JP5114705B2 - Bipyridine-modified nucleoside or nucleotide and method for detecting methylcytosine using the same - Google Patents

Bipyridine-modified nucleoside or nucleotide and method for detecting methylcytosine using the same Download PDF

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本発明は、ビピリジン修飾ヌクレオシド又はヌクレオチドに関する。また、本発明は、ビピリジン修飾ヌクレオチドを用いて、DNA試料中の目的塩基がシトシンであるかメチルシトシンであるかを判定するメチルシトシン検出方法に関する。更に、本発明は、当該メチルシトシン検出方法に用いるプローブ、キット、核酸チップ、及びメチルシトシン検出装置に関する。   The present invention relates to bipyridine modified nucleosides or nucleotides. The present invention also relates to a method for detecting methylcytosine that uses bipyridine-modified nucleotides to determine whether the target base in a DNA sample is cytosine or methylcytosine. Furthermore, the present invention relates to a probe, a kit, a nucleic acid chip, and a methyl cytosine detection device used in the methyl cytosine detection method.

エピジェネティクスは、ゲノムを生理的に修飾するDNAメチル化、DNAとタンパク質との複合体であるクロマチン、クロマチンを構成する多くのタンパク質の翻訳後修飾から成立しており、統合的に遺伝子発現を制御している。   Epigenetics consists of DNA methylation that physiologically modifies the genome, chromatin, which is a complex of DNA and protein, and post-translational modification of many proteins that make up chromatin. I have control.

クロマチン中のヒストンの修飾については、転写誘導の際に、ヒストン修飾によるクロマチン構造変換が重要な役割を果たす。例えば、ヒストンアセチル化酵素によるアセチル化が引き金となって、クロマチンのリモデリングが誘導され、基本転写因子とRNAポリメラーゼによる転写が開始する。また、ヒストンのメチル化やリン酸化は、転写の制御、サイレンシング、クロマチン凝縮などを引き起こす。   Regarding the modification of histones in chromatin, chromatin structural conversion by histone modification plays an important role in the induction of transcription. For example, acetylation by histone acetylase triggers chromatin remodeling, and transcription by basic transcription factors and RNA polymerase begins. Histone methylation and phosphorylation also cause transcriptional control, silencing, and chromatin condensation.

また、多くの真核生物ではゲノム中のCpGジヌクレオチドの60〜90%が、シトシン5位炭素原子のメチル化を受けている。メチル化CpGは反復配列を多く含むヘテロクロマチンやトランスポゾンに見られており、ウィルスやトランスポゾンの活性化を抑えていると考えられる。また、CpGのメチル化とヒストン修飾とは、相互に協調している。   In many eukaryotes, 60 to 90% of CpG dinucleotides in the genome undergo methylation at the 5th carbon atom of cytosine. Methylated CpG is found in heterochromatin and transposons containing many repetitive sequences, and is thought to suppress the activation of viruses and transposons. CpG methylation and histone modification are coordinated with each other.

例外的に、多くの遺伝子のプロモーター領域にあるCGリッチな領域(CpGアイランド)ではメチル化を受けていない。さらにその例外として、インプリンティングされる遺伝子、女性の不活化X染色体ではCpGアイランドがメチル化されている。また、がん細胞におけるがん抑制遺伝子のプロモーター領域でもCpGアイランドがメチル化されている。従って、シトシンのメチル化は、癌の発生、再発、転移のマーカーとして使用することができ、遺伝子中のシトシンがメチル化されているか否かの簡単な検出方法が求められている。   Exceptionally, the CG rich region (CpG island) in the promoter region of many genes is not methylated. Furthermore, as an exception, CpG islands are methylated in the imprinted gene, the female inactivated X chromosome. CpG islands are also methylated in the promoter region of a tumor suppressor gene in cancer cells. Therefore, methylation of cytosine can be used as a marker for cancer occurrence, recurrence, and metastasis, and there is a need for a simple method for detecting whether cytosine in a gene is methylated.

特許文献1,2は、DNA試料を重亜硫酸塩で処理してメチル化されていないシトシンをウラシルに変化させ、次いで、ウラシルよりメチル化シトシンを優先的に増幅するプライマーを用いてPCRを行い、増幅の有無を検出することによりシトシンがメチル化されていたか否かを判定する方法を教えている。しかし、この方法は、メチルシトシンではなく大多数を占めるシトシンを変化させるため、全てのシトシンの変換効率が判定結果に影響を与え、その分判定精度が低くなる。   In Patent Documents 1 and 2, DNA samples are treated with bisulfite to change unmethylated cytosine to uracil, and then PCR is performed using primers that preferentially amplify methylated cytosine over uracil. It teaches how to determine whether cytosine has been methylated by detecting the presence or absence of amplification. However, since this method changes the cytosine that occupies the majority instead of methylcytosine, the conversion efficiency of all cytosines affects the determination result, and the determination accuracy decreases accordingly.

また、特許文献3は、5−メチルシトシンと特異的に結合する抗体を1本鎖DNAと接触させ、DNA鎖に結合した抗体量を測定することにより、DNAメチル化率を決定する方法を教えている。しかし、この方法は、抗体の作成や、DNA試料のPCRによる増幅などを行う必要があり、手間がかかる。   Patent Document 3 teaches a method for determining the DNA methylation rate by contacting an antibody that specifically binds to 5-methylcytosine with single-stranded DNA and measuring the amount of antibody bound to the DNA strand. ing. However, this method requires preparation of antibodies and amplification of DNA samples by PCR, which is troublesome.

また、非特許文献1は、2本鎖DNA試料を過マンガン酸カリウム及びヒドロキシルアミンで酸化し、次いでピペリジン処理することにより、2本鎖DNAにミスマッチが存在するか否かを検出できることを教えている。この方法はヒドロキシルアミンが必須である(図2、3参照)。しかし、この方法はミスマッチの存在を検出できるだけであり、DNA試料中のシトシンとメチルシトシンとを区別することはできない。   Non-Patent Document 1 teaches that it is possible to detect whether or not a mismatch exists in double-stranded DNA by oxidizing a double-stranded DNA sample with potassium permanganate and hydroxylamine and then treating with piperidine. Yes. This method requires hydroxylamine (see FIGS. 2 and 3). However, this method can only detect the presence of mismatches and cannot distinguish between cytosine and methylcytosine in DNA samples.

また、非特許文献2は、メチルシトシン又はシトシンに特異的な反応を誘導し、その反応の有無を検出することにより、DNA試料中の目的塩基がシトシンであるかメチルシトシンであるかを判定する方法を開示している。そして、非特許文献2では、DNA試料中のメチルシトシン又はシトシンに対する特異的な反応に関しては、目的塩基を有するヌクレオチドを除きそれに隣接する両側の領域と相補的なガイドプローブ(バルジ形成プローブ)又は目的塩基と対応する塩基とだけがミスマッチしているガイドプローブ(ミスマッチ形成プローブ)を使用する方法を教示している。具体的には、非特許文献2は、バルジ形成プローブ又はミスマッチ形成プローブとDNA試料とをハイブリダイズさせることにより、目的塩基を有するヌクレオチドのみが二重らせんから外部に飛び出したバルジ構造又は目的塩基を有するヌクレオチドを含む塩基対が二重らせん中で緩んだ構造を形成させることができ、これによって、目的塩基に対して特異的ば反応を引き起こすことが可能になることを教示している。しかしながら、非特許文献2の方法では、目的塩基以外にメチルシトシンが存在している場合に、それが誤検出される畏れがある。そのため、非特許文献2の方法において誤検出を抑制するためには、エキソヌクレアーゼ等を用いてハイブリダイズ産物の1本鎖部分を除去する処理が不可欠であった。このような理由から、非特許文献2の方法では、操作の簡便化、測定時間の短縮化等の点で更に改善が望まれている。   Non-Patent Document 2 determines whether the target base in a DNA sample is cytosine or methylcytosine by inducing a reaction specific to methylcytosine or cytosine and detecting the presence or absence of the reaction. A method is disclosed. In Non-Patent Document 2, regarding a specific reaction to methylcytosine or cytosine in a DNA sample, a guide probe (bulge-forming probe) complementary to the regions on both sides adjacent to it excluding nucleotides having the target base or the target It teaches how to use a guide probe (mismatch forming probe) in which only the base and the corresponding base are mismatched. Specifically, Non-Patent Document 2 discloses a bulge structure or target base in which only nucleotides having a target base jump out of a double helix by hybridizing a bulge-forming probe or mismatch-forming probe and a DNA sample. It teaches that base pairs containing nucleotides can form a loose structure in the double helix, which can cause a specific reaction to the base of interest. However, in the method of Non-Patent Document 2, when methylcytosine is present in addition to the target base, it may be erroneously detected. Therefore, in order to suppress erroneous detection in the method of Non-Patent Document 2, it is essential to remove the single-stranded portion of the hybridized product using exonuclease or the like. For these reasons, the method of Non-Patent Document 2 is desired to be further improved in terms of simplification of operation and shortening of measurement time.

このような従来技術を背景として、更に簡便で高精度に、チルシトシンとシトシンとを区別する方法を確立して、より有用性が高く実用的なメチルシトシンの検出方法を提供することが望まれていた。
特表2004−527241号公報 特表2004−500892号公報 特表2004−347508号 Chinh Bui et al., “Chemical cleavage reactions of DNA on solid support: application in mutation detection”, BMC Chemical Biology,2003,Vol.3 Akimitsu Okamoto et al., “Sequence-selective osmium oxidation of DNA: ef.cient distinction between 5-methylcytosine and cytosine”, Organic & Biomolecular Chemistry., 2006, 4, 1638-1640
Against the background of such conventional technology, it is desired to establish a method for distinguishing tilcytosine and cytosine more easily and with high accuracy, and to provide a more useful and practical method for detecting methylcytosine. It was.
JP-T-2004-527241 JP-T-2004-500892 Special table 2004-347508 Chinh Bui et al., “Chemical cleavage reactions of DNA on solid support: application in mutation detection”, BMC Chemical Biology, 2003, Vol.3 Akimitsu Okamoto et al., “Sequence-selective osmium oxidation of DNA: ef.cient distinction between 5-methylcytosine and cytosine”, Organic & Biomolecular Chemistry., 2006, 4, 1638-1640

本発明の目的は、DNA試料中の目的塩基がシトシンであるかメチルシトシンであるかを判定するために好適に使用される新規なビピリジン修飾ヌクレオシド又はヌクレオチドを提供することである。更に、本発明は、簡便で高精度にDNA試料中の目的塩基がシトシンであるかメチルシトシンであるかを判定するメチルシトシン検出方法、それに使用されるプローブ、キット、核酸チップ、及びメチルシトシン検出装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a novel bipyridine-modified nucleoside or nucleotide that is suitably used for determining whether a target base in a DNA sample is cytosine or methylcytosine. Furthermore, the present invention provides a methyl cytosine detection method for determining whether a target base in a DNA sample is cytosine or methyl cytosine, and a probe, kit, nucleic acid chip, and methyl cytosine detection used in the DNA sample. An object is to provide an apparatus.

上記課題を解決するために本発明者らが鋭意検討を行ったところ、ビピリジン基で修飾させたヌクレオチドが含まれているバルジ形成プローブ又はミスマッチ形性プローブによれば、これらのプローブがDNA試料とハイブリダイズした状態では、当該ビピリジン基が作用可能な目的塩基が制限されるため、当該ビピリジン基と反応対象なるメチルシトシンの選択性を高めることができることを見出した。即ち、本発明者らは、新規なビピリジン修飾ヌクレオシド又はヌクレオチド、及びDNA試料中の目的塩基がメチルシトシンであるかシトシンであるか判定する方法に関して、以下の知見を得た。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors diligently studied. According to a bulge-forming probe or a mismatch-type probe containing a nucleotide modified with a bipyridine group, these probes are separated from a DNA sample. It has been found that in the hybridized state, the target base on which the bipyridine group can act is limited, so that the selectivity of methylcytosine to be reacted with the bipyridine group can be increased. That is, the present inventors have obtained the following knowledge regarding a novel bipyridine-modified nucleoside or nucleotide and a method for determining whether a target base in a DNA sample is methylcytosine or cytosine.

(i) 下記一般式(1)で表されるヌクレオシド又はヌクレオチドは、その4,4'−ビピリジン基が、オスミウム酸を介してメチルシトシンと選択的に結合できる。   (i) In the nucleoside or nucleotide represented by the following general formula (1), the 4,4′-bipyridine group can be selectively bonded to methylcytosine via osmic acid.

Figure 0005114705
Figure 0005114705

[式(1)中、nは0〜3の整数を示し、
1は、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、又はアミノ基を示し、
Zは、ハロゲン原子、炭素数1〜10のアルキル基、カルボキシル基、アミノ基、ジメチルアミノ基、及びカルバモイル基よりなる群から選択される少なくとも1種で置換されていてもよい4,4'−ビピリジン基が、リンカーを介して結合している核酸塩基を示す。]
[In the formula (1), n represents an integer of 0 to 3,
R 1 represents a hydrogen atom, a halogen atom, a hydroxyl group, or an amino group,
Z may be substituted with at least one selected from the group consisting of a halogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a carboxyl group, an amino group, a dimethylamino group, and a carbamoyl group. A bipyridine group represents a nucleobase bonded via a linker. ]

(ii) 以下の(a)のガイドプローブ(ミスマッチ形成プローブ)を使用してDNA試料とハイブリダイズさせることにより、目的塩基を有するヌクレオチドを含む塩基対が二重らせん中で緩んだ構造をとり、DNA試料中のその他のヌクレオチドは二重らせん構造中に埋没するため、目的塩基にのみ反応を引き起こすことができる構造になる。
(a)ガイドプローブ
(1)DNA試料とハイブリダイズできる、
(2)DNA試料の検出目的とするシトシン又はメチルシトシンと対合する塩基はミスマッチする、及び
(3)下記一般式(1-1)で表されるヌクレオチド残基を含んでいる。
(ii) By using the following guide probe (mismatch formation probe) of (a) to hybridize with a DNA sample, a base pair containing a nucleotide having a target base takes a loose structure in a double helix, Other nucleotides in the DNA sample are buried in the double helix structure, so that the reaction can be caused only by the target base.
(a) Guide probe
(1) can hybridize with DNA sample,
(2) the base pairing with cytosine or methylcytosine for detection of DNA sample is mismatched; and
(3) It contains a nucleotide residue represented by the following general formula (1-1).

