JP4564219B2 - Dna−プローブの中のシトシン−メチル化の検出方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゲノムDNA−プローブ(Pr0be)の中の規定された5−メチルシトシンの検出方法又は5−メチルシトシン及びSNPの検出方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年の方法論的開発により分子生物学においてよく研究されている観察レベルは、遺伝子自体と、この遺伝子のRNAへの翻訳と、そこから作製するタンパク質である。固体の発現の経過の中でどの遺伝子がいつスイッチが入れられ、特定の細胞および組織の中の特定の遺伝子の活性および阻害がどのように制御されるかは、遺伝子もしくはゲノムのメチル化の範囲と特性とによって相関関係をつけることができる。本発明は、ゲノムDNA−プローブのメチル化状態の検出方法を記載する。この方法は、同時に点突然変異および単一ヌクレオチド多型(SNPs)の検出にも利用することができる。
【0003】
5−メチルシトシンは、真核細胞のDNAの中で最も頻繁に共有結合に変性した塩基である。この塩基は、たとえば転写の調節、遺伝子の刷り込みおよび腫瘍形成においてある役割を果たしている。従って、遺伝子情報の構成要素としての5−メチルシトシンの同定が非常に重要である。ところが、5−メチルシトシン位置は、5−メチルシトシンがシトシンと同じ塩基対挙動を有するので、配列決定によって同定することができない。さらに、PCR増幅において5−メチルシトシンを有する後生的な情報が完全に失われてしまう。
【0004】
比較的新しく、かつ、この間に頻繁に適用されている5−メチルシトシンについてのDNAの調査方法は、シトシンと重亜硫酸塩の特異反応に基づき、これはそれに続くアルカリ加水分解によって、その塩基対挙動においてチミジンに相当するウラシルに変換される。それに対して、5−メチルシトシンは前記条件下に変性されない。それにより元のDNAは、当初そのハイブリット化特性によってシトシンから区別できないメチルシトシンが、現在「普通の」分子生物学の技術によって唯一残るシトシンとして、たとえば増幅およびハイブリット化または配列決定によって検出できるように変換される。これらの技術は全て、現在完全に利用される塩基対に基づく。感度に関する先行技術は、被検査DNAをアガロース・マトリックスの中に封じ込める方法によって定義され、それによりDNAの拡散および復元(重亜硫酸塩は一本鎖DNAにのみ反応する)を妨害し、全ての沈降ステップおよび洗浄ステップを速い透析で代用される(Olek,A.ら、Nucl.Acids.Res.1996,24,5064−5066)。この方法によって個々の細胞を検査することができ、これがこの方法の可能性を具体的に示している。確かに、従来個々の部位のみが約3000塩基対長まで調査されているが、可能なメチル化解析の数千の細胞の全体的な調査は不可能である。しかし、この方法も少ないプローブ量から非常に小さいフラグメントを確実に解析することができない。これは拡散防止にもかかわらずマトリックスによって失われる。
【0005】
5−メチルシトシンを検出する別の公知の可能性に関する概要は、次の概要論文から読み取ることができる:Rein,T.,DePamphilis,M.L.,Zorbas,H.,Nucleic AcidsRes. 1998,26,2255。
【0006】
重亜硫酸塩技術は、従来幾つかの例外(例えば、Zechnigk,M.ら、Eur.J.Hum. Gen. 1997,5,94−98)を除き研究にのみ使用されている。しかし、常に既知の遺伝子の短い特異的断片を重亜硫酸塩処理によって増幅し、完全に配列決定(Olek,A.およびWalter,J.,Nat.Genet.1997,17,275−276)するか、または「プライマー拡張反応による個々のシトシンの位置」(Gonzalgo,M.L.およびJones,P.A.,Nucl.Acids Res.1997,25,2529−2531,WO 9500669)によって、または酵素切片(Xiong,Z.およびLaird,P.W.,Nucl.Acids Res.1997,25,2532−2534)によって検出されている。特に、ハイブリダイゼーションによる検出も記載されている(Olekら、WO 9928498)。
【0007】
個々の遺伝子におけるメチル化検出のための重亜硫酸塩技術の適用を取り上げているその他の出版物は次のとおりである:Xiong, Z.およびLaird,P.W.(1997),Nucl.Acids Res.25,2532;Gonzalgo,M.L.およびJones,P.A.(1997),Nucl.Acids Res.25,2529;Grigg,S.およびClark,S.(1994),Bioassays 16,431;Zeschnik,M.ら、(1997),Human Molecular Genetics 6,387;Teil, R.ら、(1994),Nucl.Acids Res.22,695;Martin,V.ら、(1995),Gene 157,261;WO 9746705およびWO 9515373.
