JP3509025B2 - 不連続プライマー伸長による核酸の反復配列長の決定 - Google Patents
不連続プライマー伸長による核酸の反復配列長の決定Info
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Description
方法およびキットに関する。より詳細には、本発明は、
不連続プライマー伸長反応を使用することによって、核
酸の反復配列長を決定するために有用な方法およびキッ
トに関する。
r Biology Volume 1,Chapter 2,Section I,John Wiley
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CT/US91/06103 Beattie et al.,Clinical Chemistry,39:719−722(1
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(1990) 背景 遺伝子の多型性を分析するための方法は、基礎研究、
臨床的診断、法医学、および他の分野において広範な有
用性が見出されてきた。遺伝子の多型性を検出する1つ
の特に有用な方法は、短タンデム反復配列(STR)分
析、可変数タンデム反復(VNTR)分析、ミニサテライト
分析、およびマイクロサテライト分析として様々に言及
されている方法のような反復配列長おけるバリエーショ
ンに基づく。
でも、反復配列長を決定するためにゲル電気泳動に依っ
ている。しかし、ゲル電気泳動は、反復配列長の多型性
分析の状況において、いくつかの重要な欠点がある。第
1に、電気泳動的移動度に基づく分子長の測定は、分子
サイズと電気泳動的移動度との間の複雑な関係に起因し
て、本質的に不正確である。第2に、電気泳動プロセス
が増幅され(multiplexed)得る程度は、電気泳動のレ
ーンの数および1つのレーンにおいて実施される異なる
位置のサイズによって制限される。(すなわち、電気泳
動的に同時移動しない位置が、選択されなければならな
い。) 要旨 本発明の方法は、不連続プライマー伸長反応を含む。
ここで、プライマーは、このプライマーが、プライマー
伸長の各々の増加において、単一の反復単位に対応する
量だけ伸長されるように、個々の増加において伸長され
る。個々のプライマー伸長の各増加の後に、検出工程が
実施される。この検出工程においては、プライマーが反
復領域の全長に等しい量だけ伸長された場合、シグナル
の調節が検出される。従って、シグナルの調節を引き起
こすことが必要とされる個々のプライマー伸長の増加数
を計数することによって、反復領域を構成する反復単位
数が、決定される。
ている反復単位数を決定するための正確かつ再現性のあ
る方法を提供することである。
る核酸の反復配列の反復領域を構成する反復単位数を決
定するための方法を提供することである。
としない核酸の反復配列の反復領域を構成する反復単位
数を決定するための方法を提供することである。
復配列の反復領域を構成する反復単位数を決定するため
の方法を実施するために有用なキットおよび試薬を提供
することである。
は、以下の工程:標的核酸のプライマー相補性部分をプ
ライマーにアニーリングさせ、それによって標的−プラ
イマーハイブリッドを形成させる工程;第1のプライマ
ー伸長試薬を使用して第1のプライマー伸長反応を行う
工程;標的−プライマーハイブリッドと未反応の第1の
プライマー伸長試薬とを分離する工程;第2のプライマ
ー伸長試薬を使用して第2のプライマー伸長反応を行う
工程(ここで、第1または第2のプライマー伸長試薬の
少なくとも1つは、ヌクレオチドに結合した標識を有す
る伸長可能なヌクレオチドを含む);標的−プライマー
ハイブリッドを未反応の第2のプライマー伸長試薬から
分離する工程;標識によって生成されるシグナルを測定
する工程;標識を検出不能にさせるように標識を処理す
る工程;およびこのシグナルが前回のサイクルにおいて
検出されるシグナルより実質的に少なくなるまで、上記
の工程を反復する工程を包含する標的核酸の反復領域に
おける反復単位数を決定するための方法によって達成さ
れる。
て、第2のプライマー伸長反応を行う工程は、プライマ
ー停止試薬と標的−プライマーハイブリッドとを反応さ
せる工程をさらに包含する。
て、標的−プライマーハイブリッドは、固体支持体に付
着される。好ましくは、プライマーまたは標的核酸のう
ちの1つが、固体支持体に結合される。
おいて、標識は、蛍光分子または化学発光分子である。
て、標識は、切断可能なリンカーを介して伸長可能なヌ
クレオチドに結合されている。
において、標的核酸は、分析の前に増幅されている。好
ましくは、このような増幅は、PCRを使用して達成され
る。
て、標識を検出不能にするように標識を処理する工程
は、標識された伸長可能なヌクレオチドから標識を切断
する工程または標識のシグナル生成特性を破壊する工程
のいずれかを包含する。
は、以下の工程:標的核酸のプライマー相補性部分をプ
ライマーにアニーリングさせ、それによって標的−プラ
イマーハイブリッドを形成させる工程;第1のプライマ
ー伸長試薬を使用して第1のプライマー伸長反応を行う
工程;標的−プライマーハイブリッドと未反応の第1の
プライマー伸長試薬とを分離する工程;第2のプライマ
ー伸長試薬を使用しておよび第2のプライマー停止試薬
(プライマー停止試薬は、ヌクレオチドに結合された標
識を有するヌクレオチドターミネーターを含む)ととも
に第2のプライマー伸長反応を行う工程;標的−プライ
マーハイブリッドを未反応の第2のプライマー伸長試薬
および未反応のプライマー停止試薬から分離する工程;
標識によって生成されるシグナルを測定する工程;およ
