JP4410844B1 - G−quadruplex検出方法、G−quadruplex形成DNA検出方法およびテロメラーゼ活性測定方法 - Google Patents

G−quadruplex検出方法、G−quadruplex形成DNA検出方法およびテロメラーゼ活性測定方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、G−quadruplexを特異的に検出する方法等を提供するものである。
本発明のG−quadruplex検出方法は、
(a)アニオン性平面型フタロシアニンを含む溶液を用意する工程と、
(b)前記アニオン性平面型フタロシアニンを含む溶液と前記試料溶液を混合する工程と、
(c)前記(b)工程後の混合液の640〜740nmの吸光度を測定する工程と、
を含むことを特徴とする。
【選択図】図9

Description

本発明はDNAの高次構造の検出方法およびそれを利用した診断方法に関わる。
テロメアは真核生物の染色体の両末端部分に位置するDNAとさまざまなタンパク質からなる構造である。これまでの研究より、このテロメア構造がある種のDNA分解酵素や不適切なDNA修復などから染色体を保護していることが明らかになっている。またこのテロメア部分は細胞分裂のたびに短くなることから細胞の老化や不死化と呼ばれる現象において重要な役割を担っていると考えられている。
一方、テロメアを構造的な側面から見るといくつかの特徴を有していることが分かる。すなわち、染色体DNA中のほとんどの部分では、互いに相補的な二本のDNA鎖間において、アデニン(以下、Aと呼ぶ)塩基とチミン(以下、Tと呼ぶ)塩基、グアニン(以下、Gと呼ぶ)塩基とシトシン(以下、Cと呼ぶ)塩基がそれぞれ特異的に水素結合してワトソン−クリック型塩基対を形成し、さらにその塩基対間においてπ−πスタッキング相互作用が生じることで二重らせん構造が構築されている(図1)。
しかし、テロメアDNAにおいては、やはりその大部分は互いに相補的な二本鎖DNAからなるものの、その最末端部分はDNAの3’末端が突出(オーバーハング)して一本鎖状態になっている。このオーバーハングした部分の長さや、テロメアの全長は種によって異なるが、ヒトの場合はオーバーハングした部分は50−100塩基程度、全長は初期の段階で約10000塩基対程度である。そしてテロメア配列のもう一つの構造的特徴としては、オーバーハングしている側の鎖はGを多く含む繰り返し配列からなり、したがってその相補鎖となるもう一方の鎖はCを多く含む繰り返し配列であるという点である。
具体的には、ヒトの場合はオーバーハングしている側の鎖が5’−TTAGGG−3’ (配列番号:1)の繰り返し(Gリッチな配列)であり、もう一方は5’−CCCTAA−3’ (配列番号:1のアンチセンス鎖)の繰り返し(Cリッチな配列)となる。
近年、テロメア部位中のGリッチな配列が特に精力的に研究されている。その理由は、この配列がG−quadruplexと呼ばれる四重鎖DNA構造を形成できるということが明らかになってきたためである。G−quadruplex(グアニン四重鎖構造)には、四本のDNA鎖全ての5’から3’への方向が同じ方向を向いているパラレル型と呼ばれるものや、あるいは二本は同じ方向を向いているが残りの二本は反対方向を向いているアンチパラレル型と呼ばれるものなど複数のパターンが知られているが、いずれも図2に示すような特徴を有している。すなわち、4つのG塩基がフーグスティーン型の水素結合を介してGカルテットと呼ばれる構造を形成し、さらにこのGカルテット面どうしがπ−πスタッキング相互作用することによって構造を保持している。
また、G−quadruplexの構造形成にはG−カルテット面とG−カルテット面の間において金属イオンの配位が必要であり、KイオンやNaイオンなどが配位することが知られている。このようなG−quadruplexがテロメア内においてどのような条件下で形成され、またそれがどのような機能を果たしているのかについての詳細は現時点では不明である。しかしながら上述の染色体保護や細胞の老化などと関連する重要な構造ではないかと考えられている。
またさらに、上記のようなGリッチな配列はテロメアだけに存在するわけではないことも明らかになってきている。例えば、ガン原遺伝子であるc−myc中においてもG−quadruplexを形成するGリッチ配列が存在する。また、これ以外にもc−kit、bcl−2、VEGF、H−ras、N−ras遺伝子のプロモーター領域においてG−quadruplexを形成するGリッチ配列が発見されている。これらはいずれも細胞のガン化などに関連する遺伝子であり、このことは、G−quadruplexが人体に対して重要な役割を果たしていることを示唆している。そして現在のところ、さらに、30万を超えるG−quadruplexを形成可能なGリッチ配列が存在すると予想されており(以下、このような配列をQuadruplex予想配列と呼ぶ)、これらが実際にGquadruplexを形成するのか、そして形成するのであればその構造がどのような機能を果たしているのかが注目されている。
このような技術背景において最も必要とされる技術の一つが、G−quadruplexを特異的に検出する方法である。すなわち試料中のDNAがG−quadruplexを含んでいるか否か、あるいは試料中のQuadruplex予想配列からなるDNAが実際にG−quadruplexを形成するか否かについて調べる技術が必要とされる。例えば、前者について従来技術を用いて調べるとすると、次のように示すようになる。すなわち、目的のDNAを含む試料溶液を用意し、この溶液のCD(Circular Dichroism:円二色性)スペクトルを測定する。そして、得られたCDスペクトルがG−quadruplex特有のものであるか否かについて解析すればよい。しかし、CDスペクトルを測定する装置は非常に高価かつ大型である。また解析時間も30分程度と長時間を要する上に、一度に解析できる試料数も通常一種類であるため、ハイスループット性の面で著しく劣る。さらに四重鎖の形によっては、CDを用いることでDNAの他の形からと識別することができないという問題もある。
この課題に対する解決手段としては、図3に示すように、G−quadruplexの有無に依存して、安価な装置で解析可能なシグナル(吸光度や蛍光強度など)を発するプローブ材料を上記溶液中に混合しておき、この溶液中のシグナルを検出する方法が挙げられる。このとき重要なのは、このプローブのG−quadruplexに対する特異性である。すなわちゲノムDNA中には、その大部分を占める二本鎖DNA構造と、上述のテロメア部位のオーバーハング部分に代表される一本鎖DNA構造が存在するため、これらと比較した場合のG−quadruplexへの特異性が重要となる。したがって、G−quadruplexのみの有無を調べたいにも関わらず、プローブのG−quadruplexへの特異性が低く、その結果、一本鎖や二本鎖DNAとも相互作用してシグナルを発してしまえば、溶液中のG−quadruplexを正確に検出するのは困難となるためである。
また、試料中のQuadruplex予想配列DNAが実際にG−quadruplexを形成するか否かについて従来技術を用いて調べる場合は、図4に示すようになる。すなわち、まずQuadruplex予想配列を有するDNAを溶液中に用意する。その後、この溶液をG−quadruplex形成反応条件下におき、G−quadruplex形成反応を行わせる。そして、反応後の溶液中にG−quadruplexが存在しているか否かについてCDスペクトル測定を行うことで解析すればよい。ただし、この場合においても、上述したとおり装置が高価、大型であるという課題、およびハイスループット面での課題が生じる。したがって、やはりこの場合においても、図3で示したG−quadruplex検出用プローブがあれば非常に有用である。
具体的には、図5に示すように、このプローブを、上記G−quadruplex形成反応後の溶液に混合し、その結果発せられるシグナルを測定すればよい。このとき、G−quadruplex形成反応前のQuadruplex予想配列DNAは、上述のとおり、一本鎖あるいは二本鎖DNAの何れの可能性もあり得るため、プローブのG−quadruplexへの特異性は極めて重要である。つまり、上記G−quadruplex形成反応後において、Quadruplex予想配列DNAがG−quadruplexを全く形成しなかった場合や、あるいは一部しか形成しなかった場合に、上記プローブがQuadruplex予想配列DNAのもとの構造(一本鎖あるいは二本鎖DNA)に対しても相互作用しシグナルを発してしまえば、形成されたG−quadruplexを正確に検出するのは困難となるためである。逆にプローブのG−quadruplexに対する特異性が極めて高い場合、図5に示す方法において、G−quadruplex形成反応前から溶液中にプローブを混合しておくことも可能となり、操作の煩雑性も防ぐことができる。
上記のとおり、G−quadruplexを形成するGリッチ配列は、染色体中のガンや老化などに関わる部位において発見されており、それゆえ将来的には患者の染色体中のG−quadruplexを調べることで疾病診断を行うことが予想される。したがって、G−quadruplexを特異的に検出できる方法の開発は非常に重要な課題と言える。また上記プローブの特性として、単にG−quadruplexやQuadruplex予想配列DNAを特異的に検出できるだけではなく、それらの存在量に依存してシグナルの増大あるいは減少といった変化があれば、単なる検出のみならず定量的な解析も可能となるためより有用となることは言うまでもない。
また、テロメラーゼと呼ばれる酵素が知られている。この酵素はRNAと逆転写酵素などからなる複合体であり、細胞分裂によって短くなるテロメア部位のGリッチな側の繰り返し配列を複製し、伸ばしていくことができる(すなわちヒトの場合、テロメラーゼは5’−TTAGGG−3’配列(配列番号:1)を付加していく。以下、この付加反応をテロメラーゼ反応と呼ぶ)。この酵素はヒトの通常の体細胞には見られないが、生殖細胞やほとんどのガン細胞において大量に発現していることが知られており、そのためテロメラーゼ活性を指標として被験者の細胞がガン化しているか否かについて調べることができる。
この従来方法として、TRAPアッセイと呼ばれるものが知られている。TRAPアッセイについて図6を用いて説明する。TRAPアッセイでは、まずテロメラーゼの鋳型となる合成一本鎖DNAを含む溶液を調製する。この一本鎖DNAは通常5’−AATCCGTCGAGCAGAGTT−3’(配列番号:2)という配列からなるもので、TSプライマーと呼ばれる(したがって、テロメラーゼはこのTSプライマーの3’末端に5’−TTAGGG−3’配列(配列番号:1)を付加していく。非特許文献3を参照)。ただし、TSプライマーはこの配列に限られる必要はなく、テロメラーゼの鋳型となる一本鎖DNAであればよい。
次に、この溶液中にガン化していると疑われる細胞試料や組織試料からの抽出物を添加、混合し、テロメラーゼ反応が行われる条件下に置く。ここで、もしこれら試料がガン化しているのであればテロメラーゼ活性があるため、TSプライマーを起点としたテロメラーゼ反応が起こる。一方、ガン化していなければテロメラーゼ反応は起こらない。そして最後にテロメラーゼ反応により伸長されたDNAをPCRによって増幅し、この増幅されたDNA断片を電気泳動法により検出する。
テロメラーゼ反応より得られるDNAの長さはさまざまであるため、得られる電気泳動像は図7のようになる。すなわち、用いた試料のテロメラーゼ活性が強い場合、得られるDNA断片の長さは短いものから長いものまで広範囲にわたるラダー(はしご)状のバンドとして現われ、またそのバンドの濃さは濃い傾向にある。一方、活性の弱いテロメラーゼからは長いDNA断片は得られないため、短い範囲でのラダー状のバンドが現れ、またバンドの濃さは薄い傾向にある。したがって試料のガン化を判断するためには、TRAPアッセイの結果より得られる電気泳動像のDNA断片の長さの範囲とバンドの濃さを解析すればよいのだが、これを定量的に解析することは困難であるため、あくまで定性的な判断となってしまう。