【0008】
オリゴマーアレイ製造における先行技術に関する概要は、1999年1月に出版された自然発生学特別号(Nature Genetics Supplement,Volume 21,January 1999)と、そこで引用されている文献とから読み取ることができる。
【0009】
DNAを不動化するための様々な方法が存在する。よく知られている方法は、ビオチンで官能化されたDNAのストレプトアビジン−コーティング表面への強固な結合である(Uhlen, M.ら、1988, Nucleic Acids Res.16,3025−3038)。このシステムの結合強度は、1個の結合もない共有結合の化学結合に相当する。標的DNAを共有結合で化学的に調製した表面に結合できるようにするために、対応する標的DNAの官能性を必要とする。DNA自体は、好適である官能化をもたない。標的DNAに好適な官能化を導入する種々の変形がある:2種の容易に操作しうる官能化は、第一級脂肪族アミンおよびチオールである。このようなアミン類は、定量的にN−ヒドロキシスクシンイミドエステルによって変換され、チオールが好適な条件下に定量的にアルキルヨウ化物と反応する。難点は、DNAの中へのこのような官能化の導入にある。最も簡単な変形は、PCRのプライマーによる導入である。前記変形は、5’変性プライマー(NH2およびSH)と二機能リンカーとを利用する。
【0010】
ある表面上の不動化の本質的な構成要素はその性状である。今まで説明した系は、主にケイ素または金属からなる。標的DNAの結合のための別の方法は、標的DNAの中の短い識別配列(たとえば20塩基)を表面不動化したオリゴヌクレオチドへのハイブリダイゼーションに使用することに基づく。標的DNAへの化学的活性の位置の導入に関する酵素の変形も記述されている。この場合、標的DNAに酵素的に5’−NH2官能化が実施される。
【0011】
不動化したDNA−アレーの走査のために、幾度も蛍光的に標識されたプローブが使用されている。蛍光標識に特に好適なのは、各プローブの5’−OHにCy3およびCy5色素の簡単な取り込みである。ハイブリッドしたプローブの蛍光の検出は、たとえば共焦点顕微鏡を介して行われる。色素Cy3およびCy5は、その他の多くの色素と並んで商業的に入手することができる。
【0012】
突然変異の新規検出方法を以下に記載する:
配列決定の特殊事例として、個別塩基プライマー拡張(Genetic Bit Analysis)が言及する価値がある(Head,SR.,Rogers,YH.,Parikh,K.,Lan,G.,Anderson,S.,Goelet,P.,Boycejacino MT.,Nucleic Acids Research,25(24):5065−5071,1997;Picoult−Newberg,L.,Genome Res.9(2):167−174,1999)。増幅と配列決定の組合せは、米国特許第5928906号明細書に記載されており、そこでは塩基特異的末端がマトリックス分子に使用されている。もう1つの方法は、ヌクレオチドの同定のためにリガーゼ/ポリメラーゼ反応を使用する(米国特許第5952174号明細書)。
【0013】
マトリックス介助レーザー脱着/イオン化質量分析法(MALDI)は、生物分子を解析するための非常に有用な開発である(Karas, M.およびHillenkamp,F.(1988),Laser desorption ionization of proteins with molecular masses exeeding 10000 daltons.Anal.Chem.60:2299−2301)。解析体が吸光マトリックスの中へセットされる。短レーザーパルスによってマトリックスが蒸発され、解析体分子がこのようにフラグメント化されずに気相中へ輸送される。マトリックス分子との衝突によって、解析体のイオン化が達成される。印加した電圧がイオンを無電界の飛行管(Flugrohr)の中へ加速する。前記イオンの質量が異なるために、イオンが様々な強さで加速される。より小さいイオンは、より大きいイオンよりも速く検出器に到達する。
【0014】
MALDIは、ペプチドとタンパク質の解析に非常に良く適している。核酸の解析は、若干困難である(Gut,I.G.およびBeck,S.(1995),DNA and Matrix Assisted Laser Desorption Ionization Mass Spectrometry.Molecular Biology:Current Innovations and Future Trends 1:147−157)。核酸の場合は、感度がペプチドの場合より約100倍悪く、フラグメントサイズの増加とともに過度に減少する。多量に負に帯電したバックボーンを有する核酸の場合、マトリックスによるイオン化プロセスは本質的に非効率的である。MALDIの場合、マトリックスの選択は顕著に重要な役割を果たす。ペプチド類の脱着については、非常に微細な結晶化を生じる幾つかの非常に有用なマトリックスが見い出されている。DNAの場合は、確かにこの間に幾つかの興味をひくマトリックスが存在するが、それによって感度差は縮小されなかった。感度差は、DNAがペプチドに類似するように、前記DNAが化学的に変性されることによって縮小させることができる。
