JP2022170729A - Novel method for preparing gene libraries - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主に特定の核酸配列群の検出または配列決定を行うアッセイに関する。特定の実施形態において、本発明は標的とする核酸配列に、検体を識別するための人工核酸配列であるバーコード配列を含む1つ以上の人工的に設計された核酸配列(以下、人工核酸配列)が付加される増幅方法を提供する。 The present invention relates primarily to assays for the detection or sequencing of specific populations of nucleic acid sequences. In certain embodiments, the present invention provides targeted nucleic acid sequences with one or more artificially designed nucleic acid sequences (hereinafter referred to as artificial nucleic acid sequences), including barcode sequences that are artificial nucleic acid sequences for identifying analytes. ) is added.
特定の核酸配列を検出することは、医療における遺伝子診断、食品における衛生検査、環境におけるモニタリングなど、多くの分野に渡って用いられている。 Detecting specific nucleic acid sequences is used in many fields, such as genetic diagnosis in medicine, sanitary inspection in food, and monitoring in the environment.
加えて、近年次世代シーケンサーが台頭し、従来法のシーケンス法と比べて核酸配列決定が格段に容易になったことから、新たな解析手法として広がりを見せている。 In addition, the emergence of next-generation sequencers in recent years has made nucleic acid sequencing much easier than conventional sequencing methods, and is spreading as a new analysis method.
次世代シーケンサーにて、複数検体由来の増幅産物の混合物を供するためには、配列決定を行いたい核酸断片の両末端に、検体を識別するためのバーコード配列を含む特定の人工核酸配列が付加されていなくてはならず、そのための核酸増幅反応ステップが、標的とする核酸配列を増幅するステップに加えて必要である。 In order to provide a mixture of amplification products derived from multiple specimens with a next-generation sequencer, a specific artificial nucleic acid sequence containing a barcode sequence for identifying specimens is added to both ends of the nucleic acid fragment to be sequenced. A nucleic acid amplification reaction step for that is required in addition to the step of amplifying the target nucleic acid sequence.
標的とする核酸配列に特異的なプライマーの5’末端側に、あらかじめバーコード配列を含む特定の人工核酸配列が付加されているプライマーを用いても、次世代シーケンサーに供する核酸断片を得ることが可能である(先行技術1)。しかしながら、本法では核酸配列の種類ごとに検体の数だけバーコード配列が異なるプライマーを用意しなければならず、極めて不経済である(図1)。 A nucleic acid fragment to be subjected to a next-generation sequencer can also be obtained by using a primer to which a specific artificial nucleic acid sequence containing a barcode sequence is added in advance to the 5' end of the primer specific to the target nucleic acid sequence. It is possible (prior art 1). However, this method requires preparation of primers with different barcode sequences for each type of nucleic acid sequence, which is extremely uneconomical (Fig. 1).
人工核酸配列が付加された増幅産物を経済的に得るための手段として、2段階のPCRを実施する方法(先行技術2)が一般的に用いられる(非特許文献1)。当該手法では、まず、人工核酸配列の3’末端側の一部を特異的配列の5’末端側に付加したプライマー(以下、人工付加特異プライマー)を用いて1回目のPCRを行い、標的核酸由来の産物(以下、特異的産物)を得る。続いて、当該産物を精製した後に、これを鋳型として、バーコード配列等の人工核酸配列を3’末端側に有するプライマー(以下、人工配列プライマー)を用いた2回目のPCRを実施する。上記した2回のPCR増幅により、標的核酸の両末端に人工核酸配列が付加された増幅産物(以下、最終人工配列付加産物)を得ることができる(図2)。 As a means for economically obtaining an amplification product to which an artificial nucleic acid sequence has been added, a method of performing two-step PCR (prior art 2) is generally used (non-patent document 1). In this technique, first, a primer obtained by adding a part of the 3' end side of the artificial nucleic acid sequence to the 5' end side of the specific sequence (hereinafter, artificially added specific primer) is used to perform the first PCR, and the target nucleic acid A derived product (hereinafter specific product) is obtained. Subsequently, after purifying the product, the product is used as a template for the second PCR using a primer having an artificial nucleic acid sequence such as a barcode sequence on the 3′ end side (hereinafter referred to as an artificial sequence primer). By the above two PCR amplifications, an amplification product (hereinafter referred to as final artificial sequence added product) in which artificial nucleic acid sequences are added to both ends of the target nucleic acid can be obtained (Fig. 2).
しかしながら、先行技術2では、PCRを2回実施する必要性があり、また1回目のPCRによって得られた特異的産物を精製の上、濃度調整する必要性があることから、工程が煩雑であり、時間を要する作業となる。
However, in
経済的かつ簡便に最終人工配列付加産物を得るための手段として、1つのPCR反応液に、人工付加特異プライマー対及び、人工配列プライマー対の両方を同時に添加した上で、増幅反応を行い、1回のPCRにて、最終人工配列付加産物を得ることが可能な手法(先行技術3)が開示されている(特許文献1、2)。
As a means for obtaining the final artificial sequence addition product economically and simply, both the artificial addition specific primer pair and the artificial sequence primer pair are added to one PCR reaction solution at the same time, and then the amplification reaction is performed. A method (Prior art 3) capable of obtaining the final artificial sequence addition product in one round of PCR has been disclosed (
特許文献1,2によれば、人工付加特異プライマーの濃度を、人工配列プライマーの濃度より低くすることで、全標的配列に共通に付加された人工核酸配列に結合可能な人工配列プライマーが増幅反応を支配的に行うことができることから、最終人工配列付加産物を効率的に得ることができ、かつ標的核酸が複数の場合は、遺伝子間の増幅効率のばらつきを抑制することができる(図3)。
According to
しかし、先行技術3を用いて次世代シーケンサーに供するための核酸配列を調製する場合、高い濃度で用いる人工配列プライマーが約60~70塩基と長鎖になるため、プライマー・ダイマーが産生される可能性が高まる。標的とする核酸配列が複数になる場合、用いる人工付加特異プライマーの種類が増えるため、同プライマー由来のプライマー・ダイマーが高頻度で産生される。これにより、次世代シーケンサー解析の際に標的配列以外の配列の割合が高まるという問題が生じる。
However, when preparing a nucleic acid sequence for use with a next-generation sequencer using
加えて、標的とする核酸配列の種類が増えると、人工付加特異プライマーの総量が増え、結果として人工配列プライマーが増幅反応を支配的に行うことができず、人工核酸配列が付加されていない核酸配列の割合が高くなってしまうという問題点がある。 In addition, as the number of types of target nucleic acid sequences increases, the total amount of artificially added specific primers increases. There is a problem that the ratio of arrays becomes high.
前記の問題点の解決が可能な手法(先行技術4)が提案されている(特許文献3)。先行技術4では、標的遺伝子配列に人工核酸配列を付加する反応において、人工付加特異プライマーの他に、長鎖の人工配列プライマー(以下、長鎖人工配列プライマー。図4中の「プライマー対Y」)、短鎖の人工配列プライマー(以下、短鎖人工配列プライマー。図4中の「プライマー対Z」)の2対の人工配列プライマーを用いることで、プライマーに由来する非特異的配列の増幅を抑制でき、かつ目的とする最終人工配列付加産物を効率よく増幅できる手法が開示されている。さらに、人工付加特異プライマー、及びバーコード配列等を含む人工配列プライマー(プライマー対Y)濃度を低く、短鎖のプライマー(プライマー対Z)濃度を高くすることで、最終人工配列付加産物をより効率よく増幅させることが可能である旨、記載されている。 A technique (prior art 4) capable of solving the above problem has been proposed (Patent Document 3). In prior art 4, in the reaction of adding an artificial nucleic acid sequence to a target gene sequence, in addition to the artificial addition specific primer, a long-chain artificial sequence primer (hereinafter referred to as a long-chain artificial sequence primer. "Primer pair Y" in FIG. ), by using two pairs of artificial sequence primers of short artificial sequence primers (hereinafter referred to as short artificial sequence primers, “primer pair Z” in FIG. 4), amplification of non-specific sequences derived from primers A technique is disclosed that can suppress the addition and efficiently amplify the desired final artificial sequence addition product. In addition, by lowering the concentration of the artificial sequence primer (primer pair Y) containing the artificial addition specific primer and the barcode sequence, etc. and increasing the concentration of the short-chain primer (primer pair Z), the final artificial sequence addition product can be produced more efficiently. It is described that it can be amplified well.
しかしながら、先行技術4では、人工付加特異プライマー対、長鎖人工配列プライマー対、短鎖人工配列プライマー対の少なくとも3組のプライマーを用いており、3種のPCR反応が同時に進行することから、前記3組のプライマーが、1つのPCR反応液中において同時かつ適正に機能するよう、反応条件を厳密に最適化する必要性がある。 However, in prior art 4, at least three sets of primers, ie, an artificial addition specific primer pair, a long-chain artificial sequence primer pair, and a short-chain artificial sequence primer pair are used, and three types of PCR reactions proceed simultaneously. There is a need to rigorously optimize the reaction conditions so that the three sets of primers work properly simultaneously in one PCR reaction.
上記した原理的な特徴より、先行技術4は、(1)標的核酸毎に反応条件の厳密な最適化が必要であり、本作業に過大な時間と労力を要する、(2)プライマー対を1組のみ使用する通常のPCRと比較して感度が低く、より多くの初期鋳型(標的遺伝子)が必要といった問題点を有している。 From the above-described principle characteristics, Prior Art 4 (1) requires strict optimization of reaction conditions for each target nucleic acid, requiring excessive time and labor for this work, (2) 1 primer pair It has the problems of low sensitivity and the need for a larger initial template (target gene) than conventional PCR that uses only pairs.
従って、次世代シーケンサーを用いて主に複数の遺伝子を標的とする場合において、経済的、簡便、高感度に最終人工配列付加産物を取得できる技術が求められている。 Therefore, there is a need for a technology that can economically, easily, and highly sensitively obtain the final artificial sequence addition product when mainly targeting multiple genes using a next-generation sequencer.
本発明者らは、前記の課題を解決するにあたり、経済的、簡便、高感度であり、効率よく最終人工配列付加産物を得る手法について検討を重ねた(図5参照)。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have repeatedly studied an economical, simple, highly sensitive, and efficient method for obtaining the final artificial sequence adduct (see FIG. 5).
その結果、
(1)人工付加特異プライマー対のうち、一方、または両方の5’末端がリン酸化された人工付加特異プライマー(以下、5P人工付加特異プライマー)を、PCR等の核酸増幅法用プライマーとして用いることで、一方または両方の5’末端がリン酸化され、人工核酸配列Aのうち少なくとも一部の配列を一方の5’末端側に有し、人工核酸配列Bのうち少なくとも一部配列を他方の5’末端に有する特異的産物(以下、5P人工AB付加産物)を得る工程
(2)下記3点を特徴とする1対のオリゴDNA(以下、3’人工配列導入オリゴ)を用い、DNAポリメラーゼによって、前記(1)の工程にて得られた5P人工AB付加産物の3’末端を伸長させ、5P人工AB付加産物の3’末端に人工核酸配列C又はDの相補的配列を付加した産物(以下、3’人工CD相補付加産物)を付加する工程
特徴1:5P人工付加特異プライマー対に存在する人工核酸配列の塩基配列のうち、少なくとも一部の配列を3’末端側に有する。
特徴2:5P人工AB付加産物に付加する人工核酸配列C又はDを5’末端側に有する。
特徴3:DNAポリメラーゼによる核酸伸長を防止するため、3’末端が標識されている。
(3)下記の2つの工程のうち何れかの工程を行い、3’人工CD相補付加産物の5’末端に人工核酸配列を付加する工程
工程(a):前記(2)の工程において生成される3’人工CD相補付加産物のどちらか一方、または両方の5’末端がリン酸化されている場合において、当該産物同士で二本鎖を形成した際、両末端に生じる一本鎖領域のうち、当該領域が二本鎖に変化した部位の塩基対の5’末端がリン酸化されている末端において、当該末端の一本鎖領域に相補的である少なくとも1本のオリゴDNA(以下、5’人工配列導入プライマー)と、前記(2)の工程で得られた3’人工CD相補付加産物をDNAリガーゼにて連結することにより、3’人工CD相補付加産物の5’末端に人工核酸配列を付加する工程、または
工程(b):前記(2)の工程において生成される3’人工CD相補付加産物のどちらか一方、または両方の5’末端がリン酸化されている場合において、当該産物同士で二本鎖を形成した際、両末端に生じる一本鎖領域のうち、当該領域が二本鎖に変化した部位の塩基対の5’末端がリン酸化されている末端において、当該末端の一本鎖領域の一部に相補的である少なくとも1本の5’人工配列導入プライマーが、3’人工CD相補付加産物とハイブリダイスした際に生じたギャップを、DNAポリメラーゼによる伸長反応により埋めた上で、伸長した5’人工配列導入プライマーと3’人工CD相補付加産物をDNAリガーゼにて連結することにより、3’人工CD相補付加産物の5’末端に人工核酸配列を付加する工程
を、前記した組成(DNAポリメラーゼ、DNAリガーゼ、各種オリゴDNAなど)を全て添加した1ステップの反応により同時に進行させることが可能であり、その結果、目的とする最終人工配列付加産物を、経済的、簡便、高感度、かつ高効率に得ることが可能であった。本発明はかかる発見に基づいて完成されたものである。
加えて、
(4) 5’末端領域に分子内2次構造を有すると共に、分子内2次構造の形成を目的として追加した配列の3’末端、あるいは当該配列鎖中にブロッカーを挿入した3’人工配列導入オリゴ(以下、3’人工配列導入SLオリゴ)を使用することで、3’人工CD相補付加産物への5’人工配列導入プライマーの結合効率、並びに5'人工配列導入効率をそれぞれ向上させることが可能であり、その結果、最終人工配列付加産物の生成量を増加させることが可能であった。
(5) 反応工程(1)(PCR反応)の3サイクル目以降のアニーリング温度を、反応工程(1)に悪影響を与えない範囲で上昇させることにより、反応工程(2)以降で働くプライマー、又はオリゴDNAが、反応工程(1)において機能しない温度条件を容易に実現でき、反応工程(1)とそれ以降の工程を確実に分離することが可能であることを見出し、当該変更によって、反応工程(1)にて機能する人工付加特異プライマーに関する設計の自由度が増し、本発明を適用することが可能な遺伝子の拡大(汎用性の拡大)に繋がった。
as a result,
(1) Using artificial addition-specific primers phosphorylated at one or both 5' ends (hereinafter referred to as 5P artificial addition-specific primers) of the artificial addition-specific primer pair as primers for nucleic acid amplification methods such as PCR. in which one or both 5′ ends are phosphorylated, having at least a partial sequence of the artificial nucleic acid sequence A on one 5′ end side, and at least a partial sequence of the artificial nucleic acid sequence B on the other 5′ end side. Step (2) of obtaining a specific product (hereinafter referred to as 5P artificial AB addition product) having a 'end' using a pair of oligo DNA (hereinafter referred to as 3' artificial sequence introduced oligo) characterized by the following three points, with DNA polymerase , a product obtained by extending the 3′ end of the 5P artificial AB addition product obtained in the step (1) and adding a sequence complementary to the artificial nucleic acid sequence C or D to the 3′ end of the 5P artificial AB addition product ( Hereafter, the process of adding 3' artificial CD complementary addition product) Feature 1: At least a part of the base sequence of the artificial nucleic acid sequence present in the 5P artificial addition specific primer pair has at the 3' end side.
Characteristic 2: It has an artificial nucleic acid sequence C or D added to the 5P artificial AB adduct on the 5′ end side.
Feature 3: The 3' end is labeled to prevent nucleic acid elongation by DNA polymerase.
(3) Performing one of the following two steps to add an artificial nucleic acid sequence to the 5' end of the 3' artificial CD complementary addition product Step (a): generated in the step (2) When either one or both of the 3' artificial CD complementary addition products are phosphorylated at the 5' ends, when the products form a double strand, among the single-stranded regions generated at both ends , At least one oligo DNA (hereinafter referred to as 5' The artificial sequence-introducing primer) and the 3' artificial CD complementary addition product obtained in the step (2) are ligated with DNA ligase to add the artificial nucleic acid sequence to the 5' end of the 3' artificial CD complementary addition product. Step of adding or step (b): when either one or both of the 3′ artificial CD complementary addition products generated in step (2) are phosphorylated at the 5′ ends, the products Of the single-stranded regions that occur at both ends when the double strand is formed in , at the end where the 5' end of the base pair at the site where the region is changed to double strands is phosphorylated, one of the ends At least one 5' artificial sequence-introducing primer complementary to a part of the main-strand region is filled in by an extension reaction using a DNA polymerase to fill the gap generated when the 3' artificial CD complementary addition product hybridizes. The step of adding an artificial nucleic acid sequence to the 5′ end of the 3′ artificial CD complementary addition product by ligating the extended 5′ artificial sequence introduction primer and the 3′ artificial CD complementary addition product with DNA ligase. It is possible to proceed simultaneously by a one-step reaction in which all the components (DNA polymerase, DNA ligase, various oligo DNAs, etc.) are added, and as a result, the desired final artificial sequence addition product can be produced economically, simply, and easily. It was possible to obtain with high sensitivity and high efficiency. The present invention has been completed based on this discovery.
In addition,
(4) Having an intramolecular secondary structure in the 5' end region and introducing a 3' artificial sequence by inserting a blocker into the 3' end of the sequence added for the purpose of forming the intramolecular secondary structure, or the sequence strand. By using an oligo (hereinafter referred to as 3' artificial sequence introduced SL oligo), the binding efficiency of the 5' artificial sequence introduction primer to the 3' artificial CD complementary addition product and the efficiency of introducing the 5' artificial sequence can be improved. As a result, it was possible to increase the yield of the final artificial sequence addition product.
(5) Primers that work in the reaction step (2) and beyond by increasing the annealing temperature after the third cycle of the reaction step (1) (PCR reaction) within a range that does not adversely affect the reaction step (1), or Oligo DNA can easily realize temperature conditions that do not function in the reaction step (1), and it is possible to reliably separate the reaction step (1) from the subsequent steps. The degree of freedom in designing the artificially added specific primer functioning in (1) has increased, leading to an expansion of genes to which the present invention can be applied (expansion of versatility).
このような技術は、様々な目的の解析に適用されうる。例えば、遺伝子変異の箇所を特定するために、がんの原因となりうる遺伝子を網羅的に解析することができる。その他にも、本技術は、種々のSNP解析、遺伝子変異解析、遺伝子発現解析、微生物相解析において、次世代シーケンサーを用いる際に好適に利用可能であるが、検査対象が核酸増幅産物であり、人工核酸配列を付加し検体を識別することで複数の標的遺伝子を解析する手法であれば、その適用範囲は制限されるものではない。 Such techniques can be applied to analyzes for various purposes. For example, genes that can cause cancer can be comprehensively analyzed in order to identify the site of gene mutation. In addition, the present technology can be suitably used in various SNP analyses, gene mutation analyses, gene expression analyses, and microflora analyses, when using a next-generation sequencer. The scope of application is not limited as long as it is a method of analyzing a plurality of target genes by adding artificial nucleic acid sequences and identifying samples.
本発明の要旨は以下の通りである。
〔1〕標的とする核酸配列に人工核酸配列を付加した核酸(以下、人工配列付加産物)を調製する方法であって、下記の(1)~(3)の工程を含む前記方法。
(1)標的とする核酸配列に特異的なプライマー対の各々に、人工核酸配列A又はBの配列のうち、少なくとも一部の配列が付加されているプライマー対であって、前記プライマー対のうち、一方または両方の5’末端がリン酸化された人工付加特異プライマー(以下、5P人工付加特異プライマー対)を1対以上用いて、核酸増幅法により、一方または両方の5’末端がリン酸化された5P人工AB付加産物を得る工程、
(2)下記3点を特徴とする1対のオリゴDNA(以下、3’人工配列導入オリゴ対)を用い、DNAポリメラーゼによって、前記(1)の工程にて得られた5P人工AB付加産物の3’末端を伸長させ、5P人工AB付加産物の3’末端に人工核酸配列C又はDの相補的配列(以下、3’人工CD相補付加産物)を付加する工程、及び
特徴1:5P人工付加特異プライマーに存在する人工核酸配列A又はBの塩基配列のうち、少なくとも一部と同じ配列を3’末端側に有する。
特徴2:5P人工AB付加産物に付加する人工核酸配列C又はDを5’末端側に有する。
特徴3:DNAポリメラーゼによる核酸伸長を防止するため、3’末端が標識されている。
(3)下記の2つの工程(a)又は(b)のうち何れかの工程を行い、3’人工CD相補付加産物の5’末端に人工核酸配列C又はDを付加する工程
工程(a):前記(2)の工程において生成される3’人工CD相補付加産物のどちらか一方または両方の5’末端がリン酸化されている場合において、当該産物同士で二本鎖を形成した際、両末端に生じる一本鎖領域のうち、当該領域が二本鎖に変化した部位の塩基対の5’末端がリン酸化されている末端において、当該末端の一本鎖領域に相補的である少なくとも1本のオリゴDNA(以下、5’人工配列導入オリゴ)と、前記(2)の工程で得られた3’人工CD相補付加産物をDNAリガーゼにて連結することにより、3’人工CD相補付加産物の5’末端に人工核酸配列C又はDを付加する工程、または
工程(b):前記(2)の工程において生成される3’人工CD相補付加産物のどちらか一方または両方の5’末端がリン酸化されている場合において、当該産物同士で二本鎖を形成した際、両末端に生じる一本鎖領域のうち、当該一本鎖領域が二本鎖に変化した部位の塩基対の5’末端がリン酸化されている末端において、当該末端の一本鎖領域の一部に相補的である少なくとも1本のオリゴDNA(以下、5’人工配列導入プライマー)が、3’人工CD相補付加産物とハイブリダイスした際に生じたギャップをDNAポリメラーゼによる伸長反応により埋めた上で、伸長した5’人工配列導入プライマーと3’人工CD相補付加産物をDNAリガーゼにて連結することにより、3’人工CD相補付加産物の5’末端に人工核酸配列C又はDを付加する工程
〔2〕5P人工付加特異プライマー対は、3’末端側に標的とする核酸配列に相補的な配列を持ち、5’末端側に人工核酸配列Aのうち、少なくとも一部の配列を持つ人工付加特異プライマー(a)と、3’末端側に標的とする核酸配列に相補的な配列を持ち、5‘末端側に人工核酸配列Bのうち、少なくとも一部の配列を持つ人工付加特異プライマー(b)からなる人工付加特異プライマー対であり、少なくともその一方の5’末端がリン酸化されている人工付加特異プライマー対であり、
3’人工配列導入オリゴ対は、3’末端がDNAポリメラーゼにより伸長されないよう同末端が標識されており、3’末端側に人工核酸配列Aのうち、少なくとも一部の配列を持ち、5’末端側に人工核酸配列Cを持つ3’人工配列導入オリゴ(c)と、同じく3’末端が標識されており、3’末端側に人工核酸配列Bのうち、少なくとも一部の配列を持ち、5’末端側に人工核酸配列Dを持つ3’人工配列導入オリゴ(d)を含み、
5’人工配列導入オリゴは、人工核酸配列Cの全部の配列を有する5’人工配列導入オリゴ(e)、および人工核酸配列Dの全部の配列を有する5’人工配列導入オリゴ(f)の両方または一方を含み、
5’人工配列導入プライマーは人工核酸配列Cの一部の配列を有する5’人工配列導入プライマー(e)、および人工核酸配列Dの一部の配列を有する5’人工配列導入プライマー(f)の両方または一方を含む〔1〕記載の方法。
〔3〕(1)~(3)の工程を1回の反応により同時進行させる〔1〕または〔2〕に記載の方法。
〔4〕〔1〕~〔3〕に記載された3’人工配列導入オリゴ対に関する特徴に加え、下記2点の特徴を有する当該オリゴ対を使用することにより、3’人工CD相補付加産物が当該産物同士で二本鎖を形成した際、両末端に生じる一本鎖領域への5’人工配列導入プライマー対の結合効率を向上させ、最終人工配列付加産物の生成量を増加させることが可能な〔1〕~〔4〕のいずれかに記載の方法。
特徴1:3’人工配列導入オリゴの5’末端に、当該オリゴの少なくとも一部配列に相補的な配列を導入することで、人為的に分子内2次構造を形成させた3’人工配列導入オリゴ。
特徴2:上記特徴1に記載した3’人工配列導入オリゴの5’末端に導入した配列の3’末端、または当該配列鎖中に、ブロッカーを導入した3’人工配列導入SLオリゴ
〔5〕反応工程(1)において、人工核酸配列Aのうち少なくとも一部の配列を一方の5’末端側に有し、人工核酸配列Bのうち少なくとも一部配列を他方の5’末端に有する5P人工AB付加産物が最初に生成されるサイクルの次のサイクル以降において、当該反応の増幅反応に悪い影響を与えることがない範囲でアニーリング温度を上昇させることにより、反応工程(2)以降で働く3’人工配列導入オリゴ対、および/または5’人工配列導入プライマー対が、反応工程(1)において機能しない温度条件にて反応工程(1)を実施することを特徴とする〔1〕~〔4〕のいずれかに記載の方法。
〔6〕1回の反応により1種類以上の標的核酸配列に人工核酸配列を付加する〔1〕~〔5〕のいずれかに記載の方法。
〔7〕下記の(i)~(iii)を含む、人工配列付加産物を作製するためのキット。
(i)3’末端側に標的とする核酸配列に相補的な配列を持ち、5’末端側に人工核酸配列Aのうち、少なくとも一部の配列を持つ人工付加特異プライマー(a)と、3’末端側に標的とする核酸配列に相補的な配列を持ち、5‘末端側に人工核酸配列Bのうち、少なくとも一部の配列を持つ人工付加特異プライマー(b)からなる人工付加特異プライマー対であり、少なくともその一方の5’末端がリン酸化されている人工付加特異プライマー対を、少なくとも1対以上含むことを特徴とする5P人工付加特異プライマー対群、
(ii)3’末端がDNAポリメラーゼにより伸長されないよう同末端が標識されており、3’末端側に人工核酸配列Aのうち、少なくとも一部の配列を持ち、5’末端側に人工核酸配列Cを持つ3’人工配列導入オリゴ(c)と、同じく3’末端が標識されており、3’末端側に人工核酸配列Bのうち、少なくとも一部の配列を持ち、5’末端側に人工核酸配列Dを持つ3’人工配列導入オリゴ(d)を含むことを特徴とする3’人工配列導入オリゴ対、及び
(iii)下記の(a)及び/又は(b)
(a)人工核酸配列Cの全部の配列を有する5’人工配列導入オリゴ(e)、および人工核酸配列Dの全部の配列を有する5’人工配列導入オリゴ(f)の両方または一方を含むことを特徴とする5’人工配列導入オリゴ
(b)人工核酸配列Cの一部の配列を有する5’人工配列導入プライマー(e)、および人工核酸配列Dの一部の配列を有する5’人工配列導入プライマー(f)の両方または一方を含むことを特徴とする5’人工配列導入プライマー
〔8〕さらに、DNAポリメラーゼを含む〔7〕記載のキット。
The gist of the present invention is as follows.
