JP3097893B2 - 標的rna分子の増幅方法 - Google Patents
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Description
し、特使リボ核酸(RNA)配列の複写および増幅のた
めに有用な方法および試薬を提供するものである。別な
面において、本発明は、先行する逆転写反応にて生じた
核酸により夾雑する逆転写反応物、均質逆転写/増幅反
応物または増幅反応物の滅菌方法を提供する。更に別の
面では、本発明は試料中の標的RNAの逆転写方法を提
供する。
される用語に説明については、項温度逆転写方法を提供
する関連出願、すなわち国際特許出願公開WO91/0
9944が参考となる。
は、2価金属イオンとしてMg2+を使用してcDNA
を非効率的に合成することが報告されている(Jone
sおよびFoulkes、1989,Nuc.Acid
s Res.176:8387−8388)。Tseお
よびForget、1990,Gene 88:293
−296;およびShaffer等、1990、Ana
l.Biochem.190:292−296は、Ta
qポリメラーゼおよびMg2+イオンを使用するRNA
の増幅方法を記述している。しかしながら、この方法
は、非効率的でかつ低感度である。例えば、Tseおよ
びForgetは、豊富に発現されたmRNA標的を使
用して、エチジウムブロマイド−染色ゲル可視化のため
に充分なPCR生成物を生じさせるために全RNAを4
μg必要とすることを示した。加うるに、DNAテンプ
レート(先行する反応由来、またはプラスミドDNA夾
雑物由来のPCR生成物)からの擬陽性シグナルは、厳
密には除去されなかった。
熱活性DNAポリメラーゼによる高温度cDNA合成の
ための改良された方法および試薬、特には改良された緩
衝溶液系を提供するものである。本発明の試薬は、熱安
定性DNAポリメラーゼを使用する1酵素、1チューブ
の結合逆転写/増幅アッセイのために特に好適である。
NA分子の増幅方法であって: (a)前記試料を、4種すべてのデオキシリボヌクレオ
シド三リン酸の存在下、2価陽イオンを含む適切な緩衝
溶液中の、第1および第2のプライマーならびに熱安定
性DNAポリメラーゼを含む反応混合物中において、前
記熱安定性DNAポリメラーゼが前記第1のプライマー
の伸長生成物の合成を開始して前記標的RNAに相補的
なcDNA分子を与えるために充分な温度にて処理し、
ここにおいて前記第1のプライマーは、前記標的RNA
に対して、それにハイブリダイズして前記標的RNAに
相補的なcDNA分子の合成を開始するに充分に相補的
であり、前記第2のプライマーは、前記cDNAにハイ
ブリダイズし伸長生成物の合成を開始するに充分に前記
標的RNAに対し相同的であり; (b)前記反応混合物を、単鎖cDNAを与えるために
適切な温度にて処理し; (c)前記反応混合物を、前記熱安定性DNAポリメラ
ーゼが前記第2のプライマーの伸長生成物の合成を開始
して二重鎖cDNA分子を与えるために適切な温度にて
処理し;および (d)工程(c)の二重鎖cDNAをポリメラーゼ連鎖
反応により増幅する、工程を含む増幅方法を提供する。
前記工程(a)および(d)の前記適切な緩衝溶液は、
前記2価陽イオンを結合する緩衝剤を更に含有し、前記
2価陽イオンは好ましくはMn2+であり、前記緩衝剤
の20℃かつ0.1Mのイオン強度における2価陽イオ
ン結合反応のKMは、10および106の間、好ましく
は102および104の間、より好ましくは102.5
および103.5の間である。前記緩衝剤は、好ましく
は水素イオン緩衝作用を与える両性イオン性化合物であ
り、前記緩衝溶液の20℃かつ0.1Mのイオン強度に
おけるpKaは、7および9の間、好ましくは7.5お
よび8.5の間である。好ましい実施態様において、前
記緩衝溶液は、更にN,N−ビス(2−ヒドロキシエチ
ル)グリシンまたはN[トリス(ヒドロキシメチル)メ
チル]グリシンを含んでなり、更に好ましくは、前記緩
衝溶液は、更に酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、酢酸ア
ンモニウムおよび酢酸リチウムからなる群から選択され
る酢酸塩を含んでなる。最も好ましい実施態様におい
て、緩衝溶液は酢酸マンガン(Mn(OAc)2または
Mn(CH3CO2)2とも記される)、ビシン−KO
H(ビシンはN,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)グ
リシンである)および酢酸カリウム(KOAcまたはK
CH3CO2とも記される)を含んでなる。前記熱安定
性DNAポリメラーゼは、好ましくはThermus
aquaticusDNAポリメラーゼまたはTher
mus thermophilusDNAポリメラー
ゼ、最も好ましくは組換えTthDNAポリメラーゼで
ある。好ましい実施態様において、工程(a)の温度
は、40℃および80℃の間である。
/または均質逆転写/増幅反応から生じる核酸により夾
雑する逆転写反応物、増幅反応物、および均質逆転写/
増幅反応物の滅菌方法をも提供するものである。例え
ば、本発明は、慣用および非慣用のヌクレオシド三リン
酸を逆転写反応混合物に混合し、該慣用および非慣用の
ヌクレオチドが取り込まれたcDNAを生成させた結果
として、先行する逆転写反応により生成する核酸で夾雑
する逆転写反応物の滅菌方法であって、前記非慣用ヌク
レオチドの共有結合を加水分解することにより夾雑核酸
を分解することを含んでなる方法を提供する。
慣用のヌクレオシド三リン酸を均質逆転写/増幅反応混
合物に混合し、該慣用および非慣用のヌクレオチドが取
り込まれたcDNAを生成させた結果として、先行する
均質逆転写/増幅反応により生成する核酸で夾雑する逆
転写反応物の滅菌方法であって、前記非慣用ヌクレオチ
ドの共有結合を加水分解することにより夾雑増幅生成物
を分解することを含んでなる方法を提供する。
配列を含む水溶液中で、夾雑核酸生成物をウラシル−D
NAグリコシラーゼにより分解することを含んでなり;
更に、該グリコシラーゼを標的核酸配列の存在下で不活
性化し(例えば加熱による);ならびに標的配列を熱安
定性DNAポリメラーゼにより逆転写および増幅するこ
とを含んでなる。該夾雑生成物の分解は、該生成物が、
核酸逆転写/増幅反応系に接触する間に行われうる。従
って、逆転写/増幅用試料を調製し、該試料を本発明方
法により処理して先行する逆転写、増幅、および/また
は均質逆転写/増幅反応により生じた夾雑核酸を分解
し、次いで工程間で反応体積または組成を調節する必要
なしに試料中の標的核酸を増幅することができる。
オン濃度を緩衝する金属緩衝溶液、および好ましい実施
態様においてpHおよびマンガンイオン濃度の両者を緩
衝する金属緩衝溶液を含んでなる試薬を提供する。該緩
衝溶液は、本発明の方法における使用可能なマンガンお
よびdNTP濃度範囲を有意に拡大し、これをもってア
ッセイの強健性を増大し、かつ試料調製において導入さ
れるマンガンキレート剤による問題を低減する。該緩衝
溶液は、本発明の滅菌方法におけるより高いdUTP濃
度の使用を可能とし、このことはある種の標的における
dUTP取り込みを増強し、また該2価金属イオン濃度
を低減し、反応混合物のイオン強度を低下させることに
よって滅菌の効率を増大させる。該緩衝溶液は、Mn
2+触媒RNA加水分解をも低減し、このことは希少な
および/またはより長い標的の逆転写のためにより長い
逆転写時間を可能とする。更に、本発明の緩衝溶液およ
び試薬(例えばdNTP)は、緩和された濃度許容性の
ために調製することが容易であり、また改良された保存
および安定性の特性を与える。而して本発明は、均質逆
転写/増幅反応遂行のための緩衝溶液であって、2価陽
イオン、1価陽イオンおよび緩衝剤を含有し、該2価陽
イオンが好ましくはMn2+であり、該緩衝剤が前記2
価陽イオンと結合するキレート化剤であり、前記緩衝溶
液の20℃、かつ0.1Mのイオン強度における前記2
価陽イオン結合反応のKMが、10および106の間、
好ましくは102および104の間、より好ましくは1
02.5および103.5の間であることを特徴とする
緩衝溶液を提供する。好ましい緩衝溶液において、前記
緩衝剤は水素イオン緩衝作用を与える両性化合物であ
り、ここにおいて前記緩衝溶液の20℃かつ0.1Mの
イオン強度におけるpKaは、7および9の間、好まし
くは7.5および8.5の間である。本発明の好ましい
実施態様において、該緩衝溶液は、酢酸マンガン、ビシ
ン−KOHおよび酢酸カリウムを含む。本発明は、試料
中の標的RNA分子の逆転写方法であって:前記試料
を、前記標的RNAに対してそれにハイブリダイズして
前記標的RNAに相補的なcDNA分子の合成を開始す
るに充分に相補的なプライマー、熱活性DNAポリメラ
ーゼ、4種のデオキシリボヌクレオシド三リン酸、およ
びMn2+を含む適切な緩衝溶液を含んでなる反応混合
物中で、前記熱安定性DNAポリメラーゼが前記プライ
マーの伸長生成物の合成を開始して前記標的RNAに相
補的なcDNA分子を与えるために充分な温度にて処理
する工程を工程を含み;前記緩衝溶液が前記Mn2+を
結合する緩衝剤を更に含有し、前記緩衝剤の20℃かつ
0.1Mのイオン強度における2価陽イオン結合反応の
KMが、10および106の間、好ましくは102およ
び104の間、より好ましくは102.5および10
3.5の間であることを特徴とする試料中の標的RNA
分子の逆転写方法を提供するものである。
こに参考として取り入れるWO91/09944を引用
する。
立つであろう。図1は、例7に記述される伸長反応の結
果を表すものであって、異なる緩衝溶液条件を使用する
マンガン濃度の範囲に亘って反応効率をアッセイしたも
のである。
結果を示すものであって、dNTP濃度の使用可能な範
囲について、異なる緩衝溶液条件を使用してアッセイし
たものである。
増幅のための改良された方法に関する。従って、例えば
該方法は、逆転写および増幅工程の間で、反応成分を修
飾するために反応容器を開く必要が除かれる結合1チュ
ーブ処理法に対して提供される。このようにして、先行
する反応に由来する逆転写または増幅生成物によるRN
A逆転写/増幅アッセイの持ち越し夾雑物の影響が最小
になる。
RNAテンプレートにハイブリダイズするために充分に
相補的なプライマーおよび熱活性DNAポリメラーゼと
共に含む試料を、4種すべてのデオキシリボヌクレオシ
ド三リン酸の存在下、マンガンイオン濃度、および好ま
しい実施態様においてはpHとマンガンイオン濃度との
両者を緩衝する金属緩衝剤を含む適切な緩衝溶液中で処
理することを含んでなり、該反応は、前記プライマーが
前記RNAテンプレートにハイブリダイズし、かつ、前
記熱活性DNAポリメラーゼが前記デオキシリボヌクレ
オシド三リン酸のポリマー化反応に触媒作用して、前記
DNAテンプレートの配列に相補的なcDNA配列を形
成するために充分な温度にて遂行される。本発明によれ
ば、DNAポリメラーゼは、熱活性であると共に熱安定
性であり得る。
ニール化するに好適なプライマーは、PCRによる増幅
のためにも適しているであろう。PCRのためには、逆
転写されたcDNAに相補的な第2のプライマーが伸長
生成物のための部位を与える。
子の増幅において、第1の伸長反応はRNAテンプレー
トを使用する逆転写反応であり、DNA鎖が生成され
る。該DNAテンプレートを使用する第2の伸長反応
は、二重鎖DNA分子を生成する。従って、RNAテン
プレートからの熱活性DNAポリメラーゼによる相補的
DNA鎖の合成は、増幅のための出発物質を与える。
た1酵素逆転写/増幅反応において、使用されうる。該
方法は、非均質および均質RT/PCRアッセイの両者
に対して提供される。ここにおいて使用される「均質」
なる用語は、RNA標的の逆転写および増幅のための2
工程1添加反応を指す。均質とは、逆転写工程に続いて
反応容器を開放する必要、または増幅工程の前に反応成
分を調節する必要がないことを意味する。非均質RT/
PCR反応においては、逆転写に続いて増幅反応の前
に、酵素、プライマー、2価陽イオン、塩類、pHまた
はdNTPを含むいずれかの反応成分が調節され、添加
され、あるいは希釈される。
は、標的RNAを逆転写および増幅するために使用され
る種々の試薬を含む水溶液を指す。これらは、酵素、水
性緩衝剤、塩類、オリゴヌクレオチドプライマー類、標
的核酸およびヌクレオシド三リン酸を含む。状況に依存
して、該混合物は完全または不完全な均質逆転写/増幅
反応混合物のいずれかであり得る。
ための単純化され、改良された方法にも関連する。これ
らの方法は、逆転写、第2のcDNA鎖合成、および所
望により増幅について触媒作用する熱安定性DNAポリ
メラーゼを採用する。先行技術の方法は、各工程につい
て異なる酵素を使用するために必要となる2組のインキ
ュベーション条件を必要とした。本発明の方法は、従来
のRNAクローニングおよび診断方法よりも少ない工程
による、有意に増強された特異性を持ったRNA転写お
よび増幅法を提供する。これらの方法は、研究室あるい
は臨床分析のためのキットにおける使用に適用可能であ
る。
