JP2011504732A - 向上したピロリン酸分解活性化重合（ｐａｐ）能力を有する変異ｄｎａポリメラーゼ - Google Patents

Abstract

対応する非改変ポリメラーゼと比較して伸長速度が向上している変異ＤＮＡポリメラーゼを開示する。当該変異ポリメラーゼは、開示される様々なプライマー伸長方法において有用である。また、例えば変異ＤＮＡポリメラーゼの作製に有用である、組み換え核酸、ベクター、及び宿主細胞を含む関連組成物を開示する。

Description

本発明は、ＤＮＡポリメラーゼの分野、及び様々な応用におけるその使用、例えばピロリン酸分解活性化重合等の分野に属する。

ピロリン酸分解活性化重合（ＰＡＰ）は、（１又は複数の）プライマーが、伸長可能となる前に、ピロリン酸分解により除去されるべき伸長ターミネーターとなるＰＣＲ法である。「ピロリン酸分解」は、ＤＮＡポリメラーゼによりプライマー鋳型（ｐｒｉｍｅｄ ｔｅｍｐｌａｔｅ）の伸長の単なる逆行である（すなわち、当該プライマー鎖へのｄＮＭＰ残基の付加）。「順方向」反応（すなわち、プライマー鋳型の伸長）においては、ピロリン酸が作製され、ｄＮＴＰが消費され、ｄＮＭＰが、当該プライマーの３’末端へ付加される。「逆方向」反応（すなわち、ピロリン酸分解）においては、ピロリン酸が消費され、ｄＮＭＰが当該プライマー鎖の３’末端から除去されると、ｄＮＴＰが作製される。伸長できない残基（「ターミネーター」）になってしまっているプライマー鋳型は、ポリメラーゼが当該ターミネーターを取り込むことができ、且つピロリン酸が存在する場合に、ピロリン酸分解を受けると予想される。ＰＡＰにおいて、これらのブロックプライマー（ｂｌｏｃｋｅｄ ｐｒｉｍｅｒ）の使用では、ターミネーター除去を最大速度で行うために、ピロリン酸分解が完全に一致したプライマー：鋳型複合体を必要とするため、希少対立遺伝子（ｒａｒｅ ａｌｌｅｌｅ）検出を考慮する。

本発明は、対応する非改変ＤＮＡポリメラーゼと比較して、ピルビン酸分解活性化重合が向上したＤＮＡポリメラーゼを提供する。本明細書で記載されるＤＮＡポリメラーゼは、３’末端にターミネーターヌクレオチドを含むプライマーを用いるポリヌクレオチド鋳型の逆転写又は増幅において有用である。本発明のポリメラーゼは、例えば、組換えＤＮＡ研究、及び希少対立遺伝子検出を必要とする疾患の医療診断において用途がある。ある実施態様によれば、ＤＮＡポリメラーゼは、アミノ酸配列、Ｒ−Ｘ₁−Ｘ₂−Ｘ₃−Ｋ−Ｌ−Ｘ₄−Ｘ₅−Ｘ₆−Ｙ−Ｘ₇−Ｘ₈−Ｘ₉−Ｘ₁₀−Ｘ₁₁（配列番号１）を含んでなり、ここで、Ｘ₁−Ｘ₅、及びＸ₇−Ｘ₁₁は、任意のアミノ酸であり、Ｘ₆はＴではない。本発明の好ましい実施態様によれば、Ｘ₂は、（Ｌ）、（Ｉ）、又は（Ｙ）であり；Ｘ₄は、（Ｋ）、（Ｒ）、又は（Ｑ）であり；Ｘ₅は、（Ｎ）、（Ｓ）、又は（Ｇ）であり；Ｘ₆は（Ｔ）以外の任意のアミノ酸であり；Ｘ₈は、（Ｄ）又は（Ｅ）であり；Ｘ₁₀は、（Ｌ）又は（Ｉ）であり；及びＸ₁₁は、（Ｐ）又は（Ｌ）である（配列番号３６）。ある実施態様によれば、ポリメラーゼは、Ｘ₆がＴであり他の部分は同一のポリメラーゼと比較して、ブロックプライマーの核酸伸長速度が向上している。本発明の好ましい実施態様によれば、Ｘ₁は、（Ｅ）、（Ｑ）、（Ｇ）、（Ｋ）、又は（Ｔ）；Ｘ₃は、（Ｔ）、（Ｍ）、（Ｄ）、（Ｓ）、（Ｇ）、（Ａ）、（Ｑ）、又は（Ｌ）；Ｘ₇は、（Ｖ）、（Ｉ）、（Ｌ）、（Ａ）、又は（Ｔ）；及びＸ₉は、（Ｐ）、（Ａ）、（Ｇ）、（Ｋ）、（Ｔ）、又は（Ｓ）である（配列番号３７）。ある実施態様によれば、Ｘ₈は、（Ｇ）、（Ａ）、（Ｌ）、（Ｍ）、（Ｆ）、（Ｗ）、（Ｋ）、（Ｑ）、（Ｅ）、（Ｓ）、（Ｐ）、（Ｖ）、（Ｉ）、（Ｃ）、（Ｙ）、（Ｈ）、（Ｒ）、（Ｎ）、及び（Ｄ）である（配列番号３８）。好ましい実施態様によれば、Ｘ₈はＳである（配列番号３９）。

ある実施態様によれば、ＤＮＡポリメラーゼは、アミノ酸配列、Ｘ₁−Ｘ₂−Ｘ₃−Ｘ₄−−Ｋ−Ｘ₅−Ｘ₆−Ｘ₇−Ｘ₈−Ｘ₉−Ｘ₁₀−Ｘ₁₁−Ｘ₁₂−Ｘ₁₃−Ｘ₁₄−Ｘ₁₅−Ｘ₁₆（配列番号２）を含んでなり、ここで、Ｘ₁−Ｘ₉及びＸ₁₁−Ｘ₁₅は、任意のアミノ酸であり、Ｘ₁₀は、Ｔ又はＡではない。ある実施態様によれば、Ｘ₁は、Ｒ又はＬ；Ｘ₃は、Ｌ、Ｉ、又はＹ；Ｘ₅は、Ｒ又はＬ；Ｘ₆は、Ｉ又は欠損；Ｘ₇は、Ｇ又は欠損；Ｘ₈は、Ｋ、Ｒ、又はＱ；Ｘ₉は、Ｎ、Ｓ、又はＧ；Ｘ₁₀は、Ｔ又はＡ以外の任意のアミノ酸；Ｘ₁₁は、Ｙ又はＥ；Ｘ₁₃は、Ｄ又はＥ；Ｘ₁₅は、Ｌ、Ｉ、又はＡ；及びＸ₁₆は、Ｐ、Ｌ、又はＷである（配列番号４０）。ある実施態様によれば、ポリメラーゼは、Ｘ₁₀がＴ又はＡであり他の部分は同一であるＤＮＡポリメラーゼと比較して、核酸伸長速度が向上している。ある実施態様によれば、Ｘ₂は、（Ｅ）、（Ｑ）、（Ｇ）、（Ｋ）、（Ｔ）、又は（Ｍ）；Ｘ₄は、（Ｔ）、（Ｍ）、（Ｄ）、（Ｓ）、（Ｇ）、（Ａ）、（Ｑ）、又は（Ｌ）；及びＸ₁₂は、（Ｖ）、（Ｉ）、（Ｌ）、（Ａ）、（Ｔ）、又は（Ｇ）；及びＸ₁₄は、（Ｐ）、（Ａ）、（Ｇ）、（Ｋ）、（Ｔ）、又は（Ｓ）である（配列番号４１）。ある実施態様によれば、Ｘ₁₀は、（Ｇ、（Ｌ）、（Ｍ）、（Ｆ）、（Ｗ）、（Ｋ）、（Ｑ）、（Ｅ）、（Ｓ）、（Ｐ）、（Ｖ）、（Ｉ）、（Ｃ）、（Ｙ）、（Ｈ）、（Ｒ）、（Ｎ）、及び（Ｄ）からなる群から選択される（配列番号４２）。本発明の好ましい実施態様によれば、Ｘ₁₀はＳである（配列番号４３）。

ある実施態様によれば、本発明のＤＮＡポリメラーゼは、非改変ポリメラーゼの改変版である。その非改変体で当該ポリメラーゼは、一般的に、ＤＮＡ鋳型と完全に一致する場合、３'末端にターミネーターヌクレオチドを有するブロックプライマーを伸長させるＰＡＰ能を有し、且つ以下のモチーフ：Ｒ−Ｘ₁−Ｘ₂−Ｘ₃−Ｋ−Ｌ−Ｘ₄−Ｘ₅−Ｘ₆−Ｙ−Ｘ₇−Ｘ₈−Ｘ₉−Ｘ₁₀−Ｘ₁₁（配列番号２４）（ここで、Ｘ₁−Ｘ₅、及びＸ₇−Ｘ₁₁は任意のアミノ酸であり、且つＸ₆はＴである）を有するアミノ酸配列を含む。ある実施態様によれば、ポリメラーゼが配列番号２４において示されるモチーフを有する場合、Ｘ₂は、（Ｌ）、（Ｉ）、又は（Ｙ）；Ｘ₄は、（Ｋ）、（Ｒ）、又は（Ｑ）；Ｘ₅は、（Ｎ）、（Ｓ）、又は（Ｇ）；Ｘ₆は、（Ｔ）；Ｘ₈は、（Ｄ）又は（Ｅ）；Ｘ₁₀は、（Ｌ）又は（Ｉ）；及びＸ₁₁は、（Ｐ）又は（Ｌ）である（配列番号４４）。

ポリメラーゼの改変体は、その非改変体と比較して、少なくともＸ₆の位置にアミノ酸置換を含み、且つその非改変体と比較して、ブロックプライマーの核酸伸長速度が向上していることをさらなる特徴とする。ある実施態様によれば、Ｘ₁は、（Ｅ）、（Ｑ）、（Ｇ）、（Ｋ）、又は（Ｔ）；Ｘ₃は、（Ｔ）、（Ｍ）、（Ｄ）、（Ｓ）、（Ｇ）、（Ａ）、（Ｑ）、又は（Ｌ）：Ｘ₇は、（Ｖ）、（Ｉ）、（Ｌ）、（Ａ）、又は（Ｔ）；及びＸ₉は、（Ｐ）、（Ａ）、（Ｇ）、（Ｋ）、（Ｔ）、又は（Ｓ）である（配列番号４５）。ある実施態様によれば、位置Ｘ₆のアミノ酸は、（Ｇ）、（Ａ）、（Ｌ）、（Ｍ）、（Ｆ）、（Ｗ）、（Ｋ）、（Ｑ）、（Ｅ）、（Ｓ）、（Ｐ）、（Ｖ）、（Ｉ）、（Ｃ）、（Ｙ）、（Ｈ）、（Ｒ）、（Ｎ）、及び（Ｄ）からなる群から選択される（配列番号４６）。他の実施態様によれば、位置Ｘ₆のアミノ酸は、（Ｓ）である（配列番号４７）。

ある実施態様によれば、その非改変体のＤＮＡポリメラーゼは、以下のモチーフ：Ｘ₁−Ｘ₂−Ｘ₃−Ｘ₄−Ｋ−Ｘ₅−Ｘ₆−Ｘ₇−Ｘ₈−Ｘ₉−Ｘ₁₀−Ｘ₁₁−Ｘ₁₂−Ｘ₁₃−Ｘ₁₄−Ｘ₁₅−Ｘ₁₆（配列番号２５）を有するアミノ酸配列を含み、ここで、Ｘ₁−Ｘ₉及びＸ₁₁−Ｘ₁₆は、任意のアミノ酸であり、Ｘ₁₀は、Ｔ又はＡである。ある実施態様によれば、Ｘ₁は、Ｒ、又はＬ；Ｘ₃は、Ｌ、Ｉ、Ｙ；Ｘ₅は、Ｒ、又はＬ；Ｘ₆は、Ｉ又は欠損；Ｘ₇は、Ｇ又は欠損；Ｘ₈は、Ｋ、Ｒ、又はＱ；Ｘ₉は、Ｎ、Ｓ、又はＧ；Ｘ₁₀は、Ｔ又はＡ；Ｘ₁₁は、Ｙ又はＥ；Ｘ₁₃は、Ｄ又はＥ；Ｘ₁₅は、Ｌ、Ｉ、又はＡ；及びＸ₆は、Ｐ、Ｌ、又はＷである（配列番号４７）。

ポリメラーゼの改変体は、非改変体と比較して、少なくともＸ₁₀の位置にアミノ酸置換を含み、ここでポリメラーゼの改変体は、その非改変体と比較して、ブロックプライマーの核酸伸長速度が向上していることをさらなる特徴とする。ある実施態様によれば、Ｘ₂は、（Ｅ）、（Ｑ）、（Ｇ）、（Ｋ）、（Ｔ）、又は（Ｍ）；Ｘ₄は、（Ｔ）、（Ｍ）、（Ｄ）、（Ｓ）、（Ｇ）、（Ａ）、（Ｑ）、又は（Ｌ）；及びＸ₁₂は、（Ｖ）、（Ｉ）、（Ｌ）、（Ａ）、（Ｔ）、又は（Ｇ）；及びＸ₁₄は、（Ｐ）、（Ａ）、（Ｇ）、（Ｋ）、（Ｔ）、又は（Ｓ）である（配列番号４９）。ある実施態様によれば、Ｘ₁₀は、（Ｇ）、（Ｌ）、（Ｍ）、（Ｆ）、（Ｗ）、（Ｋ）、（Ｑ）、（Ｅ）、（Ｓ）、（Ｐ）、（Ｖ）、（Ｉ）、（Ｃ）、（Ｙ）、（Ｈ）、（Ｒ）、（Ｎ）、及び（Ｄ）からなる群から選択される（配列番号５０）。他の実施態様によれば、Ｘ₁₀はＳである（配列番号５１）。

本発明による変異の影響を受け易いＤＮＡポリメラーゼは多様である。特に好適なものには、熱安定性ＤＮＡポリメラーゼであり、好熱性細菌の様々な種由来の野生型又は天然型の熱安定性ポリメラーゼ、及びアミノ酸置換、挿入、欠失、又は他の改変による、野生型又は天然型の酵素等に由来する熱安定性ポリメラーゼがる。ポリメラーゼの例示的非改変体には、例えば、ＣＳ５もしくはＣＳ６ ＤＮＡポリメラーゼ、又はそれと少なくとも９０％の配列同一性を有する機能的ＤＮＡポリメラーゼがある。他の好適な非改変ポリメラーゼには、例えば、以下の好熱性細菌種のいずれかに由来するＤＮＡポリメラーゼ（又は、当該ポリメラーゼと少なくとも９０％の配列同一性を有する機能的ＤＮＡポリメラーゼ）があり、その種としては、サーマス・サーモフィルス（Ｔｈｅｒｍｕｓ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ）、サーマス・カルドフィルス（Ｔｈｅｒｍｕｓ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ）、サーマス種Ｚ０５、サーマス・アクアティクス（Ｔｈｅｒｍｕｓ ａｑｕａｔｉｃｕｓ）、サーマス・フラバス（Ｔｈｅｒｍｕｓ ｆｌａｖｕｓ）、サーマス・フィリフォルミス（Ｔｈｅｒｍｕｓ ｆｉｌｉｆｏｒｍｉｓ）、サーマス種ｓｐｓ１７、サーモトガ・マリチマ（Ｔｈｅｒｍｏｔｏｇａ ｍａｒｉｔｉｍａ）、サーモトガ・ネアポリタナ（Ｔｈｅｒｍｏｔｏｇａ ｎｅａｐｏｌｉｔａｎａ）、サーモシフォ・アフリカヌス（Ｔｈｅｒｍｏｓｉｐｈｏ ａｆｒｉｃａｎｕｓ）がある。本発明の原理を有する変異体に適するさらなるポリメラーゼには、逆転写酵素活性を有するポリメラーゼ又はＰＡＰ能を有するポリメラーゼがある。

ある実施態様によれば、ポリメラーゼの非改変体は、キメラポリメラーゼを含んでなる。ある実施態様によれば、例えば、キメラポリメラーゼの非改変体は、ＣＳ５ ＤＮＡポリメラーゼ（配列番号２０）、ＣＳ６ ＤＮＡポリメラーゼ（配列番号２１）、又はＣＳ５ ＤＮＡポリメラーゼもしくはＣＳ６ ＤＮＡポリメラーゼと少なくとも９０％の配列同一性を有するポリメラーゼである。特定の変形においては、キメラポリメラーゼの非改変体には、配列番号２０又は配列番号２１と比較して、１又は複数のアミノ酸置換があり、それは、Ｇ４６Ｅ、Ｌ３２９Ａ、Ｑ６０１Ｒ、Ｄ６４０Ｇ、Ｉ６６９Ｆ、Ｓ６７１Ｆ、及びＥ６７８Ｇから選択される。例えば、変異ポリメラーゼの非改変体を、Ｇ４６Ｅ；Ｇ４６Ｅ Ｌ３２９Ａ；Ｇ４６Ｅ Ｅ６７８Ｇ；Ｇ４６Ｅ Ｌ３２９Ａ Ｅ６７８Ｇ；Ｇ４６Ｅ Ｓ６７１Ｆ；Ｇ４６Ｅ Ｄ６４０Ｇ；Ｇ４６Ｅ Ｑ６０１Ｒ；Ｇ４６Ｅ Ｉ６６９Ｆ；Ｇ４６Ｅ Ｄ６４０Ｇ Ｓ６７１Ｆ；Ｇ４６Ｅ Ｌ３２９Ａ Ｓ６７１Ｆ；Ｇ４６Ｅ Ｌ３２９Ａ Ｄ６４０Ｇ；Ｇ４６Ｅ Ｌ３２９Ａ Ｑ６０１Ｒ；Ｇ４６Ｅ Ｌ３２９Ａ Ｉ６６９Ｆ；Ｇ４６Ｅ Ｌ３２９Ａ Ｄ６４０Ｇ Ｓ６７１Ｆ；Ｇ４６Ｅ Ｓ６７１Ｆ Ｅ６７８Ｇ；又はＧ４６Ｅ Ｄ６４０Ｇ Ｅ６７８Ｇとしてもよい。例示的な実施態様によれば、これらの非改変体は、Ｔ６０６Ｓを有する変異ポリメラーゼを提供するように置換される。例えば、変異キメラＤＮＡポリメラーゼは、Ｇ４６Ｅ Ｔ６０６Ｓ；Ｇ４６Ｅ Ｌ３２９Ａ Ｔ６０６Ｓ；Ｇ４６Ｅ Ｔ６０６Ｓ Ｅ６７８Ｇ；Ｇ４６Ｅ Ｌ３２９Ａ Ｔ６０６Ｓ Ｅ６７８Ｇ；Ｇ４６Ｅ Ｔ６０６Ｓ Ｓ６７１Ｆ；Ｇ４６Ｅ Ｔ６０６Ｓ Ｄ６４０Ｇ；Ｇ４６Ｅ Ｑ６０１Ｒ Ｔ６０６Ｓ；Ｇ４６Ｅ Ｔ６０６Ｓ Ｉ６６９Ｆ；Ｇ４６Ｅ Ｔ６０６Ｓ Ｄ６４０Ｇ Ｓ６７１Ｆ；Ｇ４６Ｅ Ｌ３２９Ａ Ｔ６０６Ｓ Ｓ６７１Ｆ；Ｇ４６Ｅ Ｌ３２９Ａ Ｔ６０６Ｓ Ｄ６４０Ｇ；Ｇ４６Ｅ Ｌ３２９Ａ Ｑ６０１Ｒ Ｔ６０６Ｓ；Ｇ４６Ｅ Ｌ３２９Ａ Ｔ６０６Ｓ Ｉ６６９Ｆ；Ｇ４６Ｅ Ｌ３２９Ａ Ｔ６０６Ｓ Ｄ６４０Ｇ Ｓ６７１Ｆ；Ｇ４６Ｅ Ｔ６０６Ｓ Ｓ６７１Ｆ Ｅ６７８Ｇ；Ｇ４６Ｅ Ｔ６０６Ｓ Ｄ６４０Ｇ Ｅ６７８Ｇ等のいずれか１つとすることができる。

様々な他の態様によれば、本発明は、本明細書に記載のＤＮＡポリメラーゼをコードする組換え核酸、組換え核酸を含んでなるベクター、及び当該ベクターで形質転換された宿主細胞を提供する。特定の実施態様によれば、ベクターは、発現ベクターである。かかる発現ベクターを含んでなる宿主細胞は、組換え核酸の発現に適する条件下、宿主細胞を培養することによりポリメラーゼを作製する方法の発明において、有用である。

さらに別の態様によれば、ブロックプライマーを用いるプライマー伸長を行うための方法を提供する。当該方法は、一般的に、ターミネーターヌクレオチドの除去、及び当該プライマーの伸長に適する条件下で、本発明のＤＮＡポリメラーゼを、３’末端にターミネーターヌクレオチドを有するプライマー、ポリヌクレオチド鋳型、ピロリン酸（ＰＰi）及び遊離ヌクレオチドと接触させ、それによりピロリン酸分解活性化重合（ＰＡＰ）を介して、伸長プライマーを作製することを含む。遊離ヌクレオチドは、例えばリボヌクレオチド及び／又は標識部分等の従来と異なるヌクレオチドを含んでもよい。さらに、当該プライマー及び／又は鋳型は、１又は複数の類似体を含んでもよい。ある変形においては、プライマー伸長方法は、ポリヌクレオチドの増幅のために適する条件下、本発明のＤＮＡポリメラーゼを、プライマー対、ポリヌクレオチド鋳型、及び遊離ヌクレオチドと接触させることを含む、ポリヌクレオチド増幅のための方法である。

本発明はまた、ＰＡＰ方法を行う際に有用なキットを提供する。一般的には、当該キットには、本明細書に記載される発明のＤＮＡポリメラーゼを提供する、少なくとも１つの容器が含まれる。特定の実施態様によれば、当該キットには、１又は複数の追加の試薬を提供する、１又は複数の追加の容器がさらに含まれる。例えば、特定の変形においては、当該１又は複数の追加の容器は、遊離のヌクレオチド；ＰＡＰに適する緩衝剤；及び／又はＰＡＰ条件下で規定のポリヌクレオチド鋳型とハイブリダイズ可能なプライマーを提供する。ある実施態様によれば、当該プライマーは、３'末端に伸長不可能なターミネーターヌクレオチドを有する。

