JP2024035173A - High sensitivity PCR method - Google Patents

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JP2024035173A JP2023139190A JP2023139190A JP2024035173A JP 2024035173 A JP2024035173 A JP 2024035173A JP 2023139190 A JP2023139190 A JP 2023139190A JP 2023139190 A JP2023139190 A JP 2023139190A JP 2024035173 A JP2024035173 A JP 2024035173A
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政幸 藤井
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Abstract

【課題】従来遺伝子の一塩基変異を識別するには、TaqManプローブを用いて行われていたが、遺伝子-プローブ間の結合親和性(融解温度)の差を利用して識別するので、不要なものも増幅される。したがって、一塩基変異を識別する精度、検出感度がともに低いという課題があった。【解決手段】プルーフリーディング活性を有するDNAポリメラーゼと、3’-末端から2番目にポリメラーゼ活性を阻害する人工型核酸が配置され、前記3’-末端に天然型のDNAが配置された化学修飾プライマーを用いる高感度PCR法では、3’-末端が標的となる塩基と一致しない場合、3’-末端を除去し、人工型核酸を露出させ、ポリメラーゼ活性を停止させるので、きわめて精度の高い検出が可能になる。【選択図】図1[Problem] Conventionally, single nucleotide mutations in genes have been identified using TaqMan probes, but since the identification uses the difference in binding affinity (melting temperature) between the gene and the probe, unnecessary Things are also amplified. Therefore, there was a problem that both the accuracy and detection sensitivity for identifying single nucleotide mutations were low. [Solution] A chemically modified primer in which a DNA polymerase having proofreading activity, an artificial nucleic acid that inhibits polymerase activity is placed at the second position from the 3'-end, and a natural type of DNA is placed at the 3'-end. In the high-sensitivity PCR method that uses It becomes possible. [Selection diagram] Figure 1

Description

新規性喪失の例外適用申請有り There is an application for exception to loss of novelty.

本発明は一塩基の変異型を高精度で検出することができる高感度PCR法に関するものである。 The present invention relates to a highly sensitive PCR method that can detect single nucleotide variants with high accuracy.

遺伝子の一塩基変異を識別する場合はTaqManプローブを用いる方法が良く使われている。 When identifying single nucleotide mutations in genes, a method using TaqMan probes is often used.

特許文献1には、TaqManプローブに加えてポリメラーゼの5’-エクソヌクレアーゼ活性により分解されないWT(ワイルドタイプ)ブロッカー核酸断片を、変異点を含む領域に結合させたのち、プライマーを結合させPCRを行う。DNAに変異点があれば、WTブロッカー核酸断片は変異型DNAへの結合が弱く、PCRは行われるが、変異点のない野生型DNAには強く結合して野生型のPCRを妨害する。一方、TaqManプローブは反対に野生型DNAへの結合は弱く、変異型DNAにより強く結合してポリメラーゼの5’-エクソヌクレアーゼ活性により分解されてPCRの進行に伴って蛍光が増強すると開示されている。 Patent Document 1 discloses that in addition to a TaqMan probe, a WT (wild type) blocker nucleic acid fragment that is not degraded by the 5'-exonuclease activity of polymerase is bound to a region containing a mutation point, and then primers are bound and PCR is performed. . If the DNA has a mutation point, the WT blocker nucleic acid fragment binds weakly to the mutant DNA and performs PCR, but strongly binds to the wild-type DNA without the mutation point and interferes with wild-type PCR. On the other hand, it has been disclosed that TaqMan probes, on the contrary, weakly bind to wild-type DNA, but bind more strongly to mutant DNA, are degraded by the 5'-exonuclease activity of polymerase, and fluorescence increases as PCR progresses. .

国際公開第2016/093333号International Publication No. 2016/093333

TaqManプローブを用いた方法は、遺伝子-プローブ間の結合親和性(融解温度)の差を利用して遺伝子の一塩基変異を識別するので、TaqManプローブもWTブロッカーも変異型DNAか野生型DNAの一方に100%結合し、他方に全く結合しない温度設定は原理的に不可能である。TaqManプローブが目的外の野生型DNAにも、WTブロッカーが目的外の変異型DNAにもある程度結合する分だけ検出感度を低下させることになる。そのため、同一細胞内に発現する野生型遺伝子とその一塩基変異遺伝子に由来するmRNAをリアルタイムPCRによって定量解析することはできず、一塩基変異遺伝子を標的とした薬物の効果を遺伝子レベルで定量解析する手段がなかった。 The method using TaqMan probes uses the difference in binding affinity (melting temperature) between genes and probes to identify single nucleotide mutations in genes. In principle, it is impossible to set a temperature that allows 100% binding to one side and no binding to the other. The TaqMan probe binds to a certain extent to unintended wild-type DNA, and the WT blocker binds to unintended mutant DNA to some extent, reducing detection sensitivity. Therefore, it is not possible to quantitatively analyze the mRNA derived from the wild-type gene and its single nucleotide mutant gene expressed in the same cell by real-time PCR, and quantitative analysis of the effect of drugs targeting single nucleotide mutant genes at the gene level is not possible. There was no way to do it.

したがって、まず、検出感度が50-100コピー以上の検体が検出限界となる。つまり、それ以下の検体数で増幅するほどの高感度性は有していない。また、変異識別精度(野生型中に混在する変異型比率)は1-5%程度が限界であった。また、個々の評価系毎に精密なプライマー、プローブ設計、反応温度設定が必要となり、検査毎に変異識別精度、検出精度にバラツキが生じやすくなる。また、TaqManプローブは高価である。 Therefore, first, a specimen with a detection sensitivity of 50-100 copies or more becomes the detection limit. In other words, it does not have high sensitivity enough to amplify samples with a smaller number of samples. Furthermore, the mutation identification accuracy (ratio of mutant types mixed in the wild type) was limited to about 1-5%. Furthermore, precise primer, probe design, and reaction temperature settings are required for each evaluation system, which tends to cause variation in mutation identification accuracy and detection accuracy for each test. Additionally, TaqMan probes are expensive.

本発明に係る高感度PCR法は上記の課題に鑑みて想到されたものであり、ポリメラーゼ活性を阻害するヌクレオチドも3’-末端になければ増幅が可能であるが、3’-末端に露出すると、ポリメラーゼ活性が阻害されるという性質を利用することで、一塩基変異を検出する。 The high-sensitivity PCR method of the present invention was conceived in view of the above-mentioned problems, and amplification is possible if the nucleotide that inhibits polymerase activity is not at the 3'-end, but if it is exposed at the 3'-end, , single nucleotide mutations are detected by utilizing the property that polymerase activity is inhibited.

より具体的に本発明に係る高感度PCR法は、
プルーフリーディング活性を有するDNAポリメラーゼと、
3’-末端から2番目にポリメラーゼ活性を阻害する人工型核酸が配置され、前記3’-末端に天然型のDNAが配置された化学修飾プライマーを用いることを特徴とする。
More specifically, the high-sensitivity PCR method according to the present invention includes:
a DNA polymerase having proofreading activity;
It is characterized by using a chemically modified primer in which an artificial nucleic acid that inhibits polymerase activity is placed at the second position from the 3'-end, and a natural type of DNA is placed at the 3'-end.

本発明は新規化学修飾プライマーと、プルーフリーディング活性を有するDNAポリメラーゼを組み合わせたサイバーグリーン法を利用するPCR技術である。融解温度の違いに基づく検出は行わないので、従来とは異なる原理による一塩基変異の識別方法と言える。 The present invention is a PCR technology that utilizes the cybergreen method, which combines a novel chemically modified primer and a DNA polymerase with proofreading activity. Since detection is not based on differences in melting temperature, this method can be said to be a method for identifying single nucleotide mutations based on a different principle from conventional methods.

したがって、非常に少ないコピー数(10コピー数からでも可能)の検出対象遺伝子であっても増幅ができ、また、0.01%の混入量でも明確に検出が可能である。 Therefore, even a gene to be detected with a very small number of copies (even 10 copies is possible) can be amplified, and even a contaminating amount of 0.01% can be clearly detected.

また、フォワードとリバースの両プライマーで変異点を指定することができるので、2箇所が同時に一致する検体のみ増幅させることができ、非常に高感度な検出が可能である。 Furthermore, since the mutation point can be specified using both the forward and reverse primers, only specimens that match at the two sites can be amplified at the same time, allowing extremely sensitive detection.

本発明に用いるプライマーの構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the configuration of primers used in the present invention. 本発明に係るPCR法の動作原理を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating the operating principle of the PCR method according to the present invention. (a)プライマーPOM2-1をKRASwt(35G)に対して使用した結果であり、(b)KRASG12D(35A)に対して使用した結果の増幅曲線を示すグラフである。(a) Results of using primer POM2-1 for KRASwt (35G), and (b) graphs showing amplification curves of results of using primer POM2-1 for KRASG12D (35A). テンプレートTa-t5(0.2μM)(配列番号5)と、プライマーPOM2c(0.2μM)(配列番号8)を1:1で混合して、Takara Ex Taq DNAポリメラー(1U)を加えて、72℃で1分間反応させ、その溶液を液体クロマトグラフィーで調べた結果を表すグラフである。Template Ta-t5 (0.2 μM) (SEQ ID NO: 5) and primer POM2c (0.2 μM) (SEQ ID NO: 8) were mixed at a ratio of 1:1, Takara Ex Taq DNA polymer (1 U) was added, and 72 This is a graph showing the results of a reaction at ℃ for 1 minute and a liquid chromatography examination of the resulting solution. (a)プライマーPOM2aをKRASG12D(35A)に対して用いた増幅曲線であり、(b)KRASwt(35G)に対して用いた増幅曲線である。(a) An amplification curve using primer POM2a for KRASG12D (35A), and (b) an amplification curve using KRASwt (35G). (c)プライマーPOM2aをKRASG12A(35C)に対して用いた増幅曲線であり、(d)KRASG12V(35T)に対して用いた増幅曲線である。(c) An amplification curve using the primer POM2a for KRASG12A (35C), and (d) an amplification curve using the primer POM2a for KRASG12V (35T). プライマーPOM2aを、濃度を変えたTa(35A)に対してPCRを行った際の増幅曲線である。This is an amplification curve when PCR was performed using primer POM2a and Ta (35A) at different concentrations. 8.3×10-9μMのTg(35G)に含まれた8.3×10-13μMのTa(35A)を検出することを示す増幅曲線である。This is an amplification curve showing detection of 8.3×10 −13 μM Ta (35A) contained in 8.3×10 −9 μM Tg (35G). SARS-CoV-2変異型のうち、δ株(o-BA.5)、BA1株、BA2株を識別する原理を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the principle of identifying δ strain (o-BA.5), BA1 strain, and BA2 strain among SARS-CoV-2 mutant types. プライマー対の利用方法を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating how to use primer pairs. プライマーPOB2gを用いて、濃度を8.3×10-9μM~8.3×10-13μMまで変化させたTg(35G)に対してPCRを行った際の増幅曲線である。This is an amplification curve obtained when PCR was performed on Tg (35G) at varying concentrations from 8.3×10 −9 μM to 8.3×10 −13 μM using primer POB2g.