[1] A method for preparing a nucleic acid obtained by adding an artificial nucleic acid sequence to a target nucleic acid sequence (hereinafter referred to as an artificial sequence addition product), the method comprising the following steps (1) to (3).
(1) A primer pair in which at least a part of the sequence of the artificial nucleic acid sequence A or B is added to each primer pair specific to the target nucleic acid sequence, wherein , One or both 5' ends are phosphorylated by a nucleic acid amplification method using one or more pairs of artificial addition specific primers (hereinafter referred to as 5P artificial addition specific primer pairs) phosphorylated at one or both 5' ends obtaining a 5P artificial AB adduct;
(2) Using a pair of oligo DNA (hereinafter referred to as oligo pair with 3' artificial sequence introduction) characterized by the following three points, DNA polymerase is used to convert the 5P artificial AB addition product obtained in the step (1) above. A step of extending the 3' end and adding a complementary sequence of artificial nucleic acid sequence C or D (hereinafter referred to as 3' artificial CD complementary addition product) to the 3' end of the 5P artificial AB addition product, and feature 1: 5P artificial addition At the 3′-terminal side, it has the same sequence as at least part of the base sequence of the artificial nucleic acid sequence A or B present in the specific primer.
Characteristic 2: It has an artificial nucleic acid sequence C or D added to the 5P artificial AB adduct on the 5′ end side.
Feature 3: The 3' end is labeled to prevent nucleic acid elongation by DNA polymerase.
(3) Performing either of the following two steps (a) or (b) to add an artificial nucleic acid sequence C or D to the 5' end of the 3' artificial CD complementary addition product Step (a) : When either one or both of the 3′ artificial CD complementary addition products generated in the step (2) are phosphorylated, when the products form a double strand, both Of the single-stranded regions occurring at the ends, at least one complementary to the single-stranded region at the end where the 5' end of the base pair at the site where the region is converted to double strands is phosphorylated The 3' artificial CD complementary addition product is ligated with DNA ligase to the oligo DNA (hereinafter referred to as 5' artificial sequence-introduced oligo) and the 3' artificial CD complementary addition product obtained in the step (2) above. A step of adding an artificial nucleic acid sequence C or D to the 5′ end of or step (b): Either one or both of the 3′ artificial CD complementary addition products generated in the step (2) are In the case of phosphorylation, when the products form a double strand, of the single-stranded regions generated at both ends, the 5' of the base pair at the site where the single-stranded region changes to double strands At the phosphorylated end, at least one oligo DNA complementary to a part of the single-stranded region of the end (hereinafter referred to as a 5' artificial sequence introduction primer) is added as a 3' artificial CD complementary addition product After filling the gap generated when hybridizing with the DNA polymerase by extension reaction, the extended 5' artificial sequence introduction primer and the 3' artificial CD complementary addition product are ligated with DNA ligase to obtain the 3' artificial Step of adding an artificial nucleic acid sequence C or D to the 5' end of the CD complementary addition product [2] The 5P artificial addition specific primer pair has a sequence complementary to the target nucleic acid sequence on the 3' end side and 5' An artificial addition specific primer (a) having at least a partial sequence of the artificial nucleic acid sequence A on the terminal side, and a sequence complementary to the target nucleic acid sequence on the 3' terminal side and an artificial on the 5' terminal side An artificial addition-specific primer pair consisting of an artificial addition-specific primer (b) having at least a partial sequence of the nucleic acid sequence B, wherein at least one of the artificial addition-specific primer pairs is phosphorylated at the 5' end thereof. ,
The 3' artificial sequence-introducing oligo pair is labeled at the same end so that the 3' end is not extended by DNA polymerase, has at least a partial sequence of the artificial nucleic acid sequence A on the 3' end side, and has the 5'
The 5' artificial sequence introduction oligo is both a 5' artificial sequence introduction oligo (e) having the entire sequence of artificial nucleic acid sequence C and a 5' artificial sequence introduction oligo (f) having the entire sequence of artificial nucleic acid sequence D. or including either
The 5' artificial sequence introduction primer is a 5' artificial sequence introduction primer (e) having a partial sequence of artificial nucleic acid sequence C and a 5' artificial sequence introduction primer (f) having a partial sequence of artificial nucleic acid sequence D. The method of [1] including both or one.
[3] The method according to [1] or [2], wherein the steps (1) to (3) are carried out simultaneously in one reaction.
[4] In addition to the features of the 3' artificial sequence-introducing oligo pair described in [1] to [3], by using the oligo pair having the following two features, a 3' artificial CD complementary addition product is obtained. When the products form a double strand, it is possible to improve the binding efficiency of the 5' artificial sequence-introducing primer pair to the single-stranded regions generated at both ends, and to increase the yield of the final artificial sequence-added product. The method according to any one of [1] to [4].
Feature 1: Introduction of a 3' artificial sequence in which an intramolecular secondary structure is artificially formed by introducing a sequence complementary to at least a partial sequence of the oligo to the 5' end of the 3' artificial sequence introduction oligo Oligo.
Feature 2: 3' artificial sequence introduced SL oligo [5] reaction in which a blocker is introduced into the 3' end of the sequence introduced at the 5' end of the 3' artificial sequence introduced oligo described in
[6] The method of any one of [1] to [5], wherein the artificial nucleic acid sequence is added to one or more target nucleic acid sequences in one reaction.
[7] A kit for producing an artificial sequence addition product, comprising the following (i) to (iii).
(i) an artificial addition specific primer (a) having a sequence complementary to the target nucleic acid sequence on the 3' end side and having at least a partial sequence of the artificial nucleic acid sequence A on the 5' end side; An artificial addition specific primer pair consisting of an artificial addition specific primer (b) having a sequence complementary to the target nucleic acid sequence on the 'end side and having at least a partial sequence of the artificial nucleic acid sequence B on the 5' end side and a 5P artificial addition-specific primer pair group characterized by comprising at least one pair of artificial addition-specific primer pairs in which at least one of the 5′ ends is phosphorylated,
(ii) The 3' end is labeled so that it is not extended by DNA polymerase, has at least a partial sequence of the artificial nucleic acid sequence A on the 3' end side, and the artificial nucleic acid sequence C on the 5' end side. The 3' artificial sequence introduction oligo (c) having the a 3' artificial sequence-introducing oligo pair comprising a 3' artificial sequence-introducing oligo (d) having sequence D; and
(iii) (a) and/or (b) below
(a) including both or one of a 5' artificial sequence-introducing oligo (e) having the entire sequence of artificial nucleic acid sequence C and a 5' artificial sequence-introducing oligo (f) having the entire sequence of artificial nucleic acid sequence D; 5' artificial sequence introduction oligo characterized by
(b) both or one of a 5' artificial sequence introduction primer (e) having a partial sequence of artificial nucleic acid sequence C and a 5' artificial sequence introduction primer (f) having a partial sequence of artificial nucleic acid sequence D a 5' artificial sequence-introducing primer [8], which further comprises a DNA polymerase [7].
本発明は、
(1)3’末端側に標的核酸に相補的な配列を持ち、5’末端側に人工核酸配列Aのうち、少なくとも一部の配列を持つ人工付加特異プライマー(a)と、3’末端側に標的核酸に相補的な配列を持ち、5‘末端側に人工核酸配列Bのうち、少なくとも一部の配列を持つ人工付加特異プライマー(b)からなる人工付加特異プライマー対であり、少なくともその一方の5’末端がリン酸化されている人工付加特異プライマー対を、少なくとも1対以上含むことを特徴とする5P人工付加特異プライマー対群
(2)3’末端がDNAポリメラーゼにより伸長されないよう同末端が標識されており、3’末端側に人工核酸配列Aのうち、少なくとも一部の配列を持ち、5’末端側に人工核酸配列Cを持つ3’人工配列導入オリゴ(c)と、同じく3’末端が標識されており、3’末端側に人工核酸配列Bのうち、少なくとも一部の配列を持ち、5’末端側に人工核酸配列Dを持つ3’人工配列導入オリゴ(d)を含むことを特徴とする3’人工配列導入オリゴ対
(3)人工核酸配列Cのうち、少なくとも一部の配列を有する5’人工配列導入プライマー(e)、および人工核酸配列Dのうち、少なくとも一部の配列を有する5’人工配列導入プライマー(f)の両方、または一方を含むことを特徴とする5’人工配列導入プライマー
により構成されるプライマー/オリゴDNAセット、増幅反応を実施するための耐熱性DNAポリメラーゼ等の反応試薬、耐熱性DNAリガーゼ反応を実施するための反応試薬等を用いて、1種以上の標的核酸由来の最終人工配列付加産物を取得する方法を提供する。
The present invention
(1) Artificial addition specific primer (a) having a sequence complementary to the target nucleic acid on the 3' end side and having at least a partial sequence of the artificial nucleic acid sequence A on the 5' end side, and the 3' end side an artificial addition specific primer pair consisting of an artificial addition specific primer (b) having a sequence complementary to the target nucleic acid and having at least a partial sequence of the artificial nucleic acid sequence B on the 5' end side, at least one of which 5P artificial addition specific primer pair group characterized by containing at least one pair of artificial addition specific primer pairs phosphorylated at the 5' end of
(2) The 3' end is labeled so that it is not extended by DNA polymerase, has at least a partial sequence of the artificial nucleic acid sequence A on the 3' end side, and the artificial nucleic acid sequence C on the 5' end side. The 3' artificial sequence introduction oligo (c) having the A 3' artificial sequence-introducing oligo pair characterized by comprising a 3' artificial sequence-introducing oligo (d) having a sequence D
(3) 5' artificial sequence introduction primer (e) having at least a partial sequence of artificial nucleic acid sequence C, and 5' artificial sequence introduction primer (f) having at least a partial sequence of artificial nucleic acid sequence D ), a primer/oligo DNA set composed of a 5′ artificial sequence-introducing primer characterized by including both or one of ), a reaction reagent such as a thermostable DNA polymerase for carrying out an amplification reaction, a thermostable DNA ligase reaction Provided is a method for obtaining a final artificial sequence addition product derived from one or more target nucleic acids using a reaction reagent or the like for carrying out the above.
本発明は、例えば試料中の1種類の核酸配列を増幅し、当該増幅産物の両末端にバーコード配列を含む人工核酸配列を付加する方法を提供する。具体的な実施形態を挙げ、その内容について以下に記載する(図5参照)。 The present invention provides, for example, a method of amplifying one type of nucleic acid sequence in a sample and adding an artificial nucleic acid sequence containing a barcode sequence to both ends of the amplified product. A specific embodiment will be given and its contents will be described below (see FIG. 5).
図5に記載の実施形態にて用いる反応溶液は、前記(1)~(3)のプライマー/オリゴDNAセット、耐熱性DNAポリメラーゼをはじめとする増幅用試薬類、およびリガーゼ反応を行うための耐熱性DNAリガーゼをはじめとする試薬類を含み、これらを用いて、下記(1)~(3)の反応工程を実施することで、目的とする最終人工配列付加産物を取得する。
反応工程(1) 5P人工付加特異プライマー対を用いた増幅反応により、標的核酸の一方の末端に人工核酸配列Aのうち少なくとも一部の配列、他方の末端に人工核酸配列Bのうち少なくとも一部の配列が存在し、人工核酸配列Aの5’末端がリン酸化された標的核酸由来の5P人工AB付加産物を得る反応工程
反応工程(2) 3’人工配列導入オリゴを用い、DNAポリメラーゼの作用により、前記(1)の工程にて得られた5P人工AB付加産物の一方の3’末端に人工核酸配列Cの相補的配列を付加すると共に、他方の3’末端に人工核酸配列Dの相補的配列を付加することによって3’人工CD相補付加産物を取得する反応工程
反応工程(3) 5’人工配列導入プライマーが、ハイブリダイスできる温度に反応液温度を調整し、当該オリゴを、前記(2)の工程にて得られた3’人工CD相補付加産物の一本鎖部位にハイブリダイスさせ、その結果、当該一本鎖部位に生じたギャップを増幅用の耐熱性DNAポリメラーゼにより埋め、かつ、伸長後の5’人工配列導入プライマーの3’末端と、リン酸化された人工核酸配列Aの5’末端との間に生じたニックを、耐熱性DNAリガーゼにより修復することによって、目的とする最終人工配列付加産物を取得する反応工程
The reaction solution used in the embodiment described in FIG. The final artificial sequence addition product of interest is obtained by carrying out the following reaction steps (1) to (3) using these reagents, including a DNA ligase.
Reaction step (1) Amplification reaction using a 5P artificial addition specific primer pair results in at least a partial sequence of the artificial nucleic acid sequence A at one end of the target nucleic acid and at least a portion of the artificial nucleic acid sequence B at the other end. and the 5′ end of the artificial nucleic acid sequence A is phosphorylated to obtain a target nucleic acid-derived 5P artificial AB addition product. By adding a complementary sequence of the artificial nucleic acid sequence C to one 3′ end of the 5P artificial AB addition product obtained in the step (1), and complementing the artificial nucleic acid sequence D to the other 3′ end Reaction Step for Obtaining 3' Artificial CD Complementary Product by Addition of Target Sequence Reaction Step (3) Adjust the temperature of the reaction mixture to a temperature at which the 5' artificial sequence-introducing primer can hybridize, and transfer the oligo to the above ( Hybridize to the single-stranded site of the 3′ artificial CD complementary addition product obtained in step 2), and fill the gaps generated in the single-stranded site with a thermostable DNA polymerase for amplification, and , by repairing the nick generated between the 3' end of the 5' artificial sequence introduction primer after extension and the 5' end of the phosphorylated artificial nucleic acid sequence A with a thermostable DNA ligase. Reaction step to obtain the final artificial sequence adduct
本発明の実施形態には、以下に示す多様なバリエーションが存在する。
(1)2対以上の5P人工付加特異プライマー対を、3’人工配列導入オリゴ対、および5’人工配列導入プライマー又はオリゴと共に使用し、前記(1)~(3)の反応工程を実施することで標的核酸由来の2種以上の最終人工配列付加産物を複数取得する。
(2)前記反応工程(1)~(3)を別々に実施することも可能であり、目的に応じて反応工程を任意に分離・利用することも可能である。しかし、反応開始前に同一反応液に必要資材を全て添加し、一回の反応にて、前記反応工程を連続的に進行させる実施形態のほうが、経済性、簡便性の面において有利となる。
(3)本発明の手法では、5’人工配列導入プライマー又はオリゴの短鎖化等により、反応工程(1)、(2)と反応工程(3)の反応条件を分離させることにより、互いの反応を切り離して進行させることが可能である。その場合、最終人工配列付加産物の生成は、反応工程(1)、(2)では発生せず、反応工程(3)でのみ発生することから、5’人工配列の導入が可能な産物の濃度を上限とする範囲において、5’人工配列導入プライマー又はオリゴの濃度のみに依存し生成されることとなる。このため、5’人工配列導入プライマー又はオリゴの濃度を調整することにより、最終人工配列付加産物を目標濃度に調製することが可能である。
Embodiments of the present invention have various variations as described below.
(1) Two or more pairs of 5P artificially added specific primer pairs are used together with a 3' artificial sequence-introducing oligo pair and a 5' artificial sequence-introducing primer or oligo to carry out the reaction steps (1) to (3) above. Thus, a plurality of final artificial sequence addition products of two or more types derived from the target nucleic acid are obtained.
(2) The reaction steps (1) to (3) can be carried out separately, and the reaction steps can be arbitrarily separated and utilized depending on the purpose. However, an embodiment in which all the necessary materials are added to the same reaction solution before starting the reaction and the reaction steps are continuously carried out in one reaction is advantageous in terms of economy and simplicity.
(3) In the method of the present invention, the reaction conditions of the reaction steps (1) and (2) and the reaction step (3) are separated by shortening the 5' artificial sequence-introducing primer or oligo, etc. It is possible to allow reactions to proceed in isolation. In that case, since the final artificial sequence addition product does not occur in the reaction steps (1) and (2), but only in the reaction step (3), the concentration of the product that allows introduction of the 5' artificial sequence is generated depending only on the concentration of the 5' artificial sequence-introducing primer or oligo. Therefore, by adjusting the concentration of the 5' artificial sequence-introducing primer or oligo, it is possible to adjust the final artificial sequence addition product to the target concentration.
反応工程(1)、(2)、において反応工程(3)が同時に進行した場合、反応工程(1)の増幅反応が進行中に最終人工配列付加産物が生成されると共に、当該産物を鋳型とする増幅反応が、各種プライマーにより進行することとなり、その結果、5’人工配列導入プライマー又はオリゴの濃度調整により最終人工配列付加産物の濃度を調整することが困難となる。反応工程(1)、(2)において反応工程(3)が進行しないようにするためには、5’人工配列導入プライマー又はオリゴを短鎖化(以下、短鎖5’人工配列導入プライマー又はオリゴ)し、当該オリゴが、反応工程(1)、(2)において、3’人工CD相補付加産物と反応しないよう、当該反応工程の温度条件を、短鎖5’人工配列導入プライマー又はオリゴのTm値よりも高い温度に設定することで達成することができる。 When the reaction step (3) proceeds simultaneously with the reaction steps (1) and (2), the final artificial sequence addition product is generated during the amplification reaction in the reaction step (1), and the product is used as a template. As a result, it becomes difficult to adjust the concentration of the final artificial sequence addition product by adjusting the concentration of the 5' artificial sequence-introducing primer or oligo. In order to prevent the reaction step (3) from proceeding in the reaction steps (1) and (2), the 5' artificial sequence introduction primer or oligo is shortened (hereinafter referred to as a short 5' artificial sequence introduction primer or oligo ), and in reaction steps (1) and (2), the temperature condition of the reaction step is adjusted to the Tm of the short-chain 5' artificial sequence-introducing primer or oligo so that the oligo does not react with the 3' artificial CD complementary addition product. This can be achieved by setting the temperature higher than the value.
一方、反応工程(3)において反応工程(1)、(2)が同時に進行した場合、反応工程(3)において当該反応の基質であり反応工程(2)の生成物である3’人工CD相補付加産物が増加することから、5’人工配列導入プライマー又はオリゴの添加濃度により最終人工配列付加産物濃度を調整することは困難となる。反応工程(3)において反応工程(1)、(2)が同時進行しないようにするためには、反応工程(3)において増幅反応が発生しない条件に設定することによって達成することができる。例えば、反応工程(3)に関しては、当該温度条件を反応工程(1)~(3)で生成される産物が解離しない温度条件に設定すること、または各種産物が解離・融解を繰り返さない等によって達成することができる。 On the other hand, when the reaction steps (1) and (2) proceed simultaneously in the reaction step (3), the 3′ artificial CD complementation which is the substrate of the reaction and the product of the reaction step (2) in the reaction step (3) Since the addition product increases, it becomes difficult to adjust the concentration of the final artificial sequence addition product by adjusting the addition concentration of the 5' artificial sequence-introducing primer or oligo. In order to prevent the reaction steps (1) and (2) from proceeding simultaneously in the reaction step (3), it can be achieved by setting the conditions in the reaction step (3) so that no amplification reaction occurs. For example, with regard to the reaction step (3), the temperature conditions are set such that the products produced in the reaction steps (1) to (3) do not dissociate, or the various products do not repeatedly dissociate and melt. can be achieved.
以上より、5’人工配列導入プライマー又はオリゴの濃度を調整し、最終人工配列付加産物を目標濃度に調製する上で、短鎖5’人工配列導入プライマー又はオリゴを使用すること、ならびに反応工程(3)の温度条件をはじめとする諸条件を増幅が発生しない条件に設定することが望ましい。 From the above, in adjusting the concentration of the 5' artificial sequence introduction primer or oligo and preparing the final artificial sequence addition product to the target concentration, using a short 5' artificial sequence introduction primer or oligo, and the reaction step ( It is desirable to set various conditions, including the temperature condition in 3), so that amplification does not occur.
(4)反応工程(3)において、3’人工CD相補付加産物の一本鎖部位にギャップが生じない5’人工配列導入オリゴを使用し、当該オリゴと3’人工CD相補付加産物との間に生じたニックをDNAリガーゼにて修復する方法によって最終人工配列付加産物を取得することも可能である。 (4) In the reaction step (3), using a 5' artificial sequence-introducing oligo that does not cause a gap in the single-stranded site of the 3' artificial CD complementary addition product, between the oligo and the 3' artificial CD complementary addition product It is also possible to obtain the final artificial sequence addition product by a method of repairing the nicks generated in the DNA ligase.