図１は、好熱性細菌及びバクテリオファージＴ７の様々な種由来の、例示的な熱安定性ＤＮＡポリメラーゼのポリメラーゼドメイン由来の領域のアミノ酸配列配列比較を示すものであり：サーマス・サーモフィルス（Ｔｈｅｒｍｕｓ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ）（Ｔｔｈ）（配列番号３）、サーマス・カルドフィルス（Ｔｈｅｒｍｕｓ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ）（Ｔｃａ）（配列番号４）、サーマス種Ｚ０５（Ｚ０５）（配列番号５）、サーマス・アクアティクス（Ｔｈｅｒｍｕｓ ａｑｕａｔｉｃｕｓ）（Ｔａｑ）（配列番号６）、サーマス・フラバス（Ｔｈｅｒｍｕｓ ｆｌａｖｕｓ）（Ｔｆｌ）（配列番号７）、サーマス・フィリフォルミス（Ｔｈｅｒｍｕｓ ｆｉｌｉｆｏｒｍｉｓ）（Ｔｆｉ）（配列番号８）、サーマス種ｓｐｓ１７（ｓｐｓ１７）（配列番号９）、デイノコッカス・ラディオデュランス（Ｄｅｉｎｏｃｏｃｃｕｓ ｒａｄｉｏｄｕｒａｎｓ）（Ｄｒａ）（配列番号１０）、ホット・スプリング・ファミリーＢ／クローン７（ＨｓｐＢ７）（配列番号１１）、バチルス・ステレオサーモフィルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｔｅａｒｏｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ）（Ｂｓｔ）（配列番号１２）、バチルス・ステレオサーモフィルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｔｅａｒｏｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ）（Ｂｃａ）（配列番号１３）、エシェリキア・コリ（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ）（配列番号１４）、サーモトガ・マリチマ（Ｔｈｅｒｍｏｔｏｇａ ｍａｒｉｔｉｍａ）（Ｔｍａ）（配列番号１５）、サーモトガ・ネアポリタナ（Ｔｈｅｒｍｏｔｏｇａ ｎｅａｐｏｌｉｔａｎａ）（Ｔｎｅ）（配列番号１６）、サーモシフォ・アフリカヌス（Ｔｈｅｒｍｏｓｉｐｈｏ ａｆｒｉｃａｎｕｓ）（Ｔａｆ）（配列番号１７）、ホット・スプリング・ファミリーＡ（ＨｓｐＡ）（配列番号１８）、キメラ熱安定性ＤＮＡポリメラーゼＣＳ５（配列番号２８）、キメラ熱安定性ＤＮＡポリメラーゼＣＳ６（配列番号２９）及びバクテリオファージＴ７（Ｔ７）（配列番号１９）である。さらに、これらの例示的な配列の中でコンセンサスアミノ酸配列を示す配列（配列番号３０）も含まれる。コンセンサス配列における下線を引いた残基は、各々の細菌種、及びバクテリオファージＴ７で保存され、一方、コンセンサス配列における残りの残基（すなわち、下線が引いてないもの）は、細菌種においては保存されるが、バクテリオファージＴ７では保存されていない。これらのモチーフは、ＣＳ５ポリメラーゼ配列で太字で強調される。本発明により変異の影響を受け易いアミノ酸位置は、アステリスク（^*）で示す。

図２Ａは、キメラ熱安定性ＤＮＡポリメラーゼＣＳ５のアミノ酸配列（配列番号２０）を示す。 図２Ｂは、キメラ熱安定性ＤＮＡポリメラーゼＣＳ５をコードする核酸配列（配列番号２２）を示す。 図２Ｂは、キメラ熱安定性ＤＮＡポリメラーゼＣＳ５をコードする核酸配列（配列番号２２）を示す。 図３Ａは、キメラ熱安定性ＤＮＡポリメラーゼＣＳ６のアミノ酸配列（配列番号２１）を示す。 図３Ｂは、キメラ熱安定性ＤＮＡポリメラーゼＣＳ６をコードする核酸配列（配列番号２３）を示す。 図３Ｂは、キメラ熱安定性ＤＮＡポリメラーゼＣＳ６をコードする核酸配列（配列番号２３）を示す。 図４は、ブロックオリゴ二重鎖を有するＭ１３鋳型のプライマー伸長の結果を示す。 図５は、変異ポリメラーゼが、親の野生型よりも、ブロックプライマーをより速く活性化できることを示す。 図６は、変異導入が、非ブロックプライマーを伸長させるポリメラーゼ能に悪影響を及ぼさなかったことを示す。 図７は、Ｔ６０６変異体が、１０００−Ｇ２クローンにおけるブロックプライマーの活性の向上に関与したことを示す。 図８は、ＧＬＴＤＳＥ変異体が、ブロックプライマーを活性化において、その親クローンのいずれかよりも速いことを示す。

定義
特に規定しない限り、本明細書で使用される全ての技術的及び科学的用語は、本発明が属する当該技術分野における通常の技能を有する者により、通常理解されるものと同じ意味を有する。本明細書に記載されるものと本質的に類似する任意の方法及び原料は、本発明の実施又は試験において使用できるが、例示的な方法及び原料のみを記載する。本発明の目的に応じて、以下の用語を以下の通り定義する。

「１つの、その（a、an、及びthe）」なる用語には、文脈において明確にそうでないと指示しない限り、複数指示対象を含む。

本発明で使用される「ピロリン酸分解（ｐｙｒｏｐｈｏｓｐｈｏｒｏｌｙｓｉｓ）」なる用語は、ピロリン酸（ＰＰ_i）の存在下で、核酸の３'末端から、１又は複数のヌクレオチドを除去し、１又は複数のヌクレオチド三リン酸を作製することを言う。

本明細書で使用される場合、「ピロリン酸分解活性化重合」又は「ＰＡＰ」なる表現は、３'末端に伸長不可能なターミネーターヌクレオチドを有するプライマーを含んでなる方法のことを言う。ピロリン酸（ＰＰ_i）、及び完全に一致する鋳型への、当該ブロックプライマーのハイブリダイゼーションの存在下で、本発明のＤＮＡポリメラーゼは、プライマーの３'末端の伸長不可能なターミネーターヌクレオチドを除去することになる。その後、ポリメラーゼは、伸長不可能なターミネーターヌクレオチドの除去によって新たに創生された３'末端から、鋳型に沿ってプライマーを伸長させることになる。本発明の改変もしくは変異ポリメラーゼを用いるブロックプライマーの伸長速度が、同じ条件下で、変異もしくは改変を持たないポリメラーゼの伸長速度よりも統計的に高い場合、本発明のＤＮＡポリメラーゼは、「向上したＰＡＰ能」を有すると判断される。ある実施態様によれば、向上したＰＡＰ能を有するポリメラーゼは、変異もしくは改変を持たないポリメラーゼに対して、ブロックプライマーの伸長速度を少なくとも２０％増加させることになる。ある実施態様によれば、本発明のポリメラーゼは、ブロックプライマー伸長速度が、少なくとも５０％増加することになる。ある実施態様によれば、本発明のポリメラーゼは、同じ条件下で、改変もしくは変異を持たない同じポリメラーゼに対し、ブロックプライマーの伸長速度が、少なくとも１００％、又はそれ以上の増加をすることになる。

「アミノ酸」は、ペプチド、ポリペプチド、又はタンパク質に組み込むことができる、任意のモノマー単位のことを言う。本明細書で使用される場合、「アミノ酸」なる用語には、以下の２０個の天然又は遺伝子的にコードされるアルファ−アミノ酸が含まれ、アラニン（Ａｌａ又はＡ）アルギニン（Ａｒｇ又はＲ）、アスパラギン（Ａｓｎ又はＮ）、アスパラギン酸（Ａｓｐ又はＤ）、システイン（Ｃｙｓ又はＣ）、グルタミン（Ｇｌｎ又はＧ）、グルタミン酸（Ｇｌｕ又はＥ）、グリシン（Ｇｌｙ又はＧ）、ヒスチジン（Ｈｉｓ又はＨ）、イソロイシン（Ｉｌｅ又はＩ）、ロイシン（Ｌｅｕ又はＬ）、リジン（Ｌｙｓ又はＫ）、メチオニン（Ｍｅｔ又はＭ）、フェニルアラニン（Ｐｈｅ又はＦ）、プロリン（Ｐｒｏ又はＰ）、セリン（Ｓｅｒ又はＳ）、スレオニン（Ｔｈｒ又はＴ）、トリプトファン（Ｔｒｐ又はＷ）、チロシン（Ｔｙｒ又はＹ）、及びバリン（Ｖａｌ又はＶ）がある。これらの２０個の天然アミノ酸の構造は、例えば、Ｓｔｒｙｅｒ ｅｔ ａｌ., Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ, ５^ｔｈ ｅｄ., Ｆｒｅｅｍａｎ及びＣｏｍｐａｎｙ （２００２）に示されている。セレノシステイン及びピロリジン等のさらなるアミノ酸も、（Ｓｔａｄｔｍａｎ （１９９６）”Ｓｅｌｅｎｏｃｙｓｔｅｉｎｅ," Ａｎｎｕ Ｒｅｖ Ｂｉｏｃｈｅｍ. ６５ :８３−１００ and Ｉｂｂａ ｅｔ ａｌ. （２００２） ”Ｇｅｎｅｔｉｃ ｃｏｄｅ: ｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇ ｐｙｒｒｏｌｙｓｉｎｅ," Ｃｕｒｒ Ｂｉｏｌ． １２（１３）：Ｒ４６４−Ｒ４６６）により、遺伝子的にコードすることができる。「アミノ酸」なる用語には、非天然アミノ酸、改変アミノ酸（例えば、改変した側鎖及び／又は骨格を有する）、及びアミノ酸類似体も含まれる。例えば、Ｚｈａｎｇ ｅｔ ａｌ. （２００４）"Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ ５−ｈｙｄｒｏｘｙｔｒｙｐｔｏｐｈａｎ ｉｎｔｏ ｐｒｏｔｅｉｎｓ ｉｎ ｍａｍｍａｌｉａｎ ｃｅｌｌｓ，" Ｐｒｏｃ． Ｎａｔｌ． Ａｃａｄ． Ｓｃｉ． Ｕ．Ｓ．Ａ． １０１（２４）：８８８２−８８８７, Ａｎｄｅｒｓｏｎ ｅｔ ａｌ． （２００４)"Ａｎ ｅｘｐａｎｄｅｄ ｇｅｎｅｔｉｃ ｃｏｄｅ ｗｉｔｈ ａ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｑｕａｄｒｕｐｌｅｔ ｃｏｄｏｎ" Ｐｒｏｃ． Ｎａｔｌ． Ａｃａｄ． Ｓｃｉ． Ｕ．Ｓ．Ａ． １０１（２０）：７５６６− ７５７１, Ｄｃｅｄａ ｅｔ ａｌ. （２００３）"Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ａ ｎｏｖｅｌ ｈｉｓｔｉｄｉｎｅ ａｎａｌｏｇｕｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｉｎｔｏ ａ ｐｒｏｔｅｉｎ ｉｎ ｖｉｖｏ," Ｐｒｏｔｅｉｎ Ｅｎｇ． Ｐｅｓ． ＳｅＩ. １６（９）：６９９−７０６, Ｃｈｉｎ ｅｔ ａｌ． （２００３)"Ａｎ Ｅｘｐａｎｄｅｄ Ｅｕｋａｒｙｏｔｉｃ Ｇｅｎｅｔｉｃ Ｃｏｄｅ，” Ｓｃｉｅｎｃｅ ３０１（５６３５）：９６４−９６７， Ｊａｍｅｓ ｅｔ ａｌ. （２００１）"Ｋｉｎｅｔｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｉｂｏｎｕｃｌｅａｓｅ Ｓ ｍｕｔａｎｔｓ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｐｈｏｔｏｉｓｏｍｅｒｉｚａｂｌｅ ｐｈｅｎｙｌａｚｏｐｈｅｎｙｌａｌａｎｉｎｅ ｒｅｓｉｄｕｅｓ，” Ｐｒｏｔｅｉｎ Ｅｎｇ． Ｐｅｓ． Ｓｅｌ． １４（１２）：９８３−９９１， Ｋｏｈｒｅｒ ｅｔ ａｌ． （２００１）"Ｉｍｐｏｒｔ ｏｆ ａｍｂｅｒ ａｎｄ ｏｃｈｒｅ ｓｕｐｐｒｅｓｓｏｒ ｔＲＮＡｓ ｉｎｔｏ ｍａｍｍａｌｉａｎ ｃｅｌｌｓ: Ａ ｇｅｎｅｒａｌ ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ ｓｉｔｅ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ ｏｆ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄ ａｎａｌｏｇｕｅｓ ｉｎｔｏ ｐｒｏｔｅｉｎｓ，" Ｐｒｏｃ． Ｎａｔｌ． Ａｃａｄ． Ｓｃｉ． Ｕ．Ｓ．Ａ． ９８（２５）： １４３１０−１４３１５, Ｂａｃｈｅｒ ｅｔ ａｌ. （２００１）"Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ Ｖａｒｉａｎｔｓ Ｃａｐａｂｌｅ ｏｆ Ｇｒｏｗｔｈ ｏｎ ａｎ Ｏｔｈｅｒｗｉｓｅ Ｔｏｘｉｃ Ｔｒｙｐｔｏｐｈａｎ Ａｎａｌｏｇｕｅ," Ｊ． Ｂａｃｔｅｒｉｏｌ． １８３（１８）:５４１４−５４２５， Ｈａｍａｎｏ−Ｔａｋａｋｕ ｅｔ ａｌ. （２０００）"Ａ Ｍｕｔａｎｔ Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ Ｔｙｒｏｓｙｌ−ｔＲＮＡ Ｓｙｎｔｈｅｔａｓｅ Ｕｔｉｌｉｚｅｓ ｔｈｅ Ｕｎｎａｔｕｒａｌ Ａｍｉｎｏ Ａｃｉｄ Ａｚａｔｙｒｏｓｉｎｅ Ｍｏｒｅ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙ ｔｈａｎ Ｔｙｒｏｓｉｎｅ," Ｊ． Ｂｉｏｌ. Ｃｈｅｍ． ２７５（５１):４０３２４−４０３２８, 及び Ｂｕｄｉｓａ ｅｔ ａｌ. （２００１)"Ｐｒｏｔｅｉｎｓ ｗｉｔｈ β−（ｔｈｉｅｎｏｐｙｒｒｏｌｙｌ）ａｌａｎｉｎｅｓ ａｓ ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ ｃｈｒｏｍｏｐｈｏｒｅｓ ａｎｄ ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌｌｙ ａｃｔｉｖｅ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄｓ." Ｐｒｏｔｅｉｎ Ｓｃｉ． １０（７）：１２８１−１２９２．を参照されたい。

さらに例示すると、アミノ酸は、置換もしくは未置換アミノ基、置換もしくは未置換カルボキシ基、及び１又は複数の側鎖もしくは基、又はこれらの基の任意の類似体を含む、典型的な有機酸である。例示的な側鎖には、例えば、チオール、セレノ、スルホニル、アルキル、アリール、アシル、ケト、アジド、ヒドロキシ、ヒドラジン、シアノ、ハロ、ヒドラジド、アルケニル、アルキニル、エーテル、ボレート、ボロネート、ホスホ、ホスホノ、ホスフィン、複素環、エノン、イミン、アルデヒド、エステル、チオ酸、ヒドロキシルアミン、又はこれらの基の任意の組み合わせがある。他の代表的なアミノ酸には、限定するものではないが、光活性化可能な架橋剤、金属結合アミノ酸、スピンラベルアミノ酸、蛍光アミノ酸、金属含有アミノ酸、新規な官能基を有するアミノ酸、他の分子、フォトケージ化（ｐｈｏｔｏｃａｇｅｄ）及び／又は光異性化アミノ酸と共有的もしくは非共有的に相互作用するアミノ酸、放射性アミノ酸、ビオチンもしくはビオチン類似体を含むアミノ酸、糖化アミノ酸、他の炭水化物改変アミノ酸、ポリエチレンもしくはポリエーテルを含むアミノ酸、重原子置換アミノ酸、化学的開裂可能及び／又は光開裂可能なアミノ酸、Ｃ結合型糖含有アミノ酸、酸化還元活性アミノ酸、アミノチオ酸含有アミノ酸、及び１又は複数の毒性部分を含むアミノ酸がある。

本発明のＤＮＡポリメラーゼとの関連で、「変異体」なる用語は、対応するＤＮＡポリメラーゼの非改変体と比較して、１又は複数のアミノ酸置換、付加、又は欠失を含むように変換された、典型的には組換え体のポリペプチドを意味する。

本発明のＤＮＡポリメラーゼとの関連で「改変体」又は「改変された変異体」なる用語は、少なくとも配列番号２４において位置Ｘ₆の残基がＴでないか、配列番号２５においてＸ₁₀がＴもしくはＡでない機能性ＤＮＡポリメラーゼのことを言い、ここで当該ポリメラーゼは、このポリメラーゼの非改変体に対し、向上したＰＡＰ能を呈する。

本発明のＤＮＡポリメラーゼとの関連で「非改変体」又は「非改変変異体」なる用語は、少なくとも配列番号２４において位置Ｘ₆の残基がＴであるか、配列番号２５においてＸ₁₀がＴもしくはＡである機能性ＤＮＡポリメラーゼのことを言う。発明のＤＮＡポリメラーゼの非改変体は、例えば、野生型及び／又は天然のＤＮＡポリメラーゼである。ＤＮＡポリメラーゼの非改変体はまた、所望の機能性を提供するために、例えば、ジデオキシリボヌクレオチド、リボヌクレオチド、リボヌクレオチド類似体、色素標識ヌクレオチド、調節５'−ヌクレアーゼ活性、調節３'−ヌクレアーゼ（又はプルーフリーディング）活性等の取り込みを向上させるため、配列番号２４における位置Ｘ₆、又は配列番号２５におけるＸ₁₀以外の位置で意図的に変異導入した変異タンパク質であってもよい。ポリメラーゼの非改変体は、好ましくは、様々な好熱細菌、及び野生型もしくは天然の熱安定性ポリメラーゼと実質的に配列同一であるその機能的変種由来のＤＮＡポリメラーゼ等の、熱安定性ＤＮＡポリメラーゼである。かかる変種には、例えば、キメラＤＮＡポリメラーゼ、例えば、米国特許第６,２２８,６２８号及び米国特許出願第２００４／０００５５９９号に記載のキメラＤＮＡポリメラーゼがあってもよい。特定の実施態様によれば、ポリメラーゼの非改変体は、ピロリン酸分解活性化重合（ＰＡＰ）能を有する。

「熱安定性ポリメラーゼ」なる用語は、熱に対して安定であり、熱耐性があり、そして二本鎖核酸の変性を有効にするために必要な、経時的な温度上昇を受けた場合、次のプライマー伸長反応を有効にする十分な活性を残し、且つ不可逆的変性（不活性）状態にならない酵素のことを言う。核酸変性のために必要な加熱条件は、当該技術分野で周知であり、例えば、米国特許第４,５８３,２０２号、第４,６８３,１９５号、及び第４,９８５,１８８号等に例示される。本明細書で使用される場合、熱安定性ポリメラーゼは、ポリメラーゼ連鎖反応（「ＰＣＲ」）等の温度連鎖反応における使用に適する。本明細書の目的で「付加逆的変性」は、酵素活性の恒久的且つ完全な損失のことを言う。熱安定性ポリメラーゼについて「酵素活性」は、鋳型核酸鎖に相補的であるプライマー伸長産物を形成させるための適切な手法でヌクレオチドの組み合わせの触媒のことを言う。非限定的、例示的な、好熱細菌由来の熱安定性ＤＮＡポリメラーゼには、例えば、サーモトガ・マリチマ、サーマス・アクアティクス、サーマス・サーモフィルス、サーマス・フラバス、サーマス・フィリフォルミス、サーマス種ｓｐｓ１７、サーマス種Ｚ０５、サーマス・カルドフィルス、バチルス・カルドテナクス、サーモトガ・ネアポリタナ、及びサーモシフォ・アフリカヌス由来のＤＮＡポリメラーゼがある。

本明細書で使用される場合、「キメラ」タンパク質は、そのアミノ酸配列が、少なくとも２つの異なるタンパク質由来のアミノ酸配列のサブ配列の融合産物であるタンパク質のことを言う。典型的にはキメラタンパク質は、アミノ酸配列の直接操作により作製されるのではなく、むしろ、キメラアミノ酸配列をコードする「キメラ」遺伝子から発現される。特定の実施態様によれば、例えば、本発明の変異ＤＮＡポリメラーゼの非改変体は、サーマス種ＤＮＡポリメラーゼ由来のアミノ末端（Ｎ−末端）領域と、Ｔｍａ ＤＮＡポリメラーゼ由来のカルボキシ末端（Ｃ−末端）領域とからなるキメラタンパク質である。Ｎ末端領域とは、Ｎ末端（アミノ酸位置１）からある内部アミノ酸までに至る領域のことを言う。同様に、Ｃ末端領域とは、ある内部アミノ酸からＣ末端までに至る領域のことを言う。

変異ＤＮＡポリメラーゼに関連して、別の配列（例えば、領域、断片、ヌクレオチド、亜アミノ酸位置等）に対する「対応」は、ヌクレオチド又はアミノ酸位置番号に従って番号付けを行い、そして配列同一性の割合を最大化するような手法で当該配列を配列比較するという従来の方法に基づく。所与の「対応する領域」内の全ての位置が同一である必要はないので、対応する領域内の不一致の位置は「対応する位置」とみなしてもよい。したがって、本明細書で使用する場合、特定のＤＮＡポリメラーゼの「アミノ酸位置［Ｘ］に対応するアミノ酸」という表現は、他の認められているＤＮＡポリメラーゼ並びに構造的ホモログ及びファミリーにおける等価な位置をまとめた表現のことである。本明細書でさらに議論される通り、本発明の典型的な実施態様によれば、アミノ酸の「対応」は、コンセンサス配列のモチーフ（例えば、配列番号１）と比較し、ポリメラーゼのある領域に対して決定される。

本明細書で使用する場合「組換え体」は、組換え法により意図的に改変されたアミノ酸配列又はヌクレオチド配列のことを言う。本明細書で「組換え核酸」なる用語は、もともとはインビトロ（ｉｎ ｖｉｔｒｏ）で、一般的にエンドヌクレアーゼによる核酸の操作により形成される、天然には通常見いだされない形態の核酸を意味する。すなわち、直鎖状の単離された変異ＤＮＡポリメラーゼ核酸であるか、又は通常は加わらないライゲーションＤＮＡ分子によりインビトロで形成される発現ベクターは、両方とも本発明の目的の組換え体と考えられる。組換え核酸を作製して宿主細胞に再導入すると、非組換え的に、すなわちインビトロ操作よりもむしろ宿主細胞のインビボ（ｉｎ ｖｉｖｏ）細胞機構を用いて複製するはずであると解される。しかしながら、かかる核酸は、一度組換えによって作製されると、その後非組換え的に作製されるが、なお本発明の目的の組換え体と考えられる。「組換えタンパク質」は、組換え技術を用いて、すなわち上記の通り、組換え核酸の発現を介して作製されるタンパク質である。組換えタンパク質は、典型的には、少なくとも１又は複数の特性により天然のタンパク質と区別される。