このような点に関して、図3および図5で説明したG−quadruplexの特異的検出用プローブが、単にG−quadruplex特異的なだけではなく、G−quadruplexの存在量に依存してそのシグナル量を変える場合、テロメラーゼの活性を指標にしたガン診断においても有用である。その流れ図を図8に示す。
この方法においても、まずTSプライマーを含む溶液を調製する、次にこの溶液中へ細胞試料や組織試料からの抽出物を添加、混合する、そして、この溶液についてテロメラーゼ反応を行わせた後、PCR法によってテロメラーゼ反応により伸長されたDNAを増幅させる、という操作までは図6と同じである。しかし、図8に示す方法では、このPCR後の溶液について電気泳動するのではなく、図5の場合と同様にG−quadruplex形成反応を行わせる。その結果、形成されたG−quadrulexをG−quadruplex検出用プローブを用いて検出する。ここで、形成されたG−quadruplexの量はテロメラーゼ活性の強さを反映しているため、上記プローブがG−quadruplexの量に応じてそのシグナル量を変えるのであれば、この方法により定量的なテロメラーゼ活性の解析およびガン化の判断を行うことが可能となる。
言うまでもなくここでもプローブのG−quadruplexへの特異性が極めて重要となる。つまり、細胞試料がガン化していない場合、テロメラーゼ反応は進行しないことになるが、その結果、一本鎖DNAであるTSプライマーがそのまま反応液中に残る。また、さらにその後のPCR反応も進行しないため、PCR反応用のプライマーも一本鎖DNAの状態で残る。したがって、細胞試料がガン化していない場合は、最終的に反応溶液中に大量の一本鎖DNAが存在していることになり、上記プローブがこれら一本鎖DNAと反応しシグナルを出してしまえば、定量的なテロメラーゼ活性解析およびガン診断が困難となるためである。
以上、説明してきたように一本鎖、二本鎖DNAのいずれかが溶液中に存在しえる状況において、特異的にG−quadruplexを検出可能な方法は非常に有用である。またさらに定量性も備えていれば定量的なG−quadruplexの検出が可能となるだけでなく、従来のTRAPアッセイの課題を解決できる。そのため、G−quadruplexと特異的に相互作用し、かつ、G−quadruplexの量に依存してシグナルを変化させるプローブを用いたG−quadruplex検出方法の開発が精力的になされている。
例えば、特許文献1ではG−quadruplex特異的な新規化合物を提案している。しかし、このプローブは確かに一本鎖、二本鎖DNAに比べG−quadruplexへの結合選択性は高いものの、一本鎖、二本鎖DNAに対しても結合が確認できる。
また、非特許文献1では下記(化1)の構造からなるカチオン性ポルフィリンのG−quadruplexへの特異性について報告がなされている。この文献ではSPR(surface plasmon resonance:表面プラスモン共鳴)現象を利用して、金基板上での上記ポルフィリンと二本鎖構造DNAあるいはG−quadruplexとの結合を解析しており、その結果、確かに二本鎖DNAの場合に比べG−quadruplexの場合の方がシグナルの変化は大きいものの、二本鎖DNAの場合においてもシグナルの変化は観察され、十分な特異性は確認されない。
また、非特許文献2では下記(化2)および(化3)の構造からなるカチオン性ポルフィリンなどのG−quadruplexへの特異性について報告がなされている。この文献でも、やはりSPR現象や紫外可視吸光スペクトルを解析することで、これらポルフィリンのG−quadruplexへの特異的結合が調べられているが、DNA濃度が5μM以上の条件下において二本鎖DNAとこれらポルフィリンが非特異的に結合してしまうことが記されている。
以上のように、これまでG−quadruplexの検出を目的として開発されてきたプローブはいずれもカチオン性のものである。これはG−quadruplexがアニオン性であり、G−quadruplexへ結合させるという観点から考えた場合、カチオン性であることが非常に有利であると考えられるためである(すなわちアニオン性にすると静電的な反発が起こり、結合反応において不利と考えられる)。G−quadruplexに限らず全てのDNA鎖はアニオン性であるため、これらをターゲットとしたプローブを開発する場合はカチオン性にすることが最も重要な設計指針であり、アニオン性にするという考え方はなかった。
国際公開第2004/072027号パンフレット
J.Am.Chem.Soc.,129,1502−1503 Chem.Commun.4685−4687 Nucleic Acids Res.,25,2595−2597
以上のように、一本鎖、二本鎖DNAのいずれかが溶液中に存在しえる状況において、特異的にG−quadruplexを検出可能な方法は非常に有用である。またさらに定量性も備えていれば定量的なG−quadruplexの検出が可能となるだけでなく、従来のTRAPアッセイの課題を解決できる。そのため、G−quadruplexと特異的に相互作用し、かつG−quadruplexの量に依存してシグナルを変化させるプローブを用いたG−quadruplex検出方法の開発が精力的になされているものの、これまで提案されてきた方法ではいずれの場合もG−quadruplexを特異的に検出できない。そこで本発明者は鋭意検討した結果、アニオン性の平面型フタロシアニンがアニオン性であるにも関わらず、G−quadruplexと極めて高い特異性をもって相互作用し、なおかつG−quadruplexの濃度に依存して吸光度が変化することを見出し、本発明を達成するに至った。
上記課題を解決する本発明は、一本鎖構造か二本鎖構造かG−quadruplexの少なくともいずれか一種類以上の構造を形成しているDNAを含む試料溶液中の、G−quadruplexを検出する方法であって、
前記方法は、
(a)アニオン性平面型フタロシアニンを含む溶液を用意する工程と、
(b)前記アニオン性平面型フタロシアニンを含む溶液と前記試料溶液を混合する工程と、
(c)前記(b)工程後の混合液の640〜740nmの吸光度を測定する工程と、
(d)前記640〜740nmに吸収極大を有するピークが現れれば、G−quadruplexの構造を形成しているDNAが前記試料溶液中に含まれると判定する工程と、
を順に含むことを特徴とするG−quadruplex検出方法である。
また、本発明は、試料溶液中に含まれる一本鎖構造か二本鎖構造のいずれか一種類以上の構造を形成しているDNAがG−quadruplexを形成するか否かについて調べることにより、G−quadruplex形成DNAを検出する方法であって、
前記方法は、
(a)前記試料溶液をG−quadruplex形成反応条件下に置く工程と、
(b)アニオン性平面型フタロシアニンを含む溶液を用意する工程と、
(c)前記(a)工程の前か後のいずれかにおいて、前記アニオン性平面型フタロシアニンを含む溶液と前記試料溶液を混合する工程と、
(d)前記(a)〜(c)の一連の工程後の混合液の640〜740nmの吸光度を測定する工程と、
(e)前記640〜740nmに吸収極大を有するピークが現れれば、G−quadruplexの構造を形成しているDNAが前記試料溶液中に含まれると判定する工程と、
を順に含むことを特徴とするG−quadruplex形成DNA検出方法である。
また、本発明は、試料溶液中のテロメラーゼ活性を測定する方法であって、
前記方法は、
(a)前記試料溶液を調製する工程と、
(b)テロメラーゼの基質となるDNAを含む基質溶液を調製する工程と、
(c)前記試料溶液と前記基質溶液を混合し、テロメラーゼ反応溶液を調製する工程と、
(d)前記テロメラーゼ反応溶液をテロメラーゼによるDNA付加反応が行われる条件下に置く工程と、
(e)アニオン性平面型フタロシアニンを含む溶液を用意する工程と、
(f)前記アニオン性平面型フタロシアニンを含む溶液を、前記(d)の工程後に得られる溶液と混合する工程と、
(g)前記(a)〜(f)の一連の工程後の混合液の640〜740nmの吸光度を測定する工程と、
(h)前記640〜740nmに吸収極大を有するピークが現れれば、G−quadruplexの構造を形成しているDNAが前記試料溶液中に含まれると判定する工程と、
を順に含むことを特徴とするテロメラーゼ活性測定方法である。
本発明では、前記アニオン性平面型フタロシアニンが、配位金属として銅、亜鉛、コバルト若しくはニッケルを有するアニオン性平面型フタロシアニンであるか、または配位金属を有しないアニオン性平面型フタロシアニンからなる群より選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。
また本発明では、前記アニオン性平面型フタロシアニンは、カルボキシル基、カルボキシル基の金属塩、スルホ基、およびスルホ基の金属塩からなる群より得られる少なくとも一種の官能基を有していることが好ましい。
本発明の上記目的、他の目的、特徴および利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
本発明により、G−quadruplexを特異的かつ定量的に検出する方法、G−quadruplexを形成できるDNAを特異的かつ定量的に検出する方法、およびテロメラーゼ活性測定方法が提供される。
二本鎖DNAの構造を説明するための図である。 G−quadruplexの構造を説明するための図である。 G−quadruplex形成DNA特異的プローブを用いたG−quadruplex形成DNAの特異的検出方法を説明するための図である。 CD解析装置を用いたQuadruplex予想配列の検出方法を説明するための図である。 G−quadruplex形成DNA特異的プローブを用いたQuadruplex予想配列の検出方法を説明するための図である。 従来のテロメラーゼ活性測定方法を説明するための図である。 従来のテロメラーゼ活性測定方法より得られる電気泳動像の一例を示す図である。 G−quadruplex形成DNA特異的プローブを用いたテロメラーゼ活性測定方法を説明するための図である。 アニオン性フタロシアニンを用いたG−quadruplex形成DNAの特異的検出方法を説明するための図である。 アニオン性フタロシアニンを用いたQuadruplex予想配列の検出方法を説明するための図である。 アニオン性フタロシアニンを用いたテロメラーゼ活性測定方法を説明するための図である。 実施例2における、CD測定結果を示す図である。 実施例2における、アニオン性銅フタロシアニンを用いた場合の結果を示す図である。 実施例2における、アニオン性ニッケルフタロシアニンを用いた場合の結果を示す図である。 実施例2における、配位金属を持たないアニオン性フタロシアニンを用いた場合の結果を示す図である。 実施例2における、アニオン性鉄フタロシアニンを用いた場合の結果を示す図である。 実施例1における、CD測定結果を示す図である。 実施例1における、アニオン性銅フタロシアニンを用いた場合の結果を示す図である。 実施例1における、アニオン性ニッケルフタロシアニンを用いた場合の結果を示す図である。 実施例1における、配位金属を持たないアニオン性フタロシアニンを用いた場合の結果を示す図である。 実施例1における、アニオン性鉄フタロシアニンを用いた場合の結果を示す図である。 実施例3における、アニオン性銅フタロシアニンを用いた場合の結果を示す図である。 実施例3における、アニオン性ニッケルフタロシアニンを用いた場合の結果を示す図である。 実施例3における、配位金属を持たないアニオン性フタロシアニンを用いた場合の結果を示す図である。 実施例4における、アニオン性銅フタロシアニンを用いた場合の結果を示す図である。 実施例4における、アニオン性ニッケルフタロシアニンを用いた場合の結果を示す図である。 実施例4における、配位金属を持たないアニオン性フタロシアニンを用いた場合の結果を示す図である。 実施例4における、アニオン性鉄フタロシアニンを用いた場合の結果を示す図である。 本実施例1〜4の結果をまとめた図である。 フタロシアニンが会合した状態の場合と、分散した場合の典型的な吸光度スペクトルを表す図である。 本発明のメカニズムを表す図である。 平面型フタロシアニンとシャトルコック型フタロシアニンを表す図である。 実施例1における、アニオン性コバルトフタロシアニンを用いた場合の結果を示す図である。 実施例2における、アニオン性コバルトフタロシアニンを用いた場合の結果を示す図である。 実施例3における、アニオン性コバルトフタロシアニンを用いた場合の結果を示す図である。 実施例4における、アニオン性コバルトフタロシアニンを用いた場合の結果を示す図である。
