JP3360977B2 - 核酸の高感度検出方法 - Google Patents
核酸の高感度検出方法Info
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Description
的核酸とハイブリダイズさせ、プローブ核酸のハイブリ
ダイズした部分を消化し、次いで、切断生成物を検出す
ることによる核酸の高感度検出方法に関する。
特異性のために、分子分析において一般的な手段となっ
た。プローブ分子を検出するために、慣用の検出方法の
しばしば不充分な感度を増加させることを目的として、
多くの様々な増幅方法が研究された。この目的のために
使用された方法は、標的配列そのものの増幅または標的
配列特異的シグナル増幅に基づいていた。このような標
的配列増幅の例として、標的核酸の二本の鎖をin vitro
複製反応で増幅するというEP−A−0 200362
に開示されているポリメラーゼ連鎖反応が挙げられる。
該反応温度は、二本鎖標的核酸を変性させ、開始分子と
ハイブリダイズさせ、DNA合成をさせ、次いで、これ
らの工程を繰り返すことができるように、サイクルにお
いて変えられる。
ro転写によっても行われた。かかる反応の例は、WO
88/10315に開示されている。この増幅におい
て、一方がプロモーター配列を含有する2つのプライマ
ーが使用される。これらのプライマーは、増幅されるべ
き配列の異なる鎖と相補的である。EP−A−0 32
9 822には、中間生成物である二本鎖核酸生成物を
転写させて、リボ核酸を生成し、該リボ核酸をそれらの
ハイブリッド形で消化して、新しく合成されたDNAを
プロモーター含有プライマー分子とハイブリダイズさせ
るというこの方法の改良が開示されている。最初に形成
された転写物を消化することにより、このようにして形
成されたRNA分子の各々からもう1つの二本鎖プロモ
ーター含有核酸を形成することができる。次いで、これ
らの核酸は、別の転写開始のために使用することができ
る。
ナル増幅は、標的核酸を増幅させないが、それらの特異
的同定に使用される。これを行うために、シグナルは、
標的配列の存在に依存して増幅される。この種の方法
は、WO 89/09284およびWO 89/1041
5に開示されている。このサイクリングプローブ反応
(CPR)は、標的DNA分子とハイブリダイズされる
標識されたキメラDNA−RNA−DNAプローブ分子
を使用する。このハイブリダイゼーションの結果は、R
NAse Hに対する基質として供されるRNA−DN
Aハイブリッドである。この酵素は、RNA−DNAハ
イブリッドのRNA部分を特異的に消化するので、プロ
ーブ分子は、切断され、得られたフラグメントは、低融
点のために標的配列から分離する。次いで、標的分子
は、もう1つのプローブ分子とハイブリダイズすること
ができ、該サイクルは、繰り返される。プローブ分子の
フラグメントは、それに付着する標的を介して検出され
る。
プローブ分子とハイブリダイズされ、プローブ分子の消
化を使用して標的核酸を測定する方法の感度を増加させ
ることを目的とするものである。
を、該標的核酸とハイブリダイズすることができる部分
B1および好ましくは該標的核酸とハイブリダイズしな
い核酸特異的部分B2を含有するプローブ核酸Bとハイ
ブリダイズさせ、該プローブ核酸Bを部分B1中で切断
し、標的核酸とハイブリダイズしない部分B2を含有す
るプローブ核酸の切断生成物B'を、部分B2おいて切
断生成物とハイブリダイズすることができる部分C2お
よびプローブ核酸の部分B1とハイブリダイズしない部
分C1を含有するマトリックス核酸Cとハイブリダイズ
させ、次いで、切断生成物B'およびマトリックス核酸
Cのハイブリッドを測定することを特徴とする標的核酸
Aの高感度検出方法、およびこの方法を実施するための
試薬キットを提供するものである。
に適する。この標的核酸は、例えば、ウイルス性、細菌
性または細胞性の核酸などのいずれの望まれる起源のも
のであってもよい。それらは、溶液、懸濁液中に存在す
ることができるが、固体支持体に固定されているか、細
胞含有培地、細胞学的塗抹標本、固定細胞、組織切片ま
たは固定微生物中に存在してもよい。好ましくは、該核
酸は、溶液中に存在する。
薬を用いて標的核酸を利用可能にすることである。これ
は、pH(塩基性)の変化、加熱、極度の温度変化(冷
凍/解凍)を繰り返すこと、生理学的増殖条件(浸透
圧)を変化させること、核酸を放出させるための単独ま
たは混合した界面活性剤、カオトロピック塩または酵素
(例えば、プロテアーゼ、リパーゼ)の影響を含む。本
発明方法は、非常に高感度かつ選択的であるので、例え
ばタンパク、細胞、細胞フラグメントなどの他の物質の
存在下で、また、非標的核酸の存在下でも、少量の核酸
を検出することも可能である。
酸またはデオキシリボ核酸が挙げられる。核酸は、例え
ば前処理工程において、修飾されてもよい。かかる処理
工程としては、例えば制限酵素による、核酸の消化が挙
げられる。特に好ましい標的核酸は、デオキシリボ核酸
(DNA)である。
ン、特に、標的配列特異的シグナル増幅に基づく試験の
特別な具体例である。ハイブリダイゼーションに基づく
試験の原理は、核酸診断用薬の分野における専門家に知
られている。実験の詳細は、以下に説明しない限り、
「ニュークリイック・アシッド・ハイブリダイゼーショ
ン」(Nucleic acid hybridization)ビー・ディ・ヘ
