JP3477366B2 - 蛍光クエンチングによる核酸検出方法 - Google Patents
蛍光クエンチングによる核酸検出方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、核酸標的配列の検
出方法、特に蛍光消光を用いる検出方法に関する。
出方法、特に蛍光消光を用いる検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】オリゴヌクレオチドプローブの配列に特
異的なハイブリッド形成は、選択された核酸配列の検出
および同定手段として長い間利用されており、また蛍光
標識によるこの様なプローブのラベリングは、プローブ
のハイブリッド形成を検出し易くするための比較的鋭敏
な無放射の手段を提供してきた。最近開発された検出方
法は、蛍光強度を直接検出するのではなく、プローブの
ハイブリッド形成を検出するために蛍光エネルギー移動
（ＦＥＴ）の過程を利用している。蛍光エネルギー移動
は、一方（アクセプター）の吸収スペクトルがもう一方
（ドナー）の発光スペクトルと重なり、２つの染料が極
めて接近した位置にある場合、ドナーの発蛍光団とアク
セプターの染料（発蛍光団でも、発蛍光団でなくてもよ
い。）の間に発生する。ドナーの発蛍光団の励起状態エ
ネルギーは、共鳴双極子により引き起こされる双極子の
相互作用により隣接するアクセプターに移動される。こ
れにより、ドナーの蛍光消光が引き起こされる。場合に
よっては、アクセプターも発蛍光団であれば、その蛍光
強度が増強されることもある。エネルギー移動効率は、
ドナーとアクセプターの距離に高度に依存しており、こ
れらの関係の予想式がＦｏｅｒｓｔｅｒ(1948. Ann. Ph
ys. 2, 55-75) により明らかにされている。エネルギー
移動効率が５０％であるドナー染料とアクセプター染料
間の距離は、Ｆｏｅｒｓｔｅｒ距離（Ｒo ）と呼ばれて
いる。蛍光消光のその他の機序も公知であり、電荷移動
および衝突消光等が挙げられる。
異的なハイブリッド形成は、選択された核酸配列の検出
および同定手段として長い間利用されており、また蛍光
標識によるこの様なプローブのラベリングは、プローブ
のハイブリッド形成を検出し易くするための比較的鋭敏
な無放射の手段を提供してきた。最近開発された検出方
法は、蛍光強度を直接検出するのではなく、プローブの
ハイブリッド形成を検出するために蛍光エネルギー移動
（ＦＥＴ）の過程を利用している。蛍光エネルギー移動
は、一方（アクセプター）の吸収スペクトルがもう一方
（ドナー）の発光スペクトルと重なり、２つの染料が極
めて接近した位置にある場合、ドナーの発蛍光団とアク
セプターの染料（発蛍光団でも、発蛍光団でなくてもよ
い。）の間に発生する。ドナーの発蛍光団の励起状態エ
ネルギーは、共鳴双極子により引き起こされる双極子の
相互作用により隣接するアクセプターに移動される。こ
れにより、ドナーの蛍光消光が引き起こされる。場合に
よっては、アクセプターも発蛍光団であれば、その蛍光
強度が増強されることもある。エネルギー移動効率は、
ドナーとアクセプターの距離に高度に依存しており、こ
れらの関係の予想式がＦｏｅｒｓｔｅｒ(1948. Ann. Ph
ys. 2, 55-75) により明らかにされている。エネルギー
移動効率が５０％であるドナー染料とアクセプター染料
間の距離は、Ｆｏｅｒｓｔｅｒ距離（Ｒo ）と呼ばれて
いる。蛍光消光のその他の機序も公知であり、電荷移動
および衝突消光等が挙げられる。
【０００３】消光を引き起こす極めて近接した２つの染
料の相互作用に依存するエネルギー移動とその他の機序
は、核酸のハイブリッド形成を検出または同定する興味
深い方法である。なぜならば、この様な分析方法は均一
方式で実施できるからである。均一分析方式は、１種類
の発蛍光団標識の蛍光の検出に依存している従来のプロ
ーブハイブリッド形成分析よりも簡単である。なぜなら
ば、不均一分析は、一般に、ハイブリッド形成した標識
をハイブリッド形成していない標識から分離するための
段階を更に必要とするからである。典型的には、ＦＥＴ
および関連方法は、２つの相補的オリゴヌクレオチドの
ハイブリッド形成により結合された、一方または両方の
染料標識の蛍光特性の変化の監視に基づいている。この
方式において、蛍光特性の変化は、エネルギー移動量の
変化として、あるいは蛍光消光量の変化として測定で
き、典型的には、一方の染料の蛍光強度の増加として示
される。この方法において、目的のヌクレオチド配列
は、ハイブリッド形成していないオリゴヌクレオチドと
ハイブリッド形成したオリゴヌクレオチドを分離せずに
検出できる。ハイブリッド形成は、２つの異なる相補的
オリゴヌクレオチドの間で生じ、一方はドナー発蛍光団
で標識され、もう一方はアクセプターで標識される。一
本鎖オリゴヌクレオチドと比較すると、二本鎖形態で
は、ドナーの蛍光の減少（消光が増加）および／または
エネルギー移動の増加が生じる。ＦＥＴハイブリッド形
成分析の幾つかの方式が、Nonisotopic DNA Probe Tech
niques(1992.Academic Press Inc., Pgs. 311-352) に
概説されている。あるいは、オリゴヌクレオチドがその
相補的配列とハイブリッド形成した時と、オリゴヌクレ
オチドがハイブリッド形成していない時で、一方または
両方の蛍光特性に検出可能な差が生じるように、１つの
オリゴヌクレオチドにドナーとアクセプターを結合する
ことも可能である。この方式では、オリゴヌクレオチド
がハイブリッド形成すると、典型的にドナーの蛍光は増
加し、エネルギーの移動／消光は減少する。例えば、両
端で標識された自己相補的オリゴヌクレオチドは、エネ
ルギー移動と消光が起こり得る様に２つの発蛍光団を接
近させる（すなわち、５’および３’末端）ヘアピン構
造を形成できる。自己相補的オリゴヌクレオチドと、別
のオリゴヌクレオチドの相補部分がハイブリッド形成す
ると、ヘアピン構造が崩壊され、２つの染料間の距離が
離れるため、消光は減少する。ヘアピン構造の欠点は、
非常に安定で、消光しないハイブリッド形成型への変換
が通常遅く、僅かに有利であるに過ぎない点で、一般に
性能は低い。「二重不完全ヘアピン法」がB. Bagwell,
et al. (1994. Nucl. Acids Res. 22, 2424-2425; 米国
特許第５，６０７，８３４号）により報告されている。
Kramer and Tyagi(1996. Nature Biotech. 14,303-308)
は、ヘアピンの枝の間のループ中に検出配列を持つヘ
アピン構造を報告している。
料の相互作用に依存するエネルギー移動とその他の機序
は、核酸のハイブリッド形成を検出または同定する興味
深い方法である。なぜならば、この様な分析方法は均一
方式で実施できるからである。均一分析方式は、１種類
の発蛍光団標識の蛍光の検出に依存している従来のプロ
ーブハイブリッド形成分析よりも簡単である。なぜなら
ば、不均一分析は、一般に、ハイブリッド形成した標識
をハイブリッド形成していない標識から分離するための
段階を更に必要とするからである。典型的には、ＦＥＴ
および関連方法は、２つの相補的オリゴヌクレオチドの
ハイブリッド形成により結合された、一方または両方の
染料標識の蛍光特性の変化の監視に基づいている。この
方式において、蛍光特性の変化は、エネルギー移動量の
変化として、あるいは蛍光消光量の変化として測定で
き、典型的には、一方の染料の蛍光強度の増加として示
される。この方法において、目的のヌクレオチド配列
は、ハイブリッド形成していないオリゴヌクレオチドと
ハイブリッド形成したオリゴヌクレオチドを分離せずに
検出できる。ハイブリッド形成は、２つの異なる相補的
オリゴヌクレオチドの間で生じ、一方はドナー発蛍光団
で標識され、もう一方はアクセプターで標識される。一
本鎖オリゴヌクレオチドと比較すると、二本鎖形態で
は、ドナーの蛍光の減少（消光が増加）および／または
エネルギー移動の増加が生じる。ＦＥＴハイブリッド形
成分析の幾つかの方式が、Nonisotopic DNA Probe Tech
niques(1992.Academic Press Inc., Pgs. 311-352) に
概説されている。あるいは、オリゴヌクレオチドがその
相補的配列とハイブリッド形成した時と、オリゴヌクレ
オチドがハイブリッド形成していない時で、一方または
両方の蛍光特性に検出可能な差が生じるように、１つの
オリゴヌクレオチドにドナーとアクセプターを結合する
ことも可能である。この方式では、オリゴヌクレオチド
がハイブリッド形成すると、典型的にドナーの蛍光は増
加し、エネルギーの移動／消光は減少する。例えば、両
端で標識された自己相補的オリゴヌクレオチドは、エネ
ルギー移動と消光が起こり得る様に２つの発蛍光団を接
近させる（すなわち、５’および３’末端）ヘアピン構
造を形成できる。自己相補的オリゴヌクレオチドと、別
のオリゴヌクレオチドの相補部分がハイブリッド形成す
ると、ヘアピン構造が崩壊され、２つの染料間の距離が
離れるため、消光は減少する。ヘアピン構造の欠点は、
非常に安定で、消光しないハイブリッド形成型への変換
が通常遅く、僅かに有利であるに過ぎない点で、一般に
性能は低い。「二重不完全ヘアピン法」がB. Bagwell,
et al. (1994. Nucl. Acids Res. 22, 2424-2425; 米国
特許第５，６０７，８３４号）により報告されている。
Kramer and Tyagi(1996. Nature Biotech. 14,303-308)
は、ヘアピンの枝の間のループ中に検出配列を持つヘ
アピン構造を報告している。
【０００４】核酸増幅を検出するためのエネルギー移動
または蛍光消光を用いる均一方法も報告されている。R.
Higuchi, et al.(1992. Biotechnology 10, 413-417)
は、臭化エチジウムが二本鎖ＤＮＡと結合するにつれ、
臭化エチジウムの蛍光が増加するのを監視することによ
り、リアルタイムでＤＮＡ増幅を検出する方法を開示し
ている。臭化エチジウムの結合は標的に特異的でなく、
バックグラウンドの増幅生成物も検出されるため、この
方法の鋭敏度は限られている。L.G. Lee, et al.(1993.
Nuc. Acids Res. 21, 3761-3766) は、ＰＣＲの間、二
重標識された検出プローブを標的増幅に特異的な方法で
切断するリアルタイムの検出方法を開示している。検出
プローブは増幅プライマーの下流でハイブリッド形成さ
れ、その結果Ｔａｑポリメラーゼの５’−３’エキソヌ
クレアーゼ活性が検出プローブを消化し、エネルギー移
動対を形成する２つの蛍光染料を分離する。プローブが
切断されるにつれ、蛍光強度は増大する。公開されてい
るＰＣＴ国際出願ＷＯ ９６／２１１４４は、酵素によ
り触媒される核酸の切断により蛍光が増加する、連続蛍
光測定分析を開示している。蛍光エネルギーの移動がこ
の方法において使用されていると示唆されているが、標
的とのハイブリッド形成により消光される１種類の蛍光
標識を用いる方法に関してのみである。蛍光エネルギー
移動系において制限エンドヌクレアーゼがどのように利
用されるかに関しては明細な開示はない。
または蛍光消光を用いる均一方法も報告されている。R.
Higuchi, et al.(1992. Biotechnology 10, 413-417)
は、臭化エチジウムが二本鎖ＤＮＡと結合するにつれ、
臭化エチジウムの蛍光が増加するのを監視することによ
り、リアルタイムでＤＮＡ増幅を検出する方法を開示し
ている。臭化エチジウムの結合は標的に特異的でなく、
バックグラウンドの増幅生成物も検出されるため、この
方法の鋭敏度は限られている。L.G. Lee, et al.(1993.
