JP2023000571A - Method for purifying terminal-modified target nucleic acid - Google Patents

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崇秀 横井
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Abstract

To improve the sensitivity of genetic analysis or improve detection efficiency for genetic mutations, by selectively purifying primers having modified molecules at their ends.SOLUTION: Provided is a method for purifying a target nucleic acid having a modified molecule at its end, in a method for detecting a target nucleic acid or determining a target nucleic acid based on the mobility of the nucleic acid in electrophoresis, the method comprising: subjecting a double-stranded nucleic acid having a modified molecule at the end of one of the nucleic acid strands to a heat denaturation treatment to form a single-stranded nucleic acid, and treating the resulting single-stranded nucleic acid with an exonuclease at a heat denaturation temperature to remove nucleic acids other than the nucleic acid strand having the modified molecule at the end.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、末端に修飾分子を有する目的核酸を精製するための方法及びキットに関する。また本発明は、かかる精製方法を利用した標的核酸を検出又は標的核酸の塩基を決定する方法に関する。 The present invention relates to methods and kits for purifying target nucleic acids having modified molecules at their ends. The present invention also relates to a method for detecting a target nucleic acid or determining the base of a target nucleic acid using such a purification method.

がん研究の進展に伴い、がん検査の分野においては遺伝子解析技術により腫瘍由来の遺伝子変異を検出することの重要性が増している。特に血液中の腫瘍由来の遺伝子変異を検出して医療診断を行う検査はリキッドバイオプシーと呼ばれ、がんの早期診断や、術後の治療選択最適化、残存腫瘍のモニタリングといった用途への応答が期待されている。 With the progress of cancer research, the importance of detecting tumor-derived gene mutations by gene analysis technology is increasing in the field of cancer testing. In particular, a test that detects tumor-derived gene mutations in blood for medical diagnosis is called liquid biopsy, and it is expected to respond to applications such as early diagnosis of cancer, optimization of post-operative treatment options, and monitoring of residual tumors. Expected.

血液中に遊離する腫瘍由来の遺伝子変異はその濃度と変異比率が低いことが知られており、低濃度かつ低頻度変異の遺伝子変異を検出するために、検出手法は高感度であることが求められている。そのため、各検出装置で遺伝子変異を検出する前に、アンプリコン法やキャプチャー法と呼ばれる前処理方法により、標的となる遺伝子変異あるいは領域を選択的に濃縮することが行われる。選択的に濃縮されたサンプルは、次の工程として様々な検出手段にて検出される。 Tumor-derived genetic mutations released into the blood are known to have a low concentration and low mutation ratio, and high-sensitivity detection methods are required to detect low-concentration and low-frequency mutations. It is Therefore, prior to detection of gene mutations by each detection device, a pretreatment method called amplicon method or capture method is used to selectively concentrate target gene mutations or regions. The selectively enriched sample is detected by various detection means as a next step.

例えば、遺伝子変異の検出手段として、現在最も広く用いられている次世代シーケンサ法では、高感度で多種類の遺伝子変異を検出することが代表的な手法となっている。一方で、次世代シーケンサ法は他手法と比較して検査コストが高く、コストの制約がリキッドバイオプシー普及における課題となっている。そこで、検出すべき遺伝子変異が少数に絞られた診断用途においては、検査コストが安価なPCR法によって低コストに検査する手法が開発されてきた。このような診断用途としては、例えば肺がんや大腸がん治療における医薬品の適応判定を行うコンパニオン診断が挙げられ、代表例としてEGFR遺伝子変異、KRAS/NRAS遺伝子変異、BRAF遺伝子変異等を検査する診断薬が既に各国の規制当局に承認されている。 For example, in the next-generation sequencing method, which is currently most widely used as a means for detecting gene mutations, high-sensitivity detection of many types of gene mutations is a representative method. On the other hand, the test cost of the next-generation sequencer method is higher than that of other methods, and cost constraints are an issue in the spread of liquid biopsy. Therefore, for diagnostic applications in which the number of gene mutations to be detected is narrowed down, a low-cost test method has been developed using the PCR method, which has low test costs. Such diagnostic applications include, for example, companion diagnostics for judging drug indications in the treatment of lung cancer and colorectal cancer. has already been approved by regulatory authorities around the world.

近年、臨床腫瘍研究の進展に伴って、バイオマーカーとなり得る腫瘍関連の遺伝子変異の新たな活用法の発見に伴い、検査すべきバイオマーカーの項目数は数十~数千種へと拡大しつつある。特にがん早期診断においては、多種類の遺伝子変異を計測することによって早期診断を目指す潮流下にある。例えば、非特許文献1では次世代シーケンサ法を用いて、16遺伝子の内、1933か所の変異サイトを検出し、従来の腫瘍マーカー法と組合わせることで、がん早期診断へと繋げている。このように、標的とすべき遺伝子変異の数はPCR法でカバー可能な変異数である数種類を大幅に超えており、低コストで多種類の遺伝子変異を検出することが可能な検出法が望まれている。 In recent years, along with the progress of clinical tumor research, the number of biomarker items to be tested has expanded from dozens to thousands with the discovery of new ways to use tumor-related gene mutations that can be used as biomarkers. be. Especially in cancer early diagnosis, there is a trend toward early diagnosis by measuring many kinds of gene mutations. For example, in Non-Patent Document 1, the next-generation sequencer method is used to detect 1933 mutation sites in 16 genes, and the combination with the conventional tumor marker method leads to early cancer diagnosis. . In this way, the number of gene mutations to be targeted far exceeds the number of mutations that can be covered by the PCR method, and a detection method that can detect many types of gene mutations at low cost is desired. It is rare.

米国特許第5,888,819号U.S. Patent No. 5,888,819

J. D. Cohen, et al., Science, 359, 926-930 (2018).J. D. Cohen, et al., Science, 359, 926-930 (2018). D. Dias-Santagata, et al., EMBO Molecular Medicine, 2, 146-158 (2010).D. Dias-Santagata, et al., EMBO Molecular Medicine, 2, 146-158 (2010).

低コストで多種類の遺伝子変異を検出可能な技術の一例として、キャピラリー電気泳動法(CE)を用いたフラグメント解析手法が挙げられる(図1)。この手法では各標的変異ごとに区別可能なように電気泳動距離が変わるように設計され、かつ検出したい変異を含む遺伝子配列101に相補的となるように設計された選択的プライマー100を用いる。このようなプライマーを用いて、標的となる遺伝子変異が存在する場合に、ポリメラーゼ合成反応によって、ちょうど遺伝子変異(典型的には一塩基多型、SNP)に対応するプライマーの3'末端位置に、4種の蛍光色素102で修飾されたジデオキシヌクレオチド(ddNTP)が付与される。このような手法は1塩基伸長反応と呼ばれている(特許文献1)。1塩基伸長反応によって、末端に修飾分子を有する遺伝子変異ごとに伸長されたプライマーを、一本鎖DNA化した後に、キャピラリー電気泳動法を用いて泳動分離し、3'末端の蛍光色素を蛍光検出することで、最終的に遺伝子変異が検出される。 Fragment analysis using capillary electrophoresis (CE) is an example of low-cost technology that can detect a wide variety of gene mutations (Fig. 1). This technique uses a selective primer 100 designed to change the electrophoretic distance so that each target mutation can be distinguished, and designed to be complementary to the gene sequence 101 containing the mutation to be detected. Using such a primer, if a target gene mutation exists, a polymerase synthesis reaction is performed at the 3′ end position of the primer corresponding to the gene mutation (typically a single nucleotide polymorphism, SNP). Dideoxynucleotides (ddNTPs) modified with four fluorescent dyes 102 are provided. Such a technique is called a single-base extension reaction (Patent Document 1). By single-base extension reaction, the extended primer for each gene mutation with a modified molecule at the end is converted to single-stranded DNA, and then separated by electrophoresis using capillary electrophoresis, and the fluorescent dye at the 3' end is detected by fluorescence. By doing so, gene mutations are finally detected.

例えば、この手法によって腫瘍由来の遺伝子変異を合計58種類検出する方法が報告されている(非特許文献2)。しかし、本文献内で1つの反応アッセイおよび電気泳動で同時に検出できる変異数は5~8種類であり、この分析を8回行うことで合計58種類の遺伝子検出を実施している。そのため、実質的には遺伝子変異を同時検出できるのは数種類程度である。これは、従来法では、選択的プライマーを電気泳動で分離できる泳動長の上限が120塩基程度に制限されており、利用できる泳動領域が少ないことが原因である。したがって、従来のキャピラリー電気泳動法を用いたフラグメント解析手法では一度に検出可能な遺伝子変異が限定されてしまう、という課題があった。 For example, a method for detecting a total of 58 tumor-derived gene mutations using this technique has been reported (Non-Patent Document 2). However, in this document, the number of mutations that can be detected simultaneously by one reaction assay and electrophoresis is 5 to 8, and a total of 58 genes are detected by performing this analysis 8 times. Therefore, it is practically only possible to simultaneously detect gene mutations of several types. This is because in the conventional method, the upper limit of electrophoretic separation of the selective primer is limited to about 120 bases, and the usable electrophoretic region is small. Therefore, the conventional fragment analysis method using capillary electrophoresis has a problem that gene mutations that can be detected at one time are limited.

最近、本発明者らはキャピラリー電気泳動法を用いたフラグメント解析手法を発展させ、同時に検出可能な遺伝子変異数を数十~数百種類へと拡張可能な解析手法を開発した(図2)。本手法では、遺伝子変異に特異的なプライマー部分205に鎖間架橋203された二重鎖DNAタグ204を連結したプライマー205を使用することにより、二重鎖DNAタグ204の長さの変更により電気泳動距離を120bp以上に安定的に伸ばすことができる。これまで有効活用できなかった電気泳動領域を利用することが可能となり、同時に検出可能な遺伝子変異数を増やすことが可能となる。キャピラリー電気泳動法を用いたフラグメント解析では600塩基程度までは良好に核酸を分離可能であり、利用可能な遺伝子変異数を増やすことができる。従来法と同じく、4種の蛍光色素で修飾されたddNTPを1塩基伸長反応により鎖間架橋された二重鎖DNAタグが連結されたプライマーの3'末端に付与することでSNP等の遺伝子変異を検出する。 Recently, the present inventors have developed a fragment analysis technique using capillary electrophoresis, and have developed an analysis technique that can simultaneously expand the number of gene mutations that can be detected to dozens to hundreds (Fig. 2). In this method, by using a primer 205 in which a double-stranded DNA tag 204 with interstrand cross-linking 203 is linked to a primer portion 205 specific to gene mutation, electric The migration distance can be stably extended to 120 bp or more. It becomes possible to utilize an electrophoretic region that could not be effectively used until now, and at the same time, it is possible to increase the number of gene mutations that can be detected. Fragment analysis using capillary electrophoresis can well separate nucleic acids up to about 600 bases, and can increase the number of available gene mutations. As in the conventional method, gene mutation such as SNP is achieved by attaching ddNTPs modified with four types of fluorescent dyes to the 3' end of a primer linked to a double-stranded DNA tag that is crosslinked between strands by a single-base extension reaction. to detect