びプライマー伸長産物に標識されたヌクレオチドターミ
ネーターの組み込みを示すシグナルが検出されるまで、
上記の工程を反復する工程を包含する標的核酸の反復領
域における反復単位数を決定するための方法によって達
成される。
的−プライマーハイブリッドは、固体支持体に結合され
る。好ましくは、プライマーまたは標的核酸のうちの1
つが、固体支持体に結合されている。
いて、標識は、蛍光分子および化学発光分子からなる群
より選択される。
いて、標的核酸は、分析の前に増幅されている。好まし
くは、このような増幅は、PCRを使用して達成される。
は、以下を含む標的核酸の反復領域において反復単位数
を決定するために有用なキットによって達成される:標
的核酸のプライマー相補性部分に対して配列相補性を有
するプライマー;第1のプライマー伸長試薬;および第
2のプライマー伸長試薬(ここで、第1または第2のプ
ライマー伸長試薬の少なくとも1つは、ヌクレオチドに
結合した標識を有する伸長可能なヌクレオチドを含
む)。
ライマーは、固体支持体に結合される。
いて、標識は、蛍光分子および化学発光分子からなる群
より選択される。
て、標識は、切断可能なリンカーを介して伸長可能なヌ
クレオチドに結合されている。
点は、以下の発明の詳細な説明、図面および添付の請求
の範囲を参照することによってより良好に理解される。
してこの標識がプライマー伸長の各個々の増加に続いて
検出不能にされる本発明の方法の第1の局面を示す。
る本発明の方法の第2の局面を示す。
細に行われ、この例が、添付の図面に図示される。本発
明が好ましい実施態様とともに記載されると同時に、本
発明がこれらの実施態様に制限されることは意図されな
いことが理解される。反対に、本発明は、添付の請求の
範囲により規定される本発明内に包含され得る代替物、
改変物および当価物を包含することが意図される。
用語および句は以下の意味を有することが意図される: 「ヌクレオシド」とは、ペントースに1'位で連結され
た、プリン、デアザプリン(deazapurine)またはピリ
ミジンのヌクレオシド塩基(例えば、アデニン、グアニ
ン、シトシン、ウラシル、チミン、デアザアデニン、デ
アザグアノシンなど)からなる化合物をいう(2'−デオ
キシおよび2'−ヒドロキシ形態を含む)(Stryer)。本
明細書中で使用される用語「ヌクレオチド」とは、ヌク
レオシドのリン酸エステル(例えば、三リン酸エステ
ル)をいう。ここで最も一般的なエステル化部位はペン
トースのC−5位で結合したヒドロキシル基である。本
開示の用語において多くの場合、ヌクレオシドは、ヌク
レオシドおよびヌクレオチドの両方を包含することが意
図される。本明細書中で使用される用語、ヌクレオチド
およびヌクレオシドは、例えば、他に記載されるよう
な、改変ヌクレオシド塩基部分、改変糖部分および/ま
たは改変リン酸エステル部分を有する合成アナログを含
むことが意図される(Scheit;Eckstein)。
とは、ヌクレオチドモノマーの直鎖状ポリマーをいう
(一本鎖、二本鎖および三本鎖のデオキシヌクレオチ
ド、リボヌクレオチド、それらのα−アノマー形態など
が含まれる)。通常、ヌクレオシドモノマーはホスホジ
エステル結合により結合され、本明細書中で使用される
場合、用語「ホスホジエステル結合」とは、ホスホジエ
ステル結合またはそのホスフェートアナログを含む結合
をいう。ここでリン(phosphorous)原子は+5の酸化
状態にあり、そして1つ以上の酸素原子が非酸素部分で
置換されている。例示的なホスフェートアナログには、
ホスホロチオエート、ホスホロジチオエート、ホスホロ
セレノエート、ホスホロジセレノエート、ホスホロアニ
ロチオエート、ホスホロアニリデート(phosphoranilid
ate)、ホスホロアミデート(phosphoramidate)、ボロ
ノホスフェートなどを含み、これには関連する対イオン
(例えば、H、NH4、Naなど)が、もしそのような対イ
オンが存在するのならば、含まれる。あるいは、ホスホ
ジエステル結合または他の結合を介して連結された、ポ
リヌクレオチドは非ヌクレオチドモノマーのポリマーを
含み得る。これは標的核酸(例えば、ペプチド核酸(PN
A))ポリマーと配列特異的ハイブリッドを形成し得
る。ポリヌクレオチドは、代表的には、少数のモノマー
単位(例えば、8〜40)から数千モノマー単位のサイズ
の範囲である。ポリヌクレオチドが「ATGCCTG」のよう
な文字の配列により表される場合は常に、ヌクレオチド
は5'→3'の順で、左から右に存在し、他に記載されない
限り、「A」はデオキシアデノシンを示し、「C」はデ
オキシシチジンを示し、「G」はデオキシグアノシンを
示し、そして「T」はチミジンを示すことが理解され
る。
応の間にプライマー伸長生成物中に取り込まれた場合
に、このようなプライマー伸長生成物のさらなる伸長を
可能にする任意のヌクレオチドを意味する。例示的な伸
長可能なヌクレオチドには、2'−デオキシヌクレオチド
三リン酸(例えば、2'−デオキシウリジン−5'−三リン
酸、2'−デオキシグアノシン−5'−三リン酸、2'−デオ
キシ−7−デアザデオキシグアノシン−5'−三リン酸、
2'−デオキシアザノシン−5'−三リン酸、2'−デオキシ
チミジン−5'−三リン酸および2'−デオキシシチジン−
5'−三リン酸)が挙げられる。必要に応じて、1つ以上
の伸長可能なヌクレオチドには標識を含む。
長生成物中に取り込まれた場合にこのようなプライマー
伸長生成物のさらなる伸長を阻害する任意のヌクレオチ
ドを意味する。ヌクレオチドターミネーターの1つの必
須条件は、ヌクレオチドターミネーターがリボフラノー
ス糖部分を含む場合に、さらなるヌクレオチドを取り込
むために引き続いてポリメラーゼによって使用され得る