以下に本発明に係る高感度PCR法について図面および実施例を示し説明を行う。なお、以下の説明は、本発明の一実施形態および一実施例を例示するものであり、本発明が以下の説明に限定されるものではない。以下の説明は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で改変することができる。また、異なる実施形態及び実施例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態及び実施例についても本発明の技術的範囲に含まれる。また、本明細書中に記載された文献の全てが、本明細書中において参考文献として援用される。 The high-sensitivity PCR method according to the present invention will be explained below with reference to drawings and examples. In addition, the following description illustrates one embodiment and one example of the present invention, and the present invention is not limited to the following description. The following description can be modified without departing from the spirit of the present invention. Furthermore, embodiments and examples obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments and examples are also included in the technical scope of the present invention. Additionally, all documents mentioned herein are incorporated by reference herein.

本発明はプライマー中に意図的にポリメラーゼ活性を阻害するヌクレオチドを挿入し、プライマーの3’-末端が遺伝子と異なっている場合に3’-末端の塩基を除去する3’-エクソヌクレアーゼ活性を利用し、ポリメラーゼ活性を阻害するヌクレオチドを3’-末端に露出させ、それ以上プライマーからの伸長が生じないようにすることで、一塩基変異を検出する。 The present invention intentionally inserts a nucleotide that inhibits polymerase activity into the primer, and utilizes 3'-exonuclease activity that removes the base at the 3'-end when the 3'-end of the primer differs from the gene. Single nucleotide mutations are detected by exposing a nucleotide that inhibits polymerase activity at the 3'-end and preventing further extension from the primer.

本発明に係る高感度PCR法では、プルーフリーディング活性を有するDNAポリメラーゼと、3’-末端から2番目にポリメラーゼ活性を阻害する人工型核酸が配置され、前記3’-末端に天然型のDNAが配置された化学修飾プライマーを利用する。 In the high-sensitivity PCR method according to the present invention, a DNA polymerase having proofreading activity and an artificial nucleic acid that inhibits polymerase activity are placed at the second position from the 3'-end, and natural DNA is placed at the 3'-end. Utilizes chemically modified primers that have been placed.

プルーフリーディング活性を有するDNAポリメラーゼとは、鋳型鎖との間で間違った塩基があると、その塩基を取り除く機能を有するDNAポリメラーゼのことをいう。3’-エクソヌクレアーゼ活性を有していればよい。このようなDNAポリメラーゼは、HiFiポリメラーゼとも呼ばれており、市販経路で入手することが可能である。例えば、TaKaRa EX Taqポリメラーゼ(タカラバイオ株式会社)、PfuUltra II Fusion DNAポリメラーゼ(アジレントテクノロジーズ社)、Phusion Plus DANポリメラーゼ(Thermo Fisher Scientific社)等が好適に利用できる。 A DNA polymerase having proofreading activity refers to a DNA polymerase that has the function of removing an incorrect base from the template strand if it occurs. It suffices if it has 3'-exonuclease activity. Such DNA polymerase is also called HiFi polymerase and can be obtained commercially. For example, TaKaRa EX Taq polymerase (Takara Bio Inc.), PfuUltra II Fusion DNA polymerase (Agilent Technologies), Phusion Plus DAN polymerase (Thermo Fisher Scientific), etc. can be suitably used.

図1には本発明で利用するプライマーを図示する。プライマーは、5’-末端からヌクレオチド20がリン酸ジエステル結合によって、連結された構造をしている。ヌクレオチド20は、核酸塩基18が連結した糖14にリン酸ジエステル部16が結合したものである。核酸塩基18と糖14が連結したものはヌクレオシドと呼ばれる。したがって、ヌクレオシド同士がリン酸ジエステル部16で結合していると言ってよい。 FIG. 1 illustrates the primers used in the present invention. The primer has a structure in which 20 nucleotides are linked from the 5'-end through a phosphodiester bond. The nucleotide 20 has a phosphodiester moiety 16 bonded to a sugar 14 to which a nucleobase 18 is linked. A linkage of nucleobase 18 and sugar 14 is called a nucleoside. Therefore, it can be said that the nucleosides are bonded to each other through the phosphodiester moieties 16.

本発明で利用するプライマー10では、3’-末端から2番目のヌクレオチド20bの糖14の2’位の化学修飾が、プルーフリーディング活性を有するポリメラーゼのポリメラーゼ活性を阻害する修飾であればよい。なお、3’-末端のヌクレオチド20aは天然型のヌクレオチドである。なお、天然型とはデオキシリボース若しくはリボースをいい、天然に存在し、ポリメラーゼ活性を阻害しないものをいう。 In the primer 10 used in the present invention, the chemical modification at the 2' position of the sugar 14 of the second nucleotide 20b from the 3' end may be a modification that inhibits the polymerase activity of a polymerase having proofreading activity. Note that the 3'-terminal nucleotide 20a is a natural nucleotide. Note that the natural type refers to deoxyribose or ribose, which exists naturally and does not inhibit polymerase activity.

3’-末端から2番目のヌクレオチド20bの具体例としては、一般式2’-ORRNA(糖14の2’位がRとエーテル結合したRNAの意味)で表される2’-O修飾RNA誘導体が挙げられる。一般式を(1)式に示す。なお、ここでは塩基部分はアデニンを記載しているが、例示であり、他の塩基であってもよい(以下の構造式の例示においても同じ)。 A specific example of the second nucleotide 20b from the 3'-end is 2'-O expressed by the general formula 2'-OR 1 RNA (meaning RNA in which the 2' position of sugar 14 is ether bonded to R 1 ). Examples include modified RNA derivatives. The general formula is shown in formula (1). Note that although adenine is described as the base portion here, this is just an example, and other bases may be used (the same applies to the examples of the structural formulas below).

ここでRはメチル基、エチル基、アリル基、プロパルギル基、メトキシエチル基と言った官能基が好適に利用できる。(2)式はRがメチル基(2’-O-メチルアデノシン)、(3)式はRがメトキシエチル基(2’-O-(メトキシエチル)アデノシン)の場合を示す。(3)式ではリボースの2’-Oにメトキシエチル基が(エーテル)結合している。 Here, R 1 is preferably a functional group such as a methyl group, ethyl group, allyl group, propargyl group, or methoxyethyl group. Formula (2) shows the case where R 1 is a methyl group (2'-O-methyladenosine), and formula (3) shows the case where R 1 is a methoxyethyl group (2'-O-(methoxyethyl)adenosine). In formula (3), a methoxyethyl group (ether) is bonded to 2'-O of ribose.

また、3’-末端から2番目のヌクレオチド20bのヌクレオシド自体が、2’,4’-Locked RNAやBNANC(Me)であってもよい。(4)式にはBNANC(Me)(2’-O,4’-C-(N-メチルアミノメチレン)アデノシン)を示す。(4)式では、リボースの2’-Oと4’-CがN-メチルアミノメチレン基で架橋されている。これらのヌクレオチドが3’-末端にあれば、ポリメラーゼ活性が阻害されるからである。 Furthermore, the nucleoside of the second nucleotide 20b from the 3'-end may be 2',4'-Locked RNA or BNA NC (Me). Formula (4) shows BNA NC (Me) (2'-O,4'-C-(N-methylaminomethylene)adenosine). In formula (4), the 2'-O and 4'-C of ribose are crosslinked with an N-methylaminomethylene group. This is because if these nucleotides are at the 3'-end, polymerase activity is inhibited.

プライマー10の3’-末端から3番目のヌクレオチドから5’-末端までのヌクレオチド20は、DNA、RNA、2’-OMeRNA、LNA、PNA、モルフォリノ核酸等のDNAポリメラーゼの反応を阻害しない範囲であらゆる修飾核酸含んでも構わない。また、蛍光色素や機能性分子などとの核酸コンジュゲートを含んでよい。 Nucleotide 20 from the third nucleotide from the 3'-end to the 5'-end of primer 10 may be any type of nucleotide that does not inhibit the reaction of DNA polymerase, such as DNA, RNA, 2'-OMeRNA, LNA, PNA, and morpholino nucleic acid. It may contain modified nucleic acids. It may also include nucleic acid conjugates with fluorescent dyes, functional molecules, and the like.

また、3’-末端のヌクレオチド20aのリン酸ジエステル部16aは、ホスホロチオエート結合であってもよい。例えば、リン酸と二重結合している酸素が硫黄に置き換わっていてもよい。このようにリン酸ジエステル部16aを修飾しても3’-末端にあると、エキソヌクレアーゼ活性によって3’-末端の塩基が削除されると、ポリメラーゼ活性を阻害することができるからである。 Further, the phosphodiester portion 16a of the 3'-terminal nucleotide 20a may be a phosphorothioate bond. For example, oxygen double bonded to phosphoric acid may be replaced with sulfur. This is because even if the phosphodiester portion 16a is modified in this way, if it is located at the 3'-end, polymerase activity can be inhibited if the base at the 3'-end is deleted by exonuclease activity.

