする第1のオリゴヌクレオチドをプライマーとして用いる相補鎖合成を行い、生成された相補核酸鎖を鋳型として、その3'末端にハイブリダイズする第2のオリゴヌクレオチドをプライマーとして用いて相補鎖合成を行い、ターゲット核酸鎖のコピーを増幅するステップを行う。また別の方法では、ターゲット核酸鎖に導入された繰り返し配列にハイブリダイズするオリゴヌクレオチドをプライマーとして用いる相補鎖合成を行い、得られた2本鎖核酸を1本鎖核酸とし、次いで該オリゴヌクレオチドをプライマーとして、生成された1本鎖核酸を鋳型として相補鎖合成を行うステップを繰り返す。   A specific complementary strand synthesis step can be performed, for example, as follows. In one method, complementary strand synthesis is performed using a first oligonucleotide that hybridizes to a repetitive sequence introduced into a target nucleic acid strand as a primer, and the resulting complementary nucleic acid strand is used as a template to hybridize to its 3 ′ end. A complementary strand synthesis is performed using the second oligonucleotide as a primer, and a step of amplifying a copy of the target nucleic acid strand is performed. In another method, complementary strand synthesis is performed using, as a primer, an oligonucleotide that hybridizes to a repetitive sequence introduced into the target nucleic acid strand, and the resulting double-stranded nucleic acid is used as a single-stranded nucleic acid. As a primer, the step of performing complementary strand synthesis using the generated single-stranded nucleic acid as a template is repeated.

ここで使用するオリゴヌクレオチドは、固体表面に固定してもよい。例えば、ターゲット核酸鎖に導入される繰り返し配列にハイブリダイズする第1のオリゴヌクレオチドを固体表面に固定してもよいし、あるいは最初の相補鎖合成により生成された相補核酸鎖にハイブリダイズする第2のオリゴヌクレオチドを固体表面に固定してもよいし、あるいは少なくとも2種のオリゴヌクレオチド(例えば第1および第2のオリゴヌクレオチド)を同じまたは異なる固体表面に固定してもよい。例えば第2のオリゴヌクレオチドを固体表面に固定する場合には、ターゲット核酸鎖に導入される繰り返し配列にハイブリダイズする第1のオリゴヌクレオチドを用いて生成された相補核酸鎖を、固体表面に固定した第2のオリゴヌクレオチドを用いて捕獲し、第2のオリゴヌクレオチドをプライマーとして相補鎖合成を行う。ここで使用する固体は、上述したような核酸の操作に一般的に使用される固体であれば任意の固体を使用することができ、また固体とオリゴヌクレオチドとの結合も上述したように行うことができる。   The oligonucleotide used here may be immobilized on a solid surface. For example, the first oligonucleotide that hybridizes to the repetitive sequence introduced into the target nucleic acid strand may be immobilized on the solid surface, or the second oligonucleotide that hybridizes to the complementary nucleic acid strand generated by the first complementary strand synthesis. The oligonucleotides may be immobilized on a solid surface, or at least two oligonucleotides (eg, first and second oligonucleotides) may be immobilized on the same or different solid surfaces. For example, when the second oligonucleotide is immobilized on the solid surface, the complementary nucleic acid strand generated using the first oligonucleotide that hybridizes to the repetitive sequence introduced into the target nucleic acid strand is immobilized on the solid surface. Capture is performed using the second oligonucleotide, and complementary strand synthesis is performed using the second oligonucleotide as a primer. As the solid used here, any solid can be used as long as it is generally used for the operation of nucleic acids as described above, and the solid and the oligonucleotide are bound as described above. Can do.

また本発明の方法は、例えば、ターゲット核酸鎖に相補的な配列と5'末端に第1のアンカー配列とを有するキャプチャープローブを用いてターゲット核酸鎖を鋳型として相補鎖合成するステップ、生成した相補核酸鎖を1本鎖とするステップ、1本鎖相補核酸鎖にハイブリダイズする第1のオリゴヌクレオチドを用いて相補鎖合成を行い、第1のオリゴヌクレオチドが伸張した3'末端側に第1のアンカー配列に基づく既知配列部分を導入するステップ、該既知配列部分をプライマーとしてリング状の核酸鎖にハイブリダイズさせて相補鎖合成を行い、3'末端側に第1の繰り返し配列が導入された相補核酸鎖を生成するステップ、ならびに第1の繰り返し配列に複数の第2のオリゴヌクレオチドをハイブリダイズさせて、同時並行的に相補鎖合成するステップによって行うことができる。この方法では、第1のオリゴヌクレオチドの5'末端側に第2のアンカー配列を含有させることによって、第1の繰り返し配列にハイブリダイズする第2のオリゴヌクレオチドをプライマーとして相補鎖合成した相補鎖の3'末端側に第2のアンカー配列に基づく既知配列部分を導入し、該既知配列部分をプライマーとして使用して、リング状の核酸を鋳型として相補鎖合成を行い、3'末端側に第2の繰り返し配列が導入された相補核酸鎖を生成するステップをさらに行うことができ、この第2の繰り返し配列からも同時並行的に相補鎖合成を行うことができる。   The method of the present invention also includes, for example, a step of synthesizing a complementary strand using a target nucleic acid strand as a template using a capture probe having a sequence complementary to the target nucleic acid strand and a first anchor sequence at the 5 ′ end, and the generated complementation. Step of making nucleic acid strand as single strand, synthesis of complementary strand using first oligonucleotide that hybridizes to single strand complementary nucleic acid strand, and the first oligonucleotide on the 3 ′ end side where the first oligonucleotide is extended A step of introducing a known sequence portion based on an anchor sequence, a complementary strand synthesis is carried out by hybridizing to a ring-shaped nucleic acid strand using the known sequence portion as a primer, and a complement having the first repetitive sequence introduced at the 3 ′ end side A step of generating a nucleic acid strand, and hybridizing a plurality of second oligonucleotides to the first repetitive sequence to synthesize complementary strands in parallel It can be carried out by step. In this method, by including a second anchor sequence on the 5 ′ end side of the first oligonucleotide, the complementary strand synthesized by using the second oligonucleotide that hybridizes to the first repetitive sequence as a primer is synthesized. A known sequence portion based on the second anchor sequence is introduced at the 3 ′ end side, and the known sequence portion is used as a primer to synthesize a complementary strand using a ring-shaped nucleic acid as a template. The step of generating a complementary nucleic acid strand into which the repetitive sequence is introduced can be further performed, and the complementary strand synthesis can also be performed in parallel from the second repetitive sequence.

上記の相補鎖合成においては、導入した繰り返し配列の長さがターゲット核酸鎖の種類または配列によって異なることなく、ほぼ一定であるため、ターゲット核酸鎖の種類または配列にかかわらず均一な増幅が可能となる。また、短時間で高増幅率で増幅を行うことができる。この増幅プロセスは、増幅効率に優れた線形増幅と熱サイクルなどを併用することによって、さらに増幅率を高めることも可能である。例えば、相補鎖合成の際に、ターゲット配列またはその相補配列を含み、3'末端に繰り返し配列を有し、かつ5'末端にループ配列(すなわち2本鎖を形成しない1本鎖の配列部分)を有するターゲット核酸鎖を生成するステップを行うことによって、増幅されたターゲット核酸鎖のループ配列にハイブリダイズするオリゴヌクレオチドを用いて、さらにループ配列から2本鎖のターゲット核酸鎖を引き剥がしながら相補鎖合成を繰り返すことができる。また例えば、相補鎖合成によって生成される2本鎖核酸に切断部(ニック)を導入することによって、その切断部(ニック)から2本鎖核酸を引き剥がしながら相補鎖合成を繰り返すことができる。切断部(ニック)は、ある認識配列を認識して2本鎖のうち1本鎖を切断する酵素(例えばN.BstNBIなど)を用いることによって、相補鎖合成時にその認識配列が2本鎖核酸に導入されるようにプライマーとして使用するオリゴヌクレオチドを設計して、相補鎖合成により該認識配列を2本鎖核酸に導入し、上記酵素を反応させることによって、切断部を形成することができる。   In the above-mentioned complementary strand synthesis, the length of the introduced repetitive sequence does not vary depending on the type or sequence of the target nucleic acid strand, and is almost constant, so that uniform amplification is possible regardless of the type or sequence of the target nucleic acid strand. Become. Further, amplification can be performed at a high amplification rate in a short time. This amplification process can further increase the amplification factor by using linear amplification with excellent amplification efficiency and thermal cycle in combination. For example, at the time of complementary strand synthesis, the target sequence or its complementary sequence is included, the 3 ′ end has a repeat sequence, and the 5 ′ end has a loop sequence (ie, a single-stranded sequence portion that does not form a double strand). By using the oligonucleotide that hybridizes to the loop sequence of the amplified target nucleic acid strand by further performing a step of generating a target nucleic acid strand having The synthesis can be repeated. Further, for example, by introducing a cleaved portion (nick) into a double-stranded nucleic acid generated by complementary strand synthesis, the complementary strand synthesis can be repeated while peeling the double-stranded nucleic acid from the cleaved portion (nick). The cleaving part (nick) recognizes a recognition sequence and uses an enzyme that cleaves one of the two strands (for example, N.BstNBI). The cleaved portion can be formed by designing an oligonucleotide to be used as a primer so as to be introduced into the DNA, introducing the recognition sequence into a double-stranded nucleic acid by complementary strand synthesis, and reacting the enzyme.

また、上記の反応で増幅されたターゲット核酸鎖またはその相補鎖には、繰り返し配列が導入されているが、これは繰り返し配列の前または後ろに制限酵素切断認識配列が導入されるように相補鎖合成を行うことによって、生成される相補核酸鎖から制限酵素を用いて繰り返し配列を切断除去することができる。例えば、繰り返し配列の繰り返し単位中にそのような制限酵素切断認識配列を入れておくことが好ましい。   In addition, a repetitive sequence is introduced into the target nucleic acid strand amplified by the above reaction or its complementary strand, and this is a complementary strand so that a restriction enzyme cleavage recognition sequence is introduced before or after the repetitive sequence. By performing the synthesis, it is possible to cleave and remove the repetitive sequence from the complementary nucleic acid strand produced using a restriction enzyme. For example, it is preferable to put such a restriction enzyme cleavage recognition sequence in the repeating unit of the repeating sequence.

以上の方法により、非常に短時間で高い増幅率での核酸増幅が可能となる。この方法は、均一増幅が必要とされる遺伝子発現解析(定量解析)や高効率の核酸増幅が必要な感染症を始めとする病気の診断検査に有効に使用される。   By the above method, nucleic acid amplification can be performed at a high amplification rate in a very short time. This method is effectively used for gene expression analysis (quantitative analysis) that requires uniform amplification and diagnostic tests for diseases such as infectious diseases that require highly efficient nucleic acid amplification.

そのような用途の一例として、本発明は、上記の増幅方法を利用して、サンプル中の核酸を増幅し、その増幅産物を検出することによって、サンプル中の核酸を検出する方法に関する。   As an example of such an application, the present invention relates to a method for detecting a nucleic acid in a sample by amplifying a nucleic acid in a sample using the above amplification method and detecting the amplification product.

サンプルは、検出が望まれる核酸を含む生体由来サンプルであれば特に限定されるものではなく、細胞サンプル、組織サンプル、液体サンプルなどの任意のサンプルを用いることができる。またサンプルの由来となる生体も特に限定されるものではなく、脊椎動物(例えば哺乳類、鳥類、爬虫類、魚類、両生類など)、無脊椎動物(例えば昆虫、線虫、甲殻類など)、原生生物、植物、真菌、細菌、ウイルスなどの任意の生体に由来するサンプルを用いることができる。サンプルからの核酸の調製は、上述したように実施することができる。   The sample is not particularly limited as long as it is a biological sample containing a nucleic acid to be detected, and any sample such as a cell sample, a tissue sample, or a liquid sample can be used. The organism from which the sample is derived is not particularly limited, and includes vertebrates (eg, mammals, birds, reptiles, fishes, amphibians), invertebrates (eg, insects, nematodes, crustaceans), protists, Samples derived from any living body such as plants, fungi, bacteria, and viruses can be used. Nucleic acid preparation from a sample can be performed as described above.

続いて、サンプル由来の核酸を、上述した増幅反応に従って増幅する。ここで、サンプル中の全ての核酸を増幅してもよいし、あるいは検出対象の核酸のみを増幅してもよい。   Subsequently, the nucleic acid derived from the sample is amplified according to the amplification reaction described above. Here, all the nucleic acids in the sample may be amplified, or only the nucleic acid to be detected may be amplified.

検出対象の核酸が存在するか否かを検出するには、得られる増幅産物を特異的に認識することができる公知の手段を用いることができる。例えば、増幅反応時にプライマーとして使用するオリゴヌクレオチドを標識し、得られる増幅産物を検出対象の核酸に特異的なプローブとハイブリダイズさせ、標識を利用してそのハイブリダイゼーションを検出することによって、対象の核酸を検出することができる。あるいは、得られる増幅産物を、検出対象の核酸に特異的な標識プローブとハイブリダイズさせ、標識を利用してそのハイブリダイゼーションを検出することによって、対象の核酸を検出することができる。あるいは、モレキュラービーコンなどのターゲット配列が存在する場合には蛍光を発するプローブが知られており、このようなプローブと特異的にハイブリダイズする増幅産物を蛍光に基づいて検出することによって、対象の核酸を検出することができる。   In order to detect whether or not the nucleic acid to be detected is present, a known means capable of specifically recognizing the obtained amplification product can be used. For example, by labeling an oligonucleotide to be used as a primer during an amplification reaction, hybridizing the obtained amplification product with a probe specific to the nucleic acid to be detected, and detecting the hybridization using the label, Nucleic acids can be detected. Alternatively, the target nucleic acid can be detected by hybridizing the obtained amplification product with a labeled probe specific to the nucleic acid to be detected and detecting the hybridization using the label. Alternatively, a probe that fluoresces when a target sequence such as a molecular beacon is present is known, and the target nucleic acid is detected by detecting an amplification product that specifically hybridizes with such a probe based on the fluorescence. Can be detected.

このようなハイブリダイゼーション反応は、当技術分野で公知であり、ストリンジェントな条件下にて核酸を特異的に結合させる反応であり、その条件なども公知である。ハイブリダイゼーションを行う場合、サンプル由来の核酸の増幅産物を適当な固体表面(スライドグラス、メンブラン、マイクロタイタープレート等)に固定してもよいし、あるいはプローブを適当な固体表面に固定してもよい。いずれかを固定した場合には、ハイブリダイズしていない核酸などを洗浄によって簡便に除去することができる。   Such a hybridization reaction is known in the art, and is a reaction for specifically binding a nucleic acid under stringent conditions. The conditions are also known. When performing hybridization, the nucleic acid amplification product derived from the sample may be immobilized on an appropriate solid surface (slide glass, membrane, microtiter plate, etc.), or the probe may be immobilized on an appropriate solid surface. . When either one is fixed, non-hybridized nucleic acid or the like can be easily removed by washing.

あるいは、増幅方法においてサンプルに含まれる検出対象の核酸のみを増幅する場合には、増幅産物が得られるか否かによって対象の核酸を検出することができ、例えば増幅反応時にプライマーとして使用するオリゴヌクレオチドを標識したり、相補鎖合成時に使用する基質(塩基)を標識することによって、得られる増幅産物に標識を取り込ませ、その標識に基づいて増幅産物の有無を検出することができる。   Alternatively, when only the nucleic acid to be detected contained in the sample is amplified in the amplification method, the target nucleic acid can be detected depending on whether or not an amplification product is obtained. For example, an oligonucleotide used as a primer during the amplification reaction Or by labeling the substrate (base) used for synthesizing the complementary strand, the label is incorporated into the obtained amplification product, and the presence or absence of the amplification product can be detected based on the label.