イムズ(B.D.Hames)およびエス・ジェイ・ヒギンズ
(S.J.Higgins)編、アイアールエル・プレス(IR
L Press)、1986、例えば、第1章(ハイブリダ
イゼーション・ストラテジー(Hybridization Strate
gy))、第3章(クォンティテイティブ・アナリシス・
オブ・ソリューション・ハイブリダイゼーション(Qua
ntitative Analysis of Solution Hybridizatio
n))および第4章(クォンティテイティブ・フィルタ
ー・ハイブリダイゼーション(Quantitative Filter
Hybridization))、カレント・プロトコールズ・イン
・モレキュラー・バイオロジー(Current Protocols
in Molecular Biology)、エフ・エム・オーズベル
(F.M.Ausubel)ら編、ジェイ・ウィリィ・アンド・
サン(J.Wiley and Son)、1987、およびモレキ
ュラー・クローニング(Molecular Cloning)、ジェ
イ・サンブルーク(J.Sambrook)ら、CSH、198
9の全内容を参照する。他の公知の方法としては、EP
−A−0 324 474に開示されているような標識ヌ
クレオシド三リン酸の調製、修飾および非修飾オリゴヌ
クレオチドの化学合成、核酸の制限酵素による切断、ハ
イブリダイズされるべき核酸間の相補性の程度に依存す
る特異性を達成するためのGC含量および長さについて
のハイブリダイゼーション条件の選択、ならびに、ポリ
メラーゼの助けおよび所望によりいわゆるプライマーの
使用によるヌクレオシド三リン酸からの核酸の合成が挙
げられる。
接的に検出可能な基Lが挙げられる。直接的に検出可能
な基としては、例えば、放射性(32P)の、着色され
た、または蛍光性の基または金属原子が挙げられる。間
接的に検出可能な基としては、例えば、抗体、抗原、ハ
プテンまたは酵素などの免疫学的または酵素学的に活性
な化合物、または、酵素学的に活性な部分酵素が挙げら
れる。これらは、次の反応または反応シーケンスで検出
される。特に好ましいものは、ハプテンである。ハプテ
ンがヌクレオシド三リン酸上で標識として使用される場
合、それらは、一般に、ポリメラーゼの基質として、お
よび、ハプテンまたはハプテン化ヌクレオシドに対する
標識抗体との次反応について、特に好適である。かかる
ヌクレオシド三リン酸としては、例えば、ブロミウムヌ
クレオシド三リン酸またはジゴキシゲニン−、ジゴキシ
ン−、ビオチン−またはフルオレセイン−結合ヌクレオ
シド三リン酸が挙げられる。EP−A−0 324 47
4に記載されているステロイドおよびそれらの検出が特
に好適である。核酸の取込みについてのさらなる詳細に
ついては、EP−A−0 324 474を参照のこと。
は、リボ(rNTP)またはデオキシリボヌクレオシド
三リン酸(dNTP)である。
互いに結合している2つの部分B1およびB2を含有す
るものである。部分B1は、標的核酸または少なくとも
その一部とハイブリダイズすることができるという点が
特徴付けられる。この部分は、これを達成するのに充分
に相補的である。さらにまた、部分B1は、標的核酸と
ハイブリダイズした形で存在する場合、切断しなければ
ならない。これに関係して、該切断は、部分B1の、も
はやお互いに結合していない2つ以上の部分への分離で
あると解されるが、一方、標的核酸は、切断されない。
したがって、部分B1は、リボヌクレオチドまたは非塩
基性(abasic)配列を含有する。好ましくは、部分B1
は、慣用手段でお互いに結合している2つ以上のモノリ
ボヌクレオチド単位を含有するが、一方、それに相補的
である標的核酸の当該部分は、デオキシリボ核酸であ
る。この場合、プローブ核酸Bの部分B1における切断
は、形成されたハイブリッドをRNAseと接触させる
ことで行うことができる。非塩基性配列が存在する場
合、消化は、APエンドヌクレアーゼによって行うこと
ができる。
も一部は、消化される。この結果、標的核酸とハイブリ
ダイズしない核酸選択的部分B2、および、可能であれ
ば、標的核酸と初期にハイブリダイズされた部分B1の
一部を含有する切断生成物B'が生じる。
ゼーションのための条件は、好ましくは、プローブ核酸
を標的核酸と特異的ハイブリダイズさせるように選択さ
れるが、プローブ核酸の、試料中の検出されるべきでは
ない別の核酸との非特異的ハイブリダイゼーションは、
防止される。切断生成物B'を含むプローブ核酸の切断
により生じたフラグメントは、オリジナルプローブ核酸
よりも短く、もはや、選択された条件下で標的核酸と安
定なハイブリッドを形成することができない。故に、そ
れらは、選択された条件下で標的核酸Aを放出する。
B2だけまたは部分B1の残存物も含有する種々のフラ
グメントB'が生じることがある。これは、適用された
条件に依存する。
下で特異的ハイブリダイゼーションにより生じる、標的
核酸とは別の配列とハイブリダイズすることができる配
列であると解される、すなわち、当該方法に関する反応
混合物中に存在する別の核酸とのハイブリダイゼーショ
ンはない。典型的な核酸特異的部分は、プローブ核酸の
部分B2およびマトリックス核酸の部分C2である。
核酸の核酸特異的部分B2は、部分B1の標的配列特異
的消化に適用する条件下では消化されないという条件を
満足しなければならない。さらにまた、それは、以下に
説明するマトリックスオリゴヌクレオチドとハイブリダ
イズできなければならない。部分B2の配列は、主とし