「核酸」なる用語は、ヌクレオチド（例えば、リボヌクレオチド、デオキシリボヌクレオチド、２'−ターミネーターヌクレオチド、ジデオキシヌクレオチド等）、及びポリマー（例えば、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）、リボ核酸（ＲＮＡ）、ＤＮＡ−ＲＮＡハイブリッド、オリゴヌクレオチド、ポリヌクレオチド、遺伝子、ｃＤＮＡ、アプタマー、アンチセンス核酸、干渉ＲＮＡ（ＲＮＡｉ）、分子ビーコン、核酸プローブ、ペプチド核酸（ＰＮＡ）、ＰＮＡ−ＤＮＡ接合体、ＰＮＡ−ＰＮＡ接合体等）のことを言い、これは、直鎖状又は分岐状のいずれかで、共に共有結合したヌクレオチドを含む。

核酸は、典型的には、一本鎖又は二本鎖であり、一般的にホスホジエステル結合を含むことになるが、本明細書で概説するように、場合によって、核酸類似体が別の骨格を有するものを含み、これには、限定するものではないが、例えば、ホスホロアミド（Ｂｅａｕｃａｇｅ ｅｔ ａｌ. （１９９３） Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ ４９（１０）：１９２５）及びそれらの参考文献；Ｌｅｔｓｉｎｇｅｒ（１９７０） Ｊ． Ｏｒｇ． Ｃｈｅｍ． ３５：３８００； Ｓｐｒｉｎｚｌ ｅｔ ａｌ． （１９７７） Ｅｕｒ． Ｊ． Ｂｉｏｃｈｅｍ． ８１：５７９；Ｌｅｔｓｉｎｇｅｒ ｅｔ ａｌ （１９８６） Ｎｕｃｌ． Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ． １４：３４８７； Ｓａｗａｉ ｅｔ ａｌ. （１９８４） Ｃｈｅｍ． Ｌｅｔｔ． ８０５； Ｌｅｔｓｉｎｇｅｒ ｅｔ ａｌ． （１９８８） Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ． １１０：４４７０；及び Ｐａｕｗｅｌｓ ｅｔ ａｌ． （１９８６） Ｃｈｅｍｉｃａ Ｓｃｒｉｐｔａ ２６: １４１９）、ホスホロチオエート（Ｍａｇ ｅｔ ａｌ． （１９９１） Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ． １９：１４３７; 米国特許第５,６４４,０４８号）、ホスホロジチオエート（Ｂｒｉｕ ｅｔ ａｌ． （１９８９） Ｊ． Ａｍ． Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ. １１１:２３２１）、Ｏ−メチルホスホロアミダイト結合（Ｅｃｋｓｔｅｉｎ， Ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅｓ ａｎｄ Ａｎａｌｏｇｕｅｓ： Ａ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ａｐｐｒｏａｃｈ, Ｏｘｆｏｒｄ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ （１９９２）を参照されたい）、及びペプチド核酸骨格と結合（Ｅｇｈｏｌｍ (１９９２） Ｌ Ａｍ． Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ． １１４：１８９５; Ｍｅｉｅｒ ｅｔ ａｌ． （１９９２） Ｃｈｅｍ． Ｉｎｔ． Ｅｄ． Ｅｎｇｌ． ３１ ：１００８； Ｎｉｅｌｓｅｎ （１９９３） Ｎａｔｕｒｅ ３６５：５６６； Ｃａｒｌｓｓｏｎ ｅｔ ａｌ． （１９９６） Ｎａｔｕｒｅ ３８０：２０７、を参照されたい）がある。他の類似核酸には、正に帯電した骨格（Ｄｅｎｐｃｙ ｅｔ ａｌ． （１９９５） Ｐｒｏｃ． Ｎａｔｌ． Ａｃａｄ． Ｓｃｉ． ＵＳＡ ９２： ６０９７）；非イオン性骨格（米国特許第５,３８６,０２３号、第５,６３７,６８４号、第５,６０２,２４０号、第５,２１６,１４１号、及び第４,４６９,８６３号；Ａｎｇｅｗ （１９９１） Ｃｈｅｍ． Ｉｎｔｌ． Ｅｄ． Ｅｎｇｌｉｓｈ ３０： ４２３; Ｌｅｔｓｉｎｇｅｒ ｅｔ ａｌ． （１９８８） Ｊ． Ａｍ． Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ． １１０：４４７０; Ｌｅｔｓｉｎｇｅｒ ｅｔ ａｌ． （１９９４） Ｎｕｃｌｅｏｓｉｄｅ ＆ Ｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ １３：１５９７； Ｃｈａｐｔｅｒｓ ２ ａｎｄ ３， ＡＳＣ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｓｅｒｉｅｓ ５８０， "Ｃａｒｂｏｈｙｄｒａｔｅ Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ａｎｔｉｓｅｎｓｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ”， Ｅｄ． Ｙ． Ｓ． Ｓａｎｇｈｖｉ ａｎｄ Ｐ． Ｄａｎ Ｃｏｏｋ； Ｍｅｓｍａｅｋｅｒ ｅｔ ａｌ． （１９９４） Ｂｉｏｏｒｇａｎｉｃ ＆ Ｍｅｄｉｃｉｎａｌ Ｃｈｅｍ． Ｌｅｔｔ． ４： ３９５； Ｊｅｆｆｓ ｅｔ ａｌ． （１９９４） Ｌ Ｂｉｏｍｏｌｅｃｕｌａｒ ＮＭＲ ３４：１７； Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ Ｌｅｔｔ. ３７：７４３ （１９９６））、及び非リボース骨格、例えば、米国特許第５,２３５,０３３号及び第５,０３４,５０６号、及びＣｈａｐｔｅｒｓ ６ ａｎｄ ７， ＡＳＣ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｓｅｒｉｅｓ ５８０， Ｃａｒｂｏｈｙｄｒａｔｅ Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ａｎｔｉｓｅｎｓｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ， Ｅｄ． Ｙ． Ｓ． Ｓａｎｇｈｖｉ ａｎｄ Ｐ． Ｄａｎ Ｃｏｏｋ、に記載のものがある。１又は複数の炭素環糖を含有する核酸には、核酸の定義の範囲内のものも含まれる（Ｊｅｎｋｉｎｓ ｅｔ ａｌ． （１９９５) Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ． Ｒｅｖ， ｐｐ １６９− １７６を参照されたい）。複数の核酸類似体も、例えば、Ｒａｗｌｓ， Ｃ ＆ Ｅ Ｎｅｗｓ Ｊｕｎ． ２， １９９７ ３５頁に記載されている。リボース−リン酸骨格のこれらの改変は、標識等の付加的部分の添加を促進するか、又は生理学的環境における当該分子の安定性及び半減期を変えるためになされる。

核酸（例えば、アデニン、グアニン、チミン、シトシン、及びウラシル）において典型的に見られるこれらの天然の複素環塩基に加え、核酸類似体にも、本明細書で記載されるもの、又は言及されていない多数のもので、非天然へテロ環塩基を有するものがある。特に、非天然の塩基は、例えば、Ｓｅｅｌａ ｅｔ ａｌ． （１９９１） Ｈｅｌｖ． Ｃｈｉｍ． Ａｃｔａ ７４：１７９０, Ｇｒｅｉｎ ｅｔ ａｌ． （１９９４） Ｂｉｏｏｒｇ. Ｍｅｄ． Ｃｈｅｍ． Ｌｅｔｔ． ４：９７１−９７６， ａｎｄ Ｓｅｅｌａ ｅｔ ａｌ． （１９９９） Ｈｅｌｖ． Ｃｈｉｍ． Ａｃｔａ ８２：１６４０、にさらに記載がある。さらに例示すると、融解温度（Ｔｍ）調節因子として作用するヌクレオチドにおいて使用される特定の塩基を任意に含む。例えば、これらには、７−デアザプリン（例えば、７−デアザグアニン、７−デアザアデニン等）、ピラゾロ［３,４−ｄ］ピリミジン、プロピニル−ｄＮ（例えば、プロピニル−ｄＵ、プロピニル−ｄＣ等）等がある。例えば、米国特許第５,９９０,３０３号を参照されたい。他の代表的な複素環塩基には、例えば、ヒポキサンチン、イノシン、キサンチン；２−アミノプリン、２,６−ジアミノプリン、２−アミノ−６−クロロプリン、ヒポキサチン、イノシン及びキサンチンの８−アザ誘導体；アデニン、グアニン、２−アミノプリン、２,６−ジアミノプリン、２−アミノ−６−クロロプリン、ヒポキサチン、イノシン及びキサンチンの７−デアザ−８−アザ誘導体；６−アザシトシン；５−フルオロシトシン；５−クロロシトシン；５−ヨードシトシン；５−ブロモシトシン；５−メチルシトシン；５−プロピニルシトシン；５−ブロモビニルウラシル；５−フルオロウラシル；５−クロロウラシル；５−ヨードウラシル；５−ブロモウラシル；５−トリフルオロメチルウラシル；５−メトキシメチルウラシル；５−エチニルウラシル；５−プロピニルウラシル等がある。

本明細書で使用される場合、「配列同一性の割合」は、比較ウィンドウにわたる２つの最適に整列させた配列を比較することにより決定され、ここで当該比較ウィンドウ中の配列部分は、２つの配列の最適な配列比較のための参照配列（付加又は欠失は含まない）と比較して、付加又は欠失（すなわちギャップ）含んでもよい。当該割合は、同じ核酸塩基又はアミノ酸残基が両方の配列に現れる位置の数を決定し、一致した位置の数を求め、比較ウィンドウにおける総位置数で、一致した位置数を除し、及びその結果に１００を乗ずることにより計算され、配列同一性の割合が求められる。

２以上の核酸又はポリペプチド配列との関連で、「同一」又は「同一性」なる用語は、比較ウィンドウにわたって最大対応となるよう比較及び整列させる場合、又は以下の配列比較アルゴリズムの１つを用いて、もしくは手作業配列比較及び外観検査により測定されるよう指定する場合に、同じであるか、同じである（例えば、特定の領域にわたり、６０％同一、任意に、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、又は９５％同一である）ヌクレオチドもしくはアミノ酸残基の特定の割合を有する、２以上の配列もしくはサブ配列のことを言う。配列が互いに、少なくとも２０％、少なくとも２５％、少なくとも３０％、少なくとも３５％、少なくとも４０％、少なくとも４５％、少なくとも５０％、又は少なくとも５５％同一である場合、「実質的に同一」である。これらの定義は試験配列の総補体についても言う。任意に、長さが少なくとも約５０ヌクレオチドの領域にわたり、又は典型的には長さが１００〜５００又は１０００又はそれ以上の領域にわたり、同一が存在する。

２以上のポリペプチド配列との関連で「類似性」又は「類似割合」なる用語は、比較ウィンドウにわたって最大対応となるよう比較及び整列させる場合、又は以下の配列比較アルゴリズムの１つを用いて、もしくは手作業配列比較及び外観検査により測定されるよう指定する場合に、同じであるか、又は保存的アミノ酸置換により規定されるように類似する（例えば、特定領域にわたり、６０％類似、任意に６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、又は９５％類似である）アミノ酸残基の、特定割合を有する２以上の配列又はサブ配列のことを言う。配列が互いに、少なくとも２０％、少なくとも２５％、少なくとも３０％、少なくとも３５％、少なくとも４０％、少なくとも４５％、少なくとも５０％、又は少なくとも５５％類似である場合、「実質的に類似」である。任意に、長さが少なくとも約５０ヌクレオチドの領域にわたり、又は典型的には長さが１００〜５００又は１０００又はそれ以上の領域にわたり、類似が存在する。

配列比較では、典型的には１つの配列が、それと試験配列を比較する参照配列として機能する。配列比較アルゴリズムを使用する場合、試験及び参照配列をコンピュータに入力し、必要ならばサブ配列座標（ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ）を設計し、そして配列アルゴリズムプログラムパラメータを設計する。一般的にデフォルトのプログラムパラメータを使用するが、別のパラメータを設計してもよい。その後、この配列比較アルゴリズムが、プログラムパラメータに基づき、参照配列と比較して、試験配列の配列同一性又は配列類似の割合を計算する。

本明細書で使用される場合「比較ウィンドウ」には、２０〜６００、通常約５０〜約２００、より通常には約１００〜約１５０からなる群から選択される隣接位置数の、任意の１つのセグメントの参照が含まれ、ここで配列は、２つの配列を最適に整列させた後に、隣接位置の同数の参照配列と比較することができる。比較のための配列の配列比較方法は当該技術分野で周知である。比較のための最適な配列の配列比較は、例えば、Ｓｍｉｔｈ及びＷａｔｅｒｍａｎの局所ホモロジーアルゴリズム（Ａｄｖ． Ａｐｐｌ． Ｍａｔｈ． 2：４８２， １９７０）、Ｎｅｅｄｌｅｍａｎ及びＷｕｎｓｃｈのホモロジー配列比較アルゴリズム（Ｊ Ｍｏｌ. Ｂｉｏｌ． ４８：４４３， １９７０）、Ｐｅａｒｓｏｎ及びＬｉｐｍａｎの類似性のためのサーチ方法（Ｐｒｏｃ． Ｎａｔｌ． Ａｃａｄ． ＳｃＬ ＵＳＡ ８５：２４４４， １９８８）、これらのアルゴリズムのコンピュータ化実行（例えば、Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ Ｇｅｎｅｔｉｃｓ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｐａｃｋａｇｅ，Ｇｅｎｅｔｉｃｓ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒｏｕｐ，５７５ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｄｒ．，Ｍａｄｉｓｏｎ，Ｗｉｓ.における、ＧＡＰ，ＢＥＳＴＦＩＴ，ＦＡＳＴＡ、及びＴＦＡＳＴＡ）、又は手作業配列比較及び外観検査（例えば、Ａｕｓｕｂｅｌ ｅｔ ａｌ、Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ｉｎ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｉｏｌｏｇｙ(１９９５補充)を参照されたい）により、行うことができる。

配列同一性及び配列類似性の割合を決定するために適するアルゴリズムの例は、ＢＬＡＳＴ及びＢＬＡＳＴ２．０アルゴリズムであり、これはそれぞれＡｌｔｓｃｈｕｌ等（Ｎｕｃ． Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ． ２５ｔｅｎ３３８９−４０２， １９７７）及びＡｌｔｓｃｈｕｌ等（Ｊ． ＭｏＩ． Ｂｉｏｌ． ２１５ｔｅｎ４０３−１０， １９９０）に記載されている。ＢＬＡＳＴ解析を行うためのソフトウェアは、米国立生物工学情報センター（National Center for Biotechnology Information）を介して一般に利用できる（http://www.ncbi.nlm.nih.gov/）。このアルゴリズムは、データベース配列における同じ長さの文字と配列比較した場合、正の値である閾スコアＴと一致するかもしくはそれを満たす、クエリー配列における長さＷの短い文字を識別することにより、初めに高スコア配列ペア（ＨＳＰ）を識別することが必要である。Ｔは、隣接文字スコア閾値のことである（Ａｌｔｓｃｈｕｌ等、上記）。これらの初期の隣接文字ヒットは、これらを含むより長いＨＳＰを見つけるためにサーチを開始するためのシードとして機能する。当該文字ヒットを、累積配列比較スコアが増加できる限り、各配列に沿って両方向に伸長させる。ヌクレオチド配列についての累積スコアは、パラメータＭ（一致残基の対に対する報酬（ｒｅｗａｒｄ）スコア；常に＞０）及びＮ（不一致残基に対するペナルティスコア；常に＜０）を用いて計算される。アミノ酸残基については、スコア付けマトリクスは、累積スコアを計算するために使用される。各方向における文字ヒットの伸長は、以下の場合に停止する：累積配列比較スコアが、その最大到達値から、量Ｘまで落ちた場合；累積配列比較スコアが、１又は複数の負でスコア付けされる残基配列比較の累積により、ゼロ以下になった場合；又はいずれかの配列の末端に到達した場合、である。ＢＬＡＳＴアルゴリズムパラメータＷ、Ｔ、及びＸは、配列比較の感度と速度を決定する。（ヌクレオチド配列についての）ＢＬＡＳＴプログラムは、文字長さ（Ｗ）を１１、期待値（Ｅ）を１０、Ｍ＝５、Ｎ＝４及び両鎖の比較をデフォルトとして使用する。アミノ酸配列について、ＢＬＡＳＴＰプログラムは、文字長さを３、期待値（Ｅ）を１０、及びＢＬＯＳＵＭ６２スコア付けマトリクス（Ｈｅｎｉｋｏｆｆ ａｎｄ Ｈｅｎｉｋｏｆｆ、Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ ８９：１０９１５、１９８９を参照されたい）配列比較（Ｂ）を５０、期待値（Ｅ）を１０、Ｍ＝５、Ｎ＝−４、及び両鎖の比較をデフォルトとして使用する。

ＢＬＡＳＴアルゴリズムはまた、２つの配列間の相同性の統計的解析を行う（例えば、Ｋａｒｌｉｎ ａｎｄ Ａｌｔｓｃｈｕｌ, Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ． Ａｃａｄ. Ｓｃｉ. ＵＳＡ ９０：５８７３−８７，１９９３を参照されたい）。ＢＬＡＳＴアルゴリズムにより提供される類似性の１つの測定は、２つのヌクレオチド又はアミノ酸配列間の一致が偶然発生するとして、その確率の指標を提供する、最小の合計確率（Ｐ（Ｎ））である。例えば核酸は、参照核酸に対する試験核酸の比較における最小の合計確率が、約０．２未満、典型的には約０．０１未満、そして典型的には０．００１未満である場合、参照配列に類似すると考えられる。

「ヌクレオシド」は、塩基又は塩基性基を含み（例えば、少なくとも１つの同素環、少なくとも１つの複素環、少なくとも１つのアリール基、及び／又はそれらに類するものを含み）、糖部分（例えば、リボース糖等）、糖部分の誘導体、又は糖部分の機能的等価物（例えば、炭素環等の類似体）と共有結合した、核酸成分のことを言う。例えば、ヌクレオチドが糖部分を含んでいる場合、当該塩基は、典型的に、糖部分の１'−位と結合される。上記の通り、塩基は、天然の（例えば、アデニン（Ａ）もしくはグアニン（Ｇ）等のプリン塩基、チミン（Ｔ）、シトシン（Ｃ）、もしくはウラシル（Ｕ）等のピリミジン塩基）、又は非天然の（例えば、７−デアザプリン基、ピラゾロ［３,４−ｄ］ピリミジン基、プロピニル−ｄＮ塩基等）であってよい。例示的なヌクレオチドには、リボヌクレオシド、デオキシリボヌクレオシド、ジデドキシリボヌクレオシド、炭素環等がある。

「ヌクレオチド」は、ヌクレオシドのエステルのことを言い、例えば、ヌクレオチドのリン酸エステルである。例えば、ヌクレオチドは、そのヌクレオチドの糖部分の５'位と共有結合した１、２、３又はそれ以上のリン酸基を含むことができる。

「オリゴヌクレオチド」は、少なくとも２個のヌクレオチド、典型的には３個超のヌクレオチド、そしてより典型的には、１０個超のヌクレオチドを含む核酸のことを言う。オリゴヌクレオチドの正確なサイズは、一般的に様々な因子に依存し、例えば、オリゴヌクレオチドの基本的機能又は使用に依存する。オリゴヌクレオチドは、任意の好適な方法、例えば適切な配列のクローニング及び制限酵素処理、又は以下の方法による直接化学合成により任意に調製される。化学合成法としては、当該技術分野で既知の他の方法の中でも、Ｎａｒａｎｇ等のホスホトリエステル法（（１９７９） Ｍｅｔｈ． Ｅｎｚｖｍｏｌ． ６８：９０−９９）；Ｂｒｏｗｎ等のホスホジエステル法（（１９７９） Ｍｅｔｈ． Ｅｎｚｖｍｏｌ． ６８：１０９−１５１）；Ｂｅａｕｃａｇｅ等のジエチルホスホロアミダイト法（（１９８１） Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ Ｌｅｔｔ． ２２：１８５９−１８６２）；Ｍａｔｔｅｕｃｃｉ等のトリエステル法（（１９８１） Ｊ． Ａｍ． Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ． １０３：３１８５−３１９１）；自動合成法；又は米国特許第４,４５８,０６６号の固体支持法がある。

「プライマー核酸」は、典型的には、鋳型核酸とハイブリダイズでき、且つ核酸適切な反応条件下で熱安定性ポリメラーゼ等の、ヌクレオチドを取り込む生体触媒などを用いて、鎖伸長又はエロンゲーションをさせることができる核酸のことを言う。プライマー核酸は、典型的には、天然又は合成のオリゴヌクレオチド（例えば、一本鎖オリゴデオキシリボヌクレオチド等）である。他のプライマー核酸長が任意に利用されるが、これらは典型的に、１５から３５ヌクレオチドの範囲である。短いプライマー核酸は、一般的に、鋳型核酸との十分安定なハイブリッド複合体を形成するために、より低い温度で使用する。鋳型核酸のサブ配列と少なくとも部分的に相補的であるプライマー核酸は、典型的には、伸長を起こすための鋳型核酸と十分にハイブリダイズする。所望の場合は、プライマー核酸を、例えば、分光学的、光化学的、生化学的、免疫化学的、又は化学的方法により検出可能な標識を取り込むことにより、標識することができる。例示すると、有用な標識には、放射性同位体、蛍光色素、電子密度試薬、酵素（ＥＬＩＳＡで一般的に使用されるような）、ビオチン、又はハプテン及び抗血清又はモノクローナル抗体が利用できるタンパク質がある。上記及び他の標識の多くは、本明細書にさらに記載され、及び／又はそうでなければ当該技術分野で既知である。さらに、プライマー核酸は、鋳型独自の手法で、生体触媒を取り込む核酸のための基質を単に提供することができる。

「伸長プライマー核酸」は、１又は複数の追加のヌクレオチドが添加されているか、そうでなければ取り込まれた（例えば、共有結合した）プライマーのことを言う。

「鋳型核酸」は、プライマー核酸がハイブリダイズし且つ伸長させることができる核酸のことを言う。したがって、鋳型核酸には、プライマー核酸に少なくとも部分的に相補的なサブ配列が含まれる。鋳型核酸は、本質的には任意の供給源由来とすることができる。例示すると、鋳型核酸は、例えば、培養微生物、非培養微生物、複雑な生物混合物、組織、血清、プール血清もしくは組織、複数種集団（multispecies consortia）、古代の、化石化した、もしくは他の生物の残骸、環境単離物、土壌、地下水、深海環境などに由来するか、そこから単離される。さらに、鋳型核酸は、任意で、例えば、個々のｃＤＮＡ分子、ｃＤＮＡのクローンセット、ｃＤＮＡライブラリー、抽出されたＲＮＡ、天然のＲＮＡ、インビトロ転写されたＲＮＡ、同定済みまたは未同定のゲノムＤＮＡ、クローニングされたゲノムＤＮＡ、ゲノムＤＮＡライブラリー、酵素によって断片化されたＤＮＡまたはＲＮＡ、化学的に断片化されたＤＮＡまたはＲＮＡ、物理的に断片化されたＤＮＡまたはＲＮＡなどを含むか、これらに由来する。また、当該技術分野において周知の方法を用いて、鋳型核酸を化学合成することもできる。さらに、鋳型核酸は、任意に、遺伝子の少なくとも一部に対応するか、それと相補的である。本明細書で使用する場合、「遺伝子」は、生物機能に関連するＤＮＡの任意のセグメントを意味する。したがって、遺伝子は、コード配列と、任意には、その発現に必要な調節配列とを含む。また、遺伝子は、任意に、例えば、他のタンパク質の認識配列を形成する非発現ＤＮＡ部分も含む。

