JP5661071B2 - RNA detection method - Google Patents

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Description

本出願は、米国特許出願第09/577,304号および第09/758,282号の一部継続出願であり、米国特許第5,985,557号の分割出願である米国特許出願第09/350,309号の一部継続出願であり、また、PCT出願であるUS 98/05809号の国内出願であって、同時係属中の米国特許出願第09/381,212号の一部継続出願であり、米国特許第5,994,069号、第6,090,543号、第5,985,557号、第6,001,567号および第5,846,717号、ならびにPCT出願であるUS 97/01072号に対して優先権を主張するものである。   This application is a continuation-in-part of U.S. Patent Application Nos. 09 / 577,304 and 09 / 758,282, and is a continuation-in-part of U.S. Patent Application No. 09 / 350,309, a divisional application of U.S. Patent No. 5,985,557. Yes, a PCT application US 98/05809 domestic application, a continuation-in-part of co-pending U.S. Patent Application No. 09 / 381,212, U.S. Patent Nos. 5,994,069, 6,090,543, It claims priority to 5,985,557, 6,001,567 and 5,846,717, and PCT application US 97/01072.

発明の分野
本発明は、核酸配列および核酸配列における変異を検出し、その特徴を調べる組成物および方法に関する。本発明は、標的配列上に核酸切断構造を形成し、部位特異的にその核酸切断構造を切断する方法に関する。例えば、いくつかの態様においては、多様な酵素の5'ヌクレアーゼ活性を用いて、標的依存的な切断構造を切断し、それによって、特異的な核酸配列、または特異的な核酸配列変異が存在することを標示する。
The present invention relates to nucleic acid sequences and compositions and methods for detecting and characterizing mutations in nucleic acid sequences. The present invention relates to a method for forming a nucleic acid cleavage structure on a target sequence and cleaving the nucleic acid cleavage structure in a site-specific manner. For example, in some embodiments, the 5 ′ nuclease activity of various enzymes is used to cleave target-dependent cleavage structures, thereby causing specific nucleic acid sequences or specific nucleic acid sequence variations. Indicate that.

発明の背景
特異的核酸配列および配列変異を検出してその特徴を調べる方法は、ウイルスや細菌の感染の指標となる核酸配列の存在を検出したり、病気や癌に関連する遺伝子の変異または対立遺伝子の存在を検出するために用いられている。これらの方法は、法医学分析または親子鑑定などのために、核酸の持ち主を同定するときにも適用することができる。
BACKGROUND OF THE INVENTION Methods for detecting and characterizing specific nucleic acid sequences and sequence variations include the detection of the presence of nucleic acid sequences that are indicative of viral or bacterial infections, and gene mutations or alleles associated with disease or cancer. It is used to detect the presence of a gene. These methods can also be applied when identifying the owner of a nucleic acid for forensic analysis or parentage testing.

特異的核酸配列および配列変異を検出し、その特徴を調べるために使用することができる方法は、当技術分野においてさまざまなものが知られている。それにもかかわらず、ヒトゲノム、ならびに多数の病原性生物のゲノムの核酸配列決定が完了するに伴って、迅速で信頼性が高く、安価で、かつ利便性の高い特異的核酸配列検出試験法に対する需要は増大し続けている。重要なのは、これらの試験法が、目的とする配列をほんの少ししか含んでいない試料から検出可能なシグナルを発生させることができなければならないという点である。以下の考察では、現在使用されている以下の核酸検出アッセイ法を2つの基準で検討する:I.微量配列検出のためのシグナル増幅技術;II.配列の定量的検出のための直接検出技術;およびIII.RNAの直接検出法。
Various methods are known in the art that can be used to detect and characterize specific nucleic acid sequences and sequence variations. Nonetheless, as nucleic acid sequencing of the human genome, as well as the genomes of many pathogenic organisms, has been completed, there is a need for specific nucleic acid sequence detection assays that are fast, reliable, inexpensive, and convenient. Continues to grow. Importantly, these test methods must be able to generate a detectable signal from a sample that contains very little of the sequence of interest. The following discussion considers the following nucleic acid detection assays currently in use on two criteria: Signal amplification technology for detection of trace sequences; II. Direct detection techniques for quantitative detection of sequences; and III. Direct detection of RNA.
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I.増幅のためのシグナル増幅技術法
「ポリメラーゼ連鎖反応」(PCR)は、核酸増幅法の第一世代をなす。しかし、特異性の基礎は同一であるが、異なった増幅メカニズムによってシグナルを発生させる別の方法もいくつか開発されている。このような方法には、「リガーゼ連鎖反応」(LCR)、「自立合成反応(Self-Sustained Synthetic Reaction)」(3SR/NASBA)、および「Qβ-レプリカーゼ」(Qβ)などがある。
I. Signal amplification techniques for amplification "Polymerase chain reaction" (PCR) is the first generation of nucleic acid amplification methods. However, although the basis for specificity is the same, several other methods have been developed to generate signals by different amplification mechanisms. Such methods include “ligase chain reaction” (LCR), “Self-Sustained Synthetic Reaction” (3SR / NASBA), and “Qβ-replicase” (Qβ).

ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)
MullisおよびMullisらに付与された米国特許第4,683,195号(特許文献1)、第4,683,202号(特許文献2)、および第4,965,188号(特許文献3)(これらの開示内容は参照として本明細書に組み入れられる)に記載されている通り、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)は、クロニーングや精製を行わずに、ゲノムDNAの混合物における標的配列のセグメントの濃度を増加させる方法を説明する。この技術は、標的配列の濃度が低いという問題を解決するための一つの方法を提供する。PCRを用いて、直接、標的の濃度を容易に検出可能な高さに上昇させることができる。この標的配列増幅法は、所望の標的配列を含むDNA混合物に、二本鎖標的配列のそれぞれの鎖に相補的な2種類のオリゴヌクレオチドプライマーを過剰モル濃度導入することを含む。この混合物を変性してから、ハイブリダイズさせる。ハイブリダイゼーションした後、ポリメラーゼによってプライマーを伸長させて相補鎖を形成させる。所望の標的配列セグメントを相対的に高濃度で得るために、変性、ハイブリダイゼーション、およびポリメラーゼ伸長という工程を必要なだけ繰り返す。
Polymerase chain reaction (PCR)
U.S. Pat. Nos. 4,683,195 (Patent Document 1), 4,683,202 (Patent Document 2), and 4,965,188 (Patent Document 3) granted to Mullis and Mullis et al. (The disclosures of which are incorporated herein by reference) The polymerase chain reaction (PCR) describes a method for increasing the concentration of a segment of a target sequence in a genomic DNA mixture without cloning or purification. This technique provides a way to solve the problem of low target sequence concentrations. Using PCR, the concentration of the target can be directly raised to an easily detectable height. This target sequence amplification method involves introducing a molar mixture of two types of oligonucleotide primers complementary to each strand of a double-stranded target sequence into a DNA mixture containing the desired target sequence. This mixture is denatured and then hybridized. After hybridization, the primer is extended by polymerase to form a complementary strand. To obtain the desired target sequence segment at a relatively high concentration, the steps of denaturation, hybridization, and polymerase extension are repeated as necessary.

プライマーの互いに対する相対的な位置から、所望の標的配列セグメントの長さを測定できるので、この長さを調節可能なパラメーターとする。所望の標的配列セグメントが混合液中で(濃度に関して)優勢な配列となるため、これらを「PCR増幅された」ものと言う。   Since the length of the desired target sequence segment can be measured from the relative position of the primers to each other, this length is an adjustable parameter. These are said to be “PCR amplified” because the desired target sequence segments become dominant sequences (in terms of concentration) in the mixture.

リガーゼ連鎖反応(LCRまたはLAR)
リガーゼ連鎖反応(LCR;Barany, Proc. Natl. Acad. Sci., 88: 189 (1991)(非特許文献1); Barany、PCR Methods and Applic., 1: 5 (1991)(非特許文献2); ならびにWuおよびWallace、Genomics 4: 560 (1989)(非特許文献3)に記載されているように、リガーゼ増幅反応(LAR)とも言われる)は、よく認知された代替的な核酸増幅法となっている。LCRにおいては、標的DNAの一方の鎖に特有にハイブリダイズする2種類の隣り合うオリゴヌクレオチド、および、対向鎖にハイブリダイズする隣り合うオリゴヌクレオチドの相補的なセットという4種類のオリゴヌクレオチドを混合し、混合液にDNAリガーゼを加える。結合部に完全な相補性があれば、ハイブリダイズした分子の各組をリガーゼが共有結合する。LCRで重要なのは、2つのプローブが、ギャップやミスマッチをもつことなく標的試料中の配列と塩基対合したときにだけ一つに連結されるという点である。変性、ハイブリダイゼーション、およびライゲーションというサイクルを繰り返すことによってDNAの短いセグメントが増幅される。また、LCRをPCRと組み合わせて使用し、一塩基の変異の検出強化が実現されている。Segev、PCT国際公開公報第9001069A1号(1990)(特許文献4)。しかし、このアッセイ法で使用される4種類のオリゴヌクレオチドは対合して2つの短い連結可能な断片を形成する可能性があるため、標的とは無関係にバックグラウンドシグナルを生成する可能性がある。変異スクリーニングにLCRを使用するのは、特定の核酸位置を調べるときにだけ限定されている。
Ligase chain reaction (LCR or LAR)
Ligase chain reaction (LCR; Barany, Proc. Natl. Acad. Sci., 88: 189 (1991) (Non-patent document 1); Barany, PCR Methods and Applic., 1: 5 (1991) (Non-patent document 2) As well as Wu and Wallace, Genomics 4: 560 (1989) (also referred to as ligase amplification reaction (LAR)) is a well-recognized alternative nucleic acid amplification method. It has become. In LCR, four types of oligonucleotides are mixed: two adjacent oligonucleotides that hybridize specifically to one strand of the target DNA, and a complementary set of adjacent oligonucleotides that hybridize to the opposite strand. Add DNA ligase to the mixture. If there is complete complementarity at the binding site, the ligase covalently binds each set of hybridized molecules. The key to LCR is that the two probes are linked together only when they base pair with the sequence in the target sample without gaps or mismatches. By repeating the cycle of denaturation, hybridization, and ligation, short segments of DNA are amplified. In addition, enhanced detection of single nucleotide mutations has been achieved using LCR in combination with PCR. Segev, PCT International Publication No. 9001069A1 (1990) (Patent Document 4). However, the four oligonucleotides used in this assay can pair together to form two short ligable fragments, which can generate a background signal independent of the target . The use of LCR for mutation screening is limited only when examining specific nucleic acid positions.

自立合成反応(3SR/NASBA)
自立合成反応(3SR)(Guatelliら、Proc. Natl. Acad. Sci., 87: 1874-1878 [1990](非特許文献4)、これに対する正誤訂正、Proc. Natl. Acad. Sci., 87: 7797 [1990](非特許文献5))は、均一な温度でRNA配列を対数的に増幅することができる、転写を利用したインビトロ増幅系である(Kwokら、Proc. Natl. Acad. Sci., 86: 1173-1177 [1989](非特許文献6))。そして、増幅されたRNAを変異検出に利用することができる(Fahyら、PCR Meth. Appl., 1: 25 [1991](非特許文献7))。この方法では、オリゴヌクレオチドプライマーを用いて、目的とする配列の5'末端にファージのRNAポリメラーゼのプロモーターを付加する。別のプライマー、逆転写酵素、RNase H、RNAポリメラーゼ、ならびにリボ-およびデオキシリボ-ヌクレオシド三リン酸を含む、酵素と基質の混合液の中では、目的とする領域を増幅するために標的配列の転写、cDNA合成、および第二の鎖合成が繰り返し行われる。変異検出のために3SRを使用するのは、DNAの小型のセグメント(例えば、200〜300塩基対)をスクリーニングすることに動力学的に限定される。
Independent synthesis reaction (3SR / NASBA)
Self-supporting synthesis reaction (3SR) (Guatelli et al., Proc. Natl. Acad. Sci., 87: 1874-1878 [1990] (Non-Patent Document 4), Correction of errors, Proc. Natl. Acad. Sci., 87: 7797 [1990] (Non-Patent Document 5) is a transcription-based in vitro amplification system that can amplify RNA sequences logarithmically at a uniform temperature (Kwok et al., Proc. Natl. Acad. Sci. 86: 1173-1177 [1989] (non-patent document 6)). The amplified RNA can be used for mutation detection (Fahy et al., PCR Meth. Appl., 1:25 [1991] (Non-patent Document 7)). In this method, an oligonucleotide primer is used to add a phage RNA polymerase promoter to the 5 ′ end of the target sequence. In a mixture of enzyme and substrate, including another primer, reverse transcriptase, RNase H, RNA polymerase, and ribo- and deoxyribo-nucleoside triphosphates, transcription of the target sequence to amplify the region of interest , CDNA synthesis, and second strand synthesis are repeated. The use of 3SR for mutation detection is kinetically limited to screening small segments of DNA (eg, 200-300 base pairs).

Q-ベータ(Qβ)レプリカーゼ
この方法では、目的の配列を認識するプローブが、Qβレプリカーゼにとって複製可能な鋳型RNAに結合する。ハイブリダイズしないプローブを複製することから生じる偽陽性という大きな問題が以前確認されていたが、この問題には、配列特異的なライゲーション工程を採用することで対処している。しかしながら、利用可能な熱安定性DNAリガーゼは、このRNA基質には有効でないため、T4 DNAリガーゼによって低温(37℃)でライゲーションを行わなければならない。このため、LCRと同様の特異性を実現する手段として高温を利用することができず、ライゲーション反応を用いて、結合部位の変異を検出することはできるが、それ以外の部位についてはできない。
Q-beta (Qβ) replicase In this method, a probe that recognizes the sequence of interest binds to a template RNA that is replicable for Qβ replicase. The major problem of false positives that resulted from replicating non-hybridized probes was previously identified, but this problem is addressed by employing a sequence-specific ligation process. However, available thermostable DNA ligases are not effective for this RNA substrate and must be ligated at low temperatures (37 ° C.) with T4 DNA ligase. For this reason, high temperature cannot be used as a means for realizing the same specificity as LCR, and a ligation reaction can be used to detect a mutation at the binding site, but not for other sites.

下記の表2は、感度の高い核酸診断法において有用なシステムにとって望ましい特徴をいくつか列挙し、主要な増幅法のそれぞれの能力を要約したものである(または、Landgren、Trends in Genetics 9: 199 [1993](非特許文献8)を参照されたい)。   Table 2 below lists some desirable features for systems useful in sensitive nucleic acid diagnostics and summarizes the capabilities of each of the major amplification methods (or Landgren, Trends in Genetics 9: 199). [1993] (see Non-Patent Document 8)).

好適な診断法は、特異性が非常に高いものであることが必要である。核酸のハイブリダイゼーションを制御する単純な方法は、反応温度を調節することである。3SR/NASBA、およびQβ系はすべて、大量のシグナルを生成することはできるが、それぞれに含まれる一種類以上の酵素を高温(すなわち、>55℃)で使用することができない。プローブを低温でも簡単に融解できるように短くしたら、複雑なゲノムの中で完全に配列一致する組み合わせ以外のものが生じる可能性が高くなる。これらの理由で、最近では、PCRとLCRが、検出技術の研究分野において主要なものとなっている。   A suitable diagnostic method needs to be very specific. A simple way to control nucleic acid hybridization is to adjust the reaction temperature. The 3SR / NASBA and Qβ systems can all produce large amounts of signal, but one or more of the enzymes contained in each cannot be used at high temperatures (ie,> 55 ° C.). Shortening the probe so that it can be easily melted even at low temperatures increases the likelihood that anything other than a perfect sequence match in a complex genome will occur. For these reasons, PCR and LCR have recently become major in the field of detection technology research.

(表1)

Figure 0005661071
(Table 1)
Figure 0005661071

PCRおよびLCRにおける増幅法の基礎は、一回のサイクルでの生成物を、その後のすべてのサイクルにおいて鋳型として使用でき、結果的に、各サイクル毎に集団が倍増するという事実にある。このような倍増系における最終収率は、(1+X)n=yと表現することができる。式中、「X」は平均効率(各サイクルで複製される割合(%))であり、「n」はサイクル数、「y」は、全部の効率、すなわち反応物の収率である(Mullis, PCR Methods Applic., 1: 1 [1991](非特許文献9))。ポリメラーゼ連鎖反応のすべてのサイクルで標的DNAのすべてのコピーを鋳型として利用したとすると、平均効率は100%である。20サイクルのPCRを行なった場合、収量は出発物質の220倍、すなわち1,048,576コピーとなる。反応条件を平均効率85%まで低下させると、同様に20サイクルで、出発物質の1.8520倍、すなわち220,513コピーとなる。すなわち、PCRを85%の効率で行なうと、反応を100%の効率で行なったときに較べて、21%の最終産物しか得られないということになる。反応が平均効率50%まで低下すると、可能な生成物の1%未満の収率しか得られない。 The basis for amplification methods in PCR and LCR is the fact that the product in one cycle can be used as a template in all subsequent cycles, resulting in a doubling of the population with each cycle. The final yield in such a doubling system can be expressed as (1 + X) n = y. Where “X” is the average efficiency (% replicated in each cycle), “n” is the number of cycles and “y” is the overall efficiency, ie the yield of the reactant (Mullis , PCR Methods Applic., 1: 1 [1991] (Non-Patent Document 9)). If all copies of the target DNA were used as templates in all cycles of the polymerase chain reaction, the average efficiency is 100%. If performed 20 cycles of PCR, yield is 2 20 times the starting material, that is, 1,048,576 copies. Decreasing the reaction conditions to an average efficiency of 85% results in 1.85 20 times the starting material, ie 220,513 copies, in 20 cycles as well. In other words, when PCR is performed at an efficiency of 85%, only 21% of the final product can be obtained compared to when the reaction is performed at an efficiency of 100%. When the reaction is reduced to an average efficiency of 50%, yields of less than 1% of possible products are obtained.

実際、通常のポリメラーゼ連鎖反応では、理論上の最大収率を達成することはほとんどないので、低収率を補うために、通常20サイクル以上のPCRを行なう。平均効率50%では、34サイクル行わないと、理論的には20サイクルで可能となる100万倍増幅を達成することができない。そして、それよりも低い効率では、必要となるサイクル数はけた外れなものとなる。なお、バックグラウンド生成物が、目的とする標的よりも高い平均効率で増幅すると主要な生成物となる。   In fact, the normal polymerase chain reaction rarely achieves the theoretical maximum yield, so PCR is usually performed for 20 cycles or more to compensate for the low yield. At an average efficiency of 50%, it is theoretically impossible to achieve a million-fold amplification that is possible in 20 cycles unless 34 cycles are performed. And at lower efficiencies, the number of cycles required is inconsequential. It should be noted that the background product becomes the major product when amplified with higher average efficiency than the target of interest.

また、ほんの数例を挙げると、標的DNAの長さおよび二次構造、プライマーの長さと設計、プライマーおよびdNTPの濃度、および緩衝液組成など、さまざまな変数がPCRの平均効率に影響を与える。外因性DNA(例えば、実験器具にこぼれ落ちたDNA)による反応液の汚染、すなわち交叉汚染も重要な検討条件である。反応条件は、各プライマー対および標的配列ごとに慎重に最適化する必要があり、熟練した研究者でさえ、この工程に何日もかけることがある。数多くの技術的検討、およびその他の要素など、この工程の煩雑さが、臨床場面におけるPCRの利用を大いに妨げている。実際、PCRは、未だに医療市場に飛躍的には浸透していない。LCRでも、各標的配列毎に、さまざまなオリゴヌクレオチド配列を用いるためにLCRを最適化しなければならないので同じ問題が生じる。さらに、どちらの方法も、正確な温度周期を実施することができる高価な装置を必要とする。   Also, to name just a few, various variables affect the average efficiency of PCR, including target DNA length and secondary structure, primer length and design, primer and dNTP concentrations, and buffer composition. Contamination of the reaction solution by exogenous DNA (for example, DNA spilled into laboratory equipment), that is, cross contamination is also an important examination condition. Reaction conditions need to be carefully optimized for each primer pair and target sequence, and even a skilled researcher can take this process for days. The complexity of this process, including numerous technical considerations and other factors, greatly hinders the use of PCR in clinical settings. In fact, PCR has not yet penetrated the medical market dramatically. The same problem arises with LCR because the LCR must be optimized to use different oligonucleotide sequences for each target sequence. Furthermore, both methods require expensive equipment that can carry out accurate temperature cycles.

対立遺伝子の変異を調査する場合などのように、核酸検出技術の多くは、複雑なバックグラウンドの中で特異的な配列を検出するだけでなく、数個または1個のヌクレオチドの違いしかない配列を区別することを含んでいる。PCRによって対立遺伝子特異的変異を検出する一つの方法は、鋳型鎖とプライマーの3'末端の間に不一致があると、TaqポリメラーゼがDNA鎖を合成することは困難であるとの事実に基づいている。可能な対立遺伝子の一つにだけ完全に一致するプライマーを使用することで、対立遺伝子特異的変異を検出することができる。別の対立遺伝子とのミスマッチによって、プライマーの伸長ができなくなるため、その配列は増幅されない。この方法には、ミスマッチ配列の塩基組成がミスマッチ配列の伸長を阻害する可能性に影響を与え、一定のミスマッチは伸長を妨げないか、最小の影響しかもたないという点で相当な制約がある(Kwokら、Nucl. Acids Res., 18: 999 [1990](非特許文献10))。   Many nucleic acid detection techniques, such as when investigating allelic variations, not only detect specific sequences in a complex background, but also differ by only a few or a single nucleotide difference. Including the distinction. One method of detecting allele-specific mutations by PCR is based on the fact that it is difficult for Taq polymerase to synthesize a DNA strand if there is a mismatch between the template strand and the 3 'end of the primer. Yes. By using primers that perfectly match only one of the possible alleles, allele-specific mutations can be detected. The sequence is not amplified because a mismatch with another allele prevents extension of the primer. This method has considerable limitations in that the base composition of the mismatch sequence affects the possibility of inhibiting the extension of the mismatch sequence, and that certain mismatches do not prevent or have minimal effect on the extension ( Kwok et al., Nucl. Acids Res., 18: 999 [1990] (Non-Patent Document 10)).

同様な3'-ミスマッチ法が、より高い効果を以て、LCRにおけるライゲーションを阻害するために用いられている(Barany, PCR Methods and Applic., 1: 5 (1991)(非特許文献11))。どのようなミスマッチでも、熱安定性リガーゼの作用を効果的に遮断するが、LCRには、標的非依存的なバックグラウンドライゲーションの生成物が増幅を開始するという問題点がある。さらに、個々の位置におけるヌクレオチドを同定するためにPCRと、その後にLCRを組み合わせることは、明らかに、臨床研究にとっては煩雑な計画でもある。   A similar 3'-mismatch method has been used to inhibit ligation in LCR with higher effectiveness (Barany, PCR Methods and Applic., 1: 5 (1991)). Any mismatch effectively blocks the action of the thermostable ligase, but the problem with LCR is that the product of target-independent background ligation initiates amplification. Furthermore, combining PCR followed by LCR to identify nucleotides at individual positions is clearly a cumbersome plan for clinical studies.