て、所望により選択される。考慮しなければならないこ
とは、切断生成物B'のマトリックスオリゴヌクレオチ
ドとのハイブリダイゼーションが標的核酸との相補性を
有する場合、より困難になるということである。これ
は、最適な場合と比較して、感度を減少させる。さらに
また、プローブ分子が部分二本鎖を形成しようとするこ
とは回避されるべきである。B2は、リボ核酸、デオキ
シリボ核酸または修飾核酸であってもよい。ハイブリダ
イズ可能な部分B1がリボ核酸を含有し、切断がRNA
seによって行われる場合、部分B2は、好ましくは、
好ましい方法でこれらの条件下で切断することができる
リボ核酸ではなく、デオキシリボ核酸である。しかしな
がら、B2は、もはやRNAseによって切断すること
ができないように修飾されているリボ核酸でもある。も
う1つのオプションは、核酸のハイブリダイゼーション
特性を示すが、もはやリン酸−糖鎖部分を有しない核酸
類似体の使用である。この目的に特に好適なものは、W
O 92/20702またはWO 86/05518に開
示されているPNA分子である。この部分が標的核酸と
ハイブリダイズしない条件は、特に、プローブ核酸の標
的核酸とのハイブリダイゼーションに適用する条件に関
連している。好ましい方法では、部分B2は、試料中の
検出されるべきではない核酸とハイブリダイズしないよ
うに選択される。しかしながら、部分B2は、マトリッ
クス核酸Cとハイブリダイズすることができる配列を含
有すべきである。標的核酸のプローブ核酸とのハイブリ
ダイゼーションおよびマトリックス核酸の切断生成物
B'とのハイブリダイゼーションのための条件は、所望
により選択することができる。
物B'、および、特に、その核酸特異的部分B2または
その一部、および所望により存在するB1の残存部とハ
イブリダイズすることができる部分C2を含有する。マ
トリックス核酸Cについて好適な分子は、この種のハイ
ブリダイゼーションを行わせしめる全てのもの、すなわ
ち、天然ヌクレオチド成分からなる核酸であるが、しか
しながら、天然ではない成分からなるかまたはかかる成
分を含有する核酸類似体も可能である。さらにまた、マ
トリックス核酸は、選択された条件下での消化に対して
安定であるべきである。プローブ核酸の切断がRNAs
eを用いて行われる場合、特に好ましいマトリックス核
酸は、デオキシリボ核酸である。マトリックス核酸は、
部分C2に加えて、部分B1またはプローブ核酸の部分
B1の存在する残存部とハイブリダイズすることができ
ない部分C1も有する。特に好ましい方法では、この部
分C1は、選択された条件下で、試料中の検出されるべ
きではない核酸または標的核酸自体と安定なハイブリッ
ドを形成しない。部分C1が部分C2から始まって5'
方向にあるのが好ましい。
2は、次反応でデオキシヌクレオチドの取込みを検出し
ようとする場合、切断生成物B'またはプローブ核酸の
5'末端がそれらのハイブリダイゼーション条件下でマ
トリックス核酸の3'末端を超えては伸長しないように
選択されるのが好ましい。これは、マトリックス核酸の
酵素的伸長を防止すきべである。同一の効果は、酵素的
伸長に対してその3'末端でマトリックス核酸を保護す
ることによって、例えば、非伸長性モノヌクレオチドを
使用することによって、達成することができる。
の切断生成物B'が、B'が切断の結果として生成された
末端でマトリックス核酸ともハイブリダイズするように
マトリックス核酸とハイブリダイズすることができ、マ
トリックス核酸の部分C1が、ハイブリダイズする場
合、切断の結果として生成された切断生成物B'の末端
を超えてもなお伸長するべきである。
ックス核酸Cからなるハイブリッドが測定される。この
測定は、非切断プローブ核酸Bおよびマトリックス核酸
Cからなる、形成される可能性のあるハイブリッドが検
出されないように行われる。
生成物B'はマトリックス核酸の助けにより伸長される
が、非切断プローブ核酸Bは伸長されないという事実に
基づいている。これは、プローブ核酸の部分B1とハイ
ブリダイズしないマトリックス核酸の前記構造と特性に
よるものであるが、切断生成物B'は、マトリックス核
酸とハイブリダイズする。切断生成物B'は、特に、切
断部位で(B'の3'末端で)Cとハイブリダイズする。
マトリックス核酸の末端は、切断生成物の末端を超えて
伸長するので、マトリックス核酸Cの対応する部分に対
して相補的である核酸は、伸長反応において付着され
る。かかる伸長反応のいくつかの変形法が存在する。1
つの変形法は、DNAポリメラーゼの助けによるモノヌ
クレオチドの付着である。好ましい場合、使用されるモ
ノヌクレオシド三リン酸は、例えば、EP−A−0 3
24 474に従って標識される。モノヌクレオシド三
リン酸が標識されない場合、伸長生成物の形成は、ゲル
電気泳動による分離を介して検出される。特定の具体例
では、2つの異なる標識を取り込むことも可能である。
この場合、1つの標識は、形成された伸長生成物の固定
化のために使用され、もう1つの標識は、検出のために
供される。これは、例えば、EP−A−0 437 77
4に開示されている条件下で可能である。
は、ポリメラーゼ連鎖反応においてプライマーとして供
される。切断されない場合、プローブ核酸Bは、プライ
マーとして作用することはできない。この場合、PCR
の鋳型は、マトリックス核酸である。2つの異なるプロ
ーブ核酸Bを使用する場合、すなわち、それらがお互い
