JP2013099277A - Fluorescent probe for detecting rna with high accuracy - Google Patents

Fluorescent probe for detecting rna with high accuracy Download PDF

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孝 森井
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栄司 中田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To specifically detect an RNA having a similar sequence with high sensitivity.SOLUTION: Provided is a metastable double stranded probe capable of detecting a guanine-containing target nucleic acid, or a composition formable of the metastable double stranded probe, wherein the metastable double strand has at least one C/I base pair, and comprises a first strand having at least one cytosine residue and a second strand having at least one inosine residue (I) formable of a base pair with the cytosine residue, the second strand has a sequence corresponding to the target nucleic acid except the inosine residue, and the metastable double stranded probe is able to produce a stable double strand of the first strand with the target nucleic acid by performing strand exchange in the presence of the target nucleic acid.

Description

本発明は、準安定二重鎖プローブまたは準安定二重鎖プローブを形成可能な組成物、標的核酸検出用キット及び標的核酸の検出方法に関する。   The present invention relates to a metastable double-stranded probe or a composition capable of forming a metastable double-stranded probe, a target nucleic acid detection kit, and a target nucleic acid detection method.

近年、RNA、特に、生体内においてタンパク質に翻訳されずに機能するノンコーディングRNA(non-coding RNA)に非常に注目が集まっている。さらにその中でもmicro RNAは、高度に保存されている短いRNA分子で、発生、細胞増殖、分化、細胞周期において鍵となる制御物質として作用し、現在では多くのmiRNA配列が知られているが、いまだその機能などに関して未解明な部分も多い。また研究の次なる展開の一つとして、異なる組織間、発生段階、疾病段階におけるmicro RNA発現レベルの分析が注視されている。そのため、これらを簡便かつ正確に検出するための検出法の開発が必要である。   In recent years, much attention has been focused on RNA, particularly non-coding RNA that functions without being translated into protein in vivo. Among them, microRNA is a highly conserved short RNA molecule that acts as a key regulator in development, cell proliferation, differentiation, and cell cycle, and many miRNA sequences are currently known. There are still many unexplained parts regarding its functions. Also, as one of the next developments in research, analysis of microRNA expression levels between different tissues, developmental stage, and disease stage is closely watched. Therefore, it is necessary to develop a detection method for detecting these easily and accurately.

これまでにもいくつかの製品が開発されているが、いくつかの問題がある。通常RNAの検出のための方法としては、(i)ポリメラーゼ連鎖反応法(PCR法)、(ii)ハイブリダイゼーション法に分類される。まず、(i)は、RNAを逆転写後、PCRによって増幅して検出する方法であるが、総じて増幅過程を経るために、本来のRNA量との相関関係に大きな疑問が残る方法である。また、(i)、(ii)ともに、標的RNAと非常に類似した配列を有するRNAに対しても認識してしまうという問題点があるため、特定のRNAの高選択的な検出が達成されていなかった。特にmicro RNAにおいては、類似の配列を有しながら、その機能が大きく異なることが示唆されているlet-7群などが存在していることが知られており(非特許文献1:Cell Research (2008) 18, 549-557.)、これらの発現量を精度高く検出できることが重要である。TaqMan(登録商標) MicroRNA Assays (applied biosystems)においてlet-7a,let-7fの識別ができなかったことが示されている(非特許文献2:PNAS, (2007) 104, 11400-11405、図1)また、AmbionのmirVana miRNA Probeにおいては、miRNAの一塩基の違いを見分けることができなかったことがApplied Biosystems のHP(TechNotes 12(2))に示されている(http://www.ambion.com/jp/techlib/tn/122/1.html、図2)。   Several products have been developed so far, but there are some problems. Methods for detecting RNA are generally classified into (i) polymerase chain reaction method (PCR method) and (ii) hybridization method. First, (i) is a method in which RNA is reverse-transcribed and then amplified and detected by PCR, but since it generally undergoes an amplification process, it is a method in which a great question remains in the correlation with the original RNA amount. In addition, both (i) and (ii) have the problem of recognizing RNA having a sequence very similar to the target RNA, so that highly selective detection of specific RNA has been achieved. There wasn't. In particular, microRNA is known to have a let-7 group, which has a similar sequence but is suggested to have a significantly different function (Non-Patent Document 1: Cell Research ( 2008) 18, 549-557.), It is important to be able to detect these expression levels with high accuracy. It has been shown that let-7a and let-7f could not be identified in TaqMan (registered trademark) MicroRNA Assays (applied biosystems) (Non-patent Document 2: PNAS, (2007) 104, 11400-11405, FIG. 1). ) In addition, Ambion's mirVana miRNA Probe has shown that Applied Biosystems' HP (TechNotes 12 (2)) was unable to discriminate single nucleotide differences in miRNA (http: //www.ambion) .com / jp / techlib / tn / 122 / 1.html, Fig. 2).

さらに、従来の標的RNAに対してPCRや複数回のハイブリダイゼーションと洗浄作業、蛍光色素等でラベリング処理などが必要であり、安定した結果が得られるためには熟練した技術が必要である。また、従来の製品のいくつかは2塩基または1塩基の違いを識別できるものがあるが、そのためには標的配列ごとの設計が必要となり、時間、コストが必要となる。   Furthermore, conventional target RNA requires PCR, multiple times of hybridization and washing, labeling with a fluorescent dye, and the like, and skilled techniques are required to obtain stable results. In addition, some of the conventional products can identify the difference between 2 bases or 1 base, but this requires design for each target sequence, which requires time and cost.

特許文献1は、競合プローブを用いたハイブリダイゼーションにより標的RNAを検出する方法を開示しているが、配列が極めて類似したRNAの場合、感度及び特異性が十分ではなかった。   Patent Document 1 discloses a method for detecting a target RNA by hybridization using a competitive probe. However, in the case of RNA having a very similar sequence, sensitivity and specificity are not sufficient.

特許文献2は、核酸の二重らせんを検出する方法を開示するが、RNAの検出感度は十分ではなかった。   Patent Document 2 discloses a method for detecting a double helix of a nucleic acid, but the detection sensitivity of RNA is not sufficient.

特開平08-116997JP 08-116997 特開2011-173891JP2011-173891

Cell Research (2008) 18, 549-557.Cell Research (2008) 18, 549-557. PNAS, (2007) 104, 11400-11405PNAS, (2007) 104, 11400-11405

本発明は、非常に配列の類似した一群のRNAなどの標的核酸をすべて高感度かつ特異的に検出可能な技術を提供することを主な目的とする。   The main object of the present invention is to provide a technique capable of highly sensitively and specifically detecting all target nucleic acids such as a group of RNAs having very similar sequences.

