JP2679929B2 - Rna、dnaおよび蛋白の同時単離法 - Google Patents
Rna、dnaおよび蛋白の同時単離法Info
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Description
と、生物試料からRNA、DNAおよび蛋白を同時に単
離する方法に関する。
で広範囲の研究と開発が急速に進行しているため、実験
および/または商業生産に使用できるリボ核酸(RN
A)、デオキシリボ核酸(DNA)、および蛋白に対す
る需要が増加している。すべての生物試料はRNA、D
NAおよび蛋白を含有する;しかし多くの臨床および研
究への応用のためには、組織および細胞培養物からこれ
らの成分を単離し性状解析することが必要である。例え
ば、医学や農業の分野で重要な遺伝子(例えばインスリ
ン遺伝子、成長ホルモン遺伝子、および植物の生産性を
上げるための遺伝子)の分子クローニングには、RNA
とDNAの単離が必要である。さらにヒトのゲノムの分
子的欠陥の早期検出および遺伝子発現の研究のために
は、RNA、DNAおよび蛋白の単離と性状解析が必要
である。多くの場合同じ生物試料からRNA、DNAお
よび蛋白を単離することが必要であるかまたは好まし
い。しかし組織試料が非常に小さい場合(例えば生検の
場合)、および試料が分割できない場合そして各成分を
異なる単離法で使用することができない場合は、これは
不可能ではないにしても非常に困難である。
公知の方法がある。例えば本出願人による米国特許第
4,843,155号(この内容は参考のため本明細書
中に引用されている)は、生物組織試料からRNAを単
離するための有効な生成物と方法を開示している。この
特許の生成物と方法を用いることにより、RNAは約4
時間で単離することができる。この特許は、RNAを単
離するための他のいくつかの方法について記載している
が、その各々はそれぞれ欠点を有する。さらにこの特許
およびその中で言及されている他の方法のどれも、同じ
組織試料からRNA、DNAおよび蛋白を同時に単離す
る方法については記載していない。
られている。例えば米国特許第5,010,183号は
種々のソース(例えば細胞、細胞溶解液、ウイルス、組
織、血液および他の体液)から、陽イオン性界面活性剤
を用いて核酸と複合体を作らせてDNAとRNAを単離
する方法を開示している。RNAとDNAの同時単離の
他の方法は以下の文献に記載されている:チャン(Cha,
V.T.-W.)ら:Anl. Biochem. 168, 16-24(1988);ニコ
ライデス(Nicolaides, N.C.)ら:Biotechniques, 8
(2), 154-156(1990);およびラハ(Rhaha, S. )ら:Ge
ne Anal. Techn.(7), 173-177(1990) 。これらの記載さ
れた各方法では、界面活性剤(例えばノニデット(NONI
DET )P−40、ラウリル硫酸ナトリウムおよびラウリ
ルサルコシンナトリウム(Sodium lauryl sarcosine
))、およびRNaseインヒビターを補足したフェ
ノールを含む抽出溶液を用いて抽出している。
の同時単離法は、クームス(Coombs,L.M.)
ら、Anal.Biochem.188,338−34
3(1990)に記載されている。この方法は本出願人
の米国特許第4,843,155号で言及されているチ
ルグウィン(Chirgwin)らの方法の変法であ
る。この方法は要約すると以下のようである:細胞また
は組織試料を4Mのグアニジニウム中でホモジェナイズ
する。このホモジェネートは塩化セシウム(CsCl)
勾配上に重層する。110,000−150,000g
で18時間遠心分離すると、一番上のグアニジニウム層
は蛋白を含み、上のCsCl層はDNAを含み、RNA
は遠心分離管の底に集まる。塩化セシウム勾配からのR
NA、DNAおよび蛋白画分の精製は、次の12−24
時間に行われる。この方法は極めて時間がかかり(完了
するのに2−3日かかる)、同時にはほんのわずかの数
の試料しか処理ができない高価な装置である超遠心分離
機が必要であるため、この方法は有利ではない。