但し、その場合、以下に記載する課題が生じる。
1.5’人工配列導入オリゴが長鎖化するため、反応工程(1)、(2)の反応温度において、当該オリゴ同士、および当該オリゴと人工付加特異プライマー、3’人工配列導入オリゴ、5P人工AB付加産物、および3’人工CD相補付加産物等が相互作用しやすく、その結果、不要な非特異的産物が生成される可能性が高くなる。
2.5’人工配列導入オリゴが長鎖であるため、反応工程(1)、(2)の温度条件において反応工程(3)が同時に進行し、反応工程(1)の増幅反応が進行中に最終人工配列付加産物が生成されると共に、当該産物を鋳型とする増幅反応が、5’人工配列導入オリゴおよび5P人工付加特異プライマーをプライマー対として進行することとなる。その結果、5’人工配列導入オリゴの濃度調整により最終人工配列付加産物の濃度を調整することが困難となる。
3.人工核酸配列C,Dまたは人工付加特異プライマーには含まれない人工核酸配列A,Bに、検体を識別するための人工核酸配列(バーコード配列)を有する場合、5’人工配列導入オリゴも、上記バーコード配列を有することになるため、当該オリゴをバーコードの種類と同数準備する必要性があるため経済性が低い。
However, in that case, the following problems arise.
1. Since the 5' artificial sequence-introduced oligo is lengthened, at the reaction temperature of the reaction steps (1) and (2), the oligos, the oligo and the artificial addition specific primer, the 3' artificial sequence-introduced oligo, 5P Artificial AB adducts, 3' artificial CD complementary adducts, etc. are likely to interact, resulting in increased possibility of generating unwanted non-specific products.
2. Since the 5′ artificial sequence-introducing oligo is long, the reaction step (3) proceeds simultaneously under the temperature conditions of the reaction steps (1) and (2), and during the amplification reaction of the reaction step (1) A final artificial sequence addition product is generated, and an amplification reaction using this product as a template proceeds with a primer pair consisting of a 5′ artificial sequence-introducing oligo and a 5P artificial addition specific primer. As a result, it becomes difficult to adjust the concentration of the final artificial sequence addition product by adjusting the concentration of the 5′ artificial sequence-introducing oligo.
3. If the artificial nucleic acid sequences C and D or the artificial nucleic acid sequences A and B that are not included in the artificial additional specific primer have an artificial nucleic acid sequence (barcode sequence) for identifying the sample, the 5' artificial sequence introduction oligo also Since it has the above-mentioned barcode sequence, it is necessary to prepare the same number of oligos as the number of types of barcodes, so the economic efficiency is low.
以上より、特段の理由がない限り、5’人工配列導入オリゴは、バーコード配列を含まず、反応工程(1)、(2)において前記した各種核酸と相互作用しないよう可能な範囲で短鎖化し、反応工程(3)を反応工程(1)、(2)から切り離して進行させる条件にて実施する形態が望ましい。 From the above, unless there is a particular reason, the 5' artificial sequence-introducing oligo does not contain a barcode sequence, and is as short as possible so as not to interact with the various nucleic acids described above in the reaction steps (1) and (2). It is preferable that the reaction step (3) is carried out separately from the reaction steps (1) and (2).
(5) 反応工程(1)においてアニーリング温度を高温に設定することができれば、反応工程(1)と反応工程(2)のアニーリング温度との差異、および反応工程(2)と反応工程(3)のアニーリング温度との差異を十分に確保することが可能となる。その結果、反応工程(2)で機能する3’人工配列導入オリゴ対が、反応工程(1)において機能しないよう、また反応工程(3)で機能する5’人工配列導入プライマーが反応工程(1)および(2)において機能しないよう、それぞれ設計することが容易となり、各反応工程のアニーリング温度条件を大きく変化させることで、反応工程(1)~(3)を順番に進行させることが可能となる。 (5) If the annealing temperature in reaction step (1) can be set to a high temperature, the difference between the annealing temperature of reaction step (1) and reaction step (2), and the difference between reaction step (2) and reaction step (3) It is possible to sufficiently secure the difference from the annealing temperature of . As a result, the 3' artificial sequence-introducing oligo pair that functions in the reaction step (2) does not function in the reaction step (1), and the 5' artificial sequence-introducing primer that functions in the reaction step (3) does not function in the reaction step (1). ) and (2) do not function, and by greatly changing the annealing temperature conditions for each reaction step, reaction steps (1) to (3) can proceed in order. Become.
その結果、各反応工程において、他の反応工程で機能するオリゴDNAやプライマーが機能する可能性を低減することができるため、各反応工程における反応スキームが単純化されることから、各反応工程の条件至適化やトラブルシューティングが容易になると共に、反応工程(1)以外は、標的核酸に依らず共通する反応であることから、標的核酸毎に必要となる反応条件の最適化は反応工程(1)のみとなり、反応工程(2)、(3)の反応条件を標的核酸毎に最適化する必要はなくなる、といったメリットが生じる。 As a result, in each reaction step, it is possible to reduce the possibility that oligo-DNAs and primers that function in other reaction steps will function, thus simplifying the reaction scheme in each reaction step. In addition to facilitating condition optimization and troubleshooting, the reactions other than the reaction step (1) are common regardless of the target nucleic acid. 1) only, and there is an advantage that the reaction conditions in the reaction steps (2) and (3) do not need to be optimized for each target nucleic acid.
前記を実現するためには、以下の条件設定が必要となる。
条件1.人工付加特異プライマーのTm値と、3’人工配列導入オリゴ対とのTm値との間に差異を十分に設けることで反応工程(1)、(2)間のアニーリング温度の差異を確保する。
条件2.3’人工配列導入オリゴ対と5’人工配列導入プライマーとのTm値との間に差異を十分に設けることで、反応工程(2)、(3)のアニーリング温度の差異を確保する。
条件3.反応工程(3)のアニーリング温度は、当該反応が十分に進行する温度に設定する。
In order to realize the above, the following condition setting is required.
しかしながら、反応工程(1)のアニーリング温度は、人工付加特異プライマーのうち、標的核酸に相補的な配列のみが単独で結合可能な温度に設定するため、標的核酸によっては反応工程(1)~(3)を順番に進行させる上で十分なアニーリング温度の差異を確保することが困難なケースが想定される。例えば、反応工程(3)のアニーリング温度を、当該工程の正常な反応を担保する上でほぼ下限値と想定される40℃をとし、反応工程(1)と(2)のアニーリング温度の差異、及び反応工程(2)と(3)のアニーリング温度の差異を各々10℃確保した場合、反応工程(1)のアニーリング温度は60~72℃となるが、これは一般的なPCRのアニーリング温度範囲(50~72℃)の約半分となる(図6a)。このように、前記した方法では、人工付加特異プライマー設計の制限大きくなることから、本発明における標的核酸の適用範囲を狭める結果となるため、何らかの改良を行うとよい。 However, since the annealing temperature in the reaction step (1) is set to a temperature at which only the sequence complementary to the target nucleic acid among the artificial addition specific primers can bind alone, depending on the target nucleic acid, the reaction steps (1) to ( There may be cases where it is difficult to secure a sufficient difference in annealing temperature when proceeding with 3) in order. For example, the annealing temperature in reaction step (3) is set to 40° C., which is assumed to be the lower limit for ensuring normal reaction in the step, and the difference in annealing temperature between reaction steps (1) and (2), And when the difference in annealing temperature between reaction steps (2) and (3) is secured by 10 ° C., the annealing temperature in reaction step (1) is 60 to 72 ° C., which is within the general annealing temperature range of PCR. (50-72° C.) (FIG. 6a). As described above, the method described above imposes greater restrictions on the design of artificially added specific primers, which narrows the applicable range of target nucleic acids in the present invention. Therefore, some improvement is desirable.
当該改良方法を図7として示す。本改良法における反応工程(1)のアニーリング温度は、5’末端に一方の人工付加特異プライマーと同じ配列を有し、3’末端に他方の人工付加特異プライマーの相補的配列を有する5P人工AB付加産物が生成されるPCRサイクルまでは少なくとも、5P人工付加特異プライマー対に含まれる標的核酸に相補的な配列が、単独で結合可能な温度とし、初期添加した核酸を鋳型とした増幅を担保する。5P人工AB付加産物は、人工付加特異プライマーの全領域と結合可能であることから、5P人工AB付加産物がはじめて増幅されるサイクルの次のサイクル以降の任意のサイクルにおいては、反応工程(1)のアニーリング温度を上昇させたとしても、当該産物の増幅が可能となると考えられる。具体的には、前記の5P人工AB付加産物は、2サイクル目にはじめて増幅されることから(図7参照)、3サイクル目以降の任意のサイクル数より、反応工程(1)のアニーリング温度を人工付加特異プライマー全領域のTm値に基づく温度に上昇させても、5P人工AB付加産物の増幅が可能であると考えられる。このように反応工程(1)の途中でアニーリング温度を上昇させ、5P人工AB付加産物のみを鋳型としたPCRを実施することにより、人工付加特異プライマーの設計上の制限(具体的には、反応工程(1)のアニーリング温度を、人工付加特異プライマーのうち標的核酸に相補的な配列のTm値より設定した温度とした上で、本アニーリング温度と反応工程(2)のアニーリング温度の差異を一定以上確保するという制限)がなくなることから、適用可能な標的核酸の範囲が広げることが可能となる(図6b参照)。 The improved method is shown in FIG. The annealing temperature of the reaction step (1) in this improved method is 5P artificial AB having the same sequence as one artificial addition specific primer at the 5′ end and a complementary sequence of the other artificial addition specific primer at the 3′ end. At least until the PCR cycle in which the addition product is generated, the sequence complementary to the target nucleic acid contained in the 5P artificial addition specific primer pair is at a temperature at which it can bind alone, ensuring amplification using the initially added nucleic acid as a template. . Since the 5P artificial AB addition product can bind to the entire region of the artificial addition specific primer, in any cycle after the cycle in which the 5P artificial AB addition product is amplified for the first time, the reaction step (1) Amplification of the product is thought to be possible even if the annealing temperature of is increased. Specifically, since the 5P artificial AB addition product is amplified for the first time in the second cycle (see FIG. 7), the annealing temperature in the reaction step (1) can be adjusted from any number of cycles after the third cycle. Amplification of 5P-artificial AB adducts is thought to be possible even if the temperature is raised based on the Tm value of the entire region of the artificially added specific primers. Thus, by increasing the annealing temperature in the middle of the reaction step (1) and performing PCR using only the 5P artificial AB addition product as a template, the design limitations of the artificial addition specific primer (specifically, the reaction The annealing temperature in step (1) is the temperature set from the Tm value of the sequence complementary to the target nucleic acid among the artificial addition specific primers, and the difference between this annealing temperature and the annealing temperature in reaction step (2) is kept constant. Since the limitation of ensuring the above is eliminated, it becomes possible to expand the range of applicable target nucleic acids (see FIG. 6b).
(6)前記反応工程(1)において使用する全ての人工付加特異プライマーの5’末端をリン酸化し、両方の5’末端がリン酸化された5P人工AB付加産物を取得し、当該産物を前記反応工程(2)にて3’人工CD相補付加産物に変換後、反応工程(3)において3’人工CD相補付加産物の両末端に存在する一本鎖部位に結合する2つの5’人工配列導入プライマーを用い、両末端に存在する一本鎖部位を二本鎖化することで、目的とする最終人工配列付加産物を取得することも可能であり、最終人工配列付加産物を構成する両方のDNA鎖とも、当該両末端に人工核酸配列を付加する場合には有効である。例えば、最終人工配列付加産物の精製工程を簡略化する目的で、当該工程を試薬添加のみで実施することのできるExoSAP-IT Express PCR Cleanup Reagents(サーモフィッシャーサイエンティフィック社製)等を用いた酵素的手法により実施する場合、最終人工配列付加産物に一本鎖部位が存在すると、当該部位が分解されてしまうことから、当該精製法を採用する場合は、2つの5’人工配列導入プライマーにより両末端が二本鎖された最終人工配列付加産物を取得する必要性がある。 (6) Phosphorylate the 5′ ends of all the artificial addition-specific primers used in the reaction step (1) to obtain 5P artificial AB addition products in which both 5′ ends are phosphorylated, Two 5' artificial sequences that bind to single-stranded sites existing at both ends of the 3' artificial CD complementary addition product in the reaction step (3) after being converted into the 3' artificial CD complementary addition product in the reaction step (2) It is also possible to obtain the desired final artificial sequence addition product by double-stranding the single-stranded sites present at both ends using the introduced primers. Both DNA strands are effective when artificial nucleic acid sequences are added to both ends. For example, for the purpose of simplifying the purification process of the final artificial sequence addition product, enzymes using ExoSAP-IT Express PCR Cleanup Reagents (manufactured by Thermo Fisher Scientific), etc., which can be performed only by adding reagents If a single-stranded site is present in the final artificial sequence addition product, the site will be degraded when the purification method is used. There is a need to obtain a final artificial sequence addition product with double-stranded ends.
しかしながら、5’人工配列導入プライマーは、当該オリゴの3’末端は修飾されておらず、プライマーとして機能する。添加するプライマーの種類が多いと、プライマー・ダイマー等をはじめとする非特異的増幅産物が生成される可能性が高まると考えられることから、最終人工配列付加産物を構成する2本のDNA鎖のうち、どちらか一方のDNA鎖について、当該両末端に人工核酸配列を付加することで目的が達成できる場合は、使用する5’人工配列導入プライマーは基本的には1種類が望ましい。 However, the 5' artificial sequence-introducing primer is not modified at the 3' end of the oligo and functions as a primer. If there are many types of primers to be added, the possibility of generating non-specific amplification products such as primer dimers is likely to increase. If the purpose can be achieved by adding an artificial nucleic acid sequence to both ends of one of the DNA strands, it is basically desirable to use one type of 5' artificial sequence-introducing primer.
(7)反応工程(2)における3’人工配列導入オリゴと5P人工AB付加産物との結合は、5P人工AB付加産物同士の再結合、および5P人工付加特異プライマーの5P人工AB付加産物への結合によって阻害され、5P人工AB付加産物、および5P人工付加特異プライマーの濃度が高まるとともに、その傾向は強くなる。その結果、3’人工配列導入オリゴと5P人工AB付加産物との結合が阻害され、3’人工CD相補付加産物の生成が抑制される場合がある。 (7) The binding of the 3′ artificial sequence-introducing oligo and the 5P artificial AB adduct in the reaction step (2) includes the rebinding of the 5P artificial AB adducts and the binding of the 5P artificial addition specific primer to the 5P artificial AB adduct. Inhibited by binding, the tendency becomes stronger as the concentration of 5P artificial AB adduct and 5P artificial adduct specific primer increases. As a result, the binding between the 3' artificial sequence-introducing oligo and the 5P artificial AB adduct may be inhibited, and the production of the 3' artificial CD complementary adduct may be suppressed.
上記を解消する目的で、3’人工配列導入オリゴの配列領域のうち、5P人工AB付加産物または5P人工AB付加産物と結合する配列領域に、当該オリゴの融解温度を上昇させる機能をもつ修飾を施した3’人工配列導入オリゴを使用することで、反応工程(2)における3’人工CD相補付加産物の濃度を上昇できる場合がある。前記の修飾として人工核酸(LNA, BNA等)を挙げることができる。 For the purpose of solving the above problem, among the sequence regions of the 3' artificial sequence-introducing oligo, the sequence region that binds to the 5P artificial AB adduct or the 5P artificial AB adduct is modified with the function of increasing the melting temperature of the oligo. By using the 3' artificial sequence-introducing oligo, the concentration of the 3' artificial CD complementary addition product in the reaction step (2) can be increased in some cases. Examples of such modifications include artificial nucleic acids (LNA, BNA, etc.).
(8) 反応工程(3)における5’人工配列導入プライマーと3’人工CD相補付加産物の結合は、3’人工CD相補付加産物と3’人工配列導入オリゴの再結合によって阻害され、5’人工配列の導入が抑制される場合がある。 (8) The binding of the 5′ artificial sequence-introducing primer and the 3′ artificial CD complementary addition product in the reaction step (3) is inhibited by the recombination of the 3′ artificial CD complementary addition product and the 3′ artificial sequence-introducing oligo, and the 5′ Introduction of artificial sequences may be suppressed.
上記を解消する目的で、5’人工配列導入プライマーの配列領域に当該オリゴの融解温度を上昇させる機能をもつ修飾を施した5’人工配列導入プライマーを使用することで、反応工程(3)における5’人工配列の導入効率を上昇させることが可能な場合がある。前記の修飾として人工核酸(LNA, BNA等)を挙げることができる。 For the purpose of solving the above, by using a modified 5' artificial sequence introduction primer that has a function of increasing the melting temperature of the oligo in the sequence region of the 5' artificial sequence introduction primer, in the reaction step (3) It may be possible to increase the efficiency of introduction of 5' artificial sequences. Examples of such modifications include artificial nucleic acids (LNA, BNA, etc.).
また、5’末端領域に分子内2次構造を有する3’人工配列導入SLオリゴを用いることにより解消することができる。その原理を、図8として示した。 Moreover, it can be solved by using a 3' artificial sequence-introduced SL oligo having an intramolecular secondary structure in the 5' terminal region. The principle is shown as FIG.
図8に記載した3’人工配列導入SLオリゴは、当該5’末端に人工核酸配列C又はDに対し相補的な配列(図8のStem部分)の導入により、当該プライマーの5’末端側に分子内2次構造(図8のStem-loop構造)を有する。また、分子内2次構造の形成を目的として導入した配列と、人工核酸配列C又はDとの間にブロッカーを導入している。 The 3' artificial sequence-introduced SL oligo described in FIG. It has an intramolecular secondary structure (Stem-loop structure in FIG. 8). In addition, a blocker is introduced between the sequence introduced for the purpose of forming an intramolecular secondary structure and the artificial nucleic acid sequence C or D.
このような構造を有する3’人工配列導入SLオリゴを使用した場合、以下の2点を達成することが可能となる。
1.3’人工配列導入SLオリゴは、分子内2次構造を形成するため、当該オリゴは、3’人工CD相補付加産物の人工核酸配列C又はDに相補的な配列と結合することができない。このため、5’人工配列導入プライマーは、3’人工CD相補付加産物中の人工核酸配列C又はDの相補的配列に容易に結合することができる。
2.3’人工配列導入SLオリゴにブロッカーを導入しない場合(図9)、反応工程(2)において3’人工配列導入SLオリゴの分子内2次構造も含めて伸長されるため、当該産物(3’人工CD相補付加産物)が、人工核酸配列C又はDの相補的配列部分で分子内2次構造を形成してしまい、5’人工配列導入プライマーの結合を阻害することとなる。
When using a 3' artificial sequence-introduced SL oligo having such a structure, it is possible to achieve the following two points.
1. Since the 3' artificial sequence-introduced SL oligo forms an intramolecular secondary structure, the oligo cannot bind to the sequence complementary to the artificial nucleic acid sequence C or D of the 3' artificial CD complementary addition product. . Therefore, the 5' artificial sequence-introducing primer can easily bind to the complementary sequence of the artificial nucleic acid sequence C or D in the 3' artificial CD complementary addition product.
2. When a blocker is not introduced into the 3' artificial sequence-introduced SL oligo (Fig. 9), the 3' artificial sequence-introduced SL oligo is extended including the intramolecular secondary structure in the reaction step (2), so the product ( 3' artificial CD complementary addition product) forms an intramolecular secondary structure at the complementary sequence portion of the artificial nucleic acid sequence C or D, which inhibits the binding of the 5' artificial sequence-introducing primer.
一方、3’人工配列導入SLオリゴにブロッカーを導入した場合(図10)、分子内2次構造の形成に必要な配列を伸長する直前でDNA伸長がブロックされるため、当該産物(3’人工CD相補付加産物)が分子内2次構造を形成することはなく、5’人工配列導入プライマーが、3’人工CD相補付加産物中の人工核酸配列C又はDの相補的配列に結合することを阻害しない。その結果、3’人工CD相補付加産物への5’人工配列導入効率の向上に繋がる。 On the other hand, when a blocker is introduced into the 3' artificial sequence-introduced SL oligo (Fig. 10), DNA elongation is blocked immediately before the extension of the sequence necessary for the formation of the intramolecular secondary structure. CD complementary addition product) does not form an intramolecular secondary structure, and the 5′ artificial sequence-introducing primer binds to the complementary sequence of the artificial nucleic acid sequence C or D in the 3′ artificial CD complementary addition product. do not interfere. As a result, it leads to an improvement in the efficiency of introducing the 5' artificial sequence into the 3' artificial CD complementary addition product.
本発明により、以下の効果が期待できる。
(1)1ステップの作業工程にて、次世代シーケンサーでの解析に供することが可能な最終人工配列付加産物を取得することができる。
(2)本発明による手法にて指数関数的増幅反応に使用するプライマーは、標的核酸を増幅する人工付加特異プライマーのみであり、先行技術3、4の手法のように標的核酸を鋳型とした増幅のためのプライマーと、標的核酸由来の増幅産物を鋳型とした増幅のためのプライマーとを同一反応液内で使用する必要性がないことから、プライマー・ダイマー等の非特異的増幅産物の生成を抑制することができる。このため、上記した先行技術よりも初期鋳型量の最低必要量を低く抑えることができ、標的核酸に特異的なプライマーのみを使用した一般的なPCRと同様の感度を担保することができる。
(3)先行技術3、4のように、標的核酸を鋳型とした増幅と、標的核酸由来の増幅産物を鋳型とした増幅を、同一反応液内で同時に進行させるような手法の場合、性質の異なる2種以上の増幅反応が同時かつ適正に進行するよう、反応条件を厳密に最適化する必要性がある。
一方、本発明の場合、温度条件等の反応条件を変化させることで、1ステップの反応内で、人工核酸配列を付加する反応と増幅反応を別々に実施することが可能であり、このため両反応をそれぞれ最適条件にて実施することが可能である。また、人工核酸配列を付加する反応は標的核酸に関わらず同一条件にて実施できるため、本発明の手法における反応条件の最適化は、標的核酸由来の増幅産物を鋳型とした増幅のみとなることから、一般的なPCRと同様、簡便、迅速に反応系を構築することができる。
(4)標的とする核酸配列に特異的なプライマーの5’末端側に、あらかじめバーコード配列を含む特定の人工核酸配列が付加されているプライマーを使用する手法(先行技術1)の場合、簡単な1ステップの作業工程にて、次世代シーケンサー解析に供することが可能な最終人工配列付加産物を取得することができる。しかしながら、1つの標的核酸毎にバーコード配列が異なるプライマーを用意する必要性があり、極めて不経済である。例えば、両末端に付加されたバーコード配列と、当該配列の組み合わせにより検体を識別する手法にて、1回の解析で100検体を同時解析し、かつ1検体につき100種類の標的核酸を解析する場合、一つの標的核酸あたりフォワードプライマーが10種類、リバースプライマーが10種類、合計20種のプライマーが必要となり、当該セットが標的核酸の種類分必要となるため、2千種類のプライマーを準備する必要性がある。
一方、本発明に基づく手法では、標的核酸の増幅は人工付加特異プライマーが担い、バーコード配列を含む人工核酸配列の付加は3’人工配列導入オリゴ、および5’人工配列導入プライマー又は5’人工配列導入オリゴが担うことから、それぞれ必要となるプライマーまたはオリゴの種類は、前者は標的核酸の種類、後者は解析する検体数に依存することとなる。例えば、上記と同じ前提(標的核酸:100種類、検体数:100検体)とした場合、人工付加特異プライマーはフォワード/リバースプライマーを合せて200種類、3’人工配列導入オリゴは20種類、5’人工配列導入プライマー又は5’人工配列導入オリゴは当該オリゴにバーコード配列を含まない場合は1種類、当該オリゴにバーコード配列を含む場合は10種類であり、合計221種または230種類で済む。加えて、3’人工配列導入オリゴおよび5’人工配列導入プライマー又は5’人工配列導入オリゴは、標的核酸が変化しても、共通して利用することが可能である。
(5)次世代シーケンサーに供する最終人工配列付加産物の濃度は一定とする必要性があるため、最終人工配列付加産物を作成後、当該濃度を調整することが求められる。
先行技術1~4のように増幅反応に基づき、最終人工配列付加産物を取得する手法の場合、当該産物の最終濃度は、非特異的増幅産物量、初期鋳型量、増幅阻害物質濃度などの違いにより、増幅反応毎に変化することから、上記の濃度調整は必要となる場合が多い。
一方、本発明の手法では、5’人工配列を導入可能な対象産物の濃度を上限とする範囲において、5’人工配列導入プライマー又は5’人工配列導入オリゴの濃度を調整することにより、最終人工配列付加産物を目標濃度に調製することが可能である。このため、前述の濃度調整は必ずしも必要ない。
According to the present invention, the following effects can be expected.
