JP2017501722A - タグ付けされたｄｎａ断片の生成 - Google Patents

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Abstract

本発明は、標的ＤＮＡのタグ付けされたＤＮＡ断片の生成のために利用される新規な方法、キットおよび使用、ならびにそれに関連する核酸分子に関する。さらに本発明は、分子生物学の分野に、より具体的にはＤＮＡ断片の生成に、および、特に、標的ＤＮＡの複数のタグ付けされたＤＮＡ断片、または標的ＤＮＡのタグ付けされたＤＮＡ断片のライブラリーの生成にそれぞれ関する。タグ付けされたＤＮＡ断片は、例えば次世代シークエンシング（ＮＧＳ）のような現代の分子生物学の技術における多くの適用のために必要とされる。

Description

本発明は、標的ＤＮＡのタグ付けされたＤＮＡ断片の生成のために利用される新規な方法、キットおよび使用、ならびにそれに関連する核酸分子に関する。
発明の分野
本発明は、分子生物学の分野に、より具体的にはＤＮＡ断片の生成に、および、特に、標的ＤＮＡの複数のタグ付けされたＤＮＡ断片、または標的ＤＮＡのタグ付けされたＤＮＡ断片のライブラリーの生成にそれぞれ関する。
発明の背景
タグ付けされたＤＮＡ断片は、現代の分子生物学の技術における多くの適用のために必要とされる。例えば、次世代シークエンシング（ＮＧＳ）のような適用において、シークエンシング（ｓｅｑｕｅｎｃｅ）されるＤＮＡは、最終的にシークエンシング反応のための基質であるクラスターの増幅前に、断片化された形態で提供されなければならない。さらに、アダプター配列は、インデックス付加、断片の増幅およびシークエンシングプライマーに特異的な配列の提供を確実にするために、テンプレートの両末端に付加されなければならない。
現在、テンプレートをプロセシングする（ｐｒｏｃｅｓｓ）ため、およびタグ付けされたＤＮＡ断片またはそのライブラリーを生成するために、それぞれ異なる方法が使用される。そのような公知の技術は、核酸の物理的または酵素的な消化、およびその後のシークエンシングに適切な末端を調製する酵素的反応（例えば、断片の酵素的末端修復、Ａ付加およびアダプターライゲーション（ｌｅｇａｔｉｏｎ））に基づく。
当該技術において、一工程での酵素的断片化およびアダプターライゲーションを含む、タグ付けされたＤＮＡ断片のライブラリーの調製のための方法が記載される。両方の反応は、小さいｄｓＤＮＡトランポゾン様分子を使用してテンプレートまたは標的ＤＮＡの断片化およびタグ付けを同時に起こす、トランスポザーゼと呼ばれる酵素によって行われる。同時に起きるアダプターライゲーションを伴う断片化は、トランスポザーゼの使用に基づく。この技術は、ＷＯ ２０１０／０４８６０５ Ａ１に開示される。それはまた、Ｉｌｌｕｍｉｎａ（登録商標） ＮｅｘｔｅｒａＴＭ ＤＮＡ Ｋｉｔの対象である。
しかしながら、トランスポザーゼおよびｄｓＤＮＡトランスポゾン様分子を使用する、同時に起きるアダプターライゲーションを伴う断片化は、いくつかの欠点を有する。鎖転移反応の基礎をなす切り貼り機構は、複雑である。トランスポザーゼ反応は、ｄｓＤＮＡトランスポゾン様分子および標的ＤＮＡの両方のヌクレオチド配列の変化という結果になり得る。したがって、その後のＤＮＡシークエンシング反応は、次いで不正確な結果を生じ得る。さらに、トランスポザーゼのための比較的長い認識配列が、ｄｓＤＮＡトランスポゾン様分子に含有される必要がある。これらの配列は、シークエンシングプライマーの一部として設計されて、異なるプラットホームおよび／またはライブラリーインデックスで作用する際に、自由度がより低いこととなるか、またはそれぞれのシークエンシングテンプレートの一部としてシークエンシングされて、シークエンシング容量の浪費を引き起こすかのいずれかである。
この背景に対して、本発明の目的は、先行技術の方法に関連する問題を減少させ得るかまたは回避し得る、標的ＤＮＡのタグ付けされたＤＮＡ断片の生成のための方法を提供することである。
本発明は、これらおよび他の需要を満たす。
国際公開第２０１０／０４８６０５号
本発明は、標的ＤＮＡのタグ付けされたＤＮＡ断片を生成するための方法であって、
（ｉ）該標的ＤＮＡと、インテグラーゼと、インテグラーゼ認識サイトを含む少なくとも１つのＤＮＡアダプター分子とを接触させて、反応混合物を得る工程、
（ｉｉ）該少なくとも１つのアダプター分子の３’プロセシングおよび鎖転移反応が該インテグラーゼによって触媒される条件下で該反応混合物をインキュベートする工程であって、ここで、
（ａ）該標的ＤＮＡが断片化されて、複数の標的ＤＮＡ断片を生成し、および
（ｂ）該少なくとも１つのＤＮＡアダプター分子が、該複数の該標的ＤＮＡ断片のそれぞれの少なくとも１つの末端に連結される、工程
を含み、該標的ＤＮＡの複数のタグ付けされたＤＮＡ断片を生成する、方法を提供する。
本発明はまた、標的ＤＮＡのタグ付けされたＤＮＡ断片のライブラリーを生成するためのインテグラーゼの使用も提供する。
本発明者らは、標的ＤＮＡのタグ付けされたＤＮＡ断片を生成するため、またはそのようなタグ付けされたＤＮＡ断片からなるライブラリーを生成するためにインテグラーゼ酵素を使用し得ることを、驚くべきことに実現した。ＷＯ ２０１０／０４８６０５に開示される、同時に起きるアダプターライゲーションを伴う、トランスポザーゼに基づく断片化とは対照的に、本発明による方法は、トランスポザーゼと比較してインテグラーゼの選択性がより低いことにより、カバレッジ均一性（ｃｏｖｅｒａｇｅ ｅｖｅｎｎｅｓｓ）がより良好な解決策を提供する。酵素的インテグラーゼ反応は、複雑さがより低く、かつ鎖転移またはＤＮＡアダプター分子の組み込みは、ヌクレオチド配列を変えないため、その後のシークエンシング反応における高い正確性を確実にする。インテグラーゼ認識サイトは、トランスポザーゼ認識サイド（ｓｉｄｅ）より短く、タグ付けされたＤＮＡ断片または結果として生じるそのライブラリーは、自由度がより高くなる。
本発明による方法は、ほんの一工程での複数のタグ付けされたＤＮＡ断片またはライブラリーの生成を可能にし、かつ作業時間を１日から１〜２時間へと短縮する。得られたタグ付けされたＤＮＡ断片は、異なるＮＧＳプラットホームにおいて使用され得る。
本明細書中において使用される場合、「標的ＤＮＡ」は、タグ付けされたその断片を生成するための反応混合物に供される、任意の目的の二本鎖ＤＮＡ（ｄｓＤＮＡ）をいう。「標的ＤＮＡ」は、生死を問わず、原核生物か真核生物かを問わない、１もしくは複数の細胞、組織、臓器、または生物を包含する任意のｉｎ ｖｉｖｏまたはｉｎ ｖｉｔｒｏの供給源由来、または生物学的な供給源もしくは環境的な供給源由来であり得る。代表的には、「標的ＤＮＡ」は、ヌクレオチド配列がシークエンシング（例えば、次世代シークエンシング（ＮＧＳ））によって明らかにされるべきであるようなｄｓＤＮＡをいうが、まったくそれのみをいうわけではない。
本明細書において使用される場合、「ＤＮＡ断片」は、より長いＤＮＡ分子から切断され、切り離され、または切り取られ、その結果もはや親分子に取り付いていない、標的ＤＮＡの一部分または断片またはセグメントを意味する。
本明細書において使用される場合、「インテグラーゼ」は、レトロウイルス（例えば、ＨＩＶ）によって生成されるレトロウイルスインテグラーゼの酵素的活性を有するタンパク質をいう。インテグラーゼは、ＤＮＡアダプター分子またはインテグラーゼ認識サイトそれぞれの３’プロセシングによって、（好ましくはそのインテグラーゼ認識サイトを介して）ＤＮＡアダプター分子を標的ＤＮＡへと組み込み、そしてＤＮＡアダプター分子を標的ＤＮＡへと転移し、したがって標的ＤＮＡのタグ付けされたＤＮＡ断片を生成することを可能にする。
本明細書において使用される場合、「ＤＮＡアダプター分子」は、タグ付けに備えるために、標的ＤＮＡの断片の一方または両方の先端に連結されるｄｓＤＮＡ分子をいう。代表的には、「ＤＮＡアダプター分子」は、約５ｂｐ〜１００ｂｐの間の長さを有する。それゆえ、「ＤＮＡアダプター分子」は、例えばＷＯ ２０１０／０４８６０５ Ａ１において使用されるようなｄｓＤＮＡトランスポゾン様分子と同一視され得ない。
本明細書において使用される場合、「インテグラーゼ認識サイド」（ｉｎｔｅｇｒａｓｅ−ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｓｉｄｅ）は、ｄｓＤＮＡまたはＤＮＡアダプター分子の、セクションまたは配列であって、それぞれ、インテグラーゼによって特異的および選択的に認識および結合され、したがってＤＮＡアダプター分子の標的ＤＮＡへの組み込みおよび／または転移を可能にする、セクションまたは配列をいう。「インテグラーゼ認識サイド」（ｉｎｔｅｇｒａｓｅ−ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｓｉｄｅ）は、長い末端反復配列（ＬＴＲ）と呼ばれるヌクレオチド配列を包含するか、またはそれによって具体化され得る。
本明細書において使用される場合、「タグ付けされた」（ｔａｇｇｅｄ）は、ＤＮＡアダプター分子の標的ＤＮＡ分子への連結のプロセスをいう。タグ付けを受けるＤＮＡ、またはタグを含有するＤＮＡは、「タグ付けされた」（例えば、「タグ付けされたＤＮＡ」）といわれる。
「前記少なくとも１つのＤＮＡアダプター分子のプロセシングおよび鎖転移反応が触媒される」条件は、当業者にとって周知である。そのような条件は、インテグラーゼがその酵素的活性を働かせることを可能にする環境をインテグラーゼに提供する。そのような条件は、インテグラーゼと標的ＤＮＡとＤＮＡアダプター分子とが相互作用してインテグラーゼ反応を可能にすることが出来ることをさらに確実にする。
タグ付けされたＤＮＡ断片または複数のＤＮＡ断片の生成はまた、タグ付けされた断片のライブラリーの生成の概念も包含する。
本発明による方法は、自明とは程遠い。
現在までに、宿主ＤＮＡへのウイルス核酸の組み込みの原理は、インテグラーゼおよびそのインヒビターの活性を試験するときに利用され得るアッセイを開発するためにのみ使用されている。この文脈において、１型ＨＩＶインテグラーゼを扱う以下の刊行物の言及がなされる：Ｉｎａｙｏｓｈｉ ｅｔ ａｌ．（２０１０），Ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ｆａｃｔｏｒ ＹＹ１ ｉｎｔｅｒａｃｔｓ ｗｉｔｈ ｒｅｔｒｏｖｉｒａｌ ｉｎｔｅｇｒａｓｅｓ ａｎｄ ｆａｃｉｌｉｔａｔｅｓ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｌｏｎｅｙ ｍｕｒｉｎｅ ｌｅｕｋｅｍｉａ ｖｉｒｕｓ ｃＤＮＡ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｈｏｓｔ ｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅｓ，Ｊ．Ｖｉｒｏｌ．８４（１６），ｐ．８２５０−８２６１；Ｇｏｏｄａｒｚｉ ｅｔ ａｌ．（１９９５），Ｃｏｎｃｅｒｔｅｄ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｔｒｏｖｉｒｕｓ−ｌｉｋｅ ＤＮＡ ｂｙ ｈｕｍａｎ ｉｍｍｕｎｏｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙ ｖｉｒｕｓ ｔｙｐｅ １ ｉｎｔｅｇｒａｓｅ，Ｊ．Ｖｉｒｏｌ．６９（１０），ｐ．６０９０−６０９７；Ｅｌｌｉｓｏｎ ｅｔ ａｌ．（１９９４），Ａ ｓｔａｂｌｅ ｃｏｍｐｌｅｘ ｂｅｔｗｅｅｎ ｉｎｔｅｇｒａｓｅ ａｎｄ ｖｉｒａｌ ＤＮＡ ｅｎｄｓ ｍｅｄｉａｔｅｓ ｈｕｍａｎ ｉｍｍｕｎｏｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙ ｖｉｒｕｓ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｖｉｔｒｏ，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ ９１（１５），ｐ．７３１６−７３２０；Ｙｏｓｈｉｎａｇａ ｅｔ ａｌ．（１９９５），Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒｏｌｅｓ ｏｆ ｂａｓｅｓ ｗｉｔｈｉｎ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｓｉｇｎａｌ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｏｆ ｈｕｍａｎ ｉｍｍｕｎｏｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙ ｖｉｒｕｓ ｔｙｐｅ １ ｉｎ ｖｉｔｒｏ，Ｊ．Ｖｉｒｏｌ．６９（５），ｐ．３２３３−３２３６；Ｑｕａｓｈｉｅ ｅｔ ａｌ．（２０１２），Ｎｏｖｅｌ ｔｈｅｒａｐｅｕｔｉｃ ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ ｔａｒｇｅｔｉｎｇ ＨＩＶ ｉｎｔｅｇｒａｓｅ，ＢＭＣ Ｍｅｄ． １０，ｐ．３４；Ｐｒｕｓｓ ｅｔ ａｌ．（１９９４），Ｈｕｍａｎ ｉｍｍｕｎｏｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙ ｖｉｒｕｓ ｉｎｔｅｇｒａｓｅ ｄｉｒｅｃｔｓ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｔｏ ｓｉｔｅｓ ｏｆ ｓｅｖｅｒｅ ＤＮＡ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｗｉｔｈｉｎ ｔｈｅ ｎｕｃｌｅｏｓｏｍｅ ｃｏｒｅ，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ ９１（１３），ｐ．５９１３−５９１７；Ｔｓｕｒｕｙａｍａ ｅｔ ａｌ．（２０１０），Ｉｎ ｖｉｔｒｏ ＨＩＶ−１ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ａｎｄ ｄｅｃｏｙ−ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｓｅｑｕｅｎｃｅ，ＰＬｏＳ Ｏｎｅ．５（１１），ｅ１３８４１；Ｈａｎｓｅｎ ｅｔ ａｌ．（１９９９），Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｃｏｍｐｌｅｘｅｓ ｄｅｒｉｖｅｄ ｆｒｏｍ ＨＩＶ ｖｅｃｔｏｒｓ ｆｏｒ ｒａｐｉｄ ａｓｓａｙｓ ｉｎ ｖｉｔｒｏ，Ｎａｔ．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．１７（６），ｐ．５７８−５８２；Ｄｅｌｅｌｉｓ ｅｔ ａｌ．（２００８），Ｉｎｔｅｇｒａｓｅ ａｎｄ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ：ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ ｏｆ ＨＩＶ−１ ｉｎｔｅｇｒａｓｅ，Ｒｅｔｒｏｖｉｒｏｌｏｇｙ ５，ｐ．１１４。