核酸は、追加のヌクレオチド（又は他の類似分子）が当該核酸に取り込まれると、「伸長」又は「エロンゲート」する。例えば、核酸を、典型的に、核酸の３'末端にヌクレオチドを追加するポリメラーゼ等のヌクレオチドを取り込む生体触媒により、任意に伸長させる。

「伸長可能なヌクレオチド」は、伸長可能なヌクレオチドがヌクレオチドポリマーに取り込まれると、例えば、ヌクレオチドを取り込む生体触媒により触媒される反応において、少なくとも１つの他のヌクレオチドを、付加するか又は共有結合させることができるヌクレオチドのことを言う。伸長可能なヌクレオチドの例には、デオキシリボヌクレオチド及びリボヌクレオチドがある。典型的には、伸長可能なヌクレオチドを、伸長可能なヌクレオチドの糖部分の３'位に、別のヌクレオチドを付加することにより伸長させる。

「伸長不可能な」ヌクレオチドは、核酸に取り込まれると、例えば、少なくとも１つのヌクレオチドを取り込む生体触媒により、核酸がさらも伸長することを阻害する、ヌクレオチドのことを言う。本発明の使用に適する例示的な伸長不可能なヌクレオチドは、２'−ターミネーターヌクレオチドである。

「２'−ターミネーターヌクレオチド」は、ヌクレオチドの糖部分の２'位に保護基（ＢＧ）を含んでなるヌクレオチド類似体のことを言う。「保護基」は、典型的に核酸の伸長を阻害する化学的基又は部分のことを言う（すなわち２'−ターミネーターヌクレオチドは、典型的に、１又は複数のヌクレオチドを取り込む生体触媒によって伸長不可能である）。つまり、２'−ターミネーターヌクレオチドが（例えば、当該核酸の３’末端で）核酸に取り込まれると、保護基は、例えばＧ４６Ｅ Ｅ６７８Ｇ ＣＳ５ポリメラーゼ、Ｇ４６Ｅ Ｅ６７８Ｇ ＣＳ６ポリメラーゼ、ΔＺ０５Ｒポリメラーゼ、Ｅ６１５Ｇ Ｔａｑ ＤＮＡポリメラーゼ、ＴＦＬ サーマス・フラバスポリメラーゼ、ＴＭＡ−２５ポリメラーゼ、ＴＭＡ−３０ポリメラーゼ、Ｔｔｈ ＤＮＡポリメラーゼ、サーマスＳＰＳ−１７ポリメラーゼ、Ｅ６１５Ｇ Ｔａｑポリメラーゼ、サーマス Ｚ０５Ｒポリメラーゼ、Ｔ７ ＤＮＡポリメラーゼ、Ｋｏｒｎｂｅｒｇ ＤＮＡポリメラーゼＩ、Ｋｌｅｎｏｗ ＤＮＡポリメラーゼ、Ｔａｑ ＤＮＡポリメラーゼ、Ｍｉｃｒｏｃｏｃｃａｌ ＤＮＡポリメラーゼ、アルファ ＤＮＡポリメラーゼ、逆転写酵素、ＡＭＶ逆転写酵素、Ｍ−ＭｕＬＶ逆転写酵素、ＤＮＡポリメラーゼ、ＲＮＡポリメラーゼ、Ｅ.ｃｏｌｉ ＲＮＡポリメラーゼ、ＳＰ６ ＲＮＡポリメラーゼ、Ｔ３ ＲＮＡポリメラーゼ、Ｔ４ＤＮＡポリメラーゼ、Ｔ７ ＲＮＡポリメラーゼ、ＲＮＡポリメラーゼＩＩ、ターミナトランスフェラーゼ、ポリヌクレオチドホスホリラーゼ、リボヌクレオチド取り込みＤＮＡポリメラーゼ、及び／又は類するもの、から選択される、少なくとも１つのヌクレオチドを取り込む生体触媒により、核酸のさらなる伸長が阻害される。例示的な保護基はリン酸基である。他の代表的な保護基も本明細書に記載される。例示的な２'−ターミネーターヌクレオチドには、２'−一リン酸−３'−ヒドロキシ−５'−三リン酸ヌクレオチド及び２'−一リン酸−３'−ヒドロキシ−５'−二リン酸ヌクレオチドがある。他の２'−ターミネーターヌクレオチドも、本明細書、及び例えば、米国特許出願第２００７０１５４９１４号及び第２００５００３７３９８号にさらに記載されている。

「部分」又は「基」は、分子等が分割される部分の１つのことを言う（例えば、官能基、置換基等）。例えば、ヌクレオチドは、典型的には、塩基性基（例えば、アデニン、チミン、シトシン、グアニン、ウラシル、又は塩基性基の類似体）、糖部分（例えば、糖環又はその類似体）、及び１又は複数のリン酸基を含んでなる。

核酸は、それが別の核酸配列と機能的関係におかれる場合、「作動的に結合する」。例えば、プロモーター又はエンハンサーは、それが配列の転写に影響を及ぼす場合、コード配列に作動的に結合され、あるいはリボソーム結合部位は、それが翻訳を促進するように位置する場合、コード配列に作動的に結合される。

「宿主細胞」なる用語は、単細胞の原核生物及び真核生物の両方（例えば、細菌、酵母、及び放線菌等）、及び細胞培養物において増殖する場合、より高等な植物又は動物由来の単細胞のことを言う。

「ベクター」なる用語は、典型的には二本鎖ＤＮＡのことを言い、これは外来ＤＮＡに挿入されたものでもよい。ベクターは、例えばプラスミド起源であってもよい。ベクターは、宿主細胞におけるベクターの自動複製を促進する「レプリコン」ポリヌクレオチド配列を含有する。外来ＤＮＡは、異種接合型ＤＮＡと定義され、これは宿主細胞において生来見いだされないＤＮＡであり、例えば、ベクター分子を複製するか、選択可能もしくはスクリーニング可能なマーカーをコードするか、又はトランス遺伝子をコードする。当該ベクターは、外来又は異種接合型ＤＮＡを、好適な宿主細胞に移入するために使用する。宿主細胞においては、ベクターが宿主染色体ＤＮＡから独立して、もしくはそれと同時に複製でき、ベクター及びその挿入ＤＮＡの複数のコピーを作ることができる。さらに、ベクターは、挿入ＤＮＡのｍＲＮＡ分子への転写を可能にするか、そうでなければ挿入ＤＮＡをＲＮＡの複数コピーに複製させるのに必要な要素を含有することもできる。発現ベクターの中には、発現したｍＲＮＡの半減期を増加させ、そして／又はタンパク質分子へのｍＲＮＡの翻訳を可能にする、挿入ＤＮＡに隣接する配列要素をさらに含有するものもある。すなわち、ｍＲＮＡ分子及び挿入ＤＮＡによりコードされるポリペプチドの多くを、速やかに合成できる。

「核酸伸長速度」なる用語は、生体触媒（例えば、ポリメラーゼ、リガーゼ等の酵素）が、核酸に１又は複数のヌクレオチドを（例えば共有的に）付加することにより、鋳型依存的又は鋳型非依存的に、核酸（例えば、プライマー又は他のオリゴヌクレオチド）を伸長させる速度のことを言う。例示すると、本明細書に記載の特定の変異ＤＮＡポリメラーゼは、所与の反応条件下で、この非改変体より速い速度でプライマーを伸長させることができるように、このＤＮＡポリメラーゼの非改変体と比較して、核酸伸長速度を向上させている。

「混合物」は、２以上の異なる成分の組み合わせのことを言う。「反応混合物」は、所与の反応に参加でき、そして／又はそれを促進できる分子を含む混合物のことを言う。例えば、「ＤＮＡ配列決定反応混合物」は、ＤＮＡ配列決定反応のために必要な成分を含む反応混合物のことを言う。すなわち、ＤＮＡ配列決定反応混合物は、当該配列決定反応の開始が、その使用者により制御されるように、当該反応混合物は当初は不完全であってもよいが、鋳型又は標的核酸の核酸配列を決定するためのＤＮＡ配列決定法における使用に適する。この手順においては、酵素等の最終成分が添加されると、完全なＤＮＡ配列決定混合物が提供され、反応が開始してもよい。典型的には、ＤＮＡ配列決定反応は、重合活性に適する緩衝液、伸長可能なヌクレオチド、及び少なくとも１つの２'−ターミネーターヌクレオチドを含有することになる。当該反応混合物は、ポリメラーゼ酵素により、鋳型核酸上での伸長に適するプライマー核酸を含有してもよい。プライマー核酸か、１つのヌクレオチドのいずれかは、一般的に蛍光標識等の検出可能な部分で標識される。一般的には、当該反応は、４つの伸長可能なヌクレオチドと、少なくとも１つの２'−ターミネーターヌクレオチドを含む混合物である。典型的には、ポリメラーゼは、熱安定性ＤＮＡポリメラーゼであり（例えば、Ｇ４６Ｅ Ｅ６７８Ｇ ＣＳ５ ＤＮＡポリメラーゼ、Ｇ４６Ｅ Ｅ６７８Ｇ ＣＳ６ ＤＮＡポリメラーゼ、Ｅ６１５Ｇ Ｔａｑ ＤＮＡポリメラーゼ、ΔＺ０５Ｒ ＤＮＡポリメラーゼ、Ｇ４６Ｅ Ｌ３２９Ａ Ｅ６７８Ｇ ＣＳ５ ＤＮＡポリメラーゼ等）、そして２'−ターミネーターヌクレオチドは、２'−一リン酸−３'−ヒドロキシ−５'−三リン酸ヌクレオチドである。

発明の詳細な説明
Ｉ．緒言
本発明は、ピロリン酸分解活性重合（ＰＡＰ）能が向上した新規なＤＮＡポリメラーゼを提供する。本発明のＤＮＡポリメラーゼは、プライマーが伸長可能となる前に、ピロリン酸により除去されるべき伸長ターミネーターヌクレオチドとなるプライマーを急速に活性化及び伸長させる能力を有する。典型的には、複数のパラメータを、ＰＡＰ反応において使用される各プライマー対について最適化するべきである。典型的に最適化される共通のパラメータには、ポリメラーゼ濃度、ＰＰ_i濃度、伸長時間及び温度がある。本発明の新規なＤＮＡポリメラーゼは、完全に一致した鋳型に結合する場合、現在利用できるポリメラーゼで必要とされる最適化工程を用いることなく、様々なブロックプライマーを急速に活性化することができる。したがって、ＤＮＡポリメラーゼは、ポリヌクレオチド鋳型のプライマー伸長又は増幅に必要な様々な応用において有用であり、例えば、組換えＤＮＡ研究、及び希少対立遺伝子検出が必要な疾患の医療診断における応用において有用である。

本発明の実質的な態様（例えば、改変酵素の作製、増幅反応の実行等）によれば、分子生物学及び組換えＤＮＡにおける多くの従来技術が、任意に利用される。これらの技術は、周知であり、例えば、Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ｉｎ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｉｏｌｏｇｙ， Ｖｏｌｕｍｅｓ Ｉ， ＩＩ、及び ＩＩＩ， １９９７（Ｆ．Ｍ．Ａｕｓｕｂｅｌ ｅｄ．）；Ｓａｍｂｒｏｏｋ ｅｔ ａｌ， ２００１, Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｃｌｏｎｉｎｇ: Ａ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｍａｎｕａｌ， Ｔｈｉｒｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ， Ｃｏｌｄ Ｓｐｒｉｎｇ Ｈａｒｂｏｒ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｐｒｅｓｓ， Ｃｏｌｄ Ｓｐｒｉｎｇ Ｈａｒｂｏｒ， Ｎ． Ｙ．； Ｂｅｒｇｅｒ ａｎｄ Ｋｉｍｍｅｌ， Ｇｕｉｄｅ ｔｏ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｃｌｏｎｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ， Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｅｎｚｙｍｏｌｏｇｙ ｖｏｌｕｍｅ １５２ Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ， Ｉｎｃ．， Ｓａｎ Ｄｉｅｇｏ， ＣＡ （Ｂｅｒｇｅｒ）， ＤＮＡ Ｃｌｏｎｉｎｇ： Ａ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ａｐｐｒｏａｃｈ， Ｖｏｌｕｍｅｓ ｌａｎｄ ＩＩ， １９８５ （Ｄ． Ｎ． Ｇｌｏｖｅｒ ｅｄ．）； Ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ， １９８４ （Ｍ． Ｌ． Ｇａｉｔ ｅｄ．）； Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄ Ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ, １９８５， （Ｈａｍｅｓ ａｎｄ Ｈｉｇｇｉｎｓ）； Ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ａｎｄ Ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ， １９８４ (Ｈａｍｅｓ ａｎｄ Ｈｉｇｇｉｎｓ ｅｄｓ．）； Ａｎｉｍａｌ Ｃｅｌｌ Ｃｕｌｔｕｒｅ， １９８６ （Ｒ． Ｉ． Ｆｒｅｓｈｎｅｙ ｅｄ．）； Ｉｍｍｏｂｉｌｉｚｅｄ Ｃｅｌｌｓ ａｎｄ Ｅｎｚｙｍｅｓ， １９８６ (ＩＲＬ Ｐｒｅｓｓ); Ｐｅｒｂａｌ， １９８４, Ａ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｇｕｉｄｅ ｔｏ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｃｌｏｎｉｎｇ; ｔｈｅ ｓｅｒｉｅｓ， Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｅｎｚｙｍｏｌｏｇｙ （Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ， Ｉｎｃ．）； Ｇｅｎｅ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｖｅｃｔｏｒｓ ｆｏｒ Ｍａｍｍａｌｉａｎ Ｃｅｌｌｓ， １９８７ （Ｊ． Ｈ． Ｍｉｌｌｅｒ及びＭ． Ｐ． Ｃａｌｏｓ ｅｄｓ．， Ｃｏｌｄ Ｓｐｒｉｎｇ Ｈａｒｂｏｒ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ）； ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｅｎｚｙｍｏｌｏｇｙ Ｖｏｌ． １５４ ａｎｄ Ｖｏｌ． １５５ （それぞれＷｕ及びＧｒｏｓｓｍａｎ、及び Ｗｕ， ｅｄｓ．)、で説明される。

ＩＩ.向上したＰＡＰ能を有する改変ＤＮＡポリメラーゼ
ある実施態様によれば、本発明のＤＮＡポリメラーゼは、以下のアミノ酸モチーフを含んでなる。

（本明細書では、Ｒ−Ｘ₁−Ｘ₂−Ｘ₃−Ｋ−Ｌ−Ｘ₄−Ｘ₅−Ｘ₆−Ｙ−Ｘ₇−Ｘ₈−Ｘ₉−Ｘ₁₀−Ｘ₁₁として１文字コードで表記もする）（配列番号１）ここで、Ｘ₆はＴではなく、当該ポリメラーゼは、Ｘ₆がＴであり他の部分は同一であるＤＮＡポリメラーゼと比較して、核酸伸長速度が向上している。

ある実施態様によれば、Ｘ₁−Ｘ₅、及びＸ₇−Ｘ₁₁は任意のアミノ酸である。

ある実施態様によれば、
Ｘ₂は、Ｌｅｕ（Ｌ）、Ｉｌｅ（Ｉ）、Ｔｙｒ（Ｙ）であり、
Ｘ₄は、Ｌｙｓ（Ｋ）、Ａｒｇ（Ｒ）．Ｇｌｎ（Ｑ）であり、
Ｘ₅は、Ａｓｎ（Ｎ），Ｓｅｒ（Ｓ）、Ｇｌｙ（Ｇ）であり、
Ｘ₆は、Ｔｈｒ（Ｔ）以外の任意のアミノ酸であり、
Ｘ₈は、Ａｓｐ（Ｄ）又はＧｌｕ（Ｅ）であり、
Ｘ₁₀は、Ｌｅｕ（Ｌ）又はＩｌｅ（Ｉ）であり、
Ｘ₁₁は、Ｐｒｏ（Ｐ）又はＬｅｕ（Ｌ）である（配列番号３６）。

ある実施態様によれば、位置Ｘ₆のアミノ酸は、（Ｇ）、（Ａ）、（Ｌ）、（Ｍ）、（Ｆ）、（Ｗ）、（Ｋ）、（Ｑ）、（Ｅ）、（Ｓ）、（Ｐ）、（Ｖ）、（Ｉ）、（Ｃ）、（Ｙ）、（Ｈ）、（Ｒ）、（Ｎ）、及び（Ｄ）からなる群から選択される（配列番号３８）。ある実施態様によれば、Ｘ₆はＳである（配列番号３９）。

配列番号１のある実施態様によれば、Ｘ₁−Ｘ₅、及びＸ₇−Ｘ₁₁は、任意のＤＮＡポリメラーゼにおける対応する位置において見出される、任意のアミノ酸である。限定のない例示的なＤＮＡポリメラーゼには、サーマス・サーモフィルス、サーマス・カルドフィルス、サーマス種Ｚ０５、サーマス・アクアティクス、サーマス・フラバス、サーマス・フィリフォルミス、サーマス種ｓｐｓ１７、デイノコッカス・ラディオデュランス、ホット・スプリング・ファミリーＢ／クローン７、バチルス・ステレオサーモフィルス、バチルス・カルドテナクス、エシェリア・コリ、サーモトガ・マリチマ、サーモトガ・ネアポリタナ、サーモシフォ・アフリカヌス、及びホット・スプリング・ファミリーＡがある。

ある実施態様によれば、Ｘ₁は、Ｇｌｕ（Ｅ），Ｇｌｎ（Ｑ）、Ｇｌｙ（Ｇ）、Ｌｙｓ（Ｋ）、及びＴｈｒ（Ｔ）からなる群から選択される（配列番号５２）。ある実施態様によれば、Ｘ₃は、Ｔｈｒ（Ｔ）、Ｍｅｔ（Ｍ）、Ａｓｐ（Ｄ）、Ｓｅｒ（Ｓ）、Ｇｌｙ（Ｇ）、Ａｌａ（Ａ）、Ｇｌｎ（Ｑ）、及びＬｅｕ（Ｌ）からなる群から選択される（配列番号５３）。ある実施態様によれば、Ｘ₇は、Ｖａｌ（Ｖ）、Ｉｌｅ（Ｉ）、Ｌｅｕ（Ｌ）、Ａｌａ（Ａ）、Ｔｈｒ（Ｔ）からなる群から選択される（配列番号５４）。ある実施態様によれば、Ｘ₉は、Ｐｒｏ（Ｐ）、Ａｌａ（Ａ）、Ｇｌｙ（Ｇ）、Ｌｙｓ（Ｋ）、Ｔｈｒ（Ｔ）、Ｓｅｒ（Ｓ）からなる群から選択される（配列番号５５）。

他の実施態様によれば、本発明のＤＮＡポリメラーゼは、以下のアミノ酸モチーフを含んでなる。

（本明細書では、Ｘ₁−Ｘ₂−Ｘ₃−Ｘ₄−−Ｋ−Ｘ₅−Ｘ₆−Ｘ₇−Ｘ₈−Ｘ₉−Ｘ₁₀−Ｘ₁₁−Ｘ₁₂−Ｘ₁₃−Ｘ₁₄−Ｘ₁₅−Ｘ₁₆として１文字コードで表記もする）（配列番号２）、ここで、Ｘ₁₀はＴ又はＡでなく、当該ポリメラーゼは、Ｘ₁₀がＴ又はＡであり他の部分は同一であるＤＮＡポリメラーゼと比較して、核酸伸長速度が向上している。

ある実施態様によれば、Ｘ₁−Ｘ₉、及びＸ₁₁−Ｘ₁₆は任意のアミノ酸である。

ある実施態様によれば、
Ｘ₁は、Ｒ又はＬであり、
Ｘ₃は、Ｌ、Ｉ、又はＹであり、
Ｘ₅は、Ｒ又はＬであり、
Ｘ₆は、Ｉ又は欠損であり、
Ｘ₇は、Ｇ又は欠損であり、
Ｘ₈は、Ｋ、Ｒ、又はＱであり、
Ｘ₉は、Ｎ、Ｓ、又はＧであり、
Ｘ₁₀は、Ｔ又はＡであり、
Ｘ₁₁は、Ｙ又はＥであり、
Ｘ₁₃は、Ｄ又はＥであり、
Ｘ₁₅は、Ｌ、Ｉ、又はＡであり、
Ｘ₁₆は、Ｐ、Ｌ、又はＷである（配列番号４０）。

ある実施態様によれば、位置Ｘ₁₀のアミノ酸は、（Ｇ）、（Ｌ）、（Ｍ）、（Ｆ）、（Ｗ）、（Ｋ）、（Ｑ）、（Ｅ）、（Ｓ）、（Ｐ）、（Ｖ）、（Ｉ）、（Ｃ）、（Ｙ）、（Ｈ）、（Ｒ）、（Ｎ）、及び（Ｄ）からなる群から選択される（配列番号４２）。ある実施態様によれば、Ｘ₁₀はＳである（配列番号４３）。

ある実施態様によれば、配列番号２のＸ₂、Ｘ₄、Ｘ₁₂、及びＸ₁₄は、任意のＤＮＡポリメラーゼにおいて対応する位置において見出される任意のアミノ酸である。ＤＮＡポリメラーゼには、例えば、サーマス・サーモフィルス、サーマス・カルドフィルス、サーマス種Ｚ０５、サーマス・アクアティクス、サーマス・フラバス、サーマス・フィリフォルミス、サーマス種ｓｐｓ１７、デイノコッカス・ラディオデュランス、ホット・スプリング・ファミリーＢ／クローン７、バチルス・ステレオサーモフィルス、バチルス・カルドテナクス、エシェリア・コリ、サーモトガ・マリチマ、サーモトガ・ネアポリタナ、サーモシフォ・アフリカヌス、及びホット・スプリング・ファミリーＡ、及びバクテリオファージＴ７がある。

