JP4361768B2 - Hybridization method, base sequence detection method, and base sequence detection kit - Google Patents
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Description
本発明は、核酸のハイブリダイゼーション方法、塩基配列検出方法及び塩基配列検出用キットに関する。 The present invention relates to a nucleic acid hybridization method, a base sequence detection method, and a base sequence detection kit.
固液界面場を利用した遺伝子・核酸分析法はアレイ分析やバイオセンサーにおいて注目を集めている(例えば、以下の非特許文献1参照)。
Gene / nucleic acid analysis methods using solid-liquid interface fields are attracting attention in array analysis and biosensors (for example, see Non-Patent
核酸分析では、検出対象となる核酸の塩基配列に相補的なプローブ分子を固相表面に固定化し、固定化された分子と検出対象配列間の特異的なハイブリダイゼーション反応を種々の方法で測定することが基本である。そして、この方法においては、固液界面場として、アミノ基含有シランカップリング剤により表面にアミノ基を導入(アミノシラン化)した石英ガラスが広く利用されている
しかしながら、これまで報告されたアミノシラン化を出発点としたプローブ核酸固定化法とそれに基づく核酸分析法には以下のような問題があった。 However, the probe nucleic acid immobilization method based on amino silanization reported so far and the nucleic acid analysis method based thereon have the following problems.
すなわち、従来の核酸分析法では、ハイブリダイゼーション反応によって検出される対象配列の濃度が比較的高く(多くの場合nM以上)、検出に用いるサンプル量を増加させなければならなかった。したがって、十分なサンプル量が確保できない場合には、核酸分析を行うことができない問題があった。特に、多くの検出対象配列を一度に検出するアレイ分析においては、このような問題点は致命的は欠点となっていた。 That is, in the conventional nucleic acid analysis method, the concentration of the target sequence detected by the hybridization reaction is relatively high (in many cases, nM or more), and the amount of sample used for detection must be increased. Therefore, there is a problem that nucleic acid analysis cannot be performed when a sufficient sample amount cannot be secured. In particular, in array analysis in which many detection target sequences are detected at once, such a problem has been a fatal drawback.
そこで、本発明の目的は、固相担体に固定化されたプローブを用いたハイブリダイゼーション方法であって、ターゲット核酸(ターゲット塩基配列)の濃度が極低濃度であっても、高い選択性及び精度をもってプローブとターゲット核酸のハイブリダイズが可能なハイブリダイゼーション方法を提供することにある。本発明の目的はまた、このハイブリダイゼーション方法を用いた塩基配列検出方法及びそのための塩基配列検出用キットを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is a hybridization method using a probe immobilized on a solid phase carrier, and has high selectivity and accuracy even when the concentration of the target nucleic acid (target base sequence) is extremely low. A hybridization method capable of hybridizing a probe and a target nucleic acid. Another object of the present invention is to provide a base sequence detection method using this hybridization method and a base sequence detection kit therefor.
上記目的を達成するために、本発明は、固相担体に固定化されたペプチド核酸プローブに、該ペプチド核酸プローブと相補的なターゲット核酸を含有する溶液であって、該溶液基準で1.0〜3.0mol/Lの親水性有機溶剤を更に含有し、pHが9.1〜10.6に調整された溶液を接触させることにより、上記ペプチド核酸プローブと上記核酸とをハイブリダイズさせることを特徴とするハイブリダイゼーション方法を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides a solution containing a peptide nucleic acid probe immobilized on a solid phase carrier and a target nucleic acid complementary to the peptide nucleic acid probe, which is 1.0% on the basis of the solution. The peptide nucleic acid probe and the nucleic acid are hybridized by contacting with a solution further containing a ~ 3.0 mol / L hydrophilic organic solvent and having a pH adjusted to 9.1 to 10.6. A featured hybridization method is provided.
このように本発明のハイブリダイゼーション方法においては、固相担体に固定化されたプローブとしてペプチド核酸プローブを用いており、検出対象であるターゲット核酸を所定濃度の親水性有機溶剤と共に所定のpHで用いていることが特徴である。このような構成によりターゲット核酸の濃度が極低濃度であっても、高い選択性及び精度をもってプローブとターゲット核酸のハイブリダイズが可能になる。 Thus, in the hybridization method of the present invention, a peptide nucleic acid probe is used as a probe immobilized on a solid phase carrier, and the target nucleic acid to be detected is used at a predetermined pH together with a predetermined concentration of a hydrophilic organic solvent. It is a feature. With such a configuration, even when the concentration of the target nucleic acid is extremely low, the probe and the target nucleic acid can be hybridized with high selectivity and accuracy.
なお、親水性有機溶剤の濃度が1.0mol/Lを下回る場合や3.0mol/Lを超す場合はハイブリダイゼーションが生じないか、著しい阻害を受ける。また、pHが9.1未満の場合はハイブリダイゼーションは起こるもののターゲット核酸の非特異吸着が著しくなり、pHが11を超すとハイブリダイゼーションが阻害される。 When the concentration of the hydrophilic organic solvent is lower than 1.0 mol / L or exceeds 3.0 mol / L, hybridization does not occur or is significantly inhibited. On the other hand, when the pH is less than 9.1, although hybridization occurs, non-specific adsorption of the target nucleic acid becomes remarkable, and when the pH exceeds 11, the hybridization is inhibited.