および蛋白の同時単離の効率的で正確な方法に対する確
実なニーズがある。
白の同時単離のための長期保存可能な溶媒溶液と方法に
関する。この溶媒溶液と方法は、同じ生物組織から実質
的に純粋で分解されていないRNA、実質的に純粋で分
解されていないDNA、および蛋白を抽出するための、
有効で正確な方法を与える。ここで「単離される」とい
う用語は、標準的な精製法を用いて測定した場合他の成
分の混入が検出されない程度に、ある特定の目的成分
(すなわちRNA、DNAまたは蛋白)が他の成分から
分離または単離されていることを意味する。さらに「分
解されていない」という用語は、目的の成分が標準的な
精製法を用いて測定した場合、目的の成分が、検出でき
るほどには分解されていないことを意味する。
から実質的に純粋で分解されていないRNA、実質的に
純粋で分解されていないDNA、および蛋白を抽出する
ためのフェノールおよびグアニジニウム化合物を組合せ
で含む。この有効で驚くべき結果(1−2時間のオーダ
ーで、超遠心分離を必要としない)は迅速、有効かつ正
確であり、これまでは達成されなかった。本出願人の米
国特許第4,843,155号は、フェノールと2−5
Mの濃度範囲のグアニジニウム化合物を含む方法と溶媒
溶液を開示している。この溶媒溶液は実質的に純粋で分
解されていないRNAを約3時間で単離することができ
るが、実質的に純粋で分解されていないDNAや蛋白を
単離することは目的としていないし、また可能でもな
い。
範囲のグアニジニウム化合物とともに有効量のフェノー
ルを使用することにより、RNAやDNAが分解から充
分に保護され、RNAがより効率的に単離されまたDN
Aと蛋白成分が単離されることが、予想外に明らかにな
った。本発明のこの新規の溶媒溶液は長期保存可能であ
る。使用可能な保存期間は室温で約2カ月であり、4℃
では約9−12カ月であって、この間酸化や分解が起き
てフェノールが単離工程において不安定になることはな
い。
化合物は酸性グアニジニウム化合物またはその塩であ
り、チオシアン酸グアニジニウムや塩酸グアニジニウム
よりなるが、これらに限定されない。塩酸グアニジニウ
ムはRNAやDNA成分を分解から保護し、水性の溶媒
溶液中でフェノールを溶液状態に維持するのに役立つ。
このフェノールは水層から蛋白を抽出するのに有用であ
り、RNAの分解を起こすRNaseや他の汚染してい
る酵素の作用を阻害する。
ニウムやチオシアン酸ナトリウムのような追加のチオシ
アン酸成分を含んでいてもよい。この追加のチオシアン
酸成分は生物試料からのRNAの抽出を増強すると考え
られている。さらにこの溶媒溶液は緩衝性成分(例えば
酢酸ナトリウムやクエン酸ナトリウム)を、約4−6の
pHを維持するのに充分な量で含んでいてもよい。さら
に溶媒溶液はフェノールを特に4℃で溶液に維持して、
単一相溶液としての溶媒を維持するための追加の可溶化
剤を含んでいてもよい。適当な可溶化剤1つはグリセロ
ールである。
液は約4−6の範囲のpHを有し、フェノール、グアニ
ジニウム化合物、チオシアン酸化合物およびフェノール
可溶化剤を含む。好適なグアニジニウム化合物はチオシ
アン酸グアニジニウムであり、好適なチオシアン酸化合
物はチオシアン酸アンモニウムであり、好適なフェノー
ル可溶化剤はグリセロールである。
に純粋で分解されていないRNAの単離は約1時間で達
成される。この単離されたRNAは、ノーザン(Northe
rn)分析、メッセンジャーRNA(mRNA)の単離、
および酵素的測定法(ポリメラーゼチェイン反応(PC
R)を含む)に適しており余分な精製工程は必要ではな
い。本発明の溶媒溶液と方法を用いてDNA成分は約1
−1.5時間で単離される。高収率のDNAが抽出さ
れ、このDNA(実質的に純粋で分解されていない)は
制限分析やサザン(Southern)分析に適している。さら
に本発明の方法はRNAおよび/または蛋白単離のため
に取られた試料中のDNA含量の定量を可能にする。こ
れは単離されたDNAの光学密度を読むことにより達成
される。最後に本発明の溶媒溶液と方法を用いることに
より、蛋白は約1時間で単離される。単離された蛋白は
その抗原性を保持し、ウェスタン分析のための充分な純
度を保持していると考えられている。