【0015】
通常のバックボーンのリン酸塩がチオリン酸塩で置換されたホスホロチオエート核酸は、簡単なアルキル化化学によって電荷中性DNAに変換することができる(Gut,I.G.およびBeck,S.(1995),A procedure for selective DNA alkylation and detection by mass spectrometry.Nucleic Acids Res.23:1367−1373)。この変性DNAへの「電荷標識」(charge tags)のカップリングは、総量がペプチドの場合で見い出されるものと同じ総量分の感度の上昇で生じる。「charge tagging」のもう1つの長所は、非変性基質の検出を非常に困難にする不純物に対する解析の安定性の増大である。
【0016】
ゲノムDNAは、細胞−、組織−またはその他の実験プローブのDNAから標準的方法で得られる。この標準的方法は、「フリッチおよびマニアティス編、分子クローニング:実験マニュアル、1989年」(FritschおよびManiatis eds.,Molecular Cloning:A Laboratory Manual,1989)のような報告書に見い出される。
【0017】
プロモータの間の共通性は、TATAボックスまたはGCボックスの存在にあるのみならず、どの転写因子に対して前記共通性が結合部位を有し、かつ、どの間隔で前記結合部位が互いに存在するかにもある。特定のタンパク質に対して存在する結合部位は、その配列において完全に一致しないが、「ゆらぎ」(Wobbles)の接合、すなわち各々様々な塩基が存在する位置によって、さらに伸長することができる少なくとも4個の塩基の保存順序が見い出される。さらに、前記結合部位は、互いに一定の間隔で存在する。
【0018】
ところが、核体積の大部分を占めるインタフェース−クロマチンの中のDNAの分布は、全く特異的な序列に従う。つまり、DNAは複数の部位で核マトリックスへ核膜の内側で糸状構造を付着させている。この領域は、「マトリックス付着領域(MAR)」(matrix attachment regions (MAR))または「骨格付着領域(SAR)」(scaffold attachment regions (SAR))と呼ばれる。この付着は、転写もしくは複製に本質的な影響を及ぼす。このMAR−フラグメントは、保存配列をもたないが、70%までAもしくはTからなり、転写を一般的に調節するcis−作用領域およびトポイソメラーゼII−識別部位の付近にある。
【0019】
プロモータおよびエンハンサーのほかに、種々の遺伝子のための別の調節要素、いわゆるインシュレータが存在する。このインシュレータは、たとえば前記インシュレータがエンハンサーとプロモータとの間にある場合、あるいはまたヘテロクロマチンと、活性遺伝子をヘテロクロマチンの影響前に保護する遺伝子との間にある場合、プロモータへのエンハンサーの作用を阻害することができる。このようなインシュレータの例:1.DNAase Iに対して高感受性の複数個の部位からなる、いわゆるLCR(locus control regions)、2.SCS(specialized chromatin structures)もしくはSCS’のような特定の配列、350もしくは200bp長さおよびDNAase Iによる変性に対して高抵抗性のおよび高感受性の部位の両側に並ぶ(100bpずつの間隔)。SCS’にはタンパク質BEAF−32が結合する。このインシュレータは当該遺伝子の両側に置くことができる。
【0020】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、ゲノムDNA−プローブの中のシトシン−メチル化およびSNPsの同時検出に特に適している方法を提供することである。その場合、有利には多数のフラグメントが同時に調査できなければならない。
【0021】
【課題を解決するための手段】
この課題は、本発明により、ゲノムDNA−プローブの中の5−メチルシトシンの検出方法によって解決され、その際に下記の
(a)DNAプローブからゲノムDNAを試薬で化学的に置換し、その際に5−メチルシトシンとシトシンとが様々に反応し、これらがそれによって反応後にDNA二重体の中で様々な塩基対挙動を示すステップと
(b)ポリメラーゼと、プライマーとして少なくとも1個のオリゴヌクレオチド(A型)との使用下に前処理したDNAを増幅するステップと