II.直接検出技術
検出すべき核酸を十分な量用いることができる場合には、(例えば、PCRおよびLCRなどで)その標的のコピーをより多く作成することなく、その配列を直接検出できることには利点がある。もっとも顕著には、シグナルを対数的に増殖しない方法は、定量解析の感度がより高いということである。1個のヌクレオチドに複数の色素を付着させてシグナルを増強させたとしても、最終シグナル強度と標的量との間の相関関係は直接的である。このようなシステムには、反応生成物自体がさらなる反応を進めることはないため、生成物による実験器具の表面の汚染は大した関心の対象にならないという、さらに別の利点がある。ノーザンおよびサザンブロッティング、およびRNase保護アッセイ法など、従来からの直接検出法では、通常、放射能の使用が必要なため、自動化には馴染まない。最近になって考案された技術では、放射能の使用をなくすこと、および/または、自動化方式での感度を上昇させることを目指してきた。2つの例が「サイクリングプローブ反応(Cycling Probe Reaction)」(CPR)と「分岐DNA法(Branched DNA)」(bDNA)である。
II. Direct detection techniques If a sufficient amount of nucleic acid to be detected can be used, it is advantageous to be able to detect the sequence directly without making more copies of the target (eg, with PCR and LCR). is there. Most notably, the method that does not multiply the signal logarithmically is more sensitive to quantitative analysis. Even if multiple dyes are attached to one nucleotide to enhance the signal, the correlation between the final signal intensity and the target amount is straightforward. Such a system has the further advantage that contamination of the surface of the laboratory instrument by the product is not of great interest since the reaction product itself does not proceed further. Traditional direct detection methods, such as Northern and Southern blotting, and RNase protection assays, are not amenable to automation because they usually require the use of radioactivity. Recently devised techniques have aimed to eliminate the use of radioactivity and / or increase sensitivity in an automated manner. Two examples are the “Cycling Probe Reaction” (CPR) and the “Branched DNA” (bDNA).

サイクリングプローブ反応(CPR)(Duckら、BioTech., 9: 142 [1990](非特許文献12))では、中心部がRNAでできていて、2つの末端部はDNAでできている、長いキメラオリゴヌクレオチドを使用する。標的DNAへのプローブのハイブリダイゼーション、および熱安定性RNase Hへの曝露によって、RNA部分の分解が起きる。これによって、残りの二本鎖DNA部分が不安定化して、標的DNAから残りのプローブが解離するため、別のプローブ分子がこの工程を繰り返すことが可能になる。切断されたプローブ分子という形のシグナルが、直線的な速さで蓄積される。この工程を繰り返せばシグナルは増加するが、オリゴヌクレオチドのRNA部位は、試料調製によって持ち込まれるRNaseによって分解されやすい。   In the cycling probe reaction (CPR) (Duck et al., BioTech., 9: 142 [1990]), the long chimera is composed of RNA at the center and DNA at the two ends. Use oligonucleotides. Hybridization of the probe to the target DNA and exposure to the thermostable RNase H results in degradation of the RNA portion. This destabilizes the remaining double-stranded DNA portion and dissociates the remaining probe from the target DNA, allowing another probe molecule to repeat this process. A signal in the form of a cleaved probe molecule accumulates at a linear rate. If this process is repeated, the signal increases, but the RNA site of the oligonucleotide is easily degraded by the RNase introduced by sample preparation.

Urdeaら、Gene 61:253-264 (1987)(非特許文献13)が記載した分枝DNA法 (bDNA)は、各オリゴヌクレオチドに35個から40個の標識(例えば、アルカリホスファターゼ酵素)をもたせることができる分枝構造をもつオリゴヌクレオチドを含む。これによって、ハイブリダイゼーションによって生じるシグナルが増強されるが、非特異的結合によって生じるシグナルも同様に増強される。   The branched DNA method (bDNA) described by Urdea et al., Gene 61: 253-264 (1987) (13) provides each oligonucleotide with 35 to 40 labels (eg, alkaline phosphatase enzyme). Including an oligonucleotide having a branched structure. This enhances the signal produced by hybridization, but also enhances the signal produced by non-specific binding.

これらの方法はどちらも、上記の直接検出法の利点を持っているが、CPRとbDNAのどちらの方法も、上記第I節で述べたシグナル増幅法では普通である、2種類以上のプローブ(オリゴヌクレオチド)配列によって別々に認識することを要求することによって可能となる特異性を利用することができない。検出可能なシグナルを生成するためには、2つのオリゴヌクレオチドが一つの標的核酸に結合しなければならないという条件は、どの検出アッセイ法に対しても特別なストリンジェンシーの基準を与える。2つのオリゴヌクレオチドが一つの標的核酸に結合することが必要となることで、標的へのプローブの非特異的結合によって偽「陽性」の結果が生じる機会が減少する。さらに、オリゴヌクレオチドを反対方向であるが正しい方向に配向させて、DNAポリメラーゼが2つのオリゴヌクレオチドの間にあるギャップを両方向から埋めることができるようになければならないPCRにおいて必要とされるように、2つのオリゴヌクレオチドを、標的に対して特異的な方向で結合させなければならないという条件は、検出反応の特異性をさらに増強する。しかし、PCRは2種類のオリゴヌクレオチドプローブ(プライマーと言う)を利用しながらも、「非特異的」増幅(すなわち、用いた2種類のプライマーによって指令されない配列増幅)が一般的なアーティファクトであるというのは、当業者に周知のことである。これは、一部は、PCRに使用するDNAポリメラーゼが、オリゴヌクレオチド間に、ヌクレオチドで測ると非常に長い距離があっても対応できるため、オリゴヌクレオチドの非特異的結合によって不適当な生成物の対数増加をもたらしうるような大きな枠があることが原因である。これに対して、LCRは、使用するオリゴヌクレオチドが互いに隣り合って結合しないかぎり反応を進行させることができない。このため、二重のオリゴヌクレオチドによるハイブリダイゼーションの恩典が十分に認識されている。   Both of these methods have the advantages of the direct detection method described above, but both CPR and bDNA methods have two or more types of probes that are common in the signal amplification method described in Section I above ( It is not possible to take advantage of the specificity that is possible by requiring separate recognition by oligonucleotide) sequence. The requirement that two oligonucleotides must bind to one target nucleic acid in order to generate a detectable signal provides a special stringency criterion for any detection assay. The need for two oligonucleotides to bind to one target nucleic acid reduces the chance that a false “positive” result will result from non-specific binding of the probe to the target. In addition, as required in PCR, the oligonucleotide must be oriented in the opposite but correct direction so that the DNA polymerase can fill the gap between the two oligonucleotides from both directions, The requirement that the two oligonucleotides must be bound in a specific direction to the target further enhances the specificity of the detection reaction. However, while PCR uses two oligonucleotide probes (called primers), “non-specific” amplification (ie, sequence amplification not directed by the two primers used) is a common artifact. This is well known to those skilled in the art. This is due in part to the fact that DNA polymerases used for PCR can cope with even very long distances between oligonucleotides, as measured by nucleotides. This is because there is a large frame that can lead to a logarithmic increase. In contrast, LCR cannot allow the reaction to proceed unless the oligonucleotides used are bound next to each other. For this reason, the benefits of hybridization with double oligonucleotides are well recognized.

理想的な直接検出法は、直接検出アッセイ法の利点(例えば、定量の容易さ、持ち越し汚染のリスクが最小であるなど)を、二重オリゴヌクレオチドハイブリダイゼーション測定法と組み合わせたものであると考えられる。   An ideal direct detection method would combine the advantages of a direct detection assay (eg ease of quantification, minimal risk of carry-over contamination) with a double oligonucleotide hybridization assay. It is done.

III.RNAの直接検出法
分子医学では、直接的かつ定量的にRNAを検出するための簡単で安価な方法があれば、RNAウイルスの解析や特異的遺伝子発現の測定を大きく促進させることができよう。これらの問題はどちらも、現在、当分野において急を要する問題となっている。このような必要にも関わらず、本当に直接的といえる技術はほとんど出現していない。PCRを利用する検出アッセイ法は、増幅をしたり、正確な定量を危うくしうる変数を導入したりする前に、RNAをDNAに変換する必要がある。さらに、対数的増幅に基づいたPCRや他の方法(例えば、NASBA)は、交叉汚染を防ぐために手の懸かる封じ込め装置を必要とし、また、小さな量的差異(例えば、2倍から3倍)を区別するのは困難である。RNAを直接調べる他の試験法には、時間のかかるオートラジオグラフィーの工程(例えば、RNase保護アッセイ法)や、一晩という反応時間を要する(例えば、分枝DNAアッセイ法)など、さまざまな短所がある。米国では、毎年150万件を超すウイルス負荷量測定が行われているため、RNAの定量的測定を行うための安価で迅速でハイスループットなシステムには大きな可能性がある。
III. RNA Direct Detection Methods In molecular medicine, simple and inexpensive methods for detecting RNA directly and quantitatively will greatly facilitate RNA virus analysis and measurement of specific gene expression. Both of these issues are now urgent issues in the field. Despite this need, few truly direct technologies have emerged. Detection assays that utilize PCR require RNA to be converted to DNA before amplification or introduction of variables that can compromise accurate quantification. In addition, PCR and other methods based on logarithmic amplification (eg NASBA) require hand-held containment devices to prevent cross-contamination, and small quantitative differences (eg 2 to 3 times). It is difficult to distinguish. Other test methods that examine RNA directly have a variety of disadvantages, including time-consuming autoradiographic steps (eg, RNase protection assays) and overnight reaction times (eg, branched DNA assays). There is. In the United States, more than 1.5 million virus loads are measured each year, so there is great potential for an inexpensive, fast, and high-throughput system for quantitative RNA measurements.

mRNAを直接的かつ定量的に検出する技術は、多数のさまざまな遺伝子の発現を観察するために重要である。特に、サイトカイン(例えば、インターロイキンおよびリンフォカイン)の発現量が、広範な病気の進行における免疫応答の臨床的測定値として(Van Deurenら、J. Int. Fed. Clin. Chem., 5: 216 [1993](非特許文献14)、Van Deurenら、J. Inf. Dis., 169: 157 [1994](非特許文献15)、Perenboomら、Eur. J. Clin. Invest., 26: 159 [1996](非特許文献16)、Guidottiら、Immunity 4: 25 [1996](非特許文献17))、ならびに、移植レシピエントを監視するために(Grantら、Transplantation 62: 910 [1996](非特許文献18))利用されている。さらに、ウイルス負荷量をモニターし、ウイルスの遺伝子型を同定することは、HIVやC型肝炎ウイルス(HCV)などの病原体によるウイルス感染症を患う人々にとって臨床上重要な意味がある。ウイルス負荷量(すなわち、血流中のウイルス粒子の絶対数)とAIDSに進展するまでの時間との間には高い相関関係がある(Mellorsら、Science 272: 1167 [1996](非特許文献19)、Saagら、Nature Medicine 2: 265 [1996](非特許文献20))。このような理由で、核酸による定量的試験法によって測定されるウイルス量が、HIV陽性患者の治療の有効性および臨床状態を評価するための標準的な監視手段となりつつある。感染のできるだけ初期にウイルス負荷量を減少させること、および定期的にウイルス量を評価することが重要であると考えられている。HCVの場合には、肝臓病の重さおよびインターフェロン療法への応答性と相関性があるため、ウイルスの遺伝子型が臨床上重要な意味をもつ。さらに、HCVは培養できないため、ウイルスの遺伝子型と臨床結果などの特徴同士の間に相関関係を確立することによってしか、新しい抗ウイルス治療法を評価することができない。   Techniques for directly and quantitatively detecting mRNA are important for observing the expression of many different genes. In particular, expression levels of cytokines (eg, interleukins and lymphokines) have been used as a clinical measure of immune response in a wide range of disease progression (Van Deuren et al., J. Int. Fed. Clin. Chem., 5: 216 [ 1993] (Non-Patent Document 14), Van Deuren et al., J. Inf. Dis., 169: 157 [1994] (Non-Patent Document 15), Perenboom et al., Eur. J. Clin. Invest., 26: 159 [1996] (Non-patent document 16), Guidotti et al., Immunity 4: 25 [1996] (non-patent document 17)), and for monitoring transplant recipients (Grant et al., Transplantation 62: 910 [1996] (non-patent document). Reference 18)). In addition, monitoring viral load and identifying viral genotypes have clinical significance for people with viral infections caused by pathogens such as HIV and hepatitis C virus (HCV). There is a high correlation between viral load (ie, the absolute number of virus particles in the bloodstream) and the time to progress to AIDS (Mellors et al., Science 272: 1167 [1996] (Non-Patent Document 19). ), Saag et al., Nature Medicine 2: 265 [1996] (Non-Patent Document 20)). For this reason, viral load as measured by nucleic acid quantitative tests is becoming the standard monitoring tool for assessing the effectiveness and clinical status of HIV positive patients. It is considered important to reduce the viral load as early as possible and to regularly assess viral load. In the case of HCV, viral genotype has clinical significance because it correlates with the severity of liver disease and responsiveness to interferon therapy. Furthermore, because HCV cannot be cultured, new antiviral treatments can only be evaluated by establishing a correlation between characteristics such as viral genotype and clinical outcome.

上記した方法は、処理量が低いとき、研究への応用、または限られた臨床応用には役立てることができたが、どのような遺伝子系にも簡単に適用することができるRNAの大量定量解析法システムには、さらに革新的な取り組みが必要であることは明らかである。理想的な直接検出法は、直接検出アッセイ法の利点(例えば、定量の容易さ、持ち越し汚染のリスクが最小であるなど)を、二重オリゴヌクレオチドハイブリダイゼーション測定法によって提供される特異性とを組み合わせたものであると考えられる。   Although the above methods were useful for research or limited clinical applications when the throughput was low, large-scale quantitative analysis of RNA that can be easily applied to any gene system Clearly, the legal system requires more innovative efforts. An ideal direct detection method combines the advantages of a direct detection assay (eg, ease of quantification, minimal risk of carry-over contamination) with the specificity provided by dual oligonucleotide hybridization assays. It is considered to be a combination.

上記した方法の多くは、他の核酸から標的分子を区別するのに、ハイブリダイゼーションのみに依存している。これらの方法のいくつかは非常に感度が高いが、近縁のmRNA、特に、同一の試料中で異なった量発現しているRNAを正確に定量したり、区別することはほとんどできない。上記の方法はいくつかの目的には役立つが、特に、巧みに特定のRNAを近縁の分子と区別する技術に対する需要が存在する。   Many of the methods described above rely only on hybridization to distinguish target molecules from other nucleic acids. Although some of these methods are very sensitive, it is almost impossible to accurately quantify or distinguish closely related mRNAs, particularly RNA that is expressed in different amounts in the same sample. While the above methods serve several purposes, there is a particular need for techniques that skillfully distinguish specific RNAs from closely related molecules.

米国特許第4,683,195号U.S. Pat.No. 4,683,195 米国特許第4,683,202号U.S. Pat.No. 4,683,202 米国特許第4,965,188号U.S. Pat.No. 4,965,188 PCT国際公開公報第9001069A1号PCT International Publication No. 9001069A1

Barany, Proc. Natl. Acad. Sci., 88: 189 (1991)Barany, Proc. Natl. Acad. Sci., 88: 189 (1991) Barany、PCR Methods and Applic., 1: 5 (1991)Barany, PCR Methods and Applic., 1: 5 (1991) WuおよびWallace、Genomics 4: 560 (1989)Wu and Wallace, Genomics 4: 560 (1989) Guatelliら、Proc. Natl. Acad. Sci., 87: 1874-1878 [1990]Guatelli et al., Proc. Natl. Acad. Sci., 87: 1874-1878 [1990] Guatelliら、Proc. Natl. Acad. Sci., 87: 7797 [1990]Guatelli et al., Proc. Natl. Acad. Sci., 87: 7797 [1990] Kwokら、Proc. Natl. Acad. Sci., 86: 1173-1177 [1989]Kwok et al., Proc. Natl. Acad. Sci., 86: 1173-1177 [1989] Fahyら、PCR Meth. Appl., 1: 25 [1991]Fahy et al., PCR Meth. Appl., 1: 25 [1991] Landgren、Trends in Genetics 9: 199 [1993]Landgren, Trends in Genetics 9: 199 [1993] Mullis, PCR Methods Applic., 1: 1 [1991]Mullis, PCR Methods Applic., 1: 1 [1991] Kwokら、Nucl. Acids Res., 18: 999 [1990]Kwok et al., Nucl. Acids Res., 18: 999 [1990] Barany, PCR Methods and Applic., 1: 5 (1991)Barany, PCR Methods and Applic., 1: 5 (1991) Duckら、BioTech., 9: 142 [1990]Duck et al., BioTech., 9: 142 [1990] Urdeaら、Gene 61:253-264 (1987)Urdea et al., Gene 61: 253-264 (1987) Van Deurenら、J. Int. Fed. Clin. Chem., 5: 216 [1993]Van Deuren et al., J. Int. Fed. Clin. Chem., 5: 216 [1993] Van Deurenら、J. Inf. Dis., 169: 157 [1994]Van Deuren et al., J. Inf. Dis., 169: 157 [1994] Perenboomら、Eur. J. Clin. Invest., 26: 159 [1996]Perenboom et al., Eur. J. Clin. Invest., 26: 159 [1996] Guidottiら、Immunity 4: 25 [1996]Guidotti et al., Immunity 4: 25 [1996] Grantら、Transplantation 62: 910 [1996]Grant et al., Transplantation 62: 910 [1996] Mellorsら、Science 272: 1167 [1996]Mellors et al., Science 272: 1167 [1996] Saagら、Nature Medicine 2: 265 [1996]Saag et al., Nature Medicine 2: 265 [1996]

本発明は、核酸配列および核酸配列における変異を検出し、その特徴を調べる組成物および方法に関する。本発明は、標的配列上に核酸切断構造を形成し、部位特異的にその核酸切断構造を切断する方法に関する。例えば、いくつかの態様においては、多様な酵素の5'ヌクレアーゼ活性を用いて、標的依存的な切断構造を切断し、それによって、特異的な核酸配列、または特異的な核酸配列変異が存在することが示される。   The present invention relates to nucleic acid sequences and compositions and methods for detecting and characterizing mutations in nucleic acid sequences. The present invention relates to a method for forming a nucleic acid cleavage structure on a target sequence and cleaving the nucleic acid cleavage structure in a site-specific manner. For example, in some embodiments, the 5 ′ nuclease activity of various enzymes is used to cleave target-dependent cleavage structures, thereby causing specific nucleic acid sequences or specific nucleic acid sequence variations. Is shown.

本発明は、中温性、好冷性、好熱性、および超好熱性の生物など多様な生物源に由来する構造特異的な切断因子(例えば、ヌクレアーゼ)を提供する。好適な構造特異的ヌクレアーゼは熱安定性である。熱安定性構造特異的ヌクレアーゼは、核酸のハイブリダイゼーションが非常に特異的な温度で作用する点で特に有用であり、対立遺伝子特異的検出(一塩基ミスマッチなど)を可能にする。一つの態様において、熱安定性構造特異的ヌクレアーゼは、サーマス・アクアティカス(Thermus aquaticus)、サーマス・フラバス(Thermus flavus)、サーマス・サーモフィラス(Thermus thermophilus)などであるが、これらに限定されないサーマス種の天然型ポリメラーゼに由来する改変ポリメラーゼを含む熱安定性5'ヌクレアーゼである。しかし、本発明は、熱安定性5'ヌクレアーゼの使用に限定されるものではない。FEN-1、RAD2、およびXPGに分類されるヌクレアーゼに由来する熱安定性構造特異的ヌクレアーゼも好ましい。   The present invention provides structure-specific cleavage factors (eg, nucleases) derived from a variety of biological sources, including mesophilic, chilling, thermophilic, and hyperthermophilic organisms. A preferred structure-specific nuclease is thermostable. Thermostable structure-specific nucleases are particularly useful in that nucleic acid hybridization acts at very specific temperatures, allowing for allele-specific detection (such as single base mismatches). In one embodiment, the thermostable structure-specific nuclease is a Thermus species such as, but not limited to, Thermus aquaticus, Thermus flavus, Thermus thermophilus, and the like. A thermostable 5 'nuclease containing a modified polymerase derived from a natural polymerase. However, the present invention is not limited to the use of thermostable 5 ′ nucleases. Also preferred are thermostable structure-specific nucleases derived from nucleases classified as FEN-1, RAD2, and XPG.

本発明は、標的配列(例えば、突然変異、多型性など)を検出する方法であって、標的配列を含むと思われる試料、標的配列の存在下で侵襲的(invasive)切断構造を形成することができるオリゴヌクレオチド、および侵襲的切断構造の存在を検出するための因子を提供する工程、ならびにこの試料をオリゴヌクレオチドおよび因子に曝露する工程を含む方法を提供する。いくつかの態様において、本方法は、さらに、因子と侵襲的切断構造を含む複合体を(直接的または間接的に)検出する工程を含む。いくつかの態様において、この因子は切断因子を含む。いくつかの好ましい態様において、試料をオリゴヌクレオチドおよび因子に曝露する工程は、標的配列が試料中に存在する場合に、標的配列とオリゴヌクレオチドの間で侵襲的切断構造が形成される条件下で試料をオリゴヌクレオチドおよび因子に曝露して、この侵襲的切断構造を切断因子で切断して切断産物を形成させることを含む。いくつかの態様において、本方法は、さらに、切断産物を検出する工程を含む。いくつかの態様において、標的配列は、第二の領域が第一の領域の下流に連続して存在する、第一の領域と第二の領域を含み、オリゴヌクレオチドは、第一および第二のオリゴヌクレオチドを含み、この第一のオリゴヌクレオチドの少なくとも一部が、標的配列の第一の部位に完全に相補的であり、また、第二のオリゴヌクレオチドが3'部位と5'部位を含み、この5'部位が該標的核酸の第二の部位に完全に相補的である。   The present invention is a method for detecting a target sequence (eg, mutation, polymorphism, etc.) that forms a invasive cleavage structure in the presence of a sample suspected of containing the target sequence, the target sequence. An oligonucleotide is provided, and a method is provided that includes providing an agent for detecting the presence of an invasive cleavage structure, and exposing the sample to the oligonucleotide and the agent. In some embodiments, the method further comprises detecting (directly or indirectly) a complex comprising an agent and an invasive cleavage structure. In some embodiments, the factor comprises a cleavage factor. In some preferred embodiments, the step of exposing the sample to the oligonucleotides and factors comprises subjecting the sample to conditions under which an invasive cleavage structure is formed between the target sequence and the oligonucleotide when the target sequence is present in the sample. Is exposed to oligonucleotides and factors to cleave this invasive cleavage structure with a cleavage factor to form a cleavage product. In some embodiments, the method further comprises detecting a cleavage product. In some embodiments, the target sequence comprises a first region and a second region, wherein the second region is present continuously downstream of the first region, and the oligonucleotide comprises the first and second regions Comprising an oligonucleotide, wherein at least a portion of the first oligonucleotide is completely complementary to the first site of the target sequence, and the second oligonucleotide comprises a 3 ′ site and a 5 ′ site, This 5 ′ site is completely complementary to the second site of the target nucleic acid.

本発明は、また、このような標的配列を検出するためのキットであって、標的配列存在下で侵襲的切断構造を形成することができるオリゴヌクレオチドを含むキットを提供する。いくつかの態様において、このキットは、さらに、侵襲的切断構造の存在を検出するためにの因子(例えば、切断因子)を含む。いくつかの態様において、このオリゴヌクレオチドは、第一および第二のオリゴヌクレオチドを含み、該第一のオリゴヌクレオチドが、標的核酸の第一の領域に相補的な5'部位を含み、該第二のオリゴヌクレオチドが、3'部位と、第一の領域の下流に連続して存在する標的核酸の第二の領域に相補的な5'部位を含んでいる。いくつかの好ましい態様において、標的配列は含む。   The present invention also provides a kit for detecting such a target sequence, comprising an oligonucleotide capable of forming an invasive cleavage structure in the presence of the target sequence. In some embodiments, the kit further comprises an agent (eg, a cleavage agent) for detecting the presence of an invasive cleavage structure. In some embodiments, the oligonucleotide comprises first and second oligonucleotides, the first oligonucleotide comprising a 5 ′ site complementary to the first region of the target nucleic acid, and the second The oligonucleotide comprises a 3 ′ site and a 5 ′ site complementary to the second region of the target nucleic acid present in succession downstream of the first region. In some preferred embodiments, the target sequence comprises.