Figure 0005114705
Figure 0005114705

(iii) 更に、以下の(b)のガイドプローブ(バルジ形成プローブ)を使用してDNA試料とハイブリダイズさせることにより、目的塩基を有するヌクレオチドのみ二重らせんから外部に飛び出したバルジ構造を形成し、DNA試料中のその他のヌクレオチドは二重らせん構造中に埋没するため、目的塩基にのみ反応を引き起こすことができる構造になる。
(1)DNA試料とハイブリダイズできる、
(2)DNA試料の検出目的とするシトシン又はメチルシトシンと対合するヌクレオチドを欠失している、及び
(3)上記一般式(1-1)で表されるヌクレオチド残基を含んでいる。
(iii) Furthermore, by using the following guide probe (bulge forming probe) of (b) to hybridize with the DNA sample, a bulge structure in which only nucleotides having the target base jump out of the double helix is formed. The other nucleotides in the DNA sample are buried in the double helix structure, so that the reaction can be caused only by the target base.
(1) can hybridize with DNA sample,
(2) a deletion of a nucleotide pairing with cytosine or methylcytosine for detection of a DNA sample; and
(3) It contains a nucleotide residue represented by the above general formula (1-1).

(iv) 上記(ii)又は(iii)のようにDNA試料とガイドプローブとをハイブリダイズさせて、目的塩基にのみ反応を引き起こすことができる構造にした後に、オスミウム酸塩を作用させることにより、目的塩基がメチルシトシンであるか、シトシンであるかによって異なる反応物が生じる。即ち、目的塩基がメチルシトシンであれば、当該メチルシトシンと、ガイドプローブに挿入されている一般式(1-1)で表されるヌクレオチド残基中の4,4'−ビピリジン基とが、オスミウム酸を介して結合して、DNA試料とガイドプローブとの間にクロスリンクが形成される。一方、目的塩基がシトシンであれば、DNA試料とガイドプローブとの間にはクロスリンクが形成さない。   (iv) By hybridizing a DNA sample and a guide probe as described in (ii) or (iii) above to form a structure that can cause a reaction only to the target base, by allowing osmate to act, Different reactants are generated depending on whether the target base is methylcytosine or cytosine. That is, if the target base is methylcytosine, the methylcytosine and the 4,4′-bipyridine group in the nucleotide residue represented by the general formula (1-1) inserted into the guide probe are osmium. Binding through an acid forms a crosslink between the DNA sample and the guide probe. On the other hand, if the target base is cytosine, no crosslink is formed between the DNA sample and the guide probe.

(v) 従って、上記(iv)のようにオスミウム酸塩を作用させた後に、DNA試料とガイドプローブとの間のクロスリンクの形成の有無を検出することにより、問題となる塩基がシトシンであるかメチルシトシンであるかを判定することができる。   (v) Therefore, the base in question is cytosine by detecting the presence or absence of the formation of a cross-link between the DNA sample and the guide probe after the osmate is acted as in (iv) above. Or methylcytosine can be determined.

本発明は、上記知見に基づき完成されたものであり、下記の新規なビピリジン修飾ヌクレオシド又はヌクレオチド、メチルシトシン検出方法等を提供する。
項1. 一般式(1)で表されるヌクレオシド又はヌクレオチド。
The present invention has been completed based on the above findings, and provides the following novel bipyridine-modified nucleoside or nucleotide, methylcytosine detection method and the like.
Item 1. A nucleoside or nucleotide represented by the general formula (1).

Figure 0005114705
Figure 0005114705

[式(1)中、nは0〜3の整数を示し、
1は、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、又はアミノ基を示し、
Zは、ハロゲン原子、炭素数1〜10のアルキル基、カルボキシル基、アミノ基、ジメチルアミノ基、及びカルバモイル基よりなる群から選択される少なくとも1種で置換されていてもよい4,4'−ビピリジン基が、リンカーを介して結合している核酸塩基を示す。]
項2. 前記核酸塩基が、プリン塩基、7−デアザプリン塩基、又はピリミジン塩基である、項1に記載のヌクレオシド又はヌクレオチド。
項3. 前記リンカーが、以下のいずれかの構造である、項1又は2に記載のヌクレオシド又はヌクレオチド。
[In the formula (1), n represents an integer of 0 to 3,
R 1 represents a hydrogen atom, a halogen atom, a hydroxyl group, or an amino group,
Z may be substituted with at least one selected from the group consisting of a halogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a carboxyl group, an amino group, a dimethylamino group, and a carbamoyl group. A bipyridine group represents a nucleobase bonded via a linker. ]
Item 2. Item 2. The nucleoside or nucleotide according to Item 1, wherein the nucleobase is a purine base, a 7-deazapurine base, or a pyrimidine base.
Item 3. Item 3. The nucleoside or nucleotide according to Item 1 or 2, wherein the linker has any one of the following structures.

−(CH2)m1−NH−CO−(CH2)m2− [m1及びm2は同一又は異なって1〜20の整数を示す]
−(O−CH2−CH2)l−O− [lは1〜100の整数を示す]
−(CH2)k− [kは1〜20の整数を示す]
項4. Zが、メチル基で置換されている4,4'−ビピリジン基が、−(CH2)m1−NH−CO−(CH2)m2−(m1及びm2は前記と同じ)をリンカーとして介して結合しているプリン塩基である、項1に記載のヌクレオシド又はヌクレオチド。
項5. 以下の一般式(1-a)で表される化合物である、項1に記載のヌクレオシド又はヌクレオチド。
— (CH 2 ) m1 —NH—CO— (CH 2 ) m2 − [m1 and m2 are the same or different and represent an integer of 1 to 20]
- (O-CH 2 -CH 2 ) l -O- [l represents an integer of 1 to 100]
− (CH 2 ) k − [k represents an integer of 1 to 20]
Item 4. A 4,4′-bipyridine group in which Z is substituted with a methyl group is bonded to — (CH 2 ) m1 —NH—CO— (CH 2 ) m2 — (m1 and m2 are the same as described above) as a linker. Item 2. The nucleoside or nucleotide according to Item 1, which is a purine base bonded thereto.
Item 5. Item 2. The nucleoside or nucleotide according to Item 1, which is a compound represented by the following general formula (1-a).

Figure 0005114705
Figure 0005114705

[式中、m1及びm2は、前記と同じ。]
項6. DNA試料中のシトシンのメチル化の有無を検出する方法であって、
検出目的とするシトシン又はメチルシトシンが、バルジ構造又はミスマッチを形成するように、DNA試料と、下記一般式(1-1)で表されるヌクレオチドの残基を含むガイドプローブとをハイブリダイズさせる第1工程、
[Wherein, m1 and m2 are the same as described above. ]
Item 6. A method for detecting the presence or absence of cytosine methylation in a DNA sample,
A DNA sample and a guide probe containing a nucleotide residue represented by the following general formula (1-1) are hybridized so that cytosine or methylcytosine for detection purposes forms a bulge structure or mismatch. 1 process,

Figure 0005114705
Figure 0005114705

[式中、R1及びZは前記と同じ。]
第1工程で得られたハイブリダイズ産物に対して、オスミウム酸塩を作用させることにより、バルジ構造又はミスマッチを形成したメチルシトシンと、ガイドプローブに挿入されている一般式(1-1)で表されるヌクレオチド残基中の4,4'−ビピリジン基とをクロスリンクさせる第2工程、及び
前記ガイドプローブとDNA試料とのクロスリンクの有無を検出する第3工程
を含むことを特徴とする、メチルシトシン検出方法。
項7. 前記ガイドプローブが、検出目的とするシトシン又はメチルシトシンとミスマッチを形成してDNA試料とハイブリダイズするものであり、該ガイドプローブにおいて、一般式(1-1)で表されるヌクレオチド残基が、検出目的とするシトシン又はメチルシトシンに対して対合してミスマッチする部位に含まれている、項6に記載の検出方法。
項8. 前記ガイドプローブが、検出目的とするシトシン又はメチルシトシンがバルジ構造を形成してDNA試料とハイブリダイズするものであり、該ガイドプローブにおいて、一般式(1-1)で表されるヌクレオチド残基が、検出目的とするシトシン又はメチルシトシンに隣接する塩基に対して対合する部位に含まれている、項6に記載の検出方法。
項9. 一般式(1-1)で表されるヌクレオチドの残基が、以下の一般式(1-1-a)で表されるヌクレオチド残基である、項6乃至8のいずれかに記載の検出方法。
[Wherein, R 1 and Z are the same as described above. ]
It is represented by the general formula (1-1) inserted in the guide probe and methylcytosine formed with a bulge structure or mismatch by allowing osmate to act on the hybridized product obtained in the first step. A second step of cross-linking a 4,4′-bipyridine group in the nucleotide residue to be detected, and a third step of detecting the presence or absence of cross-linking between the guide probe and the DNA sample, Methylcytosine detection method.
Item 7. The guide probe forms a mismatch with cytosine or methylcytosine to be detected and hybridizes with a DNA sample. In the guide probe, the nucleotide residue represented by the general formula (1-1) is: Item 7. The detection method according to Item 6, wherein the detection method is contained in a site that matches and mismatches with the target cytosine or methylcytosine.
Item 8. The guide probe is one in which cytosine or methylcytosine to be detected forms a bulge structure and hybridizes with a DNA sample. In the guide probe, the nucleotide residue represented by the general formula (1-1) is Item 7. The detection method according to Item 6, which is contained in a site that is paired with a base adjacent to cytosine or methylcytosine for detection purposes.
Item 9. Item 9. The detection method according to any one of Items 6 to 8, wherein the residue of the nucleotide represented by the general formula (1-1) is a nucleotide residue represented by the following general formula (1-1-a) .

Figure 0005114705
Figure 0005114705

[式中、m1及びm2は、前記と同じ。]
項10. ガイドプローブが20〜100塩基の長さである、項6乃至9のいずれかに記載の検出方法。
項11. ガイドプローブが固相担体に結合されたものである、項6乃至10のいずれかに記載の検出方法。
項12. DNA試料中のシトシンのメチル化の有無を検出するためのプローブであって、以下の特性を具備している核酸からなるメチルシトシン検出用プローブ:
(1)DNA試料とハイブリダイズできる、
(2)DNA試料の検出目的とするシトシン又はメチルシトシンと対合する塩基はミスマッチする、及び
(3)一般式(1-1)で表されるヌクレオチドの残基を含んでいる。
[Wherein, m1 and m2 are the same as described above. ]
Item 10. Item 10. The detection method according to any one of Items 6 to 9, wherein the guide probe has a length of 20 to 100 bases.
Item 11. Item 11. The detection method according to any one of Items 6 to 10, wherein the guide probe is bound to a solid phase carrier.
Item 12. A probe for detecting the presence or absence of cytosine methylation in a DNA sample, comprising a nucleic acid having the following characteristics:
(1) can hybridize with DNA sample,
(2) the base pairing with cytosine or methylcytosine for detection of DNA sample is mismatched; and
(3) A nucleotide residue represented by the general formula (1-1) is included.

Figure 0005114705
Figure 0005114705

[式中、R1及びZは前記と同じ。]
項13. DNA試料中のシトシンのメチル化の有無を検出するためのプローブであって、以下の特性を具備している核酸からなるメチルシトシン検出用プローブ:
(1)DNA試料とハイブリダイズできる、
(2)DNA試料の検出目的とするシトシン又はメチルシトシンと対合するヌクレオチドを欠失している、及び
(3)一般式(1-1)で表されるヌクレオチド残基を含んでいる。
[Wherein, R 1 and Z are the same as described above. ]
Item 13. A probe for detecting the presence or absence of cytosine methylation in a DNA sample, comprising a nucleic acid having the following characteristics:
(1) can hybridize with DNA sample,
(2) a deletion of a nucleotide pairing with cytosine or methylcytosine for detection of a DNA sample; and
(3) It contains a nucleotide residue represented by general formula (1-1).

Figure 0005114705
Figure 0005114705

[式中、R1及びZは前記と同じ。]
項14. 項12又は13に記載のプローブとDNA試料とのハイブリダイズ産物。
項15. 項12又は13に記載のプローブと、オスミウム酸塩とを備えるメチルシトシン検出用キット。
項16. 項12又は13に記載のプローブの1種以上が、基体上に固定された核酸チップ。
項17. 項16に記載の核酸チップと、チップ上の発色パターンを検出できる装置とを備えるメチルシトシン検出用装置。
[Wherein, R 1 and Z are the same as described above. ]
Item 14. Item 14. A hybridization product of the probe according to Item 12 or 13 and a DNA sample.
Item 15. Item 14. A kit for detecting methylcytosine comprising the probe according to Item 12 or 13 and osmate.
Item 16. Item 14. A nucleic acid chip in which one or more probes according to Item 12 or 13 are immobilized on a substrate.
Item 17. Item 17. A methylcytosine detection device comprising the nucleic acid chip according to Item 16 and a device capable of detecting a color development pattern on the chip.

以下、本発明を詳細に説明する。
(I)一般式(1)で表されるヌクレオシド又はヌクレオチド
本発明は、一般式(1)で表されるヌクレオシド又はヌクレオチドを提供する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
(I) Nucleoside or nucleotide represented by general formula (1) The present invention provides a nucleoside or nucleotide represented by general formula (1).

Figure 0005114705
Figure 0005114705

式(1)中、nは0〜3の整数を示す。nが0の場合は、当該化合物はヌクレオシドに相当し、nが1〜3の整数の場合は、当該化合物はヌクレオチドに相当する。   In the formula (1), n represents an integer of 0 to 3. When n is 0, the compound corresponds to a nucleoside, and when n is an integer of 1 to 3, the compound corresponds to a nucleotide.

また、式(1)中、R1は、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、又はアミノ基を示す。ハロゲン原子としては、具体的には、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が例示される。式(1)中、R1として、好ましくは水素原子である。 In the formula (1), R 1 represents a hydrogen atom, a halogen atom, a hydroxyl group, or an amino group. Specific examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom. In formula (1), R 1 is preferably a hydrogen atom.

また、式(1)中、Zは、置換又は未置換の4,4'−ビピリジン基がリンカーを介して結合している核酸塩基を示す。   In the formula (1), Z represents a nucleobase having a substituted or unsubstituted 4,4′-bipyridine group bonded via a linker.

ここで、核酸塩基としては、具体的には、プリン塩基、7−デアザプリン塩基、及びピリミジン塩基が挙げられる。これらの中でも、好ましくはプリン塩基が挙げられる。   Here, specific examples of the nucleobase include a purine base, a 7-deazapurine base, and a pyrimidine base. Among these, a purine base is preferable.

上記核酸塩基がプリン塩基である場合には、当該プリン塩基としては、具体的には、下記一般式(2)の基が例示される。   When the nucleobase is a purine base, specific examples of the purine base include the group of the following general formula (2).