以下の刊行物は、ＡＭＶインテグラーゼを言及する：Ｎａｒｅｚｋｉｎａ ｅｔ ａｌ．（２００４），Ｇｅｎｏｍｅ−ｗｉｄｅ ａｎａｌｙｓｅｓ ｏｆ ａｖｉａｎ ｓａｒｃｏｍａ ｖｉｒｕｓ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｓｉｔｅｓ，Ｊ．Ｖｉｒｏｌ．７８（２１），ｐ．１１６５６−１１６６３；Ｙａｏ ｅｔ ａｌ．（２００３），Ａｖｉａｎ ｒｅｔｒｏｖｉｒｕｓ ｉｎｔｅｇｒａｓｅ−ｅｎｈａｎｃｅｄ ｔｒａｎｓｇｅｎｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｉｎｔｏ ｍａｍｍａｌｉａｎ ｃｅｌｌ ＤＮＡ ｉｎ ｖｉｖｏ，Ｂｉｏｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ３５（５），ｐ．１０７２−１０７８。
以下の刊行物は、ビスナウイルスのインテグラーゼに焦点を当てる：Ｋａｔｚｍａｎ ｅｔ ａｌ．（１９９４），Ｉｎ ｖｉｔｒｏ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ ｏｆ ｐｕｒｉｆｉｅｄ ｖｉｓｎａ ｖｉｒｕｓ ｉｎｔｅｇｒａｓｅ，Ｊ．Ｖｉｒｏｌ．６８（６），ｐ．３５５８−３５６９。
以下の刊行物は、Ｍ−ＭｕＬＶのインテグラーゼを言及する：Ｄｉｌｄｉｎｅ ｅｔ ａｌ．（１９９８），Ａ ｃｈｉｍｅｒｉｃ Ｔｙ３／ｍｏｌｏｎｅｙ ｍｕｒｉｎｅ ｌｅｕｋｅｍｉａ ｖｉｒｕｓ ｉｎｔｅｇｒａｓｅ ｐｒｏｔｅｉｎ ｉｓ ａｃｔｉｖｅ ｉｎ ｖｉｖｏ，Ｊ．Ｖｉｒｏｌ．７２（５），ｐ．４２９７−４３０７。
いわゆるＺＡＭインテグラーゼは、以下の刊行物の対象である：Ｆａｙｅ ｅｔ ａｌ．（２００８），Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ａ ｈｉｇｈｌｙ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｓｅ ｅｎｃｏｄｅｄ ｂｙ ａｎ ＬＴＲ−ｒｅｔｒｏｔｒａｎｓｐｏｓｏｎ，ＰＬｏＳ Ｏｎｅ．３（９），ｅ３１８５。
ＨＩＶ、ＡＭＶ、ＭｕＬＶのインテグラーゼは、以下の刊行物の対象である：Ｄｏｌａｎ ｅｔ ａｌ．（２００９），Ｄｅｆｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ＤＮＡ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｂｉｎｄｉｎｇ ｓｉｔｅｓ ｏｎ ＨＩＶ−１ ｉｎｔｅｇｒａｓｅ，Ｊ．Ｍｏｌ．Ｂｉｏｌ．３８５（２），ｐ．５６８−５７９。
しかしながら、先行技術は、標的ＤＮＡのタグ付けされたＤＮＡ断片またはそれからなるライブラリーのそれぞれの生成のためのインテグラーゼの使用には言及していない。
本発明の基となる課題（ｏｂｊｅｃｔ）は、ここで完全に解決される。
工程（ｉｉ）（ｂ）における本発明の方法のさらなる発展によれば、前記少なくとも１つのＤＮＡアダプター分子は、前記複数の標的ＤＮＡ断片のそれぞれの両末端に連結される。
この手段は、標的ＤＮＡのタグ付けされたＤＮＡ断片が、その後の反応（例えば、ＮＧＳによるシークエンシング反応）においてプロセシングされる準備ができた形態で提供されるという利点を有する。
本発明の方法の好ましい実施形態によれば、前記少なくとも１つのＤＮＡアダプター分子は、オリゴヌクレオチド、好ましくは、ＰＣＲプライマーおよび／またはシークエンシングプライマーにアニーリングするためのサイド（ｓｉｄｅ）（「プライマーアニーリングサイド」（ｐｒｉｍｅｒ ａｎｎｅａｌｉｎｇ ｓｉｄｅ）、ＰＡＳ）をさらに含む。
この手段は、タグ付けされたＤＮＡ断片が「増幅の準備ができた」または「シークエンシングの準備ができた」状態で、すでに提供されているという利点を有する。
オリゴヌクレオチドにアニーリングするためのサイド（ｓｉｄｅ）は、ＤＮＡポリメラーゼによる伸長（例えば、次世代シークエンシング反応（ＮＧＳ）の環境内の）のためのオリゴヌクレオチドプライマーにアニーリングするため、または捕捉もしくはライゲーション反応のためのオリゴヌクレオチドにアニーリングするように構成され得る。ＤＮＡアダプター分子はそれぞれ、アニーリングサイド（ｓｉｄｅ）と間隔を空けて、インテグラーゼ認識サイド（ｓｉｄｅ）またはＬＴＲを含み得る（例えば、インテグラーゼ認識サイド（ｓｉｄｅ）はその第一の末端にあり、そしてアニーリングサイド（ｓｉｄｅ）はその第二の末端にある）。
他の実施形態によれば、本発明の方法は、工程（ｉｉ）の後に以下の工程をさらに含む：（ｉｉ）’前記標的ＤＮＡの前記複数のタグ付けされたＤＮＡ断片をＰＣＲに供し、前記少なくとも１つのＤＮＡアダプター分子に、オリゴヌクレオチドにアニーリングするためのサイド（ｓｉｄｅ）を加える工程であって、好ましくは、オリゴヌクレオチドにアニーリングするための該サイド（ｓｉｄｅ）が、ＰＣＲプライマーおよび／またはシークエンシングプライマーにアニーリングするように構成される工程。
この代替のアプローチによって、インテグラーゼ認識サイト（ＩＲＳ）のみを含むＤＮＡアダプター分子が、使用され得る。タグ付けされたＤＮＡ断片を得た後、ＰＣＲ反応において、前記少なくとも１つのＤＮＡアダプター分子にオリゴヌクレオチド（例えば、ＰＣＲプライマーおよび／またはシークエンシングプライマー）にアニーリングするためのサイド（ｓｉｄｅ）を付加するように構成される少なくとも１つのＰＣＲプライマー対と共に、タグ付けされたＤＮＡ断片をインキュベートする。前記ＰＣＲプライマー対のうちの第一のＰＣＲプライマーはまた、前記ＤＮＡアダプター分子のＩＲＳにハイブリダイズし得るＩＲＳも含み得る。第一のＰＣＲプライマーは、オリゴヌクレオチド（例えば、ＰＣＲプライマーおよび／またはシークエンシングプライマー）にアニーリングするためのサイド（ｓｉｄｅ）をさらに含み得る。次いで、前記ＰＣＲプライマー対のうちの第二のＰＣＲプライマーは、第一のＰＣＲプライマー、好ましくは、オリゴヌクレオチドにアニーリングするためのサイド（ｓｉｄｅ）にハイブリダイズするように構成され得る。それゆえ、前記ＰＣＲプライマー対のうちの第一のＰＣＲプライマーは、第二のＰＣＲプライマーより長いものであり得る。タグ付けされたＤＮＡ断片を増幅するために適した条件下で、タグ付けされたＤＮＡ断片および少なくとも１つのＰＣＲプライマー対（長いＰＣＲプライマーおよび短いＰＣＲプライマー）を含む前記反応混合物をＰＣＲに供することは、タグ付けされたＤＮＡ断片の富化という結果になる。同時に、タグ付けされたＤＮＡ断片のＤＮＡアダプター分子は、次いでＰＣＲにおいてオリゴヌクレオチドにアニーリングするためのサイド（ｓｉｄｅ）を付加することによって完成する。
本発明の方法の好ましい実施形態によれば、前記インテグラーゼは、ＨＩＶインテグラーゼを包含するレトロウイルスインテグラーゼ、およびレトロウイルスインテグラーゼ由来のインテグラーゼからなる群から選択される。
この手段は、最適な結果を提供することが証明されたようなインテグラーゼが提供されるという利点を有する。他の適切なインテグラーゼは、ＡＭＶインテグラーゼ、ビスナウイルスインテグラーゼ、ＭｕＬＶインテグラーゼ、ＺＡＭインテグラーゼである。
本明細書において使用される場合、「レトロウイルスインテグラーゼ由来のインテグラーゼ」は、レトロウイルスインテグラーゼの３’プロセシング活性および鎖転移活性を有する酵素の群をいう。本発明によれば、レトロウイルスインテグラーゼ由来のインテグラーゼはまた、組み込みの触媒のために必須の、いわゆるＤＤＥモチーフを含むようなインテグラーゼも包含する。そのような由来のインテグラーゼは、機能のないドメインを欠き得る。そのような由来のインテグラーゼの例は、本発明者らによって使用されたＨＩＶ−１由来のインテグラーゼである。由来のインテグラーゼは、アミノ酸番号５０〜２１２番からなるＨＩＶ−１インテグラーゼの「コア」を含むが、最初のＮ末端アミノ酸および最後のＣ末端アミノ酸を欠く。
本発明の方法の好ましいさらなる発展によれば、前記少なくとも１つのＤＮＡアダプター分子は、２つの核酸分子からなり、該２つの核酸分子が、相補的なヌクレオチド配列を含み、かつ互いに特異的にハイブリダイズされ、以下の群：
アダプター１（配列番号１ ＋ 配列番号２）、
アダプター２（配列番号３ ＋ 配列番号２）、
アダプター３（配列番号６ ＋ 配列番号２）、
アダプター４（配列番号７ ＋ 配列番号２）、
アダプター５（配列番号８ ＋ 配列番号４）、
アダプター６（配列番号９ ＋ 配列番号４）、
アダプター７（配列番号８ ＋ 配列番号５）、
アダプター８（配列番号９ ＋ 配列番号５）、
アダプター９（配列番号１４ ＋ 配列番号１５）、
アダプター１０（配列番号１０ ＋ 配列番号１１）、
アダプター１１（配列番号１２ ＋ 配列番号１３）
から選択される。
この手段は、本発明による方法に特に適しているようなＤＮＡアダプター分子が提供されるという利点を有する。
括弧内に列挙された第一の配列はｄｓＤＮＡアダプター配列の第一の鎖を指し、そして括弧内に列挙された第二の配列はｄｓＤＮＡアダプター分子の第二の鎖を指すものとする。
本発明の方法のさらなる発展によれば、その発展は、
（ｉｉｉ）前記標的ＤＮＡの前記複数のタグ付けされたＤＮＡ断片を精製する工程
をさらに含む。
そのような手段は、インテグラーゼ、断片化されていない標的ＤＮＡ、標的ＤＮＡのタグ付けされていない断片およびアダプターＤＮＡ等が（例えば、ＱＩＡｑｕｉｃｋカラムを使用することにより）除去され、それによってさらなる使用のためのタグ付けされたＤＮＡ断片の精製されたライブラリーを提供するという利点を有する。
本発明による方法が１つの反応容器内で行われるならば、それは好ましい。
この手段は、「一工程」での方法の原理を具体化する。本発明による方法は（ｉ）、（ｉｉ）および（ｉｉｉ）に細分化されるが、この細分化は、方法事象の時間的順序を例示することを意図するにすぎない。しかしながら、方法の使用者は、規定された条件下で反応混合物を作製することのみを要求され、それによって一工程において標的ＤＮＡの複数のタグ付けされたＤＮＡ断片または標的ＤＮＡのタグ付けされたＤＮＡ断片のライブラリーを自動的に生成する。
本発明の他の対象は、標的ＤＮＡのタグ付けされたＤＮＡ断片の生成のためのキットに関し、そのキットは、
（ｉ）インテグラーゼ、および
（ｉｉ）インテグラーゼ認識サイド（ｓｉｄｅ）を含む少なくとも１つのＤＮＡアダプター分子
を含む。
本発明による方法に関して、前記少なくとも１つのＤＮＡアダプター分子は、オリゴヌクレオチドにアニーリングするため、好ましくは、ＰＣＲプライマーおよび／またはシークエンシングプライマーにアニーリングするための、サイド（ｓｉｄｅ）をさらに含む。
本発明のキットに含まれるインテグラーゼは、ＨＩＶインテグラーゼを包含するレトロウイルスインテグラーゼ、レトロウイルスインテグラーゼ由来のインテグラーゼからなる群から選択される。他の適切なインテグラーゼは、ＡＭＶインテグラーゼ、ビスナウイルスインテグラーゼ、ＭｕＬＶインテグラーゼ、ＺＡＭインテグラーゼである。
本発明のキットのさらなる発展によれば、前記少なくとも１つのＤＮＡアダプター分子は、２つの核酸分子からなり、該２つの核酸分子が、相補的なヌクレオチド配列を含み、かつ互いに特異的にハイブリダイズされ、以下の群：
アダプター１（配列番号１ ＋ 配列番号２）、
アダプター２（配列番号３ ＋ 配列番号２）、
アダプター３（配列番号６ ＋ 配列番号２）、
アダプター４（配列番号７ ＋ 配列番号２）、
アダプター５（配列番号８ ＋ 配列番号４）、
アダプター６（配列番号９ ＋ 配列番号４）、
アダプター７（配列番号８ ＋ 配列番号５）、
アダプター８（配列番号９ ＋ 配列番号５）、
アダプター９（配列番号１４ ＋ 配列番号１５）、
アダプター１０（配列番号１０ ＋ 配列番号１１）、
アダプター１１（配列番号１２ ＋ 配列番号１３）
から選択される。
キットは、本発明の方法を実行するために有用な個々の要素の組み合わせ物であり、ここで該要素は当該方法において一緒になって使用されるために最適化されている。キットはまた、本発明による方法を行うためのマニュアルも備える。そのようなキットは、本発明による方法を作用させるために必要とされる全ての必須要素を統一し、したがってエラーの危険性を最小にする。それゆえ、そのようなキットはまた、半熟練の研究室のスタッフが本発明による方法を行うことも可能にする。
本発明による方法の特徴、特質および利点は、必要な変更を加えて、本発明によるキットおよび使用のそれぞれに適用する。
本発明によるキットは、１より多い（例えば、２、３もしくは４またはそれより多い）異なるインテグラーゼならびに１より多いＤＮＡアダプター分子（例えば２、３、４等の異なるＤＮＡアダプター分子）を備え得る。キットはまた、（インテグラーゼおよび組み込み反応の最適な環境を作製する）１つまたは異なる緩衝液組成物、参照標的ＤＮＡ等も備え得る。