本発明は、以下の標的核酸(DNAまたはRNA)の高精度検出用準安定二重鎖プローブまたは準安定二重鎖プローブを形成可能な組成物、標的核酸(DNAまたはRNA、特にRNA)検出用キット、標的核酸(DNAまたはRNA、特にRNA )の検出方法を提供するものである。
項1:グアニン含有標的核酸を検出可能な準安定二重鎖プローブまたは準安定二重鎖プローブを形成可能な組成物であって、前記準安定二重鎖は少なくとも1つのC/I塩基対を有し、前記準安定二重鎖は少なくとも1つのシトシン残基を有する第1鎖 と、前記シトシン残基と塩基対形成し得る少なくとも1つのイノシン残基(I)を有する第2鎖 から構成され、前記第2鎖は前記イノシン残基を除いて標的核酸 に対応する配列を有し、前記準安定二重鎖プローブは標的核酸の存在下に鎖交換を生じて第1鎖と標的核酸の安定二重鎖を生じ得る、準安定二重鎖プローブまたは準安定二重鎖プローブを形成可能な組成物。
項2:前記第1鎖は、DNA、RNA、LNA(BNA)またはPNA である、項1に記載の準安定二重鎖プローブまたは準安定二重鎖プローブを形成可能な組成物。
項3:第1鎖及び/又は第2鎖が蛍光標識されてなる、項1又は2に記載の準安定二重鎖プローブまたは準安定二重鎖プローブを形成可能な組成物。
項4:標的核酸がRNAである、項1〜3のいずれかに記載の準安定二重鎖プローブまたは準安定二重鎖プローブを形成可能な組成物。
項5:前記第2鎖は、イノシン残基を1個含む、項1〜4のいずれかに記載の準安定二重鎖プローブまたは準安定二重鎖プローブを形成可能な組成物。
項6:前記第1鎖が蛍光標識を有し、前記第2鎖が消光(クエンチャー)標識を有する、項1〜5のいずれかに記載の準安定二重鎖プローブまたは準安定二重鎖プローブを形成可能な組成物。
項7:項1〜6のいずれかに記載の準安定二重鎖プローブまたは準安定二重鎖プローブを形成可能な組成物を含む、標的核酸検出用キット。
項8:項1〜6のいずれかに記載の準安定二重鎖プローブまたは準安定二重鎖プローブを形成可能な組成物と標的核酸を有し得る試料を接触させ、標的核酸と第1鎖の安定二重鎖の形成の有無を検出することを特徴とする、標的核酸の検出方法。
The present invention provides the following metastable double-stranded probe for high-precision detection of target nucleic acid (DNA or RNA) or a composition capable of forming a metastable double-stranded probe, for detecting target nucleic acid (DNA or RNA, particularly RNA) A kit and a method for detecting a target nucleic acid (DNA or RNA, particularly RNA) are provided.
Item 1: A metastable duplex probe capable of detecting a guanine-containing target nucleic acid or a composition capable of forming a metastable duplex probe, wherein the metastable duplex comprises at least one C / I base pair. The metastable duplex comprises a first strand having at least one cytosine residue and a second strand having at least one inosine residue (I) capable of base-pairing with the cytosine residue. The second strand has a sequence corresponding to the target nucleic acid except for the inosine residue, and the metastable double-stranded probe causes strand exchange in the presence of the target nucleic acid to stabilize the first strand and the target nucleic acid. A metastable double-stranded probe or a composition capable of forming a metastable double-stranded probe capable of producing a duplex.
Item 2: The composition capable of forming the metastable double-stranded probe or metastable double-stranded probe according to Item 1, wherein the first strand is DNA, RNA, LNA (BNA) or PNA.
Item 3: The composition capable of forming the metastable double-stranded probe or metastable double-stranded probe according to Item 1 or 2, wherein the first strand and / or the second strand are fluorescently labeled.
Item 4: The composition capable of forming the metastable double-stranded probe or metastable double-stranded probe according to any one of Items 1 to 3, wherein the target nucleic acid is RNA.
Item 5: The composition capable of forming the metastable double-stranded probe or the metastable double-stranded probe according to any one of Items 1 to 4, wherein the second strand includes one inosine residue.
Item 6: The metastable duplex probe or metastable duplex according to any one of Items 1 to 5, wherein the first strand has a fluorescent label and the second strand has a quencher label A composition capable of forming a probe.
Item 7: A target nucleic acid detection kit comprising the metastable double-stranded probe according to any one of Items 1 to 6 or a composition capable of forming a metastable double-stranded probe.
Item 8: The metastable double-stranded probe according to any one of Items 1 to 6 or a composition capable of forming a metastable double-stranded probe is brought into contact with a sample that may have a target nucleic acid, and the target nucleic acid and the first strand A method for detecting a target nucleic acid, comprising detecting the presence or absence of the formation of a stable double strand.

本発明によれば、標的核酸、特に細胞内において、他の遺伝子の発現を調節する機能を有しているとして注目されているmicro-RNAを含むRNA全般に対し非常に高精度かつ高感度に検出することができる。本発明は既存の技術と比較して(i)RNAの評価に際して増幅操作を含まない点、(ii)1塩基レベルの違いを見分けることができる点で優れている。   According to the present invention, the target nucleic acid, in particular, RNA in general, including micro-RNA that has been attracting attention as having a function of regulating the expression of other genes in cells, has extremely high accuracy and high sensitivity. Can be detected. The present invention is superior to existing techniques in that (i) it does not include an amplification operation in RNA evaluation, and (ii) it can distinguish a difference in 1-base level.

miRNAは20-25塩基程度の1本鎖RNAであり、遺伝子発現を制御しており、ガンから代謝や発生、分化にいたるまでの多くの重要な生物学的プロセスにおいて、マイクロRNAがかかわっていると言われている。miRNAは配列のわずかに異なる一群のRNAが存在しているが、本発明によれば、これまで困難であったRNAの一塩基の違いまでも、増幅操作なく正確に検出することが可能となった。特に、実際、20mer RNA中 (AUACACUGAANUGAAAACUG N = A,G,C,U)のN = Gの配列のみ特異的に検出できることをLet-7aとlet-7fの識別により実証した。 さらに、導入する蛍光色素と消光物質の種類を変えることで、容易に多色での同時検出を達成することができる(例えば3色、4色での同時検出が可能である)。   miRNAs are single-stranded RNAs of about 20-25 bases that regulate gene expression, and microRNAs are involved in many important biological processes from cancer to metabolism, development, and differentiation. It is said. Although miRNA has a group of RNAs with slightly different sequences, according to the present invention, even a single base difference in RNA, which has been difficult so far, can be accurately detected without amplification operation. It was. In particular, it was demonstrated by discrimination between Let-7a and let-7f that in fact, only the sequence of N = G in 20mer RNA (AUACACUGAANUGAAAACUG N = A, G, C, U) can be specifically detected. Furthermore, simultaneous detection in multiple colors can be easily achieved by changing the type of fluorescent dye and quencher to be introduced (for example, simultaneous detection in three colors or four colors is possible).

また、蛍光色素(波長)の数だけ同時に標的DNA/RNAの有無が検出できる。   Further, the presence or absence of target DNA / RNA can be detected simultaneously by the number of fluorescent dyes (wavelengths).

