JP4345427B2 - Nucleotide chain cleavage method - Google Patents
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本発明は、例えば、ssDNAやcDNA等の一本鎖のヌクレオチド鎖を切断する方法に関する。 The present invention relates to a method for cleaving a single-stranded nucleotide chain such as ssDNA or cDNA.
現在、マイクロアレイ技術によって所定のDNAが微細配列されたいわゆるDNAチップ又はDNAマイクロアレイ(以下、「DNAチップ」と総称する。)と呼ばれるバイオアッセイ用の集積基板が、遺伝子の変異解析、SNPs(一塩基多型)分析、遺伝子発現頻度解析等に利用されており、創薬、臨床診断、薬理ジェノミクス、法医学その他の分野において広範囲に活用され始めている。 Currently, an integrated substrate for a bioassay called a so-called DNA chip or a DNA microarray (hereinafter collectively referred to as “DNA chip”) in which predetermined DNA is finely arranged by microarray technology is used for gene mutation analysis, SNPs (single bases). Polymorphism) analysis, gene expression frequency analysis, etc., and has begun to be widely used in drug discovery, clinical diagnosis, pharmacogenomics, forensic medicine and other fields.
DNAチップは、ガラスやシリコン等の基板上にDNAオリゴ鎖やcDNA(Complementary DNA)等の検出用のDNA(DNAプローブ)が配置されており、そのDNAプローブに対して検体等から抽出された一本鎖のターゲットDNAをハイブリダイゼーションさせることにより、DNA解析を行うことができる。 In a DNA chip, a DNA oligo chain or a detection DNA (DNA probe) such as cDNA (Complementary DNA) is arranged on a substrate such as glass or silicon, and the DNA probe is extracted from a specimen or the like. DNA analysis can be performed by hybridizing the target DNA of this strand.
DNAチップによるDNAの解析は、ハイブリダイゼーションしたDNAプローブ及びターゲットDNAに対してインターカレータ等を挿入し、所定の検出器で蛍光測定を行うことによってターゲットDNAの塩基配列を判断する。 For DNA analysis using a DNA chip, an intercalator or the like is inserted into a hybridized DNA probe and target DNA, and fluorescence measurement is performed with a predetermined detector to determine the base sequence of the target DNA.
ところで、ターゲットDNAは、自然な状態では数キロベースにも及ぶ長さとなってしまう。 By the way, the target DNA naturally has a length of several kilobases.
そのため、ターゲットDNAがランダムコイル状になり、立体障害によりハイブリダイゼーションを阻害してしまう。また、図13に示すように、DNAプローブ(P)とターゲットDNA(T)とをハイブリダイゼーションを行ったとしても、ターゲットDNA(T)ハイブリダイゼーションが行われていない余剰部分が多い。そのため、その余剰部分が自身でハイブリダイゼーションを起してしまい、この部分が蛍光検出を行った時のノイズとなってしまう。 Therefore, the target DNA becomes a random coil shape, and hybridization is inhibited due to steric hindrance. Further, as shown in FIG. 13, even if the DNA probe (P) and the target DNA (T) are hybridized, there are many surplus portions where the target DNA (T) hybridization is not performed. Therefore, the surplus part causes hybridization by itself, and this part becomes noise when fluorescence detection is performed.
このような問題を解決するために、DNAプローブの塩基配列とは関係しない部位(解析対象となっていない部位)に関しては、ハイブリダイゼーションの後に、又は、ハイブリダイゼーションの前から、ターゲットDNAから除去することが望ましい(特許文献1参照。)。 In order to solve such a problem, a portion not related to the base sequence of the DNA probe (a portion not to be analyzed) is removed from the target DNA after hybridization or before hybridization. It is desirable (see Patent Document 1).
一般に、cDNA等を切断する手法として、超音波により切断する手法が知られている。しかしながら、超音波を用いる手法の場合、切断位置を特定することができずcDNAの長さがまちまちとなり、例えば蛍光測定等を行った時に蛍光の検出強度が安定しない。 In general, as a technique for cutting cDNA or the like, a technique for cutting by ultrasonic waves is known. However, in the case of the technique using ultrasonic waves, the cutting position cannot be specified, and the length of the cDNA varies, and the fluorescence detection intensity is not stable when, for example, fluorescence measurement is performed.