NAの逆転写のために使用される種々の試薬を含む水溶
液を指す。これらは、酵素、水性緩衝剤、塩類、オリゴ
ヌクレオチドプライマー、標的核酸、およびヌクレオシ
ド三リン酸を含む。状況に依存して、該混合物は完全ま
たは不完全逆転写反応混合物のいずれであってもよい。
方法が当業者に利用可能である。ここにおいて使用され
るように、「増幅反応系」なる用語は核酸の標的配列の
複写物を増幅するためのいずれかのインビトロ手段を指
す。そのような方法は、限定されるものではないが、ポ
リメラーゼ(PCR)、DNAリガーゼ(LCR)、Q
βRNAレプリカーゼおよびRNA転写(TASおよび
3SR)に基づく増幅系を含む。しかしながら、ここで
記述される均質RT/PCR法は、3SR等の多工程、
多酵素増幅法に対して、1種のポリメラーゼ酵素のみを
使用するという重要な優位点を有している。
増幅系は、2価金属イオン(例えばMn2+)最適条件
のかなりの拡大、ならびにRNAテンプレート−支配合
成およびDNAテンプレート−支配合成についての明ら
かに異なる二重の最適条件の驚くべき拡大によって利益
を得る。これらすべての系は、1サイクルまたは反応の
1部により合成される生成物が、引き続くサイクルまた
は反応の引き続く部分のテンプレートとして働くことに
おいて、PCR工程に基づく。リガーゼ連鎖反応(ここ
に参考として取り入れるLCR,WuおよびWalle
nce,1989,Genomics 4:560−6
69およびBarany,1991,Proc.Nat
l.Acad.Sci.USA 88:189−19
3)においては、DNAの所望の分節をDNAリガーゼ
を用いてMg2+および必要な共因子の存在下で増幅す
るために、4種のオリゴヌクレオチドが使用される。厳
密なアニール化温度および熱活性かつ熱耐性DNAリガ
ーゼの使用は、この工程の感度および対立遺伝子変位の
差異の識別能力を有意に改良する。天然の好熱性DNA
リガーゼ(例えば、ここに参考として取り入れるTak
ahashi,YamaguchiおよびUchid
a,1984,J.Biol.Chem.259:10
041−10047)あるいは、組換え親熱性DNAリ
ガーゼ(例えばここに参考として取り入れるBaran
yおよびGelfand,1991,Gene 10
9:1−11)のいずれを使用するにしても、本発明の
緩衝溶液および緩衝剤は、金属イオン最適条件を拡大
し、RNAテンプレート−支配リゲーションおよびDN
Aテンプレート−支配リゲーションの両者を促進し、2
価金属イオンの存在下、上昇温度下でのRNAテンプレ
ートの安定性を向上するために有用である。
よびLCRから誘導される核酸増幅工程(ここに参考と
して取り入れる、ポリメラーゼ・リガーゼ連鎖反応、B
arany,1991,PCR Methods an
d Applic.1:5−16;またはGap−LC
R,PCT特許公開WO90/01069;またはリペ
アー連鎖反応、ヨーロッパ特許公開EP−A−439,
182)は、RNAテンプレート−支配合成およびDN
Aテンプレート−支配合成の両者に対しての2価陽イオ
ン最適条件の拡大、ならびに2価陽イオンの存在下での
上昇温度におけるRNAテンプレートの安定性の増加の
ために本発明の緩衝溶液および緩衝剤から利益を得るで
あろう。このことは、工程内で使用され、異なる核酸と
相互作用する酵素が、通常異なる2価金属イオン最適条
件を有する場合に特に有利である。
工程(ここに参考として取り入れる3SR、Kwoh
ら、1989,Proc.Natl.Sci.USA
86:1173−1177、Guatelliら、19
90,Proc.Natl.Acad.Sci.USA
87:1874−1878、PCT特許公開WO92
/0880A;NASBA、米国特許5,130,23
8)は、RNAテンプレート−支配合成およびDNAテ
ンプレート−支配合成の両者に対しての2価陽イオン最
適条件の拡大から利益を得るであろう。このことは、工
程内で使用され、異なる核酸と相互作用する酵素が、通
常異なる2価金属イオン最適条件を有する場合に特に有
利である。上述の等温増幅系は、いずれも中温性または
非熱活性および熱感受性核酸結合酵素を使用する。類似
する熱活性かつ熱耐性酵素に基づく等温増幅系(例え
ば、[1]Thermus thermophilus
DNAポリメラーゼによるAMVまたはMoMuLV逆
転写酵素の置換、[2]Thermus thermo
philus RNase[ItayaおよびKond
o,1991,Nuc.Acids Res.19:4
443−4449]によるE.Coli RNaseH
の置換、ならびに[3]Thermus thermo
philusファージφYS40[Sasakiおよび
Oshima,1975,J.Virol.15:14
49−1453]RNAポリメラーゼによるバクテリオ
ファージT3、T7またはSP6 RNAポリメラーゼ
の置換)は、上述の理由に加えて、2価陽イオンの存在
下での上昇温度におけるRNAテンプレートの安定性の
増加および本発明の緩衝溶液および緩衝剤から利益を得
るであろう。
ではない。他の系が開発されれば、それらは本発明を実
施することにより利益を得るであろう。増幅系に関する
最近の調査は、ここに参考として取り入れるAbram
sonおよびMyers,1993,Current
Opinion in Biotechnology
4:41−47にて刊行されている。
の増幅のために使用される種々の試薬を含む水溶液を指
す。これらは、酵素、水性緩衝剤、塩類、増幅プライマ
ー、標的核酸、およびヌクレオシド三リン酸を含む。状
況に依存して、該混合物は完全または増幅反応混合物の
いずれであってもよい。本発明の好ましい実施態様にお
いて、増幅系はPCRであり、増幅反応混合物はPCR
混合物である。
衝剤混合物、および場合により2価陽イオンおよび1価
陽イオンを含む溶液を指す。
を逆転写し、増幅するために好適である。RNAテンプ
レートは、ウイルスまたは細菌性核酸調製物等の微生物
由来の核酸調製物中に含まれてよい。該調製物は、細胞
残渣および他の成分、精製全RNA、または精製mRN
Aを含んでよい。該RNAテンプレートは、試料中の異
種的RNA分子の母集団または特定の標的RNA分子で
あってよい。
NAは、特定の標的RNAを含むことが予想される生物
学的試料中に含まれてよい。生物学的試料は、例えば血
液試料または生検組織試料等のRNAが該試料の小部分
である異種的試料であってよい。従って、この方法は、
臨床検査および診断のために有用である。RNAは、特
定の疾患または感染物質を示すものであり得る。
れているような種々の方法のいずれにより調製されても
よい。
して取り入れるMatteucciらの、1981,
J.Am.Chem.Soc.103:3185−31
91のトリエステル法を使用して調製されうる。他の方
法としては、例えばBiosearch8700 DN
A合成装置等によるシアノエチルホスホラミダイト化学
を使用する自動合成が好ましい。
のプライマーがRNAテンプレートにアニールしなけれ
ばならない。逆転写を起こすためには、プライマーのす
べてのヌクレオチドがテンプレートにアニールする必要
はない。プライマー配列は、テンプレートの正確な配列
を反映する必要はない。例えば、非相補的ヌクレオチド
断片をプライマーの5’末端に連結し、プライマー配列
の残る部分をRNAに相補的としてもよい。他の方法と
して、プライマー配列がRNAテンプレートとハイブリ
ダイズするために充分に相補的であって、かつ相補DN
A鎖の合成を可能とする限り、プライマー中に非相補的
塩基を分散させてもよい。
アニール化工程を必要とした。プライマーをRNAにハ
イブリダイズさせるために、RNAテンプレートの2次
および3次構造の不安定化が必要とされるであろう。一
般医、アニール化は種々の方法により実施され、アニー
ル化緩衝溶液の存在下で定型的に行われる。Mania
tisらの、1982,“Molecular Clo
ning:A Laboratory Mannua
l”,Cold Spring Harbor,New
Yorkは、アニール化緩衝溶液の例を提供する。ア
ニール化法は、限定されるものではないが、RNA/プ
ライマー混合物を高温で短時間インキュベートし、次い
で段階的に冷却するか、または該混合物をドライアイス
/エタノール浴中で急速に凍結することを含む。逆転写
のために従来使用されていた低温度において、鎖内2次
構造相互作用がcDNA合成またはプライマーのアニー
ル化と干渉することを防止するために、ある研究者はメ
チル水銀水酸化物等の化学変性剤にて処理することによ
り、RNAテンプレートを修飾している(Bailyお
よびDavidson、1976,Anal.Bioc
hem.70:75)。しかしながら、そのような変性
剤は、一般に極めて毒性で発ガン性の化合物であって、
酵素阻害を防止するためにも注意深く除去しなければな
らない。
レートにアニール化しなければならないが、別個のアニ
ール化工程は必要ではない。熱活性逆転写酵素活性は、
厳密なアニール化のために好ましい高温度でも非可逆的
変性を受けないため、ポリメラーゼ添加に先立って、変
性テンプレートの急速冷凍または段階的冷却の必要差異
がない。従来の方法では、加熱され変性されたRNA
は、酵素活性に適合した条件を与える温度、通常37−
42℃まで低下させる間にアニール化したプライマー−
テンプレート構造を維持するように冷却する必要があっ
た。RNAの高温度逆転写方法は、プレ−アニール化工
程および化学変性剤の使用の必要性を除去した(例えば
例1〜4参照)。本発明は、RNAの2次および3次構
造を不安定化する改良方法を提供する。熱安定性DNA
ポリメラーゼによる逆転写のための温度は、RNAの2
次および3次構造を更に不安定化し、かつ二重鎖RNA
標的の変性作用もする。
テンプレートの逆転写が、熱活性かつ熱安定性DNAポ
リメラーゼにより触媒作用される方法を提供する。ここ
において使用されるように、「熱安定性ポリメラーゼ」
なる用語は、熱安定性または耐熱性であって、デオキシ
リボヌクレオチドのポリマー化に触媒作用して核酸鎖に
相補的なプライマー伸長生成物を形成する酵素を指す。
ここで有用な熱安定性DNAポリメラーゼは、PCR増
幅に際して、単鎖核酸の不安定化または二重鎖核酸の変
性に必要な時間、昇温下に付しても非可逆的に不活性化
されることがない。非可逆的不活性化とは、酵素活性の
実質的損失をいう。好ましくは熱安定性DNAポリメラ
ーゼは、ポリマー化条件の約90〜100℃にて非可逆
的に変性されない。
ためのDNAポリメラーゼが熱活性であることは不可欠
なことである。ここにおぃて使用されるように、「熱活
性ポリメラーゼ」なる用語は、60℃以上の温度でデオ
キシリボヌクレオチドのポリマー化に効率的に触媒作用
して核酸テンプレート鎖に相補的なプライマー伸長物を
形成することができる酵素を指す。本発明によれば、逆
転写のための熱活性DNAポリメラーゼは、50℃以上
で最大活性を有する。該熱活性DNAポリメラーゼは、
RNA不安定化およびプライマーアニール化の条件下、
50〜80℃の温度で不可逆的に変性されない。
ラーゼは、熱安定性でもある:しかしながら、熱活性で
非熱安定性酵素も、本発明の実施に好適である。RNA
からのcDNAの調製は、上昇温度における反復する変
性サイクルを含まないため、該方法で有用な酵素が熱活
性であることに加えて熱安定性である必要はない。しか
しながら本発明の一実施態様において、均質RT/PC
R法が示される。RTおよびPCR工程の間で反応成分
が調整されないので熱安定性DNAポリメラーゼが好ま
しい。
性される核酸に依存するであろう。当然のことながら、
mRNAの逆転写についてテンプレート分子は一般に単
鎖であり、従って高温度の変性工程が不要であることは
認識されるであろう。しかしながら、二重鎖RNAも、
最初の変性または鎖分離工程に続く逆転写/増幅方法の
ための好適なテンプレートを与える。本発明は、二重鎖
RNAの熱変性に必要な高温度においてRNAの分解を
低減し、これによって二重鎖RNAテンプレートからの
逆転写/増幅反応の効率を改善する緩衝溶液を提供す
る。本発明の緩衝溶液は、完全反応混合物の大雑把なか
なり高温度での処理が、RNAの2次および3次構造を
逆転写反応のプライマーアニール化工程の直前に不安定
化することを許容する(例12)。二重鎖RNAテンプ
レートは、例えばレオウイルス、ブルータングウイル
ス、コロラドチック熱ウイルス、および酵母殺因子等を
含んでよい。
〜80℃の範囲である。プライマー伸長の第1のサイク
ルは、上述した変性および増幅に適した二重鎖テンプレ
ートを与える。核酸変性の温度は、典型的には約90〜
約100℃の範囲であり、変性が起こるに充分な時間は
核酸長、塩基成分、試料中に存在する単鎖配列間の相補
性に依存するが、典型的には約10秒から4分間であ
る。
は、好ましくは約40℃以上、例えば60−80℃の温
度で至適活性を有する。42℃よりかなりな高温度で
は、熱安定性または熱活性DNAポリメラーゼ以外のD
NAおよびRNA−依存ポリメラーゼは、不活性化す
る。ここに参考として取り入れるShimomaveお
よびSalvato、1989、Gene Anal.
