JP5590757B2 - 安定なハイブリッド体 - Google Patents
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固相に固定されたプローブ核酸とサンプル核酸とが、該サンプル核酸のターゲット鎖の有する標的配列と、該標的配列に相補的である該プローブ核酸の有するプローブ配列とにより形成されたハイブリット部を介して結合したハイブリッド体であって、
前記サンプル核酸のターゲット鎖が前記プローブ核酸のプローブ配列より長いことによって、少なくとも該ターゲット鎖の5'末端を含む部分が前記標的配列の5'側に伸びており、
かつ、該ターゲット鎖の3'末端は前記標的配列の3'側端部に相当するか、あるいは前記標的配列の3'側端部から3'方向に少なくとも1塩基分伸びた部分の先端にあり、
前記ターゲット鎖の5'末端を含む部分の塩基数をL1、前記ターゲット鎖の3'末端の前記標的配列の3'末端部分より伸びた部分の塩基数をL2(但し、前記ターゲット鎖の3'末端が前記標的配列の3'側端部に相当する場合をL2=0とする)と表わしたときに、L1/L2の値が0〜1.5の関係を満たすことを特徴とするハイブリッド体である。
前記プローブ核酸の配列を、以下の構成(1)及び(2)を満たすハイブリッド体を形成可能に設計されていることを特徴とする検出方法である。
(1)前記プローブ核酸とサンプル核酸とが、該サンプル核酸のターゲット鎖の有する標的配列と、該標的配列に相補的である該プローブ核酸の有するプローブ核酸とにより形成されたハイブリット部を介して結合したハイブリッド体であって、
(2)前記サンプル核酸が有するターゲット鎖の5'末端は前記標的配列の5'側端部から5’方向に少なくとも1塩基分伸びた部分の先端にあり、かつ、該ターゲット鎖の3'末端は前記標的配列の3'側端部にあるか、あるいは前記標的配列の3'側端部から3'方向に少なくとも1塩基分伸びた部分にあり、
前記ターゲット鎖の5'末端の前記標的配列の5'末端部分より伸びた部分の塩基数をL1、前記ターゲット鎖の3'末端の前記標的配列の3'末端部分より伸びた部分の塩基数をL2(但し、前記ターゲット鎖の3’末端が前記標的配列の3'側端部にある場合をL2=0とする)と表したときに、L1/L2の値が0〜1.5の関係を満たすものである。
また、本発明に係る別のサンプル核酸の検出方法は、固相に固定された複数のプローブ核酸からなるプローブセットと、サンプル核酸が有するターゲット鎖の標的配列と、を反応させて得られる1種類以上のハイブリッド体を検出することによるサンプル核酸の検出方法において、
前記プローブセットの前記プローブ核酸が、前記サンプル核酸とハイブリダイズしたときに、70%以上の前記ハイブリッド体が以下の(1)および(2)の関係を満たすことを特徴とするサンプル核酸の検出方法:
(1)前記プローブ核酸とサンプル核酸とが、該サンプル核酸のターゲット鎖の有する標的配列と、前記プローブセットの該標的配列に相補的である該プローブ核酸の有するプローブ配列とにより形成されたハイブリット部を介して結合したハイブリッド体であって、
(2)前記サンプル核酸が有するターゲット鎖は、前記プローブ核酸よりも長く、該ターゲット鎖の5’末端は前記標的配列の5’側端部から5’方向に少なくとも1塩基分伸びた部分の先端にあり、かつ、該ターゲット鎖の3’末端は前記標的配列の3’側端部から3’方向に少なくとも1塩基分伸びた部分にあり、前記ターゲット鎖の5’末端の前記標的配列の5'末端部分より伸びた部分の塩基数をL1、前記ターゲット鎖の3’末端の前記標的配列の3'末端部分より伸びた部分の塩基数をL2と表したときに、L1≦L2の関係を満たすものである。
前記プライマーと前記プローブ核酸の配列が、以下の構成(1)及び(2)を満たすハイブリッド体を形成可能に設計されていることを特徴とするキット。
(1)前記プローブ核酸とサンプル核酸とが、該サンプル核酸のターゲット鎖の有する標的配列と、該標的配列に相補的である該プローブ核酸の有するプローブ配列とにより形成されたハイブリット部を介して結合したハイブリッド体であって、
(2)前記サンプル核酸が有するターゲット鎖の5'末端は前記標的配列の5'側端部から5'方向に少なくとも1塩基分伸びた部分の先端にあり、かつ、該ターゲット鎖の3'末端は前記標的配列の3'側端部にあるか、あるいは前記標的配列の3'側端部から3'方向に少なくとも1塩基分伸びた部分にあり、
