JP5632476B2 - 核酸の違いを検出するためのプローブの形式 - Google Patents
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- C12Q1/6813—Hybridisation assays
- C12Q1/6827—Hybridisation assays for detection of mutation or polymorphism
Description
a. アンカー核酸ドメイン及びレポーター核酸ドメインを含む検出可能に標識されたプローブをサンプルと接触させる工程; 及び
b. プローブの標的核酸への結合の存在又は不在を検出する工程、
を含み、かかるアンカーとレポータードメインとが非ヌクレオシドリンカーによって結合され、且つ標的核酸の不在下でアンカー及びレポータードメインがいずれもステムループを形成しないとともに、
(i) プローブがポリメラーゼによって伸長されず;
(ii) リンカーがアンカードメインの3'末端の2個のヌクレオチド内でアンカードメインに結合され、且つレポータードメインの5'末端の2つのヌクレオチド内でレポータードメインに結合され、そして当該アンカードメインが検出可能な標識に結合されておらず; さらに/又は
(iii) アンカードメイン及びレポータードメインがそれぞれ、標的核酸の同一鎖に相補的な少なくとも6個のヌクレオチドの連続した配列を含む、方法である。
一部の実施形態において、レポータードメインの長さは、6〜12個のヌクレオチドである。
a. アンカー結合領域及びレポーター結合領域を含む標的核酸、及び
b. アンカー核酸ドメイン及びレポーター核酸ドメインを含む検出可能に標識されたプローブ、
を含み、かかるアンカー及びレポータードメインは非ヌクレオシドリンカーによって結合され、そしてアンカー及びレポータードメインはいずれも標的核酸の不在下でステムループを形成しないとともに、
(i) プローブはポリメラーゼによって伸長されず;
(ii) リンカーはアンカードメインの3'末端の2個のヌクレオチド内でアンカードメインに結合され、且つレポータードメインの5'末端の2個のヌクレオチド内でレポータードメインに結合され、そしてアンカードメインは検出可能な標識に結合されておらず; さらに/又は
(iii) アンカードメイン及びレポータードメインはそれぞれ、標的核酸の同一鎖に相補的な少なくとも6個のヌクレオチドの連続した配列を含む。
当該アンカー及びレポータードメインは、非ヌクレオシドリンカーによって結合され;
アンカー及びレポータードメインはいずれも、標的核酸の不在下ではステムループを形成しないとともに、
(i) かかるプローブはポリメラーゼによって伸長されず; さらに/又は
(ii) リンカーはアンカードメインの3'末端の2個のヌクレオチド内でアンカードメインに結合され、且つレポータードメインの5'末端の2個のヌクレオチド内でレポータードメインに結合されるとともに、アンカードメインは検出可能な標識に結合されない。
a. アンカー核酸ドメイン及びレポーター核酸ドメインを含む検出可能に標識されたプローブであって、当該アンカー及びレポータードメインが非ヌクレオシドリンカーによって結合され、標的核酸の不在下ではいずれもステムループを形成しないとともに、
(i) かかるプローブはポリメラーゼによって伸長されず; さらに/又は
(ii) リンカーはアンカードメインの3'末端の2個のヌクレオチド内でアンカードメインに結合され、且つレポータードメインの5'末端の2個のヌクレオチド内でレポータードメインに結合されるとともに、アンカードメインは検出可能な標識に結合されないプローブ; 及び
b.塩、緩衝剤、ヌクレアーゼ阻害剤、ヌクレオシド三リン酸、DNAポリメラーゼ、及び/又はオリゴヌクレオチドプライマーから成る群から選択される1又は2以上の試薬、
を含む。
本明細書及び添付の特許請求の範囲において、単数形「a」、「an」及び「the」は、文脈において明らかに別記しない限り複数の参照対象を含む。従って、例えば「オリゴヌクレオチド」への言及は、複数のオリゴヌクレオチドを含み、「プローブ」の言及はこれらのプローブ等の混合物を含む。
I. 導入