Nuc. Acids Res. 21, 3761-3766) は、ＰＣＲの間、二
重標識された検出プローブを標的増幅に特異的な方法で
切断するリアルタイムの検出方法を開示している。検出
プローブは増幅プライマーの下流でハイブリッド形成さ
れ、その結果Ｔａｑポリメラーゼの５’−３’エキソヌ
クレアーゼ活性が検出プローブを消化し、エネルギー移
動対を形成する２つの蛍光染料を分離する。プローブが
切断されるにつれ、蛍光強度は増大する。公開されてい
るＰＣＴ国際出願ＷＯ ９６／２１１４４は、酵素によ
り触媒される核酸の切断により蛍光が増加する、連続蛍
光測定分析を開示している。蛍光エネルギーの移動がこ
の方法において使用されていると示唆されているが、標
的とのハイブリッド形成により消光される１種類の蛍光
標識を用いる方法に関してのみである。蛍光エネルギー
移動系において制限エンドヌクレアーゼがどのように利
用されるかに関しては明細な開示はない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】エネルギー移動と蛍光
消光の検出方法は、特異的プローブのハイブリッド形成
による標的配列の検出にも応用されている。日本の特許
第９３０１５４３９ Ｂ号は、エネルギー移動対を形成
する２つの標識で標識された一本鎖ポリヌクレオチドプ
ローブと一本鎖標的をハイブリッド形成することによる
ポリヌクレオチドの測定方法を開示している。二本鎖ハ
イブリッドは、標識間の制限酵素で切断され、一方の蛍
光が検出される。この方法の欠点は、プローブ内の制限
部位が、検出される標的配列にも存在しなくてはならな
い点である。この特許は、標的配列が適切な制限部位を
含まない場合、あるいは標的の切断が望ましくない場合
の分析に利用するために、プローブを調整することに関
しては説明していない。S.S.Ghosh, et al. (1994. Nuc
l. Acids Res. 22, 3155-3159) は、蛍光共鳴エネルギ
ー移動を用いて分析される発蛍光団標識オリゴヌクレオ
チドの、制限酵素により触媒される切断反応を報告して
いる。これらの分析方法において、相補的オリゴヌクレ
オチドはハイブリッド形成されて（増幅されず）二本鎖
制限部位を生じ、１つの発蛍光団標識が二本の鎖のそれ
ぞれに結合される（即ち、それらの標識は同じ鎖に結合
されない、Ghosh, et al. の図１参照）。S.P. Lee, et
al.(1994. Anal. Biochem. 220, 377-383) は、二本鎖
ＤＮＡを切断するために制限エンドヌクレアーゼを用い
る蛍光「脱消光」技術を報告している。しかし、これら
の方法は、第二の蛍光標識からの蛍光エネルギーの移動
によるのではなく、ＤＮＡとの相互作用により消光され
る１つの蛍光標識のみを用いている。従って、観察され
る消光効果は、配列特異的で、一般的に応用できないも
のと思われる。標識されたオリゴヌクレオチドとその相
補体とのハイブリッド形成と二本鎖制限部位の切断によ
り、非移動性消光は解消され、消光された蛍光は完全に
回復した。
消光の検出方法は、特異的プローブのハイブリッド形成
による標的配列の検出にも応用されている。日本の特許
第９３０１５４３９ Ｂ号は、エネルギー移動対を形成
する２つの標識で標識された一本鎖ポリヌクレオチドプ
ローブと一本鎖標的をハイブリッド形成することによる
ポリヌクレオチドの測定方法を開示している。二本鎖ハ
イブリッドは、標識間の制限酵素で切断され、一方の蛍
光が検出される。この方法の欠点は、プローブ内の制限
部位が、検出される標的配列にも存在しなくてはならな
い点である。この特許は、標的配列が適切な制限部位を
含まない場合、あるいは標的の切断が望ましくない場合
の分析に利用するために、プローブを調整することに関
しては説明していない。S.S.Ghosh, et al. (1994. Nuc
l. Acids Res. 22, 3155-3159) は、蛍光共鳴エネルギ
ー移動を用いて分析される発蛍光団標識オリゴヌクレオ
チドの、制限酵素により触媒される切断反応を報告して
いる。これらの分析方法において、相補的オリゴヌクレ
オチドはハイブリッド形成されて（増幅されず）二本鎖
制限部位を生じ、１つの発蛍光団標識が二本の鎖のそれ
ぞれに結合される（即ち、それらの標識は同じ鎖に結合
されない、Ghosh, et al. の図１参照）。S.P. Lee, et
al.(1994. Anal. Biochem. 220, 377-383) は、二本鎖
ＤＮＡを切断するために制限エンドヌクレアーゼを用い
る蛍光「脱消光」技術を報告している。しかし、これら
の方法は、第二の蛍光標識からの蛍光エネルギーの移動
によるのではなく、ＤＮＡとの相互作用により消光され
る１つの蛍光標識のみを用いている。従って、観察され
る消光効果は、配列特異的で、一般的に応用できないも
のと思われる。標識されたオリゴヌクレオチドとその相
補体とのハイブリッド形成と二本鎖制限部位の切断によ
り、非移動性消光は解消され、消光された蛍光は完全に
回復した。
【０００６】増幅プライマーのハイブリッド形成部位の
下流の標的配列とハイブリッド形成するシグナルプライ
マー（検出プローブとも呼ばれる。）を、核酸増幅検出
において利用する方法が報告されている（米国特許第
５，５４７，８６１号）。シグナルプライマーは、増幅
プライマーの伸長と同様にポリメラーゼにより伸長され
る。増幅プライマーの伸長により、標的増幅依存的にシ
グナルプライマーの伸長生成物が置換され、標的増幅を
示すものとして検出される二本鎖二次増幅生成物が生成
される。シグナルプライマーから生成される二次的増幅
生成物は、種々の標識およびリポーター基、切断されて
特徴的なサイズの断片を生成するシグナルプライマーの
制限部位、捕捉基、三重らせんや二本鎖ＤＮＡ結合蛋白
質の認識部位等の構造的特徴による検出できる。シグナ
ルプライマーを利用する検出方法の具体例は、米国特許
第５，５５０，０２５号（親油性染料と制限部位の組み
合わせ）および米国特許第５，５９３，８６７号（蛍光
偏光検出）に報告されている。
下流の標的配列とハイブリッド形成するシグナルプライ
マー（検出プローブとも呼ばれる。）を、核酸増幅検出
において利用する方法が報告されている（米国特許第
５，５４７，８６１号）。シグナルプライマーは、増幅
プライマーの伸長と同様にポリメラーゼにより伸長され
る。増幅プライマーの伸長により、標的増幅依存的にシ
グナルプライマーの伸長生成物が置換され、標的増幅を
示すものとして検出される二本鎖二次増幅生成物が生成
される。シグナルプライマーから生成される二次的増幅
生成物は、種々の標識およびリポーター基、切断されて
特徴的なサイズの断片を生成するシグナルプライマーの
制限部位、捕捉基、三重らせんや二本鎖ＤＮＡ結合蛋白
質の認識部位等の構造的特徴による検出できる。シグナ
ルプライマーを利用する検出方法の具体例は、米国特許
第５，５５０，０２５号（親油性染料と制限部位の組み
合わせ）および米国特許第５，５９３，８６７号（蛍光
偏光検出）に報告されている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、蛍光消光機序
により核酸標的配列を検出するために、シグナルプライ
マーのハイブリッド形成と伸長を用いている。一本鎖シ
グナルプライマーは、エネルギー移動対を形成する２つ
の染料に結合することにより修飾される。２つの染料
は、第一の染料が第二の染料により消光されるように、
シグナルプライマーに互いに近接して配置される。シグ
ナルプライマーは更に、２つの染料の間に制限エンドヌ
クレアーゼ認識部位（ＲＥＲＳ）を含むことができる。
シグナルプライマーは最初一本鎖であり、標的が存在し
なければ一本鎖のままなので、制限エンドヌクレアーゼ
認識部位は制限エンドヌクレアーゼにより切断すること
は不可能である。しかし、相補鎖の標的依存性合成の結
果、シグナルプライマーとそのＲＥＲＳは二本鎖とな
り、ＲＥＲＳは制限エンドヌクレアーゼにより切断可能
あるいはニッキング可能となる。切断により２つの染料
は分離され、標的配列の存在を表示するものとして、第
一の染料の蛍光強度は増加する（すなわち、消光が減少
する）。切断またはニッキング時の第二の染料の蛍光強
度の減少も検出可能である。第一の実施例において、本
発明のシグナルプライマーは、標的配列の増幅を検出す
るための増幅反応において使用される。標的配列を非増
幅に基づき検出するための別の実施例において、シグナ
ルプライマーは、制限エンドヌクレアーゼ認識部位が
５’に突出部を形成するように、標的オリゴヌクレオチ
ドの３’末端でハイブリッド形成させる。ポリメラーゼ
を使用するシグナルプライマーにおける標的配列の伸長
により、切断またはニッキングされ、染料を分離する、
完全な二本鎖制限部位が形成される。これにより、標的
配列の存在を示す傾向の変化が引き起こされる。
により核酸標的配列を検出するために、シグナルプライ
マーのハイブリッド形成と伸長を用いている。一本鎖シ
グナルプライマーは、エネルギー移動対を形成する２つ
の染料に結合することにより修飾される。２つの染料
は、第一の染料が第二の染料により消光されるように、
シグナルプライマーに互いに近接して配置される。シグ
ナルプライマーは更に、２つの染料の間に制限エンドヌ
クレアーゼ認識部位（ＲＥＲＳ）を含むことができる。
シグナルプライマーは最初一本鎖であり、標的が存在し
なければ一本鎖のままなので、制限エンドヌクレアーゼ
認識部位は制限エンドヌクレアーゼにより切断すること
は不可能である。しかし、相補鎖の標的依存性合成の結
果、シグナルプライマーとそのＲＥＲＳは二本鎖とな
り、ＲＥＲＳは制限エンドヌクレアーゼにより切断可能
あるいはニッキング可能となる。切断により２つの染料
は分離され、標的配列の存在を表示するものとして、第
一の染料の蛍光強度は増加する（すなわち、消光が減少
する）。切断またはニッキング時の第二の染料の蛍光強
度の減少も検出可能である。第一の実施例において、本
発明のシグナルプライマーは、標的配列の増幅を検出す
るための増幅反応において使用される。標的配列を非増
幅に基づき検出するための別の実施例において、シグナ
ルプライマーは、制限エンドヌクレアーゼ認識部位が
５’に突出部を形成するように、標的オリゴヌクレオチ
ドの３’末端でハイブリッド形成させる。ポリメラーゼ
を使用するシグナルプライマーにおける標的配列の伸長
により、切断またはニッキングされ、染料を分離する、
完全な二本鎖制限部位が形成される。これにより、標的
配列の存在を示す傾向の変化が引き起こされる。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明は、ドナー／アクセプター
染料対を含む二本鎖生成物を生成するために、ハイブリ
ッド形成および伸長反応においてシグナルプライマーを
使用している。蛍光消光は一本鎖プライマーにおいて発
生している。一本鎖シグナルプライマーを二本鎖形態に
変換することにより、シグナルプライマー中の一本鎖制
限エンドヌクレアーゼ切断部位も二本鎖形態に変換さ
れ、制限エンドヌクレアーゼによる切断またはニッキン
グが可能となる。制限エンドヌクレアーゼによる切断ま
たはニッキングにより、ドナーおよびアクセプター染料
は別々の核酸断片に分離され、蛍光消光の減少およびド
ナーの蛍光強度の強化に更に貢献することになる。いず
れの実施例においても、蛍光パラメータ（例えば、ドナ
ーの蛍光強度の増加、アクセプターの蛍光強度の減少、
または伸展前後の蛍光比）は、標的配列の存在を示すも
のとして監視される。ドナーの蛍光強度の変化を監視す
るのが好ましい。というのは、この変化は典型的には、
アクセプターの蛍光強度の変化よりも大きいからであ
る。蛍光寿命の変化のようなその他の蛍光パラメータを
監視することもできる。
染料対を含む二本鎖生成物を生成するために、ハイブリ
ッド形成および伸長反応においてシグナルプライマーを
使用している。蛍光消光は一本鎖プライマーにおいて発
生している。一本鎖シグナルプライマーを二本鎖形態に
変換することにより、シグナルプライマー中の一本鎖制
限エンドヌクレアーゼ切断部位も二本鎖形態に変換さ
れ、制限エンドヌクレアーゼによる切断またはニッキン
グが可能となる。制限エンドヌクレアーゼによる切断ま
たはニッキングにより、ドナーおよびアクセプター染料
は別々の核酸断片に分離され、蛍光消光の減少およびド
ナーの蛍光強度の強化に更に貢献することになる。いず
れの実施例においても、蛍光パラメータ（例えば、ドナ
ーの蛍光強度の増加、アクセプターの蛍光強度の減少、
または伸展前後の蛍光比）は、標的配列の存在を示すも
のとして監視される。ドナーの蛍光強度の変化を監視す
るのが好ましい。というのは、この変化は典型的には、
アクセプターの蛍光強度の変化よりも大きいからであ
る。蛍光寿命の変化のようなその他の蛍光パラメータを
監視することもできる。
【０００９】核酸標的増幅とシグナルプライマーに関す
る用語を以下の様に定義する：増幅プライマーは、プラ
イマー伸長による標的配列増幅のためのプライマーであ
る。ＳＤＡの場合、増幅プライマーの３’末端（標的結
合配列）が標的配列の３’末端に結合する。増幅プライ
マーは、その５’末端付近に制限エンドヌクレアーゼの
認識部位を含む。米国特許第５，４５５，１６６号；米
国特許第５，２７０，１８４号および；ＥＰ ０ ６８
４ ３１５に報告されているように、認識部位は、認識
部位が半修飾（「ニッキング」）されている場合に、Ｄ
ＮＡ二本鎖の内１本の鎖を切断する制限エンドヌクレア
ーゼのためのものである。半修飾されている認識部位は
制限エンドヌクレアーゼのための二本鎖認識部位で、こ
の内の１本の鎖が、制限エンドヌクレアーゼに認識部位
の両方の鎖を切断するのではなく、プライマー鎖をニッ
キングさせる様な少なくとも１つの誘導されたヌクレオ
チドを含んでいる。通常、半修飾されている認識部位の
プライマー鎖は、誘導されたヌクレオチドを含まず、制