標識は、任意の標識でよく、放射性同位体、蛍光物質、発光物質、酵素、ビオチン標識などを用いることができる。放射性同位体としては、32P、125I、35Sなどを用いることができる。また蛍光物質としては、例えば、フルオレセインイソチオシアネート(FITC)、スルホローダミン(SR)、テトラメチルローダミン(TRITC)などを用いることができる。また発光物質としてはルシフェリンなどを用いることができる。酵素としては、βガラクトシダーゼなどを用いることができる。これら標識体の種類や標識体の導入方法等に関しては、特に制限されることはなく、従来公知の各種手段を用いることができる。例えば標識体の導入方法としては、放射性同位体を用いるランダムプライム法が挙げられる。 The label may be any label, and radioisotopes, fluorescent substances, luminescent substances, enzymes, biotin labels, and the like can be used. As the radioisotope, 32 P, 125 I, 35 S and the like can be used. As the fluorescent substance, for example, fluorescein isothiocyanate (FITC), sulforhodamine (SR), tetramethylrhodamine (TRITC) and the like can be used. As the luminescent substance, luciferin or the like can be used. As the enzyme, β-galactosidase or the like can be used. There are no particular restrictions on the type of the labeled body, the method for introducing the labeled body, and the like, and various conventionally known means can be used. For example, as a method for introducing a label, a random prime method using a radioisotope can be mentioned.

標識に基づく検出は、上述した標識体を検出するための当技術分野で公知の方法であればいずれの方法でもよい。例えば、標識体として放射性同位体を用いた場合には、放射活性を、例えば液体シンチレーションカウンター、γ-カウンターなどにより計測することができる。また標識体として蛍光を用いた場合には、その蛍光を蛍光顕微鏡、蛍光プレートリーダーなどを用いて検出することができる。標識が検出された場合には、サンプル中に検出対象の核酸が存在することとなる。   The detection based on the label may be any method known in the art for detecting the above-described labeling body. For example, when a radioisotope is used as the label, the radioactivity can be measured using, for example, a liquid scintillation counter or a γ-counter. In addition, when fluorescence is used as the label, the fluorescence can be detected using a fluorescence microscope, a fluorescence plate reader, or the like. When the label is detected, the nucleic acid to be detected is present in the sample.

また、標識の濃度を指標とすることにより、定量的な検出も可能となる。標識プローブを用いた検出方法の例としては、サザンハイブリダイゼーション法、ノーザンハイブリダイゼーション法等を挙げることができる。   In addition, quantitative detection is possible by using the concentration of the label as an index. Examples of the detection method using a labeled probe include Southern hybridization method and Northern hybridization method.

また、上述した増幅方法において、その増幅率が高い場合には、濁度測定を行うことによって、検出対象の核酸の有無を知ることもできる。   Further, in the amplification method described above, when the amplification factor is high, the presence or absence of the nucleic acid to be detected can also be known by measuring turbidity.

さらに、得られる増幅産物を小分けにして、検出対象の核酸の発現をリアルタイムPCR(Taqman)などにより定量分析することもできる。   Furthermore, the amplification product obtained can be subdivided, and the expression of the nucleic acid to be detected can be quantitatively analyzed by real-time PCR (Taqman) or the like.

本発明の核酸増幅方法は、核酸の均一増幅、特に1つの細胞から得られる僅かなmRNAをcDNAに変換してそれらを均一にバイアスなく増幅する方法として優れており、さらに増幅操作を繰り返すことで短時間に多くの核酸コピーが得られるので、感染症検査などで要求されるDNAの迅速検査にも有効である。   The nucleic acid amplification method of the present invention is excellent as a method for uniformly amplifying nucleic acids, and in particular, converting a small amount of mRNA obtained from one cell to cDNA and amplifying them uniformly without bias. Further, by repeating the amplification operation, Since many nucleic acid copies can be obtained in a short time, it is also effective for rapid DNA testing required for infectious disease testing.

以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。ただし、以下の実施例は、本発明を限定するものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the following examples do not limit the present invention.

[実施例1]繰り返し配列の導入のためにターゲットcDNAの末端に既知配列を付加する方法
本実施例は、1細胞由来のcDNAライブラリーに含まれるcDNAを一括して均一増幅する例である。方法の概略を図1−1に示した。文献(Nature Method 6, 503-506(2009))に従って、アンカー配列およびポリT配列からなるプローブを固定した磁気ビーズを用いてcDNAライブラリーを作製する。すなわち、図1−1の(1)に示すように、アンカー配列1とポリT配列からなるmRNAキャプチャープローブを表面に固定した直径1μmのダイナビーズを用いてmRNAをキャプチャーし、続いてcDNA合成を行い、cDNAの5'末端側がビーズに固定されたcDNAライブラリーを得る。ここではポリT配列として、その途中に5塩基置きにG塩基を3箇所挿入した配列を用いた。これは後に、cDNAを鋳型として相補鎖合成する際にポリT配列の相補鎖合成を行いやすくするためにTmを高くする目的で導入した。このポリT配列部分のcDNA合成は温度が充分に低く問題なく進行するが、後のステップで行うこれを鋳型とする相補鎖合成では温度が少し高くなり、Tmの低い部分の2本鎖DNAが乖離したりして相補鎖合成の中断が起こるのを避けることができる。
[Example 1] Method of adding a known sequence to the end of a target cDNA for the introduction of a repetitive sequence This example is an example of uniformly amplifying cDNA contained in a cDNA library derived from one cell. The outline of the method is shown in FIG. According to the literature (Nature Method 6, 503-506 (2009)), a cDNA library is prepared using magnetic beads to which a probe comprising an anchor sequence and a poly-T sequence is immobilized. That is, as shown in (1) of FIG. 1-1, mRNA was captured using Dynabeads having a diameter of 1 μm with an mRNA capture probe consisting of anchor sequence 1 and poly T sequence immobilized on the surface, followed by cDNA synthesis. And a cDNA library in which the 5 ′ end of the cDNA is fixed to the beads is obtained. Here, as the poly-T sequence, a sequence in which 3 G bases were inserted every 5 bases was used. This was introduced later for the purpose of increasing Tm in order to facilitate the complementary strand synthesis of poly T sequence when cDNA was used as a template for complementary strand synthesis. The cDNA synthesis of this poly-T sequence part is sufficiently low in temperature and proceeds without problems, but in the complementary strand synthesis using this as a template in the subsequent step, the temperature is slightly higher, and the double-stranded DNA in the lower Tm part is It is possible to avoid interruption of complementary strand synthesis due to separation.

cDNA合成後に、洗浄して余分な試薬などを除去した後、3'末端に既知配列を付加する。この方法としてターミナルトランスフェラーゼを用いてポリAまたはポリCなどの配列を付加する方法や、3'側の3塩基が突出した形の2本鎖オリゴマーを末端にハイブリダイズさせ、オリゴマーを相補鎖合成し、続いてライゲーションにより3'末端に既知配列を付加する方法がある。また、制限酵素で切断した切断末端にライゲーションで既知配列を有するオリゴマーを結合して既知配列を付加する方法などもある。ここではターゲットDNAの末端にポリC配列を付加し、次いで3塩基ランダム配列を3'末端に有し、続いて4塩基からなるG配列とアンカー配列2を有するランダムプライマーを用いて末端に既知配列を付加する方法を用いた例で説明する。ここでは3塩基からなるランダム配列の混合物(全て合わせると64種類であるが3塩基目はG塩基以外とすることができるので48種)からなるプライマーを用いた。ランダム配列部分を長くしてGGGG配列をGGGに変更するなども可能である。他の方法も同様に利用できるのでこの限りでない。   After cDNA synthesis, washing is performed to remove unnecessary reagents, and then a known sequence is added to the 3 ′ end. This can be accomplished by adding a sequence such as poly A or poly C using terminal transferase, or by hybridizing a double-stranded oligomer with protruding 3 bases on the 3 'side to the end to synthesize the complementary strand of the oligomer. Subsequently, there is a method of adding a known sequence to the 3 ′ end by ligation. There is also a method of adding a known sequence by binding an oligomer having a known sequence by ligation to the cut end cleaved with a restriction enzyme. Here, a poly C sequence is added to the end of the target DNA, followed by a 3 base random sequence at the 3 ′ end, followed by a known sequence at the end using a random primer having a 4 base G sequence and an anchor sequence 2. An example using the method of adding is described. Here, a primer consisting of a mixture of random sequences consisting of 3 bases (total of 64 types, but the 3rd base can be other than G base, so 48 types) was used. It is also possible to change the GGGG sequence to GGG by lengthening the random sequence portion. This is not the case because other methods can be used as well.

本実施例では、図1−1の(2)に示すようにターミナルトランスフェラーゼを用いて5〜10個のC塩基(図1−1ではCCCCCCC)が末端に付加した例を示した。続いて、図1−1の(3)に示すように、プライマーは、cDNAにおけるランダム配列およびそれに続くCCCC部分とハイブリダイズし、相補鎖合成を行う。次いで、図1−1の(4)に示すように、エキソヌクレアーゼ(ExoI酵素:3'末端から1本鎖を切断する酵素)を反応液中に添加し、cDNAの3'末端側の1本鎖部分を切断して除去する。1本鎖部分を除去するとターゲットcDNAの3'末端はアンカー配列2を有するDNA鎖にハイブリダイズした形となり、これを鋳型として相補鎖合成可能となるので、図1−1の(5)に示すようにターゲットcDNAの末端にアンカー配列2に相補的な配列を付加することができる。この部分は、後の反応においてリングDNAを鋳型とする相補鎖合成でプライマーP1-1として機能する部分である。なお、mRNAからcDNAを生成するときにターミナルトランスフェラーゼ活性のあるMoloney Murine Leukemia Virus由来の逆転写酵素(例えば、SuperScriptII)を用いると、末端に3塩基程度のCCCを導入することができるので都合がよい。この場合にはアンカー配列部分に相補鎖がハイブリダイズした2本鎖DNAをライゲーション反応によりターゲットcDNAの末端に導入することによって、既知配列を付加することができる。   In this example, as shown in (2) of FIG. 1-1, an example in which 5 to 10 C bases (CCCCCCC in FIG. 1-1) were added to the terminal using a terminal transferase was shown. Subsequently, as shown in (3) of FIG. 1-1, the primer hybridizes with a random sequence in the cDNA and the CCCC portion that follows, and performs complementary strand synthesis. Next, as shown in Fig. 1-1 (4), an exonuclease (ExoI enzyme: an enzyme that cleaves a single strand from the 3 'end) is added to the reaction solution, and one strand on the 3' end side of the cDNA is added. The strand part is cut and removed. When the single-stranded portion is removed, the 3 ′ end of the target cDNA becomes hybridized with the DNA strand having the anchor sequence 2, and complementary strand synthesis is possible using this as a template. Thus, a sequence complementary to the anchor sequence 2 can be added to the end of the target cDNA. This part functions as a primer P1-1 in complementary strand synthesis using ring DNA as a template in the subsequent reaction. In addition, when generating cDNA from mRNA, using a reverse transcriptase derived from Moloney Murine Leukemia Virus having terminal transferase activity (for example, SuperScript II) is advantageous because it can introduce CCC of about 3 bases at the end. . In this case, a known sequence can be added by introducing a double-stranded DNA having a complementary strand hybridized to the anchor sequence portion into the end of the target cDNA by a ligation reaction.

ここで、ターゲットcDNAは磁気ビーズに固定した形で得ると、精製には都合がよい。末端に既知配列プライマーP1-1を導入した後に磁気ビーズに捕獲されたcDNAを残して余分な共存物を除去する(図1−1の(6))。次に、図1−1の(7)に示すように、ターゲットcDNAに、70塩基程度の1本鎖DNAからなるリングDNA、核酸基質、鎖置換型DNAポリメラーゼ(例えば、Bst DNAポリメラーゼ、φ29DNAポリメラーゼ)などを加えて相補鎖合成を行う。ここではおよそ30℃で動作するφ29DNAポリメラーゼを使用している。リングDNAのサイズは小さいほうが増幅上有利であり、ターゲットDNAの長さよりもはるかに短い配列からなるリングDNAを通常は用いる。リングDNAの構成は、図1−2に示すように、プライマーP1-1がハイブリダイズする領域(約20塩基)、制限酵素切断認識配列、第2のプライマーP1-2が生成するDNA鎖にハイブリダイズするプライミングサイト1-2を作るためのプライマーP1-2と相同配列を有する領域、および予備のプライミングサイト1-4を含むものである。図1−1の(8)における矢印は参考までに3'側を示す。プライマーP1-2は逆向きにハイブリダイズして矢印とは反対方向に伸張する。制限酵素切断認識配列の配列はできる限りmRNAなどに存在しない配列としたほうがよく、認識配列の長いレアカッター制限酵素による認識配列を使用することが好ましい。このようなレアカッター制限酵素として、6塩基認識酵素Bam HI(認識配列5'-G|GATCC---3')または8塩基認識酵素Sda I(認識配列5'---CCTGCA|GG---3')などがあるが、この限りでない。   Here, if the target cDNA is obtained in a form immobilized on magnetic beads, it is convenient for purification. After introducing the known sequence primer P1-1 at the end, the extraneous coexistence is removed leaving the cDNA captured on the magnetic beads ((1) in FIG. 1-1). Next, as shown in FIG. 1-1 (7), the target cDNA is a ring DNA consisting of about 70 bases of single-stranded DNA, a nucleic acid substrate, a strand displacement type DNA polymerase (for example, Bst DNA polymerase, φ29 DNA polymerase). ) Etc. are added to synthesize complementary strands. Here, φ29 DNA polymerase operating at approximately 30 ° C. is used. A smaller ring DNA is advantageous for amplification, and a ring DNA having a sequence much shorter than the length of the target DNA is usually used. As shown in Fig. 1-2, the ring DNA is composed of a region (approximately 20 bases) where primer P1-1 hybridizes, a restriction enzyme cleavage recognition sequence, and a DNA strand generated by second primer P1-2. It includes a region having a homologous sequence with primer P1-2 for producing priming site 1-2 for soybean, and a preliminary priming site 1-4. The arrow in FIG. 1-1 (8) indicates the 3 ′ side for reference. Primer P1-2 hybridizes in the opposite direction and extends in the direction opposite to the arrow. The restriction enzyme cleavage recognition sequence should be a sequence that does not exist in mRNA as much as possible, and a recognition sequence by a rare cutter restriction enzyme having a long recognition sequence is preferably used. Such rare cutter restriction enzymes include 6-base recognition enzyme Bam HI (recognition sequence 5'-G | GATCC --- 3 ') or 8-base recognition enzyme Sda I (recognition sequence 5' --- CCTGCA | GG-- -3 '), but not limited to this.

導入される繰り返し配列の数は目的にもよるが、単に均一に全てのターゲットDNAを増幅してコピーを増やした後、溶液を分割して定量PCRを行うような場合には、数百程度の繰り返し配列の単位が導入できればよい。一方、大きな増幅率を達成することが望ましい場合には、導入する繰り返し配列の単位は数千以上とすることが好ましい。さらに3'および5'の両末端に繰り返し配列を導入したり、増幅操作を繰り返したりすることによって、繰り返し配列の導入単位数を増加させることができる。   The number of repetitive sequences to be introduced depends on the purpose, but when amplifying all target DNAs to increase the number of copies and increasing the number of copies, and then performing quantitative PCR by dividing the solution, it is about several hundreds. What is necessary is just to be able to introduce a repeating unit. On the other hand, when it is desirable to achieve a large amplification factor, the unit of the repetitive sequence to be introduced is preferably several thousand or more. Furthermore, the number of introduced units of the repetitive sequence can be increased by introducing a repetitive sequence at both ends of 3 ′ and 5 ′ or repeating the amplification operation.