前記ターゲット鎖の5'末端の前記標的配列の5'末端部分より伸びた部分の塩基数をL1、前記ターゲット鎖の3'末端の前記標的配列の3'末端部分より伸びた部分の塩基数をL2(但し、前記ターゲット鎖の3'末端が前記標的配列の3'側端部にある場合をL2=0とする)と表わしたときに、L1/L2の値が0〜1.5の関係を満たすものである。
また、本発明の別の一実施形態において、サンプル核酸検出用のキットは、検体核酸から標的配列を有するターゲット鎖を有するサンプル核酸を増幅させるためのPCR用のプライマーと、該検体核酸をテンプレートとして該プライマーを用いて増幅した増幅産物中での前記標的配列の有無を確認するための固相に固定化されたプローブ核酸のセットと、を有し、該プローブ核酸と、前記標的配列と、を反応させて得られる1種類以上のハイブリッド体を検出することによりサンプル核酸を検出するサンプル核酸検出用のキットにおいて、
前記セットの前記プローブ核酸が前記サンプル核酸とハイブリダイズしたときに、70%以上の前記ハイブリッド体が以下の(1)および(2)の関係を満たすことを特徴とするサンプル核酸検出用のキット;
(1)前記プローブ核酸とサンプル核酸とが、該サンプル核酸のターゲット鎖の有する標的配列と、前記プローブセットの該標的配列に相補的である該プローブ核酸の有するプローブ配列とにより形成されたハイブリッド部を介して結合したハイブリッド体であって、
(2)前記サンプル核酸が有するターゲット鎖は前記プローブ核酸よりも長く、該ターゲット鎖の5’末端は前記標的配列の5’側端部から5’方向に少なくとも1塩基分伸びた部分の先端にあり、かつ、該ターゲット鎖の3’末端は前記標的配列の3’端部から3’方向に少なくとも1塩基分伸びた部分にあり、前記ターゲット鎖の5’末端の前記標的配列の5’末端部分より伸びた部分の塩基数をL1、前記ターゲット鎖の3’末端の前記標的配列の3’末端部分より伸びた部分の塩基数をL2と表したときに、L1≦L2の関係を満たすものである。
また、上記プローブを提供するにあたってはプローブの配列等を設計する必要があるが、そのためのプローブ設計方法も提案する。
(1)プライマーの設計
検査対象の配列を有する検体のモデルとして、市販のTakara社製ベクター pUC118 EcoRI/BAP(全長3162bp)を選択し、その塩基配列中より、下記の配列を有するプライマー3種を設計した。なお、pUC118 EcoRI/BAPの全塩基配列情報に関しては、Takara社より提供されており、また、公開されているデータベース等からも入手可能である。
実施例1の(1)で設計した3種のプライマーを合成した。各プライマーの合成は、それぞれの塩基配列を有するDNA鎖を定法に従ってDNA合成機で合成した。精製は、カートリッジ精製により行い、3種のプライマーを得た。得られたプライマーは、TEバッファーにて10μMの濃度に希釈した。
実施例1の(2)で合成した3種のプライマー、鋳型遺伝子DNAとするTakara社製ベクター pUC118 EcoRI/BAP、およびQIAGEN社製PCRキット HotStarTaq Master Mix を用いて、PCR増幅反応を行った。Master Mix中にはdATP、dCTP、dTTP、dGTPの4種のデオキシヌクレオチドが含まれているが、PCR産物を蛍光標識により標識するため、アマシャムファルマシア社製のCy3dUTPを加えて、PCR産物をCy3により標識した。
(1)プローブの設計及び合成
上記、PCR産物1に対して、3種のプローブを設計した。設計はプライマーの設計と同様、各プローブが、検体中に選択した部分塩基配列(標的配列)を特異的に認識できるよう、配列、GC%、融解温度(Tm値)に充分配慮して設計を行った。
合成石英のガラス基板(サイズ(W×L×T):25mm×75mm×1mm、飯山特殊ガラス社製)を耐熱、耐アルカリ性のラックに入れ、所定の濃度に調製した超音波洗浄用の洗浄液に浸した。一晩、洗浄液中で浸した後、20分間超音波洗浄を行った。続いて、ガラス基板を取り出し、軽く純水で漱いだ後、超純水中で20分間、超音波洗浄を行った。次に、80℃に加熱した1N水酸化ナトリウム水溶液中に10分間、ガラス基板を浸した。再び、純水洗浄と超純水洗浄を行い、DNAマイクロアレイ用の洗浄済石英ガラス基板を用意した。
シランカップリング剤KBM−603(信越シリコーン社製)を、1%の濃度となるように純水中に溶解させ、2時間室温で攪拌した。続いて、洗浄済石英ガラス基板を、このシランカップリング剤水溶液に浸し、20分間室温で放置した。ガラス基板を引き上げ、軽く純水で表面を洗浄した後、ガラス基板の両面に窒素ガスを吹き付けて乾燥させた。次に、窒素ブロー乾燥したガラス基板を、120℃に加熱したオーブン中で1時間ベークし、カップリング剤処理を完結させた。このカップリング剤処理により、ガラス基板表面にシランカップリング剤由来のアミノ基が導入された。