糖14に化学修飾を受けているヌクレオチド若しくはリン酸ジエステル部16aの少なくとも何れかを有するものを人工型ヌクレオチドと呼ぶ。本発明において、人工型ヌクレオチドはポリメラーゼ活性を阻害する。また、人工型核酸と呼んでもよい。また、人工型ヌクレオチドには、それ以外の形状であって、3’-末端に存在するとポリメラーゼ活性を阻害するものを含めてよい。また、人工型ヌクレオチドを含むプライマーを化学修飾プライマーとも呼ぶ。 A nucleotide having at least either a chemically modified nucleotide or a phosphodiester portion 16a in the sugar 14 is called an artificial nucleotide. In the present invention, the artificial nucleotide inhibits polymerase activity. It may also be called an artificial nucleic acid. Artificial nucleotides may also include other shapes that inhibit polymerase activity when present at the 3'-end. Primers containing artificial nucleotides are also called chemically modified primers.

また、本発明に係る高感度PCR法では、二重螺旋を組んでいるDNAと特異的に結合する色素を用いるのが良い。特にPCRを行う際は、必要である。核酸の染色に用いられる非対称のシアニン系色素であるサイバーグリーンは好適に利用できる。なお、二重螺旋を組むDNAに特異的に結合する色素であれば、サイバーグリーンに限定されるものではなく、サイバーグリーンの誘導体であってもよい。 Furthermore, in the high-sensitivity PCR method according to the present invention, it is preferable to use a dye that specifically binds to DNA in a double helix. This is especially necessary when performing PCR. Cybergreen, which is an asymmetrical cyanine dye used for staining nucleic acids, can be suitably used. Note that the dye is not limited to Cybergreen as long as it specifically binds to DNA forming a double helix, and may be a derivative of Cybergreen.

<動作原理>
本発明に係るPCR法の動作原理を図2に示す。図2(a)には、対象となるDNAとプライマー10を示す。対象DNAの一方を主鎖30とし、その対象鎖を補鎖32とする。いま主鎖30の所定の部分の塩基配列が「gat」であったとする。なお、塩基配列のa、t、g、cは、それぞれアデニン、チミン、グアニン、シトシンを表す。補鎖32の対応箇所は5’-末端から「atc」の配列となる。
<Operating principle>
The operating principle of the PCR method according to the present invention is shown in FIG. FIG. 2(a) shows the target DNA and the primer 10. One of the target DNAs is designated as a main strand 30, and its target strand is designated as a complementary strand 32. Assume now that the base sequence of a predetermined portion of the main chain 30 is "gat". Note that a, t, g, and c in the base sequence represent adenine, thymine, guanine, and cytosine, respectively. The corresponding portion of complementary strand 32 has an "atc" sequence from the 5'-end.

この主鎖30中の逆三角印をつけたアデニン(a)を検出対象塩基とする。この場合、プライマー10の3’-末端はアデニン(a)が結合した天然型ヌクレオチドとなり、3’-末端から2番目は、グアニン(g)が結合した人工型ヌクレオチドとなる。 The adenine (a) marked with an inverted triangle in the main chain 30 is the base to be detected. In this case, the 3'-end of the primer 10 is a natural nucleotide to which adenine (a) is bound, and the second from the 3'-end is an artificial nucleotide to which guanine (g) is bound.

このプライマー10でPCRを行うと、図2(b)に示す様に、アニーリングによって、主鎖30と補鎖32が分離したのち、プライマー10が補鎖32に結合し、プライマー10の3’-末端から続けてプライマー10を伸長させる。つまり、通常のPCRが行われ、増幅が行われる。 When PCR is performed using this primer 10, as shown in FIG. Primer 10 is extended continuously from the end. That is, normal PCR is performed and amplification is performed.

一方、図2(c)には、主鎖30のアデニン(a)がグアニン(g)に変位してしまったDNAが示されている。これに図2(a)で用いたのと同じプライマー10を使って、PCRを行う。この際にはプルーフリーディング活性を有するポリメラーゼが用いられる。 On the other hand, FIG. 2(c) shows DNA in which adenine (a) in the main chain 30 has been displaced to guanine (g). PCR is then performed using the same primer 10 used in FIG. 2(a). In this case, a polymerase having proofreading activity is used.

アニーリング工程で主鎖30と分離した補鎖32の対象箇所がアデニン(a)と結合するチミン(t)ではなく、シトシン(c)になっている(図2(d))ので、プルーフリーディング活性を有するポリメラーゼは、エキソヌクレアーゼ活性によりプライマー10のアデニン(a)を除く(図2(e))。そして、ポリメラーゼは、続いて伸長を行おうとする。 The target site of the complementary strand 32 separated from the main chain 30 in the annealing process is not thymine (t), which binds to adenine (a), but cytosine (c) (Figure 2(d)), so proofreading activity is improved. The polymerase having this removes adenine (a) of primer 10 by exonuclease activity (FIG. 2(e)). The polymerase then attempts to extend.

しかし、プライマー10の3’-末端は人工型ヌクレオチドとなっており、ポリメラーゼはポリメラーゼ活性を発揮できず、核酸の伸長は行われてない(図2(f))。結果、主鎖30中の一塩基の違いによって、PCRによる増幅は実施されない。なお、適度な位置に設定されたリバースプライマーは、補鎖32との間でポリメラーゼ反応を行うが、1対の2本鎖DNAから1対の2本鎖DNAしか生成できないので、何度サイクルを繰り返しても、全体としてのコピー数は増えない。以上のように、本発明に係る高感度PCR法は一塩基の違いを確実に検出することができる。 However, the 3'-end of primer 10 is an artificial nucleotide, and the polymerase is unable to exhibit polymerase activity, and the nucleic acid is not elongated (FIG. 2(f)). As a result, due to a single base difference in the main chain 30, amplification by PCR is not performed. In addition, the reverse primer set at an appropriate position performs a polymerase reaction with the complementary strand 32, but since only one pair of double-stranded DNA can be generated from one pair of double-stranded DNA, the number of cycles is required. Even if repeated, the overall number of copies does not increase. As described above, the high-sensitivity PCR method according to the present invention can reliably detect a single base difference.

<利用の形態>
本発明に係る高感度PCR法では、後述する実施例に示す様に、特定タンパク質の変異点を高感度で検出することができるため、一塩基変異検出のためのマスターミックスを構成することができる。具体的には、本発明に係るプライマーとプルーフリーディング活性を有するポリメラーゼ、DNAと特異的に結合する色素、dNTP、MgCl2、バッファー等を最適料に含むものである。
<Form of use>
The high-sensitivity PCR method according to the present invention can detect mutation points in specific proteins with high sensitivity, as shown in the examples described later, and therefore can constitute a master mix for detecting single nucleotide mutations. . Specifically, the optimal materials include the primer according to the present invention, a polymerase having proofreading activity, a dye that specifically binds to DNA, dNTP, MgCl2, a buffer, and the like.

ここでプライマーは、3’-末端には標的となる塩基(若しくはその相補塩基)で、3’-末端から2番目にはポリメラーゼ活性を阻害する人工型ヌクレオチドが結合したものである。 Here, the primer has a target base (or its complementary base) bound to its 3'-end, and an artificial nucleotide that inhibits polymerase activity bound to the second from the 3'-end.

(実施例1)
以下に本発明に係る高感度PCR法について実施例を示しながら説明を行う。
(Example 1)
The high-sensitivity PCR method according to the present invention will be explained below with reference to Examples.

<増幅対象の説明>
対象となるDNAは、ガン遺伝子とされているKRAS遺伝子とした。KRAS遺伝子は、そのmRNA全長5430bpのうちKRASタンパク質コード領域(191..760)(タンパク質情報配列)のatg(開始コドン)から始まる配列の中で35番目に変異点を持つことが知られている。
<Explanation of amplification target>
The target DNA was the KRAS gene, which is considered to be an oncogene. The KRAS gene is known to have a mutation point at position 35 in the sequence starting from atg (start codon) of the KRAS protein coding region (191..760) (protein information sequence) out of its total mRNA length of 5430 bp. .

KRASのタンパク質コード領域の中の205番から96塩基分をテンプレートとした。野生型KRASの205番から96塩基分の配列を配列番号1として、表1に示す。配列番号1を「KRAS野生種:KRASwt(35G)、もしくはTg(35G)」と呼ぶ。 96 bases from position 205 in the protein coding region of KRAS were used as a template. The sequence of 96 bases from position 205 of wild-type KRAS is shown in Table 1 as SEQ ID NO: 1. SEQ ID NO: 1 is referred to as "KRAS wild type: KRASwt (35G) or Tg (35G)."

また、変異種としてグアニンをアデニンに変異させたもの「KRASG12D(35G>A)、若しくはTa(35A)」を配列番号2、グアニンをシトシンに変異させたもの「KRASG12A(35G>C)、若しくはTc(35C)」を配列番号3、グアニンをチミンに変異させたもの「KRASG12V(35G>T)、若しくはTt(35T)」を配列番号4として用意した。なお、アミノ酸G、D、A、Vはそれぞれグリシン、アスパラギン酸、アラニン、バリンを表す。開始コドンから35番目の変異点は配列番号1、2、3、4においては5’-末端から21番目にあたる。 In addition, as a mutant species, "KRASG12D (35G>A), or Ta (35A)" in which guanine is mutated to adenine, is SEQ ID NO: 2, and "KRASG12A (35G>C), or Tc, in which guanine is mutated to cytosine (35C)'' was prepared as SEQ ID NO: 3, and ``KRASG12V (35G>T) or Tt (35T)'' in which guanine was mutated to thymine was prepared as SEQ ID NO: 4. Note that amino acids G, D, A, and V represent glycine, aspartic acid, alanine, and valine, respectively. The 35th mutation point from the start codon corresponds to the 21st mutation point from the 5'-end in SEQ ID NOs: 1, 2, 3, and 4.

また、確認実験用のテンプレートとしてTa(35A)の5’-末端から21塩基分の補鎖の5’-末端にチミンを5つ結合させたものをTa-t5として配列番号5とした。 Furthermore, as a template for confirmation experiments, five thymines were bonded to the 5'-end of a complementary strand of 21 bases from the 5'-end of Ta (35A), which was designated as Ta-t5 and SEQ ID NO: 5.