この開発過程において、本発明者らは上記方法のさらなる改良を試みた。1塩基伸長反応による3'末端への蛍光色素の付与反応後には、目標産物である1塩基伸長反応によって3'末端に蛍光色素が付与されたプライマー以外に、未反応の蛍光色素が付与されていないプライマーが残存している。この残存プライマーの存在が、キャピラリー電気泳動によるフラグメント解析法における遺伝子変異の検出感度の低下をもたらす可能性がある。キャピラリー電気泳動によるフラグメント解析法では、電気泳動を用いたエレクトロキネティックインジェクション法により核酸サンプルを注入している(図3)。この注入法ではマイナスに帯電した核酸サンプルは同様にキャピラリー内へと注入されてしまうため、残存プライマーが存在すると、キャピラリーへと誘導されるべき、目標産物である末端修飾されたプライマーだけでなく、残存プライマーも同様にキャピラリー内へと注入されることになる。その結果、キャピラリー内へと注入された目標産物である末端修飾されたプライマーの濃度が相対的に低下してしまい、検出感度の低下に繋がる可能性がある。 During this development process, the inventors attempted to further improve the above method. After addition of a fluorescent dye to the 3' end by single base extension reaction, unreacted fluorescent dye is added in addition to the target product, the primer with a fluorescent dye added to the 3' end by single base extension reaction. no primer remains. The existence of this residual primer may lead to a decrease in detection sensitivity of gene mutations in the fragment analysis method by capillary electrophoresis. In fragment analysis using capillary electrophoresis, nucleic acid samples are injected by electrokinetic injection using electrophoresis (Fig. 3). In this injection method, the negatively charged nucleic acid sample is also injected into the capillary. The remaining primer will be injected into the capillary as well. As a result, the concentration of the end-modified primer, which is the target product injected into the capillary, is relatively decreased, possibly leading to a decrease in detection sensitivity.

この残存プライマーの存在は、検出すべき遺伝子変異の変異率が低いほど影響が大きい。変異率が低い遺伝子変異に対しては検出効率を向上させるために、1塩基伸長反応の反応効率を高める目的でプライマー濃度を高くする必要があるが、高いプライマー濃度は残存プライマー濃度の増加につながり、サンプル注入時における、目標産物である末端修飾されたプライマーの注入比率の低下につながる。 The presence of this residual primer has a greater influence as the mutation rate of gene mutations to be detected is lower. In order to improve the detection efficiency for gene mutations with a low mutation rate, it is necessary to increase the primer concentration in order to increase the reaction efficiency of the single-base extension reaction, but high primer concentrations lead to an increase in residual primer concentration. , leading to a lower injection ratio of the target product, the end-modified primer, during sample injection.

したがって、キャピラリー電気泳動によるフラグメント解析法において、目的遺伝子(例えば腫瘍由来の遺伝子)をより高感度に検出するためには、1塩基伸長反応後における未反応の残存プライマーを除去して、目標産物である末端修飾されたプライマーを選択精製することが望ましい。しかし、目標産物である末端修飾されたプライマーと未反応の残存プライマーには、3'末端に付与された蛍光色素を有するddNTPのみの違いしかなく、この修飾の有無を利用して選択精製する必要がある。しかし、これまで知られる従来法では、選択的に未反応の残存プライマーのみを除去することは困難であった。 Therefore, in the fragment analysis method by capillary electrophoresis, in order to detect target genes (for example, tumor-derived genes) with higher sensitivity, it is necessary to remove unreacted residual primers after the single-base extension reaction and obtain the target product. It is desirable to select and purify certain end-modified primers. However, the only difference between the end-modified primers, which are the target products, and the remaining unreacted primers is the ddNTP with a fluorescent dye attached to the 3' end, and it is necessary to select and purify using the presence or absence of this modification. There is However, it has been difficult to selectively remove only unreacted residual primers by conventional methods known so far.

キャピラリー電気泳動によるフラグメント解析を用いて遺伝子変異を検出する手法において、末端が修飾された選択的プライマーと未反応の残存プライマーが共存する溶液下で、両者の違いは末端修飾された分子の有無のみである。したがって、本発明の課題は、末端に修飾分子を有するプライマーを選択的に精製することで、遺伝子解析の感度を向上させ、又は遺伝子変異に対する検出効率を向上させることである。 In a method for detecting gene mutations using fragment analysis by capillary electrophoresis, the only difference between the two is the presence or absence of terminally modified molecules in a solution in which terminally modified selective primers and unreacted residual primers coexist. is. Accordingly, an object of the present invention is to selectively purify a primer having a modified molecule at its end to improve the sensitivity of gene analysis or improve the detection efficiency of gene mutation.

上記課題を解決するために検討を行った結果、上述の電気泳動によるフラグメント解析法において、熱変性条件下においても活性を有するエクソヌクレアーゼによって、熱変性温度下で核酸の立体構造を解離しつつ、未反応の残存プライマーのみを選択的に除去することにより、末端に修飾分子を有する核酸を精製できるという知見を得た。また、プライマーに鎖間架橋された二重鎖DNAタグを結合させて1塩基伸長反応を行った場合には、鎖間架橋を解離した後にエクソヌクレアーゼ処理を行うことで、同様に末端に修飾分子を有する核酸を精製することができるという知見も得た。本発明は、上記知見に基づいて完成された。 As a result of investigations to solve the above problems, in the above-mentioned fragment analysis method by electrophoresis, an exonuclease that is active even under heat denaturation conditions dissociates the three-dimensional structure of the nucleic acid at the heat denaturation temperature, We have found that by selectively removing only unreacted residual primers, it is possible to purify nucleic acids having modified molecules at their ends. In addition, when a single-base extension reaction is performed by binding a double-stranded DNA tag with interstrand cross-linking to the primer, after dissociating the inter-strand cross-linking, exonuclease treatment is performed to similarly modify the end with a modified molecule. We also obtained the knowledge that it is possible to purify a nucleic acid having The present invention was completed based on the above findings.

したがって、一態様において、本発明は、電気泳動における核酸の移動度に基づいて標的核酸を検出又は標的核酸の塩基を決定する方法において、末端に修飾分子を有する目的核酸を精製する方法であって、
一方の核酸鎖の末端に修飾分子を有する二重鎖核酸を熱変性処理により一本鎖核酸とし、
得られた一本鎖核酸を熱変性温度下においてエクソヌクレアーゼで処理して、末端に修飾分子を有する核酸鎖以外の核酸を除去する
ことを含む方法を提供する。
Therefore, in one aspect, the present invention provides a method for purifying a target nucleic acid having a terminal modification molecule in a method for detecting a target nucleic acid or determining the base of a target nucleic acid based on the mobility of the nucleic acid in electrophoresis, comprising: ,
A double-stranded nucleic acid having a modified molecule at the end of one of the nucleic acid strands is subjected to a heat denaturation treatment to form a single-stranded nucleic acid,
A method is provided comprising treating the resulting single-stranded nucleic acid with an exonuclease at a heat denaturation temperature to remove nucleic acids other than the nucleic acid strands having terminal modification molecules.

別の態様において、本発明は、試料中の標的核酸の存在を検出する及び/又は標的核酸の塩基を決定する方法であって、
標的核酸を含む又は含むことが疑われる試料を準備し、
鎖間架橋を有する二重鎖核酸タグと、前記標的核酸に対して特異的に結合するプライマー核酸とを含むプライマーを準備し、
前記標的核酸を鋳型として前記プライマーを用いた1塩基伸長反応を行い、
前記二重鎖核酸タグにおける鎖間架橋を解離し、
前記二重鎖核酸タグ、及び前記標的核酸と前記プライマーとの二重鎖核酸を熱変性処理により一本鎖核酸とし、
得られた一本鎖核酸を熱変性温度下においてエクソヌクレアーゼで処理して、末端に修飾分子を有する核酸鎖以外の核酸を除去し、
得られた反応物をキャピラリー電気泳動に供して解析する
ことを含む方法を提供する。
In another aspect, the invention provides a method of detecting the presence of a target nucleic acid and/or determining the base of a target nucleic acid in a sample, comprising:
preparing a sample containing or suspected of containing the target nucleic acid;
preparing a primer comprising a double-stranded nucleic acid tag having an interstrand bridge and a primer nucleic acid that specifically binds to the target nucleic acid;
Performing a single-base extension reaction using the target nucleic acid as a template and the primer,
dissociating interstrand crosslinks in the double-stranded nucleic acid tag;
The double-stranded nucleic acid tag and the double-stranded nucleic acid of the target nucleic acid and the primer are converted to single-stranded nucleic acids by thermal denaturation,
The resulting single-stranded nucleic acid is treated with an exonuclease at a heat denaturation temperature to remove nucleic acids other than the nucleic acid strand having the modified molecule at the end,
A method is provided comprising subjecting the resulting reaction product to capillary electrophoresis for analysis.

さらなる態様において、本発明は、電気泳動における核酸の移動度に基づいて標的核酸を検出又は標的核酸の塩基を決定する方法において、末端に修飾分子を有する目的核酸を精製するためのキットであって、エクソヌクレアーゼを含むことを特徴とするキットを提供する。 In a further aspect, the present invention provides a kit for purifying a target nucleic acid having a terminal modification molecule in a method for detecting a target nucleic acid or determining the base of a target nucleic acid based on the mobility of the nucleic acid in electrophoresis, , an exonuclease.

本発明により、電気泳動によるフラグメント解析法において、未反応の残存プライマーのみを選択的に除去することによって、末端に修飾分子を有するプライマー(核酸)を選択的に精製することが可能となる。3末端における修飾分子の存在により、3’→5’方向の一本鎖DNA特異的エクソヌクレアーゼによる核酸分解は阻害され、末端修飾された選択的プライマーは分解されない。一方で、未反応の残存プライマーは3末端方向から核酸分解され、熱変性条件下でも活性を有するエクソヌクレアーゼを用いることにより、立体構造によって分解阻害されることを抑制する。鎖間架橋された二重鎖DNAタグが連結されている場合には、予め架橋を解離することにより、エクソヌクレアーゼによる分解阻害を抑制することができる。したがって、本発明により、遺伝子解析の感度を向上させ、又は遺伝子変異に対する検出効率を向上させることが可能となる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to selectively purify primers (nucleic acids) having modified molecules at their ends by selectively removing only unreacted residual primers in a fragment analysis method using electrophoresis. The presence of the modified molecule at the 3-terminus inhibits nucleolysis by single-stranded DNA-specific exonucleases in the 3'→5' direction, leaving the terminal-modified selective primer undegraded. On the other hand, the remaining unreacted primer is nucleolyzed from the 3-terminal direction, and by using an exonuclease that is active even under heat denaturation conditions, inhibition of decomposition due to conformation is suppressed. When interstrand-crosslinked double-stranded DNA tags are ligated, the degradation inhibition by exonuclease can be suppressed by dissociating the crosslinks in advance. Therefore, according to the present invention, it becomes possible to improve the sensitivity of genetic analysis or improve the detection efficiency for gene mutations.