(c)増幅したゲノムDNAを少なくとも1個のオリゴヌクレオチド(B型)で二重体の形成下にnヌクレオチドの既知の配列によってハイブリッドし、前記のハイブリッドしたB型のオリゴヌクレオチドをその3’−末端で部分的または完全に、そのメチル化に関してゲノムDNAプローブの中で調査するべき位置にハイブリッドするステップと
(d)オリゴヌクレオチド(B型)がその3’−末端であらかじめ塩基欠損対なしに調査するべき位置にハイブリッドした場合、前記オリゴヌクレオチドが少なくとも1個のヌクレオチド分だけポリメラーゼによって伸長され、その際少なくとも1個のヌクレオチドが検出可能の標識を有し、この伸長がゲノムDNAプローブの中の各シトシンのメチル化状態に依存するステップと、
(e)伸長したオリゴヌクレオチドが標識の存在について調査されるステップと
が実施される。
【0022】
本発明により、一定の部位のオリゴヌクレオチド(B型)が固相に結合され、または一定の部位の増幅体を固相に結合することが有利である。
【0023】
さらに、様々なオリゴヌクレオチド配列を平滑な固相上に直角格子または六角格子の形態で配列することが有利である。
【0024】
さらに、本発明により、固相表面がケイ素、ガラス、ポリスチレン、アルミニウム、鋼、鉄、銅、ニッケル、銀または金からなることが有利である。
【0025】
また、伸長したオリゴヌクレオチドに取り込まれた標識が、オリゴヌクレオチド配列が存在する固相の各位置で同定可能であることが有利である。
【0026】
本発明により、増幅する際に少なくとも1個のプライマー(A型)が固相に結合されていることが有利である。
【0027】
さらに、本発明により、様々な増幅体を固相上に直角格子または六角格子の形態で配列することを有利とすることができる。
【0028】
DNAの処理を増幅する前に重亜硫酸塩溶液(=ジ亜硫酸塩、水素亜硫酸塩)で実施することが完全に特に有利である。
【0029】
特に、本発明により、増幅がポリメラーゼ連鎖反応(PCR)によって行われることが有利である。
【0030】
さらに、本発明により、使用したA型のオリゴヌクレオチドが塩基T、AおよびCのみまたは塩基T、AおよびGのみを含有することが特に有利である。
【0031】
さらに、ヌクレオチドの標識が蛍光標識であることが有利である。
【0032】
さらに、本発明により、ヌクレオチドの標識が放射性核種であることが有利である。
【0033】
ヌクレオチドの標識が質量分析計で検出される解離可能の質量標識であることが特に有利である。
【0034】
さらに、本発明により、伸長したオリゴヌクレオチドが全て一緒に質量分析計で検出され、それによって前記オリゴヌクレオチドの質量によって明確に標識されていることが有利である。また、伸長したオリゴヌクレオチドの各々1個のフラグメントが質量分析計で検出されることも特に有利である。
【0035】
さらに、本発明により、伸長したオリゴヌクレオチドのフラグメントが1個または複数個のエキソヌクレアーゼまたはエンドヌクレアーゼによる加水分解によって作製されることが有利である。
【0036】
さらに、本発明により、質量分析計におけるよりよい検出可能性のために作製されたフラグメントが個々の正または負の正味電荷を有することが有利である。
【0037】
本発明により、伸長したオリゴヌクレオチドの検出がマトリックス介助レーザー脱着/イオン化質量分析法(MALDI)またはエレクトロスプレー質量分析法(ESI)によって実施され、かつ、視覚化されることが完全に特に有利である。
【0038】
さらに、本発明により、ポリメラーゼが熱安定性DNA−ポリメラーゼである方法が有利である。
【0039】
本発明により、DNAメチル化に補足してSNPsも検出され、かつ、視覚化される方法も有利である。
【0040】
さらに、使用したヌクレオチドが末端ヌクレオチド(C2型)および/または鎖伸長ヌクレオチド(C1型)である方法が有利である。
【0041】
さらに、本発明により、ヌクレオチド(C1型およびC2型)が、ヌクレオべースA、TおよびCまたは塩基GおよびAおよびTのいずれかを含有する群から選ばれる方法が有利である。
【0042】
さらに、本発明により、増幅が反応容器中の複数のDNA切片によって実施されることが有利である。
【0043】
本発明により、ゲノムDNAがDNA−プローブから得られており、DNAのためのソース、たとえば細胞株、血液、痰、便、尿、脳脊髄液が、パラフィンに植え込まれた組織、組織学的スライドおよび全ての可能なこれらの組合せを包含する方法が完全に特に有利である。
【0044】
最後に、本発明により、上流および下流のDNA−鎖のメチル化解析が1回の実験で実施されることが有利である。この解析の実施は、有利には同時に行われる。
【0045】
つまり、ゲノムDNA−プローブの中のメチルシトシンの検出方法が記載されている。
【0046】