また、本発明は、非標的切断産物を検出することによって、標的核酸分子の存在を検出する方法であって、切断因子;標的核酸の起源;第二の領域が第一の領域の下流に連続して存在する、第一の領域と第二の領域を含む標的核酸;第一のオリゴヌクレオチドの少なくとも一部が、標的配列の第一の部位に完全に相補的な第一のオリゴヌクレオチド;ならびに3'部位と5'部位を含み、この5'部位が標的核酸の第二の部位に完全に相補的な第二のオリゴヌクレオチドを提供する工程;切断因子、標的核酸、第一のオリゴヌクレオチド、および第二のオリゴヌクレオチドを混合して、第一のオリゴヌクレオチドの少なくとも一部が、該標的核酸の第一の領域にアニーリングし、第二のオリゴヌクレオチドの少なくとも5'部位が該標的核酸の第二の領域にアニーリングして切断構造を形成し、さらに、切断構造の切断が起きて非標的切断産物が生成するような反応条件下で、反応混合液を作成する工程;ならびに切断構造の切断を検出する工程を含む方法を提供する。   The present invention also provides a method for detecting the presence of a target nucleic acid molecule by detecting a non-target cleavage product, wherein the cleavage factor; the source of the target nucleic acid; the second region continues downstream from the first region. A target nucleic acid comprising a first region and a second region, wherein: at least a portion of the first oligonucleotide is completely complementary to the first site of the target sequence; and Providing a second oligonucleotide comprising a 3 ′ site and a 5 ′ site, wherein the 5 ′ site is completely complementary to the second site of the target nucleic acid; a cleavage factor, the target nucleic acid, the first oligonucleotide; And the second oligonucleotide are mixed so that at least a portion of the first oligonucleotide is annealed to the first region of the target nucleic acid and at least the 5 ′ site of the second oligonucleotide is the first of the target nucleic acid. Second territory A reaction mixture is formed under reaction conditions such that cleavage of the cleavage structure occurs to produce a non-target cleavage product; and detection of cleavage of the cleavage structure A method comprising:

切断構造の切断の検出は、任意の方法で行なうことができる。いくつかの態様において、切断構造の切断の検出は、非標的切断産物の検出を含む。さらに別の態様において、切断構造の切断の検出は、蛍光、質量、または蛍光エネルギー移動を検出することを含む。この他の検出方法には、放射能、発光、リン光、蛍光偏光、および電荷を検出することなどがあるが、それらに限定されない。いくつかの態様において、非標的切断産物、タンパク質結合領域の一本鎖部分を規定するためにアニーリングしている2種類の一本鎖核酸を含む組成物、およびタンパク質を提供する工程、タンパク質がタンパク質結合領域に結合する条件下で、非標的切断産物を、タンパク質結合領域の一本鎖部分に曝露する工程を含む方法によって、検出を行なう。いくつかの態様において、このタンパク質は、タンパク質結合領域に結合して核酸を生成する核酸生成タンパク質を含む。いくつかの態様において、タンパク質結合領域は、鋳型依存的RNAポリメラーゼ結合領域(例えば、T7 RNAポリメラーゼ結合領域)である。別の態様においては、非標的切断産物、RNAポリメラーゼ結合領域の一本鎖部分を規定する配列を含む一本の連続した核酸鎖、鋳型依存型DNAポリメラーゼ、および鋳型依存型RNAポリメラーゼを提供する工程、非標的切断産物をRNAポリメラーゼ結合領域の一本鎖部分に結合させて結合非標的切断産物を生成させる条件下で、非標的切断産物を、RNAポリメラーゼ結合領域に曝露する工程、二本鎖RNAポリメラーゼ結合領域を生成させる条件下で結合非標的切断産物を鋳型依存型DNAポリメラーゼに曝露する工程、ならびにRNA転写産物が生成されるような条件下で、二本鎖RNAポリメラーゼ結合領域を鋳型依存型RNAポリメラーゼに曝露する工程を含む方法によって検出を行なう。いくつかの態様において、本方法は、さらに、RNA転写産物を検出する工程を含む。いくつかの態様において、鋳型依存型RNAポリメラーゼはT7 RNAポリメラーゼである。   Detection of the cutting of the cutting structure can be performed by an arbitrary method. In some embodiments, detection of cleavage of the cleavage structure comprises detection of non-target cleavage products. In yet another aspect, detecting cleavage of the cleavage structure comprises detecting fluorescence, mass, or fluorescence energy transfer. Other detection methods include, but are not limited to, detecting radioactivity, luminescence, phosphorescence, fluorescence polarization, and charge. In some embodiments, providing a protein comprising a non-targeted cleavage product, two types of single stranded nucleic acids that are annealed to define a single stranded portion of a protein binding region, and wherein the protein is a protein Detection is performed by a method comprising exposing a non-target cleavage product to a single-stranded portion of the protein binding region under conditions that bind to the binding region. In some embodiments, the protein comprises a nucleic acid generating protein that binds to a protein binding region to produce a nucleic acid. In some embodiments, the protein binding region is a template dependent RNA polymerase binding region (eg, a T7 RNA polymerase binding region). In another aspect, providing a non-target cleavage product, a single continuous nucleic acid strand comprising a sequence that defines a single-stranded portion of an RNA polymerase binding region, a template-dependent DNA polymerase, and a template-dependent RNA polymerase Exposing the non-target cleavage product to the RNA polymerase binding region under conditions that allow the non-target cleavage product to bind to a single-stranded portion of the RNA polymerase binding region to produce a bound non-target cleavage product, double-stranded RNA Exposing the bound non-targeted cleavage product to a template-dependent DNA polymerase under conditions that produce a polymerase binding region, and a template-dependent double-stranded RNA polymerase binding region under conditions such that an RNA transcript is generated. Detection is performed by a method comprising a step of exposing to RNA polymerase. In some embodiments, the method further comprises detecting an RNA transcript. In some embodiments, the template dependent RNA polymerase is T7 RNA polymerase.

本発明は、第二のオリゴヌクレオチドの3'部位の性質によって制限されない。いくつかの好ましい態様において、第二のオリゴヌクレオチドの3'部位は、標的核酸に相補的でない3'末端ヌクレオチドを有する。いくつかの態様において、第二のオリゴヌクレオチドの3'部位は、標的核酸に相補的でない単一のヌクレオチドを含む。   The present invention is not limited by the nature of the 3 ′ site of the second oligonucleotide. In some preferred embodiments, the 3 ′ site of the second oligonucleotide has a 3 ′ terminal nucleotide that is not complementary to the target nucleic acid. In some embodiments, the 3 ′ site of the second oligonucleotide comprises a single nucleotide that is not complementary to the target nucleic acid.

本方法のいかなる成分も固相支持体に付着させることができる。例えば、いくつかの態様においては、第一のオリゴヌクレオチドを固相支持体に付着させる。別の態様においては、第二のオリゴヌクレオチドを固相支持体に付着させる。   Any component of the method can be attached to a solid support. For example, in some embodiments, the first oligonucleotide is attached to a solid support. In another embodiment, the second oligonucleotide is attached to a solid support.

切断因子は、侵襲的切断構造切断することのできる因子である。いくつかの態様において、切断因子は、構造特異的ヌクレアーゼを含む。特に好ましい態様においては、構造特異的ヌクレアーゼは、熱安定性構造特異的ヌクレアーゼ(例えば、熱安定性5'ヌクレアーゼ)を含む。熱安定性構造特異的ヌクレアーゼには、好熱性生物(例えば、サーマス・アクアティカス、サーマス・フラバス、およびサーマス・サーモフィラス)に由来する熱安定性DNAポリメラーゼのアミノ酸配列の一部に相同なアミノ酸配列を有するヌクレオチドがあるが、これらに限定されない。別の態様において、熱安定性構造特異的ヌクレアーゼは、FEN-1、RAD2、またはXPGに分類されるヌクレアーゼに由来するヌクレアーゼ、または、上記切断因子のいずれかの一部またはそれ以上の部位を含む化学構造を含む。   A cleavage factor is a factor that can cleave an invasive cleavage structure. In some embodiments, the cleavage factor comprises a structure specific nuclease. In particularly preferred embodiments, the structure-specific nuclease comprises a thermostable structure-specific nuclease (eg, a thermostable 5 ′ nuclease). A thermostable structure-specific nuclease contains an amino acid sequence that is homologous to part of the amino acid sequence of a thermostable DNA polymerase derived from a thermophilic organism (eg, Thermus aquaticus, Thermus flavus, and Thermus thermophilus). There are nucleotides that have, but are not limited to. In another embodiment, the thermostable structure-specific nuclease comprises a nuclease derived from a nuclease classified as FEN-1, RAD2, or XPG, or a portion of more than one of the above cleavage factors Includes chemical structure.

本方法は、標的核酸の性質により制限されない。いくつかの態様において、標的核酸は、一本鎖または二本鎖のDNAまたはRNAである。いくつかの態様において、二本鎖核酸は、切断構造を形成する前に(例えば、熱によって)一本鎖にされる。いくつかの態様において、標的核酸の起源には、ゲノムDNAを含む試料が含まれる。試料には、血液、唾液、脳脊髄液、胸水、乳汁、リンパ液、痰、および精液などがあるが、これらに限定されない。   The method is not limited by the nature of the target nucleic acid. In some embodiments, the target nucleic acid is single-stranded or double-stranded DNA or RNA. In some embodiments, the double stranded nucleic acid is made single stranded (eg, by heat) prior to forming the cleavage structure. In some embodiments, the source of the target nucleic acid includes a sample containing genomic DNA. Samples include, but are not limited to, blood, saliva, cerebrospinal fluid, pleural effusion, milk, lymph, sputum, and semen.

いくつかの態様において、本方法での反応条件は、二価性カチオンの供給源を提供することを含む。いくつかの態様において、二価性カチオンはMn2+イオンおよびMg2+イオンからなる群より選択される。いくつかの態様において、本方法での反応条件は、標的核酸と較べて過剰濃度の第一および第二のオリゴヌクレオチドを提供することを含む。 In some embodiments, the reaction conditions in the method include providing a source of divalent cations. In some embodiments, the divalent cation is selected from the group consisting of Mn 2+ ions and Mg 2+ ions. In some embodiments, the reaction conditions in the method include providing an excess concentration of the first and second oligonucleotides relative to the target nucleic acid.

いくつかの態様において、本方法は、さらに、標的核酸の第一の部位の上流にある、標的核酸の第三の部位に相補的な第三のオリゴヌクレオチドであって、反応混合液と混合される第三のオリゴヌクレオチドを提供する工程を含む。   In some embodiments, the method further comprises a third oligonucleotide complementary to the third site of the target nucleic acid upstream of the first site of the target nucleic acid, and mixed with the reaction mixture. Providing a third oligonucleotide.

本発明は、また、非標的切断産物を検出することによって標的核酸部分の存在を検出する方法であって、切断因子;標的核酸の起源;第二の領域が第一の領域の下流に連続して存在する、第一の領域と第二の領域を含む標的核酸;第一のオリゴヌクレオチドの少なくとも一部が、標的配列の第一の部位に完全に相補的な複数の第一のオリゴヌクレオチド;ならびに3'部位と5'部位を含み、この5'部位が標的核酸の第二の部位に完全に相補的な第二のオリゴヌクレオチドを提供する工程;切断因子、標的核酸、複数の第一のオリゴヌクレオチド、および第二のオリゴヌクレオチドを混合して、第一のオリゴヌクレオチドの少なくとも一部が、標的核酸の第一の領域にアニーリングし、第二のオリゴヌクレオチドの少なくとも5'部位が標的核酸の第二の領域にアニーリングして切断構造を形成し、さらに、切断構造の切断が起きて非標的切断産物を生成させるような反応条件であって、複数種の切断構造を形成することができ、標的核酸から切り取ることができるような反応条件下で反応混合液を作成する工程;ならびに該切断構造の切断を検出する工程を含む方法を提供する。いくつかの態様において、この条件は、複数の第一のオリゴヌクレオチドを標的核酸から解離させる等温条件を含む。本発明は、特定の標的核酸上で形成される切断構造の数により制限されるが、いくつかの態様においては、複数の第一のオリゴヌクレオチドの2個またはそれ以上(3、4、5、...、10、...、10000、...)が、特定の標的核酸とともに切断構造を形成し、これらの切断構造を切断して非標的切断産物を産生する。   The present invention also provides a method for detecting the presence of a target nucleic acid moiety by detecting a non-target cleavage product, wherein the cleavage factor; the source of the target nucleic acid; the second region is continuous downstream of the first region. A target nucleic acid comprising a first region and a second region, wherein a plurality of first oligonucleotides wherein at least a portion of the first oligonucleotide is completely complementary to the first site of the target sequence; And providing a second oligonucleotide comprising a 3 ′ site and a 5 ′ site, wherein the 5 ′ site is completely complementary to the second site of the target nucleic acid; a cleavage factor, the target nucleic acid, a plurality of first Mixing the oligonucleotide and the second oligonucleotide so that at least a portion of the first oligonucleotide is annealed to the first region of the target nucleic acid and at least the 5 ′ site of the second oligonucleotide is the target nucleic acid First The reaction conditions are such that a cleavage structure is formed by annealing to a region of the region, and further, cleavage of the cleavage structure occurs to generate a non-target cleavage product, and a plurality of types of cleavage structures can be formed. Providing a reaction mixture under reaction conditions such that it can be cut from; and detecting the cleavage of the cleavage structure. In some embodiments, the conditions include isothermal conditions that dissociate the plurality of first oligonucleotides from the target nucleic acid. While the present invention is limited by the number of cleavage structures formed on a particular target nucleic acid, in some embodiments, two or more of a plurality of first oligonucleotides (3, 4, 5, ..., 10, ..., 10000, ...) form cleavage structures with specific target nucleic acids and cleave these cleavage structures to produce non-target cleavage products.

本発明は、また、上記の方法でできた切断産物をさらに別の侵襲的切断反応において使用する方法を提供する。例えば、本発明は、切断因子;第二の領域が第一の領域の下流に連続して存在する、第一の領域と第二の領域を含む第一の標的核酸;第一のオリゴヌクレオチドの少なくとも一部が、第一の標的核酸の第一の部位に完全に相補的である第一のオリゴヌクレオチド; 3'部位と5'部位を含み、この5'部位が第一の標的核酸の第二の部位に完全に相補的である第二のオリゴヌクレオチド;第二の領域が第一の領域の下流に連続して存在する、第一の領域と第二の領域を含む第二の標的核酸;ならびに第三のオリゴヌクレオチドの少なくとも一部が、第二の標的核酸の第一の部位に完全に相補的である第三のオリゴヌクレオチドを提供する工程;第一のオリゴヌクレオチドの少なくとも該部位が第一の標的核酸の第一の領域にアニーリングし、第二のオリゴヌクレオチドの少なくとも5'部位が第一の標的核酸の第二の領域にアニーリングし、また、第一の切断構造の切断が切断因子によって生じて、3'部位と5'部位とを含む第四のオリゴヌクレオチドであって、5'部位が第二の標的核酸の第二の部位に完全に相補的である第四のオリゴヌクレオチドを生成させる第一の切断構造を生成させる工程;第三のオリゴヌクレオチドの少なくとも該部位が第二の標的核酸の第一の領域にアニーリングし、第四のオリゴヌクレオチドの少なくとも5'部位が第二の標的核酸の第二の領域にアニーリングし、また、第二の切断構造の切断が生じて、切断断片を生成させる第二の切断構造を生成させる工程;ならびに第二の切断構造の切断を検出する工程を含む方法を提供する。いくつかの態様において、第四のオリゴヌクレオチドの3'部位は、第二の標的核酸に相補的ではない3'末端ヌクレオチドを含む。いくつかの態様において、第三のオリゴヌクレオチドの3'部位は、第二の標的核酸に共有結合により連結している。いくつかの態様において、第二の標的核酸は、さらに、第二の標的核酸の5'側領域が第三のオリゴヌクレオチドである5'側領域を含む。本発明は、さらに、切断因子;標的配列の第一の部位に相補的な5'部位を含む第一のオリゴヌクレオチド;ならびに3'部位と5'部位を含み、この5'部位が標的核酸の第一の部位の下流にあってそれに連続している標的核酸の第二の部位に相補的である第二のオリゴヌクレオチドを含むキットを提供する。いくつかの態様において、第二のオリゴヌクレオチドの3'部位は、標的核酸に相補的でない3'末端ヌクレオチドを含む。好ましい態様において、第二のオリゴヌクレオチドの3'部位は、標的核酸に相補的でない単一のヌクレオチドを含む。いくつかの態様において、本キットは、さらに固相支持体を含む。例えば、いくつかの態様において、第一および/または第二のオリゴヌクレオチドが該固相支持体に付着している。いくつかの態様において、本キットは、さらに、緩衝液を含む。いくつかの態様において、緩衝液は二価性カチオン(例えば、Mn2+イオンおよび/またはMg2+イオン)の発生源を含む。いくつかの態様において、本キットは、さらに、第一の標的核酸の第一の部位の上流にある、標的核酸の第三の部位に相補的な第三のオリゴヌクレオチドを含む。さらに別の態様において、本キットは、さらに、標的核酸を含む。いくつかの態様において、本キットは、さらに、第二の標的核酸を含む。さらに別の態様において、本キットは、さらに、第二の標的核酸の第一の領域に相補的な5'部位を含む第三のオリゴヌクレオチドを含む。いくつかの態様において、第三のオリゴヌクレオチドの3'部位は、第二の標的核に共有結合的に連結している。別の具体的な態様においては、第二の標的核酸は、さらに、第二の標的核酸の5'部位が第三のオリゴヌクレオチドである5'部位を含む。さらに別の態様においては、本キットは、さらに、ARRESTOR分子(例えば、ARRESTORオリゴヌクレオチド)を含む。 The present invention also provides a method of using the cleavage product produced by the above method in yet another invasive cleavage reaction. For example, the present invention provides a cleavage factor; a first target nucleic acid comprising a first region and a second region, wherein the second region is continuously present downstream of the first region; A first oligonucleotide that is at least partially complementary to the first site of the first target nucleic acid; comprising a 3 ′ site and a 5 ′ site, the 5 ′ site comprising the first target nucleic acid A second oligonucleotide that is perfectly complementary to the two sites; a second target nucleic acid comprising a first region and a second region, wherein the second region is continuously downstream of the first region And providing a third oligonucleotide wherein at least a portion of the third oligonucleotide is completely complementary to the first site of the second target nucleic acid; at least the site of the first oligonucleotide being Anneal to the first region of the first target nucleic acid and A fourth region comprising a 3 ′ site and a 5 ′ site, wherein at least the 5 ′ site of the rigonucleotide anneals to the second region of the first target nucleic acid and the cleavage of the first cleavage structure is caused by a cleavage factor. Generating a first cleavage structure that produces a fourth oligonucleotide wherein the 5 ′ site is completely complementary to the second site of the second target nucleic acid; At least the site of the nucleotide anneals to the first region of the second target nucleic acid, at least the 5 ′ site of the fourth oligonucleotide anneals to the second region of the second target nucleic acid, and A method is provided that includes generating a second cleavage structure that results in cleavage of the cleavage structure to produce a cleavage fragment; and detecting cleavage of the second cleavage structure. In some embodiments, the 3 ′ site of the fourth oligonucleotide comprises a 3 ′ terminal nucleotide that is not complementary to the second target nucleic acid. In some embodiments, the 3 ′ site of the third oligonucleotide is covalently linked to the second target nucleic acid. In some embodiments, the second target nucleic acid further comprises a 5 ′ region where the 5 ′ region of the second target nucleic acid is a third oligonucleotide. The present invention further includes a cleavage factor; a first oligonucleotide comprising a 5 ′ site complementary to the first site of the target sequence; and a 3 ′ site and a 5 ′ site, wherein the 5 ′ site comprises a target nucleic acid A kit is provided that includes a second oligonucleotide that is complementary to a second site of the target nucleic acid downstream from and contiguous with the first site. In some embodiments, the 3 ′ site of the second oligonucleotide comprises a 3 ′ terminal nucleotide that is not complementary to the target nucleic acid. In a preferred embodiment, the 3 ′ site of the second oligonucleotide comprises a single nucleotide that is not complementary to the target nucleic acid. In some embodiments, the kit further comprises a solid support. For example, in some embodiments, first and / or second oligonucleotides are attached to the solid support. In some embodiments, the kit further comprises a buffer. In some embodiments, the buffer includes a source of divalent cations (eg, Mn 2+ ions and / or Mg 2+ ions). In some embodiments, the kit further comprises a third oligonucleotide complementary to the third site of the target nucleic acid upstream of the first site of the first target nucleic acid. In yet another embodiment, the kit further comprises a target nucleic acid. In some embodiments, the kit further comprises a second target nucleic acid. In yet another embodiment, the kit further comprises a third oligonucleotide comprising a 5 ′ site complementary to the first region of the second target nucleic acid. In some embodiments, the 3 ′ site of the third oligonucleotide is covalently linked to the second target nucleus. In another specific embodiment, the second target nucleic acid further comprises a 5 'site where the 5' site of the second target nucleic acid is a third oligonucleotide. In yet another embodiment, the kit further comprises an ARRESTOR molecule (eg, an ARRESTOR oligonucleotide).

本発明は、さらに、a)第一の領域、第二の領域、第三の領域、および第四の領域を含む標的核酸であって、第一の領域が第二の領域の下流に隣接しており、第二の領域が第三の領域の下流に隣接しており、第三の領域が第四の領域の下流に隣接している標的核酸;b)標的核酸の第四の領域に相補的な第一のオリゴヌクレオチド;c)3'部位と5'部位を含む第二のオリゴヌクレオチドであって、第二のオリゴヌクレオチドの5'部位が標的核酸の第二の領域に相補的な配列を含み、第二のオリゴヌクレオチドの3'部位が標的核酸の第三の領域に相補的な配列を含む第二のオリゴヌクレオチド;ならびにd)3'部位と5'部位を含む第三のオリゴヌクレオチドであって、第三のオリゴヌクレオチドの5'部位が標的核酸の第一の領域に相補的な配列を含み、第三のオリゴヌクレオチドの3'部位が標的核酸の第二の領域に相補的な配列を含む第三のオリゴヌクレオチドを含む切断構造を含む組成物を提供する。   The present invention further provides a target nucleic acid comprising a) a first region, a second region, a third region, and a fourth region, wherein the first region is adjacent to the downstream of the second region. A target nucleic acid in which the second region is adjacent downstream of the third region and the third region is adjacent downstream of the fourth region; b) complementary to the fourth region of the target nucleic acid C) a second oligonucleotide comprising a 3 ′ site and a 5 ′ site, wherein the 5 ′ site of the second oligonucleotide is complementary to the second region of the target nucleic acid. A second oligonucleotide wherein the 3 ′ site of the second oligonucleotide comprises a sequence complementary to the third region of the target nucleic acid; and d) a third oligonucleotide comprising a 3 ′ site and a 5 ′ site The 5 ′ site of the third oligonucleotide comprises a sequence complementary to the first region of the target nucleic acid, 3 'site of the oligonucleotide provides a composition comprising a cleavage structure comprising a third oligonucleotide comprising a sequence complementary to a second region of the target nucleic acid.