Techn.6:25−28は、AMV−RTは、42
℃において最大活性を有することを記述している。50
℃において該酵素は50%の活性を有し、55℃におい
てはAMV−RTは活性最大水準の僅かに10%を保持
するにすぎない。従って、AMV−RTはRNAテンプ
レートを使用する高温度ボリマー化反応を触媒するには
不適当である。本願方法は、熱活性DNAポリメラーゼ
による効率的な高温度逆転写方法を提供する。
リッド化は、組成およびプライマーの長さに加えて塩濃
度に依存する。熱安定性または熱活性ポリメラーゼを使
用する場合には、ハイブリッド化は高温度(例えば45
−70℃)にて起こり得て、これは選択性の増大および
/またはプライミングの高い厳密性のために好適であ
る。ポリメラーゼ酵素についての高温度の至適性は、プ
ライマーハイブリッド化工程での選択性のためにRNA
逆転写および引き続く増幅がより高い特異性を持って進
むことを可能とする。好ましくはRNA逆転写の至適温
度は、約55−75℃、更に好ましくは60−70℃の
範囲である。
より触媒作用を受ける向上したプライマー−指向特異性
をもったRNAテンプレートの逆転写方法を提供する。
開示される方法は、RNAの逆転写の従来方法に対し、
改良されている。これらの方法は、RNA/cDNAハ
イブリッド中間体分子和介してRNA断片の増幅を与え
る。該ハイブリッド分子は、PCRによる増幅のために
好適なテンプレートである。従って逆転写および増幅反
応が結合される。従来のRNA増幅法は、増幅反応開始
に先行してRNA/プライマー混合物を逆転写酵素の存
在下で37−42℃においてインキュベートすることを
必要とした。本発明によれば、RNA増幅のためのすべ
ての酵素的工程は、熱安定性DNAポリメラーゼによる
触媒作用によっている。TaqおよびTthDNAポリ
メラーゼの商業的入手可能性、TthDNAポリメラー
ゼ調製のための開示された方法、およびTthDNAポ
リメラーゼ逆転写/DNA増幅キット(Perkin
Elmer,Norwalk,CT)の商業的入手可能
性によって、PCRにもたらされる優位点は、ここに開
示される方法によって、RNAの逆転写、RNA検出、
cDNA調製および結合逆転写/cDNA増幅に対して
適用可能である。
り、ここに参考として取り入れる米国特許4,683,
195、4,683,202および4,965,188
号に記述されている。本発明により提供される優位点の
理解を容易にするために、PCRの要約を示す。PCR
は、増幅されるべき二重鎖標的核酸配列にハイブリッド
する2種類のプライマーを必要とする。PCRにおい
て、二重鎖標的配列は変性され、該変性標的の核鎖に1
個のプライマーがアニール化する。プライマーは標的核
酸に、他方から離れた部位において、一方のプライマー
の伸長生成物がその相補体から分離された場合に他方の
プライマーとハイブリッド可能であるような配向をもっ
てアニール化する。一旦プライマーが標的配列にハイブ
リッドすると、該プライマーはDNAポリメラーゼの作
用により伸長される。次いで伸長生成物は、標的核酸か
ら変性され、該工程が反復される。
のサイクルにおいて生成された伸長生成物は、DNA合
成のテンプレートとして機能する。第2のサイクルから
始めて、増幅生成物は指数的速度で蓄積され始める。増
幅生成物は、個別の二重鎖DNA分子であり、場合によ
り第2のプライマーに相補的な配列が続いた第1のプラ
イマーの配列を含む第1の鎖、および第1の鎖に相補的
な第2の鎖を含んでなる。
て、高いDNA水準をもった試料、正の対照テンプレー
ト、または先行する増幅に由来する少量のDNAの持ち
越しが、意図的に添加したテンプレートDNAが存在し
ない場合にもPCR生成物を生じうる。可能であるなら
ば、すべての反応混合物は、PCR生成物の分析および
試料調製から隔離された領域にて調製される。RNA/
DNA調製、反応物の混合、および試料の調製において
専用または使い捨ての容器、溶液およびピペット(好ま
しくはポジティブディスプレースメントピペット)の使
用は、交差夾雑を最小化するであろう。ここに参考とし
て取り入れるHiguchiおよびKwok,198
9,Nature,339:237−238、およびI
nnisら、編、1990、「PCR Protoco
ls:A Guide to Methods and
Applications」,Academis P
ress,Inc.San Diego,CA中のKw
okおよびOrrego参照。
法が、ここに参考として取り入れるPCT特許公開WO
92/01814および米国特許5,035,996に
記述されている。該方法は、dUTP等の非慣用ヌクレ
オチド塩基を増幅生成物に導入し、持ち越し生成物を酵
素的および/または物理化学的処理に付して生成物DN
Aを次の増幅についてテンプレートとして機能し得ない
ようにすることを含む。例えば、ウラシル−N−グリコ
シラーゼまたはUNGとしても知られているウラシルD
NAグリコシラーゼは、ウラシル塩基を含むPCR生成
物からウラシル残基を除去するであろう。該酵素処理
は、夾雑するPCR生成物を分解し、増幅反応物を“滅
菌”する作用をする。
ドを指す場合に「非慣用」なる用語は、特定のポリヌク
レオチド中に天然に生じる慣用の塩基、ヌクレオシドま
たはヌクレオチド(例えばDNA[dA、dG、dC、
dT]またはRNA[A、G、C、T])の修飾物、誘
導体または類似体を指す。ウラシルは、RNA(すなわ
ちリボヌクレオチド中のリボースに共有結合する)にお
いて慣用の塩基であるが、DNA(すなわちデオキシリ
ボヌクレオチド中のデオキシリボースに共有結合する)
においては非慣用の塩基である。結合RT/PCR反応
において、RT工程の前の反応物を、滅菌して先の逆転
写および/または増幅反応の核酸生成物を除去しておく
ことが望ましい。逆転写後、かつPCR前の滅菌は、夾
雑生成物に加えて、dUTPを含む非夾雑cDNA生成
物の分解ももたらす。dTTPの存在下、かつdUTP
の非存在下でのcDNA合成は、非実用的である。dU
TPを引き続くPCR生成物に効率的に取り込むために
は、逆転写工程に由来する持ち越しとしてのdTTPを
希釈するために、大過剰量のdUTPが必要であろう。
更に、このことは、dUTP添加のためにチューブの開
封を必要とする。従って、UNG滅菌の有効性が損なわ
れる。
を提供するものである。例4は、本発明のこの側面を例
示する。非慣用ヌクレオシドが増幅生成物に取り込まれ
た場合に、通常の力価測定実験は、反応条件を至適化す
るために有用であり、ヨーロッパ特許出願EP−A−5
40,693は、非慣用ヌクレオチドの取り込みに関し
て指針を与える。変化するパラメータは、限定されるも
のではないが、2価陽イオン濃度、pH範囲、DNAポ
リメラーゼ濃度、非慣用ヌクレオシド濃度、非慣用ヌク
レオシドが挿入されるべき天然ヌクレオシドの添加、各
サイクルの時間および温度を含む。
使用するPCRにおいてdNTP濃度は、各dNTPに
つぃて20−200μMの範囲である。dUTPの取り
込みのためには、上昇させたヌクレオチド濃度において
増幅効率が改善される。例4において、PCR中のdU
TP濃度は、200μMであり、dCTP、dGTPお
よびdATPも同じ濃度で存在するが、これは本質的で
はない。dUTPまたはdNTP濃度を増大させた場
合、MgCl2およびMnCl2濃度も付随して増大さ
せられる。例4において、PCRはdGTP、dAT
P、dUTPおよびdCTPをそれぞれ200μM、な
らびに2mMのMgCl2を含み、効率的増幅を与えて
いる。
ためには、Mn2+が2価陽イオンとして好ましく、典
型的には例えば塩化マンガン(MnCl2)、酢酸マン
ガン(Mn(OAC)2)または硫酸マンガン(MnS
O4)等の塩として含まれる。MnCl2が、10mM
トリス緩衝溶液を含む反応物に含まれる場合に、MnC
l2は一般に0.5−7.0mMの濃度で存在し、dG
TP、dATP、dUTPおよびdCTPをそれぞれ2
00μM使用する場合、0.8−1.4mMが好まし
く、1.2mMMnCl2が最も好ましい。本発明は、
2価陽イオン濃度の使用可能な範囲を拡大する方法およ
び試薬を提供する。本発明の一実施態様において、Mn
(OAc)2、ビシン−KOHおよびKOAcを含む反
応用緩衝溶液を、MnCl2、トリス、KCl緩衝溶液
に代えて使用した。例8は、Mn(OAc)2として供
給されるMn2+が1.2〜2.5mMの範囲の濃度で
使用されるビシン/アセテート緩衝溶液の使用を記述
し;例10に記述されるRT/PCRにおいては、3.
6mMおよび3.5mMの濃度が使用されている。
至適濃度は、全dNTP濃度、ならびに存在する特定の
プライマー、テンプレート、緩衝溶液、塩類、およびポ
リメラーゼに依存して上述の増幅反応と同様に逆転写反
応でも変化しうる。例は、逆転写反応において高濃度の
dNTPを許容し、これによって新たに合成されるcD
NAへのdUTP取り込みを増大するビシン/アセテー
ト緩衝溶液の使用を記述する。
いては、RTおよびPCR工程の両者について、トリス
−HCl緩衝溶液中の2価陽イオンとしてMnCl2を
使用する結合RT/PCRに対して2工程1添加方法が
提供される。この方法において、逆転写に次いでPCR
工程の前に緩衝溶液の調整が行われない。従って、dT
TPまたはdUTP(200μMを使用)のいずれを取
り込む場合にも、PCRの際にMnCl2の濃度が1.
2mMに維持された場合に起こりうる増幅効率の低下を
さけるために、より低濃度のMnCl2が使用される。
で、RT/PCR生成物は不本意に他の反応中に夾雑物
として導入されうる。引き続くRT、RT/PCR、ま
たは増幅反応に先だって、該反応物は、先行するRT/
PCRの際に取り入れられた非慣用ヌクレオチドに対し
て特異的なDNAグリコシラーゼにより処理される。こ
うして標的核酸を含む引き続くRT、RT/PCRまた
は増幅反応混合物中に夾雑物として存在するいずれの先
行するRT/PCR生成物も加水分解される。
菌処理が行われ、生成物DNAを含むdUMPの持ち越
しが除去される。例えば、逆転写反応物の高温度(60
−70℃)インキュベーションに先行して、RT反応物
の体積μlあたり、0.01−0.05単位のUNGが
添加され、室温にて1−10分間インキュベートされ
る。他の方法として、インキュベーションは50℃にて
2分間行われる。引き続く高温度(60−70℃)RT
および95℃の変性工程は、新たに合成されるcDNA
およびPCR生成物が分解されないようにUNGの不活
性化を行う。UNGは、Perkin Elmer,N
orwalk,CTから商業的に入手可能である。EP
−A−540,693は、組換え手段によるUNGの製
造方法、およびDNA試料の変性温度以上での加熱後に
は活性を再度獲得することがない熱変位性UNG誘導体
が記述されている。そのような誘導体は、本発明の実施
のために好適であろう。
ド分子であり得る。該標的は、単鎖または二重鎖核酸で
あり得る。上述のPCR法は、二重鎖標的を仮定して記
述したが、これは必要条件ではない。単鎖DNA標的の
第1の増幅サイクルの後、該反応物は、単鎖標的および
新たに合成された相補鎖からなる二重鎖DNA分子を含
む。同様に、RNA/cDNA標的の第1の増幅サイク
ルに次いで、該反応混合物は二重鎖cDNA分子を含
む。この点において、増幅の引き続くサイクルは、上述
したように進行する。本発明の方法において、増幅の標
的は単鎖RNAであり、第1の増幅サイクルは、逆転写
工程である。別の方法として、出発のテンプレートが二
重鎖RNAである場合には、最初の高温度変性工程が単
鎖RNAテンプレートの調製のために使用される。
A」なる用語は、リボ核酸鎖(RNA)をテンプレート
として合成される相補的なDNA分子を指す。RNA
は、mRNA、tRNA、rRNA、またはウイルスR
NA等のRNAの別の形態であってもよい。cDNA
は、単鎖、二重鎖またはRNA/cDNAハイブリッド
のように相補的RNAと水素結合するものでもよい。
方法よりも高い特異性を持って生成される所望のRNA
テンプレートからcDNAを得る方法を提供する。更
に、本発明ではcDNA合成がPCRによる増幅と結合
される。これらの方法は、熱活性DNAポリメラーゼの
従来知られていなかった性質を取り入れるものである。
開示される実施態様において、TaqおよびTthDN
Aポリメラーゼを逆転写に使用する方法が提供される。
これらの実施態様は、本発明を限定するものと解釈され
るべきではない。
ら入手可能である。酵素は、天然または組換えタンパク
質であってよい。好ましい熱安定性酵素は、Therm
usthermophilusから精製されるTher
mus themophilusDNAポリメラーゼで
ある(ここに参考として取り入れるPCT特許出願公開
WO91/09950参照)。別の方法として、Tth
DNAポリメラーゼは、組換え宿主細胞から生成され、
該宿主細胞は、WO91/09944二記述されている
ように、下記プライマーを使用して調製されうる:
NAポリメラーゼと記される。TaqDNAポリメラー
ゼもまた本発明の実施に好適である。TaqDNAポリ
メラーゼは、Hoffmann−La Roche I
nc.により開発および製造され、Perkin El
mer,Norwalk,CTから市販されている組換
え製品またはThermus aquaticusから
天然TaqDNAポリメラーゼとして生成されたものが
商業的に入手可能である。ここにおいて使用されるよう
に、組換えTaqDNAポリメラーゼはrTaqDNA
ポリメラーゼと記されてよく、また天然TaqDNAポ
リメラーゼは、nTaqDNAポリメラーゼとして記さ
れてもよい。更に、Amersham,Arlingt
on Heights,ILから“Hot Tub”D
NAポリメラーゼとして入手可能なT.flavus
(Tfl)DNAポリメラーゼが好適であり得る。逆転
写および核酸増幅へのTthDNAポリメラーゼの使用
の詳細については、WO91/09944に見いだされ
るであろう。
傍に位置する便利な制限酵素認識配列を伴って設計され
うる。cDNA転写物の形成において、プライマーの
3’末端が標的配列に水素結合している限り、得られた
二重鎖cDNA分子は特定の制限酵素認識配列を含むで
あろう。cDNAをテンプレートとして使用して増幅
後、該制限部位は例えばクローニング等の別の処理を容
易にするために使用されうる。
の逆転写の後、該RNAは、RNA/cDNAハイブリ
ッドから熱変性またはアルカリ、熱または酵素処理等の
多くの既知の手段により除去されうる。酵素処理は、例
えばRNA/cDNAハイブリッドをRNaseHで処
理することを含んでよい。RNaseHは、RNA/D
NA二重鎖中のRNA鎖に特異的である。Tthおよび
Taqに伴われるRNaseHおよび5’−>3’ヌク
レアーゼ活性は、cDNA配列増幅のためのプライマー
伸長に加えて、RNAテンプレートの加水分解および第
2のDNA鎖合成を容易にする。別法としては、外部的
RNaseHを商業的に入手可能な供給元から添加して
もよい。
は、試料中のRNAとDNAとを識別する手段を提供す
る。このことは、類似する二重DNAの存在下でRNA
を検出するために特に有用である。DNAが例えばプロ
ウイルスHIVのDNA等、イントロンを含まない場合
には、増幅RNAとDNAとは大きさにおいて区別不可
能である。しかしながら、逆転写の後、熱安定性RNa
seH活性は、RNA/cDNA二重鎖の変性の必要性
を取り除く。従って、ゲノムまたはプロウイルスDNA
の存在下で、RNAテンプレートのみが第1のPCRサ
イクルにおいて増幅される。
の間を識別する好ましい方法において、増幅プライマー
は、低い鎖分離温度によるPCR生成物の合成を支配す
るために使用される。例えば、下記プライマー対はHI
VRNAを検出するために、94℃よりも十分に低い温
度で変性するFCR生成物を生じる:
96℃である。低下された温度においては二重鎖DNA
(すなわち予想される夾雑物)は変性せず、従って増幅
されない。PCR生成物の変性温度に影響を与える方法
は、ここに参考として取り入れるヨーロッパ特許出願E
P−A−519,338に詳細に記述されている。
は、PCR生成物の変性温度に影響を与えるために有用
である。例えば、ヒドロキシメチルdUTP(Hmdu
tp)は、SP01ファージDNA中にチミンに代えて
5’ヒドロキシメチルウラシル(HmUra)として天
然に生じる(Kallenら、1962,J.Mol.
