JP3421664B2 - ヌクレオチド塩基の同定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一本鎖ＤＮＡ分子
の生成方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、プラ
イマーを介した伸長後に一本鎖核酸分子を生成するため
の修飾ヌクレオチドおよび５'→３’エキソヌクレアー
ゼの使用に関する。

【０００２】

【従来の技術】核酸分子の構造、構成および配列の分析
は、ヒトおよび動物の疾患の予測、診断および治療、法
医学、疫学および公衆衛生、並びに遺伝子発現および発
達を制御する因子の解明においてすこぶる重要である。
特に重要な３つの分野として、所望の配列にハイブリダ
イズしうる核酸分子の開発、一本鎖の核酸分子の生成、
および核酸分子のヌクレオチド配列の決定がある。

【０００３】Ｉ．核酸ハイブリダイゼーション 核酸「プローブ」分子が相補的な核酸「標的」分子にハ
イブリダイズする（すなわち、塩基対形成する）能力
は、広範囲の診断および治療手順の基礎を形成する。ハ
イブリダイゼーションは、感染疾患の原因となる因子の
検出および同定、父性および血統に関する情報の提供、
個体が遺伝病にかかる蓋然性の予測、または組織試料の
同定に用いられる。かかる手順の診断的価値は、その感
度によって決まる。感度は、検出できるように標識した
プローブを使用することにより高めることができる。最
も一般的な標識として、放射性同位元素標識の使用が挙
げられる（フォーカウ（Folkow）ら、米国特許第４,３
５８,５３５号；バーニンガー（Berninger）、米国特許
第４,４４６,２３７号）。標識の方法およびかかるハイ
ブリダイゼーション反応を行う方法は、たとえば、サン
ブルック（Sambrook, J.）ら（Molecular Cloning: A L
aboratory Manual、コールドスプリングハーバーラボラ
トリープレス、コールドスプリングハーバー、ニューヨ
ーク（１９８９））およびヘイムズ（Haymes, B. D.）
ら（Nucleic Acid Hybridization, A Practical Approa
ch、ＩＲＬプレス、ワシントン，ＤＣ（１９８５））に
開示されている（該文献を参照のため本明細書に引用す
る）。

【０００４】核酸ハイブリダイゼーション検出アッセイ
の感度はまた、検出が観察者に報告または表示される仕
方を変えることによっても高めることができる。それゆ
え、たとえば、検出できるように標識した試薬を使用す
ることによって感度を高めることができる。広範囲の種
々のかかる標識が、この目的のために使用されている。
クリルスキー（Kourilsky）ら（米国特許第４,５８１,
３３３号）は、検出アッセイにおいて感度を高めるため
に酵素標識を用いることを記載している。蛍光標識（ア
ルバレラ（Albarella）ら、ＥＰ１４４９１４号）、化
学標識（シェルドン（Sheldon）IIIら、米国特許第４,
５８２,７８９号；アルバレラら、米国特許第４,５６
３,４１７号）、修飾塩基（ミヨシ（Miyoshi）ら、ＥＰ
１１９４４８号）等もまた、ハイブリダイゼーションを
観察する効率を良くするために用いられている。

【０００５】合成によりまたは酵素的に調製した一本鎖
核酸プローブを用いたハイブリダイゼーションアッセイ
は、溶液中（バーク（Berk, A. J.）ら、Ｃell １２：
７２１〜７３２（１９７７）；フード（Hood, L. E.）
ら、Molecular Biology of Eukaryotic Cells：A Probl
ems Approach、メンロウパーク、カリフォルニア：ベン
ジャミン−カミングス（１９７５）；ウエットマー（We
tmer,Ｊ.Ｇ.）、Ann.Rev. Biophys. Bioeng. ５：３３
７〜３６１（１９７６）；イタクラ（Itakura,K.）ら、
Ann. Rev. Biochem.５３：３２３〜３５６（１９８
４））、またはゲル電気泳動もしくは核酸結合膜ブロッ
ティング法とともに行うことができる。このような方法
はまた、該プローブのすべてまたは一部に相補的な配列
を有する核酸分子を検出することも可能にする（アルウ
ィン（Alwine, J. C.）ら、Proc. Natl. Acad. Sci.
（ＵＳＡ） ７４：５３５０〜５３５４（１９７７）；
サザーン（Southern, E. M.）、J. Molec. Biol.９８：
５０３〜５１７（１９７５）；バークら、Cell １２：
７２１〜７３２（１９７７）；イタクラら、Ann. Rev.
Biochem.５３：３２３〜３５６（１９８４）；ラドル
（Ruddle, F. H.）ら、Nature２９４：１１５〜１１９
（１９８１）；ホワイト（White, R.）ら、Sci. Amer.
２５８：４０〜４８（１９８８）；マッギニス（McGinn
is, W.）ら、Cell ３７：４０３〜４０８（１９８
４））。一本鎖核酸プローブはまた、「インシトゥハイ
ブリダイゼーション」と呼ばれる方法において特定の核
酸配列の位置をインシトゥで決定するのにも用いること
ができる（アベルソン（Abelson, J.）ら、Science ２
０９：１３１７〜１４３８（１９８０）；ギルバート
（Gilbert, W.）ら、Sci. Amer.２４２：７４〜９４
（１９８０））。

【０００６】ハイブリダイゼーションアッセイはまた、
アフィニティークロマトグラフィー法を用いて行うこと
もできる。この方法では、一本鎖核酸分子（通常はオリ
ゴヌクレオチド）を固体支持マトリックスに固定化し、
第二の相補的な一本鎖核酸分子をハイブリダイズするた
めのプローブとして用いる。単一の所望の核酸分子の効
率的な検出および回収は、これら２つの相補的な一本鎖
配列が無制限の濃度で存在し、それぞれ実質的に純粋な
形態である場合に促進される。たとえば、ギルハム（Gi
lham）ら（J. Amer. Chem. Soc.８６：４９８２（１９
６４））およびクレムスキー（Kremsky）ら（Nucl. Aci
ds Res.１５：３１３１〜３１３９（１９８７））によ
って記載されているように、溶液中のオリゴマーに相補
的な固定化（すなわち、固体支持マトリックスに結合さ
せた）オリゴヌクレオチドを用いたアフィニティークロ
マトグラフィーにより、高純度の一本鎖オリゴヌクレオ
チドが溶液から単離されている。

【０００７】相補的なｍＲＮＡ分子にハイブリダイズ
し、それにより特定のタンパク質の翻訳を減弱するＤＮ
Ａ分子の能力は、ハイブリダイゼーション技術の治療学
的応用の基礎をなす。かかる「アンチセンス」法は、抗
ウイルスおよび抗癌療法において有意の可能性を有す
る。アンチセンス法は、ヨーロッパ特許出願公開第２６
３,７４０号；３３５,４５１号；および３２９,８８２
号、およびＰＣＴ公開第ＷＯ９０／００６２４号に記載
されている（これらすべての文献を参照のため本明細書
に引用する）。

【０００８】ハイブリダイゼーション法はまた、ＲＮＡ
の回収を促進するために活用することもできる。真核生
物のｍＲＮＡの場合、このことは、セルロースからなる
固体支持マトリックスに結合したポリデオキシチミジン
オリゴヌクレオチドを有するアフィニティーマトリック
スクロマトグラフィーカラム（すなわち、オリゴ（ｄ
Ｔ）−セルロースカラム）を用いて行われている。この
ようなオリゴヌクレオチドは、すべての真核生物のｍＲ
ＮＡ分子の３’末端上に通常認められるポリアデニンｍ
ＲＮＡ「テール」にハイブリダイズすることができる
（ギルハム、J. Amer. Chem. Soc. ８６：４９８２（１
９７１））。かかる一本鎖核酸分子の単離方法は、大量
の出発物質を必要とする。

【０００９】II．核酸分子の増幅 試料中の所望の標的核酸分子の存在の検出能は、しばし
ば、二本鎖および一本鎖のいずれかの形態での該分子の
濃度によって制限を受ける。このような多くの情況にお
いて、標的の濃度はインビボまたはインビトロのいずれ
かに基づく増幅系を用いることにより増幅することがで
きる。インビボに基づく増幅系としては、クローニング
ベクターまたは発現ベクター中での標的ヌクレオチド分
子の増殖（すなわち、複製および増幅）による増幅が挙
げられる。クローニングベクターおよび発現ベクター
は、たとえば、サンブルックら（Molecular Cloning: A
Laboratory Manual、コールドスプリングハーバーラボ
ラトリープレス、コールドスプリングハーバー、ニュー
ヨーク（１９８９））に開示されている。

【００１０】通常使用されるインビトロに基づく増幅系
としては、ＤＮＡ依存性またはＲＮＡ依存性のＤＮＡま
たはＲＮＡポリメラーゼを用いた酵素的方法が挙げられ
る。最も広く使用されている核酸増幅法である「複製連
鎖反応」（「ＰＣＲ」）は、熱的に安定なＤＮＡポリメ
ラーゼを用いた鋳型に依存した伸長を含む（ムリス（Mu
llis, K.）ら、Cold Spring Harbor Symp. Quant. Bio
l.５１：２６３〜２７３（１９８６）；エーリッヒ（Er
lich Ｈ.）ら、ＥＰ５０,４２４号；ＥＰ８４,７９６
号、ＥＰ２５８,０１７号、ＥＰ２３７,３６２号；ムリ
スら、ＥＰ２０１,１８４号；ムリスら、米国特許第４,
６８３,２０２号；エーリッヒら、米国特許第４,５８
２,７８８号；およびサイキ（Saiki,Ｒ.）ら、米国特許
第４,６８３,１９４号）（これら文献を参照のため本明
細書に引用する）。ＰＣＲは、増幅しようとする配列の
領域に相補的な２つのオリゴヌクレオチドプライマーを
用いて特定の核酸配列の増幅を達成する。ついで、これ
らプライマーを取り込んだ伸長生成物は、引き続く複製
工程の鋳型となる。複製連鎖反応の概説は、ムリス（Co
ld Spring Harbor Symp. Quant. Biol.５１：２６３〜
２７３（１９８６））；サイキら（Bio／Technology
３：１００８〜１０１２（１９８５））；およびムリス
ら（Meth. Enzymol.１５５：３３５〜３５０（１９８
７））によって提供されている（これら文献を参照のた
め本明細書に引用する）。

【００１１】他の核酸増幅法としては、転写に基づく増
幅系（クウォー（Kwoh, D.）ら、Proc. Natl. Acad. Sc
i.（ＵＳＡ） ８６：１１７３（１９８９）；ジンジェ
ラス（Gingeras T. R.）ら、ＰＣＴ出願ＷＯ８８／１０
３１５号（優先権：米国特許出願第０６４,１４１号お
よび２０２,９７８号）；ミラー（Miller, H. I.）ら、
ＰＣＴ出願ＷＯ８９／０６７００号（優先権：米国特許
出願第１４６,４６２号）；ダベイ（Davey, C.）ら（ヨ
ーロッパ特許出願公開第３２９,８２２号））およびラ
イゲーションに基づく増幅系（ウー（Wu, D. Y.）ら、G
enomics ４：５６０（１９８９））が挙げられる。増幅
法はポリヌクレオチド分子の迅速かつ広範な増幅を達成
するのに用いることができるが、かかる方法からは一般
に二本鎖のＤＮＡが生成される。それゆえ、これら方法
では一般に、二本鎖標的分子のうちの一本鎖を増幅およ
び単離するための選択的な手段を提供することができな
い。

【００１２】一本鎖ＤＮＡ分子は、一本鎖ＤＮＡバクテ
リオファージＭ１３を用いて生成することができる（メ
ッシング（Messing, J.）ら、Meth. Enzymol.１０１：
２０（１９８３）；またサンブルックら（Molecular Cl
oning: A Laboratory Manual、コールドスプリングハー
バーラボラトリープレス、コールドスプリングハーバ
ー、ニューヨーク（１９８９））をも参照のこと）。し
かしながら、一本鎖ＤＮＡを生成させるためのＭ１３の
使用には、クローニングその他の時間のかかる操作が必
要であり、それゆえ、Ｍ１３は主としてＤＮＡシークエ
ンシングに用いられている。一般に、この方法は、標的
ＤＮＡ分子をＭ１３の一本鎖ＤＮＡ鎖中にクローニング
する必要がある。宿主細菌中に導入されたら、この組換
えＭ１３ベクターは一本鎖ＤＮＡを含むバクテリオファ
ージ粒子の生成および押し出しを指令する。