本発明は、標的核酸の4つの領域の長さにより制限されるものではない。一つの態様において、標的核酸の第一の領域は、11〜50ヌクレオチドの長さである。別の態様において、標的核酸の第二の領域は、1〜3ヌクレオチドの長さである。別の態様において、標的核酸の第三の領域は、6から9ヌクレオチドの長さである。さらに別の態様において、標的核酸の第四の領域は、6から50ヌクレオチドの長さである。   The present invention is not limited by the length of the four regions of the target nucleic acid. In one embodiment, the first region of the target nucleic acid is 11-50 nucleotides in length. In another embodiment, the second region of the target nucleic acid is 1-3 nucleotides in length. In another embodiment, the third region of the target nucleic acid is 6 to 9 nucleotides in length. In yet another embodiment, the fourth region of the target nucleic acid is 6 to 50 nucleotides in length.

本発明は、第一、第二、第三および第四のオリゴヌクレオチドの性質又は組成により制限されるものではなく、これらのオリゴヌクレオチドはDNA、RNA、PNA、およびこれらを組み合わせたものを含むことができ、また、修飾されたヌクレオチド、汎用塩基(universal base)、付加体(adduct)などを含むこともできる。さらに、第一、第二、第三および第四のオリゴヌクレオチドのうち一つまたは複数が、3'末端にジデオキシヌクレオチドを含むことができる。   The present invention is not limited by the nature or composition of the first, second, third and fourth oligonucleotides, and these oligonucleotides include DNA, RNA, PNA, and combinations thereof It can also contain modified nucleotides, universal bases, adducts and the like. Furthermore, one or more of the first, second, third and fourth oligonucleotides can contain dideoxynucleotides at the 3 ′ end.

好ましい態様において、標的核酸は、第一、第二、第三および第四のオリゴヌクレオチドのうちの少なくとも1つに完全には相補的でない。特に好ましい態様においては、標的核酸は、第二のオリゴヌクレオチドに完全には相補的でない。   In preferred embodiments, the target nucleic acid is not completely complementary to at least one of the first, second, third and fourth oligonucleotides. In particularly preferred embodiments, the target nucleic acid is not completely complementary to the second oligonucleotide.

上記のとおり、本発明は、検出法において構造特異的ヌクレアーゼを使用することを意図したものである。一つの態様において、本発明は、非標的切断産物を検出することによって標的核酸分子の存在を検出する方法であって、a)i)切断手段、ii)第一の領域、第二の領域、第三の領域、および第四の領域を含む標的核酸であって、第一の領域が第二の領域の下流に隣接しており、第二の領域が第三の領域の下流に隣接しており、第三の領域が第四の領域の下流に隣接している標的核酸の起源、iii)標的核酸の第四の領域に相補的な第一のオリゴヌクレオチド;iv)3'部位と5'部位を含む第二のオリゴヌクレオチドであって、第二のオリゴヌクレオチドの5'部位が標的核酸の第二の領域に相補的な配列を含み、第二のオリゴヌクレオチドの3'部位が標的核酸の第三の領域に相補的な配列を含む第二のオリゴヌクレオチド;iv)3'部位と5'部位を含む第三のオリゴヌクレオチドであって、第三のオリゴヌクレオチドの5'部位が標的核酸の第一の領域に相補的な配列を含み、第三のオリゴヌクレオチドの3'部位が標的核酸の第二の領域に相補的な配列を含む第三のオリゴヌクレオチドを提供する工程;b)第一のオリゴヌクレオチドが標的核酸の第四の領域にアニーリングし、第二のオリゴヌクレオチドの少なくとも3'部位が標的核酸にアニーリングし、また、第三のオリゴヌクレオチドの少なくとも5'部位が標的核酸にアニーリングして切断構造を作出し、この切断構造の切断が生じて、それぞれ3'-ヒドロキシル基をもつ非標的切断産物が生成されるような反応条件下で、切断手段、標的核酸、第一のオリゴヌクレオチド、第二のオリゴヌクレオチド、および第三のオリゴヌクレオチドを混合する工程、ならびにc)非標的切断産物を検出する工程を含む方法を提供する。   As mentioned above, the present invention contemplates the use of structure-specific nucleases in detection methods. In one embodiment, the present invention provides a method for detecting the presence of a target nucleic acid molecule by detecting a non-target cleavage product comprising: a) i) a cleavage means, ii) a first region, a second region, A target nucleic acid comprising a third region and a fourth region, wherein the first region is adjacent downstream of the second region, and the second region is adjacent downstream of the third region The origin of the target nucleic acid in which the third region is adjacent downstream of the fourth region, iii) a first oligonucleotide complementary to the fourth region of the target nucleic acid; iv) the 3 ′ site and the 5 ′ A second oligonucleotide comprising a site, wherein the 5 ′ site of the second oligonucleotide comprises a sequence complementary to the second region of the target nucleic acid, and the 3 ′ site of the second oligonucleotide comprises the target nucleic acid A second oligonucleotide comprising a sequence complementary to the third region; iv) a third comprising a 3 'site and a 5' site An oligonucleotide, wherein the 5 ′ site of the third oligonucleotide comprises a sequence complementary to the first region of the target nucleic acid and the 3 ′ site of the third oligonucleotide is complementary to the second region of the target nucleic acid Providing a third oligonucleotide comprising a specific sequence; b) the first oligonucleotide anneals to the fourth region of the target nucleic acid, and at least the 3 ′ site of the second oligonucleotide anneals to the target nucleic acid. In addition, at least the 5 ′ site of the third oligonucleotide is annealed to the target nucleic acid to create a cleavage structure, which results in cleavage of the cleavage structure, producing non-target cleavage products, each with a 3′-hydroxyl group. Mixing the cleavage means, the target nucleic acid, the first oligonucleotide, the second oligonucleotide, and the third oligonucleotide under such reaction conditions And c) detecting a non-target cleavage product.

本発明は、標的核酸の性質によって制限されない。一つの態様において、標的核酸は一本鎖DNAを含む。別の態様において、標的核酸は二本鎖DNAを含み、工程c)の前に、二本鎖DNAが実質的に一本鎖となるように反応混合液を処理する。別の態様において、標的核酸はRNAを含み、第一および第二のオリゴヌクレオチドはDNAを含む。   The present invention is not limited by the nature of the target nucleic acid. In one embodiment, the target nucleic acid comprises single stranded DNA. In another embodiment, the target nucleic acid comprises double stranded DNA, and prior to step c), the reaction mixture is treated such that the double stranded DNA is substantially single stranded. In another embodiment, the target nucleic acid comprises RNA and the first and second oligonucleotides comprise DNA.

本発明は、切断手段の性質によって制限されない。一つの態様において、切断手段は構造特異的ヌクレアーゼであり、特に好適な構造特異的ヌクレアーゼは熱安定性構造特異的ヌクレアーゼである。   The present invention is not limited by the nature of the cutting means. In one embodiment, the cleavage means is a structure-specific nuclease, and a particularly preferred structure-specific nuclease is a thermostable structure-specific nuclease.

別の好ましい態様において、熱安定性構造特異的ヌクレアーゼはキメラヌクレアーゼである。   In another preferred embodiment, the thermostable structure-specific nuclease is a chimeric nuclease.

代替的な好ましい態様において、非標的切断産物の検出法は、反応産物を電気泳動によって分離し、その後、分離された非標的切断産物を可視化することを含む。   In an alternative preferred embodiment, the method for detecting non-target cleavage products comprises separating reaction products by electrophoresis and then visualizing the separated non-target cleavage products.

別の好ましい態様において、第一、第二、および第三のオリゴヌクレオチドのうち一つまたは複数が3'末端にジデオキシヌクレオチドを含む。ジデオキシヌクレオチドを含むオリゴヌクレオチドを使用する場合、非標的切断産物の検出は、好ましくは、a)少なくとも1つの標識オリゴヌクレオチドが非標的切断産物の3'-ヒドロキシル基に付加されて標識された非標的切断産物が生成されるような条件下で、非標的切断産物を、鋳型非依存型ポリメラーゼ、および少なくとも1つの標識ヌクレオシド三リン酸とともにインキュベートする工程、ならびにb)標識された非標的切断産物の存在を検出する工程を含む。本発明は、用いられる鋳型非依存型ポリメラーゼの性質によって制限されず、一つの態様において、鋳型非依存型ポリメラーゼは、末端デオキシヌクレオチジルトランスフェラーゼ(TdT)およびポリAポリメラーゼからなる群より選択される選択される。TdTまたはポリAポリメラーゼを検出工程で使用する場合には、第二のオリゴヌクレオチドは、標識ヌクレオシド三リン酸上に存在する標識とは異なる標識である5'末端標識を含むことができる。本発明は、5'末端標識の性質によって制限されず、当技術分野において、適当な5'末端標識にはさまざまななものが知られており、ビオチン、フルオレセイン、テトラクロロフルオレセイン、ヘキサクロロフルオレセイン、Cy3アミダイト、Cy5アミダイト、およびジゴキシゲニンが含まれる。   In another preferred embodiment, one or more of the first, second, and third oligonucleotides comprise a dideoxynucleotide at the 3 ′ end. When using an oligonucleotide comprising a dideoxynucleotide, detection of the non-target cleavage product preferably comprises: a) a non-target labeled with at least one labeled oligonucleotide added to the 3′-hydroxyl group of the non-target cleavage product Incubating the non-target cleavage product with a template-independent polymerase and at least one labeled nucleoside triphosphate under conditions such that a cleavage product is generated, and b) the presence of the labeled non-target cleavage product Detecting. The present invention is not limited by the nature of the template-independent polymerase used, and in one embodiment the template-independent polymerase is selected from the group consisting of terminal deoxynucleotidyl transferase (TdT) and poly A polymerase. Is done. When TdT or poly A polymerase is used in the detection step, the second oligonucleotide can include a 5 ′ end label that is a different label than the label present on the labeled nucleoside triphosphate. The present invention is not limited by the nature of the 5 ′ end label, and a variety of suitable 5 ′ end labels are known in the art and include biotin, fluorescein, tetrachlorofluorescein, hexachlorofluorescein, Cy3. Amidites, Cy5 amidites, and digoxigenin are included.

別の態様において、非標的切断産物の検出は、a)少なくとも1つのオリゴヌクレオチドが非標的切断産物の3'-ヒドロキシル基に付加されて端が尾状になった非標的切断産物が生成されるような条件下で、非標的切断産物を、鋳型非依存型ポリメラーゼ、および少なくとも1つのヌクレオシド三リン酸とともにインキュベートする工程、ならびにb)端が尾状になった非標的切断産物の存在を検出する工程を含む。本発明は、用いられる鋳型非依存型ポリメラーゼの性質によって制限されず、一つの態様において、鋳型非依存型ポリメラーゼは、末端デオキシヌクレオチジルトランスフェラーゼ(TdT)およびポリAポリメラーゼからなる群より選択される選択される。TdTまたはポリAポリメラーゼを検出工程で使用する場合には、第二のオリゴヌクレオチドは5'末端標識を含むことができる。本発明は、5'末端標識の性質によって制限されず、当技術分野において、適当な5'末端標識にはさまざまななものが知られており、ビオチン、フルオレセイン、テトラクロロフルオレセイン、ヘキサクロロフルオレセイン、Cy3アミダイト、Cy5アミダイト、およびジゴキシゲニンが含まれる。   In another embodiment, detection of a non-target cleavage product comprises: a) adding at least one oligonucleotide to the 3′-hydroxyl group of the non-target cleavage product to produce a non-target cleavage product with a tail Under such conditions, incubating a non-target cleavage product with a template-independent polymerase and at least one nucleoside triphosphate, and b) detecting the presence of a non-target cleavage product with a tail Process. The present invention is not limited by the nature of the template-independent polymerase used, and in one embodiment the template-independent polymerase is selected from the group consisting of terminal deoxynucleotidyl transferase (TdT) and poly A polymerase. Is done. If TdT or poly A polymerase is used in the detection step, the second oligonucleotide can include a 5 ′ end label. The present invention is not limited by the nature of the 5 ′ end label, and a variety of suitable 5 ′ end labels are known in the art and include biotin, fluorescein, tetrachlorofluorescein, hexachlorofluorescein, Cy3. Amidites, Cy5 amidites, and digoxigenin are included.

好ましい態様において、反応条件は、二価性カチオンの起源を提供することを含み、特に好適な二価性カチオンはMn2+イオンおよびMg2+イオンである。 In preferred embodiments, the reaction conditions include providing a source of a divalent cation, and particularly preferred divalent cations are Mn 2+ ions and Mg 2+ ions.

本発明は、さらに、非標的切断産物を検出することによって標的核酸分子の存在を検出する方法であって、a)i)切断手段、ii)第一の領域、第二の領域、および第三の領域を含む標的核酸であって、第一の領域が第二の領域の下流に隣接しており、第二の領域が第三の領域の下流に隣接している標的核酸の起源、iii)3'部位と5'部位を含む第一のオリゴヌクレオチドであって、第一のオリゴヌクレオチドの5'部位が標的核酸の第二の領域に相補的な配列を含み、第一のオリゴヌクレオチドの3'部位が標的核酸の第三の領域に相補的な配列を含む第一のオリゴヌクレオチド;iv)長さが11個から15個のヌクレオチドで、3'部位と5'部位を含む第二のオリゴヌクレオチドであって、第二のオリゴヌクレオチドの5'部位が標的核酸の第一の領域に相補的な配列を含み、第二のオリゴヌクレオチドの3'部位が標的核酸の第二の領域に相補的な配列を含む第三のオリゴヌクレオチドを提供する工程;b)第一のオリゴヌクレオチドの少なくとも3'部位が標的核酸にアニーリングし、また、第二のオリゴヌクレオチドの少なくとも5'部位が標的核酸にアニーリングして切断構造を作出し、この切断構造の切断が生じて、それぞれが3'-ヒドロキシル基をもつ非標的切断産物が生成されるような反応条件下で、切断手段、標的核酸、第一のオリゴヌクレオチド、および第二のオリゴヌクレオチドを混合する工程、ならびにc)非標的切断産物を検出する工程を含む方法を提供する。好ましい態様において、切断手段は構造特異的ヌクレアーゼ、好ましくは、熱安定性構造特異的ヌクレアーゼである。   The present invention further provides a method for detecting the presence of a target nucleic acid molecule by detecting a non-target cleavage product comprising: a) i) a cleavage means, ii) a first region, a second region, and a third A target nucleic acid comprising the region of: wherein the first region is adjacent downstream of the second region and the second region is adjacent downstream of the third region, iii) A first oligonucleotide comprising a 3 ′ site and a 5 ′ site, wherein the 5 ′ site of the first oligonucleotide comprises a sequence complementary to the second region of the target nucleic acid, 'First oligonucleotide containing a sequence complementary to the third region of the target nucleic acid; iv) a second oligo that is 11 to 15 nucleotides in length and contains a 3' site and a 5 'site A nucleotide, wherein the 5 ′ site of the second oligonucleotide is complementary to the first region of the target nucleic acid. Providing a third oligonucleotide comprising a sequence, wherein the 3 ′ site of the second oligonucleotide comprises a sequence complementary to the second region of the target nucleic acid; b) at least the 3 ′ site of the first oligonucleotide Anneals to the target nucleic acid, and at least the 5 ′ site of the second oligonucleotide anneals to the target nucleic acid to create a cleavage structure that results in cleavage of the cleavage structure, each with a 3′-hydroxyl group Mixing the cleavage means, the target nucleic acid, the first oligonucleotide, and the second oligonucleotide under reaction conditions such that a non-target cleavage product is generated, and c) detecting the non-target cleavage product. A method of including is provided. In a preferred embodiment, the cleavage means is a structure specific nuclease, preferably a thermostable structure specific nuclease.

本発明は、標的核酸のさまざまな領域の長さにより制限されることはない。好ましい態様において、標的核酸の第二の領域は1〜5ヌクレオチドの長さである。別の好ましい態様において、第一および第二のオリゴヌクレオチドのうち一つまたは複数が、3'末端にジデオキシヌクレオチドを含む。ジデオキシヌクレオチドを含むオリゴヌクレオチドを使用する場合、非標的切断産物の検出は、好ましくは、a)少なくとも1つの標識オリゴヌクレオチドが非標的切断産物の3'-ヒドロキシル基に付加されて標識された非標的切断産物が生成されるような条件下で、非標的切断産物を、鋳型非依存型ポリメラーゼ、および少なくとも1つの標識ヌクレオシド三リン酸とともにインキュベートする工程、ならびにb)標識された非標的切断産物の存在を検出する工程を含む。本発明は、用いられる鋳型非依存型ポリメラーゼの性質によって制限されず、一つの態様において、鋳型非依存型ポリメラーゼは、末端デオキシヌクレオチジルトランスフェラーゼ(TdT)およびポリAポリメラーゼからなる群より選択される選択される。TdTまたはポリAポリメラーゼを検出工程で使用する場合には、第二のオリゴヌクレオチドは、標識ヌクレオシド三リン酸上に存在する標識とは異なる標識である5'末端標識を含むことができる。本発明は、5'末端標識の性質によって制限されず、当技術分野において、適当な5'末端標識にはさまざまななものが知られており、ビオチン、フルオレセイン、テトラクロロフルオレセイン、ヘキサクロロフルオレセイン、Cy3アミダイト、Cy5アミダイト、およびジゴキシゲニンが含まれる。   The present invention is not limited by the length of the various regions of the target nucleic acid. In a preferred embodiment, the second region of the target nucleic acid is 1-5 nucleotides in length. In another preferred embodiment, one or more of the first and second oligonucleotides comprise a dideoxynucleotide at the 3 ′ end. When using an oligonucleotide comprising a dideoxynucleotide, detection of the non-target cleavage product preferably comprises: a) a non-target labeled with at least one labeled oligonucleotide added to the 3′-hydroxyl group of the non-target cleavage product Incubating the non-target cleavage product with a template-independent polymerase and at least one labeled nucleoside triphosphate under conditions such that a cleavage product is generated, and b) the presence of the labeled non-target cleavage product Detecting. The present invention is not limited by the nature of the template-independent polymerase used, and in one embodiment the template-independent polymerase is selected from the group consisting of terminal deoxynucleotidyl transferase (TdT) and poly A polymerase. Is done. When TdT or poly A polymerase is used in the detection step, the second oligonucleotide can include a 5 ′ end label that is a different label than the label present on the labeled nucleoside triphosphate. The present invention is not limited by the nature of the 5 ′ end label, and a variety of suitable 5 ′ end labels are known in the art and include biotin, fluorescein, tetrachlorofluorescein, hexachlorofluorescein, Cy3. Amidites, Cy5 amidites, and digoxigenin are included.

別の態様において、非標的切断産物の検出は、a)少なくとも1つのオリゴヌクレオチドが非標的切断産物の3'-ヒドロキシル基に付加されて端が尾状になった非標的切断産物が生成されるような条件下で、非標的切断産物を、鋳型非依存型ポリメラーゼ、および少なくとも1つのヌクレオシド三リン酸とともにインキュベートする工程、ならびにb)端が尾状になった非標的切断産物の存在を検出する工程を含む。本発明は、用いられる鋳型非依存型ポリメラーゼの性質によって制限されず、一つの態様において、鋳型非依存型ポリメラーゼは、末端デオキシヌクレオチジルトランスフェラーゼ(TdT)およびポリAポリメラーゼからなる群より選択される選択される。TdTまたはポリAポリメラーゼを検出工程で使用する場合には、第二のオリゴヌクレオチドは5'末端標識を含むことができる。本発明は、5'末端標識の性質によって制限されず、当技術分野において、適当な5'末端標識にはさまざまななものが知られており、ビオチン、フルオレセイン、テトラクロロフルオレセイン、ヘキサクロロフルオレセイン、Cy3アミダイト、Cy5アミダイト、およびジゴキシゲニンが含まれる。   In another embodiment, detection of a non-target cleavage product comprises: a) adding at least one oligonucleotide to the 3′-hydroxyl group of the non-target cleavage product to produce a non-target cleavage product with a tail Under such conditions, incubating a non-target cleavage product with a template-independent polymerase and at least one nucleoside triphosphate, and b) detecting the presence of a non-target cleavage product with a tail Process. The present invention is not limited by the nature of the template-independent polymerase used, and in one embodiment the template-independent polymerase is selected from the group consisting of terminal deoxynucleotidyl transferase (TdT) and poly A polymerase. Is done. If TdT or poly A polymerase is used in the detection step, the second oligonucleotide can include a 5 ′ end label. The present invention is not limited by the nature of the 5 ′ end label, and a variety of suitable 5 ′ end labels are known in the art and include biotin, fluorescein, tetrachlorofluorescein, hexachlorofluorescein, Cy3. Amidites, Cy5 amidites, and digoxigenin are included.

本発明に係る新規の検出法は、病気または癌に関連しているか、関連している可能性のある、ヒトまたは動物由来の遺伝子などの野生型および変異型の対立遺伝子を含む標的DNAおよびRNAであるが、これらに限定されない標的DNAおよびRNAを検出するために用いることができる。さらに、本発明に係る方法は、細菌、真菌、原生動物、繊毛虫類、およびウイルスなど微生物の系統を検出および/または同定するために(特に、HCVなどのRNAウイルスを検出および同定するために)使用することができる。   The novel detection method according to the present invention comprises target DNA and RNA, including wild-type and mutant alleles, such as genes from humans or animals, which may or may be related to disease or cancer However, it can be used to detect target DNA and RNA without being limited thereto. Furthermore, the method according to the invention is used to detect and / or identify strains of microorganisms such as bacteria, fungi, protozoa, ciliates, and viruses (especially for detecting and identifying RNA viruses such as HCV). ) Can be used.

本発明は、さらに、核酸、特にRNAを直接に検出、特徴づけ、および定量化するために設計された新規の酵素を提供する。本発明は、標的RNA配列上に形成された特異的核酸切断構造を認識し、この核酸切断構造を部位特異的に切断して非標的切断産物を産生する酵素を提供する。本発明は、DNAおよびRNAの核酸鎖を含む複合体のDNA成分を特異的に切断する改良された能力を有する酵素を提供する。   The present invention further provides novel enzymes designed to directly detect, characterize and quantify nucleic acids, particularly RNA. The present invention provides an enzyme that recognizes a specific nucleic acid cleavage structure formed on a target RNA sequence and cleaves this nucleic acid cleavage structure in a site-specific manner to produce a non-target cleavage product. The present invention provides an enzyme with improved ability to specifically cleave the DNA component of a complex comprising DNA and RNA nucleic acid strands.

例えば、本発明は、核酸(例えば、RNA)を含む構造体の切断を利用する検出アッセイ法における効率が変化する(例えば、向上する)ように、天然型のDNAポリメラーゼに較べて構造が変化したDNAポリメラーゼを提供する。特に、本発明に係る改変ポリメラーゼは、RNA標的鎖を含む切断構造体(例えば、侵襲的切断構造体)のDNA成分の切断を利用する検出アッセイ法において効率の向上を示す。   For example, the present invention has an altered structure as compared to a native DNA polymerase such that the efficiency in a detection assay that utilizes cleavage of a structure containing a nucleic acid (eg, RNA) is altered (eg, improved). Provide DNA polymerase. In particular, the modified polymerase according to the present invention exhibits improved efficiency in detection assays that utilize cleavage of the DNA component of a cleavage structure (eg, an invasive cleavage structure) containing an RNA target strand.