そこで、以上のような問題を解決するため、cDNA等の一本鎖のヌクレオチド鎖を特定の位置で切断することができるヌクレオチド鎖の切断方法を提供すること目的とする。 Therefore, in order to solve the above problems, an object is to provide a method for cleaving a nucleotide chain that can cleave a single-stranded nucleotide chain such as cDNA at a specific position.
本発明に係るヌクレオチド鎖の切断方法は、切断対象となるヌクレオチド鎖(ターゲット)に対して、制限酵素の認識配列を含むプライマをハイブリダイゼーションし、上記プライマが結合された上記ターゲットを上記所定の制限酵素を用いて切断する。 In the method for cleaving a nucleotide chain according to the present invention, a primer containing a recognition sequence of a restriction enzyme is hybridized to a nucleotide chain (target) to be cleaved, and the target to which the primer is bound is bound to the predetermined restriction. Cleave with an enzyme.
例えば、本発明に係るヌクレオチド鎖の切断方法は、切断対象となるターゲットの塩基配列のうち必要な領域を特定し、該必要な領域以外の領域から、該必要な領域を挟んだ、同一の又は異なる2つの所定の制限酵素の認識配列を検出し、検出した同一の又は異なる2つの所定の制限酵素の認識配列のそれぞれに対して、該制限酵素の認識配列を少なくとも含むとともに該認識配列と連続している3´側及び5´側の塩基配列を含めることによって、上記必要な領域の塩基配列に対して特異な1種又は2種の配列を形成し、上記1種の配列に対して又は上記2種の配列のそれぞれに対して相補的な塩基配列であるプライマを生成し、上記ターゲットと上記プライマとをハイブリダイゼーションすることによって、上記ターゲットにプライマを結合させ、プライマが結合されたターゲットを上記所定の制限酵素を用いて切断する。 For example, in the method for cleaving a nucleotide chain according to the present invention, a necessary region is identified from the target base sequence to be cleaved , and the necessary region is sandwiched between the regions other than the necessary region. Two different restriction enzyme recognition sequences are detected, and each of the detected identical or different two restriction enzyme recognition sequences includes at least the restriction enzyme recognition sequence and is continuous with the recognition sequence. and by including in that 3'-side and 5'-side nucleotide sequence, said to form a sequence of specific one or relative nucleotide sequence of the region required, or for the one sequence A primer that is a base sequence complementary to each of the two types of sequences is generated, and the target and the primer are hybridized to bind the primer to the target. Is case, the target primer is bound to cut with the predetermined restriction enzymes.
本発明に係るヌクレオチド鎖の切断方法では、切断対象となるヌクレオチド鎖(ターゲット)に対して、制限酵素の認識配列を含むプライマをハイブリダイゼーションし、プライマ所定の制限酵素を用いて切断するので、特定の位置でcDNA等の一本鎖のヌクレオチド鎖を切断することが、また、切断後に残存するヌクレオチド鎖の長さを特定することができる。 In the method for cleaving a nucleotide chain according to the present invention, a primer containing a restriction enzyme recognition sequence is hybridized to a nucleotide chain (target) to be cleaved, and the primer is cleaved using a predetermined restriction enzyme. It is possible to cleave a single-stranded nucleotide chain such as cDNA at the position of, and to specify the length of the nucleotide chain remaining after cleavage.
以下、本発明の実施の形態として、ハイブリダイゼーションを行う際におけるターゲットDNAの切断の方法について説明をする。 Hereinafter, as an embodiment of the present invention, a method of cleaving a target DNA when performing hybridization will be described.
なお、ここで、ターゲットDNAとは、解析対象となる一本鎖のヌクレオチド鎖であり、例えばcDNAやssDNA、一本鎖のRNA等である。また、プローブとは、ターゲットDNAの解析対象となる部位の塩基配列に対して相補的な塩基配列とされているヌクレオチド鎖である。通常、プローブは、DNAチップ上のウェル内に固定化されている。 Here, the target DNA is a single-stranded nucleotide chain to be analyzed, such as cDNA, ssDNA, single-stranded RNA, or the like. The probe is a nucleotide chain having a base sequence complementary to the base sequence of the site to be analyzed of the target DNA. Usually, the probe is immobilized in a well on the DNA chip.