【００１３】一本鎖ＤＮＡ分子を生成させるためにＭ１
３を使用することには、幾つかの主たる不都合がある。
まず、この方法は標的ＤＮＡのクローニング、および成
熟バクテリオファージ粒子の最終的な単離精製を必要と
する。従って、この方法は極めて時間のかかる方法であ
る。さらに重要なことには、単離した標的ＤＮＡには不
可避的にＭ１３ウイルスのＤＮＡ配列が結合している。
Ｍ１３系に伴う他の不都合は、１０００ヌクレオチドよ
りも大きなＤＮＡ標的分子の不安定性であり、その結
果、しばしば所望の組換えＭ１３ファージが失われる。
以上の理由により、Ｍ１３はＤＮＡシークエンシング以
外の殆どの応用に対して一本鎖ＤＮＡを生成するために
は用いられない。

【００１４】一本鎖ＤＮＡ分子を生成させるために、現
在、幾つかの方法が用いられている。ギレンステン（Gy
llensten, U.）ら（Proc. Natl. Acad. Sci.（ＵＳＡ）
８５：７６５２〜７６５６（１９８８））およびミホ
ビロビッチ（Mihovilovic, M.）ら（Bio Techniques
７：１４（１９８９））は、通常は二本鎖ＤＮＡ分子の
増幅に用いる標準的な「ＰＣＲ」法の修飾を含む方法を
記載している。この修飾ＰＣＲ法（「非対称ＰＣＲ」と
称する）では、異なるモル濃度で存在する増幅プライマ
ーを用いる。「非対称ＰＣＲ」法において非対称なプラ
イマー濃度を用いると、制限された濃度のプライマーは
最初の１０〜１５増幅サイクルの後に使い果たされてし
まう。サイクルを継続すると、制限のないプライマーに
由来する一本鎖ＤＮＡが生成する。

【００１５】残念ながら、一本鎖ＤＮＡを得るために
「非対称ＰＣＲ」を用いることには幾つかの不都合が存
在する。標準的なＰＣＲ法を用いた場合に指数的なＤＮ
Ａ増幅が得られるのとは対照的に、一本鎖ＤＮＡの増幅
はサイクル数に関して直線的にしか起こらない。加え
て、一本鎖生成物の収率を最適化するには、種々の濃度
および比率のプライミングオリゴヌクレオチドを含む幾
つかの別々の増幅反応を行うことがしばしば必要とな
る。それゆえ、標準的非−非対称ＰＣＲなどのような指
数的に生成する増幅反応と組み合わせて一本鎖ＤＮＡを
生成することの利点は明らかである。

【００１６】ヒグチ（Higuchi, R. G.）ら（Nucl. Acid
s Res.１７：５８６５（１９８５））は、一本鎖増幅生
成物を生成するために現在用いられている他の方法を例
示する。この方法は、二本鎖増幅生成物の一方の鎖の
５’末端をリン酸化し、ついで５'→３’エキソヌクレ
アーゼ（λエキソヌクレアーゼなど）により該リン酸化
した鎖を優先的に分解させることを必要とする。それゆ
え、この方法は幾つかの欠点を有する。この方法の効率
は、リン酸化反応の程度と特異性、およびエキソヌクレ
アーゼによって示される優先さの程度の両方に依存す
る。

【００１７】５'→３’エキソヌクレアーゼは、完全長
の二本鎖ＤＮＡ分子から一本鎖ＤＮＡ断片を調製するの
に用いられている。かかる完全長の分子を５'→３’エ
キソヌクレアーゼの存在下でインキュベートすると、各
鎖の５’末端から分解が起こる。第一の鎖の分解は、該
鎖に作用しているエキソヌクレアーゼが、第二の鎖に作
用しているエキソヌクレアーゼによって分解された該第
二の鎖の領域に達するまで続く。それゆえ、この方法で
は完全長の二本鎖ＤＮＡ分子から２つの「半分の長さ
の」非相補的な分子が生成する。

【００１８】加えて、他の方法では、一本鎖ＤＮＡ分子
を生成するためにホスホロチオエート誘導体のヌクレア
ーゼ耐性という特性を活用している。ベンコビッチ（Be
nkovic）ら（米国特許第４,５２１,５０９号；１９８５
年６月４日）は、一本鎖ＤＮＡ分子を生成させるため
に、制限エンドヌクレアーゼおよびホスホロチオエート
含有核酸配列の３’→５’エキソヌクレアーゼ耐性とい
う特性を用いた。この方法では制限エンドヌクレアーゼ
を用い、単一の中断した（recessed）３’ヒドロキシル
末端を有する二本鎖分子を生成させる。ホスホロチオエ
ートヌクレオチドを用いて該末端を修飾し、それにより
エキソヌクレアーゼ攻撃に対して耐性の鎖を生成させ、
かくして一本鎖生成物の生成が可能となる。この方法
は、標的ＤＮＡ配列が２つの所望の制限エンドヌクレア
ーゼ部位を含有していなければならない点で制限があ
る。すなわち、第一の部位は中断した３’−ＯＨ末端を
生成し、該標的分子の一方の末端になければならず、第
二の部位は中断した５’末端を生成し、該標的分子の第
二の末端になければならない。この方法の他の制限は、
所望の一本鎖ＤＮＡ生成物の生成には高濃度の標的二本
鎖ＤＮＡ分子が必要であることである。

【００１９】セイヤーズ（Sayers, J. R.）ら（Nucl. A
cids Res.１６：７９１〜８０２（１９８８））は、一
本鎖ＤＮＡを生成させるためにホスホロチオエート含有
ＤＮＡの制限エンドヌクレアーゼ耐性という特性を使用
する方法を例示している。この方法では、プライマーを
環状の標的分子にハイブリダイズさせる。ついで、ホス
ホロチオエートヌクレオチドの存在下でプライマー伸長
を起こさせて、これらヌクレオチド誘導体が伸長生成物
中に取り込まれるようにする。ついで、伸長生成物の末
端をライゲートして二本鎖の環状分子を生成させる。環
状化した伸長生成物中にホスホロチオエート残基が存在
することにより、この鎖は制限エンドヌクレアーゼに対
して耐性となる。それゆえ、かかるエンドヌクレアーゼ
とともにインキュベートすると標的鎖は開裂される。か
かる開裂は末端を生成し、ついで該末端はエキソヌクレ
アーゼによる攻撃を受けることになる。重要なことに、
ホスホロチオエート含有鎖のエキソヌクレアーゼ耐性は
評価することができない。というのは、該鎖（環状であ
る）はエキソヌクレアーゼの基質ではないからである。

【００２０】ホスホロチオエート含有オリゴヌクレオチ
ドは、ポリメラーゼＩの５'→３’「ミスマッチ」エキ
ソヌクレアーゼ活性による分解からオリゴヌクレオチド
プライマーを保護することがわかっている（オット（Ot
t, J.）ら、Biochem ２６：８２３７〜８２４１（１９
８７））。オットらの方法はポリメラーゼを用いるので
一本鎖ＤＮＡを生成することはできない。この方法は部
位特異的突然変異誘発には適しているが、上記面倒で限
定されたバクテリオファージＭ１３系を使用する必要が
ある点で制限される。加えて、セイヤーズらの方法は、
標的分子中に制限エンドヌクレアーゼ開裂部位が存在す
ることを必要とする。要するに、核酸分子を操作および
活用しうるためには、一本鎖分子種の単離がしばしば必
要となる。核酸増幅のための現在の方法は、一般に、二
本鎖種の生成をもたらし、それゆえ一本鎖分子の精製し
た調製物を得るために処理工程がさらに必要となる。

【００２１】III．核酸分子のシークエンシング ＤＮＡ分子の配列を決定するための最初の試みは、ＲＮ
Ａ分子のシークエンシングを可能とすべく開発された技
術の拡張であった（サンガー（Sanger, F.）、J. Mole
c. Biol.１３：３７３（１９６５）；ブラウンリー（Br
ownlee, G. G.）ら、J. Molec. Biol.３４：３７９（１
９６８））。そのような初期の方法には、（１）酵素的
消化（ロバートソン（Robertson, H. D.）ら、Nature N
ew Biol.２４１：３８（１９７３）；ジフ（Ziff, E.
B.）ら、Nature New Biol.２４１：３４（１９７
３））；（２）最近傍分析（nearest neighbor analysi
s）（ウー（Wu, R.）ら、J. Molec. Biol.５７：４９１
（１９７１））；および（３）「ワンダリングスポット
（Wanderings Spot）」法（サンガー、Proc.Natl.Acad.
Sci.（ＵＳＡ） ７０：１２０９（１９７３））により
ＤＮＡを特異的に開裂して一層小さな断片とすることが
含まれていた。

【００２２】より近年の発展により、ＤＮＡ分子の配列
を解明するためによく利用される２つの方法：「ジデオ
キシ−媒体チェインターミネーター法」、「サンガー
法」としても知られる（サンガーら、J. Molec. Biol.
９４：４４１（１９７５））および「マクサム−ギルバ
ート化学分解法」（マクサム（Maxam, A. M.）ら、Pro
c. Natl. Acad. Sci.（ＵＳＡ） ７４：５６０（１９７
７））が開発された（両文献を参照のため本明細書に引
用する）。ジデオキシ−媒体法またはマクサム−ギルバ
ート法のいずれかを用いたＤＮＡのシークエンシング法
は、当業者には広く知られている。そのような方法は、
たとえば、マニアチスら、Molecular Cloning, A Labor
atory Manual、第２版、コールドスプリングハーバープ
レス、コールドスプリングハーバー、ニューヨーク（１
９８９）およびジスキンド（Zyskind, J. W.）ら、Reco
mbinant DNA Laboratory Manual、アカデミックプレ
ス、ニューヨーク（１９８８）に開示されている（両文
献を参照のため本明細書に引用する）。

【００２３】ジデオキシ−媒体法では、標的分子の配列
の決定は４つの別々のプライマー伸長反応を用いて行
い、各反応はポリメラーゼ、オリゴヌクレオチドプライ
マーおよびＤＮＡを重合するのに必要な４種のヌクレオ
チド三リン酸を用いて行う。各反応は、Ａ、Ｔ、Ｃまた
はＧヌクレオシド三リン酸のいずれかの２',３'ジデオ
キシ誘導体の存在下で行う。該誘導体は、デオキシリボ
ースの３’位にヒドロキシル残基が欠けている点で通常
のヌクレオチド三リン酸と異なる。それゆえ、これら誘
導体は新たに合成されたプライマー伸長物中に導入され
うるが、導入は伸長反応の停止となる。４つの反応のそ
れぞれの正味の結果は、反応に使用した特定のジデオキ
シ誘導体によってそれぞれ停止された、入れ子状に重な
った（nested）オリゴヌクレオチドのセットの生成であ
る。かかる反応生成物は、標的分子の配列を得るべく容
易に分析することができる。

【００２４】ＤＮＡシークエンシングのマクサム−ギル
バート法は、分解法である。この方法では、ＤＮＡ断片
の一方の末端を標識し、４つの別々の化学反応で部分開
裂する。各反応は、特定の塩基（ＧまたはＣ）または特
定のタイプの塩基（Ａ／Ｇ、Ｃ／Ｔ、またはＡ＞Ｃ）に
おいてＤＮＡ分子を特異的に開裂する。上記ジデオキシ
法と同様に、かかる反応の結果、その長さがシークエン
シングしようとするＤＮＡ分子の長さに沿った特定の塩
基の位置によって決定される入れ子状に重なった分子の
セットが生成される。入れ子状に重なった反応生成物は
標的分子の配列を得るべく分析することができる。