Figure 0005114705
Figure 0005114705

式(2)中、X1は、O、NH、CH2、又はSを示し、好ましくはNHである。また、一般式(2)の基は、aの側が一般式(1)中の五単糖に結合する部位であり、bの側がリンカーと結合する部位である。 In the formula (2), X 1 represents O, NH, CH 2 or S, and is preferably NH. In the group of the general formula (2), the a side is a site that binds to the pentose in the general formula (1), and the b side is a site that binds to the linker.

また、上記核酸塩基が7−デアザプリン塩基である場合には、当該7−デアザプリン塩基としては、具体的には、下記一般式(3)の基が例示される。   Further, when the nucleobase is a 7-deazapurine base, specific examples of the 7-deazapurine base include a group of the following general formula (3).

Figure 0005114705
Figure 0005114705

式(3)中、X2は、X1と同様である。また、一般式(3)の基は、aの側が一般式(1)中の五単糖に結合する部位であり、bの側がリンカーと結合する部位である。 In formula (3), X 2 is the same as X 1 . In the group of the general formula (3), the a side is a site that binds to the pentose in the general formula (1), and the b side is a site that binds to the linker.

更に、上記核酸塩基がピリミジン塩基である場合には、当該ピリミジン塩基としては、具体的には、下記一般式(4)又は(4’)の基が例示される。   Furthermore, when the nucleobase is a pyrimidine base, specific examples of the pyrimidine base include groups of the following general formula (4) or (4 ′).

Figure 0005114705
Figure 0005114705

式(4)及び(4')中、X3は、X1と同様である。また、一般式(3)の基は、aの側が一般式(1)中の五単糖に結合する部位であり、bの側がリンカーと結合する部位である。 In the formulas (4) and (4 ′), X 3 is the same as X 1 . In the group of the general formula (3), the a side is a site that binds to the pentose in the general formula (1), and the b side is a site that binds to the linker.

式(1)中のZにおいて、置換又は未置換の4,4'−ビピリジン基と核酸塩基とを連結させるリンカーとしては、特に制限されるものではないが、具体例として、下記の構造のリンカーが挙げられる。   In Z in formula (1), the linker for linking the substituted or unsubstituted 4,4′-bipyridine group and the nucleobase is not particularly limited, but as a specific example, a linker having the following structure: Is mentioned.

−(CH2)m1−NH−CO−(CH2)m2− [m1及びm2は同一又は異なって1〜20の整数、好ましくは1〜5の整数を示す]
−(O−CH2−CH2)l−O− [lは1〜100の整数、好ましくは1〜10の整数を示す]
−(CH2)k− [kは1〜20の整数、好ましくは1〜10の整数を示す]
これらのリンカーの中でも、好ましくは−(CH2)m1−NH−CO−(CH2)m2−が挙げられる。当該リンカーは、特に限定されないが、左側の結合部位に核酸塩基が結合し、右側の結合部位に置換又は未置換の4,4'−ビピリジン基が結合するように構成されていることが望ましい。
— (CH 2 ) m1 —NH—CO— (CH 2 ) m2 — [m1 and m2 are the same or different and represent an integer of 1 to 20, preferably an integer of 1 to 5]
- (O-CH 2 -CH 2 ) l -O- [l 1-100 integer, preferably an integer of 1 to 10]
- (CH 2) k - [ k is an integer of 1 to 20, preferably an integer of 1 to 10]
Among these linkers, preferably - (CH 2) m1 -NH- CO- (CH 2) m2 - , and the like. The linker is not particularly limited, but it is desirable that the linker is configured such that a nucleobase binds to the left binding site and a substituted or unsubstituted 4,4′-bipyridine group binds to the right binding site.

また、式(1)中のZにおいて、置換又は未置換の4,4'−ビピリジン基とは、具体的には、ハロゲン原子、炭素数1〜10のアルキル基、カルボキシル基、アミノ基、ジメチルアミノ基、及びカルバモイル基よりなる群から選択される少なくとも1種で置換されていてもよい4,4'−ビピリジン基である。   In Z in formula (1), the substituted or unsubstituted 4,4′-bipyridine group specifically includes a halogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a carboxyl group, an amino group, dimethyl group. It is a 4,4′-bipyridine group which may be substituted with at least one selected from the group consisting of an amino group and a carbamoyl group.

ここで、炭素数1〜10のアルキル基としては、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基等が例示される。炭素数1〜10のアルキル基として、好ましくは炭素数1〜5のアルキル基、更に好ましくは炭素数1〜3のアルキル基が挙げられる。   Here, specific examples of the alkyl group having 1 to 10 carbon atoms include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, and an isobutyl group. As a C1-C10 alkyl group, Preferably a C1-C5 alkyl group, More preferably, a C1-C3 alkyl group is mentioned.

当該置換又は未置換の4,4'−ビピリジン基として、具体的には、下記一般式(5)又は(5’)の基が例示される。   Specific examples of the substituted or unsubstituted 4,4′-bipyridine group include groups of the following general formula (5) or (5 ′).

Figure 0005114705
Figure 0005114705

式(5)及び(5')中、R11〜R17及びR21〜R22は、同一又は異なって、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜10のアルキル基、カルボキシル基、アミノ基、ジメチルアミノ基、又はカルバモイル基を示す。式(5)及び(5')の基において、cの側が前記リンカーと結合する部位である。 In the formulas (5) and (5 ′), R 11 to R 17 and R 21 to R 22 are the same or different and each represents a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a carboxyl group, an amino group, A dimethylamino group or a carbamoyl group is shown. In the groups of the formulas (5) and (5 ′), the c side is the site that binds to the linker.

式(1)中のZにおいて、置換又は未置換の4,4'−ビピリジン基として、好ましくは、一般式(5)の基である。一般式(5)の基の中でも、R11〜R16が水素原子であり、R17が炭素数1〜10のアルキル基(好ましくはメチル基)であるもの場合には、オスミウム酸塩に対する反応特性が高くなり、好適である。 In Z in the formula (1), the substituted or unsubstituted 4,4′-bipyridine group is preferably a group of the general formula (5). Among the groups of the general formula (5), when R 11 to R 16 are hydrogen atoms and R 17 is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms (preferably a methyl group), the reaction to osmate The characteristics are high, which is preferable.

式(1)中のZの好適な一例として、1つのメチル基で置換されている4,4'−ビピリジン基が、−(CH2)m1−NH−CO−(CH2)m2−(m1及びm2は前記と同じ)をリンカーとして介して結合しているプリン塩基が挙げられる。より好適なZの具体例として、下記の一般式(Za)で表される基が例示される。 As a preferred example of Z in the formula (1), a 4,4′-bipyridine group substituted with one methyl group is represented by — (CH 2 ) m1 —NH—CO— (CH 2 ) m2 — (m1 And m2 is the same as described above) and purine bases bonded via a linker. Specific examples of more preferable Z include a group represented by the following general formula (Za).

Figure 0005114705
Figure 0005114705

式(Za)中、m1及びm2は、前記と同じ。   In the formula (Za), m1 and m2 are the same as described above.

本発明の一般式(1)で表されるヌクレオシド又はヌクレオチドは、当該技術分野の専門家であれば、化学合成により容易に製造できる。一般式(1)で表されるヌクレオシド又はヌクレオチドの合成方法として、具体的には、下記一般式(11)で表されるヌクレオシド又はヌクレオチドと、前述する構造を有する置換又は未置換の4,4'−ビピリジンとを、前述するリンカーにより連結させる方法が例示される。   The nucleoside or nucleotide represented by the general formula (1) of the present invention can be easily produced by chemical synthesis as long as it is an expert in this technical field. As a method for synthesizing the nucleoside or nucleotide represented by the general formula (1), specifically, a nucleoside or nucleotide represented by the following general formula (11) and a substituted or unsubstituted 4,4 having the structure described above A method of linking '-bipyridine with the above-described linker is exemplified.

Figure 0005114705
Figure 0005114705

式(11)中、R1は前記と同じであり、Z'は核酸塩基を示す。 In the formula (11), R 1 is the same as described above, and Z ′ represents a nucleobase.

一般式(11)で表されるヌクレオシド又はヌクレオチド、及び前述する構造を有する置換又は未置換の4,4'−ビピリジンは、公知化合物又は公知化合物から容易に誘導される化合物である。また、一般式(11)で表されるヌクレオシド又はヌクレオチドと、前述する構造を有する置換又は未置換の4,4'−ビピリジンとを、前述するリンカーにより連結させるには、使用するリンカーの種類に応じて、適宜反応条件を設定すればよい。このようなリンカーによる連結条件についても、当該技術分野の専門家であれば容易に設定できる事項である。   The nucleoside or nucleotide represented by the general formula (11) and the substituted or unsubstituted 4,4′-bipyridine having the structure described above are known compounds or compounds easily derived from known compounds. In addition, in order to link the nucleoside or nucleotide represented by the general formula (11) and the substituted or unsubstituted 4,4′-bipyridine having the above-described structure with the above-mentioned linker, the type of linker to be used is changed. Accordingly, reaction conditions may be set as appropriate. Such a linker connection condition can also be easily set by a specialist in this technical field.

本発明の一般式(1)で表されるヌクレオシド又はヌクレオチドにおいて、置換又は未置換の4,4'−ビピリジンが、オスミウム酸塩を介して、メチルシトシンと選択的に結合できる。従って、当該一般式(1)で表されるヌクレオシド又はヌクレオチドは、例えば、後述するように、DNA試料中の目的塩基がシトシンであるかメチルシトシンであるかを判定するために用いられるプローブの構成ヌクレオチドとして有用である。   In the nucleoside or nucleotide represented by the general formula (1) of the present invention, a substituted or unsubstituted 4,4′-bipyridine can be selectively bonded to methylcytosine via an osmate. Therefore, the nucleoside or nucleotide represented by the general formula (1) is, for example, a structure of a probe used for determining whether a target base in a DNA sample is cytosine or methylcytosine, as described later. Useful as nucleotides.

一般式(1)で表されるヌクレオチドを含むプローブ等のポリヌクレオチドは、当該ヌクレオチド及び他のヌクレオチドを原料として用いて、所定の塩基配列となるように制御しながら、公知のDNA合成法に従って調製できる。   Polynucleotides such as probes containing the nucleotide represented by the general formula (1) are prepared according to a known DNA synthesis method using the nucleotide and other nucleotides as raw materials and controlling them to have a predetermined base sequence. it can.

(II)メチルシトシン検出方法
本発明のメチルシトシン検出方法は、DNA試料中のシトシンのメチル化の有無を検出、即ち、DNA試料中の目的とする塩基がシトシンであるか、又はメチルシトシンであるかを検出するための方法である。
(II) Methylcytosine detection method The methylcytosine detection method of the present invention detects the presence or absence of cytosine methylation in a DNA sample, that is, the target base in the DNA sample is cytosine or is methylcytosine. This is a method for detecting this.

本発明のメチルシトシン検出方法において、シトシンのメチル化の有無の検出対象となるDNA試料は、その由来等については特に制限されるものではない。当該DNA試料としては、例えば、血液、尿、痰、精液、髪、皮膚などの生体サンプルそのものであってもよく、生体サンプルから単離されたものであってもよいが、単離されたDNAを用いることが好ましい。   In the methylcytosine detection method of the present invention, the DNA sample to be detected for the presence or absence of cytosine methylation is not particularly limited in terms of its origin. The DNA sample may be, for example, a biological sample itself such as blood, urine, sputum, semen, hair, skin, etc., or may be isolated from a biological sample. Is preferably used.

本発明のメチルシトシン検出方法は、下記の第1工程〜第3工程を含むことを特徴とする。   The method for detecting methylcytosine according to the present invention includes the following first to third steps.

検出目的とするシトシン又はメチルシトシンが、バルジ構造又はミスマッチを形成するように、DNA試料と、上記一般式(1-1)で表されるヌクレオチド残基を含むガイドプローブとをハイブリダイズさせる第1工程、
前記第1工程で得られたハイブリダイズ産物に対して、オスミウム酸塩を作用させることにより、バルジ構造又はミスマッチを形成したメチルシトシンと、ガイドプローブに挿入されている一般式(1-1)で表されるヌクレオチド残基中の4,4'−ビピリジン基とをクロスリンクさせる第2工程、及び
前記ガイドプローブとDNA試料とのクロスリンクの有無を検出する第3工程。
A first sample in which a DNA sample and a guide probe containing a nucleotide residue represented by the above general formula (1-1) are hybridized so that cytosine or methylcytosine to be detected forms a bulge structure or mismatch. Process,
By reacting the hybridized product obtained in the first step with osmate, methylcytosine formed with a bulge structure or mismatch, and the general formula (1-1) inserted in the guide probe A second step of cross-linking the 4,4′-bipyridine group in the nucleotide residue represented, and a third step of detecting the presence or absence of cross-linking between the guide probe and the DNA sample.

以下、本発明のメチルシトシン検出方法について、工程毎に分説する。
第1工程
DNA試料中の検出対象塩基に特異的な反応を誘導するためには、反応に使用される薬剤が検出対塩基に接近する必要があるが、通常各ヌクレオチドは2本鎖DNAのらせん構造中に埋没していて、上記薬剤が接近できない。
Hereinafter, the methylcytosine detection method of the present invention will be described for each step.
In order to induce a reaction specific to the detection target base in the first step DNA sample, it is necessary that the drug used for the reaction approaches the detection base, but each nucleotide is usually a double-stranded DNA helix. It is buried in the structure and the drug cannot be accessed.

従って、本発明の方法における第1工程では、DNA試料中の検出目的とするシトシン又はメチルシトシン(以下、「目的塩基」と表記することもある)が、バルジ構造又はミスマッチを形成するように、DNA試料と、上記一般式(1-1)で表されるヌクレオチドの残基を含むガイドプローブとをハイブリダイズさせる。   Therefore, in the first step of the method of the present invention, cytosine or methylcytosine for detection in a DNA sample (hereinafter sometimes referred to as “target base”) forms a bulge structure or mismatch. A DNA sample is hybridized with a guide probe containing a residue of the nucleotide represented by the general formula (1-1).

ここで、「目的塩基のバルジ構造」とは、DNA試料とプローブとで形成される2本鎖核酸において、塩基対を形成せずに2本鎖から外部に飛び出した、目的塩基(シトシン又はメチルシトシン)を含むヌクレオチドからなる膨らみをいう。   Here, the “bulge structure of the target base” refers to a target base (cytosine or methyl) that has jumped out of the double strand without forming a base pair in a double-stranded nucleic acid formed by a DNA sample and a probe. A bulge composed of nucleotides containing cytosine).