限エンドヌクレアーゼによりニッキングされる。あるい
は、プライマーが誘導されたヌクレオチドを含んでいて
もよく、これにより、修飾されていない標的鎖は切断か
ら保護され、一方修飾されたプライマー鎖はニッキング
される。この様な制限エンドヌクレアーゼは、誘導され
たｄＮＴＰがその酵素の制限エンドヌクレアーゼ認識部
位に取り込まれる、ルーチンのスクリーニング法で同定
することが可能である。好ましい半修飾された認識部位
は、制限エンドヌクレアーゼＨｉｎｃＩＩ、ＢｓｏＢＩ
およびＢｓｒＩのへミホスホロチオエステル化認識部位
である。増幅プライマーは、増幅プライマーの標的結合
配列が標的配列とハイブリッド形成すると、ＤＮＡポリ
メラーゼにより伸長可能な３’−ＯＨ基も含む。大多数
のＳＤＡ反応に関して、増幅プライマーは標的配列の指
数関数的増幅に寄与している。
る用語を以下の様に定義する：増幅プライマーは、プラ
イマー伸長による標的配列増幅のためのプライマーであ
る。ＳＤＡの場合、増幅プライマーの３’末端（標的結
合配列）が標的配列の３’末端に結合する。増幅プライ
マーは、その５’末端付近に制限エンドヌクレアーゼの
認識部位を含む。米国特許第５，４５５，１６６号；米
国特許第５，２７０，１８４号および；ＥＰ ０ ６８
４ ３１５に報告されているように、認識部位は、認識
部位が半修飾（「ニッキング」）されている場合に、Ｄ
ＮＡ二本鎖の内１本の鎖を切断する制限エンドヌクレア
ーゼのためのものである。半修飾されている認識部位は
制限エンドヌクレアーゼのための二本鎖認識部位で、こ
の内の１本の鎖が、制限エンドヌクレアーゼに認識部位
の両方の鎖を切断するのではなく、プライマー鎖をニッ
キングさせる様な少なくとも１つの誘導されたヌクレオ
チドを含んでいる。通常、半修飾されている認識部位の
プライマー鎖は、誘導されたヌクレオチドを含まず、制
限エンドヌクレアーゼによりニッキングされる。あるい
は、プライマーが誘導されたヌクレオチドを含んでいて
もよく、これにより、修飾されていない標的鎖は切断か
ら保護され、一方修飾されたプライマー鎖はニッキング
される。この様な制限エンドヌクレアーゼは、誘導され
たｄＮＴＰがその酵素の制限エンドヌクレアーゼ認識部
位に取り込まれる、ルーチンのスクリーニング法で同定
することが可能である。好ましい半修飾された認識部位
は、制限エンドヌクレアーゼＨｉｎｃＩＩ、ＢｓｏＢＩ
およびＢｓｒＩのへミホスホロチオエステル化認識部位
である。増幅プライマーは、増幅プライマーの標的結合
配列が標的配列とハイブリッド形成すると、ＤＮＡポリ
メラーゼにより伸長可能な３’−ＯＨ基も含む。大多数
のＳＤＡ反応に関して、増幅プライマーは標的配列の指
数関数的増幅に寄与している。
【００１０】増幅反応を開始させるために特別な配列ま
たは構造は不要なので、ＰＣＲの増幅プライマーは標的
結合配列だけを含めばよい。これに反して、３ＳＲおよ
びＮＡＳＢＡの増幅プライマーは５’末端付近にＲＮＡ
ポリメラーゼプロモーターを含む。このプロモーター
は、標的配列に付着され、標的の複数のＲＮＡコピーの
転写を指示することにより増幅反応を開始させる働きを
する。
たは構造は不要なので、ＰＣＲの増幅プライマーは標的
結合配列だけを含めばよい。これに反して、３ＳＲおよ
びＮＡＳＢＡの増幅プライマーは５’末端付近にＲＮＡ
ポリメラーゼプロモーターを含む。このプロモーター
は、標的配列に付着され、標的の複数のＲＮＡコピーの
転写を指示することにより増幅反応を開始させる働きを
する。
【００１１】伸長生成物は、プライマーまたはプライマ
ーの一部とプライマー結合部位下流の標的配列に相補的
な新しく合成された鎖を含む。伸長生成物は、標的配列
とプライマーのハイブリッド形成と、鋳型として標的配
列を用いるポリメラーゼによりプライマーの伸長の結果
生じた生成物である。
ーの一部とプライマー結合部位下流の標的配列に相補的
な新しく合成された鎖を含む。伸長生成物は、標的配列
とプライマーのハイブリッド形成と、鋳型として標的配
列を用いるポリメラーゼによりプライマーの伸長の結果
生じた生成物である。
【００１２】バンパープライマーは、バンパープライマ
ーの伸長により下流の増幅プライマーを置換するよう
に、増幅プライマーの上流の標的配列とアニーリングす
るプライマーである。バンパープライマーの伸長は、増
幅プライマーの伸長生成物を置換する一方法であるが、
加熱も適切である。
ーの伸長により下流の増幅プライマーを置換するよう
に、増幅プライマーの上流の標的配列とアニーリングす
るプライマーである。バンパープライマーの伸長は、増
幅プライマーの伸長生成物を置換する一方法であるが、
加熱も適切である。
【００１３】標的または標的配列という言葉は、増幅ま
たは検出される核酸配列を意味する。これらには、増幅
される元の核酸配列、その相補的第二の鎖および複製ま
たは増幅により産生される元の配列のコピーのいずれも
含まれる。標的配列は、ハイブリッド形成したプライマ
ーの伸長のための鋳型としての意味を持つこともある。
たは検出される核酸配列を意味する。これらには、増幅
される元の核酸配列、その相補的第二の鎖および複製ま
たは増幅により産生される元の配列のコピーのいずれも
含まれる。標的配列は、ハイブリッド形成したプライマ
ーの伸長のための鋳型としての意味を持つこともある。
【００１４】シグナルプライマーは、その３’末端に、
標的配列と結合する標的結合配列を、標的結合配列の
５’に、標識、検出可能な構造または検出のための特殊
な配列を含む。本発明のシグナルプライマーは、シグナ
ルプライマーから生成される二本鎖生成物の検出を促進
するために、標的結合配列に対して５’のテイル部分に
制限エンドヌクレアーゼ認識部位末端、そして制限エン
ドヌクレアーゼ認識部位を挟むドナー／アクセプター染
料対を含む。シグナルプライマーは、増幅プライマーの
伸長により、シグナルプライマー、シグナルプライマー
の一部またはシグナルプライマーの伸長生成物が置換さ
れる様に、増幅プライマーの下流の標的配列とハイブリ
ッド形成できる。次いで、シグナルプライマーは、第二
の増幅プライマーのハイブリッド形成と伸長により二本
鎖にされる。あるいは、本発明の目的のために、シグナ
ルプライマーにおける標的の伸長により、制限エンドヌ
クレアーゼ認識部位を含むシグナルプライマーを二本鎖
にするように、シグナルプライマーの標的結合配列は、
標的配列の３’末端でハイブリッド形成し、５’突出部
を形成することもできる。
標的配列と結合する標的結合配列を、標的結合配列の
５’に、標識、検出可能な構造または検出のための特殊
な配列を含む。本発明のシグナルプライマーは、シグナ
ルプライマーから生成される二本鎖生成物の検出を促進
するために、標的結合配列に対して５’のテイル部分に
制限エンドヌクレアーゼ認識部位末端、そして制限エン
ドヌクレアーゼ認識部位を挟むドナー／アクセプター染
料対を含む。シグナルプライマーは、増幅プライマーの
伸長により、シグナルプライマー、シグナルプライマー
の一部またはシグナルプライマーの伸長生成物が置換さ
れる様に、増幅プライマーの下流の標的配列とハイブリ
ッド形成できる。次いで、シグナルプライマーは、第二
の増幅プライマーのハイブリッド形成と伸長により二本
鎖にされる。あるいは、本発明の目的のために、シグナ
ルプライマーにおける標的の伸長により、制限エンドヌ
クレアーゼ認識部位を含むシグナルプライマーを二本鎖
にするように、シグナルプライマーの標的結合配列は、
標的配列の３’末端でハイブリッド形成し、５’突出部
を形成することもできる。
【００１５】増幅生成物、増幅された生成物またはアン
プリコンは、増幅プライマーのハイブリッド形成と伸長
により生成される標的配列のコピーである。この言葉
は、増幅反応の中間産物を含む、元の標的配列のコピー
を含む一本鎖および二本鎖増幅プライマー伸長生成物を
指す。
プリコンは、増幅プライマーのハイブリッド形成と伸長
により生成される標的配列のコピーである。この言葉
は、増幅反応の中間産物を含む、元の標的配列のコピー
を含む一本鎖および二本鎖増幅プライマー伸長生成物を
指す。
【００１６】二次増幅生成物または二次生成物は、標的
増幅依存的にシグナルプライマーから生成されるオリゴ
ヌクレオチドである。これらの言葉は、シグナルプライ
マーから生成される一本鎖または二本鎖生成物と共に、
シグナルプライマーまたは標的増幅の結果生成されるシ
グナルプライマー伸長生成物の一部を意味する。 オリ
ゴヌクレオチドの切断とは、ＤＮＡ二重らせんの両方の
鎖のリン酸ジエステル結合の破壊または一本鎖ＤＮＡの
リン酸ジエステルの破壊を意味する。これは、ＤＮＡ二
重らせんの２本の鎖の内１本だけのリン酸ジエステル結
合の破壊を意味するニッキングと対照的である。
増幅依存的にシグナルプライマーから生成されるオリゴ
ヌクレオチドである。これらの言葉は、シグナルプライ
マーから生成される一本鎖または二本鎖生成物と共に、
シグナルプライマーまたは標的増幅の結果生成されるシ
グナルプライマー伸長生成物の一部を意味する。 オリ
ゴヌクレオチドの切断とは、ＤＮＡ二重らせんの両方の
鎖のリン酸ジエステル結合の破壊または一本鎖ＤＮＡの
リン酸ジエステルの破壊を意味する。これは、ＤＮＡ二
重らせんの２本の鎖の内１本だけのリン酸ジエステル結
合の破壊を意味するニッキングと対照的である。
【００１７】シグナルプライマーを使用する二本鎖二次
増幅生成物の生成が図１に示されており、以下の様に要
約できる。シグナルプライマーが、増幅プライマー下流
の標的配列の一本鎖とハイブリッド形成する。増幅プラ
イマーとシグナルプライマーは共に、標的配列を鋳型と
して用いてＤＮＡポリメラーゼにより伸長される。シグ
ナルプライマー伸長生成物は、上流の増幅プライマーの
伸長により鋳型から外され、次に第二の増幅プライマー
のハイブリッド形成と伸長の鋳型として作用し、シグナ
ルプライマーの伸長生成物を二本鎖にする。これによっ
て、ＲＥＲＳは制限エンドヌクレアーゼの基質となる。
第一のシグナルプライマーのハイブリッド形成部位とオ
ーバーラップせずに、二本鎖標的配列の第二の相補的鎖
とハイブリッド形成する第二のシグナルプライマーは、
任意で反応に含められる。第二のシグナルプライマー
は、第二の増幅プライマー下流の標的配列の第二の鎖と
ハイブリッド形成し、伸長され、第二の増幅プライマー
の伸長により置換される。第二のシグナルプライマー伸
長生成物は、第一の増幅プライマーのハイブリッド形成
と伸長により二本鎖にされる。所望により、標的の鎖あ
たり複数のシグナルプライマーを使用でき、それぞれが
同じ鎖の別の部分の下流で標的配列とハイブリッド形成
し、シグナルプライマーは全て増幅プライマーの下流で
ハイブリッド形成される。この方法で、シグナルプライ
マーはそれぞれ上流のシグナルプライマーの伸長により
置換され、５’末端に最も近いオリゴヌクレオチドは増
幅プライマーにより置換される。複数のシグナルプライ
マーの利用は、標的あたり産生されるシグナルを増大ま
たは増幅し、分析の鋭敏度を高める。増幅プライマーに
特殊な配列または構造を必要とするＳＤＡおよびその他
の増幅反応において、シグナルプライマーは増幅プライ
マーとして作用しない。従って、二次増幅生成物は増幅
不可能であるか、あるいは指数関数的には増幅不可能で
あり、バックグラウンドに大きく寄与しないという利点
を有する。本発明のシグナルプライマーは、制限エンド
ヌクレアーゼ認識部位（ＲＥＲＳ）を挟むドナー／アク
セプター染料対を含む。一本鎖シグナルプライマーにお
いて、ＲＥＲＳの配列は二本鎖ＲＥＲＳの１本の鎖に相
当する。シグナルプライマーの制限エンドヌクレアーゼ
認識部位は、シグナルプライマーと標的配列のハイブリ
ッド形成を、あるいはポリメラーゼによるシグナルプラ
イマーの伸長を障害しないように、シグナルプライマー
の標的結合部位に対して５’に配置されている。ドナー
またはアクセプター染料のどちらかが、ＲＥＲＳに対し
３’の位置にてシグナルプライマーに結合されている
が、好ましくは、シグナルプライマーの３’末端ではな
い。なぜならば、３’末端標識はプライマーのハイブリ
ッド形成および／または伸長を障害する可能性があるか
らである。しかし、選択されたドナー発蛍光団またはア
クセプター染料がハイブリッド形成および／または伸長
を阻害しないならば、シグナルプライマーの３’末端に
結合してもよい。ドナーの発蛍光団（アクセプターがＲ
ＥＲＳの３’にある場合）またはアクセプターの発蛍光
団がＲＥＲＳの５’の位置でシグナルプライマーに結合
される。即ち、ドナーおよびアクセプター染料はＲＥＲ
Ｓを挟むように、一本鎖シグナルプライマーに結合され
ている。染料は好ましくは、蛍光消光が生じるほど十分
近く、また切断またはニッキングのために制限エンドヌ
クレアーゼがＲＥＲＳにアクセスできる位十分離れた位
置でＲＥＲＳの両側に結合される。
増幅生成物の生成が図１に示されており、以下の様に要
約できる。シグナルプライマーが、増幅プライマー下流
の標的配列の一本鎖とハイブリッド形成する。増幅プラ
イマーとシグナルプライマーは共に、標的配列を鋳型と
して用いてＤＮＡポリメラーゼにより伸長される。シグ
ナルプライマー伸長生成物は、上流の増幅プライマーの
伸長により鋳型から外され、次に第二の増幅プライマー
のハイブリッド形成と伸長の鋳型として作用し、シグナ
ルプライマーの伸長生成物を二本鎖にする。これによっ
て、ＲＥＲＳは制限エンドヌクレアーゼの基質となる。
第一のシグナルプライマーのハイブリッド形成部位とオ
ーバーラップせずに、二本鎖標的配列の第二の相補的鎖
とハイブリッド形成する第二のシグナルプライマーは、
任意で反応に含められる。第二のシグナルプライマー
は、第二の増幅プライマー下流の標的配列の第二の鎖と
ハイブリッド形成し、伸長され、第二の増幅プライマー
の伸長により置換される。第二のシグナルプライマー伸
長生成物は、第一の増幅プライマーのハイブリッド形成
と伸長により二本鎖にされる。所望により、標的の鎖あ
たり複数のシグナルプライマーを使用でき、それぞれが