に相補的である標的核酸の異なる領域にハイブリダイズ
する場合、両方のプライマーは、PCRにおいて生じる
ことができる。
能性は、リガーゼ反応である。この場合、ハイブリダイ
ズされた切断生成物B'とこのオリゴヌクレオチドとの
間にニックが残存するようにマトリックス核酸とハイブ
リダイズするオリゴヌクレオチドが添加される。次い
で、このニックは、リガーゼの助けにより閉じられる。
クス核酸の部分C1は、転写−または複製−開始配列を
含有する。C1は、好ましくは、プロモーター配列を含
有する。機能的完全プロモーターは、切断生成物B1の
マトリックス制御伸長の間に形成される。伸長が実際に
生じた場合にのみ生じることができる転写開始後、切断
生成物の発生を検出することができ、故に、標的核酸の
存在を検出することができる。これを達成するために、
プロモーター特異的RNAポリメラーゼ、例えば、T7
RNAポリメラーゼ、および、好ましくは一部分が標
識を有するリボヌクレオシド三リン酸を含む転写に必要
な全ての試薬が反応混合物に添加される。次いで、転写
物の存在は、標的核酸の検出のために使用することがで
きる。invitro転写に必要な試薬および条件は、例え
ば、EP−A−0 329 822に開示されている。第
1の具体例と比較すると、次に転写が行われる場合、感
度は、高い。
酵素の活性ができる限り最適であるように選択される
が、ハイブリダイゼーション条件は、同時に、充分な特
異性を考慮に入れるように選択される。非熱安定なRN
Aseを使用する場合、好都合な温度範囲は、30°〜
60°であり、好ましい温度は、42°である。熱安定
なRNAseを使用する場合、より高い温度も可能であ
る。伸長反応のために使用される温度は、伸長に使用さ
れる酵素にも依存する。熱安定な酵素、例えば、Taq
−DNAポリメラーゼの使用のためには、50°〜80
°が好ましく、特に好ましくは、60°〜70°であ
る。転写酵素を使用する場合、最適な温度は、酵素の活
性に依存し、例えば、T3、T7およびSP6ポリメラ
ーゼについては、25°〜45°、特に好ましくは、3
7°である。
せることにより、転換速度を増大させることもでき、次
いで、必要な反応時間を減少させるか、または感度を増
加させることもできる。
よい。この場合、鎖置換活性を有する伸長酵素の使用が
好ましい。
識化により、試験ストリップ上での方法の使用またはビ
ーズへの結合を介する検出、および、次なるフローサイ
トメトリーまたはキャピラリー電気泳動を介する検出が
可能である。
部は、複製可能なRNAの合成のためのマトリックスと
して供される配列、例えば、MDV 1 RNAまたはよ
り短い配列を含有する。
ス核酸は、それらの部分の配列が決定されるとすぐに、
公知の方法に従って製造することができる。好ましい場
合、100未満のモノヌクレオチド成分長さを有するオ
リゴヌクレオチドが使用される場合、一般的な化学方法
(例えば、メリィフィールド(Merrifield)に従う固
相合成法)によるそれらの合成が好ましい。これによ
り、混合オリゴヌクレオチド(RNA/DNAキメラ)
の合成も容易になる。大きな核酸については、EP−A
−325 970に開示されているような、遺伝子工学
または化学/酵素的方法が好ましい。部分B1は、好ま
しくは、12−35ヌクレオチド長さを有し、部分B2
は、好ましくは、15−50ヌクレオチド長さを有し、
部分C1は、好ましくは、10−100ヌクレオチド長
さを有し、部分C2は、15−50ヌクレオチド長さを
有する。
よる非放射性標識デオキシリボヌクレオチド三リン酸の
取込みに基づく本発明方法の第1の具体例を概略示す流
れ図である。
チドがプロモーター配列を含有し、これが機能性プロモ
ーターに戻され、次いで、転写される本発明方法の具体
例を概略示す流れ図である。該プロモーター配列は、ハ
ッチングで示される。
れる10pmolのマトリックス核酸を有するプローブ核酸
の量に依存する「図1」に従った方法の感度を示すグラ
フである。
ションおよび消化反応のインキュベーョン温度(42
℃、50℃および56℃)に依存する「図1」に従った
方法を用いるDNA配列の検出の特異性を示すグラフで
ある。
度を示すグラフである。
クス核酸がお互いに結合される具体例を概略示す流れ図
である。
を添加しつつ連続的に行うことができる。成分の設計を
対応させるとすれば、同時に生じるプロセスを有するよ
うに、全ての必要な成分を反応の開始時に添加すること
もできる。
ハイブリダイズさせるべき標的DNAを含有する試料に
キメラRNA−DNAまたはDNA−RNA−DNAプ
ローブ分子を添加する。RNAse Hの作用により、
プローブの標的配列特異的RNA部分が消化される。次
いで、好適なハイブリダイゼーション条件を設定し、マ
トリックスオリゴヌクレオチドをDNAポリメラーゼな
らびに標識および非標識デオキシリボヌクレオシド三リ
ン酸と一緒に添加する。例えば、未反応の標識デオキシ
リボヌクレオシド三リン酸から核酸を分離することによ
って、標識モノヌクレオチドの取込みを検出することが
できる。2つの異なる標識を有するヌクレオチドを使用
する場合には、直接的な固相ベースの検出が可能であ
る。試料中に含有された標的DNAが全くない場合、マ
トリックスオリゴヌクレオチドは、キメラRNA−DN
Aプローブ分子とのみハイブリダイズする。プローブ分
子の伸長は、3'末端がマトリックスオリゴヌクレオチ
ドとハイブリダイズしない場合は、起こり得ない。
試料中に含有される標的DNAは、キメラRNA−DN