【００２５】一般に、標的分子の配列を決定するために
複数のセットの入れ子状に重なったオリゴヌクレオチド
を評価する必要があるが、種々の修飾、たとえば複数の
識別しうる標識の使用により、増加した配列データを得
ることが可能な「複合（multiplexing）」法が開発され
た（チャーチ（Church, G. M.）ら、Science ２４０：
１８５〜１８８（１９８８）；チャーチら、米国特許第
４,９４２,１２４号；テーバー（Tabor）ら、米国特許
第４,９６２,０２０号；プローバー（Prober, J. M.）
ら、Science ２３８：３３６〜３４０（１９８７））。

【００２６】マチェビッツ（Macevicz, S. C.）によっ
て記載された方法（米国特許第５,００２,８６７号）な
どの他の「複合」シークエンシング法は、複数の混合オ
リゴヌクレオチドプローブを用いたＤＮＡまたはＲＮＡ
分子のヌクレオチド配列の決定法に関する。配列情報は
一連のハイブリダイゼーションを行うことによって得ら
れ、その結果は、配列を決定しようとするＲＮＡまたは
ＤＮＡ中に起こるプローブ配列の相補性（complement）
が起こる回数を各プローブに与える。ＲＮＡまたはＤＮ
Ａのヌクレオチド配列を、この情報およびプローブ配列
の知見から再構築する。配列を決定しようとする核酸を
本明細書では標的配列と称する。

【００２７】

【発明が解決しようとする課題】ＤＮＡの二本鎖構造が
配列分析手順を複雑にしている。ＤＮＡの二本の鎖は対
称的で化学的に同一であるので、ＤＮＡ分子の両方の鎖
を用いて行った配列分析からは２つの区別できないセッ
トの配列データが得られる。それゆえ、二本の鎖のうち
の一方のみを含むＤＮＡの調製物を用いて配列分析を行
うことが非常に望ましい。残念ながら、これらＤＮＡ鎖
は化学的に区別できないので、一方の鎖のみを含有する
ＤＮＡ調製物を得ることは一般に極めて困難である。ジ
デオキシシークエンシング法は、一本鎖のＤＮＡ源（バ
クテリオファージＭ１３またはファージミドベクター
（サンブルックら、Molecular Cloning, A Laboratory
Manual、第２版、コールドスプリングハーバープレス、
コールドスプリングハーバー、ニューヨーク（１９８
９））（該文献を参照のため本明細書に引用する）な
ど）を用いるかまたは標的分子の一方の鎖にのみ結合し
うるプライマーを用いることによって、この問題を回避
しようと試みている。認識されるであろうように、標的
分子の配列は未知であるので、特定のプライマーが両Ｄ
ＮＡ鎖にハイブリダイズしないというアプリオリな保証
はあり得ない。マクサム−ギルバート法の場合は、一般
に標的分子の両鎖を標識し、これら鎖の一方の鎖から標
識を選択的に除去する必要がある。これら操作は核酸配
列の決定を複雑にする。一本鎖ＤＮＡを調製するための
上記方法の欠点に鑑み、また種々の分子生物学および医
学的手順に対するかかる方法の重要性に鑑み、所望の標
的分子の単一の鎖を優先的に生成する、核酸増幅手順と
組み合わせて用いることのできる方法が極めて望まし
い。本発明は、かかる方法を提供するものである。

【００２８】

【課題を解決するための手段】本発明は、プライマーに
よって媒体された伸長または増幅反応の後に一本鎖ＤＮ
Ａ分子を生成する方法を提供する。かかる分子はハイブ
リダイゼーションプローブとして、また核酸シークエン
シングにおいて有用である。詳細には、本発明は、相補
的な配列の核酸分子を実質的に含まない、所望の一本鎖
核酸分子の生成方法を提供するものであり、該方法は、
下記工程： （Ａ）前以て選択した核酸分子をプライマー分子の存在
下でインキュベートし、その際、該プライマー分子は該
前以て選択した分子にハイブリダイズすることができ、
該プライマー分子は５'→３’エキソヌクレアーゼに対
して耐性の領域を含み； （Ｂ）鋳型に依存した該プライマーの伸長を行って該所
望の核酸分子を生成させ；ついで （Ｃ）該前以て選択した分子を除去するに充分な条件下
で該インキュベーション液に５'→３’エキソヌクレア
ーゼを加え、それにより相補的な配列の核酸分子を実質
的に含まない該所望の一本鎖分子を得るからなることを
特徴とする。

【００２９】本発明はさらに、工程Ｂにおいて、所望の
核酸分子を生成した後に、該分子にハイブリダイズする
ことができ鋳型に依存した仕方で伸長しうる第二のプラ
イマー分子の存在下で該分子をインキュベートし、それ
により該所望の分子の配列に実質的に相補的な配列を有
する核酸分子を生成させる、上記方法の態様を包含す
る。本発明はまた、約１０〜約３０ヌクレオチドの長さ
を有し、５'→３’エキソヌクレアーゼ耐性を付与する
ヌクレオチドを含有するプライマー分子にハイブリダイ
ズした標的核酸分子を含む組成物をも提供する。本発明
はとりわけ、５'→３’エキソヌクレアーゼに耐性の領
域のエキソヌクレアーゼ耐性が複数のホスホロチオエー
トヌクレオチド誘導体によって付与される上記方法の態
様に関する。

【００３０】本発明はまた、目的核酸中の特定の位置に
おけるヌクレオチド塩基を同定する方法であって、
（Ａ）目的核酸が二本鎖である場合には、該特定の位置
を包含する不対ヌクレオチド塩基を得るために該核酸を
含有する試料を処理し、または該目的核酸が一本鎖であ
る場合は直接工程（Ｂ）を用い、その際、該目的核酸は
該目的核酸の所定の領域に５'→３’エキソヌクレアー
ゼ耐性を付与するに充分な数の５'→３’エキソヌクレ
アーゼ耐性ヌクレオチド誘導体を含有し、（Ｂ）工程
（Ａ）からの試料を、ハイブリダイズ条件下、同定しよ
うとするヌクレオチド塩基の直ぐ隣に目的核酸中に存在
するヌクレオチド塩基の連なりとハイブリダイズしうる
オリゴヌクレオチドプライマーと接触させて該プライマ
ーと該目的核酸との間に二本鎖を生成させることによ
り、同定しようとするヌクレオチド塩基が該二本鎖中の
プライマーの３’末端の直ぐ下流の鋳型中の最初の不対
塩基となるようにし、（Ｃ）工程（Ｂ）からの二本鎖
を、ｄＡＴＰ、ｄＣＴＰ、ｄＧＴＰまたはｄＴＴＰの実
質的不在下、少なくとも２つの異なるヌクレオチド三リ
ン酸誘導体と接触させ、該誘導体は該最初の不対塩基に
相補的な誘導体を含み、核酸鋳型に依存したプライマー
伸長反応のターミネーターであり、その際、該ターミネ
ーターの少なくとも一つは検出可能なマーカーで標識さ
れており、該接触を該相補的ターミネーター誘導体と該
最初の不対塩基との塩基対形成を可能とするに充分な条
件下で行い、（Ｄ）該相補的ターミネーター誘導体をプ
ライマーの３’末端中に導入するに充分な鋳型依存プラ
イマー伸長反応を起こさせ、ついで（Ｅ）該導入された
誘導体を同定し、それにより該目的核酸中の特定の位置
におけるヌクレオチド塩基を同定することを特徴とする
方法を提供する。

【００３１】本発明はまた、上記工程（Ｃ）において、
工程（Ｂ）からの二本鎖を４つのターミネーターと接触
させ、その際、これらターミネーターのうちの一つのみ
が検出可能なマーカーを有し、工程（Ｃ）を４回行い、
これらターミネーターの異なる一つが各回において標識
されている上記方法の態様、または工程（Ｃ）におい
て、工程（Ｂ）からの二本鎖を４つの標識したターミネ
ーターと接触させ、これらターミネーターがそれぞれ異
なる検出可能な標識を有する上記方法の態様を包含す
る。

【００３２】本発明はまた、複製連鎖反応の所望のエキ
ソヌクレアーゼ耐性増幅生成物の検出方法であって、
（Ａ）２つのプライマー分子を用いて複製連鎖反応を行
い、その際、該プライマー分子の一つは該プライマーの
５’末端に充分な数（最も好ましくは約４）のホスホロ
チオエートヌクレオチド誘導体を含むことによって該末
端に５'→３’エキソヌクレアーゼに対する耐性が付与
され、該反応は二本鎖増幅生成物を生成するに充分なも
のであり、（Ｂ）ついで、オリゴヌクレオチドにエキソ
ヌクレアーゼに対する耐性を付与する充分な数のホスホ
ロチオエート結合を欠くオリゴヌクレオチドを分解する
条件下、増幅生成物を５'→３’エキソヌクレアーゼで
処理し、ついで（Ｃ）固体支持体に結合した相補的オリ
ゴヌクレオチドに複製連鎖反応の所望の増幅生成物をハ
イブリダイズさせることにより、複製連鎖反応の所望の
増幅生成物を検出することを特徴とする方法をも包含す
る。

【００３３】本発明はまた、複製連鎖反応間での交差汚
染を最小にする方法であって、該反応のプライマー分子
の少なくとも一つは該プライマーの３’末端に充分な数
（すなわち、約４）のホスホロチオエートヌクレオチド
誘導体を含むことによって５'→３’エキソヌクレアー
ゼに対する耐性が付与され、該複製連鎖反応を行った
後、該反応の増幅生成物を該５'→３’エキソヌクレア
ーゼの存在下、充分な数のホスホロチオエート結合を欠
く未使用のプライマーのオリゴヌクレオチド領域および
増幅生成物の分解を起こさせるに充分な条件下でインキ
ュベートし、該分解により該未使用のプライマーおよび
該増幅生成物をさらなる複製連鎖反応において基質とし
て働き得ないようにさせ、それにより複製連鎖反応間で
の交差汚染を最小にすることを特徴とする方法をも包含
する。

【００３４】本発明はまた、密接な区画において、第一
のプライマーを入れた第一の容器（該第一のプライマー
はホスホロチオエートヌクレオチド誘導体を含む）と、
ホスホロチオエートヌクレオチド誘導体を欠く第二のプ
ライマーを入れた第二の容器とを含み、これら２つのプ
ライマーを前以て決定した遺伝子配列を増幅するのに用
いることができるように特別に適合させたキットをも包
含する。

【００３５】好ましい態様の記載： I．はじめに 本発明は、とりわけＰＣＲなどのインビトロ増幅手順に
よる二本鎖核酸分子の調製後、一本鎖ＤＮＡ分子を生成
する方法を提供する。該方法は、ヌクレアーゼ耐性ヌク
レオチド誘導体を使用し、化学合成または酵素的手段に
よってこれら誘導体を天然に存在するヌクレオチドの代
わりにプライマー分子中に取り込ませる。本発明を使用
することによって得ることのできる分子は、数ヌクレオ
チドから数キロベースの範囲の長さを有する。本発明の
「所望の」分子とは、核酸分子の「標的」鎖の配列に
「相補的な」または実質的に相補的な配列を有するもの
をいう。

【００３６】本明細書において、２つの分子が少なくと
も通常の「低厳格」条件下で互いにアニールしたまま保
持されるほど充分安定に互いにハイブリダイズしうるな
らば、これら２つの分子は相補的であるという（サンブ
ルックら、Molecular Cloning, A Laboratory Manual、
第２版、コールドスプリングハーバープレス、コールド
スプリングハーバー、ニューヨーク（１９８９）参照）
（該文献を参照のため本明細書に引用する）。標的分子
は、ＤＮＡ、ｃＤＮＡまたはＲＮＡのいずれであっても
よい。標的分子はまた、一本鎖であっても二本鎖であっ
てもよい。「標的」分子が二本鎖である場合は、本発明
は、これら鎖を「標的」鎖または「相補」鎖（その配列
は該標的配列に相補的である）のいずれかとして区別す
る。標的分子が二本鎖である場合は、かかる鎖のいずれ
かを生成させるために本発明の方法を用いることができ
る。重要なことに、本発明の方法によれば、標的分子と
同じ長さを有する一本鎖分子を生成させることができ
る。完全長の分子（完全長の分子の断片のみを含む分子
ではなく）を生成できることは、シークエンシング分析
を極めて簡単にし、ハイブリダイゼーションプローブの
調製を簡易にする。