この方法は、全DNAまたはそのフラグメントの増幅、ハイブリッド化および伸長反応を含む。この方法は、メチルシトシンと同時に単一ヌクレオチド多型(SNPs)および突然変異の検出に利用することができる。
【0047】
解析されるゲノムDNAは、有利にはDNAの通常のソース、たとえば細胞株、血液、痰、便、尿、脳脊髄液が、パラフィンに植え込まれた組織、組織学的スライドおよび全ての可能なこれらの組合せから得られる。
【0048】
この方法の第1ステップで、使用したDNAが有利には重亜硫酸塩(=ジ亜硫酸塩、水素亜硫酸塩)またはさらに別の化学薬品によって、塩基対挙動に関して様々な塩基が作製するように塩基の5位にメチル化されていない全てのシトシン塩基が変化されるように処理され、他方、5位にメチル化したシトシンが不変のままに残る。重亜硫酸塩を使用するときは、非メチル化シトシン塩基に添加される。次いで、その後のアルカリ加水分解はウラシル中の非メチル化シトシン−ヌクレオべースの変換に供される。
【0049】
この方法の第2ステップで、前処理されたDNAが有利には熱安定性のポリメラーゼと少なくとも1個のプライマー(A型)の使用下に増幅される。
【0050】
この方法の特に有利な変形において、A型のプライマーによる増幅はポリメラーゼ連鎖反応(PCR)によって実施される。
【0051】
この方法の有利な一変形において、複数個のDNA−フラグメントの増幅が1つの反応容器の中で実施される。これは、種々のプライマーがそれぞれ一定のフラグメントを作製する、いわゆるマルチプレックスPCRとすることができる。種々の定義された増幅が1つの反応容器の中で実施される。もう1つの特に有利なこの方法の変形において、プライマーが目標を定めてかつ再現可能にその都度複数個のフラグメントを増幅する。これは、前記フラグメントがたとえばゲノム中の反復要素に結合することによって達成することができる。特に有利なこの方法の変形において、プライマーが転写因子結合サイト、プロモータまたは遺伝子中のその他の調節要素に結合する。特に有利なこの方法の変形において、増幅が固相に結合しているプライマーの伸長によって行われる。別の意味でのマルチプレックスPCRは、様々なプライマーが固相の種々の定義された箇所に結合していることによって実施することができる。
【0052】
第2方法ステップのさらに有利な変形において、様々なオリゴヌクレオチド配列が直角または六角の格子の形態で配列されている固相が平滑である。これは結果的に、様々な増幅体も固相上に直角または六角の格子の形態で配列されていることになる。上述のように、この場合には複数個の増幅体が直接固相上で作製される。
【0053】
固相表面は、有利には、ケイ素、ガラス、ポリスチレン、アルミニウム、鋼、鉄、銅、ニッケル、銀または金からなる。
【0054】
特に有利なこの方法の変形において、A型のオリゴヌクレオチドは、塩基T、AおよびCのみまたは塩基T、AおよびGのみのいずれかの塩基を含有する。
【0055】
第3方法ステップにおいて、少なくとも1個のプライマー(B型)で増幅されたゲノムDNAが二重体の形成下にハイブリッドされる。ハイブリッドされたB型のオリゴヌクレオチドは、それぞれその3’−末端で、該オリゴヌクレオチドのメチル化に関してゲノムDNA−プローブの中で調査される位置に結合する。このとき、2つの場合を区別することができる:調査される配列がプライマーに対してその3’末端でも完全に相補性があり、この場合には、次のステップにおけるプライマーの伸長が1個のポリメラーゼ反応で可能であり、またはさらにこの配列がプライマーの配列に対して3’−末端で完全に相補性がなく、この場合にはプライマーの伸長を行うことができない。特定のCpG位置がメチル化について調査されるときは、2つの可能な状態がある。化学的な前処理、有利には重亜硫酸塩による前処理によって、CGのメチル化時に、非メチル化シトシンの存在によりUGもしくは増幅後にTGが生じる。有利には、この場合の実験が2種類のプライマーによって実施され、それぞれがこの状態の1つで完全な相補性と、それにより鎖伸長のための可能性とがそれぞれ両方の可能な場合の一方で生じる。
【0056】
まだ増幅体が固相に結合していないときは、この増幅体にハイブリッドしたオリゴヌクレオチドをその5’−末端でまたは別の塩基でまたはそのバックボーンを介して固相と結合することができるが、その3’−末端を介しては結合できない。有利には5’−末端を介して結合が行われる。有利な変形において、様々なオリゴヌクレオチド配列(B型)が直角または六角の格子の形態で配列されている固相が平滑である。
【0057】
この固相表面は、有利には、ケイ素、ガラス、ポリスチレン、アルミニウム、鋼、鉄、銅、ニッケル、銀または金からなる。
【0058】