まず、ターゲットDNAの塩基配列に基づき切断用プライマを作成する。 First, a cutting primer is prepared based on the base sequence of the target DNA.
図1(A)に示すように、ハイブリダイゼーションの対象となるターゲットDNAの塩基配列中で、プローブがハイブリダイゼーションする塩基配列の領域(プローブ設計領域[P])を特定する。 As shown in FIG. 1A, the base sequence region (probe design region [P]) to which the probe hybridizes is specified in the base sequence of the target DNA to be hybridized.
続いて、図1(B)に示すように、ターゲットDNAのプローブ設計領域[P]を除く領域で、任意の制限酵素認識配列と同一の配列の領域(制限酵素認識領域:[X1],[X2],[X3]…)を見つけ出す。なお、制限酵素とは、特定の塩基配列のパターンを検出して、そこで二本鎖のDNAを切断する酵素のことである。制限酵素は、その種類毎にそれぞれ特異的な切断パターンを持っており、そこでしか二本鎖のDNAは切断されないものである。また、見つけ出す制限酵素認識領域は、複数の制限酵素の認識配列を含んでいてもよい。 Subsequently, as shown in FIG. 1 (B), in a region excluding the probe design region [P] of the target DNA, a region having the same sequence as any restriction enzyme recognition sequence (restriction enzyme recognition region: [X 1 ], [X 2 ], [X 3 ] ...) are found out. The restriction enzyme is an enzyme that detects a pattern of a specific base sequence and cleaves double-stranded DNA there. Each restriction enzyme has a specific cleavage pattern for each type, and double-stranded DNA is cleaved only there. In addition, the restriction enzyme recognition region to be found may include a plurality of restriction enzyme recognition sequences.
続いて、図1(C)に示すように、見つけ出した複数の制限酵素認識領域([X1],[X2],[X3]…)のなかから、プローブ設計領域[P]を挟んで2つの制限酵素認識領域[Y1],[Y2]を選択する。選択した2つの制限酵素認識領域[Y1],[Y2]の間に挟まれた領域のことを領域のことを、ここでは選択領域[Z]という。 Subsequently, as shown in FIG. 1 (C), the probe design region [P] is sandwiched from the plurality of restriction enzyme recognition regions found ([X 1 ], [X 2 ], [X 3 ]...). To select two restriction enzyme recognition regions [Y 1 ], [Y 2 ]. A region sandwiched between two selected restriction enzyme recognition regions [Y 1 ] and [Y 2 ] is referred to herein as a selection region [Z].
なお、図1(D)に示すように、1つの制限酵素認識領域[Y1]のみを選択して、一方をターゲットDNAの末端としてもよい。この場合、選択領域[Z]は、選択した制限酵素認識領域[Y1]から、プローブ設計領域[P]を挟んで反対側にある末端までの領域となる。 Note that, as shown in FIG. 1D, only one restriction enzyme recognition region [Y 1 ] may be selected, and one of them may be the end of the target DNA. In this case, the selection region [Z] is a region from the selected restriction enzyme recognition region [Y 1 ] to the terminal on the opposite side across the probe design region [P].
続いて、図1(E)に示すように、制限酵素認識領域[Y1]及び制限酵素認識領域[Y2]のそれぞれに対して、制限酵素認識領域[Y1](又は制限酵素認識領域[Y2])を少なくとも含み、さらに、制限酵素認識領域[Y1]の3´側及び5´側の塩基配列を含んだ領域(プライマ特定領域[R])を特定する。 Subsequently, as shown in FIG. 1 (E), the restriction enzyme recognition region [Y 1 ] (or restriction enzyme recognition region) for each of the restriction enzyme recognition region [Y 1 ] and the restriction enzyme recognition region [Y 2 ]. [Y 2]) includes at least a further identifies a region including the base sequence of the 3'-side and 5'-side of the restriction enzyme recognition regions [Y 1] (primer specific area [R]).