【００３７】本発明は、標的分子の性質、起源または配
列のいかんにかかわらず一本鎖分子を生成させることが
できる。それゆえ、本発明は、ウイルス（たとえば、ラ
イノウイルス、肝炎ウイルス、ヘルペスウイルス、ＨＩ
Ｖなど）、細菌（たとえば、エシェリキア（Escherichi
a）、クロストリジウム（Clostridium）、マイコバクテ
リウム（Mycobacterium）、ネイセリア（Neisseria）、
マイコプラズマ（Mycoplasma）、ビブリオ（Vibrio）、
クラミジア（Chlamydia）、リケッチアなど）、酵母、
真菌、その他の低級真核生物中に存在する配列のような
天然に存在する配列を有する一本鎖分子を生成させるた
めに用いることができる。とりわけ、本発明は、植物細
胞または動物細胞（とりわけ、ウマ、ウシ、イヌ、ネコ
またはヒトなどの哺乳動物細胞）中に存在する配列を有
する一本鎖分子を生成するために用いることができる。
本発明はまた、純粋にまたは部分的に合成的な（すなわ
ち天然に存在しない）一本鎖分子を生成するために用い
ることができる。重要なことに、本発明の方法は、生成
する一本鎖分子を天然では結合している他の配列を「実
質的に含むことなく」得ることを可能にする。本明細書
において「実質的に含むことなく」とは、得られる配列
またはその相補鎖に天然では結合している少なくとも一
つの他の配列の削減または排除をいう。

【００３８】本発明は、エキソヌクレアーゼ耐性ヌクレ
オチド誘導体を含む「プライマー」分子の使用および伸
長によりかかる一本鎖分子の生成を達成する。かかる修
飾ヌクレオチド誘導体の例示はゾン（Zon, G.）ら（Ant
i−Cancer Drug Design６：５３９〜５６８（１９９
１））およびグッドチャイルド（Goodchild, J.）ら（B
ioconjugate Chem.１：６１３〜６２９（１９９０））
により開示されている（両文献を参照のため本明細書に
引用する）。一般に、適当なヌクレオチド誘導体として
は、ヌクレオチドのリン酸残基の非架橋酸素の一つまた
は二つが硫黄含有基（とりわけ、ホスホチオエート）、
アルキル基（とりわけ、メチルまたはエチルアルキル
基）、窒素含有基（とりわけ、アミン）、および／また
はセレン含有基等で置換されている誘導体が挙げられ
る。本発明の目的のためには、ホスホロチオエートヌク
レオチド誘導体が最も好ましい誘導体である。ホスホロ
チオエートヌクレオチド誘導体（たとえば、ヌクレオシ
ド５’−Ｏ−１−チオ三リン酸）は、オルトリン酸残基
の酸素原子の代わりに非架橋性の（すなわち、モノ配位
（monocoordinate））硫黄を含有する。理解されるであ
ろうように、硫黄の導入により２つの立体異性体を形成
することが可能になる。かかるラセミ混合物は本発明の
目的に適している。

【００３９】重要なことに、選択したヌクレオチド誘導
体はインビトロプライマー媒体伸長に適していなければ
ならず、該誘導体を導入した核酸分子の領域にヌクレア
ーゼ耐性を付与しなければならない。最も好ましい態様
において、該誘導体は、二本鎖ＤＮＡを５’末端から攻
撃するエキソヌクレアーゼ（「５'→３’エキソヌクレ
アーゼ」）に対して耐性を付与しなければならない。か
かるエキソヌクレアーゼの例としては、バクテリオファ
ージＴ７遺伝子６エキソヌクレアーゼ（「Ｔ７エキソヌ
クレアーゼ）およびバクテリオファージラムダエキソヌ
クレアーゼ（「λエキソヌクレアーゼ」）が挙げられ
る。Ｔ７エキソヌクレアーゼもλエキソヌクレアーゼも
ともにホスホロチオエート結合の存在によって有意の程
度に抑制されるため、鎖の一方の選択的な分解が可能と
なる。しかしながら、この目的のためにあらゆる二本鎖
特異的な５'→３’エキソヌクレアーゼを用いることが
できるが、その活性がヌクレアーゼ耐性ヌクレオチド誘
導体の結合の存在によって影響を受けることを条件とす
る。

【００４０】ホスホロチオエート誘導体を用いる場合に
好ましい酵素はＴ７遺伝子６エキソヌクレアーゼであ
り、該酵素は、Ｔａｑポリメラーゼを含む多くのＤＮＡ
依存ポリメラーゼ緩衝液に使用されるのと同じ緩衝液中
で最適の酵素活性を示す。ホスホロチオエート誘導体を
含有するＤＮＡ分子の５'→３’エキソヌクレアーゼ耐
性特性は、たとえば、クンケル（Kunkel, T. A.）（Nuc
leic Acids and Molecular Biology、Vｏｌ.２、１２４
〜１３５（エックスタイン（Eckstein, F.）ら編）、シ
ュプリンガーーフェアラーク、ベルリン、（１９８
８））に記載されている。ホスホロチオエートヌクレオ
チド含有核酸分子の３’→５’エキソヌクレアーゼ耐性
特性は、パットニー（Putney, S. D.）ら（Proc. Natl.
Acad. Sci.（ＵＳＡ） ７８：７３５０〜７３５４（１
９８１））およびグプタ（Gupta, A. P.）ら（Nucl. Ac
ids. Res.、１２：５８９７〜５９１１（１９８４））
に開示されている。

【００４１】かかるエキソヌクレアーゼに対する耐性に
加え、制限エンドヌクレアーゼ開裂認識部位にホスホロ
チオエート誘導体を含有する核酸分子は該開裂に対して
も耐性である。テイラー（Taylor, J. W.）ら（Nucl. A
cids Res.１３：８７４９〜８７６４（１９８５））
は、ホスホロチオエートヌクレオチド含有核酸分子のエ
ンドヌクレアーゼ耐性特性を記載している。ホスホロチ
オエート結合のヌクレアーゼ耐性は、ＤＮＡ増幅プロト
コールにおいて利用されている（ウォーカー（Walker,
T. G.）ら、Proc. Natl. Acad. Sci.（ＵＳＡ） ８９：
３９２〜３９６（１９９２））。ウォーカーらの方法に
おいては、ホスホロチオエートヌクレオチド誘導体を二
本鎖ＤＮＡ分子の一方の鎖中の制限エンドヌクレアーゼ
認識部位内に組み込む。ホスホロチオエートヌクレオチ
ド誘導体の存在は該鎖を開裂から保護し、それゆえ、保
護していない鎖が制限エンドヌクレアーゼによって切れ
目を生じる結果となる。増幅は、鎖の切れ目生成および
重合の繰り返しによって行う。

【００４２】同様に、このヌクレアーゼ攻撃に対する耐
性は、修飾「サンガー」シークエンシング法の基礎とし
て用いられている（ラベイト（Labeit, S.）ら、ＤＮＡ
５：１７３〜１７７（１９８６））。ラベイトらの方
法においては、「サンガー」法のジデオキシヌクレオチ
ドの代わりに３５Ｓ−標識したホスホロチオエートヌク
レオチド誘導体を用いた。示したように、一本鎖分子を
生成させる試みにおいて他の方法（非対称ＰＣＲなど）
が用いられている。本発明の方法は、二本鎖のＰＣＲ生
成物を正確に同じ長さの一本鎖生成物に定量的に変換す
るという利点を提供する。第二に、使用したエキソヌク
レアーゼはＰＣＲ塩中で最適の酵素活性を示し、それゆ
え、エキソヌクレアーゼ処理の前に精製または緩衝液の
交換を必要としない。最後に、得られた一本鎖分子はＴ
７遺伝子６エキソヌクレアーゼによるさらなる分解に対
して完全に耐性である。

【００４３】本明細書において「プライマー」とは、
「鋳型に依存した」伸長反応においてヌクレオチドの共
有結合付加によって伸長することのできる一本鎖のオリ
ゴヌクレオチドまたは一本鎖のポリヌクレオチドをい
う。このような能力を有するためには、プライマーは
３’ヒドロキシル末端を有していなければならず、第二
の核酸分子（すなわち、「鋳型」）にハイブリダイズす
ることができなければならない。プライマーは一般に１
１塩基またはそれより長い。最も好ましくはプライマー
は２５塩基であるが、一層短いまたは一層長いプライマ
ーも充分に用いることができる。「鋳型に依存した」伸
長とは、伸長した配列が核酸鋳型の配列に相補的となる
ように、プライマーの伸長を媒体するポリメラーゼの能
力をいう。

【００４４】ポリメラーゼ」は、核酸分子が適当な鋳型
核酸分子にハイブリダイズしたならば、ヌクレオシド三
リン酸を取り込んで該核酸分子の３’ヒドロキシル基を
伸長しうる酵素である。ポリメラーゼ酵素は、ワトソン
（Watson, J. D.）のMolecular Biology of the Gene、
第３版、ベンジャミン、メンロパーク、カリフォルニア
（１９７７）（参照のため本明細書に引用する）および
同様の教科書に記載されている。増幅の目的のために
は、好ましいＤＮＡポリメラーゼはＴａｑポリメラーゼ
（シータス（Cetus））である。他のポリメラーゼ、た
とえば細菌の大腸菌のＤＮＡポリメラーゼＩの大きなタ
ンパク質加水分解断片（通常、「クレノウ」ポリメラー
ゼとして知られる）、大腸菌のＤＮＡポリメラーゼＩ、
およびバクテリオファージＴ７ ＤＮＡポリメラーゼな
どもまた、本明細書記載の方法を行うために用いること
ができる。

【００４５】プライミング、プライマー伸長または鎖置
換の速度または程度を増加させる条件または薬剤は、本
発明の方法で得られる増幅の程度を増加させることがで
きる。たとえば、ヘリカーゼまたは一本鎖核酸結合タン
パク質の添加はＤＮＡポリメラーゼの鎖置換速度を増大
させることができ、またはもともと実質的な増幅を与え
ないＤＮＡポリメラーゼの使用を可能とする。

【００４６】増幅反応に用いるすべての酵素は、同じ反
応条件下で活性である。確かに、すべての酵素がほぼそ
の最適反応条件となる緩衝液が存在する。Ｍｇ^＋＋など
の必要なコファクター、およびｄＡＴＰ、ｄＣＴＰ、ｄ
ＧＴＰ、ｄＴＴＰ、ＡＴＰ、ＣＴＰ、ＧＴＰ、ＵＴＰま
たは他のヌクレオシド三リン酸を、所望な増幅の程度を
支持するのに充分な量で反応混合物に加えるのが望まし
い。等価なヌクレオシド三リン酸類似体等（ピッチリル
リ（Piccirilli, J. A.）ら、Nature ３４３：３３〜３
７（１９９０））を上記のものの代わりにまたは上記の
ものに加えて用いることができるが、増幅が所望の程度
まで進行しないほどに塩基対形成、ポリメラーゼおよび
鎖置換機能が悪影響を受けないことを条件とする。

【００４７】本発明の特定の態様において使用する条件
を定めるに際しては、増幅効率を減弱させるプライマー
媒体の標的独立な反応が起こるかもしれないので、該反
応をアッセイの最適化の間に調べる必要がある。この理
由のため、それ自体の上でプライミングできないプライ
マーを選択する必要がある。プライマーはまた、異常な
プロモーター独立の転写反応においてＤＮＡ鋳型として
も働く（クルップ（Krupp, G.）ら、Nucl. Acids Res.
１７：３０３２〜３０３６（１９８９））。起こり得る
妨害反応の蓋然性を最小限にするため、好ましくは候補
のプライマーを増幅工程に用いる前にこれら問題を扱う
反応において試験すべきである。