非特許文献2において、TaqMan(登録商標) MicroRNA Assays (applied biosystems)においてlet-7a,let-7fの識別ができなかったことを示す。Non-Patent Document 2 shows that let-7a and let-7f could not be identified in TaqMan (registered trademark) MicroRNA Assays (applied biosystems). AmbionのmirVana miRNA Probeにおいては、miRNAの一塩基の違いを見分けることができなかったことが記載されたApplied Biosystems のHP(TechNotes 12(2)を示す。Ambion's mirVana miRNA Probe shows Applied Biosystems' HP (TechNotes 12 (2)), which describes that it was not possible to distinguish between single nucleotide differences in miRNA. has-let-7aからhas-let-7iおよびmir-98までの類似したRNA配列を示す。Similar RNA sequences from has-let-7a to has-let-7i and mir-98 are shown. PNAの構造をLNA(BNA)、RNAと共に示す。The structure of PNA is shown together with LNA (BNA) and RNA. 準安定な二重鎖の設計。図5中、「Full match duplex」は、C/I塩基対がC/G塩基対に置換されて安定になった二重鎖を示し、Full match duplexの塩基対は、C/G,A/TまたはA/Uの3種の塩基対のいずれかから構成される。Full match duplex中のいずれかのグアニン塩基をイノシン塩基に代えることで水素結合1本分不安定な準安定な2重鎖を形成出来る。Metastable double chain design. In FIG. 5, “Full match duplex” indicates a duplex in which the C / I base pair is replaced with a C / G base pair and becomes stable, and the full match duplex base pair is represented by C / G, A / It is composed of either T or A / U base pairs. Replacing any guanine base in the full match duplex with an inosine base can form a metastable duplex that is unstable for one hydrogen bond. 安定二重鎖(Full match)、準安定二重鎖、不安定二重鎖(Mismatch)が標的核酸、非標的核酸の存在下でどのように平衡が移動するのかを示す図である。標的核酸(Full match)が存在すると平衡は安定二重鎖(Full match)を形成するように傾き、非標的核酸(Mismatch)が存在しても準安定二重鎖が不安定二重鎖(Mismatch)よりも安定であるので、不安定二重鎖(Mismatch)は実質的に生成しない。It is a figure which shows how the equilibrium moves in the presence of a target nucleic acid and a non-target nucleic acid in the stable duplex (Full match), the metastable duplex, and the unstable duplex (Mismatch). When the target nucleic acid (Full match) is present, the equilibrium is inclined to form a stable double strand (Full match), and even if a non-target nucleic acid (Mismatch) is present, the metastable duplex is unstable (Mismatch). ) Is more stable, so substantially no unstable double strands (Mismatch) are produced. 第1鎖に蛍光標識(F)、第2鎖に消光標識(クエンチャー、Q)を結合した場合を示す。準安定な二重鎖はFull match配列のDNA,RNAが存在するときのみ鎖交換を起こし、蛍光を発する。The case where a fluorescent label (F) is bound to the first strand and a quenching label (quencher, Q) is bound to the second strand is shown. Metastable duplexes cause strand exchange and emit fluorescence only when DNA and RNA with full match sequences are present. DNA,RNA duplexとPNA/DNA,RNA duplexの安定性の違いを示す。PNA(peptide Nucleic Acid)を用いることでFull match とMismatchの安定性の差を大きくできる。The difference in stability between DNA, RNA duplex and PNA / DNA, RNA duplex is shown. The difference in stability between Full match and Mismatch can be increased by using PNA (peptide Nucleic Acid). 準安定二重鎖プローブの設計。 図9は、標的核酸がDNAの場合を示しているが、標的核酸がRNAの場合にも同様に準安定二重鎖プローブを設計できる。Metastable duplex probe design. Although FIG. 9 shows the case where the target nucleic acid is DNA, a metastable double-stranded probe can be similarly designed when the target nucleic acid is RNA. 準安定二重鎖プローブを用いたDNA識別能の評価Evaluation of DNA discrimination ability using metastable double-stranded probes 検出波長を設計する方法を示す。蛍光物質と消光物質の組み合わせを変えることで、2種以上の標的核酸を1回の試験で検出することができる。A method for designing the detection wavelength is shown. By changing the combination of the fluorescent substance and the quenching substance, two or more kinds of target nucleic acids can be detected in one test. 検出塩基を設計する方法を示す。蛍光物質と消光物質の組み合わせを変えることで、2種以上の標的核酸を1回の試験で検出することができる。A method for designing a detection base is shown. By changing the combination of the fluorescent substance and the quenching substance, two or more kinds of target nucleic acids can be detected in one test. 2波長を用いた一塩基レベルのターゲット配列認識。Single base level target sequence recognition using two wavelengths. RNA配列の認識Recognition of RNA sequences ALDH2 全長mRNAの検出ALDH2 full-length mRNA detection ALDH2 全長mRNAの検出ALDH2 full-length mRNA detection target DNA の検出領域。100 nM のプローブで5 nMのターゲットDNAのSNP識別が可能であることが実証された。target DNA detection region. It was demonstrated that 5 nM target DNA could be identified with 100 nM probe. let-7aとlet-7fの区別が可能であることを示す。It shows that let-7a and let-7f can be distinguished. ゲルシフトアッセイの結果(コントロールも含む)を示す。The results of the gel shift assay (including controls) are shown.

本明細書において、標的核酸としては、DNA、RNAが挙げられるが、RNAが好ましい。RNAとしては、mRNA、tRNA、miRNAなどが挙げられ、miRNAが特に好ましい標的核酸である。 RNAは主に4種類の塩基から構成され、細胞内には十数塩基から数千塩基を超えるものまで様々なRNAが存在し、類似配列のRNAが細胞内に多数存在するため、特定のRNAのみを検出することは容易ではない。例えばmiRNAであるlet-7 familyは、図3に示すようなhas-let-7aからhas-let-7i, mir-98までの類似した配列を有し、これらを識別するには一塩基レベルで配列を認識できるプローブが必要であるが、本発明の準安定二重鎖プローブまたは準安定二重鎖プローブを形成可能な組成物を使用すれば図18に示すように識別可能である。   In this specification, examples of the target nucleic acid include DNA and RNA, and RNA is preferable. Examples of RNA include mRNA, tRNA, miRNA and the like, and miRNA is a particularly preferred target nucleic acid. RNA is mainly composed of 4 types of bases, and there are various types of RNA in cells ranging from more than a dozen bases to more than a few thousand bases. It is not easy to detect only. For example, let-7 family which is miRNA has similar sequences from has-let-7a to has-let-7i, mir-98 as shown in FIG. Although a probe capable of recognizing the sequence is required, it can be identified as shown in FIG. 18 by using the metastable double-stranded probe or the composition capable of forming the metastable double-stranded probe of the present invention.

標的核酸の長さは、核酸塩基の数が15以上、好ましくは20以上であれば良く、上限は特になく、数百から数千の塩基を有する標的核酸を識別することができる。   The length of the target nucleic acid may be 15 or more, preferably 20 or more, and the upper limit is not particularly limited, and a target nucleic acid having several hundred to several thousand bases can be identified.

本発明の準安定二重鎖プローブは、アデニン、グアニン、シトシン、チミン、ウラシル、イノシンなどの核酸塩基の塩基対により2つの鎖が結合したものであればよく、DNA、RNA、LNA(BNA)、PNAなどのいずれであってもよい。LNA(BNA)、PNAなどは、シトシン残基を含有する第1鎖に適用することが望ましく、第2鎖はGをIに変更した以外は標的核酸と同じ種類の核酸(DNA又はRNA)であるのが好ましい。 RNA、LNA(BNA)、PNAの構造を図4に示す。LNA(BNA)、PNAなどは、標的核酸がハイブリダイズした安定二重鎖(Full match duplex)と、配列が類似する非標的核酸が結合した不安定二重鎖(Mismatch duplex)との安定性の差が大きくなり、配列識別能の向上する(図5〜8)。   The metastable double-stranded probe of the present invention may be any one in which two strands are linked by a base pair of nucleobase such as adenine, guanine, cytosine, thymine, uracil, inosine, and the like, DNA, RNA, LNA (BNA) Any of PNA and the like may be used. LNA (BNA), PNA, etc. are preferably applied to the first strand containing cytosine residues, and the second strand is the same type of nucleic acid (DNA or RNA) as the target nucleic acid except that G is changed to I Preferably there is. The structures of RNA, LNA (BNA) and PNA are shown in FIG. LNA (BNA), PNA, etc. have stability between a stable duplex (full match duplex) hybridized with a target nucleic acid and an unstable duplex (mismatch duplex) bound with a non-target nucleic acid of similar sequence. The difference increases and sequence discrimination ability is improved (FIGS. 5-8).

本発明のプローブは、準安定二重鎖プローブを予め形成させて用いても良く、準安定二重鎖プローブを構成する第1鎖と第2鎖を含む組成物として用いても良い。該組成物は、単独で溶液中で反応させると準安定二重鎖プローブを形成するが、標的核酸と反応させた場合、予め二重鎖を形成させていると、第1鎖と第2鎖の鎖分離を行った後に標的核酸が第1鎖と結合することになるので、例えば第1鎖と第2鎖は各々合成して粉末状で混合するか、別々の溶液を作成して試料中で混合して準安定二重鎖プローブを形成できる条件においてもよい。本発明の組成物では、シトシン含有第1鎖とイノシン含有第2鎖を等モルないし等量用いてもよく、第2鎖を過剰に用いてもよい。第1鎖に蛍光標識し、第2鎖に消光標識した場合、第2鎖は等モル〜過剰量で使用するのがよい。   The probe of the present invention may be used by forming a metastable double-stranded probe in advance, or may be used as a composition comprising a first strand and a second strand constituting the metastable double-stranded probe. The composition forms a metastable double-stranded probe when reacted alone in a solution, but when reacted with a target nucleic acid, the first strand and the second strand are formed if a double strand is formed in advance. Since the target nucleic acid binds to the first strand after the strand separation of, for example, the first strand and the second strand are synthesized and mixed in powder form, or separate solutions are prepared in the sample. The conditions may be such that a metastable double-stranded probe can be formed by mixing together. In the composition of the present invention, the first chain containing cytosine and the second chain containing inosine may be used in equimolar to equivalent amounts, or the second chain may be used in excess. When the first strand is fluorescently labeled and the second strand is quenched, the second strand is preferably used in an equimolar to excess amount.