ここでは繰り返し配列を導入するためのリングDNAを鋳型とする相補鎖合成を5分間行った(図1−1の(7))。リングDNAを鋳型とする相補鎖合成は全てのターゲットcDNAについてcDNAの配列の如何にかかわらず同じリング配列の相補鎖を合成するように進む。一定時間でターゲットcDNAの末端に導入される繰り返し配列の長さはcDNAの種類によらずほぼ同じである。DNA相補鎖合成のスピードは1秒間に50〜300塩基程度であるので5分間で数百〜千個の繰り返し配列単位を導入することができる。相補鎖合成による繰り返し配列導入終了後、リングDNAを除去してリングDNAの相補鎖からなる繰り返し配列部分(プライマーP1-1の配列、制限酵素切断認識配列、プライミングサイト1-2の配列および予備のプライミングサイト1-4の配列からなる)のプライミングサイト1-2にハイブリダイズするプライマーP1-2を加えて相補鎖合成を行う(図1−1の(8))。プライマーP1-2は1つのターゲットcDNAに導入した繰り返し配列におよそ1000個がハイブリダイズして同時並行的に相補鎖合成を行う。10分ほど相補鎖合成を行うと繰り返し配列部分の最も3'末端側にハイブリダイズしたプライマーP1-2からの相補鎖合成が終了し、それよりもターゲットcDNA側(5'末端側)にハイブリダイズしたプライマーP1-2から生成した相補鎖は引き剥がされ、1本鎖状態で液中に遊離する(図1−1の(9))。ここではターゲットcDNAを作製する際にアンカー配列1およびポリT配列を有するキャプチャープローブを用いたため(図1−1の(1))、生成した相補鎖にも同じ配列が含まれることになり、そのためこれをビーズ上に固定化された余剰のキャプチャープローブで捕獲することができる。また、捕獲後、キャプチャープローブが相補鎖を鋳型として伸長するためビーズの表面に2本鎖状態で保持される(図1−1の(10))。以上の操作により、約1000倍に増幅されたcDNAライブラリーがビーズ表面に保持された状態となる。   Here, complementary strand synthesis was carried out for 5 minutes using ring DNA as a template for introducing repetitive sequences ((7) in FIG. 1-1). Complementary strand synthesis using ring DNA as a template proceeds to synthesize complementary strands of the same ring sequence for all target cDNAs regardless of the cDNA sequence. The length of the repetitive sequence introduced into the end of the target cDNA in a certain time is almost the same regardless of the type of cDNA. Since the speed of DNA complementary strand synthesis is about 50 to 300 bases per second, several hundred to 1,000 repetitive sequence units can be introduced in 5 minutes. After the introduction of the repetitive sequence by complementary strand synthesis, the ring DNA is removed and the repetitive sequence portion consisting of the complementary strand of the ring DNA (primer P1-1 sequence, restriction enzyme cleavage recognition sequence, priming site 1-2 sequence and spare sequence) Primer P1-2 that hybridizes to priming site 1-2 (consisting of the sequence of priming site 1-4) is added to synthesize complementary strands ((8) in FIG. 1-1). About 1000 primers P1-2 hybridize to a repetitive sequence introduced into one target cDNA and synthesize complementary strands in parallel. When complementary strand synthesis is performed for about 10 minutes, complementary strand synthesis from primer P1-2 that has hybridized to the 3 'end of the repetitive sequence is completed, and hybridizes to the target cDNA (5' end). The complementary strand generated from the primer P1-2 was stripped and released into the solution in a single-stranded state ((9) in FIG. 1-1). Here, since the capture probe having the anchor sequence 1 and the poly-T sequence was used when preparing the target cDNA ((1) in FIG. 1-1), the generated complementary strand also contains the same sequence. This can be captured with an extra capture probe immobilized on the beads. In addition, after capture, the capture probe is extended using the complementary strand as a template, so that it is held in a double-stranded state on the surface of the bead ((10) in FIG. 1-1). By the above operation, the cDNA library amplified about 1000 times is held on the bead surface.

この状態で、制限酵素を用いて余分な配列(例えば導入した繰り返し配列など)を切断除去して、ターゲットcDNAにハイブリダイズした相補鎖を種々の測定に活用してもよいが、さらにコピー数を増やすには、熱サイクルに供して相補鎖合成を繰り返す。このプロセス1回に付き、約5分で1000倍の増幅を行うことができるので、2回の相補鎖合成プロセスで1000×1000/2=0.5×106のコピー増幅が行える。さらに、熱サイクルで3回の相補鎖合成を行えば、約108のコピー増幅が実現できる。これだけの増幅を行う場合にも、熱乖離およびアニーリングの時間を加えて所要時間は30分以下であり、効率よく、しかも複数のDNAを同時並行的にかつ均一に増幅することができる。 In this state, restriction sequences may be used to cleave and remove excess sequences (for example, introduced repetitive sequences), and the complementary strand hybridized to the target cDNA may be used for various measurements. To increase it, subject it to thermal cycling and repeat complementary strand synthesis. Since this process can be amplified 1000 times in about 5 minutes, 1000 × 1000/2 = 0.5 × 10 6 copy amplification can be performed in two complementary strand synthesis processes. Furthermore, if complementary strand synthesis is performed three times by thermal cycling, about 10 8 copy amplifications can be realized. Even when such amplification is performed, the required time is 30 minutes or less including the time of thermal divergence and annealing, and it is possible to efficiently amplify a plurality of DNAs simultaneously and uniformly.

この実施例ではあらかじめ用意された既知配列を有するリングDNAを鋳型にしてローリングサークル増幅(RCA)反応を行い、リングDNAを除去後にプライマーP1-2を加えて再度相補鎖合成を行ったが、最初からプライマーP1-2を反応系に加えておき、ターゲットcDNAの末端に繰り返し配列を導入すると同時にプライマーP1-2からの相補鎖合成を同時進行させてもよい。この場合にはリングDNAの量は0.1〜1pmole程度でよいが、第2のプライマーP1-2の量は数〜10pmoleとするとよい。また、あらかじめリングDNAを準備して用いたが、ターゲットcDNA末端部のプライマーP1-1部分に3'末端および5'末端がハイブリダイズするプローブを用いてハイブリダイズさせた後でライゲーションによりリングDNAを形成させてもよい。また、ここではターミナルトランスフェラーゼで付加した配列部分に続くオリゴマーを導入してプライマー配列としたが、ターミナルトランスフェラーゼで導入した配列部分をプライマーP1-2(繰り返し配列を導入するためのプライマー)としてもよい。   In this example, a ring circle amplification (RCA) reaction was performed using a ring DNA having a known sequence prepared in advance as a template. After removing the ring DNA, primer P1-2 was added and complementary strand synthesis was performed again. From this, primer P1-2 may be added to the reaction system, and a repetitive sequence may be introduced at the end of the target cDNA, and at the same time, complementary strand synthesis from primer P1-2 may proceed simultaneously. In this case, the amount of the ring DNA may be about 0.1 to 1 pmole, but the amount of the second primer P1-2 may be several to 10 pmole. In addition, ring DNA was prepared and used in advance, but the ring DNA was ligated by ligation after hybridization with a probe that hybridizes to the primer P1-1 part at the end of the target cDNA at the 3 'end and 5' end. It may be formed. Here, an oligomer subsequent to the sequence portion added by terminal transferase is introduced as a primer sequence, but the sequence portion introduced by terminal transferase may be used as primer P1-2 (a primer for introducing a repeated sequence).

この方法は多くの種類のDNAを含む試料を同時に均一に増幅できるので、種々の計測方法と組み合わせた定量分析などに有効である。   Since this method can amplify samples containing many types of DNA simultaneously and uniformly, it is effective for quantitative analysis combined with various measurement methods.

[実施例2]Cleavaseを用いる方法
実施例1では、種々DNA断片からなるDNAプール(cDNAライブラリーを含む)の全てのDNAを均一に増幅する方法を開示したが、ここでは特定の複数種のDNAを均一に増幅する方法を開示する。もちろん単一のDNA増幅に適用することも可能である。
[Example 2] Method using Cleavase In Example 1, a method for uniformly amplifying all DNA in a DNA pool (including a cDNA library) consisting of various DNA fragments was disclosed. A method for uniformly amplifying DNA is disclosed. Of course, it can be applied to single DNA amplification.

本実施例の概要を図2−1に示した。試料としてcDNAライブラリーを再び用いる。cDNAライブラリーは作製過程でmRNAの最後まで相補鎖合成できたものと途中で相補鎖合成が止まってしまったものとが含まれており、同じmRNA由来でも種々の長さのcDNAが含まれることがある(図2−1の(1))。このため、末端配列を既知配列を有するものとして扱うことができない。ただし、対象となるcDNA群は、個々のcDNAのcDNA合成がどこまで進んでいるかは不明であるが、全体の配列は既知であるのでこれを利用する。ここでは10種の遺伝子に注目してこれらを均一に増幅する例を開示する。cDNA合成は通常500塩基位までは障害なく相補鎖合成されることが多いので、cDNAライブラリーのポリT部位から500塩基以内の部分に特異的な配列を選び、そこにハイブリダイズするプローブP2-1を作製する。プローブP2-1はターゲットcDNAにハイブリダイズする配列部分とアンカー配列部分からなる。アンカー配列部分は自己ハイブリダイゼーションしてループ構造を形成し、ターゲットcDNAに1塩基部位でのみ3重鎖となってハイブリダイズするように設計されている(図2−1の(2))。   An outline of this example is shown in FIG. The cDNA library is used again as a sample. The cDNA library contains the one that was able to synthesize complementary strands to the end of the mRNA during the preparation process, and the one that the complementary strand synthesis stopped halfway, and should contain various lengths of cDNA even from the same mRNA. ((1) in Fig. 2-1). For this reason, the terminal sequence cannot be treated as having a known sequence. However, it is not clear how far the cDNA synthesis of individual cDNAs has progressed, but the entire sequence is already known. Here, an example in which these genes are uniformly amplified by focusing on 10 kinds of genes will be disclosed. Since cDNA synthesis usually synthesizes complementary strands up to 500 bases without hindrance, select a specific sequence within 500 bases from the poly T site of the cDNA library and probe P2- Make 1 Probe P2-1 comprises a sequence portion that hybridizes to the target cDNA and an anchor sequence portion. The anchor sequence part is designed to self-hybridize to form a loop structure and to hybridize to the target cDNA in a triple chain only at one base site ((2) in FIG. 2-1).

1本鎖cDNAを含む溶液に、対象となる複数の遺伝子に対するプローブP2-1(対象となる遺伝子の数だけ異なるプローブP2-1が必要)を加えてターゲットcDNAにハイブリダイズさせる。ついで切断酵素Cleavaseを加えてプローブP2-1がターゲットcDNAと3重鎖を形成した部位を切断する(図2−1の(3))。この反応は遺伝子検査などで使われるインベーダーアッセイで用いられる酵素切断反応と同じである。切断されたcDNA断片のうちビーズに固定された側の断片を回収して使用する。切断部位に続く配列はmRNAデータベースを参照して既知であり、ここにハイブリダイズするアンカー配列(既知配列)付きのオリゴマー(プローブP2-2)を使用して既知配列を導入する(図2−1の(4))。すなわちこのプロセスでターゲットcDNA種にだけ既知配列を導入することができる。もちろんターゲットcDNAの配列の一部をプライマーとして用いてリングDNAを鋳型として増幅反応を行って繰り返し配列を導入してもよいが、この場合にはリングDNAの配列の中に対応する遺伝子の数だけ配列の異なるプライミングサイトを作る必要がある。ここではプローブP2-2のアンカー配列部分に相補的な配列をまず相補鎖合成により合成し、この部分を繰り返し配列導入用のプライマーとして用いる。図2−1の(5)に示すように、この配列部分をプライマーとしてリングDNAを鋳型として用いて相補鎖合成を行い、cDNAの3'末端に繰り返し配列を実施例1と同様に導入した。この繰り返し部分にハイブリダイズするプローブP2-3を用いて実施例1で述べたようにターゲットcDNAを均一に増幅することができる。増幅産物は実施例1と同様にcDNAを固定したビーズにより回収できる。増幅産物をcDNAライブラリーが固定されたビーズと異なるビーズなどに固定して取り出すかあるいは溶液状態で取り出すことが望ましい場合には、ビーズに固定されたアンカー配列とポリT配列からなるキャプチャープローブ(mRNAを捕獲するのに用いたもの)と同じ配列を有しかつ固定されていないプローブP2-4を加えておけば、遊離してきた合成相補鎖はプローブP2-4にハイブリダイズして固定されない2本鎖を生成するので、これを回収することができる。このとき、プローブP2-4としてビオチン付きのプローブを用いると生成したDNA鎖の回収を容易に行うことができる。   To a solution containing single-stranded cDNA, a probe P2-1 for a plurality of target genes (probe P2-1 that differs by the number of target genes is necessary) is added and hybridized to the target cDNA. Next, the cleavage enzyme Cleavase is added to cleave the site where the probe P2-1 forms a triple chain with the target cDNA ((3) in FIG. 2-1). This reaction is the same as the enzyme cleavage reaction used in the invader assay used in genetic testing. Of the cleaved cDNA fragments, the fragments on the side fixed to the beads are recovered and used. The sequence following the cleavage site is known with reference to the mRNA database, and the known sequence is introduced using an oligomer (probe P2-2) with an anchor sequence (known sequence) that hybridizes therewith (FIG. 2-1). (4)). That is, a known sequence can be introduced only into the target cDNA species by this process. Of course, a part of the target cDNA sequence may be used as a primer to repeat the amplification reaction using the ring DNA as a template, and in this case, only the number of corresponding genes in the ring DNA sequence may be introduced. It is necessary to create priming sites with different sequences. Here, a sequence complementary to the anchor sequence portion of the probe P2-2 is first synthesized by complementary strand synthesis, and this portion is repeatedly used as a primer for sequence introduction. As shown in (2) of FIG. 2-1, complementary strand synthesis was performed using this sequence portion as a primer and ring DNA as a template, and a repetitive sequence was introduced into the 3 ′ end of the cDNA in the same manner as in Example 1. As described in Example 1, the target cDNA can be uniformly amplified using the probe P2-3 that hybridizes to this repetitive portion. Amplified products can be recovered by beads immobilized cDNA as in Example 1. When it is desirable to remove the amplification product by fixing it to a bead different from the beads to which the cDNA library is immobilized, or in a solution state, a capture probe (mRNA consisting of anchor sequence and poly T sequence immobilized on the bead) If the probe P2-4, which has the same sequence as that used to capture the DNA) and is not immobilized, is added, the released synthetic complementary strand hybridizes to the probe P2-4 and is not immobilized. This produces a chain that can be recovered. At this time, if a probe with biotin is used as the probe P2-4, the generated DNA strand can be easily recovered.

本実施例では、Cleavaseによる切断に続いて既知配列を有するプローブP2-2をターゲットcDNAの末端にハイブリダイズさせて相補鎖合成により既知配列を付加したが、切断末端部位の配列が既知であることを利用してこの部分がリングDNAにハイブリダイズするように設計してもよい。この場合、リングDNAはターゲットの種類と同じだけ必要なことになるが、リングDNA内に複数種のターゲットcDNAに対応したプライミングサイトを導入して1種類のリングDNAで済ませることもできる。この場合には、リングDNAには上記プライミングサイトに加えて、制限酵素切断認識配列、および相補鎖合成のためのプライミングサイト群(プライマーP2-3と相同配列領域と予備のプライミングサイト2-5領域)が含まれることになる(図2−2)。   In this example, following cleavage with Cleavase, probe P2-2 having a known sequence was hybridized to the end of the target cDNA and a known sequence was added by complementary strand synthesis. However, the sequence of the cleavage end site is known. This part may be designed to hybridize to the ring DNA. In this case, the same number of ring DNAs as the target type is required, but it is also possible to introduce a priming site corresponding to a plurality of types of target cDNAs into the ring DNA and use only one type of ring DNA. In this case, in addition to the above priming sites, the ring DNA contains a restriction enzyme cleavage recognition sequence and a priming site group for complementary strand synthesis (primer P2-3 homologous sequence region and spare priming site 2-5 region). ) Is included (FIG. 2-2).