これに対して、表2を参照して、3’-末端をグアニン、アデニン、シトシン、チミンとしたフォワードプライマーをそれぞれPOM2g、POM2a、POM2c、POM2tとし、配列番号6、配列番号7、配列番号8、配列番号9とした。これらのプライマーは表1の下線で示す配列番号1~4の5’-末端の1番目から21番目までを結合対象とするように設計した。 On the other hand, referring to Table 2, forward primers with guanine, adenine, cytosine, and thymine at the 3'-end are designated as POM2g, POM2a, POM2c, and POM2t, respectively, and SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 7, and SEQ ID NO: 8. , SEQ ID NO: 9. These primers were designed to bind to the 5'-terminal positions 1 to 21 of SEQ ID NOS: 1 to 4, which are underlined in Table 1.

また、これらのプライマーは(2)式で示すように、3’-末端から2番目のヌクレオチドは糖14bの2’の位置に「-OCH」(「-OMe」とも記載できる。)修飾がされている人工型ヌクレオチドである。すなわち、3’-末端から2番目のヌクレオシドは、2’-O-メチルグアノシンである。これを「G」として表した。3’-末端から2番目のヌクレオチド20bは「修飾されたヌクレオチド:人工型ヌクレオチド」である。 Furthermore, as shown in formula (2), these primers have the second nucleotide from the 3'-end modified with "-OCH 3 " (which can also be written as "-OMe") at the 2' position of sugar 14b. It is an artificial type of nucleotide that has been That is, the second nucleoside from the 3'-end is 2'-O-methylguanosine. This was expressed as "G m ". The second nucleotide 20b from the 3'-end is a "modified nucleotide: artificial nucleotide."

また、これらのフォワードプライマーの3’-末端を除去したプライマーをPOM2-1として配列番号10で示した。 Further, a primer obtained by removing the 3'-end of these forward primers was designated as POM2-1 and shown as SEQ ID NO: 10.

また、POM2g、POM2a、POM2c、POM2tの3’-末端と3’-末端から2番目のヌクレオシドを結合するリン酸ジエステル結合部16aをホスホロチオエートにしたプライマーをPSM2^g、PSM2^a、PSM2^c、PSM2^tとし、配列番号11、配列番号12、配列番号13、配列番号14で示した。 In addition, primers in which the phosphodiester bond 16a that binds the 3'-end and the second nucleoside from the 3'-end of POM2g, POM2a, POM2c, and POM2t are phosphorothioate are PSM2^g, PSM2^a, and PSM2^c. , PSM2^t, and are shown as SEQ ID NO: 11, SEQ ID NO: 12, SEQ ID NO: 13, and SEQ ID NO: 14.

ホスホロチオエートはリン酸ジエステル結合部16aのリン酸と二重結合をしている酸素を硫黄に置き換えたものである。表2では、ホスホロチオエート結合を有するという意味で3’-末端の塩基記号の左肩に「^」記号をつけて表した。 Phosphorothioate is obtained by replacing the oxygen forming a double bond with phosphoric acid in the phosphodiester bonding portion 16a with sulfur. In Table 2, the symbol "^" is added to the left of the base symbol at the 3'-terminus to indicate that it has a phosphorothioate bond.

また、KRASの野生型および変異型に対するリバースプライマーをPRevとして配列番号15で示した。これは表1の増幅部分の3’-末端から22塩基分である。リバースプライマーPRevは、表1の配列の3’-末端から下線を引いた部分に結合する。 Further, the reverse primer for the wild type and mutant type of KRAS is shown as PRev in SEQ ID NO: 15. This is 22 bases from the 3'-end of the amplified portion in Table 1. Reverse primer PRev binds to the underlined portion from the 3'-end of the sequence in Table 1.

PCRには、Premix Taq標準プロトコールに従った。また、プルーフリーディング活性を有するDNAポリメラーゼとして、「TaKaRa EX Taq ポリメラーゼTM」を用いた。実行サイクルは、98℃で30秒間保持(熱変性)した後、55℃30秒間保持(アニーリング)、72℃60秒間保持(ポリメラーゼ反応)のサイクルを30~50サイクル行った。最後に98℃30秒保持を行った。反応開始前の各成分の最終濃度を表3に示す。なお、「mastermix」には、プライマーは含まれていない。プライマーは上記のプライマーを用いている。また「dsGreen」は、二重螺旋を組んでいるDNAと特異的に結合する色素である。このプロトコールを単に「標準プロトコール」と呼ぶ。以下の実施例は断りのない限り標準プロトコールに従ってPCRを行った。なお、PCR装置は、Agilent Technologies(アジレントテクノロジーズ)社製AriaMx Real-Time PCR Systemを用いた。 The Premix Taq standard protocol was followed for PCR. Furthermore, "TaKaRa EX Taq Polymerase " was used as a DNA polymerase having proofreading activity. The execution cycle consisted of 30 to 50 cycles of holding at 98°C for 30 seconds (thermal denaturation), then holding at 55°C for 30 seconds (annealing), and holding at 72°C for 60 seconds (polymerase reaction). Finally, it was held at 98°C for 30 seconds. Table 3 shows the final concentrations of each component before starting the reaction. Note that "mastermix" does not include primers. The primers mentioned above are used. Furthermore, "dsGreen" is a dye that specifically binds to double-helix DNA. This protocol is simply referred to as the "standard protocol." In the following examples, PCR was performed according to standard protocols unless otherwise specified. The PCR device used was AriaMx Real-Time PCR System manufactured by Agilent Technologies.

<最初の予備実験>
図3にプライマーPOM2-1を用いた場合の結果を示す。図3(a)はKRASwt(35G)に対して使用した結果の増幅曲線を示し、図3(b)はKRASG12D(35A)に対して使用した結果の増幅曲線を示す。折れ線の数は試行数毎の結果である。両グラフとも横軸はサイクル数であり、縦軸は蛍光強度(ΔRn)を表す。閾値ラインは三角印をつけた。両グラフとも閾値ラインは一番上のラインである。両グラフともPCRサイクルを繰り返しても閾値ラインを超えず、増幅されなかった。
<First preliminary experiment>
Figure 3 shows the results when primer POM2-1 was used. Figure 3(a) shows the resulting amplification curve used for KRASwt (35G), and Figure 3(b) shows the resulting amplification curve used for KRASG12D (35A). The number of broken lines is the result for each number of trials. In both graphs, the horizontal axis represents the cycle number, and the vertical axis represents the fluorescence intensity (ΔRn). The threshold line is marked with a triangle. In both graphs, the threshold line is the top line. Both graphs did not exceed the threshold line and were not amplified even after repeated PCR cycles.

<3’-エクソヌクレアーゼ活性>
次に、テンプレートTa-t5(0.2μM)(配列番号5)と、プライマーPOM2c(0.2μM)(配列番号8)を1:1で混合して、Takara Ex Taq DNAポリメラー(1U)を加えて、72℃で1分間反応させ、その溶液を液体クロマトグラフィーで調べた結果を図4に示す。図4を参照して、横軸は滞留時間(分)であり、縦軸は強度(μV)である。その結果、プライマーとして入れたPOM2cのピークは観測されず、3’-末端が欠如したPOM2-1とテンプレートのTa-t5だけが観測された。
<3'-exonuclease activity>
Next, template Ta-t5 (0.2 μM) (SEQ ID NO: 5) and primer POM2c (0.2 μM) (SEQ ID NO: 8) were mixed at a ratio of 1:1, and Takara Ex Taq DNA polymer (1U) was added. The reaction was carried out at 72° C. for 1 minute, and the solution was examined by liquid chromatography. The results are shown in FIG. Referring to FIG. 4, the horizontal axis is residence time (minutes), and the vertical axis is intensity (μV). As a result, no peak of POM2c, which was inserted as a primer, was observed, and only POM2-1 lacking the 3'-end and Ta-t5 as a template were observed.

以上のように、3’-末端がテンプレートの該当箇所(ここでは21番目)の塩基が、プライマーの3’-末端と一致していない場合は、プルーフリーディング活性を有するポリメラーゼの3’-エクソヌクレアーゼ活性によって、プライマーの3’-末端の塩基は除去されることが確認できた。 As mentioned above, if the 3'-end of the base at the corresponding location on the template (here, the 21st base) does not match the 3'-end of the primer, the 3'-exonuclease of the polymerase with proofreading activity It was confirmed that the 3'-terminal base of the primer was removed by the activity.

<一塩基検出の立証>
次に、テンプレートとして、Tg(35G)(配列番号1)、Ta(35A)(配列番号2)、Tc(35C)(配列番号3)、Tt(35T)(配列番号4)に対して、プライマーPOM2a(配列番号7)、POM2c(配列番号8)、POM2t(配列番号9)、PSM2^g(配列番号11)、PSM2^a(配列番号12)、PSM2^c(配列番号13)、PSM2^t(配列番号14)を用いて標準プロトコールのリアルタイムPCRを行った。
<Proof of single base detection>
Next, as a template, primers were used for Tg (35G) (SEQ ID NO: 1), Ta (35A) (SEQ ID NO: 2), Tc (35C) (SEQ ID NO: 3), and Tt (35T) (SEQ ID NO: 4). POM2a (SEQ ID NO: 7), POM2c (SEQ ID NO: 8), POM2t (SEQ ID NO: 9), PSM2^g (SEQ ID NO: 11), PSM2^a (SEQ ID NO: 12), PSM2^c (SEQ ID NO: 13), PSM2^ Real-time PCR according to the standard protocol was performed using t (SEQ ID NO: 14).

図5および図6にプライマーPOM2aを用いた場合の結果を例示する。図5(a)はKRASG12D(35A)と共にリアルタイムPCRを行った結果であり、図5(b)は、KRASwt(35G)、図6(c)はKRASG12A(35C)、図6(d)はKRASG12V(35T)の場合の結果である。 FIG. 5 and FIG. 6 illustrate the results when primer POM2a was used. Figure 5 (a) shows the results of real-time PCR performed with KRASG12D (35A), Figure 5 (b) shows KRASwt (35G), Figure 6 (c) shows KRASG12A (35C), and Figure 6 (d) shows KRASG12V. (35T).