ヒドロキシ基を、3'部位が有してはならないことであ
る。あるいは、リボフラノースアナログが使用され得る
(例えば、アラビノース)。例示的なヌクレオチドター
ミネーターには、2',3'−ジデオキシ−β−D−リボフ
ラノシル、β−D−アラビノフラノシル、3'−デオキシ
−β−D−アラビノフラノシル、3'−アミノ−2',3'−
ジデオキシ−β−D−リボフラノシルおよび2',3'−ジ
デオキシ−3'−フルオロ−β−D−リボフラノシル(Ch
idgeavadze)が挙げられる。ヌクレオチドターミネータ
ーはまた、可逆性(reversable)ヌクレオチドターミネ
ーター(Metzker)を含む。
イマー伸長生成物上に、このようなプライマーまたはプ
ライマー反応生成物が標的核酸とアニールされる場合
に、ヌクレオチドの標的配列依存的取り込みを導く反応
を触媒し得る酵素または他の触媒を意味する。例示的な
ポリメラーゼには、Pfu DNAポリメラーゼ、E.Coliポリ
メラーゼI、T−7ポリメラーゼ、逆転写酵素、Taq DN
Aポリメラーゼなどが挙げられるが、これらに限定され
ない(KornbergおよびBaker)。
レオチドに結合した場合に、公知の検出方法を使用して
このようなヌクレオチドまたはポリヌクレオチドを検出
可能にさせる任意の部分を意味する。標識は、直接標識
(それ自体が検出可能である)または間接標識(他の薬
剤と組み合わせて検出可能である)であり得る。例示的
な直接標識には、蛍光団(fluorophore)、発色団、ラ
ジオアイソトープ、スピンラベル、化学発光標識などが
挙げられるが、これらに限定されない。例示的な間接標
識には、シグナル生成事象を触媒する酵素、および抗原
またはビオチンのようなリガンド(高親和性で検出可能
な抗リガンドに特異的に結合し得る(例えば、標識抗体
またはアビジン))が挙げられる。
ブリッドとヌクレオチドとの間の反応を意味する。これ
は、付加されたヌクレオチドが標的核酸の対応するヌク
レオチドに相補的であるように、プライマーの3'末端へ
のヌクレオチドの付加を生じる。
もたらすのに必須である構成成分を含む試薬を意味す
る。プライマー伸長試薬には、代表的には、(i)ポリ
メラーゼ酵素;(ii)緩衝液;および(iii)1つ以上
の伸長可能なヌクレオチドが挙げられる。
複合体を形成する分子対をいう。特異的結合対の例に
は、抗体−抗原(またはハプテン)対、リガンド−レセ
プター対、酵素−基質対、ビオチン−アビジン対、相補
的な塩基対を有するポリヌクレオチドなどが挙げられる
が、これらに限定されない。
ールし得るポリヌクレオチドをいい、そして、これ以降
では、プライマーが5'→3'の方向で伸長される場合、プ
ライマー伸長反応の開始点として作用し得るポリヌクレ
オチドをいう。
ている、またはかつて生存していた生物(原核生物、真
核生物、植物、動物、およびウイルスを含むがこれらに
限定されない)に由来し得る。標的核酸は、細胞の核
(例えば、ゲノムDNA)が起源であり得るか、または核
外核酸(例えば、プラスミド、ミトコンドリア核酸な
ど)であり得る。
び精製に利用可能である。好ましい精製方法は、実質的
にタンパク質を含まない標的核酸を提供して効率的なプ
ライマー伸長および核酸増幅を可能にするべきである。
好ましい精製方法には、(i)好ましくは、自動DNA抽
出機(例えば、PE Applied Biosystems(Foster City,C
A)から入手可能であるModel 341 DNA Extractor)を使
用する有機溶媒抽出、引き続き、例えば、フェノール/
クロロホルム有機試薬を使用するエタノール沈殿(Ausu
bel);(ii)固相吸着法(Walsh,Boom);および(ii
i)塩誘導DNA沈殿法(Miller)(このような方法は代表
的には「塩析」方法と呼ばれる)が挙げられる。必要に
応じて、上記の精製法の各々は酵素切断工程に先んじて
行われて、サンプルからタンパク質を除去するのを助け
る(例えば、プロテイナーゼKまたは他の類似のプロテ
アーゼでの切断)。
標的核酸は、適切な核酸増幅手順を使用して、本方法の
実施の前に増幅される。このような増幅は直線的か,ま
たは指数関数的である、好ましい実施態様において、標
的核酸の増幅は、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)を使用
して達成され得る(Mullis)。一般的に、PCRは、初期
変性工程(これは二本鎖核酸サンプルの鎖を分離す
る)、続いて、(i)アニーリング工程(これは増幅プ
ライマーを標的配列の隣接する位置に特異的にアニーリ
ングさせる);(ii)伸長工程(これはプライマーを5'
→3'方向に伸長させ、それによって標的核酸に相補的な
アンプリコン核酸を形成する)、ならびに(iii)変性
工程(これはアンプリコンおよび標的配列の分離を生じ
させる)の繰り返しから構成される。上記の工程の各々
は、異なる温度で行われ得、ここで温度変化はサーマル
サイクラーを使用して達成され得る(PE Applied Biosy
stems,Foster City,CA)。
に示される。ここで標的核酸5は、5'隣接部位10(これ
はプライマー相補部位15を含む)、3'隣接領域25および
5'隣接部位と3'隣接部位との間に配置された反復領域20
を含む。標的核酸の反復領域20は複数の反復単位(R)
n21を含み、ここでRは反復単位を示し、そしてnは反
復領域を構成する反復単位数を示す。反復単位Rは任意
の型の反復モチーフ、例えば、マイクロサテライト反復
(WebberおよびMay;Smeets;Williamson)、ミニサテラ
イト反復(Jeffreys、Caskey)またはα−サテライト反
復(Jabs)であり得るが、これらに制限されない。
である反復単位から構成され得る。