(1) A final artificial sequence addition product that can be analyzed by a next-generation sequencer can be obtained in a one-step work process.
(2) The primers used in the exponential amplification reaction in the technique of the present invention are only artificial addition-specific primers that amplify the target nucleic acid, and amplification using the target nucleic acid as a template as in the techniques of
(3) As in
On the other hand, in the case of the present invention, by changing the reaction conditions such as temperature conditions, it is possible to separately perform the reaction of adding the artificial nucleic acid sequence and the amplification reaction within one step of the reaction. It is possible to carry out each reaction under optimum conditions. In addition, since the reaction to add the artificial nucleic acid sequence can be performed under the same conditions regardless of the target nucleic acid, the optimization of the reaction conditions in the method of the present invention is limited to amplification using an amplification product derived from the target nucleic acid as a template. From this, a reaction system can be constructed simply and quickly like general PCR.
(4) In the case of a method using a primer to which a specific artificial nucleic acid sequence containing a barcode sequence is added in advance to the 5' end of the primer specific to the target nucleic acid sequence (prior art 1), it is easy to A final artificial sequence addition product that can be subjected to next-generation sequencer analysis can be obtained in a single-step work process. However, it is necessary to prepare primers with different barcode sequences for each target nucleic acid, which is extremely uneconomical. For example, 100 specimens are simultaneously analyzed in one analysis, and 100 types of target nucleic acids are analyzed per specimen by a method of identifying specimens by combining bar code sequences added to both ends and the sequences. In this case, 10 types of forward primers and 10 types of reverse primers are required per target nucleic acid, for a total of 20 types of primers. have a nature.
On the other hand, in the technique based on the present invention, the amplification of the target nucleic acid is carried out by the artificially added specific primer, and the addition of the artificial nucleic acid sequence including the barcode sequence is performed by the 3′ artificial sequence introduction oligo and the 5′ artificial sequence introduction primer or the 5′ artificial sequence introduction primer. Since the sequence-introducing oligo is responsible, the types of primers or oligos required respectively depend on the type of target nucleic acid for the former and the number of specimens to be analyzed for the latter. For example, if the same premises as above (target nucleic acid: 100 types, number of specimens: 100 specimens) are used, there are 200 types of artificially added specific primers in total for forward / reverse primers, 20 types of 3' artificial sequence introduction oligos, 5' Artificial sequence-introducing primers or 5' artificial sequence-introducing oligos are one type when the oligo does not contain a barcode sequence, and 10 types when the oligo contains a barcode sequence, for a total of 221 or 230 types. In addition, the 3' artificial sequence-introducing oligo and the 5' artificial sequence-introducing primer or 5' artificial sequence-introducing oligo can be used in common even if the target nucleic acid is changed.
(5) Since the concentration of the final artificial sequence addition product to be subjected to the next-generation sequencer needs to be constant, it is required to adjust the concentration after the final artificial sequence addition product is prepared.
In the case of the method of obtaining the final artificial sequence addition product based on the amplification reaction as in
On the other hand, in the method of the present invention, the concentration of the 5' artificial sequence-introducing primer or 5' artificial sequence-introducing oligo is adjusted within the range of the concentration of the target product into which the 5' artificial sequence can be introduced as the upper limit. Sequence adducts can be prepared at target concentrations. Therefore, the density adjustment described above is not necessarily required.
上記のように、本発明に基づく手法は、次世代シーケンサーを用いた解析等に、好適に供することが可能な最終人工配列付加産物を、経済的、簡便、高感度に取得できるという効果があることから、先行技術と比較して多くの面で効率的といえる。
As described above, the method based on the present invention has the effect of being able to economically, easily, and highly sensitively obtain the final artificial sequence addition product that can be suitably used for analysis using a next-generation sequencer. Therefore, it can be said to be efficient in many respects compared to the prior art.
本発明の実施の態様について詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described in detail.
本発明は、標的とする核酸配列に人工核酸配列を付加した最終人工配列付加産物を調製する方法であって、下記の(1)~(3)の工程を含む前記方法を提供する。
(1)標的とする核酸配列に特異的なプライマー対の各々に、人工核酸配列A又はBの配列のうち、少なくとも一部の配列が付加されているプライマー対であって、前記プライマー対のうち、一方または両方の5’末端がリン酸化された人工付加特異プライマー(以下、5P人工付加特異プライマー対)を1対以上用いて、核酸増幅法により、一方または両方の5’末端がリン酸化された5P人工AB付加産物を得る工程、
(2)下記3点を特徴とする1対のオリゴDNA(以下、3’人工配列導入オリゴ対)を用い、DNAポリメラーゼによって、前記(1)の工程にて得られた5P人工AB付加産物の3’末端を伸長させ、5P人工AB付加産物の3’末端に人工核酸配列C又はDの相補的配列(以下、3’人工CD相補付加産物)を付加する工程、及び
特徴1:5P人工付加特異プライマーに存在する人工核酸配列A又はBの塩基配列のうち、少なくとも一部と同じ配列を3’末端側に有する。
特徴2:5P人工AB付加産物に付加する人工核酸配列C又はDを5’末端側に有する。
特徴3:DNAポリメラーゼによる核酸伸長を防止するため、3’末端が標識されている。
(3)下記の2つの工程(a)又は(b)のうち何れかの工程を行い、3’人工CD相補付加産物の5’末端に人工核酸配列C又はDを付加する工程
工程(a):前記(2)の工程において生成される3’人工CD相補付加産物のどちらか一方または両方の5’末端がリン酸化されている場合において、当該産物同士で二本鎖を形成した際、両末端に生じる一本鎖領域のうち、当該領域が二本鎖に変化した部位の塩基対の5’末端がリン酸化されている末端において、当該末端の一本鎖領域に相補的である少なくとも1本のオリゴDNA(以下、5’人工配列導入オリゴ)と、前記(2)の工程で得られた3’人工CD相補付加産物をDNAリガーゼにて連結することにより、3’人工CD相補付加産物の5’末端に人工核酸配列C又はDを付加する工程、または
工程(b):前記(2)の工程において生成される3’人工CD相補付加産物のどちらか一方または両方の5’末端がリン酸化されている場合において、当該産物同士で二本鎖を形成した際、両末端に生じる一本鎖領域のうち、当該一本鎖領域が二本鎖に変化した部位の塩基対の5’末端がリン酸化されている末端において、当該末端の一本鎖領域の一部に相補的である少なくとも1本のオリゴDNA(以下、5’人工配列導入プライマー)が、3’人工CD相補付加産物とハイブリダイスした際に生じたギャップをDNAポリメラーゼによる伸長反応により埋めた上で、伸長した5’人工配列導入プライマーと3’人工CD相補付加産物をDNAリガーゼにて連結することにより、3’人工CD相補付加産物の5’末端に人工核酸配列C又はDを付加する工程
The present invention provides a method for preparing a final artificial sequence addition product by adding an artificial nucleic acid sequence to a target nucleic acid sequence, the method comprising the following steps (1) to (3).
(1) A primer pair in which at least a part of the sequence of the artificial nucleic acid sequence A or B is added to each primer pair specific to the target nucleic acid sequence, wherein , One or both 5' ends are phosphorylated by a nucleic acid amplification method using one or more pairs of artificial addition specific primers (hereinafter referred to as 5P artificial addition specific primer pairs) phosphorylated at one or both 5' ends obtaining a 5P artificial AB adduct;
(2) Using a pair of oligo DNA (hereinafter referred to as oligo pair with 3' artificial sequence introduction) characterized by the following three points, DNA polymerase is used to convert the 5P artificial AB addition product obtained in the step (1) above. A step of extending the 3' end and adding a complementary sequence of artificial nucleic acid sequence C or D (hereinafter referred to as 3' artificial CD complementary addition product) to the 3' end of the 5P artificial AB addition product, and feature 1: 5P artificial addition At the 3′-terminal side, it has the same sequence as at least part of the base sequence of the artificial nucleic acid sequence A or B present in the specific primer.
Characteristic 2: It has an artificial nucleic acid sequence C or D added to the 5P artificial AB adduct on the 5′ end side.
Feature 3: The 3' end is labeled to prevent nucleic acid elongation by DNA polymerase.
(3) Performing either of the following two steps (a) or (b) to add an artificial nucleic acid sequence C or D to the 5' end of the 3' artificial CD complementary addition product Step (a) : When either one or both of the 3′ artificial CD complementary addition products generated in the step (2) are phosphorylated, when the products form a double strand, both Of the single-stranded regions occurring at the ends, at least one complementary to the single-stranded region at the end where the 5' end of the base pair at the site where the region is converted to double strands is phosphorylated The 3' artificial CD complementary addition product is ligated with DNA ligase to the oligo DNA (hereinafter referred to as 5' artificial sequence-introduced oligo) and the 3' artificial CD complementary addition product obtained in the step (2) above. A step of adding an artificial nucleic acid sequence C or D to the 5′ end of or step (b): Either one or both of the 3′ artificial CD complementary addition products generated in the step (2) are In the case of phosphorylation, when the products form a double strand, of the single-stranded regions generated at both ends, the 5' of the base pair at the site where the single-stranded region changes to double strands At the phosphorylated end, at least one oligo DNA complementary to a part of the single-stranded region of the end (hereinafter referred to as a 5' artificial sequence introduction primer) is added as a 3' artificial CD complementary addition product After filling the gap generated when hybridizing with the DNA polymerase by extension reaction, the extended 5' artificial sequence introduction primer and the 3' artificial CD complementary addition product are ligated with DNA ligase to obtain the 3' artificial Step of adding an artificial nucleic acid sequence C or D to the 5' end of the CD complementary addition product
本発明の方法において、5P人工付加特異プライマー対は、3’末端側に標的とする核酸配列に相補的な配列を持ち、5’末端側に人工核酸配列Aのうち、少なくとも一部の配列を持つ人工付加特異プライマー(a)と、3’末端側に標的とする核酸配列に相補的な配列を持ち、5‘末端側に人工核酸配列Bのうち、少なくとも一部の配列を持つ人工付加特異プライマー(b)からなる人工付加特異プライマー対であり、少なくともその一方の5’末端がリン酸化されている人工付加特異プライマー対であり、3’人工配列導入オリゴ対は、3’末端がDNAポリメラーゼにより伸長されないよう同末端が標識されており、3’末端側に人工核酸配列Aのうち、少なくとも一部の配列を持ち、5’末端側に人工核酸配列Cを持つ3’人工配列導入オリゴ(c)と、同じく3’末端が標識されており、3’末端側に人工核酸配列Bのうち、少なくとも一部の配列を持ち、5’末端側に人工核酸配列Dを持つ3’人工配列導入オリゴ(d)を含み、5’人工配列導入オリゴは、人工核酸配列Cの全部の配列を有する5’人工配列導入オリゴ(e)、および人工核酸配列Dの全部の配列を有する5’人工配列導入オリゴ(f)の両方または一方を含み、
5’人工配列導入プライマーは人工核酸配列Cの一部の配列を有する5’人工配列導入プライマー(e)、および人工核酸配列Dの一部の配列を有する5’人工配列導入プライマー(f)の両方または一方を含むとよい。
In the method of the present invention, the 5P artificial addition specific primer pair has a sequence complementary to the target nucleic acid sequence on the 3' end side, and at least a partial sequence of the artificial nucleic acid sequence A on the 5' end side. and an artificial addition specific primer (a) having a sequence complementary to the target nucleic acid sequence on the 3' end side and having at least a partial sequence of the artificial nucleic acid sequence B on the 5' end side An artificial addition-specific primer pair consisting of primer (b), at least one of which is phosphorylated at the 5' end thereof, and a 3' artificial sequence-introducing oligo pair, the 3' end of which is a DNA polymerase 3' artificial sequence-introducing oligo ( c), similarly labeled at the 3' end, has at least a partial sequence of the artificial nucleic acid sequence B on the 3' end side, and introduces a 3' artificial sequence having an artificial nucleic acid sequence D on the 5' end side Oligo (d), wherein the 5' artificial sequence introduction oligo is a 5' artificial sequence introduction oligo (e) having the entire sequence of artificial nucleic acid sequence C and a 5' artificial sequence having the entire sequence of artificial nucleic acid sequence D containing both or one of the introduction oligos (f),
The 5' artificial sequence introduction primer is a 5' artificial sequence introduction primer (e) having a partial sequence of artificial nucleic acid sequence C and a 5' artificial sequence introduction primer (f) having a partial sequence of artificial nucleic acid sequence D. Both or one may be included.
本発明においては、5P人工付加特異プライマー対群を用いた増幅により、標的核酸由来の増幅産物であり、当該産物の一方の末端が人工核酸配列Aのうち少なくとも一部の配列を有し、他方の末端に人工核酸配列Bのうち少なくとも一部の配列を有する一種以上の5P人工AB付加産物を、一種以上の標的核酸から増幅し、得られた当該産物群について、3’人工配列導入オリゴ、および5’人工配列導入プライマーを用いた増幅反応に依らない反応によって、当該産物の人工核酸配列Aを有する末端には人工核酸配列C、人工核酸配列Bを有する末端には人工核酸配列Dが導入された最終人工配列付加産物を取得する。 In the present invention, an amplification product derived from a target nucleic acid is obtained by amplification using a group of 5P artificial addition specific primer pairs, one end of the product has at least a partial sequence of the artificial nucleic acid sequence A, and the other One or more 5P artificial AB addition products having at least a partial sequence of the artificial nucleic acid sequence B at the end of are amplified from one or more target nucleic acids, and for the resulting product group, the 3' artificial sequence introduction oligo, and artificial nucleic acid sequence C is introduced into the end having artificial nucleic acid sequence A of the product, and artificial nucleic acid sequence D is introduced into the end having artificial nucleic acid sequence B by a reaction that does not rely on an amplification reaction using a 5′ artificial sequence-introducing primer. Obtain the final artificial sequence addition product.
5P人工付加特異プライマー対は、3’末端側に標的核酸に相補的な配列を持ち、5’末端側に人工核酸配列Aのうち、少なくとも一部の配列(3’末端側の配列)を持つ人工付加特異プライマー(a)と、3’末端側に標的核酸に相補的な配列を持ち、5’末端側に人工核酸配列Bのうち、少なくとも一部の配列(3’末端側の配列)を持つ人工付加特異プライマー(b)からなる。本発明では、5P人工付加特異プライマー対を少なくとも1対以上使用する。通常、プライマーの種類が増えるほど均一にPCR増幅することが難しくなるとされるが、5対程度であれば容易に増幅可能であり、20対以上であっても、配列の組み合わせの最適化を行うことで増幅が可能である。 The 5P artificial addition specific primer pair has a sequence complementary to the target nucleic acid on the 3' end side, and at least a partial sequence (3' end side sequence) of the artificial nucleic acid sequence A on the 5' end side. Artificial addition specific primer (a), having a sequence complementary to the target nucleic acid on the 3' end side, and at least a partial sequence (3' end side sequence) of the artificial nucleic acid sequence B on the 5' end side It consists of an artificially added specific primer (b) with In the present invention, at least one pair of 5P artificial addition-specific primer pairs is used. Generally, it is said that uniform PCR amplification becomes more difficult as the number of types of primers increases, but amplification is easily possible with about 5 pairs, and even if there are 20 pairs or more, the combination of sequences should be optimized. can be amplified by
また、当該プライマー対を構成する2つの人工付加特異プライマーのうち、一方または両方の5’末端をリン酸化する。 In addition, one or both of the two artificially added specific primers that constitute the primer pair are phosphorylated at the 5' ends.
5P人工付加特異プライマー対群(a)および(b)において、標的核酸に相補的な配列は、10~40塩基長であるとよく、好ましくは、15~30塩基長であり、より好ましくは、15~25塩基長である。人工付加特異プライマー対群に導入する人工核酸配列AまたはBの配列は、人工核酸配列AまたはBの5’末端側から任意の数のヌクレオチドを除いた配列であっても良く、少なくとも人工核酸配列AまたはBの3'末端側の配列を含むよう設計することができる。人工付加特異プライマーは、人工核酸配列AまたはBの3'末端側の配列の0~40塩基を含むとよく、好ましくは0~30塩基、より好ましくは0~20塩基を含むとよい。 In the 5P artificial addition specific primer pair groups (a) and (b), the sequence complementary to the target nucleic acid is preferably 10 to 40 bases long, preferably 15 to 30 bases long, more preferably It is 15-25 bases long. The sequence of the artificial nucleic acid sequence A or B to be introduced into the artificial addition specific primer pair group may be a sequence obtained by removing any number of nucleotides from the 5' end side of the artificial nucleic acid sequence A or B, and at least the artificial nucleic acid sequence It can be designed to include the 3'-end sequence of A or B. The artificial additional specific primer preferably contains 0 to 40 bases, preferably 0 to 30 bases, and more preferably 0 to 20 bases of the 3′ terminal side sequence of the artificial nucleic acid sequence A or B.
また、一方または両方の人工付加特異プライマーの5’末端をリン酸化しておく。 Also, one or both of the artificially added specific primers are phosphorylated at the 5' end.
3’人工配列導入オリゴ対は、3’末端側に人工核酸配列Aのうち、少なくとも5'末端側の一部の配列を持ち、5’末端側に人工核酸配列Cを持つ3’人工配列導入オリゴ(c)と、3’末端側に人工核酸配列Bのうち、少なくとも5'末端側の一部の配列を持ち、5’末端側に人工核酸配列Dを持つ3’人工配列導入オリゴ(d)からなり、当該3’末端は、DNAポリメラーゼにより伸長されないよう同末端がリン酸等で標識されている。 The 3' artificial sequence-introducing oligo pair has at least a partial sequence on the 5'-terminal side of the artificial nucleic acid sequence A on the 3'-terminal side, and a 3' artificial sequence-introducing artificial nucleic acid sequence C on the 5'-terminal side. Oligo (c) and a 3' artificial sequence introduction oligo (d ), and the 3′ end is labeled with phosphoric acid or the like so as not to be extended by DNA polymerase.
3'人工配列導入オリゴは、人工核酸配列AまたはBの5'末端側の配列の10~60塩基を含むとよく、好ましくは10~40塩基、より好ましくは15~25塩基を含むとよい。 The 3' artificial sequence-introducing oligo preferably contains 10 to 60 bases, preferably 10 to 40 bases, and more preferably 15 to 25 bases of the 5' terminal sequence of the artificial nucleic acid sequence A or B.
加えて、3'人工配列導入オリゴは、5P人工付加特異プライマー対の5’末端および3'人工配列導入オリゴの3'末端にて、人工核酸配列AまたはBの少なくとも一部の配列を共有するよう設計するとよい。上記プライマーおよびオリゴが共有する配列は、0~40塩基であるとよく、好ましくは0~30塩基、より好ましくは0~20塩基である。 In addition, the 3' artificial sequence introduction oligo shares at least a partial sequence of the artificial nucleic acid sequence A or B at the 5' end of the 5P artificial addition specific primer pair and the 3' end of the 3' artificial sequence introduction oligo. It should be designed as follows. The sequence shared by the primer and oligo may be 0-40 bases, preferably 0-30 bases, more preferably 0-20 bases.
そのようなプライマーを用いて反応を行うと、反応工程(2)において、反応工程(1)の過程で付加された人工核酸配列A,Bの相補鎖が、3'人工配列導入オリゴに付加した人工核酸配列A,Bと相補鎖を形成し、その結果、人工核酸配列A,Bの相補鎖の3'末端が伸長され、人工核酸配列A,Bの全長の相補鎖が形成されることになる(図5-1)。続いて、反応工程(3)を行うことで、反応工程(2)で生成された人工核酸配列A,Bの全長の相補鎖を鋳型とした伸長反応が発生するので、人工核酸配列A,Bの全長が形成されることになる(図5-2、5-3、5-4及び5-5)。 When the reaction is performed using such primers, in the reaction step (2), the complementary strands of the artificial nucleic acid sequences A and B added in the reaction step (1) are added to the 3′ artificial sequence-introducing oligo. Complementary strands are formed with the artificial nucleic acid sequences A and B, and as a result, the 3′ ends of the complementary strands of the artificial nucleic acid sequences A and B are extended to form the full-length complementary strands of the artificial nucleic acid sequences A and B. becomes (Fig. 5-1). Subsequently, by performing the reaction step (3), an elongation reaction occurs using the full-length complementary strands of the artificial nucleic acid sequences A and B generated in the reaction step (2) as templates. will be formed (Figs. 5-2, 5-3, 5-4 and 5-5).
後述の実施例では、3'人工配列導入オリゴ(c), (d)については人工配列A,Bの配列を全部持っているが、5P人工付加特異プライマー(a),(b)は人工配列A,Bの3'末端側の一部しか持っていない。人工核酸配列A, B配列の一部しか持たない5P人工付加特異プライマーを使用することで、3'人工配列導入オリゴと5P人工付加特異プライマーの共通配列部分が短くなるが、このようにして共通配列部分の長さを調整することで、3'人工配列導入オリゴと反応工程(1)にて生成される5P人工AB付加産物との結合温度を、5P人工付加特異プライマーと標的遺伝子の結合温度よりも低くすることができる。そうすることで、3'人工配列導入オリゴが5P人工AB付加産物と結合しない温度にて、反応工程(1)のみの反応を実施することが可能となり、反応工程(1)と反応工程(2)が同時進行することがなくなる。その結果、各反応工程の最適条件での反応が可能になることから、結果的に反応特異性が向上すると考えられる。言い換えると、5P人工付加特異プライマー対、3'人工配列導入オリゴ間の共通配列の長さを調整することで、反応工程(2)における反応条件(主に温度)を任意に調整することができる。 In the examples described later, the 3′ artificial sequence-introducing oligos (c) and (d) have all the sequences of the artificial sequences A and B, but the 5P artificial addition specific primers (a) and (b) have artificial sequences. It has only part of the 3' terminal side of A and B. By using a 5P artificial addition specific primer having only a part of the artificial nucleic acid sequences A and B sequences, the common sequence part of the 3' artificial sequence introduction oligo and the 5P artificial addition specific primer is shortened. By adjusting the length of the sequence portion, the binding temperature between the 3′ artificial sequence-introducing oligo and the 5P artificial AB adduct produced in the reaction step (1) can be adjusted to the binding temperature between the 5P artificial addition specific primer and the target gene. can be lower than By doing so, it is possible to carry out the reaction of only the reaction step (1) at a temperature at which the 3′ artificial sequence-introducing oligo does not bind to the 5P artificial AB adduct, and the reaction step (1) and the reaction step (2) are performed. ) will no longer run at the same time. As a result, the reaction can be carried out under the optimum conditions for each reaction step, and as a result, it is thought that the reaction specificity is improved. In other words, by adjusting the length of the common sequence between the 5P artificial addition specific primer pair and the 3′ artificial sequence-introducing oligo, the reaction conditions (mainly temperature) in the reaction step (2) can be arbitrarily adjusted. .