これら全ての図に対して、横軸はサイクル数であり、縦軸は蛍光強度(ΔRn)を表す。また、閾値線は三角印で表したラインである。また、各リアルタイムPCRは同一条件のものを3回繰り返し、それらをプロットした。図5および図6からサイクル数を重ねて閾値線を超え、増幅したと認められるのはPOM2aをKRASG12D(35A)に対して用いた場合のみであった。他の組み合わせは、サイクル数を重ねても増幅を認められなかった。増幅が認められなかった状態を「検出されず」と呼ぶ。 For all these figures, the horizontal axis represents the cycle number and the vertical axis represents the fluorescence intensity (ΔRn). Further, the threshold line is a line represented by a triangle mark. In addition, each real-time PCR was repeated three times under the same conditions, and the results were plotted. From FIG. 5 and FIG. 6, it was only when POM2a was used for KRASG12D (35A) that the threshold line was exceeded and amplification was observed as the number of cycles increased. With other combinations, no amplification was observed even after repeated cycles. A state in which no amplification was observed is called "not detected."

その他の組み合わせも合わせて結果を表4に示す。表4を参照して、左端列はプライマーの名称を示し、上端行には、各テンプレート毎のCt値を表す。表4を参照して、プライマーの3’-末端の塩基とテンプレートの21番目の塩基が同じ場合のみCt値を測定することができ、他の場合は、「検出されず」という結果になった。 The results are shown in Table 4, including other combinations. Referring to Table 4, the leftmost column shows the names of the primers, and the top row shows the Ct value for each template. Referring to Table 4, the Ct value can be measured only when the 3'-end base of the primer and the 21st base of the template are the same, and in other cases, the result is "not detected". .

これは、プルーフリーディング活性を有するDNAポリメラーゼが、プライマーの3’-末端と、テンプレートの21番目の塩基の組み合わせが一致しないため、プライマーの3’-末端を削除し、3’-末端から2番目の修飾されたヌクレオチド20bによって、ポリメラーゼ活性を失ったためであると結論できる。つまり、本発明の高感度PCR法であれば、特定の位置における一塩基の違いを検出することができた。 This is because the 3'-end of the primer and the 21st base of the template do not match, so DNA polymerase with proofreading activity deletes the 3'-end of the primer and inserts the 21st base from the 3'-end. It can be concluded that this is due to the loss of polymerase activity due to the modified nucleotide 20b. In other words, the highly sensitive PCR method of the present invention was able to detect a single base difference at a specific position.

<POM2の検出感度>
次に本発明の検出感度について調べた。テンプレートとしては、Ta(35A)(配列番号2)を用い、プライマーはPOM2a(配列番号7)を用いた。プライマーPOM2の初期濃度は2.0×10-1μM、テンプレートTa(35A)の濃度は1倍(8.3×10-9μM)、1/10倍、1/100倍、1/1000倍、1/10000倍の5種類を用意した。結果を図7および表5に示す。図7を参照して、横軸はサイクル数であり、縦軸は蛍光強度(ΔRn)である。表5には、サイクル閾値Ct値およびCt値間の差であるΔCtの値を記す。
<Detection sensitivity of POM2>
Next, the detection sensitivity of the present invention was investigated. Ta(35A) (SEQ ID NO: 2) was used as a template, and POM2a (SEQ ID NO: 7) was used as a primer. The initial concentration of primer POM2 was 2.0×10 −1 μM, and the concentration of template Ta (35A) was 1× (8.3×10 −9 μM), 1/10×, 1/100×, and 1/1000×. , 5 types of 1/10000 times were prepared. The results are shown in FIG. 7 and Table 5. Referring to FIG. 7, the horizontal axis is the cycle number, and the vertical axis is the fluorescence intensity (ΔRn). Table 5 lists the cycle threshold Ct value and the value of ΔCt, which is the difference between the Ct values.

表5も参照すると、理論的には濃度が10分の1になるとΔCt値は3.32ずつ大きくなるはずであるが、表5の測定値も実験誤差を含んでほぼその差になっており、定量性が確認できた。また、1サンプル中わずか10コピー(10分子)からでも増幅させることができたことがわかる。 Also referring to Table 5, the ΔCt value should theoretically increase by 3.32 as the concentration decreases to one-tenth, but the measured values in Table 5 are also approximately the same difference due to experimental errors. , quantitative properties were confirmed. It is also seen that it was possible to amplify even just 10 copies (10 molecules) in one sample.

<希少変異の検出>
本発明に係る高感度PCR法では、上記の様にサンプルが非常に少ない場合でも、確実に増幅することができる。さらに、この高感度PCR法は、検出点の塩基が異なれば、増幅されないので、サンプル中にわずかに変異型が混在している場合でも検出することができる。そこで、野生型(KRASwt(35G)中に変異型であるKRASG12D(G35>A)が0.01%混入しているサンプルの検出および定量(Tg(35G)/Ta(35A)=1/0.0001)が可能であることを調べた。
<Detection of rare mutations>
With the high-sensitivity PCR method according to the present invention, even when the number of samples is very small as described above, it is possible to reliably amplify the sample. Furthermore, in this highly sensitive PCR method, if the bases at the detection point are different, they will not be amplified, so even if a small amount of mutant types is present in the sample, it can be detected. Therefore, we detected and quantified a sample containing 0.01% of the mutant KRASG12D (G35>A) in the wild type (KRASwt(35G)) (Tg(35G)/Ta(35A)=1/0. 0001) is possible.

テンプレートとしてTg(35G)(配列番号1)を8.3×10-9μMとし、Ta(35A)(配列番号2)を8.3×10-13μMを用意した。 As templates, Tg(35G) (SEQ ID NO: 1) was prepared at 8.3×10 −9 μM and Ta(35A) (SEQ ID NO: 2) was prepared at 8.3×10 −13 μM.

また、プライマーとしてPOM2g(配列番号6)とPOM2a(配列番号7)をそれぞれ2.0×10-1μMを用意した。これらを用いて表3のプロトコールでRT-PCRを行った。結果を図8および表6に示す。 Further, POM2g (SEQ ID NO: 6) and POM2a (SEQ ID NO: 7) were each prepared at 2.0×10 −1 μM as primers. Using these, RT-PCR was performed according to the protocol in Table 3. The results are shown in FIG. 8 and Table 6.

図8を参照して、横軸はサイクル数であり、縦軸は蛍光強度(ΔRn)である。また、図8は、プライマーPOM2aを用いた場合の結果と、プライマーPOM2gを用いた場合の結果を重ね合わせたものであり、リアルタイムPCRは、それぞれのプライマー毎に行った。 Referring to FIG. 8, the horizontal axis is the cycle number, and the vertical axis is the fluorescence intensity (ΔRn). Moreover, FIG. 8 shows the results obtained when primer POM2a was used and the results obtained when primer POM2g was used, and real-time PCR was performed for each primer.

この結果よりCt値を求め、結果を表6に示す。表6を参照して、プライマーPOM2gを用いた場合にはテンプレートTg(35G)に対してCt値は31.48±0.33であり、テンプレートTa(35A)に対しては、Ct値は42.12±0.44であり、ΔCtは10.64±0.36となった。この結果はプライマーPOM2gがテンプレートTg(35G)をテンプレートTa(35A)よりも2の10.64乗倍、すなわち約1596倍敏感に検出できたことを意味している。 The Ct value was determined from this result, and the results are shown in Table 6. Referring to Table 6, when primer POM2g is used, the Ct value is 31.48±0.33 for template Tg (35G), and the Ct value is 42 for template Ta (35A). .12±0.44, and ΔCt was 10.64±0.36. This result means that primer POM2g was able to detect template Tg (35G) more sensitively than template Ta (35A) by 2 to the power of 10.64, that is, about 1596 times more sensitively.

<SARS-CoV-2変異型の検出>
現在世界中で猛威を振舞っているSARS-CoV-2ウイルスであるが、本発明に係る高感度PCT法を用いることで、検体量がわずかであっても、非常に高い精度で検出が可能である。このウイルスの識別には、スパイクタンパク質部分の変異で区別している。表7には野生型「Wu」、オミクロンBA1型「o-BA.1」、オミクロンBA2型「BA.2」、オミクロンBA5型「BA.5」の1355番目と1486番目の変異を示す。野生株において、これらの変異点を含むアミノ酸は452番目ロイシン「L」と496番目のグリシン「G」である。
<Detection of SARS-CoV-2 mutant types>
The SARS-CoV-2 virus is currently rampant all over the world, but by using the highly sensitive PCT method of the present invention, it is possible to detect it with extremely high accuracy even if the amount of sample is small. be. This virus is identified by mutations in the spike protein. Table 7 shows mutations at positions 1355 and 1486 of wild type "Wu", Omicron BA1 type "o-BA.1", Omicron BA2 type "BA.2", and Omicron BA5 type "BA.5". In the wild strain, the amino acids containing these mutation points are leucine "L" at position 452 and glycine "G" at position 496.

表7からスパイクタンパクmRNAの1355と1486の2点の変異の組み合わせによって、o-BA1株、BA2株、BA5株を識別することができる。図9にその検出原理を示す。 From Table 7, the o-BA1 strain, BA2 strain, and BA5 strain can be identified by the combination of the two mutations 1355 and 1486 in the spike protein mRNA. Figure 9 shows the detection principle.

図9を参照して、スパイクタンパク質の1355から5’-末端側に一定長のフォワードプライマーMxを設ける。また、1486から3’-末端側に一定長のリバースプライマーyMを設ける。すでに示したように、本発明に係る高感度PCR法では、このような場合、フォワードおよびリバースのプライマー両方で伸長動作が起こらないと増幅しない。したがって、表7の1355番目と1486番目を3’-末端とし、その1つ前のヌクレオチドを修飾されたヌクレオチドとすることで、これらのタイプを検出できる。具体的には、表8のようにプライマーを設定した。 Referring to FIG. 9, a forward primer Mx of a certain length is provided on the 5'-end side from 1355 of the spike protein. Furthermore, a fixed length reverse primer yM is provided on the 3'-end side from 1486. As already shown, in the high-sensitivity PCR method according to the present invention, in such a case, amplification will not occur unless elongation occurs with both the forward and reverse primers. Therefore, these types can be detected by setting the 1355th and 1486th nucleotides in Table 7 as the 3'-terminus, and setting the nucleotide immediately before the 3'-end as a modified nucleotide. Specifically, primers were set as shown in Table 8.