Biol.5:248−250、ならびにLevyおよ
びTeebor、1991,Nuc.Acids Re
s.19(12):3337、両者をここに参考として
取り入れる)。HmUraを含むゲノムは、対応するチ
ミンを含むDNAより10℃低い温度で融解する。Hm
dUTPのcDNAへの取り込みは、逆転写生成物およ
びPCR二重鎖DNA生成物の両者の変性温度を、類似
するチミン含有DNAの変性温度に比べて効果的に低下
させる。DNA生成物のTmに効果を及ぼしうる他の修
飾ヌクレオチド三リン酸(例えば、c7dGTP、7−
デアザ−2’デオキシグアノシン5’−三リン酸または
α−ホスホロチオエートdNTP)は、類似するRNA
およびDNAテンプレートを区別するために好適であ
る。
後、残るcDNA鎖は、自己相補鎖のポリマー化のため
のテンプレートとして機能し、更なる増幅、検出または
他の操作に好適な二重鎖cDNA分子を与える。第2鎖
の合成もプライマーを必要とする。配列特異的プライマ
ーを第2鎖合成を開始するために反応混合物中に導入し
うる。別法として、二重鎖アダプターリンカーをcDN
Aに連結してもよく、あるいはcDNAをターミナルト
ランスフェラーゼ型活性によりテイリングしてもよい。
第2鎖プライマーは、特定のcDNA配列よりむしろ尾
部にハイブリッドすることを必要とする(例えば前述の
Innisらの文献中のFrohman参照)。開示さ
れる方法の実施において、特定のcDNA分子の合成の
ための第1のプライマーの組、および所望のcDNA分
節の増幅のための第2の帰巣するプライマーの組の使用
が望ましい。これらのすべての反応は、同じDNAポリ
メラーゼによって触媒作用を受ける。
ー−テンプレート混合物が適当なポリマー化条件で熱活
性または熱安定性ポリメラーゼと共にインキュベートさ
れる。これらの条件は、4種すべてのデオキシリボヌク
レオチド三リン酸(dNTP)ならびに緩衝剤、2価陽
イオン、および1価陽イオンを含む緩衝溶液を含んでな
る反応混合物によって与えられる。
2価陽イオンを必要とする。ここに参考として取り入れ
るTaborおよびRichardson、1989,
Proc.Natl.Acad.Sci.USA 8
6:4076−4080は、DNA配列決定法において
Mg2+をMn2+に置換可能であることを報告してい
る。これらの方法ではDNAテンプレートおよびT7D
NAポリメラーゼまたはDNAポリメラーゼIが必要で
ある。
れもがTaq、TthおよびTmaDNAポリメラーゼ
を活性化しうる:しかしながら、Mn2+が本願方法で
は好ましい。本願の開示される実施態様においては、R
NAからの核酸の逆転写のためにMn2+を含む緩衝溶
液が与えられる。これらの緩衝溶液は、従来の逆転写緩
衝溶液より改良されており、増加したcDNA収率をも
たらす。特に、RNA増幅のためにTthDNAポリメ
ラーゼおよびMnCl2またはMn(OAc)2を使用
する本願方法の実施においては、MgCl2および標準
PCR条件に比べて少なくとも106倍の感度の上昇が
もたらされた。RNAテンプレート依存DNA合成を活
性化することは可能であるが、混合2価陽イオン緩衝溶
液(例えばMn2+およびMg2+)は、感度および効
率を低下するため好ましくない。
c)2、MgSO4、MnCl2、Mn(OAc)2、
またはMnSO4等の塩の形態で供給される。トリス−
HCl緩衝溶液において使用可能な陽イオン濃度は、M
nCl2について0.5−7mM、好ましくは0.5と
2mMとの間であり、MgCl2については0.5−1
0mMである。ビシン/KOAc緩衝溶液において使用
可能な陽イオン濃度は、Mn(OAc)2について1−
20mM、好ましくは2−5mMである。
ナトリウム、アンモニウム、またはリチウムの塩化物ま
たは酢酸塩により供給される。KClについては、至適
濃度は反応に使用するポリメラーゼに依存して変化する
が、1−200mMの濃度、好ましくは40−100m
Mの濃度である。TthDNAポリメラーゼを使用する
場合、至適逆転写酵素活性は、50および75mMKC
lの間で観察される。しかしながら、KCl濃度を10
0mMまで増大した場合、向上したRT/PCRが観察
される。AmpliTaq(登録商標)DNAポリメラ
ーゼ等のTaqDNAポリメラーゼについては、50m
MKClが好ましい。KOAcについては、TthDN
Aポリメラーゼを使用する場合に、85mM−115m
Mの濃度において至適逆転写酵素活性が観察された。
ナトリウムまたはリチウムの塩として、dATP、dC
TP、dGTP、dUTPおよびdTTPの塩溶液とし
て添加される。本願方法において、それぞれ1μM〜2
mMの範囲の最終濃度が好適であり、100−600μ
Mが好ましいが、ヌクレオチドの至適濃度は、逆転写反
応において全dNTPおよび2価金属イオン濃度、なら
びに緩衝溶液、塩類、特定のプライマーおよびテンプレ
ートに依存して変化しうる。例えば1500bp以上の
より長い生成物のためには、トリスーHCl緩衝溶液を
使用する場合、各500μMのdNTPおよび2mMの
MnCl2が好ましい。
および好ましくは第5節に記載したようにpHとマンガ
ンイオン濃度との両者を緩衝する両性イオン化合物であ
る。特に好ましい緩衝剤は、ビシン−KOHであり、好
ましくはpH8.3であるが、pHは7.8−8.7の
範囲であってよい。ビシンは、pH緩衝剤および金属緩
衝剤の両者として作用する。
転写反応混合物中に存在してもよい。Tween−20
TMおよびNonidetTMP−40等の洗浄剤が酵
素希釈緩衝溶液中に存在する。非イオン性洗浄剤の最終
濃度は、約0.1%またはそれ未満が適切であり、しか
しながら0.01−0.05%が好ましく、ポリメラー
ゼ活性にも干渉しないであろう。同様にグリセロールが
酵素調製物にしばしば存在し、一般に反応混合物中で1
−20%に希釈される。蒸発防止のために鉱油のオーバ
ーレイが添加されうるが、TC9600サーマルサイク
ラ(Perkin Elmer,Norwalk,C
T)を使用する場合、またはここに参考として取り入れ
るPCT特許公開WO91/12342およびChou
ら、1992,Nuc.Acids.Res.20:1
717−1723に記述されているように、Ampli
waxTMPCRGem100(Perkin Elm
er,Norwalk,CT)を使用する場合には必要
ではない。
PCRが提供される。この2工程、1添加方法は、初期
試薬添加後にチューブを開く必要がない。従って、RT
およびPCR工程の間で汚染する機会が除かれる。しか
しながら工程間で反応試薬を変更する機会が失われ、従
って、2つの反応は、RTおよびPCR工程の両者に対
して至適ではない同一の反応試薬条件下で行われる必要
がある。反応条件の調節は、2つの反応工程の別個の要
求に適合させる必要がある。例えば、至適RT活性のた
めに要求される高い酵素濃度のために、短い標的を増幅
する場合には、PCRサーマルサイクラにて10−30
秒間の短い伸長サイクルが好ましいが、伸長サイクルの
時間は、使用するサーマルサイクラに依存する。例え
ば、Perkin Elmer,Norwalk,CT
が販売するTC480サーマルサイクラを使用する場合
には、1分間が好ましい。
ては、RTおよびPCR工程の間に緩衝溶液調整が無い
ため、個々の工程が機能するようにそれぞれのRTおよ
びPCRの至適条件の中間的マグネシウム濃度が必要と
される。例7に示されるように、至適濃度は、DNA標
的のPCR反応の方がRNA標的のRT反応よりも低
い。DNAテンプレート上で至適合成を与えるマンガン
濃度は、約0.6mM(800μMの全dNTP、トリ
ス緩衝溶液)であることが見いだされ、また酵素につぃ
ては、RNAテンプレート上での最大逆転写酵素活性が
約1.4mMのマンガン(800μMの全dNTP、ト
リス緩衝溶液)にて得られた。例3に記述される均質反
応については、MnCl2濃度は、好ましくは1.0m
M以下、最も好ましくは0.8mMである。好ましい濃
度は、TthDNAポリメラーゼにRT/PCRを行う
条件を与えるが、これらの条件は、逆転写およびDNA
増幅の両者に対して準至適なものである。更に、dUT
Pの存在下でのRT工程の効率は、本発明の滅菌方法と
同様に、より高濃度のMnCl2において改良される
が、PCR工程はより低効率である。従って、0.8m
MのMmCl2が最も好ましく使用され、また生成物
は、エチジウム染色ゲルより高感度の検出方法、すなわ
ちプローブハイブリダイゼージョンまたは標識の取り込
み、あるいは他の核酸検出法により検出される。
の問題を解く一方法は、PCT特許公開WO91/12
342に記述されるように反応チューブ内において試薬
を分離するために、高融点ワックス(72℃)を使用す
ることを含む。高融点ワックスは、EGTAおよびMg
Cl2溶液をR青反応からワックス層により分離し、2
つの個々の反応がそれら自体の最適条件にて起こること
を本質的に可能とする。RT工程は、ワックスの融点よ
り低い温度で行われ、しかしてワックス層はそのまま維
持され、RT工程は至適濃度のマンガンを使用して行わ
れる。RT工程完了後、ワックスはPCRの最初の高温
度変性工程の間に融解し、かくしてEGTAを放出して
マンガンを優先的にキレートし、マグネシウムに基づく
DNA増幅を可能とする。この技術の修飾は、EGTA
およびマグネシウムの同じ高融点ワックスのビーズ中へ
のマイクロカプセル化を含む。
て作用する金属緩衝溶液を使用する。そのような緩衝溶
液は、マンガンに結合し、従ってより高いMn2+濃度
の使用を可能とする。該金属緩衝溶液は、添加された広
範囲のMn2+に亘って利用可能なMn2+濃度を一定
水準に維持しうる。本発明の方法で有用であり得る金属
緩衝剤は、N,N−ビス(2−ヒドロキシメチル)グリ
シン(ビシン)、N[トリス(ヒドロキシメチル)メチ
ル]グリシン(トリシン)、酢酸塩、グルタミン酸塩、
アスパラギン酸塩、N−ヒドロキシエチルイミノジ酢酸
(HIMDA)、クエン酸塩およびイソクエン酸塩を含
む。例示した緩衝剤の一つと同様な金属結合およびpH
緩衝能力を与える緩衝剤の組み合わせも好適であり得
る。ここにおいて使用されるように「緩衝剤」なる用語
は、そのような緩衝剤の組み合わせも包含することを意
味する。場合により、同様な緩衝効果は、緩衝剤の濃度
を変更することによって達成されうる。例えば例13
は、マンガンの範囲の拡大のために上昇させたトリス濃
度の使用が記述されている。
逆転写反応のおいて金属イオンと錯体を形成する。キレ
ート剤の金属に対する親和性を表すキレート剤−金属錯
体の安定性は、「金属−緩衝剤結合定数」または「安定
常数」KMとして表される。安定常数が広範囲であるこ
とから、金属緩衝剤のKMの対数(底は10、Logと
記される)がより一般的に引用される。安定常数K
Mは、ここに参考として取り入れるGoodら、196
6,Biochemistry 5:467−477、
ならびにPerrinおよびDempsey、197
4,“Buffersfor pH and Meta
l Ion Control”,Chapman an
d Hall,New Yorkの第7章に記述されて
いる。本発明の方法で使用するマンガンに結合する適当
な金属緩衝剤は、1と6の間のLogKM(20℃、イ
オン強度0.1M)を有する(すなわち10<KM<1
06)。好ましくは、LogKMは2と4の間であり、
最も好ましくは2.5と3.5との間である。種々のキ
レート剤の安定定数の資料は、ここに参考として取り入
れるMartellおよびSmith,1974,“C
ritical Stability Constan
ts”,Plenum Press,New Yor
k,Voll;MartellおよびSmith,19
77,“Critical Stability Co
nstants”,Vol 3,Plenum Pre
ss,New York,160−162頁;ならびに
SillenおよびMartell1964,“Sta
bility Constantsof Metal−
Ions Complexes”Spec.Publ.
Chem.Soc.n17,p458,Londonに
与えられている。
求されるpH範囲において水素イオン緩衝剤としても働
きうる。前出のGoodらの文献は、金属陽イオンおよ
び水素イオンの両者に働く緩衝剤の種類を記述してい
る。緩衝剤の酸解離定数Kaは、前出のGoodら、1
966およびPerrinおよびDempsey、19
74に記述されている。緩衝剤は、LogKaとして定
義して20℃かつ0.1Mのイオン強度において7およ
び9の間、好ましくは7.5および8.5の間のKaを
有する。
ビス(2−ヒドロキシメチル)グリシン(ビシン)、お
よびN[トリス(ヒドロキシメチル)メチル]グリシン
(トリシン)である。両者は、両イオン性脂肪族アミ
ン;更に特定的にはMn2+結合力を与えるカルボキシ
ル基で置換されたグリシンである。ビシン、トリシンお
よびトリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン(トリ
ス)の性質は、下記に示され、また前出のGoodら、
1966に見いだされ、これは更に構造式を与える。す
べての値は、20℃および0.1Mのイオン強度での値
である。
合定数の変化(デルタpKa)は、トリス−HClより
も有意に低い。トリシンおよびビシンは、トリスで見い
だされるpHの大きい温度依存性をも低減する。
リメラーゼ取り込みアッセイにおける使用可能なMn
2+濃度範囲も拡大する。トリシンおよびビシンの濃度
が増加するに従って、増加したMn2+濃度におけるD
NAポリメラーゼ活性の減少は、顕著ではなく、また至
適Mn2+濃度はより高濃度側に移行する。例7に示さ
れるように、50mMのビシン−KOH緩衝溶液(pH
>8.3)中でTthDNAポリメラーゼを使用して、
0.4mM〜2.3mMのマンガン濃度は、良好なDN
Aテンプレート上への取り込みを与えた。RNAテンプ
レートを使用すると、1mM程度の低いMn2+濃度で
は、最大活性の約40%が観察された。活性は、マンガ
ン濃度が1.0mMから6mMまで増大するに従って増
大し、約6および12.5mMの間でプラトーに達する
ことが観察された。より高いMn2+濃度では活性が徐
々に減少し、20mMでは最大活性地の48%が観察さ
れた。
程については低い遊離のマンガンイオン濃度が必要とさ
れ、しかしながら逆転写工程については高い遊離のマン
ガンイオン濃度が必要とされる。DNA増幅においては
遊離のマンガンイオンのほとんどを錯合し、RT反応に
おいては充分な遊離のマンガンを与えることにより全許
容マンガン濃度を拡大する本発明のトリシンおよびビシ
ン緩衝溶液の二重効果は、RT/PCRに重要な改善を
与える。二重の範囲の拡大は、金属緩衝剤に関する一般
理論および文献からは予想できず、このことは全く驚く
べき結果である。
ライマー、核酸、タンパク質、EDTAおよび他の多く
の物質等、反応成分はマンガンにキレートする能力を有
しており、従って、マンガンの厳密な濃度調節は極めて
困難である。これらの成分は個々の研究者によって注意
深く調整されうるが、診断および応用研究のためのこれ
らの試薬の大規模製造には厳しい制約がおかれる。金属
緩衝剤トリシンおよびビシンの使用は、至適Mn2+濃
度を上方に移行するのみならず、Mn2+濃度およびd
NTP濃度の使用可能な範囲を拡大する。より高いマン
ガン濃度およびより広い範囲の濃度の使用が可能である
ことは、試薬製造の問題および反応中のマンガン濃度の
厳密な調節の問題を緩和する。
視できるものと考えられているが(前出のGoodら、
1966)、RT/PCR中のトリス−HCl濃度の1
0mMから100mMへの増大は、RNA標的上のMn
2+濃度範囲を拡大し得る。トリス緩衝溶液は、無視で
きる程度にMn2+(および他のほとんどの金属)に結
合すると考えられていたが、Morrison,197
9,Methodsin Enzymol.24b:5
3−68は、「250mMにおけるMn−トリス錯体の
解離定数は高いが、100mMトリスおよび2mMMn
2+溶液においては金属イオンのほぼ29%はキレート
化している」ことを示した。例13は、PCR生成物が
観察されるマンガン濃度範囲のかなりな拡大を与えるR
T/PCRにおける100mMトリスの使用を記述す
る。拡大される量は驚くべきものであり、金属緩衝剤お