以下本発明の実施の形態について、図9〜11を用いて説明する。
(実施の形態1)
本実施の形態1では、一本鎖構造か二本鎖構造かG−quadruplexの少なくともいずれか一種類以上の構造を形成しているDNAを含む試料溶液中の、G−quadruplexを検出する方法について図9を用いて説明する。
本実施の形態1では、まず試料溶液とアニオン性平面型フタロシアニンを含む溶液を混合する。そして次にこの混合した溶液の640〜740nmの範囲内の特定の波長における吸光度を測定する。このとき、上記試料溶液中にG−quadruplexを形成しているDNAが存在すると、640〜740nmの範囲でこれに依存した吸収ピークが現れるが、その一方で、一本鎖構造、二本鎖構造のDNAが存在したとしても上記波長範囲内ではそれらに依存したピークは現れない。したがって、このピークの有無を解析することで、上記試料溶液中にG−quadruplexを形成しているDNAが存在していたか否かを知ることができる。
ピークの有無を解析するには、例えば、少なくともG−quadruplexを形成しているDNAが含まれていないことが分かっている参照溶液を調製し、これについても上記アニオン性平面型フタロシアニンを含む溶液と混合した際の上記特定の波長における吸光度を測定し、これと試料溶液を用いた際に得られた吸光度値との差を求めればよい。
さらに、この上記吸収ピークの吸光度値はG−quadruplexを形成しているDNA濃度が増大するにつれ大きくなる。したがって、吸光度を解析することによりG−quadruplexを形成しているDNA濃度を解析することができる。
実施の形態1で用いられるアニオン性平面型フタロシアニンは、配位金属として銅、亜鉛、コバルト若しくはニッケルを有するアニオン性平面型フタロシアニンであるか、または配位金属を有しないアニオン性平面型フタロシアニンから選ばれる。
また、実施の形態1で用いられるアニオン性平面型フタロシアニンは、カルボキシル基、カルボキシル基の金属塩、スルホ基、スルホ基の金属塩からなる群より得られる少なくとも一種の官能基を有している。
また、上記特定の波長は640〜740nm範囲内であればいずれの波長でもよいが、現れるピークの極大値の波長に近いほうが高感度な測定が可能となるのでより好ましい。
(実施の形態2)
本実施の形態2では、試料溶液中に含まれる一本鎖構造か二本鎖構造のいずれか一種類以上の構造を形成しているDNAがG−quadruplexを形成するか否かについて調べる方法について図10を用いて説明する。
本実施の形態2では、まず上記試料溶液とアニオン性平面型フタロシアニンを含む溶液を混合し、これをG−quadruplex形成条件下に置いてG−quadruplex形成反応を行わせた後、この混合溶液の640〜740nmの範囲内における特定の波長の吸光度を測定するか(図10(A))、あるいは上記試料溶液をG−quadruplex形成条件下に置いてG−quadruplex形成反応を行わせた後、アニオン性平面型フタロシアニンを含む溶液と混合し、この混合溶液の640〜740nmの範囲内
における特定の波長の吸光度を測定する(図10(B))。このとき、上記実施の形態1と同様に、この混合溶液中においてG−quadruplexを形成しているDNAが存在すると、640〜740nmの範囲でこれに依存した吸収ピークが現れ、さらにこの吸収ピークの吸光度値はG−quadruplexを形成しているDNA濃度が増大するにつれ大きくなる。
しかし、その一方でこの混合溶液中に一本鎖構造、二本鎖構造のDNAが存在したとしてもこの波長範囲内ではそれらに依存したピークは現れない。したがって、このピークの有無を解析することで、上記試料溶液中のDNAがG−quadruplexを形成したか否かを知ることができる。ピークの有無を解析する手段としては、例えば、DNAが含まれていないか、あるいは含まれていたとしてもG−quadruplexを形成しないDNAしか含まれていない参照溶液を調製し、この参照液について、上記試料溶液の場合と全く同じ工程を経て吸光度値を測定し、上記試料溶液の場合の吸光度値との差を解析すればよい。
また、上記吸収ピークの吸光度値はG−quadruplexを形成しているDNA濃度が増大するにつれ大きくなる。したがって、吸光度を解析することにより上記試料中のどれだけの濃度のDNAがG−quadruplexを形成したかについて定量的に解析することができる。
本実施の形態2で用いられるアニオン性平面型フタロシアニンは、実施の形態1と同じく、配位金属として銅、亜鉛、コバルト若しくはニッケルを有するアニオン性平面型フタロシアニンであるか、または配位金属を有しないアニオン性平面型フタロシアニンから選ばれる。
また、本実施の形態2で用いられるアニオン性平面型フタロシアニンは、実施の形態1と同じく、カルボキシル基、カルボキシル基の金属塩、スルホ基、スルホ基の金属塩からなる群より得られる少なくとも一種の官能基を有している。
また、上記特定の波長は640〜740nm範囲内であればいずれの波長でもよいが、現れるピークの極大値の波長に近いほうが高感度な測定が可能となるのでより好ましい。
(実施の形態3)
本実施の形態3では、試料中に含まれるテロメラーゼ活性を定量的に解析する方法について図11を用いて説明する。
本実施の形態3では、まず上記試料とテロメラーゼの基質となる一本鎖DNAを含む溶液を混合し、この混合溶液についてテロメラーゼ反応が行われる条件下に置く。このとき、上記試料中に活性を持つテロメラーゼが含まれていれば、この条件下に置いてテロメラーゼ反応が行われ、その結果、上記基質一本鎖DNAから5‘−TTAGGG−3’からなるDNAが付加されていくが、その一方で、上記試料中において活性を持つテロメラーゼが存在しなければそのようなDNA付加は行われない。
そして次に、上記テロメラーゼ反応後の混合溶液をG−quadruplex形成条件下に置く。ここで、仮に上記試料中に活性を持つテロメラーゼが含まれ、これによりテロメラーゼ反応が進んでいれば、G−quadruplexが形成され、その量は上記試料中のテロメラーゼ活性に依存する(活性が大きければ形成されるG−quadruplex量も多くなる)。逆に例えば、上記試料中に活性を持つテロメラーゼが含まれておらず、その結果、上記テロメラーゼ反応が行われていなければ、ここでG−quadruplexは形成されない。
そして最後に、このG−quadruplex形成反応後の混合溶液とアニオン性平面型フタロシアニンを含む溶液を混合し、この溶液の640〜740nmの範囲内における特定の波長の吸光度を測定すればよい。このとき、上記実施の形態1や2と同様に、この混合溶液中においてG−quadruplexを形成しているDNAが存在すると、640〜740nmの範囲でこれに依存した吸収ピークが現れ、さらにこの吸収ピークの吸光度値はG−quadruplexを形成しているDNA濃度が増大するにつれ大きくなる。しかし、その一方でこの混合溶液中に一本鎖構造、二本鎖構造のDNAが存在したとしてもこの波長範囲内ではそれらに依存したピークは現れない。したがって、このピークの吸光度値を測定することで上記試料中のテロメラーゼ活性を定量的に解析することができる。
ここで、図11において上記アニオン性平面型フタロシアニン溶液はG−quadruplex形成反応後の混合溶液に対して加えられたが、上記アニオン性平面型フタロシアニン溶液を加えるタイミングはこれに限られない。すなわち、テロメラーゼ反応後であり、かつ、吸光度測定前までであれば、どのタイミングで上記試料溶液を含む混合溶液に加えてもよい。
本実施の形態3で用いられるアニオン性平面型フタロシアニンは、実施の形態1および実施の形態2と同じく、配位金属として銅、亜鉛、コバルト若しくはニッケルを有するアニオン性平面型フタロシアニンであるか、または配位金属を有しないアニオン性平面型フタロシアニンから選ばれる。
また、本実施の形態3で用いられるアニオン性平面型フタロシアニンは、実施の形態1および実施の形態2と同じく、カルボキシル基、カルボキシル基の金属塩、スルホ基、スルホ基の金属塩からなる群より得られる少なくとも一種の官能基を有している。
また、上記特定の波長は640〜740nm範囲内であればいずれの波長でもよいが、現れるピークの極大値の波長に近いほうが高感度な測定が可能となるのでより好ましい。
[実施例]
以下に記載する実施例で用いられるDNAは、全て北海道システム・サイエンス株式会社の合成品である。また本実施例で用いられるフタロシアニンのうち、Copper(II)phthalocyanine−3,4’,4’’,4’’’−tetrasulfonic acid tetrasodium saltおよびNickel(II)phthalocyanine tetrasulfonic acid tetrasodium saltおよびIron(III)phthalocyanine−4,4’,4’’,4’’’−tetrasulfonic acid,compound with oxygen monosodium salt hydrateはシグマ・アルドリッチ(株)より購入した。Phthalocyanine tetrasulfonic acidおよびZinc(II) phthalocyaninetetrasulfonicacidは(株)フナコシより購入した。Cobalt(II)phthalocyanine tetracarboxylic acidは合成した。合成方法は下記のとおりである。
トリメリット酸6.4g、尿素20g、塩化コバルト六水和物4.75gおよびモリブデン酸アンモニウム四水和物0.82gを100mlのニトロベンゼン中170〜180℃の油浴中で4.5時間加熱し、放冷後、デカンテーションでニトロベンゼン層を除いた。残留物をメタノールおよび水で洗浄後、真空乾燥して8.66gの固形物を得た。この固形物1.0gを50%水酸化カリウム水溶液30g中、70〜75℃で2時間攪拌後、90mlの水を添加、攪拌し、これをろ過した。ここで得られたろ液を35〜37%塩酸で強酸性にすることで沈殿物を析出させ、これをろ取した。この沈殿物を100mlの1N水酸化ナトリウム水溶液に溶かして再度ろ過した。ここで得られたろ液を再び塩酸によって強酸性にし、析出した沈殿物をろ取した。これを大量の水で洗浄した後、真空乾燥することでCobalt(II)phthalocyanine tetracarboxylic acidを0.1gの粉末として得た。以下の実施例で用いられるCobalt(II)phthalocyanine tetracarboxylic acidは全てこの合成により得られたものである。
(実施例1)
本実施例では、アニオン性平面型フタロシアニンを用いて、溶液中に存在するアンチパラレル型G−quadruplexを形成しているDNAを検出することを試みた。そのためにまず以下の手順でアンチパラレル型G−quadruplexを形成しているDNAを含む溶液を調製した。
<アンチパラレル型G−quadruplex形成DNAを含む溶液の調製>
まず5’−gggttagggttagggttaggg−3’の配列(配列番号:3)からなる一本鎖DNAを含む50mM HEPES、100mMNaCl、pH7の溶液(全量100μl)を調製した。この配列はヒトのテロメア部分の配列と同様のものであり、そのため以降このDNAをヒトテロメアDNAと呼ぶ。ここで、この溶液中に含まれるヒトテロメアDNA濃度は0.5、2、5、10、25、50、100μMのものをそれぞれ用意した。ネガティブコントロールとしてDNAを含まない50mMHEPES、100mMNaCl、pH7の溶液も調製した。