Aプローブ分子またはDNA−RNA−DNAプローブ
分子にハイブリダイズする。RNAse Hの作用によ
る標的配列特異的RNA部分の消化の後、切断生成物
は、オリゴヌクレオチドとハイブリダイズし、その5’
末端で切断生成物の末端を超えて伸長し、一本鎖プロモ
ーター配列を含有する。DNAポリメラーゼおよびデオ
キシリボヌクレオシド三リン酸を添加することにより、
切断生成物の3’末端は、機能性プロモーターを形成す
るように伸長する。得られた二本鎖核酸は、RNAポリ
メラーゼおよびヌクレオシド三リン酸による転写に付さ
れる。種々のポリメラーゼのためのプロモーター配列
は、専門家に知られている[例えば、ニュークリイック
・アシッズ・リサーチ(Nucl.AcidsRes.)、12、
7035−3056(1984)]。
核酸およびマトリックス核酸は、別々の分子ではなく、
お互いに結合されている。これを達成するために、マト
リックス核酸の一端は、プローブ核酸の、向きがB1か
ら逸れている部分B2の末端に結合されており、その結
果、部分C2および部分B2がハイブリダイズしてヘア
ピン構造を形成することができ、かつ、部分B1および
C1がこのヘアピン分子の両端になる。部分B2および
C2は、例えば、好ましくはオリゴ−dAなどのモノヌ
クレオチド単位の助けにより、共有結合を介するなどの
望ましい方法で結合することができる。ヘアピン構造を
形成させるためには、3〜20ヌクレオチドまたは同等
の長さのリンカーがハイブリダイズ可能な部分C2およ
びB2の間に提供されることが推奨される。B2がプロ
ーブ分子の5'末端に位置する場合、結合は、B2の5'
末端およびC2の3'末端の間で提供される。この具体
例の優れている点は、プローブ核酸およびマトリックス
核酸のハイブリダイジング部分の空間近接が反応速度を
増大させることである。
ロモーターの発生)と同様に適用することができる。
が標識を含有する必要がないということである。これ
は、プローブ核酸の合成を容易にするが、これらの標識
によるバックグラウンドシグナルが後の検出反応で生じ
ることができないという結果をも有する。本発明の方法
では、標的配列は、増幅されない。故に、前実験からの
増幅された分子による汚染のリスクは、排除することが
できる。本発明の方法では、最後の反応工程の生成物
は、次の最初の反応工程のための基質としては使用され
ない。したがって、該反応は、容易に制御できる。増幅
が実質的に一次的であるという事実によって、定量測定
は容易になる。他方、指数増幅系に関して実際に陽性の
少量の試料による初期の陰性試料の交差汚染による偽陽
性の結果を得るリスクは減少する。本発明方法は、イン
キュベーション温度の循環変形のための技術的装置を必
要としない。本発明は、また、EP−A−0 437 7
74に従う2種類の非放射性標識の使用により、固相に
結合させ、生成物を検出させるかぎりではフレキシブル
でもある。反応工程の継続は、全体的に本発明の方法に
おけるプローブ分子の標的配列との特異的なハイブリダ
イゼーションに依存するので、非特異的結合、または、
例えば、複製可能なリボ核酸配列による増幅(Qβ複
製)の間に生じる場合のハイブリダイズしないプローブ
分子の持続性によって生じるバックグラウンドシグナル
は生じない。種々の配列の2つ以上のオリゴヌクレオチ
ドが1つの混合物中で反応させられる方法とは反対に、
オリゴヌクレオチド(例えば、PCR中のプライマー二
量体)の非特異的反応は、本発明の方法でほとんど完全
に排除することができる。本発明の方法は、非ストリン
ジェント型ハイブリダイゼーション条件下で行うことが
できる。これも、関連配列を検出させる。アッセイが非
常にストリンジェントな条件下で行われる場合、点突然
変異を検出することも可能である。本発明の方法では、
検出が初期に使用された標識プローブ分子に加えて標識
されたトランケートプローブ分子の検出を必要としない
という事実のために、分子を分離するためのゲル電気泳
動方法の使用は回避される。かくして、当該方法は、自
動化され、慣用の分析方法で使用することができる。
の試薬キットを提供するものでもある。このキットは、
プローブ核酸Bおよびマトリックス核酸Cを別々にまた
は同一の容器中に含有する。好ましい方法では、試薬キ
ットは、ハイブリダイゼーションおよび消化反応および
/または伸長反応のための緩衝液も含有する。特に好ま
しい方法では、キットは、検出可能に標識されたモノヌ
クレオシド三リン酸を含有する。試薬が2つの異なる容
器中に提供される場合、第1の容器は、好ましくはプロ
ーブ核酸、消化反応を行うための酵素、および好適な緩
衝液を含有する。第2の容器中には、マトリックス核
酸、モノヌクレオシド三リン酸との伸長反応を行うため
の少なくとも1つの酵素および好適な緩衝液がある。
する。
される大文字は、デオキシリボヌクレオチド単位を示
し、小文字は、リボヌクレオチド単位を示す。
のRNA−DNAプローブ分子(LPR03−19R:
5'−GATCGGACTGGAAGTAATACGA
CTCACcgccgcgucgcagaagauc−
3'(配列番号1)またはLPR03−25R:5'−G
ATCGGACTGGAAGTAATACGACTCA
Ccgccgcgucgcagaagaucucaau
c−3'(配列番号2))を、BSA 3μg、20Uの
RNasinおよび4UのRNase Hを添加した緩
衝液P2(10mM Hepes、1mM MgCl2、pH8.