ある実施態様によれば、Ｘ₂は、Ｇｌｕ（Ｅ）、Ｇｌｎ（Ｑ）、Ｇｌｙ（Ｇ）、Ｌｙｓ（Ｋ）、Ｔｈｒ（Ｔ）、及びＭｅｔ（Ｍ）からなる群から選択される（配列番号５６）。ある実施態様によれば、Ｘ₄は、Ｔｈｒ（Ｔ）、Ｍｅｔ（Ｍ）、Ａｓｐ（Ｄ）、Ｓｅｒ（Ｓ）、Ｇｌｙ（Ｇ）、Ａｌａ（Ａ）、Ｇｌｎ（Ｑ）、及びＬｅｕ（Ｌ）からなる群から選択される（配列番号５７）。ある実施態様によれば、Ｘ₁₂は、Ｖａｌ（Ｖ）、Ｉｌｅ（Ｉ）、Ａｌａ（Ａ）、Ｔｈｒ（Ｔ）、及びＧｌｙ（Ｇ）からなる群から選択される（配列番号５８）。ある実施態様によれば、Ｘ₁₄は、Ｐｒｏ（Ｐ）、Ａｌａ（Ａ）、Ｇｌｙ（Ｇ）、Ｌｙｓ（Ｋ）、Ｔｈｒ（Ｔ）、及びＳｅｒ（Ｓ）からなる群から選択される（配列番号５９）。

本発明による変異の影響を受け易いＤＮＡポリメラーゼの非改変体（配列番号２４等に示されるような）は、以下のアミノ酸モチーフを含んでなる機能性ポリメラーゼドメインを有するものである。
Ｒ−Ｘ₁−Ｘ₂−Ｘ₃−Ｋ−Ｌ−Ｘ₄−Ｘ₅−Ｘ₆−Ｙ−Ｘ₇−Ｘ₈−Ｘ₉−Ｘ₁₀−Ｘ₁₁（配列番号２４）（ここで、Ｘ₆はＴである）

ある実施態様によれば、Ｘ₁−Ｘ₅、及びＸ₇−Ｘ₁₁は任意のアミノ酸である。

ある実施態様によれば、
Ｘ₂は、Ｌ、Ｉ、又はＹであり、
Ｘ₄は、Ｋ、Ｒ、又はＱであり、
Ｘ₅は、Ｎ、Ｓ、又はＧであり、
Ｘ₆は、Ｔであり、
Ｘ₈は、Ｄ又はＥであり、
Ｘ₁₀は、Ｌ又はＩであり、
Ｘ₁₁は、Ｐ又はＬである（配列番号４４）。

本発明による変異の影響を受け易いＤＮＡポリメラーゼの非改変体（配列番号２５等に示されるような）は、以下のアミノ酸モチーフを含んでなる機能性ポリメラーゼドメインを有するものである。
その非改変体のＤＮＡポリメラーゼは、以下のモチーフ：Ｘ₁−Ｘ₂−Ｘ₃−Ｘ₄−Ｋ−Ｘ₅−Ｘ₆−Ｘ₇−Ｘ₈−Ｘ₉−Ｘ₁₀−Ｘ₁₁−Ｘ₁₂−Ｘ₁₃−Ｘ₁₄−Ｘ₁₅−Ｘ₁₆（配列番号２５）を有するアミノ酸配列を含み、ここで、Ｘ₁₀は、Ｔ又はＡである。

ある実施態様によれば、Ｘ₁−Ｘ₉及びＸ₁₁−Ｘ₁₆は、任意のアミノ酸である。

ある実施態様によれば、
Ｘ₁は、Ｒ、又はＬであり、
Ｘ₃は、Ｌ、Ｉ、Ｙであり、
Ｘ₅は、Ｒ、又はＬであり、
Ｘ₆は、Ｉ又は欠損であり、
Ｘ₇は、Ｇ又は欠損であり、
Ｘ₈は、Ｋ、Ｒ、又はＱであり、
Ｘ₉は、Ｎ、Ｓ、又はＧであり、
Ｘ₁₀は、Ｔ又はＡであり、
Ｘ₁₁は、Ｙ又はＥであり、
Ｘ₁₃は、Ｄ又はＥであり、
Ｘ₁₅は、Ｌ、Ｉ、又はＡであり、
Ｘ₆は、Ｐ、Ｌ、又はＷである（配列番号４８）。

上記のモチーフ（例えば、配列番号２４及び配列番号２５）は、多くのファミリーＡ型ＤＮＡ依存ＤＮＡポリメラーゼ、特に、好熱細菌（配列番号２４）及びバクテリオファージＴ７（配列番号２５）由来の特に熱安定性ＤＮＡポリメラーゼの、３／Ａサブドメイン内に存在する。例えば、図１は、複数の細菌種：サーマス・サーモフィルス、サーマス・カルドフィルス、サーマス種Ｚ０５、サーマス・アクアティクス、サーマス・フラバス、サーマス・フィリフォルミス、サーマス種ｓｐｓ１７、デイノコッカス・ラディオデュランス、ホット・スプリング・ファミリーＢ／クローン７、バチルス・ステレオサーモフィルス、バチルス・カルドテナクス、エシェリア・コリ、サーモトガ・マリチマ、サーモトガ・ネアポリタナ、サーモシフォ・アフリカヌス、及びホット・スプリング・ファミリーＡ、及びバクテリオファージＴ７、由来の３／Ａサブドメインからの領域の核酸配列の配列比較を示す。図１に示されるアミノ酸配列の配列比較には、代表的なキメラ熱安定性ＤＮＡポリメラーゼも含まれる。示されるように、配列番号２４及び配列番号２５のモチーフは、ポリメラーゼのこの領域について保存された機能を示すこれらのポリメラーゼの各々において存在する。

したがって、ある実施態様によれば、ＤＮＡポリメラーゼの非改変体は、野生型又は天然のＤＮＡポリメラーゼであり、例えば、上記列挙された任意の細菌種から選択されるポリメラーゼ等がある。本発明のある実施態様によれば、サーマス属の種由来である。本発明の他の実施態様によれば、非改変ポリメラーゼは、サーマス以外の好熱種由来である。多数の熱安定性ＤＮＡポリメラーゼについての完全長核酸及びアミノ酸の配列は、容易に利用可能であり、且つ当該技術分野における通常の技能を有する者に既知である。例えば、サーマス・アクティクス（Ｔａｑ）、サーマス・サーモフィルス（Ｔｔｈ）、サーマス種Ｚ０５、サーマス種ｓｐｓ１７、サーモトガ・マリチマ（Ｔｍａ）、及びサーモシフォ・アフリカヌス（Ｔａｆ）ポリメラーゼの各配列が、ＰＣＴ国際特許公報ＷＯ９２／０６２００で公開されている。サーマス・フラバス由来のＤＮＡポリメラーゼの配列は、Ａｌｈｍｅｔｚｊａｎｏｖ及びＶａｋｈｉｔｏｖ（Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ２０：５８３９， １９９２）で公開されている。サーマス・カルドフィルス由来のＤＮＡポリメラーゼの配列は、ＥＭＢＬ／ＧｅｎＢａｎｋ登録番号Ｕ６２５８４である。サーマス・フィリフォルミス由来の熱安定性ＤＮＡポリメラーゼの配列は、ＡＴＣＣ寄託番号４２３８０から、例えば、米国特許第４,８８９,８１８号に記載の方法、及びそこに記載の配列情報を用いて、回復させることができる。サーモトガ・ネアポリタナＤＮＡポリメラーゼの配列は、ＧｅｎｅＳｅｑ Ｐａｔｅｎｔ Ｄａｔａ Ｂａｓｅ登録番号Ｒ９８１４４及びＰＣＴ ＷＯ ９７／０９４５１による。バチルス・カルドテナクス由来の熱安定性ＤＮＡポリメラーゼの配列は、例えば、Ｕｅｍｏｒｉ等（ＪＢｉｏｃｈｅｍ (Ｔｏｋｙｏ） １１３（３）：４０１−４１０, １９９３；（Ｓｗｉｓｓ−Ｐｒｏｔデータベース登録番号Ｑ０５９５７並びにＧｅｎＢａｎｋ登録番号Ｄ１２９８２及びＢＡＡ０２３６１も参照されたい）に記載がある。バチルス・ステレオサーモフィルス由来のＤＮＡポリメラーゼの配列は、米国特許第６,０６６,４８３号で公開されている。本明細書に記載の通りに改変できる、ＤＮＡポリメラーゼの非改変体の例は、例えば、米国特許第６,２２８,６２８号、第６,３４６,３７９号、第７,０３０,２２０号、第６,８８１,５５９号、第６,７９４,１７７号、第６,４６８,７７５号、及び米国特許出願第２００４０００５５９９号、第２００２００１２９７０号、第２００６００７８９２８号、第２００４０１１５６３９号にも記載されている。

ある実施態様によれば、ポリメラーゼの非改変体は、事前に変異導入されており（例えば、アミノ酸置換、付加、又は欠失により）、これが配列番号２４又は２５のアミノ酸モチーフを保持する場合、機能性ＤＮＡポリメラーゼである。すなわち、好適な非改変ＤＮＡポリメラーゼには、野生型又は天然のポリメラーゼの機能的変種も含まれる。かかる変種は、典型的には、野生型又は天然のポリメラーゼと、実質的に配列同一又は類似であることになり、典型的には、少なくとも８０％配列同一、そしてより典型的には少なくとも９０％、９５％、又は９８％配列同一である。特定の実施態様によれば、当該非改変ＤＮＡポリメラーゼは、ピロリン酸分解活性化重合能（ＰＡＰ）を有する。

好適なポリメラーゼには、例えば、２以上の酵素由来のポリペプチド領域を含んでなる、特定のキメラＤＮＡポリメラーゼも含まれる。当該キメラＤＮＡポリメラーゼの例は、例えば、米国特許第６,２２８,６２８号に記載のものがある。特に好適なものは、キメラＣＳ−ファミリーＤＮＡポリメラーゼであり、これには、ＣＳ５（配列番号２０）及びＣＳ６（配列番号２１）ポリメラーゼ、及び配列番号２０又は配列番号２１と実質的に同一又は類似する配列（典型的には、少なくとも８０％配列同一、そしてより典型的には少なくとも９０％配列同一）を有するその変種が含まれる。ＣＳ５及びＣＳ６ＤＮＡポリメラーゼは、サーマス種Ｚ０５及びサーモトガ・マリチマ（Ｔｍａ）ＤＮＡポリメラーゼ由来のキメラ酵素である。これらは、サーマス酵素のＮ−末端５'−ヌクレアーゼドメイン及び、Ｃ−末端３'−５'エキソヌクレアーゼ、及びＴｍａ酵素のポリメラーゼドメインを含んでなる。これらの酵素は、有効な逆転写活性を有し、ヌクレオチド類似体含有プライマーを伸長させることができ、並びに、アルファ−ホスホロチオエートｄＮＴＰ、ｄＵＴＰ、ｄＩＴＰ、及びフルオレセイン色素及びシアニン色素ファミリー標識化ｄＮＴＰを取り込むことができる。ＣＳ５及びＣＳ６のポリメラーゼは、有効なＭｇ²⁺活性化ＰＣＲ酵素でもある。ＣＳ５及びＣＳ６ポリメラーゼをコードする核酸配列を、それぞれ図２Ｂ及び３Ｂに示す。ＣＳ５及びＣＳ６キメラポリメラーゼは、例えば米国特許公報第２００４０００５５９９号にさらに記載されている。

ある実施態様によれば、ＤＮＡポリメラーゼの非改変体は、いくつかの選択的利点を与えるように、典型的には組換え手法により、事前に変異導入されているポリメラーゼである。かかる改変には、例えば、ＣＳ５ ＤＮＡポリメラーゼ、ＣＳ６ ＤＮＡポリメラーゼ、又のポリメラーゼにおける対応する（１又は複数の）変異体における、アミノ酸置換Ｇ４６Ｅ、Ｌ３２９Ａ、及び／又はＥ６７８Ｇがある。したがって、ある実施態様によれば、ＤＮＡポリメラーゼの非改変体は、以下の１つである（各々は、指定された（１又は複数の）置換を以外は、配列番号２０又は配列番号２１のアミノ酸配列を有する）：Ｇ４６Ｅ、Ｇ４６Ｅ Ｌ３２９Ａ；Ｇ４６Ｅ Ｅ６７８Ｇ；又はＧ４６Ｅ Ｌ３２９Ａ Ｅ６７８Ｇ。Ｅ６７８Ｇ置換は、例えば、リボヌクレオチド及び他の２'−改変ヌクレオチドの取り込ができるが、この変異は、プライマー鋳型を伸長させる不正常な能力をもたらすようでもある。特定の実施態様によれば、変異ポリメラーゼの伸長速度をより速くする本発明による変異は、Ｅ６７８Ｇのプライマー鋳型を伸長させる不正常な能力を改善する。

本発明のＤＮＡポリメラーゼの改変体は、ポリメラーゼの非改変体と比較して、すなわち、配列番号２４のＸ₆又は配列番号２５のＸ₁₀の位置に、１又は複数のアミノ酸置換を含んでなる。この位置でのアミノ酸置換は、配列番号２４の位置Ｘ₆にＴ、又は配列番号２５のＸ₁₀の位置にＴもしくはＡを含む以外は、その他は同一である対応するＤＮＡポリメラーゼと比較して、向上した（例えばより速い）核酸伸長速度と共に、向上したＰＡＰ能を有するＤＮＡポリメラーゼを提供する。

ＤＮＡポリメラーゼの非改変体は唯一であるため、配列番号２４のＸ₆、又は配列番号２５のＸ₁₀に対応するアミノ酸位置は、典型的に、各変異ポリメラーゼについて区別される。アミノ酸及び核酸配列の配列決定プログラムは、容易に利用でき（例えば、上記を参照されたい）、そして本明細書で確認される特別のモチーフがあれば、本発明による改変のための正確なアミノ酸（及び対応するコドン）の同定の補助に役立つ。配列番号２４のＸ₆、又は配列番号２５のＸ₁₀に対応するアミノ酸位置を、代表的なキメラ熱安定性ＤＮＡポリメラーゼ、及び例示的な好熱種由来の熱安定性ＤＮＡポリメラーゼについて、表１に示す。

既に議論した通り、ある実施態様によれば、本発明の変異ＤＮＡポリメラーゼは、ＣＳ５ ＤＮＡポリメラーゼ（配列番号２０）、ＣＳ６ ＤＮＡポリメラーゼ（配列番号２１）、又はこれらのポリメラーゼの変種（例えば、Ｇ４６Ｅ；Ｇ４６Ｅ Ｌ３２９Ａ；Ｇ４６Ｅ Ｅ６７８Ｇ；Ｇ４６Ｅ Ｌ３２９Ａ Ｅ６７８Ｇ等）。上記の通り、ＣＳ５ ＤＮＡポリメラーゼにおいて、変異導入可能な位置Ｘ₆は、位置６０６のＴｈｒ（Ｔ）に対応する。すなわち、本発明の特定の変種において、ポリメラーゼの改変体は、他は同一であるＣＳ５ ＤＮＡポリメラーゼ又はＣＳ６ ＤＮＡポリメラーゼと比較して、位置Ｘ₆に、アミノ酸置換を含んでなる。例示的な改変ＣＳ５ ＤＮＡポリメラーゼ及びＣＳ６ ＤＮＡポリメラーゼの変異体には、アミノ酸置換Ｔ６０６を含んでなるものがある。すなわち、本発明の特定の変種では、ポリメラーゼの改変体は、他は同一であるＣＳ５ ＤＮＡポリメラーゼ又はＣＳ６ ＤＮＡポリメラーゼと比較して、位置Ｘ₆にアミノ酸置換を含んでなる。例示的なＣＳ５ ＤＮＡポリメラーゼ及びＣＳ６ ＤＮＡポリメラーゼには、アミノ酸置換Ｔ６０６Ｓを含んでなるものがある。他に、例示的な改変ＣＳ５ ＤＮＡ及びＣＳ６ ＤＮＡポリメラーゼ変異体には、以下のものがある（各々は、指定したアミノ酸置換以外は、配列番号２０又は配列番号２１のアミノ酸配列を有する）。

Ａ．ブロックプライマーの相対的伸長速度決定のための方法
本発明の改変（又は変異）ＤＮＡポリメラーゼが、向上した２’−ＰＯ₄−ブロックプライマー活性化速度を有するかを決定するために、伸長アッセイを行う。伸長アッセイのある実施態様によれば、予備アニーリンングしたオリゴ二重鎖物質を、プライマーＭ１３鋳型に置換する。ある実施態様によれば、当該プライマー鎖は、配列：ＣＧＣＣＴＧＧＴＣＴＧＴＡＣＡＣＣＧＴＴＣＥ（配列番号３４）（ここで、Ｅ＝２’ＰＯ₄−ｄＡである）を有し、そして鋳型鎖は、配列：ＣＡＡＣＴＴＴＧＡＡＡＧＡＧＧＡＣＡＧＡＴＧＡＡＣＧＧＴＱＴＡＣＡＱＡＣＣＡＱＧＣＧＰ（配列番号３５）（ここで、Ｑ＝７−デアザ−ｄＧ、及びＰ＝３’ＰＯ₄である）を有する。鋳型鎖における７−デアザ−ｄＧ残基は、バックグラウンド蛍光を低減させることになる。ある実施態様によれば、オリゴ二重鎖を、反応混合物（０．５ｍＭ ピロリン酸、１００ｍＭ トリシン ｐＨ８．０、２０ｍＭ ＫＯＡｃ、３ｍＭＭｇ（ＯＡｃ）２、２．５％酵素保存緩衝液、ＩＸ ＳＹＢＲグリーン（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｒｏｂｅｓ）、並びに０．１ｍＭの各ｄＡＴＰ、ｄＣＴＰ、ｄＧＴＰ、及びｄＴＴＰ）に添加する。「酵素保存緩衝液」は、２０ｍＭ Ｔｒｉｓ ｐＨ８．０、１００ｍＭ ＫＣｌ、０．１ｍＭ ＥＤＴＡ、１ｍＭ ＤＴＴ、０．５％ Ｔｗｅｅｎ２０、及び５０％ｖ／ｖグリセロールからなり、１００ｎＭである。ＤＮＡポリメラーゼがブロックプライマーを活性化できる速度は、バックグラウンド控除後、蛍光の変化速度により推定される。バックグラウンド蛍光から伸長由来蛍光を消すために、反応マスターミックスからヌクレオチドを除去することにより、プライマー鎖伸長を阻害する、併発反応が含まれてもよい。本発明の各ポリメラーゼについて、バックグラウンド控除後、蛍光の増加速度から活性が推定でき、その後、Ｍ１３鋳型における活性と比較することができる。その後、これらの２つの速度の比率（各ポリメラーゼについて）を、改変（又は変異）ＤＮＡポリメラーゼが相対的に高い２’−ＰＯ₄−ブロックプライマー活性化活性を有するかを決定するために使用する。このアッセイは、実施例１でより詳細に記載する。

Ｘ₆がＴではない（配列番号１）か、又はＸ₁₀がＴもしくはＡではない（配列番号２）である本発明の改変ＤＮＡポリメラーゼが、Ｘ₆がＴである（配列番号２４）か、又はＸ₁₀がＴもしくはＡであり（配列番号２５）、他は同一のＤＮＡポリメラーゼと比較して、ブロックプライマーを伸長させる能力が向上しているかを決定するために、鋳型としてＭ１３ｍｐ１８を用いるモデル系で、ＰＡＰ−ＰＣＲを行う。当該モデル系での使用のためのプライマーは、以下の配列を有する。

ＫＡＢ７７：ＣＧＣＣＴＧＧＴＣＴＧＴＡＣＡＣＣＧＴＴＣＥ（配列番号２６）、ここでＥ＝２’ＰＯ_４−ｄＡであり、
ＫＡＢ７１：ＧＧＡＡＣＧＡＧＧＧＴＡＧＣＡＡＣＧＧＣＴＡＣＥ（配列番号２７）、ここでＥ＝２’ＰＯ_４−ｄＡである。

２つのプライマーは共に、Ｍ１３鋳型から３４２ｂｐのアンプリコンを作ることが期待される。この両プライマーは、３’末端を２’ＰＯ_４基でブロックされ、末端ｄＡ残基のピロリン酸分解によりその基が除去されるまで伸長できないことに留意されたい。別の２’ＰＯ_４−ブロックプライマーのピロリン酸分解により活性化速度が変化すること、及びＫＡＢ７７活性化は比較的遅く、高効率のアンプリコンを得るため、ＰＣＲにおいて最大５分の長い伸長時間を要することが、従来の観察で示唆されている。

ポリメラーゼを試験するために使用される反応条件は、５０ｍＭ トリシン（ｐＨ７．５）、８０ｍＭ ＫＯＡｃ（ｐＨ ７．５）、２．５％ ｖ／ｖ 酵素保存緩衝液＋ ０．５％ Ｔｗｅｅｎ ２０、０．２Ｘ ＳＹＢＲグリーンＩ(ＤＭＳＯ中２０Ｘ溶液)；５％ ｖ／ｖグリセロール、ｄＮＴＰ ０．２ｍＭ 各 ｄ（ＡＧＣ）ＴＰ及び０．４ｍＭ ｄＵＴＰ、 ０．０２Ｕ／μｌ ＵＮＧ、２．７５ｍＭ Ｍｇ（ＯＡｃ）_２、０．２ｍＭ ピロリン酸、１０ｎＭ ＤＮＡポリメラーゼ、１Ｅ５コピーＭ１３ｍｐ１８ＤＮＡ／２０μｌ 反応物；及び０．２μＭ 各プライマーＫＡＢ７７／ＫＡＢ７１である。「酵素保存緩衝液」の組成は、２０ｍＭ Ｔｒｉｓ ｐＨ８．０、１００ｍＭ ＫＣｌ、０．１ｍＭ ＥＤＴＡ、１ｍＭ ＤＴＴ、０．５％ Ｔｗｅｅｎ２０、及び５０％ｖ／ｖグリセロールである。

上記の反応混合物は変化させることができる。非限定的な変形には、例えば、ＫＯＡｃ濃度を２０−１２０ｍＭの範囲、ピロリン酸濃度を０．１５−０．３ｍＭの範囲、及びＭｇ（ＯＡｃ）_２濃度を２−４ｍＭの範囲とすることができる。全ての反応は、二重に行われる。サイクル条件は、５０℃で２分（ＵＮＧ滅菌させる）；９２℃で１分；その後９２℃で１５秒を４６サイクル、そして６２℃で３５秒アニーリング／伸長、とする。

その後、上記の条件を用いて、アンプリコン形成を、相対的蛍光の増加により検出する。ブロックプライマーの高効率な活性化を有するポリメラーゼを使用する場合、非効率的なポリメラーゼよりも少ないサイクルで、アンプリコンの検出が起きることになる。伸長３４２ｂｐアンプリコンだけが、これらの条件下で作製された検出可能な産物であることを確認するために、アガロースゲル分析を使用できる。

同じ実施態様によれば、ＤＮＡポリメラーゼがブロックプライマーを活性化できる速度は、バックグラウンド控除の後、蛍光の変化割合により推定される。バックグラウンド蛍光から伸長由来蛍光を消すために、反応マスターミックスからヌクレオチドを除去することにより、プライマー鎖伸長を阻害する、併発反応が含まれてもよい。本発明の各改変又は変異ポリメラーゼについて、バックグラウンド控除後、蛍光の増加速度から活性が推定でき、その後、同じ反応条件を用いて、位置Ｘ₆がＴである（配列番号２４）か、又は位置Ｘ₁₀がＴもしくはＡであり（配列番号２５）、他は同一のＤＮＡポリメラーゼと比較する。