【００４８】本発明の好ましい態様において、本発明の
一本鎖分子またはその増幅生成物を検出可能なように標
識する。検出可能な標識のいかなる適当な手段も用いる
ことができる。それゆえ、標識は酵素標識、蛍光標識、
放射性同位体標識、化学ルミネセンス標識などであって
よい。適当な酵素標識の例としては、アルカリホスファ
ターゼ、アセチルコリンエステラーゼ、アルファ−グリ
セロールリン酸デヒドロゲナーゼ、アルカリホスファタ
ーゼ、アスパラギナーゼ、β−ガラクトシダーゼ、カタ
ラーゼ、デルタ−５−ステロイドイソメラーゼ、グルコ
ースオキシダーゼ、グルコース−６−リン酸デヒドロゲ
ナーゼ、グルコアミラーゼ、グリコアミラーゼ、ルシフ
ェラーゼ、リンゴ酸デヒドロゲナーゼ、ペルオキシダー
ゼ、リボヌクレアーゼ、スタフィロコッカスヌクレアー
ゼ、トリオースリン酸イソメラーゼ、ウレアーゼ、およ
び酵母−アルコールデヒドロゲナーゼが挙げられる。適
当な蛍光標識の例としては、フルオレセイン標識、イソ
チオシアネート標識、ローダミン標識、フィコエリトリ
ン標識、フィコシアニン標識、アロフィコシアニン標
識、ｏ−フタルアルデヒド標識、フルオレスカミン標識
などが挙げられる。適当な化学ルミネセンス標識の例と
しては、ルミナール標識、イソルミナール標識、芳香族
アクリジンエステル標識、イミダゾール標識、アクリジ
ン塩標識、シュウ酸エステル標識、ルシフェリン標識、
エクオリン標識などが挙げられる。

【００４９】II．本発明の好ましい方法 示したように、本発明は、エキソヌクレアーゼ耐性ヌク
レオチド誘導体、最も好ましくはホスホロチオエートデ
オキシリボヌクレオチドまたはリボヌクレオチド誘導体
を含むプライマー分子を用いることにより一本鎖分子の
生成を達成するこのである。このようなホスホロチオエ
ート誘導体を製造するために種々の化学的方法のいずれ
をも用いることができる（たとえば、ゾンら、Anti-Can
c. DrugDes.６：５３９〜５６８（１９９１）；キム（K
im, S. G.）ら、Biochem. Biophys. Res. Commun.１７
９：１６１４〜１６１９（１９９１）；ブー（Vu, H.）
ら、Tetrahedron Lett.３２：３００５〜３００８（１
９９１）；テイラー（Taylor, J. W.）ら、Nucl. Acids
Res.１３：８７４９〜８７６４（１９８５）；エック
スタインら、Biochemistry １５：１６８５〜１６９１
（１９７６）；ルードウィッヒ（Ludwig, J.）ら、J. O
rg. Chem.５４：６３１〜６３５（１９８９））。ホス
ホロチオエートヌクレオチド誘導体はまた、アマーシャ
ムまたはファルマシアから市販されている。

【００５０】最も好ましい態様において、ホスホロチオ
エート誘導体はプライマー中に含まれる。好ましくは、
プライマー分子は長さが約２５ヌクレオチドであり、約
４％〜約１００％、一層好ましくは約４％〜約４０％、
最も好ましくは約１６％のホスホロチオエート残基（全
残基と比較して）を含む。これらヌクレオチドはプライ
マーのいずれの位置にも導入することができ、互いに隣
接していてもよいし、またはプライマーの全体または一
部にわたって分散していてもよい。しかしながら、最も
好ましくは、ホスホロチオエート残基は互いに隣接して
いて、プライマーの５’末端に導入される。

【００５１】一つの態様において、本発明は増幅プロト
コール、たとえばＰＣＲとともに用いることができる。
この態様においては、非修飾プライマーに対して確立さ
れているＰＣＲプロトコールを変えることなくプライマ
ーをＰＣＲ反応において用いることができるように、プ
ライマーのホスホロチオエート結合の数を約１０（また
はプライマーの長さの約半分）に制限するのが好まし
い。プライマーがもっと多くのホスホロチオエート結合
を有していると、反応を最適化するためにＰＣＲ条件を
調節し、とりわけアニーリング温度の調節をする必要が
ある。４未満のホスホロチオエートの導入ではエキソヌ
クレアーゼ保護が不完全となる。それゆえ、４つのホス
ホロチオエート結合を含有するプライマーを用いるのが
好ましい。

【００５２】かかるヌクレオチド誘導体のＤＮＡまたは
ＲＮＡ中への導入は、ＤＮＡポリメラーゼを用いて酵素
的に行うことができる（フォスバーグ（Vosberg, H.
P.）ら、Biochemistry １６：３６３３〜３６４０（１
９７７）；バーガーズ（Burgers, P. M. J.）ら、J. Bi
ol. Chem.２５４：６８８９〜６８９３（１９７９）；
クンケル、Nucleic Acids and Molecular Biology、Ｖ
ｏｌ.２、１２４〜１３５（エックスタインら編）、ス
プリンガー−フェアラーク、ベルリン（１９８８）；オ
ルセン（Olsen, D. B.）ら、Proc. Natl. Acad. Sci.
（ＵＳＡ） ８７：１４５１〜１４５５（１９９０）；
グリープ（Griep, M. A.）ら、Biochemistry ２９；９
００６〜９０１４（１９９０）；セイヤーズら、Nucl.
Acids Res.１６：７９１〜８０２（１９８８））。別法
として、ホスホロチオエート誘導体はオリゴヌクレオチ
ド中に合成的に導入することができる（ゾンら、Anti-C
anc. DrugDes.６：５３９〜５６８（１９９１））。

【００５３】プライマー分子を相補的な鋳型核酸分子に
ハイブリダイズさせ、ついで好ましくはポリメラーゼに
より伸長されて伸長生成物を生成する。プライマー中に
ホスホロチオエートヌクレオチドが存在すると伸長生成
物にヌクレアーゼ攻撃に対する耐性が付与される。示し
たように、ホスホロチオエートまたは他の適当なヌクレ
オチド誘導体を含有する増幅生成物は、Ｔ７エキソヌク
レアーゼやλエキソヌクレアーゼなどの「５'→３’」
エキソヌクレアーゼによる「除去」（すなわち分解）に
対して実質的に耐性であり、それゆえ、５'→３’エキ
ソヌクレアーゼは複数のホスホロチオエート残基（最も
好ましくは約４（すなわち、３〜５））に出会ったとこ
ろで核酸分子をさらに分解することは実質的にできない
であろう。もっと多くの数のホスホロチオエート残基を
使用することは、４つのかかる残基を使用するのと等価
である。標的分子はヌクレアーゼ耐性残基を欠くので、
伸長生成物およびその鋳型（標的）を５'→３’エキソ
ヌクレアーゼの存在下でインキュベートすると鋳型鎖が
破壊される結果となり、かくして所望の一本鎖の優先的
な生成が達成される。

【００５４】III．本発明によって生成した一本鎖分子
の使用 Ａ．ハイブリダイゼーション基質 示したように、標的分子は一本鎖または二本鎖のいずれ
であってもよく、またＤＮＡであってもＲＮＡであって
もよい。本発明の方法は二本鎖分子を増幅して一本鎖分
子種を生成することができるが、これら鎖のうちのいず
れを増幅すべきかについては制限がない。ＰＣＲなどの
方法は最初の標的分子が一本鎖であるか二本鎖にかかわ
らず二本鎖分子の増幅という結果になるので、本発明は
最初の二本鎖分子のいずれの鎖も生成させることができ
る。同様に、一本鎖分子の最初の鎖か、または該鎖の相
補鎖のいずれをも本発明の方法により生成することがで
きる。

【００５５】それゆえ、たとえば、本発明はｍＲＮＡ分
子の配列に対応するｃＤＮＡを生成するのに用いること
ができるし、または該ｍＲＮＡ分子にハイブリダイズし
うる「アンチセンス」分子を生成するのに用いることも
できる。「アンチセンス」分子は、組織（血液、脊髄
液、腫瘍組織等を含む）、食物、水、牛乳などに存在す
る病原菌（ウイルスかまたは細菌）を検出および同定す
るのに用いることができる。アンチセンス分子はまた、
潜伏性のウイルスまたは細菌感染の持続性または重要性
を評価するのに用いることもできる。このような使用の
一つの態様において、本発明によって生成した一本鎖分
子を好ましくは検出可能なように標識し、標的分子のハ
イブリダイゼーションプローブとして用いる。他の態様
において、本発明の一本鎖分子（標識しているかまたは
標識していない）をＰＣＲまたは他の手段を用いて増幅
して、検出可能なように標識された増幅生成物を生成さ
せることができる。そのような標識は、所望なら増幅生
成物中のいたるところに導入することができるので、こ
の態様は末端標識によって得られるものよりも比活性の
高い標識を可能とする。

【００５６】アンチセンス分子の治療学的用途は、該分
子が細胞内に導入されたときに相補的な配列のｍＲＮＡ
分子にハイブリダイズし、それにより該ｍＲＮＡ分子の
遺伝子産物への翻訳を損なう（すなわち、減弱または妨
害する）能力によるものである。アンチセンスオリゴヌ
クレオチドとして機能するためには、核酸分子は、標的
ｍＲＮＡの翻訳を媒体する標的ｍＲＮＡ分子（または遺
伝子）の部位に結合またはハイブリダイズすることがで
きなければならない。

【００５７】本明細書に開示した方法によって生成した
一本鎖核酸分子はまた、核酸配列変異のオリゴヌクレオ
チドに基づく診断アッセイ、とりわけゴエレット（Goel
et,P.）らによって開示された「ジェネティック・ビッ
ト・アナリシス（Genetic Bit Analysis）」（「ＧＢＡ
^ＴＭ」）法（ＷＯ９２／１５７１２、参照のため本明細
書に引用する）に使用するようなオリゴヌクレオチドを
得るのに用いることもできる。ＧＢＡ^ＴＭは、迅速な非
放射性固相アッセイ手順による核酸試料中の単一ヌクレ
オチド遺伝子多型を検出する方法である。本質におい
て、遺伝子座特異的なＤＮＡプライマーを固相に結合さ
せ、ゲノム鋳型にハイブリダイズさせ、ついで配列に依
存した仕方で好ましくはクレノウまたはＴ７ ＤＮＡポ
リメラーゼにより伸長させる。この鎖伸長反応の基質
は、好ましくは、共有結合により結合したビオチン残基
を有する新規な鎖停止性のジデオキシヌクレオチドであ
る。ついで、所定の反応において導入された特定の塩基
を、市販の酵素コンジュゲートを用いた比色反応により
読み取ることができる。これら反応はＥＬＩＳＡ様の９
６−ウエルフォーマットに適合され、標準ロボット液体
操作システム（standardrobotic liquid handling syst
ems）を用いて自動化されている。

【００５８】近代的な遺伝子マッピング戦術は、ゲノム
に沿って空間的に密な間隔にある情報性遺伝子マーカー
の蓄積によっている。ＧＢＡ^ＴＭの利点の一つは、標準
的な反応条件を使用することにより、新たに定められた
単一ヌクレオチド多型のための試験を容易に開発するこ
とができることである。ＧＢＡ^ＴＭはまた、新たなマー
カーの情報付与性（informativeness）を都合よく評価
できるように、ある集団における予備的な対立遺伝子頻
度（preliminary allelic frequencies）の迅速な決定
を可能とする。

【００５９】それゆえ、ＧＢＡ^ＴＭにおいては、定めら
れた配列（標的分子に相補的である）を有する精製オリ
ゴヌクレオチドを固相支持体に結合させる。標的分子を
含有すると思われる試料を該支持体に接触させて置き、
存在する標的分子を該結合オリゴヌクレオチドとハイブ
リダイズさせる。一つの態様においては、たとえば、ニ
ッカーソン（Nckerson）らによって記載されているよう
に（Proc. Natl. Acad. Sci.（ＵＳＡ） ８７：８９２
３〜８９２７（１９９０））、３’末端がプライマー伸
長の基質として働きうるように該オリゴヌクレオチドの
５’末端を固相支持体に結合させる。所望の分子の存在
は、標識したヌクレオチドがプライマー依存性ポリメラ
ーゼによって該結合オリゴヌクレオチドの３’末端に導
入されることによって決定する。