このようにDNA試料中の目的塩基に対してバルジ構造又はミスマッチを形成させることにより、当該目的塩基に対する特異的な反応を引き起こすことが可能になる。   Thus, by forming a bulge structure or a mismatch with the target base in the DNA sample, it becomes possible to cause a specific reaction with respect to the target base.

本発明において、目的塩基とバルジ構造を形成させるガイドプローブ(バルジ生成プローブ)としては、以下の特徴を有するものが使用される:
(1)DNA試料とハイブリダイズできる、
(2)DNA試料の検出目的とするシトシン又はメチルシトシンと対合(ペアリング)するヌクレオチドを欠失している、即ち、
(3)一般式(1-1)で表されるヌクレオチドの残基を含んでいる。
In the present invention, as a guide probe (bulge generating probe) for forming a bulge structure with a target base, one having the following characteristics is used:
(1) can hybridize with DNA sample,
(2) A nucleotide that is paired with cytosine or methylcytosine for detection of a DNA sample is deleted, that is,
(3) A nucleotide residue represented by the general formula (1-1) is included.

バルジ生成プローブにおいて、一般式(1-1)で表されるヌクレオチドの残基の挿入位置については、オスミウム酸を介してバルジ構造を形成した目的塩基と結合できる位置にある限り、特に制限されるものではないが、好ましくは、DNA試料の目的塩基に隣接する塩基に対して対合(ペアリング)する位置が例示される。   In the bulge generating probe, the insertion position of the residue of the nucleotide represented by the general formula (1-1) is particularly limited as long as it is in a position capable of binding to the target base that formed the bulge structure via osmic acid. Although it is not a thing, Preferably, the position (pairing) with respect to the base adjacent to the target base of a DNA sample is illustrated.

また、より好適なバルジ生成プローブとしては、目的塩基と対合するヌクレオチドを欠失していること、及び一般式(1-1)で表されるヌクレオチドの残基を含むこと以外は、DNA試料の塩基配列に対して完全相補的であるものが挙げられる。このようなバルジ生成プローブを使用することで、メチルシトシンの誤検出を一層効果的に抑制することができる。   In addition, as a more suitable bulge-generating probe, a DNA sample, except that the nucleotide paired with the target base is deleted and the nucleotide residue represented by the general formula (1-1) is included. And those that are completely complementary to the base sequence. By using such a bulge generating probe, erroneous detection of methylcytosine can be more effectively suppressed.

また、本発明において、目的塩基とミスマッチを形成させるガイドプローブ(ミスマッチ生成プローブ)としては、以下の特徴を有するものが使用される:
(1)DNA試料とハイブリダイズできる、
(2)DNA試料の検出目的とするシトシン又はメチルシトシンと対合(ペアリング)する塩基はミスマッチする、及び
(3)一般式(1-1)で表されるヌクレオチド残基を含んでいる。
In the present invention, a guide probe (mismatch generation probe) that forms a mismatch with a target base is one having the following characteristics:
(1) can hybridize with DNA sample,
(2) The base paired with cytosine or methylcytosine for detection of DNA sample is mismatched; and
(3) It contains a nucleotide residue represented by general formula (1-1).

ミスマッチ生成プローブにおいて、一般式(1-1)で表されるヌクレオチドの残基の挿入位置については、オスミウム酸を介してミスマッチした目的塩基と結合できる位置にある限り、特に制限されるものではないが、好ましくは、DNA試料の目的塩基に対して対合(ペアリング)する位置が例示される。   In the mismatch generating probe, the insertion position of the residue of the nucleotide represented by the general formula (1-1) is not particularly limited as long as it is in a position capable of binding to the mismatched target base via osmic acid. However, Preferably, the position (pairing) with respect to the target base of a DNA sample is illustrated.

要理好適なミスマッチ生成プローブとしては、目的塩基とミスマッチして対合するヌクレオチドが一般式(1-1)で表されるヌクレオチドであり、その他のヌクレオチドは、DNA試料に対して完全相補的であるものが挙げられる。このようなミスマッチ生成プローブを使用することで、メチルシトシンの誤検出を一層効果的に抑制することができる。   In principle, as a preferred mismatch generating probe, a nucleotide mismatched with a target base is a nucleotide represented by the general formula (1-1), and other nucleotides are completely complementary to a DNA sample. Some are listed. By using such a mismatch generation probe, erroneous detection of methylcytosine can be more effectively suppressed.

ガイドプローブの好適な長さは各方法で異なっており、通常、20〜100塩基程度が好ましく、20〜50塩基程度がより好ましい。この程度の長さであれば、安定に2本鎖を形成できるとともに、DNA自動合成機で合成することができる。   The suitable length of the guide probe differs depending on the method, and is usually preferably about 20 to 100 bases, more preferably about 20 to 50 bases. If it is this length, while being able to form a double strand stably, it is compoundable with a DNA automatic synthesizer.

また、ガイドプローブを、どの位置にバルジ又はミスマッチを形成するように設計するかは特に限定されない。好ましくは、目的塩基のバルジ又はミスマッチを2本鎖の中央付近に形成できるように設計すればよい。   In addition, there is no particular limitation as to where the guide probe is designed to form a bulge or mismatch. Preferably, it may be designed so that the bulge or mismatch of the target base can be formed near the center of the double strand.

ガイドプローブは、上記領域とハイブリダイズできるようにそれに相補的なものであればよく、DNA、RNA、ペプチド核酸(PNA)、修飾核酸などのいずれであってもよい。DNA試料として細胞抽出液のようにヌクレアーゼを含むものを用いる場合は、ガイドプローブを修飾核酸プローブとすることによりヌクレアーゼによる分解を受け難くなる。修飾核酸としては、ホスホロチオエート修飾核酸、モルホリノ修飾核酸、2'−O−アルキル核酸、2'−N−アルキル核酸、2'−S−アルキル核酸、2'−ハロゲン核酸などが挙げられる。また、ハイブリダイゼーションを安定化するため、プローブの配列中に2−アミノアデニン、5−アルキニルウリジンのような修飾塩基を有するヌクレオチドを配したり、プローブの末端又は内部をアミン、ポリアミン等で修飾したり、プローブの末端にジデオキシヌクレオチドを付加したりすることもできる。   The guide probe only needs to be complementary so that it can hybridize with the above region, and may be any of DNA, RNA, peptide nucleic acid (PNA), modified nucleic acid, and the like. When a DNA sample containing a nuclease such as a cell extract is used, it becomes difficult to be degraded by a nuclease by using a modified probe as a guide probe. Examples of the modified nucleic acid include phosphorothioate modified nucleic acid, morpholino modified nucleic acid, 2′-O-alkyl nucleic acid, 2′-N-alkyl nucleic acid, 2′-S-alkyl nucleic acid, 2′-halogen nucleic acid and the like. In addition, in order to stabilize hybridization, nucleotides having a modified base such as 2-aminoadenine and 5-alkynyluridine are arranged in the probe sequence, or the end or the inside of the probe is modified with amine, polyamine or the like. Alternatively, a dideoxynucleotide can be added to the end of the probe.

また、ガイドプローブは、ビーズ状又は平板状の担体に固定されていることが好ましく、これにより、プローブに結合したDNA試料に対して順次異なる処理を行ったり、処理間にDNA試料を洗浄することができる。また、プローブの再利用が可能となる。このような担体材料として、例えば、ポリスチレン、金、ガラス、磁性を持つ酸化鉄微粒子、量子ドット性を持つ硫化亜鉛微粒子などが挙げられる。   In addition, the guide probe is preferably fixed to a bead-like or flat plate-like carrier, whereby the DNA sample bound to the probe is sequentially subjected to different treatments or the DNA sample is washed between treatments. Can do. In addition, the probe can be reused. Examples of such a carrier material include polystyrene, gold, glass, magnetic iron oxide fine particles, and zinc sulfide fine particles having quantum dot properties.

本第1工程において、ハイブリダイゼーションの条件は特に限定されない。DNA試料の種類、ガイドプローブの長さなどによって異なるが、例えば、pH7のリン酸ナトリウム緩衝液等のハイブリダイゼーション溶液を用いて室温〜100℃程度で5分間〜1時間程度処理した後、pH7のリン酸ナトリウム緩衝液等を用いて5〜25℃程度で1〜5分間程度洗浄する条件が挙げられる。   In the first step, hybridization conditions are not particularly limited. Depending on the type of DNA sample, the length of the guide probe, etc., for example, after treatment with a hybridization solution such as sodium phosphate buffer pH 7 at room temperature to about 100 ° C. for about 5 minutes to 1 hour, pH 7 A condition of washing at about 5 to 25 ° C. for about 1 to 5 minutes using a sodium phosphate buffer or the like is mentioned.

第2工程
本第2工程では、第1工程で形成させたバルジ構造又はミスマッチを形成させた目的塩基に対して選択的な反応を誘導する。具体的には、本第2工程では、前記第1工程で得られたハイブリダイズ産物に対して、オスミウム酸塩を作用させることにより、バルジ構造又はミスマッチを形成したメチルシトシンと、ガイドプローブに挿入されている一般式(1-1)で表されるヌクレオチド残基中の置換又は未置換の4,4'−ビピリジン基とをクロスリンクさせる。
Second Step In this second step, a selective reaction is induced with respect to the target base formed with the bulge structure or mismatch formed in the first step. Specifically, in this second step, the hybridization product obtained in the first step is inserted into a guide probe and methylcytosine in which a bulge structure or mismatch is formed by acting osmate. The substituted or unsubstituted 4,4′-bipyridine group in the nucleotide residue represented by the general formula (1-1) is cross-linked.

本第2工程で使用されるオスミウム酸としては、具体的にはオスミウム酸カリウム等が例示される。   Specific examples of the osmic acid used in the second step include potassium osmate.

また、本第2工程において、メチルシトシンと4,4'−ビピリジン基とのクロスリンクを形成させるには、例えば、オスミウム酸塩を0.1〜1000mM程度、好ましくは1〜100mM程度の存在下で、0〜40℃程度で30秒〜1時間程度処理すればよい。かかる処理は、pH6〜7程度のpH条件下で実施することが望ましい。更に、かかる処理では、フェリシアン化カリウムやメチルモルホリンオキシド等の酸化活性化剤を、0.1〜100mM程度、好ましくは0.1〜50mM程度添加して実施することにより、前記クロスリンクの形成速度を高めることができる。   In the second step, in order to form a cross-link between methylcytosine and a 4,4′-bipyridine group, for example, osmate is present in the presence of about 0.1 to 1000 mM, preferably about 1 to 100 mM. What is necessary is just to process for 30 second-about 1 hour at about 0-40 degreeC. Such treatment is desirably performed under pH conditions of about pH 6-7. Furthermore, in this treatment, the cross-link formation rate can be increased by adding an oxidizing activator such as potassium ferricyanide or methylmorpholine oxide to the extent of 0.1 to 100 mM, preferably about 0.1 to 50 mM. .

本第2工程では、目的塩基がメチルシトシンである場合には、DNA試料中の目的塩基であるメチルシトシンとガイドプローブ中のビピリジン基がオスミウム酸を介して結合し、下記に示す構造のクロスリンクが形成される。   In this second step, when the target base is methylcytosine, the methylcytosine, which is the target base in the DNA sample, and the bipyridine group in the guide probe are bonded via osmic acid, and the crosslink having the structure shown below Is formed.

Figure 0005114705
Figure 0005114705

[上記クロスリンク構造において、xにはDNA試料中の目的塩基であるメチルシトシン部分、yにはオスミウム酸部分、zにはガイドプローブのビピリジン基部分を示す。尚、上記クロスリンク構造において、ビピリジン基部分は、置換基が無いものを例として記している。]
一方、本第2工程では、目的塩基がシトシンである場合には、前述するようなクロスリンクが形成されない。
[In the above cross-linked structure, x represents a methylcytosine moiety as a target base in a DNA sample, y represents an osmium acid moiety, and z represents a bipyridine group moiety of a guide probe. In the above cross-link structure, the bipyridine group portion is described as an example having no substituent. ]
On the other hand, in the second step, when the target base is cytosine, the above-described crosslink is not formed.

なお、第2工程は、前記第1工程と同時に実施してもよい。即ち、ガイドプローブ、DNA試料、オスミウム酸塩、及び必要に応じて酸化活性化剤を同時に混合し、所定の条件で反応させることにより、第1工程及び第2工程を同時に実施することもできる。   The second step may be performed simultaneously with the first step. That is, a 1st process and a 2nd process can also be implemented simultaneously by mixing a guide probe, a DNA sample, an osmate, and the oxidation activator as needed, and making it react on predetermined conditions.

第3工程
本第3工程では、前記ガイドプローブとDNA試料とのクロスリンクの有無を検出する。ガイドプローブとDNA試料とのクロスリンクが検出されると、目的塩基がメチルシトシンであると判定される。一方、ガイドプローブとDNA試料とのクロスリンク構造が検出されなければ、目的塩基がシトシンであると判定される。
Third Step In the third step, the presence / absence of a cross-link between the guide probe and the DNA sample is detected. When a cross link between the guide probe and the DNA sample is detected, it is determined that the target base is methylcytosine. On the other hand, if the cross-link structure between the guide probe and the DNA sample is not detected, it is determined that the target base is cytosine.

本第3工程では、ガイドプローブとDNA試料とのクロスリンクを検出可能である限り、その具体的検出方法については特に限定されない。   In the third step, the specific detection method is not particularly limited as long as the cross-link between the guide probe and the DNA sample can be detected.

当該クロスリンク構造の検出方法の一例として、当該クロスリンク部分を標識物質で標識した後に、該標識物質を検出する方法が例示される。ここで、標識物質による標識としては、酵素標識、蛍光標識、電気化学的標識、放射標識等が挙げられる。また、標識物質の検出は、標識物質の種類に応じた公知の方法で実施される。   As an example of the detection method of the crosslink structure, a method of detecting the labeling substance after labeling the crosslink portion with a labeling substance is exemplified. Here, examples of the label with a labeling substance include enzyme labels, fluorescent labels, electrochemical labels, and radiolabels. Further, the detection of the labeling substance is performed by a known method according to the type of the labeling substance.