前述した以外の課題、構成及び効果は,以下の実施の形態の説明により明らかにされる。 Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.

キャピラリー電気泳動法を用いたフラグメント解析手法の概略図である。1 is a schematic diagram of a fragment analysis technique using capillary electrophoresis; FIG. 鎖間架橋された二重鎖核酸タグを連結した選択的プライマーを使用した、キャピラリー電気泳動法を用いたフラグメント解析手法の概略図である。Schematic representation of a fragment analysis technique using capillary electrophoresis using selective primers ligated with interstrand cross-linked double-stranded nucleic acid tags. エレクトロキネティックインジェクション法を説明する概略図である。It is a schematic diagram explaining an electrokinetic injection method. 未反応の残存プライマーと末端に修飾分子を有するプライマーの概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram of unreacted residual primers and primers having modified molecules at their ends. 末端に修飾分子を有するプライマーの選択的精製フローの一例の概略図である。1 is a schematic diagram of an example of a selective purification flow for primers with modified molecules at their ends. FIG. 実施例において使用した鎖間架橋二重鎖DNAタグを連結した選択的プライマーの構造を示す。The structure of the selective primer linked with the interstrand cross-linking double-stranded DNA tag used in the Examples is shown.

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。なお、添付の図面は、本発明の原理に則った具体的な実施形態を示しているが、それらは本発明の理解のためのものであり、決して本発明を限定的に解釈するために用いられるものではない。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described below based on the drawings. Although the accompanying drawings show specific embodiments consistent with the principles of the invention, they are for the purpose of understanding the invention and are by no means intended to be used as a limiting interpretation of the invention. It is not something that can be done.

本発明は、電気泳動における核酸の移動度に基づいて標的核酸を検出又は標的核酸の塩基を決定する方法において、末端に修飾分子を有する目的核酸を精製するための方法及びキット、並びにかかる精製方法を利用した標的核酸を検出又は標的核酸の塩基を決定する方法に関する。 The present invention provides a method and kit for purifying a target nucleic acid having a modified molecule at its end, and such a purification method, in a method for detecting a target nucleic acid or determining the base of a target nucleic acid based on the mobility of the nucleic acid in electrophoresis. It relates to a method for detecting a target nucleic acid or determining the base of a target nucleic acid using

以下、鎖間架橋を有する二重鎖核酸タグを結合した選択的プライマーを使用して1塩基伸長反応を行い、末端に修飾分子を有するプライマーのみを選択的に精製する方法について、図4及び5を使用して説明する。しかしながら、選択的プライマーのタグ標識は、図4及び5に示されるような鎖間架橋二重鎖核酸タグに限定されるものではなく、電気泳動により区別可能な標識であれば任意のタグ標識を使用することができる。 4 and 5 for a method of selectively purifying only primers having modified molecules at their ends by conducting a single-base extension reaction using selective primers bound with double-stranded nucleic acid tags having interstrand cross-links. be used to explain. However, the tag labels of the selective primers are not limited to the interstrand-crosslinked double-stranded nucleic acid tags shown in FIGS. can be used.

図4は、図2に示したキャピラリー電気泳動法を用いたフラグメント解析手法において末端に修飾分子を付与する反応工程によって生じる、末端に修飾分子を有するプライマー400と、未反応の残存するプライマー406を示す。ここで、選択的プライマー部分405は特定の遺伝子変異を有する核酸配列へとハイブリダイゼーションする相補的配列を有している。また、プライマー400、406には電気泳動の移動度を調整するための核酸タグ404が連結されている。図4において、この電気泳動の移動度を調整するための核酸タグ404は、鎖間架橋を有する二重鎖核酸構造を有している。 FIG. 4 shows a primer 400 having a modified molecule at the end and a remaining unreacted primer 406, which are generated by the reaction step of adding a modified molecule to the end in the fragment analysis method using capillary electrophoresis shown in FIG. show. Here, selective primer portion 405 has complementary sequences that hybridize to nucleic acid sequences having specific genetic mutations. A nucleic acid tag 404 is linked to the primers 400 and 406 to adjust electrophoretic mobility. In FIG. 4, the nucleic acid tag 404 for adjusting electrophoretic mobility has a double-stranded nucleic acid structure with interstrand crosslinks.

図5は、末端に修飾分子を有するプライマーの選択的精製の一例のフローを示す。まず、選択的プライマーを準備する。図5では、鎖間架橋を有する二重鎖核酸タグが連結された、選択的プライマーとして機能する一本鎖核酸領域が連結されたプライマーを使用している。このプライマーを用いた1塩基伸長反応により、特定の塩基に対応した修飾分子(例えば蛍光)を有するddNTPがプライマーの一本鎖領域部分の3'末端へと付与される。この時、全てのプライマーに対して、修飾分子を有するddNTPは付与されず、未反応のプライマーも溶液内に残存する(図5の(1))。この末端に修飾分子を有するプライマーと未反応の残存プライマーが共存する溶液に次の処理を行う。 FIG. 5 shows an example flow of selective purification of primers having modified molecules at their ends. First, a selective primer is prepared. In FIG. 5, primers are used that are linked to single-stranded nucleic acid regions that act as selective primers linked to double-stranded nucleic acid tags with interstrand bridges. A ddNTP having a modified molecule (for example, fluorescence) corresponding to a specific base is added to the 3' end of the single-stranded region of the primer by a single-base extension reaction using this primer. At this time, ddNTPs having modified molecules are not given to all primers, and unreacted primers also remain in the solution ((1) in FIG. 5). The solution in which the primers having modified molecules at their ends and the unreacted residual primers coexist is subjected to the following treatment.

まず、図5に示すように選択的プライマーに鎖間架橋を有する二重鎖核酸タグを連結した場合には、二重鎖間の架橋構造を解離させるため、架橋構造を解離させる工程を行う(図5の(2))。典型的には、鎖間架橋は光架橋で実施されているため、架橋解離させる波長の紫外光を照射することで、鎖間の架橋が解離される。なお、鎖間架橋を有する二重鎖核酸タグを使用しない場合には、この工程は不要である。 First, as shown in FIG. 5, when a double-stranded nucleic acid tag having an interstrand crosslink is linked to a selective primer, a step of dissociating the crosslinked structure is performed to dissociate the crosslinked structure between the double strands ( (2) in Fig. 5). Typically, cross-linking between chains is performed by photocrosslinking, and therefore, the cross-linking between chains is dissociated by irradiation with ultraviolet light having a wavelength for dissociating cross-links. Note that this step is not necessary if a double-stranded nucleic acid tag with interstrand crosslinks is not used.

続いて、熱アニール処理を行いながら、同時に耐熱性のエクソヌクレアーゼを用いて、核酸分子の分解処理を行う(図5の(3))。ここで、エクソヌクレアーゼは3’→5’方向の一本鎖DNA特異的なエクソヌクレアーゼである。後述するように、3’末端のddNTPの存在により、末端に修飾分子を有するプライマーは分解が抑制されるが、それ以外の熱アニール処理によって、一本鎖状態となった核酸分子は全て3’末端から分解される。この際に、熱アニール処理には、二重鎖構造を解離させるだけでなく、一本鎖核酸の立体構造形成を抑制する効果がある。したがって、本発明において使用するエクソヌクレアーゼは、熱アニール温度でも活性を有するエクソヌクレアーゼであることが好ましい。このような工程を経ることにより、末端に修飾分子を有するプライマーを選択的に精製することが可能となる(図5の(4))。 Subsequently, the nucleic acid molecule is decomposed using a heat-stable exonuclease while being thermally annealed ((3) in FIG. 5). Here, the exonuclease is a single-stranded DNA-specific exonuclease in the 3′→5′ direction. As will be described later, the presence of ddNTPs at the 3' ends suppresses the degradation of primers having modified molecules at their ends, but all other nucleic acid molecules that have become single-stranded due to thermal annealing are 3' Disassembled from the end. At this time, the thermal annealing treatment not only dissociates the double-stranded structure, but also has the effect of suppressing the formation of the three-dimensional structure of the single-stranded nucleic acid. Therefore, the exonuclease used in the present invention is preferably an exonuclease that is active even at thermal annealing temperatures. Through such steps, it becomes possible to selectively purify a primer having a modified molecule at its end ((4) in FIG. 5).

したがって、一態様において、本発明は、電気泳動における核酸の移動度に基づいて標的核酸を検出又は標的核酸の塩基を決定する方法において、末端に修飾分子を有する目的核酸を精製する方法であって、
一方の核酸鎖の末端に修飾分子を有する二重鎖核酸を熱変性処理により一本鎖核酸とし、
得られた一本鎖核酸を熱変性温度下においてエクソヌクレアーゼで処理して、末端に修飾分子を有する核酸鎖以外の核酸を除去する
ことを含む方法を提供する。
Therefore, in one aspect, the present invention provides a method for purifying a target nucleic acid having a terminal modification molecule in a method for detecting a target nucleic acid or determining the base of a target nucleic acid based on the mobility of the nucleic acid in electrophoresis, comprising: ,
A double-stranded nucleic acid having a modified molecule at the end of one of the nucleic acid strands is subjected to a heat denaturation treatment to form a single-stranded nucleic acid,
A method is provided comprising treating the resulting single-stranded nucleic acid with an exonuclease at a heat denaturation temperature to remove nucleic acids other than the nucleic acid strands having terminal modification molecules.

本明細書において、「末端に修飾分子を有する目的核酸」とは、1塩基伸長反応によって末端に修飾分子が取り込まれたプライマーである。ここで、末端は、3'末端であることが好ましい。また、修飾分子として、標識されたジデオキシヌクレオチド(ddNTP)、例えば蛍光標識されたddNTPを用いることができる。 As used herein, a “target nucleic acid having a terminal modification molecule” is a primer into which a terminal modification molecule has been incorporated by a single-base extension reaction. Here, the terminus is preferably the 3' terminus. Alternatively, a labeled dideoxynucleotide (ddNTP), such as a fluorescently labeled ddNTP, can be used as the modifying molecule.

上記1塩基伸長反応により、一方の核酸鎖の末端に修飾分子を有する二重鎖核酸(すなわち、1塩基伸長反応によって末端に修飾分子が取り込まれた選択的プライマーと鋳型となった標的核酸との二重鎖核酸)が生じる。この二重鎖核酸を熱変性処理により一本鎖核酸とする。熱変性処理の条件は、設計した選択的プライマーのGC含量などに基づいて、当業者であれば適当な温度条件、バッファー条件などを設定することができる。例えば、熱変性処理の条件は、60~100℃、例えば約85℃における熱変性温度下とすることができる。 A double-stranded nucleic acid having a modified molecule at the end of one of the nucleic acid strands by the single-base extension reaction (that is, a selective primer with a modified molecule incorporated at the end by the single-base extension reaction and a target nucleic acid that serves as a template). double-stranded nucleic acid). This double-stranded nucleic acid is converted to a single-stranded nucleic acid by thermal denaturation. As for the heat denaturation treatment conditions, a person skilled in the art can set appropriate temperature conditions, buffer conditions and the like based on the GC content of the designed selective primer. For example, the heat denaturation treatment conditions can be 60 to 100°C, for example, under a heat denaturation temperature of about 85°C.

