JP3241717B2 - 核酸配列増幅法 - Google Patents
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Description
継続出願である。
ヘテロジーニアスな混合物の大きなまたは小さな成分と
して存在し得る「標的配列」または特定の核酸配列のコ
ピー数を増加させる方法に関するものである。この核酸
の混合物は、診断用の検査、環境検査、学術研究、クロ
ーニングのような別の操作のための試薬または材料の調
製、またはその他の目的のために採取される試料中に見
いだされるものであり得る。
々な研究方法の感受性、簡便性、正確さおよび信頼性を
増し、かつ種々の目的のための特定のオリゴヌクレオチ
ドの十分な供給を可能にしつつ、診断上のおよび環境に
関わる検定の感受性を増すという点で貴重である。
境および診断用検査における使用に好適である。
の同定および分類、感染症の診断、遺伝的異常の発見お
よび性格決定、癌に伴う遺伝子の変化の同定、遺伝的易
罹患性の研究、および種々の型の処置に対する応答の測
定のためにますます重要になりつつある技術である。さ
らにこのような方法は、食物、環境からの試料、種、お
よび特定の微生物の存在が監視される必要のあるその他
の型の物質中で微生物を検出および定量する際の使用へ
と用途が広がることがわかった。その他、犯罪の容疑者
の同定、父親捜しの論争の解決、家系図および系統発生
樹の作成、および様々な生命形態の分類を助けるために
核酸配列の関連性の測定が用いられる、法医学、人類
学、考古学および生物学における適用性が見いだされて
いる。
は核酸のハイブリダイゼーションである。この方法は、
総補的または本質的に相補的な配列を含む二本の核酸鎖
が適当な条件の下で特異的に結合して二本鎖構造を形成
する能力に基づくものである。特定の核酸配列(「標的
配列」として知られる)を検出および/または定量する
ために、その標的配列に対し相補的な配列を含む標識オ
リゴヌクレオチド(「プローブ」として知られる)を調
製する。このプローブを、標的配列の含有が疑われる試
料と混合し、ハイブリッド形成のために適当な条件を作
りだす。試料中に標的配列が存在すれば、プローブは標
的配列とハイブリダイズする。次いでこのプローブ−標
的ハイブリッドを様々な手段のうちの一つを用いて一本
鎖プローブから分離する。このハイブリッドに付随した
標識の量を測定する。
プローブの特異活性、ハイブリダイゼーション反応の割
合および程度、ハイブリッド形成および非ハイブリッド
形成プローブの分離方法の挙動、および標識の検出され
る感度によって制限を受ける。最良の条件下において上
記のような直接ハイブリダイゼーション法は約1x105な
いし1x106の標的分子を検出することができる。最も鋭
敏な方法は、日常の臨床および環境検査に必要とされる
速さ、簡便性、および経済性というような多くの特徴を
欠く場合がある。そのうえ、その感度は多くの望ましい
適用に対して十分でないことがある。感染症は、血液ま
たは他の試料10mlにつきわずか1個の病原性微生物に伴
って起こり得る。法医鑑識官は犯罪現場から微量の組織
しか得られないということもある。研究者は、生体の遺
伝子材料中または一群の細胞のメッセンジャーRNA群中
に存在する全配列の中にごく小さな断片として存在する
特定の遺伝子配列を検出および/または定量する必要が
あるかも知れない。
互作用の結果として、感度および特異性の間には殆ど常
に逆の関係が存在する。即ち、その検定の感度を高める
ための工程(例えばプローブの特異活性を高める)を取
り入れた結果、偽陽性の試験結果の比率がより高くなり
得る。感度および特異性のつながりは、ハイブリダイゼ
ーション検定の感度を高める上での重大な障壁であっ
た。この問題に対する一つの解決は、増幅方法を用いて
標的配列の存在量を特異的に増加させることである。試
料の残りの配列にコードされている情報のかなりの部分
の増幅を必要とすることなくただ一個の標的配列部分を
増幅することにより、感度が向上し、一方同時に特異性
は低下しない。例えば長さ25塩基の核酸配列は、この配
列中の25の位置の各々が4種の異なるヌクレオチドのう
ちの1個によって占められているため、425分の1また
は1015の1の確率で存在する可能性がある。
核酸配列の特異的増幅法はミュリス等によって記載され
ている(米国特許第4683195号、4683202号および480015
9号ならびに欧州特許出願第86302298.4号、86302299.2
号および87300203.4号ならびにメソッズ・イン・エンザ
イモロジー第155巻、1987、335−350頁参照)。この方
法は、鋳型として相補的配列の各鎖を用いる、同時に起
こるプライマー依存核酸合成の反復サイクルを使用して
いる。増幅される配列は、合成を開始させるプライマー
分子の位置によって規定される。プライマーは標的配列
またはその相補体の3'末端部分に対して相補的であり、
かつ核酸合成を開始させるためにはこの部位と結合せね
ばならない。伸長産物の合成後、次の合成工程の前にこ
の鎖を通常熱変性により分離する。PCR法の場合、相補
的配列の両方の鎖が合成される。
成される鎖を分離するのに用いられる鎖の分離工程は、
しばしば熱変性である。その結果、熱安定性酵素が必要
となるか、または熱変性工程とDNA合成の次のサイクル
の開始の間に新たな酵素が添加されねばならないかのい
ずれかとなる。幾つかの異なる且つ極端な反応温度のサ
イクルを反復する必要があるということは、PCR法の不
利な点である。PCRを簡便にするためには高価なプログ
ラム可能な温度サイクル機器が必要である。
ー配列を組み込み、次いで数サイクルのPCR法により増
幅した後、この二本鎖DNAを一本鎖RNAの転写のための鋳
型として使用することにより、PCR法がRNA転写と組み合
わせられた(例えばムラカワ等、DNA第7巻287−295頁
(1988)参照)。
ーの使用によりプロモーター配列を含む中間体二本鎖DN
A分子を供給するための一連のプライマーハイブリダイ
ゼーション、伸長および変性工程を含む。この二本鎖DN
Aを標的配列のRNAコピーを多数生成させるのに使用す
る。得られたRNAコピーをさらにコピーを生成させるた
めの標的配列として使用し、多数のサイクルを実施する
ことができる(例えばバーグ等、WO89/1050およびジン
ジェラス等、WO88/10315参照)。
に合成する方法は当業者に良く知られており、この方法
によるDNAの生成は今や常套である。しかしながらこれ
らの方法は時間がかかり、また長さ約100塩基よりずっ
と大きなオリゴヌクレオチドの合成には容易に用いるこ
とができない。さらに、合成すべきDNAの全塩基配列が
わかっていなければならない。これらの方法は、一度に
ただ1種の配列しか合成できない高価な機器を必要とす
る。この機器の操作にはかなりの訓練と専門知識が必要
である。RNAの化学合成法は開発がより困難であった。
ローニングまたは挿入し、その結果この微生物が複製を
行なう時に挿入された配列が複製されることを含む技術
によって合成することができる。適当なプロモーター配
列の下流に隣接してこの配列が挿入されれば、この配列
のRNAコピーまたはこの配列によりコードされる蛋白生
成物が生成し得る。クローニングは事実上無制限の量の
特定の核酸配列を産み出せるが、含まれる操作の数のた
め、これは診断用、環境、または法医学用の検査におけ
る使用には適していない。クローニング技術の使用には
かなりの訓練と専門知識を要する。1個の配列のクロー
ニングには数人月またはそれ以上の労力が費やされ得
る。
の結合のための認識配列を有する組み替え一本鎖RNA分
子を用いて、比較的大量の特定のRNAを作ることができ
る(例えばクレーマー等の米国特許第4786600号参
照)。特定の配列を異なった分子のDNAコピー中に挿入
し、これを発現ベクターにクローニングし、それをRNA
に転写し、次いでQβレプリカーゼをもって複製するた
めに、多くの工程が必要である。
を合成する新規な自触(自動触媒)的(即ち、温度、p
H、またはイオン強度のような反応条件を修飾する必要
なしに、1つのサイクルの生成物を次のサイクルに使用
して自動的に循環することができる)方法を目的とする
ものである。
体が作られDNA合成が開始し得る条件下で、RNA標的配列
を、標的の3'末端部分に対してこれと複合体を作るに十
分相補的な複合体形成配列を有し、且つ所望によりRNA
ポリメラーゼのためのプロモーターを含むプライミング
配列の5'側配列を有する、第一プライマーを含む第一の
オリゴヌクレオチドで処理し、(b)RNA標的に対し相
補的な第一のDNAプライマー伸長産物を与える鋳型とし
て該標的を使用する伸長反応において第一プライマーを
伸長し、(c)RNA標的を選択的に減成(分解)する酵
素を用いてDNA伸長産物をRNA標的から分離し、(d)DN
Aプライマー伸長産物を、プライマーまたはスプライス
の鋳型を含み、そしてオリゴヌクレオチド/標的配列複
合体が作られDNA合成が開始し得る条件下でDNAプライマ
ー伸長産物の3'末端部分に対しこれと複合体を作るに十
分相補的な複合体形成配列を有する第二のオリゴヌクレ
オチドで処理し(ただし、もし第一のオリゴヌクレオチ
ドがプロモーターを持たなければ、第二のオリゴヌクレ
オチドがRNAポリメラーゼのためのプロモーターを含む
複合体形成配列の5'側配列を有するスプライスの鋳型で
ある)、(e)DNA伸長反応において、第二のオリゴヌ
クレオチドまたは第一プライマー伸長産物のいずれかの
3'末端を伸長してRNAポリメラーゼのための鋳型を生成
し、そして(f)この鋳型を用い、プロモーター配列を
認識するRNAポリメラーゼを使用して標的配列のRNAコピ
ーを多数生成させる、ことを含む。オリゴヌクレオチド
およびRNAコピーは、標的配列のコピーを多数自触的に
合成するために使用できる。
ゴヌクレオチド/標的複合体が作られDNA合成が開始し
得る条件下で、RNA標的配列を、標的の3'末端部分に対
してこれと複合体を作るに十分相補的な複合体形成配列
を有し、且つRNAポリメラーゼのためのプロモーターを
含む5'から複合体形成配列に至る配列を有する、第一プ
ライマーを含む第一のオリゴヌクレオチドで処理し、
(b)鋳型として該標的を使用する伸長反応において第
一プライマーを伸長して、RNA標的に対し相補的な第一
のDNAプライマー伸長産物を得、(c)RNA標的を選択的
に減成(分解)する酵素を用いて第一のDNAプライマー
伸長産物をRNA標的から分離し、(d)DNAプライマー伸
長産物を、オリゴヌクレオチド/標的複合体が作られDN
A合成が開始し得る条件下でDNAプライマー伸長産物の3'
末端部分に対しこれと複合体を作るに十分相補的な複合
体形成配列を有する第二プライマーで処理し、(e)第
二のDNAプライマー伸長産物を与えるDNA伸長反応におい
て第二プライマーの3'末端を伸長し、これによりRNAポ
リメラーゼのための鋳型を生成し、そして(f)この鋳
型を用いて、プロモーター配列を認識するRNAポリメラ
ーゼを使用して標的配列のRNAコピーを多数生成させ
る、ことを含む。オリゴヌクレオチドおよびRNAコピー
は標的配列のコピーを多数自触的に合成するために使用
することができる。この側面は、さらに、(g)工程
(f)からのRNAコピーを、オリゴヌクレオチド/標的
配列複合体が生成しDNA合成が開始し得る条件下で、第
二プライマーによって処理し、(h)RNAコピーを鋳型
として用いるDNA伸長反応において第二プライマーの3'
末端を伸長して第二のDNAプライマー伸長産物を得、
(i)RNAコピーを選択的に減成する酵素を用いて第二
のDNAプライマー伸長産物をRNAコピーから分離し、
(j)第二のDNAプライマー伸長産物を、オリゴヌクレ
オチド/標的配列複合体が生成しDNA合成が開始し得る
条件下で、第一プライマーによって処理し、(k)DNA
伸長反応において第二プライマー伸長産物の3'末端を伸
長してRNAポリメラーゼのための鋳型を生成し、そし
て、(l)工程(k)の鋳型を用い、プロモーターを認
識するRNAポリメラーゼを使用して標的配列のコピーを
多数生成させる、ことを含む。工程(l)、工程(g)
ないし(k)のRNAコピーの使用は自触的に反復されて
標的配列のコピーを多数合成する。工程(k)において
スプライスの鋳型として挙動する第一プライマーもまた
工程(k)のDNA伸長反応において伸長され得る。
オリゴヌクレオチド/標的配列複合体が作られDNA合成
が開始し得る条件下で、RNA標的配列を、標的配列の3'
末端部分に対してこれと複合体を作るに十分相補的な複
合体形成配列を有する第一プライマーで処理し、(b)
鋳型として該標的を使用する伸長反応においてプライマ
ーの3'末端を伸長して、RNA標的に対し相補的なDNAプラ
イマー伸長産物を得、(c)RNA標的を選択的に減成す
る酵素を用いてDNA伸長産物をRNA標的から分離し、
(d)オリゴヌクレオチド/標的配列複合体が作られDN
A合成が開始し得る条件下で、DNAプライマー伸長産物
を、プライマー伸長産物の3'末端に対しこれと複合体を
作るに十分相補的な複合体形成配列、およびRNAポリメ
ラーゼのためのプロモーターを含む5'から複合体形成配
列に至る配列、を有するスプライスの鋳型を含む第二の
オリゴヌクレオチドで処理し、(e)DNAプライマー伸
長産物の3'末端を伸長してこれにプロモーターに対し相
補的な配列を加え、それによりRNAポリメラーゼのため
の鋳型を生成し、(f)この鋳型を用い、プロモーター
配列を認識するRNAポリメラーゼを使用して標的配列のR
NAコピーを多数生成させ、そして、(g)工程(f)の
RNAコピーを用いて工程(a)ないし(f)を自触的に
反復させて標的配列を増幅する、ことからなる方法を提
供する。所望により、工程(d)のスプライスの鋳型を
プライマーとしても機能させ、これを工程(e)におい
て第一のプライマー伸長産物を鋳型として使用して伸長
し、第二プライマー伸長産物を得ることもできる。
列がDNAとして存在する場合、適当な「予備操作」を使
用するとRNAコピーが生成し、次いでこれを本発明の
「概括的方法」に従って増幅することができる。
存在するコピーの数を増加させるばかりでなく、増幅の
ためのDNA配列のRNAコピーを提供し得る、本発明の増幅
方法に関連して使用するための「予備操作」を目的とす
るものである。
増加させる方法を目的とするものである。1つの側面に
おいて本発明は、それ自身追加の生成物の生成に使用さ
れることができ、その結果、例えば温度循環のような反
応条件の操作を必要とせずに自触的反応を引き起こす生
成物を産生する酵素的ハイブリッド−分離工程を伴う、
DNAポリメラーゼ(例えば逆転写酵素)およびDNA依存RN
Aポリメラーゼ(転写酵素)の共同作用を含む。「予備
操作」を含む本発明方法の幾つかの態様においては、
「予備操作」の最初の工程を除く全ての工程を1種類の
温度で実施する。
び類似の試料における特定の核酸標的配列を検出および
/または定量する検定の構成因子として、または、様々
な使用のための特定の標的配列のDNAおよび/またはRNA
のコピーを多数生成させるために使用できる。さらにこ
れらの方法は、クローニングのためのDNA標的配列のDNA
コピーを多数生成させるため、またはプローブを産み出
すため、または配列決定のためのRNAおよびDNAコピーを
生成させるためにも使用できる。
液、塩、マグネシウム、ヌクレオチド三燐酸、プライマ
ーおよび/またはスプライスの鋳型、ジチオトレイトー
ル、およびスペルミジンを含有する緩衝液濃縮物と混合
する。次いで所望によりこの反応物を100℃付近で2分
間インキュベートして二次構造を変性させる。室温まで
冷却した後、もし標的が、確定した3'末端の無いDNA標
的ならば、逆転写酵素を加え反応混合物を42℃で12分間
インキュベートする。反応物を、今回はプライマー伸長
産物をDNA鋳型から分離するために、再度100℃付近で変
性させる。冷却後、逆転写酵素、RNAポリメラーゼ、お
よびRNアーゼHを加え、反応物を37℃で2ないし4時間
インキュベートする。次いで、生成物を変性させ、プロ
ーブ溶液を加え、60℃で20分間インキュベートし、ハイ
ブリダイズしていないプローブを選択的に加水分解する
溶液を加え、反応物を60℃で6分間インキュベートし、
そして残留する化学ルミネセンスをルミノメーターで測