第4方法ステップで、作製したオリゴヌクレオチドが熱安定性ポリメラーゼによって少なくとも1個のヌクレオチド、最大で10個のヌクレオチドまで伸長され、少なくとも1個のヌクレオチドが検出可能の標識を有する。伸長の方式は、この場合、ゲノムDNA−プローブの中の各シトシンのメチル化状態に依存し、さらにまた場合により存在するSNPs、点突然変異または欠失、挿入および逆位にも依存する。
【0059】
基本的に、末端オリゴヌクレオチド(C2型)のみが必要である。ところが、それぞれの配列に応じて、各配列コンテキストで可能である場合、鎖伸長オリゴヌクレオチドも使用してよい。
【0060】
この方法の有利な変形において、使用したヌクレオチドが末端ヌクレオチド(C2型)および/または鎖伸長ヌクレオチド(C1型)である。特に有利なこの方法の変形において、C1型および/またはC2型のヌクレオべースは、塩基T、AおよびCまたは塩基T、AおよびGを含有する群から選ばれる。
【0061】
伸長されたB型のオリゴヌクレオチドの標識は、有利には吸収色素および/または化学蛍光剤および/または放射性同位元素および/または第4方法ステップで接合されたヌクレオチドを介して導入される蛍光標識を介して行われる。有利には、同様にこの標識が伸長したオリゴヌクレオチドの分子量を介して行われる。好ましくは、蛍光マーカーが、たとえばCy5−dCTPのような蛍光標識ヌクレオチドによって導入される。
【0062】
第5方法ステップにおいて、伸長したオリゴヌクレオチドが標識の存在について調査される。平滑な固相が使用されるとき、解析は、当初オリゴヌクレオチドが不動化された固相上の各箇所で行われる。
【0063】
特に有利なこの方法の変形において、その蛍光を介して伸長したオリゴヌクレオチドの検出が行われる。
【0064】
この方法の有利な変形において、伸長したオリゴヌクレオチドのフラグメントは1個または複数個のエキソヌクレアーゼまたはエンドヌクレアーゼによる加水分解によって作製される。
【0065】
特に有利なこの方法の変形において、ヌクレオチドの標識は、質量分析計で検出可能である解離可能の質量標識である。
【0066】
解離可能の質量標識、伸長したオリゴヌクレオチド全部またはそのフラグメントは、特に有利なこの方法の変形において、マトリックス介助レーザー脱着/イオン化質量分析法(MALDI−MS)またはエレクトロスプレー質量分析法(ESI)によってそれらの明確な質量を利用して検出され、かつ、視覚化される。
【0067】
好ましくは、質量分析計で検出されたフラグメントは、個々の正または負の正味電荷を有する。
【0068】
特に有利なこの方法の変形において、SNPs(単一ヌクレオチド多型)とシトシン−メチル化とが1回の実験で解析される。
【0069】
特に有利なこの方法の変形において、DNA−プローブの下流鎖および上流鎖が、内部での実験コントロールを保証するために、化学的前処理後に1回の実験で解析される。
【0070】
本発明の別の目的は、重亜硫酸塩反応の実施および/または増幅、ハイブリッド化、伸長反応および/またはポリメラーゼの実施のための化学薬品および補助剤および/またはこの方法の実施のための整備資料を含むキットである。
【0071】
【発明の実施の形態】
以下の例が本発明を説明する。
【0072】
【実施例】
実施例1:
以下の例は、特定のCG位置がメチル化について調査される第VIII−因子遺伝子のエクソン23のフラグメントに関する。
【0073】
第1ステップで、このフラグメントがA型のプライマーによって、しかもATTATGTTGGAGTAGTAGAGTTTAAATGGTT(配列番号1)およびACTTAACACTTACTATTTAAATCACAACCCAT(配列番号2)によって増幅される。増幅されたDNAはB型のオリゴヌクレオチド(例えばGTTGGATGTTGTTGAGAAACG(配列番号3))にハイブリッドされ、ポリメラーゼ反応で標識された2’,3’,−ジデスオキシチミジントリフォスフェート(C2型)により伸長される。CGが1個の場合のみ、すなわち当初のゲノムDNA−プローブの中にメチル化されたシトシンを有する場合にのみ、前記伸長を行うことができ、それ以外は欠損対がプライマーの3’−末端でポリメラーゼ反応を阻害する。従って、それぞれ調査するべきシトシンのメチル化状態がプライマーの伸長を決定する。
【0074】
コントロールのために、この反応はプライマーGTTGGATGTTGTTGAGAAATG(配列番号4)で実施することができる。この場合には、被調査DNA−プローブの中で前記位置に非メチル化シトシンが共されている場合にのみ、伸長が行われる。ラベルは、たとえばddTTPまたはRediprimeII(登録商標)のためのMegaprime(登録商標)のような吸収色素としてよい。
【0075】
実施例2:
以下の例は、特定のCG位置がメチル化について調査される第VIII−因子遺伝子のエクソン23のフラグメントに関する。
【0076】