は、あらかじめ決められた量の溶媒溶液中の生物試料を
ホモジェナイズしてホモジェネートを形成させることよ
りなる。次に水不溶性の有機溶媒(例えばクロロホル
ム)をこのホモジェネートに加え、ホモジェネートを攪
拌して沈澱させて、実質的に純粋で分解されていないR
NAを含有する水層、蛋白を含有する有機層、および実
質的に純粋で分解されていないDNAを含有する中間層
よりなる混合物を形成させる。水層に低級アルコールを
加えて水層からRNAを沈澱させ、沈澱したRNAを沈
降法により回収する。有機層の蛋白はここに低級アルコ
ールを加えて沈澱させ、沈降法により回収する。最後に
DNAは、あらかじめ決められた量の溶媒溶液で中間層
を洗浄し、DNAを沈降させDNAからフェノールと塩
の汚染物を除去することにより回収される。
沈降に引き続いて、有機層と中間層は水で抽出し、塩化
セシウム、クエン酸ナトリウム溶液および低級アルコー
ルを加えて、中間層からDNAを沈澱させる。得られた
混合物は遠心分離し、沈降したDNAを回収する。この
実施態様においては、前記の実施態様で記載したよう
に、水層からRNAを回収し有機層から蛋白を回収す
る。
液中の生物試料のホモジェナイズに引き続いて、DNA
は溶媒溶液に不溶性であるため、実質的に純粋で分解さ
れていないDNAはホモジェネートから沈降される。次
にこの沈降したDNAは、あらかじめ決められた量の溶
媒溶液で洗浄し、ここから汚染しているフェノールおよ
び/または塩を除去する。残存するホモジェネート(こ
れはRNAと蛋白を含む)に水不溶性の有機溶媒(例え
ばクロロホルム)を加え、ホモジェネートを攪拌し沈降
させて、実質的に純粋で分解されていないRNAを含有
する水層、蛋白を含有する有機層よりなる混合物を形成
させる。前記の実施態様のように、低級アルコールを加
えて水層からRNAを沈澱させ、沈降法により回収す
る。同様に低級アルコールを加えて蛋白を有機層から沈
澱させ、沈降法により回収する。
結果を示す。図1BはサザンブロッティングによるDN
Aの分析結果を示す。図1Cはウェスタンブロッティン
グによる蛋白の分析結果を示す。
溶液は、溶媒溶液の総量を基準として約0.5−2Mの
濃度範囲のチオシアン酸グアニジニウム;溶媒溶液の総
量を基準として約0.1−0.6Mの濃度範囲のチオシ
アン酸アンモニウム;溶媒溶液のpHを約4−6の範囲
に維持するのに充分な量の緩衝液(好ましくは酢酸ナト
リウム);溶媒溶液の総量を基準として約3−10容量
%の量のグリセロール;および溶媒溶液の総量を基準と
して約30−50容量%の量のフェノールよりなる。
は、チオシアン酸グアニジニウムの濃度は好ましくは約
0.8Mであり、チオシアン酸アンモニウムの濃度は好
ましくは約0.4Mであり、酢酸ナトリウム緩衝液は溶
媒溶液の総量を基準として約0.1Mの濃度で存在し、
溶液のpHは約5.0である。さらに溶媒溶液は約5容
量%のグリセロールと約38容量%のフェノールよりな
る。
実施態様を例示する。
料をホモジェナイズする。次にホモジェネートに0.4
mlのクロロホルムを加えて攪拌し、12,000gで
10分間沈降させる。沈降後、実質的に純粋で分解され
ていないRNAを含有する水層、蛋白を含有する有機
層、および実質的に純粋で分解されていないDNAを含
有する中間層よりなる混合物が形成する。水層を集め、
2mlのイソプロパノールと一緒にして12,000g
で10分間遠心分離する。全RNAを含有する沈降物を
2mlの75%エタノールで洗浄し、8000gで6分
間遠心分離し、水に溶解する。前述したようにRNAの
単離は約1時間かかる。
用いて単離される。1つの実施態様においては、有機層
と中間層は1mlの水で抽出される。次に4.5Mの塩
化セシウム100μl、0.5Mのクエン酸ナトリウム
溶液および1mlのエタノールを加えて中間層からDN
Aを沈澱させる。得られた混合物を遠心分離し、沈降し
たDNAを2mlの75%エタノールで4回、そして2
mlの水で1回洗浄する。
から取って新しいチューブに入れ、0.5mlの溶媒溶
液で洗浄する。DNAに汚染しているフェノールおよび
/または塩を、75%エタノール、30%エタノール/
2.8MのNaBr溶液、そして最後に75%エタノー