本明細書において、シトシン残基(C)とイノシン残基(I)の塩基対を「C/I」と表記する。同様に、アデニン残基(A)とウラシル残基(U)の塩基対は「A/U」;アデニン残基(A)とチミン残基(T)の塩基対は「A/T」;シトシン残基(C)とグアニン残基(G)の塩基対は「C/G」と各々表記する。   In the present specification, the base pair of cytosine residue (C) and inosine residue (I) is referred to as “C / I”. Similarly, the base pair of adenine residue (A) and uracil residue (U) is “A / U”; the base pair of adenine residue (A) and thymine residue (T) is “A / T”; The base pair of the residue (C) and the guanine residue (G) is expressed as “C / G”, respectively.

「準安定二重鎖」とは、少なくとも1個のシトシン残基(C)とイノシン残基(I)の塩基対(C/I)を有する二重鎖を指す。準安定二重鎖は、通常1個又は2個、特に1個のC/Iを有するが、準安定二重鎖が長くなるにつれて、C/Iを2個以上有することが可能である。準安定二重鎖が30個以下の塩基対を有する場合には、C/I塩基対を通常1個有する。準安定二重鎖の長さが50塩基以上、例えば100塩基以上であるような長い二重鎖である場合には、長さに比例してイノシン残基の数を多くすることができる。また、準安定二重鎖におけるG/C含量が高い場合には、それに応じてイノシン残基の数を多くすることができる。   “Metastable duplex” refers to a duplex having at least one cytosine residue (C) and inosine residue (I) base pair (C / I). A metastable duplex usually has one or two, especially one C / I, but as the metastable duplex becomes longer, it can have more than one C / I. When a metastable duplex has 30 or fewer base pairs, it usually has one C / I base pair. When the length of the metastable duplex is 50 bases or longer, such as 100 bases or longer, the number of inosine residues can be increased in proportion to the length. Further, when the G / C content in the metastable duplex is high, the number of inosine residues can be increased accordingly.

「安定二重鎖(Full match duplex)」とは、C/GとA/T、或いはC/GとA/Uの2種の塩基対の組み合わせのいずれかから構成される二重鎖を指し、例えば標的核酸がRNAの場合にはC/GとA/Uの2種の塩基対の組み合わせ、標的核酸がDNAの場合にはC/G、A/Tの2種の塩基対の組み合わせから安定二重鎖は構成されてもよい。   “Full match duplex” refers to a duplex composed of either C / G and A / T or a combination of two base pairs, C / G and A / U. For example, when the target nucleic acid is RNA, a combination of two base pairs C / G and A / U, and when the target nucleic acid is DNA, a combination of two base pairs C / G and A / T A stable duplex may be constructed.

「不安定二重鎖(Mismatch duplex)」とは、第1鎖の配列に含まれるいずれかの塩基対が一つ以上相補鎖を形成していないものである。「不安定二重鎖(Mismatch duplex)」に含まれるミスマッチの位置は、端部であっても中央部であっても良い。   “Mismatch duplex” means that one or more base pairs contained in the first strand sequence do not form one or more complementary strands. The position of the mismatch included in the “mismatch duplex” may be the end or the center.

「第2鎖は前記イノシン残基を除いて標的核酸に対応する配列を有する」とは、イノシン残基以外の第2鎖の核酸残基(A、T、C、G、U)は、標的核酸とA/TもしくはA/U、C/Gの塩基対を形成するような塩基であることを意味する。   “The second strand has a sequence corresponding to the target nucleic acid excluding the inosine residue” means that the second strand nucleic acid residues (A, T, C, G, U) other than the inosine residue are the target. It means a base that forms a nucleic acid A / T or A / U, C / G base pair.

第2鎖のイノシン残基(I)の位置は、端部であっても中央部であっても良いが、中央部又はそれに近い位置にイノシン残基を有するのが、感度、特異性を向上するために好ましい。   The position of inosine residue (I) in the second strand may be at the end or in the middle, but having an inosine residue at or near the center improves sensitivity and specificity. This is preferable.

グアニン含有標的核酸のうち、グアニン部位をイノシン残基に置換したものが第2鎖であり、標的核酸がDNAの場合には、第2鎖はDNA、標的核酸がRNAの場合には第2鎖はRNAで構成されるのが好ましい。   Of the guanine-containing target nucleic acids, those in which the guanine site is replaced with an inosine residue is the second strand. When the target nucleic acid is DNA, the second strand is DNA, and when the target nucleic acid is RNA, the second strand Is preferably composed of RNA.

図5に示すように、本発明の準安定二重鎖プローブに標的核酸が共存すると、標的核酸とシトシン残基を含有する第1鎖との二重鎖がより安定になるために、準安定二重鎖の第2鎖と標的核酸の鎖交換が起こる。標的核酸とシトシン残基を含有する第1鎖との二重鎖は、準安定二重鎖のC/IがC/Gに置換されたものであり、安定二重鎖(Full match duplex)となる。一方、本発明の準安定二重鎖プローブのいずれか位置に配列が異なる非標的核酸が共存すると、非標的核酸とシトシン残基を含有する第1鎖との二重鎖は準安定二重鎖よりも安定性が低い二重鎖(Mismatch duplex)であるため、鎖交換が生じることはなく、準安定二重鎖はそのまま存在する。   As shown in FIG. 5, when the target nucleic acid coexists with the metastable double-stranded probe of the present invention, the duplex of the target nucleic acid and the first strand containing a cytosine residue becomes more stable. Strand exchange between the second strand of the duplex and the target nucleic acid occurs. The duplex between the target nucleic acid and the first strand containing a cytosine residue is a metastable duplex in which C / I is replaced by C / G. Become. On the other hand, when non-target nucleic acids having different sequences coexist in any position of the metastable double-stranded probe of the present invention, the duplex of the non-target nucleic acid and the first strand containing a cytosine residue is metastable duplex. Since it is a less stable duplex (Mismatch duplex), no strand exchange occurs, and the metastable duplex exists as it is.

標的核酸を含み得るサンプルと本発明の準安定二重鎖プローブの鎖交換は、室温で行ってもよいが、加熱条件下に行うのが好ましい。加熱条件は、例えば50〜100℃、好ましくは60〜95℃程度、より好ましくは70〜90℃程度である。鎖交換の反応時間は、0.1分〜1時間程度、好ましくは0.2〜30分程度、より好ましくは0.3〜10分程度、さらに好ましくは0.4〜5分程度、特に0.5〜3分程度である。温度が低いほど鎖交換反応に時間がかかるので、反応条件は、適宜選択できる。   The strand exchange between the sample that may contain the target nucleic acid and the metastable double-stranded probe of the present invention may be performed at room temperature, but is preferably performed under heating conditions. The heating conditions are, for example, 50 to 100 ° C, preferably about 60 to 95 ° C, more preferably about 70 to 90 ° C. The chain exchange reaction time is about 0.1 minute to 1 hour, preferably about 0.2 to 30 minutes, more preferably about 0.3 to 10 minutes, still more preferably about 0.4 to 5 minutes, especially 0. About 5 to 3 minutes. Since the chain exchange reaction takes longer as the temperature is lower, the reaction conditions can be appropriately selected.

このように、標的核酸のみが準安定二重鎖プローブと鎖交換を生じるため、1塩基の相違を鋭敏に検出することができ、高感度かつ特異的に標的核酸を検出できる。   In this way, since only the target nucleic acid causes strand exchange with the metastable double-stranded probe, the difference in one base can be detected sensitively, and the target nucleic acid can be detected with high sensitivity and specificity.