同じ鎖の別の部分の下流で標的配列とハイブリッド形成
し、シグナルプライマーは全て増幅プライマーの下流で
ハイブリッド形成される。この方法で、シグナルプライ
マーはそれぞれ上流のシグナルプライマーの伸長により
置換され、５’末端に最も近いオリゴヌクレオチドは増
幅プライマーにより置換される。複数のシグナルプライ
マーの利用は、標的あたり産生されるシグナルを増大ま
たは増幅し、分析の鋭敏度を高める。増幅プライマーに
特殊な配列または構造を必要とするＳＤＡおよびその他
の増幅反応において、シグナルプライマーは増幅プライ
マーとして作用しない。従って、二次増幅生成物は増幅
不可能であるか、あるいは指数関数的には増幅不可能で
あり、バックグラウンドに大きく寄与しないという利点
を有する。本発明のシグナルプライマーは、制限エンド
ヌクレアーゼ認識部位（ＲＥＲＳ）を挟むドナー／アク
セプター染料対を含む。一本鎖シグナルプライマーにお
いて、ＲＥＲＳの配列は二本鎖ＲＥＲＳの１本の鎖に相
当する。シグナルプライマーの制限エンドヌクレアーゼ
認識部位は、シグナルプライマーと標的配列のハイブリ
ッド形成を、あるいはポリメラーゼによるシグナルプラ
イマーの伸長を障害しないように、シグナルプライマー
の標的結合部位に対して５’に配置されている。ドナー
またはアクセプター染料のどちらかが、ＲＥＲＳに対し
３’の位置にてシグナルプライマーに結合されている
が、好ましくは、シグナルプライマーの３’末端ではな
い。なぜならば、３’末端標識はプライマーのハイブリ
ッド形成および／または伸長を障害する可能性があるか
らである。しかし、選択されたドナー発蛍光団またはア
クセプター染料がハイブリッド形成および／または伸長
を阻害しないならば、シグナルプライマーの３’末端に
結合してもよい。ドナーの発蛍光団（アクセプターがＲ
ＥＲＳの３’にある場合）またはアクセプターの発蛍光
団がＲＥＲＳの５’の位置でシグナルプライマーに結合
される。即ち、ドナーおよびアクセプター染料はＲＥＲ
Ｓを挟むように、一本鎖シグナルプライマーに結合され
ている。染料は好ましくは、蛍光消光が生じるほど十分
近く、また切断またはニッキングのために制限エンドヌ
クレアーゼがＲＥＲＳにアクセスできる位十分離れた位
置でＲＥＲＳの両側に結合される。
【００１８】ＳＤＡ反応において、シグナルプライマー
のＲＥＲＳは、ＳＤＡの中心となるニッキング機能を提
供する酵素と同じ制限酵素により認識される配列が可能
である。すなわち、同じ制限エンドヌクレアーゼに関し
て−１つはシグナルプライマーシグナルプライマーに、
１つは増幅プライマーに−２つの異なる認識配列を使用
できる。この実施例において、シグナルプライマーのＲ
ＥＲＳの配列は、ＳＤＡの修飾デオキシヌクレオチド
（ｄＮＴＰ）が組み入れられている場合には、二本鎖切
断が妨げられないように選択される。これに反して、増
幅プライマーのＲＥＲＳの配列は、制限エンドヌクレア
ーゼによるニッキングが、修飾ｄＮＴＰの組み入れによ
り引き起こされる様に選択される。例えば、ＢｓｏＢＩ
のＣＴＣＧＡＧおよびＣＣＣＧＡＧ認識部位は、半修飾
されると切断可能なままで、一方同じ酵素のＣＴＣＧＧ
Ｇ認識部位は半修飾されるとニッキングされる。あるい
は、ＳＤＡ反応においてニッキング機能を提供するもの
と異なる制限エンドヌクレアーゼ認識部位がシグナルプ
ライマー中に存在してもよい。しかし、この場合もシグ
ナルプライマー中のＲＥＲＳは、好ましくは、二本鎖切
断が修飾ｄＮＴＰの組み入れにより障害されないように
選択される。更に別の実施例において、シグナルプライ
マー中のＲＥＲＳは、制限エンドヌクレアーゼにより一
度ニッキングされ、ポリメラーゼによる修復と修飾ｄＮ
ＴＰの組み入れ時に再度ニッキング不可能なＲＥＲＳを
再生する。この様に「１回ニッキング可能な」部位は、
ＳＤＡ反応においてニッキング機能を提供する同じ制限
エンドヌクレアーゼによっても、あるいは異なる制限エ
ンドヌクレアーゼによっても認識される。１回ニッキン
グ可能な部位は一般に標準的で、ＳＤＡ反応における修
飾ｄＮＴＰと同じヌクレオチドをニッキング部位に含
む。例えば、ＢｓｏＢＩのＣＣＣＧＧＧ認識部位は、１
番目と２番目のＣの間でニッキングされる。ｄＣＴＰα
Ｓを使用するＳＤＡ反応においてシグナルプライマーと
して使用される場合、ニックの修復とニック下流の鎖の
置換により、ニッキング部位に修飾Ｃヌクレオチドが組
み入れられる。ニッキング部位の修飾により再ニッキン
グが阻害されるが、片方の染料を持つ下流断片の鎖置換
を可能にすることにより、最初のニックがドナーおよび
アクセプター染料を分離する。１回ニッキング可能な部
位は、標的配列の増幅とは無関係に二次増幅生成物の増
幅を阻害し、バックグラウンドを低下させ、定量性能を
改善するため、本発明において望ましい。
のＲＥＲＳは、ＳＤＡの中心となるニッキング機能を提
供する酵素と同じ制限酵素により認識される配列が可能
である。すなわち、同じ制限エンドヌクレアーゼに関し
て−１つはシグナルプライマーシグナルプライマーに、
１つは増幅プライマーに−２つの異なる認識配列を使用
できる。この実施例において、シグナルプライマーのＲ
ＥＲＳの配列は、ＳＤＡの修飾デオキシヌクレオチド
（ｄＮＴＰ）が組み入れられている場合には、二本鎖切
断が妨げられないように選択される。これに反して、増
幅プライマーのＲＥＲＳの配列は、制限エンドヌクレア
ーゼによるニッキングが、修飾ｄＮＴＰの組み入れによ
り引き起こされる様に選択される。例えば、ＢｓｏＢＩ
のＣＴＣＧＡＧおよびＣＣＣＧＡＧ認識部位は、半修飾
されると切断可能なままで、一方同じ酵素のＣＴＣＧＧ
Ｇ認識部位は半修飾されるとニッキングされる。あるい
は、ＳＤＡ反応においてニッキング機能を提供するもの
と異なる制限エンドヌクレアーゼ認識部位がシグナルプ
ライマー中に存在してもよい。しかし、この場合もシグ
ナルプライマー中のＲＥＲＳは、好ましくは、二本鎖切
断が修飾ｄＮＴＰの組み入れにより障害されないように
選択される。更に別の実施例において、シグナルプライ
マー中のＲＥＲＳは、制限エンドヌクレアーゼにより一
度ニッキングされ、ポリメラーゼによる修復と修飾ｄＮ
ＴＰの組み入れ時に再度ニッキング不可能なＲＥＲＳを
再生する。この様に「１回ニッキング可能な」部位は、
ＳＤＡ反応においてニッキング機能を提供する同じ制限
エンドヌクレアーゼによっても、あるいは異なる制限エ
ンドヌクレアーゼによっても認識される。１回ニッキン
グ可能な部位は一般に標準的で、ＳＤＡ反応における修
飾ｄＮＴＰと同じヌクレオチドをニッキング部位に含
む。例えば、ＢｓｏＢＩのＣＣＣＧＧＧ認識部位は、１
番目と２番目のＣの間でニッキングされる。ｄＣＴＰα
Ｓを使用するＳＤＡ反応においてシグナルプライマーと
して使用される場合、ニックの修復とニック下流の鎖の
置換により、ニッキング部位に修飾Ｃヌクレオチドが組
み入れられる。ニッキング部位の修飾により再ニッキン
グが阻害されるが、片方の染料を持つ下流断片の鎖置換
を可能にすることにより、最初のニックがドナーおよび
アクセプター染料を分離する。１回ニッキング可能な部
位は、標的配列の増幅とは無関係に二次増幅生成物の増
幅を阻害し、バックグラウンドを低下させ、定量性能を
改善するため、本発明において望ましい。
【００１９】シグナルプライマーは、米国特許第５，５
４７，８６１号に一般的に報告されている様に核酸標的
増幅反応に含められる。増幅反応に加えられると、本発
明のシグナルプライマーは前述の様に、二本鎖に変換さ
れ、ＲＥＲＳは制限エンドヌクレアーゼにより切断可能
な二本鎖形態に変換される。この過程を図１に示す。こ
こに使用されている「切断」とは、制限エンドヌクレア
ーゼによる核酸二重らせんの両方の鎖の切断を意味し、
これは核酸二重らせんの２本の鎖の内１本だけの切断を
意味するニッキングと対照的である。ＲＥＲＳの切断に
より、二本鎖二次増幅生成物は２つの断片となる。ドナ
ーおよびアクセプター染料はＲＥＲＳを挟んでいるの
で、ＲＥＲＳの切断により２つの染料は別々の断片に分
離される。ニック下流の一本鎖を外すＲＥＲＳのニッキ
ングにより、一方の染料に結合された二本鎖断片ともう
一方の染料に結合された一本鎖断片が生じる。２つの断
片が反応溶液中に拡散するにつれ、染料間距離は拡大さ
れ、消光の減少を引き起こす。消光の減少による蛍光パ
ラメータの変化、例えば、ドナー蛍光強度の増加やアク
セプター蛍光強度の減少を、標的増幅が発生している、
あるいは発生したことの表示として検出および／または
監視することができる。
４７，８６１号に一般的に報告されている様に核酸標的
増幅反応に含められる。増幅反応に加えられると、本発
明のシグナルプライマーは前述の様に、二本鎖に変換さ
れ、ＲＥＲＳは制限エンドヌクレアーゼにより切断可能
な二本鎖形態に変換される。この過程を図１に示す。こ
こに使用されている「切断」とは、制限エンドヌクレア
ーゼによる核酸二重らせんの両方の鎖の切断を意味し、
これは核酸二重らせんの２本の鎖の内１本だけの切断を
意味するニッキングと対照的である。ＲＥＲＳの切断に
より、二本鎖二次増幅生成物は２つの断片となる。ドナ
ーおよびアクセプター染料はＲＥＲＳを挟んでいるの
で、ＲＥＲＳの切断により２つの染料は別々の断片に分
離される。ニック下流の一本鎖を外すＲＥＲＳのニッキ
ングにより、一方の染料に結合された二本鎖断片ともう
一方の染料に結合された一本鎖断片が生じる。２つの断
片が反応溶液中に拡散するにつれ、染料間距離は拡大さ
れ、消光の減少を引き起こす。消光の減少による蛍光パ
ラメータの変化、例えば、ドナー蛍光強度の増加やアク
セプター蛍光強度の減少を、標的増幅が発生している、
あるいは発生したことの表示として検出および／または
監視することができる。
【００２０】切断可能またはニッキング可能な二次増幅
生成物は、標的増幅と同時に産生されるので、蛍光の変
化を、増幅反応発生中に、すなわち「リアルタイム」に
監視することが可能である。均一分析は、検出のために
反応容器を開ける必要がなく、不均一分析よりも単純な
機器を使用できるため、汚染が少ない。加えて、蛍光の
変化は、絶対値で監視されるものではないので、分析の
正確さは開始点（すなわち、ゼロポイントの設定）によ
らない。本発明の均一リアルタイム分析方式は、存在す
る標的の初期量に関する半定量的または定量的情報を提
供するために利用できる。すなわち、増幅中の蛍光強度
が変化する速度は、初期標的量を表示する。その結果、
標的配列の初期コピー数が多い場合には、ドナーの蛍光
はより迅速に切断された二次増幅生成物の閾値に到達す
る（すなわち確実性に達する時間がより短い）。アクセ
プターの蛍光も同様に、選択された最小値に達するため
に必要な時間として検出される、確実性に到達するまで
の時間が短くなる。更に、反応過程の蛍光パラメータの
変化速度は、標的初期量が低い試料よりも、標的初期量
が高い試料においてより迅速である（即ち、曲線の勾配
が大きくなる。）。すなわち、強度、寿命等の速度の増
加は、比較的遅い変化速度を示す試料よりも初期標的量
が多いことを示している。
生成物は、標的増幅と同時に産生されるので、蛍光の変
化を、増幅反応発生中に、すなわち「リアルタイム」に
監視することが可能である。均一分析は、検出のために
反応容器を開ける必要がなく、不均一分析よりも単純な
機器を使用できるため、汚染が少ない。加えて、蛍光の
変化は、絶対値で監視されるものではないので、分析の
正確さは開始点（すなわち、ゼロポイントの設定）によ
らない。本発明の均一リアルタイム分析方式は、存在す
る標的の初期量に関する半定量的または定量的情報を提
供するために利用できる。すなわち、増幅中の蛍光強度
が変化する速度は、初期標的量を表示する。その結果、
標的配列の初期コピー数が多い場合には、ドナーの蛍光
はより迅速に切断された二次増幅生成物の閾値に到達す
る（すなわち確実性に達する時間がより短い）。アクセ
プターの蛍光も同様に、選択された最小値に達するため
に必要な時間として検出される、確実性に到達するまで
の時間が短くなる。更に、反応過程の蛍光パラメータの
変化速度は、標的初期量が低い試料よりも、標的初期量
が高い試料においてより迅速である（即ち、曲線の勾配
が大きくなる。）。すなわち、強度、寿命等の速度の増
加は、比較的遅い変化速度を示す試料よりも初期標的量
が多いことを示している。
【００２１】別の実施例において、シグナルプライマー
は、標的オリゴヌクレオチドを検出するための非増幅に
基づく分析方式において使用できる。この実施例におい
て、ＲＥＲＳが５’に突出部分を形成するように、シグ
ナルプライマーの標的結合配列は標的オリゴヌクレオチ
ドの３’末端とハイブリッド形成する。ポリメラーゼ
は、鋳型として、ＲＥＲＳを含むシグナルプライマーの
５’突出部分を使用して標的配列を伸長する。この場
合、標的配列は、プライマー伸長反応においてシグナル
プライマーの相補的配列を合成するためのプライマーと
して作用する。シグナルプライマーの標的結合配列が、
標的配列の全長と相補的な場合には、他に一本鎖突出部
分は存在せず、標的だけが伸長される。しかし、シグナ
ルプライマーの標的が標的配列の一部とのみハイブリッ
ド形成する場合には、標的配列は第二の５’突出部分を
形成する。この実施例において、シグナルプライマー
は、鋳型として５’突出部分を使用して伸長される。い
ずれの場合も、シグナルプライマーの二次構造はこの様
にして二本鎖化され、切断またはニッキング可能とされ
る。二本鎖ＲＥＲＳを生成するための伸長と、その結果
生じる蛍光の変化は標的が存在する場合に限り起こり得
る。また、好ましい方法は、標的配列そのものに制限部
位があるか、否かには無関係である。この方法はＳＤＡ
または他の増幅反応のいずれをも必要としないので、修
飾ヌクレオチドは必要ない。またどの制限部位でもシグ
ナルプライマー中に使用できる。しかし、ＲＥＲＳが切
断ではなくニッキングされる場合には、上述の様に修飾
ヌクレオチドを使用して、１回ニッキング可能部位を作
製できる。 本技術において公知の多くのドナー／アク