本発明の他の対象は、配列番号１〜１５からなる群から選択されるヌクレオチド配列を含む核酸分子に関する。
本発明による核酸分子は、本発明の方法において使用されるために特異的に適合される。特に、核酸分子は、本発明による方法において直接使用に適するＤＮＡアダプター分子を形成するために、互いにハイブリダイズし得る。ハイブリダイゼーションスケジュールは以下の通りである：
配列番号１ ＋ 配列番号２：アダプター１
配列番号３ ＋ 配列番号２：アダプター２
配列番号６ ＋ 配列番号２：アダプター３
配列番号７ ＋ 配列番号２：アダプター４
配列番号８ ＋ 配列番号４：アダプター５
配列番号９ ＋ 配列番号４：アダプター６
配列番号８ ＋ 配列番号５：アダプター７
配列番号９ ＋ 配列番号５：アダプター８
配列番号１４ ＋ 配列番号１５：アダプター９
配列番号１０ ＋ 配列番号１１：アダプター１０
配列番号１２ ＋ 配列番号１３：アダプター１１
別途定義されない限り、本明細書において使用される全ての技術用語および科学用語は、本発明が属する分野の当業者によって通常理解される意味と同じ意味を一般的に有する。
上記特徴および以下にさらに説明される特徴は、それぞれの明示された組み合わせで使用され得るだけでなく、本発明の範囲から逸脱することなく、他の組み合わせでもまたは単独でも使用され得ることは言うまでもない。
さらなる特徴、特質および利点は、好ましい実施形態の説明および添付された図面に従う。
図１は、インテグラーゼが関与するＨＩＶ−１組み込み（左）およびトランスポザーゼが関与するＴｎ５転移（右）における一連の事象のちがいを図示する図を示す。 図２は、本発明による方法の実施形態（Ａ）および前記方法によって生成されたタグ付けされたプラスミドＤＮＡ断片の詳細（Ｂ）を図示する図を示す。 図３は、本発明の方法によるタグ付けされたプラスミドＤＮＡ断片の上首尾な生成を実証するアガロースゲルの写真を示す。 図３は、本発明の方法によるタグ付けされたプラスミドＤＮＡ断片の上首尾な生成を実証するアガロースゲルの写真を示す。 図４は、２つの異なるサイクリング条件および２つの異なる反応緩衝液を使用して断片化とアダプターライゲーションとがされたゲノムＤＮＡの電気泳動図（ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｅｒｏｇｒａｍｍ）を示す。 図５は、本発明による方法の他の実施形態を図示する図を示す。 図６は、種々の断片化アダプターおよびＰＣＲプライマーミックスを使用して断片化とアダプターライゲーションとがされたゲノムＤＮＡの電気泳動図（ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｅｒｏｇｒａｍｍ）を示す。 図６は、種々の断片化アダプターおよびＰＣＲプライマーミックスを使用して断片化とアダプターライゲーションとがされたゲノムＤＮＡの電気泳動図（ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｅｒｏｇｒａｍｍ）を示す。 図７は、異なるインキュベーション温度を使用して断片化とアダプターライゲーションとがされたゲノムＤＮＡの電気泳動図（ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｅｒｏｇｒａｍｍ）を示す。
先行技術である断片化および同時に起きるアダプターライゲーションにおいて利用されるトランスポザーゼ酵素の使用（例えば、ＷＯ２０１０／０４８６０５に開示される）とは対照的に、本発明による方法の中心をなす局面は、インテグラーゼ酵素の使用である。
プロウイルスＤＮＡが増殖性感染のテンプレートであるため、レトロウイルスＤＮＡの組み込みは、レトロウイルス複製の必須の工程である。インテグラーゼによって触媒されるような組み込みのプロセスは、２つの逐次の反応に分割され得る。第一の反応（３’プロセシングと名付けた）は、特異的なヌクレオチド鎖切断反応（ｅｎｄｏｎｕｃｌｅｏｌｙｔｉｃ ｒｅａｃｔｉｏｎ）であって、トランスエステル化反応による宿主細胞ゲノムへのその後の共有結合的な挿入（鎖転移と名付けた）の能力があるようにウイルスＤＮＡの先端を調製する反応に相当する。インテグラーゼは、それぞれインテグラーゼ認識配列（ＩＲＳ）または長い末端反復配列（ＬＴＲ）として公知のウイルスＤＮＡのそれぞれのアンド（ａｎｄ）において短い配列にまず結合し、そして３’プロセシングとして公知のエンドヌクレオチド切断を触媒する。３’プロセシングでは、デヌクレオチド（ｄｅｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ）がウイルスＤＮＡのそれぞれのアンド（ａｎｄ）から除去される。結果として生じる切断されたＤＮＡを、次いで組み込みまたは鎖転移のための基質として使用し、感染した細胞のゲノムへのウイルスＤＮＡの共有結合的な挿入を導く。この第二の反応は、２つの向かい合う挿入点の間で正確に５塩基対をずらしながら、ウイルスＤＮＡ分子の両末端で同時に起こる。
図１において、Ｔｎ５転移（右）と比較して、ＨＩＶ−１組み込み（左）におけるそのような事象を図示する。ＨＩＶ−１：Ｉ）ドナーＤＮＡ；ＩＩ）インテグラーゼによって触媒される３’プロセシング；ＩＩＩ）インテグラーゼによって触媒される鎖転移；ＩＶ）鎖転移の生成物；Ｖ）ＤＮＡが修復された鎖転移生成物。Ｔｎ５トランスポゾン：１）ドナーＤＮＡ；２）３’プロセシング；３〜４）ループ形成（３）および平滑末端ＤＮＡの生成（４）からなる５’プロセシング；５）鎖転移；６）修復された鎖転移生成物。
図２は、本発明による方法の図表による図示を示す。それぞれがインテグラーゼ認識サイド（ｓｉｄｅ）（ＩＲＳ）およびプライマーアニーリングサイド（ｓｉｄｅ）（ＰＡＳ）を含む、２つのＤＮＡアダプター分子（アダプター１およびアダプター２）を、インテグラーゼ酵素（ＩＮＴ）、および断片化とタグ付けとがされる標的ＤＮＡとともにインキュベートした；図２Ａ上部を参照。
インテグラーゼ（ＩＮＴ）は、アダプター分子であるアダプター１およびアダプター２のＩＲＳならびに標的ＤＮＡと結合し、そして３’プロセシングおよび鎖転移を触媒する；図２Ａ中央部を参照。
図２Ａ（下部）において、インテグラーゼ反応の結果を示す。すなわち、断片化とタグ付けとがされた標的ＤＮＡはその両末端にアダプターが連結されており、該アダプターはアダプターのそれぞれのＩＲＳセクションを介して連結しており、したがって断片化とタグ付けとがされた標的ＤＮＡの先端にＰＡＳが露出している。
図２Ｂにおいて、断片化とタグ付けとがされた標的ＤＮＡをさらに詳細に示す。断片化とタグ付けとがされた標的ＤＮＡは、その先端に、ＰＣＲプライマーのアニーリングおよび３’方向でのＰＣＲプライマーの伸長を可能にするＰＡＳセクションを含む。
ゲノムＤＮＡを断片化し、かつＤＮＡアダプター分子を両末端にライゲーションする本発明の方法において、インテグラーゼ反応を使用する。例えば、生成したタグ付けと断片化とがされた標的ＤＮＡの増幅、ならびにその後のクラスター生成およびシークエンシングのために、次いでＤＮＡアダプター分子を使用し得る。
２つの異なるＨＩＶインテグラーゼ、すなわち配列番号１６で示した配列の１７１アミノ酸を有し、コドンを最適化し、社内（ｉｎ−ｈｏｕｓｅ）で発現させ、かつ精製したＨＩＶ−１由来のインテグラーゼを、例示的に使用した。ＨＩＶ−１由来のインテグラーゼは、１８．９７ｋＤａの大きさを有し、かつアミノ酸番号５０〜２１２番によって表されるＨＩＶインテグラーゼのコアドメインを含む。そのようなインテグラーゼを、「ＱＨＩＮ １」という。ＨＩＶ−１由来のインテグラーゼは、ディスインテグレーション（ｄｉｓｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）反応を触媒するが、組み込み（３’プロセシングおよび転移）は触媒しない。
第二のインテグラーゼは、商業的に利用可能な野生型ＨＩＶ−１インテグラーゼ（ＢｉｏＰｒｏｄｕｃｔｓ ＭＤ，ＬＬＣ、Ｍｉｄｄｌｅｔｏｗｎ、ＭＤ、米国）である。そのようなインテグラーゼを、「ＢＰＨＩＮ １」という。
ＨＩＶ−１インテグラーゼのための認識サイド（ｓｉｄｅ）と、ライブラリーの増幅およびその後のＩｌｌｕｍｉｎａ ＮＧＳプラットホームにおけるシークエンシングのために使用し得る配列とを含むように、異なるアダプター分子を設計した。以下の表１は、本発明者らがＤＮＡアダプター分子を形成するために使用した配列を含む：
先に列挙したオリゴヌクレオチドを異なる比で互いに混合することによって、アダプター分子を形成した。オリゴヌクレオチドの推定される二次構造を除去するための９８℃で２分間の最初の変性工程の後に、相補的なオリゴヌクレオチドのアニーリングを可能にする、プローブのゆっくりとした冷却を行った。以下の表２は、異なるアダプター配合を示す。
第一の実行可能性アッセイにおいて、ＩＮアダプター１〜ＩＮアダプター１１を、コドンが最適化され、社内（ｉｎ−ｈｏｕｓｅ）で発現されたＨＩＶ−１由来のインテグラーゼ（ＱＨＩＮ １）と組み合わせて使用して、バクテリアのプラスミドＤＮＡ（ｐＧＬ２）の断片化およびアダプターライゲーションを同時に行った。
実験スケジュールは以下の通りである：
＊緩衝液 ２×：１０ｍＭ ＭｎＣｌ２、４０ｍＭ ＨＥＰＥＳ（ｐＨ７．５）、２ｍＭ ジチオトレイトール、０．１％ Ｎｏｎｉｄｅｔ Ｐ４０、１ｍＭ ＣＨＡＰＳ、４０ｍＭ ＮａＣｌ。
組み込み複合体を形成するための、３７℃で１０分間のインキュベーション。
プラスミド標的ＤＮＡの断片化および同時に起こるアダプターライゲーションのための、３７℃で１時間のインキュベーション。
インキュベーション後、断片化とアダプターライゲーションとがされたＤＮＡを、ＱＩＡｑｕｉｃｋカラムおよび反応クリーンアップ（ｃｌｅａｎ−ｕｐ）プロトコルを使用して精製した。プラスミドおよび断片の濃度がアガロースゲル上で可視化するには低すぎたため、アガロースゲル分析は、断片を示さなかった。断片化とアダプターライゲーションとがされたＤＮＡを、次いでアダプターに特異的なプライマーを使用して増幅した。ＩＮアダプター１およびＩＮアダプター２に関して、ＰＣＲプライマーは利用できない。ＩＮアダプター３〜ＩＮアダプター８に関しては、Ｉｌｌｕｍｉｎａ Ｐ１プライマーおよびＩｌｌｕｍｉｎａ Ｐ２プライマーを使用し、ＩＮアダプター９に関しては、ＲＢプライマーを、ならびにＩＮアダプター１０およびＩＮアダプター１１に関しては、Ｕ５ＬＴＲプライマーおよびＵ３ＬＴＤプライマーを使用した。
以下の表において、使用したＰＣＲプライマーの配列を表にする。
ＰＣＲ設定プロトコルおよびサイクリング条件を以下に表にする。
アンプリコンを２％アガロースゲルにおいて分析し、そしてアンプリコンは２５０と１０００ｂｐとの間の大きさをもつプラスミドＤＮＡの断片化を示す（図３Ａ）。
断片化がＰＣＲにおける残存するアダプターによって引き起こされる影響であるかどうかを調べるために、同一の断片化とライゲーションとがされた試料を用いて第二のＰＣＲを行い、そしてアダプターのみを用いたＰＣＲを「テンプレートなしの対照」（ＮＴＣ）として行った。アダプターのみ（ＮＴＣ）を使用するとアンプリコンを得られなかった。図３Ｂは、増幅した断片化とライゲーションとがされたＤＮＡを、対応するアダプター増幅（ＮＴＣ）と並べて分析するアガロースゲルを示す。
第二の実験において、第二のＨＩＶ−１インテグラーゼ（野生型ＨＩＶインテグラーゼ；Ｂｉｏ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ＭＤ，ＬＬＣ、Ｍｉｄｄｌｅｔｏｗｎ、ＭＤ、ＵＳＡ）（ＢＰＨＩＮ １）を使用し、最も性能の優れた実行アダプターを使用して、プラスミドＤＮＡ（ｐＧＬ２）の断片化とライゲーションとを行った。ＩＮアダプター７、およびＩＮアダプター８とペアになったＩＮアダプター７を、このアッセイにおいて使用した。
アッセイ
＊緩衝液 ２×：１０ｍＭ ＭｎＣｌ２、４０ｍＭ ＨＥＰＥＳ（ｐＨ７．５）、２ｍＭ ジチオトレイトール、０．１％ Ｎｏｎｉｄｅｔ Ｐ４０、１ｍＭ ＣＨＡＰＳ、４０ｍＭ ＮａＣｌ。
３７℃で１０分間インキュベートする。
３７℃で１時間インキュベートする。
断片化とアダプターライゲーションとがされた標的ＤＮＡを、ＩｌｌｕｍｉｎａプライマーＰ１およびＩｌｌｕｍｉｎａプライマーＰ２を使用して増幅し、そしてアガロースゲルで分析した。結果を図３Ｃに示す。再度、断片の大きさが１５０ｂｐと５００ｂｐとの間であるプラスミドの断片化を行った。
これらの結果が非特異的プラスミド増幅からのアーティファクトであるかどうかを試験するために、プラスミドを、断片化とアダプターライゲーションとがされたプラスミドＤＮＡと並行して、Ｐ１プライマーおよびＰ２プライマーを使用して増幅し、そしてアガロース電気泳動において分析した。結果を図３Ｄに示す。見られ得るように、プラスミドおよびアダプターを用いて、ゲル画像において増幅は得られなかった。
プラスミドを標的ＤＮＡとして使用することによって本発明を試験した後、次の工程は、本発明の方法によってゲノムＤＮＡを標的ＤＮＡとして使用することでライブラリーを生成し得るかどうか試験することであった。以下の実験において、断片の末端にこれらの断片の増幅およびその後のＮＧＳプラットホームでのシークエンシングのために使用し得るアダプターを伴う断片化されたＤＮＡの生成のための標的ＤＮＡとして、Ｅ．ｃｏｌｉのＤＮＡを使用した。
以下の設定のために、最も性能の優れた実行アダプターであるＩＮ＿アダプター＿７およびＩＮ＿アダプター＿８を使用した。２つの異なる緩衝液（ＤおよびＷ）に貯蔵されたＱＨＩＮ＿１を並行して試験した。Ｅ．ｃｏｌｉからの１００ｎｇのゲノムＤＮＡを断片化およびアダプターライゲーションのための標的ＤＮＡとして使用した。
実験の設定：
ＱＨＩＮ＿１貯蔵緩衝液
Ｄ：Ｄａｒ−緩衝液
２５ｍＭ Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ ｐＨ７．４
１Ｍ ＮａＣｌ
７．５ｍＭ ＣＨＡＰＳ
１ｍＭ ＤＴＴ
５０％ グリセロール