よびトリスの背景となる一般理論および文献からは予想
し得なかったことである。
くは、KClまたはKOAcのいずれかを1価陽イオン
として含む。ビシン/KOAc緩衝溶液は、ビシン/K
Cl緩衝溶液よりも僅かに低いイオン強度を存し、この
ことは高G+C含有量を有するテンプレートにおいて2
次構造を不安定化する助けになる。反応に添加されるK
OAcのpHは、金属緩衝剤およびpH緩衝剤の両者と
して作用するビシンが、反応のpHを適切に緩衝するた
め臨界的ではない。生成物は、KOAcをpH7.0と
9.4との間で使用して観察され至適条件はpH7.5
であった。50mMビシン(pH8.3)、100mM
KOAc(pH7.5)および2.5mMMn(OA
c)2の溶液の最終的pHは、7.97である。
る。例えば、4℃において47日間保存した500mM
ビシン、800mMKCl、および21mMMgCl2
の10X溶液を希釈した緩衝溶液を使用したRT/PC
Rにて形成された生成物は、新たに調製した緩衝溶液を
しようしたRT/PCRの生成物と同等であった。ビシ
ンは、金属イオンの溶解性を維持し;好適なビシン/K
OAc/Mn(OAc)2緩衝溶液をRT/PCRに使
用することの更なる利点は、Mn(OAc)2が、Mn
Cl2に比べてより低い溶解性を有していたであろうこ
とである。従って、RT/PCRに有害なマンガン水酸
化物および酸化物の沈殿を防止しうる。
TPの存在下で行われることで特定される。ウラシルN
−ゲリコシラーゼ(UNG)滅菌の最大効率は、dUM
Pが夾雑テンプレート中にdTMPの代わりに取り込ま
れた場合に達成される。dUMPの取り込みを最大にす
るためには、TthDNAポリメラーゼは、dTTPが
存在する場合に逆転写に際してdUTPを約2倍程度差
別するため、RT/PCTに対するdTTPの添加量を
最小化することが望ましい。dNTPはMn2+に結合
するため、遊離のMn2+濃度は、dNTP濃度に直接
に関連する。遊離のMn2+濃度の緩衝は、dNTPに
よる更なるMn2+の結合を補うため、使用可能なMn
2+濃度範囲を増大するビシン/KOAc緩衝溶液は、
所定のMN2+濃度において使用されるdNTPの増大
した濃度を許容する。ビシン/KOAc緩衝溶液は、全
dNTP濃度の増大を許容するのみならず、RT/PC
Rに際して使用されるdUTPのより高い相対濃度も許
容し、rTthDNAポリメラーゼによる逆転写工程に
おけるdUTPの取り込み水準を増大させる。このこと
は、ヒト免疫不全ウイルス(HIV)のようにアデニン
残基の割合が大きいRNA標的において特に有利であ
る。
更なる優位点は、それらが滅菌方法の効率を増大するこ
とである。2価金属陽イオンおよび高いイオン強度はU
NGを阻害することが知られている(ここに参考として
取り入れるLindahlら、1977,J.Bio
l.Chem.252(10):3286−3294、
KrokanおよびWitter,1981,Nuc
l.Acids Res.9(11):2599−26
13、ならびにCaradonnaおよびCheng,
1980,J.Biol.Chem.255(6):2
293−2300)。好適な緩衝剤は、遊離の金属イオ
ン濃度および全イオン強度の両者を低減し、これによっ
て、UNGに対する緩衝剤の阻害効果を最小化し、かつ
反応混合物の滅菌効率を改善する。
の加水分解は、RT反応の効率を低減し、逆転写されう
るテンプレートの長さを制限する。テンプレート加水分
解の問題は、本願方法のRT工程での高温度により悪化
される。RNAテンプレートの加水分解を最小化するト
リス緩衝溶液中のMnCl2を使用する方法および反応
条件は、例において与えられ、またここに参考として取
り入れるMyersおよびGefand,1991,B
iochemistry 30:7661−7666に
議論されている。好適なビシン/KOAc緩衝溶液は、
マンガンと錯体形成し、より少量の金属触媒RNA加水
分解が、昇温下で起こるにすぎない。更に、これらの緩
衝溶液を使用した場合には、RNAの15秒間、95℃
でのプレインキュベーションを含んで全長の標識RNA
の付加的損失はあってもほとんど起こらない。該好適緩
衝溶液は、RT工程における効率増大のための逆転写反
応時間の増大を許容し、また逆転写に先行して高度の2
次構造を開放すべくRNAを変性するための、あるいは
二重鎖RNAが増幅されるべき場合に、逆転写のために
単鎖テンプレートを与えるべくテンプレートを変性する
ための高温でのプレインキュベーションを含むことを許
容する。更に、低減されたRNA加水分解は、RNAテ
ンプレートが逆転写の完了前に分解される機会を減少さ
せ、これによってTthDNAポリメラーゼを使用する
長い(>2kb)cDNAの合成を容易にする。
とのみを必要とする。例においては、バクテリオファー
ジT7プロモータを含むプラスミドを使用して調製され
た合成RNAが、本発明の方法によって逆転写され、増
幅される。他の例において、全細胞RNAの異種的群
が、特定のmRNAの逆転写および増幅のために使用さ
れる。本発明の実施のためには、試料中に存在するRN
Aの量は、一般的に0.1pg〜1μgの範囲内であ
る。必要量および結果は、試料RNAの複雑さ、および
使用する検出の形式に依存して変化するであろう。高温
度逆転写反応の特異性故に、標的RNA分子1〜108
個が、マイクログラム量またはそれ以上のPCR生成物
を与えるために充分である。いくつかの開示する例にお
いて、増幅生成物は、5%の全反応混合物のゲル電気泳
動後、エチジウムブロマイド染色によって可視化され
た。従って、必要とされる増幅標的の量は、生成物の別
のアッセイ手段が使用される場合に実質的に低減され
る。例えば、電気泳動されたPCR生成物の検出に好適
な同位体標識DNAプローブは、検出感度を増大し、従
って、増幅生成物の検出に必要な増幅量またはサイクル
数を減少する(例えば試料中に標的RNAを1〜108
分子)。
HCl逆転写反応物中に存在するRNAの量は、10p
g〜500ngであり、最も好ましくは、0.1〜30
0ngである。試料が300ng以上のRNAを含む場
合には、RNAテンプレートからの全長cDNA生成物
の転写を確実に行うため、付加的な酵素を含むことが好
ましいであろう。しかしながら、逆転写反応がPCRと
結合される場合には、PCR反応における高い酵素濃度
の効果が考慮されなければならない。例えば、TaqD
NAポリメラーゼが熱活性ポリメラーゼとして使用され
る場合には、高い酵素濃度は、非特異的PCR生成物お
よび低減した収率をもたらしうる(ここに参考として取
り入れる「PCR Technology」Erlic
h編、1989,Stockton PressのSa
iki参照)。高い酵素濃度から生じうる問題は、逆転
写反応と増幅反応との間で熱活性DNAポリメラーゼを
不活性化することにより容易に回避される。不活性化
は、cDNA合成反応混合物を99℃にて3〜10分間
インキュベートすることにより達成される。次いで適切
な量の熱安定性DNAポリメラーゼを反応混合物中に添
加し、通常通りPCRを行う。この方法は、2つの反応
のそれぞれについて異なる熱安定性DNAポリメラーゼ
が使用される場合にも好適である(WO91/0994
4の例VII参照)。
は、より大量のRNAが、逆転写反応物中に存在しうる
ことである。ビシン緩衝溶液およびdTTPを使用する
場合に、50μlの反応物に対して、好ましいRNAの
量は、1μgまでである。好ましい範囲において、1〜
10単位の熱活性DNAポリメラーゼが、完全長cDN
A生成物を与えるためには十分である。完全長cDNA
を優勢に得るために、テンプレートに対する酵素の比
は、好ましくは0.5より大である。
qDNAポリメラーゼを使用するRT/PCR法の優位
点は、効率的逆転写および増幅のためにDNAポリメラ
ーゼのより低いモル濃度が必要とされることである。例
えば、各単位の活性は1.0PmoleのE.Coli
DNAポリメラーゼを要求するが、これに対し、僅かに
0.043pmoleのTaqDNAポリメラーゼ、ま
たは約20〜25倍少量のタンパク質を必要とするのみ
である。例3は、約15nMのDNAポリメラーゼ濃度
に対応する20μlの反応物中で5単位のTthDNA
ポリメラーゼを使用する均質RT/PCRを記述してい
る。好ましいビシンおよびトリシン緩衝溶液を使用し
て、DNAポリメラーゼの量は、更に低減されうる。例
8、10および12は、約6nMのDNAポリメラーゼ
濃度に対応する100μlの反応物中で10単位のrT
thDNAポリメラーゼを使用する均質RT/PCRを
記述している。更にここに記述される1酵素RT/PC
Rは、3SR等の多酵素増幅系に比べて、かなり少量の
全タンパク質が反応物中に必要となる(前出のKwoh
ら、前出のGuatelliおよびPCT特許公開WO
92/0880A)。40ng(10単位)のrTth
DNAポリメラーゼを含む100μlのRT/PCR反
応が例示されているが、これに対して100μlの3S
R反応は、1.44μgの酵素(0.6μgのAMV−
RT、0.83μgのT7RNAポリメラーゼ、および
0.01μgのE.coliRNaseH)を含み、あ
るいは36倍多いタンパク質を含む。均質RT/PCR
における全タンパク質量の低減および1酵素のみの使用
は、試薬製造および品質管理の問題をかなり単純化す
る。
プライマーおよび塩類が添加されると、該反応物は、熱
活性DNAポリメラーゼと共に1−60分間インキュベ
ートされる。しかしながら、通常2〜30分間の反応時
間が好適である。標的分子が長い場合、または標的RN
Aに対する全RNAの比が高い場合、例えば、100コ
ピーの標的RNAが250ngの全RNA中に存在する
場合には、10−30分間のインキュベーション時間が
好ましい。
者を逆転写反応混合物に添加した後に、熱活性DNAポ
リメラーゼを添加することが必須ではないが好ましい。
別法として、例えば酵素およびプライマーを最後に添加
するか、あるいはMnCl2またはテンプレートおよび
MnCl2が最後に添加される。一般的に、ポリマー化
活性に必須の少なくとも1成分は、プライマーおよびテ
ンプレートが共に存在し、酵素が所望のプライマー/テ
ンプレート基質に結合し、伸長しうる時点まで存在させ
ないことが好ましい(ここに参考として取り入れるヨー
ロッパ特許出願EP−A−515,506)。
40℃より高温度、好ましくは55−75℃にてインキ
ュベートされる。この温度にて、プライマー−テンプレ
ートアニール化の特異性は、底温度でのアニール化特異
性よりも向上し、また熱活性酵素は、昇温下でより高い
活性を有する。上昇された温度は、分解された元々の核
酸による、および誤ったプライマー−テンプレートハイ
ブリッド形成による非特異的プライミングを減少させ
る。
は分解されるが、別法として変性されて過剰の単鎖DN
A分子を生じる連続転写のためのテンプレートを提供す
る。この過剰の単鎖DNAは、標準的プローブハイブリ
ッド技術により検出可能である。従って、本発明は、標
的分節の直接検出法を提供する。得られた核酸生成物
は、種々の電気泳動的またはクロマト的手段により検出
可能である。放射標識三リン酸塩の使用は、反応の程度
および形成される生成物の大きさを監視するために有用
であるが、このことは本発明の要素として本質的ではな
い。
ためのテンプレートとして好適である。本発明の一実施
態様において、高温度逆転写インキュベーションに続い
て、該逆転写反応物はPCR緩衝条件に調節され、増幅
反応が第2のプライマーの添加に続いて開始される。P
CR緩衝溶液は、適切な緩衝能力、pH、1価陽イオン
濃度を維持し、酵素濃度およびdNTPを各dNTPが
20−200μMの範囲となるように希釈すべく添加さ
れる。MgCl2は1−3mMの最終濃度に添加され
る。好ましくは、dNTPの濃度は逆転写およびPCR
反応の両者について平衡する。Mn2+は高濃度で存在
する場合にPCR増幅を損なうため、本発明の好ましい
実施態様においてはMn2+はPCR増幅に先立ってキ
レート化される。高濃度のMn2+の存在は、増幅に際
しての正確さをも低減するが、Mn2+のキレート化は
この問題をも回避する。従って、好ましい実施態様にお
いては、逆転写反応に次いでMn2+をキレート化する
ためにMn2+のモル濃度の1−3倍の濃度でEGTA
が添加される。Mg2+およびMn2+の存在下におい
て、EGTAは優先的にMn2+に結合する。ここに記
述されるように、低いdNTPおよびMg2+は、増幅
に際してTthDNAポリメラーゼの信頼性を増大す
る。酵素の安定性を増すために、グリセロールおよび非
イオン性洗浄剤(例えばTween−20)を、それぞ
れ最終濃度1−20%、および0.01−0.05%ま
で添加してもよい。
先行してMn2+はキレート化されなぃ。上述したよう
にMg2+が好ましいが、PCRはMg2+に代えてM
n2+を使用しうる。特に、例えば大規模な診断的スク
リーニングへの応用について、増幅に際しての信頼性お
よび起こリうるテンプレートの加水分解の低い水準等の
リスクは、均質RT/PCR法が提供する絶大な優位点
から見て容易に耐えうる。2工程単一添加方法は、試料
処理を最小化し、交差夾雑の可能性を低減する。MnC
l2は、PCR効率に影響するため、至適濃度は使用さ
れる特定の反応成分:プライマー、標的濃度、dNTP
濃度、緩衝溶液、塩類等について標準法により滴定する
ことが好ましい。本発明の好ましい実施態様において、
Mn(OAc)2を含むビシン/KOAc緩衝溶液が使
用され、これは広範囲のMn2+およびdNTP濃度を
許容する。
および医療診断の分野で多くの応用を有する。記述され
る逆転写酵素活性は、RNAテンプレートからcDNA
転写物を与える。RNA分子からのDNA分節の調製お
よび増幅方法は、RNA分子が全RNA母集団の一員で
ある場合、または生物学的試料中に少量存在する場合に
好適である。試料中に存在する特定のRNA分子の検出
は、ここに記述される方法において使用される熱活性ま
たは熱安定性DNAポリメラーゼによってかなり容易と
される。特異性の絶大なる向上は、希少な標的を検出す
るための「帰巣PCR」の必要性を取り除く。特定のR
NA分子、またはRNA分子の全母集団が、ここに記述
されるように熱活性または熱安定性酵素を使用して増幅
され、定量され、単離され、また所望によりクローン化
され、配列決定される。
NA生成物に逆転写する従来方法に対して大いなる改良
である。RNAテンプレートから出発した場合、これら
の方法は向上した特異性を有し、PCR増幅のためのテ
ンプレートを従来利用可能であった方法より効率的に提
供する。本発明は、感染症、遺伝子疾患または細胞性疾
患等に伴う特定のリボ核酸配列を検出し、または特徴づ
けるためのより特異的な、従ってより正確な手段を提供
する。
入れ得ることを認識するであろう。而して本発明は、水
素緩衝作用および好ましくは2価陽イオン濃度の緩衝を
も与える両イオン性化合物である好適な緩衝剤を含む緩
衝溶液、および熱活性DNAポリメラーゼを、好ましく
はRNAの逆転写のための使用方法を記述した指示書と
共に含むキットに関する。一実施態様において、そのよ
うなキットは試料中の少なくとも1つの特定の標的RN
A配列の検出に関するものであり得る。そのようなキッ
トは、上述の要素に加えて、特定の標的RNA配列に対
しハイブリダイズするに充分に相補的な配列を含むプラ
イマーを含んでなる。試料中の少なくとも1つの特定R
NA配列の増幅および検出のための診断キットは、第2
のcDNA鎖合成を開始させるために合成されるcDN
Aの第1鎖に対してハイブリッドするに充分な程度にR
NA標的と同等である配列を有するプライマーを含んで
よい。キットは、上述の成分に加えて、4種のデオキシ
リボヌクレオチド三リン酸、ここに記述される適当な緩
衝剤、オリゴ(dT)、RNaseH、クローニングの
ためのリンカー、ならびに1種以上の制限酵素を含んで
もよい。
に開示される発明をなんら制限して解釈されることを意
図するものではない。これらの例において使用される材
料および方法の更なる詳細は、WO91/09944に
見いだされるであろう。特に、WO91/09944
は、合成テンプレートpAW106ならびにプライマー
DM156(SEQ ID No.9)、DM151
(SEQ ID No.10)、DM152(SEQ
ID No.11)、TM01(SEQ ID No.