【００６０】本発明の方法は、検出可能なリポーター基
の結合のために修飾したオリゴヌクレオチドまたは固相
支持体マトリックスへの結合のために修飾したオリゴヌ
クレオチドを含む修飾一本鎖オリゴヌクレオチドを調製
するのに用いることができる（ルース（Ruth, J.
L.）、米国特許第４,９４８,８８２号）。本発明の方法
は、幾つかの顕著な利点を提供する。本発明は、プライ
マーに基づく核酸増幅反応、たとえばＰＣＲによる二本
鎖ＤＮＡ分子の合成後に、完全長または部分的な長さの
一本鎖ＤＮＡ分子を調製するための極めて便利で信頼性
の高い方法を提供する。重要なことに、ヌクレアーゼ感
受性鎖の分解を、二本鎖ＰＣＲ増幅生成物を前以て単離
または精製することなしに行うことができる。ヒグチ
（Higuchi, R. G.）らの従来記載された方法では過剰の
λエキソヌクレアーゼを用いたとしても一般に５０〜７
０％の変換しか得られなかったのと対照的に、本発明の
方法では一般にヌクレアーゼ感受性鎖の完全に定量的な
分解が得られる。

【００６１】Ｂ．増幅 上記に示唆したように、本発明の方法は、二本鎖分子の
うちの一本鎖を特異的に増幅させるためにインビトロ増
幅手順と都合よく組み合わせることができる。この本発
明の側面はＰＣＲに関して以下に説明してあるが、従来
記載された増幅手順のいずれをも用いることができる。
この目的のため、一方のプライマーのみがホスホロチオ
エートヌクレオチドなどのヌクレアーゼ耐性ヌクレオチ
ド誘導体を含むように修飾した２つのプライマーを用い
てＰＣＲを行う。得られるヌクレオチド耐性結合は二本
鎖ＰＣＲ増幅生成物の「標的鎖」の必要不可欠の部分と
なる。対照的に、ヌクレアーゼ耐性ヌクレオチド誘導体
を欠くプライマーから生成した、ＰＣＲ増幅生成物の
「相補鎖」はヌクレアーゼ分解に感受性である。ＰＣＲ
増幅後、得られた二本鎖ＤＮＡ生成物は、一方の鎖の
５’末端のみにホスホロチオエート結合を含んでいるで
あろう。それゆえ、適当な二本鎖特異的な５'→３’エ
キソヌクレアーゼを使用することにより、この生成物は
保護されていない相補鎖の選択的分解により一本鎖分子
に変換される。所望の鎖中に存在するホスホロチオエー
ト結合は、該鎖を酵素的加水分解から保護する。

【００６２】好ましくは、ついでＰＣＲ反応後、反応混
合物にエキソヌクレアーゼ（好ましくはＴ７遺伝子６エ
キソヌクレアーゼ）を直接加え、保護されていない鎖の
加水分解を室温かまたは一層好ましくは３７℃で１５〜
３０分間行うことができる。λエキソヌクレアーゼを用
いる場合には、反応混合物を最も好ましくは９.４のｐ
Ｈ（この酵素の最適ｐＨ）に調節する。重要なことに、
ヌクレアーゼ感受性鎖の完全な分解を望む場合は一層多
くの酵素を用いる必要がある。λエキソヌクレアーゼは
リン酸化されていない基質よりも５’−リン酸化された
基質に対して有意の優先性を示すので、この酵素を用い
て最適の結果を得るためにはヌクレアーゼ感受性ＰＣＲ
プライマーを５’−リン酸化するのが最も好ましい。そ
れゆえ、５'→３’エキソヌクレアーゼは「相補鎖」を
分解させるので、天然の汚染物質を実質的に含まない
「標的鎖」の調製物が得られる。この一本鎖標的分子
は、ハイブリダイゼーションプローブとして、シークエ
ンシング鋳型として、または一本鎖ＤＮＡを必要とする
他の応用において用いることができる。

【００６３】Ｃ．配列分析 示したように、本発明によって生成した一本鎖分子は標
的分子の配列を決定するために用いることができる。本
発明の一つの態様において、プライマーから生成した伸
長生成物を容易に検出または視覚化することができるよ
うに、ホスホロチオエートヌクレオチド誘導体を含むプ
ライマーを標識するのが好ましい。この目的のため、放
射性同位体、酵素、蛍光残基、化学ルミネセンス残基な
どのあらゆる適当な標識を用いることができる。別の態
様においては、放射性硫黄同位元素（すなわち、
^３５Ｓ）の使用などによりホスホロチオエートヌクレオ
チド誘導体中に標識を導入する。さらに別の態様におい
ては、本発明の一本鎖分子（標識しているかまたは標識
していない）をＰＣＲまたは他の手段を用いて増幅し
て、検出可能なように標識した増幅生成物を製造するこ
とができる。上記のように、末端標識で得られるよりも
高い比活性の標識を得るため、必要ならＰＣＲまたは他
の手段によって得られた増幅生成物中に上記標識を導入
することができる。

【００６４】それゆえ、本発明の方法は、５’末端かま
たは場合により分子全体で標識された一本鎖分子の調製
を可能とする。そのようなものとして、すでに記載した
マクサム−ギルバートシークエンシング法を用いて該分
子を容易かつ効率的に配列決定することができる。本発
明は、「キット」などの製品を包含する。かかるキット
は一般に、密接な区画において、ホスホロチオエートヌ
クレオチド誘導体を含む第一のプライマーを入れた第一
の容器と、ホスホロチオエートヌクレオチド誘導体を含
まない第二のプライマーを入れた第二の容器とを含み、
これら２つのプライマーを前以て決定した遺伝子配列を
増幅するのに用いることができるように特別に適合させ
てある。キットはさらに、緩衝液、酵素、使用説明書な
どを含んでいてよい。本発明を一般的に記載したので、
本発明は以下の実施例を参照することによって一層容易
に理解されるであろう。これら実施例は、説明のために
記載したものであって、特に断らない限り本発明を限定
することを意図するものではない。

【実施例】

【００６５】実施例１ 一本鎖ＤＮＡの製造 ウマゲノムＤＮＡの２５７ｐｂ領域に対応する一本鎖分
子種を、ＰＣＲおよび５’末端に４つのホスホロチオエ
ート結合（「ｐｂ」はホスホロチオエート結合を示す）
を有する２つの２５残基長のプライマーを用いて生成さ
せた。

【化１】 ホスホロチオエート結合の導入は、市販の試薬であるテ
トラエチルチウラムジスルフィド（ＴＥＴＤ）を用い、
オリゴヌクレオチドの自動化合成において行った。ホス
ホロチオエート−標識ＰＣＲプライマーの精製は、市販
のオリゴヌクレオチド精製カートリッジ（Oligonucleot
ide Purification Cartridges）（ＯＰＣ）を用いて行
った。

【００６６】上記プライマー（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：１お
よびＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：２）はまた非標識形としても調
製した。一本鎖生成物の生成を必要とする全てのＰＣＲ
反応において、これらＰＣＲプライマーの一方をホスホ
ロチオエート標識し、他のプライマーは標識しなかっ
た。ＰＣＲ増幅を３０または３５サイクル行い、各増幅
サイクルには１分間の変性、６０℃での２分間のアニー
リング、および７２℃での３分間の伸長が含まれてい
た。ＰＣＲ増幅後、Ｔ７遺伝子６エキソヌクレアーゼの
希釈液（１００μｌのＰＣＲ反応液に対して約１６単位
の酵素）を加え、混合物を３７℃で１５分間インキュベ
ートした。ＥＤＴＡを１０ｍＭまで加えることにより反
応を停止させ、ポリアクリルアミドゲル電気泳動により
分析した。ＰＣＲ増幅の結果、各プライマー結合部位に
よって隔てられる２５７塩基対配列の指数的増幅が得ら
れた。エキソヌクレアーゼで処理すると、ヌクレアーゼ
感受性鎖が完全に分解された。エキソヌクレアーゼ処理
後の増幅物質の電気泳動分析により、この物質が２５７
塩基長の一本鎖形状に変換されたことが明らかとなっ
た。

【００６７】実施例２ Ｔ７遺伝子６エキソヌクレアーゼによる加水分解に対す
るホスホロチオエート結合の安定性 バクテリオファージＴ７遺伝子６エキソヌクレアーゼ
は、二本鎖ＤＮＡを５’から３’の方向に加水分解す
る。通常のホスホジエステル結合をホスホロチオエート
で置換することが該酵素活性に与える影響を調べるた
め、下記の３’をビオチン化した自己相補的なオリゴヌ
クレオチドを合成した（４５量体；「Ｘ」は隣接するヌ
クレオチド間のホスホロチオエート結合を示す；Ｂはビ
オチン残基を示す）。

【化２】

【００６８】オリゴヌクレオチド＃１〜３をトリチル保
護して合成し、逆相ＨＰＬＣにより精製し、８０％酢酸
で処理することにより脱トリチルし、脱塩した。オリゴ
ヌクレオチド＃１は５’末端にホスホロチオエート結合
を含まない。オリゴヌクレオチド＃２は５’末端に一つ
のホスホロチオエート結合を含む。それゆえ、これは、
ホスホロチオエート残基の方向に依存して２つのジアス
テレオマー、ＲｐおよびＳｐの混合物である。これら２
つのジアステレオマーは、トリチル保護したレベルで逆
相ＨＰＬＣによって充分に分離され、脱トリチル後に純
粋な形態で得られた。かくして得られたオリゴヌクレオ
チド＃２の２つの個々のジアステレオマーを、以下、ピ
ークＡ（先に溶出）およびピークＢ（遅れて溶出）と称
する。

【００６９】オリゴヌクレオチド＃１〜３は、一本鎖ル
ープとして５つのチミジン残基を有する安定なヘアピン
型の自己相補的な二次構造を形成するように設計した。
Ｔ７遺伝子６エキソヌクレアーゼで処理すると、これら
オリゴヌクレオチドはチミジンループまで５’末端から
加水分解され、それによって一本鎖分子に変換されるに
違いない。これら加水分解によって得られた３’ビオチ
ン化一本鎖オリゴヌクレオチドを固相上に捕捉するた
め、オリゴヌクレオチド＃４を９６ウエルプレート中に
固定化した。このオリゴヌクレオチドは、以下の配列を
有する。

【化３】

【００７０】このオリゴヌクレオチドの１６の３’末端
塩基は、ビオチン化オリゴヌクレオチド＃１〜３の３’
末端と相補的である。約６０ピコモルの精製オリゴヌク
レオチド＃１〜３を０または４単位／μｌのＴ７遺伝子
６エキソヌクレアーゼで３７℃にて１００μｌの全量に
て処理した。この処理の後、アリコートを間隔をあけて
除き、等容量の３Ｍ ＮａＣｌ、２０ｍＭ ＥＤＴＡと混
合した。１.５Ｍ ＮａＣｌ、１０ｍＭ ＥＤＴＡ中でさ
らに希釈工程を行った後、約１ピコモルのオリゴヌクレ
オチドを含有するアリコートを、固定化オリゴヌクレオ
チド＃４を含む９６ウエルプレートのウエルに加えた。

【００７１】ついで、ビオチンの存在または不存在を比
色アッセイで検出した。このアッセイは以下のようにし
て行った。ハイブリダイゼーション後、ＴＮＴｗ中の１
％ＢＳＡ中の抗ビオチン西洋ワサビペルオキシダーゼコ
ンジュゲート（ベクター・ラボラトリーズ（Vector Lab
oratories）、バーリンゲーム、カリフォルニア州）の
１：１２００希釈とともにプレートを室温にて３０分間
インキュベートした。ついで、このプレートをＴＮＴｗ
で６回洗浄し、０.０１２％Ｈ_２Ｏ_２を含む０.１Ｍクエ
ン酸緩衝液（ｐＨ４.５）中のｏ−フェニレンジアミン
（ＯＰＤ）（１ｍｇ／ｍｌ）の溶液を加えた。プレート
を直ちにプレートリーダー（Ｖ_ｍａｘ、モレキュラー・
デバイスィズ（Molecular Devices））中に置き、４５
０ｎｍにおける発色を２分間追跡した。その結果をｍＯ
Ｄ^４５０／分として表した。