また、3’人工配列導入オリゴは、人工核酸配列C,D、人工付加特異プライマーには含まれない人工核酸配列A,B、または検体を識別するための人工核酸配列(バーコード配列)を有してもよい。バーコード配列は、3~20塩基長であるとよく、好ましくは、5~15塩基長であり、より好ましくは、5~10塩基長である。 In addition, the 3' artificial sequence introduction oligo has artificial nucleic acid sequences C and D, artificial nucleic acid sequences A and B not included in the artificial addition specific primer, or an artificial nucleic acid sequence (barcode sequence) for identifying the sample. You may The barcode sequence may be 3-20 bases long, preferably 5-15 bases long, more preferably 5-10 bases long.
更に、3’人工配列導入オリゴ(c)、および (d)の3’末端は、DNAポリメラーゼにより伸長されないよう標識をする。当該標識は、リン酸化、蛍光色素、アミノリンカー、ビオチン等にて修飾が一般的に行われるが、DNAポリメラーゼによる3’末端の伸長が防止可能な修飾方法であればよく、標識方法によってその適用範囲が制限されるものではない。 In addition, the 3' ends of the 3' artificial sequence-introducing oligos (c) and (d) are labeled so as not to be extended by DNA polymerase. The labeling is generally modified with phosphorylation, fluorescent dyes, amino linkers, biotin, etc., but any modification method that can prevent elongation of the 3′ end by DNA polymerase can be applied depending on the labeling method. The scope is not limited.
反応工程(3)において、3’人工CD相補付加産物と、3’人工配列導入オリゴの再結合による5’人工配列の導入抑制の解消を目的とする場合は、3’人工配列導入オリゴの5’末端に当該オリゴの少なくとも一部配列に相補的な配列することで、5’末端側に分子内2次構造を導入すると共に、分子内2次構造の形成を目的として導入した配列の3’末端、または当該配列の鎖中にブロッカーを導入した3’人工配列導入SLオリゴを使用することにより上記の阻害を解消することができる。 In the reaction step (3), if the purpose is to eliminate the suppression of introduction of the 5' artificial sequence due to the recombination of the 3' artificial CD complementary addition product and the 3' artificial sequence-introducing oligo, 5 of the 3' artificial sequence-introducing oligo By arranging a sequence complementary to at least a partial sequence of the oligo at the 'end, an intramolecular secondary structure is introduced on the 5' end side, and the 3' of the sequence introduced for the purpose of forming the intramolecular secondary structure This inhibition can be overcome by using 3' artificial sequence introduced SL oligos with blockers introduced at the end or in the strand of the sequence.
5’人工配列導入プライマーと3’人工CD相補付加産物の結合を促進するためには、Stem-loop構造形成のため導入した配列を除く3’人工配列導入SLオリゴの全領域と3’人工CD相補付加産物が結合できる温度となったときには既に、当該オリゴがStem-loop構造を形成しており、当該オリゴが、前記した全領域にて3’人工CD相補付加産物と結合できない状態となっていることが望ましく、そのためには、当該オリゴのStem-loop構造の解離温度(Tm値)が、Stem-loop構造形成のため導入した配列を除く当該オリゴの全領域の解離温度(Tm値)よりも高温であることが望ましい。当該Tm値の差異は、1~30℃であるとよく、好ましくは、3~20℃であり、より好ましくは、5~15℃である。Stem-loop構造のTm値は、ウェブアプリであるmfold(http://www.unafold.org/mfold/applications/dna-folding-form.php)等で予想すること可能であり、当該予測値を確認しつつ、Stemの長さを調整することで、当該Tm値を精度よく調整することが可能であるが、通常、Stem部分の長さは3~30塩基長であるとよく、好ましくは、5~25塩基長であり、より好ましくは、10~20塩基長である。 In order to promote the binding of the 5' artificial sequence-introduced primer and the 3' artificial CD complementary addition product, the entire region of the 3' artificial sequence-introduced SL oligo excluding the sequence introduced for the formation of the stem-loop structure and the 3' artificial CD When the temperature reaches the temperature at which the complementary addition product can bind, the oligo has already formed a stem-loop structure, and the oligo cannot bind to the 3′ artificial CD complementary addition product in the entire region. For that reason, the dissociation temperature (Tm value) of the Stem-loop structure of the oligo is lower than the dissociation temperature (Tm value) of the entire region of the oligo excluding the sequence introduced for the formation of the Stem-loop structure. high temperature is desirable. The difference in Tm values is preferably 1 to 30°C, preferably 3 to 20°C, more preferably 5 to 15°C. The Tm value of the Stem-loop structure can be predicted by the web application mfold (http://www.unafold.org/mfold/applications/dna-folding-form.php) etc., and the predicted value is By adjusting the length of the Stem while confirming, it is possible to adjust the Tm value with high accuracy. It is 5 to 25 bases long, more preferably 10 to 20 bases long.
一方、loop部分は設計したStem-loop構造以外の2次構造を形成しない配列であることが望ましい。また、loop部分の配列長が短いとStem構造を形成するDNA間の距離が小さくなり微視的な濃度が上昇するため、当該構造のTm値が高くなり、当該部分の配列長が長いとStem構造を形成するDNA間の距離が大きくなり、微視的な濃度が低下するため、当該構造のTm値が低くなる。このため、loop部分の配列長を調整することによってもStem-loop構造のTm値を調整することが可能であるが、通常、loop部分の長さは0~30塩基長であるとよく、好ましくは、8~24塩基長であり、より好ましくは、10~20塩基長である。 On the other hand, the loop portion is desirably a sequence that does not form a secondary structure other than the designed stem-loop structure. In addition, when the sequence length of the loop portion is short, the distance between DNAs forming the Stem structure decreases and the microscopic concentration increases, so the Tm value of the structure increases. Since the distance between the DNAs forming the structure increases and the microscopic concentration decreases, the Tm value of the structure decreases. Therefore, it is possible to adjust the Tm value of the Stem-loop structure by adjusting the sequence length of the loop portion, but the length of the loop portion is usually 0 to 30 nucleotides, preferably is 8 to 24 bases long, more preferably 10 to 20 bases long.
人工付加特異SLプライマーにおいて使用するブロッカーは、HEGの利用が想定されるが、HEGと同様、DNA伸長を停止させる機能を有する物質であればよく、ブロッカーによってその適用範囲が制限されるものではない。HEGと同様の機能を有する物質を、図12、13として示した。図12に記載した物質は、塩基を持たない構造体で、DNA鎖のホスホジエステル結合骨格中に導入することが可能な物質であり、アルキルリンカー(Spacer C2, C3, C4, C6, C9, C12)、ポリエチレングリコールリンカー(Spacer 9, 18)、及び塩基のないデオキシリボース環(dSpacer, エチニルdSpacer)をスペーサーとして用いており、HEGと同様の機能を有する。
図13の左側に記載した物質は、オリゴDNAの合成中に当該物質を鎖中に導入することで3’-3’, 5’ -5’結合を形成し、ヌクレオシドを逆方向に挿入することが可能であり、当該導入部位でブロッカーとして機能するdT試薬(dT-5'-CE Phosphoramidite(グレンリサーチ社))である。通常のオリゴDNA合成は、図13右側のタイプのモノマー試薬が5'位のDMTの位置に、3'位側のホスホジエステル結合となる部分が重合を繰り返し、3'側から5'側方向へ配列が合成されるが、当該試薬(図13左側)は、ホスホジエステル結合を形成する部分が5'位の位置にあるため、任意の部分で当該物質を導入すると、3'側から進んできた配列の5'位と、当該物質の5'位が結合して5'-5'結合が形成され、次に通常のモノマー試薬を重合させると、3'-3'結合が形成されて、その後は通常の重合が進むこととなる。
The blocker used in the artificially added specific SL primer is assumed to be HEG, but like HEG, any substance that has the function of stopping DNA elongation may be used, and the blocker does not limit its application range. . Substances having functions similar to HEG are shown in FIGS. The substance shown in FIG. 12 is a structure having no base, and is a substance that can be introduced into the phosphodiester bond skeleton of a DNA chain, and is an alkyl linker (Spacer C2, C3, C4, C6, C9, C12 ), a polyethylene glycol linker (
The substances shown on the left side of FIG. 13
一方、DNAポリメラーゼによるDNA伸長は5’側から3’側に進行し、鋳型の3’側から順に鋳型の相補的配列が合成されるが、当該物質を導入した箇所で、鋳型の方向が逆となるため(3’⇒5’から5’⇒3’に変化するため)、挿入箇所で合成が停止する。このため当該物質をオリゴDNAに導入することでDNA伸長をブロックすることができる。 On the other hand, DNA elongation by DNA polymerase proceeds from the 5' side to the 3' side, and a sequence complementary to the template is synthesized sequentially from the 3' side of the template. (because it changes from 3' to 5' to 5' to 3'), synthesis stops at the insertion point. Therefore, DNA elongation can be blocked by introducing the substance into oligo DNA.
なお、前記ブロッカーは、1つのオリゴDNA中に2箇所以上挿入することが可能であり、その結果、DNAポリメラーゼによるDNA伸長をより確実にブロックすることが可能となる。この場合のブロッカーの挿入には、様々な形態が想定されるが、2つ以上のブロッカーを連続して挿入すること、ブロッカーとブロッカーの間に通常塩基が配置された形で挿入すること、2種以上の異なるブロッカーを1つのオリゴDNA中に挿入すること、或いは、上記3種の挿入形態を任意に組み合わせて挿入することにより、前記の目的を達成することが(DNA伸長をより確実にブロックすることが)可能である。 The blocker can be inserted at two or more sites in one oligo DNA, and as a result, it becomes possible to more reliably block DNA elongation by DNA polymerase. In this case, the blockers can be inserted in various forms, such as inserting two or more blockers in succession, inserting the blockers in such a manner that bases are usually arranged between the blockers, By inserting more than one type of different blockers into one oligo DNA, or by inserting any combination of the above three types of insertion forms, it is possible to achieve the above-mentioned purpose (blocking DNA elongation more reliably) is possible).
5’人工配列導入プライマー対は、人工核酸配列Cのうち、少なくとも一部の配列を持つ5’人工配列導入プライマー (e)と、人工核酸配列Dのうち、少なくとも一部の配列を持つ5’人工配列導入プライマー (f)からなるが、必ずしも1対の5’人工配列導入プライマーを使用する必要はなく、どちらか一方の5’人工配列導入プライマーを用いることで本発明を実施することができる。 The 5' artificial sequence-introducing primer pair consists of a 5' artificial sequence-introducing primer (e) having at least a partial sequence of the artificial nucleic acid sequence C and a 5' having at least a partial sequence of the artificial nucleic acid sequence D. Although it consists of an artificial sequence-introducing primer (f), it is not always necessary to use a pair of 5' artificial sequence-introducing primers, and the present invention can be practiced by using either one of the 5' artificial sequence-introducing primers. .
5’人工配列導入プライマー及び5’人工配列導入オリゴの塩基長は、5~40塩基の範囲で設計されることが望ましく、好ましくは5~30塩基、さらに好ましくは7~15塩基である。 The base length of the 5' artificial sequence-introducing primer and 5' artificial sequence-introducing oligo is desirably designed in the range of 5 to 40 bases, preferably 5 to 30 bases, more preferably 7 to 15 bases.
5’人工配列導入オリゴ対は、人工核酸配列Cのうち、全部の配列を持つ5’人工配列導入オリゴ (e’)と、人工核酸配列Dのうち、全部の配列を持つ5’人工配列導入オリゴ (f’)からなるが、必ずしも1対の5’人工配列導入オリゴを使用する必要はなく、どちらか一方の5’人工配列導入オリゴを用いることで本発明を実施することができる。5P人工付加特異プライマー(a)又は(b)が、人工核酸配列A又はBの全長を有していない場合は、5’人工配列導入オリゴ(e)又は(f)は、人工核酸配列A又はBの5’末端側の一部の配列を含む。 The 5' artificial sequence introduction oligo pair consists of a 5' artificial sequence introduction oligo (e') having the entire sequence of the artificial nucleic acid sequence C and a 5' artificial sequence introduction having the entire sequence of the artificial nucleic acid sequence D Although it consists of oligo (f'), it is not always necessary to use a pair of 5' artificial sequence-introducing oligos, and the present invention can be practiced by using either one of the 5' artificial sequence-introducing oligos. When the 5P artificial addition specific primer (a) or (b) does not have the full length of the artificial nucleic acid sequence A or B, the 5' artificial sequence introduction oligo (e) or (f) is the artificial nucleic acid sequence A or Contains a partial sequence of the 5' end of B.
また、後述の実施例では、5'人工配列導入プライマー(e), (f)は、人工配列CまたはDの5'末端側の一部しか持っていない。このように、5'人工配列導入プライマーを短くするメリットは大きく2つある。一つは、5'人工配列導入プライマーを短くすることで、反応工程(3)を、反応工程(1)、(2)から切り離して実施することができ、そうすることで反応工程(3)を最適条件で実施することが可能となり。もう一つは、5'人工配列導入プライマーは3'末端がリン酸化されていないので、PCRプライマーとして機能するが、本プライマーが反応工程(1)で機能すると、非特異的産物の増幅を誘発する可能性がある。しかし、5'人工配列導入プライマーを短くすると、反応工程(1)において当該プライマーが機能することを防止することが可能となり、非特異的産物の増幅を抑制することが可能となる。従って、5'人工配列導入プライマーを短くすることで
(1)反応工程(3)を、反応工程(1)、(2)から切り離すことができるため、反応工程(3)を最適条件で実施することが可能となる。
(2)反応工程(1)において、5'人工配列導入プライマーがPCRプライマーとして機能することがないため、非特異的な増幅産物の形成を防止することができる。
というメリットが生じることになる。
Further, in Examples described later, the 5' artificial sequence-introducing primers (e) and (f) have only a part of the artificial sequence C or D on the 5' terminal side. Thus, there are two major advantages of shortening the 5' artificial sequence-introducing primer. One is to shorten the 5′ artificial sequence-introducing primer, so that the reaction step (3) can be performed separately from the reaction steps (1) and (2). can be carried out under optimum conditions. The other is that the 5' artificial sequence-introducing primer is not phosphorylated at the 3' end, so it functions as a PCR primer, but when this primer functions in the reaction step (1), it induces amplification of non-specific products. there's a possibility that. However, shortening the 5' artificial sequence-introducing primer makes it possible to prevent the primer from functioning in the reaction step (1), making it possible to suppress amplification of non-specific products. Therefore, by shortening the 5' artificial sequence introduction primer,
(1) Since reaction step (3) can be separated from reaction steps (1) and (2), reaction step (3) can be carried out under optimum conditions.
(2) In the reaction step (1), the 5' artificial sequence-introducing primer does not function as a PCR primer, so formation of non-specific amplification products can be prevented.
There will be an advantage.
また、
人工核酸配列A, B, C, D及びバーコード配列としては、次世代シーケンサー解析に用いられる配列を好適に用いることができる。例えばIllumina社が開示しているIllumina Adapter Sequence Document (http://support.illumina.com/downloads/illumina-customer-sequence-letter.html) においてPrimerと記載されている配列の全部あるいは一部は人工核酸配列A,B,C,Dとして、Index Adapterと記載されている配列はバーコード配列として用いるのに好適である。
again,
As artificial nucleic acid sequences A, B, C, D and barcode sequences, sequences used for next-generation sequencer analysis can be suitably used. For example, all or part of the sequence described as Primer in the Illumina Adapter Sequence Document (http://support.illumina.com/downloads/illumina-customer-sequence-letter.html) disclosed by Illumina is artificial As nucleic acid sequences A, B, C, D, the sequences described as Index Adapters are suitable for use as barcode sequences.
本発明において、最終人工配列付加産物の生成は、5P人工付加特異プライマー対群、3’人工配列導入オリゴ対、および5’人工配列導入プライマー又は5’人工配列導入オリゴについて、それらを最初にすべて混合し、途中の精製・希釈を伴わず、一連の反応で完了することができる。 In the present invention, the final artificial sequence addition product is generated by first combining the 5P artificial addition specific primer pair group, the 3′ artificial sequence introduction oligo pair, and the 5′ artificial sequence introduction primer or 5′ artificial sequence introduction oligo. A series of reactions can be completed without mixing, purification or dilution in the middle.
本発明は、非特異的配列の増幅を抑制するため、特に増幅サイクル初期における活性を抑えることができるとされる様々な手法・試薬と組み合わせることで、より効率的な増幅を可能とする。具体的にはタッチダウンPCRや、化学修飾されたホットスタートDNAポリメラーゼを用いるなど、増幅反応効率が徐々に上がっていく手法・試薬が好ましい。 The present invention suppresses the amplification of non-specific sequences, and thus enables more efficient amplification by combining with various methods and reagents that are said to be able to suppress the activity particularly in the early stages of the amplification cycle. Specifically, techniques and reagents that gradually increase amplification reaction efficiency, such as touchdown PCR and the use of chemically modified hot-start DNA polymerase, are preferred.
化学修飾されたホットスタートDNAポリメラーゼとは、室温で酵素を不活性化する熱不安定性のブロッキング基が導入されたDNAポリメラーゼのことであり、これらのブロッキング基は増幅の前段階において高温に達した際に除去され、酵素は活性化状態になる。このような修飾は、例えばシトラコン酸無水物、シス-アコニット酸無水物等をタンパク質のリジン残基に結合させることで達成することができる(特許第3026554号)。もう1つのホットスタート修飾法である、モノクローナル抗体を用いた手法(米国特許第5338671号)と比較して、活性化までの時間が長く、増幅サイクルの過程で段階的に活性が上がっていくため、増幅初期の特異性が高いという特徴を有する。 Chemically modified hot-start DNA polymerases are DNA polymerases into which thermolabile blocking groups have been introduced that inactivate the enzyme at room temperature, and these blocking groups reach high temperatures prior to amplification. It is then removed and the enzyme becomes activated. Such modification can be accomplished by, for example, binding citraconic anhydride, cis-aconitic anhydride, etc. to lysine residues of proteins (Patent No. 3026554). Compared to another hot-start modification method, monoclonal antibody-based method (U.S. Pat. No. 5,338,671), activation time is longer and activity increases step by step during the amplification cycle. , is characterized by high specificity in the early stages of amplification.
本発明については、5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を持たないDNAポリメラーゼを用いることが好ましい。これは、5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を持つDNAポリメラーゼを用いた場合、反応工程(3)において、5’人工配列導入プライマーの伸長方向に存在する塩基対を排除しつつ伸長した結果、被分解物である3’人工CD相補付加産物の3’末端に付加された人工核酸配列CまたはDの相補鎖が取り除かれてしまう可能性があるためである。 For the present invention it is preferred to use a DNA polymerase that does not have 5' to 3' exonuclease activity. This is because when a DNA polymerase having 5'→3' exonuclease activity is used, in the reaction step (3), the 5' artificial sequence-introducing primer is extended while excluding base pairs existing in the extension direction. This is because the complementary strand of the artificial nucleic acid sequence C or D added to the 3′ end of the 3′ artificial CD complementary addition product, which is a degradation product, may be removed.
本発明に使用するDNAポリメラーゼについては、5’→3’エキソヌクレアーゼ活性、および鎖置換活性のないものを好適に使用することができ、Hot-Start Gene Taq(ニッポンジーン社)、Tks Gflex DNA Polymerase(タカラバイオ社)、KOD plus(東洋紡社)などを挙げることができる。 As for the DNA polymerase used in the present invention, those without 5′→3′ exonuclease activity and strand displacement activity can be preferably used, and Hot-Start Gene Taq (Nippon Gene), Tks Gflex DNA Polymerase ( Takara Bio Co., Ltd.), KOD plus (Toyobo Co., Ltd.), and the like.
表1 各種DNAポリメラーゼの5'-3'エキソヌクレアーゼ活性及び鎖置換活性の有無
Table 1 Presence or absence of 5'-3' exonuclease activity and strand displacement activity of various DNA polymerases
本発明において使用するDNAリガーゼは、全工程を1ステップで実施する場合、増幅後に活性を維持している必要があるため、耐熱性のDNAリガーゼを好適に使用することができる。具体的には、Taq DNA Ligase(ニューイングランドバイオラボ社)、Ampligase Thermostable DNA Ligase(エア・ブラウン社)、Pfu DNA Ligase(アジレント・テクノロジー社)等を挙げることができる。 The DNA ligase used in the present invention is preferably a thermostable DNA ligase because it must maintain its activity after amplification when all steps are performed in one step. Specific examples include Taq DNA Ligase (New England Biolabs), Ampligase Thermostable DNA Ligase (Air Braun), Pfu DNA Ligase (Agilent Technologies) and the like.
本発明では、5P人工付加特異プライマー対群により5P人工AB付加産物を増幅するための反応工程(1)、3’人工配列導入オリゴ対を用い5P人工AB付加産物の3’末端に人工核酸配列C,Dの相補鎖が付加された3’人工CD相補付加産物を得る反応工程(2)、および5’人工配列導入プライマー又は5’人工配列導入オリゴを用い3’人工CD相補付加産物の5’末端に人工核酸配列(Cまはた/およびD)が付加された最終人工配列付加産物を得る反応工程(3)については、それぞれ異なる3つの温度条件を設定することで、より効率的な増幅と人工核酸配列の付加を可能とする。 In the present invention, the reaction step (1) for amplifying the 5P artificial AB adduct using a group of 5P artificial addition specific primer pairs, the artificial nucleic acid sequence at the 3' end of the 5P artificial AB adduct using a 3' artificial sequence-introducing oligo pair Reaction step (2) for obtaining a 3′ artificial CD complementary addition product to which complementary strands of C and D are added, and 5′ of the 3′ artificial CD complementary addition product using a 5′ artificial sequence-introducing primer or a 5′ artificial sequence-introducing oligo For the reaction step (3) to obtain the final artificial sequence addition product with the artificial nucleic acid sequence (C or / and D) added to the 'end, setting three different temperature conditions for each is more efficient. Allows amplification and addition of artificial nucleic acid sequences.
反応工程(1)は増幅反応であることから、解離ステップ、アニーリングステップ、伸長ステップの3ステップで構成される増幅サイクル、またはアニーリングと伸長を1ステップで行い、同ステップと解離ステップの2ステップで構成される増幅サイクルを10~70サイクル行うことが望ましく、好ましくは30~60サイクル、より好ましくは35~50サイクルである。 Since the reaction step (1) is an amplification reaction, the amplification cycle consists of three steps: dissociation step, annealing step, and elongation step, or annealing and elongation are performed in one step, and two steps, the same step and the dissociation step, are performed. Desirably, 10 to 70 cycles of amplification are performed, preferably 30 to 60 cycles, more preferably 35 to 50 cycles.
反応工程(1)~(3)が同時進行することなく、(1)~(3)の順で反応させる場合、「(1)反応工程(1)で機能する人工付加特異プライマーの配列のうち標的核酸に相補的な配列のTm値」、「(2)反応工程(2)で機能する3’人工配列導入オリゴの配列のうち5P人工AB付加産物と相補的な配列のTm値」、および「(3)反応工程(3)で機能する5’人工配列導入プライマーのうち3’人工CD相補付加産物と相補的な配列のTm値」に、(1)>(2)>(3)となるような差異を設けた上で、各反応工程のアニーリング温度を反応工程(1)>反応工程(2)>反応工程(3)とし、各アニーリング温度に一定の差異を設ける必要性がある。 When reacting in the order of (1) to (3) without the reaction steps (1) to (3) proceeding simultaneously, "(1) Among the sequences of the artificial addition specific primers that function in the reaction step (1) Tm value of the sequence complementary to the target nucleic acid", "(2) the Tm value of the sequence complementary to the 5P artificial AB adduct among the sequences of the 3' artificial sequence-introducing oligo that functions in the reaction step (2)", and In "(3) the Tm value of the sequence complementary to the 3' artificial CD complementary addition product among the 5' artificial sequence-introducing primers functioning in the reaction step (3)", (1) > (2) > (3) It is necessary to set the annealing temperature of each reaction step to be reaction step (1)>reaction step (2)>reaction step (3), and to provide a certain difference in each annealing temperature.