親水性有機溶剤としては、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジエチルホルムアミド、アセトアミド、ジメチルアセトアミド、プロピオンアミド、ベンズアミド、ジメチルスルホキシド、アセトン、メタノール、エタノール、ブタノール、エチレングリコール及びグリセロールからなる群より選ばれる少なくとも1つを用いるとよく、ターゲット核酸を含む溶液は、ポリビニルアルコールを更に含有することが好ましい。このような構成により、非特異吸着がより確実に抑制され、更に高い選択性及び精度でハイブリダイゼーションが生じるようになる。 As the hydrophilic organic solvent, at least one selected from the group consisting of formamide, dimethylformamide, diethylformamide, acetamide, dimethylacetamide, propionamide, benzamide, dimethyl sulfoxide, acetone, methanol, ethanol, butanol, ethylene glycol and glycerol is used. It may be used, and the solution containing the target nucleic acid preferably further contains polyvinyl alcohol. With such a configuration, non-specific adsorption is more reliably suppressed, and hybridization occurs with higher selectivity and accuracy.
同様の効果が奏されることから、ペプチド核酸が固定された固相担体は、以下の構成を備えることが好ましい。すなわち、固相担体は、表面にアミノ基を有する固相担体であり、ペプチド核酸プローブは、その末端にシステイン残基を導入したペプチド核酸プローブであり、ペプチド核酸プローブは、上記システイン残基において、アミノ基反応性基及びメルカプト基反応性基を備えたリンカーにより、上記固相担体に固定化されているとよい。また、ペプチド核酸プローブは、長さが8〜20mer(更には10〜18mer)であることが好ましい。ペプチド核酸プローブが8merより小さいと、ターゲット核酸検出の特異性が発揮できず、20merより大きいとペプチド核酸プローブ自体の合成が困難となる。 Since the same effect is produced, it is preferable that the solid phase carrier on which the peptide nucleic acid is immobilized has the following configuration. That is, the solid phase carrier is a solid phase carrier having an amino group on the surface, the peptide nucleic acid probe is a peptide nucleic acid probe having a cysteine residue introduced at the end thereof, and the peptide nucleic acid probe is The solid phase carrier may be immobilized by a linker having an amino group reactive group and a mercapto group reactive group. The peptide nucleic acid probe preferably has a length of 8 to 20 mer (more preferably 10 to 18 mer). If the peptide nucleic acid probe is smaller than 8 mer, the target nucleic acid detection specificity cannot be exhibited, and if it is larger than 20 mer, synthesis of the peptide nucleic acid probe itself becomes difficult.
このようなハイブリダイゼーション方法を用いれば、微少量のターゲット核酸を検出することが可能になる。すなわち、微少量のターゲット核酸を検出する塩基配列検出方法であって、上記本発明のハイブリダイゼーション方法を実施するハイブリダイゼーション工程と、ハイブリダイズしたターゲット核酸を検出する検出工程と、を少なくとも備えることを特徴とする塩基配列検出方法が提供される。 By using such a hybridization method, a very small amount of target nucleic acid can be detected. That is, a base sequence detection method for detecting a minute amount of a target nucleic acid, comprising at least a hybridization step for carrying out the hybridization method of the present invention and a detection step for detecting a hybridized target nucleic acid. A characteristic base sequence detection method is provided.
検出精度の観点から、検出は蛍光色素を用いて行うことが好ましい。すなわち、(1)ハイブリダイゼーション工程において、蛍光色素で標識されたターゲット核酸をペプチド核酸プローブとハイブリダイズさせ、検出工程においてこの蛍光色素を検出するか、(2)ハイブリダイゼーション工程において、ペプチド核酸プローブと相補的な配列領域を部分的に有するターゲット核酸をペプチド核酸プローブとハイブリダイズさせ、更に、ターゲット核酸における配列領域以外の配列の少なくとも一部と相補的な配列を有する、蛍光色素で標識された検出用塩基配列をハイブリダイズさせて、検出工程においてこの蛍光色素を検出することが好適である。 From the viewpoint of detection accuracy, detection is preferably performed using a fluorescent dye. That is, (1) in the hybridization step, the target nucleic acid labeled with a fluorescent dye is hybridized with the peptide nucleic acid probe, and this fluorescent dye is detected in the detection step, or (2) in the hybridization step, the peptide nucleic acid probe and Detection with a fluorescent dye labeled by hybridizing a target nucleic acid partially having a complementary sequence region with a peptide nucleic acid probe and further having a sequence complementary to at least a part of a sequence other than the sequence region in the target nucleic acid It is preferable to hybridize the base sequence and detect this fluorescent dye in the detection step.
そして、このような検出のために、固相担体にペプチド核酸プローブが固定化されてなる固相と、ペプチド核酸プローブと相補的な配列を有するターゲット核酸を添加すべき溶液であって、該溶液基準で1.0〜3.0mol/Lの親水性有機溶剤を含有し、pHが9.1〜10.6に調整された溶液と、を含む塩基配列検出用キットが、適用できる。 For such detection, a solution to which a solid phase in which a peptide nucleic acid probe is immobilized on a solid phase carrier and a target nucleic acid having a sequence complementary to the peptide nucleic acid probe are to be added, A base sequence detection kit containing a solution containing 1.0 to 3.0 mol / L of a hydrophilic organic solvent and having a pH adjusted to 9.1 to 10.6 is applicable.
固相担体に固定化されたプローブを用いたハイブリダイゼーション方法であって、ターゲット核酸(ターゲット塩基配列)の濃度が極低濃度であっても、高い選択性及び精度をもってプローブとターゲット核酸のハイブリダイズが可能なハイブリダイゼーション方法が提供される。また、このハイブリダイゼーション方法を用いた塩基配列検出方法及びそのための塩基配列検出用キットが提供される。 A hybridization method using a probe immobilized on a solid phase carrier, which hybridizes the probe and the target nucleic acid with high selectivity and accuracy even when the concentration of the target nucleic acid (target base sequence) is extremely low. A hybridization method is provided. Also provided are a base sequence detection method using this hybridization method and a base sequence detection kit therefor.
以下、本発明の好適な実施形態について場合により図面を参照しつつ説明する。なお、同一の要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same element and the overlapping description is abbreviate | omitted.