続いて、得られた一本鎖核酸を熱変性温度下においてエクソヌクレアーゼで処理する。熱変性温度は、一本鎖核酸がアニーリングして二本鎖を形成することを抑制することができる温度であればよく、上述した熱変性処理の条件と同一であってもよいし、又は別の条件であってもよい。好ましくは、熱変性温度は、使用するエクソヌクレアーゼの至適温度である。エクソヌクレアーゼは、3’→5’の一本鎖核酸特異的なエクソヌクレアーゼ活性を有し、耐熱性エクソヌクレアーゼであることが好ましい。 The resulting single-stranded nucleic acid is then treated with an exonuclease at a heat denaturation temperature. The heat denaturation temperature may be any temperature that can suppress annealing of single-stranded nucleic acids to form double strands, and may be the same as the heat denaturation treatment conditions described above, or may be different. may be the condition of Preferably, the heat denaturation temperature is the optimum temperature for the exonuclease used. The exonuclease has a 3'→5' single-stranded nucleic acid-specific exonuclease activity and is preferably a thermostable exonuclease.

そのようなエクソヌクレアーゼは、特に限定されるものではないが、例えば以下のものが挙げられる:
・超好熱始原菌Thermococcus kodakarensis KOD1由来のTK1646(Saeed, M.S.及びRashid, N., International Journal of Biological Macromolecules, 140:1194-1201, 2019)
・超好熱古細菌Pyrococcus furiosus由来のPhuExo I(Tori et al., PLOS One, 8:e58497, 2013)
・超好熱古細菌Pyrococcus horikoshii由来のPhoExo I(Miyazono et al., Acta Crystallogr. F. Struct. Bio. Commun., 70:1076-1079, 2014)
TK1646は、80~100℃でのみ活性を示す3’→5’方向の一本鎖DNA特異的なエクソヌクレアーゼであり、またPhuExo I及びPhoExo Iは、65℃でも活性を示すことが知られており、本方法におけるエクソヌクレアーゼとして好適である。したがって、一実施形態において、エクソヌクレアーゼとして、TK1646、PhuExo I、及びPhoExo Iからなる群より選択される少なくとも1種を使用することが好ましい。
Examples of such exonucleases include, but are not limited to:
・TK1646 from the hyperthermophilic archaea Thermococcus kodakarensis KOD1 (Saeed, MS and Rashid, N., International Journal of Biological Macromolecules, 140:1194-1201, 2019)
・PhuExo I from the hyperthermophilic archaea Pyrococcus furiosus (Tori et al., PLOS One, 8:e58497, 2013)
・PhoExo I from the hyperthermophilic archaea Pyrococcus horikoshii (Miyazono et al., Acta Crystallogr. F. Struct. Bio. Commun., 70:1076-1079, 2014)
TK1646 is a 3'→5' single-stranded DNA-specific exonuclease that is active only at 80-100°C, and PhuExo I and PhoExo I are known to be active even at 65°C. and is suitable as an exonuclease in the method. Therefore, in one embodiment, it is preferable to use at least one selected from the group consisting of TK1646, PhuExo I, and PhoExo I as the exonuclease.

なお、末端における修飾分子として典型的な分子であるddNTPは、ヌクレアーゼ類やエクソヌクレアーゼの活性を阻害することが報告されている(カタログNEB Expressions Issue II 2019、文献J.W. Hanes及びK.A. Johnson, Antimicrobial Agents and Chemotherapy, 52:253-258, 2008)。このようにddNTPを3末端に有する核酸に関しては、3’→5’方向のエクソヌクレアーゼによる分解を抑制することが可能となる。 In addition, ddNTP, which is a typical molecule as a modified molecule at the end, has been reported to inhibit the activity of nucleases and exonucleases (catalog NEB Expressions Issue II 2019, literature J.W. Hanes and K.A. Johnson, Antimicrobial Agents and Chemotherapy, 52:253-258, 2008). In this way, nucleic acids having ddNTPs at their 3-terminals can be inhibited from being degraded by exonucleases in the 3'→5' direction.

エクソヌクレアーゼ処理により、末端に修飾分子を有する核酸鎖以外の核酸が除去される。したがって、本方法により、末端に修飾分子を有する目的核酸を選択的に回収し、精製することが可能となる。 Exonuclease treatment removes nucleic acids other than nucleic acid strands with modified molecules at their ends. Therefore, according to this method, it becomes possible to selectively recover and purify a target nucleic acid having a modified molecule at its end.

一実施形態において、1塩基伸長反応により得られる一方の核酸鎖の末端に修飾分子を有する二重鎖核酸は、鎖間架橋された二重鎖核酸タグを含むものであってもよい。この鎖間架橋された二重鎖核酸タグの詳細は後述する。この場合、本方法は、二重鎖核酸タグにおける鎖間架橋を解離することをさらに含む。好ましくは、二重鎖核酸を熱変性処理する前に、鎖間架橋を解離する。例えば、鎖間架橋が光架橋によるものである場合には、光架橋を解離する手段、例えば特定の波長の光照射により、鎖間架橋を解離することができる。鎖間架橋の解離は、使用した架橋の種類に応じて、適宜行うことができる。 In one embodiment, a double-stranded nucleic acid having a modification molecule at the end of one nucleic acid strand obtained by a single-base extension reaction may contain a double-stranded nucleic acid tag crosslinked between strands. The details of this interstrand-crosslinked double-stranded nucleic acid tag will be described later. In this case, the method further comprises dissociating the interstrand bridges in the double-stranded nucleic acid tag. Preferably, interstrand crosslinks are dissociated prior to heat denaturation of the double-stranded nucleic acid. For example, when the interstrand cross-linking is due to photo-crosslinking, the inter-strand cross-linking can be dissociated by a means for dissociating photo-crosslinks, for example, irradiation with light of a specific wavelength. Dissociation of interstrand crosslinks can be carried out as appropriate, depending on the type of crosslinks used.

別の態様において、本発明は、試料中の標的核酸の存在を検出する及び/又は標的核酸の塩基を決定する方法であって、
標的核酸を含む又は含むことが疑われる試料を準備し、
鎖間架橋を有する二重鎖核酸タグと、前記標的核酸に対して特異的に結合するプライマー核酸とを含むプライマーを準備し、
前記標的核酸を鋳型として前記プライマーを用いた1塩基伸長反応を行い、
前記二重鎖核酸タグにおける鎖間架橋を解離し、
前記二重鎖核酸タグ、及び前記標的核酸と前記プライマーとの二重鎖核酸を熱変性処理により一本鎖核酸とし、
得られた一本鎖核酸を熱変性温度下においてエクソヌクレアーゼで処理して、末端に修飾分子を有する核酸鎖以外の核酸を除去し、
得られた反応物をキャピラリー電気泳動に供して解析する
ことを含む方法を提供する。
In another aspect, the invention provides a method of detecting the presence of a target nucleic acid and/or determining the base of a target nucleic acid in a sample, comprising:
preparing a sample containing or suspected of containing the target nucleic acid;
preparing a primer comprising a double-stranded nucleic acid tag having an interstrand bridge and a primer nucleic acid that specifically binds to the target nucleic acid;
Performing a single-base extension reaction using the target nucleic acid as a template and the primer,
dissociating interstrand crosslinks in the double-stranded nucleic acid tag;
The double-stranded nucleic acid tag and the double-stranded nucleic acid of the target nucleic acid and the primer are converted to single-stranded nucleic acids by thermal denaturation,
The resulting single-stranded nucleic acid is treated with an exonuclease at a heat denaturation temperature to remove nucleic acids other than the nucleic acid strand having the modified molecule at the end,
A method is provided comprising subjecting the resulting reaction product to capillary electrophoresis for analysis.

上述した本発明に係る精製方法を遺伝子解析方法に適用した場合を説明する。
まず、標的核酸を含む又は含むことが疑われる試料を準備する。試料は、核酸を含む試料であれば特に限定されるものではなく、生体由来試料(例えば細胞試料、組織試料、液体試料など)、及び合成試料(例えばcDNAライブラリなどの核酸ライブラリなど)の任意の試料を用いることができる。生体由来試料の場合、試料の由来となる生体も特に限定されるものではなく、脊椎動物(例えば哺乳類、鳥類、爬虫類、魚類、両生類など)、無脊椎動物(例えば昆虫、線虫、甲殻類など)、原生生物、植物、真菌、細菌、ウイルスなどの任意の生体に由来する試料を用いることができる。例えば、ヒトにおけるがん検査を想定する場合には、検査対象のヒトから得られる核酸含有試料、例えば全血、血清、血漿、唾液、尿、糞便、皮膚組織、がん組織などを準備する。
A case where the purification method according to the present invention described above is applied to a gene analysis method will be described.
First, a sample containing or suspected of containing a target nucleic acid is prepared. The sample is not particularly limited as long as it contains nucleic acids, and can be any of biological samples (e.g., cell samples, tissue samples, liquid samples, etc.) and synthetic samples (e.g., nucleic acid libraries such as cDNA libraries). A sample can be used. In the case of samples derived from living organisms, the organism from which the sample is derived is not particularly limited, and may be vertebrates (e.g., mammals, birds, reptiles, fish, amphibians, etc.), invertebrates (e.g., insects, nematodes, crustaceans, etc.). ), protist, plant, fungus, bacterium, virus, etc., can be used. For example, when assuming cancer testing in humans, nucleic acid-containing samples obtained from humans to be tested, such as whole blood, serum, plasma, saliva, urine, feces, skin tissue, and cancer tissue, are prepared.