12)の詳細な情報を提供し、ここにおいてこれらのプ
ライマーの配列は以下の通りである:
thポリメラーゼとの比較
cRNA標準の使用は、反応混合物中に存在する標的分
子の数が既知であるため、RT/PCR効率についての
実験条件の効果の直接分析に便利である。特に、結合R
T/PCRにおけるTthおよびTaqポリメラーゼの
効率を比較した。
リス−HCl、pH8.3;90mMのKCl(Taq
を含む反応物については40mM);1.0mMのMn
Cl2;各200μMのdATP、dCTP、dGT
P、およびdTTP;15pmoleのDM152(S
EQ ID No.11)および5単位のTthまたは
TaqポリメラーゼならびにpAW109cRNAの1
06、105または104コピーを含む。6個の反応物
に75μlの鉱油を被せ、70℃にて15分間インキュ
ベートした。
HCl(pH8.3)、100mMのKCl(Taqを
含む反応物には50mM)、1.88mMのMgC
l2、0.75mMのEGTA、5%グリセロール[v
/v]、および15pmolのプライマーDM152を
含む80μlの溶液を添加した。次いで、試料(100
μl)をPerkin Elmer,Norwalk,
CTのサーマルサイクラにて以下のように増幅した:1
サイクルについて95℃にて2分間;95にて1分間お
よび60℃にて1分間を35サイクル;ならびに60℃
にて7分間を1サイクル。PCR増幅物の分別量(5μ
l)を、エチジウムブロマイドにより染色される2%
(w/v)NuSieve(登録商標)1%(w/v)
Seakem(登録商標)アガロース上の電気泳動にて
分析した。
コピーから出発してエチジウムブロマイド染色ゲル電気
泳動にて見える308bp生成物を生じた。Taqポリ
メラーゼについては、標的の104および105コピー
では生成物が観察されなかったが、エチジウムブロマイ
ド染色でなくしてハイブリッド技術を使用すれば、より
低い検出限界が予想された。これらの結果は、同様な反
応条件下での結合逆転写PCR増幅においては、Tth
DNAポリメラーゼが類似するTaqDNAポリメラー
ゼよりも約100倍高感度を与えることを示している。
9.4μlの滅菌蒸留水;2μlの10XrTthRT
緩衝溶液;2μlのMnCl2(10mM);それぞれ
0.4μlのdGTP、dATP、dTTPおよびdC
TP(それぞれ10mM);2μlのrTthDNAポ
リメラーゼ、2.5U/μl;1μlのプライマーDM
152(SEQ ID No.11)(15μM)(ま
たは別法として下流側プライマー);ならびに2μlの
正の対照RNAまたは250ng以下の全RNAを含む
実験試料をあわせる。
は、DM152(SEQ ID No.11)のテンプ
レートとして作用する。対照RNA濃度は、好ましくは
〜104コピー/20μlである。例えば対照RNA
は、10mMのトリス−HCl,pH8.0、1mMの
EDTAおよび10mMのNaCl中の30μl/ml
のE.colirRNAに含まれるpAW109からの
転写物であってよい。
lであるべきであった。蒸発または環流を低減するため
に、混合物を50−100μlの鉱油で覆った。Per
kin Elmer,Norwalk,CTのサーマル
サイクラ内のチューブをソークファイルを使用して70
℃にて5−15分間インキュベートした。該チューブを
氷上に置いて必要となるまで反応を停止した。
を次の通り調製する:8μlの10Xキレート緩衝溶
液;6−10μlの25mMMgCl2;1μlのプラ
イマーDM151(SEQ ID No.10)(15
μM)または実験的上流側プライマーならびに滅菌蒸留
水。水、MgCl2および上流側プライマーの体積の任
意の組み合わせが、マスターミクスの全体積が試料あた
り80μlである限り使用できる。
ならびに使用するプライマーおよびテンプレートに依存
して変化しうる。ほとんどの場合において、反応混合物
中の1.5−2.5mMの範囲のMgCl2最終濃度
は、良好な結果を与えるであろう。使用されるテンプレ
ートが正の対照pAW109RNAである場合に、6μ
lの25mMMgCl2保存溶液が、最終1.5mMM
gCl2濃度のために好ましい。
写反応チューブ内に調合する。試料の持ち越しを避ける
ために添加の間にピペットチップを交換する。チューブ
をマイクロ遠心機にて〜30秒間遠心する。
に、サーマルサイクラ(PerkinElmer,No
rwalk,CT)を次のように4つの結合ファイルに
ついてプログラムした: ステップサイクル:95℃にて2分間を1サイクル ステップサイクル:95℃にて1分間および60℃にて
1分間を35サイクル ステップサイクル:60℃にて7分間を1サイクル ソーク: 4℃ PCR増幅試料は、次の分析まで冷凍保存可能である。
は、正の対照cDNA増幅のために最適である。他のプ
ライマー−テンプレート対については、アニール−伸長
温度を低下または上昇させる必要があるであろう。より
高いアニール−伸長温度は、一般に改善された生成物特
異性を与えるであろう(ここに参考として取り入れるS
aikiらの、1988,Science 239:4
87−491参照)。至適条件は、最大の特異性および
生成物の収率に達するまで5℃またはそれ以下の増加量
毎に試験することによって経験的に決定することができ
る。
濃度は、各プライマーの組について1.5から2.5m
Mまでの濃度を試験することによって、経験的に決定す
ることができる。過少量のまたは過大量の塩化マグネシ
ウムは、増幅効率に影響するであろう。塩化マグネシウ
ム濃度を試料RNA、dNTP、cDNAおよびDNA
濃度の実質的変化と並行して調製することが好ましい。
ンプレートについては、“ホットスタート”プロトコー
ルが好ましいであろう。逆転写反応のために2種の反応
混合物が調製される。ミクスA:9.4μlの滅菌蒸留
水;2μlの10XrTth逆転写緩衝溶液;1μlの
“下流側プライマー”;2μlの試料RNA(<250
ngの全RNA)。ミクスB:2μlの10mMMnC
l2溶液;0.4μldGTP;0.4μlのdAT
P;0.4μlのdCTP;0.4μlのdTTP(各
々10mM);2μlのrTthDNAポリメラーゼ。
Aを70℃にて5分間インキュベートし、反応ミクスB
を添加し(ミクスAを70℃に保ったまま)、70℃に
て5−15分間、上記“逆転写反応”の節に記載される
ようにインキュベートする。上記のようにPCR反応を
行う。
して組み合わされてもよい。該キットの変形は、開示さ
れる発明の範囲内である。例えば、MnCl2は、逆転
写反応緩衝溶液に含まれてもよく、またMgCl2は、
キレート緩衝溶液に含まれてもよい。しかしながら、反
応の至適化のためには、MnCl2およびMgCl
2は、別個の試薬として提供される。正の対照の使用
は、必須ではないが発明の商業的態様として好ましい。
方法を提供する。TC9600サーマルサイクラ(Pe
rkin Elmer,Norwalk,CT)を使用
し、装置を起動し、反応混合物調製前にカバーを余熱し
た。反応を、Perkin Elmer,Norwal
k,CTから商業的に入手可能な0.2mlMicro
Amp(登録商標)チューブ内で行った。各反応物は、
6.4μlの滅菌蒸留水;2μlの10xRT緩衝溶液
(100mMトリス−HCl,pH8.3,900mM
KCl);1.6μlの10mMMnCl2;2μlの
10xdNTP−T(H2OpH7.0中、dATP、
dCTP、dGTP各2mM);2μlの2mMdTT
P;1μlのプライマーDM152(SEQ IDN
o.11)(15μM);1μlのプライマーDM15
1(15μM);および2μlのrTthDNAポリメ
ラーゼ(2.5単位/μl)を含む。20x反応混合物
を調製し(全体積360μl)、18μlの混合物を、
下記テンプレートを含む16本のチューブに分取した。
使用したテンプレートは、AW109cRNAである。
チューブ番号1−3および9−11のそれぞれは、2μ
l中に104コピーのテンプレートを含んでいた。チュ
ーブ番号4−6および12−14のそれぞれは、2μl
中に102コピーを含んでいた。チューブ番号7、8、
15および16は、負の対照として2μlの30ng/
μlrRNAのみを含んでいた。
RT反応の間氷上に維持した。チューブ番号9−16
を、TC9600サーマルサイクラ(Perkin E
lmer,Norwalk,CT)に設置し、70℃に
て15分間の1サイクルについて加熱し、次いで95℃
に加熱し、この間にチューブ番号1−8をPCR工程の
ためにサーマルサイクラに設置した。すべてのチューブ
を以下のサイクルにかけた: 75秒間95℃にて1サイクル 30秒間95℃、20秒間60℃にて35サイクル 2分間60℃にて1サイクル
ロースゲル上で分析し、エチジウムブロマイドにて染色
し、写真を撮った。予想される大きさの生成物は、−R
T対照(チューブ番号1−8)または“負の標的対照”
(チューブ番号15および16)では見られなかった。
予想される大きさの生成物は、レーン9−11(104
コピーの標的)では容易に見られ、また予想通りより低
い強度ではあるがレーン12−14(102コピーの標
的)にも存在した。
てのdUTPおよびウラシル−N−グリコシラーゼ(U
NG)の使用 この例は、持ち越し夾雑を最小化するための非慣用ヌク
レオチドの取り込みを例示する。反応混合物を、同じ非
慣用ヌクレオチドを含む先行するアッセイからの夾雑生
成物を分解するために、逆転写に先行してUNGにて処
理した。UNG処理は次の通りである:20μlのRT
反応あたり、0.5単位のUNG(Hoffmann−
La Roche Inc.により開発製造され、Pe
rkinElmer,Norwalk,CTから商業的
に入手できる)。該反応物を室温にて10分間インキュ
ベートし、次いで70℃にて15分間加熱してグリコシ
ラーゼを不活性化し、逆転写を可能とした。該実験は、
示された特定の標的、プライマー、および反応条件に対
する至適濃度の決定のためのMnCl2濃度の測定も例
示する。cDNAは、次いでPCRにより増幅された。
した:48μlの滅菌DEPC処理蒸留水;16μlの
10xRT緩衝溶液(100mMトリス−HCl、pH
8.3;900mMKCl);それぞれ2mMのdAT
P、dCTP、dGTPおよびdUTPを含む16μl
のdNTP混合物;16μlづつの、DM152(SE
Q ID No.11)(1.5μM)およびDM15
1(SEQ ID No.10)(1.5μM);16
μlのAW109cRNAテンプレート(5x103コ
ピー/μl);ならびに16μlのrTthDNAポリ
メラーゼ(2.5単位/μl)。最終体積は、144μ
lであった(18μl/反応)。7xPCRマスターミ
クスを、以下を含んで調製した:297μlの滅菌DE
PC処理蒸留水;56μlの10xPCR緩衝溶液(1
00mMトリス−HCl,pH8.3;1MKCl;
7.5mMEGTA;50%グリセロール[v/
v]);140μlの10mMMgCl2;それぞれ2
mMのdATP、dCTP、dGTPおよびdUTPを
含む56μlのdNTP混合物;それぞれ5.6μlづ
つの、DM152およびDM151(SEQ ID N
o.11および10)(15μM)。最終体積は560
μlであった。反応あたり80μl。
ロ遠心チューブに分取し、2μlのMnCl2を、次の
最終MnCl2濃度となるように添加した:チューブ番
号1および2(1.2mMのMnCl2);チューブ番
号3および4(1.0mMのMnCl2);チューブ番
号5および6(0.8mMのMnCl2)。各チューブ
に鉱油のオーバーレイ(75μl)を加え、該反応物を
水浴中で70℃にて15分間インキュベートした。70
℃でのインキュベーションに次いで、それぞれに80μ
lのPCRマスターミクスを添加した。反応チューブを
次の熱サイクルにかけた:95℃にて2分間を1サイク
ル;95℃にて1分間および60℃にて1分間を35サ
イクル;60℃にて7分間を1サイクル;および4℃に
浸す。
ースゲル上で電気泳動にかけた。ゲルを染色し、写真を
撮った。予想される大きさのPCR生成物が、3種すべ
てのMnCl2濃度の試料にて明確に見られた。生成物
の収率は、MnCl2濃度の上昇と共に増大した。
する均質RT/PCR反応物の滅菌方法を例示する。反
応混合物は、逆転写の前にUNGにて処理された。
R反応の間に取り込んだ。続いて、引き続く反応物中に
夾雑物として存在するいずれの生成物DNAも、UNG
を使用して加水分解されうる。
標)チューブに、5.5μlの滅菌蒸留水;2μlの1
0xRT緩衝溶液(100mMトリス−HCl,pH
8.3;900mMKCl);2μlの8mMMnCl
2;dATP、dCTP、dGTP、およびdUTPを
それぞれ2mM含む2μlのdNTP混合物;2μlの
DM152(SEQ ID No.11)(1.5μ
M)およびDM151(SEQ ID No.10)
(1.5μM);2μ1のAW109cRNAテンプレ
ート(5x103コピー/μl);0.5μlのUNG
(1単位/μl);および2μlのrTth(2.5単
位/μl)をあわせた。該反応物を室温にて10分間イ
ンキュベートし、次いで70℃にて15分間加熱して、
逆転写に先立ってグリコシラーゼを不活性化した。次い
でcDNAをPCRにて増幅した。
152(SEQ ID No.11)のためのテンプレ
ートとして作用し、またDM151(SEQ ID N
o.10)は上流側プライマーである。全反応体積は、
20μl/試料である。チューブをサーマルサイクラ
(例えばTC9600サーマルサイクラ[Perkin
Elmer,Norwalk,CT])にて以下のよう
にインキュベートした: 70℃にて15分間を1サイクル 95℃にて15秒間および60℃にて20秒間を2サイ
クル 90℃にて15秒間および60℃にて20秒間を33サ
イクル 60℃にて4分間を1サイクル 至適マンガン濃度は、特定の試料、標的、プライマー、
反応混合物中のdNTP濃度等に依存して変化しうる。
を、以下の例に記述する。 I.pTM3 プラスミドpTM3は、約700ヌクレオチドのpAW
109DNAを伴う7821濡暮れを地度の環状単鎖D
NAである。これは、pAW109cRNAと同じ配列
およびプライマー結合部位を有するDNAテンプレート
を与える。プライマーMT24(SEQ ID No.
13)を使用して転写すると、最初の253ヌクレオチ
ドは、pAW109cRNAと同じである。その領域を
越えると、DNAはG+Cリッチになり、TaqDNA
ポリメラーゼの遺伝子を含むThermus aqua
ticus由来のDNAを含有する。pTM3プラスミ
ドは、この分野で周知の技術を使用する以下のプロトコ
ールを用いて構築された(ここに参考として取り入れる
Sambrookら、Molecular Cloni
ng−A Laboratory Manual,Co
ld SpringHarbor Laborator
y,New York,1989)。
amHIにて線状化することにより調製した。リンカー
アダプタMT20(SEQ ID No.14)および
MT21(SEQ ID No.15)を、線形化pA
W1g9DNAにアニール化し、連結した。これらのリ
ンカーは、BamHI部位にアニール化する。該断片
を、EcoRIにて消化し、得られた706bp断片を
ゲルにて精製した。
して取り入れる米国特許4,889,818に記述され
ており、TaqDNAボリメラーゼをコードする遺伝子
を含んでいる。該プラスミドpLSG1をEcoRIを
用いて線状とし、過剰量のゲル精製した断片と混合し、
該断片に連結した。得られたプラスミドにてDG98を
形質転換し、ヘルパーファージを用いて単鎖DNAを単
離した(米国特許4,889,818および5,07
9,352ならびにLawyerら、1993の前出文
献に記述されている)。
オチド配列は、下記に示される:
oungら、1993,J.Clin.Microbi
ol.31:882−886に記述されているようにし
て作成された。cDNAクローンは、それにおいてpH
CV1.1Aと命名されている。HCVテンプレートの
増幅に好適なプライマーは、KY78(SEQ ID
No.16:5,−CTCGCAAGCACCCTAT
CAGGCAGT−3’)およびKY90(SEQ I
D No.17:5’−GCAGAAAGCGTCTA
GCCATGGCGT−3’)である。KY78(SE
QID No.16)およびKY90(SEQ ID
No.17)は、5’末端がビオチン化されており、ま
たKY80(SEQ ID No.17)はKY90
(SEQ ID No.17)のビオチン化されない形
態である。
有して設計され、またプライマー結合部位が両端に位置
する内部領域は、同じ塩基組成を保ちながら、対応する
HIV−1配列とは固有の配列特異性のプローブにて検
出可能とするに充分に異なるヌクレオチド配列をもって
設計される。HIVテンプレート増幅のために好適なプ
ライマーは、前述のSK431(SEQ ID No.