その他に、クロスリンク構造の検出方法としては、DNA試料の質量分析又はゲル電気泳動による分子量測定が例示される。詳述すれば、以下の通りである。ガイドプローブとDNA試料とがクロスリンクしていれば、ハイブリダイズできない条件下でも、両者が結合した状態で存在する。一方、ガイドプローブとDNA試料とがクロスリンクしていなければ、ハイブリダイズできない条件下では、両者は分離して存在する。従って、ハイブリダイズできない条件下で、DNA試料の質量分析又はゲル電気泳動を行い、DNA試料の重量又は分子量が増加していれば、ガイドプローブと被験DNAとがクロスリンクしており、DNA試料の重量又は分子量に変動がなければ、ガイドプローブとDNA試料はクロスリンクしていないと判定される。   In addition, examples of the method for detecting the cross-link structure include molecular weight measurement of a DNA sample by mass spectrometry or gel electrophoresis. The details are as follows. If the guide probe and the DNA sample are cross-linked, they exist in a bound state even under conditions where hybridization is not possible. On the other hand, if the guide probe and the DNA sample are not cross-linked, they are separated and exist under conditions where hybridization is not possible. Therefore, if the DNA sample is subjected to mass spectrometry analysis or gel electrophoresis under conditions where hybridization cannot be performed, and the weight or molecular weight of the DNA sample is increased, the guide probe and the test DNA are cross-linked. If there is no change in weight or molecular weight, it is determined that the guide probe and the DNA sample are not cross-linked.

更に、他のクロスリンク構造の検出方法としては、前記ガイドプローブとDNA試料のハイブリダイズ産物の熱安定性を測定する方法が例示される。詳述すれば、ハイブリダイズ産物の融点は、クロスリンクが形成されている場合には、クロスリンクが形成されていない場合に比して上昇している。従って、前記ガイドプローブとDNA試料のハイブリダイズ産物の融点を測定することによっても、クロスリンクの形成の有無を判定できる。また、ハイブリダイズ産物の熱安定性は、クロスリンクが形成されている場合に向上しているので、上記の他に、熱安定性を測定する方法として、次のような方法を採用できる:
(1)まず、ガイドプローブとDNA試料のハイブリダイズ産物において、DNA試料の領域であってガイドプローブとハイブリダイズしていない領域ができるように、前記ガイドプローブを設計しておく。即ち、ガイドプローブの塩基数をDNA試料の塩基数よりも少なくなるように設定しておく。
(2) 前記第2工程後のガイドプローブとDNA試料のハイブリダイズ産物を、クロスリンクが形成されている場合にはハイブリダイズ産物が安定であるが、クロスリンクが形成されていない場合にはハイブリダイズ産物が不安定になって二本鎖構造が損なわれる条件下で処理した後に洗浄する。このような条件の一例として、95℃で10分間煮沸処理する条件が例示される。このような処理を行うことによって、クロスリンクが形成されているハイブリダイズ産物は、二本鎖構造を保持させた状態できるのに対して、クロスリンクが形成されていないハイブリダイズ産物は二本鎖構造を喪失し、ガイドプローブのみになる。
(3)別途、DNA試料において、ガイドプローブとハイブリダイズしていない領域に対して、ハイブリダイズでき、且つ標識物質が結合しているクロスリンク検出用プローブを準備しておく。このクロスリンク検出用プローブを、前記(2)の工程の処理物に対して作用させることにより、DNA試料中のガイドプローブとハイブリダイズしていない領域とハイブリダイズさせる。
クロスリンクが形成されていないハイブリダイズ産物は、前記(2)の工程によってガイドプローブのみになっているので、クロスリンク検出用プローブがハイブリダイズできない。これに対して、クロスリンクが形成されているハイブリダイズ産物は、前記(2)の工程によっても二本鎖構造が維持されているので、クロスリンク検出用プローブがDNA試料の所定の領域に対してハイブリダイズできる。
(4)前記工程(3)の後に、標識物質の有無を検出する。標識物質が検出されるとハイブリダイズ産物においてクロスリンクが形成されていると判定でき、また標識物質が検出されなければ、ハイブリダイズ産物においてクロスリンクが形成されていないと判定できる。
Furthermore, as another method for detecting the cross-link structure, a method for measuring the thermal stability of the hybridized product of the guide probe and the DNA sample is exemplified. More specifically, the melting point of the hybridized product is higher when the crosslink is formed than when the crosslink is not formed. Therefore, the presence / absence of crosslink formation can also be determined by measuring the melting point of the hybridized product of the guide probe and DNA sample. Moreover, since the thermal stability of the hybridized product is improved when crosslinks are formed, in addition to the above, the following method can be adopted as a method for measuring the thermal stability:
(1) First, the guide probe is designed so that, in the hybridized product of the guide probe and the DNA sample, a region of the DNA sample that is not hybridized with the guide probe is formed. That is, the number of bases of the guide probe is set to be smaller than the number of bases of the DNA sample.
(2) The hybridized product of the guide probe and DNA sample after the second step is stable when the crosslink is formed, but is hybridized when the crosslink is not formed. Washing is performed after treatment under conditions where the soy product becomes unstable and the double-stranded structure is impaired. As an example of such conditions, conditions for boiling at 95 ° C. for 10 minutes are exemplified. By performing such a treatment, a hybrid product in which a cross-link is formed can maintain a double-stranded structure, whereas a hybrid product in which a cross-link is not formed is double-stranded. The structure is lost and only the guide probe is left.
(3) Separately, a cross-link detection probe that can hybridize to a region that does not hybridize with the guide probe in the DNA sample and has a labeling substance bound thereto is prepared. By causing the cross-link detection probe to act on the processed product of the step (2), it is hybridized with a region in the DNA sample that is not hybridized with the guide probe.
Since the hybridized product in which the crosslink is not formed is only the guide probe by the step (2), the crosslink detection probe cannot be hybridized. On the other hand, since the hybridized product in which the crosslink is formed maintains the double-stranded structure even in the step (2), the probe for detecting the crosslink is in contact with a predetermined region of the DNA sample. Can be hybridized.
(4) After the step (3), the presence or absence of a labeling substance is detected. If the labeling substance is detected, it can be determined that a crosslink is formed in the hybridized product. If the labeling substance is not detected, it can be determined that no crosslink is formed in the hybridized product.

(III)メチルシトシン検出用キット
本発明のメチルシトシン検出用キットは、上記メチルシトシン検出方法を実施するためのキットであり、上記ガイドプローブと、オスミウム酸塩とを備える。本メチルシトシン検出用キットは、更に酸化活性化剤を含んでいてもよい。また、本メチルシトシン検出用キットは、上記ガイドプローブとDNA試料との間で形成されたクロスリンクを検出するための試薬を備えるものであってもよい。
(III) Kit for detecting methylcytosine A kit for detecting methylcytosine of the present invention is a kit for carrying out the above-described method for detecting methylcytosine, and comprises the above-mentioned guide probe and an osmate. This methyl cytosine detection kit may further contain an oxidation activator. The methyl cytosine detection kit may include a reagent for detecting a cross link formed between the guide probe and the DNA sample.

(IV)メチルシトシン検出用核酸チップ
基体上に、1種以上のガイドプローブが固定された核酸チップを用いれば、様々な遺伝子について様々な位置のシトシンのメチル化の有無を、一度に検出することができる。
(IV) Using a nucleic acid chip having one or more guide probes immobilized on a nucleic acid chip substrate for detecting methylcytosine, the presence or absence of cytosine methylation at various positions for various genes can be detected at a time. Can do.

プローブは、上記説明したガイドプローブであるが、複数の目的塩基を判定できるように互いに異なるプローブを用いればよい。   The probe is the guide probe described above, but different probes may be used so that a plurality of target bases can be determined.

この核酸チップの基体の材料は特に限定されず、例えばガラス、シリカ、金などの公知の材料を用いることができる。基体上へのプローブのスポット径は例えば50〜200μm程度とすることができ、スポットピッチは例えば100〜500μm程度とすることができる。   The material of the base of this nucleic acid chip is not particularly limited, and known materials such as glass, silica, and gold can be used. The spot diameter of the probe on the substrate can be about 50 to 200 μm, for example, and the spot pitch can be about 100 to 500 μm, for example.

この核酸チップ上のプローブ群に対して、上記説明した本発明方法の各操作を行えばよい。   What is necessary is just to perform each operation of the method of this invention demonstrated above with respect to the probe group on this nucleic acid chip.

(V)メチルシトシン検出装置
本発明のメチルシトシン検出装置は、上記説明した核酸チップと、チップ上の発色パターンを検出できる装置とを備える装置である。発色パターンの検出装置としては、蛍光、吸収、蛍光偏光、蛍光寿命などを測定できるマイクロプレートリーダー、マイクロチップリーダー、蛍光顕微鏡、蛍光イメージャーなどが挙げられる。
(V) Methylcytosine Detection Device The methylcytosine detection device of the present invention is a device comprising the nucleic acid chip described above and a device capable of detecting a color development pattern on the chip. Examples of the color pattern detection device include a microplate reader, a microchip reader, a fluorescence microscope, and a fluorescence imager that can measure fluorescence, absorption, fluorescence polarization, fluorescence lifetime, and the like.

以下、実施例を示して本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is shown and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to these.

製造例1
以下に示す工程に従って、4'-メチル-2,2'-ビピリジン修飾プリンヌクレオシドのホスホロアミダイト化合物を合成した。具体的な合成方法は以下の通りである。
Production Example 1
According to the following steps, a phosphoramidite compound of 4′-methyl-2,2′-bipyridine-modified purine nucleoside was synthesized. A specific synthesis method is as follows.