本発明は、1つには、可動性リンカーを有する2つのドメインプローブにより標的核酸配列の存在又は不在の特異的検出が可能である発見に基づく。第一のドメインは、「アンカー」として役立ちプローブの標的核酸とのハイブリダイゼーションを誘導する。かかるドメインは、標的核酸と安定にハイブリッド形成し、不適正塩基対候補に寛容であるか、又は標的核酸の相補的領域(「アンカー結合」領域)内の低可変領域と二本鎖を形成するようデザインされる。第二のドメインは、目的の配列を検出するようデザインされる「レポーター」として役立つ。「レポーター」は、標的核酸の相補的領域(「レポーター結合」領域) に特異性が高く、標的配列の存在又は不在及びレポーター結合領域との適正塩基対/不適正塩基対の区別を検出することが可能である。レポータードメインは通常標識に結合され、レポータードメインのハイブリダイゼーションの有無を区別することができ、従って、標的配列の存在又は不在、又は融解温度における変化を検出し、従って、プローブ領域における不適正塩基対を検出する。このデザインの2つのドメインプローブにより、目的の標的配列の特異性の高い検出が可能である。
本発明は、アンカー核酸ドメイン及びレポーター核酸ドメインを含むプローブ、2つのドメインに結合する非ヌクレオシドリンカーをさらに含むプローブに関する。便宜上、アンカー核酸ドメインは「第一のドメイン」と呼ぶこともまたでき、レポーター核酸ドメインは「第二のドメイン」と呼ぶこともまたできる。本発明のプローブは、標的核酸の存在又は不在を検出するために検出可能に標識されるようデザインされる。すなわち、レポータードメインが標的とハイブリッド形成しない場合と比較して、レポータードメインが標的とハイブリッド形成する場合に、標識由来のシグナルの変化が生じる。検出可能なシグナルの変化を検出及び測定することによって、標的核酸配列の存在又は不在を定性的又は定量的に測定することができる。融解温度の変化を検出することによって、標的の突然変異又は変化の存在又は不在を測定することができる。
本発明のアンカー核酸ドメインは、アッセイの条件下で生物サンプル中の標的核酸の「アンカー結合」配列に結合するようデザインされる。従って、アンカー核酸ドメインは、標的核酸の「アンカー結合」配列に相補的又は実質的に相補的な領域を含むようデザインすることができる。本発明の一部の実施形態において、アンカー核酸ドメインは、標的核酸内の「アンカー結合」配列に相補的又は実質的に相補的な領域を含む又はかかる領域から成る。相補的領域は、少なくとも4、6、8、10、12、14、16、20個又はそれ以上のヌクレオチド、例えば、3〜50、5〜20、5〜50、又は8〜25個のヌクレオチド長を含むがこれらに限定されない本発明に有用な任意の長さとすることができる。
本発明のレポーター核酸ドメインは、生物サンプル中の標的核酸配列の存在又は不在を検出するようデザインされる。従って、レポーター核酸ドメインは、標的核酸内の「レポーター結合」配列に相補的又は実質的に相補的な領域を含むようデザインすることができる。明細書中で説明する場合、標的のアンカー結合ドメイン及び標的のレポーター結合ドメインは、標的核酸の同一鎖上にある。本発明の一部の実施形態において、レポーター核酸ドメインは、標的核酸内の「レポーター結合」配列に相補的又は実質的に相補的な領域を含む又はから成る。本発明の他の実施形態において、レポーター核酸ドメインはさらなる領域、例えば、検出可能な標識の付着領域を含む。一部の実施形態において、レポーター核酸ドメインは、標的核酸の1つの「レポーター結合」配列に相補的又は実質的に相補的な1つの領域のみを含む。一部の実施形態において、レポーター核酸ドメインは、それぞれの領域が標的核酸の別々の「レポーター結合」配列、例えば、標的核酸内の複数のSNP領域とハイブリッド形成が可能な2つ以上の領域を含むことができる。
1. レポータードメインが、少なくとも3個のヌクレオチドの完全に相補的である2つの配列を含まないとともに、かかる2つの配列が少なくとも2つの介在しているヌクレオチドを有する、且つ/又は
2. アンカードメインが、少なくとも3個のヌクレオチドの完全に相補的である2つの配列を含まないとともに、かかる2つの配列が少なくとも2つの介在しているヌクレオチドを有する。
「非ヌクレオシドリンカー」は、アンカードメイン及びレポータードメインを分離する。当業者は、任意の適切な非ヌクレオシドリンカーを使用することができることを認識するであろう。従来の実験を、リンカーに関して最適な特徴を決定するために使用することができる。本発明によれば、アンカードメイン及びレポータードメインは、互いに隣接した標的核酸中の領域に結合するようデザインされる。従って、一部の実施形態において、アンカードメイン及びレポータードメインは、互いに相対的に近接する(例えば、レポーター及びアンカードメイン双方が標的とハイブリッド形成する場合、1、2、3、4、又は5個未満のヌクレオチドが介在している) ようデザインすることができる。当該結合は通常十分に可動性があり、アンカーが標的中の隣接配列とハイブリッド形成される場合、レポーターはハイブリッド形成することができるまたはハイブリッド形成しないであろう。非ヌクレオシドリンカーは、アンカードメイン及びレポータードメイン間でスペースを維持する働きをする。従って、アンカードメイン及びレポータードメイン間のスペースは、様々な長さの非ヌクレオシドリンカーの使用によって調整することができる。