Ｂ．ＤＮＡポリメラーゼを改変又はそれに変異導入するための方法
向上したＰＡＰ能又は他の所望の特性を有する、改変又は変異酵素の作製は、部位特異的変異導入、化学的修飾等の様々なプロセスにより達成されてよい。より具体的には、部位特異的変異導入は、部位特異的なプライマー特異的変異導入により一般的に達成される。この技術は、典型的には、所望の変異を表す限定される不一致を以外、変異導入される一本鎖ファージＤＮＡに相補的な合成オリゴヌクレオチドプライマーを用いて行われる。端的に言えば、当該合成オリゴヌクレオチドは、プラスミド又はファージに相補的な鎖の合成を指示するプライマーとして使用され、得られた二本鎖ＤＮＡは、ファージ補助性の宿主細菌に形質転換される。得られる細菌は、例えば、所望の変異遺伝子配列を有するこれらのプラークを確認する、ＤＮＡ配列解析又はプローブはハイブリダイゼーションにより評価することができる。ある実施態様によれば、ポリメラーゼの非改変体をコードする核酸分子は、当該技術分野の当業者に周知である、様々なポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）により変異導入することができる。（例えば、ＰＣＲ Ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ（Ｍ．Ａ．Ｉｎｎｉｓ、Ｄ．Ｈ．Ｇｅｌｆａｎｄ、及びＪ．Ｊ．Ｓｎｉｎｓｋｙ ｅｄｓ．、１９９５、Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ、Ｓａｎ Ｄｉｅｇｏ、ＣＡ） ａｔ Ｃｈａｐｔｅｒ １４；ＰＣＲ Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ：Ａ Ｇｕｉｄｅ ｔｏ Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ （Ｍ．Ａ．Ｉｎｎｉｓ、Ｄ．Ｈ Ｇｅｌｆａｎｄ、 Ｊ．Ｊ．Ｓｎｉｎｓｋｙ、及びＴ．Ｊ．Ｗｈｉｔｅ ｅｄｓ．、Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ、ＮＹ、１９９０、を参照されたい。）

非限定的な例によれば、Ｃｌｏｎｔｅｃｈ製のトランスフォーマ部位特異的変異導入キットで使用される２つのプライマーシステムを、ポリメラーゼの非改変体をコードするポリヌクレオチドに、部位特異的変異を導入するために使用できる。このシステムにおいて、標的プラスミドの変性の後、２つのプライマーを、同時にプラスミドにアニーリングさせ、これらのプライマーの一方は、所望の部位特異的変異を含み、他方は、プラスミドから制限部位の排除させることになる別の位置の変異を含む。その後、これら２つの変異体を緊密に結合する第二の鎖合成が行われ、得られるプラスミドは、Ｅ.ｃｏｌｉのｍｕｔＳ種に形質転換される。プラスミドＤＮＡは、当該形質転換された細菌から単離され、関連する制限酵素で制限酵素処理され（それにより、非変異プラスミドを直線化する）、そして、Ｅ.ｃｏｌｉに再び形質転換する。このシステムは、一本鎖ファージミドのサブクローニング又は作製の必要性がなく、発現プラスミドに直接変異を作製させることができる。２つの変異体の緊密な結合、及びその後の非変異プラスミドの直線化により、変異効率が高くなり、最小限のスクリーニングが可能となる。初期制限部位プライマーの合成の後、この方法では、変異部位当たり１つのみの新規なプライマー型の使用を要する。各位置変異を別々に調製するよりも、「設計した縮重」オリゴヌクレオチドプライマーセットは、所与の部位で全ての所望の変異を同時に導入するために合成することができる。形質転換体は、変異導入領域にわたってプラスミドＤＮＡを配列決定することによりスクリーニングし、変異クローンを識別し且つ分類することができる。その後、各変異ＤＮＡを制限処理し、例えば、変異決定向上ゲル（Ｍｕｔａｔｉｏｎ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｇｅｌ）（Ｍａｌｌｉｎｃｋｒｏｄｔ Ｂａｋｅｒ，Ｉｎｃ．製 Ｐｈｉｌｌｉｐｓｂｕｒｇ，ＮＪ）等を用いて電気泳動により分析し、（非変異導入コントロールと比較したバンドシフトにより）当該配列において他の変更が発生していないかを確認することができる。あるいは、全ＤＮＡ領域を配列決定し、さらなる変異事象が標的領域の外で発生していないかを確認することができる。

変異タンパク質の高レベルでの作製、及び標準的プロトコルでの精製のために、ｐＥＴ（又はその他の）過剰発現ベクターで確認された変異二重鎖を、例えばＥ.ｃｏｌｉ種ＢＬ２1（ＤＥ３）ｐＬｙｓＳ等のＥ.ｃｏｌｉを形質転換して使用することができる。ＦＡＢ−ＭＳマッピング法は、例えば、変異発現のフィデリティを迅速に確認するために使用することができる。この技術は、全タンパク質にわたり配列決定セグメントを提供し、且つ配列割当に必要な信頼度を提供する。このタイプのマッピング実験において、タンパク質はプロテアーゼで分解される（このセグメントは主要な注目の対象であり、且つ残りのマップは非変異導入タンパク質のマップと同一であるはずなので、その選択は、変異を受けた特定領域に依存するはずである）。切断断片のセットは、例えば、ｍｉｃｒｏｂｏｒｅ ＨＰＬＣ（逆相又はイオン交換、また改変される特定領域に依存する）により分取され、各フラクションに複数のペプチドを提供するとともに、当該ペプチドの分子量を、ＦＡＢ−ＭＳ等の標準的方法により決定する。その後、決定された各断片の質量を、予測配列の分解から期待されるペプチドの分子量と比較し、そして当該配列の正確性を迅速に確定する。このタンパク質改変に対する変異導入アプローチは方向性を有するため、ＭＳデータが予測と一致する場合、変更されたペプチドの配列決定が必要でないはずである。変化した残基を確認する必要がある場合は、問題の混合物のペプチドを配列決定するために、ＣＡＤ−タンデムＭＳ／ＭＳを使用することができ、又は標的ペプチドを、改変の位置に依存するサブトラクティブエドマン分解又はカルボキシペプチダーゼＹ分解のために精製することができる。

Ｃ．発現ベクター及び宿主細胞
したがって、本発明は、本明細書に記載の任意のＤＮＡポリメラーゼをコードする組換え核酸も提供する。ある実施態様によれば、本発明は、本明細書に開示されるＤＮＡポリメラーゼをコードする核酸を有するベクターを含んでなる。レプリコン、及び宿主細胞に適合する種由来のコントロール配列を含有する任意のベクターは、本発明の実施において使用することができる。一般的には、発現ベクターには、変異ＤＮＡポリメラーゼをコードする核酸に作動的に結合する、転移及び翻訳調整核酸領域が含まれる。「コントロール配列」なる用語は、特定の宿主生物において、作動的に結合したコード配列の発現のために必要なＤＮＡ配列のことを言う。原核生物に適するコントロール配列には、例えば、プロモーター、任意のオペレーター、及びリボース結合部位がある。さらに、ベクターは、転写されたｍＲＮＡの半減期を向上させるため、ポジティブ・レトロ制御要素（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｒｅｔｒｏｒｅｇｕｌａｔｏｒｙ Ｅｌｅｍｅｎｔ（ＰＲＥ））を含んでもよい（Ｇｅｌｆａｎｄ等、米国特許４,６６６,８４８号を参照されたい）。転写及び翻訳の制御核酸領域は、一般的にポリメラーゼを発現するために使用される宿主細胞にとって適切であるはずである。様々な宿主細胞について、当該技術分野では、多くの適切な発現ベクターのタイプ、及び好適な制御配列が既知である。一般に、転写及び翻訳の制御配列には、例えば、プロモーター配列、リボソーム結合部位、転写開始及び停止配列、翻訳開始及び停止配列、並びにエンハンサー又はアクチベーター配列があり得る。典型的な実施態様によれば、当該制御配列には、プロモーター、並びに転写開始及び停止配列がある。典型的には、ベクターも外来ＤＮＡの挿入のための複数の制限部位を含有するポリリンカー領域を含む。特定の実施態様によれば、「融合フラッグ」は、精製、及び所望の場合には、その後例えば「Ｈｉｓ-タグ」等のタグ／フラッグ配列の除去を促進させるために使用される。しかしながら、これらは一般的に、「熱ステップ」が使用される場合、中温性宿主（例えば、Ｅ.ｃｏｌｉ）由来の熱活性（ｔｈｅｒｍｏａｃｔｉｖｅ）及び／熱安定性タンパク質を精製する場合には、必要でない。ＤＮＡコード複製配列、制御配列、表現型選択遺伝子、及び注目の変異ポリメラーゼを含有する好適なベクター構築物は、標準的な組換えＤＮＡ手法を用いて調製される。単離プラスミド、ウイルス性ベクター、及びＤＮＡ断片を、当該技術分野で周知の方法により、切断し、仕立て（ｔａｉｌｏｒ）、及び所望のベクターを作製するため特定の順番で共にライゲーションする（例えば、Ｓａｍｂｒｏｏｋ等、Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｃｌｏｎｉｎｇｔｅｎ Ａ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｍａｎｕａｌ （Ｃｏｌｄ Ｓｐｒｉｎｇ Ｈａｒｂｏｒ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｐｒｅｓｓ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ， ＮＹ， ２ｎｄ ｅｄ． １９８９）を参照されたい）。

特定の実施態様によれば、伸長ベクターは、形質転換宿主細胞の選択を可能にする、選択可能なマーカー遺伝子を含有する。選択遺伝子は、当該技術分野で周知であり、そして、使用される宿主細胞で変化するはずである。好適な選択遺伝子には、例えば、アンプリコン及び／又はこのベクターで形質転換された細胞を、この抗生物質の存在下で成長させるテトラサイクリン抵抗性をコードする遺伝子を含んでもよい。

本発明のある実施態様によれば、変異ＤＮＡポリメラーゼをコードする核酸は、単独か、ベクターとの組み合わせのいずれかで細胞に導入される。「導入される」又は本明細書で文法的同等表現は、核酸の続く統合、増幅、及び／又は発現に適する手法で、細胞に核酸が入ることを意味する。導入方法は、標的細胞型により主に決定される。例示的な方法には、ＣａＰＯ_４沈殿、リポソーム融合、リポフェクチン（ＬＩＰＯＦＥＣＴＩＮ）（登録商標）、エレクトロポレーション、ウイルス感染等がある。

原核生物は、典型的に、本発明の初期のクローニングステップのための宿主細胞として使用される。これらは、大量のＤＮＡの急速な作製のため、部位特異的変異導入で使用される一本鎖ＤＮＡ鋳型の作製のため、多数の変異体を同時にスクリーニングするため、及び作製された変異体のＤＮＡ配列決定のために、特に有用である。好適な原生生物宿主細胞には、Ｅ.ｃｏｌｉ Ｋ１２種９４（ＡＴＣＣ番号３１,４４６）、Ｅ.ｃｏｌｉ種Ｗ３１１０（ＡＴＣＣ番号２７,３２５）、Ｅ.ｃｏｌｉ Ｋ１２種ＤＧ１１６（ＡＴＣＣ番号５３,６０６）、Ｅ.ｃｏｌｉＸ１７７６（ＡＴＣＣ番号３１,５３７）、及びＥ.ｃｏｌｉ Ｂがあるが、Ｅ.ｃｏｌｉの多くの多種、例えば、ＨＢ１０１、ＪＭ１０１、ＮＭ５２２、ＮＭ５３８、ＮＭ５３９、及び多くの多種、及びバチルス・サブチリス等の桿菌を含む原核生物の属、サルモネラ・ティピムリウム又はセラティア・マルセサンス等の他の腸内細菌科、及び様々なシュードモナス種は、全て宿主として使用できる。原核生物宿主細胞又は固い細胞壁を有する他の宿主細胞は、典型的に、上記のＳａｍｂｒｏｏｋ等の１．８２章に記載の塩化カルシウム法を用いて形質転換される。あるいは、これらの細胞の形質転換のために、エレクトロポレーションを使用することができる。原核生物形質転換技術は、例えば、Ｄｏｗｅｒ， Ｇｅｎｅｔｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ １２：２７５−２９６ （Ｐｌｅｎｕｍ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏｒｐ． １９９０）；Ｈａｎａｈａｎ等 Ｍｅｔｈ． Ｅｎｚｙｍｏｌ， ２０４ｔｅｎ６３， １９９１に記載がある。Ｅ.ｃｏｌｉの形質転換のため典型的に使用されるプラスミドには、ｐＢＲ３２２、ｐＵＣＩ８、ｐＵＣＩ９、ｐＵＣＩＩ１８、ｐＵＣ１１９、及びブルースクリプトＭ１３があり、これらの全てが、上記のＳａｍｂｒｏｏｋ等の１．１２−１．２０章に記載されている。しかしながら、多くの他の好適なベクターも同様に利用可能である。

本発明のＤＮＡポリメラーゼは、典型的には、変異ＤＮＡポリメラーゼの導入又は発現に適切な条件下で、変異ＤＮＡポリメラーゼをコードする核酸配列を含む発現ベクターで形質転換した宿主細胞を培養することにより作製される。タンパク質発現に適する条件下で形質転換した宿主細胞を培養する方法は、当該技術分野で周知である（例えば、上記、Ｓａｍｂｒｏｏｋ等を参照されたい）。ラムダｐＬプロモーター含有プラスミドベクターからの変異ポリメラーゼの作製のための好適な宿主細胞には、Ｅ.ｃｏｌｉ種ＤＧ１１６（ＡＴＣＣ番号５３６０６０）がある（米国特許第５,０７９,３５２号及びＬａｗｙｅｒ Ｆ.Ｃ.等、ＰＣＲ Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ２：２７５−８７, １９９３を参照されたい）。発現後、当該変異ポリメラーゼを回収し単離することができる。熱安定性ＤＮＡポリメラーゼの精製のための方法は、例えば、上記Ｌａｗｙｅｒ等に記載されている。

精製してから、変異ＤＮＡポリメラーゼのプライマー鋳型を伸長させる能力を、伸長を測定するための様々な既知のアッセイのいずれかにおいて試験する。例えば、プライマー鋳型分子（例えば、Ｍ１３ ＤＮＡ等）、適切な緩衝液、ｄＮＴＰの完全なセット（例えば、ｄＡＴＰ、ｄＣＴＰ、ｄＧＴＰ、及びｄＴＴＰ）、及び金属イオンの存在下、ＤＮＡポリメラーゼは、プライマーを伸長させ、一本鎖ＤＮＡ（ｓｓＤＮＡ）を二本鎖ＤＮＡ（ｄｓＤＮＡ）へ変換させることになる。この変換は、例えばＳＹＢＲグリーンＩ等のｄｓＤＮＡ結合色素の添加により、検出及び定量することができる。動力学的熱サイクル（Ｗａｔｓｏｎ等、Ａｎａｌ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．３２９：５８−６７、２００４、並びに例えば、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ、Ｓｔｒａｔｅｇｅｎｅ、及びＢｉｏＲａｄから入手も可能）を用いて、反応プレートのデジタル画像を取得することができ（例えば、１０〜３０秒間隔で）、それにより反応の進行を続けさせることができる。検出蛍光量は、容易に伸長速度に変換できる。かかる定常作業のアッセイを用いて、ポリメラーゼの非改変体と比較した変異体の伸長速度を決定することができる。

ＩＩＩ．反応混合物
本発明のＤＮＡポリメラーゼは、かかる酵素活性が必要であるか、又は所望される任意の目的のために使用してよい。ある実施態様によれば、本発明のポリメラーゼは、標的核酸の増幅のための様々なプライマー伸長方法において使用される。特定の実施態様によれば、当該プライマー伸長方法は、プライマー伸長の前に伸長不可能な３’−ヌクレオチドの除去（例えばＰＡＰ）を要する、ブロックプライマーの使用が必要である。プライマー伸長に適する条件は、当該技術分野で既知である（例えば、上記Ｓａｍｂｒｏｏｋ等を参照されたい。Ａｕｓｕｂｅｌ等、Ｓｈｏｒｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ｉｎ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｉｏｌｏｇｙ （４ｔｈ ｅｄ、Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ １９９９）も参照されたい）。一般的には、プライマーは、標的核酸にアニーリング、すなわちハイブリダイズし、プライマー−鋳型複合体を形成する。このプライマー−鋳型複合体を、好適な環境において、変異ＤＮＡポリメラーゼ及び遊離ヌクレオチドと接触させ、当該プライマーの３’末端に、１又は複数のヌクレオチドを付加させ、それにより標的核酸に相補的な伸長プライマーを作製する。プライマーには、１又は複数のヌクレオチド等が含まれてよい。さらに、遊離ヌクレオチドは、従来のヌクレオチド、非従来のヌクレオチド（例えば、リボヌクレオチド又は標識ヌクレオチド）、又はその混合物があり得る。ある変形によれば、当該プライマー伸長反応は、標的核酸の増幅を含んでなる。ＤＮＡポリメラーゼ及びプライマー対を用いる核酸増幅に適する条件も、当該技術分野で既知である（例えば、ＰＣＲ増幅法）（例えば、上記Ｓａｍｂｒｏｏｋ等、上記Ａｕｓｕｂｅｌ等；ＰＣＲ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｔｅｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ｆｏｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｇｅｎｏｍｉｃｓ （Ｉｎｎｉｓ等． ｅｄｓ．、Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ １９９９）を参照されたい）。他の互いに排除しない実施態様によれば、プライマー伸長反応は、ＲＮＡ鋳型の逆転写（例えば、ＲＴ−ＰＣＲ）を含んでなる。本発明の改変変異ポリメラーゼ（向上した伸長速度をもたらす）の使用は、例えば、比較的短時間のインキュベーションでプライマー伸長反応を行うこと、酵素濃度を低減させること、及び／又は生成収量を向上させることが可能である。

本発明はまた、広範に及ぶ応用、特に核酸からのターミネーターヌクレオチド（例えば、２’−ターミネーターヌクレオチド）の除去、ヌクレオチド重合、及び／又は核酸の増幅が所望される場合に使用できる、多くの異なる反応混合物を提供する。ある実施態様によれば、例えば、反応混合物は、同種接合増幅／検出アッセイ（例えば、リアルタイムＰＣＲモニタリング）の実行、又は変異体の検出又は核酸の遺伝子型決定において利用される。特定の実施態様によれば、多数の形式が必要である応用における使用のために、多数のプライマー及び／又はプローブは、反応混合物に一緒に貯蔵される。これら多くの応用は、以下でさらに記載するか、又は他の方により本明細書で言及する。

本明細書に記載のＤＮＡポリメラーゼに加え、反応混合物は、一般的に、ＰＡＰ、ブロックオリゴヌクレオチドからのターミネーターヌクレオチドの除去（例えば、活性化又は伸長可能なオリゴヌクレオチドを作製するため）、ヌクレオチド重合、核酸増幅、及び反応検出（例えば、リアルタイムＰＣＲモニタリング又は５’−ヌクレアーゼアッセイ）等を行うのに有用である様々な試薬を含む。これらの他の試薬の例示的なタイプには、例えば、鋳型もしくは標的核酸（例えば、本質的な任意の供給源から入手するか、それに由来する）、ピロリン酸、発光調節因子、緩衝液、塩、アンプリコン、グリセロール、金属イオン（例えば、Ｍｇ＋＋等）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、ポリｒＡ（例えば、低いコピー数の標的のための担体核酸として）、ウラシル Ｎ−グリコシラーゼ（ＵＮＧ）（例えば、担体過剰混入に対して保護するため）を含む。ある動力学的ＰＣＲ−関連応用においては、反応混合物には、増幅産物の検出を促進するプローブも含まれる。これらのプロセスで使用されるプローブの例には、例えば、ハイブリダイゼーションプローブ、５’−ヌクレアーゼプローブ、及び／又はヘアピンプローブがある。核酸増幅及び検出、並びに他の方法は、以下でもさらに記載される。

反応混合物は、一般的に、上記の通り選択されたヌクレオチド、プライマー、及び／又はプローブを、選択された特定の応用を行うために十分な他の試薬量と組み合わせることにより作製される。所与の反応混合物に含まれる試薬量は、行われる選択された方法の観点から、当該技術分野の当業者にとって明らかなはずである。

ＩＶ．改変ＤＮＡポリメラーゼの使用方法
本発明は、本明細書に記載の改変ポリメラーゼを用いる方法を提供する。ある実施態様によれば、例えば、これらのポリメラーゼは、標的核酸の検出に必要なアッセイを行うために使用され、例えば、これらの標的が由来する対象についての、診断的、遺伝子的、又はその他の情報を提供する。これらの態様は、本明細書に記載の実施例においても例示する。

本明細書に記載のポリメラーゼは、核酸の３’末端から、例えば、ピロリン酸分解のプロセスを介するターミネーターヌクレオチドの除去を必要とする、本質的に、任意の応用における使用に、任意に使用されるか、又は適用される。応用の核酸関連タイプの例には、核酸の構造及びコンフォメーションの解析、リアルタイムＰＣＲアッセイ、及びＳＮＰ検出（Ｍｙａｋｉｓｈｅｖ等（２００１）Ｇｅｎｏｍｅ Ｒｅｓ １１：１６３−１６９；Ｌｅｅ等（１９９９）Ｂｉｏｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ２７：３４２−３４９；Ｔｈｅｌｗｅｌｌ等 （２０００） Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ ２８：３７５２−３７６１；Ｗｈｉｔｃｏｍｂｅ 等 （１９９９） Ｎａｔ． Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ． １７：８０４−８０７， Ｈｅｉｄ 等 （１９９６） Ｇｅｎｏｍｅ Ｒｅｓ． ６：９８６−９９４， Ｎａｚａｒｅｎｋｏ 等 （１９９７） Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ． ２５：２５１６−２５２１）；核酸ハイブリダイゼーションの検出（Ｐａｒｋｈｕｒｓｔ 等 （１９９５） Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ３４：２８５−２９２： Ｔｙａｇｉ 等 （１９９６） Ｎａｔ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ １４：３０３−３０８： Ｔｙａｇｉ 等 （１９９８） Ｎａｔ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ １６：４９−５３： Ｓｉｘｏｕ 等 （１９９４） Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ ２２：６６２− ６６８；及びＣａｒｄｕｌｌｏ 等 （１９８８） Ｐｒｏｃ Ｎａｔｌ Ａｃａｄ Ｓｃｉ ＵＳＡ ８５：８７９０−８７９４）；変異検出のためのプライマー伸長アッセイ（Ｃｈｅｎ 等 （１９９７） Ｐｒｏｃ Ｎａｔｌ Ａｃａｄ Ｓｃｉ ＵＳＡ ９４：１０７５６−１０７６１）；及び自動ＤＮＡ配列決定（Ｗｏｏｌｌｅｙ 等 （１９９５） Ａｎａｌ Ｃｈｅｍ ６７：３６７６−３６８０， Ｈｕｎｇ 等 （１９９８） Ａｎａｌ Ｂｉｏｃｈｅｍ ２５５：３２−３８、及びＪｕ 等 （１９９５） Ｐｒｏｃ Ｎａｔｌ Ａｃａｄ Ｓｃｉ ＵＳＡ ９２：４３４７−４３５１）がある。改変酵素は、例えば、米国特許第７,０３３,７６３号；第６,５３４,２６９号；及び米国特許出願第１０／７９８,８４４号に記載の、様々なピロリン酸活性化重合方法でも使用できる。