ーリングの特異的(すなわち、プライマー伸長反応にお
いて所望されない標的配列が関与する頻度)とプライマ
ー伸長の効率(すなわち、プライマー伸長反応において
所望の標的配列が関与する程度)の間のバランスを得る
ために設計される。
ーの長さおよびアニーリング反応の温度により制御され
る。約18と24塩基との間のポリヌクレオチドが好まし
い。なぜならば、アニーリング温度がプライマー融解温
度の2、3℃以内に設定される場合、このようなポリヌ
クレオチドは非常に配列特異性である傾向があるからで
ある(Dieffenbach)。プライマー伸長を容易にするた
めに、3'末端のプライマーは−OH基またはプライマーの
3'末端にヌクレオチドの取り込みを可能にする他の部分
を含む。多数のコンピュータープログラムが異なる状況
におけるプライマー選択を容易にするために存在する
(Osborne;Montpetit)。
部分のプライマー相補性部位にアニールするように選択
される。好ましくは,プライマーの3'末端が標的核酸の
反復領域の5'末端に近接するように、プライマーはアニ
ールする。しかし、プライマーはまた、標的の5'隣接部
分に対して少なくとも部分的に固定される限り、標的核
酸の反復領域のセグメントにアニールし得る。
ば、ホスホルアミダイト化学(Beaucage))を使用し
て、自動DNA合成機(例えば、PE Applied Biosystems
(Foster City,CA)model 392または394 DNA/RNA Synth
esizer)で従来どおり合成される。代替方法において
は、プライマーは生物学的供給源から単離され得る。
ライマーハイブリッドは分離工程の間、固相支持体に結
合される。このような結合は、標的核酸またはプライマ
ーポリヌクレオチドのいずれかを介してであり得る。
し得、これには、微粒子、ビーズ、膜、スライド、プレ
ート、微細加工チップ(micromachined chip)などを含
む。さらに、本発明の固相支持体は広範な種々の組成物
(ガラス、プラスチック、ケイ素、アルカンチオエート
誘導体化金、セルロース、低架橋型または高架橋型ポリ
スチレン、シリカゲル、ポリアミドなどを含む)を含み
得る。
介する場合、プライマーは、それらが合成された固相支
持体上を用いて使用され得るか、またはそれらは別々に
合成され、そして本発明の方法の分離工程の間またはそ
の工程の前の使用のために固相支持体に結合され得る。
される場合、このような支持体は種々の形態を含み得、
そして種々の連結部分を含み得る。このような支持体
は、微粒子もしくは平面アレイ、または実質的に均一な
プライマー集団を有するマトリクスの領域を含み得る。
広範な種々の微粒子合成支持体は本発明で使用され得、
これには、制御された細孔ガラス(CPG)、高度に架橋
したポリスチレン、アクリルコポリマー、セルロース、
ナイロン、デキストラン、ラテックス、ポリアクロレイ
ンなどから成る微粒子が含まれる。微粒子支持体には、
市販のヌクレオシド誘導体化CPGおよびポリスチレンビ
ーズ(例えば、Applied Biosystems,Foster City,CAか
ら入手可能);誘導体化磁気ビーズ;ポリエチレングリ
コールでグラフト化されたポリスチレン(例えば、Tent
aGel,Rapp Polymere,Tubingen Germany)などがさらに
含まれる。支持体特性(例えば、材料、多孔度、サイ
ズ、形状など)および使用される連結部分の型の選択
は、プライマーが使用される条件に依存する。例えば、
本発明において、ポリメラーゼ酵素の立体的障害を最小
にし、およびヌクレオチド基質への接近を容易にする、
支持体およびリンカーが好ましい。最も適切な微粒子支
持体を選択する場合に考慮される他の重要な因子には、
サイズの均一性、合成支持体としての有効性、既知の表
面積の程度、および光学特性(例えば、透明の滑らかな
ビーズは、表面上で多数のビーズを処理する場合に計測
的利点を提供する)が含まれる。
2、3の)固相支持体上で合成され得、プライマーで均
一に被膜化されたアレイの領域を形成する。すなわち、
このようなアレイにおける各領域内で、同じプライマー
が合成される。このようなアレイを合成するための技術
は、他の場所に開示されている(Pease;Southern)。
めに固相支持体に結合される場合、プライマーは共有結
合または非共有結合を介して支持体に結合され得る。プ
ライマーが非共有結合を介して固体支持体に結合される
場合、プライマーは特異的な結合対の一方のメンバー
(例えば、ビオチン)を含み、対の他方のメンバー(例
えば、アビジン)は固体支持体に結合される。いくつか
の方法(例えば、5'−アミノポリヌクレオチドとイソチ
オシアネート機能化ガラス支持体(Guo)との反応を介
して)が、固体支持体へのポリヌクレオチドの共有結合
に利用可能である。プライマーを、共有的または非共有
的のいずれかで固体支持体に結合するための広範な例示
的な結合部分は、他の場所に開示されている(Pon;Web
b;Barany;Damha;Beattie;MaskosおよびSouthern)。
プレート核酸を介し、そしてテンプレート核酸がPCRア
ンプリコンである場合、共有結合または非共有結合のた
めの手段は、PCRを担うために使用されるPCRプライマー
に取り込まれ得る。従って、PCRプライマーは、特異的
な結合対のメンバー(例えば、ビオチン)、または共有
結合を形成するための機能化された固体支持体と反応し
得る反応性部分(例えば、イソチオシアネート機能化ガ
ラス支持体と反応する5'−アミノ基)を含み得る。
オチドおよび/またはヌクレオチドターミネーターは、
標識を含む。標識は、標識がプライマー伸長反応におい
て標識化ヌクレオチドのポリメラーゼ媒介性取り込みを