本発明の一部の実施形態において、アンカードメイン、レポータードメイン又は非ヌクレオシドリンカーは、検出可能に標識され、従って、標的配列の検出においてさらに使用される。既に記載するように、標識はプローブに結合され、これによりレポータードメイン(必ずしもアンカードメインは必要でない) のハイブリダイゼーションが検出可能である。従って、一部の実施形態において、レポータードメインは通常1又は2以上の標識に結合されるが、アンカードメインは標識に結合されない。一部の実施形態において、検出可能に標識されたプローブは、増幅反応において標的配列を検出し定量化するために、例えば、リアルタイム増幅反応に使用される。
一部の実施形態において、レポータードメイン又はアンカードメインは、二本鎖核酸分子の塩基の間で取り込みが可能であり、挿入されるとシグナルを生じるインターカレート色素に結合される。適切なフルオロフォアは、シアニン色素(例えば、Molecular Probesによって開発された)(例えば、Eriksson et al, Nucleic Acids Research 31(21):6235-6242 (2003)を参照されたい)、エチジウムブロマイド、ピコグリーン、SYBRグリーン、アクリジン及びその他を含むがそれらに限定されない。
一部の実施形態において、プローブは蛍光色素及びクエンチング色素と結合され、一方の色素はレポータードメインに結合され、他方の色素はアンカードメインに結合される。レポータードメインが標的核酸配列とハイブリッド形成されない場合(例えば、不適正塩基対)、蛍光色素及びクエンチング色素が近接した状態となり、クエンチャーにより蛍光色素由来のシグナルを消光される立体構造をプローブは取る。レポータードメインが「レポーター結合」配列とハイブリッド形成する(例えば、レポータードメイン及び標的間の完全に相補的な適正塩基対)場合、蛍光色素はクエンチャーから分離され、プローブは蛍光を発する。蛍光のクエンチングは、アンカードメイン及びレポータードメイン間に形成されるステムループ構造によって達成され得るが、これにより達成される必要はなく、ステムループ構造なしにクエンチングは達成され得る。例えば、たまたま蛍光色素-クエンチング色素対を近接させるプローブのランダムコイル化によって、クエンチングは達成され得る。蛍光色素の例は、FAM、TAMRA、TET、ROXを含むがそれらに限定されない。クエンチング色素の例は、DABCYLを含むがそれに限定されない。本発明によれば、クエンチャーは蛍光クエンチャー又は非蛍光クエンチャーとすることができる。非蛍光クエンチャーの例は、BHQ, Blackberry Quencher及びIowa Blackを含むがそれらに限定されない。
一部の実施形態において、プローブのレポータードメインは、蛍光色素及びクエンチング色素で標識される。これらの実施形態の一部において、蛍光色素及びクエンチング色素は、近接するようにデザインされる。照射される場合、励起蛍光色素は、蛍光を発するよりもむしろエネルギーを隣接のクエンチング色素分子へ移動する。蛍光-クエンチング色素対の近接は、プローブが未変化の間いずれの蛍光の放出も阻害する。
本発明は、本明細書中に記載のプローブを使用した、生物サンプル中の標的核酸配列を検出する方法に関する。本発明の方法は、血液サンプル、便サンプル、尿サンプル、組織サンプル又は生検を含むがそれらに限定されない様々な起源由来の標的核酸配列を検出するために使用することができる。標的核酸は、ヒト核酸、哺乳類核酸、植物核酸、動物核酸、ウイルス核酸、細菌核酸又は他の微生物核酸とすることができる。
本発明はまた、本発明の方法に関与する反応混合物を供する。反応混合物の例は、例えば、生物サンプル由来の核酸(例えば、アンカー結合領域及びレポーター結合領域を含む標的核酸配列)、及びアンカードメイン及びレポータードメインを含む本明細書で記載される検出可能に標識されたプローブを含む。標的核酸の存在又は不在、特にレポーター結合領域の存在又は不在を検出するために、レポータードメインはレポーター結合領域に相補的な配列を含み、アンカードメインはアンカー結合領域に相補的な配列を含むようにプローブがデザインされる。本発明の一部の実施形態において、標的核酸の不在下でプローブのいずれのドメインもステムループを形成せず、任意には、プローブはDNAポリメラーゼによって伸長されない。