(固相)
図1は、本発明において適用可能な固相の第1実施形態を示す模式図である。図1に示す固相1は、固相担体2と、ペプチド核酸プローブ4と、ペプチド核酸プローブ4を固相担体2に固定するためのリンカー6とから構成されており、ペプチド核酸プローブ4にはこれと相補的な配列を有するターゲット核酸(ターゲット塩基配列)がハイブリダイズする。
(Solid phase)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a first embodiment of a solid phase applicable in the present invention. A
図2は、本発明において適用可能な固相の第2実施形態を示す模式図である。図2に示す固相1は、固相担体2と、それぞれ配列が異なるペプチド核酸プローブ4a〜4eと、ペプチド核酸プローブ4a〜4eを固相担体2に固定するためのリンカー6とから構成されており、ペプチド核酸プローブ4a〜4eにはそれぞれ相補的な配列を有するターゲット核酸(ターゲット塩基配列)がハイブリダイズする。このように図2に示す固相1は、異なるペプチド核酸プローブを備えることから、多くの検出対象を一度に検出するアレイ分析に適用することができる。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a second embodiment of a solid phase applicable in the present invention. A
固相担体2としては、ガラス(石英ガラス等)、ナイロン(登録商標)メンブレン(nylonTM membrane)、コントロールドポアグラス(controlled-pore glass)、アクリルアミドゲル、ポリスチレンマトリックス、アクチベーティッドデキストラン(activated dextran)、アビジンコートポリスチレンビーズ(avidin-coated polystyrene beads)等、さらには金(Au)等の金属が挙げられる。金属を固相担体として利用するものとして、電流検出方式のDNAチップが知られている。これらのなかでは、透明且つ不純物が少なく強固で安価に入手することができることから、ガラスを用いることが好ましい。
Examples of the
このような固相担体2は表面にアミノ基を備え、このアミノ基をリンカー6との結合に用いることが好ましい。アミノ基は、例えば、固相担体2がガラスである場合は、固相担体2表面にシランカップリング剤を反応させることで導入できる。
Such a
シランカップリング剤としては、3−アミノプロピルトリエトキシシラン(3-aminopropyltriethoxysilane, APTES)、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリエトキシシラン(N-(2-aminoethyl)-3-aminopropyltriethoxysilane, EDA)、トリメトキシシリルプロピルジエチレントリアミン(trimethoxysilylpropyldiethylenetriamine, DETA)、m,p−(アミノエチル−アミノメチル)フェネチルトリメトキシシラン(m,p-(aminoethyl-aminomethyl)phenetyltrimethoxysilane, PEDA)、N−(2−アミノデカノイル)−3−アミノプロピルトリエトキシシラン(N-(2-aminodecanoyl)-3-aminopropyltriethoxysilane)が例示できる。 Examples of silane coupling agents include 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES), N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltriethoxysilane (N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltriethoxysilane). , EDA), trimethoxysilylpropyldiethylenetriamine (DETA), m, p- (aminoethyl-aminomethyl) phenethyltrimethoxysilane (PEDA), N- (2- An example is aminodecanoyl) -3-aminopropyltriethoxysilane (N- (2-aminodecanoyl) -3-aminopropyltriethoxysilane).
ペプチド核酸は図3に模式的に示される。図3に示すペプチド核酸10におけるBは塩基を表し(Bはそれぞれ異なっていてもよい。)、検出対象であるターゲット核酸と相補的になるようにデザインされる。また、nはペプチド核酸の長さを決めるものであり、8〜20(更には10〜18)が好ましい。
Peptide nucleic acids are schematically shown in FIG. B in the peptide
図3に示すペプチド核酸はそれ自体ペプチド核酸プローブ4として用いることができるが、リンカー6との結合性の観点からその末端にシステイン残基を有するものが好ましい。ここで、システイン残基を導入する末端はN末端でもC末端でもよい。また、図3に示すペプチド核酸10とシステイン残基の間には図4に示すようなスペーサー(二価の基)を導入することがハイブリダイゼーションの容易性から好ましい。
The peptide nucleic acid shown in FIG. 3 can itself be used as the peptide
図5は、C末端にシステイン残基が導入された、スペーサーを備えるペプチド核酸プローブ4の実施形態を示す図である。図5においてスペーサーは「spacer」として示してあり、図4に示したような結合(二価の基)が適用される。なお、プローブ合成反応によりシステイン残基の−COOH基は−CONH2基となっている。
FIG. 5 is a diagram showing an embodiment of the peptide
リンカー6は、固相担体2表面の官能基と反応性の官能基と、ペプチド核酸プローブの末端官能基と反応性の官能基とを備えた多官能性化合物である。固相担体2表面にアミノ基が存在する場合は、これと反応性の官能基(アミノ基反応性基)としては、チオシアネート基、アルデヒド基、サクシニミジル(succinimidyl)基、シアヌリッククロライド(cyanuric chloride)、エポキシ基等が挙げられる。ペプチド核酸プローブの末端にメルカプト基が存在する場合は、これと反応性の官能基(メルカプト基反応性基)としては、エポキシ基、イソシアネート基、マレイミド基が挙げられる。
The linker 6 is a polyfunctional compound having a functional group reactive with the functional group on the surface of the
アミノ基反応性基とメルカプト基反応性基とを備えたリンカー6としては、例えば、SMCC(succinimidyl-4-(N-maleimiomethyl)cyclohexane-1-carboxylate)、sSMCC(4-(N-maleimidomethyl)cyclohexane-1-carboxylic-3-sulfo-n-hydroxysuccineimide)、LC−SMCC(succinimidyl-4-(N-maleimidomethyl)cyclohexane-1-carboxy-(6-amido-caproate))が含まれる。
Examples of the
図6は固相担体2としてガラス、ガラス表面にアミノ基を導入するシランカップリング剤としてAPTES、リンカー6としてLC−SMCC、ペプチド核酸プローブ4として図5のペプチド核酸プローブをそれぞれ用いた場合の固相1を示す模式図である。なお、図6におけるB及びspacerは図5におけるのと同様である。
FIG. 6 shows a solid phase when glass is used as the
図1、2及び6に示されるような固相1は、ペプチド核酸プローブ4にリンカー6を結合させた後にこれを、固相担体2(好ましくは表面にアミノ基を備える固相担体)に結合させる方法や、固相担体2(好ましくは表面にアミノ基を備える固相担体)にリンカー6を結合させリンカー6とペプチド核酸プローブ4とを結合させる方法により製造できる。
In the