実質的に妨害しない様式で、ヌクレオチドに結合する。
多くの代替的な方法が、本発明での使用に適した様式
で、ヌクレオチドを標識化するために利用可能である
(Kricka)。標識化方法の好ましいクラスにおいて、ヌ
クレオチドのヌクレオシド塩基(すなわち、プリン塩基
のN−6位またはピリミジン塩基のC−5位)は、標識
を含むように改変される。標識化ヌクレオチドの特に好
ましいクラスは、プロパルギルエトキシアミノヌクレオ
チドである(Khan)。
た伸長可能なヌクレオチドは、例えば、適切な試薬また
は電磁放射を用いて処理した場合に、検出不能にされ得
る。この実施態様において、標識された伸長可能なヌク
レオチドは、ヌクレオチドから標識を除去するか、また
は標識のシグナル生成特性を破壊するかのいずれかによ
って検出不能にされ得る。
が容易に除去され得るように標識を結合するために利用
可能である。標識をヌクレオチドに結合するための例示
的な切断可能なリンカーには、N−[4−(p−アジド
サリチルアミド)ブチル]−3'−[2'−ピリジルジチ
オ]プロピオンアミド(APDP)、ビス[2−(スクシン
イミドオキシカルボニルオキシル)エチル]スルホン
(BSOCOES)、ジスクシンイミジル(disuccininimdyl)
タータレート(DST)、およびエチレングリコビス−
[スクシンイミジルスクシネート](EGS)などが含ま
れるが、これらに限定されない(Pierce Catalog)。
理した場合に破壊され得る好ましい標識には、(蛍光特
性が、高強度の光への暴露を介する光分解によって、ま
たは酸化化学物質(例えば、酸素、次亜塩素酸ナトリウ
ム、過マンガン酸塩(permanginate)など)での処理に
よる化学的分解によって、破壊され得る蛍光標識が含ま
れる。標識の代替的な好ましいクラスには、不可逆的な
酵素インヒビターとの反応によって、または変性によっ
て検出不能にされ得る酵素、および単一な光生成変換の
みを受け得、従って自己破壊性である化学発光標識が含
まれる。
プライマーの伸長を単一反復単位の不連続な増加におい
て進行させ得る(すなわち、プライマーは不連続なプラ
イマー伸長反応1サイクルあたり1つの反復単位によっ
てのみ伸長される)、第1および第2のプライマー伸長
試薬が含まれる。
長反応を、プライマーが完全な反復単位よりも少ない量
によって伸長される程度までのみ進行させ得る、1セッ
トの伸長可能なヌクレオチドを含む。従って、反復単位
の特定の配列に依存して、第1のプライマー伸長試薬は
種々の可能な伸長可能なヌクレオチドの組み合わせを含
み得る。例えば、反復単位の配列がAGCTである場合、第
1のプライマー伸長試薬は、伸長可能なヌクレオチドで
あるT(Aと相補的である)、TおよびC(AおよびG
と相補的である)、またはTおよびCおよびG(Aおよ
びGおよびCと相補的である)を含み得る。しかし、非
制御性の連続的なプライマー伸長を妨害するために、第
1のプライマー伸長試薬は全ての伸長可能なヌクレオチ
ドTおよびCおよびGおよびAを含んではならない。
各サブ試薬が、反復配列のサブ部分が形成される程度ま
でのみプライマーが伸長され得るに十分な伸長可能なヌ
クレオチドを含むように、別々のサブ試薬にサブ分割す
ることが望ましい。例えば、反復単位がATGCCGTである
場合、第1のプライマー伸長試薬の1つのサブ試薬は、
伸長可能なヌクレオチドT、A、およびCを含み得、一
方、第1のプライマー伸長試薬の別のサブ試薬は伸長可
能なヌクレオチドGおよびCを含み得る。
長反応を、第1のプライマー伸長試薬によって合成され
ない反復単位の部分が合成される程度までのみ進行させ
得る、1セットの伸長可能なヌクレオチドを含む。従っ
て、反復単位の特定の配列および第1のプライマー試薬
の組成に依存して、第2のプライマー伸長試薬は、種々
の可能なヌクレオチド組み合わせを含み得る。上記の実
施例を継続して、反復単位の配列がAGCTであり、そして
第1のプライマー伸長試薬が伸長可能なヌクレオチドT
およびCを含む場合、第2のプライマー伸長試薬は伸長
可能なヌクレオチドGおよびAを含み得る。
止試薬と反応した場合、さらなるプライマー伸長が達成
され得ないように、プライマー伸長の終結を引き起こす
ためのプライマー停止試薬を含む。
チドターミネーターを含み、そして必要に応じて、プラ
イマー伸長反応を、プライマーがプライマー伸長反応に
おいて完全な反復単位よりも少ない量にまで伸長される
程度までのみ進行させる、1セットの伸長可能なヌクレ
オチドを含む。従って、反復単位の特定の配列、標的核
酸の3'隣接部分の配列、ならびに第1および第2のプラ
イマー伸長試薬の組成に依存して、プライマー停止試薬
は、種々の可能な伸長可能なヌクレオチドおよびヌクレ
オチドターミネーターの組み合わせを含み得る。例え
ば、反復単位の配列がAGCTであり、および3'隣接部分の
第1のヌクレオチドがGであり、および第1ならびに第
2のプライマー伸長試薬が伸長可能なヌクレオチドT、
C、G、およびAを含む場合、プライマー停止試薬はヌ
クレオチドターミネーターCのみを含む(このようなヌ
クレオチドターミネーターは3'隣接部分に位置するGと
相補的である)。あるいは、第1および第2のプライマ
ー伸長試薬が伸長可能なヌクレオチドTおよびCのみを
含む場合、プライマー停止試薬は伸長可能なヌクレオチ
ドGおよびAならびにヌクレオチドターミネーターCを
含む。
は、標識化ヌクレオチドターミネーターを含む。ヌクレ
オチドターミネーターの標識化は、本質的に、上記のD
節に記載されるように達成される。
2A〜Cに模式的に示される。図において、本発明の方法
は、配列「AC」を有する2コピーの2塩基反復および反
復領域に隣接するGヌクレオチドを有する3'隣接部分25