定することにより、この反応物を検定することができる
(例えばアーノルド等、PCT US88/02746号(1988年9
月21日出願、1989年3月29日公告)参照。この内容は引
用して本明細書の一部とし、「HPA」と呼称する)。本
発明方法の生成物は当業者に知られる他の多くの検定系
で使用することができる。
Aであるならば、典型的な検定は、標的を前記の緩衝液
濃縮物と混合し、二次構造を変性させることを含む。冷
却後、逆転写酵素、RNAポリメラーゼ、およびRNアーゼ
Hを加え、この混合物を37℃で2ないし4時間インキュ
ベートする。次いで反応物を前記のごとく検定し得る。
作における使用のための診断キットの一部として組み入
れることができる。
い限り以下の意義を有する。
分子である。鋳型はそのポリメラーゼにより、一本鎖、
二本鎖または部分的二本鎖であり得る。合成されたコピ
ーは鋳型に対し、または二本鎖もしくは部分的二本鎖の
鋳型の少なくとも一本の鎖に対し相補的である。RNAお
よびDNAの両者は常に5'から3'の方向へと合成され、二
本鎖核酸の二本の鎖は常に二本の鎖の5'末端がその二本
鎖の反対の端にあるように並んでいる(そしてその場合
必然的に3'末端もまた同様である)。
たはハイブリダイゼーションによる)してDNAポリメラ
ーゼによる合成の開始のためのプライマー/鋳型複合体
を与える、鋳型に対し相補的なオリゴヌクレオチドであ
って、これはDNA合成の過程で、鋳型に対し相補的な3'
末端に連なった共有結合により結合した塩基の添加によ
り、伸長する。この結果がプライマー伸長産物である。
事実上、既知の全てのDNAポリメラーゼ(逆転写酵素を
含む)はDNA合成の開始のためにオリゴヌクレオチドの
一本鎖鋳型への結合(プライミング)を必要とするが、
これに対してRNAの複製および転写(DNAからRNAの複
製)は一般にプライマーを必要としない。適当な状況下
ではプライマーがスプライスの鋳型としても働き得る
(以下の「スプライスの鋳型」の定義を参照された
い)。
オリゴヌクレオチドであって、特定の配列を付加するた
めに標的核酸の3'末端を伸長する鋳型として使用され
る。スプライスの鋳型は標的核酸分子の3'末端に対し十
分相補的であり、この3'末端はスプライスの鋳型と複合
体を作らせるために伸長させる。次いでDNA−またはRNA
−依存DNAポリメラーゼを使用して、スプライスの鋳型
の5'から相補領域に至る配列を鋳型として用いて標的核
酸分子を伸長する。伸長した分子の伸長産物は、スプラ
イスの鋳型の5'末端の配列に相補的な特異的配列を3'末
端に有する。
ず、且つ標的核酸に対し相補的であれば、これはプライ
マーとしても働き、鋳型として標的核酸分子を用いてDN
Aポリメラーゼにより伸長される。スプライスの鋳型の
3'末端は、3'末端のジデオキシヌクレオチドの存在また
は標的に対し非相補的3'末端配列の存在を含む種々の形
で、または当業者に知られるその他の形でブロックでき
る。
鎖の核酸と複合体を形成し、DNAポリメラーゼのための
プライミング機能を果たすことができる。
一本鎖または二本鎖のいずれかであることができ、標的
配列の外に増幅されるべきでない他の配列を含むことが
ある。
定のヌクレオチド配列を意味する。「標的配列」は、本
発明の工程の最中にオリゴヌクレオチド(プライマーお
よび/またはスプライスの鋳型)が複合体を形成する複
合体形成配列を含む。標的核酸が本来一本鎖である場
合、「標的配列」という語は標的核酸中に存在する「標
的配列」に相補的な配列をも意味することになろう。
「標的核酸」が本来二本鎖である場合、「標的配列」と
いう語は(+)および(−)鎖の両者を意味する。
位置でRNAの転写を開始させる信号としてDNA依存RNAポ
リメラーゼ(転写酵素)により認識される特定の核酸配
列である。結合のためには、このような転写酵素は一般
にプロモーター配列およびその相補体を含む部分におい
て二本鎖であるDNAが必要であり、鋳型部分(転写され
るべき配列)は二本鎖である必要がない。個々のDNA依
存RNAポリメラーゼは、転写を進める効率の点で著しく
異なる様々な異なったプロモーター配列を認識する。RN
Aポリメラーゼが転写を開始するためにプロモーター配
列に結合するとき、そのプロモーター配列は転写される
配列の一部ではない。したがってこれにより生成するRN
A転写物は、その配列を含まないであろう。
NAコピーを合成する酵素である。例として大腸菌由来の
DNAポリメラーゼIおよびバクテリオファージT7 DNAポ
リメラーゼがある。既知のDNA依存DNAポリメラーゼはす
べて合成の開始に相補的プライマーを必要とする。適当
な条件下ではDNA依存DNAポリメラーゼがRNA鋳型から相
補的DNAコピーを合成できることが知られている。
プロモーター配列(通常二本鎖)を有する二本鎖または
部分的二本鎖のDNA分子から多数のRNAコピーを合成する
酵素である。このRNA分子(「転写物」)はプロモータ
ーのすぐ下流の特定の位置から始まって5'→3'の方向へ
合成される。転写酵素の例には大腸菌およびバクテリオ
ファージT7、T3、およびSP6由来のDNA依存RNAポリメラ
ーゼがある。
RNA鋳型から相補的DNAコピーを合成する酵素である。知
られている全ての逆転写酵素はDNA鋳型から相補的DNAコ
ピーを作り出す能力をも有する。したがってこれらはRN
A−およびDNA−依存性のDNAポリメラーゼである。合成
を開始するためにはRNAおよびDNA鋳型の両者にプライマ
ーが必要である。
る酵素である。RNアーゼHはエンドヌクレアーゼまたは
エキソヌクレアーゼであり得る。殆どの逆転写酵素は普
通それらのポリメラーゼ活性に加えてRNアーゼH活性を
有する。しかし、付随するポリメラーゼ活性のないRNア
ーゼHの他の供給源も利用できる。減成の結果RNA:DNA
複合体からRNAが分離し得る。これとは別にRNアーゼH
はRNA部分が融解または酵素にRNA部分の巻戻しをさせる
ように、様々な位置で単にRNAを切断することもでき
る。
名する語を採用することにより著しく単純化且つ明確化
する。伝統的に、蛋白または構造的RNAを生成するため
に使用される配列をコードする鎖は「プラス」鎖、そし
てその相補体は「マイナス」鎖と称した。現在では、多
くの場合両方の鎖が機能的であり、よって一方を「プラ
ス」とし他方を「マイナス」とする命名の割り振りは任
意であることがわかっている。にもかかわらずこの語は
核酸の配列の方向を指定するのに非常に有用であるの
で、本明細書においてこの目的のためにこれを用いる。
ン」という語は、ワトソン・クリックの塩基対形成によ
り複合体を形成するに十分相補的なヌクレオチド配列間
の複合体形成を意味する。プライマー(またはスプライ
スの鋳型)が標的(鋳型)と「ハイブリダイズ」する
時、このような複合体(またはハイブリッド)はDNAポ
リメラーゼがDNA合成を開始するのに要するプライミン
グ機能を果たすのに十分安定である。
する。
により標的および非標的配列を識別する能力を意味す
る。
様を表わす。
す。
ゼHが特異的RNA開裂サイトを有するという仮説を確認
する実験の結果を示す。
の結果を示す。
または定量用の検定における使用のため、または様々な
用途の特定の標的配列のDNAおよび/またはRNAの多数の
コピーを生成するための、特定の核酸標的配列の増幅の
ための新規な方法および組成物が提供される。
よびRNAコピーを多数合成する自触的増幅方法を提供す
る。標的核酸は、増幅されるべき標的配列を含む。標的
配列は、どちらかの端がプライマー、スプライスの鋳
型、および/または天然の標的核酸の末端によって規定
される標的核酸の領域であって、(+)および(−)の
両鎖を含む。
標的配列複合体が作られDNA合成が開始し得る条件下
で、RNA標的配列を含む標的核酸を、標的配列の3'末端
部分に対してこれと複合体を作るに十分相補的な複合体
形成配列を有し、且つ所望によりRNAポリメラーゼのた
めのプロモーター配列を含む5'から複合体形成配列に至
る配列を有する、第一プライマーを含む第一のオリゴヌ
クレオチドで処理する事からなる。第一のオリゴヌクレ
オチドプライマーは、5'からプライミング配列に至る他
の配列を有することもある。第一プライマーの3'末端は
適当なDNAポリメラーゼにより、RNAを鋳型として用いる
伸長反応において伸長され、RNA鋳型に対し相補的な第
一のDNAプライマー伸長産物が得られる。この第一プラ
イマー伸長産物を、RNA鋳型を選択的に減成させる酵素
を用いてRNA鋳型から分離(少なくとも部分的に)す
る。好適な酵素はRNA−DNA複合体のRNA鎖に選択的に働
く酵素であって、RNアーゼHを含む酵素を包含する。幾
つかの逆転写酵素はRNアーゼH活性を含むが、大腸菌RN
アーゼHのような外性のRNアーゼHを添加するのが好ま
しい。
成が開始し得る条件下で、一本鎖の第一プライマー伸長
産物を、第一プライマー伸長産物中に含まれる標的配列
の3'末端部分に対しこれと複合体を作るに十分相補的な
複合体形成配列を有する第二プライマーまたはスプライ
スの鋳型を含む第二のオリゴヌクレオチドで処理する。
第一プライマーがプロモーターを持たないときは、第二
のオリゴヌクレオチドが、RNAポリメラーゼのためのプ
ロモーターを含む5'から複合体形成領域の配列を有する
スプライスの鋳型である。所望によりこのスプライスの
鋳型はその3'末端においてブロックされ得る。第二のオ
リゴヌクレオチドおよび/またはプライマー伸長産物の
3'末端はDNA伸長反応において伸長してRNAポリメラーゼ
のための鋳型を生成する。作られたRNAコピーまたは転
写物は、さらに操作をすることなく自触的に増幅でき
る。
る場合、そのプライマー機能は必要ない。したがって、
このスプライスの鋳型の3'末端はブロックされていても
いなくてもよい。得られる反応混合物の構成因子(即
ち、確定した3'末端を有する第一プライマー伸長産物を
生成させるRNA標的、第一プライマー、およびブロック
されたまたはブロックされていないスプライスの鋳型)
は大量のRNAおよびDNAを自触的に合成するよう機能す
る。
ーは共にプライマーである。第一プライマーはRNAポリ
メラーゼのためのプロモーターを含む5'から複合体形成
配列に至る配列を有し、また他の配列をも含み得る。第
二プライマーもまたRNAポリメラーゼのためのプロモー
ターを含み得る5'から複合体形成配列に至る配列を含
み、所望により他の配列を含む。両方のプライマーがプ
ロモーター配列を有する場合、クローニングのような他
の目的のための第二のプロモーターを導入する意図でな
い限り、両方の配列が同じRNAポリメラーゼにより認識
されるのが好ましい。第二プライマーの3'端は、適当な
DNAポリメラーゼにより伸長反応において伸長され、第
一プライマー伸長産物に対し相補的な第二のDNAプライ
マー伸長産物を生成する。第一プライマーが標的配列の
一方の端を規定し、第二プライマーはここで多端を規定
することに留意されたい。第二の伸長反応の二本鎖生成
物は、RNAポリメラーゼによるRNAの生成のための好適な
鋳型である。もし第二プライマーもまたプロモーター配
列を有するときは、二本鎖鋳型の両方の鎖に相補的な転
写物が自触反応中に生成するであろう。この時点でRNA
転写物は標的核酸とは異なる末端を持ち、しかしながら
第一プライマーと第二プライマーの間の配列は損なわれ
ずに残っている。こうして生成したRNA転写物は、さら
に操作を行なうことなく上の系を自動的に再循環させる
ことができる。したがってこの反応は自触的である。
ー伸長産物の3'末端と複合体を作るならば、第二プライ
マーはスプライスの鋳型として働き、第一プライマー伸
長産物は伸長して5'からプライミング配列に至る第二プ
ライマーの任意の配列を第一プライマー伸長産物に付加
することができる。(例えば第1Eおよび1G図参照)もし
第二プライマーがスプライスの鋳型として働き、且つ5'
から複合体形成配列に至るプロモーター配列を含むなら
ば、プロモーター配列を付加する第一プライマー伸長産
物の伸長はRNAポリメラーゼのためのさらなる鋳型を産
み、これが転写されていずれかの鎖のRNAコピーを生成
することができる。(第1Eおよび1G図参照)両方のプラ
イマーにプロモーターが含まれていることにより、合成
される標的配列のコピー数が増加する。
を含む第一のオリゴヌクレオチド、およびスプライスの
鋳型を含みそれ自身プライマーとして働くことのできる
またはできない(プライマー伸長反応においてそれ自体
が伸長しないという点において)第二のオリゴヌクレオ
チドの使用を含む。この概括的方法の側面は、オリゴヌ
クレオチド/標的配列複合体が作られDNA合成が開始し
得る条件下で、RNA標的配列を含む標的核酸を、標的配
列の3'末端部分に対してこれと複合体を形成するに十分
相補的な複合体形成配列を有する第一のオリゴヌクレオ
チドプライマーで処理することからなる。この第一プラ
イマーは、プロモーターを含む5'から複合体形成配列に
至る他の配列を有していてもよい。第一プライマーの3'
端を、適当なDNAポリメラーゼにより、RNAを鋳型とする
伸長反応で伸長して、このRNA鋳型に対し相補的な第一
プライマー伸長産物を得る。第一プライマー伸長産物
を、RNA鋳型を選択的に減成させる酵素を用いてRNA鋳型
から分離する。好適な酵素はRNA−DNA複合体のRNA鎖に
選択的に働くものであって、RNアーゼH活性を含む酵素
を包含する。幾つかの逆転写酵素はRNアーゼH活性を含
むが、大腸菌RNアーゼHのような外性のRNアーゼHを添
加するのが好ましい。オリゴヌクレオチド/標的配列複
合体が作られDNA合成が開始し得る条件下で、一本鎖の
第一プライマー伸長産物を、プライマー伸長産物の3'末
端部分に対しこれと複合体を作るに十分相補的な複合体
形成配列、およびRNAポリメラーゼのためのプロモータ
ーを含む5'から複合体形成配列に至る配列、を有するス
プライスの鋳型で処理する。スプライスの鋳型の3'末端
は、ブロックされている(例えばジデオキシヌクレオチ
ドの添加により)か、または標的核酸に対し非相補的で
ある(その結果これはプライマーとして機能しない)
か、または別法によりブロックされていないか、のいず
れかである。第一プライマー伸長産物の3'末端は適当な
DNAポリメラーゼを用いてDNA伸長反応において伸長さ
れ、第一プライマー伸長産物の3'末端にプロモーターを
含む5'から複合体形成配列に至るスプライスの鋳型の配
列に対し相補的な配列が付加される。もし3'末端がブロ
ックされていなければ、スプライスの鋳型が伸長して第
一プライマー伸長産物に対して相補的な第二プライマー
伸長産物が得られる。スプライスの鋳型を伴う伸長反応
の生成物(ブロックされていようとなかろうと)は、プ
ロモーターを認識するRNAポリメラーゼを用いるRNA合成
のための鋳型として機能することができる。上に述べた
ように、このように生成したRNA転写物はさらに操作を
行なうことなく自動的に前記の系を再循環させることが
できる。即ちこの反応は自触的である。
用するプライマー(またはスプライスの鋳型)に対して
相補的な特定の配列の位置によって両端が規定される。
他の態様においては、標的配列は、使用するプライマー
分子に対し相補的な特定の配列の位置が一個、そして特
異的制限エンドヌクレアーゼにより、または他の適当な
手段により切断される、天然3'末端を含み得る特定の配
列の位置により、反対の端が規定される。他の態様にお
いては、標的配列は、1またはそれ以上の特異的制限エ
ンドヌクレアーゼにより切断される特定の配列の位置に
より、両端が規定される。
定し、次いでRNアーゼHの減成がどこで二本鎖からRNA
部分の切断または除去を起こすのかを決定する。AMV逆
転写酵素およびMMLV逆転写酵素中に存在するRNアーゼ
H、大腸菌RNアーゼHまたは他の供給源およびこれらの
組合せによって分析を行ない、標的配列のRNアーゼ減成
の効果を決定する。
ち1個を、反応混合物中に存在するRNアーゼHにより実
質上減成されないRNAの部分とハイブリダイズするよう
に選択するのが好ましい。もし実質的な減成が起こる
と、プライマーの領域におけるRNA鎖の切断により、DNA
合成の開始が阻害されプライマーの伸長が妨げられ得
る。したがって、RNAがRNアーゼHの作用を受ける場
合、プライマー伸長産物の生成を妨げる実質的減成の無
いように配置されたRNA標的の配列とハイブリダイズす