本発明はまた、本発明の方法における使用のためのキットを供する。本発明のキットは、本明細書で記載の1又は2以上の2つのドメインプローブを含むことができ、任意には本明細書で記載される1又は2以上の他の試薬と(同一又はさらなる容器中で) 組合わせることができる。一部の実施形態において、キットは使い勝手のために区分化され、少なくとも1つの本明細書で記載されるプローブを供する容器を含む。さらなる試薬を供する1又は2以上のさらなる容器を含むことができる。このようなさらなる容器は、上記の方法に従ったプライマー伸長方法における使用のための当業者によって認識される任意の試薬又は他の成分を含むことができ、例えば、核酸増幅方法(例えば、PCR、RT-PCR) 、DNA配列決定方法、又はDNA標識方法における使用のための試薬を含む。キットは、例えば、標的配列を含むポリヌクレオチドを含むことができる。一部の実施形態において、キットはプライマー伸長条件下で標的配列とハイブリッド形成可能な5'センスプライマー、及び/又は例えば、5' センスプライマー及び対応する3'アンチセンスプライマーを含むプライマー対を供する容器をさらに含む。一部の実施形態において、キットは可溶性挿入クエンチャーを供する容器をさらに含む。他の非相互排他的変更の実施形態において、キットは、遊離ヌクレオチド(定型及び/又は非定型) を供する1又は2以上の容器を含む。特定の実施形態において、キットはα-ホスホロチオエートdNTPs、dUTP、dITP、及び/又は標識dNTPs 例えば、フルオレセイン又はシアニン色素ファミリーdNTPsを含む。さらに他の非相互排他的実施形態において、キットは、プライマー伸長反応に適切な緩衝剤を供する1又は2以上の容器を含む。
実験は、新規な「Cobra」プローブとの名称の、多数のプローブコンストラクトを試験するようにデザインした。Cobraプローブは、ヘキサエチレングリコール (HEG)リンカーにより互いにに結合する5'(レポーター)配列及び3' (アンカー)配列を有する。Cobraプローブは、Cobraプローブの5' (レポーター)末端が実質的に鋳型中の標的配列に相補的である鋳型配列とハイブリッド形成するようにデザインした。標的配列は、いずれの鋳型が存在するかに応じて潜在的に変化可能である。可変候補領域は、「可変領域」と呼ぶ。この態様は、以下により詳細に説明する。
9個の塩基レポーター領域に安定化塩基非含有の5NS-CBRA-USRV;
9個の塩基レポーター領域に7個の安定化塩基含有の6ST-CBRA-USRV; 及び、
9個の塩基レポーター領域に7個の安定化塩基を含有するが、鋳型中の可変領域に対応するレポーター領域の中央に安定化塩基を含有しない7ST-CBRA-USRV
pK61WT-図5(二行目)に示す増幅産物を生じるための鋳型を有し、下線のAACであって、プローブのレポータードメインに対応している(に相補的な) 配列を含む。
pK61C3-図5に示す増幅産物を生じるための鋳型を有するが、下線の塩基がcACであり、プローブのレポータードメインに対応していない配列である。
pK61T3-図5に示す増幅産物を生じるための鋳型を有するが、下線の塩基がtACであり、プローブのレポータードメインに対応していない配列である。
pK61G2-図5に示す増幅産物を生じるための鋳型を有するが、下線の塩基がAgCであり、プローブのレポータードメインに対応していない配列である。
pK61T1-図5に示す増幅産物を生じるための鋳型を有するが、下線の塩基がAAtであり、プローブのレポータードメインに対応していない配列である。
pK61A1-図5に示す増幅産物を生じるための鋳型を有するが、下線の塩基がAAaであり、プローブのレポータードメインに対応していない配列である。
Claims (11)
- 生物サンプル中の標的核酸配列の存在又は不在を検出する方法であって、
a. アンカー核酸ドメイン及びレポーター核酸ドメインを含む検出可能に標識されたプローブを、サンプルと接触させる工程、及び
b. プローブの標的核酸への結合の存在又は不在を検出する工程、
を含み、アンカーとレポータードメインとの相補性が50%未満であり、且つアンカーとレポータードメインとが非ヌクレオシドリンカーによって連結され、そして標的核酸の不在下ではアンカー及びレポータードメインがいずれもステムループを形成しないとともに、