本発明の準安定二重鎖プローブを構成する第1鎖、第2鎖は、塩基配列のみから構成されても良いが、水溶性を向上させるために一方又は両方の末端に水溶性の基を結合させることができる。このような水溶性の基としては、アミノ酸又はペプチド、ポリエチレングリコール(PEG)などのポリエーテル基、糖鎖などが挙げられる。アミノ酸又はペプチドは、核酸との結合の場合、塩基性のアミノ酸(Arg,Lys,His、好ましくはLys)または塩基性アミノ酸を含むペプチド(例えばKKK)が、電荷の中和と水溶性の付与を兼ねているので好ましいが、酸性アミノ酸(Glu、Aspなど)も水溶性を付与するために使用可能である。さらにSerなどの中性かつ水溶性のアミノ酸を使用することもでき、酸性、中性、塩基性アミノ酸を適宜組み合わせて使用することもできる。 また、蛍光物質とクエンチャーの位置関係を調整するために、例えばAEEAのような任意のスペーサーを結合させてもよい。   The first strand and the second strand constituting the metastable double-stranded probe of the present invention may be composed only of a base sequence, but in order to improve water solubility, a water-soluble group is provided at one or both ends. Can be combined. Examples of such water-soluble groups include amino acids or peptides, polyether groups such as polyethylene glycol (PEG), sugar chains, and the like. When an amino acid or peptide is bound to a nucleic acid, a basic amino acid (Arg, Lys, His, preferably Lys) or a peptide containing a basic amino acid (for example, KKK) can neutralize charge and impart water solubility. Although it is also preferable, acidic amino acids (Glu, Asp, etc.) can also be used to impart water solubility. Furthermore, neutral and water-soluble amino acids such as Ser can be used, and acidic, neutral and basic amino acids can be used in appropriate combination. Moreover, in order to adjust the positional relationship between the fluorescent substance and the quencher, for example, an arbitrary spacer such as AEEA may be combined.

図6に示すように、標的核酸の配列と相補的な第1鎖(PNA、DNA、RNA、LNA(BNA)などで良い)に対し、適切な蛍光色素を修飾する。その第1鎖に対して標的RNAよりも不安定な第2鎖(具体的には、GをIに置換することで水素結合1本分だけ安定性が落ちるdecoy RNA)に消光物質を修飾したものを用意する。そうすることで、標的RNAが存在しない場合、第1鎖と第2鎖(decoy RNA)が相補鎖を形成するため、蛍光がoffの状態となる。そこに標的RNAが存在すると、鎖交換がおこり、蛍光が回復することになる。特筆すべきは、標的RNAと比べ、わずか1塩基しか異ならないRNA(偽RNA)が存在した場合、decoy RNAの方が安定であるため、鎖交換は起こらない。つまり、従来法に比べると、標的RNA以外の偽RNAが共存していてもそれらとは応答しないため、高選択的に検出することができる。準安定二重鎖プローブに対し、このような蛍光物質と消光物質で標識した本発明の好ましい実施形態の特徴としては、以下が挙げられる:
(i)標的RNAの存在を、蛍光強度を測定するだけの簡便な操作によって評価できる。
(ii) 準安定二重鎖プローブとして標的RNAよりもわずか水素結合1本分だけ不安定なイノシン-グアニン塩基対を利用すること。
(iii)標的配列を含む1本鎖または2重鎖のDNA存在下でもRNAのみを特異的に検出できる。
(iv)標的RNAに対する処理(PCR増幅蛍光色素での標識)が必要ない。
(v)標的RNAに対するプローブの設計が容易である。
As shown in FIG. 6, an appropriate fluorescent dye is modified on the first strand complementary to the sequence of the target nucleic acid (may be PNA, DNA, RNA, LNA (BNA), etc.). The quencher is modified to a second strand that is more unstable than the target RNA (specifically, a decoy RNA whose stability is reduced by one hydrogen bond by replacing G with I). Prepare things. By doing so, when the target RNA is not present, the first strand and the second strand (decoy RNA) form a complementary strand, and thus the fluorescence is turned off. If the target RNA is present there, strand exchange occurs and fluorescence is restored. It should be noted that when there is RNA (pseudo RNA) that differs by only one base compared to the target RNA, decoy RNA is more stable and no strand exchange occurs. In other words, compared to the conventional method, even if pseudo RNA other than the target RNA coexists, it does not respond to them, and therefore can be detected with high selectivity. Features of preferred embodiments of the invention labeled with such fluorescent and quenchers for metastable duplex probes include the following:
(i) The presence of the target RNA can be evaluated by a simple operation only by measuring the fluorescence intensity.
(ii) Use an inosine-guanine base pair that is unstable by only one hydrogen bond than the target RNA as a metastable duplex probe.
(iii) RNA can be specifically detected even in the presence of single-stranded or double-stranded DNA containing the target sequence.
(iv) No treatment for target RNA (labeling with PCR amplified fluorescent dye) is required.
(v) The design of the probe for the target RNA is easy.

準安定二重鎖プローブ又は組成物の第2鎖のプローブの設計方法を図9に示す。図9に示すように、第2鎖は、標的核酸の少なくとも1個のGをIに変えることにより容易に設計できる。   FIG. 9 shows a method for designing a metastable double-stranded probe or a second-strand probe of the composition. As shown in FIG. 9, the second strand can be easily designed by changing at least one G of the target nucleic acid to I.

準安定二重鎖プローブは、蛍光標識を有するのが好ましい。図7は準安定二重鎖プローブが蛍光標識を有する場合を示す。標識のための蛍光物質としては、FAM(5−または6−カルボキシフルオレセイン)、VIC、NED、フルオレセイン、FITC、IRD−700/800、CY2、CY3、CY5、CY3.5、CY5.5、HEX、TET、TAMRA 、 SNARF、SNAFL、Naphtofluorescein、JOE、ROX、BODIPY TMR、オレゴングリーン、ローダミングリーン、ローダミンレッド、テキサスレッド、ヤキマイエロー、アレクシアフルオレ(Alexa Fluor)PET、バイオサーチブルー(商標)、マリーナブルー(登録商標)、ボセルブルー(登録商標)、アレクシアフルオレ(登録商標)、350FAM(商標)、SYBR(登録商標)グリーン1、フルオレセイン、エバグリーン(商標)、アレクシアフルオレ(登録商標)488 JOE(商標)、VIC(商標)、HEX(商標)、TET(商標)、カルフルオレ(CAL Fluor)(登録商標)ゴールド540、ヤキマイエロー(登録商標)、ROX(商標)、カルフルオレ(登録商標)レッド610、Cy3.5(商標)、テキサスレッド(登録商標)、アレクシアフルオレ(登録商標)、568Cy5(商標)、クエーサー(Quasar)(商標)670、ライトサイクラー(Light Cycler)レッド640(登録商標)、アレクシアフルオレ633クエーサー(商標)705、ライトサイクラーレッド705(登録商標)、アレクシアフルオレ(登録商標)680、SYTO(登録商標)9、LCグリーン(登録商標)、LCグリーン(登録商標)プラス、エバグリーン(商標)、ナフタレン、ピレン、ペリレン、アントラセン、ペンタセン、ダンシル(Dansyl)、コロネン、量子ドットなどが挙げられる。   The metastable double-stranded probe preferably has a fluorescent label. FIG. 7 shows the case where the metastable duplex probe has a fluorescent label. Fluorescent substances for labeling include FAM (5- or 6-carboxyfluorescein), VIC, NED, fluorescein, FITC, IRD-700 / 800, CY2, CY3, CY5, CY3.5, CY5.5, HEX, TET, TAMRA, SNARF, SNAFL, Naphtofluorescein, JOE, ROX, BODIPY TMR, Oregon Green, Rhodamine Green, Rhodamine Red, Texas Red, Yakima Yellow, Alexa Fluor PET (Alexa Fluor) PET, BioSearch Blue (trademark), Marina Blue (Registered trademark), Bothel Blue (registered trademark), Alexia Fluore (registered trademark), 350 FAM (registered trademark), SYBR (registered trademark) Green 1, Fluorescein, Evergreen (registered trademark), Alexia Fluore (registered trademark) 488 JOE ( Trademark), V C (TM), HEX (TM), TET (TM), CAL Fluor (R) Gold 540, Yakima Yellow (R), ROX (TM), Calfluore (R) Red 610, Cy3.5 (Trademark), Texas Red (trademark), Alexia Fluore (trademark), 568Cy5 (trademark), Quasar (trademark) 670, Light Cycler red 640 (trademark), Alexia fluore 633 Quasar (trademark) 705, Light Cycler Red 705 (trademark), Alexia Fluore (trademark) 680, SYTO (trademark) 9, LC Green (trademark), LC Green (trademark) plus, Evergreen (trademark) ), Naphthalene, pyrene, perylene, anthracene, pentacene, dansyl Dansyl), coronene, and the like quantum dots.