例えば、図6に示す固相については、APTES溶液に石英ガラスを浸漬した後、室温又は加温下で所定時間保持し、APTESのアルコキシ基と石英ガラスの表面シラノール基との間で−Si−O−結合を生じさせ、石英ガラスの表面にアミノ基を導入する。次いで、リンカーであるLC−SMCCでアミノ基が導入された石英ガラスを処理することにより、石英ガラス表面にAPTES残基を介してリンカーを結合させる。更に無水酢酸で処理することにより、LC−SMCCと反応しなかったアミノ基をアセチル基でキャップングする。そして、これを、スペーサーを介してC末端にシステイン残基を導入したペプチド核酸プローブの溶液中に浸漬して、所定時間反応させることにより、LC−SMCCのメルカプト基反応性基がシステイン残基のメルカプト基と反応して、固相担体である石英ガラス表面にペプチド核酸プローブが固定化される。 For example, for the solid phase shown in FIG. 6, after immersing quartz glass in an APTES solution, the quartz glass is held for a predetermined time at room temperature or under heating, and -Si- between the alkoxy group of APTES and the surface silanol group of quartz glass. O-bonds are generated and amino groups are introduced on the surface of quartz glass. Next, the silica glass into which an amino group has been introduced is treated with LC-SMCC, which is a linker, so that the linker is bound to the quartz glass surface via the APTES residue. Furthermore, the amino group which did not react with LC-SMCC is capped with an acetyl group by treating with acetic anhydride. Then, this is immersed in a solution of a peptide nucleic acid probe in which a cysteine residue is introduced into the C-terminus via a spacer and reacted for a predetermined time, whereby the mercapto group-reactive group of LC-SMCC becomes a cysteine residue. By reacting with a mercapto group, a peptide nucleic acid probe is immobilized on the surface of quartz glass, which is a solid phase carrier.
(溶液)
固相担体に固定化されたペプチド核酸プローブに接触させる溶液は、ペプチド核酸プローブと相補的な塩基配列を有するターゲット核酸を含有する溶液であって、この溶液基準で1.0〜3.0mol/Lの親水性有機溶剤を含有し且つpHが9.1〜10.6の溶液である。
(solution)
The solution to be brought into contact with the peptide nucleic acid probe immobilized on the solid phase carrier is a solution containing a target nucleic acid having a base sequence complementary to the peptide nucleic acid probe, and 1.0 to 3.0 mol / mol based on this solution. L is a solution containing a hydrophilic organic solvent and having a pH of 9.1 to 10.6.
親水性有機溶剤としては、上記に列記したものが好ましく、なかでも、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジエチルホルムアミド(DEF)が特に好ましい。また、溶液の濃度は1.9〜2.6mol/Lがより好ましい。ここで、1.9mol/L及び2.6mol/Lは、DMFの15%及び20%にそれぞれ相当する。溶液のpHは9.4〜10であることが特に好適である。pHの下限を9.4にすることにより非特異吸着をほぼ完全に防止することができる。 As the hydrophilic organic solvent, those listed above are preferable, and dimethylformamide (DMF) and diethylformamide (DEF) are particularly preferable. The concentration of the solution is more preferably 1.9 to 2.6 mol / L. Here, 1.9 mol / L and 2.6 mol / L correspond to 15% and 20% of DMF, respectively. The pH of the solution is particularly preferably 9.4-10. By setting the lower limit of pH to 9.4, nonspecific adsorption can be almost completely prevented.
溶液はターゲット核酸(ターゲット塩基配列)及び親水性有機溶剤を含み、pHが上記範囲であればよいが、これら以外にもリン酸エステル(phosphate)バッファー、ジエタノールアミンバッファー、炭酸水素ナトリウムバッファー等のバッファーを10mM程度含むことが好ましい。また、ポリビニルアルコールを0.5%(w/v)程度含有させることで非特異吸着を効果的に抑制できる。その他含有可能な成分としては、NaCl、KCl等がある。 The solution contains a target nucleic acid (target base sequence) and a hydrophilic organic solvent, and the pH may be in the above range. Besides these, a buffer such as a phosphate ester buffer, a diethanolamine buffer, or a sodium bicarbonate buffer may be used. It is preferable to contain about 10 mM. Moreover, nonspecific adsorption | suction can be suppressed effectively by containing polyvinyl alcohol about 0.5% (w / v). Other components that can be included include NaCl, KCl, and the like.
(ハイブリダイゼーション方法及び塩基配列検出方法)
固相担体にペプチド核酸プローブが固定化されてなる固相に、このペプチド核酸と相補的な塩基配列を有するターゲット核酸(ターゲット塩基配列)を含む溶液(1.0〜3.0mol/Lの親水性有機溶剤を更に含有し、pHが9.1〜10.6に調整されている。)を接触させることにより、ペプチド核酸プローブとターゲット核酸間でハイブリダイゼーションが生じる。具体的には、上記固相をターゲット核酸(ターゲット塩基配列)を含む上記溶液に浸漬して、好ましくは室温で8〜12時間そのまま保持又は震盪・撹拌させるとよい。
(Hybridization method and nucleotide sequence detection method)
A solution (1.0-3.0 mol / L hydrophilic) containing a target nucleic acid (target base sequence) having a base sequence complementary to this peptide nucleic acid on a solid phase in which a peptide nucleic acid probe is immobilized on a solid phase carrier In addition, an organic solvent is further contained, and the pH is adjusted to 9.1 to 10.6.), Thereby bringing about hybridization between the peptide nucleic acid probe and the target nucleic acid. Specifically, the solid phase is immersed in the solution containing the target nucleic acid (target base sequence), and is preferably held or shaken and stirred at room temperature for 8 to 12 hours.