上記(1)で設計した3種のプローブを合成した。
グリセリン7.5重量%、チオジグリコール7.5重量%、尿素7.5重量%、アセチレノールEH(川研ファインケミカル社製)1.0重量%を含む水溶液を用意した。続いて、分注したプローブDNAを上記の混合溶媒に規定濃度(10μM)となるように溶解した。得られたプローブDNA溶液をバブルジェットプリンター(商品名:BJF−850 キヤノン社製)用インクタンクに充填し、印字ヘッドに装着した。
加湿チャンバー内における30分間の反応後、100mMのNaClを含む10mMのリン酸緩衝液(pH7.0)により、ガラス基板表面に残った未反応のプローブDNAを洗い流した。ガラス基板表面に、1枚あたり16スポットに所定の一本鎖プローブDNAが、それぞれ固定された、DANマイクロアレイを得た。
IIで作製したDNAマイクロアレイと、サンプル核酸検体としてIで作製したPCR増幅産物2種を用いて、マイクロアレイ上でのハイブリダイゼーションを行った。
BSA(牛血清アルブミンFraction V:Sigma社製)を1重量%となるように、100mM NaCl/10mM リン酸バッファーに溶解し、この溶液にIIで作製したDNAマイクロアレイを室温で2時間浸し、ガラス基板面のブロッキングを行った。ブロッキング終了後、0.1重量%SDS(ドデシル硫酸ナトリウム)を含む2×SSC溶液(NaCl 300mM、Sodium Citrate(trisodium citrate dihydrate,C6H5Na3・2H2O) 30mM、pH7.0)で洗浄を行った後、純水でリンスした。その後、スピン・ドライ装置でDNAマイクロアレイの水切りを行った。
各PCR産物は互いに等モルとなるよう調製したうえで、PCR増幅産物溶液を用いて最終濃度が下記の構成となるよう、各PCR産物に対しハイブリダイゼーション溶液を調製した。
6×SSPE/10% Form amide/PCR増幅産物溶液
(6×SSPE: NaCl 900mM、NaH2PO4・H2O 60mM、EDTA 6mM、pH7.4)
(3)ハイブリダイゼーション
水切りしたDNAマイクロアレイを、ハイブリダイゼーション装置(Genomic Solutions Inc. Hybridization Station)にセットし、上記組成のハイブリダイゼーション溶液を用いて、下記手順・条件でハイブリダイゼーション反応を行った。
上記ハイブリダイゼーション溶液を、65℃に加温し3分間保持したあと、さらに92℃で2分間、続いて55℃で4時間保持した。そのあと、その後、2×SSCおよび0.1%SDSを用いて、25℃で洗浄をした。さらに2×SSCを用いて20℃で洗浄を行い、必要に応じて通常のマニュアルに従い純水でリンスして、最後にスピン・ドライ装置で水切りを行い乾燥させた。
ハイブリダイゼーション反応終了後、スピン・ドライ乾燥したDNAマイクロアレイについて、DNAマイクロアレイ用蛍光検出装置(Axon社製、Genepix 4000B)を用いて、ハイブリッド体に由来する蛍光測定を行った。PCR増幅産物1、2の蛍光輝度を各プローブに対して測定した結果を下記の表7に示す。
I.pUC118 EcoRI/BAPのPCR
(1)プライマーの設計
検査対象の配列を有する検体のモデルとして、市販のTakara社製ベクター pUC118 EcoRI/BAP(全長3162bp)を選択し、その塩基配列中より、下記の配列を有するプライマーを設計した。なお、pUC118 EcoRI/BAPの全塩基配列情報に関しては、Takara社より提供されており、また、公開されているデータベース等からも入手可能である。
設計されたプライマーの塩基配列を表8に示す。
実施例2の(1)で設計した15種のプライマーを合成した。各プライマーの合成は、それぞれの塩基配列を有するDNA鎖を定法に従ってDNA合成機で合成した。精製は、カートリッジ精製により行い、15種のプライマーを得た。得られたプライマーは、TEバッファーにて10μMの濃度に希釈した。
実施例2の(2)で合成した15種のプライマー、鋳型遺伝子DNAとするTakara社製ベクター pUC118 EcoRI/BAP、およびInvitrogen社製PCRキットAccuPrime Taq DNA Polymerase Systemを用いて、PCR増幅反応を行った。AccuPrimeのキットに含まれる専用のBuffer中にはdATP、dCTP、dTTP、dGTPの4種のデオキシヌクレオチドが含まれているが、PCR産物を蛍光物質により標識するため、アマシャムファルマシア社製のCy3dUTPを加えて、PCR増幅反応を行った。