表8を参照して、それぞれのフォワードプライマーは「F」の頭文字を持ち、リバースプライマーは「R」の頭文字を持つ。野生型のフォワードプライマーF1355w/oは3’-末端に1355番目のチミン「T」を有し、リバースプライマーR1486w/BA2の3’-末端に1486番目のグアニン「G」に結合するシトシン「C」が配置されている。以下BA1型株、BA2株、BA5株とも同様にフォワードプライマーの3’-末端には、1355番目の塩基を配置しリバースプライマーの3’-末端には1486番目の塩基の相手方塩基を配置した。 Referring to Table 8, each forward primer has an initial "F" and each reverse primer has an initial "R." The wild-type forward primer F1355w/o has a thymine "T" at position 1355 at the 3'-end, and the cytosine "C" that binds to guanine "G" at position 1486 at the 3'-end of reverse primer R1486w/BA2. is located. Hereinafter, for the BA1 type strain, BA2 strain, and BA5 strain, the 1355th base was placed at the 3'-end of the forward primer, and the counterpart base of the 1486th base was placed at the 3'-end of the reverse primer.

そして、フォワードプライマー、リバースプライマーとも3’-末端から2番目の塩基には、糖部の2’に-OMeの修飾を行った。いずれのプライマーも3’-末端から2番目の塩基はシトシン「C」であったので、ヌクレオシドとしては2’-O-メチルシチジンとなる。表8では「(Cm)」と表した。 The second base from the 3'-end of both the forward primer and the reverse primer was modified with -OMe at the 2' of the sugar part. In both primers, the second base from the 3'-end was cytosine "C", so the nucleoside was 2'-O-methylcytidine. In Table 8, it is expressed as "(Cm)".

テンプレートとしては、それぞれの変異株のスパイクタンパクを用い、PCRのプロトコールは、標準プロトコールに従った。リアルタイムPCRの結果を表9に示す。 The spike protein of each mutant strain was used as a template, and the PCR protocol followed a standard protocol. The results of real-time PCR are shown in Table 9.

表9を参照して、ウイルス型毎のプライマーによって、適用型が一致したスパイクタンパクだけが検出された。また、Ctの値より、定量検出も可能である。 Referring to Table 9, only spike proteins matching the applied type were detected using the primers for each virus type. Furthermore, quantitative detection is also possible based on the Ct value.

これは各ウイルス毎のプライマーが、それぞれのウイルスを検出するためのプライマーとして使用できることを示している。つまり、o-BA.5株に適用するプライマーの組合せは、o-BA.5株用プライマーであり、o-BA.1株に適用するプライマーの組合せは、o-BA.1株用プライマーであり、o-BA.2株に適用するプライマーの組合せは、o-BA.2株用プライマーと言える。 This indicates that primers for each virus can be used as primers for detecting each virus. In other words, o-BA. The primer combinations applied to the 5 strains were o-BA. Primer for 5 strains, o-BA. The combination of primers applied to one strain is o-BA. Primer for one strain, o-BA. The combination of primers applied to the two strains was o-BA. It can be said to be a primer for two stocks.

図10には、これらのプライマーの利用例を示す。唾液検体を3分割し、それぞれの専用プライマーを用いてリアルタイムPCRを行う。すると、増幅しなかったプライマーに対応するウイルス変異株に対しては陰性であると判断できる。そして増幅した場合に、そのプライマーに対応するウイルス株に対して陽性であると判断できる。図10では、o-BA.2株用プライマーの場合だけ増幅が確認でき、唾液検体は、o-BA.2株に対して陽性であると判断できる。また、この時のCtから定量分析も可能となる。 FIG. 10 shows an example of the use of these primers. The saliva sample is divided into three parts and real-time PCR is performed using dedicated primers for each part. Then, it can be determined that the result is negative for the virus mutant strain corresponding to the primer that did not amplify. When amplified, it can be determined that the virus is positive for the virus strain corresponding to that primer. In FIG. 10, o-BA. Amplification was confirmed only in the case of primers for 2 strains, and the saliva specimen was o-BA. It can be determined that it is positive for 2 strains. Furthermore, quantitative analysis is also possible from the Ct at this time.

<他のポリメラーゼ>
上記の実施例では、Takara Ex Taqポリメラーゼ(タカラバイオ株式会社)を用いていたが、プルーフリーディング活性を有していれば、他のポリメラーゼでも当然本発明に係る高感度PCR法は実施することができる。
<Other polymerases>
In the above example, Takara Ex Taq polymerase (Takara Bio Inc.) was used, but the high-sensitivity PCR method according to the present invention can of course be performed with other polymerases as long as they have proofreading activity. can.

表2で示したプライマーPOM2とPfuUltra II Fusion DNA ポリメラーゼ(アジレントテクノロジーズ社)およびPhusion Plus DNAポリメラーゼ(Thermo Fisher Scientific社)のポリメラーゼを使ってKRASの変移識別と同じ実験を行った。プロトコールは標準プロトコールを用いた。結果を表10および表11に示す。 The same experiment as for KRAS mutation identification was performed using the primer POM2 shown in Table 2 and the polymerases PfuUltra II Fusion DNA Polymerase (Agilent Technologies) and Phusion Plus DNA Polymerase (Thermo Fisher Scientific). A standard protocol was used. The results are shown in Tables 10 and 11.

表10および表11からわかるように、プライマーの3’-末端が一致した場合だけ増幅されており、プルーフリーディング活性を有すれば、ポリメラーゼの種類によらないことがわかる。 As can be seen from Tables 10 and 11, amplification was achieved only when the 3'-ends of the primers matched, and it can be seen that it does not depend on the type of polymerase as long as it has proofreading activity.

<他の構成を有するプライマー>
修飾プライマーであるPOM2は3’-末端から2番目のヌクレオシドが(2)式の構造をしているものであり、3’-末端にいるとポリメラーゼ活性を阻害する。ポリメラーゼ活性を阻害する他の構造のプライマーとして(3)式のリボース、(4)式のリボースを用いたヌクレオシドについて実施を行った。(3)式のリボースのヌクレオシドを用いたプライマーをPOMEと呼び、(4)式のリボースのヌクレオシドを用いたプライマーをPOBと呼ぶ。
<Primers with other configurations>
The modified primer POM2 has a structure in which the second nucleoside from the 3'-end has the structure of formula (2), and when present at the 3'-end, inhibits polymerase activity. Experiments were conducted using nucleosides using ribose of formula (3) and ribose of formula (4) as primers with other structures that inhibit polymerase activity. A primer using a ribose nucleoside of formula (3) is called POME, and a primer using a ribose nucleoside of formula (4) is called POB.

これらのヌクレオシドを用いたプライマーを用い、標準プロトコールに従ったRT-PCRを実行し、KRASの検出を行った。プライマーの配列を表12に示す。 Using primers using these nucleosides, RT-PCR was performed according to a standard protocol to detect KRAS. The sequences of the primers are shown in Table 12.

プライマーPOMEの3’-末端から2番目のヌクレオチドは(GME)と表した。(3)式のリボースの構造である。プライマーPOB3’-末端から2番目のヌクレオチドは(GB)と表した。(4)式の構造のリボースである。プロトコールは、Takara Ex Taqポリメラーゼの場合と同じとした。結果を表13に示す。なお、GMEおよびGBともグアニンの修飾型である。 The second nucleotide from the 3'-end of primer POME was expressed as (GME). This is the structure of ribose in formula (3). The second nucleotide from the 3'-end of primer POB was expressed as (GB). It is ribose having the structure of formula (4). The protocol was the same as for Takara Ex Taq polymerase. The results are shown in Table 13. Note that both GME and GB are modified types of guanine.

表13を参照して、プライマーPOMEもプライマーPOBも3’-末端が一致した場合のみ増幅が行われており、プルーフリーディング活性を有するポリメラーゼのエクソヌクレアーゼ活性によって、人工型ヌクレオチドが露出したケースではポリメラーゼ活性が阻害されていることがわかる。 Referring to Table 13, amplification is performed only when the 3'-ends of both primer POME and primer POB match, and in cases where artificial nucleotides are exposed by the exonuclease activity of a polymerase with proofreading activity, the polymerase It can be seen that the activity is inhibited.

<POB2の検出感度>
POB2は3’-末端から2番目のヌクレオシドが(4)式の構造をしているものである。このプライマーについても検出感度を調べた。実験条件は<POM2の検出感度>と同じである。すなわち、プライマーPOB2gの初期濃度は2.0×10-1μM、テンプレートTg(35G)の濃度は1倍(8.3×10-9μM)、1/10倍、1/100倍、1/1000倍、1/10000倍の5種類を用意した。
<Detection sensitivity of POB2>
POB2 has a structure in which the second nucleoside from the 3'-end has the structure of formula (4). The detection sensitivity of this primer was also investigated. The experimental conditions are the same as <Detection sensitivity of POM2>. That is, the initial concentration of primer POB2g is 2.0×10 −1 μM, and the concentration of template Tg (35G) is 1× (8.3×10 −9 μM), 1/10×, 1/100×, and 1/1×. Five types were prepared: 1000x and 1/10000x.

結果を図11および表14に示す。図11を参照して、横軸はサイクル数であり、縦軸は蛍光強度(ΔRn)である。表14を参照すると、理論的には濃度が10分の1になるとΔCt値は3.32ずつ大きくなるはずであるが、表14の測定値も実験誤差を含んでほぼその差になっており、定量性が確認できた。また、1サンプル中わずか10コピー(10分子)からでも増幅させることができたことがわかる。 The results are shown in FIG. 11 and Table 14. Referring to FIG. 11, the horizontal axis is the cycle number, and the vertical axis is the fluorescence intensity (ΔRn). Referring to Table 14, the ΔCt value should theoretically increase by 3.32 as the concentration decreases to one-tenth, but the measured values in Table 14 are also approximately the same, including experimental errors. , quantitative properties were confirmed. It is also seen that it was possible to amplify even just 10 copies (10 molecules) in one sample.

また、同様の実験をプライマーPOB2aについても行った。この場合、標的となるテンプレートはTa(35A)(表1参照)である。この場合も図11と同様の結果を得た。Ct値およびΔCt値を表15に示す。 Furthermore, similar experiments were conducted with primer POB2a. In this case, the targeted template is Ta(35A) (see Table 1). In this case as well, results similar to those in FIG. 11 were obtained. Table 15 shows the Ct values and ΔCt values.