るプライマーを選択することが好ましい。
の部位は、プロモーター−プライマーがハイブリダイズ
するDNA鎖の部分にハイブリダイズしたRNA鎖部分を除去
するに十分なRNA鎖の減成が起こるように選択する。典
型的には、RNアーゼH減成によりRNAの一部分のみがRN
A:DNA二本鎖から除去され、このRNA鎖の実質的部分は二
本鎖に残る。
成を第4図に示す。第4図に示すように、標的RNA鎖
は、反応混合物中に存在するRNアーゼHにより実質上減
成されないRNA鎖の領域とハイブリダイズするよう選択
されたプライマーとハイブリダイズする。次いでこのプ
ライマーを伸長してRNA鎖に対し相補的なDNA鎖を生成す
る。この後、反応混合物中に存在するRNアーゼHにより
RNA鎖を様々な位置で切断または減成する。この切断ま
たは減成は、この時点でまたは反応工程中の他の時点で
起こり得ることを理解されたい。次いで重要な切断また
は減成が起こる領域でこのRNAフラグメントをDNA鎖から
分離する。次にこのプロモーター−プライマーを、RNA
鎖が実質的に減成されDNA鎖から分離されたその3'末端
でDNA鎖にハイブリダイズする。次いでこのDNA鎖を伸長
して二本鎖DNAプロモーター配列を作り、これによりRNA
合成用の鋳型を生成する。この鋳型は二本鎖DNAプロモ
ーター配列を含むことがわかる。この鋳型をRNAポリメ
ラーゼで処理するとRNAの多重鎖ができる。
はわかっていないが、RNA:DNAハイブリッドのRNA鎖上の
RNアーゼH減成の結果、ハイブリッドからRNAの小片が
分離する事がわかった。さらに、RNアーゼH減成の後
に、小フラグメントの除去された領域でDNAと結合する
であろうプロモーター−プライマーを選択できるという
事もわかった。
に残り得るRNAは示していない。これらの図は一般にDN
A:RNA二本鎖からのRNAの完全な除去を示しているが、好
ましい条件下では第3図に示すように部分的脱離のみが
起こることが理解されるべきである。第1A図を参照する
ことにより、第1図のRNA鎖の実体部分が減成されずに
残り、その結果第二プライマーのハイブリダイゼーショ
ンまたはプロモーター配列に対し相補的なDNA鎖を作る
ためのハイブリダイズされた第二プライマーの伸長が妨
げられると、提唱される機構は起こらないであろう事が
理解できる。しかしながら本出願において発見され開示
される合成の原理に基づいて、当業者は本発明の教示に
従い、常套的改良を施してRNAの増幅のための効果的且
つ効率的な方法を提供することができる。
うに、本発明は選択可能な変法を包含している。
列を有する場合の本発明に係る方法を描いている。第一
のオリゴヌクレオチドは、3'から標的配列の末端に至る
余分の配列を有する標的核酸(RNA)の標的配列の3'末
端部分と複合体を作る、5'からその複合体形成配列に至
るプロモーターを有する第一プライマーを含む。第二の
オリゴヌクレオチドは第二プライマーを含み、これは、
第一プライマー伸長産物の3'末端と位置を同じくして第
一プライマー伸長産物の3'末端部分と複合体を作る。工
程(1)において第一プライマーは3'から標的配列に至
る余分の配列のためにスプライスの鋳型としては働かな
い。しかしながら工程(10)においては、第二プライマ
ー伸長産物が3'から標的配列に至る余分の配列を持たな
いため、第一プライマーはスプライスの鋳型として働く
ことができる。
標的配列に至る余分の配列を有する場合の本発明に係る
方法を描いている。第一のオリゴヌクレオチドは第1A図
に示す通りである。第二のオリゴヌクレオチドは、3'か
ら標的配列に至る余分の配列を有する第一プライマー伸
長産物の標的配列の3'末端部分と複合体を作るプライマ
ーを含む。
て5'または3'のいずれから標的配列に至る余分の配列も
持たない標的核酸(RNA)を描いている。第一のオリゴ
ヌクレオチドは第1A図および第1B図に示す通りである
が、これは標的核酸の3'末端と複合体を作るため、工程
1においてプライマーおよびスプライスの鋳型の両者と
して働く。第二のオリゴヌクレオチドは第1A図に示す通
りである。
的配列に至る余分の配列は持たないが、5'から標的配列
に至る余分の配列を有する標的核酸(RNA)を描いてい
る。第一のオリゴヌクレオチドは第1C図に示す通りであ
り、プライマーおよびスプライスの鋳型の両者として機
能する。第二のオリゴヌクレオチドは第1B図に示す通り
である。
る余分の配列を有する標的核酸(RNA)を描いている。
第一のオリゴヌクレオチドは第1A図に示す通りである。
第二のオリゴヌクレオチドは第二プライマーを含み、こ
れは第一プライマー伸長産物の3'末端と複合体を作るの
で、スプライスの鋳型をも含む。第二のオリゴヌクレオ
チドはさらに5'からその複合体形成配列に至るプロモー
ターをも有する。
配列を有する標的核酸(RNA)を描いている。第一のオ
リゴヌクレオチドは第1A図に示す通りである。第二のオ
リゴヌクレオチドは、第一プライマー伸長産物が3'から
標的配列に至る余分の配列を有するため工程(4)でス
プライスの鋳型として働けない外は、第1E図に示す通り
である。
配列以外に配列を持たない標的核酸(RNA)を描いてい
る。第一のオリゴヌクレオチドは第1C図に示す通りであ
り、第二のオリゴヌクレオチドは第1E図に示す通りであ
る。この標的は余分の配列を持たないので、両方のオリ
ゴヌクレオチドがスプライスの鋳型としても働く。
3'端を持ち、5'から標的配列に至る余分の配列を持つ標
的核酸(RNA)を描いている。第一のオリゴヌクレオチ
ドは第1C図および第1G図に示す通りであり、プライマー
およびスプライスの鋳型の両者として働く。第二のオリ
ゴヌクレオチドは第1F図に示す通りである。
る余分の配列を持たないが、3'から標的配列に至る余分
の配列を有する標的核酸(RNA)を描いている。第一の
オリゴヌクレオチドはプロモーターなしのプライマーを
含んでいる。第二のオリゴヌクレオチドは、5'から複合
体形成配列に至るプロモーターを有する、ブロックされ
ていないスプライスの鋳型を含む。
配列以外に配列を持たない標的核酸(RNA)を描いてい
る。第一のオリゴヌクレオチドはプロモーターなしのプ
ライマーを含んでいる。第二のオリゴヌクレオチドは第
1I図に示す通りである。
い確定した5'末端を持ち、3'から標的配列に至る余分の
配列を有する標的核酸(RNA)を描いている。第二のオ
リゴヌクレオチドは5'からその複合体形成配列に至るプ
ロモーターを有するスプライスの鋳型を含むが、これは
その3'末端がブロックされている。第二のオリゴヌクレ
オチドはプライマーとして働くことはできない。
外に余分の配列を持たない標的核酸(RNA)を描いてい
る。第一のオリゴヌクレオチドはプライマーおよびスプ
ライスの鋳型の両者として働く。第二のオリゴヌクレオ
チドはブロックされたスプライスの鋳型であり、第1K図
に示す通りである。
標的配列に至る余分の配列を持たないが、3'から標的配
列に至る余分の配列を有する標的核酸(RNA)を描いて
いる。第一のオリゴヌクレオチドは第1I図に示すプライ
マーである。第二のオリゴヌクレオチドは、第1K図およ
び第1L図に示す、プロモーターを有するブロックされた
スプライスの鋳型である。
した5'および3'配列の両者を持つ標的核酸(RNA)を描
いている。第一のオリゴヌクレオチドは、第1J図に示す
ように、プロモーターなしのプライマーを含む。第二の
オリゴヌクレオチドは、第1K図、第1L図および第1M図に
示すように、プロモーターを有するブロックされたスプ
ライスの鋳型を含む。
い確定した5'末端を持ち、3'から標的配列に至る余分の
配列を有する標的核酸(RNA)を描いている。1個のオ
リゴヌクレオチドが第一のおよび第二のオリゴヌクレオ
チドの両方に使用される。このオリゴヌクレオチドは、
工程(1)に示すように標的配列の3'末端部分と複合体
を作る3'プライマー配列、および、工程(4)に示すよ
うにプライマー伸長産物の3'末端と複合体を作るプロモ
ーターを持つ5'スプライスの鋳型の配列を有する。
のような反応条件の反復操作をすることなく標的核酸配
列の多数のコピーを自触的に合成するための方法を提供
するのであって、この方法は、(a)反応混合物中に、
RNA標的配列を含む標的核酸;2個のオリゴヌクレオチド
プライマー、即ちRNA標的配列(例えば(+)鎖)の3'
末端部分に対しこれと複合体を形成するに十分相補的な
複合体形成配列を有する第一のオリゴヌクレオチド、お
よび相補体(例えば(−)鎖)の標的配列の3'末端部分
に対しこれと複合体を形成するに十分相補的な複合体形
成配列を有する第二のオリゴヌクレオチド(ここで、第
一のオリゴヌクレオチドは、所望によりプロモーターを
含む5'から複合体形成配列に至る配列を有する第一プラ
イマーを含み、第二のオリゴヌクレオチドはプライマー
またはスプライスの鋳型を有する。但し、もし第一のオ
リゴヌクレオチドがプロモーターを持たない場合は、第
二のオリゴヌクレオチドはRNAポリメラーゼのためのプ
ロモーターを含む5'からプライミング配列に至る配列を
有するスプライスの鋳型である。);DNAポリメラーゼ;R
NA−DNA複合体のRNA鎖を選択的に減成する酵素活性(例
えばRNアーゼH);およびプロモーターを認識するRNA
ポリメラーゼ、を混合することからなる。反応混合物の
構成因子は順次または一度に合することができる。反応
混合物をオリゴヌクレオチド/標的配列が形成される条
件下で、そしてDNAプライミングおよび核酸合成条件
(リボヌクレオチド三燐酸およびデオキシリボヌクレオ
チド三燐酸を含む)のもとで標的配列の多数のコピーが
作られるに十分な一定時間インキュベートする。この反
応は、構成因子である酵素のような反応因子の安定性を
維持するのに好適な条件の下で、そして増幅反応過程の
間反応条件の修飾または操作を要することなく、有利に
起こる。したがってこの反応は、実質的に等温の条件下
で起こり得、実質的に一定のイオン強度およびpHを含
む。
DNA複合体を分離する変性工程を必要としない。こうし
た工程は、反応混合物の温度の実質的上昇(一般に周囲
温度ないし約80℃から約105℃まで)、そのイオン強度
の減少(一般に10Xまたはこれ以上)、またはpHの変化
(通常pHを10またはこれ以上に上げる)によるような反
応条件の操作を必要とする。このような反応条件の操作
はしばしば酵素活性に有害に作用して余分の酵素の添加
を要し、また、これをさらなる核酸合成に好適な条件に
戻すためさらに反応混合物の操作が必要にもなる。
に好適なDNAポリメラーゼはAMV逆転写酵素およびMMLV逆
転写酵素を包含する。
プライスの鋳型への組み込みに好適なプロモーターまた
はプロモーター配列は、その配列を認識し且つこれに結
合するRNAポリメラーゼによって特異的に認識され、転
写の工程を開始させ、これによりRNA転写物を生成させ
る核酸配列(天然に存在するか、合成により作られる
か、または制限消化の産物のいずれか)である。この配
列は所望によりRNAポリメラーゼのための実際の認識部
位を越えて伸長しているヌクレオチド塩基を含んでよ
く、これが安定性または減成工程に対する感受性の増加
または転写効率の向上を与え得る。開始配列を認識でき
る既知の且つ利用可能なポリメラーゼのあるプロモータ
ー配列は、使用にとりわけ好適である。典型的な既知の
且つ有用なプロモーターは、バクテリオファージT3、T7
またはSP6由来のもののように、ある種のバクテリオフ
ァージポリメラーゼにより認識されるもの、または大腸
菌由来のプロモーターを包含する。
は、例えばAMV逆転写酵素のようにRNアーゼH活性を有
するが、大腸菌RNアーゼHのような外性RNアーゼHを添
加するのが好ましい。実施例に示すように、外性RNアー
ゼHの添加が必要でなくとも、ある条件下ではAMV逆転
写酵素中に存在するRNアーゼH活性が、反応混合物中に
存在する因子によって阻害されることがある。このよう
な状況においては外性RNアーゼの添加が望ましい。比較
的大量の異種DNAが反応混合物中に存在する場合、AMV逆
転写酵素の本来のRNアーゼH活性は多少阻害され(例え
ば実施例8参照)、したがって、生成する標的配列のコ
ピー数はその結果減少する。標的配列が、存在するDNA
のうちわずかな部分しか含まない場合(例えば試料が有
意な量の異種DNAを含有するとき)、外性RNアーゼHを
添加するのが特に好ましい。このような好ましいRNアー
ゼHの1つは大腸菌RNアーゼHである。このような外性
RNアーゼHの添加が大量のDNAにより引き起こされる阻
害を克服することが示された(例えば実施例8参照)。
作により標的配列のさらなるコピーを生成する鋳型とし
て働くことができる。この系は自触的であり、本発明方
法による増幅は、温度、pH、イオン強度などのような反
応条件を繰り返し修飾または変化させる必要なしに自触
的に起こる。この方法は高価な温度循環装置を要せず、
増幅反応工程の最中に酵素または他の試薬を何回も添加
する必要もない。
の試料中の特定の核酸標的配列を検出および/または定
量するため、または種々の用途のために特定の標的配列
のDNAおよび/またはRNAの多数のコピーを生成させるた
めの検定の一因子として使用できる。
液、塩、マグネシウム、三燐酸、プライマーおよび/ま
たはスプライスの鋳型、ジチオトレイトール、およびス
ペルミジンを含有する緩衝液濃縮物と混合する。この反
応物を所望により100℃付近で2分間インキュベートし
て核酸中の二次構造を変性させる。冷却後、もし標的が
確定した3'末端を持たないDNA標的ならば、逆転写酵素
を加え、反応混合物を約42℃で12分間インキュベートす
る。今回はDNA鋳型からプライマー伸長産物を分離する
ために反応物を100℃付近で再度変性させる。冷却後、
逆転写酵素、RNAポリメラーゼ、およびRNアーゼHを加
え、反応物を37℃で2ないし4時間インキュベートす
る。次いで生成物を変性させ、プローブ溶液を加え、60
℃で20分間インキュベートし、ハイブリダイズしていな
いプローブの標識を選択的に加水分解する溶液を加え、
反応物を60℃で6分間インキュベートし、そしてルミノ
メーターで残っている化学ルミネセンスの標識を測定す
ることにより、反応物を検定することができる。上記に
引用したHPA適用の方法をここに記載してある。溶液内
プローブハイブリダイゼーションの代わりに、生成物を
測定する幾つかの他の方法を用いることができる。
レオチドが、3'末端に対しこれと複合体を作るに十分相
補的な複合体形成配列、および5'から複合体配列に至る
プロモーター配列を有するスプライスの鋳型である場
合、または標的がRNAである場合、典型的な検定は、標
的を前記の緩衝液濃縮物と混合し二次構造を変性させる
ことを含む。冷却後、逆転写酵素、RNAポリメラーゼ、
および所望ならばRNアーゼHを加え、混合物を37℃で2
ないし4時間インキュベートする。次いで反応物を前記
のように検定することができる。
に使用できる予備操作の幾つかの態様である。幾つかの
標的核酸は自触的増幅に先立ち修飾を要するため、これ
らの操作を用いて修飾を行なう。標的核酸(および標的
配列)が本来DNAである場合、これらの操作を用いて概
括的方法で使用するための標的配列のRNAコピーを作る
ことができる。これらの予備操作は自身反復でき、故に
それ自身増幅方法として使用できることが理解されるべ
きである。
のDNAからなる標的核酸の標的配列のRNAコピーを与える
ものである。予備操作Iは2個の核酸構成因子、即ち標
的核酸分子およびオリゴヌクレオチドスプライスの鋳型
を使用する。この操作は確定した3'端を有するDNA標的
核酸を要する。もし本来の3'末端が未知または何らかの
理由で不十分な場合は、制限ヌクレアーゼの使用、別の
配列へのライゲーション、または他の何らかの手段によ
って新たな確定3'末端を作り出すことができる。
的核酸は自由裁量により「マイナス」の意義を有するも
のとする。したがってスプライスの鋳型は標的に対しこ
れと複合体を作るに十分相補的であるような「プラス」
の意義を有することになる。このスプライスの鋳型は標
的の3'末端に対しこれと複合体を作るに十分相補的な複
合体形成配列を有する。さらにスプライスの鋳型は、RN
Aポリメラーゼのためのプロモーター配列を含む5'から
複合体形成配列に至る配列を有する。スプライスの鋳型
は所望により、5'からプロモーターに至る、プロモータ
ーおよび複合体形成配列の間、および/または3'から複