検出アッセイ法における効率の向上は、いくつかの改良された特徴の一つまたは組み合わせによってもたらすことできる。例えば、一つの態様において、本発明に係る酵素は、特異的な標的構造の切断速度(kcat)が向上しているため、所定の時間内に大量の切断産物を産生することができる。別の態様において、本発明に係る酵素は、不適当または非特異的な構造を切断する活性または速度が低下している可能性がある。例えば、本発明の一定の態様において、一定の態様において、改良の一態様は、特異的な構造の切断の検出可能量と、別の構造の切断の検出可能量との間の差異が増加する点にある。従って、特異的な構造の切断の検出可能量と、別の構造の切断の検出可能量との間の差異が増加するように、天然型の酵素の速さに較べて、特異的標的構造の切断速度が低下したため、特異的な構造体の切断の検出可能量と、別の構造体の切断の検出可能量との間の差異が増加することになる酵素を提供することは、本発明の範囲に含まれる。しかし、本発明は、差異が改良される酵素に限定されることはない。 Increased efficiency in detection assays can be brought about by one or a combination of several improved features. For example, in one embodiment, the enzyme according to the present invention has an improved cleavage rate (k cat ) of a specific target structure, and thus can produce a large amount of cleavage product within a predetermined time. In another embodiment, the enzyme according to the present invention may have reduced activity or rate of cleaving inappropriate or non-specific structures. For example, in certain aspects of the invention, in certain aspects, one aspect of the improvement is that the difference between the detectable amount of cleavage of a specific structure and the detectable amount of cleavage of another structure is increased. In the point. Thus, the specific target structure of the target structure is compared to the speed of the native enzyme so that the difference between the detectable amount of the cleavage of the specific structure and the detectable amount of the cleavage of another structure is increased. It is an object of the present invention to provide an enzyme in which the difference between the detectable amount of cleavage of a specific structure and the detectable amount of cleavage of another structure is increased due to the reduced cleavage rate. Included in the range. However, the present invention is not limited to enzymes whose differences are improved.

好ましい態様において、本発明に係る酵素は、この酵素が由来した天然型DNAポリメラーゼの活性に較べて、上記したように改変されたヌクレアーゼ活性をもち、改変された合成活性をもつDNAポリメラーゼである。天然型DNAポリメラーゼの活性に較べて、RNA標的上でのヌクレアーゼ活性の向上を示すだけでなく、合成速度の低下も示すように、DNAポリメラーゼが改変されていることが特に好ましい。合成速度が低下した酵素、およびこの酵素をコードする遺伝子については記載がある(例えば、Kaiserら、J. Biol. Chem., 274: 21387 [1999]、Lyamichevら、Proc. Natl. Acad. Sci., 96:6143 [1999]、米国特許第5,541,311号、第5,614,402号、第5,795,763号、および第6,909,606号を参照されたい。これらは参照として本明細書に組み入れられる)。本発明は、得られた5'ヌクレアーゼが合成活性を妨げることなく、RNA検出アッセイ法において改良された効率をもつように、改変を組み合わせることを想定している。   In a preferred embodiment, the enzyme according to the present invention is a DNA polymerase having a modified synthetic activity and having a modified nuclease activity as described above, compared to the activity of the natural DNA polymerase from which the enzyme is derived. It is particularly preferred that the DNA polymerase is modified so that it not only shows an increase in nuclease activity on the RNA target but also a reduction in the synthesis rate compared to the activity of the natural DNA polymerase. Enzymes with reduced synthesis rates and genes encoding these enzymes have been described (eg, Kaiser et al., J. Biol. Chem., 274: 21387 [1999], Lyamichev et al., Proc. Natl. Acad. Sci. 96: 6143 [1999], US Pat. Nos. 5,541,311, 5,614,402, 5,795,763, and 6,909,606, which are incorporated herein by reference). The present invention contemplates combining modifications such that the resulting 5 ′ nuclease has improved efficiency in RNA detection assays without interfering with synthetic activity.

本発明は、天然型のDNAポリメラーゼのヌクレアーゼ活性を改変したヌクレアーゼ活性を示す、天然の配列に対して配列が変化したDNAポリメラーゼをコードするDNA配列を想定している。例えば、一つの態様において、DNA配列は、所定の時間内に大量の切断産物が産生されるよう、特異的な標的構造の切断速度(kcat)を向上させた酵素をコードする。別の態様において、このDNAは、不適当または非特異的な構造を切断する活性または速度が低下している酵素をコードする。一定の態様において、改良の一態様は、特異的な構造の切断の検出可能量と、別の構造の切断の検出可能量との間の差異が増加する点にある。従って、特異的な構造の切断の検出可能量と、別の構造の切断の検出可能量との間の差異が増加するように、天然型の酵素の速さに較べて、特異的標的構造の切断速度が低下したため、特異的な構造体の切断の検出可能量と、別の構造体の切断の検出可能量との間の差異が増加することになる酵素をコードするDNAを提供することは、本発明の範囲に含まれる。しかし、本発明は、差異を向上させるポリメラーゼに限定されることはない。 The present invention contemplates a DNA sequence that encodes a DNA polymerase whose sequence is altered relative to the natural sequence, exhibiting a nuclease activity obtained by modifying the nuclease activity of a natural DNA polymerase. For example, in one embodiment, the DNA sequence encodes an enzyme that has improved the cleavage rate (k cat ) of a specific target structure such that a large amount of cleavage product is produced within a given time. In another embodiment, the DNA encodes an enzyme with reduced activity or rate that cleaves inappropriate or non-specific structures. In certain embodiments, one aspect of the improvement is that the difference between the detectable amount of cleavage of a specific structure and the detectable amount of cleavage of another structure is increased. Thus, the specific target structure of the target structure is compared to the speed of the native enzyme so that the difference between the detectable amount of the cleavage of the specific structure and the detectable amount of the cleavage of another structure is increased. Providing an enzyme-encoding DNA that reduces the rate of cleavage of a specific structure and the amount of detectable cleavage of another structure will increase due to the reduced rate of cleavage. And within the scope of the present invention. However, the present invention is not limited to polymerases that improve the difference.

好ましい態様において、DNA配列は、向上した酵素が由来した天然型DNAポリメラーゼの活性に較べて、上記の改変されたヌクレアーゼ活性をもち、改変された合成活性をもつDNAポリメラーゼをコードする。コードされたDNAポリメラーゼが、天然型DNAポリメラーゼの活性に較べて、RNA標的上でのヌクレアーゼ活性の向上だけでなく、合成速度の低下も示すように改変されていることが特に好ましい。   In a preferred embodiment, the DNA sequence encodes a DNA polymerase having the above modified nuclease activity and modified synthetic activity as compared to the activity of the native DNA polymerase from which the improved enzyme was derived. It is particularly preferred that the encoded DNA polymerase has been modified to show not only an increase in nuclease activity on the RNA target but also a decrease in the synthesis rate relative to the activity of the native DNA polymerase.

本発明は、改変されたヌクレアーゼ活性を導入するために必要な改変の性質により制限されるよう想定されたものではない。また、観察された改変や改良の程度によって制限されることを想定したものでもない。ポリメラーゼが、合成が変わるようにも改変されていれば、変更されたタンパク質または未変更のタンパク質のポリメラーゼによって、または、ポリメラーゼ合成を変える改変の性質によって、本発明が制限されることを意図したものではない。   The present invention is not intended to be limited by the nature of the modifications necessary to introduce modified nuclease activity. Nor is it intended to be limited by the degree of modification or improvement observed. It is intended that the invention be limited by the polymerase of the altered or unaltered protein, or by the nature of the alteration that alters polymerase synthesis, if the polymerase is also altered to alter synthesis. is not.

本発明は、中温性、好冷性、好熱性、および超好熱性の生物などであるが、これらに限定されない多様な生物源に由来する構造特異的なヌクレアーゼを想定している。好適な構造特異的ヌクレアーゼは熱安定性である。熱安定性構造特異的ヌクレアーゼは、下流プローブオリゴヌクレオチドの融解温度(Tm)付近でINVADERアッセイ法(米国特許第5,846,717号、第5,985,557号、第5,994,069号、第6,001,567号、および第6,090,543号、ならびに国際公開公報第97/27214号および国際公開公報第98/42873号を参照されたい。なお、これらは参照として本明細書に組み入れられる)を行なうことができるようになり、切断されたプローブおよび非切断のプローブが、反応の過程で標的のサイクルをオン・オフできるようになるという点で特に有用である。一つの態様において、熱安定性構造特異的酵素は、サーマス・アクアティカス、サーマス・フラバス、サーマス・サーモフィラス、サーマス・フィリフォルミス(Thermus filiformus)、およびサーマス・スコトダクタス(Thermus scotoductus)であるが、これらに限定されないサーマス種の天然型ポリメラーゼに由来する改変ポリメラーゼからなる群より選択される熱安定性5'ヌクレアーゼである。しかし、本発明は、熱安定性5'ヌクレアーゼの使用に限定されるものではない。例えば、本発明の特定の態様は、低温で標的のサイクルをオンおよびオフにすることができる短いオリゴヌクレオチドプローブを利用する。 The present invention contemplates structure-specific nucleases derived from a variety of biological sources including, but not limited to, mesophilic, chilling, thermophilic, and hyperthermophilic organisms. A preferred structure-specific nuclease is thermostable. Thermostable structure-specific nucleases are produced by the INVADER assay (US Pat. Nos. 5,846,717, 5,985,557, 5,994,069, 6,001,567, and 6,090,543) near the melting temperature (T m ) of the downstream probe oligonucleotide, and See WO 97/27214 and WO 98/42873, which are incorporated herein by reference) as a result of cleaved probe and non- A cleavage probe is particularly useful in that it allows the target cycle to be turned on and off during the course of the reaction. In one embodiment, the thermostable structure-specific enzyme is Thermus aquaticus, Thermus flavus, Thermus thermophilus, Thermus filiformus, and Thermus scotoductus, A thermostable 5 ′ nuclease selected from the group consisting of modified polymerases derived from a natural polymerase of the Thermus species not limited to: However, the present invention is not limited to the use of thermostable 5 ′ nucleases. For example, certain embodiments of the invention utilize short oligonucleotide probes that can turn target cycling on and off at low temperatures.

いくつかの態様において、本発明は、酵素であって、異種性の機能ドメインを有し、この異種性機能ドメインが、核酸切断アッセイ法において改変された(例えば、改良された)機能性を提供する酵素を含む組成物を提供する。本発明は、核酸切断アッセイ法の性質により制限されるものではない。例えば、核酸切断アッセイ法は、酵素存在下で直接的または間接的に核酸を切断するアッセイ法を含む。特定の好ましい態様において、切断アッセイ法は、少なくとも1つのRNA成分を有する切断構造を利用する。別の特に好ましい態様において、この切断アッセイ法は、少なくとも1つのRNA成分を有する切断構造を利用し、この切断構造のDNA部分が切断される。   In some embodiments, the present invention is an enzyme that has a heterologous functional domain that provides modified (eg, improved) functionality in a nucleic acid cleavage assay. A composition comprising an enzyme is provided. The present invention is not limited by the nature of the nucleic acid cleavage assay. For example, nucleic acid cleavage assays include assays that cleave nucleic acids directly or indirectly in the presence of enzymes. In certain preferred embodiments, the cleavage assay utilizes a cleavage structure having at least one RNA component. In another particularly preferred embodiment, the cleavage assay utilizes a cleavage structure having at least one RNA component, and the DNA portion of the cleavage structure is cleaved.

いくつかの好ましい態様において、酵素は5'ヌクレアーゼまたはポリメラーゼを含む。一定の好ましい態様において、5'ヌクレアーゼは、熱安定性5'ヌクレアーゼを含む。別の好ましい態様において、ポリメラーゼの配列が、天然のポリメラーゼよりも低いDNA合成活性を示すように、天然のポリメラーゼ配列に対して改変されている。一定の好ましい態様において、ポリメラーゼは、熱安定性ポリメラーゼ(例えば、サーマス・アクアティカス、サーマス・フラバス、サーマス・サーモフィラス、サーマス・フィリフォルミス、およびサーマス・スコトダクタスであるが、これらに限定されないサーマス種に由来するポリメラーゼ)を含む。   In some preferred embodiments, the enzyme comprises a 5 ′ nuclease or a polymerase. In certain preferred embodiments, the 5 ′ nuclease comprises a thermostable 5 ′ nuclease. In another preferred embodiment, the sequence of the polymerase is modified relative to the native polymerase sequence so that it exhibits a lower DNA synthesis activity than the native polymerase. In certain preferred embodiments, the polymerase is a thermostable polymerase (such as, but not limited to, thermus aquaticus, thermus flavus, thermus thermophilus, thermus filiformis, and thermus scoductactus). Derived polymerase).

本発明は、異種性機能ドメインによって提供される改変された機能性の性質によって制限されることはない。改変の具体例には、異種性機能ドメインが、核酸切断アッセイ法において、改良されたヌクレアーゼ活性、改良された基質結合活性、および/または改良されたバックグラウンド特異性を提供するアミノ酸配列(例えば、1個または複数のアミノ酸)を含んでいる酵素があるが、これらに限定されない。   The present invention is not limited by the nature of the modified functionality provided by the heterologous functional domain. Specific examples of modifications include amino acid sequences in which a heterologous functional domain provides improved nuclease activity, improved substrate binding activity, and / or improved background specificity in nucleic acid cleavage assays (eg, There are enzymes, including but not limited to one or more amino acids.

本発明は、異種性機能ドメインの性質によって制限されることはない。例えば、いくつかの態様において、異種性機能ドメインは、ポリメラーゼのポリメラーゼドメイン(例えば、キメラの機能ドメインの挿入によって酵素に導入されたもの、または突然変異によって作出されたもの)に由来する2個またはそれ以上のアミノ酸を含む。一定の好ましい態様において、この2個またはそれ以上のアミノ酸の少なくとも1個が、ポリメラーゼドメインのパーム(palm)またはサム(thumb)領域に由来している。本発明は、2個またはそれ以上のアミノ酸が選択されるポリメラーゼの同一性によって制限されることはない。一定の好ましい態様において、ポリメラーゼは、サーマス・サーモフィラスのポリメラーゼを含む。特に好ましい態様において、2個またはそれ以上のアミノ酸は、配列番号:1の300〜650位のアミノ酸に由来する。   The present invention is not limited by the nature of the heterologous functional domain. For example, in some embodiments, the heterologous functional domain is two from the polymerase domain of a polymerase (eg, introduced into an enzyme by insertion of a chimeric functional domain, or created by mutation) or Contains more amino acids. In certain preferred embodiments, at least one of the two or more amino acids is derived from the palm or thumb region of the polymerase domain. The present invention is not limited by the identity of the polymerase from which two or more amino acids are selected. In certain preferred embodiments, the polymerase comprises a Thermus thermophilus polymerase. In a particularly preferred embodiment, the two or more amino acids are derived from amino acids 300 to 650 of SEQ ID NO: 1.

本発明に係る新規の酵素は、病気またはその他の症状に関連しているか、関連している可能性のある、ヒト、その他の動物、または植物に由来する遺伝子などの野生型および変異型の対立遺伝子を含む標的DNAおよびRNAであるが、これらに限定されない標的DNAおよびRNAを検出するために用いることができる。さらに、本発明に係る酵素は、細菌、真菌、原生動物、繊毛虫類、およびウイルスなど微生物の系統を検出および/または同定するために(また、特にC型肝炎ウイルス、およびヒト免疫不全ウイルスなどのRNAゲノムをもつウイルスを検出および同定するために)使用することができる。例えば、本発明は、核酸を切断する方法であって、本発明に係る酵素、および基質核酸を提供する工程、ならびに(例えば、検出することのできる切断産物を生成させるために)基質核酸を酵素に曝露する工程を含む方法を提供する。   The novel enzymes according to the present invention are wild-type and mutant alleles, such as genes from humans, other animals, or plants, that are or may be related to disease or other symptoms. It can be used to detect target DNA and RNA, including but not limited to genes including target DNA and RNA. Furthermore, the enzyme according to the present invention may be used to detect and / or identify strains of microorganisms such as bacteria, fungi, protozoa, ciliates, and viruses (and in particular hepatitis C virus, human immunodeficiency virus, etc. Can be used to detect and identify viruses with the RNA genome. For example, the present invention is a method of cleaving a nucleic acid comprising the steps of providing an enzyme according to the present invention and a substrate nucleic acid, and the substrate nucleic acid (eg, to generate a cleavage product that can be detected). A method comprising the step of exposing to

一つの態様において、本発明は、

Figure 0005661071
からなる群より選択されるアミノ酸配列を有する熱安定性5'ヌクレアーゼを提供する。別の態様において、この5'ヌクレアーゼは、
Figure 0005661071
からなる群より選択されるDNA配列によってコードされる。 In one embodiment, the present invention provides:
Figure 0005661071
A thermostable 5 ′ nuclease having an amino acid sequence selected from the group consisting of: In another embodiment, the 5 ′ nuclease is
Figure 0005661071
Is encoded by a DNA sequence selected from the group consisting of

本発明は、また、5'ヌクレアーゼをコードする塩基配列を有する組換えDNAベクターであって、その塩基配列が、

Figure 0005661071
からなる群より選択される塩基配列である組換えDNAベクターを提供する。好ましい態様において、本発明は、構造特異的ヌクレアーゼをコードする塩基配列であって、
Figure 0005661071
からなる群より選択される塩基配列を有するDNAを含む組換えDNAベクターによって形質転換された宿主細胞を提供する。本発明は、使用する宿主細胞の性質によって制限されることはない。当技術分野では、さまざまな原核生物および真核生物の宿主細胞の中で発現されうる構造特異的ヌクレアーゼをコードする塩基配列を発現させるのに適した発現ベクターがよく知られている。好ましい態様において、宿主細胞は大腸菌(Escherichia coli)細胞である。 The present invention is also a recombinant DNA vector having a base sequence encoding a 5 ′ nuclease, wherein the base sequence is
Figure 0005661071
A recombinant DNA vector having a base sequence selected from the group consisting of: In a preferred embodiment, the present invention is a nucleotide sequence encoding a structure-specific nuclease,
Figure 0005661071
A host cell transformed with a recombinant DNA vector containing a DNA having a base sequence selected from the group consisting of: The present invention is not limited by the nature of the host cell used. Expression vectors suitable for expressing base sequences encoding structure-specific nucleases that can be expressed in a variety of prokaryotic and eukaryotic host cells are well known in the art. In a preferred embodiment, the host cell is an Escherichia coli cell.

本発明は、天然型5'ヌクレアーゼ酵素に対して5'ヌクレアーゼを改変し、それらが、RNAを含む構造体の切断を利用する検出アッセイ法において改良された効率を示すようにする方法を提供する。特に、本発明に係る方法によって生成される改変5'ヌクレアーゼは、RNA標的鎖を含む切断構造(例えば、侵襲的切断構造)のDNA部分の切断を利用する検出法において、改良された効率を示す。本発明に係る方法から得られる改良された5'ヌクレアーゼは、本明細書において検討されているいずれかの方法によって改良することができる。候補酵素における改良を評価する方法の例を示す。   The present invention provides a method for modifying 5 'nucleases relative to native 5' nuclease enzymes so that they exhibit improved efficiency in detection assays that utilize cleavage of RNA-containing structures. . In particular, the modified 5 ′ nuclease produced by the method according to the present invention exhibits improved efficiency in detection methods that utilize cleavage of the DNA portion of a cleavage structure containing an RNA target strand (eg, an invasive cleavage structure). . The improved 5 ′ nuclease resulting from the method according to the invention can be improved by any of the methods discussed herein. An example of a method for evaluating improvements in candidate enzymes is shown.

例えば、本発明は、核酸切断アッセイ法において、改良された機能性をもつ改変酵素を産生する方法であって、酵素および核酸の被検基質を提供する工程、異種性機能ドメインを酵素に導入して改変酵素を産生する工程、改変酵素を核酸被検基質と接触させて切断産物を生成させる工程、ならびに切断産物を検出する工程を含む方法を提供する。いくつかの態様において、異種性機能ドメインの導入は、酵素の1個または複数のアミノ酸を変異させる工程を含む。別の態様において、酵素への異種性機能ドメインの導入は、あるタンパク質(例えば、別の酵素)由来の機能ドメインを該酵素に付加する工程(例えば、機能ドメインを該タンパク質に付加する前に、酵素の配列の一部を除去して、機能ドメインを置換する工程)を含む。好ましい態様において、核酸被検基質は切断構造を含む。特に好ましい態様において、切断構造は、RNA標的核酸を含む。さらに別の好ましい態様において、切断構造は侵襲的切断構造を含む。   For example, the present invention provides a method for producing a modified enzyme having improved functionality in a nucleic acid cleavage assay, the step of providing a test substrate for the enzyme and nucleic acid, and introducing a heterologous functional domain into the enzyme. To produce a modified enzyme, contacting the modified enzyme with a nucleic acid test substrate to produce a cleavage product, and detecting the cleavage product. In some embodiments, the introduction of the heterologous functional domain comprises mutating one or more amino acids of the enzyme. In another embodiment, the introduction of the heterologous functional domain into the enzyme comprises adding a functional domain from one protein (eg, another enzyme) to the enzyme (eg, before adding the functional domain to the protein). Removing a part of the enzyme sequence to replace the functional domain). In a preferred embodiment, the nucleic acid test substrate comprises a cleavage structure. In particularly preferred embodiments, the cleavage structure comprises an RNA target nucleic acid. In yet another preferred embodiment, the cutting structure comprises an invasive cutting structure.

本発明は、また、核酸処理キットを提供する。一つの好ましい態様は、一つ以上の改良5'ヌクレアーゼを含む組成物を含むキットである。別の好ましい態様は、a)一つ以上の改良5'ヌクレアーゼを含む組成物、ならびにb)INVADERオリゴヌクレオチドおよびシグナルプローブオリゴヌクレオチドを含むキットを提供する。本発明に係るキットのいくつかの態様において、改良5'ヌクレアーゼは、真性細菌種由来のDNAポリメラーゼに由来する。更なる態様において、真性細菌種は好熱性である。さらに更なる態様において、サーマス属の好熱生物である。さらに更なる態様において、好熱生物は、サーマス・アクアティカス、サーマス・フラバス、サーマス・サーモフィラス、サーマス・フィリフォルミス、およびサーマス・スコトダクタスからなる群より選択される。好ましい態様において、改良5'ヌクレアーゼは、

Figure 0005661071
からなる群より選択されるDNAによってコードされている。さらに別の好ましい態様において、キットは、核酸切断産物を検出するための試薬をさらに含む。更に好ましい態様において、核酸切断産物を検出するための試薬は、連続する侵襲的切断反応(sequential invasive cleavage reaction)において使用するオリゴヌクレオチドを含む(例えば、米国特許第5,994,069号を参照されたい)。特に好ましい態様において、連続する侵襲的切断反応において使用する試薬は、蛍光共鳴エネルギー転移(FRET)効果を生じさせる成分で標識されたプローブを含む。 The present invention also provides a nucleic acid treatment kit. One preferred embodiment is a kit comprising a composition comprising one or more improved 5 ′ nucleases. Another preferred embodiment provides a kit comprising a) a composition comprising one or more improved 5 ′ nucleases, and b) an INVADER oligonucleotide and a signal probe oligonucleotide. In some embodiments of the kit according to the present invention, the improved 5 ′ nuclease is derived from a DNA polymerase from a true bacterial species. In a further embodiment, the true bacterial species is thermophilic. In yet a further embodiment, the thermus is a thermophilic organism. In yet a further embodiment, the thermophilic organism is selected from the group consisting of Thermus aquaticus, Thermus flavus, Thermus thermophilus, Thermus filiformis, and Thermus scottodactus. In a preferred embodiment, the improved 5 ′ nuclease is
Figure 0005661071
Is encoded by DNA selected from the group consisting of In yet another preferred embodiment, the kit further comprises a reagent for detecting a nucleic acid cleavage product. In a further preferred embodiment, the reagent for detecting a nucleic acid cleavage product comprises an oligonucleotide for use in a sequential invasive cleavage reaction (see, eg, US Pat. No. 5,994,069). In a particularly preferred embodiment, the reagent used in successive invasive cleavage reactions comprises a probe labeled with a component that produces a fluorescence resonance energy transfer (FRET) effect.