ここで、プライマ特定領域[R]は、選択領域[Z]内で特異な配列でなければならない。つまり、プライマ特定領域[R]と同一の塩基配列が、選択領域[Z]内に存在してはならない。従って、選択領域[Z]内で特異な配列となるように、3´側及び5´側の塩基の数を増減しながら、プライマ特定領域[R]を決定する。なお、プライマ特定領域[R]は、選択領域[Z]内で特異な配列にさえなっていれば、制限酵素認識領域[Y1]の3´側及び5´側のいずれか一方の塩基配列又は両者の塩基配列を、含んでいなくてもよい。 Here, the primer specific region [R] must be a unique sequence within the selection region [Z]. That is, the same base sequence as the primer specific region [R] must not exist in the selected region [Z]. Accordingly, the primer specifying region [R] is determined while increasing or decreasing the number of bases on the 3 ′ side and the 5 ′ side so that a unique sequence is obtained in the selected region [Z]. As long as the primer specific region [R] has a unique sequence within the selected region [Z], either the 3′-side or 5′-side base sequence of the restriction enzyme recognition region [Y 1 ] Alternatively, the base sequences of both may not be included.
続いて、図1(F)に示すように、プライマ特定領域[R]の塩基配列と相補的な塩基配列のプライマ(切断用プライマ10)を生成する。 Subsequently, as shown in FIG. 1 (F), a primer having a base sequence complementary to the base sequence of the primer specifying region [R] (cutting primer 10) is generated.
この切断用プライマ10がターゲットDNAの切断に用いられる。
This
つぎに、DNAチップを用いたDNA解析を行う際における、ハイブリダイゼーション後のターゲットDNAの余剰部分の切断手順を説明する。 Next, a procedure for cleaving the surplus portion of the target DNA after hybridization when performing DNA analysis using a DNA chip will be described.
図2は、溶液中で、一方の末端がウェルの側壁等に固定化されたプローブ11と切断対象となるターゲットDNA12とがハイブリダイゼーションした後の状態の図を示す。ターゲットDNA12は、プローブ設計領域[P]に対応する部位がプローブ11と結合して二本鎖を形成し、その他の部位は一本鎖の状態のままとなっている。
FIG. 2 shows a state after hybridization of the
この状態から、図3に示すように上述の切断用プライマ10を溶液に添加し、溶液温度を上昇させてターゲットDNA12とプライマ10とをハイブリダイゼーションさせる。ハイブリダイゼーションさせると、図3に示すように、切断用プライマ10がプライマ特定領域[R]に対応する部位に結合し、この部位が二重鎖となる。
From this state, as shown in FIG. 3, the above-described
続いて、溶液中に、プライマ特定領域[R]を切断する制限酵素を添加する。このように制限酵素を添加すると、図4に示すように、ターゲットDNAの余剰部分を切断することができる。 Subsequently, a restriction enzyme that cleaves the primer specific region [R] is added to the solution. When a restriction enzyme is added in this way, the surplus portion of the target DNA can be cleaved as shown in FIG.
なお、ここではプローブ設計領域[P]の片側のみしか切断していないが、プローブ設計領域[P]の両側を切断してもよい。このようにプローブ設計領域[P]の両側を切断する場合であり、且つ、両者の制限酵素が異なる場合には、対応する2種類の制限酵素を添加すればよい。 Although only one side of the probe design region [P] is cut here, both sides of the probe design region [P] may be cut. In this way, when both sides of the probe design region [P] are cleaved and the restriction enzymes are different, two corresponding restriction enzymes may be added.
以上のように本発明が適用されたターゲットDNAの切断の方法では、ターゲットDNAを目的の位置で切断することができ、そのためターゲットDNAの長さを特定することができる。 As described above, in the method for cleaving a target DNA to which the present invention is applied, the target DNA can be cleaved at a target position, and therefore the length of the target DNA can be specified.
具体的には、制限酵素認識領域[Y1]の切断位置から[Y2]の切断位置までの間が、切断後のターゲットDNAとなる。従って、制限酵素認識領域[Y1],[Y2]を最適に選択すれば、ターゲットDNAを目的の長さに切断することができる。 Specifically, the target DNA after cleavage is from the cleavage position of the restriction enzyme recognition region [Y 1 ] to the cleavage position of [Y 2 ]. Therefore, if the restriction enzyme recognition regions [Y 1 ] and [Y 2 ] are optimally selected, the target DNA can be cleaved to a desired length.