から成る反復領域20を有する標的核酸5に適用される。
第1の局面のこの好ましい実施態様において、プライマ
ー200は標的核酸5のプライマー相補的部分15にアニー
ルし、それによって標的−プライマーハイブリッドを形
成する。次いで標的−プライマーハイブリッドを、標識
化伸長可能なヌクレオチドTを含む第1のプライマー伸
長試薬と反応させ、プライマー伸長産物210の3'末端に
標識化Tヌクレオチドを取り込ませる。第1のプライマ
ー伸長試薬との反応に続いて、第1のプライマー伸長試
薬を標的−プライマーハイブリッドから分離し、そして
標的−プライマーハイブリッドを、伸長可能なGヌクレ
オチドを含む第2のプライマー伸長試薬と反応させ、プ
ライマー伸長産物215の3'末端にGヌクレオチドを付加
させる。次いで、未反応の第2のプライマー伸長試薬を
標的−プライマーハイブリッドから分離し、そしてプラ
イマー伸長産物に取り込まれた標識化伸長可能なヌクレ
オチドの量を決定するための測定を行う。図のヒストグ
ラムによって示されるように、プロセスのこの時点にお
いて、大きなシグナルが検出され、このことは、取り込
まれた標識化Tヌクレオチドの存在を示す。最後に、続
いての不連続なプライマー伸長反応サイクルのための標
的−プライマーハイブリッドを調製するために、取り込
まれた伸長可能なヌクレオチドに結合した標識を検出不
能にする。実施例において、上記のプロセス工程を、図
2Bおよび2Cに示されように、さらに2回繰り返す。図2C
における第3のサイクルにおいて、測定されたシグナル
の強度は、第1の2つのサイクルにおいて見られるシグ
ナル強度と比較した場合、実質的に減少する。なぜな
ら、標識化伸長可能なヌクレオチドTは、この時点でプ
ライマー伸長産物に取り込まれ得ないからである。従っ
て、第3のサイクルにおいて見られる測定されたシグナ
ルにおけるこの減少は、反復領域がAC反復単位の2コピ
ーのみを含むことを示す。
3A〜Bに示される。以前と同様に、この方法は、配列
「AC」を有する2塩基反復の2コピーおよび反復領域に
隣接するGヌクレオチドを有する3'隣接部分からなる反
復領域を有する標的核酸に適用される。第二の局面のこ
の好ましい実施態様において、以前と同様に、プライマ
ー200は、標的核酸5のプライマー相補的部分15にアニ
ーリングし、それにより標的プライマーハイブリッドを
形成する。次いで、標的プライマーハイブリッドを、非
標識伸長可能ヌクレオチドTを含む第一のプライマー伸
長試薬と反応させ、非標識Tヌクレオチドをプライマー
伸長産物310の3'末端に組み込ませる。第一のプライマ
ー伸長試薬との反応に続いて、第一のプライマー伸長試
薬は、標的プライマーハイブリッドから分離され、そし
て標的プライマーハイブリッドを、伸長可能Gヌクレオ
チドを含む第二のプライマー伸長試薬および標識化Cヌ
クレオチドターミネーターを含むプライマー停止試薬と
反応させ、その結果、G伸長可能ヌクレオチドのみがプ
ライマー伸長産物315の3'末端に付加される。次に、未
反応の第二のプライマー伸長試薬およびプライマー停止
試薬を標的プライマーハイブリッドから分離し、そして
測定を行ってプライマー伸長産物に組み込まれた標識ヌ
クレオチドターミネーターの量を決定する。図に示され
るように、プロセスのこの時点で、シグナルは、検出さ
れず、これは、標識されたヌクレオチドターミネーター
が、プロセスのこのサイクルの間にプライマー伸長産物
に組み込まれていないことを示す。図3Bにおいて、上記
のプロセス工程が反復される。図3Bに示されるこの第二
のサイクルにおいて、測定されたシグナルの強度は、プ
ロセスの第一の工程において観察された名目上ゼロのシ
グナル強度に比較して、実質的に増加している。なぜな
ら、第二の工程の間に、標識されたヌクレオチドCター
ミネーターは、プライマー伸長産物中に組み込まれるか
らである。
の方法工程のより詳細な記載を提供する。
であり、なお許容し得る割合で安定なハイブリッドを形
成させるのに十分に許容可能なストリンジェントな条件
下で行う。プライマーアニーリングに要求される温度お
よび時間の長さは、塩基の組成、プライマーの長さおよ
び濃度、ならびに使用される溶媒の性質(例えば、DMS
O、ホルムアミド、またはグリセロールのような共溶媒
およびマグネシウムのような対イオンの濃度)を含むい
くつかの因子に依存する。代表的には、合成ポリヌクレ
オチドとのハイブリダイゼーションは、アニーリング溶
媒における標的プライマーハイブリッドの融解温度より
約5〜10℃低い温度で行われる。好ましくは、アニーリ
ング温度は、55〜75℃の範囲であり、そしてプライマー
濃度は、約0.2μMである。これらの好ましい条件下
で、アニーリング反応は、わずか数秒で完了する。
は、標的配列の長さおよび濃度に、ならびに反応温度に
依存する。代表的な条件下でのヌクレオチド付加の速度
についての見積もりは、緩衝液、pH、塩濃度、ポリメラ
ーゼ酵素、およびDNAテンプレートの性質に依存して、
1秒あたり35〜100ヌクレオチドまで変化する。
伸長反応を達成するために、本発明の方法に従って、プ
ライマー伸長反応は、2つの独立な工程:第一のプライ
マー伸長反応および第二のプライマー伸長反応、に分け
られる。第一のプライマー伸長反応において、プライマ
ーは、単一反復単位の長さよりも短い量だけ伸長し、こ
こでプライマー伸長の程度の制御は、第一のプライマー
伸長試薬の組成によってもたらされる。第二のプライマ
ー伸長反応において、プライマーは、第一のプライマー
伸長反応との組み合わせにおいて、プライマーが単一の
反復単位の長さに等しい量だけ伸長するような量だけ伸
長する。
のプライマー伸長試薬の1つは、標識された伸長可能な
ヌクレオチドを含む。
工程不連続プライマー伸長反応の改変において、第二の