準安定二重鎖プローブは、二重鎖が結合しているときには消光し、標的核酸との鎖交換が生じたときには発光するような蛍光物質と消光物質(クエンチャー)の組み合わせが好ましい(図5)。このような組み合わせとしては、以下のCy5とBHQ3、Cy3とBHQ2、FAMとBHQ1、Cy2とBHQ1、CoumarinとDabsyl 、BHQ1とTET、BHQ2とHEX、BHQ2とJOE、BHQ0とAlexa(登録商標)350、BHQ0とPacific Blue、BHQ0とDansyl、BHQ0とCY2、BHQ1とFAM、BHQ1とJOE、BHQ1とOrenge Green(登録商標)、BHQ2とTAMRA、BHQ2とCAL Fluore Red、BHQ2とROX、BHQ2とQuasar 570、BHQ2とQuasar670、BHQ3とCAL Fluore Red、BHQ3とQuasar670
などが挙げられる。
The metastable double-stranded probe is preferably a combination of a fluorescent substance and a quenching substance (quencher) that is quenched when the duplex is bound, and emits light when strand exchange with the target nucleic acid occurs (FIG. 5). ). Such combinations include Cy5 and BHQ3, Cy3 and BHQ2, FAM and BHQ1, Cy2 and BHQ1, Coumarin and Dabsyl, BHQ1 and TET, BHQ2 and HEX, BHQ2 and JOE, BHQ0 and Alexa (registered trademark) 350, BHQ0 and Pacific Blue, BHQ0 and Dansyl, BHQ0 and CY2, BHQ1 and FAM, BHQ1 and JOE, BHQ1 and Orenge Green (registered trademark), BHQ2 and TAMRA, BHQ2 and CAL Fluore Red, BHQ2 and ROX, BHQ2 and Quasar2 570B And Quasar670, BHQ3 and CAL Fluore Red, BHQ3 and Quasar670
Etc.

図11に示すように、蛍光物質と蛍光波長の組み合わせを選択することで、検出波長を任意に選択することができる。   As shown in FIG. 11, the detection wavelength can be arbitrarily selected by selecting the combination of the fluorescent substance and the fluorescence wavelength.

図12に示すように、蛍光物質と消光物質の組み合わせを複数使用し、各々に異なる検出塩基を適用することで、検出塩基を容易に変更できる。   As shown in FIG. 12, the detection base can be easily changed by using a plurality of combinations of fluorescent substances and quenching substances and applying different detection bases to each.

蛍光物質は第1鎖に結合され、消光物質は第2鎖に結合されるのがよいが、蛍光物質が第2鎖に結合され、消光物質が第1鎖に結合されてもよい。このような構成によると、蛍光の測定により、標的核酸の有無を検出できる。   The fluorescent material may be bound to the first strand and the quencher may be bound to the second strand, but the fluorescent material may be bound to the second strand and the quencher may be bound to the first strand. According to such a configuration, the presence or absence of the target nucleic acid can be detected by measuring fluorescence.

従来、RNA検出キットとして、例えば以下の(i)〜(v)の商品が市販されている。本発明の準安定二重鎖プローブまたは組成物は、これらキットにさらに加えることで、従来のキットと同様の条件で反応させることができ、感度及び特異性をさらに向上させることができる。
(i) Applied Biosystems: TaqMan(登録商標) MicroRNA Assays
(ii) Ambion: mirVana miRNA Probe
(iii) EXIQON: miRCURY probe (miRCURY LNA microRNA Array)
(iv) Veritas: QuantiGene 2.0 miRNA Assay
(v) TORAY: miRNA Oligo chip
Conventionally, for example, the following products (i) to (v) are commercially available as RNA detection kits. When the metastable double-stranded probe or composition of the present invention is further added to these kits, it can be reacted under the same conditions as in conventional kits, and sensitivity and specificity can be further improved.
(i) Applied Biosystems: TaqMan® MicroRNA Assays
(ii) Ambion: mirVana miRNA Probe
(iii) EXIQON: miRCURY probe (miRCURY LNA microRNA Array)
(iv) Veritas: QuantiGene 2.0 miRNA Assay
(v) TORAY: miRNA Oligo chip

準安定二重鎖プローブまたは組成物は、標的核酸が少なくとも1 nM〜1μMの範囲では測定可能であるが、蛍光物質の測定感度を向上させることで、さらに低濃度の標的核酸を検出することも可能である。   Metastable double-stranded probes or compositions can measure target nucleic acids in the range of at least 1 nM to 1 μM, but can also detect target nucleic acids at lower concentrations by improving the sensitivity of fluorescent substances. Is possible.

本発明のプローブは、標的核酸と等量から100倍量(好ましくは3〜10倍量)又はそれ以上検出系中に存在するのが好ましく、図17に示すように、 準安定二重鎖プローブが100 nMの濃度の際に、5 nM-1 mMの濃度範囲にて標的核酸を有意な差として検出することができる。   The probe of the present invention is preferably present in the detection system in an amount equivalent to 100 times (preferably 3 to 10 times) or more of the target nucleic acid, as shown in FIG. When the concentration is 100 nM, the target nucleic acid can be detected as a significant difference in the concentration range of 5 nM-1 mM.

これらは、検出対象となるRNAなどの標的核酸が1塩基のみの相違の場合にも検出できることを示している。   These indicate that even when the target nucleic acid such as RNA to be detected is different by only one base, it can be detected.

標的核酸(DNAまたはRNA)を含むサンプルに、イノシン残基含有第2鎖(DNAまたはRNA)或いはそれを含む準安定二重鎖プローブを加え、従来のマイクロアレイにアニーリングを行うことでマイクロアレイの精度の向上が期待できる。その他、サザンブロッティング、ノーザンブロッティングなどのハイブリダイゼーションを用いた様々なキットの精度向上が期待できる。   Add the inosine residue-containing second strand (DNA or RNA) or a metastable double-stranded probe containing it to the sample containing the target nucleic acid (DNA or RNA), and anneal the conventional microarray to improve the accuracy of the microarray. Improvement can be expected. In addition, the accuracy of various kits using hybridization such as Southern blotting and Northern blotting can be expected.

本発明の準安定二重鎖プローブは、適切な蛍光標識を結合させることで、洗浄操作が不要になり、生細胞において標的核酸を検出することもでき、細胞破砕液において標的核酸を検出することもできる。   The metastable double-stranded probe of the present invention eliminates the need for a washing operation by binding an appropriate fluorescent label, can detect a target nucleic acid in a living cell, and can detect a target nucleic acid in a cell disruption solution You can also.

本発明の検出方法は非常に高感度かつ特異的であり、1個の細胞における標的核酸を検出し得る。   The detection method of the present invention is very sensitive and specific, and can detect a target nucleic acid in one cell.

以下、本発明を実施例に基づきより詳細に説明するが、本発明がこれら実施例に限定されないことはいうまでもない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail based on an Example, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to these Examples.