標的核酸は、検出しようとする配列又は決定しようとする塩基を含む核酸であれば特に限定されるものではなく、デオキシリボ核酸(DNA)、例えばゲノムDNA、cDNA、及びリボ核酸(RNA)、例えばメッセンジャーRNA(mRNA)、並びにそれらの断片が含まれる。本発明においては、標的核酸として、例えばセルフリーDNA(cfDNA、血中を遊離しているDNA)、循環腫瘍DNA(ctDNA)を使用することが好ましい。試料からの核酸の調製は、当技術分野で公知の方法により行うことができる。例えば、血液や細胞から標的核酸を調製する場合には、Proteinase Kのようなタンパク質分解酵素、チオシアン酸グアニジン・グアニジン塩酸といったカオトロピック塩、Tween及びSDSといった界面活性剤、あるいは市販の細胞溶解用試薬を用いて、細胞を溶解し、それに含まれる核酸、すなわちDNA及びRNAを溶出することができる。RNAを調製する場合には、上記の細胞溶解により溶出された核酸のうち、DNAをDNA分解酵素(DNase)により分解し、核酸としてRNAのみを含む試料が得られる。mRNAを調製する場合には、mRNAはポリA配列を含むことから、上記のように調製したRNA試料から、ポリT配列を含むDNAプローブを用いてmRNAのみを捕捉することができる。このような核酸の調製を行うために、多数のメーカーからキットが販売されており、目的とする核酸を簡便に精製することが可能である。 The target nucleic acid is not particularly limited as long as it contains a sequence to be detected or a base to be determined. Deoxyribonucleic acid (DNA) such as genomic DNA, cDNA, and ribonucleic acid (RNA) such as messenger RNA (mRNA), as well as fragments thereof, are included. In the present invention, it is preferable to use, for example, cell-free DNA (cfDNA, DNA that is free in blood) and circulating tumor DNA (ctDNA) as the target nucleic acid. Preparation of nucleic acids from a sample can be performed by methods known in the art. For example, when preparing target nucleic acids from blood or cells, proteolytic enzymes such as proteinase K, chaotropic salts such as guanidine thiocyanate and guanidine hydrochloride, surfactants such as Tween and SDS, or commercially available cell lysis reagents are used. It can be used to lyse cells and elute the nucleic acids contained therein, ie DNA and RNA. When RNA is prepared, among the nucleic acids eluted by cell lysis, DNA is degraded with DNase to obtain a sample containing only RNA as nucleic acid. When preparing mRNA, since mRNA contains a poly-A sequence, it is possible to capture only mRNA from an RNA sample prepared as described above using a DNA probe containing a poly-T sequence. Kits for such nucleic acid preparation are sold by many manufacturers, and it is possible to simply purify the target nucleic acid.

また、鎖間架橋を有する二重鎖核酸タグと、標的核酸に対して特異的に結合するプライマー核酸とを含むプライマーを準備する。二重鎖核酸タグは、移動度で区別可能な長さを有し、プライマー核酸は、標的核酸に特異的に結合して1塩基伸長反応を生じるように設計する。 A primer is also prepared that includes a double-stranded nucleic acid tag with an interstrand crosslink and a primer nucleic acid that specifically binds to a target nucleic acid. The double-stranded nucleic acid tag has a mobility-distinguishable length, and the primer nucleic acid is designed to bind specifically to the target nucleic acid to produce a single-base extension reaction.

鎖間架橋を有する二重鎖核酸タグは、二本鎖核酸構造を有する核酸であれば、DNA、RNA又はハイブリッド核酸のいずれであってもよい。好ましくは、二重鎖核酸は二重鎖DNAである。 A double-stranded nucleic acid tag having interstrand cross-links may be a DNA, RNA, or hybrid nucleic acid, as long as the nucleic acid has a double-stranded nucleic acid structure. Preferably, the double-stranded nucleic acid is double-stranded DNA.

二重鎖核酸タグは、少なくとも1つの鎖間架橋を有する。本発明において「鎖間架橋」とは、二重鎖核酸における一方の鎖と他方の鎖とが少なくとも1箇所において架橋されていることを意味する。そのような2つの鎖間を分子内架橋させる方法は、当技術分野で公知の方法であれば特に限定されるものではない。好ましくは、鎖間架橋は光架橋によるものである。 A double-stranded nucleic acid tag has at least one interstrand crosslink. In the present invention, "interstrand cross-linking" means that one strand and the other strand of a double-stranded nucleic acid are cross-linked at at least one site. A method for intramolecular cross-linking between two chains is not particularly limited as long as it is a method known in the art. Preferably, the interstrand cross-linking is by photocrosslinking.

鎖間架橋には、例えば、古典的に知られているナイトロジェンマスタード、シスプラチン、カルムスチン、マイトマイシンC、ソラレン、トリオキサン(トリメチルソラレン)、マロンジアルデヒドなどの架橋分子を使用することができる(例えば、Guainazziら、Cellular and Molecular Life Sciences, 67:3683-3697, 2010)。これらの架橋分子は、塩基-塩基間に架橋分子が1分子入り込むタイプであり、A-T間又はG-C間に入り込むので、核酸分子全体でみると架橋位置はランダムであり、架橋効率は30~40%程度である。例えば、ソラレンは、350nmの光連結波長における光反応によって5'-TA-3'配列での光架橋を生じる光架橋剤であり、250nmの光開裂波長において架橋を開裂する。 Cross-linking molecules such as classically known nitrogen mustard, cisplatin, carmustine, mitomycin C, psoralen, trioxane (trimethylpsoralen), malondialdehyde, etc. can be used for interstrand cross-linking (e.g. Guainazzi et al., Cellular and Molecular Life Sciences, 67:3683-3697, 2010). These cross-linking molecules are of the type in which one cross-linking molecule enters between bases, and since it enters between A and T or between G and C, the cross-linking position is random when viewed as a whole nucleic acid molecule, and the cross-linking efficiency is 30-40%. degree. For example, psoralen is a photocrosslinker that produces photocrosslinks at the 5'-TA-3' sequence by photoreaction at a photoligation wavelength of 350 nm, and cleaves the crosslinks at a photocleavage wavelength of 250 nm.

また、鎖間架橋には、オリゴ骨格に導入できる架橋分子として知られるCNV-K(分子名:5'-O-(4,4'-Dimethoxytrityl)-1'-(3-cyanovinylcarbazol-9-yl)-2'-deoxy-β-D-ribofuranosyl-3'-[(2-cyanoethyl)-(N,N-diisopropyl)]-phosphoramidite)、CNV-D(分子名:3-O-(4,4'-Dimethoxytrityl)-2-N-(N-carboxy-3-cyanovinylcarbazol)-D-threonin-1-yl-O-[(2-cyanoethyl)-(N,N-diisopropyl)]-phosphoramidite)などを使用することができる(例えば、特許第4940311号、Yoshimuraら、ChemBioChem, 10:1473-1476, 2009、Sakamotoら、Org. Lett., 17:936-939, 2015)。これらの分子は、反応トリガーが紫外光(366nm)による光照射を起点として、1塩基ずれた位置にある相補鎖のピリミジン塩基(チミン、シトシン若しくはウラシル)へと[2+2]環状化反応することで架橋点を形成することができる。また、核酸分子骨格に導入することができるため、架橋点を任意に設計可能である点が実用上好ましい。これらの光架橋分子は、別波長の紫外光(312nm)で励起することにより、鎖間架橋を可逆的に解離することが可能である点も実用上、重要である。光架橋分子CNV-KやCNV-Dが、入手性、コスト等の観点から特に好適である。 In addition, CNV-K (molecular name: 5'-O-(4,4'-Dimethoxytrityl)-1'-(3-cyanovinylcarbazol-9-yl )-2'-deoxy-β-D-ribofuranosyl-3'-[(2-cyanoethyl)-(N,N-diisopropyl)]-phosphoramidite), CNV-D (molecular name: 3-O-(4,4 '-Dimethoxytrityl)-2-N-(N-carboxy-3-cyanovinylcarbazol)-D-threonin-1-yl-O-[(2-cyanoethyl)-(N,N-diisopropyl)]-phosphoramidite) etc. (For example, Patent No. 4940311, Yoshimura et al., ChemBioChem, 10:1473-1476, 2009, Sakamoto et al., Org. Lett., 17:936-939, 2015). These molecules undergo a [2+2] circularization reaction with the pyrimidine base (thymine, cytosine, or uracil) of the complementary strand at a position shifted by one base, starting with the irradiation of ultraviolet light (366 nm) as a reaction trigger. A cross-linking point can be formed by this. Moreover, since it can be introduced into the backbone of a nucleic acid molecule, it is practically preferable that the cross-linking point can be arbitrarily designed. It is also important from a practical point of view that these photocrosslinking molecules can reversibly dissociate the interchain crosslinks by exciting them with ultraviolet light of a different wavelength (312 nm). Photocrosslinking molecules CNV-K and CNV-D are particularly suitable from the standpoint of availability, cost and the like.

他の架橋分子としては、アジド基(-N3)とアルキン基の組み合わせによるClick反応を用いた架橋分子であってもよい。このような架橋点は、例えばKocaltaら、ChemBioChem, 9:1280-1285, 2008で報告されている。特定の塩基配列に対応した架橋分子としては、例えば配列5'-CAATTA-3'/3'-GTTAAT-5'に特異的で5塩基離れたA-G間を架橋するUTA-6026が知られる(Zhouら、J. Am. Chem. Soc., 123:4865-4866, 2001)。他には、配列5'-Py(T/C)GGC(T/A)GCCPu(A/G)-3'に特異的で9塩基離れた塩基間を架橋するImImPy(Bandoら、J. Am. Chem. Soc., 123:5158-5159, 2001)や配列5'-GCTTATAATGG-3'に特異的で11塩基離れた塩基間を架橋するC8/C8′-tripyrrole-linked sequence-selective pyrrolo[2,1-c][1,4]benzodiazepine (PBD) dimer(Tiberghienら、Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, 18:2073-2077, 2008)等が知られる。これらの配列特異的な架橋分子は架橋点設計が可能である点がメリットである。 Another cross-linking molecule may be a cross-linking molecule using a Click reaction with a combination of an azide group ( -N3) and an alkyne group. Such cross-linking points are reported, for example, in Kocalta et al., ChemBioChem, 9:1280-1285, 2008. As a cross-linking molecule corresponding to a specific base sequence, for example, UTA-6026, which is specific to the sequence 5'-CAATTA-3'/3'-GTTAAT-5' and bridges AGs separated by 5 bases, is known (Zhou et al., J. Am. Chem. Soc., 123:4865-4866, 2001). Another is ImImPy, which is specific for the sequence 5′-Py(T/C)GGC(T/A)GCCPu(A/G)-3′ and bridges between bases 9 bases apart (Bando et al., J. Am Chem. Soc., 123:5158-5159, 2001) and a C8/C8′-tripyrrole-linked sequence-selective pyrrolo that is specific for the sequence 5′-GCTTATAATGG-3′ and bridges between bases separated by 11 bases[2]. ,1-c][1,4]benzodiazepine (PBD) dimer (Tiberghien et al., Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, 18:2073-2077, 2008) and the like are known. An advantage of these sequence-specific cross-linking molecules is that the cross-linking points can be designed.

鎖間架橋を有する二重鎖核酸タグは、電気泳動における移動距離(移動度:mobility)を規定する。すなわち、異なる長さの二重鎖核酸タグをプライマーに連結することによって、電気泳動において移動距離を変更することができる。キャピラリー電気泳動では、約600塩基長までの鎖長の核酸を検出することができるため、標的核酸に対して特異的に結合するプライマー核酸の鎖長(10~30塩基)を除いて、二重鎖核酸タグは、1~約590塩基長までの範囲の長さとすることができる。 A double-stranded nucleic acid tag with interstrand cross-links defines a migration distance (mobility) in electrophoresis. That is, by linking double-stranded nucleic acid tags of different lengths to primers, migration distances can be altered in electrophoresis. Capillary electrophoresis can detect nucleic acids with a chain length of up to about 600 bases. Stranded nucleic acid tags can range in length from 1 to about 590 bases in length.