次に、これらの溶液を90℃で5分間インキュベートした後、2℃/分の降温速度で0℃まで冷やし、最後に0℃で2時間インキュベートした(以降、特に断りなく「アニーリング」あるいは「アニーリング処理」という表現が出てきた場合は、この一連の温度制御のことを言う)。
次に、以上の結果得られた各溶液中のヒトテロメアDNAがアンチパラレル型G−quadruplexを形成しているかを確認するため、各溶液についてCD解析を行った。その結果、図17に示すように、ネガティブコントロールの溶液を除き、いずれの場合も295nm付近に正のピーク、265nm付近に負のピークが認められた。これはアンチパラレル型G−quadruplexが形成されていることを示すものである。
また、ヒトテロメアDNA濃度が100μMであった溶液における上記正および負のピークの絶対値は最も大きく、その他については50、25、10、5、2、0.5μMの順で小さくなっている。このことは最初に含まれていたヒトテロメアDNA濃度が大きければ、得られるアンチパラレル型G−quadruplex形成DNA濃度も大きいということを示している。
以降、ヒトテロメアDNA濃度が100、50、25、10、5、2、0.5μMであった溶液について上記一連のアニーリング処理を行った結果得られた溶液をそれぞれAnti−G−quadruplex溶液A、B、C、D、E、F、Gと呼ぶ。一方、ネガティブコントロールとして調製したDNAが含まれていなかった溶液について上記一連のアニーリング処理を行った結果得られた溶液はNC溶液と呼ぶ。
次に、以上の工程より得られたAnti−G−quadruplex溶液A、B、C、D、E、F、GおよびNC溶液を用いて、アニオン性フタロシアニンによるアンチパラレル型G−quadruplex検出実験を行った。実験方法は下記のとおりである。
<アニオン性銅フタロシアニンによる検出>
まず15μMのCopper(II)phthalocyanine−3,4’,4’’,4’’’−tetrasulfonic acid tetrasodium salt(配位金属として銅を有し、官能基としてスルホ基のナトリウム塩を有するアニオン性平面型フタロシアニン)を含む50mM HEPES、100mM NaCl、pH7の溶液(全量20μl)を調製した。次に、このフタロシアニン溶液と上記Anti−G−quadruplex溶液C、D、E、FおよびNC溶液それぞれとを混合し、この混合液について480〜800nmの吸光度を測定した。
測定結果を図18(A)に示す。これよりDNAを含まないNC溶液の場合を除き、おおよそ640〜720nmの範囲でピークが現れた。また、このピークはAnti−G−quadruplex溶液C>D>E>Fの順番で大きいことが分かる。以上の結果より、Copper(II)phthalocyanine−3,4’,4’’,4’’’−tetrasulfonic acid tetrasodium saltを用いることで溶液中のアンチパラレル型G−quadruplex形成DNAを検出できることが分かる。
さらに、図18(A)で得られた各グラフの691.5nmにおける吸光度値とそのサンプルのヒトテロメアDNA濃度の関係を、図18(B)に示す。これより両者の間には高い相関関係があることが分かる。したがって、Copper(II)phthalocyanine−3,4’,4’’,4’’’−tetrasulfonic acid tetrasodium saltを用いることでアンチパラレル型G−quadruplexを形成する一本鎖DNA濃度を定量的に検出できることが分かる。
また、図18(B)は、上述のとおり試料溶液中に含まれるヒトテロメアDNAをアニーリングによりアンチパラレル型G−quadruplexに構造変化させた後、Copper(II)phthalocyanine−3,4’,4’’,4’’’−tetrasulfonic acid tetrasodium saltを添加させた結果であるが、アニーリング処理をする前にCopper(II)phthalocyanine−3,4’,4’’,4’’’−tetrasulfonic acid tetrasodium saltを添加した場合(すなわち図10(A)で示す手順の場合)においても、図18(B)の場合と同様に、得られた691.5nmにおける吸光度値とそのサンプルのヒトテロメアDNA濃度との間には高い相関関係が得られた。
<アニオン性ニッケルフタロシアニンによる検出>
まず15μMのNickel(II)phthalocyanine tetrasulfonic acid tetrasodium salt(配位金属としてニッケルを有し、官能基としてスルホ基のナトリウム塩を有するアニオン性平面型フタロシアニン)を含む50mMHEPES、100mMNaCl、pH7の溶液(全量20μl)を調製した。次に、このフタロシアニン溶液と上記Anti−G−quadruplex溶液D、E、F、GおよびNC溶液それぞれとを混合し、この混合液について480〜800nmの吸光度を測定した。
測定結果を図19(A)に示す。これより、DNAを含まないNC溶液の場合を除き、おおよそ640〜720nmの範囲でピークが現れ、またこのピークはAnti−G−quadruplex溶液D>E>F>Gの順番で大きいことが分かる。以上の結果より、Nickel(II)phthalocyanine tetrasulfonic acid tetrasodium saltを用いることで溶液中のアンチパラレル型G−quadruplex形成DNAを検出することができることが分かる。
さらに、図19(A)で得られた各グラフの691.5nmにおける吸光度値とそのサンプルのヒトテロメアDNA濃度の関係を、図19(B)に示す。これより両者の間には高い相関関係があることが分かる。したがって、Nickel(II)phthalocyanine tetrasulfonic acid tetrasodium saltを用いることでアンチパラレル型G−quadruplexを形成する一本鎖DNA濃度を定量的に検出できることが分かる。
また、図19(B)は、上述のとおり試料溶液中に含まれるヒトテロメアDNAをアニーリングによりアンチパラレル型G−quadruplexに構造変化させた後、Nickel(II)phthalocyanine tetrasulfonic acid tetrasodium saltを添加させた結果であるが、アニーリング処理をする前にNickel(II)phthalocyanine tetrasulfonic acid tetrasodium saltを添加した場合(すなわち図10(A)で示す手順の場合)においても、図19(B)の場合と同様に、得られた691.5nmにおける吸光度値とそのサンプルのヒトテロメアDNA濃度との間には高い相関関係が得られた。
<配位金属を持たないアニオン性フタロシアニンによる検出>
まず15μMのPhthalocyanine tetrasulfonic acid(配位金属を持たず、官能基としてスルホ基を有するアニオン性平面型フタロシアニン)を含む50mM HEPES、100mM NaCl、pH7の溶液(全量20μl)を調製した。
次に、このフタロシアニン溶液と上記Anti−G−quadruplex溶液D、E、F、GおよびNC溶液それぞれとを混合し、この混合液について480〜800nmの吸光度を測定した。測定結果を図20(A)に示す。これよりDNAを含まないNC溶液の場合を除き、660〜740nmの範囲で二つのピークが現れ、またこのピークはAnti−G−quadruplex溶液D>E>F>Gの順番で大きいことが分かる。以上の結果より、Phthalocyanine tetrasulfonic acidを用いることで溶液中のアンチパラレル型G−quadruplex形成DNAを検出することができることが分かる。
さらに、図20(A)で得られた各グラフの677.5nmにおける吸光度値とそのサンプルのヒトテロメアDNA濃度の関係を、図20(B)に示し、710.0nmにおける吸光度値とそのサンプルのヒトテロメアDNA濃度の関係を、図20(C)に示す。これより両者の間には高い相関関係があることが分かる。したがって、Phthalocyanine tetrasulfonic acidを用いることでアンチパラレル型G−quadruplexを形成する一本鎖DNA濃度を定量的に検出できることが分かる。
また、図20(B)および図20(C)は、上述のとおり試料溶液中に含まれるヒトテロメアDNAをアニーリングによりアンチパラレル型G−quadruplexに構造変化させた後、Phthalocyanine tetrasulfonic acidを添加させた結果であるが、アニーリング処理をする前にPhthalocyanine tetrasulfonic acidを添加した場合(すなわち図10(A)で示す手順の場合)においても、図20(B)および図20(C)の場合と同様に、得られた677.5nmおよび710.0nmにおける吸光度値とそのサンプルのヒトテロメアDNA濃度の間には高い相関関係が得られた。
<アニオン性コバルトフタロシアニンによる検出>
まず15μMのCobalt(II)phthalocyanine tetracarboxylic acid(配位金属としてコバルトを有し、官能基としてカルボキシル基を有するアニオン性平面型フタロシアニン)を含む50mM HEPES、100mM NaCl、pH7の溶液(全量20μl)を調製した。次に、このフタロシアニン溶液と上記Anti−G−quadruplex溶液B、C、D、GおよびNC溶液それぞれとを混合し、この混合液について480〜800nmの吸光度を測定した。
測定結果を図33(A)に示す。これよりDNAを含まないNC溶液の場合を除き、おおよそ640〜720nmの範囲でピークが現れ、またこのピークはAnti−G−quadruplex溶液B>C>D>Gの順番で大きいことが分かる。以上の結果より、Cobalt(II)phthalocyanine tetracarboxylic acidを用いることで溶液中のアンチパラレル型G−quadruplex形成DNAを検出することができることが分かる。
さらに、図33(A)で得られた各グラフの684.5nmにおける吸光度値とそのサンプルのヒトテロメアDNA濃度の関係を、図33(B)に示す。これより両者の間には高い相関関係があることが分かる。したがって、Cobalt(II)phthalocyanine tetracarboxylic acidを用いることでアンチパラレル型G−quadruplexを形成する一本鎖DNA濃度を定量的に検出できることが分かる。また、図33(B)は、上述のとおり試料溶液中に含まれるヒトテロメアDNAをアニーリングによりアンチパラレル型G−quadruplexに構造変化させた後、Cobalt(II)phthalocyanine tetracarboxylic acidを添加させた結果であるが、アニーリング処理をする前にCobalt(II)phthalocyanine tetracarboxylic acidを添加した場合(すなわち図10(A)で示す手順の場合)においても、図33(B)の場合と同様に、得られた684.5nmにおける吸光度値とそのサンプルのヒトテロメアDNA濃度の間には高い相関関係が得られた。
ところで、Cobalt(II)phthalocyanine tetracarboxylic acidを用いた場合に見られた640〜720nmの範囲のピーク上昇は、Copper(II)phthalocyanine−3,4’,4’’,4’’’−tetrasulfonic acid tetrasodium saltやNickel(II)phthalocyanine tetrasulfonic acid tetrasodium saltやPhthalocyanine tetrasulfonic acidを用いた場合の結果より小さい。これは合成したCobalt(II)phthalocyanine tetracarboxylic acidが十分に精製されていなかったためと考えられる。