Ｗ：Ｗａｎｇ５０−緩衝液
２０ｍＭ ＨＥＰＥＳ ｐＨ７．３５
１Ｍ ＮａＣｌ
１ｍＭ ＤＴＴ
５０％ グリセロール

２種類のマスターミックス（ＭＭＸ）は、０．２μＭアダプターを使用して調製された。
インキュベーション後、組み込みによって生じる鎖中のギャップをうめること（ｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎ ｏｆ ｇａｐｓ）が慣習的なサイクリング前に必要とされるどうかを調査するために、ＱｉａＱｕｉｃｋカラムを用いて試料を精製し、そしてプライマーＰ１および（ｕｎｄ）プライマーＰ２を用いて、２つの異なるサイクリング条件を使用してＰＣＲ増幅した。
ＰＣＲ設定を以下の表に記載する：
ＰＣＲ後、残存するアダプターおよびプライマーをＡｇｅｎｃｏｕｒｔ ＡＭＰｕｒｅ ＸＰ Ｂｅａｄｓを使用して除去し、そしてＡｇｉｌｅｎｔ ＤＮＡチップを使用し、キャピラリー電気泳動を介してプローブを分析した。
図４は、全試料の電気泳動図を表す：

１：Ｄ １００ １；Ｄａｒ−緩衝液／１００ｎｇ ｇＤＮＡ／１．サイクリング
２：Ｗ １００ １；Ｗａｎｇ５０−緩衝液／１００ｎｇ ｇＤＮＡ／１．サイクリング
３：Ｄ １００ ２；Ｄａｒ−緩衝液／１００ｎｇ ｇＤＮＡ／２．サイクリング
４：Ｗ １００ ２；Ｗａｎｇ５０−緩衝液／１００ｎｇ ｇＤＮＡ／２．サイクリング。
ここでは、主な大きさ分布が１０００〜５０００ｂｐの間である増幅されたＤＮＡの断片が認められ得る。それは、断片化およびアダプターライゲーションが起こったこと、および生成された断片がプライマーＰ１およびプライマーＰ２を使用して増幅され得たことを意味する。
異なる結果を生じさせることなく、断片の大きさ分布を最適化する、さらなる実験を行った（データは示さない）。本発明者らが、インテグラーゼ認識サイド（ｓｉｄｅ）（ＩＲＳ）のみを含む短いアダプターを使用して断片化の実行を試み、そして次にＰＣＲでプライマーアニーリングサイド（ｓｉｄｅ）（ＰＡＳ）を付加することによってアダプター配列を完成させたためである。この実施形態の原理を、図５に図示する。標的ＤＮＡの断片化とアダプターライゲーションとを同時に行った後（上部）、ライゲーションされた断片を次いでＰＣＲに供した（下部）。ＰＣＲにおいて、２つのＰＣＲプライマー対を使用する。第一のＰＣＲプライマー対は、アダプターをライゲーションされたＤＮＡ断片のＩＲＳにハイブリダイズ可能なインテグラーゼ認識サイド（ｓｉｄｅ）（ＩＲＳ）をそれぞれが含みかつプライマーアニーリングサイド（ｓｉｄｅ）（ＰＡＳ１またはＰＡＳ２）をそれぞれ含む２つのプライマーからなる。第二のＰＣＲプライマー対は、それぞれプライマーアニーリングサイド（ｓｉｄｅ）であるＰＡＳ１またはＰＡＳ２にそれぞれハイブリダイズし得る２つのプライマー（Ｐ１およびＰ２）からなる。その後のＰＣＲにおいて、アダプターがライゲーションされたＤＮＡ断片を増幅し、かつプライマーアニーリングサイド（ｓｉｄｅ）であるＰＡＳ１およびＰＡＳ２を付加することによってアダプターは完成する。
それゆえ、さらなる断片化実験のために、ＩＲＳを含むがＰＡＳを含まない断片化アダプター（ＩＮ＿アダプター＿１；ＩＮ＿アダプター＿２）、ＰＣＲプライマーミックス−１（２１／２１ｐｌｕｓ＿ＩＮ＿４（配列番号６）；２１／２１ｐｌｕｓ＿ＩＮ＿５（配列番号７）；プライマーＰ１（配列番号１７）；プライマーＰ２（配列番号１８））、またはＰＣＲプライマーミックス−２（６／６ｐｌｕｓ＿ＩＮ＿６（配列番号８）；６／６ｐｌｕｓ＿ＩＮ＿７（配列番号９）；プライマーＰ１（配列番号１７）；プライマーＰ２（配列番号１８））を使用した。「長い」ＰＣＲプライマーである２１／２１ｐｌｕｓ＿ＩＮ＿４および２１／２１ｐｌｕｓ＿ＩＮ＿５または６／６ｐｌｕｓ＿ＩＮ＿６および６／６ｐｌｕｓ＿ＩＮ＿７はそれぞれ、ＩＲＳおよびＰＡＳを含む。「短い」プライマーであるＰ１およびＰ２は、それぞれのＰＡＳにハイブリダイズし得る。
Ｅ．ｃｏｌｉからの１００ｎｇのｇＤＮＡを、上記表からのアダプターおよびプライマー配合を使用してプロセシングし、そしてＡｇｉｌｅｎｔ ＤＮＡ チップを使用して、Ａｇｉｌｅｎｔｓ Ｂｉｏａｎａｌｙｚｅｒで分析した。図６は、プライマーミックス１（Ａ；Ｃ）およびプライマーミックス２（Ｂ；Ｄ）を用いた増幅後の断片の分布を示す。
３：１．ＩＮ１；ＩＮアダプター１／プライマーミックス１
１：１．Ｎ１＿０；ＩＮアダプター１／プライマーミックス１＿テンプレートなしの対照