二重鎖核酸タグは、鎖間架橋を有する核酸であれば、その塩基配列は特に限定されるものではない。また、二重鎖核酸タグは、公知のオリゴヌクレオチド合成手法により化学合成することができるが、通常は、市販の化学合成装置を使用して合成される。 The base sequence of the double-stranded nucleic acid tag is not particularly limited as long as it is a nucleic acid having interstrand crosslinks. Also, the double-stranded nucleic acid tag can be chemically synthesized by a known oligonucleotide synthesis technique, but is usually synthesized using a commercially available chemical synthesizer.

標的核酸に対して特異的に結合するプライマー核酸(本明細書中、選択的プライマーともいう)は、DNA又はRNAのいずれでもよく、標的核酸の種類、1塩基伸長反応に使用されるポリメラーゼの種類に応じて決定される。好ましくは、プライマー核酸はDNAであり、標的核酸としてDNA又はmRNAを鋳型とした1塩基伸長反応が行われる。 A primer nucleic acid that specifically binds to a target nucleic acid (also referred to herein as a selective primer) may be either DNA or RNA, and the type of target nucleic acid and the type of polymerase used for the single-base extension reaction. determined according to Preferably, the primer nucleic acid is DNA, and a single-base extension reaction is performed using DNA or mRNA as the target nucleic acid as a template.

プライマー核酸は、標的核酸(又は標的領域)に特異的に結合する配列を有する、すなわち標的核酸(又は標的領域)に対して相補的な配列を有するように設計される。プライマーの設計手法は当技術分野で周知であり、本発明において使用可能なプライマーは、特異的なアニーリングが可能な条件を満たす、例えば特異的なアニーリングが可能な長さ及び塩基組成(融解温度)を有するように設計される。例えば、プライマーとしての機能を有する長さとしては、10塩基以上が好ましく、さらに好ましくは15~50塩基であり、さらに好ましくは15~30塩基、例えば約20塩基である。また設計の際には、プライマーのGC含量とプライマーの融解温度(Tm)を確認することが好ましい。Tmとは、任意の核酸鎖の50%がその相補鎖とハイブリッドを形成する温度を意味し、鋳型となる標的核酸とプライマーとが二本鎖を形成してアニーリングするためには、アニーリングの温度を最適化する必要がある。一方、この温度を下げすぎると非特異的な反応が起こるため、温度は可能な限り高いことが望ましい。Tmの確認には、公知のプライマー設計用ソフトウエアを利用することができる。設計されたプライマーは、公知のオリゴヌクレオチド合成手法により化学合成することができるが、通常は、市販の化学合成装置を使用して合成される。 A primer nucleic acid is designed to have a sequence that specifically binds to a target nucleic acid (or target region), ie, has a sequence that is complementary to the target nucleic acid (or target region). Techniques for designing primers are well known in the art, and primers that can be used in the present invention satisfy conditions that allow specific annealing, such as length and base composition (melting temperature) that allow specific annealing designed to have For example, the length that functions as a primer is preferably 10 bases or more, more preferably 15 to 50 bases, still more preferably 15 to 30 bases, such as about 20 bases. In designing, it is preferable to confirm the GC content of the primer and the melting temperature (Tm) of the primer. Tm means the temperature at which 50% of any nucleic acid strand hybridizes with its complementary strand. needs to be optimized. On the other hand, if the temperature is too low, non-specific reactions will occur, so the temperature should be as high as possible. Known primer design software can be used to confirm the Tm. The designed primer can be chemically synthesized by a known oligonucleotide synthesis technique, but is usually synthesized using a commercially available chemical synthesizer.

本方法に使用するプライマーは、鎖間架橋二重鎖核酸タグと選択的プライマーとを含むものであるが、これらは任意の方法により結合させることができる。例えば、二重鎖核酸タグの一方の鎖と選択的プライマーを直接又はスペーサを介して結合した配列を調製した後、二重鎖核酸タグのもう一方の鎖をアニーリングさせ、二重鎖核酸部分の少なくとも1箇所において鎖間架橋を形成することによって、プライマーを調製することができる。あるいは、鎖間架橋を有する二重鎖核酸タグを調製した後、直接又はスペーサーを介して選択的プライマーに結合させてもよい。結合方法は、塩基配列の相補性に基づく水素結合であってもよいし、あるいは公知のリガーゼを使用して連結されてもよい。 The primers used in this method, which include interstrand-crosslinking double-stranded nucleic acid tags and selective primers, can be attached by any method. For example, after preparing a sequence in which one strand of a double-stranded nucleic acid tag and a selective primer are bound directly or via a spacer, the other strand of the double-stranded nucleic acid tag is annealed to form a double-stranded nucleic acid portion. A primer can be prepared by forming an interstrand crosslink in at least one location. Alternatively, a double-stranded nucleic acid tag with interstrand cross-links may be prepared and then attached to a selective primer either directly or via a spacer. The ligation method may be hydrogen bonding based on base sequence complementarity, or ligation may be performed using a known ligase.

一実施形態において、本方法では、長さが異なる二重鎖核酸タグと、異なる標的核酸に対して特異的に結合するプライマー核酸とを含む複数のプライマーを使用する。上述したように、識別可能な移動距離をもたらす二重鎖核酸タグの塩基長は1塩基である。例えば5塩基以上、好ましくは10塩基以上長さが異なる二重鎖核酸タグを、それぞれ異なるプライマーに結合する。本方法では、例えば1種類~約100種類の異なる標的核酸を同時に検出することが可能である。 In one embodiment, the method uses multiple primers comprising double-stranded nucleic acid tags of different lengths and primer nucleic acids that specifically bind to different target nucleic acids. As noted above, the base length of a double-stranded nucleic acid tag that provides a discernible migration distance is 1 base. For example, double-stranded nucleic acid tags differing in length by 5 bases or more, preferably 10 bases or more are bound to different primers. In this method, for example, from 1 to about 100 different target nucleic acids can be detected simultaneously.

続いて、標的核酸を鋳型としてプライマーを用いた1塩基伸長反応を行う。1塩基伸長反応は当技術分野で公知であり、典型的にはポリメラーゼを用いた1塩基伸長反応である。使用するポリメラーゼは、鋳型(標的核酸)の種類及び使用するプライマーの種類によって選択される。例えば、DNA又はRNAを鋳型としたDNAプライマーを用いた1塩基伸長反応には、それぞれDNA依存性又はRNA依存性DNAポリメラーゼが使用される。 Subsequently, a single-base extension reaction is performed using the target nucleic acid as a template and a primer. Single-base extension reactions are known in the art and typically are single-base extension reactions using a polymerase. The polymerase to be used is selected according to the type of template (target nucleic acid) and the type of primer to be used. For example, a DNA-dependent or RNA-dependent DNA polymerase is used for a single-base extension reaction using a DNA primer with DNA or RNA as a template, respectively.

1塩基伸長反応は当該技術分野において広く知られており、例えば非特許文献3等に、サイクル反応により効率的に1塩基を伸長させる方法などが説明されている。 Single-base elongation reactions are widely known in the art, and non-patent document 3, for example, describes a method for efficiently elongating one base by a cycle reaction.

標的核酸が存在する場合には、この標的核酸に特異的に結合する選択的プライマーがハイブリダイゼーションし、選択的プライマーの3'末端部分からポリメラーゼの合成反応によって塩基が基質として取り込まれる。この時、取り込まれる塩基(基質)として、例えばジデオキシヌクレオチド(ddNTP)を用いることにより、合成反応は1塩基伸長のみで終了する。一実施形態では、修飾分子、例えば標識されたddNTPを基質として使用して1塩基伸長反応を行う。標識は、取り込まれたか否かを簡便に検出するため、又は取り込まれた塩基の種類を判定するために有用であり、当技術分野で公知の標識を使用することができる。そのような標識としては、放射性同位体(32P、125I、35Sなど)、蛍光物質、発光物質(ルシフェリンなど)などが挙げられる。蛍光物質を好ましく使用することができ、例えば限定されるものではないが、フルオレセン(FITC)、スルホローダミン(TR)、テトラメチルローダミン(TRITC)、カルボキシ-X-ローダミン(ROX)、カルボキシテトラメチルローダミン(TAMRA)、NED、5-カルボキシフルオレセイン(5-FAM)、6-カルボキシフルオレセイン(6-FAM)、5'-ヘキサクロロフルオレセインCE-ホスホロアミダイト(HEX)、6-カルボキシ-4',5'-ジクロロ-2',7'-ジメトキシフルオレセイン(JOE)、5'-テトラクロロフルオレセインCE-ホスホロアミダイト(TET)、ローダミン110(R110)、ローダミン6G(R6G)、VIC(登録商標)、ATTO系、Alexa Fluor(登録商標)系、Cy系など、また泳動サイズにずれを生じない蛍光色素として、dR110(carboxy-dichloro rhodamine 110)、dR6G(dihydro rhodamine 6G)、dTAMRA(Tetramethyl rhodamine)、dROX(carboxy-X-rhodamine)などが挙げられる。例えば塩基の種類を判定しようとする場合には、4種類の塩基と参照用(参照ラダーDNAから塩基長を検出補正するため)の5種類を識別するために、異なる波長で励起かつ検出される5種類の蛍光物質を組み合わせて使用することができる。このような標識の種類や標識の導入方法等に関しては、特に限定されることはなく、従来公知の各種手段を用いることができる。好ましい実施形態において、修飾分子として、蛍光標識されたジデオキシヌクレオチド(ddNTP)を使用する。 When a target nucleic acid is present, a selective primer that specifically binds to this target nucleic acid is hybridized, and a base is incorporated as a substrate from the 3' end portion of the selective primer by a polymerase synthesis reaction. At this time, by using, for example, a dideoxynucleotide (ddNTP) as a base (substrate) to be incorporated, the synthesis reaction is completed with only one-base elongation. In one embodiment, a single-base extension reaction is performed using a modified molecule, eg, a labeled ddNTP, as a substrate. A label is useful for conveniently detecting whether it has been incorporated or for determining the type of incorporated base, and any label known in the art can be used. Such labels include radioactive isotopes ( 32 P, 125 I, 35 S, etc.), fluorescent substances, luminescent substances (luciferin, etc.), and the like. Fluorescent substances can preferably be used, including but not limited to fluorescein (FITC), sulforhodamine (TR), tetramethylrhodamine (TRITC), carboxy-X-rhodamine (ROX), carboxytetramethylrhodamine (TAMRA), NED, 5-carboxyfluorescein (5-FAM), 6-carboxyfluorescein (6-FAM), 5'-hexachlorofluorescein CE-phosphoramidite (HEX), 6-carboxy-4',5'- Dichloro-2',7'-dimethoxyfluorescein (JOE), 5'-tetrachlorofluorescein CE-phosphoramidite (TET), Rhodamine 110 (R110), Rhodamine 6G (R6G), VIC®, ATTO series, dR110 (carboxy-dichloro rhodamine 110), dR6G (dihydro rhodamine 6G), dTAMRA (Tetramethyl rhodamine), dROX (carboxy- X-rhodamine) and the like. For example, when trying to determine the type of base, it is excited and detected at different wavelengths to distinguish between 4 types of bases and 5 types for reference (to detect and correct base length from reference ladder DNA). Five types of fluorescent substances can be used in combination. There are no particular restrictions on the type of such label, the method of introducing the label, and the like, and conventionally known various means can be used. In a preferred embodiment, fluorescently labeled dideoxynucleotides (ddNTPs) are used as modifying molecules.