合体形成配列に至る、他の配列を有していてよい。スプ
ライスの鋳型はさらに3'末端でブロックされるよう修飾
されていてもよく、その結果これは伸長反応において余
分のヌクレオチドを添加しても伸長できず、またスプラ
イスの鋳型として働くのに加えてプライマーとして働く
ことができなくなる。
ラーゼおよびDNA依存RNAポリメラーゼを使用する。
作られDNA合成が開始し得る条件下でスプライスの鋳型
で処理する。適当なDNAポリメラーゼを使用するDNA伸長
反応においては、5'から複合体形成配列に至るスプライ
スの鋳型の配列に対し相補的な配列を標的DNAの3'末端
に付加する。スプライスの鋳型は、もし3'末端でブロッ
クされていなければDNAポリメラーゼのためのプライマ
ーとしても働き、伸長してプライマー伸長産物を与え
る。この伸長反応の産物、即ち二本鎖または部分的二本
鎖のいずれかである標的/スプライスの鋳型複合体は、
プロモーターを認識するRNAポリメラーゼを用いるRNA転
写物の合成のための鋳型として働く。次いでRNA転写物
を、概括的方法用に使用、または以下のごとくRNAのDNA
コピーの生成に使用することができる: 標的配列を含むRNA転写物(「プラス」意義を有す
る)を、オリゴヌクレオチド/標的配列複合体が形成さ
れDNA合成が開始し得る条件下で、RNA転写物の標的配列
の3'端に対しこれと複合体を作るに十分相補的な複合体
形成配列を有するプライマー(名目上「マイナス」意義
を有する)で処理する。次いでこのプライマーを、標的
配列を有するDNAプライマー伸長産物を作り出す鋳型と
してRNA転写物を用いるDNA伸長反応で伸長させる。DNA
標的配列を、RNAの変性または減成のいずれかによりRNA
転写物から分離し、スプライスの鋳型で始まるサイクル
を反復させる。所望によりプライマーは5'からプライミ
ング配列に至る余分の配列をも有していてよい。さらに
スプライスの鋳型もまた3'から複合体形成配列に至る余
分の配列を有していてよい。
鋳型を含む配列に至るプライマーを含む配列を有するオ
リゴヌクレオチドを使用することにより、1個のオリゴ
ヌクレオチドを用いて実施することができる(例えば第
2C図参照)。
説明する。第2A図は、確定した3'末端を持ち、3'から標
的配列に至る余分の配列を持たない標的核酸(DNA)を
示している。第一のオリゴヌクレオチドはプライマーお
よびスプライスの鋳型の両者を含み、5'から複合体形成
配列に至るプロモーターを有する。
示している。第一のオリゴヌクレオチドは、3'端でブロ
ックされ、したがってプライマーとして働くことのでき
ないスプライスの鋳型を含んでいる。
Aを示している。第2C図は、5'からその3'端のプライマ
ー配列に至るスプライスの鋳型(プロモーターを有す
る)の配列を有する一個のオリゴヌクレオチドの使用を
示している。即ちこのオリゴヌクレオチドは、工程
(1)および(7)ではブロックされたスプライスの鋳
型として、そして工程(4)ではプライマー(およびス
プライスの鋳型)として働く。
成、プライマー伸長および分離工程(工程1および2)
受けて確定した3'末端を有する相補的DNA標的を作り出
す、3'から標的配列に至る余分の配列を有する標的核酸
(DNA)を示している。工程(1)および(7)のオリ
ゴヌクレオチドは、最初の標的DNAの標的配列(ここで
は名目上(+))の3'末端部分と複合体を作るプライマ
ーを含む。他のオリゴヌクレオチド(工程(4)および
(10))は、最初の標的に対する相補体の3'端と複合体
を作る、ブロックされていないスプライスの鋳型を含
む。
成、伸長および分離工程(工程(1)および(2))を
受けて確定した3'末端を有する相補的DNA標的を作り出
す、3'から標的配列に至る余分の配列を有する標的核酸
(DNA)を示している。工程(1)および(7)のオリ
ゴヌクレオチドは、最初の標的DNAの標的配列(ここで
は名目上(+))の3'末端部分と複合体を作るプライマ
ーを含む。工程(4)および(10)のオリゴヌクレオチ
ドは、最初の標的に対する相補体の標的配列の3'末端部
分と複合体を作るブロックされたスプライスの鋳型を含
む。
が形成されDNA合成が開始し得るような複合体形成条件
下で、標的核酸の3'末端と複合体を作る。(工程1)適
当なDNAポリメラーゼを用いて標的核酸の3'末端を伸長
し、5'から複合体形成配列に至るスプライスの鋳型の配
列に対し相補的な配列を付加する。もしスプライスの鋳
型の3'末端がブロックされておらず、標的核酸に対し十
分相補的であるならば、このスプライスの鋳型はプライ
マーとして働き、その結果スプライスの鋳型の3'末端も
また伸長され得る。(第2A図)得られた標的/スプライ
スの鋳型複合体は部分的または完全に二本鎖である。
(第2A図対第2Bおよび2C図参照)最小限この二本鎖領域
は標的核酸と複合体を形成したプロモーター配列および
プライミング配列を含む。
れる。このRNAポリメラーゼは各鋳型につき約5−1000
のRNAコピーを生成する。第2A図ないし2C図において、
生成したRNAは名目上「プラス」意義であり、プロモー
ターの3'端から標的核酸の5'端に至る配列を含む。
を自触的に増幅させるために使用でき、または、別法と
して、このRNA中の標的配列の3'末端部分に対しこれと
複合体を形成するに十分相補的な複合体形成配列を3'末
端に持ち、且つ所望により5'から複合体形成配列に至る
他の配列を含むプライマーと複合体を形成且つプライミ
ングする条件下で処理することができる。このプライマ
ーを、プライマー伸長反応において、RNAを鋳型として
使用してRNA依存DNAポリメラーゼにより、伸長する。こ
れにより少なくとも部分的に二本鎖の生成物が作られ、
そしてこれは例えばRNアーゼHによる(工程5)RNA部
分の減成または変性のような他のなんらかの方法によっ
て、さらなる合成のために少なくとも部分的に一本鎖と
しなければならない。
て使用でき、前記のごとくスプライスの鋳型で処理し
て、より多くのRNAおよびDNAを生産させる。これらの工
程を、所望の増幅レベルが生成するまで循環させること
ができる。スプライスの鋳型およびプライマーの適当な
選択により、この新たな標的分子(工程6)が最初の分
子とは異なる末端を持つことができることにも留意され
たい。さらに、もしRNA由来のプライマー伸長産物が5'
から複合体形成配列に至るプロモーター配列を有するな
らば、「プラス」意義の複合体形成配列を持ち、所望に
より5'から複合体形成配列に至る他の配列をも有する第
二プライマーを、伸長したプライマー産物の複製に使用
してRNAポリメラーゼのための二本鎖鋳型を生成するこ
とができる。このように作られた鋳型はRNAポリメラー
ゼが「マイナス」意義のRNAを作ることを可能にし、こ
のRNAを、概括的方法を用いて増幅、または本明細書中
の操作を用いてさらに増幅することができる。
備操作Iと異なる。DNA標的核酸は確定した3'末端を持
つ必要が無い。ある側面においては、スプライスの鋳型
の代わりに5'から複合体形成配列に至るプロモーター配
列を含んでいるプライマーを使用して、このプロモータ
ー配列をRNAポリメラーゼのための鋳型へと導入する。
このプライマーは、標的配列の3'末端部分に対しこれと
複合体を作るに十分相補的な複合体形成配列、および、
5'から複合体形成配列に至るRNAポリメラーゼのための
プロモーターを含む配列を有する。このプライマーをDN
Aポリメラーゼで伸長させてプライマー伸長産物を得
る。
義の第二のオリゴヌクレオチドをプライマーとして用い
て、第一プライマー伸長産物に対するDNA相補物を合成
する。第二プライマーは、プロモーターを含み得る5'か
ら複合体形成領域に至る余分の配列を持ち得る。第二プ
ライマー中にプロモーター配列が含まれることにより増
幅が促進される。第二プライマーはスプライスの鋳型で
もあり得る。
3図は、5'および3'の両方から標的配列に至る余分の配
列を有する標的DNAを示している。第一プライマーはそ
の3'末端に複合体形成配列、そしてプロモーター配列を
含む5'から複合体形成配列に至る配列を持ち、標的と十
分複合体を形成してプライミング機能を発揮しDNA合成
を開始させる。適当なDNAポリメラーゼがこのプライマ
ーを伸長してプライマー伸長産物を与える。この鎖を変
性または他の手段により分離して、プライマー伸長産物
を含む一本鎖のプロモーターを生成する。
し十分相補的な複合体形成配列をその3'末端に持ち、そ
して所望により、プロモーター配列を含み得る5'から複
合体形成配列に至る他の配列を持つ、第二プライマーを
使用する。第二プライマーは工程3からのプライマー伸
長産物と十分複合体形成してプライミング機能を発揮し
DNA合成を開始させる。DNAポリメラーゼは第二プライマ
ーを伸長させて第二プライマー伸長産物を与える。得ら
れた二本鎖DNA分子はこの時点でRNAポリメラーゼのため
の鋳型として働き、概括的方法のためのRNA転写物を産
むことができる。第3図に示すように、生成されたRNA
分子は名目上「プラス」意義であり、本発明に係る概括
的方法を用いて増幅することができる。
プライマー伸長産物の3'末端に対し相補的であり、第二
プライマーが5'から複合体形成配列に至るプロモーター
配列を含んでいる場合、第二プライマーはスプライスの
鋳型として働き、その結果工程3からの第一プライマー
伸長産物の3'末端がさらに伸長してプロモーター配列を
付加し、両意義のRNA転写物を生成するRNAポリメラーゼ
のための鋳型ができる。このようにして作られたRNA分
子は概括的方法を用いて増幅することができる。
ライスの鋳型として働き、且つ5'から複合体形成配列に
至るプロモーターを有し、その結果第一プライマーはプ
ロモーターを有する必要が無い。この場合、工程2から
の第一プライマー伸長産物はさらに伸長してプロモータ
ー配列に対する相補体を生成し、こうして「マイナス」
意義のRNAを生産するための鋳型がRNAポリメラーゼによ
って作られる。
のRNAおよびDNAコピーを生産することができる。
および用途を説明するものである。これらは本発明を限
定するものではなく、そのように解してはならない。
物質は類似している。実施例の記載を単純にするために
幾つかの物質を略記し、ここに説明する。
の一部分と相同性の二本鎖DNAセグメントである。これ
は制限ヌクレアーゼ消化によりプラスミドから切り取ら
れ、クロマトグラフィー法によって残りの核酸から精製
された。精製に続いてこのフラグメントは制限エンドヌ
クレアーゼで切断し、フェノール抽出を経て精製し、エ
タノール沈澱により所望の標的を得た。
片としてマイナス鎖標的配列を含む精製された一本鎖DN
A標的である。
るプライマーおよびスプライスの鋳型を使用した。T7pr
o(+)と称するオリゴヌクレオチドは、5'末端付近にT
7RNAポリメラーゼのプロモーター、そして3'末端付近に
は、上記2種の鋳型に対するマイナス鎖標的配列の3'末
端に対して相補的な配列を含む。さらにT7pro(+)は
その働きを促進するための他の配列情報をも含んでい
る。T7pro(+)の配列は、5'−AATTT AATAC GACTC
ACTAT AGGGA GAGGT TATCG CTGGA TGTGT CTGCG G
CGT3'である。
ro(+)である。これは、3'末端が末端デオキシヌクレ
オチジルトランスフェラーゼを用いてジデオキシヌクレ
オチドで伸長されている点でT7pro(+)と異なる。T7p
ro(+)と異なりddT7pro(+)は、逆転写酵素によるD
NA合成のためのプライマーとして働くことはできない
が、スプライスの鋳型として働くことができる。
ズしM13L(−)の内部の配列と相同的なプライマーであ
る。[HBV(−)Prは3'からT7pro(+)に対し相同的な
プラス鎖配列に至る配列に対して相補的である。]HBV
(−)Prに相当する配列は、5'−GAGGA CAAAC GGGCA
ACATA CCTTG−3'である。
ドはT7pro(−)である。このプロモーター−プライマ
ーはT7pro(+)と同一の配列を含むが、マイナス標的
に対して相補的な配列がプラス標的に対して相補的な配
列で置き変わっている。T7pro(−)の3'末端はfrag1の
プラス鎖の3'末端に対して相補的である。T7pro(−)
に相当する配列は、5'−AATTT AATAC GACTC ACTAT
AGGGA GATCC TGGAA TTAGA GGACA AACGG GC−3'で
ある。ddT7pro(+)と同様に、ddT7pro(−)は、末端
デオキシヌクレオチジルトランスフェラーゼを用いて3'
末端をジデオキシヌクレオチドで伸長することによって
作られた3'がブロックされたオリゴヌクレオチドであ
る。ddT7pro(−)はプライマーとして働くことはでき
ないが、他の点ではT7pro(−)と類似している。
して相同的または相補的な領域および前記のスプライス
の鋳型の間の実質的な配列を含む。オリゴヌクレオチド
間の配列が本発明の結果として増幅されるのであるか
ら、この配列の定量化は増幅を測定する特異的手段を提
供する。この生成物は、オリゴヌクレオチドプライマー
とスプライスの鋳型の間にコードされた配列に特異的な
DNAプローブを用いるハイブリダイゼーション技術によ
って検定するのが簡便である。以下に示す実施例では2
個のプローブ、即ちプローブ(+)およびプローブ
(−)を使用する。プローブ(+)はマイナス意義の生
成物に対して相補的であり、プローブ(−)はプラス意
義の生成物に対して相補的である。プローブ(+)に相
当する配列は5'−CCTCT TCATC CTGCT GCTAT GCCTC
−3'であり、プローブ(−)に相当する配列は5'−GAGC
ATAGC AGCAG GATGA AGAGG−3'である。本明細書中
で使用されるプローブは化学ルミネセンスの標識で標識
した。検定において、ハイブリダイズしたプローブ上の
標識はルミノメーターで測定される光を放出する。
定した。増幅反応混合物の試料(通常10μl)を10mMト
リス−HCl(pH8.3)で50μlに希釈し、95℃で2分間変
性させた。氷上で冷却した後、およそ75fmolのプローブ
(+)またはプローブ(−)、0.2M琥珀酸リチウム(pH
5.2)、21%(w/v)ラウリル硫酸リチウム、2mMEDTA、
および2mMEGTAを含有するプローブ溶液50μlを試料に
加え、混合した。次いで反応物を60℃で20分間インキュ
ベートし冷却した。各ハイブリダイゼーション反応物
に、飽和ほう酸ナトリウム溶液を塩酸でpH8.5に調節
し、次いでこのほう酸の最終濃度が0.8Mとなるよう希釈
し、トリトンX−100を最終濃度5%(v/v)まで加える
ことにより調製した溶液500μlを添加した。次にこの
反応物を混合し、60℃で6分間インキュベートして、ハ
イブリダイズしていないプローブの化学ルミネセンス標
識を破壊した。このハイブリダイズしていないプローブ
の化学ルミネセンス標識の破壊方法は非常に特異的であ
って、ハイブリダイズしていないプローブのうちほんの
わずかな部分のみに化学ルミネセンスが残るだけであ
る。反応物を冷却し、残留する化学ルミネセンスを、1.
5M水酸化ナトリウム200μl、0.1%(v/v)過酸化水素
を加えてルミノメーターで定量した。この検定におい
て、ハイブリダイズしたプローブはルミノメーターで測
定される光を放出する。ハイブリダイズしていないプロ
ーブの化学ルミネセンス標識を破壊する反応は100%有
効ではないため、一般に約300ないし1300相対光単位(R
LU)の範囲で存在する信号のバックグラウンドがある。
ン、ブロッティング技術および電気泳動を使用する検定
を含む他の多くの検定法もまた利用可能である。
・アメリカ、Inc.の鳥の骨髄芽球症ウイルス逆転写酵
素、ニュー・イングランド・バイオラブズまたはエピセ
ンターのT7RNAポリメラーゼ、ならびにベセスダ・リサ
ーチ・ラボラトリーズのモロニー・ネズミ白血病ウイル
ス(MMLV)逆転写酵素および大腸菌RNアーゼHである。
類似の活性を持つ他の酵素および他の供給源からの酵素
もまた使用でき、また、異なったプロモーター特異性を
有する他のRNAポリメラーゼもまた使用に適している。
応条件は、容量100μl中、40mMトリス−HCl、25mMNaC
l、8mMMgCl2、5mMジチオトレイトール、2mMスペルミジ
ン三塩酸塩、1mMrATP、1mMrCTP、1mMrGTP、1mMrUTP、0.