0)中、42℃で3時間、10μLの容量で、種々の量
の検出されるべきDNA(DHBV1:5'−GATT
GAGATCTTCTGCGACGCGGCGGT−
3'(配列番号3))と一緒にインキュベートした。次
いで、10pmolのマトリックスオリゴヌクレオチドTA
Q(5'−ATTCCATGATTCATTGATTA
TTGTCGCGGCGGTGAGTCGTATTAC
TTCCAGTCCGATC−3'(配列番号4))を
添加した。次いで、該混合物を100℃まで1分間加熱
し、すぐに、氷冷した。ポリメラーゼ反応のために、T
aq緩衝液(10mM TrispH8.3、50mM KC
l、1.5mM MgCl2、0.1mg/mLゼラチン)2μ
L、ヌクレオチド混合物1−3(1μM dATP、d
GTP、dCTP、DIG−dUTP(各々、ベーリン
ガー・マンハイム(Boehringer Mannheim))および
BIO−dUTP(ベーリンガー・マンハイム(Boehr
inger Mannheim))、20UのRNasin、1Uの
Taq−DNAポリメラーゼおよびH2Oを最終容量2
0μLに添加し、60℃で15分間インキュベートし
た。
(10mM HEPES(pH8.0)、30mM NaC
l、1mM MnCl2)で210μLに希釈した。洗浄用緩
衝液(PBS(リン酸−緩衝化生理食塩水)中0.5%
V/V Tween 20)で前洗浄したSA−MTPのウエ
ル中に緩衝液Dで希釈した反応混合物100μLをピペ
ットで移すことによって、BIO−DIG−反応合成生
成物をストレプトアビジン被覆微量滴定プレート(TR
SA−SA−MTP、マイクロ・コート(MicroCoa
t)によって製造された)中に固定した。37℃で1時
間の振盪下、MTPをインキュベートした(ウエル−ワ
ーム1(Well−Warm1)、デンリィ・インストゥルメ
ンツ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハ
フツング(Denley Instruments GmbH))。
200μLで5回洗浄した。次いで、コンジュゲート希
釈液(ポリクローナル<DIG>−S−Fab−POD
polyコンジュゲート(ベーリンガー・マンハイム・ゲゼ
ルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング
(Boehringer Mannheim GmbH)、コンジュゲート緩
衝液(100mMリン酸ナトリウム(pH7.5)、0.
9%(W/V)NaCl、1%(W/V)ラルフォン(R
alufon)F4JまたはBSAフラクションV;コンジュ
ゲート緩衝液を無菌DEPCで処理し、濾過し(0.2
μmフィルター、ネルジーン(Nelgene)によって製造
された)、4℃で貯蔵した))中200mU/mL)10
0μLを添加し、同一条件下で(1時間、37℃)イン
キュベートした。
ュゲート分子を除去した。ウエルにつき基質溶液(2,
2'−アジノ−ジ−[3−エチルベンゾチアゾリンスルフ
ェート(6)]、ABTS)100μLを添加した。振盪
下、37℃で着色反応が生じた。ELISA読み取り装
置(SLT)による測定の直前に微量滴定プレートの簡
単な振盪後、492nmの参照フィルターに対する転換
されたABTSの405nmでのO.D.を測定した。ゼ
ロ値(ABTSのみ)を差し引いた後、二重反復測定の
平均値を得た(SLTイージー−ベース・バージョン
(Easy−BaseVersion)4.01)。
いて、マトリックス核酸を10pmolの濃度で使用した。
結果を「図3」に示す。「図3」の曲線は、選択された
反応条件(10pmolのマトリックスオリゴヌクレオチ
ド、RNaseHの量、インキュベーション容量、イン
キュベーション温度など)下、最も高い感度の検出がプ
ローブ分子10pmolにより得られたことを示す。プロー
ブ核酸1pmolだけの使用は、反応の第1工程、ハイブリ
ダイゼーションおよび消化を制限すると思われる。プロ
ーブ核酸100pmolを使用すると、全ての消化されたプ
ローブ分子は、マトリックスオリゴヌクレオチドとハイ
ブリダイズすることができず、かくして伸長され得な
い。故に、選択された条件下で、最も高い感度が混合物
当たり10pmolのプローブ核酸により得られ、標的核酸
10amolをこれらの条件下で検出することができるとい
うことができる。この検出限界は、同等の条件下で核酸
0.1fmolを検出するWO 89/10415に従う方法
よりも約10低いファクターである。
各アッセイのためにプローブ核酸10pmolを使用し、4
2℃(「図4」)、50℃(「図5」)および56℃
(「図6」)で、0.01amol〜100amolまでの標的
核酸の存在下、RNAse Hでインキュベートした。
全ての次なるポリメラーゼ反応を60℃で行った。AB
TSと一緒に30分間インキュベートした後、分析を行