<アニオン性鉄フタロシアニンによる検出>
まず15μMのIron(III)phthalocyanine−4,4’,4’’,4’’’−tetrasulfonic acid,compound with oxygen monosodium salt hydrate(配位金属として鉄を有し、官能基としてスルホ基を有するアニオン性フタロシアニン)を含む50mM HEPES、100mM NaCl、pH7の溶液(全量20μl)を調製した。次に、このフタロシアニン溶液と上記Anti−G−quadruplex溶液BおよびNC溶液それぞれとを混合し、この混合液について480〜800nmの吸光度を測定した。
測定結果を図21に示す。これよりAnti−G−quadruplex溶液Bの場合もDNAを含まないNC溶液の場合とほぼ同じ結果であった。以上の結果より、Iron(III)phthalocyanine−4,4’,4’’,4’’’−tetrasulfonic acid,compound with oxygen monosodium salt hydrateを用いても溶液中のアンチパラレル型G−quadruplex形成DNAを検出することができないことが分かる。
以上のフタロシアニンの他、Zinc(II) phthalocyanine tetrasulfonicacid(=配位金属として亜鉛を有し、官能基としてスルホ基を有するアニオン性平面型フタロシアニン)についても同様の実験を行った結果、Anti−G−quadruplex溶液と混合した場合のみ640〜740nmの範囲でピークが観察された。
したがって、実施例1の結果より、アニオン性鉄フタロシアニンを用いた場合を除き、いずれのアニオン性平面型フタロシアニンを用いてもアンチパラレル型G−quadruplexが検出できることが分かった。また、Zinc(II) phthalocyanine tetrasulfonicacidを用いた場合も、上記ピーク範囲内の特定の波長における吸光度値とサンプル中のヒトテロメアDNA濃度の間には高い相関関係が認められた。
したがって、以上実施例1の結果より、アニオン性鉄フタロシアニンを用いた場合を除き、いずれのアニオン性フタロシアニンを用いても試料溶液中に存在するアンチパラレル型G−quadruplexを形成する一本鎖DNA濃度を定量的に検出できることが分かった。
(実施例2)
本実施例では、アニオン性フタロシアニンを用いて、溶液中に混在するアンチパラレル型G−quadruplexとパラレル型G−quadruplexを形成しているDNAを検出することを試みた。そのためにまず以下の手順でアンチパラレル型G−quadruplexを形成しているDNAとパラレル型G−quadruplexを形成しているDNAが混在している溶液を調製した。
<アンチパラレル型G−quadruplex形成DNAとパラレル型G−quadruplex形成DNAが混在している溶液の調製>
まず、ヒトテロメアDNAを含む50mM HEPES、100mM KCl、pH7の溶液(全量100μl)を調製した。ここで、この溶液中に含まれるヒトテロメアDNA濃度は1、2、10、25、50、100μMのものをそれぞれ用意した。ネガティブコントロールとしてDNAを含まない50mM HEPES、100mM KCl、pH7の溶液も調製した。次にこれらの溶液をアニーリング処理した。
次に、以上の結果得られた各溶液中のヒトテロメアDNAがパラレル型G−quadruplexを形成しているかを確認するため、各溶液についてCD解析を行った。その結果を、図12に示す。
ここで、実施例1でも説明したとおり、アンチパラレル型G−quadruplexの場合は、そのCD測定結果において295nm付近に正のピーク、265nm付近に負のピークを示すことが知られている。一方、パラレル型G−quadruplexの場合は、260nm付近に正のピーク、240nm付近に負のピークを示すことが知られている。これらの知見を踏まえると、図12に示されたCD結果では、ネガティブコントロールの溶液以外においては、240nm付近に負のピーク、295nm付近に正のピークが存在することから、これらはパラレル型G−quadruplexとアンチパラレル型G−quadruplexが混在していると考えられる。
また、295nm付近の正のピーク、240nm付近の負のピークのいずれについても、ヒトテロメアDNA濃度が大きくなるにつれ、その絶対値が大きくなっている。このことは、最初に含まれていたヒトテロメアDNA濃度が大きければ、上記アニーリング処理後に得られる溶液中のパラレル型G−quadruplex形成DNAとアンチパラレル型G−quadruplex形成DNA濃度の何れもが大きくなるということを示している。
以降、ヒトテロメアDNA濃度が100、50、25、10、2、1μMであった溶液について上記アニーリング処理を行った結果得られた溶液をそれぞれAnti−Para−G−quadruplex溶液A、B、C、D、E、Fと呼ぶ。一方、ネガティブコントロールとして調製したDNAが含まれていなかった溶液について上記アニーリング処理を行った結果得られた溶液はNC−2溶液と呼ぶ。
次に、以上の工程より得られたAnti−Para−G−quadruplex溶液A、B、C、D、E、FおよびNC−2溶液を用いて、アニオン性フタロシアニンによるパラレル型G−quadruplex検出実験を行った。実験方法は下記のとおりである。
<アニオン性銅フタロシアニンによる検出>
まず、15μMのCopper(II)phthalocyanine−3,4’,4’’,4’’’−tetrasulfonic acid tetrasodium saltを含む50mM HEPES、100mM KCl、pH7の溶液(全量20μl)を調製した。次に、このフタロシアニン溶液と上記Anti−Para−G−quadruplex溶液B、C、D、FおよびNC−2溶液それぞれとを混合し、この混合液について480〜800nmの吸光度を測定した。
測定結果を図13(A)に示す。これよりDNAを含まないNC−2溶液の場合を除き、おおよそ640〜720nmの範囲でピークが現れ、またこのピークはAnti−Para−G−quadruplex溶液B>C>D>Fの順番で大きいことが分かる。
以上の結果より、Copper(II)phthalocyanine−3,4’,4’’,4’’’−tetrasulfonic acid tetrasodium saltを用いることで溶液中に混在しているアンチパラレル型、パラレル型G−quadruplex形成DNAを検出することができることが分かる。
さらに、図13(A)で得られた各グラフの689.5nmにおける吸光度値とそのサンプルのヒトテロメアDNA濃度の関係を、図13(B)に示す。これより両者の間には高い相関関係があることが分かる。したがって、Copper(II)phthalocyanine−3,4’,4’’,4’’’−tetrasulfonic acid tetrasodium saltを用いることでアンチパラレル型およびパラレル型G−quadruplexを形成する一本鎖DNA濃度を定量的に検出できることが分かる。
また、図13(B)は、上述のとおり試料溶液中に含まれるヒトテロメアDNAをアニーリングによりアンチパラレル型およびパラレル型G−quadruplexに構造変化させた後、Copper(II)phthalocyanine−3,4’,4’’,4’’’−tetrasulfonic acid tetrasodium saltを添加させた結果である。しかし、アニーリング処理をする前にCopper(II)phthalocyanine−3,4’,4’’,4’’’−tetrasulfonic acid tetrasodium saltを添加した場合においても、図13(B)の場合と同様に、得られた689.5nmにおける吸光度値とそのサンプルのヒトテロメアDNA濃度との間には高い相関関係が得られた。
<アニオン性ニッケルフタロシアニンによる検出>
まず、15μMのNickel(II)phthalocyanine tetrasulfonic acid tetrasodium saltを含む50mM HEPES、100mM KCl、pH7の溶液(全量20μl)を調製した。次に、このフタロシアニン溶液と上記Anti−Para−G−quadruplex溶液A、B、C、EおよびNC−2溶液それぞれとを混合し、この混合液について480〜800nmの吸光度を測定した。
測定結果を図14(A)に示す。これよりDNAを含まないNC−2溶液の場合を除き、おおよそ640〜720nmの範囲でピークが現れ、またこのピークはAnti−Para−G−quadruplex溶液A>B>C>Eの順番で大きいことが分かる。以上の結果より、Nickel(II)phthalocyanine tetrasulfonic acid tetrasodium saltを用いることで溶液中に混在しているアンチパラレル型、パラレル型G−quadruplex形成DNAを検出することができることが分かる。
さらに、図14(A)で得られた各グラフの677.5nmにおける吸光度値とそのサンプルのヒトテロメアDNA濃度の関係を、図14(B)に示す。これより両者の間には高い相関関係があることが分かる。したがって、Nickel(II)phthalocyanine tetrasulfonic acid tetrasodium saltを用いることでアンチパラレル型およびパラレル型G−quadruplexを形成する一本鎖DNA濃度を定量的に検出できることが分かる。
また、図14(B)は、上述のとおり試料溶液中に含まれるヒトテロメアDNAをアニーリングによりアンチパラレル型およびパラレル型G−quadruplexに構造変化させた後、Nickel(II)phthalocyanine tetrasulfonic acid tetrasodium saltを添加させた結果である。しかし、アニーリング処理をする前にNickel(II)phthalocyanine tetrasulfonic acid tetrasodium saltを添加した場合においても、図14(B)の場合と同様に、得られた677.5nmにおける吸光度値とそのサンプルのヒトテロメアDNA濃度の間には高い相関関係が得られた。
<配位金属を持たないアニオン性フタロシアニンによる検出>
まず、15μMのPhthalocyanine tetrasulfonic acidを含む50mM HEPES、100mM KCl、pH7の溶液(全量20μl)を調製した。次に、このフタロシアニン溶液と上記Anti−Para−G−quadruplex溶液B、C、D、FおよびNC−2溶液それぞれとを混合し、この混合液について480〜800nmの吸光度を測定した。
測定結果を図15(A)に示す。これよりDNAを含まないNC−2溶液の場合を除き、660〜740nmの範囲で二つのピークが現れ、またこのピークはAnti−Para−G−quadruplex溶液B>C>D>Fの順番で大きいことが分かる。以上の結果より、Phthalocyanine tetrasulfonic acidを用いることで溶液中に混在しているアンチパラレル型、パラレル型G−quadruplex形成DNAを検出することができることが分かる。
さらに、図15(A)で得られた各グラフの708.0nmにおける吸光度値とそのサンプルのヒトテロメアDNA濃度の関係を図15(B)に示し、675.0nmにおける吸光度値とそのサンプルのヒトテロメアDNA濃度の関係を図15(C)に示す。これより両者の間には高い相関関係があることが分かる。したがって、Phthalocyanine tetrasulfonic acidを用いることでアンチパラレル型およびパラレル型G−quadruplexを形成する一本鎖DNA濃度を定量的に検出できることが分かる。