ルで連続的に洗浄して除去する。
の実施態様においては、クロロホルムを加える前に最初
のホモジェネートからDNAを沈降させる。沈降したD
NAを0.5mlの溶媒溶液で洗浄し、DNAに汚染し
ているフェノールおよび/または塩を、75%エタノー
ル、30%エタノール/2.8MのNaBr溶液、そし
て最後に75%エタノールで連続的に洗浄して除去す
る。上記方法のDNAの単離は約1−1.5時間で達成
される。
ことにより有機層から沈澱する。懸濁物を遠心分離し、
蛋白沈澱物をエタノールで2回洗浄し、0.5%のドデ
シル硫酸ナトリウム溶液に溶解する。蛋白の単離は約1
時間で完了する。
ホモジェナイザー中で152mgのラットの乳腺を、前
記の3mlの好適な溶媒溶液とともにホモジェナイズす
る。ホモジェナイズした後ホモジェネートに0.6ml
のクロロホルムを加える。混合物を攪拌し、4℃で1
2,000gで10分間遠心分離する。遠心分離後ホモ
ジェネートは水層、中間層および有機層を形成する。
ノールを加えてRNAを沈澱させ、4℃で8000gで
8分間遠心分離する。全RNAを含む沈降物を3mlの
75%エタノールで洗浄し、8000gで5分間遠心分
離し、水に溶解する。全RNAの収率は0.62mgで
あり、ジフェニルアミンによる試験(バートン(Burto
n, K.):Biochem. J., 62:315-322(1956) )と、フォ
リン(Folin )試薬(ピーターソン(Peterson, G.
L.):Methods in Enzymology, 91:95-98(1983) )で
は、それぞれDNAや蛋白の汚染は検出されない。
000gで5分間遠心分離する。水層を取り、そこから
4.5Mの150μlのCsCl、0.5Mのクエン酸
ナトリウム溶液、そして1.5mlのエタノールを連続
的に添加してDNAを沈澱させる。混合物を15秒間攪
拌して、3000gで3分間遠心分離する。有機層を含
有する得られた上清を蛋白分析のためにとっておく。ペ
レットになったDNAを3mlの75%エタノールとボ
ルテックスさせて4回洗浄し、3000gで3分間遠心
分離する。次にDNAペレットを3mlの100%エタ
ノールに懸濁し、3000gで3分間遠心分離して水に
溶解する。DNAの収率は0.41mgであり、フォリ
ン試薬による試験では蛋白の汚染は検出されない。
の純度を、汚染剤として3 H RNAと 32 P DNA
を用いて試験する。RNA調製物中には放射性DNAは
検出されず、DNA調製物中には放射性RNAは検出さ
れない。
プロパノールと混合する。この混合物を室温に5分間置
き、沈澱した蛋白を10,000gで10分間遠心分離
する。蛋白のペレットをボルテックスにより3mlのエ
タノールに懸濁し、次に室温に5分間置き、次に10,
000gで10分間遠心分離する。この洗浄/遠心分離
工程を3回繰り返す。最後のエタノールによる洗浄の後
に、蛋白ペレットを短時間(10分間)空気乾燥し、水
に溶解する。蛋白の収率は6.3mgである。
蛋白の質は、標準的ノーザン分析、サザン分析およびウ
ェスタン分析により試験される。ノーザン分析、サザン
分析およびウェスタン分析は、アウスベル(Ausbell,
F.M. )ら(編)の方法(Current Protocols in Molecu
lar Biology, ウィリーインターサイエンス(Wiley Int
erscience)、ニューヨーク(1990))(これは参考のた
め本明細書中に引用されている)の記載する方法により
行われる。
5μgを、1%アガロース−ホルムアルデヒドゲル中で
電気泳動し、「ニトラン」("Nytran")膜に移し、ニッ
クトランスレーションしたラクトアルブミンcDNAと
ハイブリダイズさせる。図1Aに示すようにラクトアル
ブミンmRNAの分解されていないバンドの存在は、単
離された全RNAが分解されていないことを示すと考え
られる。
の5μgをEcoRI制限酵素で消化し、1%アガロー
スゲルで電気泳動し、「ニトラン」("Nytran")膜に移
し、ニックトランスレーションしたラクトアルブミンc
DNAとハイブリダイズさせる。図1Bに示すように分
解されていないラクトアルブミン遺伝子のバンドの存在