７：２．ＩＮ１；ＩＮアダプター１／プライマーミックス２
５：２．Ｎ１＿０；ＩＮアダプター１／プライマーミックス２＿テンプレートなしの対照

４：１．ＩＮ２；ＩＮアダプター２／プライマーミックス１
２：１．Ｎ２＿０；ＩＮアダプター２／プライマーミックス１＿テンプレートなしの対照

８：２．ＩＮ２；ＩＮアダプター２／プライマーミックス２
６：２．Ｎ２＿０；ＩＮアダプター２／プライマーミックス２＿テンプレートなしの対照
見られ得るように、より良好な断片分布が達成されることから、ＩＮ＿アダプター２およびＰＣＲプライマーミックス１を使用することによって最も良好な結果が生成された。
ＩＮアダプター２を用いて、断片化を最適にするためのさらなる実験を計画した。
ライブラリーのより良好な大きさ分布を得るため、および残存するアダプターを除去するため、異なる濃度およびインキュベーション温度ならびに精製手順を試験した。
図７は、異なるインキュベーション温度下での、１００ｎｇのＥ．ｃｏｌｉ ｇＤＮＡの断片化およびアダプターライゲーションを示す。驚くべきことに、ここで使用した社内（ｉｎ−ｈｏｕｓｅ）のＨＩＶインテグラーゼ（ＱＨＩＮ＿１）は、より高い温度でのライブラリーのインキュベーションを可能にする非常に高い温度安定性を示し、かつライブラリーのより良好な大きさ分布を生じる。
Ａ：
１：３０；３０℃での標的ＤＮＡとのＩＮアダプター＿２複合体のインキュベーション
３：３７；３７℃での標的ＤＮＡとのＩＮアダプター２複合体のインキュベーション
５：４０；４０℃での標的ＤＮＡとのＩＮアダプター２複合体のインキュベーション
７：４５；４５℃での標的ＤＮＡとのＩＮアダプター２複合体のインキュベーション
Ｂ：
１：３７；３７℃での標的ＤＮＡとのＩＮアダプター２複合体のインキュベーション
３：５０；５０℃での標的ＤＮＡとのＩＮアダプター２複合体のインキュベーション
５：５５；５５℃での標的ＤＮＡとのＩＮアダプター２複合体のインキュベーション
７：６０；６０℃での標的ＤＮＡとのＩＮ／アダプター２複合体のインキュベーション
提示されたデータによれば、本発明者らは、ｇＤＮＡと共にＨＩＶ−１インテグラーゼ酵素を使用してプラスミド断片化の結果を再現し得た。いくつかのＮＧＳプラットホームのための、適切な大きさ分布を伴うライブラリーを生成するためにアッセイを最適化した。
上記結果を要約すれば、本発明者らは、種々のインテグラーゼ酵素を首尾よく試験し、ほんの一工程においてタグ付けされた標的ＤＮＡの断片のライブラリーを生成するために使用される本発明による方法を開発した。
本発明は、標的ＤＮＡのタグ付けされたＤＮＡ断片の生成のために利用される新規な方法、キットおよび使用、ならびにそれに関連する核酸分子に関する。
発明の分野
本発明は、分子生物学の分野に、より具体的にはＤＮＡ断片の生成に、および、特に、標的ＤＮＡの複数のタグ付けされたＤＮＡ断片、または標的ＤＮＡのタグ付けされたＤＮＡ断片のライブラリーの生成にそれぞれ関する。
発明の背景
タグ付けされたＤＮＡ断片は、現代の分子生物学の技術における多くの適用のために必要とされる。例えば、次世代シークエンシング（ＮＧＳ）のような適用において、シークエンシング（ｓｅｑｕｅｎｃｅ）されるＤＮＡは、最終的にシークエンシング反応のための基質であるクラスターの増幅前に、断片化された形態で提供されなければならない。さらに、アダプター配列は、インデックス付加、断片の増幅およびシークエンシングプライマーに特異的な配列の提供を確実にするために、テンプレートの両末端に付加されなければならない。
現在、テンプレートをプロセシングする（ｐｒｏｃｅｓｓ）ため、およびタグ付けされたＤＮＡ断片またはそのライブラリーを生成するために、それぞれ異なる方法が使用される。そのような公知の技術は、核酸の物理的または酵素的な消化、およびその後のシークエンシングに適切な末端を調製する酵素的反応（例えば、断片の酵素的末端修復、Ａ付加およびアダプターライゲーション）に基づく。
当該技術において、一工程での酵素的断片化およびアダプターライゲーションを含む、タグ付けされたＤＮＡ断片のライブラリーの調製のための方法が記載される。両方の反応は、小さいｄｓＤＮＡトランポゾン様分子を使用してテンプレートまたは標的ＤＮＡの断片化およびタグ付けを同時に起こす、トランスポザーゼと呼ばれる酵素によって行われる。同時に起きるアダプターライゲーションを伴う断片化は、トランスポザーゼの使用に基づく。この技術は、ＷＯ ２０１０／０４８６０５ Ａ１に開示される。それはまた、Ｉｌｌｕｍｉｎａ（登録商標） ＮｅｘｔｅｒａＴＭ ＤＮＡ Ｋｉｔの対象である。
しかしながら、トランスポザーゼおよびｄｓＤＮＡトランスポゾン様分子を使用する、同時に起きるアダプターライゲーションを伴う断片化は、いくつかの欠点を有する。鎖転移反応の基礎をなす切り貼り機構は、複雑である。トランスポザーゼ反応は、ｄｓＤＮＡトランスポゾン様分子および標的ＤＮＡの両方のヌクレオチド配列の変化という結果になり得る。したがって、その後のＤＮＡシークエンシング反応は、次いで不正確な結果を生じ得る。さらに、トランスポザーゼのための比較的長い認識配列が、ｄｓＤＮＡトランスポゾン様分子に含有される必要がある。これらの配列は、シークエンシングプライマーの一部として設計されて、異なるプラットホームおよび／またはライブラリーインデックスで作用する際に、自由度がより低いこととなるか、またはそれぞれのシークエンシングテンプレートの一部としてシークエンシングされて、シークエンシング容量の浪費を引き起こすかのいずれかである。
この背景に対して、本発明の目的は、先行技術の方法に関連する問題を減少させ得るかまたは回避し得る、標的ＤＮＡのタグ付けされたＤＮＡ断片の生成のための方法を提供す
ることである。
本発明は、これらおよび他の需要を満たす。
国際公開第２０１０／０４８６０５号
本発明は、標的ＤＮＡのタグ付けされたＤＮＡ断片を生成するための方法であって、
（ｉ）該標的ＤＮＡと、インテグラーゼと、インテグラーゼ認識サイトを含む少なくとも１つのＤＮＡアダプター分子とを接触させて、反応混合物を得る工程、
（ｉｉ）該少なくとも１つのＤＮＡアダプター分子の３’プロセシングおよび鎖転移反応が該インテグラーゼによって触媒される条件下で該反応混合物をインキュベートする工程であって、ここで、
（ａ）該標的ＤＮＡが断片化されて、複数の標的ＤＮＡ断片を生成し、および
（ｂ）該少なくとも１つのＤＮＡアダプター分子が、該複数の該標的ＤＮＡ断片のそれぞれの少なくとも１つの末端に連結される、工程
を含み、該標的ＤＮＡの複数のタグ付けされたＤＮＡ断片を生成する、方法を提供する。
本発明はまた、標的ＤＮＡのタグ付けされたＤＮＡ断片のライブラリーを生成するためのインテグラーゼの使用も提供する。
本発明者らは、標的ＤＮＡのタグ付けされたＤＮＡ断片を生成するため、またはそのようなタグ付けされたＤＮＡ断片からなるライブラリーを生成するためにインテグラーゼ酵素を使用し得ることを、驚くべきことに実現した。ＷＯ ２０１０／０４８６０５に開示される、同時に起きるアダプターライゲーションを伴う、トランスポザーゼに基づく断片化とは対照的に、本発明による方法は、トランスポザーゼと比較してインテグラーゼの選択性がより低いことにより、カバレッジ均一性（ｃｏｖｅｒａｇｅ ｅｖｅｎｎｅｓｓ）がより良好な解決策を提供する。酵素的インテグラーゼ反応は、複雑さがより低く、かつ鎖転移またはＤＮＡアダプター分子の組み込みは、ヌクレオチド配列を変えないため、その後のシークエンシング反応における高い正確性を確実にする。インテグラーゼ認識サイトは、トランスポザーゼ認識サイトより短く、タグ付けされたＤＮＡ断片または結果として生じるそのライブラリーは、自由度がより高くなる。
本発明による方法は、ほんの一工程での複数のタグ付けされたＤＮＡ断片またはライブラリーの生成を可能にし、かつ作業時間を１日から１〜２時間へと短縮する。得られたタグ付けされたＤＮＡ断片は、異なるＮＧＳプラットホームにおいて使用され得る。
本明細書中において使用される場合、「標的ＤＮＡ」は、タグ付けされたその断片を生成するための反応混合物に供される、任意の目的の二本鎖ＤＮＡ（ｄｓＤＮＡ）をいう。「標的ＤＮＡ」は、生死を問わず、原核生物か真核生物かを問わない、１もしくは複数の細胞、組織、臓器、または生物を包含する任意のｉｎ ｖｉｖｏまたはｉｎ ｖｉｔｒｏの供給源由来、または生物学的な供給源もしくは環境的な供給源由来であり得る。代表的には、「標的ＤＮＡ」は、ヌクレオチド配列がシークエンシング（例えば、次世代シークエンシング（ＮＧＳ））によって明らかにされるべきであるようなｄｓＤＮＡをいうが、まったくそれのみをいうわけではない。
本明細書において使用される場合、「ＤＮＡ断片」は、より長いＤＮＡ分子から切断され、切り離され、または切り取られ、その結果もはや親分子に取り付いていない、標的Ｄ
ＮＡの一部分または断片またはセグメントを意味する。
本明細書において使用される場合、「インテグラーゼ」は、レトロウイルス（例えば、ＨＩＶ）によって生成されるレトロウイルスインテグラーゼの酵素的活性を有するタンパク質をいう。インテグラーゼは、ＤＮＡアダプター分子またはインテグラーゼ認識サイトそれぞれの３’プロセシングによって、（好ましくはそのインテグラーゼ認識サイトを介して）ＤＮＡアダプター分子を標的ＤＮＡへと組み込み、そしてＤＮＡアダプター分子を標的ＤＮＡへと転移し、したがって標的ＤＮＡのタグ付けされたＤＮＡ断片を生成することを可能にする。
本明細書において使用される場合、「ＤＮＡアダプター分子」は、タグ付けに備えるために、標的ＤＮＡの断片の一方または両方の先端に連結されるｄｓＤＮＡ分子をいう。代表的には、「ＤＮＡアダプター分子」は、約５ｂｐ〜１００ｂｐの間の長さを有する。それゆえ、「ＤＮＡアダプター分子」は、例えばＷＯ ２０１０／０４８６０５ Ａ１において使用されるようなｄｓＤＮＡトランスポゾン様分子と同一視され得ない。
本明細書において使用される場合、「インテグラーゼ認識サイト」は、ｄｓＤＮＡまたはＤＮＡアダプター分子の、セクションまたは配列であって、それぞれ、インテグラーゼによって特異的および選択的に認識および結合され、したがってＤＮＡアダプター分子の標的ＤＮＡへの組み込みおよび／または転移を可能にする、セクションまたは配列をいう。「インテグラーゼ認識サイト」は、長い末端反復配列（ＬＴＲ）と呼ばれるヌクレオチド配列を包含するか、またはそれによって具体化され得る。
本明細書において使用される場合、「タグ付けされた」（ｔａｇｇｅｄ）は、ＤＮＡアダプター分子の標的ＤＮＡ分子への連結のプロセスをいう。タグ付けを受けるＤＮＡ、またはタグを含有するＤＮＡは、「タグ付けされた」（例えば、「タグ付けされたＤＮＡ」）といわれる。
「前記少なくとも１つのＤＮＡアダプター分子のプロセシングおよび鎖転移反応が触媒される」条件は、当業者にとって周知である。そのような条件は、インテグラーゼがその酵素的活性を働かせることを可能にする環境をインテグラーゼに提供する。そのような条件は、インテグラーゼと標的ＤＮＡとＤＮＡアダプター分子とが相互作用してインテグラーゼ反応を可能にすることが出来ることをさらに確実にする。
タグ付けされたＤＮＡ断片または複数のＤＮＡ断片の生成はまた、タグ付けされた断片のライブラリーの生成の概念も包含する。
本発明による方法は、自明とは程遠い。
現在までに、宿主ＤＮＡへのウイルス核酸の組み込みの原理は、インテグラーゼおよびそのインヒビターの活性を試験するときに利用され得るアッセイを開発するためにのみ使用されている。この文脈において、１型ＨＩＶインテグラーゼを扱う以下の刊行物の言及がなされる：Ｉｎａｙｏｓｈｉ ｅｔ ａｌ．（２０１０），Ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ｆａｃｔｏｒ ＹＹ１ ｉｎｔｅｒａｃｔｓ ｗｉｔｈ ｒｅｔｒｏｖｉｒａｌ ｉｎｔｅｇｒａｓｅｓ ａｎｄ ｆａｃｉｌｉｔａｔｅｓ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｏｆ
ｍｏｌｏｎｅｙ ｍｕｒｉｎｅ ｌｅｕｋｅｍｉａ ｖｉｒｕｓ ｃＤＮＡ ｉｎｔｏ
ｔｈｅ ｈｏｓｔ ｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅｓ，Ｊ．Ｖｉｒｏｌ．８４（１６），ｐ．８２５０−８２６１；Ｇｏｏｄａｒｚｉ ｅｔ ａｌ．（１９９５），Ｃｏｎｃｅｒｔｅｄ
ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｔｒｏｖｉｒｕｓ−ｌｉｋｅ ＤＮＡ ｂｙ ｈｕｍａｎ ｉｍｍｕｎｏｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙ ｖｉｒｕｓ ｔｙｐｅ １ ｉｎｔｅｇｒａｓｅ，Ｊ．Ｖｉｒｏｌ．６９（１０），ｐ．６０９０−６０９７；Ｅｌｌｉｓｏｎ ｅｔ ａｌ．（１９９４），Ａ ｓｔａｂｌｅ ｃｏｍｐｌｅｘ ｂｅｔｗｅｅｎ ｉｎｔｅｇｒａｓｅ ａｎｄ ｖｉｒａｌ ＤＮＡ ｅｎｄｓ ｍｅｄｉａｔｅｓ ｈｕｍａｎ ｉｍｍｕｎｏｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙ ｖｉｒｕｓ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｖｉｔｒｏ，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ ９１（１５），ｐ．７３１６−７３２０；Ｙｏｓｈｉｎａｇａ ｅｔ ａｌ．（１９９５），Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｒｏｌｅｓ ｏｆ ｂａｓｅｓ ｗｉｔｈｉｎ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｓｉｇｎａｌ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｏｆ ｈｕｍａｎ ｉｍｍｕｎｏｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙ
ｖｉｒｕｓ ｔｙｐｅ １ ｉｎ ｖｉｔｒｏ，Ｊ．Ｖｉｒｏｌ．６９（５），ｐ．３２３３−３２３６；Ｑｕａｓｈｉｅ ｅｔ ａｌ．（２０１２），Ｎｏｖｅｌ ｔｈｅｒａｐｅｕｔｉｃ ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ ｔａｒｇｅｔｉｎｇ ＨＩＶ ｉｎｔｅｇｒａｓｅ，ＢＭＣ Ｍｅｄ． １０，ｐ．３４；Ｐｒｕｓｓ ｅｔ ａｌ．（１９９４），Ｈｕｍａｎ ｉｍｍｕｎｏｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙ ｖｉｒｕｓ ｉｎｔｅｇｒａｓｅ ｄｉｒｅｃｔｓ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｔｏ ｓｉｔｅｓ ｏｆ ｓｅｖｅｒｅ ＤＮＡ
ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｗｉｔｈｉｎ ｔｈｅ ｎｕｃｌｅｏｓｏｍｅ ｃｏｒｅ，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ ９１（１３），ｐ．５９１３−５９１７；Ｔｓｕｒｕｙａｍａ ｅｔ ａｌ．（２０１０），Ｉｎ ｖｉｔｒｏ ＨＩＶ−１ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ａｎｄ ｄｅｃｏｙ−ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｓｅｑｕｅｎｃｅ，ＰＬｏＳ Ｏｎｅ．５（１１），ｅ１３８４１；Ｈａｎｓｅｎ ｅｔ ａｌ．（１９９９），Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｃｏｍｐｌｅｘｅｓ ｄｅｒｉｖｅｄ ｆｒｏｍ ＨＩＶ ｖｅｃｔｏｒｓ ｆｏｒ ｒａｐｉｄ ａｓｓａｙｓ ｉｎ ｖｉｔｒｏ，Ｎａｔ．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．１７（６），ｐ．５７８−５８２；Ｄｅｌｅｌｉｓ ｅｔ ａｌ．（２００８），Ｉｎｔｅｇｒａｓｅ ａｎｄ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ：ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ ｏｆ ＨＩＶ−１ ｉｎｔｅｇｒａｓｅ，Ｒｅｔｒｏｖｉｒｏｌｏｇｙ ５，ｐ．１１４。