第1ステップで、このフラグメントがA型のプライマーによって、しかもATTATGTTGGAGTAGTAGAGTTTAAATGGTT(配列番号1)およびACTTAACACTTACTATTTAAATCACAACCCAT(配列番号2)によって増幅される。増幅されたDNAは、その5’末端で固相表面に不動化されたB型のオリゴヌクレオチド(たとえばGTTGGATGTTGTTGAGAAACG(配列番号3))にハイブリッドされ、ポリメラーゼ反応で標識された2’,3’,−ジデスオキシチミジントリフォスフェート(C2型)により伸長される。CGが1個の場合のみ、すなわち当初のゲノムDNAプローブの中にメチル化されたシトシンを有する場合にのみ、前記伸長を行うことができ、それ以外は欠損対がプライマーの3’−末端でポリメラーゼ反応を阻害する。従って、それぞれ調査するべきシトシンのメチル化状態がプライマーの伸長を決定する。
【0077】
コントロールのために、この反応はプライマーGTTGGATGTTGTTGAGAAATG(配列番号4)で実施することができる。この場合には、被調査DNA−プローブの中で前記位置に非メチル化シトシンが共されている場合にのみ、伸長が行われる。ラベルは、たとえばddTTPまたはRediprimeII(登録商標)のためのMegaprime(登録商標)のような吸収色素としてよい。
【0078】
実施例3:
以下の例は、特定のCG位置がメチル化について調査される第VIII −因子遺伝子のエクソン23のフラグメントに関する。
【0079】
第1ステップで、このフラグメントがA型のプライマーによって、しかもATTATGTTGGAGTAGTAGAGTTTAAATGGTT(配列番号1)およびACTTAACACTTACTATTTAAATCACAACCCAT(配列番号2)によって増幅される。この増幅のために、重亜硫酸塩で処理したDNAを5分間96℃でインキュベートして、その後40サイクルで各々50秒間96℃で変性し、75秒間61.7℃でインキュベート(アニーリング)し、100秒間72℃でインキュベート(伸長)した。それに続く反応(最終伸長)で、反応試薬を15分間72℃でインキュベートする。増幅したDNAは、オリゴヌクレオチドAAAAACTACAAAAACTCT(配列番号5)(図1のスポット1)およびAAAAACTACGAAAACTCT(配列番号6)(図1のスポット2)にハイブリッドし、これを固相で不動化した。伸長反応のために、2’−デスオキシチミジントリフォスフェート(dTTP、C1型として)、2’−デスオキシグアノシントリフォスフェート(dGTP、C1型として)、2’−デスオキシアデノシントリフォスフェート(dATP、C1型として)および2’−デスオキシシチジントリフォスフェート(dCTP、C1型として)が必要であり、その際補足して蛍光標識2’−デスオキシシチジントリフォスフェートが3:1の比率(非標識2’−デスオキシシチジントリフォスフェートを基準)で添加される。増幅体と、デスオキシヌクレオチド混合物と10x緩衝液とからなる反応試薬を15分間96℃でインキュベートする。それにつづくプライマー伸長反応のために、DNAポリメラーゼ、ここではクレナウ・フラグメント、を添加し、この反応混合物を夜通し37℃で固相上にインキュベートする。下図に識別されるように、実施したプライマー伸長はDNAのメチル化状態を推測させる。スポット1とスポット2の比較は、図1に示したように、このメチル化状態に関する言表を可能にする:本発明の場合において、スポット1のシグナルの強さによって非メチル化CpGが検出される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、スポット1とスポット2との比較を示す説明図である。
【配列表】
Claims (25)
- ゲノムDNA−プローブ中の規定された5−メチルシトシンの検出又は規定された5−メチルシトシン及びSNPを検出する方法であって、下記ステップ:
(a) DNA−プローブからゲノムDNAを重亜硫酸塩(=ジ亜硫酸塩、水素亜硫酸塩)溶液で化学的に処理して5−メチルシトシンは変換されないが、シトシンをウラシルに変換させ、それにより上記重亜硫酸塩処理の結果としてDNA二重体が異なる塩基対挙動を示す変換ステップ;
(b) ステップ(a)により重亜硫酸塩で処理されたDNAの規定されたフラグメントを、ポリメラーゼ及び少なくとも一つのプライマーオリゴヌクレオチドを用いて増幅するステップ;
(c) 増幅されたゲノムDNAを、既知の配列を有する少なくとも1個のオリゴヌクレオチドにハイブリッドして二重体を形成させ;それにより前記オリゴヌクレオチッドをその3’−末端で、それらのメチル化の状態に関して調査されるべきゲノムDNA−プローブ内の位置に完全に又は部分的にハイブリッドするステップ;