図7は、固相担体2にリンカー6により固定化されたペプチド核酸プローブ4に、蛍光色素10で標識したターゲット核酸8をハイブリダイズさせた状態の模式図である。このようなハイブリダイゼーションの後、ターゲット核酸8が有する蛍光色素10を公知の検出手段を用いて検出することにより、標的とした塩基配列の検出が可能なる。この場合において、上述した溶液を用いてハイブリダイゼーションを行っているために、ターゲット核酸の濃度が極低濃度であっても、高い選択性及び精度をもってプローブとターゲット核酸とがハイブリダイズし、ターゲット核酸(ターゲット塩基配列)を微少量しか含まない被検体であっても高精度の検出が可能になる。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a state in which a target nucleic acid 8 labeled with a
図8は、固相担体2にリンカー6により固定化されたペプチド核酸プローブ4に、ターゲット核酸8をハイブリダイズさせ、更に蛍光色素で標識した検出用塩基配列12をターゲット核酸8にハイブリダイズさせた状態の模式図である。
FIG. 8 shows that the target nucleic acid 8 is hybridized to the peptide
ここで、ターゲット核酸8はペプチド核酸プローブ4と相補的な配列領域を部分的に有しており、検出用塩基配列12はターゲット核酸8における上記配列領域以外の配列の一部と相補的な配列を有している。このようなハイブリダイゼーションを生じさせることによっても、ターゲット核酸(ターゲット塩基配列)を微少量しか含まない被検体に対して高精度の検出が可能になる。
Here, the target nucleic acid 8 partially has a sequence region complementary to the peptide
なお、蛍光色素をevanescent励起し,発する蛍光を「Sutherland, R.M.; Daehne, C. In Biosensors: Fundamentals and Applications; Turner, A.P.F.; Karube, I.; Wilson, G.S. Eds.; Oxford University Press: Oxford, 1987, pp 655-678.」の記載に基づいて計測・定量することが可能である。 The fluorescent dye was evanescently excited, and the emitted fluorescence was expressed as "Sutherland, RM; Daehne, C. In Biosensors: Fundamentals and Applications; Turner, APF; Karube, I .; Wilson, GS Eds .; Oxford University Press: Oxford, 1987. , pp 655-678. ”, measurement and quantification are possible.
(核酸検出用キット)
上述したハイブリダイゼーション方法及び塩基配列検出方法を簡便に実施するために、以下の(a)及び(b)を含む塩基配列検出用キットを用いることができる。
(a)固相担体にペプチド核酸プローブが固定化されてなる固相、
(b)上記ペプチド核酸プローブと相補的な塩基配列を有するターゲット核酸を添加すべき溶液であって、該溶液基準で1.0〜3.0mol/Lの親水性有機溶剤を含有し、pHが9.1〜10.6に調整された溶液。
(Nucleic acid detection kit)
In order to simply carry out the hybridization method and the base sequence detection method described above, a base sequence detection kit containing the following (a) and (b) can be used.
(A) a solid phase in which a peptide nucleic acid probe is immobilized on a solid phase carrier;
(B) a solution to which a target nucleic acid having a base sequence complementary to the peptide nucleic acid probe is to be added, containing 1.0 to 3.0 mol / L of a hydrophilic organic solvent based on the solution, and having a pH of Solution adjusted to 9.1 to 10.6.
(b)の溶液における親水性有機溶剤としては、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジエチルホルムアミド、アセトアミド、ジメチルアセトアミド、プロピオンアミド、ベンズアミド、ジメチルスルホキシド、アセトン、メタノール、エタノール、ブタノール、エチレングリコール及びグリセロールからなる群より選ばれる少なくとも1つの親水性有機溶剤が好ましく、なかでもジメチルホルムアミド(DMF)、ジエチルホルムアミド(DEF)が特に好ましい。また、溶液の濃度は1.9〜2.6mol/Lがより好ましい。溶液のpHは9.4〜10であることが特に好適である。 The hydrophilic organic solvent in the solution of (b) is selected from the group consisting of formamide, dimethylformamide, diethylformamide, acetamide, dimethylacetamide, propionamide, benzamide, dimethyl sulfoxide, acetone, methanol, ethanol, butanol, ethylene glycol and glycerol. At least one hydrophilic organic solvent selected is preferable, and dimethylformamide (DMF) and diethylformamide (DEF) are particularly preferable. The concentration of the solution is more preferably 1.9 to 2.6 mol / L. The pH of the solution is particularly preferably 9.4-10.
(b)の溶液には上述したバッファーを50mM程度含有させることができ、ポリビニルアルコールを0.5%(w/v)程度含有させるも可能である。その他含有可能な成分としては、NaCl、KCl等が挙げられる。 The solution (b) can contain about 50 mM of the above-described buffer, and can contain about 0.5% (w / v) polyvinyl alcohol. Other components that can be included include NaCl, KCl, and the like.
以下、本発明の好適な実施例についてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although the preferable Example of this invention is described in detail, this invention is not limited to these Examples.