対象とする遺伝子の種類が多い場合にはこのプロセスを繰り返し行ってもよいが、一度に行ったほうが増幅率の均一度は高くなる。   This process may be repeated when there are many types of genes of interest, but the uniformity of the amplification factor is higher when performed at once.

このように対象とするDNAを鋳型として相補鎖合成するときのプライミングサイトをRCA反応により多数導入した後に各プライミングサイトから一斉に相補鎖合成を並列的に行うことで、均一な効率のよい増幅を実現できる。対象となったDNAと同じ配列が必要な場合には、合成された相補鎖を鋳型として再度相補鎖合成することで対応できる。   In this way, a large number of priming sites for synthesizing complementary strands using the target DNA as a template are introduced by the RCA reaction, and then complementary strand synthesis is simultaneously performed in parallel from each priming site, enabling uniform and efficient amplification. realizable. If the same sequence as the target DNA is required, it can be handled by synthesizing the complementary strand again using the synthesized complementary strand as a template.

上記実施例ではターゲットDNAの既知配列部分にハイブリダイズするループ状のプローブとCleavaseを用いてターゲットDNAを配列既知の部分で切断して末端部分を既知配列とし、次いでここにアンカー付きのプローブをハイブリダイズさせて相補鎖合成を行い、末端に共通の既知配列を導入した。別の実施例として、ターゲットDNAにアンカー付きのプローブをまずハイブリダイズさせ、相補鎖合成を行って安定な2重鎖を形成し、エキソヌクレアーゼ(ExoIなど)のような3'末端から1本鎖DNAを切断する酵素を用いる例がある。ターゲットDNAは5'末端を固定されており、3'末端側が1本鎖状態の場合にはその1本鎖部分が分解除去される。すなわち、アンカー付きのプローブP2-2をターゲットcDNAにハイブリダイズさせ、相補鎖合成により2本鎖部分を安定化させた後、残った3'末端を含むターゲットcDNA鎖を3'末端側から2本鎖部分まで分解して、相補鎖合成によりプライマーP2-1の配列を導入することもできる。   In the above example, a loop-shaped probe that hybridizes to a known sequence portion of the target DNA and Cleavase are used to cleave the target DNA at the known sequence portion to make the end portion a known sequence, and then an anchored probe is hybridized here. Complementary strand synthesis was carried out using soybean, and a common known sequence was introduced at the ends. As another example, a probe with an anchor is first hybridized to the target DNA, a complementary strand synthesis is performed to form a stable duplex, and a single strand from the 3 ′ end such as an exonuclease (ExoI, etc.) There is an example using an enzyme that cleaves DNA. The target DNA has a fixed 5 ′ end. When the 3 ′ end is in a single-stranded state, the single-stranded portion is decomposed and removed. That is, after hybridizing the anchored probe P2-2 to the target cDNA and stabilizing the double-stranded portion by complementary strand synthesis, two target cDNA strands including the remaining 3 ′ end are present from the 3 ′ end side. The sequence of the primer P2-1 can also be introduced by decomposing to the strand part and synthesizing the complementary strand.

[実施例3]
実施例1および2は、ターゲットとなるcDNAの3'末端に繰り返し配列を導入してプライミング領域とし、ターゲットDNAの5'末端までの全領域を増幅したが、本実施例ではターゲットDNAの特定の領域を増幅する方法を開示する。これはターゲットとなるDNAが非常に長い場合などに有利である。また、ターゲットDNAから増幅対象のターゲット配列を含む短いDNAを作製するが、このDNAの両末端に既知配列を導入してこれをプライマーとして両末端に繰り返し配列を導入して多数のプライミングサイトを作り、これら多数のプライミングサイトからの相補鎖合成により増幅率を大幅に上げる技術についても開示する。
[Example 3]
In Examples 1 and 2, the priming region was introduced by repeatedly introducing a sequence into the 3 ′ end of the target cDNA to amplify the entire region up to the 5 ′ end of the target DNA. A method for amplifying a region is disclosed. This is advantageous when the target DNA is very long. In addition, a short DNA containing the target sequence to be amplified is prepared from the target DNA. A known sequence is introduced into both ends of this DNA, and this is used as a primer to introduce repeated sequences at both ends to create a large number of priming sites. Also disclosed is a technique for significantly increasing the amplification factor by synthesizing complementary strands from these priming sites.

概要を図3−1に示した。まずターゲットDNAの増幅領域をはさんでターゲットDNAおよびその相補鎖DNAにハイブリダイズするアンカー配列3-1a付きのプライマーP3-1およびアンカー配列3-2a付きのプライマーP3-2とその外側にハイブリダイズするプライマーP3-3とP3-4を用意する。ターゲットは2本鎖DNAでもよいがここでは1本鎖のcDNAとする。プライマーP3-1およびプライマーP3-3の量はそれぞれ1pmolおよび0.2pmolとした。プライマーP3-3の量を少なくしたのはターゲットDNAにプライマーP3-1がより速やかにハイブリダイズするようにするためである。これらプライマーはターゲットDNAの種類だけ用意するがアンカー配列部分3-1aは共通である。   The outline is shown in Fig. 3-1. First, hybridize outside the primer P3-1 with anchor sequence 3-1a and primer P3-2 with anchor sequence 3-2a that hybridizes to the target DNA and its complementary DNA across the amplification region of the target DNA. Prepare primers P3-3 and P3-4. The target may be a double-stranded DNA, but here it is a single-stranded cDNA. The amounts of primer P3-1 and primer P3-3 were 1 pmol and 0.2 pmol, respectively. The reason for reducing the amount of primer P3-3 is to allow primer P3-1 to hybridize more rapidly to the target DNA. These primers are prepared only for the type of target DNA, but the anchor sequence portion 3-1a is common.

図3−1の(1)に示すように、プライマーP3-1およびプライマーP3-3はターゲットDNAにハイブリダイズして相補鎖合成を行う。プライマーP3-3は、プライマーP3-1が生成するDNA鎖(DNA3-1)をはがしながら相補鎖合成を行い、プライマーP3-1を起点とした相補鎖(DNA3-1)を1本鎖として遊離する役割を果たす(図3−1の(2))。図3−1の(3)に示すように、1本鎖として遊離してきた相補鎖DNA3-1にはプライマーP3-2とプライマーP3-4がハイブリダイズして相補鎖合成を行う。プライマーP3-4は、プライマーP3-3と同様にプライマーP3-2を起点として生成したDNA鎖(DNA3-2)を1本鎖として遊離させる役割を果たす(図3−1の(4))。   As shown in (1) of FIG. 3-1, primer P3-1 and primer P3-3 hybridize to the target DNA to synthesize complementary strands. Primer P3-3 synthesizes the complementary strand while peeling off the DNA strand (DNA3-1) produced by primer P3-1 and releases the complementary strand (DNA3-1) starting from primer P3-1 as a single strand ((2) in FIG. 3-1). As shown in (3) of FIG. 3-1, the complementary strand DNA 3-1 released as a single strand is hybridized with the primer P3-2 and the primer P3-4 to synthesize a complementary strand. The primer P3-4 plays the role of releasing the DNA strand (DNA3-2) generated from the primer P3-2 as a starting point in the same manner as the primer P3-3 ((4) in FIG. 3-1).

このようにしてできたプライマーP3-2を起点とする1本鎖DNA(DNA3-2)の3'末端にはアンカー配列3-1aと相補的な配列(「プライマー配列P3-1ac」という)が付加されている。このプライマーP3-1acがハイブリダイズするのはプライマーP3-1のアンカー配列3-1aである。そこで、図3−1の(5)に示すように、これと同じ配列を含むリングDNA3-1をあらかじめ反応液中に加えておく。リングDNA3-1の配列には、アンカー配列3-1aに加えて、DNA3-2に相補的な鎖を合成するときに用いるプライマーP3-5の配列および制限酵素切断認識配列を入れておく。遊離したプライマーP3-2を起点とするDNA鎖(DNA3-2)は、このリングDNA3-1に3'末端がハイブリダイズして相補鎖合成を行い、繰り返し配列を3'末端に導入する(図3−1の(6))。繰り返し配列にはプライマーP3-5がハイブリダイズする配列が繰り返し現れるので、反応系にプライマーP3-5を加えておくと相補鎖合成がいっせいに起こり、DNA3-1と同じ配列を含みかつ繰り返し配列を有する多くのDNA鎖(DNA3-5)が合成され、遊離してくる(図3−1の(7))。この遊離したDNA鎖(DNA3-5)の末端はアンカー配列3-2aに相補的である。そのため、図3−1の(8)に示されるように、アンカー配列3-2aを有するリングDNA3-2を加えておくと、DNA3-5はこれにハイブリダイズしてプライマー(P3-6)として機能し、第2の繰り返し配列を合成DNA鎖(DNA3-5)に付加する(図3−1の(9))。リングDNA3-2にはリングDNA3-1と同様にプライマーP3-5の配列をあらかじめ入れておく。するとプライマーP3-5がハイブリダイズするプライミングサイトがDNA3-5にも作製されるので相補鎖合成がさらに進み、DNA3-5に相補的な配列を有するDNA3-5cが生成する(図3−1の(10))。このDNA3-5cにはプライマーP3-5のプライミングサイトが含まれることになるので、これを鋳型として次々に合成DNA鎖が生成することになる。   A sequence complementary to the anchor sequence 3-1a (referred to as “primer sequence P3-1ac”) is present at the 3 ′ end of the single-stranded DNA (DNA3-2) starting from the primer P3-2 thus prepared. It has been added. The primer P3-1ac hybridizes with the anchor sequence 3-1a of the primer P3-1. Therefore, as shown in FIG. 3-1 (5), ring DNA3-1 containing the same sequence is added to the reaction solution in advance. In addition to the anchor sequence 3-1a, a sequence of primer P3-5 and a restriction enzyme cleavage recognition sequence used for synthesizing a strand complementary to DNA 3-2 are included in the sequence of ring DNA3-1. The DNA strand (DNA3-2) starting from the released primer P3-2 hybridizes to the ring DNA3-1 at the 3 'end to synthesize a complementary strand, and a repetitive sequence is introduced to the 3' end (Fig. 3-1 (6)). Since the sequence that hybridizes with primer P3-5 appears repeatedly in the repetitive sequence, complementary strand synthesis occurs at the same time when primer P3-5 is added to the reaction system, and it contains the same sequence as DNA3-1 and has a repetitive sequence. Many DNA strands (DNA3-5) are synthesized and released (FIG. 3-1, (7)). The end of this free DNA strand (DNA3-5) is complementary to the anchor sequence 3-2a. Therefore, as shown in (8) of FIG. 3-1, when a ring DNA 3-2 having an anchor sequence 3-2a is added, DNA 3-5 hybridizes to it as a primer (P3-6). Functions and adds a second repetitive sequence to the synthetic DNA strand (DNA3-5) ((9) in FIG. 3-1). In the same way as the ring DNA 3-1, the sequence of the primer P3-5 is put in the ring DNA 3-2 in advance. Then, a priming site to which primer P3-5 hybridizes is also created in DNA3-5, so that complementary strand synthesis further proceeds, and DNA3-5c having a sequence complementary to DNA3-5 is generated (FIG. 3-1). (Ten)). Since this DNA3-5c contains the priming site of primer P3-5, synthetic DNA strands are generated one after another using this as a template.

このようにプライマーP3-5を起点とし、DNA3-2配列あるいはその相補配列を含み、3'末端に繰り返し配列を有するDNA(DNA3-5およびDNA3-5c)が次々に生成する(図3−1の(10)〜(12))。この反応は繰り返され、非常に短時間にDNAの増幅が行われる。なお、両末端に繰り返し配列を導入した場合の増幅率は片側(例えば3'末端)の場合をn倍とすると両末端の反応が進行するごとにほぼn倍ずつ増えていく。さらに生成した2本鎖DNA群を含む反応液を昇温し、1本鎖とした後に再度上述した反応を繰り返す(熱サイクル反応)と10〜20分の短時間に1010倍以上の増幅率を得ることも可能である。これは感染症の診断など短時間に大きなDNA増幅が必要な用途には重要な利点である。 As described above, DNAs (DNA3-5 and DNA3-5c) containing the DNA3-2 sequence or its complementary sequence and having a repeat sequence at the 3 ′ end are generated one after another from the primer P3-5 (FIG. 3-1). (10) to (12)). This reaction is repeated and DNA is amplified in a very short time. In addition, the amplification factor when a repetitive sequence is introduced at both ends increases approximately n times each time the reaction at both ends proceeds, assuming that the amplification rate is n times on one side (for example, the 3 ′ end). Furthermore, when the temperature of the reaction solution containing the double-stranded DNA group generated is increased to a single strand and then the above reaction is repeated again (thermal cycle reaction), the amplification rate is 10 10 times or more in a short period of 10 to 20 minutes. It is also possible to obtain This is an important advantage for applications that require large DNA amplification in a short time, such as infectious disease diagnosis.

上記の実施例の変形として、以下の方法によっても本発明を実施することができる(図3−2)。   As a modification of the above embodiment, the present invention can also be implemented by the following method (FIG. 3-2).

対象とするのはmRNAから作製したcDNAライブラリーなど5'末端に既知配列を有するDNA群である。cDNAを例として説明する。図3−2の(1)に示すように、mRNAをビーズに固定したキャプチャープローブ(アンカー配列+ポリT配列を有するものまたはそのポリT配列の一部にG塩基を混入させた配列を有するもの)で捕獲し、キャプチャー配列を有するcDNAを作製する。もちろん固定されたプローブでなく、浮遊プローブを用いてもよい。   The target group is a group of DNAs having a known sequence at the 5 ′ end, such as a cDNA library prepared from mRNA. A cDNA will be described as an example. As shown in Fig. 3-2 (1), a capture probe in which mRNA is immobilized on a bead (having an anchor sequence + poly-T sequence or a sequence in which G base is mixed with part of the poly-T sequence ) To obtain a cDNA having a capture sequence. Of course, a floating probe may be used instead of a fixed probe.

ターゲットcDNAにハイブリダイズしかつアンカー配列3-01aを有するプライマーP3-01をターゲットの種類分だけ用意する。このプライマーP3-01は実施例2におけるプライマーP2-2と同じものでもよい。図3−2の(2)に示すように、これをターゲットcDNAにハイブリダイズさせ相補鎖合成を行う。合成したDNA鎖の3'末端にはキャプチャープローブに相補的な配列ができる。相補鎖合成の後、温度を上げて2本鎖DNAを1本鎖に乖離して上澄み液を採取する(図3−2の(3))。ここで、cDNA作製時に固定プローブではなく浮遊プローブを用いたときには、本実施例のプローブP3-3に相当するプローブを反応系に添加し、合成されたDNAを鋳型DNAから遊離させることができる。   Primers P3-01 hybridizing to the target cDNA and having the anchor sequence 3-01a are prepared for the target type. This primer P3-01 may be the same as the primer P2-2 in Example 2. As shown in (2) of FIG. 3-2, this is hybridized to the target cDNA and complementary strand synthesis is performed. A sequence complementary to the capture probe is formed at the 3 ′ end of the synthesized DNA strand. After synthesizing the complementary strand, the temperature is raised, the double-stranded DNA is separated into single strands, and the supernatant is collected ((3) in FIG. 3-2). Here, when a floating probe is used instead of a fixed probe at the time of cDNA preparation, a probe corresponding to the probe P3-3 of this example can be added to the reaction system to release the synthesized DNA from the template DNA.