セプター染料が本発明において有用である。これらに
は、例えば、フルオレセインイソシアナート（ＦＩＴ
Ｃ）／テトラメチルローダミンイソシアナート（ＴＲＩ
ＴＣ）、ＦＩＴＣ／テキサスレッド（商標、モレキュラ
ープローブス）、ＦＩＴＣ／Ｎ−ヒドロキシスクシンイ
ミジル １−ピレンブチレート（ＰＹＢ）、ＦＩＴＣ／
エオシンイソチオシアネート（ＥＩＴＣ）、Ｎ―ヒドロ
キシスクシンイミジル１―ピレンスルフォネート（ＰＹ
Ｓ）／ＦＩＴＣ、ＦＩＴＣ／ローダミンＸ、ＦＩＴＣ／
テトラメチルローダミン（ＴＡＭＲＡ）、Ｎ−（４−ア
ミノブチル）−Ｎ−エチルイソルミノール（ＡＢＥＩ）
／ＴＡＭＲＡ等が含まれる。Ｃｙｓ５（Ｎ，Ｎ−修飾テ
トラメチルインドジカルボシアニン）の様な近赤外染料
も、例えば、ＲＯＸと対にして使用できる。特定のドナ
ー／アクセプター発蛍光団対を選択することは重要では
ない。エネルギー移動消光機序にとって、ドナー発蛍光
団の放射波長がアクセプター発蛍光団の励起波長と重な
ることだけが必要である。すなわち２つの染料間のスペ
クトルが十分に重なっており、十分なエネルギー移動、
電荷移動または蛍光消光が可能でなくてはならない。ｐ
−（ジメチルアミノフェニルアゾ）安息香酸（ＤＡＢＣ
ＹＬ）は、フルオレセインまたは５−（２’−アミノエ
チル）アミノナフタレン（ＥＤＡＮＳ）等の隣接する発
蛍光団から蛍光を有効に消光する非蛍光アクセプター染
料である。特定のドナー／アクセプター対は上記と以下
の具体例に例示されているが、その他も本発明において
有用であることは、本技術に精通する者にとって明らか
である。本発明のシグナルプライマーにおいて蛍光消光
を生じる染料対はいずれも、消光発生機序に関わりな
く、本発明の方法における使用に適している。
は、標的オリゴヌクレオチドを検出するための非増幅に
基づく分析方式において使用できる。この実施例におい
て、ＲＥＲＳが５’に突出部分を形成するように、シグ
ナルプライマーの標的結合配列は標的オリゴヌクレオチ
ドの３’末端とハイブリッド形成する。ポリメラーゼ
は、鋳型として、ＲＥＲＳを含むシグナルプライマーの
５’突出部分を使用して標的配列を伸長する。この場
合、標的配列は、プライマー伸長反応においてシグナル
プライマーの相補的配列を合成するためのプライマーと
して作用する。シグナルプライマーの標的結合配列が、
標的配列の全長と相補的な場合には、他に一本鎖突出部
分は存在せず、標的だけが伸長される。しかし、シグナ
ルプライマーの標的が標的配列の一部とのみハイブリッ
ド形成する場合には、標的配列は第二の５’突出部分を
形成する。この実施例において、シグナルプライマー
は、鋳型として５’突出部分を使用して伸長される。い
ずれの場合も、シグナルプライマーの二次構造はこの様
にして二本鎖化され、切断またはニッキング可能とされ
る。二本鎖ＲＥＲＳを生成するための伸長と、その結果
生じる蛍光の変化は標的が存在する場合に限り起こり得
る。また、好ましい方法は、標的配列そのものに制限部
位があるか、否かには無関係である。この方法はＳＤＡ
または他の増幅反応のいずれをも必要としないので、修
飾ヌクレオチドは必要ない。またどの制限部位でもシグ
ナルプライマー中に使用できる。しかし、ＲＥＲＳが切
断ではなくニッキングされる場合には、上述の様に修飾
ヌクレオチドを使用して、１回ニッキング可能部位を作
製できる。 本技術において公知の多くのドナー／アク
セプター染料が本発明において有用である。これらに
は、例えば、フルオレセインイソシアナート（ＦＩＴ
Ｃ）／テトラメチルローダミンイソシアナート（ＴＲＩ
ＴＣ）、ＦＩＴＣ／テキサスレッド（商標、モレキュラ
ープローブス）、ＦＩＴＣ／Ｎ−ヒドロキシスクシンイ
ミジル １−ピレンブチレート（ＰＹＢ）、ＦＩＴＣ／
エオシンイソチオシアネート（ＥＩＴＣ）、Ｎ―ヒドロ
キシスクシンイミジル１―ピレンスルフォネート（ＰＹ
Ｓ）／ＦＩＴＣ、ＦＩＴＣ／ローダミンＸ、ＦＩＴＣ／
テトラメチルローダミン（ＴＡＭＲＡ）、Ｎ−（４−ア
ミノブチル）−Ｎ−エチルイソルミノール（ＡＢＥＩ）
／ＴＡＭＲＡ等が含まれる。Ｃｙｓ５（Ｎ，Ｎ−修飾テ
トラメチルインドジカルボシアニン）の様な近赤外染料
も、例えば、ＲＯＸと対にして使用できる。特定のドナ
ー／アクセプター発蛍光団対を選択することは重要では
ない。エネルギー移動消光機序にとって、ドナー発蛍光
団の放射波長がアクセプター発蛍光団の励起波長と重な
ることだけが必要である。すなわち２つの染料間のスペ
クトルが十分に重なっており、十分なエネルギー移動、
電荷移動または蛍光消光が可能でなくてはならない。ｐ
−（ジメチルアミノフェニルアゾ）安息香酸（ＤＡＢＣ
ＹＬ）は、フルオレセインまたは５−（２’−アミノエ
チル）アミノナフタレン（ＥＤＡＮＳ）等の隣接する発
蛍光団から蛍光を有効に消光する非蛍光アクセプター染
料である。特定のドナー／アクセプター対は上記と以下
の具体例に例示されているが、その他も本発明において
有用であることは、本技術に精通する者にとって明らか
である。本発明のシグナルプライマーにおいて蛍光消光
を生じる染料対はいずれも、消光発生機序に関わりな
く、本発明の方法における使用に適している。
【００２２】末端および内部標識法も本技術において公
知であり、シグナルプライマーのそれぞれの部位におい
てドナーおよびアクセプター染料を結合するために利用
できる。５’末端標識法の具体例として、ａ）５’と
５’を結合したリボヌクレオチドの過ヨウ素酸塩による
酸化と、それに続くアミンを含む標識との反応、ｂ）エ
チレンジアミンと５’−リン酸化されたポリヌクレオチ
ドレオチドとの縮合と、それに続くアミン反応性標識と
の反応、ｃ）固相ＤＮＡ合成において亜リン酸アミノヘ
キシル試薬を用いる脂肪族アミン置換基の導入と、それ
に続くアミン反応性標識との反応を含む。標識は、特別
な脂肪族アミンを含むヌクレオチドホスホルアミダイト
試薬を用いて、特別な部位において合成ＤＮＡオリゴヌ
クレオチドにも結合できる。シグナルプライマーに選択
された標識を結合し、結合反応を実施するのに適した方
法の選択は、本技術においてルーチンの方法である。
知であり、シグナルプライマーのそれぞれの部位におい
てドナーおよびアクセプター染料を結合するために利用
できる。５’末端標識法の具体例として、ａ）５’と
５’を結合したリボヌクレオチドの過ヨウ素酸塩による
酸化と、それに続くアミンを含む標識との反応、ｂ）エ
チレンジアミンと５’−リン酸化されたポリヌクレオチ
ドレオチドとの縮合と、それに続くアミン反応性標識と
の反応、ｃ）固相ＤＮＡ合成において亜リン酸アミノヘ
キシル試薬を用いる脂肪族アミン置換基の導入と、それ
に続くアミン反応性標識との反応を含む。標識は、特別
な脂肪族アミンを含むヌクレオチドホスホルアミダイト
試薬を用いて、特別な部位において合成ＤＮＡオリゴヌ
クレオチドにも結合できる。シグナルプライマーに選択
された標識を結合し、結合反応を実施するのに適した方
法の選択は、本技術においてルーチンの方法である。
【００２３】本発明のシグナルプライマーは、ドナー蛍
光が完全に、または一部消光するように、一本鎖シグナ
ルプライマーにドナーおよびアクセプターが結合されて
いる。２つの染料の間に、シグナルプライマーはＲＥＲ
Ｓ（一本鎖の形態で）を含む。２つの染料は消光が発生
するように十分近接して配置されなくてはならないが、
２つの染料間距離は、シグナルプライマーが二本鎖にさ
れた時、シグナルプライマーの切断またはニッキングの
ための認識部位に制限エンドヌクレアーゼがアクセスで
きるようでなくてもならない。この２つのパラメータの
関係を検討するために、シグナルプライマーとそれらの
相補体を化学的に合成した。選択されたシグナルプライ
マーは配列番号１であった。 ５’−ＴＡＧＣＣＴ6 ＣＧＡＧＴ11 ＡＧＡＧＴ16ＣＴＴ
ＣＡＡＡＴ24ＡＴＣＡＧＡＧＣＴＴＴＡＣＣＴＡＡＣＡ
Ａ−３’ ６＝６位のヌクレオチド １６＝１６位のヌクレオチド １１＝１１位のヌクレオチド ２４＝２４位のヌクレオ
チド
光が完全に、または一部消光するように、一本鎖シグナ
ルプライマーにドナーおよびアクセプターが結合されて
いる。２つの染料の間に、シグナルプライマーはＲＥＲ
Ｓ（一本鎖の形態で）を含む。２つの染料は消光が発生
するように十分近接して配置されなくてはならないが、
２つの染料間距離は、シグナルプライマーが二本鎖にさ
れた時、シグナルプライマーの切断またはニッキングの
ための認識部位に制限エンドヌクレアーゼがアクセスで
きるようでなくてもならない。この２つのパラメータの
関係を検討するために、シグナルプライマーとそれらの
相補体を化学的に合成した。選択されたシグナルプライ
マーは配列番号１であった。 ５’−ＴＡＧＣＣＴ6 ＣＧＡＧＴ11 ＡＧＡＧＴ16ＣＴＴ
ＣＡＡＡＴ24ＡＴＣＡＧＡＧＣＴＴＴＡＣＣＴＡＡＣＡ
Ａ−３’ ６＝６位のヌクレオチド １６＝１６位のヌクレオチド １１＝１１位のヌクレオチド ２４＝２４位のヌクレオ
チド
【００２４】切断のためのＢｓｏＢＩ部位は下線で示さ
れており、制限酵素が結合する時、その「フットプリン
ト」を含めるために、切断部位の５’に更なるテイル配
列を有する。このＢｓｏＢＩ認識配列の二本鎖切断は、
ＳＤＡ中に修飾デオキシヌクレオシド三リン酸の組み入
れにより阻害されず、ＳＤＡ中に修飾ｄＮＴＰの組み入
れによりニッキング可能とされるＢｓｏＢＩのＣＴＣＣ
ＧＧＧ認識配列とは対照的である。ＢｓｏＢＩ部位の
３’の配列は、標的結合配列で、増幅される標的配列と
相補的である。分析は、２００μＬ ＫＰＤＧ緩衝液
（４０ｍＭ ＫＰｉ，３％ＤＭＳＯ，５％グリセロー
ル）において５２−５３℃で実施され、実験前に５ｍＭ
Ｍｇ（ＯＡｃ)2が添加された。試料コンパートメント
の温度を維持するための循環浴、キセノンアークラン
プ、励起および放射波長を調節するための格子モノクロ
メーターを装備したＳＬＭ８１００研究グレード蛍光計
により測定値が得られた。ドナーとしてフルオレセイン
（ＦＡＭ）を用いる実験では、励起波長に４８８ｎｍ
を、放射波長に５２５ｎｍを使用した。ローダミンＸ
（ＲＯＸ）をドナーとして使用した実験では、５８０ｎ
ｍの励起波長と６０４ｎｍの放射波長を使用した。Ｃｙ
−５を用いる実験では、それぞれ６４０ｎｍと６６５ｎ
ｍを使用した。最適ドナー励起波長を用いて、放射スペ
クトルの初期測定値を得るために、２０ｎＭの標識され
たシグナルプライマーにより試料を調製した。
れており、制限酵素が結合する時、その「フットプリン
ト」を含めるために、切断部位の５’に更なるテイル配
列を有する。このＢｓｏＢＩ認識配列の二本鎖切断は、
ＳＤＡ中に修飾デオキシヌクレオシド三リン酸の組み入
れにより阻害されず、ＳＤＡ中に修飾ｄＮＴＰの組み入
れによりニッキング可能とされるＢｓｏＢＩのＣＴＣＣ
ＧＧＧ認識配列とは対照的である。ＢｓｏＢＩ部位の
３’の配列は、標的結合配列で、増幅される標的配列と
相補的である。分析は、２００μＬ ＫＰＤＧ緩衝液
（４０ｍＭ ＫＰｉ，３％ＤＭＳＯ，５％グリセロー
ル）において５２−５３℃で実施され、実験前に５ｍＭ
Ｍｇ（ＯＡｃ)2が添加された。試料コンパートメント
の温度を維持するための循環浴、キセノンアークラン
プ、励起および放射波長を調節するための格子モノクロ
メーターを装備したＳＬＭ８１００研究グレード蛍光計
により測定値が得られた。ドナーとしてフルオレセイン
（ＦＡＭ）を用いる実験では、励起波長に４８８ｎｍ
を、放射波長に５２５ｎｍを使用した。ローダミンＸ
（ＲＯＸ）をドナーとして使用した実験では、５８０ｎ
ｍの励起波長と６０４ｎｍの放射波長を使用した。Ｃｙ
−５を用いる実験では、それぞれ６４０ｎｍと６６５ｎ
ｍを使用した。最適ドナー励起波長を用いて、放射スペ
クトルの初期測定値を得るために、２０ｎＭの標識され
たシグナルプライマーにより試料を調製した。
【００２５】選択されたドナー発蛍光団は、５’リン酸
に結合された。選択されたアクセプター染料は、ドナー
およびアクセプター染料間距離を変えるために、Ｔ６、
Ｔ１１、Ｔ１６、Ｔ２４のいずれかに結合された。反応
性染料は、Molecular Probes（Eugene, OR）、または A
pplied Biosystems Division of Perkin Elmer(Foster
City, CA）から入手した。ＲＯＸ−ＮＨＳ（６−カルボ
キシローダミン Ｘスクシンイミジルエステル）および
ＴＡＭＲＡ−ＳＥ（５−カルボキシテトラメチルローダ
ミンスクシンイミジルエステル）は、ABI/Perkin Elmer
から入手した。オリゴヌクレオチドは、製造者により標
準試薬を供給されたＡＢＩ ３８０Ｂ自動ＤＮＡ合成器
を用いて１μＭのスケールで合成された。６−カルボキ
シ置換フルオレセイン（６−ＦＡＭ）は、合成の最終工
程でホスホルアミダイト試薬の添加により５’位に組み
入れられた。その他の５’位を染料で標識されたオリゴ
ヌクレオチドに関しては、その後の結合のために活性ア
ミノ基を提供するために、５’アミノヘキシルホスホル
アミダイト（ＡＢＩ ＡＭＩＮＯＬＩＮＫ ２）が最終
工程で置換された。オリゴヌクレオチド内部の位置に染
料を結合するために、修飾されたｄＴホスホルアミダイ
ト、アミノ修飾剤Ｃ６ ｄＴ(Glen Research, Sterlin
g, VA）が、修飾されていないｄＴの代わりに配列の適
切な位置に置換された。粗オリゴヌクレオチドは水酸化
アンモニウムで５５℃にて４から８時間処理することに
より脱保護され、これにより修飾ｄＴも脱保護された。
これらを濾過し、回転真空装置により溶媒を濾液から蒸
発させた。この工程の後、オリゴヌクレオチドは逆相ク
ロマトグラフィーにより直接精製された。修飾された内
部ｄＴアミノリンカーのみを有する配列は、５’末端に
ジメトキシトリチル（ＤＭＴ）を無傷で有して調製さ
れ、ＲＰ ＨＰＬＣ により精製された。得られた５’
−ＤＭＴ全長生成物は、２％トリフルオロ酢酸によりＳ
ｅｐＰａｋカラム（Ｗａｔｅｒｓ）を用いて脱保護さ
れ、反応性染料と結合させる前に乾燥された。
に結合された。選択されたアクセプター染料は、ドナー