(固相の作製)
石英ガラスを固相担体に用い(18×18×0.15mm)、これにアミノ基を導入するために、1% 3-aminopropyltriethoxysilane(APTES)in 95% acetone/waterに上記固相担体を室温下浸漬させた。1時間保持した後、十分量のacetoneで洗浄し乾燥させた。そして、アミノシラン化を安定化させるために、得られた固相担体を110℃で2時間加熱した。次に、1mM LC-SMCC (succcinimidyl-4-(N-maleimidomethyl)cyclohexane-1-carboxy-(6-amidocaproate))のdimethylsulfoxide(DMSO)溶液に基板を浸漬させ、室温下、2時間処理した。
(Production of solid phase)
Quartz glass is used as a solid support (18 x 18 x 0.15 mm), and the above solid support is immersed in 1% 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) in 95% acetone / water at room temperature in order to introduce amino groups. I let you. After holding for 1 hour, it was washed with a sufficient amount of acetone and dried. Then, in order to stabilize aminosilanization, the obtained solid phase carrier was heated at 110 ° C. for 2 hours. Next, the substrate was immersed in a dimethylsulfoxide (DMSO) solution of 1 mM LC-SMCC (succcinimidyl-4- (N-maleimidomethyl) cyclohexane-1-carboxy- (6-amidocaproate)) and treated at room temperature for 2 hours.
その後、十分量のアセトンで洗浄後、乾燥させ、更に、1% acetic anhydride (無水酢酸)のクロロホルム溶液に基板を浸漬させ、室温下2時間処理した。次いで、十分量のアセトンで洗浄した後に乾燥させた。これによって,LC-SMCC処理後,残存するアミノ基の多くはアセチル基でキャッピングされた。 Thereafter, the substrate was washed with a sufficient amount of acetone, dried, and further immersed in a chloroform solution of 1% acetic anhydride (acetic anhydride) and treated at room temperature for 2 hours. Then, it was washed with a sufficient amount of acetone and then dried. As a result, most of the remaining amino groups were capped with acetyl groups after LC-SMCC treatment.
C末端にシステイン残基を導入したペプチド核酸プローブ(16mer。配列はN末端側からC末端側に向けて、ACG CCA TTG TAG CAC Gである。)の0.5mM〜1.0mM溶液(溶媒は10 mM MOPS, 5 mM EDTA, 0.1 M NaCl buffer, pH 7.2)に、上記で得られた固相担体を浸漬し、一晩室温下で保持した。これにより、LC-SMCCのマレイミド基部分に上記ペプチド核酸プローブが導入された。最後に同一の緩衝液で十分に洗浄し、更に水で洗浄し、乾燥後、デシケータで保存した。 A 0.5 mM to 1.0 mM solution of a peptide nucleic acid probe (16mer, sequence is ACG CCA TTG TAG CAC G from the N-terminal side to the C-terminal side) with a cysteine residue introduced at the C-terminus (the solvent is 10 mM) MOPS, 5 mM EDTA, 0.1 M NaCl buffer, pH 7.2) was immersed in the solid phase carrier obtained above and kept overnight at room temperature. As a result, the peptide nucleic acid probe was introduced into the maleimide group of LC-SMCC. Finally, it was thoroughly washed with the same buffer, further washed with water, dried and stored in a desiccator.
以上により、図1に示されるような固相が作製された。上記ペプチド核酸(PNA)プローブを導入した石英ガラスの気相下(PNA-glass in air)での吸収スペクトルを図9に示す。あわせて、中性水溶液中(PNA in soln)でのペプチド核酸プローブの吸収スペクトルを示す。 Thus, a solid phase as shown in FIG. 1 was produced. FIG. 9 shows an absorption spectrum of quartz glass into which the peptide nucleic acid (PNA) probe has been introduced in the gas phase (PNA-glass in air). In addition, the absorption spectrum of the peptide nucleic acid probe in neutral aqueous solution (PNA in soln) is shown.
(ハイブリダイゼーション及び塩基配列検出)
1.ハイブリダイゼーションの選択性
上記ペプチド核酸プローブと相補的なDNA鎖(16mer。配列表の配列番号1記載の配列。)であって、FITCで標識した鎖(以下「FITC-Tgt」と記載する。)を、基本溶液2.0 ml(50 mM sodium carbonate-sodium bicarbonate buffer, pH 9.5 containing 0.2 M NaCl, 0.5% (w/v) polyvinylalcohol (PVA), 20%(v/v) DMF)に添加した。これに上記で作製した固相1枚を浸漬して,一晩(8時間以上)室温下で振盪・攪拌した後,外液の蛍光スペクトルを取得し,浸漬前の蛍光スペクトルと比較することで石英ガラスへのFITC-Tgtの吸着量を求めた。
(Hybridization and nucleotide sequence detection)
1. Hybridization selectivity A strand of DNA complementary to the peptide nucleic acid probe (16mer, the sequence described in SEQ ID NO: 1 in the sequence listing), which is labeled with FITC (hereinafter referred to as "FITC-Tgt"). Was added to 2.0 ml of a basic solution (50 mM sodium carbonate-sodium bicarbonate buffer, pH 9.5 containing 0.2 M NaCl, 0.5% (w / v) polyvinylalcohol (PVA), 20% (v / v) DMF). After immersing one solid phase prepared above and shaking and stirring overnight (over 8 hours) at room temperature, the fluorescence spectrum of the external liquid is obtained and compared with the fluorescence spectrum before immersion. The adsorption amount of FITC-Tgt on quartz glass was determined.