図3−2の(4)に示すように、この溶液中にキャプチャープローブのアンカー配列と同じ配列を有するリングDNA3-01とφ29DNAポリメラーゼを加えて相補鎖合成を行う。最初の反応で合成された相補鎖DNA(DNA3-01)の3'末端はキャプチャー配列を含むのでリングDNA3-01にハイブリダイズする。この結果、RCA反応が起こり、プライミングサイト配列3-02を多数持つ相補鎖が生成する(図3−2の(5))。このとき、プライミングサイト3-02にハイブリダイズするプライマーP3-02を加えると、これはRCAで合成されたDNA3-01に繰り返し現れるプライミングサイト配列(3-02)にハイブリダイズして相補鎖合成を開始するので、ターゲットcDNAと同じ配列のDNAコピー(DNA3-02)を多数得ることができる(図3−2の(6))。このDNA3-02は、3'末端にアンカー配列3-01aに相補的な配列(3-01ac)を有しており、ここにハイブリダイズするリングDNA3-02を用意しておけば末端に第2の繰り返し配列が導入されるのでさらに増幅率を上げることができる(図3−2の(7)〜(9))。得られるDNAには繰り返し配列部分が導入されているが、リングDNAに制限酵素切断認識配列を入れておき、実施例1と同様に2本鎖を形成してこの部分を制限酵素で切断除去することが可能である。   As shown in (4) of FIG. 3-2, ring DNA 3-01 having the same sequence as the anchor sequence of the capture probe and φ29 DNA polymerase are added to this solution to synthesize complementary strands. Since the 3 ′ end of the complementary strand DNA (DNA3-01) synthesized in the first reaction contains a capture sequence, it hybridizes to the ring DNA3-01. As a result, an RCA reaction occurs, and a complementary strand having many priming site sequences 3-02 is generated ((5) in FIG. 3-2). At this time, when primer P3-02 that hybridizes to priming site 3-02 is added, it hybridizes to the priming site sequence (3-02) that appears repeatedly in DNA3-01 synthesized by RCA, and performs complementary strand synthesis. Since it starts, many DNA copies (DNA3-02) having the same sequence as the target cDNA can be obtained ((6) in FIG. 3-2). This DNA 3-02 has a sequence (3-01ac) complementary to the anchor sequence 3-01a at the 3 ′ end, and if a ring DNA 3-02 hybridizing thereto is prepared, the second DNA 3-02 is present at the end. Thus, the amplification factor can be further increased ((7) to (9) in FIG. 3-2). In the obtained DNA, a repeated sequence portion is introduced. A restriction enzyme cleavage recognition sequence is put in the ring DNA, a double strand is formed in the same manner as in Example 1, and this portion is cleaved and removed with a restriction enzyme. It is possible.

また、リングDNAにプライミングサイトを複数入れると1つの繰り返し配列の中に複数のプライミングサイトができることになり、その分だけさらに増幅率を上げることができる。特に両側に繰り返し配列を導入する方法では、繰り返し配列の単位数の2乗または3乗で増幅されるので増幅率は大きくなる。   In addition, when a plurality of priming sites are included in the ring DNA, a plurality of priming sites are formed in one repetitive sequence, and the amplification factor can be further increased accordingly. In particular, in the method of introducing repetitive sequences on both sides, amplification is increased because the number of units of repetitive sequences is amplified to the second or third power.

[実施例4]
本実施例は、増幅の対象となるDNA配列部分の5'末端側にループ配列を導入すると共に、3'末端側に繰り返し配列を導入した場合の例である。図4−1に概要を示した。3'末端に繰り返し配列を導入する方法には、末端に既知配列を導入し、これをプライマーとしてあらかじめ用意されたリングDNAを鋳型として相補鎖合成により導入する方法や、あらかじめリングDNAを用いて繰り返し配列を有するDNA鎖を合成しておいてこれを鋳型として相補鎖合成する方法がある。もちろんこのような繰り返し配列を有するDNA鎖をライゲーションによりターゲットDNAに結合してもよい。ここではループ配列を有するプライマーを用いて相補鎖合成により増幅しようとする配列を含んだDNA断片を作製し、その末端にある既知配列を利用してリングDNAを鋳型にして繰り返し配列を導入する例を開示する。また、増幅しようとするターゲットDNAの5'末端にはループ配列が連結されているが、これもループ配列をアンカー配列として有するプローブをターゲットDNAにハイブリダイズし、相補鎖合成を行うことにより図4−1に示したように容易にループ配列を連結することができる。また、mRNAからcDNAを合成して得た試料ではmRNAをキャプチャーするプローブの末端にループ配列を入れておくことも可能である。
[Example 4]
In this example, a loop sequence is introduced on the 5 ′ end side of the DNA sequence portion to be amplified and a repeat sequence is introduced on the 3 ′ end side. The outline is shown in Fig. 4-1. Methods for introducing a repeat sequence at the 3 'end include introducing a known sequence at the end and introducing it by complementary strand synthesis using a ring DNA prepared in advance as a template, or using a ring DNA in advance. There is a method in which a DNA strand having a sequence is synthesized and a complementary strand is synthesized using this as a template. Of course, a DNA strand having such a repetitive sequence may be bound to the target DNA by ligation. In this example, a DNA fragment containing the sequence to be amplified by complementary strand synthesis is prepared using a primer having a loop sequence, and a repetitive sequence is introduced using ring DNA as a template using a known sequence at the end. Is disclosed. Further, a loop sequence is linked to the 5 ′ end of the target DNA to be amplified. This is also performed by hybridizing a probe having the loop sequence as an anchor sequence to the target DNA and synthesizing complementary strands. As shown in -1, loop sequences can be easily linked. In addition, in a sample obtained by synthesizing cDNA from mRNA, it is also possible to put a loop sequence at the end of the probe that captures mRNA.

ここでは、図4−1の(1)および(2)に示すように、ターゲットDNAにアンカー配列を有するプローブP4-1およびその外側にハイブリダイズするプローブP4-3を用いて鎖置換型の相補鎖合成を行い、前記アンカー配列を有するプローブP4-1を起点としたDNA鎖(DNA4-1)を遊離させることからスタートする。アンカー配列4-1aは、後述する反応で使用する、鋳型となるリングDNA4-1にも同じ配列が含まれており、ローリングサークル増幅(RCA)反応で繰り返し配列を導入するために使用される。この相補鎖DNA4-1にループ配列4-2loopを有するプライマーP4-2をハイブリダイズさせて再度相補鎖合成を行い(図4−1の(3))、ターゲットDNAと同じ配列を有し、そして3'末端にはリングDNA4-1にハイブリダイズするプライマー配列4-1ac(アンカー配列4-1aの相補配列)を有し、かつ5'末端にはループ配列4-2loopを有する鋳型DNA4-2を作る(図4−1の(4))。これが増幅用の鋳型DNAとなる。ターゲットDNAの種類は複数でもよく、その種類に応じてターゲットDNAにハイブリダイズする部分の配列は異なるが、アンカー配列およびループ配列は同じものを用いる。mRNAからcDNAを合成して用いる場合にはキャプチャープローブにループ配列を付加したものを使用すれば以後の操作は同じである。ループ配列のTmは鎖置換型相補鎖合成の最適温度と同じかまたは少し低い温度に設計するのが好ましい。この部分の相補鎖合成が行われると高い確率でループ配列となり、合成された相補鎖が自己を鋳型として相補鎖合成を行うように設計する。   Here, as shown in FIGS. 4-1 (1) and (2), a strand displacement type complementation using a probe P4-1 having an anchor sequence in the target DNA and a probe P4-3 that hybridizes to the outside thereof. The chain synthesis is performed to start by releasing a DNA chain (DNA4-1) starting from the probe P4-1 having the anchor sequence. The anchor sequence 4-1a includes the same sequence in the ring DNA 4-1 used as a template, which is used in the reaction described later, and is used to introduce a repeated sequence in a rolling circle amplification (RCA) reaction. Primer P4-2 having a loop sequence 4-2 loop is hybridized to this complementary DNA 4-1 to synthesize a complementary strand again ((3) in FIG. 4-1), having the same sequence as the target DNA, and At the 3 'end is a primer sequence 4-1ac (complementary to the anchor sequence 4-1a) that hybridizes to the ring DNA 4-1, and at the 5' end a template DNA 4-2 having a loop sequence 4-2 loop. Make it ((4) in Figure 4-1). This becomes the template DNA for amplification. There may be a plurality of types of target DNA, and the sequence of the portion that hybridizes to the target DNA differs depending on the type, but the same anchor sequence and loop sequence are used. When cDNA is synthesized from mRNA, the subsequent operation is the same if a capture probe with a loop sequence added is used. The Tm of the loop sequence is preferably designed at a temperature that is the same as or slightly lower than the optimum temperature for strand-displacement complementary strand synthesis. When the complementary strand synthesis of this part is performed, a loop sequence is formed with a high probability, and the synthesized complementary strand is designed to perform complementary strand synthesis using itself as a template.

図4−1は、本実施例によるDNA増幅の概要を示したものである。図4−1の(1)に示すように、ターゲットDNAにアンカー配列4-1aを有するプローブP4-1およびその外側にプローブP4-3をハイブリダイズさせて鎖置換型DNAポリメラーゼ(φ29あるいはBstポリメラーゼなど)を用いて相補鎖合成を行う。プローブP4-3を起点として生成した相補鎖はプローブP4-1を起点として合成されたDNA相補鎖(DNA4-1)を引き剥がす役割をする。結果として、図4−1の(2)に示すように1本鎖DNA4-1が遊離してくる。このDNA4-1にハイブリダイズする配列とループ配列4-2loopを有するプローブP4-2とプローブP4-4をDNA4-1にハイブリダイズさせ、相補鎖合成を行う(図4−1の(3))。先ほどと同じように、プローブP4-2を起点としたDNA4-2が遊離してくる。DNA4-2は3'末端にリングDNAにハイブリダイズするプライマー配列4-1ac(アンカー配列に相補的な配列)を有し、増幅しようとする配列を含み、そして5'末端にループ配列を有するDNA(増幅用の鋳型DNA)である(図4−1の(4))。このDNA4-2は、図4−1の(5)に示すように、リングDNA4-1にハイブリダイズして相補鎖合成を行い、3'末端に繰り返し配列を生成する。この繰り返し部分のプライミングサイトに複数のプライマーP4-5がハイブリダイズして相補鎖合成を同時並列的に行う(図4−1の(6))。生成する相補鎖は後からくる合成鎖により鋳型DNAから引き剥がされる形で1本鎖DNA4-5を形成するが、相補鎖合成の終端部の3'末端部分がループ状になり、自己ハイブリダイズしてさらに相補鎖合成が進行して2本鎖DNAを生じる(図4−1の(7))。ループ部分には1本鎖状態のところがあり、図4−1の(8)に示すようにこの領域にハイブリダイズするプライマーP4-6を加えておくと、中間部分のループ配列にハイブリダイズして相補鎖合成を開始する。新たな相補鎖合成は既に完成した2本鎖DNA4-5を引き剥がす形で進行し、結果として3'末端の繰り返し配列部分が1本鎖状態でループ配列から5'末端にかけて2本鎖となったDNA鎖ができる。繰り返し配列を含む1本鎖部分にはさらにプローブP4-5がハイブリダイズして相補鎖合成を繰り返す(図4−1の(9)および(10))。一番長い鎖は2本鎖を形成して後から合成されるDNA鎖に引き剥がされることはないが、末端のループ配列は2本鎖状態とループ状態との平衡状態にあり、ある確率でループ状態にプライマーP4-6がハイブリダイズして相補鎖合成が進行する。すなわち生成物は自動的にいつまでも相補鎖合成反応を続け得ることになり大きな増幅効率が得られる。このようなループ配列を有するDNAの増幅はLAMP(Loop-Mediated Isothermal Amplification)法などでも行われているが、本発明の方法では、繰り返し配列が導入されているため、同時並列的に核酸を増幅できる点でより増幅率が高い方法といえる。   FIG. 4A shows an outline of DNA amplification according to this example. As shown in (1) of FIG. 4-1, a probe P4-1 having an anchor sequence 4-1a on the target DNA and a probe P4-3 on the outside thereof are hybridized to obtain a strand displacement type DNA polymerase (φ29 or Bst polymerase). Etc.) to synthesize complementary strands. The complementary strand generated with the probe P4-3 as a starting point serves to peel off the DNA complementary strand (DNA4-1) synthesized with the probe P4-1 as a starting point. As a result, single-stranded DNA 4-1 is released as shown in (2) of FIG. Probe P4-2 and probe P4-4 having a sequence hybridizing to DNA4-1 and a loop sequence 4-2loop are hybridized to DNA4-1 to synthesize complementary strands ((3) in FIG. 4-1). . As before, DNA4-2 starting from probe P4-2 is released. DNA4-2 has a primer sequence 4-1ac (sequence complementary to the anchor sequence) that hybridizes to the ring DNA at the 3 ′ end, contains a sequence to be amplified, and has a loop sequence at the 5 ′ end (Template DNA for amplification) ((4) in FIG. 4A). As shown in (5) of FIG. 4-1, this DNA4-2 hybridizes to the ring DNA4-1 to synthesize a complementary strand, and generates a repeated sequence at the 3 ′ end. A plurality of primers P4-5 are hybridized to the priming site of this repetitive portion, and complementary strand synthesis is carried out simultaneously in parallel ((6) in FIG. 4A). The resulting complementary strand forms a single-stranded DNA 4-5 in a form that is stripped from the template DNA by the synthetic strand that comes later, but the 3 'end portion of the complementary strand synthesis is looped and self-hybridized. As a result, the synthesis of the complementary strand further proceeds to produce double-stranded DNA ((7) in FIG. 4-1). The loop part has a single-stranded state, and as shown in (8) of FIG. 4-1, when primer P4-6 that hybridizes to this region is added, it hybridizes to the loop sequence in the middle part. Initiate complementary strand synthesis. New complementary strand synthesis proceeds in the form of peeling off the already completed double-stranded DNA 4-5. As a result, the 3'-end repeat sequence becomes a single strand and becomes double-stranded from the loop sequence to the 5 'end. DNA strands are created. Probe P4-5 is further hybridized to the single-stranded portion containing the repetitive sequence, and complementary strand synthesis is repeated ((9) and (10) in FIG. 4A). Although the longest strand forms a double strand and is not torn off by a DNA strand that is synthesized later, the loop sequence at the end is in an equilibrium state between the double strand state and the loop state. Primer P4-6 hybridizes to the loop state, and complementary strand synthesis proceeds. That is, the product can automatically continue the complementary strand synthesis reaction indefinitely, and a large amplification efficiency can be obtained. Amplification of DNA having such a loop sequence is also performed by a LAMP (Loop-Mediated Isothermal Amplification) method or the like. However, in the method of the present invention, since a repetitive sequence is introduced, nucleic acids are amplified simultaneously in parallel. It can be said that it is a method with a higher amplification factor in that it can be done.

[実施例5]
本実施例は、1つのビーズに平均1個以下のcDNAを作製して、同じビーズ上でそのコピーを増幅する例である。概要を図5−1に示した。本実施例で使用する繰り返し配列にハイブリダイズするプローブP5-2は固体表面に固定されている。実施例1と同様にビーズに固定したキャプチャープローブを用いてcDNAライブラリーを作製する(図5−1の(1))。ビーズとしては直径1μmのダイナビーズを使用した。1細胞中のmRNAのコピー数は106程度といわれているがそれよりはるかに多い108個のビーズを用いてcDNAライブラリーを作製する。この場合には1つのビーズに複数個のcDNAができる確率が限りなく小さくなる。
[Example 5]
In this example, an average of 1 or less cDNA is prepared per bead and its copy is amplified on the same bead. The outline is shown in Fig. 5-1. Probe P5-2 that hybridizes to the repetitive sequence used in this example is immobilized on the solid surface. A cDNA library is prepared using a capture probe immobilized on beads as in Example 1 ((1) in FIG. 5A). Dynabeads having a diameter of 1 μm were used as the beads. Although it is said that the copy number of mRNA in one cell is about 10 6, a cDNA library is prepared using 10 8 beads far larger than that. In this case, the probability that a plurality of cDNAs can be formed on one bead becomes extremely small.