(i) 前記プローブはポリメラーゼによって伸長されず、
(ii) 前記リンカーはアンカードメインの3'末端の2個のヌクレオチド内でアンカードメインに結合され、且つレポータードメインの5'末端の2個のヌクレオチド内でレポータードメインに結合され、そしてアンカードメインは検出可能な標識に結合されず、さらに
(iii) 前記アンカードメイン及びレポータードメインがそれぞれ、標的核酸の同一鎖に相補的な少なくとも6個のヌクレオチドの連続した配列を含む、方法。 - 検出工程が、レポータードメインと標的核酸との間に形成された複合体の融解温度を測定する工程を含む、請求項1に記載の方法。
- 標識が蛍光標識であり、プローブ及びサンプルを可溶性挿入クエンチャーと接触させ、これによりレポータードメインが標的核酸と複合体を形成する場合に、クエンチャーが標識由来の蛍光を変化させる工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 標的核酸が一塩基多型(SNP)を含むヒト核酸であり、レポータードメインがかかるSNPの1つの対立遺伝子に100%相補的である、請求項1に記載の方法。
- プローブが少なくとも1つの非天然ヌクレオチドを含むとともに、かかる非天然ヌクレオチドの代替に相当する天然のヌクレオチドと比較して、非天然ヌクレオチドがレポータードメインの融解温度を上昇する、請求項1に記載の方法。
- リンカーがポリエチレングリコールである、請求項1に記載の方法。
- 標的配列の存在又は不在を検出するための反応混合物であって、かかる標的配列が、
a. アンカー結合領域及びレポーター結合領域を含む標的核酸、及び
b. アンカー核酸ドメイン及びレポーター核酸ドメインを含む検出可能に標識されたプローブ、
を含み、アンカーとレポータードメインとの相補性が50%未満であり、且つアンカーとレポータードメインとが非ヌクレオシドリンカーによって連結され、そして標的核酸の不在下ではアンカー及びレポータードメインはいずれもステムループを形成しないとともに、
(i) 前記プローブはポリメラーゼによって伸長されず、
(ii) 前記リンカーはアンカードメインの3'末端の2個のヌクレオチド内でアンカードメインに結合され、且つレポータードメインの5'末端の2個のヌクレオチド内でレポータードメインに結合され、そしてアンカードメインは検出可能な標識に結合されず、さらに
(iii) 前記アンカードメイン及びレポータードメインがそれぞれ、標的核酸の同一鎖に相補的な少なくとも6個のヌクレオチドの連続した配列を含む、反応混合物。 - リンカーがポリエチレングリコールである、請求項7に記載の反応混合物。
- 標的配列の存在又は不在を検出するためのキットであって、
a. アンカー核酸ドメインとレポーター核酸ドメインとを含む検出可能に標識されたプローブであって、
上記アンカードメインとレポータードメインとの相補性が50%未満であり、且つアンカードメインとレポータードメインとが非ヌクレオシドリンカーによって連結され、
標的核酸の不在下ではアンカードメイン及びレポータードメインがいずれもステムループを形成せず、
(i) 上記プローブがポリメラーゼによって伸長されず、
(ii) 上記リンカーがアンカードメインの3'末端の2個のヌクレオチド内でアンカードメインに結合され、且つレポータードメインの5'末端の2個のヌクレオチド内でレポータードメインに結合され、そしてアンカードメインが検出可能な標識に結合されず、さらに
(iii) 上記アンカードメイン及びレポータードメインがそれぞれ、標的核酸の同一鎖に相補的な少なくとも6個のヌクレオチドの連続した配列を含む、
プローブと、
b. 塩、緩衝剤、ヌクレアーゼ阻害剤、ヌクレオシド三リン酸、DNAポリメラーゼ、及び/又はオリゴヌクレオチドプライマーから成る群から選択される1又は2以上の試薬、
とを含む、キット。 - キットが、可溶性挿入クエンチャーをさらに含み、これによりレポータードメインが標的核酸と複合体を形成する場合に、クエンチャーが標識由来の蛍光を変化させる、請求項9に記載のキット。
- プローブが少なくとも1つの非天然ヌクレオチドを含むとともに、かかる非天然ヌクレオチドの代替に相当する天然のヌクレオチドと比較して、非天然ヌクレオチドがレポータードメインの融解温度を上昇させる、請求項9に記載のキット。
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