また、図15(B)および図15(C)は、上述のとおり試料溶液中に含まれるヒトテロメアDNAをアニーリングによりアンチパラレル型およびパラレル型Gquadruplexに構造変化させた後、Phthalocyanine tetrasulfonic acidを添加させた結果である。しかし、アニーリング処理をする前にPhthalocyanine tetrasulfonic acidを添加した場合においても図15(B)および図15(C)の場合と同様に、得られた708.0nmおよび675.0nmにおける吸光度値とそのサンプルのヒトテロメアDNA濃度との間には高い相関関係が得られた。
<アニオン性コバルトフタロシアニンによる検出>
まず、15μMのCobalt(II)phthalocyanine tetracarboxylic acidを含む50mM HEPES、100mM KCl、pH7の溶液(全量20μl)を調製した。次に、このフタロシアニン溶液と上記Anti−Para−G−quadruplex溶液B、C、D、EおよびNC−2溶液それぞれとを混合し、この混合液について480〜800nmの吸光度を測定した。
測定結果を図34(A)に示す。これよりDNAを含まないNC−2溶液の場合を除き、おおよそ640〜720nmの範囲でピークが現れ、またこのピークはAnti−Para−G−quadruplex溶液B>C>D>Eの順番で大きいことが分かる。
以上の結果より、Cobalt(II)phthalocyanine tetracarboxylic acidを用いることで溶液中に混在しているアンチパラレル型、パラレル型G−quadruplex形成DNAを検出することができることが分かる。
さらに、図34(A)で得られた各グラフの679.0nmにおける吸光度値とそのサンプルのヒトテロメアDNA濃度の関係を、図34(B)に示す。これより両者の間には高い相関関係があることが分かる。したがって、Cobalt(II)phthalocyanine tetracarboxylic acidを用いることでアンチパラレル型およびパラレル型G−quadruplexを形成する一本鎖DNA濃度を定量的に検出できることが分かる。
また、図34(B)は、上述のとおり試料溶液中に含まれるヒトテロメアDNAをアニーリングによりアンチパラレル型およびパラレル型G−quadruplexに構造変化させた後、Cobalt(II)phthalocyanine tetracarboxylic acidを添加させた結果である。しかし、アニーリング処理をする前にCobalt(II)phthalocyanine tetracarboxylic acidを添加した場合においても、図34(B)の場合と同様に、得られた679.0nmにおける吸光度値とそのサンプルのヒトテロメアDNA濃度との間には高い相関関係が得られた。
ところで、Cobalt(II)phthalocyanine tetracarboxylic acidを用いた場合に見られた640〜720nmの範囲のピーク上昇は、Copper(II)phthalocyanine−3,4’,4’’,4’’’−tetrasulfonic acid tetrasodium saltやNickel(II)phthalocyanine tetrasulfonic acid tetrasodium saltやPhthalocyanine tetrasulfonic acidを用いた場合より小さい。これは合成したCobalt(II)phthalocyanine tetracarboxylic acidが十分に精製されていなかったためと考えられる。
<アニオン性鉄フタロシアニンによる検出>
まず15μMのIron(III)phthalocyanine−4,4’,4’’,4’’’−tetrasulfonic acid,compound with oxygen monosodium salt hydrateを含む50mM HEPES、100mM KCl、pH7の溶液(全量20μl)を調製した。次に、このフタロシアニン溶液と上記Anti−Para−G−quadruplex溶液BおよびNC−2溶液それぞれとを混合し、この混合液について480〜800nmの吸光度を測定した。
測定結果を図16に示す。これよりAnti−Para−G−quadruplex溶液BおよびNC−2溶液の場合の両方より得られる結果はほぼ同じであることが分かる。したがって以上の結果より、Iron(III)phthalocyanine−4,4’,4’’,4’’’−tetrasulfonic acid,compound with oxygen monosodium salt hydrateを用いて溶液中に混在しているアンチパラレル型、パラレル型G−quadruplex形成DNAを検出することはできないことが分かる。
以上のフタロシアニンの他、Zinc(II) phthalocyanine tetrasulfonic acid(=官能基としてスルホ基を有し、配位金属として亜鉛を有するアニオン性平面型フタロシアニンを用いて、同様の実験を行った結果、Anti−Para−G−quadruplex溶液と混合した場合のみ640〜740nmの範囲でピークが観察された。したがって以上の結果より、アニオン性鉄フタロシアニンを用いた場合を除き、いずれのアニオン性フタロシアニンを用いても溶液中に混在しているアンチパラレル型、パラレル型G−quadruplexが検出できることが分かった。
また、Zinc(II) phthalocyaninetetrasulfonicacidを用いた場合も、上記ピーク範囲内の特定の波長における吸光度値とサンプル中のヒトテロメアDNA濃度との間には高い相関関係が認められた。したがって、Zinc(II) phthalocyaninetetrasulfonicacidを用いても試料溶液中に存在するアンチパラレル型およびパラレル型G−quadruplexを形成する一本鎖DNA濃度を定量的に検出できることが分かった。
(実施例3)
上記実施例1および実施例2の結果より、アニオン性鉄フタロシアニン以外のいずれのアニオン性フタロシアニンを用いてもパラレル型、アンチパラレル型に関わらずG−quadruplexが検出できることが分かった。本実施例3では、これらアニオン性フタロシアニンによるG−quadruplexに対する特異性について確かめるため、アニオン性フタロシアニンを用いた一本鎖DNAおよび二本鎖DNADNAの検出実験を行った。そのためにまず以下の手順で一本鎖DNAを含む溶液、二本鎖DNAを含む溶液を調製した。
<一本鎖DNAを含む溶液の調製>
5’−ttttttttttttttttttttt−3’の配列(配列番号:4)からなる一本鎖DNAが50μMの濃度で含まれる50mM HEPES、100mM NaCl、pH7の溶液(全量100μl)を調製し、これを90℃で5分間インキュベートした後、2℃/分の降温速度で0℃まで冷やし、最後に0℃で2時間インキュベートした。この結果得られる溶液中のDNAは、インキュベート後も一本鎖DNAである(以降、この溶液を一本鎖DNA溶液と呼ぶ)。
<二本鎖DNAを含む溶液の調製>
5’−AGAAGAGAAAGA−3’の配列(配列番号:5)からなる一本鎖DNAと5’−TCTTTCTCTTCT−3’の配列(配列番号:5のアンチセンス鎖)からなる一本鎖DNAがそれぞれ50μMの濃度で含まれる50mM HEPES、100mM NaCl、pH7の溶液(全量100μl)を調製し、これを90℃で5分間インキュベートした後、2℃/分の降温速度で0℃まで冷やし、最後に0℃で2時間インキュベートした。上記二種類のDNAは相補的な関係にあるため、このインキュベートの結果、溶液中において両DNAは二本鎖DNAを形成している(以降、この溶液を二本鎖DNA溶液と呼ぶ)。
以上の工程で得られた一本鎖DNA溶液および二本鎖DNA溶液を用いて、アニオン性フタロシアニンによる一本鎖および二本鎖DNA検出実験を行った。実験方法は下記のとおりである。
<アニオン性銅フタロシアニンによる検出>
まず15μMのCopper(II)phthalocyanine−3,4’,4’’,4’’’−tetrasulfonic acid tetrasodium saltを含む50mM HEPES、100mM NaCl、pH7の溶液(全量20μl)を調製した。次に、このフタロシアニン溶液と上記一本鎖DNA溶液および二本鎖DNA溶液それぞれとを混合し、この混合液について480〜800nmの吸光度を測定した。一本鎖DNA溶液および二本鎖DNA溶液の場合におけるそれぞれの測定結果を図22(A)および図22(B)に示す。
それぞれの図において、ネガティブコントロールとして実施例1においてNC溶液を用いた結果も併せて示す。これより一本鎖DNA溶液および二本鎖DNA溶液いずれの場合も、50μMの高濃度のDNAが含まれているにも関わらず、NC溶液の場合とほぼ同じ結果となることが分かる。したがって以上の結果と実施例1および実施例2の結果より、Copper(II)phthalocyanine−3,4’,4’’,4’’’−tetrasulfonic acid tetrasodium saltを用いたG−quadruplex形成DNAの検出は極めて特異性が高いことが分かる。
<アニオン性ニッケルフタロシアニンによる検出>
まず、15μMのNickel(II)phthalocyanine tetrasulfonic acid、tetrasodium saltを含む50mMHEPES、100mMNaCl、pH7の溶液(全量20μl)を調製した。次に、このフタロシアニン溶液と上記一本鎖DNA溶液および二本鎖DNA溶液それぞれとを混合し、この混合液について480〜800nmの吸光度を測定した。一本鎖DNA溶液および二本鎖DNA溶液の場合におけるそれぞれの測定結果を図23(A)および図23(B)に示す。それぞれの図において、ネガティブコントロールとして実施例1においてNC溶液を用いた結果も併せて示す。
これより一本鎖DNA溶液および二本鎖DNA溶液いずれの場合も、50μMの高濃度のDNAが含まれているにも関わらず、NC溶液の場合とほぼ同じ結果となることが分かる。したがって以上の結果と実施例1および実施例2の結果より、Nickel(II)phthalocyanine tetrasulfonic acid tetrasodium saltを用いたG−quadruplex形成DNAの検出は、極めて特異性が高いことが分かる。
<配位金属を持たないアニオン性フタロシアニンによる検出>
まず、15μMのPhthalocyanine tetrasulfonic acidを含む50mM HEPES、100mM NaCl、pH7の溶液(全量20μl)を調製した。次に、このフタロシアニン溶液と上記一本鎖DNA溶液および二本鎖DNA溶液それぞれとを混合し、この混合液について480〜800nmの吸光度を測定した。一本鎖DNA溶液および二本鎖DNA溶液の場合におけるそれぞれの測定結果を図24(A)および図24(B)に示す。
それぞれの図において、ネガティブコントロールとして実施例1においてNC溶液を用いた結果も併せて示す。これより、一本鎖DNA溶液および二本鎖DNA溶液いずれの場合も、50μMの高濃度のDNAが含まれているにも関わらず、NC溶液の場合とほぼ同じ結果となることが分かる。したがって、以上の結果と実施例1および実施例2の結果より、Phthalocyanine tetrasulfonic acidを用いたG−quadruplex形成DNAの検出は極めて特異性が高いことが分かる。
<アニオン性コバルトフタロシアニンによる検出>
まず15μMのCobalt(II)phthalocyanine tetracarboxylic acidを含む50mMHEPES、100mMNaCl、pH7の溶液(全量20μl)を調製した。次に、このフタロシアニン溶液と上記一本鎖DNA溶液および二本鎖DNA溶液それぞれとを混合し、この混合液について480〜800nmの吸光度を測定した。一本鎖DNA溶液および二本鎖DNA溶液の場合におけるそれぞれの測定結果を、図35(A)および図35(B)に示す。それぞれの図において、ネガティブコントロールとして実施例1においてNC溶液を用いた結果も併せて示す。