Figure 0005114705
Figure 0005114705

N-(2-アミノエチル)-(4'-メチル-2,2'-ビピリジン-4-イル)ヘキサンアミド(以下、化合物1と表記する)の合成
(4'-メチル-2,2'-ビピリジン-4-イル)ヘキサン酸(568mg、2.0mmol)とPyBOP(Benzotriazole-1-yl-oxy-trispyrrolidinophosphonium hexafluorophosphate)(1.14g、2.2mmol)とをDMF(ジメチルホルムアミド)(10ml)中に添加し、室温で30分間撹拌を行った。次いで、この溶液に、1,2-ジアミノエタン(222μL、2.2mmol)を添加し、その混合物を室温で2時間撹拌した。得られた溶液は減圧濃縮し、クロロホルムで希釈した。有機相を1Nの水酸化ナトリウムでの洗浄、塩化ナトリウム溶液での洗浄、及び乾燥剤(硫酸マグネシウム)による乾燥処理に供し、更に減圧濃縮して、褐色オイル状の化合物1(603mg、1.7mmol、収率85%)を得た。1H NMR(CDCl3) δ8.46 (t, 2H, J = 5.4 Hz), 8.20 (d, 2H, J = 6.8 Hz), 7.12-7.08 (m, 2H), 2.66 (quartet, 2H, J= 7.8 Hz), 2.42 (s, 3H), 2.20-2.12 (m, 2H), 1.72-1.52 (m, 4H), 1.42-1.39 (m, 4H), 1.32-1.25 (m, 2H); 13C NMR(CDCl3) δ155.9, 152.4, 148.8, 148.7, 148.0, 124.5, 123.8, 121.9, 121.1, 38.8, 36.2, 35.1, 29.9, 28.7, 26.7, 20.1; FABMS (NBA/CHCl3) m/z327 ([(M+H)+]), HRMS calcd. for C19H27ON4([(M+H)+]) 327.2185, found 327.2184.
(6-(2-(6-(4'-メチル-2,2'-ビピリジン-4-イル)ヘキサンアミド)エチルアミノ-9H-プリン-9-イル)-5'-O-ジメトキシトリチル-2'-デオキシリボサイド(以下、化合物2と表記する)の合成
(6-クロロ-9H-プリン-9-イル)-5'-O-ジメトキシトリチル-2'-デオキシリボサイド(11.0g、19.2mmol)を含むDMF(50ml)に、ジイソプロピレンアミン(23ml)及び化合物1(11.0g、55.4mmol)を含むDMF(50ml)を添加し、混合物を75℃で12時間撹拌した。酢酸エチル(1L)で希釈した後、得られた混合液を、塩化ナトリウム溶液による洗浄処理、乾燥剤(硫酸マグネシウム)による乾燥処理、濾過処理、及び減圧蒸留処理に供した。斯くして得られた粗生成物に対してシリカゲルカラムクロマトグラフィー(クロロホルム:メタノール=50:1、1%NH4OH含有)を行い、白色固形状の化合物2(15.8g、18.3mmol、収率95%)を得た。1H NMR(CD3OD) δ8.41 (dd, 2H, J= 4.8, 10.1 Hz), 8.17 (s, 1H), 8.12 (s, 1H), 8.04 (s, 2H), 7.33 (d, 2H, J = 7.3 Hz), 7.20 (d, 4H, J = 8.8 Hz), 7.15-7.08 (m, 5H), 6.71 (dd, 4H, J = 4.0, 8.4 Hz), 6.38 (t, 1H, J = 6.2 Hz), 4.60 (quartet, 1H, J = 4.2 Hz), 4.10 (quartet, 1H, J = 4.4 Hz), 3.66 (s, 6H), 3.43 (t, 2H, J = 5.9 Hz), 3.32-3.27 (m, 2H), 2.83 (dt, 1H, J = 6.2, 13.5 Hz), 2.56 (t, 2H, J = 7.5 Hz), 2.44 (ddd, 1H, J = 4.6, 6.2, 13.4 Hz), 2.36 (s, 3H), 2.11 (t, 2H, J = 7.1 Hz), 1.61-1.50 (m, 4H), 1.29-1.23 (m, 2H); 13C NMR(CD3OD) δ176.3 160.0, 157.0, 156.3, 154.7, 153.8, 150.3, 150.0, 149.9, 146.2, 140.4, 137.10, 137.06, 131.23, 131.20, 129.3, 128.7, 127.8, 126.0, 125.4, 123.6, 122.9, 114.0, 87.9, 87.6, 85.8, 72.6, 65.0, 55.7, 40.8, 40.3, 36.9, 36.0, 30.9, 29.6, 26.5, 21.2; FABMS (NBA/CH3OH) m/z 863 ([(M+H)+]), HRMS calcd. for C50H55O6N8 ([(M+H)+]) 863.4245, found 863.4235.
化合物2のホスホロアミダイト化合物(以下、化合物3と表記する)の合成
無水アセトニトリル(500μL)に化合物2(47mg、54μmol)及びテトラゾール(3.8mg,54μmol)添加されている溶液に、2-シアノエチルテトライソプロピルホスホロジアミダイト(17.1μl、54μmol)を窒素雰囲気下で添加した。混合物を室温で30分間撹拌した。得られた反応物を濾過して、化合物3を得た。
化合物2の脱ジメトキシトリチル化
化合物2から保護基(ジメトキシトリチル基)を脱離させることにより、本発明のヌクレオシド(一般式(1)中のnが0、R1が水素原子、Zが下記一般式(Za-1)で表される4'-メチル-2,2'-ビピリジン修飾プリンである化合物)が得られる。
また、化合物2から保護基(ジメトキシトリチル基)を脱離させ、更に所定数のリン酸を付加させることにより、本発明のヌクレオチド(一般式(1)中のnが1〜3、R1が水素原子、Zが一般式(Za-1)で表される4'-メチル-2,2'-ビピリジン修飾プリンである化合物)が得られる。
Synthesis of N- (2-aminoethyl)-(4'-methyl-2,2'-bipyridin-4-yl) hexanamide (hereinafter referred to as Compound 1)
(4'-Methyl-2,2'-bipyridin-4-yl) hexanoic acid (568 mg, 2.0 mmol) and PyBOP (Benzotriazole-1-yl-oxy-trispyrrolidinophosphonium hexafluorophosphate) (1.14 g, 2.2 mmol) are combined with DMF ( Dimethylformamide) (10 ml) and stirred at room temperature for 30 minutes. To this solution was then added 1,2-diaminoethane (222 μL, 2.2 mmol) and the mixture was stirred at room temperature for 2 hours. The resulting solution was concentrated under reduced pressure and diluted with chloroform. The organic phase was washed with 1N sodium hydroxide, washed with sodium chloride solution, and dried with a desiccant (magnesium sulfate), and further concentrated under reduced pressure to give brown oily compound 1 (603 mg, 1.7 mmol, Yield 85%) was obtained. 1 H NMR (CDCl 3 ) δ 8.46 (t, 2H, J = 5.4 Hz), 8.20 (d, 2H, J = 6.8 Hz), 7.12-7.08 (m, 2H), 2.66 (quartet, 2H, J = 7.8 Hz), 2.42 (s, 3H), 2.20-2.12 (m, 2H), 1.72-1.52 (m, 4H), 1.42-1.39 (m, 4H), 1.32-1.25 (m, 2H); 13 C NMR (CDCl 3 ) δ155.9, 152.4, 148.8, 148.7, 148.0, 124.5, 123.8, 121.9, 121.1, 38.8, 36.2, 35.1, 29.9, 28.7, 26.7, 20.1; FABMS (NBA / CHCl 3 ) m / z327 ([ (M + H) + ]), HRMS calcd. For C 19 H 27 ON 4 ([(M + H) + ]) 327.2185, found 327.2184.
(6- (2- (6- (4'-Methyl-2,2'-bipyridin-4-yl) hexanamido) ethylamino-9H-purin-9-yl) -5'-O-dimethoxytrityl-2 Synthesis of '-deoxyriboside (hereinafter referred to as Compound 2)
To DMF (50 ml) containing (6-chloro-9H-purin-9-yl) -5′-O-dimethoxytrityl-2′-deoxyriboside (11.0 g, 19.2 mmol), diisopropyleneamine (23 ml) and DMF (50 ml) containing compound 1 (11.0 g, 55.4 mmol) was added and the mixture was stirred at 75 ° C. for 12 hours. After dilution with ethyl acetate (1 L), the resulting mixture was subjected to a washing treatment with a sodium chloride solution, a drying treatment with a desiccant (magnesium sulfate), a filtration treatment, and a vacuum distillation treatment. The crude product thus obtained was subjected to silica gel column chromatography (chloroform: methanol = 50: 1, containing 1% NH 4 OH) to obtain white solid compound 2 (15.8 g, 18.3 mmol, yield). 95%). 1 H NMR (CD 3 OD) δ8.41 (dd, 2H, J = 4.8, 10.1 Hz), 8.17 (s, 1H), 8.12 (s, 1H), 8.04 (s, 2H), 7.33 (d, 2H , J = 7.3 Hz), 7.20 (d, 4H, J = 8.8 Hz), 7.15-7.08 (m, 5H), 6.71 (dd, 4H, J = 4.0, 8.4 Hz), 6.38 (t, 1H, J = 6.2 Hz), 4.60 (quartet, 1H, J = 4.2 Hz), 4.10 (quartet, 1H, J = 4.4 Hz), 3.66 (s, 6H), 3.43 (t, 2H, J = 5.9 Hz), 3.32-3.27 (m, 2H), 2.83 (dt, 1H, J = 6.2, 13.5 Hz), 2.56 (t, 2H, J = 7.5 Hz), 2.44 (ddd, 1H, J = 4.6, 6.2, 13.4 Hz), 2.36 ( s, 3H), 2.11 (t, 2H, J = 7.1 Hz), 1.61-1.50 (m, 4H), 1.29-1.23 (m, 2H); 13 C NMR (CD 3 OD) δ176.3 160.0, 157.0, 156.3, 154.7, 153.8, 150.3, 150.0, 149.9, 146.2, 140.4, 137.10, 137.06, 131.23, 131.20, 129.3, 128.7, 127.8, 126.0, 125.4, 123.6, 122.9, 114.0, 87.9, 87.6, 85.8, 72.6, 65.0, 55.7, 40.8, 40.3, 36.9, 36.0, 30.9, 29.6, 26.5, 21.2; FABMS (NBA / CH 3 OH) m / z 863 ([(M + H) + ]), HRMS calcd.for C 50 H 55 O 6 N 8 ([(M + H) + ]) 863.4245, found 863.4235.
Synthesis of phosphoramidite compound of compound 2 (hereinafter referred to as compound 3) To a solution of compound 2 (47 mg, 54 μmol) and tetrazole (3.8 mg, 54 μmol) in anhydrous acetonitrile (500 μL), 2-cyanoethyltetra Isopropyl phosphorodiamidite (17.1 μl, 54 μmol) was added under a nitrogen atmosphere. The mixture was stirred at room temperature for 30 minutes. The resulting reaction product was filtered to obtain Compound 3.
Deprotection (dimethoxytrityl group) of compound 2 from dimethoxytritylated compound 2 eliminates the nucleoside of the present invention (wherein n in general formula (1) is 0, R1 is a hydrogen atom, Z is the following general formula (Za-1) represented by 4'-methyl-2,2'-bipyridine modified purine).
Further, by removing a protecting group (dimethoxytrityl group) from compound 2 and further adding a predetermined number of phosphoric acids, the nucleotides of the present invention (wherein n in general formula (1) is 1-3 and R1 is hydrogen). A compound in which the atom and Z are 4′-methyl-2,2′-bipyridine-modified purines represented by the general formula (Za-1) is obtained.

製造例2
1,2-ジアミノエタンの代わりに1,5-ジアミノペンタンを使用すること以外は、上記製造例1と同様の方法で、本発明のヌクレオシド(一般式(1)中のnが0、R1が水素原子、Zが下記4'-メチル-2,2'-ビピリジン修飾プリンである化合物)及びヌクレオチド(一般式(1)中のnが1〜3、R1が水素原子、Zが下記一般式(Za-4)で表される4'-メチル-2,2'-ビピリジン修飾プリンである化合物)を合成した。
Production Example 2
Except for using 1,5-diaminopentane instead of 1,2-diaminoethane, the nucleoside of the present invention (wherein n in the general formula (1) is 0, R1 is A hydrogen atom, a compound wherein Z is the following 4′-methyl-2,2′-bipyridine-modified purine) and a nucleotide (n in the general formula (1) is 1 to 3, R1 is a hydrogen atom, Z is the following general formula ( A compound that is a 4′-methyl-2,2′-bipyridine-modified purine represented by Za-4) was synthesized.

Figure 0005114705
Figure 0005114705

試験例1 メチルシトシンの検出
DNA試料として、20mer DNA(5'-GGTGGGGGCAGNGCCTCACA-3';Nはシトシン又はメチルシトシンを示す)(配列番号1)を用い、その5'末端を放射標識(32P)し、精製した。
Test Example 1 Detection of methylcytosine
As a DNA sample, 20mer DNA (5′-GGTGGGGGCAGNGCCTCACA-3 ′; N represents cytosine or methylcytosine) (SEQ ID NO: 1) was used, and the 5 ′ end was radiolabeled ( 32 P) and purified.

また、別途、ミスマッチ形成プローブとして、20mer DNA(5'-TGTGAGGCNCTGCCCCCACC-3';Nは一般式(Za-1)で表される4'-メチル-2,2'-ビピリジン修飾プリンを示す)(配列番号2)を調製した。   Separately, as a mismatch formation probe, 20mer DNA (5′-TGTGAGGCNCTGCCCCCACC-3 ′; N represents 4′-methyl-2,2′-bipyridine-modified purine represented by the general formula (Za-1)) ( SEQ ID NO: 2) was prepared.

次いで、ラベル化を行ったDNA試料(0.5μM、50μL)とミスマッチ形成プローブ(0.5μM、50μL)を、5mMオスミウム酸カリウム及び100mMフェレシアン化カリウムを含むトリス塩酸緩衝溶液(pH 7.0、1mMEDTA含有)に加えて50℃で10分間放置した。斯くして得られた反応溶液をポリアクリルアミド電気泳動に供して、反応後の生成物の分子量の増減を解析することにより、クロスリンク体の生成の有無を確認した。また、比較のために、オスミウム酸カリウムを添加せずに、或いはミスマッチ形成プローブとして4'-メチル-2,2'-ビピリジン修飾プリンの代わりに置換されていないプリンを有する20mer DNAを使用して、様の条件で試験を実施した。   Next, the labeled DNA sample (0.5 μM, 50 μL) and the mismatch forming probe (0.5 μM, 50 μL) are added to a Tris-HCl buffer solution (pH 7.0, containing 1 mM EDTA) containing 5 mM potassium osmate and 100 mM potassium ferresocyanide. And left at 50 ° C. for 10 minutes. The reaction solution thus obtained was subjected to polyacrylamide electrophoresis, and the presence or absence of the formation of a cross-linked body was confirmed by analyzing the increase and decrease in the molecular weight of the product after the reaction. Also, for comparison, using 20mer DNA with an unsubstituted purine without adding potassium osmate or as a mismatch-forming probe instead of 4'-methyl-2,2'-bipyridine modified purine The test was carried out under the following conditions.

結果を図1に示す。図1のlane 1〜6の結果から、オスミウム酸カリウムを添加させていない条件では、クロスリンク体が形成されなかったことが確認された。また、4'-メチル-2,2'-ビピリジン修飾プリンを有していないミスマッチ形成プローブでは、クロスリンク体が形成されないことも確認された。一方、lane 7及び8の結果から、目的塩基がメチルシトシンであるDNA試料は、目的塩基がシトシンであるDNA試料とは異なるバンドが検出されることが示された。   The results are shown in FIG. From the results of lanes 1 to 6 in FIG. 1, it was confirmed that a cross-linked body was not formed under the condition where potassium osmate was not added. It was also confirmed that a cross-linking body was not formed with a mismatch-forming probe that did not have 4′-methyl-2,2′-bipyridine-modified purine. On the other hand, from the results of lanes 7 and 8, it was shown that the DNA sample whose target base is methylcytosine detects a different band from the DNA sample whose target base is cytosine.

また、目的塩基がメチルシトシンであるDNA試料とミスマッチ形成プローブとの間でクロスリンクが形成されていることを明らかにするために、上記反応後のサンプルを精製し、MALDI-TOF MSによる同定を行った。その結果から、マスデータから、ミスマッチ形成プローブオスミウム錯体を介して、目的塩基がメチルシトシンであるDNA試料と結合していることが示唆された。   In addition, in order to clarify that a crosslink is formed between a DNA sample whose target base is methylcytosine and a mismatch forming probe, the sample after the above reaction is purified and identified by MALDI-TOF MS. went. From the results, it was suggested from the mass data that the target base was bound to a DNA sample whose methyl cytosine was the target via a mismatch forming probe osmium complex.

更に、目的塩基がメチルシトシンであるDNA試料とミスマッチ形成プローブとの間で形成されているクロスリンクがメチルシトシン部位選択的なクロスリンク反応であることを調べるために、上記反応後にピペリジン処理を行い、その産物をゲル電気泳動により解析した。その結果、メチルシトシン部位でのみ切断が観察されたことから、上記クロスリンクはメチルシトシンに対して選択的に生じていることが示された(図2参照)。   Furthermore, in order to examine whether the crosslink formed between the DNA sample whose target base is methylcytosine and the mismatch-forming probe is a methylcytosine site-selective crosslink reaction, piperidine treatment is performed after the above reaction. The product was analyzed by gel electrophoresis. As a result, since the cleavage was observed only at the methylcytosine site, it was shown that the crosslink was selectively generated with respect to methylcytosine (see FIG. 2).

即ち、以上の結果から、図3に示すように、目的塩基がメチルシトシンであるDNA試料とミスマッチ形成プローブとの間では選択的にクロスリンクが形成されており、目的塩基がシトシンであるDNA試料とミスマッチ形成プローブとの間ではクロスリンクが形成されないことが示された。   That is, from the above results, as shown in FIG. 3, a DNA sample in which the target base is methylcytosine and a mismatch forming probe are selectively cross-linked, and the DNA sample in which the target base is cytosine. It was shown that no cross-link was formed between the probe and the mismatch-forming probe.

更に得られたアダクト(目的塩基がメチルシトシンであるDNA試料−ミスマッチ形成プローブ)は、その融点が79.1℃であり、オスミウム未処理のアダクト(目的塩基がメチルシトシンであるDNA試料−ミスマッチ形成プローブ)の融点(54.8℃)と比較すると、熱安定性が大きく上昇していた。このことは、メチルシトシンへのクロスリンクによる二本鎖の安定化を指標として、メチルシトシンの検出を容易に行い得ることを示している。   Furthermore, the obtained adduct (DNA sample whose target base is methylcytosine-mismatch formation probe) has a melting point of 79.1 ° C., and is an osmium-untreated adduct (DNA sample whose target base is methylcytosine-mismatch formation probe) Compared with the melting point (54.8 ° C.), the thermal stability was greatly increased. This indicates that methylcytosine can be easily detected using double-stranded stabilization by cross-linking to methylcytosine as an index.

試験例2 メチルシトシンの検出
ミスマッチ形成プローブにおける一般式(Za-4)で表される4'-メチル-2,2'-ビピリジン修飾プリンとして下記の構造のものを使用する以外は、上記試験例1と同様の方法で試験を行い、メチルシトシンの検出を行った。
Test Example 2 Detection of methylcytosine The above test example except that the 4′-methyl-2,2′-bipyridine-modified purine represented by the general formula (Za-4) in the mismatch-forming probe is of the following structure The test was conducted in the same manner as in Example 1 to detect methylcytosine.

結果を図4に示す。図4には、上記試験例1の結果についても併せて示す。この結果から、リンカーの長さの違い(炭素数が2又は5の違い)に拘わらず、メチルシトシンを選択的に検出できることが明らかとなった。   The results are shown in FIG. FIG. 4 also shows the results of Test Example 1 described above. From this result, it was revealed that methylcytosine can be selectively detected regardless of the linker length difference (difference of 2 or 5 carbon atoms).