プライマー伸長試薬は、プライマー停止試薬を含む。従
って、第二のプライマー伸長反応の後に、プライマーが
標的核酸の反復領域の末端まで伸長されている場合、ヌ
クレオチドターミネーターは、プライマー伸長産物中に
組み込まれ、このようにして、そのプライマー伸長産物
のいかなるさらなる伸長も防止している。これは、標的
核酸の反復領域を越えて任意の偽プライマー伸長が起こ
る可能性を除去するので有利である。。本発明のこの実
施態様は、反復配列の2つの対立遺伝子が同時に調査さ
れる場合に特に好ましい。
ーミネーターを含むプライマー停止試薬は、第二のプラ
イマー伸長反応に含まれる。好ましくは、標識されたヌ
クレオチドターミネーターは、標的核酸の3'隣接部分の
3'末端でのヌクレオチド(このような標的核酸の反復領
域に隣接する)に相補的であるように選択される。
離工程が、第一および第二のプライマー伸長試薬の混合
を防止し、それにより制御されないプライマー伸長を予
防するために行われる。分離工程をもたらすために使用
される手段は、標的プライマーハイブリッドを第一およ
び/または第二のプライマー伸長試薬から分離し得る任
意の手段であり得る。例示的な分離方法には、HPLC、電
気泳動、液体−液体抽出、固体−液体抽出、吸着などが
含まれるがこれらに限定されない。
ッドは、プライマー伸長試薬が、単に固体支持体を洗浄
することによって標的プライマーハイブリッドから分離
され得るように、分離工程の間に固体支持体に結合され
る。この実施態様に従って、プライマーは、第一のプラ
イマー伸長反応を行う前および後に固体支持体に結合さ
れ得る。洗浄条件は、標的プライマーハイブリッドが実
質的に破壊され、そしてプライマー伸長試薬の非特異的
な吸着が最小化されるようなものである。
に、検出工程が行われ、ここで、プライマー伸長産物中
に組み込まれたインタクトな標識の量が決定される。利
用される標識のタイプにとって適切な任意の検出方法が
使用され得る。従って、可能な検出方法には、放射能検
出、光学吸収検出(例えば、UV可視吸収検出)、光学発
光検出(例えば、蛍光または化学発光)が含まれる。
および第二のプライマー伸長試薬の組成に依存して、プ
ロセスにおける種々の時点で起こり得る。第一の局面に
おいて、好ましくは、測定工程は、標識された伸長可能
なヌクレオチドを含むプライマー伸長試薬が標的プライ
マーハイブリッドと反応し、そしてそれから分離した後
に起こる。第二の局面において、測定工程は、標識され
たヌクレオチドターミネーターを含むプライマー伸長試
薬が標的プライマーハイブリッドと反応し、そしてそれ
から分離した後に起こる。
ルが、引き続く不連続プライマー伸長のサイクルを行う
前に検出されると、その標識は、検出不能になる。
ー伸長産物に組み込まれた標識された伸長可能なヌクレ
オチドから標識を切除することによって検出不能にされ
る。ヌクレオチドからの標識の切断のために使用される
方法は、標識とヌクレオチドとを結合するために使用さ
れた切断可能な結合のタイプに依存する。上記を参照の
こと。例示的な切断試薬には、チオール、塩基、過ヨウ
素酸塩、ヒドロキシルアミンなどが含まれる。1つの好
ましい方法において、標識は、ウリシルヌクレオチドの
塩基部分に結合され、そして検出に続いて、標識は、標
識された伸長可能なヌクレオチドから、酵素ウリシルN
−グリコシラーゼ(UNG)での処置によって切除され
る。
のシグナル生成特性を破壊することによって検出不能に
される。使用された標識のタイプに依存して、標識のシ
グナル生成特性を破壊するために使用され得るいくつか
の方法が存在する。例えば、標識が蛍光色素である場
合、標識は、酸素が豊富な環境下で、強力な光源を使用
する色素の光脱色によって検出不能にされ得る。標識が
酵素である場合、標識は、酵素をシグナル生成反応を触
媒不能にする不可逆的酵素インヒビターと標識とを反応
させることによって、検出不能にされ得る。標識が、単
一光産生変換のみを経験し得る化学蛍光剤である場合、
標識は、自己破壊的(autodistructing)であり、従っ
て標識を検出不能にする別々の反応を必要としない(Br
onstein)。
様を行うためのキットが含まれる。第一の局面におい
て、本発明のキットは、プライマー、第一のプライマー
伸長試薬、および第二のプライマー伸長試薬を含み、こ
こで少なくとも1つの第一または第二のプライマー伸長
試薬には、結合した標識を有する伸長可能なヌクレオチ
ドが含まれる。好ましくは、伸長可能なヌクレオチドに
結合した標識は、標識をプライマー伸長産物から切除す
るために、および/または標識のシグナル生成特性を破
壊するために有効な処置工程の後に検出不能にされ得
る。好ましくは、プライマーは、固体支持体に結合され
るか、または特定の結合対を介して、または共有結合部
分を介して固体支持体に結合され得る。別の好ましい実
施態様において、本発明のこの局面は、プライマーまた
は標的核酸を介した標的プライマーハイブリッドの結合
のための固相支持体を含む。任意的に、本発明のこの第
一の局面のキットは、プライマー停止試薬を含む。
ー、第一の伸長試薬、第二のプライマー伸長試薬、およ
びプライマー停止試薬を含み、ここでプライマー停止試
薬には、結合した標識を有するヌクレオチドターミネー
ターが含まれる。第二のプライマー伸長試薬およびプラ
イマー停止試薬は、別々にかまたは混合物として一緒に
かのいずれかでパッケージングされ得る。好ましくは、
プライマーは、固体支持体に結合されるているか、ある
いは特定の結合対を介してか、または共有結合部分を介
して固体支持体に結合され得る。別の好ましい実施態様
において、本発明のこの局面は、プライマーまたは標的
核酸を介する標的プライマーハイブリッドの結合のため