<標的物質が異なる場合>
他の標的塩基配列における一塩基変異を識別する例として、EGFR遺伝子WT(2630C)のT790M変異(2630T)について調べた。変異型は5’末端側から2630番目がシトシン(c)からチミン(t)に変異している。表15にはEGFR遺伝子WTと、変異型においてテンプレートとした部分の塩基配列を示す。それぞれ配列番号32および33とした。
<When target substances are different>
As an example of identifying single nucleotide mutations in other target nucleotide sequences, the T790M mutation (2630T) of the EGFR gene WT (2630C) was investigated. In the mutant type, the 2630th position from the 5' end is mutated from cytosine (c) to thymine (t). Table 15 shows the base sequences of the EGFR gene WT and the portion used as a template in the mutant type. SEQ ID NOs: 32 and 33, respectively.

T-EGFR-2630c/WTにおいて、増幅の標的は変異点から5’末端に向かう23塩基とした。このためのプライマーを表17に示す。フォワードプライマーの3’末端から2番目に2’-OMe((2)式)を導入した。これを(Am)と示す。これは修飾されたアラニン(2’-O-メチルアデノシン)である。野生型においては、フォワードプライマーの3’末端はシトシン(c)であり、変異型はフォワードプライマーの3’末端はチミン(t)である。それぞれのフォワードプライマーおよび、リバースプライマーを配列番号34、35および配列番号36、37とした。 In T-EGFR-2630c/WT, the amplification target was 23 bases from the mutation point toward the 5' end. Primers for this purpose are shown in Table 17. 2'-OMe (formula (2)) was introduced at the second position from the 3' end of the forward primer. This is denoted as (Am). This is a modified alanine (2'-O-methyladenosine). In the wild type, the 3' end of the forward primer is cytosine (c), and in the mutant type, the 3' end of the forward primer is thymine (t). The forward primer and reverse primer were set as SEQ ID NO: 34, 35 and SEQ ID NO: 36, 37, respectively.

野生型T-EGFR-2630c/wtおよび変異型T-EGFR-2630t/T790Mに対して配列番号34、35のプライマーセットおよび配列番号36、37のプライマーセットを用いて標準プロトコールのリアルタイムPCRを行った。結果のCt値およびΔCt値を表18に示す。 Real-time PCR according to the standard protocol was performed on wild type T-EGFR-2630c/wt and mutant T-EGFR-2630t/T790M using the primer set of SEQ ID NOs: 34 and 35 and the primer set of SEQ ID NOs: 36 and 37. . The resulting Ct values and ΔCt values are shown in Table 18.

表18を参照して、野生型プライマーを用いた場合は、野生型(T-EGFR-2630c/wt)に対してはCt値が20.1程度であったが、変異型(T-EGFR-2630t/T790M)に対しては33.1とΔCtは13.0±0.1となった。すなわち、野生型プライマーF-EGFR/2630M2cを用いた場合には野生型テンプレートを変異型テンプレートよりも2の13.0乗倍、約8192倍敏感に検出した。 Referring to Table 18, when wild type primers were used, the Ct value was about 20.1 for wild type (T-EGFR-2630c/wt), but for mutant type (T-EGFR- 2630t/T790M) was 33.1 and ΔCt was 13.0±0.1. That is, when the wild type primer F-EGFR/2630M2c was used, the wild type template was detected more sensitively than the mutant template by a factor of 2 to the power of 13.0, approximately 8192 times.

一方、変異型プライマーF-EGFR/2630M2tを用いた場合には野生型テンプレートに対してCt値は33.4±0.21であったが、変異型テンプレートに対しては、Ct値は18.9±0.13であり、ΔCtは14.5±0.1となった。この結果は変異型プライマーが変異型テンプレートを野生型テンプレートよりも2の14.5乗倍、23170倍敏感に検出できたことを示している。癌遺伝子変異診断におけるリキッドバイオプシによるセルフリーDNA解析では野生型遺伝子に対して0.01%(1/10000)の変異型遺伝子の検出が目標値としてあげられているので、23170倍という値はそれを上回る検出感度を示している。 On the other hand, when the mutant primer F-EGFR/2630M2t was used, the Ct value was 33.4±0.21 for the wild type template, but the Ct value for the mutant template was 18. 9±0.13, and ΔCt was 14.5±0.1. This result shows that the mutant primers were able to detect the mutant template more sensitively than the wild type template, 2^14.5 times, or 23,170 times more sensitive. The target value for cell-free DNA analysis using liquid biopsy in cancer gene mutation diagnosis is to detect 0.01% (1/10,000) of the mutant gene compared to the wild-type gene, so the value of 23,170 times is higher than that. Detection sensitivity exceeds .

変異型用プライマー(配列番号36、37)を使って変異型EGFRの検出に対する濃度依存性を調べた。実験条件は<検出感度>と同じである。すなわち、野生型プライマーの初期濃度はフォワードプライマーおよびリバースプライマー共に2.0×10-1μM、テンプレート変異型EGFRの濃度は1倍(8.3×10-9μM)、1/10倍、1/100倍、1/1000倍、1/10000倍の5種類を用意した。結果のCt値およびΔCt値の結果を表19に示す。 The concentration dependence of mutant EGFR detection was investigated using mutant primers (SEQ ID NO: 36, 37). The experimental conditions are the same as <detection sensitivity>. That is, the initial concentration of the wild-type primer was 2.0×10 −1 μM for both forward and reverse primers, and the concentrations of the template mutant EGFR were 1× (8.3×10 −9 μM), 1/10×, and 1××10 −1 μM. Five types were prepared: /100x, 1/1000x, and 1/10000x. The resulting Ct values and ΔCt values are shown in Table 19.

表19を参照すると、理論的には濃度が10分の1になるとΔCt値は3.32ずつ大きくなるはずであるが、表19の測定値も実験誤差を加味するとほぼその差になっており、定量性が確認できた。また、1サンプル中わずか10コピー(10分子)からでも増幅させることができたことがわかる。 Referring to Table 19, the ΔCt value should theoretically increase by 3.32 as the concentration decreases to one-tenth, but the measured values in Table 19 are almost the same difference when experimental errors are taken into account. , quantitative properties were confirmed. It is also seen that it was possible to amplify even just 10 copies (10 molecules) in one sample.

次にEGFR遺伝子WT(2630C)のdelE746-A750欠失変異に対する本発明に係る高感度PCR法の効果を調べた。標的としたのは、EGFR遺伝子2461から2560までの100塩基とした。野生型とdelE746-A750欠失変異型の塩基配列を表20に示す。それぞれの塩基配列は、配列番号38および配列番号39とした。 Next, the effect of the highly sensitive PCR method according to the present invention on the delE746-A750 deletion mutation of the EGFR gene WT (2630C) was investigated. The target was 100 bases from EGFR gene 2461 to 2560. Table 20 shows the nucleotide sequences of the wild type and delE746-A750 deletion mutant. The respective base sequences were SEQ ID NO: 38 and SEQ ID NO: 39.

delE746-A750欠失変異型(配列番号39)は、野生型(配列番号38)に対して、5’末端から37番目から51番目までの15塩基が欠失している。配列番号39では欠失直前のグアニン(g)と欠失直後のアデニン(a)に下線を引いた。これらを識別するためのプライマーを表21に示す。 The delE746-A750 deletion mutant (SEQ ID NO: 39) has a deletion of 15 bases from the 37th to the 51st from the 5' end compared to the wild type (SEQ ID NO: 38). In SEQ ID NO: 39, guanine (g) immediately before deletion and adenine (a) immediately after deletion are underlined. Primers for identifying these are shown in Table 21.

表21を参照して、F-EGFR2461-2560(配列番号40)は、野生型T-EGFR2461-2560/WTの5’端からの30塩基に対するフォワードプライマーである。R-EGFR2461-2560(配列番号41)は、野生型T-EGFR2461-2560/WTの3’末端からの30塩基に対するリバースプライマーである。 Referring to Table 21, F-EGFR2461-2560 (SEQ ID NO: 40) is a forward primer for 30 bases from the 5' end of wild type T-EGFR2461-2560/WT. R-EGFR2461-2560 (SEQ ID NO: 41) is a reverse primer for 30 bases from the 3' end of wild type T-EGFR2461-2560/WT.

F-EGFR-del746-A750 2497M2g(配列番号42)と、F-EGFR-del746-A750 2497M2a(配列番号44)は、delE746-A750欠失変異型(配列番号39)に対するフォワードプライマーである。これらの3’-末端から2番目のヌクレオチドは糖14bの2’の位置に「-OCH3」修飾がされている人工型ヌクレオチドである。すなわち、3’-末端から2番目のヌクレオシドは、2’-O-メチルグアノシンである。表21中では、「Gm」と表した。 F-EGFR-del746-A750 2497M2g (SEQ ID NO: 42) and F-EGFR-del746-A750 2497M2a (SEQ ID NO: 44) are forward primers for the delE746-A750 deletion mutant (SEQ ID NO: 39). The second nucleotide from the 3'-end is an artificial nucleotide modified with "-OCH3" at the 2' position of sugar 14b. That is, the second nucleoside from the 3'-end is 2'-O-methylguanosine. In Table 21, it is expressed as "Gm".

また、F-EGFR-delE746-A750 2497M2a(配列番号44)とR-EGFR-delE746-A750 2511M2c(配列番号45)は、delE746-A750欠失変異型(配列番号39)に対するリバースプライマーである。これらの3’-末端から2番目のヌクレオチドは糖14bの2’の位置に「-OCH3」修飾がされている人工型ヌクレオチドである。すなわち、3’-末端から2番目のヌクレオシドは、2’-O-メチルウリジンである。表21中では、「Um」と表した。 Furthermore, F-EGFR-delE746-A750 2497M2a (SEQ ID NO: 44) and R-EGFR-delE746-A750 2511M2c (SEQ ID NO: 45) are reverse primers for the delE746-A750 deletion mutant (SEQ ID NO: 39). The second nucleotide from the 3'-end is an artificial nucleotide modified with "-OCH3" at the 2' position of sugar 14b. That is, the second nucleoside from the 3'-terminus is 2'-O-methyluridine. In Table 21, it is expressed as "Um".