本発明は、また、核酸を処理する方法であって、a)マンガンを含む溶液中のエンドヌクレアーゼを含む第一の構造特異的ヌクレアーゼ、および核酸基質を提供する工程、b)基質が実質的に一本鎖となるよう、核酸基質を高温で処理する工程、c)一本鎖の基質が1個または複数の切断構造を形成するような条件下で温度を下げる工程、d)切断手段を切断構造と反応させて、1個または複数の切断産物を生成させる工程、ならびにe)1個または複数の切断産物を検出する工程を含む方法を提供する。本方法のいくつかの態様において、エンドヌクレアーゼは、CLEAVASE BN酵素、サーマス・アクアティカスのDNAポリメラーゼ、サーマス・サーモフィラスのDNAポリメラーゼ、大腸菌Exo III、およびサッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)のRad1/Rad10複合体であるが、これらに限定されない。さらに別の態様において、ヌクレアーゼは、熱安定性DNAポリメラーゼに由来する5'ヌクレアーゼであって、野生型DNAポリメラーゼのDNA合成活性よりも低い活性を示すが、野生型DNAポリメラーゼの5'ヌクレアーゼと同一の活性を保持している5'ヌクレアーゼである。さらに別の態様において、核酸は、RNAおよびDNAからなる群より選択される。更なる態様において、工程(a)の核酸は二本鎖である。   The present invention also provides a method of treating a nucleic acid comprising: a) providing a first structure-specific nuclease comprising an endonuclease in a solution comprising manganese, and a nucleic acid substrate; b) the substrate substantially comprising Treating the nucleic acid substrate at a high temperature so that it becomes single-stranded, c) reducing the temperature under conditions such that the single-stranded substrate forms one or more cleavage structures, and d) cleaving the cleavage means. A method is provided that includes reacting with the structure to produce one or more cleavage products, and e) detecting the one or more cleavage products. In some embodiments of the method, the endonuclease is a CLEAVASE BN enzyme, a Thermus aquaticus DNA polymerase, a Thermus thermophilus DNA polymerase, E. coli Exo III, and a Rad1 / Rad10 complex of Saccharomyces cerevisiae. However, it is not limited to these. In yet another embodiment, the nuclease is a 5 ′ nuclease derived from a thermostable DNA polymerase that exhibits lower activity than the DNA synthesis activity of wild type DNA polymerase, but is identical to the 5 ′ nuclease of wild type DNA polymerase 5 'nuclease that retains the activity of In yet another embodiment, the nucleic acid is selected from the group consisting of RNA and DNA. In a further embodiment, the nucleic acid of step (a) is double stranded.

また、本発明は、核酸処理キットであって、a)少なくとも1つの精製FEN-1エンドヌクレアーゼを含む組成物、およびb)マンガンを含む溶液を含むキットを提供する。キットのいくつかの態様において、精製FEN-1エンドヌクレアーゼは、ピロコッカス・ウォエセイ(Pyrococcus woesei)FEN-1エンドヌクレアーゼ、ピロコッカス・フリオサス(Pyrococcus furiosus)FEN-1エンドヌクレアーゼ、メタノコッカス・ヤンナシイ(Methanococcus jannaschii)FEN-1エンドヌクレアーゼ、メタノバクテリウム・サーモオートトロフィカム(Metanobacterium thermoautotrophicum)FEN-1エンドヌクレアーゼ、アルカエグロブス・フルギダス(Archaeoglobus fulgidus)FEN-1、スルフォロバス・ソルファタリカス(Sulfolobus solfataricus)、ピロバクラム・アエロフィルム(Pyrobaculum aerophilum)、テルモコッカス・リトラリス(Thermococcus litoralis)、アルカエグロブス・ベネフィカス(Archaeglobus veneficus)、アルカエグロブス・プロフンダス(Archaeglobus profundus)、アシディアヌス・ブリエルリイ(Acidianus brierlyi)、アシディアヌス・アムビバレンス(Acidianus ambivalens)、デスルフォロコッカス・アミロリティカス(Desulfurococcus amylolyticus)、デスルフォロコッカス・モビリス(Desulfurococcus mobilis)、ピロディクティウム・ブロキイ(Pyrodictium brockii)、テルモコッカス・ゴルゴナリウス(Thermococcus gorgonarius)、テルモコッカス・ジルリギイ(Thermococcus zilligii)、メタノピラス・カンドレリ(Methanopyrus kandleri)、メタノコッカス・イグネウス(Methanopyrus igneus)、ピロコッカス・ホリコシイ(Pyrococcus horikoshii)、アエロピルム・ペルニクス(Aeropyrum pernix)、およびキメラFEN-1エンドヌクレアーゼからなる群より選択される。別の態様において、キットは、さらに、少なくとも1つの第二の構造特異的ヌクレアーゼを含む。いくつかの態様において、第二の構造特異的ヌクレアーゼは、熱安定性DNAポリメラーゼに由来する5'ヌクレアーゼであって、野生型DNAポリメラーゼのDNA合成活性よりも低い活性を示すが、野生型DNAポリメラーゼの5'ヌクレアーゼと同一の活性を保持している5'ヌクレアーゼである。キットのさらに別の態様において、第二のヌクレアーゼのアミノ酸配列の一部は、サーマス属の高熱生物種に由来する熱安定性DNAポリメラーゼのアミノ酸配列の一部に相同的である。更なる態様において、高熱生物種は、サーマス・アクアティカス、サーマス・フラバス、およびサーマス・サーモフィラスからなる群より選択される。さらに別の好ましい態様において、キットは、さらに、切断産物を検出するための試薬を含む。   The present invention also provides a nucleic acid treatment kit comprising a) a composition comprising at least one purified FEN-1 endonuclease, and b) a solution comprising manganese. In some embodiments of the kit, the purified FEN-1 endonuclease is Pyrococcus woesei FEN-1 endonuclease, Pyrococcus furiosus FEN-1 endonuclease, Methanococcus jannaschii FEN-1 endonuclease, Metanobacterium thermoautotrophicum FEN-1 endonuclease, Archaeoglobus fulgidus FEN-1, Sulfolobus solfataricus, Pirobacrum aero Film (Pyrobaculum aerophilum), Thermococcus litoralis, Archaeglobus veneficus, Archaeglobus profundus, Ashidianu・ Bridally (Acidianus brierlyi), Acidianus ambivalens, Desulfurococcus amylolyticus, Desulfurococcus mobilis, Pyrodicium dictium bro b Thermococcus gorgonarius (Thermococcus gorgonarius), Thermococcus zilligii, Methanopyrus kandleri, Methanocpyrus igneus, Mesanopyrus igneus, Pirococus rik ), And a chimeric FEN-1 endonuclease. In another embodiment, the kit further comprises at least one second structure-specific nuclease. In some embodiments, the second structure-specific nuclease is a 5 ′ nuclease derived from a thermostable DNA polymerase and exhibits a lower activity than the DNA synthesis activity of the wild-type DNA polymerase, but the wild-type DNA polymerase This 5 'nuclease retains the same activity as the 5' nuclease. In yet another embodiment of the kit, a portion of the amino acid sequence of the second nuclease is homologous to a portion of the amino acid sequence of a thermostable DNA polymerase from a Thermus hyperthermic species. In a further embodiment, the hyperthermic species is selected from the group consisting of Thermus aquaticus, Thermus flavus, and Thermus thermophilus. In yet another preferred embodiment, the kit further comprises a reagent for detecting the cleavage product.

本発明は、さらに、スルフォロバス・ソルファタリカス、ピロバクラム・アエロフィルム、テルモコッカス・リトラリス、アルカエグロブス・ベネフィカス、アルカエグロブス・プロフンダス、アシディアヌス・ブリエルリイ、アシディアヌス・アムビバレンス、デスルフォロコッカス・アミロリティカス、デスルフォロコッカス・モビリス、ピロディクティウム・ブロキイ、テルモコッカス・ゴルゴナリウス、テルモコッカス・ジルリギイ、メタノピラス・カンドレリ、メタノコッカス・イグネウス、ピロコッカス・ホリコシイ、およびアエロピルム・ペルニクスのエンドヌクレアーゼを含むエンドヌクレアーゼとともに用いられる、本明細書記載の組成物、混合物、方法、およびキットを提供する。これらは、生物由来の精製FEN-1エンドヌクレアーゼ(本明細書が提供する配列によって記述された特異的エンドヌクレアーゼ、また、変異体および相同体など)を含む組成物、これらの組成物を含むキット、これらの生物由来のエンドヌクレアーゼの少なくとも一部を含むキメラエンドヌクレアーゼを含む組成物、このような組成物を含むキット、これらの生物(ベクターおよび宿主細胞を含む)に由来するエンドヌクレアーゼをコードする核酸を含む組成物、このような組成物を含むキット、エンドヌクレアーゼに対する抗体、これらの生物に由来するエンドヌクレアーゼを含む混合物、エンドヌクレアーゼを切断アッセイ法(例えば、侵襲的切断アッセイ法、CFLPなど)で使用する方法、および、このような方法に有用な構成要素を含むキットを含む。これらのエンドヌクレアーゼの作成、構造、使用、および特徴づけを説明する例を本明細書に示す。   The present invention further includes Sulfolobus solvataricas, Pirobacrum aerofilm, Thermococcus litoralis, Alcaegrobus beneficus, Alkaeglobus profundas, Acidians briellii, Acidians ambivalence, Desulfococcus amylolyticus Endonucleases including, Desulfococcus mobilis, Pyrodictium brochii, Thermococcus gorgonarius, Thermococcus gilligii, Methanopyrus candorelli, Methanococcus igneuus, Pyrococcus horicosii, and Aeropyrum pernicus Provided herein are the compositions, mixtures, methods, and kits described herein. These are compositions containing purified FEN-1 endonucleases of biological origin (specific endonucleases described by the sequences provided herein, as well as variants and homologs), kits containing these compositions , A composition comprising a chimeric endonuclease comprising at least a portion of an endonuclease from these organisms, a kit comprising such a composition, encoding an endonuclease from these organisms (including vectors and host cells) Compositions containing nucleic acids, kits containing such compositions, antibodies against endonucleases, mixtures containing endonucleases derived from these organisms, endonuclease cleavage assays (eg, invasive cleavage assays, CFLP, etc.) And methods including components useful in such methods. Including the door. Examples illustrating the creation, structure, use, and characterization of these endonucleases are provided herein.

本発明は、本明細書に開示した方法および酵素を改良する方法も提供する。例えば、本発明は、何らかの目的(例えば、切断反応に使用する、増幅反応、結合反応、またはその他の使用)で酵素を改良する方法であって、本明細書に開示した酵素を提供し、その酵素を改変する(例えば、アミノ酸配列を変更する、配列を付加または削減する、翻訳後修飾を付加する、生物のものであると否とを問わず他の成分を付加する、または、他の改変をする)工程を含む方法を提供する。同様に、本発明は、本明細書に開示した方法を改良する方法であって、一つまたは複数の変更を加えて(例えば、本方法で提供される組成物を変更する、工程の順序を変える、または工程を追加または省略する)、本方法の工程を行なうことを含む方法も提供する。   The present invention also provides methods for improving the methods and enzymes disclosed herein. For example, the present invention provides a method for improving an enzyme for any purpose (eg, an amplification reaction, a binding reaction, or other use used in a cleavage reaction), comprising the enzyme disclosed herein, Alter enzymes (eg, change amino acid sequences, add or reduce sequences, add post-translational modifications, add other components, whether or not they are organisms, or other alterations) A method comprising the steps of: Similarly, the present invention is a method for improving the methods disclosed herein, wherein one or more changes are made (eg, changing the composition provided by the method, the order of steps). Also provided are methods that include performing the steps of the method, changing or adding or omitting steps).

検出アッセイ法における改良された効率は、いくつかの改良された特徴のいずれか、またはそれらを組み合わせることから生じる。例えば、一つの態様において本発明に係る酵素は、所定の時間内に大量の切断産物が産生されるよう、特異的な標的構造の切断速度(kcat)を向上させている。別の態様において、本発明に係る酵素は、不適当または非特異的な構造を切断する活性または速度が低下している。例えば、本発明の一定の態様において、改良の一態様は、特異的な構造の切断の検出可能量と、別の構造の切断の検出可能量との間の差異が増加する点にある。従って、特異的な構造の切断の検出可能量と、別の構造の切断の検出可能量との間の差異が増加するように、天然型の酵素の速さに較べて、特異的標的構造の切断速度が低下したため、特異的な構造の切断の検出可能量と、別の構造の切断の検出可能量との間の差異が増加することになる酵素を提供することは、本発明の範囲に含まれる。しかし、本発明は、差異が改良されている酵素に限定されるものではない。 Improved efficiency in detection assays results from any of several improved features or combinations thereof. For example, in one embodiment, the enzyme according to the present invention improves the cleavage rate (k cat ) of a specific target structure so that a large amount of cleavage product is produced within a predetermined time. In another embodiment, the enzyme according to the present invention has a reduced activity or rate of cleaving inappropriate or non-specific structures. For example, in certain aspects of the invention, one aspect of the improvement is that the difference between the detectable amount of cleavage of a specific structure and the detectable amount of cleavage of another structure is increased. Thus, the specific target structure of the target structure is compared to the speed of the native enzyme so that the difference between the detectable amount of the cleavage of the specific structure and the detectable amount of the cleavage of another structure is increased. It is within the scope of the present invention to provide an enzyme that will increase the difference between the detectable amount of cleavage of a specific structure and the detectable amount of cleavage of another structure due to the reduced cleavage rate. included. However, the present invention is not limited to enzymes with improved differences.

いくつかの好ましい態様において、本発明は、酵素であって、異種性の機能ドメインを有し、この異種性機能ドメインが、核酸切断アッセイ法において改変された(例えば、改良された)機能性を提供する酵素を含む組成物を提供する。本発明は、核酸切断アッセイ法の性質により制限されるものではない。例えば、核酸切断アッセイ法は、酵素存在下で直接的または間接的に核酸を切断するアッセイ法を含む。特定の好ましい態様において、切断アッセイ法は、少なくとも1つのRNA成分を有する切断構造を利用する。別の特に好ましい態様において、この切断アッセイ法は、少なくとも1つのRNA成分を有する切断構造を利用し、この切断構造のDNA部分が切断される。   In some preferred embodiments, the present invention is an enzyme having a heterologous functional domain, wherein the heterologous functional domain has a modified (eg, improved) functionality in a nucleic acid cleavage assay. Compositions comprising the provided enzymes are provided. The present invention is not limited by the nature of the nucleic acid cleavage assay. For example, nucleic acid cleavage assays include assays that cleave nucleic acids directly or indirectly in the presence of enzymes. In certain preferred embodiments, the cleavage assay utilizes a cleavage structure having at least one RNA component. In another particularly preferred embodiment, the cleavage assay utilizes a cleavage structure having at least one RNA component, and the DNA portion of the cleavage structure is cleaved.

本発明は、異種性機能ドメインによって提供される改変された機能性の性質によって制限されることはない。改変の具体例には、異種性機能ドメインが、核酸切断アッセイ法において、改良されたヌクレアーゼ活性、改良された基質結合活性、および/または改良されたバックグラウンド特異性を提供するアミノ酸配列(例えば、1個または複数のアミノ酸)を含んでいる酵素があるが、これらに限定されない。   The present invention is not limited by the nature of the modified functionality provided by the heterologous functional domain. Specific examples of modifications include amino acid sequences in which a heterologous functional domain provides improved nuclease activity, improved substrate binding activity, and / or improved background specificity in nucleic acid cleavage assays (eg, There are enzymes, including but not limited to one or more amino acids.

本発明は、異種性機能ドメインの性質によって制限されることはない。例えば、いくつかの態様において、異種性機能ドメインは、ポリメラーゼのポリメラーゼドメイン(例えば、キメラの機能ドメインの挿入によって酵素に導入されたもの、または突然変異によって作出されたもの)に由来する2個またはそれ以上のアミノ酸を含む。一定の好ましい態様において、この2個またはそれ以上のアミノ酸の少なくとも1個が、ポリメラーゼドメインのパームまたはサム領域に由来している。本発明は、2個またはそれ以上のアミノ酸が選択されるポリメラーゼの同一性によって制限されることはない。一定の好ましい態様において、ポリメラーゼは、サーマス・サーモフィラスのポリメラーゼを含む。特に好ましい態様において、2個またはそれ以上のアミノ酸は、配列番号:1の300〜650位のアミノ酸に由来する。   The present invention is not limited by the nature of the heterologous functional domain. For example, in some embodiments, the heterologous functional domain is two from the polymerase domain of a polymerase (eg, introduced into an enzyme by insertion of a chimeric functional domain, or created by mutation) or Contains more amino acids. In certain preferred embodiments, at least one of the two or more amino acids is derived from the palm or thumb region of the polymerase domain. The present invention is not limited by the identity of the polymerase from which two or more amino acids are selected. In certain preferred embodiments, the polymerase comprises a Thermus thermophilus polymerase. In a particularly preferred embodiment, the two or more amino acids are derived from amino acids 300 to 650 of SEQ ID NO: 1.

本発明に係る新規の酵素は、病気またはその他の症状に関連しているか、関連している可能性のある、ヒト、その他の動物、または植物に由来する遺伝子などの野生型および変異型の対立遺伝子を含む標的DNAおよびRNAであるが、これらに限定されない標的DNAおよびRNAを検出するために用いることができる。さらに、本発明に係る酵素は、細菌、真菌、原生動物、繊毛虫類、およびウイルスを含む微生物の系統を検出および/または同定するために(また、特にC型肝炎ウイルス、およびヒト免疫不全ウイルスなどのRNAゲノムをもつウイルスを検出および同定するために)使用することができる。例えば、本発明は、核酸を切断する方法であって、本発明に係る酵素、および基質核酸を提供する工程、ならびに(例えば、検出することのできる切断産物を生成させるために)基質核酸を酵素に曝露する工程を含む方法を提供する。いくつかの態様において、基質となる核酸は、細胞可溶化物の中に存在する。   The novel enzymes according to the present invention are wild-type and mutant alleles, such as genes from humans, other animals, or plants, that are or may be related to disease or other symptoms. It can be used to detect target DNA and RNA, including but not limited to genes including target DNA and RNA. Furthermore, the enzyme according to the present invention is used to detect and / or identify strains of microorganisms including bacteria, fungi, protozoa, ciliates, and viruses (and in particular hepatitis C virus and human immunodeficiency virus). Can be used to detect and identify viruses with RNA genomes). For example, the present invention is a method of cleaving a nucleic acid comprising the steps of providing an enzyme according to the present invention and a substrate nucleic acid, and the substrate nucleic acid (eg, to generate a cleavage product that can be detected). A method comprising the step of exposing to In some embodiments, the substrate nucleic acid is present in a cell lysate.

本発明は、また、標的核酸配列の存在を検出する方法であって、RNA標的核酸を含む侵襲的切断構造を切断する工程、ならびに侵襲的切断構造が切断されたことを検出する工程を含む方法を提供する。このようなアッセイ法は、多数の侵襲的切断構造が切断される多重アッセイ法を含む。このような構造には、異なる標的核酸上に形成された構造、また、試料の標的核酸の異なる位置に形成された構造などがある。いくつかの態様において、標的核酸は、第一の領域と、第一の領域の下流に連続して存在する第二の領域とを含む。いくつかの態様において、侵襲的切断構造は、標的核酸、第一のオリゴヌクレオチド、および第二のオリゴヌクレオチドを含み、この第一のオリゴヌクレオチドの少なくとも一部が、第一の標的核酸の第一の領域に完全に相補的であり、また、第二のオリゴヌクレオチドが3'部位と5'部位を含み、この5'部位が、標的核酸の該第二の領域に完全に相補的である。いくつかの態様において、第二のオリゴヌクレオチドの3'部位は、該標的核酸に相補的でない3'末端ヌクレオチド値を含む。いくつかの態様において、第二のオリゴヌクレオチドの3'部位は、標的核酸に相補的でない単一のヌクレオチドを含む。いくつかの態様において、本方法は、さらに、非標的切断産物を含む第二の侵襲的切断構造を形成させる工程、および第二の侵襲的切断構造を切断する工程を含む。いくつかの態様において、侵襲的切断構造または第二の侵襲的切断構造は、配列番号:709〜2640からなる群より選択される配列を含むオリゴヌクレオチドを含む。別の態様において、侵襲的切断構造または第二の侵襲的切断構造は、配列番号:169〜211および619〜706からなる群より選択される配列を含むオリゴヌクレオチドを含む。いくつかの好ましい態様において、標的核酸は、チトクロームP450 RNAまたはサイトカインRNAを含む。いくつかの態様において、標的核酸の第一の領域または第二の領域は、スプライス部位、エクソン(またはその一部)、またはイントロン(またはその一部)を含む。いくつかの態様において、RNA標的核酸は、細胞可溶化物中に提供される。いくつかの態様において、第一のオリゴヌクレオチドは第二のオリゴヌクレオチドに共有結合している。このようなオリゴヌクレオチドは、例えば、米国特許第5,714,320号および第5,854,033号に記載された方法に使用することができる。これらの文献は、その全体が参照として本明細書に組み入れられる。本発明は、また、上記方法で使用される1個または複数の構成要素を含むキットも提供する。   The present invention is also a method for detecting the presence of a target nucleic acid sequence, comprising the steps of cleaving an invasive cleavage structure comprising an RNA target nucleic acid, and detecting that the invasive cleavage structure has been cleaved. I will provide a. Such assays include multiplex assays in which a number of invasive cleavage structures are cleaved. Such structures include structures formed on different target nucleic acids and structures formed at different positions of the target nucleic acid in the sample. In some embodiments, the target nucleic acid comprises a first region and a second region that is continuously downstream from the first region. In some embodiments, the invasive cleavage structure comprises a target nucleic acid, a first oligonucleotide, and a second oligonucleotide, wherein at least a portion of the first oligonucleotide is a first of the first target nucleic acid. And the second oligonucleotide comprises a 3 ′ site and a 5 ′ site, and this 5 ′ site is completely complementary to the second region of the target nucleic acid. In some embodiments, the 3 ′ site of the second oligonucleotide comprises a 3 ′ terminal nucleotide value that is not complementary to the target nucleic acid. In some embodiments, the 3 ′ site of the second oligonucleotide comprises a single nucleotide that is not complementary to the target nucleic acid. In some embodiments, the method further includes forming a second invasive cleavage structure that includes a non-target cleavage product and cleaving the second invasive cleavage structure. In some embodiments, the invasive cleavage structure or the second invasive cleavage structure comprises an oligonucleotide comprising a sequence selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 709-2640. In another embodiment, the invasive cleavage structure or the second invasive cleavage structure comprises an oligonucleotide comprising a sequence selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 169-211 and 619-706. In some preferred embodiments, the target nucleic acid comprises cytochrome P450 RNA or cytokine RNA. In some embodiments, the first or second region of the target nucleic acid comprises a splice site, exon (or part thereof), or intron (or part thereof). In some embodiments, the RNA target nucleic acid is provided in a cell lysate. In some embodiments, the first oligonucleotide is covalently linked to the second oligonucleotide. Such oligonucleotides can be used, for example, in the methods described in US Pat. Nos. 5,714,320 and 5,854,033. These documents are incorporated herein by reference in their entirety. The present invention also provides a kit comprising one or more components used in the above method.