さらに例示すると、例えば、本発明の反応混合物における又はそれ由来の標的核酸を解析するための使用することができるか、又は解析のための使用に適合させることができる、核酸解析技術の一般的タイプの例には、様々な核酸増幅アッセイが含まれる。核酸増幅アッセイにおける一般的特徴は、それらが典型的に、検出される生物に特異的な核酸配列を増幅するよう設計されていることである。一般的に核酸増幅試験は、核酸解析に対する他のアプローチより感度が高くなっている。本明細書に記載のＤＮＡポリメラーゼの使用によりさらに向上するこの感度は、典型的には、完全に一致したプライマー：鋳型複合体の単一コピーほど小さいものから、正のシグナルを作るその能力に起因する。標的核酸を任意に利用するか又はそれに適合させる増幅方法には、例えば、様々なポリメラーゼ、リガーゼ、又は逆転写酵素媒介型の増幅方法、例えば、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）、リガーゼ連鎖反応（ＬＣＲ）、及び／又は逆転写ＰＣＲ（ＲＴ−ＰＣＲ）がある。これら及び他の増幅方法、及びこれらのアッセイのためのサンプル調製のための様々なアプローチの使用に関するさらなる詳細は、任意の様々な標準的テキストに見出すことができ、例えば、上記の、Ｂｅｒｇｅｒ、Ｓａｍｂｒｏｏｋ、Ａｕｓｕｂｅｌ１及び２、並びにＩｎｎｉｓがある。

本発明の試薬及び方法の使用のために任意に適合させた、様々な市販の核酸増幅アッセイは、一般的にその増幅方法及びその標的核酸配列の点で異なる。これらの詩反応試験の例には、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を使用する、ハイブリダイゼーションプローブアッセイ（例えば、ＬｉｇｈｔＣｙｃｌｅｒシステム）及びＡＭＰＬＩＣＯＲ（登録商標）及びＡＭＰＬＩＣＯＲ（登録商標）アッセイ（Ｒｏｃｈｅ Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製、Ｉｎｄｉａｎａｐｏｌｉｓ， ＩＮ， ＵＳＡ）；リガーゼ連鎖反応（ＬＣＲ）を使用する、ＬＣｘ（登録商標）試験（Ａｂｂｏｔｔ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ， Ａｂｂｏｔｔ Ｐａｒｋ， ＩＬ， ＵＳＡ）；鎖置換増幅（ＳＤＡ）を用いる、ＢＤＰｒｏｂｅＴｅｃ（商標）ＥＴ試験（Ｂｅｃｔｏｎ， Ｄｉｃｋｉｎｓｏｎ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｆｒａｎｋｌｉｎ Ｌａｋｅｓ， Ｎ．Ｊ．，ＵＳＡ）；及び転写媒介増幅（ＴＭＡ）を用いる、ＡＰＴＩＭＡ（商標）アッセイ（Ｇｅｎ−Ｐｒｏｂｅ， Ｉｎｃ．，Ｓａｎ Ｄｉｅｇｏ， ＣＡ， ＵＳＡ）がある。

特定の実施態様によれば、例えば、５'−ヌクレアーゼプローブは、様々な５'−ヌクレアーゼ反応において利用される。多くの５'−ヌクレアーゼアッセイは、当該技術分野における当業者に周知である。当該反応の例は、例えば、米国特許第６,２１４,９７９号、第５,８０４,３７５号、及び第５,２１０,０１５号に記載されている。

端的に例示すると、５'−ヌクレアーゼ反応において、標的核酸を、プライマー及びプローブ（例えば５'−ヌクレアーゼプローブ）と、当該プライマー及びプローブが標的核酸の鎖にハイブリダイズする条件下で接触させる。当該標的核酸、プライマー及びプローブも、５’から３’ヌクレアーゼ活性を有する核酸ポリメラーゼと接触させる。５’から３’ヌクレアーゼ活性を有する核酸ポリメラーゼは、プライマー下流の標的核酸にハイブリダイズするプローブを切断することができる。プライマーの３’末端は、ポリメラーゼのための最初の結合部位を提供する。結合したポリメラーゼは、当該プローブ上の５’末端で出会うとプローブから断片を切断する。

プライマー及びプローブは、標的核酸上でそれらが極めて近接してアニーリングするように設計することができ、これは、プライマー伸長が不存在下で、プライマーの３’末端への核酸ポリメラーゼの結合により、プローブの５’末端と接触させてそれを置くようにすることにより行う。「重合非依存性切断」なる用語は、このプロセスのことを言う。あるいは、当該プライマー及びプローブが当該標的核酸のより距離的に離れた領域とアニーリングする場合、典型的に、重合は、核酸ポリメラーゼがプローブの５’末端に出会う前に起きる。重合が連続する場合、ポリメラーゼは、プローブの５’末端から断片を徐々に切断する。この切断は、プローブの残りが鋳型分子から解離する程度に不安定化するまで継続する。「重合依存性切断」なる用語は、このプロセスのことを言う。

重合依存性切断に１つの利点は、核酸の増幅に必要な除去にある。プライマー及びプローブが隣接して核酸に結合すると、プローブアニーリングと断片の切断の連続的往復が発生し得る。すなわち、十分量の断片が作られ、重合の不存在下での検出が可能となる。

いずれのプロセスにおいても、標的核酸を含有すると考えられるサンプルが提供される。当該サンプルに含有される標的核酸は、必要ならば、最初にｃＤＮＡに逆転写され、その後、当該技術分野の当業者に既知である任意の好適な変性方法、例えば、物理的、化学的、又は酵素的方法を用いて変性されてもよい。鎖分離に有効な例示的な物理的アプローチには、核酸が完全に（＞９９％）変性するまでそれを加熱することが必要である。典型的な加熱変性には、約８５℃〜約１０５℃（典型的には、約８５℃〜約９８℃、そしてより典型的には約８５℃〜約９５℃）の範囲の温度で、約１秒〜約１０分（例えば、数秒〜約１分）の時間が必要である。

変性の別法としては、サンプルが一本鎖ＲＮＡ又はＤＮＡウイルスを含んでなる場合などは、サンプル中に核酸を一本鎖の状態で存在させてよい。

変性標的核酸鎖は、典型的には、プライマー及びプローブが標的核酸鎖に結合できるハイブリダイゼーション条件下で、プライマー及びプローブと共にインキュベートする。ある実施態様によれば、標的核酸を増幅するために２つのプライマーが使用できる。この２つのプライマーは、典型的には、標的核酸に沿ったそれらの相対位置が、伸長産物がその鋳型（相補鎖）から分離する場合、一方のプライマーから合成された伸長産物が、規定長さの複製鎖を作る、他のプライマーの伸長のための鋳型として機能するように選択される。

典型的に相補鎖はプローブ又はプライマーより長いので、当該鎖は、接触位置をより多く持つため、所与の期間にわって、互いへの結合の機会がより増加する。したがって、プローブ及びプライマーの高いモル過剰は、典型的に、鋳型鎖の再アニーリングよりも、プライマー及びプローブアニーリングにとって有利に利用される。多重形式においては、複数プローブは、典型的に、複数の標的核酸を同時に検出するための単一反応容器において使用される。

プライマーは一般的に、重合非依存性切断又は重合依存性切断の進行が可能である、選択された条件下で、それが選択的に標的核酸に結合するよう、十分な長さ及び相補性を有する。当該プライマーの正確な長さ及び組成は、多くの因子、例えば、アニーリング反応温度、プライマーの供給源及び組成、プライマーアニーリング部位とプローブアニーリング部位の近接性、及びプライマー：プローブ濃度比率等に依存するはずである。プライマーは、典型的に約１５〜３０ヌクレオチドを含むが、ヌクレオチドはそれより多くても、少なくてもよい。

プローブは一般的に、核酸ポリメラーゼが、標的核酸の相補的領域に出会う前に、プローブの相補的な標的核酸とアニーリングし、それにより、当該酵素の５’から３’ヌクレアーゼ活性により当該プローブから断片が切断される。ポリメラーゼがこのハイブリダイゼーション領域に到達する前に、プローブが標的核酸とアニーリングする可能性を向上させるため、様々な技術を利用することができる。例えば、短いプライマーは、一般的に、核酸と十分に安定なハイブリッド複合体を形成するために、より低温を必要とする。したがって、プローブがプライマーアニーリングと比較してより高温で標的核酸と優先的にアニーリングするように、プローブをプライマーより長く設計することができる。さらに例示すると、プローブのヌクレオチド組成は、Ｇ／Ｃ含量がより多いように選択でき、結果的に、プライマーより熱安定性が高くなる。非改変ヌクレオチドのみを有するプライマー又はプローブと比較して、熱安定性がより高いか、又はより低く作用するよう、プライマー又はプローブに、任意に、改変ヌクレオチドを組み込むことができる。ある実施態様によれば、プライマーは、３’末端にターミネーターヌクレオチドを含有する。熱サイクルパラメータは、プローブ及びプライマーの熱安定性の差の利点を活かすように変化させることもできる。例えば、熱サイクル変性ステップの後に、プローブを結合させるが、プライマーは結合させない、中間的温度を導入してもよい。その後、温度をさらに下げ、プライマーをアニーリングさせることができる。プライマーの前にプローブの結合を優先させるため、プライマー濃度に対してプローブの高いモル過剰を使用することもできる。かかるプローブ濃度は典型的に、一般的に約０．５〜５×１０^−７Ｍであるそれぞれのプライマー濃度の、約２〜約２０倍の範囲である。

プライマーの鋳型依存性伸長は、十分量の塩、金属カチオン、及び緩衝液を含む反応混合物中に、十分量の４つのデオキシリボヌクレオシド三リン酸（ｄＡＴＰ、ｄＧＴＰ、ｄＣＴＰ、及びｄＴＴＰ）又は類似体存在下で、本明細書に記載のＤＮＡポリメラーゼを用いて触媒することができる。反応混合物は、さらに上に記載される。これらのＤＮＡポリメラーゼを用いるＤＮＡ合成触媒のための反応条件は、当該技術分野で周知である。ある実施態様によれば、向上したＰＡＰ能に加え、ＤＮＡポリメラーゼは、検出可能なシグナルが直接的又は間接的に発生するように、効率的にプローブを切断し、標識断片を放出させる５’−３’ヌクレアーゼ活性を有する。

当該合成産物は、一般的に、鋳型鎖及びプライマー伸長鎖を含む二重鎖分子である。この合成の副産物は、モノ、ジ、及びそれより大きなヌクレオチド断片の混合物を含む可能性のあるプローブ断片である。

変性、プローブ及びプライマーのアニーリング、並びにプライマー伸長及びプローブ切断の反復サイクルが、プライマーにより規定される領域の指数関数的累積、及び標識断片の指数関数的生成をもたらす。一般的にバックグラウンドシグナルより数オーダー大きい、検出可能なプローブ断片量に到達するよう、十分なサイクルが実行される。

特定の実施態様によれば、ＰＣＲ反応は、本明細書に記載の熱安定性ＤＮＡポリメラーゼ酵素を利用する、自動化プロセスとして行われる。このプロセスにおいて、反応混合物は、変性ステップ、プローブ及びプライマーのアニーリングステップ、及びプライマー依存性鋳型伸長と同時に、切断と置換が発生する合成ステップを通って循環する。ある実施態様によれば、本明細書に記載の方法はシステムを用いて行われる。任意に、例えば、本発明のＤＮＡポリメラーゼ等の熱安定性酵素を共に使用するよう設計された、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ（Ｆｏｓｔｅｒ Ｃｉｔｙ，ＣＡ，ＵＳＡ）製等の、市販の熱サイクル装置がある。

本質的には、本発明のＤＮＡポリメラーゼ酵素は、標的核酸を検出し、且つ増幅させる任意の利用可能な方法と共に使用することができる。一般的なアプローチには、５’−ヌクレアーゼプローブ、ハイブリダイゼーションプローブ、又はヘアピンプローブ（例えば、分子ビーコン）でのリアルタイム増幅検出、増幅プライマー又は増幅核酸それら自身に組み込まれる標識の検出、例えば、未取り込み標識からの増幅産物の電気泳動分離、ハイブリダイゼーションに基づくアッセイ（例えば、アレイに基づくアッセイ）、及び／又は核酸に結合する二次試薬の検出、がある。これらの一般的アプローチも、例えば、上記Ｓａｍｂｒｏｏｋ、及びＡｕｓｕｂｅｌ１及び２に記載されている。

本明細書に記載の改変ポリメラーゼを用いる他の例示的な実施態様には、リアルタイム標的核酸検出に作用する標識プライマーの使用がある。

リアルタイム標的核酸検出に対するプライマーベースのアプローチで、本明細書に記載のＤＮＡポリメラーゼを用いる使用に適合させることができるものは、例えば、Ｈｕａｎｇ等（２００４） Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ Ｌｅｔｔ． ２６（１１）：８９１−８９５， Ａｓｓｅｌｂｅｒｇｓ等（２００３） Ａｎａｌ Ｂｉｏｃｈｅｍ． ３１８（２）：２２１−２２９， ａｎｄ Ｎｕｏｖｏ等（１９９９） Ｊ Ｈｉｓｔｏｃｈｅｍ Ｃｙｔｏｃｈｅｍ． ４７（３）：２７３−２８０、に記載のものがある。

Ｖ．キット
本発明は、核酸伸長のためのキットも提供する。一般的には、当該キットは、本明細書に記載の、本発明のＤＮＡポリメラーゼを提供する、少なくとも１つの容器を含む。特定の実施態様によれば、キットは、１又は複数の追加の試薬を提供する、１又は複数の追加の容器をさらに含む。例えば、特定の変形において、１又は複数の追加の容器は、遊離ヌクレオチド；ＰＡＰに適する緩衝液；及び／又はＰＡＰ条件下で規定のポリヌクレオチド鋳型にハイブリダイズ可能なプライマーを提供する。ある実施態様によれば、プライマーは、３’末端で伸長不可能なターミネーターヌクレオチドを有する。ある実施態様によれば、ターミネーターヌクレオチドは、少なくとも１つの標識（例えば、放射性同位体、蛍光色素、質量調整基等）を含む。ある実施態様によれば、キットは、１又は複数の伸長可能なヌクレオチドと、任意に、標識を含んでなる少なくとも１つの伸長可能なヌクレオチド（例えば、放射性同位体、蛍光色素、質量調整基等）をさらに含む。任意に、キットは、少なくとも１つのピロホスファターゼ（例えば、熱安定性ピロホスファターゼ）をさらに含む。典型的には、キットは、本明細書に記載のＤＮＡポリメラーゼで、核酸を伸長させるための指示書のセットも含む。特定の実施態様によれば、キットは、プライマー核酸が鋳型核酸の少なくともサブ配列と相補的である、鋳型核酸及びプライマー核酸をさらに含む。任意に、当該鋳型核酸又は当該プライマー核酸は、個体支持体に取り付けられる。これらの実施態様のいくつかによれば、プライマーは、例えば、放射性同位体、蛍光色素、質量調整基等の標識を含んでなる。

以下の実施例は、例示の目的のために記載されており、いかなる手段によっても本発明の限定として解されることを意図するものではない。本明細書及び以下の実施例に開示される技術は、本発明の実施において十分機能するよう発明者等により開示される技術であるため、本発明の実施のための好ましい態様を表すと考えられることは、当該技術分野の当業者に理解されるはずである。しかしながら、当該技術分野の当業者は、本開示を考慮し、本明細書に開示される特定の実施態様に、多くの変更が可能であり、且つ本発明の思想又は範囲から逸脱しない同様な結果を得られることも、理解するはずである。

実施例１：変異ＤＮＡポリメラーゼの確認及び特性評価
この実施例は、２’−ＰＯ_４−ブロックプライマーの活性化が向上した変異ＤＮＡポリメラーゼの確認及び特性評価を示す。ＣＳファミリーポリメラーゼにおける変異体は、プライマーがその完全に相補的な鋳型にアニーリングする場合、２’−リン酸化ブロックプライマーから保護基を除去する能力の向上をもたらすことが確認された。端的に言うと、このスクリーニングステップには、ライブラリー作製、発現及び変異酵素の部分的精製、所望の特性についての酵素のスクリーニング、配列決定精製、及び選択変異体のさらなる特性評価、並びに異なる遺伝子バックグラウンドの変異体の作製、精製、及び特性評価が含まれる。これらのステップの各々を、以下でさらに記載する。

このプロセスにより確認される変異体はＴ６０６Ｓであった。その後、この変異体は、関連するＣＤファミリーポリメラーゼ、Ｇ４６Ｅ Ｌ３２９Ａ Ｅ６７８Ｇ ＣＳ５（ＧＬＥ−ＣＳ５）及びＧ４６Ｅ Ｌ３２９Ａ Ｄ６４０Ｇ Ｓ６７１Ｆ Ｅ６７８Ｇ ＣＳ５（ＧＬＤＳＥ−ＣＳ５）等に分類された。得られた変異体ポリメラーゼを、一連の動力学熱サイクル（ＫＴＣ）実験においてその機能を解析することにより特性評価を行った。

確認された変異体Ｔ６０６Ｓは、リボヌクレオチド及びその他の２'−改変ヌクレオチドの組み込みが可能であるが、プライマー鋳型を伸長させる不正常な能力ももたらすＥ６７８Ｇに対して、完全に一致した鋳型にアニーリングする場合、２’−ＰＯ_４−ブロックプライマーを活性化及び伸長させる能力を向上させる。Ｓ６７１Ｆ及びＤ６４０Ｇ、並びにＱ６０１Ｒ，及びＩ６６９Ｆ変異体は、不正常なプライマー伸長能力のこの特性を改善する。

クローンライブラリー作製：ＣＳ５ Ｅ６７８Ｇ ＤＮＡポリメラーゼのポリメラーゼドメインは、ＢｇｌII制限部位とＨｉｎｄ III制限部位との間で変異性（ｅｒｒｏｒ−ｐｒｏｎｅ）ＰＣＲを受けさせる。この増幅に使用されるプライマーは、以下のものである。
順方向プライマー：５’−ＧＣＡＧＣＧＡＡＣＴＡＣＴＣＣＴＧＴＧＡ−３’（配列番号３１）；及び
逆方向プライマー：５’−ＡＣＡＴＣＣＡＣＴＴＣＧＡＧＣＧＧＣＡＣＴＧＡ−３’（配列場号３２）。

ＰＣＲは、変異速度の対応範囲を有するライブラリーを作製するため、Ｍｇ^＋２濃度を１．８〜３．５ｍＭの範囲で使用して行った。緩衝液条件は、５０ｍＭ バイシン（Ｂｉｃｉｎｅ）ｐＨ８．２、１１５ｍＭ ＫＯＡｃ、８％ ｗ／ｖグリセロール、０．２ｍＭ各ｄＮＴＰ，ｏ ０．２Ｘ ＳＹＢＲグリーンＩであった。ＧＥＮＥＡＭＰ（登録商標） ＡｃｃｕＲＴ ホットスタートＰＣＲ酵素を０．１Ｕ／μｌで使用した。直線化ＣＳ５ Ｅ６７８ＧプラスミドＤＮＡ／反応物５０μｌで、５×１０^５コピーを用いて開始し、６０℃のアニーリング温度で１５秒、７２℃の伸長温度で４５秒、及び９５℃の変性温度で１５秒を用いて、増幅を３０サイクル行った。

得られたアンプリコンを、Ｑｉａｑｕｉｃｋスピンカラム（Ｑｉａｇｅｎ， Ｉｎｃ．， Ｖａｌｅｎｃｉａ， ＣＡ， ＵＳＡ）を通して精製し、ＢｇｌII及びＨｉｎｄIIIで切断し、その後再び精製した。ＢｇｌII部位とＨｉｎｄIII部位との間のポリメラーゼドメインにおける大きな削除をもたらすＧ４６Ｅ Ｌ３２９Ａ ＣＳ５の改変である、ベクタープラスミドを、同じ２つの制限酵素で切断し、且つウシ腸ホスファターゼ（ＣＩＰ）で処理することにより調製した。切断したベクター及び変異挿入物を異なる比率で混合し、そしてＴ４リガーゼを用い、１５℃で一晩処理した。ライゲーション物を精製し、エレクトロポレーションによりＥ.ｃｏｌｉ種ＬＫ３に形質転換した。

各形質転換体における固有の形質転換体の数を決定するため、アンピシリン選択培地に分割量を播菌した。各変異導入率で最も固有の形質転換体を有する形質転換体を、凍結保護剤としてグリセロールの存在下、−７０〜−８０℃で保存した。

その後、各ライブラリーを、大きな形式のアンピシリン選択寒天プレートに広げた。個々のコロニーを、アンピシリン及び１０％ｗ／ｖグリセロール含有の１×Ｌｕｒｉａブロスに、自動コロニーピッカー（ＱＰｉｘ２， Ｇｅｎｅｔｉｘ Ｌｔｄ）を用いて、３８４ウェルプレートに移した。これらのプレートを、３０℃で一晩インキュベートし、培養物を増殖させ、その後、−７０〜−８０℃で保存した。２×Ｌｕｒｉａブロスに添加されたグリセロールは、培養増殖をさせるには十分低濃度であり、且つ凍結保護をもたらすには十分高濃度であった。この方法で、後の使用のために、複数の変異導入（Ｍｇ^＋２）レベルで数千個のコロニーを調製した。

抽出物ライブラリー調製パート１−発酵：上記のクローンライブラリーから、スクリーニング目的に適する部分的に精製された抽出物の対応ライブラリーを調製した。このプロセスの第一ステップは、各クローンの小スケール発現培養物を作製することであった。これらの培養物を９６ウェル形式で増殖させ；したがって、各３８４ウェルライブラリープレートについて４つの発現培養プレートが存在した。次に、当該クローンライブラリープレートの各ウェルから０．５μｌを、１５０μｌの培地Ａ（以下の表２を参照されたい）を含有する、９６ウェルプレートの１つのウェルに移した。その後、このシードプレートを、ｉＥＭＳプレートインキュベーター／シェイカー（ＴｈｅｒｍｏＥｌｅｃｔｒｏｎ）中、３０℃、１１５０ｒｐｍで一晩振とうした。その後、シード培養物を同じ培地に播種するために使用し、この時、大形式の９６ウェルプレート（Ｎｕｎｃ 番号２６７３３４）中、２７０μｌの培地Ａに２．５μｌ播種した。これらのプレートを３７℃で一晩インキュベートした。発現プラスミドには、３０℃ではなく３７℃での発現させるための転写コントロール要素を含有させた。一晩インキュベーションした後、培養物は、典型的に、総細胞タンパク質の１〜１０％でクローンタンパク質を発現した。これらの培養物からの細胞を、遠心分離により回収した。これらの細胞のいずれも、以下に記載するさらなる処理の前に、少なくとも２時間凍結した（−７０℃）。