(1)プローブの設計
上記、24種のPCR産物を検出するために、pUC118 EcoRI上の3つの領域に対してプローブを設計した。図5にpUC118 EcoRI上のプローブ領域を示す。3つの領域に対して、各領域ごとに鎖長の異なる3つのプライマーを設計した。鎖長は25mer、40mer、60merの3種である。設計はプライマーの設計と同様、各プローブが、検体中に選択した部分塩基配列(標的配列)を特異的に認識できるような配列を選び、さらに各プローブごとに、GC%、融解温度(Tm値)に充分配慮して設計を行った。
上記プローブの合成からマイクロアレイ作製までは実施例1と同様に行った。本実施例においては、9種のプローブは同一マイクロアレイ上にはのせず、プローブごとにマイクロアレイを作製した。実施例1と同様に、1枚のマイクロアレイ上に16のスポットを固定した。
IIで作製したDNAマイクロアレイと、サンプル核酸検体としてIで作製したPCR増幅産物を用いて、マイクロアレイ上でのハイブリダイゼーションを行った。
(1)DNAマイクロアレイのブロッキング
実施例1と同様にBSAを用いてブロッキングを行った。
各PCR産物はそれぞれが等モルとなるよう調製したうえで、PCR増幅産物溶液を用いて最終濃度が下記の構成となるよう、各PCR産物に対しハイブリダイゼーション溶液を調製した。
6×SSPE/10% Form amide/0.05% SDS/PCR増幅産物溶液(6×SSPE: NaCl 900mM、NaH2PO4・H2O 60mM、EDTA 6mM、pH7.4)
(3)ハイブリダイゼーション
水切りしたDNAマイクロアレイを、ハイブリダイゼーション装置(Genomic Solutions Inc. Hybridization Station)にセットし、上記組成のハイブリダイゼーション溶液を用いて、下記手順・条件でハイブリダイゼーション反応を行った。
上記ハイブリダイゼーション溶液を、65℃でマイクロアレイに添加したのち、92℃で2分間、続いて55℃で4時間保持した。そのあと、その後、2×SSCおよび0.1%SDSを用いて、25℃で洗浄をした。さらに2×SSCを用いて20℃で洗浄を行い、必要に応じて通常のマニュアルに従い純水でリンスして、最後にスピン・ドライ装置で水切りを行い乾燥させた。
ハイブリダイゼーション反応終了後の蛍光測定は実施例1と同様に行った。各PCR産物の輝度値を、プローブ長ごとに表17から表19に示す。輝度の算出も実施例1と同様に行った。
続いて、この結果をもとに、L1/L2の値に対する輝度値のグラフを作成した。わかりやすくするため、縦軸、横軸ともに対数表示にした。25merのグラフを図6に、40merを図7に、60merを図8に示す。
(1)プローブの設計
実施例2で設計した9種のプローブのうち、25merの3種について3’末端にチオール基を修飾した下記のプローブを作製した。チオール基は3’末端にのみ修飾してあり、5’末端にはチオール基は結合していない。
3種のプローブを用いたDNAマイクロアレイの作製は、実施例2と同様に各プローブごとに行い、1マイクロアレイあたり16スポットのDNAマイクロアレイを作製した。
ハイブリダイゼーション反応および、反応終了後の蛍光測定は実施例2と同様に行った。各マイクロアレイから得られた輝度値を、表22に示す。
実施例2と同様に、L1/L2の値に対する輝度値のグラフを作成し、図10に示した。本実施例においても、縦軸、横軸ともに対数表示にした。このグラフからL1/L2の値が0から1.5の間において高い輝度が得られており、安定したハイブリッド体を形成していることがわかる。また、その傾向は特に0から1の間で顕著であることもわかった。
Claims (10)
- 固相上に複数のスポットとして固定された、複数種類のプローブ核酸からなるプローブセットと、PCR用のプライマーを用いて増幅されたサンプル核酸が有するターゲット鎖の該プライマーよりも3'側の標的配列と、を反応させて得られる1種類以上のハイブリッド体を該固相上で検出することによるサンプル核酸の検出方法において、
前記プローブセットの前記複数種類の前記プローブ核酸が、前記サンプル核酸とハイブリダイズしたときに、該固相上の70%以上の前記ハイブリッド体が以下の(1)から(3)の関係を満たすことを特徴とするサンプル核酸の検出方法:
(1)前記プローブ核酸とサンプル核酸とが、該サンプル核酸のターゲット鎖の有する標的配列と、前記プローブセットの該標的配列に相補的である該プローブ核酸の有するプローブ配列とにより形成されたハイブリット部を介して結合したハイブリット体であって、
(2)前記サンプル核酸が有するターゲット鎖は、前記プローブ核酸よりも長く、該ターゲット鎖の5'末端は前記標的配列の5'側端部から5'方向に少なくとも前記プライマーの塩基分伸びた部分の先端にあり、かつ、該ターゲット鎖の3'末端は前記標的配列の3'側端部から3'方向に少なくとも前記プライマーの塩基分伸びた部分にあり、前記ターゲット鎖の5'末端の前記標的配列の5'末端部分より伸びた部分の塩基数をL1、前記ターゲット鎖の3'末端の前記標的配列の3'末端部分より伸びた部分の塩基数をL2と表したときに、L1≦L2の関係を満たすものであり、
(3)前記サンプル核酸の鎖長が少なくとも500bpであることを特徴とする。 - 前記プローブがDNAであることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 固相に固定されたプローブDNAが共有結合により固定されていることを特徴とする、請求項2に記載の方法。
- 固相に固定されたプローブDNAが5’側の末端に導入された官能基を介して固定されていることを特徴とする、請求項2または3に記載の方法。
- 固相に固定されたプローブDNAが3’側の末端に導入された官能基を介して固定されていることを特徴とする、請求項2または3に記載の方法。
- サンプル核酸が直接的または間接的に検出可能な標識物質により標識されていることを特徴とする、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
- 標識物質が蛍光物質であることを特徴とする、請求項6に記載の方法。
- サンプル核酸の鎖長が500bp以上、2500bp以下であることを特徴とする、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
- 検体核酸から標的配列を有するターゲット鎖を有するサンプル核酸を増幅させるための該標的配列よりも5’側のPCR用のプライマーと、該検体核酸をテンプレートとして該プライマーを用いて増幅した増幅産物中での前記標的配列の有無を確認するための固相上に複数のスポットとして固定化された複数種類のプローブ核酸のセットと、を有し、該プローブ核酸と、前記標的配列と、を反応させて得られる1種類以上のハイブリッド体を該固相上で検出することによりサンプル核酸を検出するサンプル核酸検出用のキットにおいて、
前記セットの前記プローブ核酸が前記サンプル核酸とハイブリダイズしたときに、該固相上の70%以上の前記ハイブリッド体が以下の(1)から(3)の関係を満たすように前記検体核酸に対して前記プローブ核酸および前記プライマーが設計されていることを特徴とするサンプル核酸検出用のキット製造方法;
(1)前記プローブ核酸とサンプル核酸とが、該サンプル核酸のターゲット鎖の有する標的配列と、前記プローブセットの該標的配列に相補的である該プローブ核酸の有するプローブ配列とにより形成されたハイブリッド部を介して結合したハイブリッド体であって、
(2)前記サンプル核酸が有するターゲット鎖は前記プローブ核酸よりも長く、該ターゲット鎖の5’末端は前記標的配列の5’側端部から5’方向に少なくとも前記プライマーの塩基分伸びた部分の先端にあり、かつ、該ターゲット鎖の3’末端は前記標的配列の3’端部から3’方向に少なくとも前記プライマーの塩基分伸びた部分にあり、前記ターゲット鎖の5’末端の前記標的配列の5’末端部分より伸びた部分の塩基数をL1、前記ターゲット鎖の3’末端の前記標的配列の3’末端部分より伸びた部分の塩基数をL2と表したときに、L1≦L2の関係を満たすものであり、
(3)前記サンプル核酸の鎖長が少なくとも500bpであることを特徴とする。 - 前記固体が異なるサンプル核酸に対する前記プローブがそれぞれスポットとして固定されたDNAマイクロアレイであり、
前記プローブセットの前記プローブ核酸が、前記サンプル核酸とハイブリダイズしたときに、前記DNAマイクロアレイ上の70%以上の前記ハイブリッド体が前記の(1)から(3)の関係を満たすことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
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