試験例3 長鎖DNAを試料としたメチルシトシンの検出
長鎖のDNAを試料としても、メチルシトシンの検出を行えるかを確認するために、以下の試験を実施した。
Test Example 3 Detection of methylcytosine using long-chain DNA as a sample To confirm whether methylcytosine can be detected using a long-chain DNA as a sample, the following test was performed.

まず、DNA試料として、30mer DNA(5'-CTCATGGTGGGGGCAGNGCCTCACAACCTC-3';Nはシトシン又はメチルシトシンを示す)(配列番号3)を用い、その5'末端を放射標識(32P)し、精製したものを準備した。当該DNA試料(0.5μM、50μL)と試験例1で使用したミスマッチ形成プローブ(0.5μM、50μL)を、5mMオスミウム酸カリウム及び100mMフェレシアン化カリウムを含むトリス塩酸緩衝溶液(pH 7.0、1mMEDTA含有)に加えて50℃で1〜20分間反応させ、経時的にサンプリングした。斯くして得られた反応溶液をポリアクリルアミド電気泳動に供して、反応後の生成物の分子量の増減を解析することにより、クロスリンク体の生成の有無を確認した。 First, as DNA samples, 30 mer DNA; that 'using (N denotes a cytosine or methylcytosine (SEQ ID NO: 3), its 5 5'-CTCATGGTGGGGGCAGNGCCTCACAACCTC-3)' end was radiolabeled (32 P), purified Prepared. The DNA sample (0.5 μM, 50 μL) and the mismatch forming probe (0.5 μM, 50 μL) used in Test Example 1 are added to a Tris-HCl buffer solution (pH 7.0, containing 1 mM EDTA) containing 5 mM potassium osmate and 100 mM potassium ferresocyanide. And reacted at 50 ° C. for 1 to 20 minutes, and sampled over time. The reaction solution thus obtained was subjected to polyacrylamide electrophoresis, and the presence or absence of the formation of a cross-linked body was confirmed by analyzing the increase and decrease in the molecular weight of the product after the reaction.

結果を図5に示す。この結果から、長鎖(30mer)のDNA試料に対しても、高い精度でメチルシトシンの検出が可能であることが確認された。   The results are shown in FIG. From this result, it was confirmed that methylcytosine can be detected with high accuracy even for a long-chain (30-mer) DNA sample.

試験例4 標識物質を使用したメチルシトシンの検出
<試験方法>
以下の工程a〜hを実施することにより、標識物質を使用したメチルシトシンの検出を行った。なお、本試験における各工程の模式図について図6に示す。
工程a:ミスマッチ形成プローブのチップへの結合
ミスマッチ形成プローブとして20mer DNA(5'-AAACTCCACNCACAAACACG-3'; Nは一般式(Za-1)で表される4'-メチル-2,2'-ビピリジン修飾プリンを示す)(配列番号4)を準備し、その5'末端を基−(CH2)18−NH2で修飾することによりアミノ化した。
Test Example 4 Detection of methylcytosine using a labeled substance <Test method>
By performing the following steps a to h, methylcytosine was detected using a labeling substance. In addition, it shows in FIG. 6 about the schematic diagram of each process in this test.
Step a: Binding of mismatch-forming probe to chip 20mer DNA (5′-AAACTCCACNCACAAACACG-3 ′; N is 4′-methyl-2,2′-bipyridine represented by the general formula (Za-1)) (Denoting a modified purine) (SEQ ID NO: 4) was prepared and aminated by modifying its 5 ′ end with the group — (CH 2 ) 18 —NH 2 .

当該アミノ化ミスマッチ形成プローブ(25μM)及びNaCl(0.1M)を含む150mMのNa cacoバッファーを調製し、その2μLをアルデヒド基を有するチップ(アルデヒド基によってコーティングされたスライドガラス)に添加して終夜室温でインキュベートした。次いで、0.15重量%SDS含有水溶液で洗浄した後に乾燥させて、DNA試料の5'末端を結合させたチップを得た。   Prepare 150 mM Nacaco buffer containing the amination mismatch-forming probe (25 μM) and NaCl (0.1 M), add 2 μL to a chip with aldehyde groups (slide glass coated with aldehyde groups) overnight at room temperature Incubated with. Subsequently, it was washed with an aqueous solution containing 0.15 wt% SDS and then dried to obtain a chip to which the 5 ′ end of the DNA sample was bound.

工程b:ミスマッチ形成プローブが結合されたチップに対する還元
次に、チップに結合したミスマッチ形成プローブに対して、PBS(phosphate buffered saline; pH 7.0)4mL、水酸化硼素ナトリウム10mg、及びエタノール1mLを添加し、室温で5分間放置し、水で2回洗浄した後に乾燥させて、チップとミスマッチ形成プローブとの間を結合させている窒素原子を還元させた(即ち、チップとミスマッチ形成プローブとの間を結合させている基を、基−N=C-から基−NH-CH2−に変換させた)。
Step b: Reduction to the chip to which the mismatch-forming probe is bound Next, 4 mL of PBS (phosphate buffered saline; pH 7.0), 10 mg of sodium hydroxide and 1 mL of ethanol are added to the mismatch-forming probe bound to the chip. , Left at room temperature for 5 minutes, washed twice with water and dried to reduce the nitrogen atoms bound between the chip and the mismatch forming probe (ie, between the chip and the mismatch forming probe). The attached group was converted from the group —N═C— to the group —NH—CH 2 —).

工程c:ミスマッチ形成プローブとDNA試料とのハイブリダイズ
次に、DNA試料として50mer DNA(5'-TTTGAGGTGNGTGTTTGTGCCTGTCCTGGGAGAGACCGGCGCACAGAGGA-3';Nはシトシン又はメチルシトシンを示す)(配列番号5)を用いて、当該DNA試料(配列番号5においてNがメチルシトシンのものとシトシンのものとが所定量混在)と、チップに結合させたミスマッチ形成プローブとをハイブリダイズさせた。具体的には、チップに結合させたミスマッチ形成プローブに対して、DNA試料(1μM)及びNaCl(0.1M)を含む50mMのリン酸ナトリウム溶液(pH 7.0)を2μL添加し、室温で30分間静置した。その後、1×SSCで洗浄した後に、更に0.1×SSCで洗浄し、乾燥させることにより、チップ上でミスマッチ形成プローブとDNA試料とのハイブリダイズ産物を得た。
Step c: Hybridization of mismatch-forming probe and DNA sample Next, 50 mer DNA (5′-TTTGAGGTGNGTGTTTGTGCCTGTCCTGGGAGAGACCGGCGCACAGAGGA-3 ′; N represents cytosine or methylcytosine) (SEQ ID NO: 5) is used as the DNA sample. A sample (predetermined amount of a mixture of N and methylcytosine in SEQ ID NO: 5) and a mismatch-forming probe bound to a chip were hybridized. Specifically, 2 μL of a 50 mM sodium phosphate solution (pH 7.0) containing a DNA sample (1 μM) and NaCl (0.1 M) is added to the mismatch-forming probe bound to the chip, and left at room temperature for 30 minutes. I put it. Then, after washing with 1 × SSC, further washing with 0.1 × SSC and drying, a hybridized product of a mismatch forming probe and a DNA sample was obtained on the chip.

工程d:ハイブリダイズ産物におけるクロスリンクの形成
更に、上記で得られたハイブリダイズ産物に対して、5mMオスミウム酸カリウム及び100mMフェレシアン化カリウムを含むトリス塩酸緩衝溶液(pH 7.7、1mMEDTA含有)を2μL添加し、室温で1時間反応させた。次いで、0.15重量%SDS含有水溶液で洗浄した後に乾燥させて、ハイブリダイズ産物においてクロスリンクが形成された反応物を得た。
Step d: Formation of crosslinks in hybridized product Further, 2 μL of a tris-hydrochloric acid buffer solution (pH 7.7, containing 1 mM EDTA) containing 5 mM potassium osmate and 100 mM potassium ferreocyanide is added to the hybridized product obtained above. And allowed to react at room temperature for 1 hour. Subsequently, it was washed with an aqueous solution containing 0.15 wt% SDS and then dried to obtain a reaction product in which a crosslink was formed in the hybridized product.

工程e:クロスリンクが形成されていないハイブリダイズ産物の分解
次に、上記処理を行った反応産物を95℃の水に10分間浸漬した後に乾燥させることにより、クロスリンクが形成されていないハイブリダイズ産物を分解させた。
Step e: Decomposition of the hybridized product in which no crosslink is formed Next, the reaction product subjected to the above treatment is immersed in water at 95 ° C. for 10 minutes and then dried to hybridize in which no crosslink is formed. The product was degraded.

工程f:クロスリンク検出用プローブのハイブリダイズ
更に、クロスリンク検出用プローブとして、3'末端にトリエチレングリコールを介してビオチンを結合させている20mer DNA(3'-TCTCTGGCCGCGTGTCTCCT-5')(配列番号6)を準備した。上記処理を行った反応産物に対して、このクロスリンク検出用プローブ(10μM)及びNaCl(0.1M)を含む50mMのリン酸ナトリウム溶液(pH 7.0)を2μL添加し、室温で30分間静置した。その後、1×SSCで洗浄した後に、更に0.1×SSCで洗浄し、乾燥させることにより、チップ上でDNA試料とクロスリンク検出用プローブとをハイブリダイズさせた反応物を得た。
Step f: Hybridization of cross-link detection probe Furthermore, as a cross-link detection probe, 20mer DNA (3'-TCTCTGGCCGCGTGTCTCCT-5 ') in which biotin is bound to the 3' end via triethylene glycol (SEQ ID NO: 6) was prepared. 2 μL of a 50 mM sodium phosphate solution (pH 7.0) containing this crosslink detection probe (10 μM) and NaCl (0.1 M) was added to the reaction product subjected to the above treatment, and left at room temperature for 30 minutes. . Then, after washing with 1 × SSC, further washing with 0.1 × SSC and drying, a reaction product in which the DNA sample and the crosslink detection probe were hybridized on the chip was obtained.

工程g:チップのブロッキング
次いで、上記で得られたチップ上の反応産物に対して、子牛血清アルブミン(BSA)(50mg/mL)を含むPBSを1.5mL添加して室温で5分間静置した。その後、PBSで洗浄することにより、反応産物が結合しているチップをブロッキングした。
Step g: Blocking of chip Next, 1.5 mL of PBS containing calf serum albumin (BSA) (50 mg / mL) was added to the reaction product on the chip obtained above and allowed to stand at room temperature for 5 minutes. . Thereafter, the chip to which the reaction product was bound was blocked by washing with PBS.

工程h:Cy3-アビジンコンジュゲートの結合
更に、上記でチップ上の反応産物に対して、BSA(50mg)、PBS(1.5mL)及びCy3-アビジンコンジュゲート(15μL)を添加して室温で5分間反応させた。その後、PBSで洗浄した後に乾燥させることにより、チップ上の反応産物に存在するビオチンにCy3-アビジンコンジュゲートを結合させた反応物を得た。
Step h: Binding of Cy3-avidin conjugate Furthermore, to the reaction product on the chip as described above, BSA (50 mg), PBS (1.5 mL) and Cy3-avidin conjugate (15 μL) were added, and at room temperature for 5 minutes. Reacted. Then, after washing with PBS and drying, a reaction product in which Cy3-avidin conjugate was bound to biotin present in the reaction product on the chip was obtained.

工程g:Cy3の蛍光強度の測定
斯くして処理されたチップ上の反応物のCy3の蛍光強度を測定した(励起波長532nm、検出波長585±45nm)。
Step g: Measurement of fluorescence intensity of Cy3 The fluorescence intensity of Cy3 of the reaction product on the thus treated chip was measured (excitation wavelength: 532 nm, detection wavelength: 585 ± 45 nm).

<結果>
この結果、DNA試料における、目的塩基がメチルシトシンであるDNAの割合に応じて、強い蛍光輝度が検出された(図7参照)。即ち、この結果から、本発明によれば、予めメチル化頻度と検出される蛍光輝度との関係を示す検量線を作成することによって、シトシンのメチル化頻度が未知のDNA試料に対して、メチル化量の定量が可能になることが確認された。
<Result>
As a result, strong fluorescence luminance was detected according to the proportion of DNA whose target base was methylcytosine in the DNA sample (see FIG. 7). That is, based on this result, according to the present invention, a calibration curve showing the relationship between the methylation frequency and the detected fluorescence brightness is prepared in advance, so that a methyl sample of cytosine is methylated with respect to a DNA sample whose unknown frequency is unknown. It was confirmed that the quantification amount could be quantified.