およびアクセプター染料間距離を変えるために、Ｔ６、
Ｔ１１、Ｔ１６、Ｔ２４のいずれかに結合された。反応
性染料は、Molecular Probes（Eugene, OR）、または A
pplied Biosystems Division of Perkin Elmer(Foster
City, CA）から入手した。ＲＯＸ−ＮＨＳ（６−カルボ
キシローダミン Ｘスクシンイミジルエステル）および
ＴＡＭＲＡ−ＳＥ（５−カルボキシテトラメチルローダ
ミンスクシンイミジルエステル）は、ABI/Perkin Elmer
から入手した。オリゴヌクレオチドは、製造者により標
準試薬を供給されたＡＢＩ ３８０Ｂ自動ＤＮＡ合成器
を用いて１μＭのスケールで合成された。６−カルボキ
シ置換フルオレセイン（６−ＦＡＭ）は、合成の最終工
程でホスホルアミダイト試薬の添加により５’位に組み
入れられた。その他の５’位を染料で標識されたオリゴ
ヌクレオチドに関しては、その後の結合のために活性ア
ミノ基を提供するために、５’アミノヘキシルホスホル
アミダイト（ＡＢＩ ＡＭＩＮＯＬＩＮＫ ２）が最終
工程で置換された。オリゴヌクレオチド内部の位置に染
料を結合するために、修飾されたｄＴホスホルアミダイ
ト、アミノ修飾剤Ｃ６ ｄＴ(Glen Research, Sterlin
g, VA）が、修飾されていないｄＴの代わりに配列の適
切な位置に置換された。粗オリゴヌクレオチドは水酸化
アンモニウムで５５℃にて４から８時間処理することに
より脱保護され、これにより修飾ｄＴも脱保護された。
これらを濾過し、回転真空装置により溶媒を濾液から蒸
発させた。この工程の後、オリゴヌクレオチドは逆相ク
ロマトグラフィーにより直接精製された。修飾された内
部ｄＴアミノリンカーのみを有する配列は、５’末端に
ジメトキシトリチル（ＤＭＴ）を無傷で有して調製さ
れ、ＲＰ ＨＰＬＣ により精製された。得られた５’
−ＤＭＴ全長生成物は、２％トリフルオロ酢酸によりＳ
ｅｐＰａｋカラム（Ｗａｔｅｒｓ）を用いて脱保護さ
れ、反応性染料と結合させる前に乾燥された。
【００２６】オリゴヌクレオチドは、１００μＬ Ｎａ
ＨＣＯ3 ／Ｎａ2 ＣＯ3 緩衝液、ｐＨ８．０にアリコー
ト（０．５μＭ）を溶解することにより標識された。こ
れに反応性染料を３０μＬ ＤＭＳＯに３ｍｇを溶解し
た溶液として加え、得られた混合物を１２〜２４時間３
７℃で静置した。得られた混合物を４ｍＭ ＴＡＥ（４
ｍＭトリス酢酸、０．１ｍＭ ＥＤＴＡ，ｐＨ８．０）
で溶出しながら、Ｇ−２５ Ｓｅｐｈａｄｅｘ樹脂（Ｎ
ＡＰ５、 Pharmacia Biotech）カラムに通した。典型的
には、最初に溶出された０．５から１．０ｍＬの着色物
質が、反応性染料で標識されたオリゴヌクレオチドの最
も高い分画を含んでおり、これを更に直線勾配を用いて
３０分間にわたりＷａｔｅｒｓ Ｄｅｌｔａ Ｐａｋ
３００オングストロームÅＣ１８ ３．９×１５０ｍｍ
逆相カラムでＨＰＬＣにより精製し、次に２０分間再平
衡化した。大部分の勾配が２種類の溶媒：Ａ−９８％５
０ｍＭ ＴＥＡＡ（酢酸トリエチルアンモニウム）／２
％アセトニトリルとＢ−１０％ ５０ｍＭ ＴＥＡＡ／
９０％アセトニトリルを使用し、典型的には、３０分間
にわたり９５％Ａから７０％Ａの勾配であった。結合さ
れた物質の同一性は、（ＤＮＡに関する）２６０ｎｍに
おける最高強度と、染料のそれぞれの最高吸光度を比較
することによって確認された。精製オリゴヌクレオチド
の濃度は、その波長におけるそれぞれの染料に関して補
正された２６０ｎｍにおけるＤＮＡの吸光度を使用する
ことにより、ＴＡＥ緩衝液において決定された。
ＨＣＯ3 ／Ｎａ2 ＣＯ3 緩衝液、ｐＨ８．０にアリコー
ト（０．５μＭ）を溶解することにより標識された。こ
れに反応性染料を３０μＬ ＤＭＳＯに３ｍｇを溶解し
た溶液として加え、得られた混合物を１２〜２４時間３
７℃で静置した。得られた混合物を４ｍＭ ＴＡＥ（４
ｍＭトリス酢酸、０．１ｍＭ ＥＤＴＡ，ｐＨ８．０）
で溶出しながら、Ｇ−２５ Ｓｅｐｈａｄｅｘ樹脂（Ｎ
ＡＰ５、 Pharmacia Biotech）カラムに通した。典型的
には、最初に溶出された０．５から１．０ｍＬの着色物
質が、反応性染料で標識されたオリゴヌクレオチドの最
も高い分画を含んでおり、これを更に直線勾配を用いて
３０分間にわたりＷａｔｅｒｓ Ｄｅｌｔａ Ｐａｋ
３００オングストロームÅＣ１８ ３．９×１５０ｍｍ
逆相カラムでＨＰＬＣにより精製し、次に２０分間再平
衡化した。大部分の勾配が２種類の溶媒：Ａ−９８％５
０ｍＭ ＴＥＡＡ（酢酸トリエチルアンモニウム）／２
％アセトニトリルとＢ−１０％ ５０ｍＭ ＴＥＡＡ／
９０％アセトニトリルを使用し、典型的には、３０分間
にわたり９５％Ａから７０％Ａの勾配であった。結合さ
れた物質の同一性は、（ＤＮＡに関する）２６０ｎｍに
おける最高強度と、染料のそれぞれの最高吸光度を比較
することによって確認された。精製オリゴヌクレオチド
の濃度は、その波長におけるそれぞれの染料に関して補
正された２６０ｎｍにおけるＤＮＡの吸光度を使用する
ことにより、ＴＡＥ緩衝液において決定された。
【００２７】最初に、ハイブリッド形成分析において、
ドナーおよびアクセプター間距離が消光と切断効率に及
ぼす影響に関して、シグナルプライマーが検討された。
５倍過剰量の相補的配列（１００ｎＭ）を加え、ハイブ
リッド形成が完了したと判断された後（典型的には、約
２０分間）、蛍光を測定した。ＢｓｏＢＩ酵素を３．２
単位／μＬの濃度に加え、試料の放射スペクトルに変化
が観察されなくなった時点で最終蛍光測定値を記録し
た。種々の分離距離と染料対に関する結果を表１に示
す。
ドナーおよびアクセプター間距離が消光と切断効率に及
ぼす影響に関して、シグナルプライマーが検討された。
５倍過剰量の相補的配列（１００ｎＭ）を加え、ハイブ
リッド形成が完了したと判断された後（典型的には、約
２０分間）、蛍光を測定した。ＢｓｏＢＩ酵素を３．２
単位／μＬの濃度に加え、試料の放射スペクトルに変化
が観察されなくなった時点で最終蛍光測定値を記録し
た。種々の分離距離と染料対に関する結果を表１に示
す。
【００２８】
【表１】
【００２９】これらの実験は、シグナルプライマー切断
時の蛍光強度の変化が、切断されていないシグナルプラ
イマーにおけるドナーおよびアクセプター発蛍光団間距
離に依存していることを示している。一般に、無傷のオ
リゴヌクレオチドにおける染料間距離が開くにつれ、二
本鎖形態に変換される時のドナーの放射（蛍光強度）の
大きさは減少する。二本鎖切断後のドナーの放射蛍光強
度の大きさも、染料間距離が開く程減少する。ＲＥＲＳ
を挟む距離が短すぎる染料対は、完全な切断を障害し、
ドナー蛍光の総変化量も減少するように見えた。典型的
には、ドナーとアクセプターの間に約１１個のヌクレオ
チドを含むシグナルプライマーは、二本鎖形態への変換
とＲＥＲＳの切断時にドナー蛍光に最大の変化を示し
た。しかし、これらの結果は、ドナーおよびアクセプタ
ー染料間距離が約８−２０ヌクレオチド長、好ましく
は、１０−１６ヌクレオチド長離れていると、ドナー蛍
光の変化が検出し易い大きさであることを示している。
これらの分離距離は、大きな染料により甚だしく障害さ
れずに、制限エンドヌクレアーゼをその認識部位に十分
結合させることが可能であり、なお満足のいく消光を得
るために十分近接して染料を配置することができる。シ
グナルプライマーにおいて２つの染料を更に接近させる
ことができれば、ドナー蛍光の変化が更に大きくなるこ
とが予想されたが、アクセプターをドナーに６ヌクレオ
チド長よりも近くに近接させると、制限酵素の二本鎖切
断能は障害されたが、それでもドナー蛍光の増加は検出
可能であった。このことは、シグナルプライマーの変換
が僅かであっても、蛍光に比較的大きな変化を引き起こ
すことを証明している。
時の蛍光強度の変化が、切断されていないシグナルプラ
イマーにおけるドナーおよびアクセプター発蛍光団間距
離に依存していることを示している。一般に、無傷のオ
リゴヌクレオチドにおける染料間距離が開くにつれ、二
本鎖形態に変換される時のドナーの放射（蛍光強度）の
大きさは減少する。二本鎖切断後のドナーの放射蛍光強
度の大きさも、染料間距離が開く程減少する。ＲＥＲＳ
を挟む距離が短すぎる染料対は、完全な切断を障害し、
ドナー蛍光の総変化量も減少するように見えた。典型的
には、ドナーとアクセプターの間に約１１個のヌクレオ
チドを含むシグナルプライマーは、二本鎖形態への変換
とＲＥＲＳの切断時にドナー蛍光に最大の変化を示し
た。しかし、これらの結果は、ドナーおよびアクセプタ
ー染料間距離が約８−２０ヌクレオチド長、好ましく
は、１０−１６ヌクレオチド長離れていると、ドナー蛍
光の変化が検出し易い大きさであることを示している。
これらの分離距離は、大きな染料により甚だしく障害さ
れずに、制限エンドヌクレアーゼをその認識部位に十分
結合させることが可能であり、なお満足のいく消光を得
るために十分近接して染料を配置することができる。シ
グナルプライマーにおいて２つの染料を更に接近させる
ことができれば、ドナー蛍光の変化が更に大きくなるこ
とが予想されたが、アクセプターをドナーに６ヌクレオ
チド長よりも近くに近接させると、制限酵素の二本鎖切
断能は障害されたが、それでもドナー蛍光の増加は検出
可能であった。このことは、シグナルプライマーの変換
が僅かであっても、蛍光に比較的大きな変化を引き起こ
すことを証明している。
【００３０】ドナー蛍光の増加は、二本鎖形態への変換
だけで通常観察された。これは、一本鎖オリゴヌクレオ
チドにおいて起こる可能性があるＦｏｅｒｓｔｅｒ移動
以外の機序（例えば、電荷移動、衝突消光）により発生
する消光の減少によるものと思われる。従って、標的増
幅はシグナルプライマーの二本鎖形態に変換する時の蛍
光の変化のみを監視することにより検出できる。この場
合、シグナルプライマーの中にＲＥＲＳは必要ない。し
かし、殆どの場合、切断により蛍光の変化量は更に増大
した。このため、蛍光の全体的な変化（二本鎖変換と切
断またはニッキング）を監視することが好ましい。染料
対が効率的な切断が可能な位十分離れているが、消光を
至適化できる位十分近接している場合、切断／一本鎖比
が１より有意に大きいことにより、工程の各段階（即
ち、一本鎖から二本鎖への変換および二本鎖形態から切
断またはニッキングされた形態への変換）における蛍光
の変化量に関わりなく、ドナー蛍光の増加が容易に検出
できることが証明された。終点蛍光が初期蛍光よりも低
温で監視される場合には、終点分析において、蛍光のよ
り大きな変化が観察できる。蛍光の変化がリアルタイム
で監視される場合には、その大きさは反応温度により影
響を受ける。温度が高い程、二本鎖への変換と切断によ
る蛍光の変化は低温の場合よりも一般に小さい。
だけで通常観察された。これは、一本鎖オリゴヌクレオ
チドにおいて起こる可能性があるＦｏｅｒｓｔｅｒ移動
以外の機序（例えば、電荷移動、衝突消光）により発生
する消光の減少によるものと思われる。従って、標的増
幅はシグナルプライマーの二本鎖形態に変換する時の蛍
光の変化のみを監視することにより検出できる。この場
合、シグナルプライマーの中にＲＥＲＳは必要ない。し
かし、殆どの場合、切断により蛍光の変化量は更に増大
した。このため、蛍光の全体的な変化（二本鎖変換と切
断またはニッキング）を監視することが好ましい。染料
対が効率的な切断が可能な位十分離れているが、消光を
至適化できる位十分近接している場合、切断／一本鎖比
が１より有意に大きいことにより、工程の各段階（即
ち、一本鎖から二本鎖への変換および二本鎖形態から切
断またはニッキングされた形態への変換）における蛍光
の変化量に関わりなく、ドナー蛍光の増加が容易に検出
できることが証明された。終点蛍光が初期蛍光よりも低
温で監視される場合には、終点分析において、蛍光のよ
り大きな変化が観察できる。蛍光の変化がリアルタイム
で監視される場合には、その大きさは反応温度により影
響を受ける。温度が高い程、二本鎖への変換と切断によ
る蛍光の変化は低温の場合よりも一般に小さい。
【００３１】ドナー／アクセプター対が同一の場合（表
の最後の３行に表示）、一本鎖から二本鎖形態への変換
時にのみドナー蛍光が増加することも観察された。染料
対が異種の場合とは異なり、二本鎖オリゴヌクレオチド
の切断時に更なる増加は認められず、場合によってはド
ナー蛍光強度が僅かに減少した。従って、これらの発蛍
光団対を用いるシグナルプライマーには、ＲＥＲＳを含
める必要はない。標的は、一本鎖／二本鎖比または二本
鎖形態への変換に伴う蛍光の変化を用いて検出できる。
なぜならば、標的が存在するとシグナルプライマーが二
本鎖に変換されるので、蛍光の消光が減少する（すなわ
ち、蛍光強度が増加する）からである。
の最後の３行に表示）、一本鎖から二本鎖形態への変換
時にのみドナー蛍光が増加することも観察された。染料
対が異種の場合とは異なり、二本鎖オリゴヌクレオチド
の切断時に更なる増加は認められず、場合によってはド
ナー蛍光強度が僅かに減少した。従って、これらの発蛍
光団対を用いるシグナルプライマーには、ＲＥＲＳを含
める必要はない。標的は、一本鎖／二本鎖比または二本
鎖形態への変換に伴う蛍光の変化を用いて検出できる。
なぜならば、標的が存在するとシグナルプライマーが二
本鎖に変換されるので、蛍光の消光が減少する（すなわ
ち、蛍光強度が増加する）からである。
【００３２】ＳＤＡの他に、本発明の方法を他のプライ
マー伸長増幅法（例えば、ＰＣＲ、３ＳＲ、ＴＭＡまた
はＮＡＳＢＡ）にシグナルプライマーとして使用するた
めに調整できることは明らかである。例えば、シグナル
プライマー反応法において、ＳＤＡ増幅プライマーをＰ
ＣＲ増幅プライマーに置き換え、５’→３’エキソヌク
レアーゼ活性を欠失したＰＣＲ ＤＮＡポリメラーゼ
（例えば Promega社のＳｅｑｕｅｎｃｉｎｇ Ｇｒａｄ
ｅ Ｔａｑまたは New England BioLabs社のｅｘｏ- Ｖ