実施例1と同様に、図5−1の(2)〜(5)に示すようにターゲットDNAの3'末端にアンカー配列5-1aを有するプライマー(プライマーP5-1)をハイブリダイズさせて、このアンカー配列5-1aに相補的な配列5-1ac(プライミングサイト5-1ac)を3'末端に導入する。次に、アンカー配列5-1a、プローブP5-2の相同配列部分、および制限酵素切断認識配列を含む約70塩基のリングDNA5-1を鋳型として用いて10分ほどRCA反応を行う(図5−1の(6))。これにより多くのプライミングサイト5-2c(プローブP5-2がハイブリダイズする部位)をcDNAの3'末端に繰り返し配列として導入する。この場合には相補鎖合成で生成する塩基長は約2×105程度であり、プライミングサイト5-2cの数は3000程度である。伸長したターゲットcDNAの鎖の長さは1塩基の間隔を0.3nmと仮定すると約60μmとなるが実際には引き伸ばされた状態ではないので10ミクロン以下の広がりと予想される。このようにしてビーズ固定のcDNA鎖は相補鎖合成された繰り返し配列を含む長いcDNA(末端に繰り返し配列が導入されている)とした後、底面積の広い反応室に入れて以後の反応を行う。 In the same manner as in Example 1, as shown in FIGS. 5-1 (2) to (5), a primer (primer P5-1) having an anchor sequence 5-1a at the 3 ′ end of the target DNA was hybridized. A sequence 5-1ac (priming site 5-1ac) complementary to this anchor sequence 5-1a is introduced at the 3 ′ end. Next, an RCA reaction is carried out for about 10 minutes using a ring DNA5-1 of about 70 bases containing the anchor sequence 5-1a, the homologous sequence portion of the probe P5-2, and the restriction enzyme cleavage recognition sequence as a template (FIG. 5). 1 (6)). As a result, many priming sites 5-2c (sites where probe P5-2 hybridizes) are introduced as repeat sequences at the 3 ′ end of the cDNA. In this case, the base length generated by complementary strand synthesis is about 2 × 10 5 and the number of priming sites 5-2c is about 3000. The length of the extended target cDNA strand is about 60 μm assuming that the interval of one base is 0.3 nm, but since it is not actually stretched, it is expected to be 10 microns or less. In this way, the bead-fixed cDNA strand is made into a long cDNA containing a repetitive sequence synthesized with a complementary strand (with a repetitive sequence introduced at the end), and then placed in a reaction chamber with a wide bottom area for subsequent reactions. .

108個のビーズが密集して並ぶと10mm四方の領域に収まるが、少し広い30mm四方の反応室を用いる。反応室の厚さは0.5mmほどで、側面から溶液を注入する。底面には密集して(30〜100nm2に1個のプローブ密度)プローブP5-2を固定しておく(図5−1の(7))。上部および下部は磁石を装着可能で必要に応じて磁気ビーズを上部または下部に密着することができる。反応液を反応室に入れて放置するか、磁石を用いて下部に沈殿させると、図5−1の(7)に示されるように、プローブP5-2はターゲットcDNAに導入された繰り返し配列部分にハイブリダイズするので、cDNAを有するビーズは複数のプローブにより強固に底面に捕捉される。cDNAと結合していないビーズは底面には捕捉されないので、上部に磁石を当てることにより浮き上がらせることができ、それを溶液と共に洗い流してcDNAを有するビーズだけを反応室に残す。残されたビーズの数は平均106程度であり、平均として30μm四方に1個のビーズがあることになる。図5−1の(8)に示すように、プローブP5-2を起点とした相補鎖合成により、まず3000個のプライミングサイトから相補鎖合成が同時並行的に進行して約3000個の1本鎖DNA(DNA5-2)が生じるがその3'末端近傍にはビーズに固定された多くのキャプチャープローブがあり、これらにハイブリダイズしてキャプチャープローブからの相補鎖合成が続いて進行する。結果として多くの2本鎖DNAが底面とビーズの間を架橋するように生成される。この状態で温度を上げてDNA鎖を1本鎖とした後に再度プローブP5-2でビーズを捕獲する。この段階でビーズに固定されたcDNAは元の量の3000倍になっており、プローブP5-2がハイブリダイズするプライミングサイトの数は計算では約4×106程度に増加している。単純に二乗にならないのは種々の長さの繰り返し配列部分のDNA鋳型があるためである。実際には計算通りにはいかないが106程度のプライミングサイトが生じると推定できる。 10 When 8 beads are densely arranged, they fit in a 10 mm square area, but a slightly wider 30 mm square reaction chamber is used. The reaction chamber is about 0.5 mm thick, and the solution is injected from the side. The probe P5-2 is fixed densely on the bottom (one probe density of 30 to 100 nm 2 ) ((7) in FIG. 5A). A magnet can be attached to the upper part and the lower part, and magnetic beads can be brought into close contact with the upper part or the lower part as required. When the reaction solution is left in the reaction chamber or precipitated at the bottom using a magnet, the probe P5-2 is inserted into the target cDNA as shown in (7) of FIG. 5-1. Therefore, the beads having cDNA are firmly captured on the bottom surface by a plurality of probes. Beads that are not bound to cDNA are not captured on the bottom surface, and can be lifted by applying a magnet to the top, which is washed away with the solution, leaving only the beads with cDNA in the reaction chamber. The number of remaining beads is about average 106, there would be one bead to 30μm square average. As shown in (8) of FIG. 5-1, by complementary strand synthesis starting from probe P5-2, first, complementary strand synthesis proceeds simultaneously from 3000 priming sites, and about 3000 Although a strand DNA (DNA5-2) is produced, there are many capture probes fixed to the beads near the 3 ′ end, and these are hybridized to proceed with complementary strand synthesis from the capture probe. As a result, many double-stranded DNAs are generated to bridge between the bottom surface and the beads. In this state, the temperature is raised so that the DNA strand becomes a single strand, and then the beads are captured again by the probe P5-2. At this stage, the cDNA immobilized on the beads is 3000 times the original amount, and the number of priming sites to which the probe P5-2 hybridizes is increased to about 4 × 10 6 by calculation. The reason why it is not simply squared is that there are DNA templates of repetitive sequence portions of various lengths. Although it is not actually calculated, it can be estimated that about 10 6 priming sites are generated.

上記と同様にプローブP5-2を用いて相補鎖合成を行うことで106個程度のcDNAの相補鎖コピー(DNA5-2)を固体表面上に生成し、続いての相補鎖合成でビーズ上にcDNAコピーを同程度の量だけ作ることができる。このプロセスを繰り返すことで1つのコピーから膨大な数のコピーを同一ビーズ上あるいはビーズが捕獲された平面の位置の近傍に生成することができる。最初にRCA反応でcDNAの3'末端に繰り返し配列を導入するが、この繰り返し配列が長すぎると異なるDNA間で交差反応が起こることがある。最初に導入する繰り返し配列部分の長さは10μm程度(例えば70塩基の繰り返し単位を約500倍にする)とし、増幅プロセスを繰り返したほうが都合の良い場合もある。 Complementary strand synthesis using probe P5-2 in the same manner as above generates about 10 6 complementary strand copies of cDNA (DNA5-2) on the solid surface, followed by complementary strand synthesis on the beads. The same amount of cDNA copy can be made. By repeating this process, an enormous number of copies can be generated from one copy on the same bead or in the vicinity of the plane position where the bead was captured. First, a repetitive sequence is introduced into the 3 ′ end of cDNA by RCA reaction. If this repetitive sequence is too long, cross reaction may occur between different DNAs. In some cases, it is convenient to repeat the amplification process with the length of the repetitive sequence portion introduced first being about 10 μm (for example, the repeat unit of 70 bases is increased about 500 times).

以上述べたように繰り返し配列を導入することによる増幅方法では固体表面に固定したプローブを活用することにより、増幅に関与する領域を空間的に制限することができるので1つのDNA分子を基に作製したコピーをビーズなど空間的に分離された素材に固定して取り出すことができる。   As described above, the amplification method by introducing a repetitive sequence makes it possible to spatially limit the region involved in amplification by utilizing a probe immobilized on a solid surface, so that it is created based on one DNA molecule. The copied copy can be fixed and taken out on a spatially separated material such as beads.

さらに、測定によっては、cDNAライブラリーの作製は小さなビーズで効率よく行い、増幅した後の種々の計測は比較的操作しやすい大きなビーズに増幅産物を移して行うことが望ましい場合がある。このような場合には、プローブP5-2が固定された表面上に作製した局在化したDNA相補鎖(DNA5-2)を用いるとよい。上記の例では1つのビーズから3000個の相補鎖が局在化した状態で生成する。その相補鎖の3'末端にはキャプチャープローブに相補的な配列が付加されている。そこで、温度を上げて、cDNAを固定したビーズと固体表面との間に形成されている2本鎖DNAを乖離させた後にビーズを洗い流す。次いでキャプチャープローブが固定された大きなビーズを反応室に流し込み、プローブP5-2が伸長して生成された先端にキャプチャープローブと相補的な配列を有するDNA鎖にキャプチャープローブをハイブリダイズさせてビーズに保持した後、余剰のビーズを洗い流して前述と同じ操作を行えばよい。このように本方法は種々の活用が可能な優れたDNA増幅方法である。   Furthermore, depending on the measurement, it may be desirable to efficiently prepare a cDNA library with small beads, and to perform various measurements after amplification by transferring the amplified product to large beads that are relatively easy to operate. In such a case, a localized DNA complementary strand (DNA5-2) prepared on the surface to which the probe P5-2 is immobilized may be used. In the above example, it is generated in a state where 3000 complementary strands are localized from one bead. A complementary sequence to the capture probe is added to the 3 ′ end of the complementary strand. Therefore, the temperature is raised, and the beads are washed away after the double-stranded DNA formed between the beads on which the cDNA is immobilized and the solid surface are separated. Next, a large bead on which the capture probe is immobilized is poured into the reaction chamber, and the capture probe is hybridized to the DNA strand having a sequence complementary to the capture probe at the tip generated by the extension of probe P5-2 and held on the bead. After that, excess beads may be washed away and the same operation as described above may be performed. Thus, this method is an excellent DNA amplification method that can be used in various ways.

この実施例では、ターゲットとなるDNAをまずビーズ上に作製して用いたが、遊離状態のDNAを対象にすることもできる。この場合にはビーズ上に固定されたプローブ(キャプチャープローブ)に代わって、同じ配列を有するプローブを遊離状態で反応液中に加えたり、あるいはプローブP5-2が固定された固体表面にプローブP5-2に対して一定の割合でキャプチャープローブP5-3を固定しておいたりなどすればよい(図5−2の(a))。さらに、別の実施例では、図5−2の(b)に示したように反応室を細かい反応セルの集合体(細孔アレー)で形成することもできる。各反応セルには平均として1個以下のターゲットDNAが含まれるようにする。反応セル内にはプローブP5-2が固定されており、また、キャプチャープローブに相当するプローブP5-3は浮遊した状態で溶液中に存在する形とした例を示した。ターゲットDNAの繰り返し配列部分にプローブP5-2が多くハイブリダイズして相補鎖合成を並列して行う。この結果、多くのプローブP5-2からDNA伸長鎖が生じる。これらは1本鎖として生成するが、プローブP5-3が3'末端にハイブリダイズして相補鎖合成を行うので2本鎖DNAを生じる。熱を掛けてそれぞれ1本鎖とするが、反応セルは相互に隔離されているので生じた浮遊DNA鎖は反応セルから外に出ない。そして速やかにセル表面に固定されたプローブP5-2にキャプチャーされる。引き続き相補鎖合成を行い、DNAを反応セルの中で増幅することができる。熱サイクルごとにn倍になるので数回の熱サイクルを加えることで膨大な数のコピーDNAを反応セル内に短時間で作ることができる。   In this example, target DNA was first prepared on beads and used, but free DNA can also be targeted. In this case, instead of the probe immobilized on the bead (capture probe), a probe having the same sequence is added to the reaction solution in a free state, or the probe P5- is immobilized on the solid surface on which the probe P5-2 is immobilized. For example, the capture probe P5-3 may be fixed at a fixed ratio with respect to 2 ((a) in FIG. 5-2). Furthermore, in another embodiment, as shown in FIG. 5-2 (b), the reaction chamber can be formed of an assembly of fine reaction cells (pore array). Each reaction cell should contain no more than one target DNA on average. An example is shown in which the probe P5-2 is fixed in the reaction cell, and the probe P5-3 corresponding to the capture probe is present in the solution in a suspended state. A large number of probes P5-2 are hybridized to the repetitive sequence portion of the target DNA, and complementary strand synthesis is performed in parallel. As a result, an extended DNA chain is generated from many probes P5-2. These are generated as single strands, but probe P5-3 hybridizes to the 3 ′ end to synthesize complementary strands, resulting in double stranded DNA. Heat is applied to form single strands, but the reaction cells are isolated from each other, so the generated floating DNA strands do not exit the reaction cell. Then, it is quickly captured by the probe P5-2 fixed on the cell surface. Subsequent complementary strand synthesis can then be performed to amplify the DNA in the reaction cell. Since each thermal cycle is multiplied by n, a large number of copies of DNA can be produced in the reaction cell in a short time by applying several thermal cycles.

ここでは分離された反応セルを用いることを開示したが、このような反応場としてキャピラリープレートなどのキャピラリーチューブアレーを用いてもよい。この場合にはチューブの内部にプローブP5-2を固定して用いる。繰り返し配列を有するターゲットDNAを含む溶液をチューブアレーを通すと効率よくターゲットをプローブで捕獲できる。続いて相補鎖合成を行い、多くのコピーをチューブ内に作製できる。プローブP5-3を併せて加えておくと2本鎖DNAが壁に固定された状態で生じる。熱変性などによって増幅されたターゲットDNAのコピーを取り出して利用することができる。   Although the use of the separated reaction cell is disclosed here, a capillary tube array such as a capillary plate may be used as such a reaction field. In this case, the probe P5-2 is fixed inside the tube. When a solution containing target DNA having a repetitive sequence is passed through a tube array, the target can be efficiently captured with a probe. Subsequent complementary strand synthesis is then performed to produce many copies in the tube. When probe P5-3 is added together, double-stranded DNA is generated in a state of being fixed to the wall. A copy of the target DNA amplified by heat denaturation or the like can be taken out and used.