6)およびSK462(SEQ ID No.5)のビ
オチン化誘導体である。
塩基が重複する2個のオリゴヌクレオチドのアニール化
および伸長によって作成した。構成するオリゴヌクレオ
チドは、上述のオリゴヌクレオチドのいずれの合成方法
によっても合成されうる。第1のオリゴヌクレオチドS
K550(SEQ ID No.18)は、SalIリ
ンカーおよびSK462(SEQ ID No.5)の
プライマー結合領域を含む。第2のオリゴヌクレオチド
SK551(SEQ ID No.19)は、SK43
1(SEQ ID No.6)のプライマー結合領域を
含む。対照テンプレートの合成は、この分野で周知の方
法を使用して行われる(Sambrookら、1989
の前出文献)。
合物は、次の通りである: 7μlの10xポリメラーゼ緩衝溶液(100mMのト
リス−HCl、pH7.5、500mMの塩化ナトリウ
ム(NaCl)、100mMの酢酸マグネシウム[Mg
(OAc)2]) 50pmoleのSK550(SEQ ID No.1
8) 50pmoleのSK551(SEQ ID No.1
9) それぞれ15μlのdATP、dGTP、dCTP、d
TTP(10mMの保存溶液) 1μlのクレナウ断片(5U) 70μlまでH2O
に10分間保持して各オリゴヌクレオチドの3’末端を
アニール化させた。伸長反応を室温にて30分間、次い
で37℃にて10分間行わせた。伸長に続いて、反応混
合物を72℃に10分間維持してポリメラーゼを不活性
化した。伸長生成物を二重配列のSK550(SEQ
ID No.18)末端を切断するSalIにて消化
し、またSK551(SEQ ID No.19)末端
は平滑のままとした。得られた断片を、転写ベクトルp
SP64(Promega、Madison、WI)
(ポリAを伴う)のSalIおよびSmaI部位にクロ
ーン化し、プラスミドpNAS−2を生じた。
EcoRIによる消化にて線状化し、SP6RNAポリ
メラーゼを用いてインビトロにて転写した。残渣DNA
を除去するために、RNAをRNase非含有DNas
eにて消化し、オリゴーdTカラムを通した。
は、下記に示される:
およびDNAテンプレートを使用する伸長反応を、各反
応における使用可能なMn2+濃度範囲を決定するため
に行った。DNAテンプレートを用いた伸長反応、およ
びRNAテンプレートを用いた伸長反応のための一連の
Mn2+濃度を使用した。すべての反応を、全体積20
μl中において、60℃にて10分間行った。反応条件
は以下の通りである:
3) 各300μMのdATP、dCTP、dGTP、dTT
P 50mMのビシン−KOH(pH8.3) 100mMのKOAc(pH7.5) Mn(OAc)2(示される1−20mM、1−6m
M) 5UのrTth*DNAポリメラーゼRNAテンプレート、トリス緩衝溶液 3x1011コピーのpAW109cRNA 0.125μMのMT24(SEQ ID No.1
3) 各200μMのdATP、dCTP、dGTP、dTT
P 10mMのトリス−HCl(pH8.3) 90mMのKCl MnCl2(0.4−2.5mM) 5UのrTth*DNAポリメラーゼ
3) 各300μMのdATP、dCTP、dGTP、dTT
P 50mMのビシン−KOH(pH8.3) 100mMのKOAc(pH7.5) Mn(OAc)2(1−5mM) 0.15UのrTth*DNAポリメラーゼDNAテンプレート、トリス緩衝溶液 1.5x1011コピーのpTM3ssDNA 0.0625μMのMT24(SEQ ID No.1
3) 各200μMのdATP、dCTP、dGTP、dTT
P 10mMのトリス−HCl(pH8.3) 90mMのKCl MnCl2(0.4−2.5mM) 5UのrTth*DNAポリメラーゼ* Hoffmann−La Roche Inc.によ
り開発および製造され、Perkin Elmer,N
orwalk,CTから商業的に入手可能である。
て取り入れる前出のMyersおよびGelfand、
1991に記載されているようにアッセイした。結果を
図1に示す。取り込まれたdNMPの量は、各反応の最
大取り込み量の百分率として表されている。各反応につ
いての最大取り込み量は以下の通りである:
レートにより至適合成を与えるマンガン濃度は、約0.
6mMであることが見いだされ、またRNAテンプレー
トを用いて約1.4mMのマンガンで、酵素が最大逆転
写活性を持つことが見いだされた。ビシン緩衝溶液を置
換すると、各反応についての至適Mn2+濃度は、増加
し、かつ拡大された。ビシン緩衝溶液を使用して、DN
Aテンプレートでの最大合成は、1.5mMマンガンに
移行し、RNAテンプレートでの合成量の増大は6mM
マンガンまで見られた。rTthDNAポリメラーゼの
RNAテンプレートに対する逆転写酵素活性およびDN
Aテンプレートに対するDNAポリメラーゼ活性につい
て、Mn2+の至適条件は、ビシン緩衝溶液を使用した
場合にそれぞれの反応によって異なるが、均質RT/P
CRについて約3.2mMの単一Mn2+濃度は、少な
くとも上記例3に記載のトリス緩衝溶液を使用するRT
/PCR条件と同程度に有効であると思われる。しかし
ながら、各反応の使用可能なマンガン濃度範囲は、かな
り拡大される。このことは、金属緩衝剤の一般論および
文献からは二面的範囲の拡大を予想することは出来ず、
驚くべき結果である。
使用するRT/PCR 一連のMnCl2濃度の力価測定を、トリシンおよびビ
シン緩衝溶液の両者においてHIVテンプレートを用
い、RT/PCRにて使用した。反応は、基本的には下
記例10に記載されているようにして100μlの全反
応体積にて行った。特定の反応条件は下記の通りであ
る: 200コピーのHIVcRNA(pNAS−2) 1μgのポリrA 13%グリセロール 各150μMのdATP、dCTP、dGTP、dTT
P 200μMのdUTP 各0.20μMのSK431(SEQ ID No.
6)、SK462(SEQ ID No.5) 2単位のUNG* 10単位のrTth*DNAポリメラーゼ 65mMのKCl 50mMのトリシン−KOH(pH8.3)またはビシ
ン−KOH(pH8.3) MnCl2(1.0、1.2、1.5、1.75、2.
0、2.5mM)* Hoffmann−La Roche Inc.によ
り開発および製造され、Perkin Elmer,N
orwalk,CTから商業的に入手可能である。
合、および逆転写に際してTthDNAポリメラーゼが
dUTPを取り込むことによる効率低下のために、反応
緩衝溶液は200μMのdUTPに加えて150μMの
dTTPを含む。熱サイクルの様式は、逆転写工程を7
0℃にて15分間行ったことを除いて、例10に記載の
ものと基本的に同じであった。増幅生成物は、例10に
記載のように、ゲル電気泳動にて分析された。標的は、
ビシンおよびトリシンの両緩衝溶液において、1.0−
2.5mMのMn2+濃度範囲で逆転写され、増幅され
ることが見いだされ、また1.2−2.0mMのMn
2+濃度範囲でより高水準の生成物形成が見られた。
て、dNTP濃度耐性の増大を評価するために、HCV
cRNA標的(pHCV1.1A)のRT/PCR増幅
を、ビシンおよびトリス緩衝溶液を使用し、異なるdN
TP濃度にて行った。反応をここに記述する修飾を除い
て基本的に下記例10に記載されるように行った
されている。反応は、以下の条件の元で100μlの体
積で行われた: 300コピーのHCVcRNA KY78(SEQ ID No.16)、KY78(S
EQ ID No.16)のそれぞれを0.15μM 1μgのポリrA 8%のグリセロール 10単位のrTth*DNAポリメラーゼ 2単位のUNG* dATP、dCTP、dGTP、dTTP(各100μ
M−500μM) 50mMのビシン−KOH(pH8.3)またはトリス
−HCl(pH8.3) 100mMのKOAc(pH7.5)または90mMの
KCl 2.5mMのMn(OAc)2または0.9mMののM
nCl2 * Hoffmann−La Roche Inc.によ
り開発および製造され、Perkin Elmer,N
orwalk,CTから商業的に入手可能である。
℃にて25分間行い、また40回の増幅サイクルを行っ
たことを除いて、下記例10に記載のものと基本的に同
様である。増幅生成物は、例10に記述されるようにゲ
ル電気泳動により分析された。結果を図2に示す。ビシ
ン/KOAc/Mn(OAc)2緩衝溶液を使用しての
増幅生成物の形成は各dNTPの100−500μMの
dNTP濃度範囲に亘って観察された。対照的に、トリ
ス/KCl/MnCl2緩衝溶液を使用すると200μ
Mの各dNTP濃度においてのみ、有意な水準の増幅生
成物が形成された。
PCR C型肝炎ウイルス(HCV)検出のためのRT/PCR
増幅に基づくアッセイは、ここに参考として取り入れる
ヨーロッパ特許出願EP−A−529,493およびY
oungら、1993の前出文献に記述されている。E
P−A−529,493は、マイクロウエルプレート検
出様式を使用する増幅生成物の検出を記述している。同
様なアッセイは、ヒト免疫不全ウイルス(HIV)の検
出にも有用である。本発明の均質RT/PCR法は、下
記のプロトコールを使用してHIVおよびHCVウイル
ステンプレートを増幅するために有用である。ビシン/
KOAc/Mn(OAc)2およびトリス/KCl/M
nCl2緩衝溶液の両者を使用した均質反応が、以下に
記述される:ビシン/KOAc/Mn(OAc)2緩衝
溶液の使用が好ましい。試料テンプレートは、臨床的試
料または例6に記述されるHIVおよびHCVテンプレ
ートのいずれであってもよい。臨床的試料の調製のため
に好適な方法は、上記に引用したHCVアッセイの参考
文献に記述されている。
ために好ましいプライマーは、SK431(SEQ I
D No.6)およびSK462(SEQ ID N
o.5)のビオチン化誘導体である。HCVテンプレー
トのRT/PCR増幅のために好ましいプライマーは、
KY78(SEQ ID No.16)およびKY90
(SEQ ID No.17)である。
(pH7.5)およびMn(OAc)2を100μl全
反応体積にて使用するHIVおよびHCVRT/PCR
のための反応条件は、以下の通りである。HIV反応条
件は、dUMPの取り込みを促進するための増大したd
UTP濃度の使用を例示している。
(pH8.3)、KCl、MnCl2のための反応条
件:
(Perkin Elmer,Norwalk,CT)
にて行われた。該サーマルサイクラは、HIVテンプレ
ートの増幅のために以下の温度様式を与えるようにプロ
グラムされた:UNG滅菌のために50℃にて2分間;
逆転写工程のために60℃にて30分間;(95℃にて
10秒間、55℃にて10秒間、72℃にて10秒間)
を4サイクル;24サイクル(マイクロウエルプレート
アッセイ)、または36サイクル(アガロースゲルアッ
セイ)の(90℃にて10秒間、60℃にて10秒間、
72℃にて10秒間);ならびに72℃にて保持。
トの増幅のために以下の温度様式を与えるようにプログ
ラムされた:UNG滅菌のために50℃にて2分間;逆
転写工程のために60℃にて30分間;2サイクルの、
95℃にて15秒間、60℃にて20秒間;38サイク
ルの、90℃にて15秒間、60℃にて20秒間;60
℃にて4分間;ならびに72℃にて保持。
続く可視化、またはマイクロウエルプレートアッセイの
いずれかにより分析された。アガロースゲル分析のため
に、5μlの各反応物を、2μlの負荷緩衝溶液(30
%しょ糖、0.1%ブロモフェノールブルー、10mM
EDTA)に添加し、エチジウムブロマイド(100m
lのアガロースあたり10μg)をアガロースに添加し
た1xトリス−ボレートEDTA中での4%(3%Nu
Sieve、1%アガロース)アガロースゲル電気泳動
により分析した。電気泳動は、125Vにて30分間で
ある。
EP−A−529,493および一般的に米国特許5,
232,829に記述されている。HIV増幅生成物の
マイクロウエルプレート分析は、HCVについて記述さ
れるあと同様であるが、ここに参考として取り入れるJ
acksonらの、1991,AIDS 5:1463
−1467に記述されているHIV特異的プローブを使
用する。
るために、逆転写反応のものと同様であるが合成が起こ
らないようにポリメラーゼを除いた反応混合物中で、昇
温下にてインキュベートした。反応混合物(各20μl
の体積)は次を含んでいた: 100ng[33P]標識pAW109cRNA 1.5μMKY80(SEQ ID No.17) 各200μMのdATP、dCTP、dGTP、および
dUTP 2μlのrTthDNAポリメラーゼ保存用緩衝溶液
(5単位のポリメラーゼに相当)
することによって変化させた。すべての反応物を、比較
のために4℃にて25分間インキュベートした試料1を
除いて、70℃にて25分間インキュベートした。回収
された完全長RNAの量は、ゲル電気泳動に続く、Am
bis4000放射分析造影装置(Ambis,In
c.,San Diego,CA)を使用して測定し
た。すべての値は、試料2の結果を100%として正準
化してある。ビシン−KOHおよびトリス−HClはp
H8.3にて添加され;KOAcはpH7.5である。
の添加は、試料2および3を比較して分かるように高温
度にてRNAの分解を増大する。2.5mMMn(OA
c)2;100mMKOAc;50mMビシン−KOH
を含む緩衝溶液の添加は、RNA分解をかなり低減す
る。試料3、4、5および6の比較は、観察されるRN
A分解量を低減するためには、緩衝溶液のすべての成分
が存在しなければならないことを示している。試料6−
9を試料12と比べて分かるように、MMn(OAc)
2/KOAc/ビシン−KOH緩衝溶液は、MnCl2
/KCl/トリス−HCl緩衝溶液よりもRNA分解量
を低減した。
写に先立ってRNAを変性することにより、高度の2次
構造を有する標的に加えて二重鎖RNA標的の増幅を容
易にするであろう。MMn(OAc)2/KOAc/ビ
シン−KOH緩衝溶液におけるRNAの安定性に対する
高温プレインキュベーションの効果を評価するために、
RNAを逆転写反応のものと同様であるが合成が起こら
ないようにポリメラーゼを除いた反応混合物中で、昇温
下にてインキュベートした。反応混合物(各20μlの
体積)は次を含んでいた: 250ng[33P]標識pAW109cRNA 1.5μMDM151(SEQ ID No.10) 各300μMのdATP、dCTP、dGTP、および
dUTP 50mMのビシン−KOH(pH8.3) 100mMKOAc(pH7.5) 2.5mMMn(OAc)2 2μlのrTthDNAポリメラーゼ保存用緩衝溶液
(5単位のポリメラーゼに相当)
ートし、完全長RNAの最終量を、ゲル電気泳動に続
く、Ambis4000放射分析造影装置(Ambi
s,Inc.,San Diego,CA)を使用して
測定した。インキュベーションを3個一組で行い、残留
する未分解RNAの平均量を4℃、25分間のインキュ
ベーション後に残留した量に対して正準化してある。1
群の3個の反応インキュベーションから回収される量の
平均標準偏差は、11%であった。
は、前述の例に記載した逆転写の条件と対比できる。R
NAの15秒間、95℃のプレインキュベーションを含
んだ場合には、完全長標識RNAの検出可能な更なる損
失は無かった。
マンガン濃度の効果 RT/PCR反応を、ビシン/KOAc/Mn(OA
c)2およびトリス/KCl/MnCl2緩衝溶液の両
者を使用してマンガン濃度の範囲に亘って行った。10
0μlの全反応体積におけるHCVRT/PCRの反応
条件は下記の通りである。 100コピーのHCVcRNA 200μMのdATP 200μMのdCTP 200μMのdGTP 200μMのdTTP 15pmol/rxnのKY78(SEQ ID N
o.16) 15pmol/rxnのKY90(SEQ ID N
o.17) 2単位のUNG* 10単位のrTth*DNAポリメラーゼ 8%のグリセロール 50mMのビシン−KOH(pH8.3)または10m
Mのトリス−HCl(pH8.3) 100mMのKOAc(pH7.5)または90mMの
KCl Mn(OAc)2またはMnCl2 * Hoffmann−La Roche Inc.によ
り開発および製造され、Perkin Elmer,N
orwalk,CTから商業的に入手可能である。
0、2.5、3.0、3.5および4.0mMのMn
(OAc)2および0.7、0.8、0.85、0.