ｅｎｔまたはｅｘｏ- Ｄｅｅｐ）を使用することによっ
ても、シグナルプライマーによって与えられた切断可能
な二本鎖ＲＥＲＳを含む二次増幅生成物が生成される。
勿論、ＰＣＲにおいて、シグナルプライマーにおいて使
用するために、いずれのＲＥＲＳでも選択できる。とい
うのは、ＲＥＲＳの切断ではなく、ニッキングを引き起
こす可能性がある修飾デオキシヌクレオシド三リン酸は
典型的には、存在しないからである。二次増幅生成物中
の二本鎖ＲＥＲＳは、制限エンドヌクレアーゼにより切
断可能で、ドナー／アクセプター染料対は上記の様に分
離される。熱サイクリングは、ＰＣＲによる増幅の特徴
であるため、制限エンドヌクレアーゼは好ましくは、増
幅の終点検出のために、プライマーアニーリングと伸長
の最終サイクル後に低温で添加される。しかし、ＰＣＲ
反応の高温相を通じて活性を維持する好熱性反応エンド
ヌクレアーゼは、リアルタイム分析を行うために増幅中
にも存在できる。ＳＤＡ系の場合の様に、二次構造の線
状化と染料対の分離により蛍光消光は減少し、標的増幅
を表示する強度等の蛍光パラメータに変化を生じる。
マー伸長増幅法（例えば、ＰＣＲ、３ＳＲ、ＴＭＡまた
はＮＡＳＢＡ）にシグナルプライマーとして使用するた
めに調整できることは明らかである。例えば、シグナル
プライマー反応法において、ＳＤＡ増幅プライマーをＰ
ＣＲ増幅プライマーに置き換え、５’→３’エキソヌク
レアーゼ活性を欠失したＰＣＲ ＤＮＡポリメラーゼ
（例えば Promega社のＳｅｑｕｅｎｃｉｎｇ Ｇｒａｄ
ｅ Ｔａｑまたは New England BioLabs社のｅｘｏ- Ｖ
ｅｎｔまたはｅｘｏ- Ｄｅｅｐ）を使用することによっ
ても、シグナルプライマーによって与えられた切断可能
な二本鎖ＲＥＲＳを含む二次増幅生成物が生成される。
勿論、ＰＣＲにおいて、シグナルプライマーにおいて使
用するために、いずれのＲＥＲＳでも選択できる。とい
うのは、ＲＥＲＳの切断ではなく、ニッキングを引き起
こす可能性がある修飾デオキシヌクレオシド三リン酸は
典型的には、存在しないからである。二次増幅生成物中
の二本鎖ＲＥＲＳは、制限エンドヌクレアーゼにより切
断可能で、ドナー／アクセプター染料対は上記の様に分
離される。熱サイクリングは、ＰＣＲによる増幅の特徴
であるため、制限エンドヌクレアーゼは好ましくは、増
幅の終点検出のために、プライマーアニーリングと伸長
の最終サイクル後に低温で添加される。しかし、ＰＣＲ
反応の高温相を通じて活性を維持する好熱性反応エンド
ヌクレアーゼは、リアルタイム分析を行うために増幅中
にも存在できる。ＳＤＡ系の場合の様に、二次構造の線
状化と染料対の分離により蛍光消光は減少し、標的増幅
を表示する強度等の蛍光パラメータに変化を生じる。
【００３３】本発明の方法を３ＳＲ、ＮＡＳＢＡまたは
ＴＭＡに適合させるために、鎖置換活性を有する５’→
３’エキソヌクレアーゼ欠失逆転写酵素が３ＳＲにおい
て使用され、シグナルプライマーは、ＲＮＡポリメラー
ゼプロモーターを含む増幅プライマーの下流のＲＮＡ標
的にハイブリッド形成する。前述の反応計画と類似の反
応計画において、ＲＥＲＳを含むハイブリッド形成され
たシグナルプライマーは、１）伸長され、２）上流の増
幅プライマーの伸長により置換される。置換された伸長
生成物は、次に第二の増幅プライマーのハイブリッド形
成と伸長により二本鎖にされる。これにより制限エンド
ヌクレアーゼ認識部位は切断可能となり、これによって
ドナーおよびアクセプター染料は異なる断片に分離さ
れ、ドナーおよびアクセプター染料間の距離は開き、ド
ナー発蛍光団の蛍光消光は減少する。３ＳＲまたはＮＡ
ＳＢＡのシグナルプライマーはＲＮＡポリメラーゼプロ
モーター配列を含まず、従って、増幅プライマーとして
作用できず、非特異的バックグラウンドのシグナルを減
少させる。これは、ＳＤＡにおけるシグナルプライマー
と類似しており、ニッキング可能なＲＥＲＳを含まず、
従って、非特異性標的の指数関数的バックグラウンドの
増幅に大きく寄与しない。先に述べた理由により、本発
明の方法において、シグナルプライマー伸長生成物を、
上流の増幅プライマーの伸長による置換により標的配列
から分離して、シグナルプライマーを使用するのが好ま
しい。しかし、シグナルプライマーに関して説明されて
いるように、種々の核酸増幅反応に使用されることが公
知の増幅プライマーも標識および修飾できることは明ら
かである。この実施例において、標識された増幅プライ
マー伸長生成物は、上流の非増幅プライマー（ＳＤＡの
場合の様にバンパープライマー）の伸長による置換、変
性（例えば、ＰＣＲの場合の様に加熱）または標的鎖の
酵素による消化（例えば、３ＳＲの場合のようにリボヌ
クレアーゼ Ｈ）により、標的配列から分離することが
可能である。ドナー／アクセプター染料対により挟まれ
たＲＥＲＳを含む増幅プライマーにより、反応に更にシ
グナルプライマーを使用する必要はなくなるが、この実
施例ではバックグラウンドがより高く、そのため分析の
鋭敏度が低くなる可能性がある。ＰＣＲに関しては、
５’テイルにＲＥＲＳを付加することにより増幅プライ
マーが修飾され、ＲＥＲＳはドナー／アクセプター染料
対により挟まれている。このプライマーは、上記のＰＣ
Ｒシグナルプライマーと構造的に同一である。しかし、
機能的には、伸長され、置換される下流のプライマーが
存在せず、増幅プライマー自体が蛍光に変化を引き起こ
す点で差がある。３ＳＲ、ＮＡＳＢＡまたはＴＭＡに関
しては、増幅サイクルの二本鎖ＤＮＡ部分でＲＥＲＳが
切断されないように、ＲＥＲＳは増幅プライマーのプロ
モーターの５’に配置できる。ＲＥＲＳはプロモーター
の５’に存在するので、切断により増幅プライマーから
プロモーターは除去されず、ＲＮＡ転写物の生成により
標的増幅は続けて維持される。プロモーター配列を含ま
ない第二の増幅プライマー（例えば、ＮＡＳＢＡの場合
の様に）も、あるいは代わりに、標的結合配列の５’テ
イルに二次構造を含むことができる。
ＴＭＡに適合させるために、鎖置換活性を有する５’→
３’エキソヌクレアーゼ欠失逆転写酵素が３ＳＲにおい
て使用され、シグナルプライマーは、ＲＮＡポリメラー
ゼプロモーターを含む増幅プライマーの下流のＲＮＡ標
的にハイブリッド形成する。前述の反応計画と類似の反
応計画において、ＲＥＲＳを含むハイブリッド形成され
たシグナルプライマーは、１）伸長され、２）上流の増
幅プライマーの伸長により置換される。置換された伸長
生成物は、次に第二の増幅プライマーのハイブリッド形
成と伸長により二本鎖にされる。これにより制限エンド
ヌクレアーゼ認識部位は切断可能となり、これによって
ドナーおよびアクセプター染料は異なる断片に分離さ
れ、ドナーおよびアクセプター染料間の距離は開き、ド
ナー発蛍光団の蛍光消光は減少する。３ＳＲまたはＮＡ
ＳＢＡのシグナルプライマーはＲＮＡポリメラーゼプロ
モーター配列を含まず、従って、増幅プライマーとして
作用できず、非特異的バックグラウンドのシグナルを減
少させる。これは、ＳＤＡにおけるシグナルプライマー
と類似しており、ニッキング可能なＲＥＲＳを含まず、
従って、非特異性標的の指数関数的バックグラウンドの
増幅に大きく寄与しない。先に述べた理由により、本発
明の方法において、シグナルプライマー伸長生成物を、
上流の増幅プライマーの伸長による置換により標的配列
から分離して、シグナルプライマーを使用するのが好ま
しい。しかし、シグナルプライマーに関して説明されて
いるように、種々の核酸増幅反応に使用されることが公
知の増幅プライマーも標識および修飾できることは明ら
かである。この実施例において、標識された増幅プライ
マー伸長生成物は、上流の非増幅プライマー（ＳＤＡの
場合の様にバンパープライマー）の伸長による置換、変
性（例えば、ＰＣＲの場合の様に加熱）または標的鎖の
酵素による消化（例えば、３ＳＲの場合のようにリボヌ
クレアーゼ Ｈ）により、標的配列から分離することが
可能である。ドナー／アクセプター染料対により挟まれ
たＲＥＲＳを含む増幅プライマーにより、反応に更にシ
グナルプライマーを使用する必要はなくなるが、この実
施例ではバックグラウンドがより高く、そのため分析の
鋭敏度が低くなる可能性がある。ＰＣＲに関しては、
５’テイルにＲＥＲＳを付加することにより増幅プライ
マーが修飾され、ＲＥＲＳはドナー／アクセプター染料
対により挟まれている。このプライマーは、上記のＰＣ
Ｒシグナルプライマーと構造的に同一である。しかし、
機能的には、伸長され、置換される下流のプライマーが
存在せず、増幅プライマー自体が蛍光に変化を引き起こ
す点で差がある。３ＳＲ、ＮＡＳＢＡまたはＴＭＡに関
しては、増幅サイクルの二本鎖ＤＮＡ部分でＲＥＲＳが
切断されないように、ＲＥＲＳは増幅プライマーのプロ
モーターの５’に配置できる。ＲＥＲＳはプロモーター
の５’に存在するので、切断により増幅プライマーから
プロモーターは除去されず、ＲＮＡ転写物の生成により
標的増幅は続けて維持される。プロモーター配列を含ま
ない第二の増幅プライマー（例えば、ＮＡＳＢＡの場合
の様に）も、あるいは代わりに、標的結合配列の５’テ
イルに二次構造を含むことができる。
【００３４】以下の実験の具体例の標的ＤＮＡは、５０
％グリセロールに１０6 ＥＢ’ｓ／μＬの濃度で保存さ
れたトラコーマクラミジアの基本小体（ＥＢ’ｓ）の原
液から調製された。ＥＢ原液を１：１０で水に希釈し、
１５分間煮沸し、１０ｎｇ／μＬヒト胎盤ＤＮＡで希釈
し１０倍連続希釈液を調製した。これらの原液は、１な
いし１００ゲノムコピー／μＬの標的を含んでいた。ド
ナー発蛍光団を５’リン酸に結合した。試料コンパート
メントの温度を維持するための循環浴、キセノンアーク
ランプ、励起および放射波長を調節するための格子モノ
クロメーターを装備したＳＬＭ８１００研究グレード蛍
光計により測定値が得られた。ドナーとしてフルオレセ
イン（ＦＡＭ）を用いる実験では、励起波長に４８８ｎ
ｍを、放射波長に５２５ｎｍを使用した。ＲＯＸがドナ
ーであった実験では、５８０ｎｍの励起波長と６０４ｎ
ｍの放射波長を使用した。
％グリセロールに１０6 ＥＢ’ｓ／μＬの濃度で保存さ
れたトラコーマクラミジアの基本小体（ＥＢ’ｓ）の原
液から調製された。ＥＢ原液を１：１０で水に希釈し、
１５分間煮沸し、１０ｎｇ／μＬヒト胎盤ＤＮＡで希釈
し１０倍連続希釈液を調製した。これらの原液は、１な
いし１００ゲノムコピー／μＬの標的を含んでいた。ド
ナー発蛍光団を５’リン酸に結合した。試料コンパート
メントの温度を維持するための循環浴、キセノンアーク
ランプ、励起および放射波長を調節するための格子モノ
クロメーターを装備したＳＬＭ８１００研究グレード蛍
光計により測定値が得られた。ドナーとしてフルオレセ
イン（ＦＡＭ）を用いる実験では、励起波長に４８８ｎ
ｍを、放射波長に５２５ｎｍを使用した。ＲＯＸがドナ
ーであった実験では、５８０ｎｍの励起波長と６０４ｎ
ｍの放射波長を使用した。
【００３５】
【実施例】具体例１
ＳＤＡは、一般にＥＰ ０ ６８４ ３１５に記載され
ているように実施し、５’末端をＦＡＭで、Ｔ１１をＲ
ＯＸで標識されたシグナルプライマーを加えた。各１０
０μＬの反応液中の最終成分濃度は、４０ｍＭ ＫｉＰ
Ｏ4 ｐＨ７．５、６ｍＭ ＭｇＯＡｃ、０．２ｍＭ ｄ
ＴＴＰ、ｄＧＴＰ、ｄＡＴＰ、１．４ｍＭ ｄＣＴＰα
Ｓ、２０μｇ／ｍＬアセチル化ＢＳＡ、３％ＤＭＳＯ、
８％（ｖ／ｖ）グリセロール、１００ｎｇ ヒト胎盤Ｄ
ＮＡ、２５単位Ｂｓｔ ポリメラーゼ（ｅｘｏ- クレノ
ウフラグメント、New England BioLabs)、１５０単位Ａ
ｖａＩ（New England BioLabs, Beverly, MA）、０、１
０、１００または１０００個のトラコーマクラミジア由
来のＤＮＡであった。各試料は更に５０ｎＭ シグナル
プライマー配列番号１（５’−ＦＡＭ／Ｔ11−ＲＯＸ）
と以下の４種類のプライマーを含んでいた：
ているように実施し、５’末端をＦＡＭで、Ｔ１１をＲ
ＯＸで標識されたシグナルプライマーを加えた。各１０
０μＬの反応液中の最終成分濃度は、４０ｍＭ ＫｉＰ
Ｏ4 ｐＨ７．５、６ｍＭ ＭｇＯＡｃ、０．２ｍＭ ｄ
ＴＴＰ、ｄＧＴＰ、ｄＡＴＰ、１．４ｍＭ ｄＣＴＰα
Ｓ、２０μｇ／ｍＬアセチル化ＢＳＡ、３％ＤＭＳＯ、
８％（ｖ／ｖ）グリセロール、１００ｎｇ ヒト胎盤Ｄ
ＮＡ、２５単位Ｂｓｔ ポリメラーゼ（ｅｘｏ- クレノ
ウフラグメント、New England BioLabs)、１５０単位Ａ
ｖａＩ（New England BioLabs, Beverly, MA）、０、１
０、１００または１０００個のトラコーマクラミジア由
来のＤＮＡであった。各試料は更に５０ｎＭ シグナル
プライマー配列番号１（５’−ＦＡＭ／Ｔ11−ＲＯＸ）
と以下の４種類のプライマーを含んでいた：
【００３６】増幅プライマーＳ1.1 （配列番号２、７５
０ｎＭ） ＡＣＣＧＣＡＴＣＧＡＡＴＣＧＡＴＧＴＣＴＣＧＧＧＴ
ＡＧＡＡＡＡＴＣＧＣＡＴＧＣＡＡＧＡＴＡ 増幅プライマーＳ2.1 （配列番号３、１８８ｎＭ） ＣＧＡＴＴＣＣＧＣＴＣＣＡＧＡＣＴＴＣＴＣＧＧＧＡ
ＧＣＴＧＣＣＴＣＡＧＡＡＴＡＴＡＣＴＣＡＧ バンパープライマーＢ１（配列番号４、７５ｎＭ） ＴＡＡＡＣＡＴＧＡＡＡＡＣＴＣＧＴＴＣＣＧ バンパープライマーＢ２（配列番号５、７５ｎＭ） ＴＴＴＴＡＴＧＡＴＧＡＧＡＡＣＡＣＴＴＡＡＡＣＴＣ
Ａ
０ｎＭ） ＡＣＣＧＣＡＴＣＧＡＡＴＣＧＡＴＧＴＣＴＣＧＧＧＴ
ＡＧＡＡＡＡＴＣＧＣＡＴＧＣＡＡＧＡＴＡ 増幅プライマーＳ2.1 （配列番号３、１８８ｎＭ） ＣＧＡＴＴＣＣＧＣＴＣＣＡＧＡＣＴＴＣＴＣＧＧＧＡ
ＧＣＴＧＣＣＴＣＡＧＡＡＴＡＴＡＣＴＣＡＧ バンパープライマーＢ１（配列番号４、７５ｎＭ） ＴＡＡＡＣＡＴＧＡＡＡＡＣＴＣＧＴＴＣＣＧ バンパープライマーＢ２（配列番号５、７５ｎＭ） ＴＴＴＴＡＴＧＡＴＧＡＧＡＡＣＡＣＴＴＡＡＡＣＴＣ
Ａ
【００３７】各反応は、ＢｓｔとＡｖａＩを除いて全て
の試薬を含むように組み立てられ、次に試料は９５℃で
２分間加熱された。これらを５３．５℃の水浴に３−５