[実施例6]
本実施例では、繰り返し配列部分にハイブリダイズして相補鎖合成して生じる相補DNA鎖の3'末端にハイブリダイズするプローブが相補鎖合成する際に、ニックを生じる酵素の認識部位を含む部分を導入する例を開示する。繰り返し配列部分にハイブリダイズするプライマーP6-2を起点として合成した相補DNA鎖を鋳型として、その3'末端にハイブリダイズするプライマーP6-3を起点とするDNA相補鎖合成を行い、ターゲットDNA配列と相同の配列部分を含むDNA鎖を合成する。プライマーP6-2が相補鎖合成すると切断酵素の認識部位にN.BstNBIなどの酵素が結合して認識配列の外側を片方の鎖だけ切断する。この酵素の認識配列は-----GAGTCT|-----である。もちろん他の酵素を用いてもよく、この限りでない。このような酵素の活用はAnal. Chem. 77, 7984-7972(2005)に報告されている。DNAポリメラーゼとして前述の鎖置換型のポリメラーゼを用いているので、このように形成されたニックの部分から相補鎖合成が再スタートする。この新しい鎖は既に合成されたDNA鎖を引き剥がしながらDNA相補鎖合成するので繰り返しDNA一本鎖を作る。このDNA鎖の3'末端側には繰り返し配列があるので相補鎖合成がスタートして繰り返しDNAを増幅できる。以下、図を用いて説明する。
[Example 6]
In this example, when a probe that hybridizes to the 3 ′ end of a complementary DNA strand that hybridizes to a repetitive sequence portion and synthesizes a complementary strand synthesizes the complementary strand, a portion that includes a recognition site for an enzyme that generates a nick An example to be introduced is disclosed. Using the complementary DNA strand synthesized from primer P6-2 that hybridizes to the repetitive sequence as a template, DNA complementary strand synthesis was performed starting from primer P6-3 that hybridizes to its 3 'end, and the target DNA sequence A DNA strand containing a homologous sequence portion is synthesized. When primer P6-2 synthesizes a complementary strand, an enzyme such as N.BstNBI binds to the recognition site of the cleavage enzyme and cuts only one strand outside the recognition sequence. The recognition sequence of this enzyme is ----- GAGTCT | -----. Of course, other enzymes may be used and are not limited to this. The use of such an enzyme is reported in Anal. Chem. 77, 7984-7972 (2005). Since the above-described strand displacement type polymerase is used as the DNA polymerase, complementary strand synthesis is restarted from the nick portion thus formed. Since this new strand synthesizes the complementary DNA strand while peeling off the already synthesized DNA strand, a single strand of DNA is repeatedly formed. Since there is a repetitive sequence on the 3 ′ end side of this DNA strand, complementary strand synthesis starts and DNA can be amplified repeatedly. This will be described below with reference to the drawings.

図6のプロセス(6-1)は、3'末端に繰り返し配列を有し、かつ5'末端にプライマーP6-3と一部の配列が同じ配列のプライミングサイトになる部位を有するターゲットDNA6-1を用いた例を示した。繰り返し配列部分にハイブリダイズするプライマーP6-2から次々に鎖置換型の相補鎖合成によりDNA鎖が生じる。生じたDNA鎖は1本鎖状態で反応溶液中に遊離してくる。プロセス(6-2)に示されるように、3'末端にはプライミングサイトができ、プライマーP6-3がハイブリダイズする。プライマーP6-3は相補鎖DNA6-2を鋳型にして相補鎖合成を行い、ターゲットDNA6-1と同じ配列を含むDNA6-3を合成する(プロセス(6-3))。プライマーP6-3には2本鎖になると酵素に認識されて切断される部位を導入するが、相補鎖合成により2本鎖が形成されてこの部位が酵素で認識されるのでプロセス(6-4)に示したように配列の途中に切り込み(ニック)が生じる。鎖置換型のDNAポリメラーゼはこの切り込み部分から相補鎖合成を開始できるので、プロセス(6-5)から(6-6)に示したように既に合成されたDNA鎖をはがしながら相補鎖合成が進行する。相補鎖合成が進行すると再びニックが形成されて次の相補鎖合成が開始される。このようにして多くの同じ配列を有するDNAを生成することができる。生成されたDNA6-3sは5'末端がニック部位以降の配列となるのでDNA6-3より少し短い配列となっている(プロセス(6-7))。DNA6-3sは3'末端に繰り返し配列を有しているので、プロセス(6-7)および(6-8)に示されるように、プライマーP6-2がハイブリダイズして相補鎖DNA6-2sを生成する。DNA6-2sはプライマーP6-3にハイブリダイズしてDNA6-2と同じ配列となり、プライマーP6-3は相補鎖合成によりDNA6-3を作る(プロセス(6-9)および(6-10))。DNA6-3のプライマー部位には再びニックが入り、プロセス(6-4)からのプロセスが繰り返される。このように繰り返しDNAコピーを作るプロセスが繰り返されるので短時間に非常に多くのDNAコピーを生成することができる。   Process (6-1) in FIG. 6 is a target DNA 6-1 having a repeating sequence at the 3 ′ end and a site where the primer P6-3 and a part of the sequence become a priming site of the same sequence at the 5 ′ end. An example using is shown. From the primer P6-2 that hybridizes to the repetitive sequence portion, a DNA strand is generated one after another by the strand displacement type complementary strand synthesis. The resulting DNA strand is released into the reaction solution in a single strand state. As shown in process (6-2), a priming site is formed at the 3 ′ end, and primer P6-3 is hybridized. Primer P6-3 performs complementary strand synthesis using complementary strand DNA6-2 as a template to synthesize DNA6-3 containing the same sequence as target DNA6-1 (process (6-3)). Primer P6-3 introduces a site that is recognized and cleaved by the enzyme when it becomes a double strand, but a double strand is formed by complementary strand synthesis and this site is recognized by the enzyme. As shown in (), a cut (nick) occurs in the middle of the array. Since strand displacement type DNA polymerase can start complementary strand synthesis from this cut, complementary strand synthesis proceeds while peeling the already synthesized DNA strand as shown in processes (6-5) to (6-6). To do. As the complementary strand synthesis proceeds, a nick is formed again and the next complementary strand synthesis is started. In this way, many DNAs having the same sequence can be generated. The generated DNA6-3s has a slightly shorter sequence than DNA6-3 because the 5 'end is a sequence after the nick site (process (6-7)). Since DNA6-3s has a repetitive sequence at the 3 ′ end, primer P6-2 hybridizes to form complementary strand DNA6-2s as shown in processes (6-7) and (6-8). Generate. DNA6-2s hybridizes to primer P6-3 and has the same sequence as DNA6-2, and primer P6-3 creates DNA 6-3 by complementary strand synthesis (process (6-9) and (6-10)). The primer site of DNA6-3 is nicked again and the process from process (6-4) is repeated. Since the process of repeatedly making DNA copies is repeated in this way, a very large number of DNA copies can be generated in a short time.

本実施例では、プライマー配列中にニックの部位を入れたが相補鎖合成で初めてこの部位が現れるようにすることもできる。この場合には切断により短くなったDNA6-3sを鋳型として合成されたDNA6-2sにはプライミングサイトがないのでプライマーP6-3がハイブリダイズできず、全体的な増幅率は若干低下する。   In this example, a nick site was inserted into the primer sequence, but this site can also appear only after complementary strand synthesis. In this case, DNA 6-2s synthesized using DNA 6-3s shortened by cleavage as a template does not have a priming site, so primer P6-3 cannot hybridize, and the overall amplification rate slightly decreases.

なお、プライマーP6-3はターゲットDNAにハイブリダイズしただけでは切断されず、相補鎖合成が起こって初めて切断されるように設計すると効果的である。   It is effective to design primer P6-3 so that it is not cleaved only by hybridizing to the target DNA but is cleaved only after complementary strand synthesis occurs.

本発明により、核酸の増幅方法が提供される。かかる方法は、複数種の核酸が共存しても、どの核酸についても同じ増幅率で増幅することができる。また、かかる方法では、核酸の配列や長さの如何にかかわらず均一に、短時間に高い増幅率で核酸を増幅することができる。従って、本発明に係る増幅方法は、mRNAの均一な増幅、特に1つの細胞から得られる少量のmRNAからcDNAを合成し、そのcDNAを均一にバイアスなく増幅する方法として優れている。また本発明に係る方法は、核酸の迅速な増幅と検出が望まれる、遺伝子発現解析、細胞機能解析、生体組織の解析方法、病気の診断、感染症検査、創薬などの分野に有用である。   The present invention provides a nucleic acid amplification method. Such a method can amplify any nucleic acid at the same amplification factor even if plural kinds of nucleic acids coexist. In addition, according to such a method, it is possible to amplify a nucleic acid uniformly at a high amplification rate in a short time regardless of the sequence or length of the nucleic acid. Therefore, the amplification method according to the present invention is excellent as a method for uniformly amplifying mRNA, in particular, synthesizing cDNA from a small amount of mRNA obtained from one cell and amplifying the cDNA uniformly without bias. The method according to the present invention is useful in the fields of gene expression analysis, cell function analysis, biological tissue analysis method, disease diagnosis, infectious disease test, drug discovery, etc., where rapid nucleic acid amplification and detection are desired. .

Claims (43)