このことにより、例えば、DNAチップ上でターゲットDNAをプローブとハイブリダイゼーションさせ、二重鎖となった部分にインターカレータを挿入し、その蛍光を検出することによって当該ターゲットDNAの塩基配列を解析するDNA解析に上述した切断方法を適用すれば、蛍光の発光強度を均一にすることができ、ノイズのない正確な測定をすることができる。 Thus, for example, DNA that analyzes the base sequence of the target DNA by hybridizing the target DNA with a probe on a DNA chip, inserting an intercalator into the double-stranded portion, and detecting the fluorescence. If the above-described cutting method is applied to the analysis, the fluorescence emission intensity can be made uniform, and accurate measurement without noise can be performed.
なお、本実施の形態の説明では、ハイブリダイゼーション後の余剰の一本鎖部分の切断に本発明を適用した場合について説明をしたが、本発明は一本鎖のヌクレオチド鎖を切断する場合であれば、特にハイブリダイゼーションの後に行う切断以外の場面での切断に適用してもよい。 In the description of the present embodiment, the case where the present invention is applied to the cutting of an excess single-stranded portion after hybridization has been described. However, the present invention may be applied to a case where a single-stranded nucleotide chain is cut. For example, the present invention may be applied to cutting at a scene other than the cutting performed after hybridization.
つぎに、具体例について説明をする。 Next, a specific example will be described.
図5に、マウスの時計遺伝子である“Per2RNA”の塩基配列の一部分を示す。 “Per2RNA”には、下線部分で示すように、“GGATCC”という塩基配列が存在する。この“GGATCC”という塩基配列は、制限酵素“BamH I”の認識配列である。この“GGATCC”と、3´側の4塩基及び5´側の4塩基を含めると、少なくとも図5中では特異な配列となる。なお、制限酵素“BamH I”は、図6に示すような二本鎖配列を切断する制限酵素である。 FIG. 5 shows a part of the base sequence of “Per2RNA” which is a mouse clock gene. “Per2RNA” has a base sequence “GGATCC” as indicated by the underlined portion. The base sequence “GGATCC” is a recognition sequence for the restriction enzyme “BamHI”. When this “GGATCC” and 4 ′ base on the 3 ′ side and 4 bases on the 5 ′ side are included, at least a unique sequence is obtained in FIG. The restriction enzyme “BamHI” is a restriction enzyme that cleaves a double-stranded sequence as shown in FIG.
従って、“GGATCC”と、3´側の4塩基及び5´側の4塩基の相補配列である“ATTGCCTAGGGTGC”という切断用プライマを生成し、この切断用プライマをハイブリダイゼーションさせ、制限酵素“BamH I”を添加すると、図7に示すように、“Per2RNA”を切断することができる。 Therefore, a cleavage primer “ATTGCTCTAGGGTC”, which is a complementary sequence of “GGATCC” and 4 ′ on the 3 ′ side and 4 ′ on the 5 ′ side, is generated, and this cleavage primer is hybridized with the restriction enzyme “BamHI”. When “is added,“ Per2RNA ”can be cleaved as shown in FIG.
図8に、マウスの時計遺伝子である“Per1RNA”の塩基配列の一部分を示す。 “Per1RNA”には、下線部分で示すように、“GGATCC”という塩基配列が2つ存在する。この“GGATCC”という塩基配列は、上述したように制限酵素“BamH I”の認識配列である。この“GGATCC”という配列と、3´側の4塩基及び5´側の4塩基を含めると、少なくとも図8中では特異な配列となる。 FIG. 8 shows a part of the base sequence of “Per1 RNA” which is a mouse clock gene. “Per1RNA” has two base sequences “GGATCC” as indicated by the underlined portion. This base sequence “GGATCC” is a recognition sequence of the restriction enzyme “BamHI” as described above. Including the sequence “GGATCC” and 4 bases on the 3 ′ side and 4 bases on the 5 ′ side, the sequence becomes a unique sequence at least in FIG.