分間移し、総量１００μＬの試料に酵素を加えた。次に
試料を２２５μＬのキュベットに移し、研究グレードＳ
ＬＭ ８１００蛍光計（Spectronic Instruments, Roch
ester, NY ）の中に入れた。キュベットの温度を循環水
浴により５３−５４℃に維持し、５２０ｎｍ（λ励起＝
４８８ｎｍ）における各キュベットの蛍光放射を８秒毎
に記録した。典型的に、反応はその後６０−９０分間続
いた。
の試薬を含むように組み立てられ、次に試料は９５℃で
２分間加熱された。これらを５３．５℃の水浴に３−５
分間移し、総量１００μＬの試料に酵素を加えた。次に
試料を２２５μＬのキュベットに移し、研究グレードＳ
ＬＭ ８１００蛍光計（Spectronic Instruments, Roch
ester, NY ）の中に入れた。キュベットの温度を循環水
浴により５３−５４℃に維持し、５２０ｎｍ（λ励起＝
４８８ｎｍ）における各キュベットの蛍光放射を８秒毎
に記録した。典型的に、反応はその後６０−９０分間続
いた。
【００３８】図２に結果を示す。標的を含まない対照反
応においては（増幅なし）、蛍光は低いままであったが
（消光）、１００、１０００の標的を含む反応において
は有意に増加し、標的増幅の特異的検出を証明した。１
０の標的を含む反応においては、蛍光に観察可能な増加
は認められず、検出の鋭敏度が標的数にして１０から１
００の間であることを示していた。更に、ドナーの蛍光
強度の増加速度（ドナー消光の減少速度の測定値）は、
初期標的量を多く含む試料においてより迅速であった。
従って、ドナー蛍光の増加速度は、リアルタイムの増幅
の検出だけでなく、初期標的量の半定量的または相対的
測定も可能にする。未知量の標的を含む試料の蛍光の増
加速度を、種々の既知量の標的を含む一連の反応溶液の
蛍光の増加と比較することにより（本技術において公知
の方法で標準曲線を作製する）、未知試料の標的の定量
測定値も得られる。あるいは、予め決定した閾値を超え
る蛍光強度の増加の検出は、簡単な陽性／陰性分析方式
において標的が存在し、増幅されたことを示すものとし
て使用できる。
応においては（増幅なし）、蛍光は低いままであったが
（消光）、１００、１０００の標的を含む反応において
は有意に増加し、標的増幅の特異的検出を証明した。１
０の標的を含む反応においては、蛍光に観察可能な増加
は認められず、検出の鋭敏度が標的数にして１０から１
００の間であることを示していた。更に、ドナーの蛍光
強度の増加速度（ドナー消光の減少速度の測定値）は、
初期標的量を多く含む試料においてより迅速であった。
従って、ドナー蛍光の増加速度は、リアルタイムの増幅
の検出だけでなく、初期標的量の半定量的または相対的
測定も可能にする。未知量の標的を含む試料の蛍光の増
加速度を、種々の既知量の標的を含む一連の反応溶液の
蛍光の増加と比較することにより（本技術において公知
の方法で標準曲線を作製する）、未知試料の標的の定量
測定値も得られる。あるいは、予め決定した閾値を超え
る蛍光強度の増加の検出は、簡単な陽性／陰性分析方式
において標的が存在し、増幅されたことを示すものとし
て使用できる。
【００３９】具体例２
本発明のシグナルプライマーを、標的増幅を行わない場
合の標的オリゴヌクレオチドの検出に使用した。以下の
配列を有する未標識の標的オリゴヌクレオチドを従来の
方法により合成した：ＴＴＧＴＴＡＧＧＴＡＡＡＧＣＴ
ＣＴＧＡＴＡＴＴＴＧＡＡＧ（配列番号６）この標的
は、シグナルプライマー配列番号１の３’標的結合配列
と相補的である。４つのガラス製キュベット（２２５μ
Ｌ、Starna Cells）それぞれに、５０ｎＭ シグナルプ
ライマー、５ｍＭ Ｍｇ（ＯＡｃ）2 、０．２ｍＭの各
デオキシヌクレオチド三リン酸、１．４ｍＭ α−チオ
ｄＣＴＰ、４０ｍＭ リン酸カリウム（ｐＨ７．５）、
３％ＤＭＳＯ（ｖ／ｖ）、５％グリセロールを含む１０
０μＬの溶液を満たした。配列番号６を各キュベットに
採取濃度０、２．５、２５または２５０ｎＭとなるよう
に加えた。これはシグナルプライマー１当量あたり０、
０．０５、０．５、５モル当量を表している。次に、試
料を短時間で９５℃まで加熱し、ＳＬＭ ８１００蛍光
計にて５４℃に冷却した。Ｂｓｔポリメラーゼ（１８０
単位）とＢｓｏＢＩ（２４０単位）を各キュベットに加
え、具体例１に記載されているように、５２０ｎｍ（λ
励起＝４８８ｎｍ）で蛍光強度を記録した。
合の標的オリゴヌクレオチドの検出に使用した。以下の
配列を有する未標識の標的オリゴヌクレオチドを従来の
方法により合成した：ＴＴＧＴＴＡＧＧＴＡＡＡＧＣＴ
ＣＴＧＡＴＡＴＴＴＧＡＡＧ（配列番号６）この標的
は、シグナルプライマー配列番号１の３’標的結合配列
と相補的である。４つのガラス製キュベット（２２５μ
Ｌ、Starna Cells）それぞれに、５０ｎＭ シグナルプ
ライマー、５ｍＭ Ｍｇ（ＯＡｃ）2 、０．２ｍＭの各
デオキシヌクレオチド三リン酸、１．４ｍＭ α−チオ
ｄＣＴＰ、４０ｍＭ リン酸カリウム（ｐＨ７．５）、
３％ＤＭＳＯ（ｖ／ｖ）、５％グリセロールを含む１０
０μＬの溶液を満たした。配列番号６を各キュベットに
採取濃度０、２．５、２５または２５０ｎＭとなるよう
に加えた。これはシグナルプライマー１当量あたり０、
０．０５、０．５、５モル当量を表している。次に、試
料を短時間で９５℃まで加熱し、ＳＬＭ ８１００蛍光
計にて５４℃に冷却した。Ｂｓｔポリメラーゼ（１８０
単位）とＢｓｏＢＩ（２４０単位）を各キュベットに加
え、具体例１に記載されているように、５２０ｎｍ（λ
励起＝４８８ｎｍ）で蛍光強度を記録した。
【００４０】結果を図３に示す。標的が存在しない場合
には、蛍光は変化しなかったが、標的を含む全試料にお
いてハイブリッド形成、伸長および切断反応の過程を通
して蛍光は変化した。蛍光強度の変化量は、標的の量に
ほぼ比例して増加した。更に、蛍光強度の変化速度は、
標的量が増加するにつれて増加した。これらのパラメー
タのいずれでも、典型的には、標準として使用された既
知量の標的に関して得られた結果と比較することによ
り、標的量を定量する手段として使用できる。
には、蛍光は変化しなかったが、標的を含む全試料にお
いてハイブリッド形成、伸長および切断反応の過程を通
して蛍光は変化した。蛍光強度の変化量は、標的の量に
ほぼ比例して増加した。更に、蛍光強度の変化速度は、
標的量が増加するにつれて増加した。これらのパラメー
タのいずれでも、典型的には、標準として使用された既
知量の標的に関して得られた結果と比較することによ
り、標的量を定量する手段として使用できる。
配列番号：１
配列の長さ：44
配列の型：核酸
鎖の数：一本鎖
トポロジー：直鎖状
配列
TAGCCTCGAG TAGAGTCTTC AAATATCAGA GCTTTACCTA ACAA 44
配列番号：２
配列の長さ：45
配列の型：核酸
鎖の数：一本鎖
トポロジー：直鎖状
配列
ACCGCATCGA ATCGATGTCT CGGGTAGAAA ATCGCATGCA AGATA 45
配列番号：３
配列の長さ：46
配列の型：核酸
鎖の数：一本鎖
トポロジー：直鎖状
配列
CGATTCCGCT CCAGACTTCT CGGGAGCTGC CTCAGAATAT ACTCAG 46
配列番号：４
配列の長さ：21
配列の型：核酸
鎖の数：一本鎖
トポロジー：直鎖状
配列
TAAACATGAA AACTCGTTCC G 21
配列番号：５
配列の長さ：26
配列の型：核酸
鎖の数：一本鎖
トポロジー：直鎖状
配列
TTTTATGATG AGAACACTTA AACTCA 26
配列番号：６
配列の長さ：28
配列の型：核酸
鎖の数：一本鎖
トポロジー：直鎖状
配列
TTGTTAGGTA AAGCTCTGAT ATTTGAAG 28
Ｔ
【図１】本発明の標的増幅の検出に使用されるシグナル
プライマー反応図を示す。
プライマー反応図を示す。
【図２】本発明のシグナルプライマーを用いて核酸標的
が増幅されるにつれて生じる蛍光強度の変化を示すグラ
フである。
が増幅されるにつれて生じる蛍光強度の変化を示すグラ
フである。
【図３】本発明のシグナルプライマーのハイブリッド形
成、伸長、および切断に伴う蛍光強度の変化を示すグラ
フである。
成、伸長、および切断に伴う蛍光強度の変化を示すグラ
フである。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ジェイムズ・ジー・ナデュー
アメリカ合衆国ノースカロライナ州
27514，チャペル・ヒル，コーカー・レ
イン 710
(72)発明者 ジェイ・ブルース・ピトナー
アメリカ合衆国ノースカロライナ州
27712，ダーラム，クインスムーア・ロ
ード 2903
(72)発明者 ジェイムズ・エル・シュラム
アメリカ合衆国ノースカロライナ州
27545，ナイトデイル，ドウェリング・
プレイス 102
(72)発明者 シー・プレストン・リン
アメリカ合衆国ノースカロライナ州
27707，ダーラム，トロッター・リッ
ジ・ロード 4110
(72)発明者 グレン・ピー・ヴォンク
アメリカ合衆国ノースカロライナ州
27526，フーキー‐ヴァリナ，パイニ
ー‐グローヴ・ウィルボン・ロード
2717
(72)発明者 ジー・テランス・ウォーカー
アメリカ合衆国ノースカロライナ州
27514，チャペル・ヒル，マウント・ボ
ーラス・ロード 209
(56)参考文献 特開 平５−276947（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−289298（ＪＰ，Ａ)
特公 平５−15439（ＪＰ，Ｂ２)
国際公開96／015270（ＷＯ，Ａ１)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C12Q 1/68
ＢＩＯＳＩＳ（ＤＩＡＬＯＧ)
ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ)
Claims (10)
- 【請求項１】 ａ）制限エンドヌクレアーゼ認識配列
が、ドナー発蛍光団の蛍光が消光されるようにドナー発
蛍光団とアクセプター染料に挟まれており、標的結合配
列および標的結合配列の５’に位置する制限エンドヌク
レアーゼ認識配列から成るシグナルプライマーを標的配
列とハイブリッド形成させ、 ｂ）プライマー伸長反応において、シグナルプライマー
を鋳型として使用して相補的鎖を合成し、これによって
制限エンドヌクレアーゼ認識配列を二本鎖にし、 ｄ）制限エンドヌクレアーゼにより制限エンドヌクレア
ーゼ認識配列を切断またはニッキングし、これによって
ドナー蛍光消光を減少させ、蛍光パラメータに変化を引
き起こし、 ｅ）標的配列の存在を表示するものとして蛍光パラメー
タの変化を検出することを含む、 核酸標的配列の存在を検出する方法。 - 【請求項２】 相補的鎖が標的増幅反応において合成さ
れる、請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 蛍光強度の変化が標的配列の存在を表示
するものとして検出される、請求項１記載の方法。 - 【請求項４】 ａ）制限エンドヌクレアーゼ認識配列
は、ドナー発蛍光団の蛍光が消光されるようにドナー発
蛍光団とアクセプター染料に挟まれており、標的結合配
列および標的結合配列の５’に位置する制限エンドヌク
レアーゼ認識配列から成る第一のシグナルプライマーを
標的配列とハイブリッド形成させ、 ｂ）ポリメラーゼを用いて標的配列にてハイブリッド形
成された第一のプライマーを伸長し、第一のプライマー
伸長生成物を生成し、標的配列から第一のプライマー伸
長生成物を分離し、 ｃ）第二のプライマーとのハイブリッド形成とその伸長
により、分離された第一のプライマー伸長生成物と制限
エンドヌクレアーゼ認識配列を二本鎖にし、 ｄ）制限エンドヌクレアーゼにより制限エンドヌクレア
ーゼ認識配列を切断またはニッキングし、これによって
ドナー蛍光消光を減少させ、蛍光パラメータに変化を引
き起こし、 ｅ）標的配列の存在を表示するものとして蛍光パラメー
タの変化を検出することを含む、核酸標的配列の増幅を
増幅反応において検出する方法。 - 【請求項５】 標的配列が鎖置換増幅により増幅され
る、請求項４記載の方法。 - 【請求項６】 蛍光プライマーの変化がリアルタイムに
検出される、請求項４記載の方法。 - 【請求項７】 ドナー発蛍光団またはアクセプター染料
の蛍光強度の変化が、標的配列の増幅を表すものとして
検出される、請求項４記載の方法。 - 【請求項８】 （ａ）標的結合配列、 （ｂ）標的結合配列に対して５’の制限エンドヌクレア
ーゼ認識部位、 （ｃ）第一または第二の染料が消光されるように、制限
エンドヌクレアーゼ認識部位を挟む位置にてオリゴヌク
レオチドに結合された第一の染料と第二の染料、から成
る一本鎖オリゴヌクレオチド。 - 【請求項９】 第一および第二の染料がオリゴヌクレオ
チドにおいて約８−２０ヌクレオチド長離れている、請
求項８記載のオリゴヌクレオチド。 - 【請求項１０】 第一の染料がフルオレセインで、第二
の染料がローダミンＸまたはＤＡＢＣＹＬである、請求
項８記載のオリゴヌクレオチド。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/855085 | 1997-05-13 | ||
| US08/855,085 US5846726A (en) | 1997-05-13 | 1997-05-13 | Detection of nucleic acids by fluorescence quenching |
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|---|---|
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|---|---|---|---|
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