また、上記ペプチド核酸プローブと相補的でない16mer deoxyoligonucleotideであって(配列表の配列番号2記載の配列。)であって、FITCで標識した鎖(以下「FITC-unrelated sequence」と記載する。)、FITCで標識されていない上記DNA鎖(配列表の配列番号1記載の配列。以下「Tgt」と記載する。)、上記ペプチド核酸プローブ自体(以下「capture probe」と記載する。)についても上記と同様にしてハイブリダイゼーションを試みた。その結果を表1に示す。 Further, it is a 16-mer deoxyoligonucleotide that is not complementary to the peptide nucleic acid probe (sequence described in SEQ ID NO: 2 in the Sequence Listing) and is labeled with FITC (hereinafter referred to as “FITC-unrelated sequence”). The above DNA strand not labeled with FITC (sequence described in SEQ ID NO: 1 in the sequence listing; hereinafter referred to as “Tgt”) and the peptide nucleic acid probe itself (hereinafter referred to as “capture probe”) are also as described above. Hybridization was attempted in the same manner. The results are shown in Table 1.
2.ハイブリダイゼーションへのpHの影響1
FITC-unrelated sequenceを、種々のpHの基本溶液2.0 ml(50 mM sodium carbonate-sodium bicarbonate buffer, containing 0.2 M NaCl, 0.5% (w/v) polyvinylalcohol (PVA), 20%(v/v) DMF)に添加した。これに上記で作製した固相1枚を浸漬して,一晩(8時間以上)室温下で振盪・攪拌した後,外液の蛍光スペクトルを取得し,浸漬前の蛍光スペクトルと比較することで石英ガラスへのFITC-unrelated sequenceの吸着量を求めた。結果を表2に示す。
2. Effect of pH on
FITC-unrelated sequence, 2.0 ml of basic solution with various pH (50 mM sodium carbonate-sodium bicarbonate buffer, containing 0.2 M NaCl, 0.5% (w / v) polyvinylalcohol (PVA), 20% (v / v) DMF) Added to. After immersing one solid phase prepared above and shaking and stirring overnight (over 8 hours) at room temperature, the fluorescence spectrum of the external liquid is obtained and compared with the fluorescence spectrum before immersion. The amount of FITC-unrelated sequence adsorbed on quartz glass was determined. The results are shown in Table 2.
3.ハイブリダイゼーションへのpHの影響2
FITC-Tgtを、種々のpHの基本溶液2.0 ml(0.1M sodium carbonate-sodium bicarbonate buffer, containing 0.2 M NaCl, 0.5% (w/v) polyvinylalcohol (PVA), 15%(v/v) DMF。但し、pH11.4の調製には0.1M Na2HPO4/NaOH bufferを用いた。)に添加した。これに上記で作製した固相1枚を浸漬して,一晩(8時間以上)室温下で振盪・攪拌した後,外液の蛍光スペクトルを取得し,浸漬前の蛍光スペクトルと比較することで石英ガラスへのFITC-Tgtの吸着量を求めた。結果を図11に示す。図11により、基本溶液のpHは9.1以上10.6以下でなければならないことが判明した。
3. Effect of pH on
FITC-Tgt was added to a basic solution of various pH 2.0 ml (0.1 M sodium carbonate-sodium bicarbonate buffer, containing 0.2 M NaCl, 0.5% (w / v) polyvinylalcohol (PVA), 15% (v / v) DMF. In addition, 0.1M Na 2 HPO 4 / NaOH buffer was used for the preparation of pH 11.4. After immersing one solid phase prepared above and shaking and stirring overnight (over 8 hours) at room temperature, the fluorescence spectrum of the external liquid is obtained and compared with the fluorescence spectrum before immersion. The adsorption amount of FITC-Tgt on quartz glass was determined. The results are shown in FIG. From FIG. 11, it was found that the pH of the basic solution must be 9.1 or more and 10.6 or less.
4.親水性有機溶剤の検討1
FITC-Tgtを、種々のDMF濃度(v/v)の基本溶液2.0 ml(50 mM Na2CO3/NaHCO3buffer, pH 9.5 containing 0.2 M NaCl, 0.5% (w/v) polyvinylalcohol (PVA))に添加した(FITC-Tgt 10nM)。これに上記で作製した固相1枚を浸漬して,一晩(8時間以上)室温下で振盪・攪拌した後,外液の蛍光スペクトルを取得し,浸漬前の蛍光スペクトルと比較することで石英ガラスへのFITC-Tgtの吸着量を求めた。結果を図12に示す。図12により、15%以上,好ましくは15〜20%のDMF添加、したがって、1.0〜3.0mol/L、より好ましくは1.9〜2.6mol/LのDMFの添加が必要であると判断された。なお、DMFの15%溶液はモル濃度換算で1.9Mとなる。
4). Study of hydrophilic
FITC-Tgt, 2.0 ml of basic solution with various DMF concentrations (v / v) (50 mM Na 2 CO 3 / NaHCO 3 buffer, pH 9.5 containing 0.2 M NaCl, 0.5% (w / v) polyvinylalcohol (PVA)) (FITC-
5.親水性有機溶剤の検討2
上記「4.親水性有機溶剤の検討1」におけるDMFに代えて、同様のモル濃度になるように種々の親水性有機溶媒を用い,上記と同様にしてFITC-Tgtの吸着量を求めた。その結果,次に示す親水性有機溶媒はDMFと同等ないしはそれ以上の吸着を誘起できることが判明した:formamide, dimethylformamide, diethylformamide, dimethylsulfoxide, acetone, methanol, ethanol, ethylene glycol, acetamide, dimethylacetamide。
5. Study of hydrophilic
In place of DMF in “4. Study of hydrophilic organic solvent 1”, various hydrophilic organic solvents were used so as to obtain the same molar concentration, and the adsorption amount of FITC-Tgt was determined in the same manner as described above. As a result, it was found that the following hydrophilic organic solvents can induce adsorption equivalent to or higher than DMF: formamide, dimethylformamide, diethylformamide, dimethylsulfoxide, acetone, methanol, ethanol, ethylene glycol, acetamide, dimethylacetamide.