2mMdATP、0.2mMdCTP、0.2mMdGTP、0.2mMdTTP、0.15μM
の各プライマーまたはスプライスの鋳型、および特記し
た量の鋳型および酵素である。
くつかの系では記したように変更されている。これらの
および他の標的配列のために他の配列が使用されてお
り、使われているオリゴヌクレオチド配列は一例であっ
てこれを限定する意図ではない。
4つのプロモーター含有オリゴヌクレオチドを各々別々
に4fモルのターゲット(フラッグ1)を含有あるいは非
含有の反応液に加えた。反応液を95℃で2分間インキュ
ベートしてターゲットを変性させ、ついで冷却して該オ
リゴヌクレオチドをターゲットにアニーリングさせた。
逆転写酵素13単位とT7RNAポリメラーゼ100単位を加え、
反応液を37℃で30分間インキュベートした。反応液の10
分の1をハイブリディゼーション法で検定した。表1に
示した結果(相対光単位(Relative Light Unitある
いはRLU(s)とfモルで表示している)はブロックし
たあるいはブロックしていないオリゴヌクレオチドがス
プライス鋳型として作用し、生成物を生成することを示
している。ターゲット非存在下の反応液で測定した信号
はこのタイプのアッセイに於ける信号の典型的なバック
グラウンドを示している。
ルした。この実験で、標準反応液では4aモルのフラッグ
I、HBV(−)PrおよびddT7pro(+)あるいはT7pro
(+)を混合し95℃でインキュベートした。冷却後、逆
転写酵素13単位とT7RNAポリメラーゼ100単位を加え、混
合物を37℃で30分間インキュベートした。反応物の10分
の1を測定のため除き、残りでサイクルを繰り返した。
3回サイクルを繰り返した後、その10μリットル部をハ
イブリディゼーション法にてプローブ(−)により測定
した。表2に示した結果は生成物がブロックしたスプラ
イス鋳型あるいは非ブロックしたスプライス鋳型いずれ
ともサイクリングすることにより増幅することを示して
いる。
(+)とプライマー、HBV(−)Prを用い増幅法の感度
を調べた。予備工程Iの6サイクルを実施例2と同様に
フラッグ1の量を減少しながら行った。増幅後、生成物
を発明の詳細な説明の欄で述べたハイブリディゼーショ
ン法を用いて測定した。この方法を用いて4×10-21モ
ルのフラッグ1が検知され得た(表3参照)。
であった。反応液の最初のセットでは、ターゲットとス
プライス鋳型の種々の組み合わせを95℃で2分間インキ
ュベートし、ついで冷却し逆転写酵素13単位とT7RNAポ
リメラーゼ100単位を加えた。反応混合物を37℃で30分
間インキュベートしついで5μl部の反応混合物を両プ
ローブと測定して生成物を定量した。この測定の後、反
応液を5μlの反応液1および2、およびT(−)スプ
ライス鋳型を用いて調製した。混合物を95℃で2時間イ
ンキュベートし、冷却しついで逆転写酵素13単位T7RNA
ポリメラーゼ100単位を加えた。新しい反応物を混合し3
7℃で2時間インキュベートした。その10μl部を下記
表4に示した時間で氷浴に除いた。生成物を前記のハイ
ブリディゼーション方法を用い測定した。データは両ス
プライス鋳型がいずれもフラッグ1からRNAを生成せし
めたことを示している。データはまたRNAとそのRNAに相
補のスプライス鋳型を含有した反応液中でより多くのマ
イナスおよびプラスセンス生成物が生成されたことを有
意に示している。最後に、反応液1Bの反応速度論は生成
物の幾何学的増加を示し、一方反応液2Bの速度論はもっ
と直線である。この違いは1B反応液での生成物はさらに
生成物を生成する為の基質として作用していることを示
し、つまりこの反応は自触反応である。
す。フラッグ1の少量(10aモル)をT7pro(+)、T7pr
o(−)およびHBV(−)Prの種々の組み合わせと反応に
用いた。反応混合物を95℃で2分間インキュベートして
DNAターゲットを変性し、冷却しついで逆転写酵素とT7R
NAポリメラーゼを加えた。混合後、反応液を37℃で30分
間インキュベートした。その15μl部を種々の時間で除
き、0℃で測定まで保存した。反応生成物を定量するた
めにハイブリディゼーションアッセイを用いた。表5に
示したデータは本発明が1つのスプライス鋳型と1つの
プライマーを必要とすることを示している。しかしなが
ら第2のスプライス,鋳型は有利である。1つのみのプ
ライマーあるいはスプライス鋳型で得た結果は本アッセ
イの測定限界以下であった。先の実施例のように、反応
速度論は幾何学的であり自触反応を示唆している。
いる、5.0時間以上にわたる生成物合成の継続を示し
た。我々はさらに感度の向上をも示した。
て決定した末端のないDNAターゲットの500aモルを増幅
する。ターゲットは先に引用したM13L(−)であった。
反応物調製にあたって、サンプルを95℃で2分間インキ
ュベートし、冷却しついで逆転写素13単位を加えた。反
応物をついで42℃で12時間インキュベートした。次に、
反応物を再び95℃で2分間インキュベートし冷却した。
逆転写酵素とT7RNAポリメラーゼを加え、37℃で2分間
インキュベートした。反応物の10μl部をプローブ
(+)およびプローブ(−)と測定した。表6に示した
結果は大量の核酸の合成が2つのプライマーを用いた時
のみ起こることを示している。また2つのプロモーター
プライマーが1つのプロモータープライマーと1つのプ
ライマーに比べて有利なことを示している。反応液4お
よび5における低レベル合成は元の鋳型から約1コピー
のDNAの合成に符合する。本システムを初期95℃変性工
程を要し、この工程は二重鎖ターゲットあるいは一本鎖
ターゲットの二重鎖領域を変性し同時にまた不活性の望
まれないヌクレアーゼやプロテアーゼ活性をも変性す
る。
増幅を向上し得ることを示すために、いくつかの反応物
を種々の量のターゲット、M13L(−)および外因性RNAs
eHを0あるいは2単位用いて調製した。用いた外因性RN
AseHはE.coli.由来であった。すべての反応物はT7pro
(+)とT7pro(−)と調製した。反応物を95℃変性処
理に処し、冷却し逆転写酵素を加えた。42℃で12分間イ
ンキュベート後、反応物を再び95℃で変性した。冷却
後、逆転写酵素、T7RNAポリメラーゼおよび必要な場合
は(表7参照)RNAseHを加え、37℃で3時間インキュベ
ートした。その10μl部を各反応混合物からハイブリデ
ィゼーション法によるアッセイのために1時間毎に除い
た。表7のデータは外因性RNAseHが有意に反応速度を促
進し本発明の感度を上昇させることを示している。600R
LU's以下の信号は典型的なバックグラウンドレベルとみ
なした。
し得ることを示した。外因性RNAseHの添加の有利性をさ
らに示すために、増幅反応液を2μgの子牛胸腺DNAの
添加あるいは不添加で調製しこの阻害を示した。子牛胸
腺DNA添加の反応液では、逆転写酵素を2濃度で用い、
さらにAMV RNAseHがこの阻害を克服するかどうかを調べ
た。また、E.coli.由来のRNAseHを同様の理由によりい
くつかの反応液に加えた。反応液は標準反応液とは各リ
ボヌクレオチドの濃度が2.5mMまで上昇し、塩化マグネ
シウムの濃度が12.8mMまで上昇している点において異な
る。反応液をターゲットとして100aモルのM13L(−)
を、およびT7pro(+)とT7pro(−)を用いて調製し
た。95℃で2分間変性後、反応液を冷却し逆転写酵素を
13単位あるいは39単位加え、さらに反応物を37℃で12分
間インキュベートした。反応液を再び95℃で変性し冷却
しついで逆転写酵素13単位あるいは39単位、T7RNAポリ
メラーゼ100単位あるいは300単位およびE.coli.RNAseH
を0単位あるいは2単位加えた。37℃で1時間インキュ
ベート後、各反応液の10μl部をハイブリディゼーショ
ンアッセイを用いて測定した。表8に示した結果は子牛
胸腺DNAが外因性DNAの無い反応システムに比べ反応を90
%阻害し、逆転写酵素の追加(RNAseHを伴う)は生成物
増幅を有意に影響しないことを示した。さらにT7RNAポ
リメラーゼの追加は生成物収量に有意な影響を示すが、
それは外因性RNAseHの追加による増加にほとんど関係し
なかった。阻害が除去されるだけではなくまた増幅も子
牛胸腺DNAとE.coli.RNAseHの無い反応に関係して5倍以
上も増加した。高濃度のE.coli.RNAseHとの反応でみら
れた信号はハイブリディゼーションアッセイで用いたプ
ローブ量を飽和していた。これらのサンプルを正確に定
量するために、増幅生成物は測定の前に希釈する必要が
あった。
ーゲットのDNA補体が作られ元のターゲットはRNAseHで
除かれる。DNAは次に第2プライマーあるいはプロモー
タープライマーにアニーリングしDNA合成を通してRNAポ
リメラーゼのための鋳型を作る。RNAseHが活性でない場
合は、始めに生成したDNA:RNAハイブリッドはRNAポリメ
ラーゼのための鋳型を生成することなく反応を終結させ
るであろう。本発明方法を説明する試みの中で、RNAポ
リメラーゼプロモーターとターゲット核酸を含有したプ
ラスミドを用い他の配列の中にターゲット配列を含有し
た大量の一本鎖RNA転写体を生成した。2つの同様な反
応液もまた調製した。つまりRNAポリメラーゼ不含のプ
ラスミド含有を1つ、他方はプラスミド不含でRNAポリ
メラーゼ含有の反応液である。これらの反応液の希釈物
を生成物定量のため測定した。3反応液すべての等希釈
物を2つのプロモータープライマー、T7pro(+)およ
びT7pro(−)含有の増幅反応物を調製するために用い
た。表9の反応液1は60aモルのRNAと0.6aモルの原料プ
ラスミドを含有していた。反応液2は0.6aモルの原料プ
ラスミドを含有していたがRNAは含有していなかった。
反応液3はターゲットを全く含有しなかった。各反応液
は95℃で変性せず、かわりに逆転写酵素とT7RNAポリメ
ラーゼを加え37℃で4時間インキュベートした。ハイブ
リディゼーション法による後のアッセイのために1時間
毎に反応液の1部を除いた。表9に示したように、プラ
スミドとプラスミドから調製したRNAを含有した反応液
は大きなハイブリディゼーション信号を示した。つまり
プラスミドのみを含有した反応液はT7RNAポリメラーゼ
がプラスミドからRNAをつくることができるので重要な
生成物を生成し、これは総括方法により両センスの核酸
をさらに生成すめために利用できた。最後にターゲット
を含有しない対照(反応液3)は何も生成しなかった。
ライマーの伸展と決定した末端の無いDNAターゲットの
変性工程の必要性を緩和しうることが可能かどうかを決
定するために行った。この実験では既知量のターゲット
を表10に示したよう第1逆転写酵素の存在下あるいは非
存在下で増幅した。一度にすべての酵素を加える増幅時
間は4時間であった。使用したターゲットは正常生理食
塩水に希釈したM13(+)であった。T7pro(+)とT7pr
o(−)を使用した。25μlの各希釈液に25μlの0.1N
KOHを加えた。サンプルを98℃で10分間インキュベート
しついで冷却した。各サンプルを100μlにして、最終
濃度を50mMトリズマ(Trizma)塩基、40mMグルタミン
酸、25mM水酸化カリウム、12.8mM塩化マグネシウム、5m
Mジチオスレイトール、2mMスペルミジン三塩酸塩、2.5m
M各リボヌクレオチドトリホスフェート、0.2mM各デオキ
シリボヌクレオチドトリホスフェート、および0.15μM
各プライマーとした。標準プロトコール管に13単位の逆
転写酵素を入れ42℃で12分間、ついに95℃で2分間イン
キュベートし冷却した。ついですべての試験管に13単位
の逆転写酵素、100単位のT7RNAポリメラーゼおよび0.5
単位のRNAseHを加えた。反応液を37℃で4時間インキュ
ベートしその10μl部をケミルミネッセンスプローブア
ッセイにて測定した。表10の結果は短縮プロトコールを
用いた場合にいくらかの増幅は明らかであることを示し
ている。観察された増幅のレベルは有意に標準プロトコ
ールを用いた場合よりも低度であるが、これは同程度に
有効になるように開発され得るし、あるいは有意なレベ
ルのターゲット核酸が存在する場合には有用になり得
る。
リメラーゼが完全には特異的ではないということであ
る。ターゲット領域の少数のRNAコピーを生じる低レベ
ルのでたらめなRNA合成が存在する。これらのコピーは
標準方法により増幅される。
ゲットで外因性RNAseHなしで優れた増幅を示した。反応
のメカニズムを明らかにする我々の次の研究で、広範囲
のターゲットに本方法を有効的に適用することが可能に
なった。我々はここに増幅に外因性RNAseHを用い、また
逆転写酵素を伴うRNAseH活性に呼応する方法を開示しそ
の権利を主張する。
いので日常的に添加されるべきではないことを発見し
た。我々はRNAseHのいくつかの形態はRNA:DNAハイブリ
ッドのRNAのどこを切断するかについての特異的な配列
であることを確定した。増幅反応において、我々は完全
な長さの生成物DNA中のプロモーター含有プライマーを
検出しなかった。2つのプロモータープライマーを用い
た態様ではプロモータープライマーうちただひとつのみ
が完全な長さの生成物DNAに測定可能な限りにおいてと
り込まれている。本分野の技術者により自明なすべての
他のメカニズムは両プライマーを含有する完全な長さの
生成DNAを示唆している。これらの発見はRNAseHが増幅
の間に合成された主要RNA種を十分には分解していない
という可能性に因ると思われる。これらの発見に基づい
て、RNAseH配列特異性に関する我々の発見を組み入れた
新しい増幅メカニズムがここに開示される。新規で有用
なプロモータープライマー設計標準を開示する。さらに
は、ターゲット核酸配列の複数コピーを合成する新規な
方法をここに主張し、これは 1)選択されたRNAseHによる分解にさらされた後にプラ
イマー伸展生成物を形成する能力を残すように位置して
いるRNAターゲットの部分と複合化するRNAターゲット配
列の部分に相補であるプライマーを選択し; 2)すべてのメッセンジャーRNAが実質的にRNAseHの分
解を通して二重鎖から除かれる領域においてDNAと複合
化するプライマーの伸展により得られるDNAの部分に相
関であるプロモータープライマーを選択し; 3)RNAターゲットとプライマー、プロモータープライ
マー、RNAseH、逆転写酵素をコンバインし、RNAの複数
コピーとそのRNAに相補のDNAの複数コピーを形成するこ
とを特徴とする。ここで開示の新規な方法はRNAターゲ
ット配列と同じ極性(あるいはセンス)のDNAの実質的
に等数のコピーを作らない。
タープライマーとプライマーの設計を可能にする方法を
提供する。我々はプロモータープライマーとプライマー
のそのような組み合わせおよびそのための設計標準をこ
こに開示し主張する。ここで開示のメカニズムはRNA鎖
の転写のための新規な反応中間体を包含する。この中間
体は二重鎖DNAプロモーター領域を含むRNAとDNAの二重
鎖複合体である。我々の知る限りこのようにものはかつ
て文献に記載された事はない。実にどの先行技術システ
ムも、特にグアテリ、J.C.らの87PNAS1874〜1878(199
0)もまたジンゲラス、T.R.らのPCT出願番号88/10315号
のいずれもRNAseH分解サイトの位置に基づいてプライマ
ーとプロモータープライマー配列を適切に選択していな
い。このように、本方法は新規でありどの先行開示に対
しても自明なものはない。
認識は本ターゲット増幅法を広範囲のターゲット配列に
有効的に適用ための鍵である。さらに、従来同業者はRN
AseHは十分にまた組織的にRNA:DNA複合体のRNA鎖を分解
しているとしていた。
セットでのわずかな変動を伴う増幅効率に大きな変異が
明らかとなった。先行技術が一般に受け入れている反応
方法は我々の見るところでは、なぜ1つのプライマーセ
ットが他よりずっと優れて作用するのか合理的な説明を
していない。
出来る結果が得られなかった。DNA鎖を初期化する能力
での差がプライマーセット効率でみられた差の原因かど
うか知るためにプライミングの有効性を調べた。プライ
ミング効率と総体的増幅の間に相関性はみられなかっ
た。プライマーセットの自己相補構造と交差相補構造を
形成する能力の分析によりプライマー効率に於ける差は
これらのファクターに単に原因があるのでないと判明し
た。
するのではないことを発見した。ここで提示するたデー
タが示すように、得られた結果はターゲットからターゲ
ットで、またプライマーセットからプライマーセットで
変化する。添加するE.oli.RNAseHの量は非常に重要であ
り狭い特定の範囲内に保たなければならない。与えられ
たターゲットとプライマーセットと共に、E.coli.RNAse
Hの添加は逆転写酵素がトリ骨髄芽球細胞症ウイルス(A
MV)由来のものでありモロニーマウス白血病ウイルス
(MMLV)でない場合には有利である。これらの結論を示
すデータを下記に記す。
形成されたRNA:DNAハイブリッドからRNAを消化する時に
比較的大きなフラグメントを残すことが示唆された。こ
れらのフラグメントはプライマーとして第2DNA鎖の合成
を初期化する。我々はAMVとMMLV RNAseH活性の配列特異
性の証拠があるという発見をここに報告するものであ
る。
ーの末端を32Pで標識し、各プライマーのDNA生成物への
とり込むをポリアクリルアミドゲル電気泳動により調べ
た。一般的に受け入れられている先行技術メカニズムに
よれば、両プライマーは完全な長さのDNA生成物にとり
込まれていることになる。しかしながら我々の実験では
増幅の間に合成された主要RNA種に相補するプライマー
のみが完全な長さの生成物にとり込まれていた。主要RN
A鎖と同じ極性を持つプライマーは決して完全な長さのD
NA生成物にとり込まれなかった。事実、それは全く小さ
いままで残った。これらの結果は多数の異なるターゲッ
トとプライマーセットで確認された。
ら、完全な二重鎖DNA中間体は増幅の間に蓄積しないこ
と、また自触増幅には要しないことが示唆された。これ
らの観察はRNAseHの可能な配列特異性を考慮した本発明
の増幅システムのメカニズムを示唆する。本メカニズム
を大まかに図4に示す。
切片に切断することが判明した。さらに、切断サイトの
位置は特異な領域にあることが判明した。メカニズムを
確認するために、我々のT7pro+/T7pro-ターゲットとプ
ライマーセットの組み合わせから生じたプラス鎖RNAを
含有したRNA:DNAハイブリッドを調製した。32P標識RNA
をメッセンジャーDNAにハイブリッドし、AMV逆転写酵素
(付随するRNAseH活性を含有している)とインキュベー
トし反応生成物をポリアクリルアミドゲル電気泳動で分
析した(図5)。フラグメントの大きさから数個の小さ
な切片が生成しこれらは1つあるいは両方の末端の近く
を切断して生成したことが判明した。分子の内部部分は
切断されなかった。この実験は酵素が使用した反応条件
下で配列あるいは構造特異性を持つことを示している。
結果は図4の反応メカニズムと完全に一致する。
実験を行った。複数切断サイトはプロモーター含有プラ
イマーと一致する領域にあり他のプライマーを結合する
領域には無いことが望ましい。RNA末端を個々に標識し
消化生成物を分析することにより、使用した条件下で切
断はRNAの5'末端のみに検出されることが判明した。こ
れは図4のメカニズムと一致する。
列を調べるために配列決定実験を行った。特異的に各々
の酵素で切断されることにより配列は識別される。予測
通り、2つの酵素の配列特異性は異なりこれはあるプラ
イマーセットは一つの酵素とまた別のプライマーはもう
一つの酵素とより機能することを説明すると思われる。
我々の反応条件下でMMLV酵素で得た配列特異性は文献に
記載の別の反応条件下でのものと一致しない。これは特
異性は反応条件により影響され得ることを示唆してい
る。
とcDNAコピーからの転写を指示するプロモーターの完全
な除去は必要でなく、あるいは新規の転写活性鋳型の形
成に望ましいという我々の発見に達した。つまりいくつ
かの適用に於いては、もしRNAseHがプロモータープライ
マーが第1鎖cDNA生成物にアニーリングする上でさらに
サイトに選択的であれば、またもし他のプライマーが転
写物にアニーリングするのにもっと阻害しなければ、逆
転写酵素固有のRNAseH由来の非常に低レベルのRNAseH活
性でさえ効果的な増幅に十分であろう。
るように特異的でないので、特にもしこのプライマー、
ターゲット、E.coli.RNAseH、および酵素活性に影響を
及ぼす成分の濃度が慎重に釣り合っていない場合には、
非プロモーター含有プライマーが結合している領域に割
って入るかもしれない。我々の見るところ、これらの結
果はE.coli.RNAseHの使用を商業的な分野での適用に適
しなくしている。逆転写酵素RNAseHが所望の領域で切断
しない場合や適した条件下で切断しない場合には、異な
る特異性を持つ他のRNAseH活性の添加は有効である。例
えば、MMLV逆転写酵素での研究により、この酵素はAMV
酵素よりもサンプルDNAによる阻害に敏感でないことが
判明した。多くのシステムに於いてこれは最良の様式で
ある。
までに得たRNAseH配列特異性情報に基づいて開示され
る。メカニズムや配列特異性の知識がない以前に設計さ
れたもので得たものよりも、有意に優れた合成がこれら
のプライマーセットから得られた。ここに記載の本発明
は特異的なターゲット領域の為の機能的なプライマーセ
ットの設計を可能にする。
の新規な反応中間体を包含する。この中間体はRNAとDNA
の二重鎖複合体であり、これはまた二重鎖DNAプロモー
ター領域を包含する。我々の知識ではこの反応は述べた
通りどの先行技術とも異なる。
増幅工程を使用する上で重要である。RNAseH配列特異性
の重要性を認識することは本ターゲット増幅法を広範囲
のターゲット配列に有効的に適用する上での鍵である。
一方、プロモータープライマー設計の実験的研究は困難
で経費がかかり、また成功の頻度も低くて本発明をこの
分野での貴重な進歩とする。
ように大量の合成が特殊なターゲットとプライマーセッ
トで得られるために当初は好ましい態様とみなされてい
た。またE.coli.RNAseHはサンプルDNAによる阻害を克服
するのを助長する上で有用であると発見された。しかし
ながら、反応の分析によりE.coli.RNAseHの添加は多く
の場合に増幅に不利益であることが判明した。さらに過
剰量あるいは過小量のE.coli.RNAseHの存在は有害なの
でその添加量は狭い範囲内だ注意深く調整されなければ
ならない。本方法を実用的に商業上適用するにあたって
は、特に酵素が保存にあたって完全に安定でないかも知
れないためにこれは重大な障害である。さらにE.coli.R
NAseHの使用によりこのシステムに過大な経費と煩雑さ
が加わる。経費は多くの商業的適用にとっては禁制であ
る。E.coli.RNAseHの使用はアッセイをさらに複雑に
し、その代わりに研究開発経費を上昇せしめこのアッセ
イを広範囲の商業的適用にとって繊細すぎるものとして
しまう。このようにアッセイメカニズムに対する我々の
説明は技術的に実行可能(ターゲットサイトへの適用
性)でまたより安価でより丈夫な工程である点において
広範囲の使用に適した方法に帰着した。初期の実験でE.