実施例1
(1)PNA合成
ペプチド自動合成機(SHIMADZU PSSM-8)を用いてペプチド固相合成法(Fmoc法)で合成を行った。担体にはFmocLys(Boc)-Alko-PEG-Resin(0.21 mmol/g, 100-200 mesh, 1%DVB) 10 mgを用い、各PNAモノマー及びアミノ酸を伸長させた。NMP(N-メチルピロリドン)に溶解させたそれぞれのモノマーFmoc-A(Bhoc)aeg-OH (10.0 mg, 5 eq.), Fmoc-G(Bhoc)aeg-OH (10.2 mg, 5 eq.), Fmoc-C(Bhoc)aeg-OH (9.6 mg, 5 eq.), Fmoc-Taeg-OH (7.0 mg, 5 eq.), Fmoc-Lys(Boc)-OH(4.9 mg, 5 eq.), Fmoc-AEEA-OH(4.9 mg, 5 eq.)を0.3 M HBTU/HOBt(35 ul, 5eq.), 1M N,N-diisopropylethylamine (23 ul, 5 eq.)中で30分反応させた。Fmoc保護基の脱保護には30%ピペリジン(500 ul)を用い2回行った。合成後、90% トリフルオロ酢酸(TFA)、10% m-クレゾール 1mlで3時間切り出し、脱保護を行い、冷エーテルで沈殿させた後、HPLC で精製を行った。
Example 1
(1) PNA synthesis The peptide was synthesized by a peptide solid-phase synthesis method (Fmoc method) using an automatic peptide synthesizer (SHIMADZU PSSM-8). FmocLys (Boc) -Alko-PEG-Resin (0.21 mmol / g, 100-200 mesh, 1% DVB) 10 mg was used as a carrier, and each PNA monomer and amino acid were elongated. Respective monomers Fmoc-A (Bhoc) aeg-OH (10.0 mg, 5 eq.), Fmoc-G (Bhoc) aeg-OH (10.2 mg, 5 eq.) Dissolved in NMP (N-methylpyrrolidone), Fmoc-C (Bhoc) aeg-OH (9.6 mg, 5 eq.), Fmoc-Taeg-OH (7.0 mg, 5 eq.), Fmoc-Lys (Boc) -OH (4.9 mg, 5 eq.), Fmoc -AEEA-OH (4.9 mg, 5 eq.) Was reacted in 0.3 M HBTU / HOBt (35 ul, 5 eq.), 1M N, N-diisopropylethylamine (23 ul, 5 eq.) For 30 minutes. Deprotection of the Fmoc protecting group was performed twice using 30% piperidine (500 ul). After the synthesis, the product was cut out with 1 ml of 90% trifluoroacetic acid (TFA) and 10% m-cresol for 3 hours, deprotected, precipitated with cold ether, and purified by HPLC.

合成PNAのリストとMSの結果を表1に示す。   A list of synthetic PNAs and MS results are shown in Table 1.

(2)DNA合成
株式会社ジーンデザインに以下の配列のDNA合成を依頼した。
(2) DNA synthesis Gene Design Co., Ltd. was requested to synthesize DNA with the following sequences.

合成DNAのリストと精製方法を以下の表2に示す。DNAの確認はMS(質量分析)により行った。   A list of synthetic DNAs and purification methods are shown in Table 2 below. Confirmation of DNA was performed by MS (mass spectrometry).

RNA合成
表3に示すALDH2 cRNA(rI)-BHQ3は株式会社ジーンデザインに作製を依頼した。
RNA synthesis ALDH2 cRNA (rI) -BHQ3 shown in Table 3 was commissioned to Gene Design Co., Ltd.

表3のlet-7a dI-RNA-BHQ3はDNA/RNA自動合成機(Applied Biosystems 392 DNA/RNA synthesizer)を用いて合成した。合成後、28%アンモニア水中で切り出し、脱保護(室温、12時間)後、凍結乾燥した。これを無水DMSO中(100 ul)で1M tetrabutylammonium fluoride (in THF, 50 ul)で60℃で1時間処理し、HPLCで精製した。   Let-7a dI-RNA-BHQ3 in Table 3 was synthesized using an automatic DNA / RNA synthesizer (Applied Biosystems 392 DNA / RNA synthesizer). After the synthesis, it was cut out in 28% ammonia water, deprotected (room temperature, 12 hours), and lyophilized. This was treated with 1M tetrabutylammonium fluoride (in THF, 50 ul) at 60 ° C. for 1 hour in anhydrous DMSO (100 ul) and purified by HPLC.

目的RNA配列の5’側にT7プロモーター配列(TAATA CGACT CACTA TAGGG)を付加したDNAテンプレート(50 uM, 2 ul)、100 mM DTT (10 ul), 10 x reaction buffer (10 ul), 25 mM rNTP(30 ul), T7 RNA polymerase (10 ul)、精製水(38 ul)を37℃で2.5時間反応させた。反応後、8%PAGEで精製を行った。   DNA template (50 uM, 2 ul) with T7 promoter sequence (TAATA CGACT CACTA TAGGG) added 5 'to the target RNA sequence, 100 mM DTT (10 ul), 10 x reaction buffer (10 ul), 25 mM rNTP (30 ul), T7 RNA polymerase (10 ul) and purified water (38 ul) were reacted at 37 ° C. for 2.5 hours. After the reaction, purification was performed with 8% PAGE.

RNA検出
10 uM PNA (1 uL), 30 uM decoy RNA (1uL), 10x PBS buffer (1uL) 1 mg/mL BSA (1 uL) MQ水 (6 uL)を混合し、80℃で1分間加熱処理を行った。その後、室温で冷却することで10xプローブ溶液を調整した。この10xプローブ溶液2 uLを、各標的RNAサンプル18 uLに加え、80 ℃で1分間加熱処理を行った。その後、室温で冷却し、それぞれのサンプルの蛍光強度をTECAN infinite 200 PROで測定した。結果を図14に示す。また、図15に示すALDH2 全長mRNAの検出についても同様に検出できることを確認した(図16)。
RNA detection
Mix 10 uM PNA (1 uL), 30 uM decoy RNA (1 uL), 10x PBS buffer (1 uL) 1 mg / mL BSA (1 uL) MQ water (6 uL), and heat at 80 ° C for 1 minute It was. Then, the 10x probe solution was adjusted by cooling at room temperature. 2 uL of this 10 × probe solution was added to 18 uL of each target RNA sample and heat-treated at 80 ° C. for 1 minute. Then, it cooled at room temperature and measured the fluorescence intensity of each sample by TECAN infinite 200 PRO. The results are shown in FIG. Further, it was confirmed that the detection of ALDH2 full-length mRNA shown in FIG. 15 was also possible (FIG. 16).

DNA検出
10 uM PNA (1 uL), 30 uM decoy DNA (1uL), 10x PBS buffer (1uL) 1 mg/mL BSA (1 uL) 水 (6 uL)を混合し、95℃で3分間加熱処理を行った。その後、室温で冷却することで10xプローブ溶液を調整した。 この10xプローブ溶液2 uLを、各標的DNAサンプル18 uLに加え、95 ℃で3分間加熱処理を行った。その後、室温で冷却し、それぞれのサンプルの蛍光強度をTECAN infinite 200 PRO で測定した。DNA識別能の評価結果を図10、図11、図12、図13に各々示す。
DNA detection
10 uM PNA (1 uL), 30 uM decoy DNA (1 uL), 10x PBS buffer (1 uL) 1 mg / mL BSA (1 uL) water (6 uL) were mixed and heat-treated at 95 ° C for 3 minutes . Then, the 10x probe solution was adjusted by cooling at room temperature. 2 uL of this 10 × probe solution was added to 18 uL of each target DNA sample and heat-treated at 95 ° C. for 3 minutes. Then, it cooled at room temperature and measured the fluorescence intensity of each sample by TECAN infinite 200 PRO. The evaluation results of DNA discrimination ability are shown in FIGS. 10, 11, 12, and 13, respectively.

DNA検出プローブの結果、本発明の準安定二重鎖プローブを用いてDNA塩基配列20塩基のうち、僅か一塩基の違いを識別することに成功した(図10、図11、図12、図13)。   As a result of the DNA detection probe, the metastable double-stranded probe of the present invention was successfully used to identify a difference of only one base out of 20 bases of the DNA base sequence (FIGS. 10, 11, 12, and 13). ).

本発明の準安定二重鎖プローブ又は該プローブを形成可能な組成物は、以下の利点を有する。
・プローブの励起波長/検出波長を任意に選ぶことができる。
・標的配列、検出塩基を簡単に設計できる。
・多数の標的核酸を同時に検出することができる。
The metastable double-stranded probe of the present invention or the composition capable of forming the probe has the following advantages.
-The excitation wavelength / detection wavelength of the probe can be selected arbitrarily.
-Target sequence and detection base can be designed easily.
-A large number of target nucleic acids can be detected simultaneously.

DNAを含む準安定二重鎖プローブ(例えば、PNA/DNA)をRNAを含む準安定二重鎖プローブ(例えば、PNA/RNA)にするだけでRNAの配列選択的なプローブは容易に得られる。   A sequence-selective probe of RNA can be easily obtained simply by changing a metastable double-stranded probe containing DNA (eg, PNA / DNA) to a metastable double-stranded probe containing RNA (eg, PNA / RNA).