標的核酸の有無は、この1塩基伸長が生じるか否かで判定することができ、標的核酸における特定の塩基は、1塩基伸長した部分に取り込まれた塩基の種類に基づいて判定することが可能となる。例えば、一塩基多型(SNP)の検出を目的とする場合には、そのSNPの上流部分に特異的に結合する選択的プライマーを設計し、標的核酸に選択的プライマーをハイブリダイズさせ、異なる標識を有する塩基(修飾分子)を基質として使用して1塩基伸長反応を行う。取り込まれた塩基の種類を標識に基づいて判定することにより、標的核酸のSNPを検出することができる。 The presence or absence of the target nucleic acid can be determined by whether or not this single-base extension occurs, and the specific base in the target nucleic acid can be determined based on the type of base incorporated in the single-base extension portion. becomes. For example, when the purpose is to detect a single nucleotide polymorphism (SNP), a selective primer that specifically binds to the upstream portion of the SNP is designed, hybridized with the target nucleic acid, and labeled with a different label. A single-base extension reaction is performed using a base (modifying molecule) having as a substrate. The SNP of the target nucleic acid can be detected by determining the type of incorporated base based on the label.

1塩基伸長反応後、上述した本発明に係る目的核酸の精製方法を行う。具体的には、二重鎖核酸における鎖間架橋を解離し、二重鎖核酸、及び標的核酸とプライマーとの二重鎖核酸を熱変性処理により一本鎖核酸とし、得られた一本鎖核酸を熱変性温度下においてエクソヌクレアーゼで処理して、末端に修飾分子を有する核酸鎖以外の核酸を除去する。これらの工程は、上述したように行うことができる。 After the single-base extension reaction, the above-described method for purifying the target nucleic acid according to the present invention is performed. Specifically, the interstrand crosslinks in the double-stranded nucleic acid are dissociated, and the double-stranded nucleic acid and the double-stranded nucleic acid of the target nucleic acid and the primer are converted to single-stranded nucleic acids by heat denaturation treatment, and the resulting single-stranded nucleic acid Nucleic acids are treated with an exonuclease under a heat denaturation temperature to remove nucleic acids other than the nucleic acid strands having terminal modification molecules. These steps can be performed as described above.

続いて、得られた反応物をキャピラリー電気泳動(CE)に供して解析する。CEは、導入された成分を荷電、大きさ及び形状などに基づく移動度の差異で分離する手法である。本方法では、移動度に基づく標的核酸の種類と、1塩基伸長反応において取り込まれた修飾分子に基づく標的核酸の有無又は標的核酸における特定の塩基の種類とから、目的の標的核酸を検出し、及び/又は標的核酸の塩基を決定することができる。 The resulting reaction is then analyzed by capillary electrophoresis (CE). CE is a technique that separates introduced components by differences in mobility based on charge, size, shape, and the like. In this method, the target nucleic acid of interest is detected from the type of target nucleic acid based on mobility and the presence or absence of the target nucleic acid or the type of specific bases in the target nucleic acid based on the modified molecules incorporated in the single-base extension reaction, and/or bases of the target nucleic acid can be determined.

上述したように、本発明では、エクソヌクレアーゼを使用することにより、末端に修飾分子を有する目的核酸を精製し、そして高感度かつ高効率に遺伝子解析を行うことができる。本発明に係る方法は、例えばエクソヌクレアーゼを含むキットにより、簡便かつ迅速に実施することができる。 As described above, in the present invention, exonucleases are used to purify target nucleic acids having modified molecules at their ends, and to perform genetic analysis with high sensitivity and high efficiency. The method according to the present invention can be performed simply and rapidly, for example, by using a kit containing exonuclease.

したがって、さらなる態様において、本発明は、電気泳動における核酸の移動度に基づいて標的核酸を検出又は標的核酸の塩基を決定する方法において、末端に修飾分子を有する目的核酸を精製するためのキットを提供し、かかるキットは、エクソヌクレアーゼを含む。一実施形態において、エクソヌクレアーゼは、3’→5’の一本鎖核酸特異的なエクソヌクレアーゼである。また好ましい実施形態において、エクソヌクレアーゼは、耐熱性エクソヌクレアーゼ、例えば、TK1646、PhuExo I、及びPhoExo Iからなる群より選択される少なくとも1種を含む。 Therefore, in a further aspect, the present invention provides a kit for purifying a target nucleic acid having terminal modification molecules in a method for detecting a target nucleic acid or determining the base of a target nucleic acid based on the mobility of the nucleic acid in electrophoresis. provided, such kits include an exonuclease. In one embodiment, the exonuclease is a 3' to 5' single-stranded nucleic acid specific exonuclease. Also in preferred embodiments, the exonuclease comprises at least one selected from the group consisting of a thermostable exonuclease, eg, TK1646, PhuExoI, and PhoExoI.

本キットは、エクソヌクレアーゼに加えて、反応液を構成するバッファー、鎖間架橋を有する二重鎖核酸タグ、修飾分子(標識されたdNTP若しくはddNTP混合物)、酵素類(ポリメラーゼ、逆転写酵素など)、校正用の標準試料、使用手順や使用量などを記載した説明書などを含んでもよい。本キットは、即時使用可能な状態で提供されてもよいし、即時使用可能でない状態で提供されてもよい。そのような形態及び調製は、当業者であれば理解することができる。 In addition to exonuclease, this kit contains buffers that make up the reaction solution, double-stranded nucleic acid tags with interstrand cross-links, modified molecules (labeled dNTPs or ddNTP mixtures), enzymes (polymerase, reverse transcriptase, etc.) , a standard sample for calibration, an instruction manual describing the procedure for use, the amount of use, and the like. The kit may be provided ready-to-use or non-ready-to-use. Such forms and preparations can be understood by those skilled in the art.

[実施例]
以下では、具体的な実施例について説明する。
[Example]
Specific examples will be described below.

(1)鎖間架橋された二重鎖DNAタグが連結された選択的プライマーの調製
キャピラリー電気泳動法を用いたフラグメント解析手法に向けた、鎖間架橋された二重鎖DNAタグが連結された選択的プライマーにおいて、架橋分子としてCNV-Dを採用した。
(1) Preparation of selective primer with interstrand cross-linked double-stranded DNA tag linked Inter-strand cross-linked double-stranded DNA tag for fragment analysis technique using capillary electrophoresis CNV-D was employed as a bridging molecule in selective primers.

モデル試料としてのオリゴヌクレオチド配列(北海道システムサイエンス社製)を表1に示した。図6に示されるように、オリゴ1とオリゴ2間、オリゴ2とオリゴ3間で光架橋(図中、白い菱形で示す)が形成され、オリゴ1とオリゴ3間のnick(図中、点線で示す)はライゲーション処理により連結される。ここで、オリゴ1とオリゴ2は電気泳動度を調整する鎖間架橋された二重鎖DNAタグであり、オリゴ3は特定の遺伝子変異への選択的プライマーの役割を有する。特にオリゴ3は、KRAS G12類の遺伝子変異(G12D、G12V、G12A)を検出可能なように設計され、オリゴ3の3'末端側28塩基が、遺伝子に特異的に結合するように設計されている。 Table 1 shows oligonucleotide sequences (manufactured by Hokkaido System Science Co., Ltd.) as model samples. As shown in Fig. 6, photocrosslinks (indicated by white diamonds in the figure) were formed between Oligo 1 and Oligo 2, and between Oligo 2 and Oligo 3, and nicks (dotted lines in the figure) were formed between Oligo 1 and Oligo 3. ) are linked by ligation. Here, oligo 1 and oligo 2 are interstrand-crosslinked double-stranded DNA tags that modulate electrophoretic mobility, and oligo 3 serves as a selective primer to specific genetic mutations. In particular, Oligo 3 is designed to detect KRAS G12 gene mutations (G12D, G12V, G12A), and the 3' terminal 28 bases of Oligo 3 are designed to specifically bind to genes. there is

Figure 2023000571000002
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まず、各オリゴを終濃度25μMとなるように1:1:1の等比率でそれぞれバッファ溶液(1x PCR buffer for KOD-Plus Neo、2.5 mM MgSO4、東洋紡製)へ混合し、95℃ 2分→室温 20分、4℃ 20分の温度工程にて3種のオリゴをハイブリダイゼーションした。その後、T4 Ligase(New England Biolab製)を用いて室温で30分反応を行い、オリゴ1とオリゴ3間をライゲーションした。 First, each oligo was mixed with a buffer solution (1x PCR buffer for KOD-Plus Neo, 2.5 mM MgSO 4 , manufactured by Toyobo) at an equal ratio of 1:1:1 so that the final concentration was 25 μM, and incubated at 95°C for 2 minutes. →Three types of oligos were hybridized in a temperature step of 20 minutes at room temperature and 20 minutes at 4°C. Then, using T4 Ligase (manufactured by New England Biolab), reaction was carried out at room temperature for 30 minutes to ligate Oligo 1 and Oligo 3.

次に、予めオリゴ1とオリゴ2のDNA骨格中に導入したCNV-Dと1塩基ずれた位置にある相補鎖であるチミン塩基との間に、予め紫外光(波長:366nm、照射時間:1秒間)の照射により二重鎖DNA間の光架橋を形成した。得られた図6に示した鎖間架橋された二重鎖DNAが連結された選択的プライマーは、アガロースゲル電気泳動(5%PrimeGel Agarose LMT PCR-Sieve GAT、1x TAEバッファ、タカラバイオ製)にて分離し、分離バンドをゲル切り出し後、β-Agarase(Thermostable β-Agarase、ニッポンジーン社製)を用いてゲル溶解した後、エタノール沈殿を用いて精製を行った。 Next, ultraviolet light (wavelength: 366 nm, irradiation time: 1 seconds) to form photocrosslinks between the double-stranded DNAs. The obtained selective primers to which the interstrand-crosslinked double-stranded DNA shown in FIG. The separated band was excised from the gel, dissolved with β-Agarase (Thermostable β-Agarase, manufactured by Nippon Gene), and then purified by ethanol precipitation.