coli.RNAseHの添加が増幅上昇を起こすことが判明した
ので、血清やヒトDNAを含有したサンプルでの増幅シス
テムの実行に及ぼすE.coli.RNAseHの効果をいくつかの
実験で調べた。
るために実験を行った。下記の実験はT7pro+/T7pro-プ
ライマー対での0、0.25、0.5および1単位のRNAseH存
在下で増幅を比べた。HBV-ヒト血清のレベルまで希釈し
たHBV+血漿あるいはHBV-血清を単独で調べた。
に油層で覆った。サンプルを混合し95℃で加熱し室温ま
で放冷した。サンプルを90μlの反応容積にして最終濃
度を50mMトリス酢酸pH7.6、20.8mMMgCl2、5mMジチオス
レトール、2mMスペルミジン塩酸塩、0.15μM各プライ
マー、6.25mM GTP、6.25mM ATP、2.5mM UTP、2.5mM CT
P、0.2mMの各dTTP、dATP、dGTP、dCTP、および13単位の
AMV逆転写酵素とした。サンプルを混合し37℃で12分間
加熱しついで95℃まで加熱してさらに室温まで冷却し
た。13単位のRTと100単位のT7RNAポリメラーゼを加え反
応混合物を37℃で3時間インキュベートする。25μlの
各反応混合物を測定した。
反応毎に0.25単位のE.coli.RNAseH付近を中心とした狭
い最適範囲にあることが判明した。E.coli.RNAseHは使
用が困難ではあるけれどもいくらかのRNAseH活性の添加
はこの実験で有用である。
AseHの量を8μgのヒトDNAを含有した溶解産物の存在
下または非存在下で測定した。2×10-18モルのウイル
スターゲットが各反応混合物に存在した。DNAターゲッ
トは50pモルの各プライマーと40mMトリス塩酸pH8.3、25
mM NaCl、20.8mM MgCl2、5mMジチオスレイトール、2mM
スペルミジン塩酸塩および表11に示したヌクレオチドト
リホスフェートの存在下混合し、95℃まで加熱し室温ま
で冷却した。13単位の逆転写酵素を加え反応混合物を42
℃まで12分間加熱し、95℃まで加熱し再び室温まで冷却
した。13単位のAMV逆転写酵素と100単位のT7RNAポリメ
ラーゼを加え37℃で3.5時間加熱した後測定した。
i.RNAseHが増幅に有害なので注意深く調整されなければ
ならないことを示している。さらに最適濃度は非特異ヒ
トDNAの存在により変化し、ヒトDNAによる阻害はすべて
のRNAseHレベルで重大であった。
への効果を調べた。以下のデータは大腸菌RNAseHが狭い
濃度範囲で増幅を促進することを証明している。HIV領
域2プライマーは表12に関して述べたように、種々の濃
度の大腸菌RNAseHの存在下で増幅された。各反応混合物
10μlを分析し、必要に応じて希釈した。生成した標的
(ターゲット)を定量するために、シグナルを標準曲線
と比較した。RNAseH 標的(pmol) 生成物(pmol) 増幅の観測値 − 0 0 0 − 1.67×10-10 2.14 1.3×1010 0.2U 1.67×10-10 0.17 1.0×109 0.4U 1.67×10-10 0.18 1.1×109 1.2U 1.67×10-10 0.012 7.6×107 − 1.67×10-8 16.0 9.6×108 0.2U 1.67×10-8 20.6 1.2×109 0.4U 1.67×10-8 0.14 8.5×106 1.2U 1.67×10-8 0.15 9.0×106 これらのデータは、ガテリら(Guatelli,87 PNAS 187
4−1878)の説とは逆に、大腸菌RNAseHを加えなくとも
増幅が達成され得ることを示している。
逆転写酵素とを用いて調べた。実施例12に記載の条件
下、ヒトDNA8μgの存在下または非存在下、3時間の自
己触媒工程の反応を行った。HIV領域1、3および4か
らのプライマーセットを試験した。使用するウイルス性
鋳型は、ハイブリダイゼーションアッセイでRLUが直線
領域にあるよう選択した。MMLV逆転写酵素を、開始時40
0U、増幅期800Uで用いた。T7RNAポリメラーゼも含有さ
せ、大腸菌RNA 1Uを指示の通り加えた。最上欄の+RNA
seH、−RNAseHの項の下の値はアッセイ反応液10μlに
関して得たRLU値である。
イマーによる増幅を刺激した。試験した大多数の場合、
MMLV逆転写酵素単独使用の場合の増幅は、少なくとも、
MMLV逆転写酵素と大腸菌RNAseHの併用時と同様に良好で
あった。ガテリら(Guatelli,87 PNAS 1874−1878)の
説とは逆に、効率的な増幅は大腸菌RNAseHを必要としな
かった。
酵素と併用するとその作用が最良となるのに対し、他は
MMLV逆転写酵素との併用、またはいずれか1つの逆転写
酵素に大腸菌RNAseHを添加した時その作用が最良となる
ことをも見いだした。プロモータープライマーおよびプ
ライマーまたは大腸菌RNAseHの起源を少し変化した場合
の、増幅効率の変動の観測値は本発明機構を支持してい
る。これらの発見を支持する詳細なデータを以下に記載
する。
μl以上の高濃度でBRL(Bethesda Research Labs)や
U.S.Biochemicalsから購入することができる。注意すべ
き点は、MMLV逆転写酵素の天然の核酸鋳型に対するDNA
合成活性は、AMV逆転写酵素との比較で、約10倍高い単
位濃度で得られることである。単位活性における類似性
の欠如は、ホモポリマー鋳型(単位活性アッセイに使
用)を用いた場合と、ヘテロ重合核酸鋳型を用いた場合
に酵素が異なる相対活性を示すことによる。本発明にお
ける増幅反応において、種々の濃度のMMLV逆転写酵素を
用いて試験した。これらの結果の例を以下の表に示し
た。AMV逆転写酵素試料の場合、開始段階で逆転写酵素
を14U用い、増幅段階で56U用いた。開始段階および増幅
段階におけるMMLV逆転写酵素量を測定した。HIV領域2
プライマー各15pmolを用い,NaClの代わりに25mM KClを
用いる外は、実施例12記載のインキュベーション条件を
用いた。T7ポリメラーゼ400Uを増幅期間中に用いた。ヒ
トDNA8μgの存在下または非存在下に行った結果を以下
の表に示す。AMVまたはMMLVで示した欄は、それぞれAMV
逆転写酵素またはMMLV逆転写酵素による増幅作用の結果
を示す。数字は開始、および自己触媒期間のそれぞれに
おいて用いた値(単位)を示している。表中の値はRLU
である。増幅生成物は希釈されておらず、用いた条件下
で約250,000RLUを与えるに十分な濃度のハイブリダイゼ
ーション標的でシグナルが飽和するので、>200,000RLU
の値では増幅程度が有意に低く見積もられているかもし
れない。
よる増幅の感度はAMV指令による増幅よりも有意に低い
が、外因性DNAの存在下ではMMLVは非常に有効であっ
た。
はAMV逆転写酵素を用いてヒトDNAの存在下、他の標的領
域を試験した結果、これらの領域の最良の増幅には大腸
菌RNAseHがなお必要であることを見いだした。次いで、
大腸菌RNAseHの非存在下、MMLV逆転写酵素を用いて各領
域の増幅を試験し、AMV逆転写酵素+大腸菌RNAseHを含
有する反応での増幅と比較した。これらの結果の幾つか
を以下の表に示した。実施例12の記載に従ってHIV領域
3および4プライマーを用いた(50pmol/反応)。AMV逆
転写酵素を用いる反応では開始に際して14U用い、増幅
に際して逆転写酵素56U+大腸菌RNAseH1Uを用いた。MML
V逆転写酵素を用いる反応では開始に際して400U加え、
増幅に際して800Uを加えた。4時間の増幅インキュベー
ション期間中、全反応混合物中にT7ポリメラーゼ400Uを
存在させた。表中の値は増幅反応混合物10μlを用いて
行った。ホモジーニアスプロテクションアッセイで得た
RLU値である。アッセイ前に反応混合物を希釈した場合
もある。
はMMLVによる増幅はAMV逆転写酵素+大腸菌RNAseHによ
る増幅よりも有意に低いが、DNAの存在下ではMMLVによ
る増幅は少なくともAMV逆転写酵素+RNAseH.42によって
達成される増幅と同じく良好であった。
マーセットを用いて行われた。データはプライマーセッ
トがAMV RTと同程度には増幅しないことを示してい
る。実験はHBV陰性血清で希釈した陽性血漿を用い、実
施例11記載のごとくに行った。増幅反応混合物10μlを
ハイブリダイゼーションアッセイに付した。
験で確認した。領域1プライマーはこれらの実験でも高
いRLUであり一致した結果を示した。
800Uを用いると、下記表に示すように反対の効果が認め
られた。
れていた。
存在する逆転写酵素の影響を受けた。鋳型配列の利用可
能性等のファクター、プライマーの特異的ハイブリダイ
ゼーション能力、およびRNA合成の効率に対する逆転写
酵素の影響は有意でない。RNAseHの特異性や活性、およ
びDNAのポリマー化活性にも影響しないであろう。
イマーを組合せて用いると増幅が増大することを例示し
ている。
で分析したことを除き、表11の項で述べたと同様に行っ
た。 表21 標的分子 標的(mol) RLU観測値 1200 2×10-21 1,094,177 120 2×10-22 442,137 12 2×10-23 24,053 1.2 2×10-24 8,654 0 0 1,828 実施例15 AMV逆転写酵素とMMLV逆転写酵素の比較 以下の実験はMMLV(300単位)またはAMV(39単位)を
用いてCML患者の染色体に発見されたBCL−2染色体転座
主要ヒト染色体ブレイクポイントt(14;18)のための
プライマーの増幅に関する比較実験である。各酵素につ
いて、大腸菌RNAseHの作用を評価した。増幅は24mM Mg
Cl2およびプライマー各50pmolを用いる外は実施例12記
載の方法に従って増幅を行った。溶解液(リゼート)を
含有する反応液には白血球由来のDNA4μgが存在してい
た。全反応混合物はT7RNAポリメラーゼ300単位とインプ
ット2本鎖DNA標的10amolを含有していた。
存在下では、同程度にこのプライマーセットを増幅しな
いことを示すものである。AMV逆転写酵素を含有する反
応混合物に大腸菌RNAseHを加えると増幅が顕著に増大す
る。このことはこれらの反応ではRNAse活性が制限され
ていることを示唆するものである。逆に、MMLV RTを含
有する反応混合物に大腸菌RNAseHを加えても増幅は促進
されなかった。これらのデータによっても、以前に、MM
LV RTには、大量の非特異的ヒトDNAの存在下での有意
な増幅を維持する能力があるという指摘が確認された。
ない 本発明者らの最も重要な発見の1つは、主RNA種と同
じ極性を持つプライマーが検出可能な程度には完全長さ
の生成物に取り込まれないということであった。このこ
とを証明するために、個々のプライマーを32Pで末端ラ
ベルし、各プライマーのDNA生成物への導入をポリアク
リルアミドゲル電気泳動で調べた。本発明者らは、当
初、両プライマーが共に完全長さのDNA生成物に取り込
まれると予測していた。しかしながら、プロモーターを
含有するプライマーは完全長さのDNA生成物中に見い出
すことができなかった。実際、それは非常に小さいまま
であった。これらの結果は多くの異なる標的およびプラ
イマーセットによって確認された。本発明者らの方法を
以下に説明する。
プライマーの5'末端をT4ポリヌクレオチドキナーゼで32
Pラベルし、増幅反応混合物に打ち込んだ(スパイクし
た)。以下の実施例は、1つの極性のプライマーが増幅
の間に優先的に蓄積され、その蓄積される鎖は常に、自
己触媒中に合成された優勢なRNA種と相補的な鎖である
ことを示している。図5は増幅期間中に32PラベルHIV領
域2が取り込まれたという結果を示す。このプライマー
セットから、(+)センスの214塩基からなるRNAが得ら
れた。RNAに相補的なプライマーは、標的配列の存在
下、235および214塩基の主バンドに取り込まれた(レー
ン3)。標的非存在下では完全長さの断片は見られなか
った(レーン4)。214塩基の断片はRNAと同長のcDNAを
表しているが、235塩基断片はRNA+T7プロモーター配列
(21塩基)を表している。逆に、このプロモータープラ
イマーは標的存在下、または非存在下における完全長さ
DNA生成物には観察されなかった(それぞれレーン1お
よび2)。
1プライマーの導入結果を示している。これらはT7pro+
およびT7pro-として知られている。このプライマーセッ
トは2極性を有する132塩基RNAを産生し得るが(+)鎖
RNAが優勢である。優勢なRNAに相補的なT7pro-は本発明
で提供した機械の通り、132塩基および153塩基の断片に
取り込まれた(レーン7、(+)標的;レーン8、
(−)標的)。153塩基断片はT7pro+のRNA+T7プロモー
ター配列(21塩基)を表している。逆に、32PラベルT7p
ro+プライマーはいずれの長さの断片にも取り込まれな
かった(レーン5、(+)標的;レーン6、(−)標
的)。
析し、優勢なRNAと同じ極性のcDNAを別の方法でも検出
できるかを調べた。作成された鎖の相対比率を決定する
ためにプラスおよびマイナス鎖プローブを用い、各反応
混合物の一部をRNAseAで処理してRNAとDNAの比率を求め
た。結果を以下に示す。
イマー観察されない場合でも増幅が十分に作動していた
ことを示すものである。これらの結果は従来の研究にお
いて観察されたこと、即ち、1個のセンスプローブで観
察されるシグナルの大多数はRNAに由来していること、
そして相補的な鎖シグナルは予測通りDNAに由来する、
ということに関連している。両極性のRNAから作成され
たHBV領域1プライマーセットについてさえ、このこと
は正しい。
ということを示す機構の確認 上記の実験および観察結果に基づいて、RNAseH中にあ
り得る配列特異性を考慮した増幅システムを図4に示し
た。この機構をサポートする上で重要な要素はRNAseH配
列特異性であることから、酵素が実際にRNA:DNAハイブ
リッドを特異的な部位で切断するということを示す必要
がある。しかもこの切断部位は、良好な増幅のために
は、モデルにしたがって、特異領域内に存在していなけ
ればならない。この疑問を解くために、既知の標的とプ
ライマーセットの組み合わせで生成されるRNA:DNAハイ
ブリドを調製した。RNAを32PでラベルしAMV逆転写酵素
(その関連RNAseH活性を含有する)と一緒にいインキュ
ベーションし、反応生成物をポリアクリルアミドゲル電
気泳動で分析した。結果は、新規な反応機構と完全に一
致していた。即ち、断片のサイズは、数個の小片が生成
しこれらは1方または両方の端付近で切断されて生成し
たものであることを示していた。分子の内部領域は切断
されていなかった。この実験で、用いた反応条件下で酵
素が配列または構造特異性を有することを確認した。
が結合する領域で複数の切断が起きることを必要とする
ので、切断の起きる位置を決定するためにさらに実験を
行った。個別にRNAの末端ラベルし、消化生成物を分析
することで、それらの切断がRNAの5'末端においてのみ
起きることが示された。これはまた提供した機構と一致
することである。
よび大腸菌切断由来のRNAseH活性を示す。図中の矢印は
完全長さRNAの位置を示す。
イブリダイゼーションしAMV由来RNAseHで45分間(レー
ン2)、MMLV由来RNAseHで5、15、45または120分間
(レーン3−6)、または大腸菌由来RNAseHで5分間
(レーン7)ニックトランスレーションしたものであ
る。生成した断片のサイズは各酵素によって異なり、酵
素開裂の特異性およびこの鋳型についての特異性が酵素
間で異なることを示している。最も急速な分解は大腸菌
RNAseHの存在下で観察され、この酵素の切断が、特異性
においてより低いことあるいは活性がより高いことを示
唆している。
ーションし、AMV逆転写酵素由来のRNAseHで5、30、60
または120分間(レーン2−5)または大腸菌由来RNAse
Hで1、3、15または60分間(レーン6−9)、ニック
トランスレーションした結果を示す。2個の酵素により
異なるサイズの断片が生成し、開裂の特異性を示した。