これより一本鎖DNA溶液および二本鎖DNA溶液いずれの場合も、50μMの高濃度のDNAが含まれているにも関わらず、NC溶液の場合とほぼ同じ結果となることが分かる。したがって、以上の結果と実施例1および実施例2の結果より、Cobalt(II)phthalocyanine tetracarboxylic acidを用いたG−quadruplex形成DNAの検出は極めて特異性が高いことが分かる。
以上のフタロシアニンの他、Zinc(II) phthalocyaninetetrasulfonicacid(=官能基としてスルホ基を有し、配位金属として亜鉛を有するアニオン性フタロシアニン)を用いて、同様の実験を行った結果、一本鎖DNA溶液および二本鎖DNA溶液いずれの場合も、50μMの高濃度のDNAが含まれているにも関わらず、NC溶液の場合とほぼ同じ結果となった。
(実施例4)
上記実施例1および実施例2では、ヒトのテロメア部分の配列と同じ配列からなる一本鎖DNAを用い、パラレル型、アンチパラレル型G−quadruplexのDNAを調製し、配位金属が鉄以外のアニオン性フタロシアニンによってこれらの検出が可能であることや、あるいはこの検出結果を基にして、上記一本鎖DNAを定量的に検出できることを示した。本実施例4では、上記実施例1および実施例2の結果が、ヒトテロメア部分の配列からなるG−quadruplexに限られたものであるのか、それともヒトテロメア部分の配列以外からなるG−quadruplexでも同様の結果が得られるのかについて検討した。
<アニオン性銅フタロシアニンによる5’−ggggttttgggg−3’(配列番号:6)からなるパラレル型G−quadruplex形成DNAの検出>
まず5’−ggggttttgggg−3’の配列(配列番号:6)からなる一本鎖DNA(以下、G4T4G4DNAと呼ぶ)と、2.5μMのCopper(II)phthalocyanine−3,4’,4’’,4’’’−tetrasulfonic acid tetrasodium saltと50mM HEPES、100mM KCl、pH7の溶液(全量100μl)を調製した。G4T4G4DNA配列はヒトテロメア部分の配列とは異なるが、K存在下においてアニーリング処理することでパラレル型のG−quadruplexを形成することが知られている。上記溶液は、G4T4G4DNA濃度が0、1、2、3、4、5、10μMのものをそれぞれ用意した。
次に、これらの溶液をアニーリング処理し、これらについて480〜800nmの吸光度を測定した。測定結果を図25(A)に示す。これより、上記G4T4G4DNAが0μMの場合を除き、おおよそ640〜720nmの範囲でピークが現れることが分かる。
以上の結果より、Copper(II)phthalocyanine−3,4’,4’’,4’’’−tetrasulfonic acid tetrasodium saltを用いることでG4T4G4DNAからなるパラレル型G−quadruplex形成DNAを検出することができることが分かる。
さらに図25(A)で得られた各グラフの687nmにおける吸光度値とそのサンプルのG4T4G4DNA濃度の関係を、図25(B)に示す。これより両者の間には高い相関関係があることが分かる。したがって、この結果よりCopper(II)phthalocyanine−3,4’,4’’,4’’’−tetrasulfonic acid tetrasodium saltを用いることでG4T4G4DNA濃度を定量的に検出できることが分かる。
<アニオン性ニッケルフタロシアニンによる5’−ggggttttgggg−3’(配列番号:6)からなるパラレル型G−quadruplex形成DNAの検出>
上記<アニオン性銅フタロシアニンによる5’−ggggttttgggg−3’ (配列番号:6)からなるパラレル型G−quadruplex形成DNAの検出>の実験と同様の方法で、Copper(II)phthalocyanine−3,4’,4’’,4’’’−tetrasulfonic acid tetrasodium saltの代わりに、Nickel(II)phthalocyanine tetrasulfonic acid、tetrasodium saltを用いて実験を行った。また、G4T4G4DNA濃度は0、1、2、3、4、5、10、25μMとした。結果を図26(A)に示す。これより、G4T4G4DNAが0μMの場合を除き、おおよそ640〜720nmの範囲でピークが現れることが分かる。
以上の結果より、Nickel(II)phthalocyanine tetrasulfonic acid、tetrasodium saltを用いることでG4T4G4DNAからなるパラレル型G−quadruplex形成DNAを検出することができることが分かる。
さらに図26(A)で得られた各グラフの677.5nmにおける吸光度値とそのサンプルのG4T4G4DNA濃度の関係を、図26(B)に示す。これより両者の間には高い相関関係があることが分かる。したがって、この結果よりNickel(II)phthalocyanine tetrasulfonic acid tetrasodium saltを用いることでG4T4G4DNA濃度を定量的に検出できることが分かる。
<配位金属をもたないアニオン性フタロシアニンによる5’−ggggttttgggg−3’ (配列番号:6)からなるパラレル型G−quadruplex形成DNAの検出>
上記<アニオン性銅フタロシアニンによる5’−ggggttttgggg−3’ (配列番号:6)からなるパラレル型G−quadruplex形成DNAの検出>の実験と同様の方法で、Copper(II)phthalocyanine−3,4’,4’’,4’’’−tetrasulfonic acid tetrasodium saltの代わりに、Phthalocyanine tetrasulfonic acidを用いて実験を行った。またG4T4G4DNA濃度は0、1、2、10、25μMとした。結果を図27(A)に示す。これより、G4T4G4DNAが0μMの場合を除き、おおよそ660〜740nmの範囲で二つのピークが現れることが分かる。
以上の結果より、Phthalocyanine tetrasulfonic acidを用いることでG4T4G4DNAからなるパラレル型G−quadruplex形成DNAを検出することができることが分かる。
さらに、図27(A)で得られた各グラフの705.0nmにおける吸光度値とそのG4T4G4DNA濃度の関係を図27(B)に示し、673.0nmにおける吸光度値とそのサンプルのヒトテロメアDNA濃度の関係を図27(C)に示す。これより、両者の間には高い相関関係があることが分かる。したがって、この結果より、Phthalocyanine tetrasulfonic acidを用いることでG4T4G4DNA濃度を定量的に検出できることが分かる。
<アニオン性コバルトフタロシアニンによる5’−ggggttttgggg−3’
(配列番号:6)からなるパラレル型G−quadruplex形成DNAの検出>
上記<アニオン性銅フタロシアニンによる5’−ggggttttgggg−3’ (配列番号:6)からなるパラレル型G−quadruplex形成DNAの検出>の実験と同様の方法で、Copper(II)phthalocyanine−3,4’,4’’,4’’’−tetrasulfonic acid、tetrasodium saltの代わりに、Cobalt(II)phthalocyanine tetracarboxylic acidを用いて実験を行った。ただし、Cobalt(II)phthalocyanine tetracarboxylic acidの濃度は30μMとした。また、G4T4G4DNA濃度は0、5、10、25、50μMとした。結果を図36(A)に示す。これより、G4T4G4DNAが0μMの場合を除き、おおよそ640〜720nmの範囲でピークが現れることが分かる。
以上の結果より、Cobalt(II)phthalocyanine tetracarboxylic acidを用いることでG4T4G4DNAからなるパラレル型G−quadruplex形成DNAを検出することができることが分かる。
さらに、図36(A)で得られた各グラフの680nmにおける吸光度値とそのサンプルのG4T4G4DNA濃度の関係を、図36(B)に示す。これより、両者の間には高い相関関係があることが分かる。したがって、この結果よりCobalt(II)phthalocyanine tetracarboxylic acidを用いることでG4T4G4DNA濃度を定量的に検出できることが分かる。
ところで、Cobalt(II)phthalocyanine tetracarboxylic acidを用いた場合に見られた640〜720nmの範囲のピーク上昇は、Copper(II)phthalocyanine−3,4’,4’’,4’’’−tetrasulfonic acid tetrasodium saltやNickel(II)phthalocyanine tetrasulfonic acid tetrasodium saltやPhthalocyanine tetrasulfonic acidを用いた場合より小さい。これは合成したCobalt(II)phthalocyanine tetracarboxylic acidが十分に精製されていなかったためと考えられる。
<アニオン性鉄フタロシアニンによる5’−ggggttttgggg−3’ (配列番号:6)からなるパラレル型G−quadruplex形成DNAの検出>
上記<アニオン性銅フタロシアニンによる5’−ggggttttgggg−3’ (配列番号:6)からなるパラレル型G−quadruplex形成DNAの検出>の実験と同様の方法で、Copper(II)phthalocyanine−3,4’,4’’,4’’’−tetrasulfonic acid tetrasodium saltの代わりに、Iron(III)phthalocyanine−4,4’,4’’,4’’’−tetrasulfonic acid,compound with oxygen monosodium salt hydrateを用いて実験を行った。また、G4T4G4DNA濃度は0、1、2、3、4、5、10、25μMとした。
結果を図28に示す。これよりいずれの濃度の場合も0μMの場合と同じ結果であったことが分かる。したがって、Iron(III)phthalocyanine−4,4’,4’’,4’’’−tetrasulfonic acid,compound with oxygen monosodium salt hydrateによってG4T4G4DNAからなるパラレル型G−quadruplex形成DNAを検出できないことが分かる。
以上のフタロシアニンの他、Zinc(II) phthalocyaninetetrasulfonicacid(=官能基としてスルホ基を有し、配位金属として亜鉛を有するアニオン性フタロシアニン)を用いて同様の実験を行った結果、G4T4G4DNA濃度が0μMの場合を除き、いずれの場合も640〜740nmの範囲でピークが観察された。したがって以上の結果より、アニオン性鉄フタロシアニンを用いた場合を除き、いずれのアニオン性フタロシアニンを用いてもG4T4G4DNAからなるパラレル型G−quadruplex形成DNAを検出できることが分かった。
また、Zinc(II) phthalocyaninetetrasulfonicacidを用いた場合も、上記ピーク範囲内の特定の波長における吸光度値とG4T4G4DNA濃度の間には高い相関関係が認められた。したがって、Zinc(II) phthalocyaninetetrasulfonicacidを用いてもG4T4G4DNA濃度を定量的に検出できることが分かった。
実施例1〜実施例4までの結果を、各フタロシアニンの構造を示す図とともに図29にまとめた。図29中の○は、各実施例のDNA検出実験において、目的のDNAの存在に依存して640〜740nmの波長範囲内で吸光度ピークが得られたことを示している。一方×はそのようなピークが得られなかったことを示している。また「−」は実験を行っていないことを示している。これより、アニオン性鉄フタロシアニンの場合を除き、アニオン性官能基の種類(スルホ基かカルボキシル基)に関わらず、また配位金属の種類に関わらず、いずれのアニオン性フタロシアニンを用いてもG−quadruplexを特異的に検出できることが分かる。またG−quadruplexの種類に関してもパラレル型やアンチパラレル型に依存せず、さらに配列についてもヒトテロメアDNA配列に限られず、図2を用いて説明したG−quadruplexであれば検出できることが分かる。