(d) その3’−領域が、調査されるべきゲノムDNAプローブ内の位置に完全にハイブリッドするステップ(c)によるオリゴヌクレオチドは、ポリメラーゼによって少なくとも1個のヌクレオチド分だけ伸長して、それにより少なくとも1個のヌクレオチドが検出可能の標識を有するが、これに対し、3’−領域が、調査されるべきゲノムDNAプローブ内の位置に部分的にハイブリッドするステップ(c)によるオリゴヌクレオチドは伸張しないステップ;及び
(e) 伸長したオリゴヌクレオチドを標識の存在について分析するステップ;を実施することを特徴とする上記方法。 - 前記オリゴヌクレオチドが、定義された箇所で固相に結合することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 増幅体が、限定された箇所で固相に結合することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 異なったオリゴヌクレオチド配列が、矩形格子又は六角形格子の形で平らな固相面に配列されることを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 固相表面が、ケイ素、ガラス、ポリスチレン、アルミニウム、鋼、鉄、銅、ニッケル、銀又は金で構成されることを特徴とする請求項2ないし4のいずれか一項に記載の方法。
- 伸長したオリゴヌクレオチドに取り付けられる標識が、オリゴヌクレオチド配列が存在する固相の各位置で同定可能であることを特徴とする請求項2ないし5のいずれか一項に記載の方法。
- 少なくとも1個のプライマーが、増幅の間に固相に結合することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 様々な増幅体が固相上に長方形格子又は六角格子の形態で配列されることを特徴とする請求項1、3又は7に記載の方法。
- 増幅を、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)によって行なうことを特徴とする上記請求項1ないし8のいずれか一項に記載の方法。
- 請求項1で使用したタオプAのオリゴヌクレオチドが、塩基T、A及びC、又は塩基T及びA及びGのいずれかの塩基群を含有することを特徴とする上記請求項1ないし9のいずれか一項に記載の方法。
- 請求項1で使用したヌクレオチドの標識が、蛍光標識であることを特徴とする上記請求項1ないし10のいずれか一項に記載の方法。
- ヌクレオチドの標識が、放射性核種であることを特徴とする請求項1ないし10のいずれか一項に記載の方法。
- ヌクレオチドの標識が、質量分析計で検出される分離可能な質量標識であることを特徴とする請求項1ないし10のいずれか一項に記載の方法。
- 伸長したオリゴヌクレオチドが全て一緒に質量分析計で検出され、それによって前記オリゴヌクレオチドの質量により明確に標識にされることを特徴とする請求項1ないし10のいずれか一項に記載の方法。
- 伸長したオリゴヌクレオチドの各々1個のフラグメントが、質量分析計で検出されることを特徴とする請求項1ないし10のいずれか一項に記載の方法。
- 伸長したオリゴヌクレオチドのフラグメントが、1個又は複数個のエキソヌクレアーゼ又はエンドヌクレアーゼによる加水分解によって作られることを特徴とする請求項15記載の方法。
- 質量分析計におけるよりよい検出可能性のために、作製されたフラグメントが個別的に正又は負の正味電荷を有することを特徴とする請求項16記載の方法。
- 伸長したオリゴヌクレオチドの検出が、マトリックス介助レーザー脱着/イオン化質量分析法(MALDI)又はエレクトロスプレー質量分析法(ESI)を利用して実施され、かつ視覚化されることを特徴とする請求項1ないし17のいずれか一項に記載の方法。
- ポリメラーゼが、熱安定性DNA−ポリメラーゼである請求項1ないし18のいずれか一項に記載の方法。
- SNPsも検出され、DNA−メチル化に加えて視覚化される請求項1ないし19のいずれか一項に記載の方法。
- ステップ(b)の増幅に用いられたヌクレオチドが、末端ヌクレオチド及び/又は鎖伸長ヌクレオチドである上記請求項1に記載の方法。
- ステップ(b)の増幅用ヌクレオチドが、ヌクレオ塩基群A、T及びC又は塩基群G及びA並びにTよりなる群から選択される請求項1に記載の方法。
- 複数個のDNAセグメントの増幅が、一つの反応容器中で実施されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- ゲノムDNAがDNAプローブから得られ、DNAのソースが、パラフィンに埋め込まれた細胞株,血液,痰,便,尿,脳脊髄液が、組織,組織学的スライド及び可能な全てのそれらの組合せを包含する請求項1に記載の方法。
- 上方及び下方のDNAストランドのメチル化の解析が、1回の実験で実施されることを特徴とする請求項1ないし23のいずれか一項に記載の方法。
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