これらのプライマーを組み合わせた識別検討を行った。プライマーの組み合わせおよびそれらを用いた標準プロトコールによるリアルタイムPCRの結果を表22に示す。 We conducted a discrimination study using a combination of these primers. Table 22 shows the combinations of primers and the results of real-time PCR using the standard protocols.

表22を参照して、実験アでは野生型を検出するプライマーの組み合わせF-EGFR-delE746-A750/2497M2gとR-EGFR2461-2560を用いると野生型テンプレートT-EGFRwt2461-2560に対してCt値は21.86±0.09、欠失型テンプレートT-EGFR-delE746-A750に対してCt値は32.78±0.28、ΔCtは10.92であった。すなわち、このプライマーの組み合わせにより野生型テンプレートを変異型テンプレートよりも2の10.92乗倍、約1938倍敏感に検出することができた。 Referring to Table 22, in Experiment A, when the combination of primers F-EGFR-delE746-A750/2497M2g and R-EGFR2461-2560 to detect the wild type was used, the Ct value for the wild type template T-EGFRwt2461-2560 was 21.86±0.09, Ct value was 32.78±0.28, and ΔCt was 10.92 with respect to the deletion type template T-EGFR-delE746-A750. That is, with this combination of primers, it was possible to detect the wild type template more sensitively than the mutant template by 2 to the power of 10.92, or about 1938 times.

実験イでは欠失型を検出するプライマーの組み合わせF-EGFR-delE746-A750 2497M2aとR-EGFR2461-2560を用いると野生型テンプレートT-EGFRwt2461-2560に対してCt値は30.40±0.43、欠失型テンプレートT-EGFR-delE746-A750に対してCt値は16.74±0.05、ΔCt値は13.66であった。すなわち、このプライマーの組み合わせにより野生型テンプレートを変異型テンプレートよりも2の13.66乗倍、約12944倍敏感に検出することができた。前述のとおり、癌遺伝子変異診断におけるリキッドバイオプシによるセルフリーDNA解析では野生型遺伝子に対して0.01%(1/10000)の変異型遺伝子の検出が目標値としてあげられているので、12944倍という値はそれを上回る検出感度を示している。 In experiment A, when the primer combination F-EGFR-delE746-A750 2497M2a and R-EGFR2461-2560 was used to detect the deletion type, the Ct value was 30.40 ± 0.43 with respect to the wild type template T-EGFRwt2461-2560. The Ct value was 16.74±0.05 and the ΔCt value was 13.66 for the deletion template T-EGFR-delE746-A750. That is, with this combination of primers, the wild-type template could be detected 2 to the power of 13.66, approximately 12,944 times more sensitively than the mutant template. As mentioned above, the target value for cell-free DNA analysis using liquid biopsy in cancer gene mutation diagnosis is to detect 0.01% (1/10,000) of the mutant gene compared to the wild-type gene, which is 12,944 times more effective. This value indicates a detection sensitivity that exceeds that value.

実験ウでは野生型を検出するプライマーの組み合わせF-EGFR2461-2560とR-EGFR-delE746-A750 2511M2tを用いると野生型テンプレートT-EGFRwt2461-2560に対してCt値は30.94±0.09、欠失型テンプレートT-EGFR-delE746-A750に対してCt値は>45.0 (検出されず) 、ΔCtは>14.06であった。すなわち、このプライマーの組み合わせにより野生型テンプレートを変異型テンプレートよりも2の14.06乗倍以上、17080倍以上敏感に検出することができた。 In experiment C, when the combination of primers F-EGFR2461-2560 and R-EGFR-delE746-A750 2511M2t for wild type detection was used, the Ct value was 30.94 ± 0.09 with respect to the wild type template T-EGFRwt2461-2560. For the deletion template T-EGFR-delE746-A750, the Ct value was >45.0 (not detected) and the ΔCt was >14.06. That is, with this combination of primers, the wild-type template could be detected more sensitively than the mutant template by 2^14.06 times or more, or 17,080 times more sensitively.

実験エでは欠失型を検出するプライマーの組み合わせF-EGFR2461-2560とR-EGFR-delE746-A750 2511M2cを用いると野生型テンプレートT-EGFRwt2461-2560に対してCt値は31.49±0.02、欠失型テンプレートT-EGFR-delE746-A750に対してCt値は18.40±0.08、ΔCt値は13.09であった。すなわち、このプライマーの組み合わせにより野生型テンプレートを変異型テンプレートよりも2の13.09乗倍、約8719倍敏感に検出することができた。 In experiment D, when using the primer combination F-EGFR2461-2560 and R-EGFR-delE746-A750 2511M2c to detect the deletion type, the Ct value was 31.49 ± 0.02 with respect to the wild type template T-EGFRwt2461-2560. The Ct value was 18.40±0.08 and the ΔCt value was 13.09 for the deletion template T-EGFR-delE746-A750. That is, with this combination of primers, it was possible to detect the wild-type template more sensitively than the mutant template by 2^13.09 times, or about 8719 times more sensitively.

前述のとおり、癌遺伝子変異診断におけるリキッドバイオプシによるセルフリーDNA解析では野生型遺伝子に対して0.01%(1/10000)の変異型遺伝子の検出が目標値としてあげられているので、8719倍という値はほぼそれに近い検出感度を示している。 As mentioned above, the target value for cell-free DNA analysis using liquid biopsy in cancer gene mutation diagnosis is to detect 0.01% (1/10,000) of the mutant gene compared to the wild-type gene, which is 8719 times more effective. This value indicates a detection sensitivity close to that value.

表23を参照すると、理論的にはEGFR欠失変異テンプレートT-EGFR-delE746-A750の濃度が初期濃度8.3×10-9μMから10分の1になるごとにΔCt値は3.32ずつ大きくなるはずであるが、表23の測定値も3.56~3.81となっており、実験誤差範囲内でほぼその差になっており、定量性が確認できた。また、1サンプル中わずか10コピー(10分子)からでも増幅させることができたことがわかる。 Referring to Table 23, theoretically, every time the concentration of the EGFR deletion mutant template T-EGFR-delE746-A750 becomes one-tenth from the initial concentration of 8.3×10 −9 μM, the ΔCt value will be 3.32. However, the measured values in Table 23 also range from 3.56 to 3.81, which is approximately the same difference within the experimental error range, confirming quantitative performance. It is also seen that it was possible to amplify even just 10 copies (10 molecules) in one sample.

以上のことから、本高感度PCR法は2’位修飾核酸を3’-末端から2番目に含む化学修飾プライマー全般とプルーフリーディング活性を有するDNAポリメラーゼ全般を用いるPCR法に広く適用できると考えられる。 Based on the above, it is thought that this highly sensitive PCR method can be widely applied to PCR methods that use all chemically modified primers that contain a 2'-modified nucleic acid at the second position from the 3'-end and all DNA polymerases that have proofreading activity. .

本発明に係る高感度PCR法は、DNA、RNA中の一塩基変異を高精度に識別して定量解析できるPCR法として、分子生物学研究における細胞内のmRNA定量解析キット、感染症防疫におけるウイルス変異株の検出キット、癌遺伝子変異コンパニオン診断におけるリキッドバイオプシによるセルフリーDNA解析キット等にも好適に利用することができる。 The high-sensitivity PCR method according to the present invention is a PCR method that can identify and quantitatively analyze single nucleotide mutations in DNA and RNA with high precision. It can also be suitably used as a mutant strain detection kit, a cell-free DNA analysis kit using liquid biopsy in cancer gene mutation companion diagnosis, and the like.

10 プライマー
14 糖
14b (3’-末端から2番目のヌクレオチドの)糖
16 リン酸ジエステル部
16a (3’-末端のヌクレオチド20aの)リン酸ジエステル部
18 核酸塩基
20 ヌクレオチド
20a 3’-末端のヌクレオチド
20b 3’-末端から2番目のヌクレオチド
30 主鎖
32 補鎖
10 Primer 14 Sugar 14b Sugar 16 (of the second nucleotide from the 3'-end) Phosphodiester portion 16a (of the nucleotide 20a of the 3'-end) 18 Nucleobase 20 Nucleotide 20a Nucleotide of the 3'-end 20b 2nd nucleotide from 3'-end 30 Main chain 32 Complementary strand

Claims (5)

プルーフリーディング活性を有するDNAポリメラーゼと、
3’-末端から2番目にポリメラーゼ活性を阻害する人工型核酸が配置され、前記3’-末端に天然型のDNAが配置された化学修飾プライマーを用いる高感度PCR法。
a DNA polymerase having proofreading activity;
A highly sensitive PCR method using a chemically modified primer in which an artificial nucleic acid that inhibits polymerase activity is placed at the second position from the 3'-end, and a natural type of DNA is placed at the 3'-end.
さらに、サイバーグリーンを含むことを特徴とする請求項1に記載された高感度PCR法。 The high-sensitivity PCR method according to claim 1, further comprising Cybergreen. 前記人工型核酸は、糖の2’位を2’-OMe若しくは2’-OCHCHOMeで置換したRNA誘導体である請求項1または2の何れかに記載された高感度PCR法。 3. The high-sensitivity PCR method according to claim 1, wherein the artificial nucleic acid is an RNA derivative in which the 2' position of the sugar is substituted with 2'-OMe or 2'-OCH 2 CH 2 OMe. 前記人工型核酸を含むプライマーの各塩基間の骨格はリン酸ジエステル結合若しくはホスホロチオエート結合の何れかである請求項1または2の何れかに記載された高感度PCR法。 3. The high-sensitivity PCR method according to claim 1, wherein the backbone between each base of the primer containing the artificial nucleic acid is either a phosphodiester bond or a phosphorothioate bond. 前記化学修飾プライマーの前記3’-末端から3番目から5’-末端までは、ポリメラーゼ活性を阻害しないヌクレオチドである請求項1または2の何れかに記載された高感度PCR法。 3. The high-sensitivity PCR method according to claim 1, wherein nucleotides from the 3'-end to the 5'-end of the chemically modified primer are nucleotides that do not inhibit polymerase activity.
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