った。使用したプローブ分子は、HBV 1またはMM
1 DHBV 1(5'−GATTGAGATCTTAT
GCGACGCGGCGGT−3'、配列番号7)(1
つの塩基ミスマッチ)またはMM 3 DHBV 1(5'
−GATTGAGATCTCACGCGACGCGGC
GGT−3'、配列番号8)(3つの塩基ミスマッチ)
であった。消化反応のための42℃のインキュベーショ
ン温度で、実験により、ほとんど同一の曲線が得られ、
故に、本発明方法の配列特異性が乏しくなる。インキュ
ベーション温度を50℃に上昇させることによってスト
リンジェンシーを増加させた場合、完全に相補的なオリ
ゴヌクレオチドHBV 1および1つの塩基ミスマッチ
を形成するオリゴヌクレオチドは、検出についての同様
の曲線を生じた。しかしながら、42℃のインキュベー
ション温度と比較すると感度が低下した。原因は、RN
A部分の不完全な消化である。3つの塩基ミスマッチを
形成するオリゴヌクレオチドは、有意に低いシグナルを
生じた。これは、よりストリンジェントな条件下での低
いハイブリダイゼーション速度のためであった。最も高
い特異性は、インキュベーション温度56℃で得られ
た。100amolのDHBV 1は、明確なシグナルを生
じ、100amolのMM 1 DHBV 1は、より低いO.
D.を導き、100amolのMM 3 DHBV 1は、検出
することができなかった。これは、本発明の方法が核酸
を配列特異的検出せしめることを示す。3×3のシリー
ズにおいて、種々の量(0.01amol〜100amol)の
完全に相補的な標的核酸DHBV 1を有するプローブ
核酸10pmol、中心塩基ミスマッチを生じる標的核酸M
M 1 HBV 1および3つの中心塩基ミスマッチを生
じるMM 3 DHBV 1を使用した。最初の3つのシ
リーズを42℃でインキュベートし、第2の3つのシリ
ーズを50℃でインキュベートし、第3の3つのシリー
ズを56℃でインキュベートした。各シリーズについて
の負の対照は、標的核酸を含有しない反応混合物であっ
た。ポリメラーゼ反応は、全ての場合、60℃で行っ
た。ストレプトアビジン被覆微量滴定プレートにおける
次の検出反応で測定された値を「図4」〜「図6」に示
す。
TGATAGTTGGATATcgccgccuggc
agaagauc−3'(配列番号5))10pmolを、
BSA 3μg、20UのRNasinおよび4UのR
Nase Hを添加したP2緩衝液(10mM Hepes、
1mM MgCl2、pH8.0)中、42℃で1時間、10
μLの容量において、種々の量のDHBV1(5'−G
ATTGAGATCTTCTGCGACGCGGCGG
T−3'(配列番号5)、0.01amol〜10fmol)と一
緒にインキュベートした。使用した負の対照は、DHB
V 1を含有しない反応混合物であった。次いで、各混
合物にQAT2(5'−GATCGGACTGGAAG
TAATACGACTCACTATAGGGCGGCG
ATATCCAACTATCATCAACTATCAT
−3'(配列番号6))10pmol、Taq緩衝液(10m
M Tris pH8.3、50mM KCl、1.5mM MgCl
2、0.1mg/mLゼラチン)2μLおよび1mM dAT
G、dGTP、dCTPおよびdTTPを添加し、Ta
q−DNAポリメラーゼによって触媒化されたポリメラ
ーゼ反応を60℃で15分間行い、反応容量が20μL
に増加した。次いで、転写緩衝液(40mM Tris pH
7.9、6mM MgCl2、10mM DTT、2mMスペル
ミジン)3μL、20UのRNasin、0.5μLの
1%Triton X−100および500UのT7−RNA
ポリメラーゼならびにDIG−およびBIO−UTPと
のヌクレオチド混合物CP1(9.84μM ATP、
4.92μM GTP、2.46μM CTP、3.28μ
M UTP、820nM DIG−UTPおよび820nM
BIO−UTP)を添加した。合計容量は、30μL
であった。37℃で2時間、インキュベーションを行っ
た。検出反応のために、緩衝液Dを使用して全混合物を
210μLに希釈し、SA−MTPの1ウエル中に10
0μLをピペットで移した。実施例1に記載の<DIG
>−PODpolyおよびABTS(ベーリンガー・マンハ
イム(Boehringer Mannheim))を用いて検出を行っ
た。測定値を「図7」に示す。
択された反応条件下で1amolの標的配列DHBV 1を
検出することができた。この検出限界は、同等の条件下
で標的核酸10amolが検出された標識デオキシリボヌク
レオチドの取込みによる方法(実施例1)よりも約10
低いファクターである。
る。 (1) 標的核酸Aを、該標的核酸とハイブリダイズする
ことができる部分B1および好ましくは該標的核酸とハ
イブリダイズしない核酸特異的部分B2を含有するプロ
ーブ核酸Bとハイブリダイズさせ、該プローブ核酸Bを