従って、“GGATCC”と、3´側の4塩基及び5´側の4塩基の相補配列である“TGGCCCTAGGTCCC”という切断用プライマ、“TGGGCCTAGGGAGG”を生成し、この切断用プライマをハイブリダイゼーションさせ、制限酵素“BamH I”を添加すると、図9に示すように、“Per2RNA”を切断することができる。 Therefore, a cleavage primer called “TGGGCCCTAGGGTCCC”, which is a complementary sequence of “GGATCC” and 4 ′ on the 3 ′ side and 4 ′ on the 5 ′ side, “TGGGCCTAGGGGAGG” is generated, and this cleavage primer is hybridized and restricted. When the enzyme “BamHI” is added, “Per2RNA” can be cleaved as shown in FIG.
図10に、マウスの時計遺伝子である“Per2RNA”の塩基配列の一部分を示す。 “Per2RNA”には、下線部分で示すように、“AAGCTT”という塩基配列が存在する。この“AAGCTT”という塩基配列は、制限酵素“HindIII”の認識配列である。この“AAGCTT”と、3´側の4塩基及び5´側の4塩基を含めると、少なくとも図10中では特異な配列となる。なお、制限酵素“HindIII”は、図11に示すような二本鎖配列を切断する制限酵素である。 FIG. 10 shows a part of the base sequence of “Per2RNA” which is a mouse clock gene. “Per2RNA” has a base sequence “AAGCTT” as indicated by the underlined portion. The base sequence “AAGCTT” is a recognition sequence for the restriction enzyme “HindIII”. When this “AAGCTT” and 4 ′ base on the 3 ′ side and 4 bases on the 5 ′ side are included, a unique sequence is obtained at least in FIG. The restriction enzyme “HindIII” is a restriction enzyme that cleaves a double-stranded sequence as shown in FIG.
従って、“AAGCTT”と、3´側の4塩基及び5´側の4塩基の相補配列である“AATGTTCGAAGGCG”という切断用プライマを生成し、この切断用プライマをハイブリダイゼーションさせ、制限酵素“HindIII”を添加すると、図12に示すように、“Per2RNA”を切断することができる。 Therefore, a cleavage primer called “AAGTTCGAAGGCG” which is a complementary sequence of “AAGCTT” and 4 ′ on the 3 ′ side and 4 ′ on the 5 ′ side is generated, and this cleavage primer is hybridized with the restriction enzyme “HindIII”. As shown in FIG. 12, “Per2RNA” can be cleaved.
10 切断用プライマ、11 プローブDNA、12 ターゲット 10 Primer for cutting, 11 Probe DNA, 12 Target
Claims (1)
検出した同一の又は異なる2つの所定の制限酵素の認識配列のそれぞれに対して、該制限酵素の認識配列を少なくとも含むとともに該認識配列と連続している3´側及び5´側の塩基配列を含めることによって、上記必要な領域の塩基配列に対して特異な1種又は2種の配列を形成し、
上記1種の配列に対して又は上記2種の配列のそれぞれに対して相補的な塩基配列であるプライマを生成し、
上記ターゲットと上記プライマとをハイブリダイゼーションすることによって上記ターゲットにプライマを結合させ、
上記プライマが結合された上記ターゲットを上記所定の制限酵素を用いて切断する
ヌクレオチド鎖の切断方法。 Identifying a necessary region in the nucleotide sequence of a nucleotide chain (target) to be cleaved, and recognizing two identical or different predetermined restriction enzymes sandwiching the necessary region from a region other than the necessary region Detect the sequence,
For each of the detected identical or different two restriction enzyme recognition sequences, a 3′-side and 5′-side base sequence that contains at least the restriction enzyme recognition sequence and is continuous with the recognition sequence By including one or two kinds of sequences specific to the base sequence of the necessary region,
Generating a primer that is a base sequence complementary to the one sequence or to each of the two sequences;
To bind the primer to the target by hybridization and the target and the primer,
A method for cleaving a nucleotide chain, wherein the target to which the primer is bound is cleaved using the predetermined restriction enzyme.
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