以下の刊行物は、ＡＭＶインテグラーゼを言及する：Ｎａｒｅｚｋｉｎａ ｅｔ ａｌ．（２００４），Ｇｅｎｏｍｅ−ｗｉｄｅ ａｎａｌｙｓｅｓ ｏｆ ａｖｉａｎ ｓａｒｃｏｍａ ｖｉｒｕｓ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｓｉｔｅｓ，Ｊ．Ｖｉｒｏｌ．７８（２１），ｐ．１１６５６−１１６６３；Ｙａｏ ｅｔ ａｌ．（２００３），Ａｖｉａｎ ｒｅｔｒｏｖｉｒｕｓ ｉｎｔｅｇｒａｓｅ−ｅｎｈａｎｃｅｄ ｔｒａｎｓｇｅｎｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｉｎｔｏ ｍａｍｍａｌｉａｎ ｃｅｌｌ ＤＮＡ ｉｎ
ｖｉｖｏ，Ｂｉｏｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ３５（５），ｐ．１０７２−１０７８。
以下の刊行物は、ビスナウイルスのインテグラーゼに焦点を当てる：Ｋａｔｚｍａｎ ｅｔ ａｌ．（１９９４），Ｉｎ ｖｉｔｒｏ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ ｏｆ ｐｕｒｉｆｉｅｄ ｖｉｓｎａ ｖｉｒｕｓ ｉｎｔｅｇｒａｓｅ，Ｊ．Ｖｉｒｏｌ．６８（６），ｐ．３５５８−３５６９。
以下の刊行物は、Ｍ−ＭｕＬＶのインテグラーゼを言及する：Ｄｉｌｄｉｎｅ ｅｔ ａｌ．（１９９８），Ａ ｃｈｉｍｅｒｉｃ Ｔｙ３／ｍｏｌｏｎｅｙ ｍｕｒｉｎｅ ｌｅｕｋｅｍｉａ ｖｉｒｕｓ ｉｎｔｅｇｒａｓｅ ｐｒｏｔｅｉｎ ｉｓ ａｃｔｉｖｅ ｉｎ ｖｉｖｏ，Ｊ．Ｖｉｒｏｌ．７２（５），ｐ．４２９７−４３０７。
いわゆるＺＡＭインテグラーゼは、以下の刊行物の対象である：Ｆａｙｅ ｅｔ ａｌ．（２００８），Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ａ ｈｉｇｈｌｙ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｓｅ ｅｎｃｏｄｅｄ ｂｙ ａｎ
ＬＴＲ−ｒｅｔｒｏｔｒａｎｓｐｏｓｏｎ，ＰＬｏＳ Ｏｎｅ．３（９），ｅ３１８５。
ＨＩＶ、ＡＭＶ、ＭｕＬＶのインテグラーゼは、以下の刊行物の対象である：Ｄｏｌａｎ ｅｔ ａｌ．（２００９），Ｄｅｆｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ＤＮＡ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｂｉｎｄｉｎｇ ｓｉｔｅｓ ｏｎ ＨＩＶ−１ ｉｎｔｅｇｒａｓｅ，Ｊ．Ｍｏｌ．Ｂｉｏｌ．３８５（２），ｐ．５６８−５７９。
しかしながら、先行技術は、標的ＤＮＡのタグ付けされたＤＮＡ断片またはそれからなるライブラリーのそれぞれの生成のためのインテグラーゼの使用には言及していない。
本発明の基となる課題（ｏｂｊｅｃｔ）は、ここで完全に解決される。
工程（ｉｉ）（ｂ）における本発明の方法のさらなる発展によれば、前記少なくとも１つのＤＮＡアダプター分子は、前記複数の標的ＤＮＡ断片のそれぞれの両末端に連結される。
この手段は、標的ＤＮＡのタグ付けされたＤＮＡ断片が、その後の反応（例えば、ＮＧＳによるシークエンシング反応）においてプロセシングされる準備ができた形態で提供されるという利点を有する。
本発明の方法の好ましい実施形態によれば、前記少なくとも１つのＤＮＡアダプター分子は、オリゴヌクレオチド、好ましくは、ＰＣＲプライマーおよび／またはシークエンシングプライマーにアニーリングするためのサイト（「プライマーアニーリングサイト」、ＰＡＳ）をさらに含む。
この手段は、タグ付けされたＤＮＡ断片が「増幅の準備ができた」または「シークエンシングの準備ができた」状態で、すでに提供されているという利点を有する。
オリゴヌクレオチドにアニーリングするためのサイトは、ＤＮＡポリメラーゼによる伸長（例えば、次世代シークエンシング反応（ＮＧＳ）の環境内の）のためのオリゴヌクレオチドプライマーにアニーリングするため、または捕捉もしくはライゲーション反応のためのオリゴヌクレオチドにアニーリングするように構成され得る。ＤＮＡアダプター分子はそれぞれ、アニーリングサイトと間隔を空けて、インテグラーゼ認識サイトまたはＬＴＲを含み得る（例えば、インテグラーゼ認識サイトはその第一の末端にあり、そしてアニーリングサイトはその第二の末端にある）。
他の実施形態によれば、本発明の方法は、工程（ｉｉ）の後に以下の工程をさらに含む：（ｉｉ）’前記標的ＤＮＡの前記複数のタグ付けされたＤＮＡ断片をＰＣＲに供し、前記少なくとも１つのＤＮＡアダプター分子に、オリゴヌクレオチドにアニーリングするためのサイトを加える工程であって、好ましくは、オリゴヌクレオチドにアニーリングするための該サイトが、ＰＣＲプライマーおよび／またはシークエンシングプライマーにアニーリングするように構成される工程。
この代替のアプローチによって、インテグラーゼ認識サイト（ＩＲＳ）のみを含むＤＮＡアダプター分子が、使用され得る。タグ付けされたＤＮＡ断片を得た後、ＰＣＲ反応において、前記少なくとも１つのＤＮＡアダプター分子にオリゴヌクレオチド（例えば、ＰＣＲプライマーおよび／またはシークエンシングプライマー）にアニーリングするためのサイトを付加するように構成される少なくとも１つのＰＣＲプライマー対と共に、タグ付けされたＤＮＡ断片をインキュベートする。前記ＰＣＲプライマー対のうちの第一のＰＣＲプライマーはまた、前記ＤＮＡアダプター分子のＩＲＳにハイブリダイズし得るＩＲＳも含み得る。第一のＰＣＲプライマーは、オリゴヌクレオチド（例えば、ＰＣＲプライマーおよび／またはシークエンシングプライマー）にアニーリングするためのサイトをさらに含み得る。次いで、前記ＰＣＲプライマー対のうちの第二のＰＣＲプライマーは、第一のＰＣＲプライマー、好ましくは、オリゴヌクレオチドにアニーリングするためのサイトにハイブリダイズするように構成され得る。それゆえ、前記ＰＣＲプライマー対のうちの第一のＰＣＲプライマーは、第二のＰＣＲプライマーより長いものであり得る。タグ付けされたＤＮＡ断片を増幅するために適した条件下で、タグ付けされたＤＮＡ断片および少なくとも１つのＰＣＲプライマー対（長いＰＣＲプライマーおよび短いＰＣＲプライマー）を含む前記反応混合物をＰＣＲに供することは、タグ付けされたＤＮＡ断片の富化という結果になる。同時に、タグ付けされたＤＮＡ断片のＤＮＡアダプター分子は、次いでＰＣＲにおいてオリゴヌクレオチドにアニーリングするためのサイトを付加することによって完成する。
本発明の方法の好ましい実施形態によれば、前記インテグラーゼは、ＨＩＶインテグラーゼを包含するレトロウイルスインテグラーゼ、およびレトロウイルスインテグラーゼ由来のインテグラーゼからなる群から選択される。
この手段は、最適な結果を提供することが証明されたようなインテグラーゼが提供されるという利点を有する。他の適切なインテグラーゼは、ＡＭＶインテグラーゼ、ビスナウイルスインテグラーゼ、ＭｕＬＶインテグラーゼ、ＺＡＭインテグラーゼである。
本明細書において使用される場合、「レトロウイルスインテグラーゼ由来のインテグラーゼ」は、レトロウイルスインテグラーゼの３’プロセシング活性および鎖転移活性を有する酵素の群をいう。本発明によれば、レトロウイルスインテグラーゼ由来のインテグラーゼはまた、組み込みの触媒のために必須の、いわゆるＤＤＥモチーフを含むようなインテグラーゼも包含する。そのような由来のインテグラーゼは、機能のないドメインを欠き得る。そのような由来のインテグラーゼの例は、本発明者らによって使用されたＨＩＶ−１由来のインテグラーゼである。由来のインテグラーゼは、アミノ酸番号５０〜２１２番からなるＨＩＶ−１インテグラーゼの「コア」を含むが、最初のＮ末端アミノ酸および最後のＣ末端アミノ酸を欠く。
本発明の方法の好ましいさらなる発展によれば、前記少なくとも１つのＤＮＡアダプター分子は、２つの核酸分子からなり、該２つの核酸分子が、相補的なヌクレオチド配列を含み、かつ互いに特異的にハイブリダイズされ、以下の群：
アダプター１（配列番号１ ＋ 配列番号２）、
アダプター２（配列番号３ ＋ 配列番号２）、
アダプター３（配列番号６ ＋ 配列番号２）、
アダプター４（配列番号７ ＋ 配列番号２）、
アダプター５（配列番号８ ＋ 配列番号４）、
アダプター６（配列番号９ ＋ 配列番号４）、
アダプター７（配列番号８ ＋ 配列番号５）、
アダプター８（配列番号９ ＋ 配列番号５）、
アダプター９（配列番号１４ ＋ 配列番号１５）、
アダプター１０（配列番号１０ ＋ 配列番号１１）、
アダプター１１（配列番号１２ ＋ 配列番号１３）
から選択される。
この手段は、本発明による方法に特に適しているようなＤＮＡアダプター分子が提供されるという利点を有する。
括弧内に列挙された第一の配列はｄｓＤＮＡアダプター配列の第一の鎖を指し、そして括弧内に列挙された第二の配列はｄｓＤＮＡアダプター分子の第二の鎖を指すものとする。
本発明の方法のさらなる発展によれば、その発展は、
（ｉｉｉ）前記標的ＤＮＡの前記複数のタグ付けされたＤＮＡ断片を精製する工程
をさらに含む。
そのような手段は、インテグラーゼ、断片化されていない標的ＤＮＡ、標的ＤＮＡのタグ付けされていない断片およびアダプターＤＮＡ等が（例えば、ＱＩＡｑｕｉｃｋカラムを使用することにより）除去され、それによってさらなる使用のためのタグ付けされたＤＮＡ断片の精製されたライブラリーを提供するという利点を有する。
本発明による方法が１つの反応容器内で行われるならば、それは好ましい。
この手段は、「一工程」での方法の原理を具体化する。本発明による方法は（ｉ）、（ｉｉ）および（ｉｉｉ）に細分化されるが、この細分化は、方法事象の時間的順序を例示することを意図するにすぎない。しかしながら、方法の使用者は、規定された条件下で反応混合物を作製することのみを要求され、それによって一工程において標的ＤＮＡの複数のタグ付けされたＤＮＡ断片または標的ＤＮＡのタグ付けされたＤＮＡ断片のライブラリーを自動的に生成する。
本発明の他の対象は、標的ＤＮＡのタグ付けされたＤＮＡ断片の生成のためのキットに関し、そのキットは、
（ｉ）インテグラーゼ、および
（ｉｉ）インテグラーゼ認識サイトを含む少なくとも１つのＤＮＡアダプター分子
を含む。
本発明による方法に関して、前記少なくとも１つのＤＮＡアダプター分子は、オリゴヌクレオチドにアニーリングするため、好ましくは、ＰＣＲプライマーおよび／またはシークエンシングプライマーにアニーリングするための、サイトをさらに含む。
本発明のキットに含まれるインテグラーゼは、ＨＩＶインテグラーゼを包含するレトロウイルスインテグラーゼ、レトロウイルスインテグラーゼ由来のインテグラーゼからなる群から選択される。他の適切なインテグラーゼは、ＡＭＶインテグラーゼ、ビスナウイルスインテグラーゼ、ＭｕＬＶインテグラーゼ、ＺＡＭインテグラーゼである。
本発明のキットのさらなる発展によれば、前記少なくとも１つのＤＮＡアダプター分子は、２つの核酸分子からなり、該２つの核酸分子が、相補的なヌクレオチド配列を含み、かつ互いに特異的にハイブリダイズされ、以下の群：
アダプター１（配列番号１ ＋ 配列番号２）、
アダプター２（配列番号３ ＋ 配列番号２）、
アダプター３（配列番号６ ＋ 配列番号２）、
アダプター４（配列番号７ ＋ 配列番号２）、
アダプター５（配列番号８ ＋ 配列番号４）、
アダプター６（配列番号９ ＋ 配列番号４）、
アダプター７（配列番号８ ＋ 配列番号５）、
アダプター８（配列番号９ ＋ 配列番号５）、
アダプター９（配列番号１４ ＋ 配列番号１５）、
アダプター１０（配列番号１０ ＋ 配列番号１１）、
アダプター１１（配列番号１２ ＋ 配列番号１３）
から選択される。
キットは、本発明の方法を実行するために有用な個々の要素の組み合わせ物であり、ここで該要素は当該方法において一緒になって使用されるために最適化されている。キットはまた、本発明による方法を行うためのマニュアルも備える。そのようなキットは、本発明による方法を作用させるために必要とされる全ての必須要素を統一し、したがってエラーの危険性を最小にする。それゆえ、そのようなキットはまた、半熟練の研究室のスタッフが本発明による方法を行うことも可能にする。
本発明による方法の特徴、特質および利点は、必要な変更を加えて、本発明によるキットおよび使用のそれぞれに適用する。
本発明によるキットは、１より多い（例えば、２、３もしくは４またはそれより多い）異なるインテグラーゼならびに１より多いＤＮＡアダプター分子（例えば２、３、４等の異なるＤＮＡアダプター分子）を備え得る。キットはまた、（インテグラーゼおよび組み込み反応の最適な環境を作製する）１つまたは異なる緩衝液組成物、参照標的ＤＮＡ等も備え得る。
本発明の他の対象は、配列番号１〜１５からなる群から選択されるヌクレオチド配列を含む核酸分子に関する。
本発明による核酸分子は、本発明の方法において使用されるために特異的に適合される。特に、核酸分子は、本発明による方法において直接使用に適するＤＮＡアダプター分子を形成するために、互いにハイブリダイズし得る。ハイブリダイゼーションスケジュールは以下の通りである：
配列番号１ ＋ 配列番号２：アダプター１
配列番号３ ＋ 配列番号２：アダプター２
配列番号６ ＋ 配列番号２：アダプター３
配列番号７ ＋ 配列番号２：アダプター４
配列番号８ ＋ 配列番号４：アダプター５
配列番号９ ＋ 配列番号４：アダプター６
配列番号８ ＋ 配列番号５：アダプター７
配列番号９ ＋ 配列番号５：アダプター８
配列番号１４ ＋ 配列番号１５：アダプター９
配列番号１０ ＋ 配列番号１１：アダプター１０
配列番号１２ ＋ 配列番号１３：アダプター１１
別途定義されない限り、本明細書において使用される全ての技術用語および科学用語は、本発明が属する分野の当業者によって通常理解される意味と同じ意味を一般的に有する。
上記特徴および以下にさらに説明される特徴は、それぞれの明示された組み合わせで使用され得るだけでなく、本発明の範囲から逸脱することなく、他の組み合わせでもまたは単独でも使用され得ることは言うまでもない。
さらなる特徴、特質および利点は、好ましい実施形態の説明および添付された図面に従う。
特定の実施形態では、例えば以下が提供される：
（項目１）
標的ＤＮＡのタグ付けされたＤＮＡ断片を生成するための方法であって、
（ｉ）該標的ＤＮＡと、インテグラーゼと、インテグラーゼ認識サイトを含む少なくとも１つのＤＮＡアダプター分子とを接触させ、反応混合物を得る工程、
（ｉｉ）該少なくとも１つのアダプター分子の３’プロセシングおよび鎖転移反応が該インテグラーゼによって触媒される条件下で該反応混合物をインキュベートする工程であって、ここで、
（ａ）該標的ＤＮＡが断片化されて、複数の標的ＤＮＡ断片を生成し、および
（ｂ）該少なくとも１つのＤＮＡアダプター分子が、該複数の該標的ＤＮＡ断片のそれぞれの少なくとも１つの末端に連結される、工程
を含み、該標的ＤＮＡの複数のタグ付けされたＤＮＡ断片を生成する、方法。
（項目２）
工程（ｉｉ）（ｂ）において、前記少なくとも１つのＤＮＡアダプター分子が、前記複数の前記標的ＤＮＡ断片のぞれぞれの両末端に連結されることを特徴とする、項目１に記載の方法。
（項目３）
前記少なくとも１つのＤＮＡアダプター分子が、オリゴヌクレオチドにアニーリングするためのサイトをさらに含み、好ましくは、オリゴヌクレオチドにアニーリングするための該サイトが、ＰＣＲプライマーおよび／またはシークエンシングプライマーにアニーリングするように構成されることを特徴とする、項目１または２に記載の方法。
（項目４）
工程（ｉｉ）の後に、以下の工程：