なお、反応工程の移行に伴いアニーリング温度が低下することを特徴とする前記の反応系において、アニーリング温度が高い反応工程にて機能するプライマー、又はオリゴDNAは、アニーリング温度が低い反応工程においても、理論上機能することとなる。その場合、アニーリング温度が高い反応工程の段階で、飽和状態(プラトー)に達するまで反応を十分に進行させることよって、当該反応工程にて機能するプライマー、又はオリゴDNAが、アニーリング温度を低下させた反応工程において機能することを最小限に抑制することができる。その結果、各反応工程において機能すべきプライマー、又はオリゴDNAのみが適正に機能する反応環境とすることができ、各反応工程を明確に分離実施することが可能となる。 In the above-mentioned reaction system characterized in that the annealing temperature decreases as the reaction process shifts, the primer or oligo DNA that functions in the reaction process with a high annealing temperature is Theoretically it should work. In that case, at the stage of the reaction step where the annealing temperature is high, the primer or oligo DNA that functions in the reaction step is allowed to sufficiently proceed until reaching a saturation state (plateau), thereby lowering the annealing temperature. Functioning in the reaction step can be minimized. As a result, it is possible to create a reaction environment in which only the primers or oligo-DNAs that should function in each reaction step function properly, making it possible to clearly separate and carry out each reaction step.
反応工程(1)~(3)の3つの反応工程のうち、反応工程(1)、(2)を同時に反応させ、反応工程(3)のみを前記反応工程から分離・反応させる場合、反応工程(2)で機能する3’人工配列導入オリゴの配列のうち5P人工AB付加産物と相補的な配列のTm値と、反応工程(3)で機能する5’人工配列導入プライマーのうち3’人工CD相補付加産物と相補的な配列のTm値との間に一定以上の差異を設け、反応工程(1)、(2)のアニーリング温度>反応工程(3)のアニーリング温度となるアニーリング温度の差異を一定以上確保することで達成する事が出来る。 Of the three reaction steps (1) to (3), when reaction steps (1) and (2) are reacted simultaneously and only reaction step (3) is separated and reacted from the above reaction steps, the reaction step The Tm value of the sequence complementary to the 5P artificial AB adduct among the sequences of the 3' artificial sequence-introducing oligo that functions in (2), and the 3' artificial sequence of the 5' artificial sequence-introducing primer that functions in the reaction step (3) Provide a certain or more difference between the Tm value of the CD complementary addition product and the complementary sequence, and the annealing temperature difference such that the annealing temperature in the reaction steps (1) and (2) > the annealing temperature in the reaction step (3) can be achieved by ensuring a certain level of
また、反応工程(1)~(3)の3つの反応工程のうち、反応工程(2)、(3)を同時に反応させ、反応工程(1)のみを前記反応工程から分離・反応させる場合、反応工程(1)で機能する人工付加特異プライマーの配列のうち標的核酸に相補的な配列のTm値と、反応工程(2)で機能する3’人工配列導入オリゴの配列のうち5P人工AB付加産物と相補的な配列のTm値との間に一定以上の差異を設け、反応工程(1)のアニーリング温度>反応工程(2)、(3)のアニーリング温度となるアニーリング温度の差異を一定以上確保することで達成する事が出来る。 Further, of the three reaction steps (1) to (3), when the reaction steps (2) and (3) are reacted simultaneously, and only the reaction step (1) is separated and reacted from the reaction step, The Tm value of the sequence complementary to the target nucleic acid among the sequences of the artificial addition specific primer functioning in the reaction step (1), and the 5P artificial AB addition among the sequences of the 3′ artificial sequence introduction oligo functioning in the reaction step (2) Provide a certain or more difference between the Tm value of the product and the complementary sequence, and the annealing temperature in the reaction step (1) > the annealing temperature in the reaction steps (2) and (3). It can be achieved by ensuring
前記のように反応工程を分離して実施する場合、前記したTm値の差異は、5~30℃であればよく、好ましくは7~25℃、より好ましくは10~20℃であると良い。また、反応工程間のアニーリング温度の差異は5~30℃であればよく、好ましくは7~25℃、より好ましくは10~20℃であると良い(表1参照)。 When the reaction steps are carried out separately as described above, the difference in Tm value may be 5 to 30°C, preferably 7 to 25°C, and more preferably 10 to 20°C. Also, the difference in annealing temperature between reaction steps may be 5 to 30°C, preferably 7 to 25°C, and more preferably 10 to 20°C (see Table 1).
なお、反応工程(3)のアニーリング温度は、当該反応が十分進行する温度に設定する必要性があり、当該温度は、30℃~伸長温度であればよく、好ましくは40~65℃、より好ましくは50~60℃であると良い。なお、伸長温度は、使用するDNA合成酵素によって異なるため、各メーカーの取扱説明書に記載の推奨伸長温度を採用すると良い。 The annealing temperature in the reaction step (3) needs to be set to a temperature at which the reaction proceeds sufficiently, and the temperature may be from 30° C. to the elongation temperature, preferably 40 to 65° C., more preferably. is preferably 50 to 60°C. Since the elongation temperature varies depending on the DNA synthetase used, it is recommended to adopt the recommended elongation temperature described in the instruction manual of each manufacturer.
しかしながら、標的核酸によっては上記条件をクリアする人工付加特異プライマーの設計が困難な場合が想定され、その場合は、前記の通り、反応工程(1)の途中でアニーリング温度を上昇させることにより、人工付加特異プライマー設計に関する制限から解放され、適用可能な標的核酸の範囲を広げることが可能となる。 However, depending on the target nucleic acid, it may be difficult to design an artificially added specific primer that satisfies the above conditions. It is possible to expand the range of applicable target nucleic acids by being freed from restrictions on addition-specific primer design.
反応工程(1)にてアニーリング温度を上昇させるサイクル数は、3~10サイクルであればよく、好ましくは3~5サイクル、より好ましくは5P人工AB付加産物が最初に生成される2サイクル目の次サイクルとなる3サイクルが良い。 The number of cycles for increasing the annealing temperature in the reaction step (1) may be 3 to 10 cycles, preferably 3 to 5 cycles, more preferably the second cycle in which the 5P artificial AB adduct is first generated. The next cycle, 3 cycles, is good.
また、3’人工配列導入オリゴの配列のうち5P人工AB付加産物と相補的な配列のTm値と、人工付加特異プライマーの配列のうち標的核酸に相補的な配列のTm値との間に、反応工程(1)と反応工程(2)を分離するうえで必要となる温度差が担保されていない条件に於いて、5P人工AB付加産物が鋳型として機能する3サイクル目以降もアニーリング温度を上昇させない場合、3’人工配列導入オリゴが5P人工AB付加産物に結合することから、反応工程(1)において反応工程(2)が同時に進行することが想定される。前記の状況を回避する必要性がある場合、反応工程(1)において3サイクル目よりアニーリング温度を上昇させるのが、理論上、最も好適と考えられる。 In addition, between the Tm value of the sequence complementary to the 5P artificial AB adduct in the sequence of the 3′ artificial sequence-introducing oligo and the Tm value of the sequence complementary to the target nucleic acid in the sequence of the artificial addition specific primer, Under conditions where the temperature difference required to separate reaction step (1) and reaction step (2) is not guaranteed, the annealing temperature is increased even after the third cycle when the 5P artificial AB adduct functions as a template. If not, it is assumed that the reaction step (2) proceeds simultaneously with the reaction step (1), since the 3' artificial sequence-introducing oligo binds to the 5P artificial AB adduct. If there is a need to avoid the above situation, it is theoretically considered most favorable to increase the annealing temperature in reaction step (1) from the third cycle onwards.
なお、変更前の反応工程(1)のアニーリング温度は、人工付加特異プライマーのうち、標的核酸に相補的な配列におけるTm値の±10℃であればよく、より好ましくは±5℃であると良い。一方、変更後の反応工程(1)のアニーリング温度は、人工付加特異プライマー全領域のTm値の±10℃であればよく、より好ましくは±5℃であり、伸長温度を上限とする温度であると良い(理由:伸長温度を超えた温度にアニーリング温度を設定すると、DNA合成酵素の活性低下による増幅不良が懸念されるため)。 The annealing temperature in the reaction step (1) before the change may be ±10°C, more preferably ±5°C, of the Tm value of the sequence complementary to the target nucleic acid of the artificial addition specific primer. good. On the other hand, the annealing temperature in the reaction step (1) after the change may be ±10° C., more preferably ±5° C., of the Tm value of the entire region of the artificial addition specific primer, with the elongation temperature being the upper limit. (Reason: If the annealing temperature is set to a temperature exceeding the elongation temperature, there is a concern that amplification failure may occur due to a decrease in the activity of DNA synthetase).
反応工程(2)は、5P人工AB付加産物を解離させた後、3’人工配列導入オリゴが5P人工AB付加産物に結合可能な温度に変更し、当該温度を一定時間保持するのみで反応が進行するため、PCRのように温度サイクルを複数回繰り返すことは必ずしも必要ではない。しかしながら、3’人工配列導入オリゴの5P人工AB付加産物への結合は、5P人工AB付加産物同士の結合によって阻害されることから、5P人工AB付加産物が解離する温度と3’人工配列導入オリゴが5P人工AB付加産物に結合できる温度にて構成された温度サイクルを複数回実施することで、3’人工配列導入オリゴと5P人工AB付加産物が結合する機会を増大させ、その結果、3’人工CD相補付加産物量を増やすことができる場合がある。当該温度サイクルについては、1~20サイクル行うことが望ましく、好ましくは1~10サイクル、より好ましくは1~5サイクルである。 In the reaction step (2), after the 5P artificial AB adduct is dissociated, the temperature is changed to a temperature at which the 3′ artificial sequence-introduced oligo can bind to the 5P artificial AB adduct, and the temperature is maintained for a certain period of time to complete the reaction. Because it progresses, it is not always necessary to cycle the temperature multiple times as in PCR. However, the binding of the 3′ artificial sequence-introduced oligo to the 5P artificial AB adduct is inhibited by the binding between the 5P artificial AB adducts. By performing multiple temperature cycles configured at a temperature at which can bind to the 5P artificial AB adduct, the chances of binding between the 3′ artificial sequence-introducing oligo and the 5P artificial AB adduct are increased, and as a result, the 3′ In some cases, the amount of artificial CD complementary adduct can be increased. The temperature cycle is desirably 1 to 20 cycles, preferably 1 to 10 cycles, more preferably 1 to 5 cycles.
反応工程(3)は、5’人工配列導入プライマー又は5’人工配列導入オリゴが3’人工CD相補付加産物に結合可能な温度に設定し、当該温度を一定時間保持するのみで反応が進行するため、温度サイクルを複数回繰り返すことは必ずしも必要ではない。しかしながら、反応工程(2)を実施した後も、3’末端に人工核酸配列C,Dの相補鎖が付加されていない5P人工AB付加産物が一定量残存する場合、反応工程(3)にて、3’人工CD相補付加産物の5’末端だけでなく、5P人工AB付加産物の一本鎖と3’人工CD相補付加産物の一本鎖とが結合した産物の5’末端に人工核酸配列C,Dが付加されてしまい、目的量の最終人工配列付加産物が得られない場合がある。そのような場合には、3’人工CD相補付加産物より3’人工配列導入オリゴならびに当該産物の相補鎖が解離する温度と、5’人工配列導入プライマー又は5’人工配列導入オリゴが3’人工CD相補付加産物に結合可能な温度とで構成された温度サイクルを複数回実施することで、5’人工配列導入プライマー又は5’人工配列導入オリゴと3’末端に人工核酸配列C,Dの相補鎖が付加された3’人工CD相補付加産物が結合する機会を増大させ、その結果、最終人工配列付加産物を増やすことができる場合がある。当該温度サイクルについては、1~20サイクル行うことが望ましく、好ましくは1~10サイクル、より好ましくは1~5サイクルである。
In the reaction step (3), the reaction proceeds only by setting the temperature at which the 5' artificial sequence-introducing primer or 5' artificial sequence-introducing oligo can bind to the 3' artificial CD complementary addition product, and maintaining the temperature for a certain period of time. Therefore, it is not always necessary to repeat the temperature cycle multiple times. However, even after carrying out the reaction step (2), if a certain amount of the 5P artificial AB addition product to which the complementary strands of the artificial nucleic acid sequences C and D are not added at the 3' end remains, in the reaction step (3) , an artificial nucleic acid sequence at the 5' end of not only the 5' end of the 3' artificial CD complementary addition product, but also the 5' end of the product in which the single strand of the 5P artificial AB addition product and the single strand of the 3' artificial CD complementary addition product are bound. In some cases, C and D are added, and the target amount of the final artificial sequence addition product cannot be obtained. In such a case, the temperature at which the 3' artificial sequence introduction oligo and the complementary strand of the product dissociate from the 3' artificial CD complementary addition product and the 5' artificial sequence introduction primer or the 5' artificial
本手法の温度サイクルに入る前に行う最初の熱変性工程としては、使用するDNAポリメラーゼによって異なるものの、化学修飾されたホットスタートDNAポリメラーゼを用いる場合、94~98℃において1~15分行う事が望ましい。より好ましくは1~10分、さらに好ましくは2~8分である。 The first heat denaturation step before entering the temperature cycle of this method is different depending on the DNA polymerase used, but when using a chemically modified hot-start DNA polymerase, it is recommended to carry out at 94-98°C for 1-15 minutes. desirable. More preferably 1 to 10 minutes, still more preferably 2 to 8 minutes.
反応工程(1)における熱変性工程については、使用するDNAポリメラーゼによって異なるものの、通常、90~98℃で5~90秒行う事が望ましく、より好ましくは5~60秒、さらに好ましくは10~30秒である。 Regarding the heat denaturation step in the reaction step (1), although it varies depending on the DNA polymerase used, it is generally desirable to carry out at 90 to 98°C for 5 to 90 seconds, more preferably 5 to 60 seconds, and still more preferably 10 to 30 seconds. seconds.
反応工程(1)におけるアニーリング工程としては、人工核酸配列AあるいはBが各5P人工付加特異プライマーに共通に付加されているため、30~120秒行うことが望ましい。より好ましくは60~120秒、さらに好ましくは60~90秒である。温度については、5P人工付加特異プライマーの標的核酸に相補的な部分のTm(通常、55~65℃、好ましくは、60℃付近)に対し-10℃~+10℃が望ましく、好ましくは-5℃~+5℃である。 The annealing step in the reaction step (1) is preferably carried out for 30 to 120 seconds because the artificial nucleic acid sequence A or B is commonly added to each 5P artificial addition specific primer. More preferably 60 to 120 seconds, still more preferably 60 to 90 seconds. The temperature is desirably −10° C. to +10° C., preferably −5° C., relative to the Tm of the portion complementary to the target nucleic acid of the 5P artificial addition specific primer (usually 55° C. to 65° C., preferably around 60° C.). ~+5°C.
反応工程(1)における伸長工程については、増幅領域の長さ、および使用するDNAポリメラーゼの伸長スピードに依存するが、通常、30~120秒行うことが望ましく、好ましくは30~90秒、より好ましくは45~90秒である。伸長工程の温度は、通常は60~80℃であり、好ましくは60~75℃、より好ましくは65~75℃である。 The elongation step in the reaction step (1) depends on the length of the amplified region and the elongation speed of the DNA polymerase used, but it is usually desirably performed for 30 to 120 seconds, preferably 30 to 90 seconds, and more preferably. is 45-90 seconds. The temperature of the elongation step is usually 60-80°C, preferably 60-75°C, more preferably 65-75°C.
反応工程(2)における熱変性工程としては、90~98℃で5~90秒行う事が望ましく、より好ましくは5~60秒、さらに好ましくは10~30秒である。 The heat denaturation step in the reaction step (2) is desirably carried out at 90 to 98° C. for 5 to 90 seconds, more preferably 5 to 60 seconds, still more preferably 10 to 30 seconds.
反応工程(2)におけるアニーリング工程としては、5P人工付加特異プライマー対群のハイブリダイスを抑えるため、5~30秒と比較的短く行うことが望ましく、より好ましくは5~15秒である。温度については、5’人工配列導入プライマー又は5’人工配列導入オリゴのTm(通常、50~65℃)に対し、-10℃~+10℃が望ましく、好ましくは-5℃~+5℃である。 The annealing step in the reaction step (2) is preferably carried out for a relatively short time of 5 to 30 seconds, more preferably 5 to 15 seconds, in order to suppress hybridization of the 5P artificially added specific primer pair group. The temperature is desirably −10° C. to +10° C., preferably −5° C. to +5° C. relative to the Tm of the 5′ artificial sequence-introducing primer or 5′ artificial sequence-introducing oligo (usually 50 to 65° C.).
反応工程(2)における伸長工程としては、伸長領域が短いことから、0~20秒行うことが望ましく、好ましくは0~10秒、より好ましくは0~5秒である。伸長工程の温度は、使用するDNAポリメラーゼの特性に依存するが、通常は60~80℃であり、好ましくは60~75℃、より好ましくは65~75℃である。 The elongation step in the reaction step (2) is desirably performed for 0 to 20 seconds, preferably 0 to 10 seconds, more preferably 0 to 5 seconds, since the elongation region is short. The temperature of the elongation step depends on the properties of the DNA polymerase used, but is usually 60-80°C, preferably 60-75°C, more preferably 65-75°C.
5P人工付加特異プライマー対群における各プライマー対のTm値は、なるべくばらつきが少ないことが望ましい。具体的には全プライマーの平均Tm(通常、45~75℃)値に対して、±10℃の範囲にあることが望ましく、好ましくは±5℃、より好ましくは±3℃である。 It is desirable that the Tm value of each primer pair in the 5P artificially added specific primer pair group has as little variation as possible. Specifically, it is desirable to be in the range of ±10°C, preferably ±5°C, more preferably ±3°C, relative to the average Tm (usually 45 to 75°C) of all primers.
5P人工付加特異プライマー対群における各プライマー対の濃度は、1~2000nMの範囲にあることが望ましく、好ましくは10~1000nM、さらに好ましくは40~500nMである。試料溶液中において、5P人工付加特異プライマー対群中の各プライマー対の濃度を調整することで、各標的遺伝子の増幅効率を均一に近づけることができる。 The concentration of each primer pair in the 5P artificially added specific primer pair group is desirably in the range of 1-2000 nM, preferably 10-1000 nM, more preferably 40-500 nM. By adjusting the concentration of each primer pair in the 5P artificially added specific primer pair group in the sample solution, the amplification efficiency of each target gene can be made nearly uniform.
3’人工配列導入オリゴの濃度は、当該オリゴが、5P人工AB付加産物に効率的に結合できるよう、支障のない範囲で高くすることが望ましい。具体的には2~4000nMの範囲にあることが望ましく、好ましくは20~2000nM、さらに好ましくは50~1000nMである。 The concentration of the 3' artificial sequence-introducing oligo is preferably as high as possible so that the oligo can efficiently bind to the 5P artificial AB adduct. Specifically, it is desirably in the range of 2 to 4000 nM, preferably 20 to 2000 nM, more preferably 50 to 1000 nM.
5’人工配列導入プライマー及び5’人工配列導入オリゴの濃度は、2~4000nMの範囲にあることが望ましく、好ましくは20~2000nM、さらに好ましくは50~1000nMである。 The concentration of the 5' artificial sequence-introducing primer and 5' artificial sequence-introducing oligo is desirably in the range of 2-4000 nM, preferably 20-2000 nM, more preferably 50-1000 nM.
増幅は、PCR法、LAMP法、NASBA法、ICAN法、LCR法、Rolling Cycle法、SMAP法、PALSAR法などで行うことができる。 Amplification can be performed by the PCR method, the LAMP method, the NASBA method, the ICAN method, the LCR method, the Rolling Cycle method, the SMAP method, the PALSAR method, and the like.
プライマー・オリゴに使用する核酸は、DNA、RNA等の天然核酸であってもよいし、2’,4’-BNAcoc、3’-Amino-2’,4’-BNA、2’,4’-BNANC(BNAは全てBridged Nucleic Acidの略称)、PNA(Peptide Nucleic Acid)、LNA(Locked Nucleic Acid)、TNA(Threose nucleic acid)、GNA(Glycol nucleic acid)等の人工核酸であってもよい。 Nucleic acids used for primers/oligos may be natural nucleic acids such as DNA and RNA, or 2',4'-BNA coc , 3'-Amino-2',4'-BNA, 2',4' - Artificial nucleic acids such as BNA NC (BNA is an abbreviation for Bridged Nucleic Acid), PNA (Peptide Nucleic Acid), LNA (Locked Nucleic Acid), TNA (Throse nucleic acid), GNA (Glycol nucleic acid), etc. .
なお、前記した (1)~(3)の工程は、1回の反応により同時進行させることができる。 The above steps (1) to (3) can be carried out simultaneously in one reaction.
また、本発明により、1回の反応にて1種類以上の標的核酸配列に人工核酸配列を付加することができる。 Also, according to the present invention, an artificial nucleic acid sequence can be added to one or more target nucleic acid sequences in a single reaction.
本発明は、下記の(i)~(iii)を含む、人工配列付加産物を作製するためのキットも提供する。
(i)3’末端側に標的とする核酸配列に相補的な配列を持ち、5’末端側に人工核酸配列Aのうち、少なくとも一部の配列を持つ人工付加特異プライマー(a)と、3’末端側に標的とする核酸配列に相補的な配列を持ち、5‘末端側に人工核酸配列Bのうち、少なくとも一部の配列を持つ人工付加特異プライマー(b)からなる人工付加特異プライマー対であり、少なくともその一方の5’末端がリン酸化されている人工付加特異プライマー対を、少なくとも1対以上含むことを特徴とする5P人工付加特異プライマー対群、
(ii)3’末端がDNAポリメラーゼにより伸長されないよう同末端が標識されており、3’末端側に人工核酸配列Aのうち、少なくとも一部の配列を持ち、5’末端側に人工核酸配列Cを持つ3’人工配列導入オリゴ(c)と、同じく3’末端が標識されており、3’末端側に人工核酸配列Bのうち、少なくとも一部の配列を持ち、5’末端側に人工核酸配列Dを持つ3’人工配列導入オリゴ(d)を含むことを特徴とする3’人工配列導入オリゴ対、及び
(iii)下記の(a)及び/又は(b)
(a)人工核酸配列Cの全部の配列を有する5’人工配列導入オリゴ(e)、および人工核酸配列Dの全部の配列を有する5’人工配列導入オリゴ(f)の両方または一方を含むことを特徴とする5’人工配列導入オリゴ
(b)人工核酸配列Cの一部の配列を有する5’人工配列導入プライマー(e)、および人工核酸配列Dの一部の配列を有する5’人工配列導入プライマー(f)の両方または一方を含むことを特徴とする5’人工配列導入プライマー
The present invention also provides kits for producing artificial sequence addition products, including the following (i) to (iii).