連続する侵襲的切断反応の模式図を示す。工程Aでは、上流のINVADERオリゴヌクレオチドおよび下流のプローブが標的核酸鎖と結合して切断構造を形成する。工程Bでは、Aから切断されたシグナル・プローブの一部が第二の標的核酸鎖および標識シグナル・プローブと結合して第二の切断構造を形成する。工程Cでは、標識された第二の切断構造体が切断して検出可能なシグナルを生成する。A schematic diagram of a continuous invasive cutting reaction is shown. In step A, the upstream INVADER oligonucleotide and the downstream probe bind to the target nucleic acid strand to form a cleavage structure. In step B, a part of the signal probe cleaved from A is combined with the second target nucleic acid strand and the labeled signal probe to form a second cleavage structure. In step C, the labeled second cleavage structure cleaves to produce a detectable signal. RNA標的鎖(配列番号:141)を含む侵襲的切断構造の複数例について、模式図を示す。パネルAは、 INVADERオリゴヌクレオチド(配列番号:142)およびプローブ(配列番号:143)を表す。パネルBは、INVADERオリゴヌクレオチド(配列番号:144)およびプローブ(配列番号:143)を表す。パネルCは、INVADERオリゴヌクレオチド(配列番号:145)およびプローブ(配列番号:145)を表す。パネルDは、INVADERオリゴヌクレオチド(配列番号:145)およびプローブ(配列番号:146)を表す。The schematic diagram is shown about several examples of the invasive cutting | disconnection structure containing RNA target strand (sequence number: 141). Panel A represents the INVADER oligonucleotide (SEQ ID NO: 142) and probe (SEQ ID NO: 143). Panel B represents the INVADER oligonucleotide (SEQ ID NO: 144) and probe (SEQ ID NO: 143). Panel C represents INVADER oligonucleotide (SEQ ID NO: 145) and probe (SEQ ID NO: 145). Panel D represents the INVADER oligonucleotide (SEQ ID NO: 145) and probe (SEQ ID NO: 146). 配列番号:147〜152の標識された侵襲的切断構造体ではない構造の2例を模式図に示す。Two examples of structures that are not labeled invasive cutting structures of SEQ ID NOs: 147-152 are shown in the schematic diagram. 標的配列変異の検出に有用な侵襲的切断構造の模式図を示す。Aでは、2つのプローブ間で重複を有する侵襲的切断構造が成形され、矢印は本発明の酵素で切断可能であることを示す。Bでは、標的配列の変異が下流のプローブに相補的な領域を除去し、重複を除去する。パネルBにおいて矢印が示されていなければ、パネルAにおいて図示したものと比較して本構造の切断速度が低下していることを示している。1 shows a schematic diagram of an invasive cleavage structure useful for detecting target sequence mutations. FIG. In A, an invasive cleavage structure with an overlap between the two probes is formed, and the arrows indicate that it can be cleaved with the enzyme of the present invention. In B, the target sequence mutation removes the region complementary to the downstream probe and removes the overlap. If the arrow is not shown in panel B, it indicates that the cutting speed of this structure is lower than that shown in panel A. Liらが調べた重合法におけるプライマー/鋳型DNAとKlentaq1の三重複合体のX線構造の図を示す(Liら、Protein Sci., 7:1116 [1998])。物理的形態の特徴間の正確な境界を示すものではないが、本文中で「フィンガー」、「サム)」および「パーム」領域と呼ばれる部分は、大雑把に、それぞれ丸、四角および卵形で表す。A diagram of the X-ray structure of the triple complex of primer / template DNA and Klentaq1 in the polymerization method investigated by Li et al. (Li et al., Protein Sci., 7: 1116 [1998]) is shown. Although not showing exact boundaries between physical form features, the parts referred to in the text as “finger”, “thumb” and “palm” regions are roughly represented by circles, squares, and oval shapes, respectively. . サーマス・アクアティカス(Thermus aquaticus)由来のDNAポリメラーゼ遺伝子の模式図を示す。本試験で用いた制限酵素部位が、上に記載されている。タンパク質の各種の構造もしくは機能ドメインをコードするおおよその領域は、その下に両端にやじりを有する矢印で示した。The schematic diagram of the DNA polymerase gene derived from Thermus aquaticus is shown. The restriction enzyme sites used in this study are described above. Approximate regions encoding the various structural or functional domains of the protein are indicated by arrows with tails at both ends below. TaqPol遺伝子とTthPol遺伝子の一部を含むキメラ構築物の模式図を示す。白いボックスおよび斜線付けされたボックスはそれぞれ、TaqPol配列およびTthPol配列を表す。数字はTaqPolのアミノ酸配列に対応する。TaqPolの5'ヌクレアーゼおよびポリメラーゼ・ドメイン、ならびにポリメラーゼ・ドメインのパーム、サムおよびフィンガー領域を示す。用いた制限酵素部位の略号は以下の通りである。E、EcoRI;N、NotI;Bs、BstBI;D、NdeI;B、BamHI;およびS、SalI。A schematic diagram of a chimeric construct containing TaqPol gene and part of TthPol gene is shown. White boxes and hatched boxes represent TaqPol and TthPol sequences, respectively. The numbers correspond to the amino acid sequence of TaqPol. TaqPol 5 ′ nuclease and polymerase domains are shown, as well as the palm, thumb and finger regions of the polymerase domain. The abbreviations of the restriction enzyme sites used are as follows. E, EcoRI; N, NotI; Bs, BstBI; D, NdeI; B, BamHI; and S, SalI. サーマス・アクアティカス(配列番号:153)、サーマス・フラバス(Thermus flavus)(配列番号:154)およびサーマス・サーモフィラス(Thermus thermophilus)(配列番号:155)から単離したポリメラーゼ遺伝子のヌクレオチド構造の比較を示す。コンセンサス配列(配列番号:156)を、各列の上に示した。Comparison of nucleotide structures of polymerase genes isolated from Thermus aquaticus (SEQ ID NO: 153), Thermus flavus (SEQ ID NO: 154) and Thermus thermophilus (SEQ ID NO: 155). Show. A consensus sequence (SEQ ID NO: 156) is shown above each column. 図8Bは、図8Aの続きを示す図である。FIG. 8B is a diagram showing a continuation of FIG. 8A. 図8Cは、図8Bの続きを示す図である。FIG. 8C is a diagram showing a continuation of FIG. 8B. 図8Dは、図8Cの続きを示す図である。FIG. 8D is a diagram showing a continuation of FIG. 8C. 図8Eは、図8Dの続きを示す図である。FIG. 8E is a diagram showing a continuation of FIG. 8D. 図8Fは、図8Eの続きを示す図である。FIG. 8F is a diagram showing a continuation of FIG. 8E. 図8Gは、図8Fの続きを示す図である。FIG. 8G is a diagram showing a continuation of FIG. 8F. 図8Hは、図8Gの続きを示す図である。FIG. 8H is a diagram showing a continuation of FIG. 8G. サーマス・アクアティカス(配列番号:157)、サーマス・フラバス(配列番号:158)およびサーマス・サーモフィラス(配列番号:1)から単離したポリメラーゼのアミノ酸配列の比較を示す。コンセンサス配列(配列番号:159)を、各列の上に示した。A comparison of the amino acid sequences of polymerases isolated from Thermus aquaticus (SEQ ID NO: 157), Thermus flavus (SEQ ID NO: 158) and Thermus thermophilus (SEQ ID NO: 1) is shown. A consensus sequence (SEQ ID NO: 159) is shown above each column. 図9Bは、図9Aの続きを示す図である。FIG. 9B is a diagram showing a continuation of FIG. 9A. 図9Cは、図9Bの続きを示す図である。FIG. 9C is a diagram showing a continuation of FIG. 9B. ヒトIL-6のRNA標的鎖(配列番号:160)および上流プローブ(配列番号:161)に関する切断シグナル増幅反応の基質の配列に関して、提唱する構造を示す。下流のプローブ(配列番号:162)の切断部位は矢印で表した。IL-6 DNA標的鎖(配列番号:163)の配列は下に示した。The proposed structure is shown for the substrate sequence of the cleavage signal amplification reaction for the human IL-6 RNA target strand (SEQ ID NO: 160) and upstream probe (SEQ ID NO: 161). The cleavage site of the downstream probe (SEQ ID NO: 162) is indicated by an arrow. The sequence of the IL-6 DNA target strand (SEQ ID NO: 163) is shown below. 表記の酵素、およびDNA標的鎖(A)もしくはRNA標的鎖(B)のいずれかを有する、図10に示したIL-6基質を用いた侵襲的切断アッセイ法の産物を示す蛍光撮影装置による像を示す。Image from a fluorograph showing the product of the invasive cleavage assay using the IL-6 substrate shown in Figure 10 with the indicated enzyme and either DNA target strand (A) or RNA target strand (B) Indicates. Taq DN RX HT、Tth DN RX HTおよびTaq-Tthキメラ酵素と、RNA標的鎖を有するIL-6基質とのサイクリング切断活性の比較を表す。FIG. 5 shows a comparison of cycling cleavage activity of Taq DN RX HT, Tth DN RX HT and Taq-Tth chimeric enzymes and IL-6 substrate with RNA target strand. TaqPol(配列番号:164)およびTthPol(配列番号:165)のBstI-BamHI断片のアミノ酸配列の比較を示す。類似したアミノ酸の対については、濃い灰色で斜線付けした。並列したアミノ酸で電荷の差を有するものは、濃い灰色で斜線付けした。数字は、TaqPolのアミノ酸配列に対応する。部位特異的変異誘発法で対応するTthPol のアミノ酸を変化させたアミノ酸は、(+)で表した。A comparison of the amino acid sequences of BstI-BamHI fragments of TaqPol (SEQ ID NO: 164) and TthPol (SEQ ID NO: 165) is shown. Similar amino acid pairs are shaded in dark gray. Parallel amino acids with charge differences are shaded in dark gray. The numbers correspond to the amino acid sequence of TaqPol. Amino acids whose corresponding TthPol amino acids were changed by site-directed mutagenesis were represented by (+). Taq DN RX HT、Taq-Tthキメラ酵素および表記の付加的なアミノ酸修飾を有するキメラ酵素と、RNA標的鎖を有するIL-6基質とのサイクリング切断活性の比較を示す。Comparison of cycling cleavage activity of Taq DN RX HT, Taq-Tth chimeric enzyme and chimeric enzyme with the indicated additional amino acid modifications and IL-6 substrate with RNA target strand is shown. Taq DN RX HT、Tth DN RX HTおよび表記の付加的なアミノ酸修飾を有するTaq DN RX HTとRNA標的鎖を有するIL-6基質のサイクリング切断活性の比較を示す。Comparison of cycling cleavage activity of Taq DN RX HT, Tth DN RX HT and Taq DN RX HT with the indicated additional amino acid modification and IL-6 substrate with RNA target strand. TaqPol、TthPolおよびTaq-Tthキメラ酵素ならびに表記のアミノ酸修飾を有するTaqPolの重合活性の比較を示す。A comparison of the polymerization activity of TaqPol, TthPol and Taq-Tth chimeric enzymes and TaqPol with the indicated amino acid modifications is shown. Liらが調べた重合法におけるプライマー/鋳型DNAとKlentaq1の三重複合体のX線構造の図を示す(Liら、Protein Sci., 7:1116 [1998])。アミノ酸G418およびE507を示した。A diagram of the X-ray structure of the triple complex of primer / template DNA and Klentaq1 in the polymerization method investigated by Li et al. (Li et al., Protein Sci., 7: 1116 [1998]) is shown. Amino acids G418 and E507 are shown. 酵素の各種の切断活性測定に用いた基質の例の模式図を示す。基質を、例えば、表記のように、検出および測定を促進するFRET検出に関する蛍光性色素および消光基で標識する。18Aおよび18Bの基質は、それぞれRNAおよびDNA標的鎖を有する侵襲的切断構造体である。いずれも、侵襲的切断反応における別の構造に対する酵素活性を評価する目的に利用する。The schematic diagram of the example of the substrate used for the various cutting activity measurement of an enzyme is shown. The substrate is labeled with fluorescent dyes and quenching groups for FRET detection that facilitates detection and measurement, for example, as indicated. The 18A and 18B substrates are invasive cleavage structures with RNA and DNA target strands, respectively. Both are used for the purpose of evaluating the enzyme activity for another structure in the invasive cleavage reaction. 酵素の各種の切断活性測定に用いた基質の例の模式図を示す。基質を、例えば、表記のように、検出および測定を促進するFRET検出に関する蛍光性色素および消光基で標識する。18Aおよび18Bの基質は、それぞれRNAおよびDNA標的鎖を有する侵襲的切断構造体である。いずれも、侵襲的切断反応における別の構造に対する酵素活性を評価する目的に利用する。The schematic diagram of the example of the substrate used for the various cutting activity measurement of an enzyme is shown. The substrate is labeled with fluorescent dyes and quenching groups for FRET detection that facilitates detection and measurement, for example, as indicated. The 18A and 18B substrates are invasive cleavage structures with RNA and DNA target strands, respectively. Both are used for the purpose of evaluating the enzyme activity for another structure in the invasive cleavage reaction. 酵素の各種の切断活性測定に用いた基質の例の模式図を示す。基質を、例えば、表記のように、検出および測定を促進するFRET検出に関する蛍光性色素および消光基で標識する。18Cには、X構造の例を示す。いずれも、侵襲的切断反応における別の構造に対する酵素活性を評価する目的に利用する。The schematic diagram of the example of the substrate used for the various cutting activity measurement of an enzyme is shown. The substrate is labeled with fluorescent dyes and quenching groups for FRET detection that facilitates detection and measurement, for example, as indicated. 18C shows an example of the X structure. Both are used for the purpose of evaluating the enzyme activity for another structure in the invasive cleavage reaction. 酵素の各種の切断活性測定に用いた基質の例の模式図を示す。基質を、例えば、表記のように、検出および測定を促進するFRET検出に関する蛍光性色素および消光基で標識する。18Dにはヘアピン構造の例を示す。いずれも、侵襲的切断反応における別の構造に対する酵素活性を評価する目的に利用する。The schematic diagram of the example of the substrate used for the various cutting activity measurement of an enzyme is shown. The substrate is labeled with fluorescent dyes and quenching groups for FRET detection that facilitates detection and measurement, for example, as indicated. 18D shows an example of a hairpin structure. Both are used for the purpose of evaluating the enzyme activity for another structure in the invasive cleavage reaction. TaqPol遺伝子とTthPol遺伝子の一部を含むキメラ構築物の模式図を示す。白いボックスおよび斜線付けされたボックスはそれぞれ、TaqPolおよびTthPol配列を示す。キメラはDN、 RXおよびHT 修飾をも含む。表では、表記の切断基質に対する各タンパク質の切断活性を比較している。A schematic diagram of a chimeric construct containing TaqPol gene and part of TthPol gene is shown. White boxes and hatched boxes indicate TaqPol and TthPol sequences, respectively. Chimeras also contain DN, RX and HT modifications. The table compares the cleavage activity of each protein against the indicated cleavage substrate. Aは、侵襲的切断基質を含むRNAの模式図を示す。標的分子(配列番号:166)の5'末端は、記載されているようにビオチンで修飾され、ストレプトアビジンでブロックされている。切断部位を有する下流のプローブ(配列番号:167)も示した。パネルB〜Dは、異なる反応温度、KCl濃度およびMgSO4濃度の条件下で反応させた、表記の基質の切断におけるTaq DN RX HT G418K/E507Q変異体の性質の解析を示す。A shows a schematic diagram of RNA containing an invasive cleavage substrate. The 5 ′ end of the target molecule (SEQ ID NO: 166) is modified with biotin as described and blocked with streptavidin. A downstream probe (SEQ ID NO: 167) with a cleavage site is also shown. Panels BD show an analysis of the nature of the Taq DN RX HT G418K / E507Q mutant in cleaving the indicated substrate reacted under conditions of different reaction temperatures, KCl concentrations and MgSO 4 concentrations. 侵襲的切断活性に関する酵素の試験に用いたモデル基質の模式図を示す。21Aに示した分子は、DNA標的鎖(配列番号:168)を、21Bに示したモデルは、標的鎖を含むRNA(配列番号:167)を提供する。21AおよびBのいずれも下流プローブ(配列番号:166)を表す。The schematic diagram of the model substrate used for the test of the enzyme regarding invasive cleavage activity is shown. The molecule shown in 21A provides the DNA target strand (SEQ ID NO: 168), and the model shown in 21B provides the RNA (SEQ ID NO: 167) containing the target strand. Both 21A and B represent downstream probes (SEQ ID NO: 166). 別の非侵襲的構造に対する、酵素の切断活性の試験に用いるモデル基質の模式図を示す。FIG. 2 shows a schematic diagram of a model substrate used to test enzyme cleavage activity against another non-invasive structure. 酵素の侵襲的切断活性に関する試験に用いるモデル基質の模式図を示す。The schematic diagram of the model substrate used for the test regarding the invasive cleavage activity of an enzyme is shown. 酵素のRNAもしくはDNA標的鎖に対する侵襲的切断活性に関する試験に用いるモデル基質の模式図を示す。The schematic diagram of the model substrate used for the test regarding the invasive cleavage activity with respect to RNA or DNA target strand of an enzyme is shown. Tth DN RX HT、Taq 2M、TfiPol、Tsc PolおよびTfiならびにTsc由来の変異体酵素のサイクリング切断活性に関する比較を示す。A comparison of the cycling cleavage activity of Tth DN RX HT, Taq 2M, TfiPol, Tsc Pol and Tfi and mutant enzymes derived from Tsc is shown. 上流のオリゴヌクレオチドの存在下もしくは非存在下における酵素のプローブ切断能の決定に用いた構造体を表す。図26は、オリゴヌクレオチド 89-15-1(配列番号:212)、オリゴヌクレオチド 81-69-5(配列番号:213)、オリゴヌクレオチド 81-69-4(配列番号:214)、オリゴヌクレオチド 81-69-3(配列番号:215)、オリゴヌクレオチド 81-69-2(配列番号:216)およびM13mpl8(配列番号:217)の一部の配列を表す。The structure used for the determination of the probe cleavage ability of the enzyme in the presence or absence of the upstream oligonucleotide. FIG. 26 shows oligonucleotide 89-15-1 (SEQ ID NO: 212), oligonucleotide 81-69-5 (SEQ ID NO: 213), oligonucleotide 81-69-4 (SEQ ID NO: 214), oligonucleotide 81- This represents the partial sequence of 69-3 (SEQ ID NO: 215), oligonucleotide 81-69-2 (SEQ ID NO: 216) and M13mpl8 (SEQ ID NO: 217). プローブの特異的切断に関して、Pfu FEN-1 の、上流重複オリゴヌクレオチド依存性を示す蛍光撮影装置による像を示す。The image by the fluorescence imaging device which shows upstream duplication oligonucleotide dependence of Pfu FEN-1 regarding the specific cutting | disconnection of a probe is shown. 図28aは、標準(すなわち、非連続する侵襲的切断反応)および連続する侵襲的切断反応において生成した産物の量を比較した、蛍光撮影装置による像を示す。 図28bは、標準もしくは基本的(すなわち、非連続する侵襲的切断反応)および連続する侵襲的切断反応(「INVADER sqrd」)(y軸 = 蛍光ユニット;x軸=アトモルの標的)において生成した産物の量を比較したグラフを表す。FIG. 28a shows a fluorograph image comparing the amount of product produced in a standard (ie non-continuous invasive cleavage reaction) and a continuous invasive cleavage reaction. FIG. 28b shows the product produced in standard or basic (ie non-continuous invasive cleavage reaction) and continuous invasive cleavage reaction (“INVADER sqrd”) (y axis = fluorescence unit; x axis = attomole target) The graph which compared the quantity of was represented. 連続する侵襲的切断反応終結後の産物が以降の類似した反応で相互汚染しないことを示す蛍光撮影装置による像を示す。Fig. 5 shows an image by a fluorescence imaging apparatus showing that the product after the end of a continuous invasive cleavage reaction is not cross-contaminated by a subsequent similar reaction. HCMVウィルスDNAの検出に関する侵襲的切断反応に用いたオリゴヌクレオチドの配列を示す。図30は、オリゴヌクレオチド 89-76(配列番号:218)、オリゴヌクレオチド 89-44(配列番号:219)およびHCMVゲノムのヌクレオチド3057〜3110(配列番号:220)の配列を示す。The oligonucleotide sequence used in the invasive cleavage reaction for detection of HCMV viral DNA is shown. FIG. 30 shows the sequences of oligonucleotides 89-76 (SEQ ID NO: 218), oligonucleotide 89-44 (SEQ ID NO: 219) and nucleotides 3057-3110 (SEQ ID NO: 220) of the HCMV genome. 侵襲的切断反応を用いたヒトゲノムDNAを含む試料中のHCMVウィルスDNAの高感度検出を示す蛍光撮影装置による像を示す。The image by the fluorescence imaging device which shows the highly sensitive detection of HCMV viral DNA in the sample containing human genomic DNA using invasive cleavage reaction is shown. 第一の侵襲的切断反応に由来する切断プローブが、第二の侵襲的切断反応においてINVADERオリゴヌクレオチドとして利用され、ARRESTORオリゴヌクレオチドが、第二のプローブの切断で、残存する非切断の第一のプローブの作用を阻害する本発明の一態様の模式図を示す。A cleavage probe derived from the first invasive cleavage reaction is utilized as the INVADER oligonucleotide in the second invasive cleavage reaction, and the ARRESTOR oligonucleotide is present at the second probe cleavage with the remaining uncleaved first The schematic diagram of 1 aspect of this invention which inhibits the effect | action of a probe is shown. 第一の侵襲的切断反応に由来する切断プローブが、第二の侵襲的切断反応で組み込みINVADER-標的複合体として利用され、ARRESTORオリゴヌクレオチドが、第二のプローブの切断で、残存する非切断の第一のプローブの作用を阻害する本発明の一態様の模式図を示す。A cleavage probe derived from the first invasive cleavage reaction is utilized as the integrated INVADER-target complex in the second invasive cleavage reaction, and the ARRESTOR oligonucleotide is left uncut by the second probe cleavage. The schematic diagram of 1 aspect of this invention which inhibits the effect | action of a 1st probe is shown. 2種類の異なる長さの2'O-メチル化され、かつ3'末端アミンを有する修飾型ARRESTORオリゴヌクレオチドの蛍光撮影装置による3種類の像を示す。いずれも、第一の侵襲的切断反応に由来する切断プローブを第二の侵襲的切断反応における組み込みINVADER-標的複合体として利用する反応の第二の工程に含まれる第二のプローブの非特異的バックグラウンド切断を減少させる。Three different images of a modified ARRESTOR oligonucleotide with two different lengths of 2′O-methylated and having a 3 ′ terminal amine by a fluorescence imaging apparatus are shown. Both are non-specific for the second probe included in the second step of the reaction utilizing a cleavage probe derived from the first invasive cleavage reaction as an integrated INVADER-target complex in the second invasive cleavage reaction Reduce background cutting. 第一の侵襲的切断反応に由来する切断プローブが、第二の侵襲的切断反応においてINVADERオリゴヌクレオチドとして利用される反応の第一段階での第一のプローブの濃度が増加することの、非特異的および特異的な切断シグナルに対する効果を示す蛍光撮影装置による像を示す。The non-specificity of the cleavage probe derived from the first invasive cleavage reaction increases the concentration of the first probe in the first stage of the reaction utilized as the INVADER oligonucleotide in the second invasive cleavage reaction 2 shows an image from a fluorescence imaging apparatus showing the effect on specific and specific cleavage signals. 反応の第一段階での第一のプローブの濃度が増加することおよび第一の侵襲的切断反応に由来する切断プローブが、第二の侵襲的切断反応においてINVADERオリゴヌクレオチドとして利用される反応の第二の工程に2'O-メチル化され、かつ3'末端アミンを有する修飾ARRESTORオリゴヌクレオチドを含むことの、非特異的および特異的な切断シグナルに対する効果を示す蛍光撮影装置による像を示す。The concentration of the first probe in the first stage of the reaction is increased and the cleavage probe derived from the first invasive cleavage reaction is used as the INVADER oligonucleotide in the second invasive cleavage reaction. FIG. 6 shows an image from a fluorograph showing the effect on non-specific and specific cleavage signals of including a modified ARRESTOR oligonucleotide that is 2′O-methylated and has a 3 ′ terminal amine in the second step. 第一の侵襲的切断反応に由来する切断プローブが、第二の侵襲的切断反応においてINVADERオリゴヌクレオチドとして利用される反応の第二の工程における2'O-メチル化され、かつ3'末端アミンを有する修飾ARRESTORオリゴヌクレオチドの存在あるいは非存在下で、反応の第一段階での第一のプローブの濃度が増加することの、非特異的および特異的な切断シグナルに対する効果の比較に関して、マイクロソフト・エクセル(MICROSOFT EXCEL)ソフトウェアのスプレッドシートを用いて得られたグラフを示す。A cleavage probe derived from the first invasive cleavage reaction is 2'O-methylated in the second step of the reaction utilized as an INVADER oligonucleotide in the second invasive cleavage reaction, and the 3 'terminal amine Microsoft Excel for comparing the effect of increasing the concentration of the first probe in the first step of the reaction on non-specific and specific cleavage signals in the presence or absence of modified ARRESTOR oligonucleotides (MICROSOFT EXCEL) The graph obtained using the software spreadsheet is shown. 第一の侵襲的切断反応に由来する切断プローブが、第二の侵襲的切断反応においてINVADERオリゴヌクレオチドとして利用される反応の第二の工程において、非修飾ARRESTORオリゴヌクレオチドを含むことの、非特異的および特異的な切断シグナルに対する効果を示す蛍光撮影装置による2種類の像を示す。The non-specification that the cleavage probe derived from the first invasive cleavage reaction comprises an unmodified ARRESTOR oligonucleotide in the second step of the reaction utilized as an INVADER oligonucleotide in the second invasive cleavage reaction And two types of images by a fluorescence imaging apparatus showing the effect on specific cleavage signals. 第一の侵襲的切断反応に由来する切断プローブが、第二の侵襲的切断反応においてINVADERオリゴヌクレオチドとして利用される反応の第二の工程において、3'末端アミン修飾ARRESTORオリゴヌクレオチド、部分的に2'O-メチル置換し、かつ部分的に3'末端アミンを有する修飾ARRESTORオリゴヌクレオチド、または完全に2'O-メチル化し、かつ完全に3'末端アミンを有する修飾ARRESTORオリゴヌクレオチドを含むことの、非特異的および特異的な切断シグナルに対する効果を示す蛍光撮影装置による2種類の像を示す。A cleavage probe derived from the first invasive cleavage reaction is used in the second step of the reaction utilized as an INVADER oligonucleotide in the second invasive cleavage reaction, in the 3 ′ terminal amine modified ARRESTOR oligonucleotide, partly 2 Including a modified ARRESTOR oligonucleotide that is' O-methyl substituted and partially has a 3 'terminal amine, or a fully AR'TORylated and completely modified 3' terminal amine Two types of images are shown with a fluorescence imaging device showing the effect on non-specific and specific cleavage signals. 第一の侵襲的切断反応に由来する切断プローブが、第二の侵襲的切断反応においてINVADERオリゴヌクレオチドとして利用される反応の第二の工程で、異なる長さのARRESTORオリゴヌクレオチドを含むことの、非特異的および特異的な切断シグナルに対する効果を比較した、蛍光撮影装置による2種類の像を示す。The non-existence of the cleavage probe derived from the first invasive cleavage reaction comprising an ARRESTOR oligonucleotide of different length in the second step of the reaction utilized as the INVADER oligonucleotide in the second invasive cleavage reaction. Two images from a fluorescence imaging device are shown comparing the effects on specific and specific cleavage signals. 第一の侵襲的切断反応に由来する切断プローブが、第二の侵襲的切断反応においてINVADERオリゴヌクレオチドとして利用される反応の第二の工程で、異なる長さのARRESTORオリゴヌクレオチドを含むことの、非特異的および特異的な切断シグナルに対する効果を比較した、蛍光撮影装置による2種類の像を示す。ここでは、図37Aの反応において用いたより長い変種の第二のプローブを試験する。The non-existence of the cleavage probe derived from the first invasive cleavage reaction comprising an ARRESTOR oligonucleotide of different length in the second step of the reaction utilized as the INVADER oligonucleotide in the second invasive cleavage reaction. Two images from a fluorescence imaging device are shown comparing the effects on specific and specific cleavage signals. Here, the longer variant second probe used in the reaction of FIG. 37A is tested. 複数の異なる長さのARRESTORオリゴヌクレオチドと共に並列させた第一のプローブの模式図を示す。HBV標的配列と相補的な第一のプローブの領域を下線で示した。相補性に従ってARRESTORオリゴヌクレオチドをプローブと並列させた。Figure 2 shows a schematic of a first probe juxtaposed with multiple different length ARRESTOR oligonucleotides. The region of the first probe complementary to the HBV target sequence is underlined. The ARRESTOR oligonucleotide was juxtaposed with the probe according to complementarity. 2種類の異なる長さの第二のプローブを用いた、第一の侵襲的切断反応に由来する切断プローブが、第二の侵襲的切断反応においてINVADERオリゴヌクレオチドとして利用される反応の第二の工程で、異なる長さのARRESTORオリゴヌクレオチドを含むことの、非特異的および特異的な切断シグナルに対する効果を比較した、蛍光撮影装置による2種類の像を示す。A second step in a reaction where a cleavage probe derived from the first invasive cleavage reaction using two different lengths of the second probe is utilized as an INVADER oligonucleotide in the second invasive cleavage reaction Figure 2 shows two images from a fluorograph comparing the effects of different lengths of ARRESTOR oligonucleotides on non-specific and specific cleavage signals. mfoldによって見いだされる、特定の塩基を含む構造の総数の割合(%)として表されるmfold解析におけるSSカウントの出力に由来するヒト・ユビキチンRNAの10ヌクレオチドの鎖について算出したランニング平均値(Ave(10)指数)を、塩基の位置に対してプロットしたグラフである。Running average value (Ave ()) calculated for 10 nucleotide strands of human ubiquitin RNA derived from the output of SS count in mfold analysis expressed as a percentage of the total number of structures containing a specific base found by mfold 10) is a graph in which the index) is plotted against the position of the base. 40検体、6種の標準、および1種類の非標的対照を含むRNA INVADERアッセイ法のマイクロプレートのレイアウトの一例を示す。An example of a microplate layout for an RNA INVADER assay containing 40 samples, 6 standards, and 1 non-target control is shown. 表記の遺伝子もしくは転写産物のヒト(h)、マウス(m)およびラット(r)のRNAの検出に利用するINVADERアッセイ法の組成を示す。The composition of the INVADER assay used to detect human (h), mouse (m) and rat (r) RNA of the indicated gene or transcript. 図41-2は、図41-1の続きを示す図である。FIG. 41-2 is a diagram showing a continuation of FIG. 41-1. 図41-3は、図41-2の続きを示す図である。FIG. 41-3 is a diagram showing a continuation of FIG. 41-2. 図41-4は、図41-3の続きを示す図である。FIG. 41-4 is a diagram showing a continuation of FIG. 41-3. 図41-5は、図41-4の続きを示す図である。FIG. 41-5 is a diagram showing a continuation of FIG. 41-4. 図41-6は、図41-5の続きを示す図である。FIG. 41-6 is a diagram showing a continuation of FIG. 41-5. 図41-7は、図41-6の続きを示す図である。FIG. 41-7 is a diagram showing a continuation of FIG. 41-6. 図41-8は、図41-7の続きを示す図である。FIG. 41-8 is a diagram showing a continuation of FIG. 41-7. 図41-9は、図41-8の続きを示す図である。FIG. 41-9 is a diagram showing a continuation of FIG. 41-8. INVADERCREATORの注文入力画面(Order Entry Screen)のコンピューター・ディスプレイを示す。Shows the computer display of INVADERCREATOR's Order Entry Screen. INVADERCREATORの多数SNP設計選択画面(Multiple SNP Design Selection screen)のコンピューター・ディスプレイを示す。The computer display of INVADERCREATOR's Multiple SNP Design Selection screen. INVADERCREATORのデザイナーワークシート画面(Designer Worksheet screen)のコンピューター・ディスプレイを示す。Shows the computer display of the INVADERCREATOR Designer Worksheet screen. INVADERCREATORの出力ページ画面(Output Page screen)のコンピューター・ディスプレイを示す。Shows the computer display of the INVADERCREATOR's Output Page screen. INVADERCREATORのプリンタ用出力画像(Printer Ready Output screen)のコンピューター・ディスプレイを示す。Shows the computer display of the INVADERCREATOR Printer Ready Output screen. RNA標的核酸の検出に利用するINVADERアッセイ法の構成要素(配列番号:709〜2640)を示す。構成要素は、検出するRNA検体当たりに群分けする。複数のプローブ、INVADERオリゴヌクレオチド、スタッカー・オリゴヌクレオチド、ARRESTORオリゴヌクレオチド、またはその他の構成要素が提供されれば、特に断らない限り、複数の構成要素のいずれをも利用できる。他で特定しない限り、オリゴヌクレオチドは5'-3'方向で表す。The component (sequence number: 709-2640) of the INVADER assay used for detection of RNA target nucleic acid is shown. The components are grouped per RNA sample to be detected. If multiple probes, INVADER oligonucleotides, stacker oligonucleotides, ARRESTOR oligonucleotides, or other components are provided, any of the plurality of components can be used unless otherwise indicated. Unless otherwise specified, oligonucleotides are represented in the 5′-3 ′ direction. 図47-2は、図47-1の続きを示す図である。FIG. 47-2 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-1. 図47-3は、図47-2の続きを示す図である。FIG. 47-3 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-2. 図47-4は、図47-3の続きを示す図である。FIG. 47-4 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-3. 図47-5は、図47-4の続きを示す図である。FIG. 47-5 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-4. 図47-6は、図47-5の続きを示す図である。FIG. 47-6 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-5. 図47-7は、図47-6の続きを示す図である。FIG. 47-7 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-6. 図47-8は、図47-7の続きを示す図である。FIG. 47-8 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-7. 図47-9は、図47-8の続きを示す図である。FIG. 47-9 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-8. 図47-10は、図47-9の続きを示す図である。FIG. 47-10 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-9. 図47-11は、図47-10の続きを示す図である。FIG. 47-11 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-10. 図47-12は、図47-11の続きを示す図である。FIG. 47-12 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-11. 図47-13は、図47-12の続きを示す図である。FIG. 47-13 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-12. 図47-14は、図47-13の続きを示す図である。FIG. 47-14 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-13. 図47-15は、図47-14の続きを示す図である。FIG. 47-15 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-14. 図47-16は、図47-15の続きを示す図である。FIG. 47-16 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-15. 図47-17は、図47-16の続きを示す図である。FIG. 47-17 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-16. 図47-18は、図47-17の続きを示す図である。FIG. 47-18 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-17. 図47-19は、図47-18の続きを示す図である。FIG. 47-19 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-18. 図47-20は、図47-19の続きを示す図である。FIG. 47-20 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-19. 図47-21は、図47-20の続きを示す図である。FIG. 47-21 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-20. 図47-22は、図47-21の続きを示す図である。FIG. 47-22 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-21. 図47-23は、図47-22の続きを示す図である。FIG. 47-23 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-22. 図47-24は、図47-23の続きを示す図である。FIG. 47-24 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-23. 図47-25は、図47-24の続きを示す図である。FIG. 47-25 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-24. 図47-26は、図47-25の続きを示す図である。FIG. 47-26 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-25. 図47-27は、図47-26の続きを示す図である。FIG. 47-27 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-26. 図47-28は、図47-27の続きを示す図である。FIG. 47-28 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-27. 図47-29は、図47-28の続きを示す図である。FIG. 47-29 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-28. 図47-30は、図47-29の続きを示す図である。FIG. 47-30 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-29. 図47-31は、図47-30の続きを示す図である。FIG. 47-31 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-30. 図47-32は、図47-31の続きを示す図である。FIG. 47-32 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-31. 図47-33は、図47-32の続きを示す図である。FIG. 47-33 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-32. 図47-34は、図47-33の続きを示す図である。FIG. 47-34 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-33. 図47-35は、図47-34の続きを示す図である。FIG. 47-35 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-34. 図47-36は、図47-35の続きを示す図である。FIG. 47-36 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-35. 図47-37は、図47-36の続きを示す図である。FIG. 47-37 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-36. 図47-38は、図47-37の続きを示す図である。FIG. 47-38 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-37. 図47-39は、図47-38の続きを示す図である。FIG. 47-39 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-38. 図47-40は、図47-39の続きを示す図である。FIG. 47-40 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-39. 図47-41は、図47-40の続きを示す図である。FIG. 47-41 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-40. 図47-42は、図47-41の続きを示す図である。FIG. 47-42 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-41. 図47-43は、図47-42の続きを示す図である。FIG. 47-43 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-42. 図47-44は、図47-43の続きを示す図である。FIG. 47-44 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-43. 図47-45は、図47-44の続きを示す図である。FIG. 47-45 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-44. 図47-46は、図47-45の続きを示す図である。FIG. 47-46 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-45. 図47-47は、図47-46の続きを示す図である。FIG. 47-47 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-46. 図47-48は、図47-47の続きを示す図である。FIG. 47-48 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-47. 図47-49は、図47-48の続きを示す図である。FIG. 47-49 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-48. 図47-50は、図47-49の続きを示す図である。FIG. 47-50 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-49. 図47-51は、図47-50の続きを示す図である。FIG. 47-51 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-50. 図47-52は、図47-51の続きを示す図である。FIG. 47-52 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-51. 図47-53は、図47-52の続きを示す図である。FIG. 47-53 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-52. 図47-54は、図47-53の続きを示す図である。FIG. 47-54 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-53. 図47-55は、図47-54の続きを示す図である。FIG. 47-55 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-54. 図47-56は、図47-55の続きを示す図である。FIG. 47-56 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-55. 図47-57は、図47-56の続きを示す図である。FIG. 47-57 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-56. 図47-58は、図47-57の続きを示す図である。FIG. 47-58 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-57. 図47-59は、図47-58の続きを示す図である。FIG. 47-59 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-58. 図47-60は、図47-59の続きを示す図である。FIG. 47-60 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-59. 図47-61は、図47-60の続きを示す図である。FIG. 47-61 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-60. 図47-62は、図47-61の続きを示す図である。FIG. 47-62 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-61. 図47-63は、図47-62の続きを示す図である。FIG. 47-63 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-62. 図47-64は、図47-63の続きを示す図である。FIG. 47-64 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-63. 図47-65は、図47-64の続きを示す図である。FIG. 47-65 is a continuation of FIG. 47-64. 図47-66は、図47-65の続きを示す図である。FIG. 47-66 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-65. 図47-67は、図47-66の続きを示す図である。FIG. 47-67 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-66. 図47-68は、図47-67の続きを示す図である。FIG. 47-68 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-67. 図47-69は、図47-68の続きを示す図である。FIG. 47-69 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-68. 図47-70は、図47-69の続きを示す図である。FIG. 47-70 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-69. 図47-71は、図47-70の続きを示す図である。FIG. 47-71 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-70. 図47-72は、図47-71の続きを示す図である。FIG. 47-72 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-71. 図47-73は、図47-72の続きを示す図である。FIG. 47-73 is a diagram showing a continuation of FIG. 47-72. 塩基対の位置に対するAve(10)指数を示すチャートである。It is a chart which shows the Ave (10) index with respect to the position of a base pair.