HBV RNAの3'末端をラベルし、AMV逆転写酵素でニック
トランスレーションすると同じサイズの断片が観察さ
れ、開裂部位がRNAの5'末端に近いことを示した。
V由来RNAseHおよび大腸菌由来RNAseHで開裂されるこ
と、およびこれら3酵素における部位の幾つかは異なっ
ていることを示している。増幅される領域内に特異的な
部位が存在することはRNA:DNAハイブリッドのRNAを開裂
させ、能率的な自己触媒作用がもたらされる。切断部位
情報を用いて設計されたプライマーは増幅効率を改善す
る。このことは、あるプライマーセットの増幅程度がRN
AseHの供給源に依存して様々な程度に変化するという本
発明者らの観察と一致している。
補的配列とハイブリダイゼーションし、AMV RNAseHで
ニックトランスレーションした。変性後、配列決定すべ
き領域の3'末端に相補的なプライマーとハイブリダイゼ
ーションし、サンガーの配列決定法に従い、ジデオキシ
ヌクレオチドの存在下で伸長した。cDNA合成の終結、こ
れはRNA開裂を示すが、はHBV RNAの以下の部位で観察
された。
相補配列とをハイブリダイゼーションし、MMLV RNAseH
でニックトランスレーションした。変性後、配列決定す
べき領域の3'末端に相補的なプライマーとハイブリダイ
ゼーションし、サンガーの配列決定法に従い、ジデオキ
シヌクレオチドの存在下で伸長した。cDNA合成の終結は
HBV RNAの以下の部位で観察された。
に存在する。開裂部位の検出に用いた方法では開裂反応
の間に蓄積された部位が同定されたにすぎない。使用し
た方法で認識された部位以外の部位でも開裂が起きると
予測される。
基づいて本発明者らは様々なプライマー/標的の組み合
わせを試験しそれらの増幅システムにおける動向を適正
化することを試みた。今日までに得られたデータは生成
したRNA断片の各片のサイズが比較的大きく、断片はお
そらく2本鎖から自然発生的に解離したものではないこ
とを示唆している。このことは、AMV逆転写酵素を用い
て行ったAMV RNAまたはポリオウイルスRNAの複写実験
において、最初に合成されたcDNA鎖からのcDNAの合成に
おけるプライムに、RNAseHによって産生されたRNA断片
を酵素が用いることが分かったことから、予想外なこと
ではない。
以下のごとくに進行するであろう(反応混合物中のRNA
中間体から開始して)。
ーがRNAの3'末端に結合する。反応混合物中のプライマ
ー濃度は高いので、過剰のプライマーにより生成された
RNA:DNA2本鎖は合成を開始し得る前にRNAseH活性によっ
て開裂されるであろう。従って、プライマー結合領域
は、反応に用いるRNAseHが認識する配列を多数含有しな
いことが好ましい。
を含まないRNA相補プライマーを実際に設計し得ない場
合もあるかもしれない。そのような場合、プライマーの
3'末端部位をRNAとのアニーリングのために保持するた
めに切断部位はできるだけ5'末端に近くすべきである。
NAポリメラーゼプロモーターを含有する第2プライマー
の結合部位が現れるはずである。逆転写酵素によって仲
介されるプライマーの結合と合成の開始のためには、プ
ライマーがDNAにハイブリダイズする際にヌクレーショ
ン(nucleation)とジッパーリング(zippering)が可
能なようRNAの一部を除去する、あるいは単にRNAをニッ
クし生成したRNAを排除するだけで十分である。本発明
者らのデータはかなり大きいRNA片が生成し、またプロ
モーター含有プライマーが完全長さのDNAに取り込まれ
ないことを示していることから、以下の事象が起きてい
ると考えられる。
分なニックがRNAに含まれている。適当な部位の1つの
ニックによって、単に、消失させるに十分な小さいRNA
断片が生成しプライマー結合部位またはその一部が露出
されるのか、または1つのニックが1またはそれ以上の
酵素の巻戻し作用を促しRNA断片が追い出されるのか
は、現時点では不明である。
の2本鎖DNAが作られる。
る。この複合体はRNAに結合したcDNAからなり、2本鎖D
NAプロモーターを含有する。
ターを含有するプライマーの結合部位の内部または近辺
のどこかに、RNAseH活性が認識する配列が存在する必要
がある。
AseH認識部位のないことも望ましい。標的内の部位は開
裂され2本鎖cDNA領域の合成のためのRNAプライマーの
生産に用いられるであろう。この酵素作用の可能性を消
滅することが好ましい。
に基づいて新規なプライマーセットが企画された。本発
明者らの企画は以下の通りである。
切断部位を有する。
する。
ら3'末端の一部に切断部位を有する。
く持たない。
近に存在する。
異性に関する知識に従って設計されたプライマーを用い
て、より良好な合成が達成された。このことは本発明に
よれば、特異的な標的領域のための機能的なプライマー
セットの製造が可能であることを示すものである。これ
らを以下により詳細に説明する。
−プライマーの組合せを設計するのに利用した。従来技
術の方法はプロモーターを非選択的にプライマーに付加
したものにすぎない。本発明者らは増幅産物の収率を高
めるのに最適なプロモーター−プライマーの組み合わせ
を設計することができた。以下に示す実験はプロモータ
ー−プライマー配列を少し変化させることで増幅効率が
大きく変化することを示している。
裂部位およびGP−III増幅効率に関して比較したもので
ある。各試料について、被検プライマー以外は同一の試
薬を用いて2回、増幅を行った。
増幅領域のための非プロモータープライマー部位を15塩
基移動することにより、4塩基認識配列と仮定して推定
のRNAseH切断部位内の数を4から1に、3塩基認識配列
と仮定して5から2に減少した。2.5mm ATP、16.5mm M
gCl2、および50mM KClを用いるほかは実施例15と同様
に反応させた。このプライマー配列における変化は増幅
効率にとって極めて積極的な影響を及ぼした。第2の例
では、4塩基認識部位と仮定される推定のRNAseH部位の
みを除去するためにHBV領域1の非プロモータープライ
マー内に意図的に不適合を配した。3塩基切断部位の場
合は、当業者ならば、不適合により3'末端に最も近い切
断部位が除去されたことが分かるであろう。この変化も
また、増幅効率に極めて積極的な影響を及ぼした。デー
タは、プライマーの位置を変化する方法または不適合を
導入する方法の2方法のいずれも増幅の促進に利用し得
ることを示している。おそらく非プロモータープライマ
ーからのRNAseH切断部位の除去の方が、より能率的に自
己触媒期間のcDNA合成を開始させるであろう。
部位の数が異なるプロモータープライマーを示す。最初
の例ではHIV領域5のための2つのプロモータープライ
マーが10塩基移動して4塩基認識部位と仮定して推定の
RNAseH切断部位を2から3に変化させるか、3塩基認識
部位と仮定して3から5に変化させた。これは増幅効率
に正の影響を及ぼした。第2の例では推定のRNAseH切断
部位を含有する配列を主要ブレイクポイントt(14;1
8)転座のためのプロモータープライマーの上流に挿入
し、標的に対する1つの不適合を含有させてプライマー
領域内に切断部位を生成させた。これも増幅効率に正の
影響を及ぼした。これは増幅効率の上昇に、プロモータ
ープライマーへのRNAseH切断部位の挿入を利用すること
ができることを示すものである。おそらく、RNAseH切断
部位の挿入がRNA鎖の移動を助け、プロモーター領域の
複製効率を増大し、その結果、能率的な自己触媒が達成
される。
切断部位の除去は、切断部位の除去が元の標的に不適合
を導入するとしても、増幅効率を増大した。付加的なRN
AseH切断部位を含有させるためのプロモーター含有プラ
イマーの設計もまた、それが切断部位の導入が元の標的
に不適合を導入するとしても、増幅を増大した。推定の
RNAseH切断部位の数、分布、および位置が、一部では、
特定のプライマーの有用性を決定する。
イマー間への配列の挿入による増幅の増大は増幅法にお
ける自明の改善ではない。
し、次いでRNAseH分解が2本鎖からのRNA切片の切断ま
たは除去を起こす場所を決定する。AMV逆転写酵素およ
びMMLV逆転写酵素中に存在するRNAseH、大腸菌RNAseHま
たはこれらの組み合わせによる、標的配列のRNAse分解
の効果を決定するために実験を行うことができる。
るRNAseHによって実質上分解されないRNAセクションと
ハイブリダイズするようにプライマーを選択することが
好ましい。実質的な分解があるとプライマー領域内での
RNA鎖の切断によってDNA合成が停止または阻害されプラ
イマーの伸長が阻止される。このように、RNA標的の配
列とハイブリダイズするプライマーであって、RNAがRNA
seHに供されたとき、プライマー伸長生成物の形成を阻
止する実質的な分解がないような位置にあるプライマー
を選択することが望ましい。
ろうDNA部分にハイブリダイズしたRNA鎖部分を除去する
に十分なRNA鎖の分解が起きるように、プロモーター−
プライマーのハイブリダイゼーション部位を選択する。
通常は、RNAseH分解によってRNA:DNA2本鎖のRNAの幾つ
かの部分だけが除去され、RNA鎖の実質的な部分は2本
鎖に残存する。2本鎖DNAプロモーターを含有するRNA:D
NA2本鎖1つが得られる。
Claims (34)
- 【請求項1】RNA標的配列の多数のコピーを合成する方
法であって、 (a)オリゴヌクレオチド/標的配列ハイブリッドが作
られ、DNA合成が開始し得る条件下で、該標的配列を含
有するRNAを、該標的配列の3'末端部分に対してこれと
ハイブリダイズするに十分相補的なハイブリダイズ配列
を有し、所望により該ハイブリダイズ配列の5'側にRNA
ポリメラーゼのためのプロモーター配列を含む配列を有
していてもよい第一オリゴヌクレオチドプライマーで処
理し、 (b)該標的を鋳型とし、逆転写酵素を用いる伸長反応
において該プライマーを伸長させて該RNA標的と相補的
なDNAプライマー伸長産物を得、 (c)RNアーゼH活性を有する酵素を用いて工程(b)
で形成されたRNA−DNA二本鎖のRNA鎖を選択的に分解
し、 (d)オリゴヌクレオチド/標的配列ハイブリッドが作
られ、DNA合成が開始し得る条件下で、該DNAプライマー
伸長産物を、該標的配列の3'末端部分に対してこれとハ
イブリダイズするに十分相補的なハイブリダイズ配列を
有する第二オリゴヌクレオチドプライマーまたはスプラ
イスの鋳型で処理し(ただし、第一オリゴヌクレオチド
がプロモーター配列を持たない場合は、第二オリゴヌク
レオチドはハイブリダイズ配列の5'側にRNAポリメラー
ゼのためのプロモーター配列を含む配列を有するスプラ
イスの鋳型である)、 (e)DNA伸長反応において該第二オリゴヌクレオチ
ド、該第一プライマー伸長産物、または該第二オリゴヌ
クレオチドと第一プライマー伸長産物両方の3'末端を伸
長させて二本鎖プロモーター領域と結合したRNAポリメ
ラーゼのための鋳型を得、 (f)工程(e)で形成された二本鎖プロモーター領域
と結合した鋳型、および該鋳型と結合したプロモーター
配列を認識するRNAポリメラーゼを用いて標的配列の多
数のRNAコピーを生産する工程を含み、 実質的に一定の温度、イオン強度、およびpHの条件下で
実施され、工程(b)において使用する逆転写酵素がRN
アーゼH活性を有する逆転写酵素であり、該逆転写酵素
は単独で工程(c)のためのRNアーゼH活性を与えるこ
とを特徴とする方法。 - 【請求項2】使用する逆転写酵素がトリ骨髄芽球細胞症
ウイルスの逆転写酵素(AMV逆転写酵素)である請求項
1に記載の方法。 - 【請求項3】使用する逆転写酵素がモロニーネジミ白血
病ウイルスの逆転写酵素(MMLV逆転写酵素)である請求
項1に記載の方法。 - 【請求項4】第一オリゴヌクレオチドがRNAポリメラー
ゼのためのプロモーター配列を含むプライマーであり、 (a)オリゴヌクレオチド/標的配列ハイブリッドが作
られ、DNA合成が開始し得る条件下で該RNAを該第一オリ
ゴヌクレオチドで処理し、 (b)該標的を鋳型とし、該逆転写酵素を用いる伸長反
応において第一プライマーを伸長させることにより該RN
A標的と相補的な第一DNAプライマー伸長産物を得、 (c)単独で所望のRNアーゼ活性を生じる該逆転写酵素
を用いて工程(b)において形成されたRNA−DNA二本鎖
のRNA鎖を選択的に分解し、 (d)該第一DNAプライマー伸長産物を、オリゴヌクレ
オチド/標的配列ハイブリッドが作られ、DNA合成が開
始し得る条件下で、標的配列の3'末端部分に対してこれ
とハイブリダイズするに十分相補的なハイブリダイズ配
列を有する第二プライマーである該第二オリゴヌクレオ
チドで処理し、 (e)DNA伸長反応において第二プライマーの3'−末端
を伸長させて第二DNAプライマー伸長産物を得ることに
より、二本鎖プロモーター領域と結合したRNAポリメラ
ーゼのための鋳型を生成し、 (f)工程(e)において形成される二本鎖プロモータ
ー領域と結合した鋳型、および該鋳型と結合したプロモ
ーター配列を認識するRNAポリメラーゼを用いて標的配
列の多数のRNAコピーを生成することを含む請求項1に
記載の方法。 - 【請求項5】第二プライマーも、第一オリゴヌクレオチ
ドのプロモーター配列と異なるかまたは同一である、RN
Aポリメラーゼのためのプロモーター配列をハイブリダ
イズ配列の5'側に含む配列を有するものである請求項4
に記載の方法。 - 【請求項6】(g)オリゴヌクレオチド/標的配列ハイ
ブリッドが作られ、DNA合成が開始し得る条件下で、工
程(f)のRNAコピーを該第二プライマーで処理し、 (h)DNA伸長反応において第二プライマーの3'−末端
を伸長させて該RNAコピーと相補的な第二DNAプライマー
伸長産物を得、 (i)単独で所望のRNアーゼH活性をもたらす逆転写酵
素を用いて工程(h)で形成されたRNA−DNA二本鎖のRN
A鎖を選択的に分解し、 (j)オリゴヌクレオチド/標的配列ハイブリッドが作
られ、DNA合成が開始し得る条件下で、第二DNAプライマ
ー伸長産物を第一プライマーで処理し、 (k)DNA伸長反応物において第一プライマーの3'末端
を伸長させて第一DNAプライマー伸長産物および第二DNA
プライマー伸長産物の3'−末端を得ることにより、二本
鎖プロモーター領域と結合したRNAポリメラーゼのため
の鋳型を得、 (l)工程(k)において形成された二本鎖プロモータ
ー領域および該鋳型と結合したプロモーター配列を認識
するRNAポリメラーゼを用いて標的配列の多数のRNAコピ
ーを生成することを含む請求項4に記載の方法。 - 【請求項7】(g)ハイブリダイズする条件下で、工程
(f)のRNAコピーを該第一および第二プライマーで処
理し、 (h)該RNAコピーを鋳型に用い、DNA伸長反応において
該プライマーを伸長させてDNAプライマー伸長産物を
得、 (i)単独で所望のRNアーゼH活性をもたらす逆転写酵
素を用いて工程(h)で形成されるRNA−DNA二本鎖のRN
A鎖を選択的に分解し、 (j)ハイブリダイズする条件下で、該DNAプライマー
伸長産物を該プライマーで処理し、 (k)DNA伸長反応において該プライマーを伸長させて
相補性プライマー伸長産物を得ることにより、二本鎖プ
ロモーター領域と結合したRNAポリメラーゼのための鋳
型を得、 (l)工程(k)において形成された二本鎖プロモータ
ー領域と結合した鋳型、およびRNAポリメラーゼまたは
該鋳型と結合したプロモーター配列を認識するRNAポリ
メラーゼを用いて、標的配列の多数のRNAコピーを生成
させることを含む請求項5に記載の方法。 - 【請求項8】(m)工程(1)のRNAコピーを用い、工
程(g)〜(l)を反復することにより標的配列の多数
のコピーを自触的に合成することを含む請求項6に記載
の方法。 - 【請求項9】(a)オリゴヌクレオチド/標的配列ハイ
ブリッドが作られ、DNA合成が開始し得る条件下で、該R
NAを、標的配列の3'末端部分に対してこれとハイブリダ
イズするに十分相補的なハイブリダイズ配列を有する該
第一オリゴヌクレオチドプライマーで処理し、 (b)該標的を鋳型とし、逆転写酵素を用いる伸長反応