（ｉｉ）’前記標的ＤＮＡの前記複数のタグ付けされたＤＮＡ断片をＰＣＲに供し、前記少なくとも１つのＤＮＡアダプター分子に、オリゴヌクレオチドにアニーリングするためのサイトを加える工程であって、好ましくは、オリゴヌクレオチドにアニーリングするための該サイトが、ＰＣＲプライマーおよび／またはシークエンシングプライマーにアニーリングするように構成される工程
をさらに含む、項目１または２に記載の方法。
（項目５）
前記インテグラーゼが、ＨＩＶインテグラーゼを包含するレトロウイルスインテグラーゼ、およびレトロウイルスインテグラーゼ由来のインテグラーゼからなる群から選択されることを特徴とする、前記項目のいずれかに記載の方法。
（項目６）
前記少なくとも１つのＤＮＡアダプター分子が、２つの核酸分子からなり、該２つの核酸分子が、相補的なヌクレオチド配列を含み、かつ互いに特異的にハイブリダイズされ、以下の群：
アダプター１（配列番号１ ＋ 配列番号２）、
アダプター２（配列番号３ ＋ 配列番号２）、
アダプター３（配列番号６ ＋ 配列番号２）、
アダプター４（配列番号７ ＋ 配列番号２）、
アダプター５（配列番号８ ＋ 配列番号４）、
アダプター６（配列番号９ ＋ 配列番号４）、
アダプター７（配列番号８ ＋ 配列番号５）、
アダプター８（配列番号９ ＋ 配列番号５）、
アダプター９（配列番号１４ ＋ 配列番号１５）、
アダプター１０（配列番号１０ ＋ 配列番号１１）、
アダプター１１（配列番号１２ ＋ 配列番号１３）
から選択されることを特徴とする、前記項目のいずれかに記載の方法。
（項目７）
工程（ｉｉ）および／または工程（ｉｉ）’の後に、以下の工程：
（ｉｉｉ）前記標的ＤＮＡの前記複数のタグ付けされたＤＮＡ断片を精製する工程
をさらに含む、前記項目のいずれかに記載の方法。
（項目８）
前記方法が１つの反応容器内で行われることを特徴とする、前記項目のいずれかに記載の方法。
（項目９）
標的ＤＮＡのタグ付けされたＤＮＡ断片を生成するためのキットであって：
（ｉ）インテグラーゼ、および
（ｉｉ）インテグラーゼ認識サイトを含む少なくとも１つのＤＮＡアダプター分子
を含む、キット。
（項目１０）
ＰＣＲ反応において、前記少なくとも１つのＤＮＡアダプター分子に、オリゴヌクレオチドにアニーリングするためのサイトを加えるように構成される、少なくとも１つのＰＣＲプライマー対をさらに含み、好ましくは、オリゴヌクレオチドにアニーリングするための該サイトが、ＰＣＲプライマーおよび／またはシークエンシングプライマーにアニーリングするように構成される、項目９に記載のキット。
（項目１１）
前記少なくとも１つのＤＮＡアダプター分子が、オリゴヌクレオチドにアニーリングするためのサイトをさらに含み、好ましくは、オリゴヌクレオチドにアニーリングするための該サイトが、ＰＣＲプライマーおよび／またはシークエンシングプライマーにアニーリングするように構成されることを特徴とする、項目９に記載のキット。
（項目１２）
前記インテグラーゼが、ＨＩＶインテグラーゼを包含するレトロウイルスインテグラーゼ、およびレトロウイルスインテグラーゼ由来のインテグラーゼからなる群から選択されることを特徴とする、前記の項目のいずれかに記載のキット。
（項目１３）
前記少なくとも１つのＤＮＡアダプター分子が、２つの核酸分子からなり、該２つの核酸分子が、相補的なヌクレオチド配列を含み、かつ互いに特異的にハイブリダイズされ、以下の群：
アダプター１（配列番号１ ＋ 配列番号２）、
アダプター２（配列番号３ ＋ 配列番号２）、
アダプター３（配列番号６ ＋ 配列番号２）、
アダプター４（配列番号７ ＋ 配列番号２）、
アダプター５（配列番号８ ＋ 配列番号４）、
アダプター６（配列番号９ ＋ 配列番号４）、
アダプター７（配列番号８ ＋ 配列番号５）、
アダプター８（配列番号９ ＋ 配列番号５）、
アダプター９（配列番号１４ ＋ 配列番号１５）、
アダプター１０（配列番号１０ ＋ 配列番号１１）、
アダプター１１（配列番号１２ ＋ 配列番号１３）
から選択されることを特徴とする、前記項目のいずれかに記載のキット。
（項目１４）
標的ＤＮＡのタグ付けされたＤＮＡ断片のライブラリー生成のためのインテグラーゼの使用であって、好ましくは、該タグ付けされたＤＮＡ断片のライブラリーが、好ましくは次世代シークエンシングを介する、ＤＮＡシークエンシングのために使用されるライブラリーである、使用。
（項目１５）
配列番号１〜１５からなる群から選択されるヌクレオチド配列を含む核酸分子。
図１は、インテグラーゼが関与するＨＩＶ−１組み込み（左）およびトランスポザーゼが関与するＴｎ５転移（右）における一連の事象のちがいを図示する図を示す。 図２は、本発明による方法の実施形態（Ａ）および前記方法によって生成されたタグ付けされたプラスミドＤＮＡ断片の詳細（Ｂ）を図示する図を示す。 図３は、本発明の方法によるタグ付けされたプラスミドＤＮＡ断片の上首尾な生成を実証するアガロースゲルの写真を示す。 図３は、本発明の方法によるタグ付けされたプラスミドＤＮＡ断片の上首尾な生成を実証するアガロースゲルの写真を示す。 図４は、２つの異なるサイクリング条件および２つの異なる反応緩衝液を使用して断片化とアダプターライゲーションとがされたゲノムＤＮＡの電気泳動図を示す。 図５は、本発明による方法の他の実施形態を図示する図を示す。 図６は、種々の断片化アダプターおよびＰＣＲプライマーミックスを使用して断片化とアダプターライゲーションとがされたゲノムＤＮＡの電気泳動図を示す。 図６は、種々の断片化アダプターおよびＰＣＲプライマーミックスを使用して断片化とアダプターライゲーションとがされたゲノムＤＮＡの電気泳動図を示す。 図７は、異なるインキュベーション温度を使用して断片化とアダプターライゲーションとがされたゲノムＤＮＡの電気泳動図を示す。
先行技術である断片化および同時に起きるアダプターライゲーションにおいて利用されるトランスポザーゼ酵素の使用（例えば、ＷＯ２０１０／０４８６０５に開示される）とは対照的に、本発明による方法の中心をなす局面は、インテグラーゼ酵素の使用である。
プロウイルスＤＮＡが増殖性感染のテンプレートであるため、レトロウイルスＤＮＡの組み込みは、レトロウイルス複製の必須の工程である。インテグラーゼによって触媒されるような組み込みのプロセスは、２つの逐次の反応に分割され得る。第一の反応（３’プロセシングと名付けた）は、特異的なヌクレオチド鎖切断反応（ｅｎｄｏｎｕｃｌｅｏｌｙｔｉｃ ｒｅａｃｔｉｏｎ）であって、トランスエステル化反応による宿主細胞ゲノムへのその後の共有結合的な挿入（鎖転移と名付けた）の能力があるようにウイルスＤＮＡの先端を調製する反応に相当する。インテグラーゼは、それぞれインテグラーゼ認識配列（ＩＲＳ）または長い末端反復配列（ＬＴＲ）として公知のウイルスＤＮＡのそれぞれのエンドにおいて短い配列にまず結合し、そして３’プロセシングとして公知のエンドヌクレオチド切断を触媒する。３’プロセシングでは、ジヌクレオチドがウイルスＤＮＡのそれぞれのエンドから除去される。結果として生じる切断されたＤＮＡを、次いで組み込みまたは鎖転移のための基質として使用し、感染した細胞のゲノムへのウイルスＤＮＡの共有結合的な挿入を導く。この第二の反応は、２つの向かい合う挿入点の間で正確に５塩基対をずらしながら、ウイルスＤＮＡ分子の両末端で同時に起こる。
図１において、Ｔｎ５転移（右）と比較して、ＨＩＶ−１組み込み（左）におけるそのような事象を図示する。ＨＩＶ−１：Ｉ）ドナーＤＮＡ；ＩＩ）インテグラーゼによって触媒される３’プロセシング；ＩＩＩ）インテグラーゼによって触媒される鎖転移；ＩＶ）鎖転移の生成物；Ｖ）ＤＮＡが修復された鎖転移生成物。Ｔｎ５トランスポゾン：１）
ドナーＤＮＡ；２）３’プロセシング；３〜４）ループ形成（３）および平滑末端ＤＮＡの生成（４）からなる５’プロセシング；５）鎖転移；６）修復された鎖転移生成物。
図２は、本発明による方法の図表による図示を示す。それぞれがインテグラーゼ認識サイト（ＩＲＳ）およびプライマーアニーリングサイト（ＰＡＳ）を含む、２つのＤＮＡアダプター分子（アダプター１およびアダプター２）を、インテグラーゼ酵素（ＩＮＴ）、および断片化とタグ付けとがされる標的ＤＮＡとともにインキュベートした；図２Ａ上部を参照。
インテグラーゼ（ＩＮＴ）は、アダプター分子であるアダプター１およびアダプター２のＩＲＳならびに標的ＤＮＡと結合し、そして３’プロセシングおよび鎖転移を触媒する；図２Ａ中央部を参照。
図２Ａ（下部）において、インテグラーゼ反応の結果を示す。すなわち、断片化とタグ付けとがされた標的ＤＮＡはその両末端にアダプターが連結されており、該アダプターはアダプターのそれぞれのＩＲＳセクションを介して連結しており、したがって断片化とタグ付けとがされた標的ＤＮＡの先端にＰＡＳが露出している。
図２Ｂにおいて、断片化とタグ付けとがされた標的ＤＮＡをさらに詳細に示す。断片化とタグ付けとがされた標的ＤＮＡは、その先端に、ＰＣＲプライマーのアニーリングおよび３’方向でのＰＣＲプライマーの伸長を可能にするＰＡＳセクションを含む。
ゲノムＤＮＡを断片化し、かつＤＮＡアダプター分子を両末端にライゲーションする本発明の方法において、インテグラーゼ反応を使用する。例えば、生成したタグ付けと断片化とがされた標的ＤＮＡの増幅、ならびにその後のクラスター生成およびシークエンシングのために、次いでＤＮＡアダプター分子を使用し得る。
２つの異なるＨＩＶインテグラーゼ、すなわち配列番号１６で示した配列の１７１アミノ酸を有し、コドンを最適化し、社内（ｉｎ−ｈｏｕｓｅ）で発現させ、かつ精製したＨＩＶ−１由来のインテグラーゼを、例示的に使用した。ＨＩＶ−１由来のインテグラーゼは、１８．９７ｋＤａの大きさを有し、かつアミノ酸番号５０〜２１２番によって表されるＨＩＶインテグラーゼのコアドメインを含む。そのようなインテグラーゼを、「ＱＨＩＮ １」という。ＨＩＶ−１由来のインテグラーゼは、ディスインテグレーション（ｄｉｓｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）反応を触媒するが、組み込み（３’プロセシングおよび転移）は触媒しない。
第二のインテグラーゼは、商業的に利用可能な野生型ＨＩＶ−１インテグラーゼ（ＢｉｏＰｒｏｄｕｃｔｓ ＭＤ，ＬＬＣ、Ｍｉｄｄｌｅｔｏｗｎ、ＭＤ、米国）である。そのようなインテグラーゼを、「ＢＰＨＩＮ １」という。
ＨＩＶ−１インテグラーゼのための認識サイトと、ライブラリーの増幅およびその後のＩｌｌｕｍｉｎａ ＮＧＳプラットホームにおけるシークエンシングのために使用し得る配列とを含むように、異なるアダプター分子を設計した。以下の表１は、本発明者らがＤＮＡアダプター分子を形成するために使用した配列を含む：
先に列挙したオリゴヌクレオチドを異なる比で互いに混合することによって、アダプター分子を形成した。オリゴヌクレオチドの推定される二次構造を除去するための９８℃で２分間の最初の変性工程の後に、相補的なオリゴヌクレオチドのアニーリングを可能にする、プローブのゆっくりとした冷却を行った。以下の表２は、異なるアダプター配合を示す。
第一の実行可能性アッセイにおいて、ＩＮアダプター１〜ＩＮアダプター１１を、コドンが最適化され、社内（ｉｎ−ｈｏｕｓｅ）で発現されたＨＩＶ−１由来のインテグラーゼ（ＱＨＩＮ １）と組み合わせて使用して、バクテリアのプラスミドＤＮＡ（ｐＧＬ２）の断片化およびアダプターライゲーションを同時に行った。
実験スケジュールは以下の通りである：
＊緩衝液 ２×：１０ｍＭ ＭｎＣｌ２、４０ｍＭ ＨＥＰＥＳ（ｐＨ７．５）、２ｍＭ
ジチオトレイトール、０．１％ Ｎｏｎｉｄｅｔ Ｐ４０、１ｍＭ ＣＨＡＰＳ、４０ｍＭ ＮａＣｌ。
組み込み複合体を形成するための、３７℃で１０分間のインキュベーション。
プラスミド標的ＤＮＡの断片化および同時に起こるアダプターライゲーションのための、３７℃で１時間のインキュベーション。
インキュベーション後、断片化とアダプターライゲーションとがされたＤＮＡを、ＱＩＡｑｕｉｃｋカラムおよび反応クリーンアップ（ｃｌｅａｎ−ｕｐ）プロトコルを使用して精製した。プラスミドおよび断片の濃度がアガロースゲル上で可視化するには低すぎたため、アガロースゲル分析は、断片を示さなかった。断片化とアダプターライゲーションとがされたＤＮＡを、次いでアダプターに特異的なプライマーを使用して増幅した。ＩＮアダプター１およびＩＮアダプター２に関して、ＰＣＲプライマーは利用できない。ＩＮアダプター３〜ＩＮアダプター８に関しては、Ｉｌｌｕｍｉｎａ Ｐ１プライマーおよびＩｌｌｕｍｉｎａ Ｐ２プライマーを使用し、ＩＮアダプター９に関しては、ＲＢプライマーを、ならびにＩＮアダプター１０およびＩＮアダプター１１に関しては、Ｕ５ＬＴＲプライマーおよびＵ３ＬＴＤプライマーを使用した。
以下の表において、使用したＰＣＲプライマーの配列を表にする。
ＰＣＲ設定プロトコルおよびサイクリング条件を以下に表にする。
アンプリコンを２％アガロースゲルにおいて分析し、そしてアンプリコンは２５０と１０００ｂｐとの間の大きさをもつプラスミドＤＮＡの断片化を示す（図３Ａ）。
断片化がＰＣＲにおける残存するアダプターによって引き起こされる影響であるかどうかを調べるために、同一の断片化とライゲーションとがされた試料を用いて第二のＰＣＲを行い、そしてアダプターのみを用いたＰＣＲを「テンプレートなしの対照」（ＮＴＣ）として行った。アダプターのみ（ＮＴＣ）を使用するとアンプリコンを得られなかった。図３Ｂは、増幅した断片化とライゲーションとがされたＤＮＡを、対応するアダプター増幅（ＮＴＣ）と並べて分析するアガロースゲルを示す。
第二の実験において、第二のＨＩＶ−１インテグラーゼ（野生型ＨＩＶインテグラーゼ；Ｂｉｏ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ＭＤ，ＬＬＣ、Ｍｉｄｄｌｅｔｏｗｎ、ＭＤ、ＵＳＡ）（ＢＰＨＩＮ １）を使用し、最も性能の優れた実行アダプターを使用して、プラスミドＤＮＡ（ｐＧＬ２）の断片化とライゲーションとを行った。ＩＮアダプター７、およびＩＮアダプター８とペアになったＩＮアダプター７を、このアッセイにおいて使用した。
アッセイ
＊緩衝液 ２×：１０ｍＭ ＭｎＣｌ２、４０ｍＭ ＨＥＰＥＳ（ｐＨ７．５）、２ｍＭ
ジチオトレイトール、０．１％ Ｎｏｎｉｄｅｔ Ｐ４０、１ｍＭ ＣＨＡＰＳ、４０ｍＭ ＮａＣｌ。
３７℃で１０分間インキュベートする。
３７℃で１時間インキュベートする。
断片化とアダプターライゲーションとがされた標的ＤＮＡを、ＩｌｌｕｍｉｎａプライマーＰ１およびＩｌｌｕｍｉｎａプライマーＰ２を使用して増幅し、そしてアガロースゲルで分析した。結果を図３Ｃに示す。再度、断片の大きさが１５０ｂｐと５００ｂｐとの間であるプラスミドの断片化を行った。
これらの結果が非特異的プラスミド増幅からのアーティファクトであるかどうかを試験するために、プラスミドを、断片化とアダプターライゲーションとがされたプラスミドＤＮＡと並行して、Ｐ１プライマーおよびＰ２プライマーを使用して増幅し、そしてアガロース電気泳動において分析した。結果を図３Ｄに示す。見られ得るように、プラスミドおよびアダプターを用いて、ゲル画像において増幅は得られなかった。
プラスミドを標的ＤＮＡとして使用することによって本発明を試験した後、次の工程は、本発明の方法によってゲノムＤＮＡを標的ＤＮＡとして使用することでライブラリーを生成し得るかどうか試験することであった。以下の実験において、断片の末端にこれらの断片の増幅およびその後のＮＧＳプラットホームでのシークエンシングのために使用し得るアダプターを伴う断片化されたＤＮＡの生成のための標的ＤＮＡとして、Ｅ．ｃｏｌｉのＤＮＡを使用した。
以下の設定のために、最も性能の優れた実行アダプターであるＩＮ＿アダプター＿７およびＩＮ＿アダプター＿８を使用した。２つの異なる緩衝液（ＤおよびＷ）に貯蔵されたＱＨＩＮ＿１を並行して試験した。Ｅ．ｃｏｌｉからの１００ｎｇのゲノムＤＮＡを断片化およびアダプターライゲーションのための標的ＤＮＡとして使用した。
実験の設定：
ＱＨＩＮ＿１貯蔵緩衝液
Ｄ：Ｄａｒ−緩衝液
２５ｍＭ Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ ｐＨ７．４
１Ｍ ＮａＣｌ
７．５ｍＭ ＣＨＡＰＳ
１ｍＭ ＤＴＴ
５０％ グリセロール