(i) an artificial addition specific primer (a) having a sequence complementary to the target nucleic acid sequence on the 3' end side and having at least a partial sequence of the artificial nucleic acid sequence A on the 5' end side; An artificial addition specific primer pair consisting of an artificial addition specific primer (b) having a sequence complementary to the target nucleic acid sequence on the 'end side and having at least a partial sequence of the artificial nucleic acid sequence B on the 5' end side and a 5P artificial addition-specific primer pair group characterized by comprising at least one pair of artificial addition-specific primer pairs in which at least one of the 5′ ends is phosphorylated,
(ii) The 3' end is labeled so that it is not extended by DNA polymerase, has at least a partial sequence of the artificial nucleic acid sequence A on the 3' end side, and the artificial nucleic acid sequence C on the 5' end side. The 3' artificial sequence introduction oligo (c) having the a 3' artificial sequence-introducing oligo pair comprising a 3' artificial sequence-introducing oligo (d) having sequence D; and
(iii) (a) and/or (b) below
(a) including both or one of a 5' artificial sequence-introducing oligo (e) having the entire sequence of artificial nucleic acid sequence C and a 5' artificial sequence-introducing oligo (f) having the entire sequence of artificial nucleic acid sequence D; 5' artificial sequence introduction oligo characterized by
(b) both or one of a 5' artificial sequence introduction primer (e) having a partial sequence of artificial nucleic acid sequence C and a 5' artificial sequence introduction primer (f) having a partial sequence of artificial nucleic acid sequence D 5' artificial sequence introduction primer characterized by comprising
本発明のキットは、さらに、DNAポリメラーゼを含んでもよい。 The kit of the invention may further contain a DNA polymerase.
本発明のキットを構成する、プライマーやオリゴDNA、DNAポリメラーゼなどの要素は、上述した通りである。 Elements such as primers, oligo DNA, and DNA polymerase that constitute the kit of the present invention are as described above.
本発明のキットは、その他、反応容器、反応バッファー、使用説明書、ポジティブコントロール試験用の標的核酸、プライマー、オリゴDNAなどを含んでもよい。 The kit of the present invention may additionally contain reaction containers, reaction buffers, instructions for use, target nucleic acids for positive control tests, primers, oligo DNAs and the like.
次に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、これらの実施例は本発明の単なる例示であって、本発明の限定を意図するものではない。 The present invention will now be described more specifically with reference to Examples, but these Examples are merely illustrative of the present invention and are not intended to limit the present invention.
<検出感度の確認>
先行技術1、先行技術4、本発明にて、最終人工配列付加産物の調製を行い、得られた当該産物量を定量することにより、各方法による検出感度を比較した。
テンプレートとしては、大腸菌K-12株由来のゲノムDNAを使用し、16S rRNA遺伝子を標的遺伝子とし、標的遺伝子の濃度は、103コピー/μl、および101コピー/μlの2種類を使用し、これを1反応当たり10μl添加した。反応溶液の組成を、表2に示す。
<Confirmation of detection sensitivity>
The final artificial sequence addition product was prepared in
Genomic DNA derived from Escherichia coli K-12 strain was used as a template, the 16S rRNA gene was used as the target gene, and two target gene concentrations of 10 3 copies/μl and 10 1 copies/μl were used. 10 μl of this was added per reaction. Table 2 shows the composition of the reaction solution.
表2 反応液組成
Table 2 Reaction liquid composition
使用したプライマー/オリゴDNAの塩基配列を表3に示す。 Table 3 shows the base sequences of the primers/oligo DNAs used.
表3 使用したプライマー/オリゴDNAの塩基配列
Table 3 Nucleotide sequences of primers/oligo DNA used
上記反応溶液をPCR増幅装置(Life touch(日本ジェネティクス社製))を用いて、下表の温度条件にて反応に供した。 The above reaction solution was subjected to reaction under the temperature conditions shown in the table below using a PCR amplification device (Life touch (manufactured by Nippon Genetics)).
表4 実施例1の温度条件
Table 4 Temperature conditions of Example 1
得られた増幅産物を、AmpureXP(ベックマンコールター社製)を用いて精製を行い、1万倍に希釈した。 The resulting amplified product was purified using AmpureXP (manufactured by Beckman Coulter, Inc.) and diluted 10,000-fold.
つづいて、上記の増幅産物をサンプルとして、NEBNext Library Quant Kit for Illumina(ニューイングランドバイオラボ社製)を用いたリアルタイムPCR法にて、当該キットに付属のマニュアルに従い、アダプター配列を有する増幅産物(以下、アダプター配列保産物)の定量を実施した。当該測定の定量値は、遺伝子のコピー数にて得られるが、本定量値を、二本鎖の最終人工配列付加産物として重量濃度に換算した。リアルタイムPCR装置は、Roter-Gene Q(キアゲン社製)を使用した。 Next, using the above amplified product as a sample, real-time PCR using the NEBNext Library Quant Kit for Illumina (manufactured by New England Biolabs) was carried out according to the manual attached to the kit to obtain an amplified product with an adapter sequence (hereinafter referred to as Quantitation of adapter sequence-retained products) was performed. The quantitative value of the measurement is obtained as the copy number of the gene, and this quantitative value was converted to the weight concentration as the double-stranded final artificial sequence addition product. Rotor-Gene Q (manufactured by Qiagen) was used as a real-time PCR device.
更に、アダプター配列を有する増幅産物の定量と同じ増幅産物をサンプルとして、QProbeを用いたリアルタイムPCR法を実施した。本定量では、標的遺伝子の増幅部位に相補的なQProbeを使用するため、アダプター配列を有し、かつ特異的な増幅産物のみを定量可能であり、本値より最終人工配列付加産物の量を定量することが可能である。当該測定の定量値は、遺伝子のコピー数にて得られるが、本定量値を、二本鎖の最終人工配列付加産物として重量濃度に換算した。反応液組成(使用プライマー・QProbeの配列含む)、および温度条件を、それぞれ表5、および表6に示した。リアルタイムPCR装置は、Roter-Gene Q(キアゲン社製)を使用した。 Furthermore, real-time PCR using QProbe was performed using the same amplified product as the sample for quantification of the amplified product having the adapter sequence. In this quantification, since QProbe that is complementary to the amplification site of the target gene is used, only specific amplification products that have adapter sequences can be quantified. It is possible to The quantitative value of the measurement is obtained as the copy number of the gene, and this quantitative value was converted to the weight concentration as the double-stranded final artificial sequence addition product. Tables 5 and 6 show the composition of the reaction mixture (including the primers used and the sequences of QProbe) and the temperature conditions. Rotor-Gene Q (manufactured by Qiagen) was used as a real-time PCR device.
表5 最終人工配列付加産物定量の反応液組成(使用プライマー・QProbeの配列含む)
Table 5 Composition of the reaction solution for quantification of the final artificial sequence addition product (including primers used and QProbe sequences)
表6 最終人工配列付加産物定量の温度条件
Table 6 Temperature conditions for quantification of the final artificial sequence adduct
結果を、表7として示す。 The results are shown as Table 7.
表7 各条件における最終人工配列付加産物の生成量について
Table 7 Amount of final artificial sequence adduct produced under each condition
表7より、先行技術1は、初期添加鋳型濃度が104コピー/反応において、最終人工配列付加産物量が最も大きいことが分かる。しかし、初期添加鋳型濃度が2桁低い102コピー/反応の場合、最終人工配列付加産物量は著しく減少し、本発明よりも低い値を示した。アダプター配列保有産物については、初期添加鋳型濃度に関わらず高い値を示した。これは、先行技術1で使用するプライマーが70塩基前後と非常に長いことから、初期添加鋳型濃度が低い場合、プライマー・ダイマー等の非特異的増幅産物が優占的に増幅され、これがアダプター配列保有産物として検出されたためと推察された。
From Table 7, it can be seen that
先行技術4の最終人工配列付加産物量は、初期添加鋳型濃度に関わらず、最も少ないことが示された。先行技術4においては、プライマーを安価に準備することができるというメリットを有するものの、最終人工配列付加産物への変換効率は極めて低く、特に初期添加鋳型濃度が低い場合に、その傾向が顕著であることが示された。 It was shown that the amount of the final artificial sequence addition product of prior art 4 was the smallest regardless of the initial template concentration added. Although Prior Art 4 has the advantage of being able to prepare primers at low cost, the efficiency of conversion to the final artificial sequence addition product is extremely low, and this tendency is particularly pronounced when the initial template concentration is low. was shown.
一方、本発明については、初期添加鋳型濃度に関わらず、最終人工配列付加産物量は高い値を示した。特に初期添加鋳型濃度が低い場合にも、同添加濃度が高い場合とほぼ同等の最終人工配列付加産物が得られ、その定量値は従来技術よりも高い値を示した。 On the other hand, in the present invention, the amount of the final artificial sequence adduct showed a high value regardless of the initial template concentration added. In particular, even when the initial template concentration was low, almost the same final artificial sequence addition product was obtained as when the template was added at a high concentration, and the quantification value was higher than that of the conventional technique.
以上より、本発明に記載の方法は、従来技術よりも標的遺伝子の検出感度が高いことが示された。 From the above, it was shown that the method according to the present invention has a higher target gene detection sensitivity than the conventional technique.
なお、本検討で取得した最終人工配列付加産物について、先行技術1、先行技術4、本発明より1つずつ選択し、当該産物を、次世代シーケンサーにて解読した(実験方法等は実施例3に記載)。その結果、全ての産物の配列は、大腸菌の16S rRNA遺伝子配列と一致した。
In addition, the final artificial sequence addition product obtained in this study was selected one each from
<最終人工配列付加産物の濃度調整>
本発明について、5’人工配列導入プライマーの濃度を変化させ、最終人工配列付加産物の調製を行い、得られた当該産物量を定量することにより、5’人工配列導入プライマーの濃度を調整することで最終人工配列付加産物量の制御が可能であるかの検討を実施しした。
<Concentration adjustment of final artificial sequence adduct>
In the present invention, the concentration of the 5' artificial sequence-introducing primer is adjusted by varying the concentration of the 5' artificial sequence-introducing primer, preparing the final artificial sequence-added product, and quantifying the amount of the resulting product. We examined whether it is possible to control the amount of the final artificial sequence addition product.
テンプレートとしては、実施例1と同様、テンプレートとしては、大腸菌K-12株由来のゲノムDNAを使用し、16S rRNA遺伝子を標的遺伝子とし、標的遺伝子の濃度は、103コピー/μlを1反応当たり10μl添加した。反応溶液の組成は、5’人工配列導入プライマーの濃度を除き、表2と同様とした。5’人工配列導入プライマーの濃度は25,50,75,100,150,200,300nMとした。使用したプライマー/オリゴDNAの塩基配列、および反応温度条件についても、実施例1と同様とした。 Genomic DNA derived from E. coli K-12 strain was used as a template in the same manner as in Example 1 , and the 16S rRNA gene was used as the target gene. 10 μl was added. The composition of the reaction solution was the same as in Table 2, except for the concentration of the 5' artificial sequence-introducing primer. The concentrations of the 5' artificial sequence-introducing primer were 25, 50, 75, 100, 150, 200 and 300 nM. The base sequences of the primers/oligo-DNAs used and the reaction temperature conditions were also the same as in Example 1.
得られた増幅産物は、実施例1と同様、AmpureXP(ベックマンコールター社製)を用いて精製を行い、1万倍に希釈した。 The resulting amplified product was purified using AmpureXP (manufactured by Beckman Coulter, Inc.) in the same manner as in Example 1, and diluted 10,000-fold.
本希釈液を対象として、特異的産物総量および最終人工配列付加産物の定量を行った。最終人工配列付加産物量の定量は、実施例1と同様の方法で実施し、特異的産物総量の定量は、使用したプライマー以外は、実施例1と同様の方法にて実施をした。 Using this diluted solution as a target, the total amount of specific product and the final artificial sequence addition product were quantified. The amount of the final artificial sequence addition product was quantified by the same method as in Example 1, and the total amount of the specific product was quantified by the same method as in Example 1 except for the primers used.
特異的産物総量の定量にて使用したプライマーを表8に示す。 Table 8 shows the primers used in the quantification of total specific product.
表8 特異的産物総量定量用プライマー
Table 8 Primers for specific product total amount quantification
特異的産物総量定量用プライマーの配列は、標的遺伝子に対して特異的な配列であり、また、本定量では、標的遺伝子を特異的に検出可能なプローブを使用していることから、人工配列が導入されていないものを含めたトータルの特異的産物量を定量することが可能である。最終人工配列付加産物量、特異的産物総量ともに定量値は、遺伝子のコピー数にて得られるが、本定量値を、二本鎖の最終人工配列付加産物として重量濃度に換算した。
結果を図14に示す。
The sequence of the primer for quantification of the total amount of specific products is a sequence specific to the target gene. It is possible to quantify the total amount of specific products including those not introduced. Quantitative values for both the final amount of the artificial sequence addition product and the total amount of the specific product can be obtained in terms of gene copy number, and this quantitative value was converted to the weight concentration as the double-stranded final artificial sequence addition product.
The results are shown in FIG.
特異的産物総量は、5’人工配列導入プライマー濃度に依らず、ほぼ一定であった。 The total amount of specific products was almost constant regardless of the concentration of the 5' artificial sequence-introducing primer.
一方、最終人工配列付加産物量は、5’人工配列導入プライマー濃度が100nMまでは当該添加量に比例して増加した。150nM以上では、最終人工配列付加産物量の増加が頭打ちとなったが、これは特異的産物総量から算定されるモル濃度は約100nMであったことから、当該濃度以上の5’人工配列導入プライマーを添加しても、5’人工配列を導入する対象の産物が存在せず、最終人工配列付加産物量が増加に繋がらなかったためと考えられた。 On the other hand, the amount of the final artificial sequence-added product increased in proportion to the added amount of the 5' artificial sequence-introducing primer up to a concentration of 100 nM. At 150 nM or more, the increase in the amount of the final artificial sequence addition product peaked out, but this is because the molar concentration calculated from the total amount of specific product was about 100 nM. was added, there was no target product into which the 5' artificial sequence was introduced, and the amount of the final artificial sequence-added product did not increase.
以上の結果より、5’人工配列を導入可能な対象産物の濃度を上限とする範囲において、5’人工配列導入プライマーの濃度を調製することにより、最終人工配列付加産物を目標濃度に調製することが可能であることが示された。 From the above results, the final artificial sequence addition product can be adjusted to the target concentration by adjusting the concentration of the 5' artificial sequence introduction primer within the range where the concentration of the target product into which the 5' artificial sequence can be introduced is the upper limit. was shown to be possible.
<数十項目・数十検体の同時増幅>
48人分のヒトゲノムを鋳型として、先行技術4、本発明にて、26箇所のヒト遺伝子から最終人工配列付加産物量を、1度の反応で同時に増幅・調製し、当該産物を対象として次世代シーケンス解析(以下、NGS解析)を実施した。
<Simultaneous amplification of dozens of items and dozens of specimens>
Using the human genomes of 48 people as a template, according to prior art 4 and the present invention, the amount of the final artificial sequence addition product is simultaneously amplified and prepared from 26 human genes in one reaction, and the product is used as the target for the next generation. Sequence analysis (hereinafter, NGS analysis) was performed.
鋳型として、ヒト口腔内粘膜より採取したスワブから抽出したDNAを48検体用いた。DNA濃度は1~4ng/μlの範囲であった。 As a template, 48 specimens of DNA extracted from swabs collected from human oral mucosa were used. DNA concentrations ranged from 1 to 4 ng/μl.
人工付加特異プライマーの終濃度を除く、本発明の反応溶液組成を表9に示す。先行技術4の反応液組成については、人工付加特異プライマーの終濃度を除き、実施例1と同様である。人工付加特異プライマーの終濃度については、表10に記載した。 Table 9 shows the composition of the reaction solution of the present invention, excluding the final concentration of the artificially added specific primer. The composition of the reaction solution in Prior Art 4 is the same as in Example 1, except for the final concentration of the artificially added specific primer. The final concentrations of artificially added specific primers are listed in Table 10.
表9 本発明の反応溶液組成[実施例3]
Table 9 Reaction solution composition of the present invention [Example 3]
また、当該実施例において使用した人工付加特異プライマーを表10に、その他のプライマー、又はオリゴDNAを表11に示す。 In addition, Table 10 shows the artificially added specific primers used in the Examples, and Table 11 shows other primers or oligo DNAs.
表10 実施例3で使用した人工付加特異プライマーおよび添加終濃度の一覧
Table 10 List of artificial addition specific primers and final addition concentrations used in Example 3
表11 実施例3で使用したその他プライマー、オリゴDNAの一覧
Table 11 List of other primers and oligo DNAs used in Example 3
PCR増幅装置(Life touch(日本ジェネティクス社製))を用いて、最終人工配列付加産物を増幅・調製した。温度条件は、本発明については下表(表12)に示した。先行技術4の温度条件は、実施例1に記載の条件と同様である。 Using a PCR amplifier (Life touch (manufactured by Nippon Genetics)), the final artificial sequence addition product was amplified and prepared. The temperature conditions are given in the table below (Table 12) for the present invention. The temperature conditions of Prior Art 4 are the same as those described in Example 1.
表12 実施例3の温度条件
Table 12 Temperature conditions of Example 3
続いて、各増幅産物を2μlずつ等量混合し、AmpureXP(ベックマンコールター社製)を用いて精製を行った後、NGS解析(使用装置;Miseq;イルミナ社製)に供した。 Subsequently, 2 μl of each amplified product was mixed in equal amounts, purified using AmpureXP (manufactured by Beckman Coulter), and subjected to NGS analysis (equipment used: Miseq; manufactured by Illumina).
取得した塩基配列は、バーコード配列に従って分離し、検体中の各標的遺伝子のリード数をカウントした。 The obtained base sequences were separated according to the barcode sequence, and the number of reads for each target gene in the sample was counted.
その結果を図15に示す。この図より何れの実施形態においても、26種全ての標的遺伝子についてリードが得られたことが分かる。 The results are shown in FIG. From this figure, it can be seen that reads were obtained for all 26 types of target genes in any embodiment.
しかしながら、先行技術4では、リード数が0であった検体が複数存在した。具体的には、ABO261遺伝子、ABO703/796遺伝子、AGXT ProLeu遺伝子、GPX1遺伝子、GYPA遺伝子、ITPA遺伝子において、それぞれ1検体、1検体、7検体、2検体、1検体、2検体ほど、リード数が0の検体が存在した。一方、本発明では全体的にリード数が多く、検体間のリード数のバラツキも小さかったため、リードが得られない検体は存在せず、全検体について全遺伝子のリードが得られた。 However, in prior art 4, there were a plurality of specimens with 0 reads. Specifically, in the ABO261 gene, ABO703/796 gene, AGXT ProLeu gene, GPX1 gene, GYPA gene, and ITPA gene, the number of reads was 1, 1, 7, 2, 1, and 2, respectively. There were 0 specimens. On the other hand, in the present invention, the overall number of reads was large and the variation in the number of reads between samples was small.
表13に、各遺伝子リード数の平均と、その標準偏差を示す。 Table 13 shows the average number of reads for each gene and its standard deviation.
平均リード数は、本発明のほうが先行技術4よりも多かった。これは、各手法間の人工配列導入効率の違いが反映された結果と推察された。 The average number of reads was higher for the present invention than for prior art 4. This is presumed to be the result of reflecting the difference in artificial sequence introduction efficiency among the techniques.
一方、標準偏差(%)は、本発明のほうが、先行技術4よりも小さい値を示した。この結果より、遺伝子間のリード数のバラツキについても、本発明のほうが先行技術4よりも少ないことが示された。 On the other hand, the standard deviation (%) of the present invention showed a smaller value than Prior Art 4. This result shows that the present invention has less variation in the number of reads between genes than prior art 4.
表 13 平均リード数とその標準偏差について
Table 13 About the average number of reads and its standard deviation
<3’人工配列導入SLオリゴによる最終人工配列付加産物生成量向上効果>
5’末端に分子内2次構造を有し、鎖中にブロッカーを有する3’人工配列導入オリゴ(3’人工配列導入SLオリゴ)を使用して反応工程(1)~(3)を実施した系(試験系)と、通常の3’人工配列導入オリゴを使用し反応工程(1)~(3)を実施した系(コントロール系)にて、最終人工配列付加産物を実施し、得られた当該産物を定量することにより、3’人工配列導入SLオリゴによる最終人工配列付加産物の生成量向上の効果を検証した。
<Effect of increasing the amount of final artificial sequence addition product produced by SL oligo with 3′ artificial sequence introduction>
Reaction steps (1) to (3) were carried out using a 3' artificial sequence-introducing oligo (3' artificial sequence-introducing SL oligo) having an intramolecular secondary structure at the 5' end and a blocker in the chain. A system (test system) and a system (control system) in which reaction steps (1) to (3) were performed using a normal 3' artificial sequence introduction oligo (control system), the final artificial sequence addition product was obtained. By quantifying the product, the effect of improving the production amount of the final artificial sequence-added product by the 3′ artificial sequence-introduced SL oligo was verified.
テンプレートとしては、大腸菌K-12株由来のゲノムDNA(Competent E. coli JM109(ニッポンジーン)より抽出したゲノムDNA)を使用し、16S rRNA遺伝子を標的遺伝子とし、標的遺伝子の濃度は、10コピー/μlを使用し、これを1反応当たり10μl添加した。 As a template, genomic DNA derived from Escherichia coli K-12 strain (genomic DNA extracted from Competent E. coli JM109 (Nippon Gene)) was used, and the 16S rRNA gene was used as the target gene. was used and 10 μl of this was added per reaction.
反応溶液の組成は、使用した3’人工配列導入オリゴが試験系とコントロール系とで異なること、及び5’人工配列導入プライマー添加濃度を150nMとした以外、前記した表2中の「本発明」と記載した列に明記した通りとなる。試験系にて使用した3’人工配列導入オリゴ(3’人工配列導入SLオリゴ)を下表に示す。 For the composition of the reaction solution, the 3′ artificial sequence-introducing oligo used was different between the test system and the control system, and the addition concentration of the 5′ artificial sequence-introducing primer was 150 nM. As specified in the column marked with . The 3' artificial sequence-introduced oligo (3' artificial sequence-introduced SL oligo) used in the test system is shown in the table below.
表14 試験系に使用した3’人工配列導入SLオリゴ
Table 14 SL oligo with 3′ artificial sequence introduced in the test system
また、使用したプライマー/オリゴDNAの塩基配列は、試験系にて3’人工配列導入SLオリゴを使用した以外、前記した表3の「本発明」と記載した列に明記した通りとなる。上記の反応溶液をPCR増幅装置(Life touch(日本ジェネティクス社製))を用いて、前記した表4中の「本発明」と記載した列の条件にて実施した。 In addition, the base sequences of the primers/oligo DNAs used are as specified in the column labeled "Invention" in Table 3 above, except that SL oligos with 3' artificial sequences introduced were used in the test system. Using a PCR amplification device (Life touch (manufactured by Nippon Genetics Co., Ltd.)), the above-described reaction solution was performed under the conditions indicated in the column "Present Invention" in Table 4 above.
得られた増幅産物を、AmpureXP(ベックマンコールター社製)を用いて精製を行い、1万倍に希釈した。 The resulting amplified product was purified using AmpureXP (manufactured by Beckman Coulter) and diluted 10,000-fold.
つづいて、上記の希釈した増幅産物をサンプルとして、両末端にアダプター配列(P1,P2)を有する最終人工配列付加産物の定量を実施した。当該測定の定量値は、遺伝子のコピー数にて得られるが、本定量値を、二本鎖の最終人工配列付加産物として重量濃度に換算した。 Subsequently, using the diluted amplification product as a sample, the final artificial sequence addition product having adapter sequences (P1, P2) at both ends was quantified. The quantitative value of the measurement is obtained as the copy number of the gene, and this quantitative value was converted to the weight concentration as the double-stranded final artificial sequence addition product.
本定量に使用したプライマー、その他の反応液組成(QProbeの配列含む)、および温度条件は、それぞれ前記表5、6に記載の通りである。リアルタイムPCR装置は、Roter-Gene Q(キアゲン社製)を使用した。 The primers used for this quantification, other reaction mixture compositions (including the QProbe sequence), and temperature conditions are as shown in Tables 5 and 6 above, respectively. Rotor-Gene Q (manufactured by Qiagen) was used as a real-time PCR device.