ゲルシフトアッセイ(DNA)
10 uM DNA(2uL), PNK (10 U/uL, 0.8 uL), 10x PNK buffer (2 uL), γ32P-ATP(1.66 uM, 2 uL) 水(13.2 uL)を混合し、37℃で2時間インキュベーションした。これに精製水を30 uL加え、100 uLのフェノール/クロロホルム処理を行い、水相を1x PBSで置換したBio-spin 6 columnsで精製した。これを未ラベルDNA 111 nMに1000 count/uLになるように加え、標的DNA溶液とした。
Gel shift assay (DNA)
Mix 10 uM DNA (2 uL), PNK (10 U / uL, 0.8 uL), 10x PNK buffer (2 uL), γ 32 P-ATP (1.66 uM, 2 uL) water (13.2 uL) at 37 ℃ Incubated for 2 hours. 30 uL of purified water was added thereto, 100 uL of phenol / chloroform treatment was performed, and the aqueous phase was purified with Bio-spin 6 columns substituted with 1 × PBS. This was added to unlabeled DNA 111 nM at 1000 count / uL to obtain a target DNA solution.

また、10 uM PNA (1 uL), 30 uM decoy DNA (1uL), 10x PBS buffer (1uL) 1 mg/mL BSA (1 uL) 30% スクロース(w/v) (2 uL) MQ水 (4 uL)を混合し、95℃で3分間加熱処理を行った。その後、室温で冷却することで10xプローブ溶液を調整した。   10 uM PNA (1 uL), 30 uM decoy DNA (1uL), 10x PBS buffer (1uL) 1 mg / mL BSA (1 uL) 30% sucrose (w / v) (2 uL) MQ water (4 uL ) And heat-treated at 95 ° C. for 3 minutes. Then, the 10x probe solution was adjusted by cooling at room temperature.

この10xプローブ溶液2 uLを、各標的DNA溶液18 uL (6% スクロース) に加え、95 ℃で3分間加熱処理を行った。その後、室温で30分放置した。この溶液4 uLを、15% ポリアクリルアミドゲル(1x TBE buffer,)で150 V, 45分間泳動した後、GE healthcare社製phosphor imager STORM820にてSCAN画像を取得した。   2 uL of this 10 × probe solution was added to 18 uL of each target DNA solution (6% sucrose), and heat treatment was performed at 95 ° C. for 3 minutes. Then, it was left at room temperature for 30 minutes. 4 uL of this solution was electrophoresed on a 15% polyacrylamide gel (1x TBE buffer) at 150 V for 45 minutes, and then a SCAN image was obtained with a phosphor imager STORM820 manufactured by GE healthcare.

ゲルシフトアッセイによられたアクリルアミドゲルのイメージ結果を図19に示す。   The image result of the acrylamide gel by the gel shift assay is shown in FIG.

1x PBS bufferの組成を以下に示す。
KCl 200 mg/L
KH2PO4 200 mg/L
NaCl 8 g/L
Na2HPO4 1.15 g/L
The composition of 1x PBS buffer is shown below.
KCl 200 mg / L
KH 2 PO 4 200 mg / L
NaCl 8 g / L
Na 2 HPO 4 1.15 g / L

本発明の好ましいプローブは、DNA、RNAともに同じ方法でプローブが設計できる、目的配列に制限がほとんどない、設計が簡単である、配列選択性が高い、検出波長に制限がない、蛍光色素(波長)の数だけ同時にターゲットDNA/RNAの有無が検出できるなどの特徴を有し、標的核酸によって線上条件を検討する必要はなく、DNAないしRNA検出用キットおよびその受託サービスに適している。   Preferred probes of the present invention can be designed by the same method for both DNA and RNA, there is almost no restriction on the target sequence, the design is simple, the sequence selectivity is high, the detection wavelength is not restricted, the fluorescent dye (wavelength ), The presence or absence of target DNA / RNA can be detected at the same time, and it is not necessary to examine the line condition according to the target nucleic acid, and it is suitable for DNA or RNA detection kits and contracted services.

Claims (8)

グアニン含有標的核酸を検出可能な準安定二重鎖プローブまたは準安定二重鎖プローブを形成可能な組成物であって、前記準安定二重鎖は少なくとも1つのC/I塩基対を有し、前記準安定二重鎖は少なくとも1つのシトシン残基を有する第1鎖 と、前記シトシン残基と塩基対形成し得る少なくとも1つのイノシン残基(I)を有する第2鎖 から構成され、前記第2鎖は前記イノシン残基を除いて標的核酸に対応する配列を有し、前記準安定二重鎖プローブは標的核酸の存在下に鎖交換を生じて第1鎖と標的核酸の安定二重鎖を生じ得る、準安定二重鎖プローブまたは準安定二重鎖プローブを形成可能な組成物。 A metastable duplex probe capable of detecting a guanine-containing target nucleic acid or a composition capable of forming a metastable duplex probe, wherein the metastable duplex has at least one C / I base pair; The metastable duplex is composed of a first strand having at least one cytosine residue and a second strand having at least one inosine residue (I) capable of base-pairing with the cytosine residue. The second strand has a sequence corresponding to the target nucleic acid except for the inosine residue, and the metastable double-stranded probe causes strand exchange in the presence of the target nucleic acid, thereby stabilizing the first duplex and the target nucleic acid duplex. A metastable double-stranded probe or a composition capable of forming a metastable double-stranded probe. 前記第1鎖は、DNA、RNA、LNA(BNA)またはPNAである、請求項1に記載の準安定二重鎖プローブまたは準安定二重鎖プローブを形成可能な組成物。 The composition capable of forming a metastable double-stranded probe or metastable double-stranded probe according to claim 1, wherein the first strand is DNA, RNA, LNA (BNA) or PNA. 第1鎖及び/又は第2鎖が蛍光標識されてなる、請求項1又は2に記載の準安定二重鎖プローブまたは準安定二重鎖プローブを形成可能な組成物。 The composition capable of forming a metastable double-stranded probe or metastable double-stranded probe according to claim 1 or 2, wherein the first strand and / or the second strand are fluorescently labeled. 標的核酸がRNAである、請求項1〜3のいずれかに記載の準安定二重鎖プローブまたは準安定二重鎖プローブを形成可能な組成物。 The composition which can form the metastable double stranded probe or metastable double stranded probe in any one of Claims 1-3 whose target nucleic acid is RNA. 前記第2鎖は、イノシン残基を1個含む、請求項1〜4のいずれかに記載の準安定二重鎖プローブまたは準安定二重鎖プローブを形成可能な組成物。 The composition capable of forming a metastable double-stranded probe or a metastable double-stranded probe according to any one of claims 1 to 4, wherein the second strand contains one inosine residue. 前記第1鎖が蛍光標識を有し、前記第2鎖が消光(クエンチャー)標識を有する、請求項1〜5のいずれかに記載の準安定二重鎖プローブまたは準安定二重鎖プローブを形成可能な組成物。 The metastable double-stranded probe or metastable double-stranded probe according to any one of claims 1 to 5, wherein the first strand has a fluorescent label and the second strand has a quencher label. A formable composition. 請求項1〜6のいずれかに記載の準安定二重鎖プローブまたは準安定二重鎖プローブを形成可能な組成物を含む、標的核酸検出用キット。 A kit for detecting a target nucleic acid, comprising a metastable double-stranded probe or a composition capable of forming a metastable double-stranded probe according to any one of claims 1 to 6. 請求項1〜6のいずれかに記載の準安定二重鎖プローブまたは準安定二重鎖プローブを形成可能な組成物と標的核酸を有し得る試料を接触させ、標的核酸と第1鎖の安定二重鎖の形成の有無を検出することを特徴とする、標的核酸の検出方法。 A metastable double-stranded probe according to any one of claims 1 to 6 or a composition capable of forming a metastable double-stranded probe is brought into contact with a sample that may have a target nucleic acid, thereby stabilizing the target nucleic acid and the first strand. A method for detecting a target nucleic acid, comprising detecting the presence or absence of formation of a duplex.
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