(2)選択的プライマーを使用した1塩基伸長反応
得られた鎖間架橋された二重鎖DNAタグが連結された選択的プライマー(投入量は0.1 pmol)を用いて、鋳型DNA(投入量は100 pmol/μL)と混合し、蛍光色素を有するddNTPを取り込み可能なDNAポリメラーゼ(Therminator DNA Polymerase、New England Biolab製)、蛍光色素を有するddNTP4種(終濃度1μM、R6G-ddATP、ROX-ddUTP、TAMRA-ddCTP、R110-ddGTP、Perkin Elmer製)により、96℃ 10秒→50℃ 5秒→60℃ 30秒を1サイクルとして、サイクル数40で1塩基伸長反応を行った。
(2) Single-base extension reaction using selective primer Using the obtained selective primer (input amount: 0.1 pmol) to which the interstrand-crosslinked double-stranded DNA tag is linked, template DNA (input amount: 100 pmol/μL), a DNA polymerase capable of incorporating ddNTPs with a fluorescent dye (Therminator DNA Polymerase, New England Biolab), four types of ddNTPs with a fluorescent dye (final concentration 1 μM, R6G-ddATP, ROX-ddUTP, TAMRA-ddCTP, R110-ddGTP, manufactured by Perkin Elmer), 1-base extension reaction was performed with 40 cycles of 96°C for 10 seconds → 50°C for 5 seconds → 60°C for 30 seconds.

(3)耐熱性3’→5’分解エクソヌクレアーゼによる処理
その後、紫外光(312nm、2分間)の照射により二重鎖DNA間の光架橋を解離した。次に、耐熱性3’→5’分解エクソヌクレアーゼであるTK1646、補因子としてMn2+を添加し、10μg BSA 1mM MnCl2 25 mM Tris-HCl(pH9.0)溶液下で、85℃の熱変性温度下で30分間エクソヌクレアーゼ反応を行った。得られた処理溶液を0.5μL、サイズスタンダードGeneScan-120LIZを0.5μL、Hi-Di formamideを9μL混合し、95℃ 5分で変性処理を行った。
(3) Treatment with heat-stable 3′→5′-degrading exonuclease After that, photocrosslinks between double-stranded DNAs were dissociated by irradiation with ultraviolet light (312 nm, 2 minutes). Next, TK1646, a thermostable 3′→5′-degrading exonuclease, and Mn 2+ as a cofactor were added, and heat-treated at 85° C. in a solution of 10 μg BSA 1 mM MnCl 2 25 mM Tris-HCl (pH 9.0). The exonuclease reaction was carried out for 30 minutes under denaturing temperature. 0.5 μL of the obtained treatment solution, 0.5 μL of size standard GeneScan-120LIZ and 9 μL of Hi-Diformamide were mixed and denatured at 95° C. for 5 minutes.

最終的に得られたサンプルを、キャピラリー電気泳動装置(SeqStudio Genetic Analyzer、Thermo Fisher Scientific社製)にて計測を行った。得られたフラグメント解析の結果より、エクソヌクレアーゼ処理を行った後で、ピーク強度が増加し、エレクトロキネティックインジェクション時の導入効率向上に寄与することが確認された。 The finally obtained sample was measured with a capillary electrophoresis device (SeqStudio Genetic Analyzer, manufactured by Thermo Fisher Scientific). From the results of fragment analysis obtained, it was confirmed that the peak intensity increased after exonuclease treatment, contributing to the improvement of transfection efficiency during electrokinetic injection.

本発明は、上述した実施形態及び実施例に限定されるものでなく、様々な変形例を含んでいる。例えば、上述した実施形態及び実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備える必要はない。また、ある実施形態又は実施例の一部を他の実施形態又は実施例の構成に置き換えることができる。また、ある実施形態又は実施例の構成に他の実施形態又は実施例の構成を加えることもできる。また、各実施形態又は各実施例の構成の一部について、他の実施形態又は実施例の構成の一部を追加、削除又は置換することもできる。 The present invention is not limited to the embodiments and examples described above, but includes various modifications. For example, the above-described embodiments and examples have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and do not necessarily include all the configurations described. Also, part of one embodiment or example can be replaced with the configuration of another embodiment or example. Moreover, the configuration of another embodiment or example can be added to the configuration of one embodiment or example. In addition, a part of the configuration of each embodiment or each example can be added, deleted or replaced with a part of the configuration of another embodiment or example.

100…選択的プライマー
101、201、401…鋳型分子
102、202、402…修飾分子
200…プライマー
203…鎖間架橋
204、404…鎖間架橋を有する二本鎖核酸タグ
205、405…選択的プライマー
400…末端に修飾分子を有するプライマー
406…未反応の残存プライマー
507…耐熱性の一本鎖DNA特異的3'→5'分解エクソヌクレアーゼ
100…selective primer
101, 201, 401...Template molecules
102, 202, 402... Modifier molecules
200 Primer
203 ... interstrand cross-linking
204, 404... Double-stranded nucleic acid tags with interstrand crosslinks
205, 405…Selective primer
400...Primer with modification molecule at the end
406…Unreacted residual primer
507 Thermostable single-stranded DNA-specific 3'→5'-degrading exonuclease

配列番号1~3:人工(合成オリゴヌクレオチド) SEQ ID NOs: 1-3: artificial (synthetic oligonucleotides)

Claims (15)

電気泳動における核酸の移動度に基づいて標的核酸を検出又は標的核酸の塩基を決定する方法において、末端に修飾分子を有する目的核酸を精製する方法であって、
一方の核酸鎖の末端に修飾分子を有する二重鎖核酸を熱変性処理により一本鎖核酸とし、
得られた一本鎖核酸を熱変性温度下においてエクソヌクレアーゼで処理して、末端に修飾分子を有する核酸鎖以外の核酸を除去する
ことを含む方法。
A method for detecting a target nucleic acid or determining the base of a target nucleic acid based on the mobility of the nucleic acid in electrophoresis, wherein a target nucleic acid having a terminal modification molecule is purified, comprising:
A double-stranded nucleic acid having a modified molecule at the end of one of the nucleic acid strands is subjected to a heat denaturation treatment to form a single-stranded nucleic acid,
A method comprising treating the resulting single-stranded nucleic acid with an exonuclease at a heat denaturation temperature to remove nucleic acids other than the nucleic acid strands having terminal modification molecules.
前記二重鎖核酸が、鎖間架橋された二重鎖核酸タグを含む、請求項1に記載の方法。 2. The method of claim 1, wherein the double-stranded nucleic acid comprises an interstrand-crosslinked double-stranded nucleic acid tag. 前記二重鎖核酸タグにおける鎖間架橋を解離することをさらに含む、請求項2に記載の方法。 3. The method of claim 2, further comprising dissociating interstrand bridges in said double stranded nucleic acid tag. 試料中の標的核酸の存在を検出する及び/又は標的核酸の塩基を決定する方法であって、
標的核酸を含む又は含むことが疑われる試料を準備し、
鎖間架橋を有する二重鎖核酸タグと、前記標的核酸に対して特異的に結合するプライマー核酸とを含むプライマーを準備し、
前記標的核酸を鋳型として前記プライマーを用いた1塩基伸長反応を行い、
前記二重鎖核酸タグにおける鎖間架橋を解離し、
前記二重鎖核酸タグ、及び前記標的核酸と前記プライマーとの二重鎖核酸を熱変性処理により一本鎖核酸とし、
得られた一本鎖核酸を熱変性温度下においてエクソヌクレアーゼで処理して、末端に修飾分子を有する核酸鎖以外の核酸を除去し、
得られた反応物をキャピラリー電気泳動に供して解析する
ことを含む方法。
A method of detecting the presence of a target nucleic acid and/or determining the base of a target nucleic acid in a sample, comprising:
preparing a sample containing or suspected of containing the target nucleic acid;
preparing a primer comprising a double-stranded nucleic acid tag having an interstrand bridge and a primer nucleic acid that specifically binds to the target nucleic acid;
Performing a single-base extension reaction using the target nucleic acid as a template and the primer,
dissociating interstrand crosslinks in the double-stranded nucleic acid tag;
The double-stranded nucleic acid tag and the double-stranded nucleic acid of the target nucleic acid and the primer are converted to single-stranded nucleic acids by thermal denaturation,
The resulting single-stranded nucleic acid is treated with an exonuclease at a heat denaturation temperature to remove nucleic acids other than the nucleic acid strand having the modified molecule at the end,
A method comprising subjecting the resulting reaction product to capillary electrophoresis for analysis.
前記1塩基伸長反応が、前記修飾分子を基質として使用して行われる、請求項4に記載の方法。 5. The method of claim 4, wherein the single-base extension reaction is performed using the modifying molecule as a substrate. 前記修飾分子が、蛍光標識されたジデオキシヌクレオチド(ddNTP)を含む、請求項1又は5に記載の方法。 6. The method of claim 1 or 5, wherein the modifying molecule comprises a fluorescently labeled dideoxynucleotide (ddNTP). 前記末端が3'末端である、請求項1又は4に記載の方法。 5. The method of claim 1 or 4, wherein said end is the 3' end. 前記エクソヌクレアーゼが、3’→5’の一本鎖核酸特異的なエクソヌクレアーゼである、請求項1又は4に記載の方法。 5. The method of claim 1 or 4, wherein the exonuclease is a 3' to 5' single-stranded nucleic acid-specific exonuclease. 前記エクソヌクレアーゼが耐熱性エクソヌクレアーゼである、請求項1又は4に記載の方法。 5. The method of claim 1 or 4, wherein said exonuclease is a thermostable exonuclease. 前記耐熱性エクソヌクレアーゼが、TK1646、PhuExo I、及びPhoExo Iからなる群より選択される少なくとも1種を含む、請求項9に記載の方法。 10. The method of claim 9, wherein the thermostable exonuclease comprises at least one selected from the group consisting of TK1646, PhuExoI, and PhoExoI. 電気泳動における核酸の移動度に基づいて標的核酸を検出又は標的核酸の塩基を決定する方法において、末端に修飾分子を有する目的核酸を精製するためのキットであって、エクソヌクレアーゼを含むことを特徴とするキット。 A method for detecting a target nucleic acid or determining the base of a target nucleic acid based on the mobility of the nucleic acid in electrophoresis, wherein the kit is for purifying a target nucleic acid having a modified molecule at the end thereof, the kit comprising an exonuclease. Kit to be. 前記エクソヌクレアーゼが、3’→5’の一本鎖核酸特異的なエクソヌクレアーゼである、請求項11に記載のキット。 12. The kit of claim 11, wherein the exonuclease is a 3' to 5' single-stranded nucleic acid-specific exonuclease. 前記エクソヌクレアーゼが耐熱性エクソヌクレアーゼである、請求項11に記載のキット。 12. The kit of claim 11, wherein said exonuclease is a thermostable exonuclease. 前記耐熱性エクソヌクレアーゼが、TK1646、PhuExo I、及びPhoExo Iからなる群より選択される少なくとも1種を含む、請求項13に記載のキット。 14. The kit according to claim 13, wherein the thermostable exonuclease comprises at least one selected from the group consisting of TK1646, PhuExoI, and PhoExoI. 鎖間架橋を有する二重鎖核酸タグ、ポリメラーゼ、及び修飾分子からなる群より選択される少なくとも1つの成分をさらに含む、請求項11に記載のキット。 12. The kit of claim 11, further comprising at least one component selected from the group consisting of double-stranded nucleic acid tags with interstrand crosslinks, polymerases, and modifying molecules.
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