また、前記した同じ希釈液を対象として、実施例2と同様の方法にて5P人工AB付加産物量の定量を実施した。
結果を、表15として示す。
In addition, the amount of 5P artificial AB adducts was quantified in the same manner as in Example 2 using the same diluted solution as described above.
The results are shown as Table 15.
表15 5P人工AB付加産物量、及び最終人工配列付加産物の定量結果
Table 15 Amount of 5P artificial AB adduct and quantitative results of final artificial sequence adduct
上記表15より、2次構造を有する3’人工配列導入SLオリゴを使用した試験系における最終人工配列付加産物の生成量は、2次構造を持たない通常の3’人工配列導入オリゴを使用したコントロール系よりも約1.8倍多いことが示された。この結果より、2次構造を有する3’人工配列導入SLオリゴによる最終人工配列付加産物生成量の向上効果が確認された。 From Table 15 above, the amount of the final artificial sequence addition product in the test system using the 3' artificial sequence-introduced SL oligo having a secondary structure was obtained using a normal 3' artificial sequence-introduced oligo having no secondary structure. It was shown to be about 1.8 times more than the control system. From this result, it was confirmed that the 3' artificial sequence-introduced SL oligo having a secondary structure was effective in improving the yield of the final artificial sequence-added product.
<反応工程(1)アニーリング温度を途中のサイクルで上昇させた条件での増幅確認>
反応工程(1)アニーリング温度を途中サイクルで上昇させた反応条件における5P人工AB付加産物の増幅の有無を検討した。また、5P人工AB付加産物を鋳型とした反応工程(2)における3’人工CD相補付加産物の生成の有無を検討した。
<Reaction step (1) Confirmation of amplification under conditions where the annealing temperature is raised in the middle of the cycle>
Reaction step (1) The presence or absence of amplification of 5P artificial AB adducts under reaction conditions in which the annealing temperature was increased in the middle of the cycle was examined. In addition, the presence or absence of the formation of 3′ artificial CD complementary addition products in the reaction step (2) using the 5P artificial AB addition product as a template was examined.
各試験系(6系列)の反応条件を表16として示す。 Table 16 shows the reaction conditions for each test system (6 series).
5P人工付加特異プライマー対、及び3’人工配列導入オリゴは、表3中の「本発明」と記載した列に記載したものを用いた。なお、本実施例では5’人工配列導入プライマーは添加していない。反応溶液の組成は、前記した表2中の「本発明」と記載した列に明記した通りとなる。 The 5P artificially added specific primer pair and the 3' artificial sequence-introducing oligo were those described in the column labeled "Present invention" in Table 3. In this Example, no 5' artificial sequence-introducing primer was added. The composition of the reaction solution is as specified in the column labeled "Invention" in Table 2 above.
テンプレートとしては、大腸菌K-12株由来のゲノムDNA(Competent E. coli JM109(ニッポンジーン)より抽出したゲノムDNA)を使用し、16S rRNA遺伝子を標的遺伝子とし、標的遺伝子の濃度は、10コピー/μlを使用し、これを1反応当たり10μl添加した。 As a template, genomic DNA derived from Escherichia coli K-12 strain (genomic DNA extracted from Competent E. coli JM109 (Nippon Gene)) was used, and the 16S rRNA gene was used as the target gene. was used and 10 μl of this was added per reaction.
試験系の反応は、PCR増幅装置(Life touch(日本ジェネティクス社製))を用いて、前記した表19に記載した温度条件にて実施した。 The reaction in the test system was carried out under the temperature conditions shown in Table 19 using a PCR amplifier (Life touch (manufactured by Nippon Genetics)).
得られた増幅産物を、AmpureXP(ベックマンコールター社製)を用いて精製を行い、1万倍に希釈した。 The resulting amplified product was purified using AmpureXP (manufactured by Beckman Coulter) and diluted 10,000-fold.
つづいて、上記の希釈した増幅産物をサンプルとして、実施例2と同じ方法にて5P人工AB付加産物の定量を、実施例4と同じ方法にて3’人工CD相補付加産物の定量をそれぞれ実施した。当該測定の定量値は、遺伝子のコピー数にて得られるが、本定量値を、二本鎖の最終人工配列付加産物として重量濃度に換算した。 Subsequently, using the diluted amplified product as a sample, the 5P artificial AB addition product was quantified by the same method as in Example 2, and the 3' artificial CD complementary addition product was quantified by the same method as in Example 4. did. The quantitative value of the measurement is obtained as the copy number of the gene, and this quantitative value was converted to the weight concentration as the double-stranded final artificial sequence addition product.
本定量に使用したその他の反応液組成(QProbeの配列含む)、および温度条件は、それぞれ前記表5、6に記載の通りである。リアルタイムPCR装置は、Roter-Gene Q(キアゲン社製)を使用した。 Other reaction mixture compositions (including the QProbe sequence) and temperature conditions used for this quantification are as shown in Tables 5 and 6 above, respectively. Rotor-Gene Q (manufactured by Qiagen) was used as a real-time PCR device.
表16 実施例7において使用したオリゴ/プライマーと各試験系の反応条件
Table 16 Oligos/primers used in Example 7 and reaction conditions for each test system
結果を、表17として示す。 The results are shown as Table 17.
表17 反応工程(1)のアニーリング温度を途中サイクルで変更した際の各種産物量に与える影響
Table 17 Effect on the amount of various products when the annealing temperature in the reaction step (1) is changed in the middle of the cycle
本実施例にて使用した5P人工付加特異プライマー対の適正なアニーリング温度である63℃にてアニーリング温度を一定とした試験系1においては、想定通り、5P人工AB付加産物量が確認された。また、5P人工付加特異プライマー対の適正なアニーリング温度よりも5℃高温である72℃にてアニーリング温度を一定とした試験系2においては、5P人工AB付加産物は生成されなかった。一方、5P人工付加特異プライマー対の適正なアニーリング温度(63℃)で2サイクル反応を実施した後、試験系2にて増幅が確認されなかったアニーリング温度(72℃)にて50サイクル反応を実施した試験系3においては、試験系1とほぼ同程度の5P人工AB付加産物が確認された。
In
この結果より、5P人工AB付加産物がはじめてに生成される2サイクルの次サイクル以降(3サイクル目以降)において、通常のPCRでは増幅されない温度(72℃)までアニーリング温度を上昇させたとしても、増幅が発生することを確認することができた。これは、5P人工AB付加産物は、当該産物の3’末端に一方の5P人工付加特異プライマー対の全領域と相補的な配列を有するため、当該産物が存在する3サイクル目以降は、5P人工付加特異プライマー対の全領域が5P人工AB付加産物に対して結合することから、通常のPCRサイクルでは増幅が確認できないアニーリング温度に当該温度を上昇させてもPCR増幅が可能であったと判断された。 From this result, even if the annealing temperature is raised to a temperature (72° C.) at which normal PCR cannot be amplified in the next cycle (3rd cycle and later) after the 2nd cycle in which the 5P artificial AB addition product is first generated, It was possible to confirm that amplification occurred. This is because the 5P artificial AB addition product has a sequence complementary to the entire region of one 5P artificial addition specific primer pair at the 3′ end of the product, so that the 5P artificial Since the entire region of the addition-specific primer pair binds to the 5P artificial AB addition product, it was determined that PCR amplification was possible even if the temperature was raised to the annealing temperature at which amplification could not be confirmed in normal PCR cycles. .
本実施例にて使用した5P人工付加特異プライマー対の標的核酸に相補的な配列領域の推定Tm値、及び同プライマーの全領域の推定Tm値を、表18に示した。 Table 18 shows the estimated Tm value of the sequence region complementary to the target nucleic acid of the 5P artificial addition specific primer pair used in this example and the estimated Tm value of the entire region of the same primers.
表18 5P人工付加特異プライマー対の標的核酸に相補的な配列、全領域の推定Tm値
Table 18 Sequences complementary to target nucleic acids of 5P artificial addition specific primer pairs, estimated Tm values for the entire region
本表より、標的核酸に相補的な配列のTm値と、変更後のアニーリング温度(72℃)との差異は14℃程度であることから、反応工程(1)のはじめからアニーリング温度を72℃に設定すると、本実施例の試験系2のように、増幅が発生しないことが想定される。一方、5P人工付加特異プライマー対の全領域の推定Tm値は、変更後のアニーリング温度とほぼ同じであることから、本実施例の試験系3のように、当該プライマーの全領域に対して相補的な配列を持つ5P人工AB付加産物が存在する場合には、アニーリング温度を72℃に上昇させたとしても、増幅が確認されると想定された。このように、人工付加特異プライマーの推定Tm値からも、本実施例における結果を説明することが可能であった。
From this table, the difference between the Tm value of the sequence complementary to the target nucleic acid and the annealing temperature after change (72 ° C.) is about 14 ° C. Therefore, the annealing temperature was set to 72 ° C. from the beginning of the reaction step (1). , it is assumed that amplification does not occur, as in
また、試験系1及び4、試験系3及び6は、反応工程(1)の条件がそれぞれ同じであり、これら4つの試験系において5P人工AB付加産物はほぼ同程度増幅され、3’人工配列導入オリゴを添加した試験系4、及び6については、ほぼ同程度の3’人工CD相補付加産物が検出された。この結果より、反応工程(1)にて途中サイクルからアニーリング温度を上昇させる条件(試験系6)にて増幅された5P人工AB付加産物は、反応工程(2)の鋳型となり、3’人工CD相補付加産物に変換可能であることが示された。
以上の結果より、反応工程(1)の3サイクル目以降の任意サイクルから、5P人工付加特異プライマー対の全領域が5P人工AB付加産物に結合可能な温度範囲内において、アニーニング温度を上昇させたとしても、本発明の実施が可能であることが明らかとなり、その結果、前記したメリット(5P人工付加特異プライマー対設計上の制限[具体的には、反応工程(1)のアニーリング温度を、5P人工付加特異プライマー対のうち標的核酸に相補的な配列のTm値より設定した温度とした上で、本アニーリング温度と反応工程(2)のアニーリング温度の差異を一定以上確保するという制限]から解放されるため、適用可能な標的核酸の範囲を拡大することが可能となるメリット)を享受できることが示された。 From the above results, the annealing temperature was increased within the temperature range where the entire region of the 5P artificial addition-specific primer pair can bind to the 5P artificial AB addition product from any cycle after the 3rd cycle of the reaction step (1). Even if it is, it became clear that the present invention can be implemented, and as a result, the above-mentioned merit (5P artificial addition specific primer pair design limitation [specifically, the annealing temperature in the reaction step (1) The temperature is set according to the Tm value of the sequence complementary to the target nucleic acid in the 5P artificially added specific primer pair, and the difference between this annealing temperature and the annealing temperature in reaction step (2) is set to a certain level or more. It was shown that it is possible to enjoy the advantage of being able to expand the range of applicable target nucleic acids because it is released.
本発明は、遺伝子ライブラリーの新規調製方法として利用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as a novel method for preparing gene libraries.
<配列番号1~128>実施例で使用したプライマー/オリゴDNAの塩基配列を示す。 <SEQ ID NOs: 1 to 128> These show the base sequences of the primers/oligo DNAs used in the Examples.
Claims (9)
(1)標的とする核酸配列に特異的なプライマー対の各々に、人工核酸配列A又はBの配列のうち、少なくとも一部の配列が付加されているプライマー対であって、前記プライマー対のうち、一方または両方の5’末端がリン酸化された人工付加特異プライマー対(以下、5P人工付加特異プライマー対)を1対以上用いて、核酸増幅法により、一方または両方の5’末端がリン酸化された特異的産物(以下、5P人工AB付加産物)を得る工程、
(2)下記3点を特徴とする1対のオリゴDNA(以下、3’人工配列導入オリゴ対)を用い、DNAポリメラーゼによって、前記(1)の工程にて得られた5P人工AB付加産物の3’末端を伸長させ、5P人工AB付加産物の3’末端に人工核酸配列C又はDの相補的配列(以下、3’人工CD相補付加産物)を付加する工程、及び
特徴1:5P人工付加特異プライマー対に存在する人工核酸配列A又はBの塩基配列のうち、少なくとも一部と同じ配列を3’末端側に有する。
特徴2:5P人工AB付加産物に付加する人工核酸配列C又はDを5’末端側に有する。
特徴3:DNAポリメラーゼによる核酸伸長を防止するため、3’末端が標識されている。
(3)下記の2つの工程(a)又は(b)のうち何れかの工程を行い、3’人工CD相補付加産物の5’末端に人工核酸配列C又はDを付加する工程
工程(a):前記(2)の工程において生成される3’人工CD相補付加産物のどちらか一方または両方の5’末端がリン酸化されている場合において、当該産物同士で二本鎖を形成した際、両末端に生じる一本鎖領域のうち、当該領域が二本鎖に変化した部位の塩基対の5’末端がリン酸化されている末端において、当該末端の一本鎖領域に相補的である少なくとも1本のオリゴDNA(以下、5’人工配列導入オリゴ)と、前記(2)の工程で得られた3’人工CD相補付加産物をDNAリガーゼにて連結することにより、3’人工CD相補付加産物の5’末端に人工核酸配列C又はDを付加する工程、または
工程(b):前記(2)の工程において生成される3’人工CD相補付加産物のどちらか一方または両方の5’末端がリン酸化されている場合において、当該産物同士で二本鎖を形成した際、両末端に生じる一本鎖領域のうち、当該領域が二本鎖に変化した部位の塩基対の5’末端がリン酸化されている末端において、当該末端の一本鎖領域の一部に相補的である少なくとも1本のオリゴDNA(以下、5’人工配列導入プライマー)が、3’人工CD相補付加産物とハイブリダイスした際に生じたギャップをDNAポリメラーゼによる伸長反応により埋めた上で、伸長した5’人工配列導入プライマーと3’人工CD相補付加産物をDNAリガーゼにて連結することにより、3’人工CD相補付加産物の5’末端に人工核酸配列C又はDを付加する工程 A method for preparing a nucleic acid in which an artificial nucleic acid sequence is added to a target nucleic acid sequence (hereinafter referred to as an artificial sequence addition product), the method comprising the following steps (1) to (3).
(1) A primer pair in which at least a part of the sequence of the artificial nucleic acid sequence A or B is added to each primer pair specific to the target nucleic acid sequence, wherein , One or both 5' ends are phosphorylated by nucleic acid amplification using one or more pairs of artificial addition specific primer pairs (hereinafter referred to as 5P artificial addition specific primer pairs) phosphorylated at one or both 5' ends obtaining a specific product (hereinafter referred to as 5P artificial AB adduct);
(2) Using a pair of oligo DNA (hereinafter referred to as oligo pair with 3' artificial sequence introduction) characterized by the following three points, DNA polymerase is used to convert the 5P artificial AB addition product obtained in the step (1) above. A step of extending the 3' end and adding a complementary sequence of artificial nucleic acid sequence C or D (hereinafter referred to as 3' artificial CD complementary addition product) to the 3' end of the 5P artificial AB addition product, and feature 1: 5P artificial addition It has the same sequence as at least part of the base sequence of the artificial nucleic acid sequence A or B present in the specific primer pair on the 3′ end side.
Characteristic 2: It has an artificial nucleic acid sequence C or D added to the 5P artificial AB adduct on the 5′ end side.
Feature 3: The 3' end is labeled to prevent nucleic acid elongation by DNA polymerase.
(3) Performing either of the following two steps (a) or (b) to add an artificial nucleic acid sequence C or D to the 5' end of the 3' artificial CD complementary addition product Step (a) : When either one or both of the 3′ artificial CD complementary addition products generated in the step (2) are phosphorylated, when the products form a double strand, both Of the single-stranded regions occurring at the ends, at least one complementary to the single-stranded region at the end where the 5' end of the base pair at the site where the region is converted to double strands is phosphorylated The 3' artificial CD complementary addition product is ligated with DNA ligase to the oligo DNA (hereinafter referred to as 5' artificial sequence-introduced oligo) and the 3' artificial CD complementary addition product obtained in the step (2) above. A step of adding an artificial nucleic acid sequence C or D to the 5′ end of or step (b): Either one or both of the 3′ artificial CD complementary addition products generated in the step (2) are In the case of phosphorylation, when the products form a double strand, of the single-stranded regions generated at both ends, the 5' end of the base pair at the site where the region changes into a double strand is phosphorylated. At the oxidized end, at least one oligo DNA complementary to a part of the single-stranded region of the end (hereinafter referred to as a 5' artificial sequence-introducing primer) hybridizes with the 3' artificial CD complementary addition product. 3' artificial CD complementary addition is performed by filling the gaps generated during the above by an extension reaction with DNA polymerase, and then ligating the extended 5' artificial sequence-introducing primer and the 3' artificial CD complementary addition product with DNA ligase. Adding an artificial nucleic acid sequence C or D to the 5' end of the product
3’人工配列導入オリゴ対は、3’末端がDNAポリメラーゼにより伸長されないよう同末端が標識されており、3’末端側に人工核酸配列Aのうち、少なくとも一部の配列を持ち、5’末端側に人工核酸配列Cを持つ3’人工配列導入オリゴ(c)と、同じく3’末端が標識されており、3’末端側に人工核酸配列Bのうち、少なくとも一部の配列を持ち、5’末端側に人工核酸配列Dを持つ3’人工配列導入オリゴ(d)を含み、
5’人工配列導入オリゴは、人工核酸配列Cの全部の配列を有する5’人工配列導入オリゴ(e)、および人工核酸配列Dの全部の配列を有する5’人工配列導入オリゴ(f)の両方または一方を含み、
5’人工配列導入プライマーは人工核酸配列Cの一部の配列を有する5’人工配列導入プライマー(e)、および人工核酸配列Dの一部の配列を有する5’人工配列導入プライマー(f)の両方または一方を含む請求項1記載の方法。 The 5P artificial addition specific primer pair has a sequence complementary to the target nucleic acid sequence on the 3' end side and an artificial addition specific primer ( a) and an artificial addition specific primer (b) having a sequence complementary to the target nucleic acid sequence on the 3' end side and at least a partial sequence of the artificial nucleic acid sequence B on the 5' end side an artificial addition-specific primer pair, wherein at least one of the artificial addition-specific primer pairs is phosphorylated at the 5' end thereof;
The 3' artificial sequence-introducing oligo pair is labeled at the same end so that the 3' end is not extended by DNA polymerase, has at least a partial sequence of the artificial nucleic acid sequence A on the 3' end side, and has the 5' end A 3′ artificial sequence-introducing oligo (c) having an artificial nucleic acid sequence C on the side and a similarly labeled 3′ end, having at least a partial sequence of the artificial nucleic acid sequence B on the 3′ end side, 5 'Contains a 3' artificial sequence introduction oligo (d) having an artificial nucleic acid sequence D on the terminal side,
The 5' artificial sequence introduction oligo is both a 5' artificial sequence introduction oligo (e) having the entire sequence of artificial nucleic acid sequence C and a 5' artificial sequence introduction oligo (f) having the entire sequence of artificial nucleic acid sequence D. or including either
The 5' artificial sequence introduction primer is a 5' artificial sequence introduction primer (e) having a partial sequence of artificial nucleic acid sequence C and a 5' artificial sequence introduction primer (f) having a partial sequence of artificial nucleic acid sequence D. 2. The method of claim 1, including both or one.
特徴1:5’末端に、人為的に分子内2次構造を形成させることを目的とした配列を導入した3’人工配列導入オリゴ。
特徴2:上記特徴1に記載した3’人工配列導入オリゴの5’末端に導入した配列の5’末端、または当該配列鎖中に、ブロッカーを導入した3’人工配列導入オリゴ In addition to the features related to the 3' artificial sequence-introducing oligo pair described in claims 1 and 3, by using the oligo pair containing at least one 3' artificial sequence-introducing oligo having the following two features, the 3' When the artificial CD complementary addition product forms a double strand between the products, the binding efficiency of the 5' artificial sequence introduction primer pair to the single-stranded regions generated at both ends is improved, and the amount of the final artificial sequence addition product produced 3. A method according to either claim 1 or claim 2, wherein the is capable of increasing the .
Feature 1: A 3' artificial sequence-introduced oligo in which a sequence intended to artificially form an intramolecular secondary structure is introduced at the 5' end.
Feature 2: A 3' artificial sequence-introducing oligo in which a blocker is introduced into the 5' end of the sequence introduced at the 5' end of the 3' artificial sequence-introducing oligo described in Feature 1 above, or into the sequence strand.
(i)3’末端側に標的とする核酸配列に相補的な配列を持ち、5’末端側に人工核酸配列Aのうち、少なくとも一部の配列を持つ人工付加特異プライマー(a)と、3’末端側に標的とする核酸配列に相補的な配列を持ち、5‘末端側に人工核酸配列Bのうち、少なくとも一部の配列を持つ人工付加特異プライマー(b)からなる人工付加特異プライマー対であり、少なくともその一方の5’末端がリン酸化されている5P人工付加特異プライマー対を、少なくとも1対以上含むことを特徴とする5P人工付加特異プライマー対群、
(ii)3’末端がDNAポリメラーゼにより伸長されないよう同末端が標識されており、3’末端側に人工核酸配列Aのうち、少なくとも一部の配列を持ち、5’末端側に人工核酸配列Cを持つ3’人工配列導入オリゴ(c)と、同じく3’末端が標識されており、3’末端側に人工核酸配列Bのうち、少なくとも一部の配列を持ち、5’末端側に人工核酸配列Dを持つ3’人工配列導入オリゴ(d)を含むことを特徴とする3’人工配列導入オリゴ対、及び
(iii)下記の(a)及び/又は(b)
(a)人工核酸配列Cの全部の配列を有する5’人工配列導入オリゴ(e)、および人工核酸配列Dの全部の配列を有する5’人工配列導入オリゴ(f)の両方または一方を含むことを特徴とする5’人工配列導入オリゴ
(b)人工核酸配列Cの一部の配列を有する5’人工配列導入プライマー(e)、および人工核酸配列Dの一部の配列を有する5’人工配列導入プライマー(f)の両方または一方を含むことを特徴とする5’人工配列導入プライマー A kit for producing an artificial sequence addition product, comprising the following (i) to (iii).
(i) an artificial addition specific primer (a) having a sequence complementary to the target nucleic acid sequence on the 3' end side and having at least a partial sequence of the artificial nucleic acid sequence A on the 5' end side; An artificial addition specific primer pair consisting of an artificial addition specific primer (b) having a sequence complementary to the target nucleic acid sequence on the 'end side and having at least a partial sequence of the artificial nucleic acid sequence B on the 5' end side and a 5P artificial addition-specific primer pair group characterized by comprising at least one pair of 5P artificial addition-specific primer pairs in which at least one of the 5′ ends is phosphorylated,
(ii) The 3' end is labeled so that it is not extended by DNA polymerase, has at least a partial sequence of the artificial nucleic acid sequence A on the 3' end side, and the artificial nucleic acid sequence C on the 5' end side. The 3' artificial sequence introduction oligo (c) having the a 3' artificial sequence-introducing oligo pair comprising a 3' artificial sequence-introducing oligo (d) having sequence D; and
(iii) (a) and/or (b) below
(a) including both or one of a 5' artificial sequence-introducing oligo (e) having the entire sequence of artificial nucleic acid sequence C and a 5' artificial sequence-introducing oligo (f) having the entire sequence of artificial nucleic acid sequence D; 5' artificial sequence introduction oligo characterized by
(b) both or one of a 5' artificial sequence introduction primer (e) having a partial sequence of artificial nucleic acid sequence C and a 5' artificial sequence introduction primer (f) having a partial sequence of artificial nucleic acid sequence D 5' artificial sequence introduction primer characterized by comprising
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