抽出物ライブラリー調製パート２−抽出：発酵ステップからの細胞ペレットを、２５μｌ溶解緩衝液（以下の表３）に再懸濁させた。当該緩衝液は、細胞溶解を支援するためのリゾチーム、及び抽出物からＲＮＡ及びＤＮＡの両方を除去するためのヌクレアーゼ（「ベンゾナーゼ」）を含有することに留意されたい。プレートを１〜２時間、３７℃、１１５０ｒｐｍで振とうさせた。硫酸アンモニウム（２Ｍ溶液を２μｌ）添加し、抽出物を３８４ウェルプレートに移した。当該プレートを−７０℃で一晩凍結させた。その後、これらを、外因的に添加された酵素などの混入タンパク質を沈殿及び不活性化させるため、熱サイクル装置（ＡＢＩ９７００）中で、３７℃で１５分、その後７５℃で１５分、インキュベートした。当該プレートを３０００×ｇで１５分間遠心分離し、上清を新鮮な３８４ウェル熱サイクル装置プレートに移した。これらの抽出プレートを、後のスクリーニングでの使用のために−２０℃で凍結した。各ウェルは、約０．５〜３μＭの変異ポリメラーゼ酵素を含有していた。さらに、抽出プレートを、２０ｍＭ Ｔｒｉｓ ｐＨ８．０，０．１ｍＭ ＥＤＴＡ，１００ｍＭ ＫＣｌ、及び０．２％ Ｔｗｅｅｎ２０からなる緩衝液中で１０倍希釈した。その後、これらの希釈した抽出物を、以下に記載の通り、向上したＰＡＰ変異体のスクリーニングのために使用した。

ＰＡＰ変異体のためのスクリーニング抽出物ライブラリー：希釈した抽出物を、２つの別の伸長速度決定で使用した。第一のアッセイにおいて、以下の配列を有するオリゴヌクレオチドを持つプライマー化、Ｍ１３ｍｐ１８一本鎖ＤＮＡ（Ｍ１３ ＤＮＡ）を鋳型として使用した。
５’−ＧＧＧＡＡＧＧＧＣＧＡＴＣＧＧＴＧＣＧＧＧＣＣＴＣＴＴＣＧＣ−３'（配列番号３３）

抽出物（０．５μｌ）を、３８４ウェルＰＣＲプレート中の、１ｎＭプライマーＭ１３鋳型を含有する１３μｌの反応マスターミックスに添加した。プライマー鋳型の伸長を、修正動力学的熱サイクル装置において６４℃で２０分ごとに、ＣＣＤカメラを用いて観測した。反応マスターミックスは、１００ｍＭ Ｔｒｉｓ ｐＨ８．０、２０ｍＭ ＫＯＡｃ、３ｍＭ Ｍｇ（ＯＡｃ）_２、２．５％ 酵素保存緩衝液、１×ＳＹＢＲグリーンＩ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｒｏｂｅｓ）、及び０．１ｍＭの各ｄＡＴＰ、ｄＣＴＰ、ｄＧＴＰ、及びｄＴＴＰであった（「酵素保存緩衝液」は、２０ｍＭ Ｔｒｉｓ ｐＨ８．０、１００ｍＭ ＫＣｌ、０．１ｍＭ ＥＤＴＡ、１ｍＭ ＤＴＴ、０．５％ Ｔｗｅｅｎ２０、及び５０％ｖ／ｖグリセロールからなる）。バックグラウンド蛍光から伸長由来の蛍光を区別するため、平行ウェルを実験に含め、ここでは反応マスターミックスからヌクレオチドを除去することによりプライマー鎖伸長を阻止した。各抽出物について、バックグラウンド控除の後、蛍光の増加速度からポリメラーゼ活性を推定した。

２’−ＰＯ_４−ブロックプライマーの活性化速度が向上した変異酵素を見出すため、第二セットの伸長アッセイを、各抽出物において行った。この第二セットのアッセイにおいて、予備アニーリングしたオリゴ二重鎖物質を、プライマーＭ１３鋳型に置換した。プライマー鎖は以下の配列：ＣＧＣＣＴＧＧＴＣＴＧＴＡＣＡＣＣＧＴＴＣＥ（配列番号３４）（ここで、Ｅ＝２’ＰＯ₄−ｄＡである）を有し、そして鋳型鎖は、配列：ＣＡＡＣＴＴＴＧＡＡＡＧＡＧＧＡＣＡＧＡＴＧＡＡＣＧＧＴＱＴＡＣＡＱＡＣＣＡＱＧＣＧＰ（配列番号３５）（ここで、Ｑ＝７−デアザ−ｄＧ、及びＰ＝３’ＰＯ₄である）を有した。鋳型鎖における７−デアザ−ｄＧ残基は、バックグラウンド蛍光を低減させる。このオリゴ二重鎖を反応混合物に１００ｎＭで添加した。さらに、ピロリン酸を０．５ｍＭまで添加した。物質の変化とピロリン酸の添加以外、条件は、上記のＭ１３伸長反応と同一であった。抽出物がブロックプライマーを活性化できる速度を、バックグラウンドの控除の後、蛍光の変化速度により推定した。その後、この速度を、Ｍ１３鋳型での活性と比較した。これら２つの速度の比率は、変異体が比較的高い２'−ＰＯ_４−ブロックプライマー活性化活性を有することを決定するために使用された。

数千の抽出物をこの手法でスクリーニングした。典型的な結果を図４に示す。「１ＡＳ−Ｇ２」と標識された１つの例外が、ブロックオリゴ二重鎖で高い活性を有するものとして際立った（図４を参照されたい）。「１０００−Ｇ２」と再命名したこのクローンを、さらなる研究のために選択した。クローンライブラリー由来のクローンを回収後、当該クローンの変異領域のＤＮＡ配列を、サンガー配列決定により解析し、そして親配列と比較して３つの変異を有することがわかった。これらの変異、及び対応するアミノ酸配列の変化は、Ａ７１６１Ｇ（Ｋ５７０Ｒ）；Ａ７２６８Ｔ（Ｔ６０６Ｓ）；及びＴ７２８５（サイレント変異、アミノ酸変化なし）であった。並行研究において、高度に精製された酵素を、振とうフラスコ培養で作製し、そして濃度をゲルベース密度測定により決定した。この精製酵素を、親酵素であるＧ４６Ｅ Ｌ３２９Ａ Ｅ６７８Ｇ ＣＳ５、又は「ＧＬＥ」と、スクリーニングにおいて使用された同じブロックオリゴ二重鎖の活性化能、及びプライマーＭ１３の伸長能について比較した。これらのアッセイは、精度向上のため、これらが同一の酵素濃度及び複数複製物を用いてなされるという点を除いてスクリーニングで使用されたものと同様の条件下、二本鎖ＤＮＡのＳＹＢＲグリーンＩ検出を用いて行われた。伸長アッセイにより、当該変異体が親タイプよりも急速にブロックプライマーを活性化できることが示され（図５）、さらに、プライマーＤＮＡ鋳型の通常の伸長に影響を及ぼさないことが示された（図６）。

１０００−Ｇ２における２つのアミノ酸変化が観察された表現型に寄与することを決定するために、当該２つの変異体を別々に、重複ＰＣＲを用いる親プラスミドのインビトロ変異導入により、親のバックグラウンドへ移した。遺伝子型、Ｇ４６Ｅ Ｌ３２９Ａ Ｋ５７０Ｒ Ｅ６７８Ｇ ＣＳ５（「ＧＬＫＥ）及びＧ４６Ｅ Ｌ３２９Ａ Ｔ６０６Ｓ Ｅ６７８Ｇ ＣＳ５（「ＧＬＴＥ」）を有する変異体を作製した。この変異体を精製して均一にし、定量し、そしてブロックオリゴ二重鎖アッセイに供した。結果（図７）は、当該変異Ｔ６０６Ｓが、基のスクリーニングにおけるクローン１０００−Ｇ２で見られた２’−ＰＯ_４−ブロックプライマーの活性化向上に単独で寄与していることを示す。

ＣＳ５ ＤＮＡポリメラーゼにおける特定の他の変異は、特定の応用においてその酵素の特性を向上させることが発見されている。これら２つの変異体、Ｄ６４０Ｇ及びＳ６７１Ｆは、組み合わせる場合、特に当該ポリメラーゼがリボ組み込み変異Ｅ６７８Ｇの場合、ＰＣＲ応用において顕著に速い伸長速度及び向上した機能をもたらす。ＧＬＴＥの機能がこれらの伸長速度変異により向上されるかを見るために、遺伝子型、Ｇ４６Ｅ Ｌ３２９Ａ Ｔ６０６Ｓ Ｄ６４０Ｇ Ｓ６７１Ｆ Ｅ６７８Ｇ ＣＳ５（「ＧＬＴＤＳＥ」）を有するクローンを、ベクター固有の制限部位であるＳｐａＩ及びＮｄｅＩを用いて、「ＧＬＴＥとＧＬＱＤＳＥとの間での単純な制限断片の取替えにより、作製した。精製／定量後、この酵素を上記のブロックオリゴ二重鎖アッセイにかけた。結果（図８）は、この２'−ＰＯ_４−ブロックプライマーオリゴ二重鎖の活性化において、ＧＬＴＤＳＥはその親クローンのいずれよりも速いことを示唆した。

実施例２：ＰＡＰ−ＰＣＲにおけるＴ６０６Ｓ変異体の使用
この実施例は、ＰＡＰ−ＰＣＲにおけるＴ６０６Ｓ変異体の使用を示す。ここで「ＰＡＰ−ＰＣＲ」と呼ばれるピロリン酸分解活性化重合は、プライマーがピロリン酸により活性化される前に、ブロックプライマーが完全に一致した鋳型分子に結合することを要する、特異性を向上させるＰＣＲプロセスの修正法である。この「特異性確認」は、エラーが起き、ピロリン酸分解が不一致プライマーを発生させる場合、得られる伸長産物は、伸長の続く回でなお不一致であるはずであり、それゆえ不一致アンプリコンは累積しないため、ＰＣＲの各サイクルで有効である。

我々は、Ｍ１３ｍｐ１８を鋳型として利用するモデルシステムにおいてＰＡＰ−ＰＣＲを行うため、我々のＴ６０６Ｓ変異体の１つの能力を試験した。使用したプライマーは以下の配列を有した。
ＫＡＢ７７：ＣＧＣＣＴＧＧＴＣＴＧＴＡＣＡＣＣＧＴＴＣＥ（配列番号２６）、ここでＥ＝２’ＰＯ_４―ｄＡであり、
ＫＡＢ７１：ＧＧＡＡＣＧＡＧＧＧＴＡＧＣＡＡＣＧＧＣＴＡＣＥ（配列番号２７）、ここでＥ＝２’ＰＯ_４−ｄＡである。

２つのプライマーは共に、Ｍ１３鋳型から３４２ｂｐのアンプリコンを作ることが期待される。この両プライマーは、３’末端を２’ＰＯ_４基でブロックされ、末端ｄＡ残基のピロリン酸分解によりその基が除去されるまで伸長できないことに留意されたい。別の２’ＰＯ_４−ブロックプライマーのピロリン酸分解により活性化速度が変化すること、及びＫＡＢ７７活性化は比較的遅く、高効率のアンプリコンを得るため、ＰＣＲにおいて最大５分の長い伸長時間を要することが、従来の観察で示唆されている。対照的に、ＧＬＴＤＳＥ ＣＳ５ ＤＮＡポリメラーゼ変異体を用いると、Ｍ１３鋳型及び上記列挙したプライマーから急速且つ高効率にアンプリコンがもたらされることを、我々は見出した。

使用した反応条件を、以下の表４に列挙する。

「酵素保存緩衝液」の組成は、実施例Ｉにおいて既に示した通りである。ＳＹＢＲグリーンＩにより、３８４ウェル動力学熱サイクル装置において、蛍光による産物累積の検出が可能であった。ｄＵＴＰ及びＵＮＧの使用は、アンプリコン滅菌を可能にし、従来のＰＣＲ実験から混入を防ぐ。

実験は、ＫＯＡｃ濃度を２０−１２０ｍＭの範囲、ピロリン酸濃度を０．１５−０．３ｍＭの範囲、及びＭｇ（ＯＡｃ）_２濃度を２−４ｍＭの範囲で変化させた反応混合物を用いて行った。全ての反応は、二重に行った。サイクル条件は、５０℃で２分（ＵＮＧ滅菌させる）；９２℃で１分；その後９２℃で１５秒を４６サイクル、そして６２℃で３５秒アニーリング／伸長、とした。

我々は、上記の表で示した条件を用い、Ｃｔ２１．４サイクルでの増加した相対蛍光によりアンプリコン形成を検出した。これは、その投入コピー数及び３５秒のみの比較的短い伸長時間でも、非常に効率的な増幅が達成できたことを示す。アガロースゲル解析は、期待された３４２ｂｐアンプリコンは、これらの条件下で作製された検出可能な産物のみであったことを示した。

さらに、我々は、Ｃｔにおけるわずかなサイクル遅延だけで、反応条件がいくらか変えられることを見出した。例えば、１サイクル以下のＣｔ遅延をさせるには、ＫＯＡｃ濃度を、６０−１００ｍＭで変化させ；且つピロリン酸を０．１５−０．３ｍＭの間で変化させる；且つＭｇ（ＯＡｃ）_２を２．５−３．５ｍＭの間で変化させてもよい。これは、ＧＬＤＴＳＥ ＣＳ５ ＤＮＡポリメラーゼが、適度に広範な反応条件下、これらのブロックプライマーを用いて、急速及び高効率なＰＡＰ−ＰＣＲを行うことができることを示す。

Claims (15)

1. Ｒ−Ｘ₁−Ｘ₂−Ｘ₃−Ｋ−Ｌ−Ｘ₄−Ｘ₅−Ｘ₆−Ｙ−Ｘ₇−Ｘ₈−Ｘ₉−Ｘ₁₀−Ｘ₁₁、
   式中、
   Ｘ₁は、Ｅ、Ｑ、Ｇ、Ｋ、及びＴからなる群から選択され、
   Ｘ₂は、Ｌ、Ｉ又はＹであり、
   Ｘ₃は、Ｔ、Ｍ、Ｄ、Ｓ、Ｇ、Ａ、Ｑ、及びＬからなる群から選択され、
   Ｘ₄は、Ｋ、Ｒ又はＱであり、
   Ｘ₅は、Ｎ、Ｓ又はＧであり、
   Ｘ₆は、Ｓであり、
   Ｘ₇は、Ｖ、Ｉ、Ｌ、Ａ、Ｔからなる群から選択され、
   Ｘ₈は、Ｄ又はＥであり、
   Ｘ₉は、Ｐ、Ａ、Ｇ、Ｋ、Ｔ、及びＳからなる群から選択され、
   Ｘ₁₀は、Ｌ又はＩであり、
   Ｘ₁₁は、Ｐ又はＬである；
   を含んでなるＤＮＡポリメラーゼであって、
   Ｘ₆がＴであり他は同一のポリメラーゼと比較して、ピロリン酸分解活性化重合（ｐｙｒｏｐｈｏｓｐｈｏｒｏｌｙｓｉｓ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）（ＰＡＰ）活性が向上している、ＤＮＡポリメラーゼ。
2. Ｘ₆がＴであり他は同一のポリメラーゼと比較して、ブロックプライマーＫＡＢ７７（配列番号２７）を伸長させる速度がより速い、請求項１に記載のＤＮＡポリメラーゼ。
3. ＣＳ５ ＤＮＡポリメラーゼ（配列番号２０）と、少なくとも９０％の配列同一性を有するキメラポリメラーゼを含んでなる、請求項１に記載のＤＮＡポリメラーゼ。
4. 前記キメラポリメラーゼが、Ｇ４６Ｅ、Ｌ３２９Ａ、及びＥ６７８Ｇ、及びＴ６０６Ｓからなる群から選択される１又は複数のアミノ酸置換を有する、配列番号２２を含んでなる、請求項３に記載のＤＮＡポリメラーゼ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の前記ＤＮＡポリメラーゼをコードする、組換え核酸。
6. 請求項５に記載の組換え核酸を含んでなる、発現ベクター。
7. 請求項６に記載の発現ベクターを含んでなる、宿主細胞。
8. 変異ＤＮＡポリメラーゼであって、
   （i）その非改変体において、前記ポリメラーゼがピロリン酸分解活性化重合活性（ＰＡＰ）を有し、且つ以下のコンセンサス配列、
   Ｒ−Ｘ₁−Ｘ₂−Ｘ₃−Ｋ−Ｌ−Ｘ₄−Ｘ₅−Ｘ₆−Ｙ−Ｘ₇−Ｘ₈−Ｘ₉−Ｘ₁₀−Ｘ₁₁（配列番号２４）、
   ここで、Ｘ₁、Ｘ₃、Ｘ₇及びＸ₉は、任意のアミノ酸であり、
   Ｘ₂は、Ｌ、Ｉ又はＹであり、
   Ｘ₄は、Ｋ、Ｒ又はＱであり、
   Ｘ₅は、Ｎ、Ｓ又はＧであり、
   Ｘ₆は、Ｔであり、
   Ｘ₈は、Ｄ又はＥであり、
   Ｘ₁₀は、Ｌ又はＩであり、
   Ｘ₁₁は、Ｐ又はＬである；
   を有するアミノ酸配列を含んでなり、
   （ii）当該変異ポリメラーゼは、その非改変体と比較して、位置Ｘ₆をＳとするアミノ酸置換を有し、及びここで；
   （iii）当該ポリメラーゼは、Ｘ₆がＴであり、ＰＡＰ活性を有する前記非改変体と比較して、ＰＡＰ活性が向上している、変異ＤＮＡポリメラーゼ。
9. 前記ポリメラーゼの非改変体が、
   （ａ）ＣＳ５ ＤＮＡポリメラーゼ
   （ｂ）サーマス・サーモフィルス（Ｔｈｅｒｍｕｓ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ）
   （ｃ）サーマス・カルドフィルス（Ｔｈｅｒｍｕｓ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ）
   （ｄ）サーマス種Ｚ０５
   （ｅ）サーマス・アクアティクス（Ｔｈｅｒｍｕｓ ａｑｕａｔｉｃｕｓ）
   （ｆ）サーマス・フラバス（Ｔｈｅｒｍｕｓ ｆｌａｖｕｓ）
   （ｇ）サーマス・フィリフォルミス（Ｔｈｅｒｍｕｓ ｆｉｌｉｆｏｒｍｉｓ）
   （ｈ）サーマス種ｓｐｓ１７
   （ｉ）デイノコッカス・ラディオデュランス（Ｄｅｉｎｏｃｏｃｃｕｓ ｒａｄｉｏｄｕｒａｎｓ）
   （ｊ）バチルス・ステレオサーモフィルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｔｅａｒｏｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ）
   （ｋ）バチルス・カルドテナクス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｃａｌｄｏｔｅｎａｘ）
   （ｌ）エシェリア・コリ（Ｅｓｃｈｅｒｉａ ｃｏｌｉ）
   （ｍ）サーモトガ・マリチマ（Ｔｈｅｒｍｏｔｏｇａ ｍａｒｉｔｉｍａ）
   （ｎ）サーモシフォ・アフリカヌス（Ｔｈｅｒｍｏｓｉｐｈｏ ａｆｒｉｃａｎｕｓ）
   （ｏ）サーモトガ・ネアポリタナ（Ｔｈｅｒｍｏｔｏｇａ ｎｅａｐｏｌｉｔａｎａ）
   （ｐ）ホット・スプリング・ファミリーＡ
   （ｑ）（ａ）〜（ｐ）のいずれか１つと少なくとも９０％配列同一性を有するＤＮＡポリメラーゼ、
   からなる群から選択される、請求項８に記載の変異ＤＮＡポリメラーゼ。
10. 前記ポリメラーゼの非改変体が、キメラＤＮＡポリメラーゼを含んでなり、ここで、当該キメラポリメラーゼは、ＣＳ５ ＤＮＡポリメラーゼ（配列番号２０）と、少なくとも９０％の配列同一性を有する、請求項８に記載の変異ＤＮＡポリメラーゼ。
11. 前記キメラポリメラーゼが、Ｇ４６Ｅ、Ｌ３２９Ａ、及びＥ６７８Ｇ、及びＴ６０６Ｓからなる群から選択される１又は複数のアミノ酸置換を有する配列番号２２を含んでなる、請求項１０に記載のＤＮＡポリメラーゼ。
12. ポリヌクレオチド鋳型、３'末端で伸長不可能なヌクレオチドを有する少なくとも１つのプライマー、及び請求項１〜４又は８〜１１のＤＮＡポリメラーゼを含んでなり、ここで、当該伸長不可能なヌクレオチドは、２'−ターミネーターヌクレオチドである、反応混合物。
13. 請求項１〜４又は請求項８〜１１に記載のＤＮＡポリメラーゼを、プライマー、ポリヌクレオチド鋳型、及び遊離のヌクレオチドと接触させることを含んでなり、
    ここで当該プライマーの３'末端が、伸長不可能なヌクレオチドで遮断され、
    及び、当該プライマーの３'末端の伸長不可能なヌクレオチドのピロリン酸分解に適する条件下で、当該プライマーが伸長し、それにより、ピロリン酸分解活性化重合が達成される、ピロリン酸分解活性化重合を達成するための方法。
14. 請求項１〜４又は請求項８〜１１に記載のＤＮＡポリメラーゼを、プライマー、ヌクレオチド鋳型、及び遊離ヌクレオチドと、当該プライマーの伸長に適する条件下で接触させ、それにより伸長プライマーを作製することを含んでなる、プライマー伸長を行うための方法。
15. 請求項１〜４又は請求項８〜１１に記載のＤＮＡポリメラーゼを提供する少なくとも１つの容器と、以下の、
    （ａ）ピロリン酸分解活性化重合条件下、ポリヌクレオチド鋳型にハイブリダイズ可能なプライマーを提供する容器；
    （ｂ）３'末端に伸長不可能なヌクレオチドを有し、ピロリン酸分解活性化重合条件下、前記ポリヌクレオチド鋳型にハイブリダイズ可能なプライマーを提供する容器；
    （ｃ）遊離ヌクレオチドを提供する容器；
    （ｄ）ピロリン酸分解活性化重合に適する緩衝剤を提供する容器、
    からなる群から選択される１又は複数の追加の容器とを含んでなる、ピロリン酸活性化重合を行うためのキット。

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