試験例1で行ったポリアクリルアミド電気泳動の結果を示す図である。図1中、K2OsO4の欄が「−」のものは、K2OsO4を添加していない場合の結果を示し、該欄が「+」のものはK2OsO4を添加した場合の結果を示す。また、図中、ODN1'(BpyA)の欄が「−」のものは、4'-メチル-2,2'-ビピリジン修飾プリンを有していないミスマッチ形成プローブを使用した場合の結果であり、該欄が「+」のものは4'-メチル-2,2'-ビピリジン修飾プリンを有しているミスマッチ形成プローブを使用した場合の結果を示す。更に、図中のNの欄が「C」のものはDNA試料において目的塩基がシトシンである場合の結果を示し、該欄が「M」のものは、DNA試料において目的塩基がメチルシトシンである場合の結果を示す。2 is a diagram showing the results of polyacrylamide electrophoresis performed in Test Example 1. FIG. In Figure 1, the column of K 2 OsO 4 is - is intended, it shows the results when no added K 2 OsO 4, those該欄is "+" with the addition of K 2 OsO 4 "" The results are shown. In the figure, the ODN1 '( Bpy A) column with "-" is the result when using a mismatch-forming probe that does not have a 4'-methyl-2,2'-bipyridine-modified purine. The column with “+” indicates the result when a mismatch forming probe having 4′-methyl-2,2′-bipyridine-modified purine is used. Further, in the figure, the column “N” in N indicates the result when the target base is cytosine in the DNA sample, and the column “M” indicates that the target base is methyl cytosine in the DNA sample. The result of the case is shown. 試験例1において、クロスリンク反応後にピペリジン処理を行い、その産物をゲル電気泳動により解析した結果を示す図である。図2中、probeの欄が「−」のものは、ミスマッチ形成プローブを添加していない場合の結果を示し、該欄が「+」のものは4'-メチル-2,2'-ビピリジン修飾プリンを有しているミスマッチ形成プローブを使用した場合の結果を示す。また、図中、Osの欄が「−」のものは、K2OsO4を添加していない場合の結果を示し、該欄が「+」のものはK2OsO4を添加した場合の結果を示す。更に、図中のNの欄が「C」のものはDNA試料において目的塩基がシトシンである場合の結果を示し、該欄が「M」のものは、DNA試料において目的塩基がメチルシトシンである場合の結果を示す。In Experiment 1, it is a figure which shows the result of having performed the piperidine process after the cross-linking reaction and analyzing the product by gel electrophoresis. In FIG. 2, the “-” in the probe column indicates the result when no mismatch forming probe is added, and the “+” column indicates the 4′-methyl-2,2′-bipyridine modification. Results are shown when using mismatch-forming probes with purines. In the figure, the column of Os is - results of those represents the results obtained without the addition of K 2 OsO 4, those該欄is "+" is the addition of K 2 OsO 4 "" Indicates. Further, in the figure, the column “N” in N indicates the result when the target base is cytosine in the DNA sample, and the column “M” indicates that the target base is methyl cytosine in the DNA sample. The result of the case is shown. 試験例1で得られた結果から明らかにされた知見を模式的に示す図である。即ち、4'-メチル-2,2'-ビピリジン基とメチルシトシンはオスミウム酸を介してクロスリンクを形成するが、4'-メチル-2,2'-ビピリジン基とシトシンでは、該クロスリンクは形成しないことを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the knowledge clarified from the result obtained in Test Example 1. That is, 4′-methyl-2,2′-bipyridine group and methylcytosine form a crosslink via osmic acid, but in 4′-methyl-2,2′-bipyridine group and cytosine, the crosslink is It is a figure which shows typically not forming. 試験例2で行ったポリアクリルアミド電気泳動の結果を示す図である。図4中、m1=1のものは、ミスマッチ形成プローブに一般式(Za-1)で表される4'-メチル-2,2'-ビピリジン修飾プリンが結合している場合の結果を示し、m1=4のものは、ミスマッチ形成プローブに一般式(Za-4)で表される4'-メチル-2,2'-ビピリジン修飾プリンが結合している場合の結果を示す。また、図中のNの欄が「C」のものはDNA試料において目的塩基がシトシンである場合の結果を示し、該欄が「M」のものは、DNA試料において目的塩基がメチルシトシンである場合の結果を示す。FIG. 6 is a diagram showing the results of polyacrylamide electrophoresis performed in Test Example 2. In FIG. 4, m1 = 1 shows the result when 4′-methyl-2,2′-bipyridine modified purine represented by the general formula (Za-1) is bound to the mismatch forming probe, The case of m1 = 4 shows the result when 4′-methyl-2,2′-bipyridine-modified purine represented by the general formula (Za-4) is bound to the mismatch forming probe. In the figure, the column “N” in N indicates the result when the target base is cytosine in the DNA sample, and the column “M” indicates that the target base is methyl cytosine in the DNA sample. The result of the case is shown. 試験例3で行ったポリアクリルアミド電気泳動の結果を示す図である。図中のNの欄が「C」のものはDNA試料において目的塩基がシトシンである場合の結果を示し、該欄が「M」のものは、DNA試料において目的塩基がメチルシトシンである場合の結果を示す。FIG. 6 is a diagram showing the results of polyacrylamide electrophoresis performed in Test Example 3. In the figure, the column “N” in N indicates the result when the target base is cytosine in the DNA sample, and the column “M” indicates that the target base is methyl cytosine in the DNA sample. Results are shown. 試験例4で行ったメチルシトシンの検出について、各工程毎に模式的に示す図である。図中、Xは4'-メチル-2,2'-ビピリジン修飾プリンを示し、Mはメチルシトシンを示す。It is a figure which shows typically for every process about the detection of the methylcytosine performed in Test Example 4. FIG. In the figure, X represents 4′-methyl-2,2′-bipyridine-modified purine, and M represents methylcytosine. 試験例4で行った試験結果を示す図である。図中、[M]/([M]+[C])は、DNA試料として使用した配列番号5に示すDNAにおいて、NがメチルシトシンであるDNAの割合(%)、即ち、目的塩基がメチルシトシンであるのDNAと目的塩基がシトシンのDNAの合計量に対する目的塩基がメチルシトシンのDNAの割合(%)を示している。図中、左図は、蛍光顕微鏡により観察した結果(4回の実験結果;1列につき1回の実験の結果)を示す。また、図中、右図は、左図に示される4回の実験結果の蛍光の輝度の平均をプロットしたものである。It is a figure which shows the test result conducted in Test Example 4. In the figure, [M] / ([M] + [C]) is the ratio (%) of DNA in which N is methylcytosine in the DNA shown in SEQ ID NO: 5 used as the DNA sample, that is, the target base is methyl It shows the ratio (%) of DNA having the target base methylcytosine to the total amount of the DNA having cytosine and the DNA having the target base cytosine. In the figure, the left figure shows the results observed with a fluorescence microscope (results of four experiments; results of one experiment per row). Moreover, in the figure, the right figure plots the average of the luminance of the fluorescence of the four experimental results shown in the left figure.

Claims (15)

一般式(1)で表されるヌクレオシド又はヌクレオチド。
Figure 0005114705
[式(1)中、nは0〜3の整数を示し、
1は、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、又はアミノ基を示し、
Zは、ハロゲン原子、炭素数1〜10のアルキル基、カルボキシル基、アミノ基、ジメチルアミノ基、及びカルバモイル基よりなる群から選択される少なくとも1種で置換されていてもよい4,4'−ビピリジン基が、リンカーを介して結合している一般式(2)で表されるプリン塩基
Figure 0005114705
[式(2)中、X1は、O、NH、CH2、又はSを示し、一般式(2)の基は、aの側が一般式(1)中の五単糖に結合する部位であり、bの側がリンカーと結合する部位である。]を示す。]
A nucleoside or nucleotide represented by the general formula (1).
Figure 0005114705
[In the formula (1), n represents an integer of 0 to 3,
R 1 represents a hydrogen atom, a halogen atom, a hydroxyl group, or an amino group,
Z may be substituted with at least one selected from the group consisting of a halogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a carboxyl group, an amino group, a dimethylamino group, and a carbamoyl group. Purine base represented by the general formula (2) to which a bipyridine group is bonded via a linker
Figure 0005114705
[In the formula (2), X 1 represents O, NH, CH 2 or S, and the group of the general formula (2) is a site where the side a is bonded to the pentasaccharide in the general formula (1). Yes, the b side is the site that binds to the linker. ]. ]
前記リンカーが、以下のいずれかの構造である、請求項1に記載のヌクレオシド又はヌクレオチド。
−(CH2)m1−NH−CO−(CH2)m2− [m1及びm2は同一又は異なって1〜20の整数を示す]
−(O−CH2−CH2)l−O− [lは1〜100の整数を示す]
−(CH2)k− [kは1〜20の整数を示す]
The nucleoside or nucleotide according to claim 1, wherein the linker has any one of the following structures.
— (CH 2 ) m1 —NH—CO— (CH 2 ) m2 − [m1 and m2 are the same or different and represent an integer of 1 to 20]
- (O-CH 2 -CH 2 ) l -O- [l represents an integer of 1 to 100]
− (CH 2 ) k − [k represents an integer of 1 to 20]
Zが、メチル基で置換されている4,4'−ビピリジン基が、−(CH2)m1−NH−CO−(CH2)m2−(m1及びm2は請求項2で定義されるものと同じ)をリンカーとして介して結合している一般式(2)で表されるプリン塩基である、請求項1に記載のヌクレオシド又はヌクレオチド。 A 4,4′-bipyridine group substituted with a methyl group is — (CH 2 ) m1 —NH—CO— (CH 2 ) m2 — (m1 and m2 are as defined in claim 2 ; The nucleoside or nucleotide according to claim 1, wherein the nucleoside or nucleotide is the purine base represented by the general formula (2) in which the same is bound as a linker. 以下の一般式(1-a)で表される化合物である、請求項1に記載のヌクレオシド又はヌクレオチド。
Figure 0005114705
[式中、m1及びm2は、請求項2で定義されるものと同じ。]
The nucleoside or nucleotide according to claim 1, which is a compound represented by the following general formula (1-a).
Figure 0005114705
[ Wherein m1 and m2 are the same as defined in claim 2.] ]
DNA試料中のシトシンのメチル化の有無を検出する方法であって、
検出目的とするシトシン又はメチルシトシンが、バルジ構造又はミスマッチを形成するように、DNA試料と、下記一般式(1-1)で表されるヌクレオチドの残基を含むガイドプローブとをハイブリダイズさせる第1工程、
Figure 0005114705
[式中、R1及びZは請求項1で定義されるものと同じ。]
第1工程で得られたハイブリダイズ産物に対して、オスミウム酸塩を作用させることにより、バルジ構造又はミスマッチを形成したメチルシトシンと、ガイドプローブに挿入されている一般式(1-1)で表されるヌクレオチド残基中の4,4'−ビピリジン基とをクロスリンクさせる第2工程、及び
前記ガイドプローブとDNA試料とのクロスリンクの有無を検出する第3工程
を含むことを特徴とする、メチルシトシン検出方法。
A method for detecting the presence or absence of cytosine methylation in a DNA sample,
A DNA sample and a guide probe containing a nucleotide residue represented by the following general formula (1-1) are hybridized so that cytosine or methylcytosine for detection purposes forms a bulge structure or mismatch. 1 process,
Figure 0005114705
[Wherein R 1 and Z are the same as defined in claim 1 . ]
It is represented by the general formula (1-1) inserted in the guide probe and methylcytosine formed with a bulge structure or mismatch by allowing osmate to act on the hybridized product obtained in the first step. A second step of cross-linking a 4,4′-bipyridine group in the nucleotide residue to be detected, and a third step of detecting the presence or absence of cross-linking between the guide probe and the DNA sample, Methylcytosine detection method.
前記ガイドプローブが、検出目的とするシトシン又はメチルシトシンとミスマッチを形成してDNA試料とハイブリダイズするものであり、該ガイドプローブにおいて、一般式(1-1)で表されるヌクレオチド残基が、検出目的とするシトシン又はメチルシトシンに対して対合してミスマッチする部位に含まれている、請求項5に記載の検出方法。 The guide probe forms a mismatch with cytosine or methylcytosine to be detected and hybridizes with a DNA sample. In the guide probe, the nucleotide residue represented by the general formula (1-1) is: The detection method according to claim 5, wherein the detection method is contained in a site that is mismatched by pairing with cytosine or methylcytosine to be detected. 前記ガイドプローブが、検出目的とするシトシン又はメチルシトシンがバルジ構造を形成してDNA試料とハイブリダイズするものであり、該ガイドプローブにおいて、一般式(1-1)で表されるヌクレオチド残基が、検出目的とするシトシン又はメチルシトシンに隣接する塩基に対して対合する部位に含まれている、請求項5に記載の検出方法。 The guide probe is one in which cytosine or methylcytosine to be detected forms a bulge structure and hybridizes with a DNA sample. In the guide probe, the nucleotide residue represented by the general formula (1-1) is The detection method according to claim 5, wherein the detection method is contained in a site paired with a base adjacent to cytosine or methylcytosine to be detected. 一般式(1-1)で表されるヌクレオチドの残基が、以下の一般式(1-1-a)で表されるヌクレオチド残基である、請求項5乃至7のいずれかに記載の検出方法。
Figure 0005114705
[式中、m1及びm2は、請求項2で定義されるものと同じ。]
The detection according to any one of claims 5 to 7, wherein the residue of the nucleotide represented by the general formula (1-1) is a nucleotide residue represented by the following general formula (1-1-a): Method.
Figure 0005114705
[ Wherein m1 and m2 are the same as defined in claim 2.] ]
ガイドプローブが20〜100塩基の長さである、請求項5乃至8のいずれかに記載の検出方法。 The detection method according to claim 5, wherein the guide probe has a length of 20 to 100 bases. ガイドプローブが固相担体に結合されたものである、請求項5乃至9のいずれかに記載の検出方法。 The detection method according to claim 5, wherein the guide probe is bound to a solid phase carrier. DNA試料中のシトシンのメチル化の有無を検出するためのプローブであって、以下の特性を具備している核酸からなるメチルシトシン検出用プローブ:
(1)DNA試料とハイブリダイズできる、
(2)DNA試料の検出目的とするシトシン又はメチルシトシンと対合する塩基はミスマッチする、及び
(3)一般式(1-1)で表されるヌクレオチドの残基を含んでいる。
Figure 0005114705
[式中、R1及びZは請求項1で定義されるものと同じ。]
A probe for detecting the presence or absence of cytosine methylation in a DNA sample, comprising a nucleic acid having the following characteristics:
(1) can hybridize with DNA sample,
(2) the base pairing with cytosine or methylcytosine for detection of DNA sample is mismatched; and
(3) A nucleotide residue represented by the general formula (1-1) is included.
Figure 0005114705
[Wherein R 1 and Z are the same as defined in claim 1 . ]
DNA試料中のシトシンのメチル化の有無を検出するためのプローブであって、以下の特性を具備している核酸からなるメチルシトシン検出用プローブ:
(1)DNA試料とハイブリダイズできる、
(2)DNA試料の検出目的とするシトシン又はメチルシトシンと対合するヌクレオチドを欠失している、及び
(3)一般式(1-1)で表されるヌクレオチド残基を含んでいる。
Figure 0005114705
[式中、R1及びZは請求項1で定義されるものと同じ。]
A probe for detecting the presence or absence of cytosine methylation in a DNA sample, comprising a nucleic acid having the following characteristics:
(1) can hybridize with DNA sample,
(2) a deletion of a nucleotide pairing with cytosine or methylcytosine for detection of a DNA sample; and
(3) It contains a nucleotide residue represented by general formula (1-1).
Figure 0005114705
[Wherein R 1 and Z are the same as defined in claim 1 . ]
請求項11又は12に記載のプローブと、オスミウム酸塩とを備えるメチルシトシン検出用キット。 A kit for detecting methylcytosine comprising the probe according to claim 11 or 12 and osmate. 請求項11又は12に記載のプローブの1種以上が、基体上に固定された核酸チップ。 A nucleic acid chip on which one or more of the probes according to claim 11 or 12 are fixed on a substrate. 請求項14に記載の核酸チップと、チップ上の発色パターンを検出できる装置とを備えるメチルシトシン検出用装置。 An apparatus for detecting methylcytosine comprising the nucleic acid chip according to claim 14 and an apparatus capable of detecting a color development pattern on the chip.
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