Ｗ：Ｗａｎｇ５０−緩衝液
２０ｍＭ ＨＥＰＥＳ ｐＨ７．３５
１Ｍ ＮａＣｌ
１ｍＭ ＤＴＴ
５０％ グリセロール

２種類のマスターミックス（ＭＭＸ）は、０．２μＭアダプターを使用して調製された。
インキュベーション後、組み込みによって生じる鎖中のギャップをうめること（ｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎ ｏｆ ｇａｐｓ）が慣習的なサイクリング前に必要とされるどうかを調査するために、ＱｉａＱｕｉｃｋカラムを用いて試料を精製し、そしてプライマーＰ１およびプライマーＰ２を用いて、２つの異なるサイクリング条件を使用してＰＣＲ増幅した。
ＰＣＲ設定を以下の表に記載する：
ＰＣＲ後、残存するアダプターおよびプライマーをＡｇｅｎｃｏｕｒｔ ＡＭＰｕｒｅ
ＸＰ Ｂｅａｄｓを使用して除去し、そしてＡｇｉｌｅｎｔ ＤＮＡチップを使用し、キャピラリー電気泳動を介してプローブを分析した。
図４は、全試料の電気泳動図を表す：

１：Ｄ １００ １；Ｄａｒ−緩衝液／１００ｎｇ ｇＤＮＡ／１．サイクリング
２：Ｗ １００ １；Ｗａｎｇ５０−緩衝液／１００ｎｇ ｇＤＮＡ／１．サイクリング３：Ｄ １００ ２；Ｄａｒ−緩衝液／１００ｎｇ ｇＤＮＡ／２．サイクリング
４：Ｗ １００ ２；Ｗａｎｇ５０−緩衝液／１００ｎｇ ｇＤＮＡ／２．サイクリング。
ここでは、主な大きさ分布が１０００〜５０００ｂｐの間である増幅されたＤＮＡの断片が認められ得る。それは、断片化およびアダプターライゲーションが起こったこと、お
よび生成された断片がプライマーＰ１およびプライマーＰ２を使用して増幅され得たことを意味する。
異なる結果を生じさせることなく、断片の大きさ分布を最適化する、さらなる実験を行った（データは示さない）。本発明者らが、インテグラーゼ認識サイト（ＩＲＳ）のみを含む短いアダプターを使用して断片化の実行を試み、そして次にＰＣＲでプライマーアニーリングサイト（ＰＡＳ）を付加することによってアダプター配列を完成させたためである。この実施形態の原理を、図５に図示する。標的ＤＮＡの断片化とアダプターライゲーションとを同時に行った後（上部）、ライゲーションされた断片を次いでＰＣＲに供した（下部）。ＰＣＲにおいて、２つのＰＣＲプライマー対を使用する。第一のＰＣＲプライマー対は、アダプターをライゲーションされたＤＮＡ断片のＩＲＳにハイブリダイズ可能なインテグラーゼ認識サイト（ＩＲＳ）をそれぞれが含みかつプライマーアニーリングサイト（ＰＡＳ１またはＰＡＳ２）をそれぞれ含む２つのプライマーからなる。第二のＰＣＲプライマー対は、それぞれプライマーアニーリングサイトであるＰＡＳ１またはＰＡＳ２にそれぞれハイブリダイズし得る２つのプライマー（Ｐ１およびＰ２）からなる。その後のＰＣＲにおいて、アダプターがライゲーションされたＤＮＡ断片を増幅し、かつプライマーアニーリングサイトであるＰＡＳ１およびＰＡＳ２を付加することによってアダプターは完成する。
それゆえ、さらなる断片化実験のために、ＩＲＳを含むがＰＡＳを含まない断片化アダプター（ＩＮ＿アダプター＿１；ＩＮ＿アダプター＿２）、ＰＣＲプライマーミックス−１（２１／２１ｐｌｕｓ＿ＩＮ＿４（配列番号６）；２１／２１ｐｌｕｓ＿ＩＮ＿５（配列番号７）；プライマーＰ１（配列番号１７）；プライマーＰ２（配列番号１８））、またはＰＣＲプライマーミックス−２（６／６ｐｌｕｓ＿ＩＮ＿６（配列番号８）；６／６ｐｌｕｓ＿ＩＮ＿７（配列番号９）；プライマーＰ１（配列番号１７）；プライマーＰ２（配列番号１８））を使用した。「長い」ＰＣＲプライマーである２１／２１ｐｌｕｓ＿ＩＮ＿４および２１／２１ｐｌｕｓ＿ＩＮ＿５または６／６ｐｌｕｓ＿ＩＮ＿６および６／６ｐｌｕｓ＿ＩＮ＿７はそれぞれ、ＩＲＳおよびＰＡＳを含む。「短い」プライマーであるＰ１およびＰ２は、それぞれのＰＡＳにハイブリダイズし得る。
Ｅ．ｃｏｌｉからの１００ｎｇのｇＤＮＡを、上記表からのアダプターおよびプライマー配合を使用してプロセシングし、そしてＡｇｉｌｅｎｔ ＤＮＡ チップを使用して、Ａｇｉｌｅｎｔｓ Ｂｉｏａｎａｌｙｚｅｒで分析した。図６は、プライマーミックス１（Ａ；Ｃ）およびプライマーミックス２（Ｂ；Ｄ）を用いた増幅後の断片の分布を示す。
３：１．ＩＮ１；ＩＮアダプター１／プライマーミックス１
１：１．ＩＮ１＿０；ＩＮアダプター１／プライマーミックス１＿テンプレートなしの対照

７：２．ＩＮ１；ＩＮアダプター１／プライマーミックス２
５：２．ＩＮ１＿０；ＩＮアダプター１／プライマーミックス２＿テンプレートなしの対照

４：１．ＩＮ２；ＩＮアダプター２／プライマーミックス１
２：１．ＩＮ２＿０；ＩＮアダプター２／プライマーミックス１＿テンプレートなしの対照

８：２．ＩＮ２；ＩＮアダプター２／プライマーミックス２
６：２．ＩＮ２＿０；ＩＮアダプター２／プライマーミックス２＿テンプレートなしの対照
見られ得るように、より良好な断片分布が達成されることから、ＩＮ＿アダプター２およびＰＣＲプライマーミックス１を使用することによって最も良好な結果が生成された。
ＩＮアダプター２を用いて、断片化を最適にするためのさらなる実験を計画した。
ライブラリーのより良好な大きさ分布を得るため、および残存するアダプターを除去するため、異なる濃度およびインキュベーション温度ならびに精製手順を試験した。
図７は、異なるインキュベーション温度下での、１００ｎｇのＥ．ｃｏｌｉ ｇＤＮＡの断片化およびアダプターライゲーションを示す。驚くべきことに、ここで使用した社内（ｉｎ−ｈｏｕｓｅ）のＨＩＶインテグラーゼ（ＱＨＩＮ＿１）は、より高い温度でのライブラリーのインキュベーションを可能にする非常に高い温度安定性を示し、かつライブラリーのより良好な大きさ分布を生じる。
Ａ：
１：３０；３０℃での標的ＤＮＡとのＩＮアダプター２複合体のインキュベーション
３：３７；３７℃での標的ＤＮＡとのＩＮアダプター２複合体のインキュベーション
５：４０；４０℃での標的ＤＮＡとのＩＮアダプター２複合体のインキュベーション
７：４５；４５℃での標的ＤＮＡとのＩＮアダプター２複合体のインキュベーション
Ｂ：
１：３７；３７℃での標的ＤＮＡとのＩＮアダプター２複合体のインキュベーション
３：５０；５０℃での標的ＤＮＡとのＩＮアダプター２複合体のインキュベーション
５：５５；５５℃での標的ＤＮＡとのＩＮアダプター２複合体のインキュベーション
７：６０；６０℃での標的ＤＮＡとのＩＮアダプター２複合体のインキュベーション
提示されたデータによれば、本発明者らは、ｇＤＮＡと共にＨＩＶ−１インテグラーゼ酵素を使用してプラスミド断片化の結果を再現し得た。いくつかのＮＧＳプラットホームのための、適切な大きさ分布を伴うライブラリーを生成するためにアッセイを最適化した。
上記結果を要約すれば、本発明者らは、種々のインテグラーゼ酵素を首尾よく試験し、ほんの一工程においてタグ付けされた標的ＤＮＡの断片のライブラリーを生成するために使用される本発明による方法を開発した。

Claims (15)

  1. 標的ＤＮＡのタグ付けされたＤＮＡ断片を生成するための方法であって、
    （ｉ）該標的ＤＮＡと、インテグラーゼと、インテグラーゼ認識サイトを含む少なくとも１つのＤＮＡアダプター分子とを接触させ、反応混合物を得る工程、
    （ｉｉ）該少なくとも１つのアダプター分子の３’プロセシングおよび鎖転移反応が該インテグラーゼによって触媒される条件下で該反応混合物をインキュベートする工程であって、ここで、
    （ａ）該標的ＤＮＡが断片化されて、複数の標的ＤＮＡ断片を生成し、および
    （ｂ）該少なくとも１つのＤＮＡアダプター分子が、該複数の該標的ＤＮＡ断片のそれぞれの少なくとも１つの末端に連結される、工程
    を含み、該標的ＤＮＡの複数のタグ付けされたＤＮＡ断片を生成する、方法。
  2. 工程（ｉｉ）（ｂ）において、前記少なくとも１つのＤＮＡアダプター分子が、前記複数の前記標的ＤＮＡ断片のぞれぞれの両末端に連結されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  3. 前記少なくとも１つのＤＮＡアダプター分子が、オリゴヌクレオチドにアニーリングするためのサイトをさらに含み、好ましくは、オリゴヌクレオチドにアニーリングするための該サイトが、ＰＣＲプライマーおよび／またはシークエンシングプライマーにアニーリングするように構成されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
  4. 工程（ｉｉ）の後に、以下の工程：
    （ｉｉ）’前記標的ＤＮＡの前記複数のタグ付けされたＤＮＡ断片をＰＣＲに供し、前記少なくとも１つのＤＮＡアダプター分子に、オリゴヌクレオチドにアニーリングするためのサイトを加える工程であって、好ましくは、オリゴヌクレオチドにアニーリングするための該サイトが、ＰＣＲプライマーおよび／またはシークエンシングプライマーにアニーリングするように構成される工程
    をさらに含む、請求項１または２に記載の方法。
  5. 前記インテグラーゼが、ＨＩＶインテグラーゼを包含するレトロウイルスインテグラーゼ、およびレトロウイルスインテグラーゼ由来のインテグラーゼからなる群から選択されることを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の方法。
  6. 前記少なくとも１つのＤＮＡアダプター分子が、２つの核酸分子からなり、該２つの核酸分子が、相補的なヌクレオチド配列を含み、かつ互いに特異的にハイブリダイズされ、以下の群：
    アダプター１（配列番号１ ＋ 配列番号２）、
    アダプター２（配列番号３ ＋ 配列番号２）、
    アダプター３（配列番号６ ＋ 配列番号２）、
    アダプター４（配列番号７ ＋ 配列番号２）、
    アダプター５（配列番号８ ＋ 配列番号４）、
    アダプター６（配列番号９ ＋ 配列番号４）、
    アダプター７（配列番号８ ＋ 配列番号５）、
    アダプター８（配列番号９ ＋ 配列番号５）、
    アダプター９（配列番号１４ ＋ 配列番号１５）、
    アダプター１０（配列番号１０ ＋ 配列番号１１）、
    アダプター１１（配列番号１２ ＋ 配列番号１３）
    から選択されることを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の方法。
  7. 工程（ｉｉ）および／または工程（ｉｉ）’の後に、以下の工程：
    （ｉｉｉ）前記標的ＤＮＡの前記複数のタグ付けされたＤＮＡ断片を精製する工程
    をさらに含む、前記請求項のいずれかに記載の方法。
  8. 前記方法が１つの反応容器内で行われることを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の方法。
  9. 標的ＤＮＡのタグ付けされたＤＮＡ断片を生成するためのキットであって：
    （ｉ）インテグラーゼ、および
    （ｉｉ）インテグラーゼ認識サイトを含む少なくとも１つのＤＮＡアダプター分子
    を含む、キット。
  10. ＰＣＲ反応において、前記少なくとも１つのＤＮＡアダプター分子に、オリゴヌクレオチドにアニーリングするためのサイトを加えるように構成される、少なくとも１つのＰＣＲプライマー対をさらに含み、好ましくは、オリゴヌクレオチドにアニーリングするための該サイトが、ＰＣＲプライマーおよび／またはシークエンシングプライマーにアニーリングするように構成される、請求項９に記載のキット。
  11. 前記少なくとも１つのＤＮＡアダプター分子が、オリゴヌクレオチドにアニーリングするためのサイトをさらに含み、好ましくは、オリゴヌクレオチドにアニーリングするための該サイトが、ＰＣＲプライマーおよび／またはシークエンシングプライマーにアニーリングするように構成されることを特徴とする、請求項９に記載のキット。
  12. 前記インテグラーゼが、ＨＩＶインテグラーゼを包含するレトロウイルスインテグラーゼ、およびレトロウイルスインテグラーゼ由来のインテグラーゼからなる群から選択されることを特徴とする、前記の請求項のいずれかに記載のキット。
  13. 前記少なくとも１つのＤＮＡアダプター分子が、２つの核酸分子からなり、該２つの核酸分子が、相補的なヌクレオチド配列を含み、かつ互いに特異的にハイブリダイズされ、以下の群：
    アダプター１（配列番号１ ＋ 配列番号２）、
    アダプター２（配列番号３ ＋ 配列番号２）、
    アダプター３（配列番号６ ＋ 配列番号２）、
    アダプター４（配列番号７ ＋ 配列番号２）、
    アダプター５（配列番号８ ＋ 配列番号４）、
    アダプター６（配列番号９ ＋ 配列番号４）、
    アダプター７（配列番号８ ＋ 配列番号５）、
    アダプター８（配列番号９ ＋ 配列番号５）、
    アダプター９（配列番号１４ ＋ 配列番号１５）、
    アダプター１０（配列番号１０ ＋ 配列番号１１）、
    アダプター１１（配列番号１２ ＋ 配列番号１３）
    から選択されることを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載のキット。
  14. 標的ＤＮＡのタグ付けされたＤＮＡ断片のライブラリー生成のためのインテグラーゼの使用であって、好ましくは、該タグ付けされたＤＮＡ断片のライブラリーが、好ましくは次世代シークエンシングを介する、ＤＮＡシークエンシングのために使用されるライブラリーである、使用。
  15. 配列番号１〜１５からなる群から選択されるヌクレオチド配列を含む核酸分子。
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