の固相支持体を含む。
出願は、各々の個々の刊行物または特許出願が、特別に
そして個々に参考として援用されることが示される場合
と同程度に本明細書中に参考として援用される。
が、分子生物学分野の当業者は、好ましい実施態様にお
いて、その教示から逸脱することなく、多くの改変が可
能であることを明確に理解する。従って、すべてのこの
ような改変が以下の請求の範囲に含まれることが意図さ
れる。
Claims (22)
- 【請求項1】標的核酸の反復領域における反復単位数を
決定するための方法であって: (a)該標的核酸のプライマー相補性部分をプライマー
にアニーリングさせる工程であって、それによって標的
−プライマーハイブリッドを形成する、工程; (b)第1のプライマー伸長試薬を使用して第1のプラ
イマー伸長反応を行う工程; (c)該標的−プライマーハイブリッドと未反応の該第
1のプライマー伸長試薬を分離する工程; (d)第2のプライマー伸長試薬を使用して第2のプラ
イマー伸長反応を行う工程であって、ここで該第1また
は第2のプライマー伸長試薬の少なくとも1つが、ヌク
レオチドに結合された標識を有する伸長可能なヌクレオ
チドを含む、工程; (e)該標的−プライマーハイブリッドを未反応の該第
2のプライマー伸長試薬から分離する工程; (f)該標識によって生成されるシグナルを測定する工
程; (g)該標識を検出不能にさせるように、該標識を処理
する工程; (h)該シグナルが前回のサイクルにおいて検出される
シグナルより少なくなるまで該工程(a)〜(g)のサ
イクルを反復する工程;ならびに (i)該標的核酸の反復領域における反復単位数を決定
する工程、 を包含する、方法。 - 【請求項2】前記工程(d)が、前記標的−プライマー
ハイブリッドとプライマー停止試薬とを反応させる工程
をさらに包含する、請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】前記標的−プライマーハイブリッドが固体
支持体に結合されている、請求項1に記載の方法。 - 【請求項4】前記プライマーが固体支持体に結合されて
いる、請求項1に記載の方法。 - 【請求項5】前記標的核酸が固体支持体に結合されてい
る、請求項1に記載の方法。 - 【請求項6】前記標識が、蛍光分子および化学発光分子
からなる群より選択される、請求項1に記載の方法。 - 【請求項7】前記標識が、切断可能なリンカーを介して
伸長可能なヌクレオチドに結合されている、請求項1に
記載の方法。 - 【請求項8】前記標的核酸が分析の前に増幅されてい
る、請求項1に記載の方法。 - 【請求項9】前記増幅がPCRを使用して達成される、請
求項8に記載の方法。 - 【請求項10】前記標識を検出不能にさせるように、該
標識を処理する工程が、前記標識された伸長可能なヌク
レオチドから該標識を切断することを包含する、請求項
1に記載の方法。 - 【請求項11】前記標識を検出不能にさせるように、該
標識を処理する工程が、該標識のシグナル生成特性を破
壊することを包含する、請求項1に記載の方法。 - 【請求項12】標的核酸の反復領域における反復単位数
を決定するための方法であって: (a)該標的核酸のプライマー相補性部分をプライマー
にアニーリングさせる工程であって、それによって標的
−プライマーハイブリッドを形成する、工程; (b)第1のプライマー伸長試薬を使用して第1のプラ
イマー伸長反応を行う工程; (c)該標的−プライマーハイブリッドを未反応の該第
1のプライマー伸長試薬から分離する工程; (d)第2のプライマー伸長試薬を使用しておよびプラ
イマー停止試薬とともに、第2のプライマー伸長反応を
行う工程であって、該プライマー停止試薬は、ヌクレオ
チドターミネーターに結合された標識を有するヌクレオ
チドターミネーターを含む、工程; (e)該標的−プライマーハイブリッドを未反応の該第
2のプライマー伸長試薬および未反応の該プライマー停
止試薬から分離する工程; (f)該標識によって生成されるシグナルを測定する工
程;ならびに (g)該ヌクレオチドターミネーターの組み込みを示す
シグナルが検出されるまで該工程(a)〜(f)のサイ
クルを反復する工程、 を包含する、方法。 - 【請求項13】前記標的−プライマーハイブリッドが固
体支持体に結合されている、請求項12に記載の方法。 - 【請求項14】前記プライマーが固体支持体に結合され
ている、請求項12に記載の方法。 - 【請求項15】前記標的核酸が固体支持体に結合されて
いる、請求項12に記載の方法。 - 【請求項16】前記標識が、蛍光分子および化学発光分
子からなる群より選択される、請求項12に記載の方法。 - 【請求項17】前記標的核酸が分析の前に増幅されてい
る、請求項12に記載の方法。 - 【請求項18】前記増幅がPCRを使用して達成される、
請求項17に記載の方法。 - 【請求項19】標的核酸の反復領域における反復単位数
を決定するために有用なキットであって: 該標的核酸のプライマー相補性部分に配列相補性を有す
るプライマー; 第1のプライマー伸長試薬;および 第2のプライマー伸長試薬、 を含み、ここで該第1または第2のプライマー伸長試薬
の少なくとも1つは、ヌクレオチドに結合した標識を有
する伸長可能なヌクレオチドを含む、キット。 - 【請求項20】前記プライマーが固体支持体に結合され
ている、請求項19に記載のキット。 - 【請求項21】前記標識が、蛍光分子および化学発光分
子からなる群より選択される、請求項19に記載のキッ
ト。 - 【請求項22】前記標識が、切断可能なリンカーを介し
て前記伸長可能なヌクレオチドに結合されている、請求
項19に記載のキット。
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