6.ハイブリダイゼーションの濃度限界
FITC-Tgtを、種々の濃度で基本溶液2.0 ml(50 mM sodium carbonate-sodium bicarbonate buffer, containing 0.2 M NaCl, 0.5% (w/v) polyvinylalcohol (PVA), 20%(v/v) DMF)に添加した。これに上記で作製した固相1枚を浸漬して、一晩(8時間以上)室温下で振盪・攪拌した後、外液の蛍光スペクトルを取得し、浸漬前の蛍光スペクトルと比較することで石英ガラスへのFITC-Tgtの吸着量を求めた。結果を図13に示す。図13により50 pMのFITC-Tgtまで特異的な吸着が起ることが判った。本アッセイ法(つまり,FITC-Tgtの蛍光強度の減少からFITC-Tgt吸着量を求める)では、FITCの検出限界に近く、且つ、外液のFITC-Tgt減少量から吸着量を見積るために50 pM 未満の濃度については検討できなかった。
6). Hybridization concentration limit
FITC-Tgt in various concentrations to 2.0 ml basic solution (50 mM sodium carbonate-sodium bicarbonate buffer, containing 0.2 M NaCl, 0.5% (w / v) polyvinylalcohol (PVA), 20% (v / v) DMF) Added. By immersing one solid phase prepared above in this and shaking and stirring overnight (over 8 hours) at room temperature, the fluorescence spectrum of the external liquid is obtained and compared with the fluorescence spectrum before immersion. The adsorption amount of FITC-Tgt on quartz glass was determined. The results are shown in FIG. FIG. 13 shows that specific adsorption occurs up to FITC-Tgt of 50 pM. In this assay method (that is, the amount of adsorption of FITC-Tgt is determined from the decrease in the fluorescence intensity of FITC-Tgt), it is close to the detection limit of FITC and 50 Concentrations below pM could not be examined.
1…固相、2…固相担体、4,4a,4b,4c,4d,4e…ペプチド核酸プローブ、6…リンカー、8・・・ターゲット塩基配列、10・・・蛍光色素、12・・・検出用塩基配列。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
固相担体に固定化された、長さが8〜20merのペプチド核酸プローブに、
該ペプチド核酸プローブと相補的な塩基配列を有するターゲット核酸を含有する溶液であって、該溶液は、ポリビニルアルコール及び該溶液基準で1.0〜3.0mol/Lの親水性有機溶剤を更に含有し、該親水性有機溶剤は、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジエチルホルムアミド、アセトアミド、ジメチルアセトアミド、プロピオンアミド、ベンズアミド、ジメチルスルホキシド、アセトン、メタノール、エタノール、ブタノール、エチレングリコール及びグリセロールからなる群より選ばれる少なくとも1つであり、pHが9.1〜10.6に調整された溶液を接触させることにより、
前記ペプチド核酸プローブと前記ターゲット核酸とをハイブリダイズさせることを特徴とするハイブリダイゼーション方法を実施するハイブリダイゼーション工程と、
ハイブリダイズした前記ターゲット核酸を検出する検出工程と、を少なくとも備えることを特徴とする塩基配列検出方法。 A base sequence detection method for detecting a minute amount of a target nucleic acid,
To a peptide nucleic acid probe having a length of 8 to 20 mer immobilized on a solid phase carrier,
A solution containing a target nucleic acid having a base sequence complementary to the peptide nucleic acid probe, the solution further containing polyvinyl alcohol and a hydrophilic organic solvent of 1.0 to 3.0 mol / L based on the solution The hydrophilic organic solvent is at least one selected from the group consisting of formamide, dimethylformamide, diethylformamide, acetamide, dimethylacetamide, propionamide, benzamide, dimethylsulfoxide, acetone, methanol, ethanol, butanol, ethylene glycol and glycerol. By contacting a solution having a pH adjusted to 9.1 to 10.6,
A hybridization step of performing a hybridization method characterized by hybridizing the peptide nucleic acid probe and the target nucleic acid ;
And a detection step for detecting the hybridized target nucleic acid.
該ペプチド核酸プローブは、前記システイン残基において、アミノ基反応性基及びメルカプト基反応性基を備えたリンカーにより、前記固相担体に固定化されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の塩基配列検出方法。 The solid phase carrier is a solid phase carrier having an amino group on its surface, and the peptide nucleic acid probe is a peptide nucleic acid probe having a cysteine residue introduced at its end,
The peptide nucleic acid probes, at the cysteine residues, by a linker with an amino group-reactive group and a mercapto group-reactive groups, claim 1-3 for, characterized in that it is immobilized on the solid phase support The base sequence detection method according to any one of the above .
前記ペプチド核酸プローブと相補的な塩基配列を有するターゲット核酸を添加すべき溶液であって、該溶液は、ポリビニルアルコール及び該溶液基準で1.0〜3.0mol/Lの親水性有機溶剤を含有し、該親水性有機溶剤は、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジエチルホルムアミド、アセトアミド、ジメチルアセトアミド、プロピオンアミド、ベンズアミド、ジメチルスルホキシド、アセトン、メタノール、エタノール、ブタノール、エチレングリコール及びグリセロールからなる群より選ばれる少なくとも1つであり、pHが9.1〜10.6に調整された溶液と、を含むことを特徴とする塩基配列検出用キット。 A solid phase in which a peptide nucleic acid probe having a length of 8 to 20 mer is immobilized on a solid phase carrier;
A solution to which a target nucleic acid having a base sequence complementary to the peptide nucleic acid probe is to be added, the solution containing polyvinyl alcohol and 1.0 to 3.0 mol / L of a hydrophilic organic solvent based on the solution The hydrophilic organic solvent is at least one selected from the group consisting of formamide, dimethylformamide, diethylformamide, acetamide, dimethylacetamide, propionamide, benzamide, dimethylsulfoxide, acetone, methanol, ethanol, butanol, ethylene glycol and glycerol. And a solution having a pH adjusted to 9.1 to 10.6.
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