核酸の増幅方法であって、
ターゲット配列またはその相補配列を含むターゲット核酸鎖の3'末端に既知配列を含む繰り返し配列を導入するステップ、
該繰り返し配列にハイブリダイズするオリゴヌクレオチドを、該ターゲット核酸鎖に導入した繰り返し配列に複数個ハイブリダイズさせるステップ、
該オリゴヌクレオチドをプライマーとして用いて該ターゲット核酸鎖を鋳型とした相補鎖合成を行い、1つのターゲット核酸鎖から複数の核酸相補鎖を生成するステップ
を含む方法。
A method for amplifying nucleic acid, comprising:
Introducing a repetitive sequence containing a known sequence at the 3 ′ end of the target nucleic acid strand containing the target sequence or its complementary sequence;
Hybridizing a plurality of oligonucleotides that hybridize to the repetitive sequence to the repetitive sequence introduced into the target nucleic acid chain;
A method comprising a step of synthesizing complementary strands using the target nucleic acid strand as a template using the oligonucleotide as a primer to generate a plurality of nucleic acid complementary strands from one target nucleic acid strand.
繰り返し配列が、ターゲット配列またはその相補配列の長さよりも短いものである、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the repetitive sequence is shorter than the length of the target sequence or its complementary sequence. 繰り返し配列が、ターゲット配列またはその相補配列の長さよりも長いものである、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the repetitive sequence is longer than the length of the target sequence or a complementary sequence thereof. 繰り返し配列に含まれる繰り返し単位の数が100を超えるものである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the number of repeating units contained in the repeating sequence exceeds 100. 繰り返し配列に含まれる繰り返し単位の数が1000を超えるものである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the number of repeating units contained in the repeating sequence exceeds 1000. ターゲット核酸鎖が複数種の核酸鎖を含むものであり、それらの複数種の核酸鎖に対して共通の繰り返し配列を導入するものである、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the target nucleic acid strand comprises a plurality of types of nucleic acid strands, and a common repetitive sequence is introduced into the plurality of types of nucleic acid strands. . 繰り返し配列の導入が、繰り返し配列を有する核酸鎖をターゲット核酸鎖にライゲーションにより導入することにより行う、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the introduction of the repetitive sequence is performed by introducing a nucleic acid chain having the repetitive sequence into the target nucleic acid chain by ligation. 繰り返し配列の導入が、繰り返し配列を有する核酸鎖を鋳型とし、ターゲット核酸鎖の3'末端部分を繰り返し配列導入用プライマーとしてまたはターゲット核酸鎖の3'末端に付加した配列部分を繰り返し配列導入用プライマーとして用いる相補鎖合成により行う、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。   For the introduction of repetitive sequences, a nucleic acid chain having a repetitive sequence is used as a template, the 3 ′ end portion of the target nucleic acid strand is used as a primer for repetitive sequence introduction, or the sequence portion added to the 3 ′ end of the target nucleic acid strand is a primer for repetitive sequence introduction The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the method is carried out by complementary strand synthesis used as 繰り返し配列を有する核酸鎖が、リング状の核酸を鋳型とした相補鎖合成によって生成されたものである、請求項7または8に記載の方法。   The method according to claim 7 or 8, wherein the nucleic acid strand having a repetitive sequence is produced by complementary strand synthesis using a ring-shaped nucleic acid as a template. 繰り返し配列の導入が、ターゲット核酸鎖に含まれる配列部分、または該ターゲット核酸鎖に付加した配列部分を繰り返し配列導入用プライマーとして使用し、リング状の核酸を鋳型とする相補鎖合成により行う、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。   The introduction of the repetitive sequence is performed by complementary strand synthesis using a sequence portion contained in the target nucleic acid strand or a sequence portion added to the target nucleic acid strand as a primer for repetitive sequence introduction and using a ring-shaped nucleic acid as a template. Item 7. The method according to any one of Items 1 to 6. 繰り返し配列の導入が、ターゲット核酸鎖に付加した配列部分を繰り返し配列導入用プライマーとして使用し、該配列部分にハイブリダイズしかつライゲーションによりリング状の核酸を形成することができるオリゴヌクレオチドを用いて形成されたリング状の核酸を鋳型とする相補鎖合成により行う、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。   Repetitive sequence introduction is performed using an oligonucleotide that can be used to repeat the sequence portion added to the target nucleic acid strand as a primer for repetitive sequence introduction and hybridize to the sequence portion and form a ring-shaped nucleic acid by ligation. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the method is carried out by complementary strand synthesis using the prepared ring-shaped nucleic acid as a template. 繰り返し配列導入用プライマーの少なくとも一部が、ターゲット核酸鎖の3'末端に付加した配列部分を利用するものである、請求項10または11に記載の方法。   The method according to claim 10 or 11, wherein at least a part of the primer for repetitive sequence introduction uses a sequence portion added to the 3 'end of the target nucleic acid strand. 繰り返し配列の導入が、ターゲット核酸鎖の3'末端に付加した配列部分の少なくとも一部にハイブリダイズするオリゴヌクレオチドを鋳型として相補鎖合成により得られた配列部分の相補配列を繰り返し配列導入用プライマーとして使用し、リング状の核酸を鋳型とする相補鎖合成により行う、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。   For the introduction of repetitive sequences, a complementary sequence of a sequence portion obtained by complementary strand synthesis using an oligonucleotide that hybridizes to at least a part of the sequence portion added to the 3 'end of the target nucleic acid strand as a template, as a primer for repetitive sequence introduction The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the method is performed by complementary strand synthesis using a ring-shaped nucleic acid as a template. ターゲット核酸鎖の3'末端に、ターミナルトランスフェラーゼにより配列部分を付加する、請求項8〜13のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 8 to 13, wherein a sequence moiety is added to the 3 'end of the target nucleic acid strand by terminal transferase. ターゲット核酸鎖の3'末端に付加した配列部分に隣接する該ターゲット核酸鎖の3'末端側の配列部分と、付加した配列部分の全てまたは一部分とにハイブリダイズし、かつ既知配列を含むオリゴヌクレオチドを鋳型として相補鎖合成を行い、該ターゲット核酸鎖の3'末端に付加した配列部分の一部を必要に応じて除去し、続いてハイブリダイズしたオリゴヌクレオチドを鋳型として相補鎖合成により該ターゲット核酸鎖の3'末端側に付加された該既知配列を繰り返し配列導入用プライマーとして用いて、リング状核酸を鋳型として相補鎖合成を行うことにより、繰り返し配列を導入するものである、請求項13に記載の方法。   An oligonucleotide that hybridizes to the sequence portion adjacent to the sequence portion added to the 3 'end of the target nucleic acid strand and to the 3' end side of the target nucleic acid strand and all or part of the added sequence portion and contains a known sequence Is used as a template to synthesize a complementary strand, a part of the sequence added to the 3 ′ end of the target nucleic acid strand is removed as necessary, and then the target nucleic acid is synthesized by complementary strand synthesis using the hybridized oligonucleotide as a template. The repeat sequence is introduced by carrying out complementary strand synthesis using the known sequence added to the 3 ′ end side of the strand as a repeat sequence introduction primer and using a ring nucleic acid as a template. The method described. ターゲット核酸鎖の3'末端に付加した配列部分の一部の除去が、該配列部分におけるオリゴヌクレオチドがハイブリダイズしていない部分の塩基をエキソヌクレアーゼを含む酵素を用いて除去することにより行う、請求項15に記載の方法。   The removal of a part of the sequence portion added to the 3 ′ end of the target nucleic acid strand is performed by removing the base in the sequence portion where the oligonucleotide is not hybridized using an enzyme containing exonuclease, Item 16. The method according to Item 15. ターゲット核酸鎖の3'末端に付加した、繰り返し配列導入用プライマーとして使用する配列部分が、制限酵素切断に続くオリゴヌクレオチドのライゲーションまたはオリゴヌクレオチドを鋳型とする相補鎖合成により生成されたものである、請求項10〜13のいずれか1項に記載の方法。   The sequence portion used as a repetitive sequence introduction primer added to the 3 ′ end of the target nucleic acid strand is generated by oligonucleotide ligation following restriction enzyme cleavage or complementary strand synthesis using the oligonucleotide as a template. The method according to any one of claims 10 to 13. 繰り返し配列導入用プライマーとして、ターゲット核酸鎖に含まれる既知配列部分を利用するものである、請求項10に記載の方法。   The method according to claim 10, wherein a known sequence portion contained in the target nucleic acid chain is used as a primer for repetitive sequence introduction. ターゲット核酸鎖の既知配列部分を切断して、得られるターゲット核酸鎖の3'末端を含む部分を繰り返し配列導入用プライマーとして使用する、請求項18に記載の方法。   The method according to claim 18, wherein a known sequence portion of the target nucleic acid chain is cleaved, and a portion including the 3 'end of the obtained target nucleic acid strand is repeatedly used as a primer for sequence introduction. ターゲット核酸鎖の既知配列部分の切断が、Cleavaseを含む酵素により行う、請求項19に記載の方法。   The method according to claim 19, wherein the cleavage of the known sequence portion of the target nucleic acid chain is performed by an enzyme containing Cleavase. ターゲット核酸鎖の既知配列部分にハイブリダイズし、かつ5'末端側にアンカー配列を有するオリゴヌクレオチドをターゲット核酸鎖にハイブリダイズさせ、該オリゴヌクレオチドを伸張する相補鎖合成を行って2本鎖核酸を生成し、1本鎖核酸を3'末端から分解する酵素を用いてターゲット核酸鎖の1本鎖部分を分解除去し、次いで該オリゴヌクレオチドのアンカー配列を鋳型としてターゲット核酸鎖の3'末端側を伸張する相補鎖合成によりターゲット核酸鎖に配列部分を付加して、繰り返し配列導入用のプライマーを生成するものである、請求項10〜13のいずれか1項に記載の方法。   Hybridize to a known sequence portion of the target nucleic acid strand and hybridize an oligonucleotide having an anchor sequence on the 5 ′ end side to the target nucleic acid strand, and perform complementary strand synthesis to extend the oligonucleotide to obtain a double-stranded nucleic acid. And then degrading and removing the single-stranded portion of the target nucleic acid strand using an enzyme that degrades the single-stranded nucleic acid from the 3 ′ end, and then the 3 ′ end side of the target nucleic acid strand using the anchor sequence of the oligonucleotide as a template. The method according to any one of claims 10 to 13, wherein a sequence portion is added to the target nucleic acid strand by extending complementary strand synthesis to generate a primer for repeated sequence introduction. ターゲット核酸鎖の既知配列部分にハイブリダイズし、かつ5'末端側にアンカー配列を有するオリゴヌクレオチドをターゲット核酸鎖にハイブリダイズさせ、該オリゴヌクレオチドを伸張する相補鎖合成を行って2本鎖核酸を生成し、ターゲット核酸鎖の1本鎖部分を除去し、次いで該オリゴヌクレオチドのアンカー配列を鋳型とした相補鎖合成によりターゲット核酸鎖の3'末端に既知配列部分を付加し、該オリゴヌクレオチドを除去することにより、繰り返し配列導入用のプライマーを生成するものである、請求項10〜13のいずれか1項に記載の方法。   Hybridize to a known sequence portion of the target nucleic acid strand and hybridize an oligonucleotide having an anchor sequence on the 5 ′ end side to the target nucleic acid strand, and perform complementary strand synthesis to extend the oligonucleotide to obtain a double-stranded nucleic acid. Generate and remove the single-stranded portion of the target nucleic acid strand, then add the known sequence portion to the 3 'end of the target nucleic acid strand by complementary strand synthesis using the oligonucleotide anchor sequence as a template, and remove the oligonucleotide The method of any one of Claims 10-13 which produces | generates the primer for repeating arrangement | sequence introduction by doing. ターゲット核酸鎖の3'末端および5'末端に既知配列部分を付加し、ターゲット核酸鎖およびその相補核酸鎖の両方について3'末端の該既知配列部分を繰り返し配列導入用プライマーとして、該既知配列部分にハイブリダイズすることができるリング状のDNAを鋳型として用いて相補鎖合成を行うことにより、該3'末端および5'末端に繰り返し配列を導入するものである、請求項8〜11のいずれか1項に記載の方法。   A known sequence portion is added to the 3 ′ end and 5 ′ end of the target nucleic acid strand, and the known sequence portion at the 3 ′ end of both the target nucleic acid strand and its complementary nucleic acid strand is repeatedly used as a primer for sequence introduction. The repeat sequence is introduced into the 3 'end and the 5' end by carrying out complementary strand synthesis using a ring-shaped DNA capable of hybridizing to the template as a template, any one of claims 8 to 11. 2. The method according to item 1. ターゲット核酸鎖に導入された繰り返し配列にハイブリダイズする第1のオリゴヌクレオチドをプライマーとして用いる相補鎖合成を行い、生成された相補核酸鎖を鋳型として、その3'末端にハイブリダイズする第2のオリゴヌクレオチドをプライマーとして用いて相補鎖合成を行い、ターゲット核酸鎖のコピーを増幅するステップを含む、請求項1〜23のいずれか1項に記載の方法。   Complementary strand synthesis is performed using as a primer the first oligonucleotide that hybridizes to the repetitive sequence introduced into the target nucleic acid strand, and the second oligo that hybridizes to the 3 ′ end using the generated complementary nucleic acid strand as a template 24. The method of any one of claims 1 to 23, comprising the step of performing complementary strand synthesis using nucleotides as primers and amplifying a copy of the target nucleic acid strand. ターゲット核酸鎖に導入された繰り返し配列にハイブリダイズするオリゴヌクレオチドをプライマーとして用いる相補鎖合成を行い、得られた2本鎖核酸を1本鎖核酸とし、次いで該オリゴヌクレオチドをプライマーとして、生成された1本鎖核酸を鋳型として相補鎖合成を行うステップを繰り返すものである、請求項1〜23のいずれか1項に記載の方法。   Complementary strand synthesis was performed using an oligonucleotide that hybridizes to a repetitive sequence introduced into the target nucleic acid strand as a primer. The resulting double-stranded nucleic acid was used as a single-stranded nucleic acid, and then the oligonucleotide was used as a primer. The method according to any one of claims 1 to 23, wherein the step of performing complementary strand synthesis using a single-stranded nucleic acid as a template is repeated. ターゲット配列またはその相補配列を含み、3'末端に繰り返し配列を有し、かつ5'末端にループ配列を有するターゲット核酸鎖を生成するステップを含む、請求項1〜25のいずれか1項に記載の方法。   26. The method according to any one of claims 1 to 25, comprising the step of generating a target nucleic acid strand comprising a target sequence or a complementary sequence thereof, having a repetitive sequence at the 3 'end and a loop sequence at the 5' end. the method of. 核酸鎖がDNA鎖である、請求項1〜26のいずれか1項に記載の方法。   27. The method according to any one of claims 1 to 26, wherein the nucleic acid strand is a DNA strand. ターゲット核酸鎖の5'末端側が固体表面に固定されている、請求項1〜27のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 27, wherein the 5 'end side of the target nucleic acid strand is immobilized on a solid surface. ターゲット核酸鎖に導入される繰り返し配列にハイブリダイズするオリゴヌクレオチドが固体表面に固定されている、請求項1〜28のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 28, wherein an oligonucleotide that hybridizes to a repetitive sequence introduced into a target nucleic acid chain is immobilized on a solid surface. ターゲット核酸鎖に導入される繰り返し配列にハイブリダイズする第1のオリゴヌクレオチドを用いて生成された相補核酸鎖を、固体表面に固定した第2のオリゴヌクレオチドを用いて捕獲し、第2のオリゴヌクレオチドをプライマーとして相補鎖合成を行うステップを含む、請求項1〜29のいずれか1項に記載の方法。   A complementary nucleic acid strand generated by using a first oligonucleotide that hybridizes to a repetitive sequence introduced into a target nucleic acid strand is captured using a second oligonucleotide immobilized on a solid surface, and the second oligonucleotide 30. The method according to any one of claims 1 to 29, comprising a step of performing complementary strand synthesis using as a primer. 固体がビーズである、請求項28〜30のいずれか1項に記載の方法。   31. A method according to any one of claims 28 to 30, wherein the solid is a bead. 固体が区画化された平面固体である、請求項28〜30のいずれか1項に記載の方法。   31. A method according to any one of claims 28 to 30, wherein the solid is a compartmentalized planar solid. 固体表面が多孔質または細孔アレーの内壁である、請求項28〜30のいずれか1項に記載の方法。   31. A method according to any one of claims 28 to 30, wherein the solid surface is a porous or inner wall of a pore array. ターゲット核酸鎖またはその相補核酸鎖にハイブリダイズする少なくとも2種のオリゴヌクレオチドが同一固体表面に固定されている、請求項29〜33のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 29 to 33, wherein at least two kinds of oligonucleotides that hybridize to a target nucleic acid strand or a complementary nucleic acid strand thereof are immobilized on the same solid surface. ターゲット核酸鎖に導入された繰り返し配列の前または後ろに制限酵素切断認識配列が導入されるように相補鎖合成を行い、得られた相補核酸鎖から制限酵素を用いて繰り返し配列を切断除去するステップを含む、請求項1〜34のいずれか1項に記載の方法。   A step of synthesizing a complementary strand so that a restriction enzyme cleavage recognition sequence is introduced before or after the repetitive sequence introduced into the target nucleic acid strand, and cleaving the repetitive sequence using the restriction enzyme from the obtained complementary nucleic acid strand. 35. The method of any one of claims 1-34, comprising: ターゲット核酸鎖に相補的な配列と5'末端に第1のアンカー配列とを有するキャプチャープローブを用いてターゲット核酸鎖を鋳型として相補鎖合成するステップ、
生成した相補核酸鎖を1本鎖とするステップ、
1本鎖相補核酸鎖にハイブリダイズする第1のオリゴヌクレオチドを用いて相補鎖合成を行い、第1のオリゴヌクレオチドが伸張した3'末端側に第1のアンカー配列に基づく既知配列部分を導入するステップ、
該既知配列部分をプライマーとしてリング状の核酸鎖にハイブリダイズさせて相補鎖合成を行い、3'末端側に第1の繰り返し配列が導入された相補核酸鎖を生成するステップ、ならびに
第1の繰り返し配列に複数の第2のオリゴヌクレオチドをハイブリダイズさせて、同時並行的に相補鎖合成するステップ
を含む、請求項1に記載の方法。
Synthesizing a complementary strand using the target nucleic acid strand as a template using a capture probe having a sequence complementary to the target nucleic acid strand and a first anchor sequence at the 5 ′ end;
The generated complementary nucleic acid strand as a single strand,
Complementary strand synthesis is performed using a first oligonucleotide that hybridizes to a single-stranded complementary nucleic acid strand, and a known sequence portion based on the first anchor sequence is introduced into the 3 ′ end of the first oligonucleotide extended. Step,
Using the known sequence portion as a primer to hybridize with a ring-shaped nucleic acid strand to synthesize a complementary strand to generate a complementary nucleic acid strand having the first repeat sequence introduced at the 3 ′ end, and the first repeat The method of claim 1, comprising hybridizing a plurality of second oligonucleotides to the sequence and synthesizing complementary strands in parallel.
第1のオリゴヌクレオチドが5'末端側に第2のアンカー配列を含み、第1の繰り返し配列にハイブリダイズする第2のオリゴヌクレオチドをプライマーとして相補鎖合成した相補鎖の3'末端側に第2のアンカー配列に基づく既知配列部分を導入し、該既知配列部分をプライマーとして使用して、リング状の核酸を鋳型として相補鎖合成を行い、3'末端側に第2の繰り返し配列が導入された相補核酸鎖を生成するステップをさらに含む、請求項36に記載の方法。   The first oligonucleotide contains a second anchor sequence on the 5 ′ end side, and a second oligonucleotide hybridized to the first repeat sequence is used as a primer to synthesize a complementary strand. A known sequence portion based on the anchor sequence of was introduced, a complementary strand synthesis was performed using the known sequence portion as a primer and a ring-shaped nucleic acid as a template, and a second repetitive sequence was introduced on the 3 ′ end side. 40. The method of claim 36, further comprising generating a complementary nucleic acid strand. 複数種のmRNAからcDNAライブラリを作製し、cDNAライブラリに含まれる複数種のcDNAをターゲット核酸鎖として均一にDNAを増幅するものである、請求項1〜37のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 37, wherein a cDNA library is prepared from a plurality of types of mRNA, and the DNA is uniformly amplified using a plurality of types of cDNA contained in the cDNA library as a target nucleic acid chain. mRNAまたはcDNAを捕捉するビーズとは異なるビーズ上に増幅したDNAコピーを作製するものである、請求項38に記載の方法。   40. The method of claim 38, wherein the method produces an amplified DNA copy on a bead that is different from the bead that captures the mRNA or cDNA. 単一種または複数種の核酸鎖を含む核酸プールを均一に増幅する方法であって、
核酸プールに含まれる核酸鎖の3'末端に既知配列を含む繰り返し配列を導入するステップ、
該繰り返し配列にハイブリダイズするオリゴヌクレオチドと、鎖置換型ポリメラーゼを用いて相補鎖合成を行うステップ
を含む方法。
A method for uniformly amplifying a nucleic acid pool containing single or multiple nucleic acid strands,
Introducing a repetitive sequence containing a known sequence at the 3 ′ end of a nucleic acid strand contained in the nucleic acid pool;
A method comprising a step of performing complementary strand synthesis using an oligonucleotide that hybridizes to the repetitive sequence and a strand displacement polymerase.
核酸の増幅方法であって、
ターゲット配列またはその相補配列を含むターゲット核酸鎖の3'末端に既知配列を含む繰り返し配列を導入するステップ、
該繰り返し配列にハイブリダイズするオリゴヌクレオチドを用いて相補鎖合成を行うステップ、
生成される2本鎖核酸に切断部(ニック)を導入するステップ、
切断部(ニック)から相補鎖合成を行い、複数の核酸鎖を生成するステップ
を含む方法。
A method for amplifying nucleic acid, comprising:
Introducing a repetitive sequence containing a known sequence at the 3 ′ end of the target nucleic acid strand containing the target sequence or its complementary sequence;
Performing complementary strand synthesis using an oligonucleotide that hybridizes to the repetitive sequence;
Introducing a cleavage site (nick) into the resulting double-stranded nucleic acid;
A method comprising a step of synthesizing complementary strands from a cleavage portion (nick) to generate a plurality of nucleic acid strands.
サンプル中の核酸の検出方法であって、
サンプル中の核酸を、請求項1〜41のいずれか1項に記載の方法により増幅するステップ、
得られる増幅産物を用いて、検出対象の核酸を検出するステップ
を含む方法。
A method for detecting a nucleic acid in a sample, comprising:
Amplifying nucleic acid in a sample by the method of any one of claims 1-41;
A method comprising a step of detecting a nucleic acid to be detected using the obtained amplification product.
サンプル中の全ての核酸または検出対象の核酸のみを増幅するものである、請求項42に記載の方法。   43. The method of claim 42, wherein the method amplifies all nucleic acids in the sample or only the nucleic acid to be detected.
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