ところで、フタロシアニンおよびG−quadruplexについては下記の二つの重要な事柄が知られている。まず一つ目はフタロシアニンが示す吸光度についてである。フタロシアニン類は通常溶液中に溶かされている場合、その広いπ平面のために互いにスタッキング相互作用を起こし分子間会合している。このときの典型的なUV吸収スペクトルが図30(A)に示すものである。一方、この状態のフタロシアニンの溶液に界面活性剤を加えると640〜740nm付近にピークが現れてくる(図30(B))。これは界面活性剤の添加によりフタロシアニンの会合が解けた状態(言い換えれば単量体の状態)として存在していることを示しているピークであることが知られている。すなわち、本実施例1〜4の結果においては、アニオン性鉄フタロシアニンを除く他のアニオン性フタロシアニンはG−quadruplexと混合された状態であるときに、その少なくとも一部が単量体として存在しており、それが640〜730nmのピークとなって現れているのである。
二つ目の重要な知見は、G−quadruplexと他の有機分子との相互作用についてである。G−quadruplexは図2で説明したとおり、G−qartet面と呼ばれる広いπ平面がスタッキングした構造をとっている。このような構造は、他のπ平面を有する分子がこのG−qartet面とG−qartet面との間にインターカレートし易い構造となっている。したがって、例えばこれまでカチオン性のアントラキノン類やカチオン性のポルフィリンなどの分子が、その静電的相互作用とスタッキング相互作用の効果によってG−quadruplex中にインターカレートすることが示されている。
したがって、これらの知見を考慮に入れると、本実施例1〜実施例4の結果は、図31に示すメカニズムで、アニオン性鉄フタロシアニンを除く他のアニオン性フタロシアニンがG−quadruplexを特異的に検出していることを示している。すなわち、G−quadruplexが存在してない場合は、これらアニオン性フタロシアニンは会合しており、そのUV吸収スペクトルは図30(A)に示すものである。しかし、これにG−quadruplexが混合されるとこれらアニオン性フタロシアニンはその少なくとも一部がGquadruplex中にインターカレートする。インターカレートしたアニオン性フタロシアニンは単量体の状態と同じであるため640〜730nmの吸光度ピークを示す。
ここで予想外であった点は、用いられているフタロシアニンが、上述のカチオン性アントラキノン類やカチオン性ポルフィリン類とは異なり、アニオン性であったにも関わらずこのような効果が得られた点である。一方で、一本鎖DNAや二本鎖DNAにはG−quadruplexのような広いπ平面は存在せず、またアニオン性同士の静電的反発も働き、その結果、混合しても何も起こらない。したがって本発明者は、本来DNA検出のプローブとしてはカチオン性が有利であると考えられていた常識に反し、アニオン性のフタロシアニンを用いることでG−quadruplexに対する高い特異性が得られることを見出し、本発明を達成するにいたったと言える。
また、図29に示すフタロシアニンの配位金属に着目すると、鉄の場合のみ、ヒトテロメアDNA、G4T4G4DNAに関わらずG−quadruplexが検出できないことが分かる。これは以下の理由による。すなわちフタロシアニンの代表的な構造として平面型と呼ばれるものとシャトルコック型と呼ばれるものがある。平面型はその名のとおり分子全体が平面となっている(図32(A))のに対し、シャトルコック型は金属やその配位子がフタロシアニン平面から一方向のみ突き出した構造(図32(B))となっている。
本実施例において用いたアニオン性鉄フタロシアニンであるIron(III)phthalocyanine−4,4’,4’’,4’’’−tetrasulfonic acid,compound with oxygen monosodium salt hydrateは配位金属の鉄に酸素が付いたものであり、これはシャトルコック型のフタロシアニンである。一方、本実施例において用いられた他のフタロシアニンは全て平面型である。上述のとおりシャトルコック型フタロシアニンは中央部分より突出した構造をとっており平面性に乏しい。したがって、平面型フタロシアニンが図31に示すメカニズムのように、Gquadruplex中にインターカレートできるのに対して、本実施例において用いたアニオン性鉄フタロシアニンに代表されるシャトルコック型フタロシアニンは平面型でないために、G−quadruplexにインターカレートできず、結果として他のアニオン性フタロシアニン類の場合には認められた640〜730nmの吸光度ピークが認められないのである。このようなG−quadruplexに対する平面型フタロシアニンとシャトルコック型フタロシアニンの相互作用についての知見は、本発明者が世界で初めて見出したものである。
以上まとめると、本発明者は、従来の常識に反してあえてアニオン性のフタロシアニンを用い、かつ世界で初めてG−quadruplexに対する平面型フタロシアニンとシャトルコック型フタロシアニンの相互作用の違いを見出すことで、本発明のアニオン性平面型フタロシアニンを用いた極めて特異性の高いG−quadruplexの検出方法を完成するに至った。
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施の形態が明らかである。したがって、上記説明は例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造および/または機能の詳細を実質的に変更できる。
本発明により、G−quadruplex形成DNAの特異的検出方法は、バイオテクノロジー分野における分析方法として有用である。
1 相補的な関係にある二本のDNA鎖
2 T−A塩基対
3 C−G塩基対
4 G−quadruplex
5 Gカルテット面
6 金属イオン
7 Gカルテット面の化学構造
8 容器
9 G−quadruplex以外のDNA鎖
10 G−quadruplexと結合したプローブ
11 遊離のプローブ
12 Quadruplex予想配列
13 TSプライマー
14 伸長されたTSプライマー
15 PCR用プライマー
16 試料溶液
17 アニオン性フタロシアニンを含む溶液
18 テロメラーゼの基質となる一本鎖DNAを含む溶液
19 会合したアニオン性フタロシアニン
20 単量体状態のフタロシアニン
21 G−quadruplexにインターカレートしたアニオン性フタロシアニン
22 平面型フタロシアニン
23 シャトルコック型フタロシアニン

Claims (9)

  1. 一本鎖構造か二本鎖構造かG−quadruplexの少なくともいずれか一種類以上の構造を形成しているDNAを含む試料溶液中のG−quadruplexを検出する方法であって、
    前記方法は、
    (a)アニオン性平面型フタロシアニンを含む溶液を用意する工程と、
    (b)前記アニオン性平面型フタロシアニンを含む溶液と前記試料溶液を混合する工程と、
    (c)前記(b)工程後の混合液の640〜740nmの吸光度を測定する工程と、
    (d)前記640〜740nmに吸収極大を有するピークが現れれば、G−quadruplexの構造を形成しているDNAが前記試料溶液中に含まれると判定する工程と、
    を順に含むことを特徴とするG−quadruplex検出方法。
  2. 請求項1に記載のG−quadruplex検出方法であって、
    前記アニオン性平面型フタロシアニンは、配位金属として銅、亜鉛、コバルト若しくはニッケルを有するアニオン性平面型フタロシアニンであるか、または配位金属を有しないアニオン性平面型フタロシアニンであるG−quadruplex検出方法。
  3. 請求項1に記載のG−quadruplex検出方法であって、
    前記アニオン性平面型フタロシアニンは、カルボキシル基、カルボキシル基の金属塩、スルホ基、およびスルホ基の金属塩からなる群より得られる少なくとも一種の官能基を有しているG−quadruplex検出方法。
  4. 試料溶液中に含まれる一本鎖構造か二本鎖構造のいずれか一種類以上の構造を形成しているDNAがG−quadruplexを形成するか否かについて調べることにより、G−quadruplex形成DNAを検出する方法であって、
    前記方法は、
    (a)前記試料溶液をG−quadruplex形成反応条件下に置く工程と、
    (b)アニオン性平面型フタロシアニンを含む溶液を用意する工程と、
    (c)前記(a)工程の前か後のいずれかにおいて、前記アニオン性平面型フタロシアニンを含む溶液と前記試料溶液を混合する工程と、
    (d)前記(a)〜(c)の一連の工程後の混合液の640〜740nmの吸光度を測定する工程と、
    (e)前記640〜740nmに吸収極大を有するピークが現れれば、G−quadruplexの構造を形成しているDNAが前記試料溶液中に含まれると判定する工程と、
    を順に含むことを特徴とするG−quadruplex形成DNA検出方法。
  5. 請求項4に記載のG−quadruplex形成DNA検出方法であって、
    前記アニオン性平面型フタロシアニンは、銅、亜鉛、コバルトおよびニッケルからなる群より得られる少なくとも一種の金属が配位したアニオン性平面型フタロシアニンであるか、または金属が配位していないアニオン性平面型フタロシアニンのいずれかであるG−quadruplex形成DNA検出方法。
  6. 請求項4に記載のG−quadruplex形成DNA検出方法であって、
    前記アニオン性平面型フタロシアニンは、カルボキシル基、カルボキシル基の金属塩、スルホ基、およびスルホ基の金属塩からなる群より得られる少なくとも一種の官能基を有しているG−quadruplex形成DNA検出方法。
  7. 試料溶液中のテロメラーゼ活性を測定する方法であって、
    前記方法は、
    (a)前記試料溶液を調製する工程と、
    (b)テロメラーゼの基質となるDNAを含む基質溶液を調製する工程と、
    (c)前記試料溶液と前記基質溶液を混合し、テロメラーゼ反応溶液を調製する工程と、
    (d)前記テロメラーゼ反応溶液をテロメラーゼによるDNA付加反応が行われる条件下に置く工程と、
    (e)アニオン性平面型フタロシアニンを含む溶液を用意する工程と、
    (f)前記アニオン性平面型フタロシアニンを含む溶液を、前記(d)の工程後に得られる溶液と混合する工程と、
    (g)前記(a)〜(f)の一連の工程後の混合液の640〜740nmの吸光度を測定する工程と、
    (h)前記640〜740nmに吸収極大を有するピークが現れれば、G−quadruplexの構造を形成しているDNAが前記試料溶液中に含まれると判定する工程と、
    を順に含むことを特徴とするテロメラーゼ活性測定方法。
  8. 請求項7に記載のテロメラーゼ活性測定方法であって、
    前記アニオン性平面型フタロシアニンは、銅、亜鉛、コバルトおよびニッケルからなる群より得られる少なくとも一種の金属が配位したアニオン性平面型フタロシアニンであるか、または金属が配位していないアニオン性平面型フタロシアニンのいずれかであるテロメラーゼ活性測定方法。
  9. 請求項7に記載のテロメラーゼ活性測定方法であって、
    前記アニオン性平面型フタロシアニンは、カルボキシル基、カルボキシル基の金属塩、スルホ基、およびスルホ基の金属塩からなる群より得られる少なくとも一種の官能基を有しているテロメラーゼ活性測定方法。
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