9、0.95および1.0mMのMnCl2であった。
反応はTC9600サーマルサイクラ(Perkin
Elmer,Norwalk,CT)にて行われた。該
サーマルサイクラは、逆転写を70℃にて25分間行
い、次いで95℃にて1分間インキュベートすることを
除いて例10に記載されている温度様式でプログラムさ
れた。増幅生成物は、例10に記載されているのと同様
にアガロースゲル電気泳動に続いて可視化することによ
って分析された。
(OAc)2緩衝溶液を使用してMn(OAc)2濃度
の2.0−4.0mMの範囲で観察された。また、増幅
生成物は、トリス/KCl/MnCl2緩衝溶液を使用
してMnCl2濃度の0.8−1.0mMの範囲で観察
された。これらの反応条件で、ビシン/KOAc/Mn
(OAc)2緩衝溶液を使用した場合には、トリス/K
Cl/MnCl2緩衝溶液の場合に比べて10倍以上の
マンガン濃度範囲に亘って観察された。
トリス/KCl/MnCl2緩衝溶液を使用してマンガ
ン濃度範囲に亘って行った。100μlの全反応体積に
おけるHCVRT/PCRの反応条件は下記の通りであ
る。 500コピーのHCVcRNA 200μMのdATP 200μMのdCTP 200μMのdGTP 200μMのdTTP 15pmol/rxnのKY78(SEQ ID N
o.16) 15pmol/rxnのKY90(SEQ ID N
o.17) 2単位のUNG* 10単位のrTth*DNAポリメラーゼ 8%のグリセロール 10mMのトリス−KCl(pH8.3)または100
mMのトリス−HCl(pH8.3) 90mMのKClまたは45mMのKCl MnCl2 * Hoffmann−La Roche Inc.によ
り開発および製造され、Perkin Elmer,N
orwalk,CTから商業的に入手可能である。
ついて0.7、0.8、1.0、1.2および1.3m
MのMnCl2であった。反応はTC9600サーマル
サイクラ(Perkin Elmer,Norwal
k,CT)にて行われた。該サーマルサイクラは、逆転
写を70℃にて25分間行い、次いで95℃にて1分間
インキュベートを行うことを除いて例10に記載されて
いる温度様式でプログラムされた。増幅生成物は、例1
0に記載されているのと同様にアガロースゲル電気泳動
に続いて可視化することによって分析された。
液を使用した場合にMnCl2濃度の0.7−1.2m
Mの範囲で観察された。また、増幅生成物は、10mM
のトリス緩衝溶液を使用した場合にMnCl2濃度の
0.8−1.0mMの範囲で観察された。これらの反応
条件で、生成物はトリス/KCl/MnCl2緩衝溶液
中のトリス濃度が10mMから100mMに増大した場
合により広いマンガン濃度範囲に亘って観察された。
飾を、特許請求の範囲の精神および範囲内で行うことが
出来ることは理解されるであろう
表すものであって、異なる緩衝溶液条件を使用するマン
ガン濃度の範囲に亘って反応効率をアッセイした結果の
グラフである。
て、例9に記述されるRT/PCRの結果を示す図であ
り、dNTP濃度の使用可能な範囲について、異なる緩
衝溶液条件を使用してアッセイした電気泳動パターンで
ある。
Claims (35)
- 【請求項1】 試料中の標的RNA分子の増幅方法であ
って、 (a)前記試料を、4種すべてのデオキシリボヌクレオ
シド三リン酸の存在下、2価陽イオンを含む適切な緩衝
系中、第1および第2のプライマーならびに熱安定性D
NAポリメラーゼを含む反応混合物中において、前記熱
安定性DNAポリメラーゼが前記第1のプライマーの伸
長生成物の合成を開始して前記標的RNAに相補的なc
DNA分子を生成するために充分な温度にて処理し、こ
こにおいて前記第1のプライマーは、前記標的RNAに
対して、それにハイブリダイズして前記標的RNAに相
補的なcDNA分子の合成を開始するに充分に相補的で
あり、前記第2のプライマーは、前記cDNAにハイブ
リダイズし伸長生成物の合成を開始するに充分に前記標
的RNAに対し相同的であり; (b)前記反応混合物を、単鎖cDNAを生成するため
に適切な温度にて処理し; (c)前記反応混合物を、前記熱安定性DNAポリメラ
ーゼが前記第2のプライマーの伸長生成物の合成を開始
して二重鎖cDNA分子を与えるために適切な温度にて
処理し;そして (d)工程(c)の二重鎖cDNAをポリメラーゼ連鎖
反応により増幅する、工程を含んでなり、 前記工程(a)および(d)において使用する緩衝系が
前記2価陽イオンを結合する緩衝剤を更に含有し、前記
緩衝剤の20℃かつ0.1Mのイオン強度における2価
陽イオン結合反応のKM が10および106 の間にある
ことを特徴とする試料中の標的RNA分子の増幅方法。 - 【請求項2】 前記緩衝剤が水素イオン緩衝作用を与え
る両性イオン性化合物であり、前記緩衝剤の20℃かつ
0.1Mのイオン強度におけるpKaが7および9の間
にある請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 前記緩衝系が、更にN,N−ビス(2−
ヒドロキシエチル)グリシンまたはN〔トリス(ヒドロ
キシメチル)メチル〕グリシンを含んでなる請求項1ま
たは2に記載の方法。 - 【請求項4】 前記緩衝系が、更に酢酸ナトリウム、酢
酸カリウム、酢酸アンモニウムおよび酢酸リチウムから
なる群から選択される酢酸塩を含んでなる請求項1〜3
のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項5】 前記熱安定性DNAポリメラーゼが、Th
ermus aquaticus DNA ポリメラーゼまたはThermus ther
mophilus DNAポリメラーゼである請求項1〜4のいずれ
か1項に記載の方法。 - 【請求項6】 前記DNAポリメラーゼが、組換えTth
DNA ポリメラーゼである請求項5に記載の方法。 - 【請求項7】 工程(a)の温度が、40℃および80
℃の間である請求項1〜6のいずれか1項に記載の方
法。 - 【請求項8】 慣用および非慣用のヌクレオシド三リン
酸を逆転写反応混合物に混合し、該慣用および非慣用の
ヌクレオチドが取り込まれたcDNAを生成させた結果
として、先行する逆転写反応により生成する核酸が夾雑
する逆転写反応物、逆転写/増幅反応物または増幅反応
物からの夾雑物除去方法であって、該方法は前記非慣用
ヌクレオチドの共有結合を加水分解することにより夾雑
核酸を分解することを含んでなり、前記逆転写反応混合
物は更にThermus thermophilusDNAポリメラーゼ、2価
陽イオンおよび緩衝系を含み、前記緩衝系は前記2価陽
イオンと結合する緩衝剤を含み、前記緩衝剤の20℃、
かつ0.1Mのイオン強度における前記2価陽イオン結
合反応のKM が10および106 の間にあることを特徴
とする反応物からの夾雑物の除去方法。 - 【請求項9】 前記先行する逆転写反応物が均質逆転写
/増幅反応物である請求項8に記載の方法。 - 【請求項10】 前記緩衝剤が水素イオン緩衝作用を与
える両性イオン性化合物であり、前記緩衝剤の20℃か
つ0.1Mのイオン強度におけるpKaが7および9の
間にある請求項8または9に記載の方法。 - 【請求項11】 前記緩衝系が、更にN,N−ビス(2
−ヒドロキシエチル)グリシンまたはN〔トリス(ヒド
ロキシメチル)メチル〕グリシンを含んでなる請求項8
〜10のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項12】 前記緩衝系が、更に酢酸ナトリウム、
酢酸カリウム、酢酸アンモニウムおよび酢酸リチウムか
らなる群から選択される酢酸塩を含んでなる請求項1〜
11のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項13】 均質逆転写/増幅反応遂行のための緩
衝剤組成物であって、2価陽イオン、1価陽イオンおよ
び緩衝剤を含有し、該緩衝剤が前記2価陽イオンと結合
するキレート化剤であり、前記緩衝剤の20℃、かつ
0.1Mのイオン強度における前記2価陽イオン結合反
応のKM が10および106 の間にあることを特徴とす
る緩衝剤組成物。 - 【請求項14】 前記緩衝剤が水素イオン緩衝作用を与
える両性イオン性化合物であり、前記緩衝剤の20℃か
つ0.1Mのイオン強度におけるpKaが7および9の
間にある請求項13に記載の緩衝剤組成物。 - 【請求項15】 前記緩衝剤が、N,N−ビス(2−ヒ
ドロキシエチル)グリシンまたはN〔トリス(ヒドロキ
シメチル)メチル〕グリシンである請求項13または1
4に記載の緩衝剤組成物。 - 【請求項16】 前記2価陽イオンが、酢酸マンガン、
塩化マンガンまたは硫酸マンガンにより供給され、前記
1価陽イオンが酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、酢酸ア
ンモニウムまたは酢酸リチウムからなる群から選択され
る酢酸塩により供給される請求項13〜15のいずれか
1項に記載の緩衝剤組成物。 - 【請求項17】 前記2価陽イオンが1.2および5mM
の間の濃度をもって、酢酸マンガンにより供給される請
求項13〜16のいずれか1項に記載の緩衝剤組成物。 - 【請求項18】 該1価陽イオンが酢酸カリウムにより
供給される請求項13〜16のいずれか1項に記載の緩
衝剤組成物。 - 【請求項19】 試料中の標的RNA分子の逆転写方法
であって: 前記試料を、前記標的RNAに対してそれにハイブリダ
イズして前記標的RNAに相補的なcDNA分子の合成
を開始するに充分に相補的なプライマー、熱安定性DN
Aポリメラーゼ、4種のデオキシリボヌクレオシド三リ
ン酸、および2価陽イオンを含む適切な緩衝系を含んで
なる反応混合物中で、前記熱安定性DNAポリメラーゼ
が前記プライマーの伸長生成物の合成を開始して前記標
的RNAに相補的なcDNA分子を与えるために充分な
温度にて処理する工程を含み; 前記緩衝系が前記2価陽イオンを結合する緩衝剤を更に
含有し、前記緩衝剤の20℃かつ0.1Mのイオン強度
における2価陽イオン結合反応のKM が10および10
6 の間にあることを特徴とする試料中の標的RNA分子
の逆転写方法。 - 【請求項20】 前記緩衝剤が水素イオン緩衝作用を与
える両性イオン性化合物であり、前記緩衝剤の20℃か
つ0.1Mのイオン強度におけるpKaが7および9の
間にある請求項19に記載の方法。 - 【請求項21】 前記緩衝系が、N,N−ビス(2−ヒ
ドロキシエチル)グリシンまたはN〔トリス(ヒドロキ
シメチル)メチル〕グリシンを更に含有する請求項19
または20に記載の方法。 - 【請求項22】 前記緩衝系が、N,N−ビス(2−ヒ
ドロキシエチル)グリシンまたはN〔トリス(ヒドロキ
シメチル)メチル〕グリシンを更に含有し、かつ前記緩
衝系が、更に酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、酢酸アン
モニウムおよび酢酸リチウムからなる群から選択される
酢酸塩を含んでなる請求項19〜21のいずれか1項に
記載の方法。 - 【請求項23】 前記熱活性DNAポリメラーゼが、Th
ermus aquaticus DNA ポリメラーゼまたはThermus ther
mophilus DNAポリメラーゼである請求項19〜22のい
ずれか1項に記載の方法。 - 【請求項24】 前記DNAポリメラーゼが、組換えTt
h DNA ポリメラーゼである請求項23に記載の方法。 - 【請求項25】 前記反応混合物の前記温度が40℃お
よび80℃の間である請求項23または24に記載の方
法。 - 【請求項26】 逆転写反応遂行のための緩衝剤組成物
であって、2価陽イオン、1価陽イオンおよび緩衝剤を
含有し、該緩衝剤が前記2価陽イオンと結合するキレー
ト化剤であり、前記緩衝剤の20℃、かつ0.1Mのイ
オン強度における前記2価陽イオン結合反応のKM が1
0および106 の間にあることを特徴とする緩衝剤組成
物。 - 【請求項27】 請求項13〜18に記載の緩衝剤組成
物および熱安定性DNAポリメラーゼを含んでなるキッ
ト。 - 【請求項28】 前記2価陽イオンがMn2+である、請
求項1〜12および19〜25のいずれか1項に記載の
方法。 - 【請求項29】 前記緩衝剤の20℃かつ0.1Mのイ
オン強度における2価陽イオン結合反応のKM が102
および104 の間にある、請求項1〜12および19〜
25のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項30】 前記緩衝剤の2価陽イオン結合反応の
KM が102.5 および103.5 の間にある、請求項29
に記載の方法。 - 【請求項31】 前記緩衝剤の20℃かつ0.1Mのイ
オン強度におけるpKaが7.5および8.5の間にあ
る、請求項2〜7、10〜12および20〜25のいず
れか1項に記載の方法。 - 【請求項32】 前記2価陽イオンがMn2+である、請
求項13〜18および26のいずれか1項に記載の緩衝
剤組成物。 - 【請求項33】 前記緩衝剤の20℃かつ0.1Mのイ
オン強度における2価陽イオン結合反応のKM が102
および104 の間にある、請求項13〜18および26
のいずれか1項に記載の緩衝剤組成物。 - 【請求項34】 前記緩衝剤の2価陽イオン結合反応の
KM が102.5 および103.5 の間にある、請求項33
に記載の緩衝剤組成物。 - 【請求項35】 前記緩衝剤の20℃かつ0.1Mのイ
オン強度におけるpKaが7.5および8.5の間にあ
る、請求項14〜18のいずれか1項に記載の緩衝剤組
成物。
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