部分B1中で切断し、標的核酸とハイブリダイズしない
部分B2を含有するプローブ核酸の切断生成物B'を、
部分B2おいて切断生成物とハイブリダイズすることが
できる部分C2およびプローブ核酸の部分B1とハイブ
リダイズしない部分C1を含有するマトリックス核酸C
とハイブリダイズさせ、次いで、切断生成物B'および
マトリックス核酸Cのハイブリッドを測定することを特
徴とする標的核酸Aの高感度検出方法。 (2) 切断生成物B'はマトリックス核酸Cの助けによ
り伸長されるが、プローブ核酸は伸長されない前記(1)
記載の検出方法。 (3) マトリックス核酸Cが部分C1にプロモーター配
列を含有する前記(2)記載の検出方法。 (4) 伸長が非放射性標識モノヌクレオチドの助けによ
り行われる前記(2)記載の検出方法。 (5) 部分C1が部分C2の5'−方向にある前記(1)
記載の検出方法。 (6) マトリックス核酸がその3'末端で伸長に対して
保護される前記(2)記載の検出方法。 (7) ハイブリダイズした後、切断生成物B'の5'末端
またはプローブ核酸がマトリックス核酸の3'末端を超
えては伸長しない前記(2)記載の検出方法。 (8) プローブ核酸を切断した後、標的核酸がプローブ
核酸分子と再度ハイブリダイズする前記(1)記載の検出
方法。 (9) 標的核酸とハイブリダイズすることができる部分
B1および標的核酸とハイブリダイズしない核酸特異的
部分B2を含有するプローブ核酸B、部分B2において
プローブ核酸とハイブリダイズする部分C2およびプロ
ーブ核酸の部分B1とハイブリダイズしない部分C1を
含有するマトリックス核酸C、核酸のマトリックス依存
性合成のための酵素、ならびに好適な緩衝液からなるこ
とを特徴とする標的核酸検出用試薬キット。 (10) 切断酵素としてRNase Hを、核酸のマト
リックス依存性合成のための酵素としてDNAポリメラ
ーゼを含有する前記(9)記載の試薬キット。 (11) さらに、RNAポリメラーゼを含有する前記
(10)記載の試薬キット。
ドであり、ヌクレオチド1−27は、デオキシリボヌク
レオチドである。 配列 GATCGGACTG GAAGTAATAC GACTCACCGC CGCGUCGCAG AAGAUC 46
ドであり、ヌクレオチド1−27は、デオキシリボヌク
レオチドである。 配列 GATCGGACTG GAAGTAATAC GACTCACCGC CGCGUCGCAG AAGAUCUCAA UC 52
ドであり、ヌクレオチド1−26は、デオキシリボヌク
レオチドである。 配列 ATGATAGTTG ATGATAGTTG GATATACGCC GCCUGGCAGA AGAUC 45
フ。
ンキュベーョン温度(42℃)に依存する「図1」に従
った方法を用いるDNA配列の検出の特異性を示すグラ
フ。
ンキュベーョン温度(50℃)に依存する「図1」に従
った方法を用いるDNA配列の検出の特異性を示すグラ
フ。
ンキュベーョン温度(56℃)に依存する「図1」に従
った方法を用いるDNA配列の検出の特異性を示すグラ
フ。
フ。
Claims (6)
- 【請求項1】 標的核酸Aを、該標的核酸とハイブリダ
イズすることができる部分B1および好ましくは該標的
核酸とハイブリダイズしない核酸特異的部分B2を含有
するプローブ核酸Bとハイブリダイズさせ、 該プローブ核酸Bを部分B1中で切断し、 標的核酸とハイブリダイズしない部分B2を含有するプ
ローブ核酸の切断生成物B'を、部分B2おいて切断生
成物とハイブリダイズすることができる部分C2および
プローブ核酸の部分B1とハイブリダイズしない部分C
1を含有するマトリックス核酸Cとハイブリダイズさ
せ、次いで、 切断生成物B'およびマトリックス核酸Cのハイブリッ
ドを測定することを特徴とする標的核酸Aの高感度検出
方法。 - 【請求項2】 切断生成物B'はマトリックス核酸Cの
助けにより伸長されるが、プローブ核酸は伸長されない
請求項1記載の検出方法。 - 【請求項3】 マトリックス核酸Cが部分C1にプロモ
ーター配列を含有する請求項2記載の検出方法。 - 【請求項4】 伸長が非放射性標識モノヌクレオチドの
助けにより行われる請求項2記載の検出方法。 - 【請求項5】 プローブ核酸を切断した後、標的核酸が
プローブ核酸分子と再度ハイブリダイズする請求項1記
載の検出方法。 - 【請求項6】 標的核酸とハイブリダイズすることがで
きる部分B1および標的核酸とハイブリダイズしない核
酸特異的部分B2を含有するプローブ核酸B、 部分B2においてプローブ核酸とハイブリダイズする部
分C2およびプローブ核酸の部分B1とハイブリダイズ
しない部分C1を含有するマトリックス核酸C、 核酸のマトリックス依存性合成のための酵素、ならびに
好適な緩衝液からなることを特徴とする標的核酸検出用
試薬キット。
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