【００７２】このアッセイの結果を表１にまとめて示
す。この表に示すシグナルは、エキソヌクレアーゼ処理
の１５分後に得られたものである。インキュベーション
時間を長くしてもシグナルの上昇は認められなかった。
そえゆえ、表１はＴ７遺伝子６エキソヌクレアーゼの活
性に対するホスホロチオエート残基の効果を示す。表１ ５'ホスホロチオ エキソヌクレアーゼ ４単位／μｌのオリゴ＃ エート残基の数 処理なしのシグナル エキソヌクレアーゼ 処理後のシグナル ＃１ ０ ４ １９６ ＃２ピークＡ １ ４ ２２０ ＃２ピークＢ １ ４ １８０ ＃３ ４ ５ ６

【００７３】これら実験から幾つかの重要な結果が浮か
び上がってきた。予想されたように、いずれの自己相補
的な二本鎖オリゴヌクレオチドも固相固定化オリゴヌク
レオチドにハイブリダイズすることができなかった。ハ
イブリダイゼーションは、Ｔ７遺伝子６エキソヌクレア
ーゼ処理によって一本鎖のビオチン化オリゴヌクレオチ
ドが得られた場合のみに起こった。このアッセイにおい
て、オリゴヌクレオチド＃１並びにオリゴヌクレオチド
＃２の両ジアステレオマーはエキソヌクレアーゼの同程
度に良好な基質であることがわかった。それゆえ、わず
かに一つのホスホロチオエート残基が存在するだけでは
充分な保護が得られない。対照的に、オリゴヌクレオチ
ド＃３の５’末端の４つのホスホロチオエート残基は、
Ｔ７遺伝子６エキソヌクレアーゼの加水分解活性から完
全に保護した。最も考えられることは、該酵素は５’末
端のホスホロチオエート結合を迂回して次のホスホジエ
ステルから加水分解を開始できることである。

【００７４】実施例３ ９６ウエルプレート中のＰＣＲ生成物の比色検出 ホスホロチオエート結合がＴ７遺伝子６エキソヌクレア
ーゼの加水分解活性から保護しうることが確立されたの
で、５’末端に４つのヌクレオチド間ホスホロチオエー
ト結合を含むＰＣＲプライマーを調製した。５番目のホ
スホロチオエート結合は、これらプライマーの５’末端
ヌクレオチドをビオチン残基に結合させ、これによって
ＰＣＲ生成物の非放射性検出が可能となる。これら標識
プライマーを未修飾の反対鎖プライマーとともに用いて
ウマゲノムＤＮＡから断片を増幅した。ＰＣＲプライマ
ーおよび捕捉プローブの配列は以下の通りである。

【００７５】プライマーペアＡ：

【化４】 プライマーペアＡの増幅生成物は９３塩基対の長さであ
り、以下の配列を有する捕捉プローブを用いて捕捉し
た。

【化５】 プライマーペアＢ：

【化６】

【００７６】プライマーペアＢの増幅生成物は２０１塩
基対の長さであり、以下の配列を有する捕捉プローブを
用いて捕捉した。

【化７】 プライマーペアＣ：

【化８】 プライマーペアＣの増幅生成物は５４７塩基対の長さで
あり、以下の配列を有する捕捉プローブを用いて捕捉し
た。

【化９】 すべてのＰＣＲ反応において、ウマゲノムＤＮＡ以外は
すべての反応成分を含む陰性コントロールを行った。こ
のようなコントロール反応の陽性の結果は、以前に得ら
れたＰＣＲ生成物による反応成分の一つの汚染を示して
いる。

【００７７】ＰＣＲ増幅の後、反応混合物のアリコート
を取って二本鎖ＰＣＲコントロールとし、混合物の残り
はＴ７遺伝子６エキソヌクレアーゼで処理した。つい
で、ポリアクリルアミドゲル電気泳動を用い、また９６
ウエルプレート中に固定化したオリゴヌクレオチドプロ
ーブへのエキソヌクレアーゼ反応の一本鎖生成物のハイ
ブリダイゼーションにより分析を行った。捕捉オリゴヌ
クレオチドはＰＣＲ生成物の内部領域にハイブリダイズ
するように設計してあり、それによりプライマー−ダイ
マーの捕捉の可能性を排除した。ハイブリダイゼーショ
ン工程の後、抗ビオチン西洋ワサビペルオキシダーゼコ
ジュゲートを用いた比色反応によりビオチンの存在また
は不存在を決定した。ＰＣＲ生成物のポリアクリルアミ
ドゲル電気泳動分析の結果は、使用したエキソヌクレア
ーゼが未修飾のＤＮＡ鎖を加水分解し、ホスホロチオエ
ート鎖を完全なままで残したことを示した。

【００７８】ハイブリダイゼーションの特異性を示すた
め、エキソヌクレアーゼ処理後の同じ３つのＰＣＲ生成
物のそれぞれを３つの捕捉オリゴヌクレオチドのそれぞ
れを含むウエルにハイブリダイズさせた。それゆえ、Ｐ
ＣＲ反応の生成物、Ａ、ＢおよびＣを２単位／μｌのＴ
７遺伝子６エキソヌクレアーゼで処理することによって
一本鎖とし、最初のＰＣＲ反応の５μｌに対応するアリ
コートを、ハイブリダイゼーションのための適当な捕捉
オリゴヌクレオチドを含有するマイクロタイタープレー
トのウエルに加えた。比色アッセイの結果をｍＯＤ
_４５０／分にて示した。実験はすべて２回行った。示し
た結果は平均値である（ＮＴ＝試験せず、「コントロー
ル」＝陰性コントロール）。マイクロタイタープレート
ハイブリダイゼーションアッセイの結果を表２にまとめ
て示す。エキソヌクレアーゼ工程を経ずに二本鎖ＰＣＲ
生成物を直接用いた場合にはハイブリダイゼーションシ
グナルが得られないことに注意すべきである。このこと
もまた、使用したエキソヌクレアーゼが未修飾のＤＮＡ
鎖を加水分解し、ホスホロチオエート鎖を完全なままで
残したことを示している。この交差ハイブリダイゼーシ
ョン実験の結果も表２に示す。３つの各ＰＣＲ生成物
は、その特異的な捕捉オリゴヌクレオチドにのみハイブ
リダイズした。

【００７９】 表２ 各反応のオリゴ エキソヌクレ エキソヌクレＰＣＲ反応 を捕捉するためのハイ アーゼ処理なし アーゼ処理後 ブリダイゼーション シグナル のシグナル (２Ｕ／μｌ) Ａ Ａ ２ ４５０ Ｂ ＮＴ ３ Ｃ ＮＴ １ Ａ(-コントロール) Ａ ＮＴ １ Ｂ Ａ ＮＴ ４ Ｂ １ ６３０ Ｃ ＮＴ １ Ｂ(-コントロール) Ｂ ＮＴ ４ Ｃ Ａ ＮＴ ３ Ｂ ＮＴ １ Ｃ ２ ４５０ Ｃ(-コントロール) Ｃ ＮＴ ４

【００８０】実施例４ ＰＣＲ生成物の滅菌（sterilization）のためのホスホ
ロチオエートＰＣＲプライマーの使用 本発明の一つの態様は、ＰＣＲプライマーの５’末端で
はなく３’末端におけるホスホロチオエート結合の置換
に関する。Ｔ７遺伝子６エキソヌクレアーゼで処理する
と、二本鎖ＰＣＲ生成物の５’未修飾部分はホスホロチ
オエート結合のところまで分解されるであろう。得られ
る生成物は、一方のみのＰＣＲプライマーがホスホロチ
オエートを含有しているか両方のＰＣＲプライマーが含
有しているかによって一本鎖かまたは二本鎖のいずれか
でありうる。いずれの場合も、エキソヌクレアーゼ反応
の非常に高い効率を仮定して、得られた生成物を同じプ
ライマーを使用するその後の複製連鎖反応において再増
幅すべきでない。というのは、これらプライマーがハイ
ブリダイズする該分子中の部分は破壊されてしまってい
るであろうからである。このことは、ＰＣＲの交差汚染
を防ぐ他の方法を構成する。

【００８１】実施例５ ＧＢＡ ^ＴＭ によるＤＮＡ単一塩基多型のタイプ分け 上記に示したように、ジェネティック・ビット^ＴＭアナ
リシス（ＧＢＡ^ＴＭ）は単一−ヌクレオチド多型のタイ
プ分けのための固相法である。この方法において、オリ
ゴヌクレオチドプライマー（ＧＢＡ^ＴＭプライマーと称
する）をポリスチレンやガラスなどの固相上に固定化
し、本発明の方法によって得られた一本鎖ＰＣＲ鋳型に
ハイブリダイズさせ、単一の標識したｄｄＮＴＰによっ
て３’末端にて酵素的伸長に供する。導入したｄｄＮＴ
Ｐの性質を、反対鎖中に位置するヌクレオチド（多型ヌ
クレオチド）により決定する。このアッセイは、ポリス
チレンＥＬＩＳＡプレート上、ポリスチレンピン上、ま
たはスライドガラス上で都合よく行うことができる。ポ
リスチレンプレート上で行うＧＢＡ^ＴＭの代表例を以下
に示す。この実施例では、ＧＢＡ^ＴＭをウマゲノムＤＮ
Ａにおけるダイアレル（diallelic）多型をタイプ分け
するのに用いる。

【００８２】ＧＢＡ^ＴＭ中でのホスホロチオエート含有
オリゴヌクレオチドの使用は、単一塩基多型を含むウマ
ゲノムＤＮＡからの１１２ｂｐ領域を増幅するためのＰ
ＣＲプライマーの使用によって例証される。これらＰＣ
Ｒプライマーは下記配列を有していた。

【化１０】

【００８３】ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：１７のＰＣＲプライマ
ーは、その５’末端に４つのホスホロチオエート結合を
含有する。これらは二本鎖ＰＣＲ生成物の該末端をＴ７
遺伝子６エキソヌクレアーゼのエキソヌクレアーゼ加水
分解作用から保護し、一本鎖ＰＣＲ生成物の調製を可能
とする。４匹の異なるウマから単離したゲノムＤＮＡを
用いた。オリゴヌクレオチドＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：１６お
よびＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：１７をプライマーとして用い、
標準法によりＰＣＲによる増幅を行った。記載のように
して二本鎖ＰＣＲ生成物を一本鎖形態に変換し、これを
下記の配列を有するＧＢＡ^ＴＭプライマーとハイブリダ
イズさせた。

【化１１】

【００８４】このＧＢＡ^ＴＭプライマーはポリスチレン
９６ウエルプレート上に固定化してあった。ＰＣＲ由来
の一本鎖ＤＮＡ断片を固定化ＧＢＡ^ＴＭプライマーにハ
イブリダイズさせた後、後者の３’末端を大腸菌からの
ＤＮＡポリメラーゼＩの大きな断片（クレノウポリメラ
ーゼ）の存在下で一つの標識ｄｄＮＴＰにより酵素的に
伸長させた。使用した伸長混合物には以下の成分が含ま
れていた：２０ｍＭトリス−ＨＣｌ、ｐＨ７.５；１０
ｍＭ ＭｇＣｌ_２；２５ｍＭ ＮａＣｌ；１０ｍＭ Ｍｎ
Ｃｌ_２；１５ｍｍイソクエン酸ナトリウム；それぞれ
１.５μＭの３つの非標識２’,３’−ジデオキシヌクレ
オシド５’−三リン酸および１.５μＭのビオチン標識
２’,３’−ジデオキシアデノシン５’−三リン酸かま
たは１.５μＭのビオチン標識２’,３’−ジデオキシグ
アノシン５’−三リン酸のいずれか；およびウエル当た
り０.１５単位のクレノウポリメラーゼ。伸長は別々の
ウエル中で行い、それぞれ異なる標識ｄｄＮＴＰが含ま
れていた。ついで、上記のように比色検出によりビオチ
ンの存在を明らかにした。この実験の結果を表３に示
す。

【００８５】表３ ウマ＃ ｍＯＤ _４５０ ／分(塩基Ａ) ｍＯＤ _４５０ ／分(塩基Ｇ) 遺伝子型 １ １１５ ８０ ＡＧ ２ ２ １５０ ＧＧ ３ ７５ ９０ ＡＧ ４ ８５ １ ＡＡ これら結果は、この多型に関して、ウマ１および３がヘ
テロ接合体、ウマ２がＧホモ接合体、およびウマ４がＡ
ホモ接合体であることを示している。