において第一プライマーの3'末端を伸長させて該RNA標
的と相補的なDNAプライマー伸長産物を得、 (c)単独で所望のRNアーゼH活性をもたらす逆転写酵
素を用いて工程(b)で形成されるRNA−DNA二本鎖のRN
A鎖を選択的に分解し、 (d)オリゴヌクレオチド/標的配列ハイブリッドが作
られ、DNA合成が開始し得る条件下で、該DNAプライマー
伸長産物を、第一プライマー伸長産物の3'末端部分に対
してこれとハイブリダイズするに十分相補的なハイブリ
ダイズ配列を有し、該ハイブリダイズ配列の5'側にRNA
ポリメラーゼのためのプロモーター配列を含む配列を有
する第二オリゴヌクレオチドで処理し、 (e)第一プライマー伸長産物の3'末端を伸長させ、ス
プライスの鋳型のプロモーター配列と相補的な配列を加
えることにより二本鎖プロモーター領域と結合したRNA
ポリメラーゼの鋳型を生成させ、 (f)工程(e)で形成された二本鎖プロモーター領域
と結合した鋳型、および該鋳型と結合したプロモータ配
列を認識するRNAポリメラーゼを用いて、標的配列の多
数のRNAコピーを生成させることを含む、第二オリゴヌ
クレオチドがスプライスの鋳型である請求項1に記載の
方法。 - 【請求項10】(g)工程(f)のRNAコピーを用い、
工程(a)〜(f)を反復して標的配列の多数のコピー
を自触的に合成することを含む請求項9に記載の方法。 - 【請求項11】第二オリゴヌクレオチドスプライス鋳型
の3'末端がブロックされている請求項10に記載の方法。 - 【請求項12】工程(e)において、第二オリゴヌクレ
オチドスプライス鋳型が第二プライマーとして作用し、
該スプライスの鋳型の3'−末端がDNA伸長反応において
伸長され、第一プライマー伸長産物と相補的な第二プラ
イマー伸長産物が得られる請求項10に記載の方法。 - 【請求項13】第一オリゴヌクレオチドプライマーがRN
Aポリメラーゼのためのプロモーター配列を含む配列を
ハイブリダイズ配列の5'側に含んでおり、該プロモータ
ー配列が第二オリゴヌクレオチドスプライス鋳型のプロ
モーター配列と同一または異なるものである請求項10に
記載の方法。 - 【請求項14】第一オリゴヌクレオチドプライマーおよ
び第二オリゴヌクレオチドスプライス鋳型が、スプライ
スの鋳型配列がプライマー配列の5'側にある単一のオリ
ゴヌクレオチドを構成している請求項10に記載の方法。 - 【請求項15】工程(a)のRNA標的配列と相補的な、
規定された3'−末端を有するDNA標的配列を含む一本鎖D
NAを用いて出発する予備操作によって工程(a)のRNA
が生成され、該予備操作が、 (i)該一本鎖DNAを、オリゴヌクレオチド/標的配列
ハイブリッドが作られ、DNA合成が開始し得る条件下
で、該DNA標的配列の3'−末端部分に対してこれとハイ
ブリダイズするに十分相補的なハイブリダイズ配列、お
よびRNAポリメラーゼのためのプロモーター配列を含む
配列をハイブリダイズ配列の5'側に有する第二オリゴヌ
クレオチドスプライス鋳型で処理し、 (ii)該DNA標的配列の3'−末端を伸長させ、スプライ
スの鋳型のプロモーター配列と相補的な配列を加えるこ
とにより、二本鎖プロモーター領域と結合したRNAポリ
メラーゼのための鋳型を得、 (iii)工程(ii)において形成された二本鎖プロモー
ター領域と結合した鋳型、および該鋳型と結合したプロ
モーター配列を認識するRNAポリメラーゼを用いて標的
配列の多数のRNAコピーを生成させることを含む請求項
9〜14のいずれかに記載の方法。 - 【請求項16】(a)該DNA、該第一および第二オリゴ
ヌクレオチド、(i)DNA指向性DNAポリメラーゼ活性、
(ii)RNA指向性DNAポリメラーゼ活性、および(iii)R
NアーゼH活性を有する逆転写酵素および該プロモータ
ーを認識するRNAポリメラーゼを混合し、 (b)該標的配列の多数のコピーを生成させるための実
質的に一定の温度、イオン強度、およびpHを含むDNAプ
ライミングおよび核酸合成条件下で、上で得られた混合
物をインキュベーションする操作工程によって行われる
ものである請求項15に記載の方法。 - 【請求項17】(i)オリゴヌクレオチド/標的配列ハ
イブリッドが作られ、DNA合成が開始し得る条件下で、
該DNAを、該標的配列の3'−末端部分に対してこれとハ
イブリダイズするに十分相補的なハイブリダイズ配列お
よびRNAポリメラーゼのためのプロモーター配列を含む
配列を有する第二オリゴヌクレオチドで処理し、 (ii)該標的を鋳型に用いるDNA伸長反応において該第
二オリゴヌクレオチドの3'末端を伸長させることにより
DNA標的配列と相補的な第一DNAプライマー伸長産物を
得、 (iii)工程(ii)において形成されるプライマー伸長
産物を標的から分離し、 (iv)オリゴヌクレオチド/標的配列ハイブリッドが作
られ、DNA合成が開始し得る条件下で、分離したプライ
マー伸長産物を、標的配列の3'末端部分に対してこれと
ハイブリダイズするに十分相補的なハイブリダイズ配列
を有する第一オリゴヌクレオチドプライマーで処理し、 (v)DNA伸長反応において第一オリゴヌクレオチドプ
ライマーの3'末端を伸長させて第二DNAプライマー伸長
産物を得ることにより、二本鎖プロモーター領域と結合
したRNAポリメラーゼのための鋳型を得、 (vi)工程(v)において形成された二本鎖プロモータ
ー領域と結合した鋳型および該鋳型と結合したプロモー
ター配列を認識するRNAポリメラーゼを用いて標的配列
の多数のRNAコピーを生成させることを含む予備操作に
より、RNA標的配列と相補的なDNA標的配列を含む一本鎖
DNAから工程(a)のRNAを生成させるものである請求項
9,10,12および13のいずれかに記載の方法。 - 【請求項18】第一オリゴヌクレオチドプライマーが、
RNAポリメラーゼのためのプロモーター配列を含む配列
をハイブリダイズ配列の5'側に含んでおり、該プロモー
ター配列が第二オリゴヌクレオチドスプライス鋳型のプ
ロモーターと同一または異なるものである請求項17に記
載の方法。 - 【請求項19】(i)オリゴヌクレオチド/標的配列ハ
イブリッドが作られ、DNA合成が開始し得る条件下で、
該DNAを、標的配列の3'−末端部分に対してこれとハイ
ブリダイズするに十分相補的なハイブリダイズ配列を有
する第一オリゴヌクレオチドプライマーで処理し、 (ii)該標的を鋳型に用いる伸長反応において該プライ
マーの3'末端を伸長させることにより該標的と相補的な
DNAプライマー伸長産物を得、 (iii)工程(ii)において形成されるプライマー伸長
産物を標的から分離し、 (iv)オリゴヌクレオチド/標的配列ハイブリッドが作
られ、DNA合成が開始し得る条件下で、分離したプライ
マー伸長産物を、標的配列の3'末端部分に対してこれと
ハイブリダイズするに十分相補的なハイブリダイズ配
列、および該ハイブリダイズ配列の5'側にRNAポリメラ
ーゼのためのプロモーター配列を含む配列を有する、ス
プライスの鋳型である第二オリゴヌクレオチドで処理
し、 (v)プライマー伸長産物の3'末端を伸長させ、それに
スプライスの鋳型のプロモーター配列と相補的な配列を
加えることにより、二本鎖プロモーター領域と結合した
RNAポリメラーゼの鋳型を得、 (vi)工程(v)において形成される二本鎖プロモータ
ー領域と結合した鋳型、および該鋳型と結合したプロモ
ーター配列を認識するRNAポリメラーゼを用いて標的配
列の多数のRNAコピーを生産する工程を含む予備操作に
より、該RNA標的配列と対応するDNA標的配列を含む一本
鎖DNAから工程(a)のRNAを生成させる請求項9〜14の
いずれかに記載の方法。 - 【請求項20】(a)該一本鎖DNA、該第一および第二
オリゴヌクレオチド、および逆転写酵素を混合し、 (b)標的配列と相補的な第一DNAプライマー伸長産物
が標的配列を鋳型に用いて合成される、DNAプライミン
グおよび合成条件下で、工程(a)の混合物をインキュ
ベーションし、 (c)工程(b)の反応混合物を加熱してDNA二本鎖のD
NA鎖を分離し、 (d)非酵素変性条件下で、工程(c)の反応混合物
に、RNAポリメラーゼまたはプロモーター配列を認識す
るRNAポリメラーゼ、および逆転写酵素の第二の量を加
え、 (e)標的配列の多数のコピーを生産するための、実質
的に一定の温度、イオン強度およびpHを含むDNAプライ
ミングおよび核酸合成条件下で工程(d)の混合物をイ
ンキュベーションする操作工程によって行われるもので
ある請求項17に記載の方法。 - 【請求項21】(a)該一本鎖DNA、該第一および第二
オリゴヌクレオチド、および逆転写酵素を混合し、 (b)標的配列と相補的な第一DNAプライマー伸長産物
が標的配列を鋳型に用いて合成される、DNAプライミン
グおよび合成条件下で、工程(a)の混合物をインキュ
ベーションし、 (c)工程(b)の反応混合物を加熱してDNA二本鎖のD
NA鎖を分離し、 (d)非酵素変性条件下で、工程(c)の反応混合物
に、RNAポリメラーゼまたはプロモーター配列を認識す
るRNAポリメラーゼ、および逆転写酵素の第二の量を加
え、 (e)標的配列の多数のコピーを生産するための、実質
的に一定の温度、イオン強度およびpHを含むDNAプライ
ミングおよび核酸合成条件下で工程(d)の混合物をイ
ンキュベーションする操作工程によって行われるもので
ある請求項19に記載の方法。 - 【請求項22】実質的に一定の温度、イオン強度および
pHの増幅条件下で、 (a)RNA標的配列を含むRNA、 (b)標的配列の3'末端部分に対してこれとハイブリダ
イズするに十分相補的なハイブリダイズ配列を有し、所
望により、該ハイブリダイズ配列の5'側にRNAポリメラ
ーゼのプロモーター配列を含む配列を有する第一オリゴ
ヌクレオチドプライマー、 (c)第二オリゴヌクレオチドプライマー、または相補
性標的配列の3'末端部分に対してこれとハイブリダイズ
するに十分相補的なハイブリダイズ配列を有するスプラ
イスの鋳型(ただし、第一オリゴヌクレオチドがプロモ
ーター配列を持たない場合は、第二オリゴヌクレオチド
は該ハイブリダイズ配列の5'側に該プロモーター配列を
含む配列を有するスプライスの鋳型である)、 (d)(i)DNA指向性DNAポリメラーゼ活性、(ii)RN
A指向性DNAポリメラーゼ活性および(iii)RNアーゼH
活性を有する逆転写酵素、 (e)該プロモーターを認識するRNAポリメラーゼ、 (f)デオキシヌクレオシド3リン酸基質、およびリボ
ヌクレオシド3リン酸基質を含む混合物(ただし、該混
合物は該逆転写酵素によりもたらされる以外のRNアーゼ
活性を有する酵素を含まない)をインキュベーションす
る工程を含むRNA標的配列の多数のコピーの合成方法。 - 【請求項23】(a)RNA:DNAプライマーハイブリッド
の形成、およびRNアーゼH活性への曝露後も依然として
DNAプライマー伸長産物を形成させることができる該プ
ライマーの能力を最大にするように、該RNA標的配列お
よび第一オリゴヌクレオチドプライマーを選択し、 (b)工程(d)のDNAプライマー伸長産物の3'部分と
第二オリゴヌクレオチドプライマーを、RNA:DNAプライ
マー伸長産物二本鎖に存在するRNA標的配列の5'末端部
分から、RNAを選択的に消化するためのRNアーゼH活性
の能力を最大にするように選択し、該第二オリゴヌクレ
オチドプライマーとDNAプライマー伸長産物とのハイブ
リダイゼーションを促進する、請求項1に記載の方法。 - 【請求項24】RNA標的配列の多数のコピーを合成する
ための改良された方法であって、(a)DNA合成が開始
し得る条件下で、該RNA標的配列を含む核酸を、該RNA標
的配列の3'末端部分とハイブリダイズするプライマーを
含む第一オリゴヌクレオチドと接触させ(ここで、RNA
標的配列の3'末端部分および第一オリゴヌクレオチドの
プライマー配列は、RNA:DNAプライマーハイブリッドの
形成およびRNアーゼH活性に曝露後も依然としてRNAプ
ライマー伸長産物を形成することができる該プライマー
の能力を最大にするように選ばれる)、 (b)該RNA標的配列を鋳型に用いる伸長反応において
該プライマーの3'末端を伸長することにより該RNA標的
配列と相補的なDNAプライマー伸長産物を得、 (c)該RNA標的配列の5'末端部分をRNアーゼH活性で
選択的に消化し、 (d)DNA合成が開始し得る条件下で、該DNAプライマー
伸長産物を、プロモーター配列を含み、該DNAプライマ
ー伸長産物の3'末端部分とハイブリダイズするヌクレオ
チド配列を有する第二オリゴヌクレオチドと接触させ
(ここで、該DNAプライマー伸長産物の3'末端部分の配
列、および第二オリゴヌクレオチドのヌクレオチド配列
は、RNA:DNAプライマー伸長二本鎖中に存在するRNA標的
配列5'末端部分から、RNAを選択的に消化するRNアーゼ
H活性の能力を最大にすることにより、該第二オリゴヌ
クレオチドのハイブリダイゼーションを促進するように
選ばれる)、 (e)DNA伸長反応において該DNAプライマー伸長産物の
3'末端を伸長させることによりプロモーター配列を認識
するRNAポリメラーゼの鋳型を得、 (f)工程(e)の鋳型を用い、該RNAポリメラーゼを
用いて標的配列の多数のRNAコピーを合成することを含
む方法。 - 【請求項25】RNアーゼH活性が逆転写酵素によって提
供されるものである請求項23または24に記載の方法。 - 【請求項26】熱循環工程を欠く、転写介在増幅法を用
いて標的核酸配列を自触的に増幅させる請求項1に記載
の方法に使用するキットであって、 逆転写酵素、 該標的核酸配列の3'末端部分とハイブリダイズし、伸長
させることにより相補性標的核酸配列を含むプライマー
伸長産物を生成するプライマー、ならびに 該相補性標的核酸配列の3'末端部分とハイブリダイズす
る3'領域、およびRNAポリメラーゼによって認識され
る、該3'領域の5'側に位置するプロモーター配列を含む
オリゴヌクレオチドを含み、該逆転写酵素、該プライマ
ー、該オリゴヌクレオチド、および該RNAポリメラーゼ
を用いて転写に基づく増幅を行う指示を与え、熱循環工
程なしに該標的核酸を自触的に増幅し、該逆転写酵素に
よってもたらされる以外のRNアーゼH活性を含まないキ
ット。 - 【請求項27】RNAポリメラーゼを含む請求項26に記載
のキット。 - 【請求項28】rATP、rCTP、rGTP、rUTP、dATP、dGTP、
dCTPおよびdTTPを含む請求項27に記載のキット。 - 【請求項29】オリゴヌクレオチドが、プライマーによ
る伸長を阻止するようにその3'末端でブロックされてい
る請求項27に記載のキット。 - 【請求項30】該標的核酸配列とハイブリダイズする核
酸プローブを含む請求項27に記載のキット。 - 【請求項31】第一核酸領域が第二核酸領域の3'側に位
置し、その3'末端からのDNAポリメラーゼによるプライ
マー伸長が阻害されるようにその3'末端でブロックされ
ており、該第二領域がRNAポリメラーゼによって認識さ
れるプロモーター配列を含むものである、請求項11の方
法で使用される該第一および第二核酸領域を含むブロッ
クされたオリゴヌクレオチド。 - 【請求項32】請求項11の方法に従って標的核酸配列を
増幅するためのキットであって、 該標的配列の3'末端部分とハイブリダイズさせ、伸長さ
せることにより、相補性標的配列を含むプライマー伸長
産物を生成することができるプライマー、および 第一核酸領域が第二核酸領域の3'側に位置し、相補性標
的配列の3'末端部分とハイブリダイズすることができる
ヌクレオチド配列を含み、その3'末端からのDNAポリメ
ラーゼによるプライマー伸長が阻害されるようにその3'
末端でブロックされており、該第二領域がRNAポリメラ
ーゼによって認識されるプロモーター配列を含むもので
ある、該第一領域および該第二領域を含むブロックされ
たスプライスの鋳型を含むキット。 - 【請求項33】該RNAポリメラーゼを含む請求項32に記
載のキット。 - 【請求項34】逆転写酵素を含む請求項33に記載のキッ
ト。
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