は、単離されたDNAが分解されていないことを示すと
考えられる。
0μgの蛋白を10%のアクリルアミド−SDSゲルで
電気泳動し、ニトロセルロース膜に電気移動させる。ラ
クトアルブミンの存在は、ウサギ抗−ラットラクトアル
ブミン抗体とペルオキシダーゼ結合抗ウサギIgGを用
いて検出する。図1Cに示すように単離物中の特異的蛋
白の存在はラクトアルブミンの検出により例示される。
されるものではなく、特許請求の範囲により限定され
る。
分析結果を示す。BはサザンブロッティングによるDN
Aの分析結果を示す。Cはウェスタンブロッティングに
よる蛋白の分析結果を示す。
Claims (7)
- 【請求項1】 生物組織から実質的に純粋で分解されて
いないRNA、実質的に純粋で分解されていないDNA
および蛋白を抽出するための溶媒溶液であって、 a)溶媒溶液の総量に基づき30〜50容量%のフェノ
ール、 b)溶媒溶液の総量に基づき3〜10容量%のグリセロ
ール、 c)溶媒溶液の総量に基づき0.5〜2M(モル)濃度
のチオシアン酸グアニジニウム、 d)溶媒溶液の総量に基づき0.1〜0.5M(モル)
濃度のチオシアン酸アンモニウムおよび(または)チオ
シアン酸ナトリウム、および e)溶媒溶液のpHを4〜6に維持するための溶媒溶液
の総量に基づき0.02〜0.2M(モル)濃度の緩衝
剤、からなる溶媒溶液。 - 【請求項2】 緩衝剤が酢酸ナトリウムである請求項1
に記載の溶媒溶液。 - 【請求項3】 酢酸ナトリウムが溶媒溶液の総量に基づ
き0.1M(モル)の濃度で存在し、かつまた溶媒溶液
のpHが5.0である請求項1または2のいずれか1項
に記載の溶媒溶液。 - 【請求項4】 チオシアン酸アンモニウムおよび(また
は)チオシアン酸ナトリウムの濃度が溶媒溶液の総量に
基づき0.4M(モル)である請求項1〜3のいずれか
1項に記載の溶媒溶液。 - 【請求項5】 チオシアン酸グアニジニウムの濃度が溶
媒溶液の総量に基づき0.8M(モル)である請求項1
〜3のいずれか1項に記載の溶媒溶液。 - 【請求項6】 生物組織から実質的に純粋で分解されて
いないRNA、実質的に純粋で分解されていないDNA
および蛋白を単離するための方法であって、 (a)組織試料を請求項1に記載の溶媒溶液中でホモジ
ェナイズしてホモジェネートを生成させ、 (b)上記ホモジェネートに水に不溶性の有機溶媒を加
え、ホモジェネートを沈降させ、実質的に純粋で分解さ
れていないRNAを含有する水性層、蛋白を含有する有
機層および実質的に純粋で分解されていないDNAを含
有する中間層からなる混合物を形成させ、 (c)この水性層に低級アルコールを添加して、水性層
からRNAを沈殿させ、沈殿したRNAを沈降法により
採取し、 (d)この有機層に低級アルコールを添加して、有機層
から蛋白を沈殿させ、沈殿した蛋白を沈降法により採取
し、 (e)この中間層を予め決められた量の前記溶媒溶液で
洗浄し、DNAを沈降させ、夾雑フェノールおよび塩類
をDNAから除去して、この中間層からDNAを採取す
る、工程からなる方法。 - 【請求項7】 生物組織から実質的に純粋で分解されて
いないRNA、実質的に純粋で分解されていないDNA
および蛋白を単離するための方法であって、 (a)組織試料を請求項1に記載の溶媒溶液中でホモジ
ェナイズしてホモジェネートを生成させ、 (b)上記ホモジェネートに水に不溶性の有機溶媒を加
え、ホモジェネートを沈降させ、実質的に純粋で分解さ
れていないRNAを含有する水性層、蛋白を含有する有
機層および実質的に純粋で分解されていないDNAを含
有する中間層からなる混合物を形成させ、 (c)この水性層に低級アルコールを添加して、水性層
からRNAを沈殿させ、沈殿したRNAを沈降法により
採取し、 (d)この有機層と中間層とを水で抽出し、 (e)有機層に低級アルコールを添加して、有機層から
蛋白を沈殿させ、沈殿した蛋白を沈降法により採取し、 (f)この中間層にCsCl、クエン酸ナトリウム溶液
および低級アルコールを添加して、中間層からDNAを
沈殿させ、沈殿したDNAを沈降法により採取する、工
程からなる方法。
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