【００８６】それゆえ、ＧＢＡ^ＴＭ（遺伝子小片分析）
法は簡単で便利で自動化可能な遺伝子型決定法である。
この方法では、核酸試料中の独特の多型部位を選択する
ために固相に結合したプライマーへの配列特異的なアリ
ーリングを用いるものであり、この部位の探査（interr
ogation）は新規な非放射性ジデオキシヌクレオチド類
似体のセットを用いた高度に正確なＤＮＡポリメラーゼ
反応によるものである。ＧＢＡ^ＴＭ法の最も魅力的な特
徴点の一つは、ＤＮＡポリメラーゼによって対立遺伝子
の区別が実際に行われるので多くの多型遺伝子座を探査
する（interrogate）のに１セットの反応条件を用いる
ことができることである。この特徴は、平行フォーマッ
トを活用することにより複雑なＤＮＡ試験におけるコス
トの削減を可能とし、新規な試験の迅速な開発をもたら
すものである。

【００８７】本態様におけるＧＢＡ^ＴＭ法の固有誤差率
は低いと思われる。ホモ接合体に対する正しいヌクレオ
チドの導入と正しくないヌクレオチドの導入との対比と
してのシグナル／ノイズ比は約２０：１であると思われ
る。それゆえ、ＧＢＡ^ＴＭは、遺伝子型研究においてヘ
テロ接合体の信頼性のある検出を可能とするほど充分に
定量的である。ＤＮＡポリメラーゼ媒体伸長反応中に４
つのすべてのジデオキシヌクレオシド三リン酸が単独の
ヌクレオチド基質として存在することは、誤導入を抑制
することにより遺伝子型決定の忠実度を高める。ＧＢＡ
^ＴＭは、周辺のＤＮＡ配列が知られていると仮定して、
遺伝子マッピングおよび連鎖研究、遺伝子診断、および
同定／父性試験を含む、点変異分析が現在用いられてい
るあらゆる応用分野において用いることができる。

【００８８】

【配列表】配列番号：１ 配列の長さ：２５塩基対 配列の型：核酸 鎖の数：一本鎖 トポロジー：直鎖状 配列の種類：Genomic ＤＮＡ ハイポセティカル配列：Ｎｏ アンチセンス：Ｎｏ 起源： （Ａ）生物名：エクウス・カバルス（Equus caballus） 配列：

【化１２】 配列番号：２ 配列の長さ：２５塩基対 配列の型：核酸 鎖の数：一本鎖 トポロジー：直鎖状 配列の種類：Genomic DNA ハイポセティカル配列：Ｎｏ アンチセンス：Ｎｏ 起源： （Ａ）生物名：エクウス・カバルス 配列：

【化１３】 配列番号：３ 配列の長さ：４５塩基対 配列の型：核酸 鎖の数：一本鎖 トポロジー：直鎖状 配列の種類：Genomic DNA ハイポセティカル配列：Ｎｏ アンチセンス：Ｎｏ 起源： （Ａ）生物名：エクウス・カバルス 配列：

【化１４】 配列番号：４ 配列の長さ：４５塩基対 配列の型：核酸 鎖の数：一本鎖 トポロジー：直鎖状 配列の種類：Genomic DNA ハイポセティカル配列：Ｎｏ アンチセンス：Ｎｏ 起源： （Ａ）生物名：エクウス・カバルス 配列：

【化１５】 配列番号：５ 配列の長さ：４５塩基対 配列の型：核酸 鎖の数：一本鎖 トポロジー：直鎖状 配列の種類：Genomic DNA ハイポセティカル配列：Ｎｏ アンチセンス：Ｎｏ 起源： （Ａ）生物名：エクウス・カバルス 配列：

【化１６】 配列番号：６ 配列の長さ：２５塩基対 配列の型：核酸 鎖の数：一本鎖 トポロジー：直鎖状 配列の種類：Genomic DNA ハイポセティカル配列：Ｎｏ アンチセンス：Ｎｏ 起源： （Ａ）生物名：エクウス・カバルス 配列：

【化１７】 配列番号：７ 配列の長さ：２５塩基対 配列の型：核酸 鎖の数：一本鎖 トポロジー：直鎖状 配列の種類：Genomic DNA ハイポセティカル配列：Ｎｏ アンチセンス：Ｎｏ 起源： （Ａ）生物名：エクウス・カバルス 配列：

【化１８】 配列番号：８ 配列の長さ：２５塩基対 配列の型：核酸 鎖の数：一本鎖 トポロジー：直鎖状 配列の種類：Genomic DNA ハイポセティカル配列：Ｎｏ アンチセンス：Ｎｏ 起源： （Ａ）生物名：エクウス・カバルス 配列：

【化１９】 配列番号：９ 配列の長さ：２５塩基対 配列の型：核酸 鎖の数：一本鎖 トポロジー：直鎖状 配列の種類：Genomic DNA ハイポセティカル配列：Ｎｏ 起源： （Ａ）生物名：エクウス・カバルス 配列：

【化２０】 配列番号：１０ 配列の長さ：２５塩基対 配列の型：核酸 鎖の数：一本鎖 トポロジー：直鎖状 配列の種類：Genomic DNA ハイポセティカル配列：Ｎｏ アンチセンス：Ｎｏ 起源： （Ａ）生物名：エクウス・カバルス 配列：

【化２１】 配列番号：１１ 配列の長さ：２６塩基対 配列の型：核酸 鎖の数：一本鎖 トポロジー：直鎖状 配列の種類：Genomic DNA ハイポセティカル配列：Ｎｏ アンチセンス：Ｎｏ 起源： （Ａ）生物名：エクウス・カバルス 配列：

【化２２】 配列番号：１２ 配列の長さ：２５塩基対 配列の型：核酸 鎖の数：一本鎖 トポロジー：直鎖状 配列の種類：Genomic DNA ハイポセティカル配列：Ｎｏ アンチセンス：Ｎｏ 起源： （Ａ）生物名：エクウス・カバルス 配列：

【化２３】 配列番号：１３ 配列の長さ：２５塩基対 配列の型：核酸 鎖の数：一本鎖 トポロジー：直鎖状 配列の種類：Genomic DNA ハイポセティカル配列：Ｎｏ アンチセンス：Ｎｏ 起源： （Ａ）生物名：エクウス・カバルス 配列：

【化２４】 配列番号：１４ 配列の長さ：２５塩基対 配列の型：核酸 鎖の数：一本鎖 トポロジー：直鎖状 配列の種類：Genomic DNA ハイポセティカル配列：Ｎｏ アンチセンス：Ｎｏ 起源： （Ａ）生物名：エクウス・カバルス 配列：

【化２５】 配列番号：１５ 配列の長さ：２５塩基対 配列の型：核酸 鎖の数：一本鎖 トポロジー：直鎖状 配列の種類：Genomic DNA ハイポセティカル配列：Ｎｏ アンチセンス：Ｎｏ 起源： （Ａ）生物名：エクウス・カバルス 配列：

【化２６】 配列番号：１６ 配列の長さ：２５塩基対 配列の型：核酸 鎖の数：一本鎖 トポロジー：直鎖状 配列の種類：Genomic DNA ハイポセティカル配列：Ｎｏ アンチセンス：Ｎｏ 起源： （Ａ）生物名：エクウス・カバルス 配列：

【化２７】 配列番号：１７ 配列の長さ：２５塩基対 配列の型：核酸 鎖の数：一本鎖 トポロジー：直鎖状 配列の種類：Genomic DNA ハイポセティカル配列：Ｎｏ アンチセンス：Ｎｏ 起源： （Ａ）生物名：エクウス・カバルス 配列：

【化２８】 配列番号：１８ 配列の長さ：２５塩基対 配列の型：核酸 鎖の数：一本鎖 トポロジー：直鎖状 配列の種類：Genomic DNA ハイポセティカル配列：Ｎｏ アンチセンス：Ｎｏ 起源： （Ａ）生物名：エクウス・カバルス 配列：

【化２９】

フロントページの続き (56)参考文献 Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄｓ Ｒｅ ｓ．，Ｖｏｌ．20，Ｎｏ．14（1992) ｐ．3551−3554 Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｖｏｌ. 26，Ｎｏ．25（1987）ｐ．8237−8241 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) ＢＩＯＳＩＳ／ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ) ＰｕｂＭｅｄ

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 目的核酸中の特定の位置におけるヌクレ
   オチド塩基を同定する方法であって、 （Ａ）２つのプライマー分子および鋳型としての該目的
   核酸を用いて複製連鎖反応を行い、その際、該プライマ
   ー分子の一つは該プライマーの５’末端に少なくとも４
   つのホスホロチオエートヌクレオチド残基の領域を含
   み、該反応は二本鎖増幅生成物を生成するに充分なもの
   であり、 （Ｂ）オリゴヌクレオチドにエキソヌクレアーゼに対す
   る耐性を付与する充分な数のホスホロチオエート結合を
   欠くオリゴヌクレオチドを分解する条件下、該増幅生成
   物を５'→３’エキソヌクレアーゼで処理して、少なく
   とも４つのホスホロチオエートヌクレオチド残基の領域
   を含む一本鎖の目的核酸を得、 （Ｃ）工程（Ｂ）からの一本鎖の目的核酸を、ハイブリ
   ダイズ条件下、同定しようとするヌクレオチド塩基の直
   ぐ隣に目的核酸中に存在するヌクレオチド塩基の連なり
   とハイブリダイズしうるオリゴヌクレオチドプライマー
   と接触させて該プライマーと該目的核酸との間に二本鎖
   を生成させることにより、同定しようとするヌクレオチ
   ド塩基が該二本鎖中のプライマーの３’末端の直ぐ下流
   の鋳型中の最初の不対塩基となるようにし、 （Ｄ）工程（Ｃ）からの二本鎖を、ｄＡＴＰ、ｄＣＴ
   Ｐ、ｄＧＴＰまたはｄＴＴＰの実質的不在下、少なくと
   も２つの異なるヌクレオシド三リン酸誘導体と接触さ
   せ、該誘導体は該最初の不対塩基に相補的な誘導体を含
   み、核酸鋳型に依存したプライマー伸長反応のターミネ
   ーターであり、その際、該ターミネーターの少なくとも
   一つは検出可能なマーカーで標識されており、該接触を
   該相補的ターミネーター誘導体と該最初の不対塩基との
   塩基対形成を可能とするに充分な条件下で行い、 （Ｅ）該相補的ターミネーター誘導体をプライマーの
   ３’末端中に導入するに充分な鋳型依存プライマー伸長
   反応を起こさせ、ついで （Ｆ）該導入された誘導体を同定し、それにより該目的
   核酸中の特定の位置におけるヌクレオチド塩基を同定す
   ることを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 工程（Ｄ）において、工程（Ｃ）からの
   二本鎖を４つのターミネーターと接触させ、その際、こ
   れらターミネーターのうちの一つのみが検出可能なマー
   カーを有し、工程（Ｄ）を４回行い、これらターミネー
   ターの異なる一つが各回において標識されている、請求
   項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 工程（Ｄ）において、工程（Ｃ）からの
   二本鎖を４つの標識したターミネーターと接触させ、こ
   れらターミネーターがそれぞれ異なる検出可能な標識を
   有する、請求項１に記載の方法。
4. 【請求項４】 複製連鎖反応間での交差汚染を最小にす
   る方法であって、該反応のプライマー分子の少なくとも
   一つは該プライマーの３’末端に少なくとも４つのホス
   ホロチオエートヌクレオチド誘導体を含むことによって
   ５'→３’エキソヌクレアーゼに対する耐性が付与さ
   れ、該複製連鎖反応を行った後、該反応の増幅生成物を
   該５'→３’エキソヌクレアーゼの存在下、充分な数の
   ホスホロチオエート結合を欠く未使用のプライマーのオ
   リゴヌクレオチド領域および増幅生成物の分解を起こさ
   せるに充分な条件下でインキュベートし、該分解により
   該未使用のプライマーおよび該増幅生成物をさらなる複
   製連鎖反応において基質として働き得ないようにさせ、
   それにより複製連鎖反応間での交差汚染を最小にするこ
   とを特徴とする方法。
5. 【請求項５】 該プライマー分子が４つのホスホロチオ
   エートヌクレオチド誘導体を含む、請求項４に記載の方
   法。