定義
本発明を理解しやすくするため、いくつかの用語と語句を以下に定義する。
Definitions In order to facilitate understanding of the present invention, several terms and phrases are defined below.

本明細書において、「相補的」または「相補性」という用語は、塩基対合法則によって関連をもつポリヌクレオチド(すなわち、オリゴヌクレオチドまたは標的核酸などのヌクレオチドの配列)を意味する。例えば、「5'-A-G-T-3'」という配列には、「3'-T-C-A-5'」という配列が相補的である。相補性は、「部分的」なこともあり、核酸の塩基のいくつかだけが、塩基対合法則にしたがって適合する。または、核酸の間には「完全」または「全面的」相補性があることもある。核酸鎖間の相補性の程度は、核酸鎖間のハイブリダイゼーションの効率および強度に重大な影響を及ぼす。このことは、とりわけ、増幅反応、また、核酸間の結合に依存する検出法において重要である。どちらの用語も、特に、ポリヌクレオチドというつながりの中で各ヌクレオチドを意味することもある。例えば、オリゴヌクレオチド中の特定のヌクレオチドが、残りのオリゴヌクレオチドと核酸鎖の間にある相補性と対照または比較して、別の核酸鎖中のヌクレオチドに対して相補性があるかないか注目されることがある。別のヌクレオチド類似体との(例えば、IsoC/IsoG)、または天然のヌクレオチドとの(例えば、米国特許第5,912,340号に記載の通り。本文献は、その全体が参照として本明細書に組み入れられる)普通でない塩基対合を形成させるために使用されるヌクレオチド類似体も、この定義の意味する範囲内で、塩基対合する相手に対して相補的であると考えられる。   As used herein, the terms “complementary” or “complementarity” refer to polynucleotides that are related by base pairing rules (ie, sequences of nucleotides such as oligonucleotides or target nucleic acids). For example, the sequence “3′-T-C-A-5 ′” is complementary to the sequence “5′-A-G-T-3 ′”. Complementarity may be “partial” and only some of the bases of the nucleic acid will fit according to the base pairing rules. Alternatively, there may be “complete” or “total” complementarity between the nucleic acids. The degree of complementarity between nucleic acid strands has a significant effect on the efficiency and strength of hybridization between nucleic acid strands. This is particularly important in amplification reactions and detection methods that rely on binding between nucleic acids. Both terms may mean each nucleotide, particularly in the context of a polynucleotide. For example, it is noted whether a particular nucleotide in an oligonucleotide is complementary or non-complementary to a nucleotide in another nucleic acid strand as compared to or compared to the complementarity between the remaining oligonucleotide and the nucleic acid strand. Sometimes. With another nucleotide analog (eg, IsoC / IsoG) or with a natural nucleotide (eg, as described in US Pat. No. 5,912,340, which is hereby incorporated by reference in its entirety) Nucleotide analogs used to form unusual base pairings are also considered complementary to the base pairing partner within the meaning of this definition.

「相同性」および「相同的」という用語は、一致する程度を意味する。部分的相同性と完全な相同性がありうる。部分的に相同な配列は、もう一つの配列と100%未満の同一性を有する。   The terms “homology” and “homologous” mean the degree of agreement. There can be partial homology and complete homology. A partially homologous sequence has less than 100% identity with another sequence.

本明細書において、「ハイブリダイゼーション」という用語は、相同的な核酸の対合を意味するために用いられる。ハイブリダイゼーションおよびハイブリダイゼーションの強度(すなわち、核酸間での会合の強さ)は、核酸間の相補性の程度、用いられるストリンジェンシー、および形成されたハイブリッドのTmによって影響される。「ハイブリダイゼーション」法は、一つの核酸を別の相補的な核酸、すなわち、相補的な塩基配列を有する核酸にアニーリングさせることを含む。相補配列を含む2つの核酸ポリマーが互いを認識し、塩基対合相互作用によってアニーリングすることはよく知られている現象である。MarmurおよびLane, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 46: 453 (1960)およびDotyら、Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 46: 461 (1960)により最初に発見された「ハイブリダイゼーション」現象は、その後精緻化されて現代生物学の重要なツールとなっている。 As used herein, the term “hybridization” is used to mean pairing of homologous nucleic acids. Hybridization and the strength of hybridization (ie, the strength of association between nucleic acids) is affected by the degree of complementarity between the nucleic acids, the stringency used, and the T m of the hybrid formed. “Hybridization” methods involve the annealing of one nucleic acid to another complementary nucleic acid, ie, a nucleic acid having a complementary base sequence. It is a well-known phenomenon that two nucleic acid polymers containing complementary sequences recognize each other and anneal by base-pairing interactions. "Hybridization" first discovered by Marmur and Lane, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 46: 453 (1960) and Doty et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 46: 461 (1960) The phenomenon has since been refined and has become an important tool in modern biology.

相補性については、診断に応用するときに、ハイブリダイゼーションが完全な相補性を示すか部分的な相補性を示すかを判定することが重要なことがある。例えば、病原生物(例えば、ウイルス、細菌、真菌、マイコプラズマ、原生動物)のDNAの有無を単に検出したい場合には、そのハイブリダイゼーション法によって、関係する配列が存在するときには確実にハイブリダイゼーションが起きることだけが重要であって、部分的相補プローブおよび完全相補プローブがハイブリダイズする条件を選択することができる。しかし、別の診断への応用場面では、ハイブリダイゼーション法によって部分的相補性と完全な相補性を区別する必要があるかもしれない。遺伝子多型を検出することが目的のこともあると思われる。例えば、ヒトのヘモグロビンは、一部、4本のポリペプチド鎖から構成されている。これらの鎖のうち2本は、141アミノ酸の同一の鎖(アルファ鎖)、2本は146アミノ酸の同一の鎖(ベータ鎖)である。ベータ鎖をコードする遺伝子は多型を示すことが知られている。正常な対立遺伝子は、第6位にグルタミン酸をもつベータ鎖をコードしている。変異対立遺伝子は、第6位にバリンをもつベータ鎖をコードする。このアミノ酸の違いは、臨床上、鎌形赤血球貧血症として知られる重大な生理学的作用を与える(この変異遺伝子がホモ接合であるときもっとも重大である)。アミノ酸変異の遺伝的基礎は、正常な遺伝子DNAの配列と変異遺伝子のDNA配列との間に一塩基の違いがあることに関係する。   For complementarity, it may be important to determine whether hybridization exhibits complete complementarity or partial complementarity when applied to diagnostics. For example, if you simply want to detect the presence or absence of DNA from pathogenic organisms (eg, viruses, bacteria, fungi, mycoplasma, protozoa), the hybridization method ensures that hybridization occurs when the relevant sequence is present. Only is important and the conditions under which the partially and fully complementary probes hybridize can be selected. However, in other diagnostic applications, it may be necessary to distinguish between partial and complete complementarity by hybridization methods. It may be the purpose to detect genetic polymorphisms. For example, human hemoglobin is partially composed of four polypeptide chains. Two of these chains are the same chain of 141 amino acids (alpha chain) and two are the same chain of 146 amino acids (beta chain). It is known that a gene encoding a beta chain exhibits a polymorphism. The normal allele encodes a beta chain with glutamate at position 6. The mutant allele encodes a beta strand with valine at position 6. This amino acid difference has a significant physiological effect known clinically as sickle cell anemia (most important when the mutant gene is homozygous). The genetic basis of amino acid mutations is related to the single base difference between the sequence of normal gene DNA and that of the mutated gene.

本明細書において、核酸配列の相補とは、一方の配列の5'末端と他方の配列の3'末端を対合するようを整列させたとき、オリゴヌクレオチドが「逆平行に会合」すること意味する。天然の核酸には普通存在しない特定の塩基を、本発明に係る核酸に含ませることができ、それらには、例えば、イノシンおよび7-デアザグアニンが挙げられる。相補性は必ずしも完全なものである必要はなく、安定した二本鎖が、ミスマッチした塩基や全く対合しない塩基を含むこともある。核酸技術分野の当業者は、例えば、オリゴヌクレオチドの長さ、オリゴヌクレオチドの塩基組成や配列、イオン強度、およびミスマッチ塩基対合の発生率などの変数を考慮して、経験的に二本鎖の安定性を判定することができる。   As used herein, complementation of a nucleic acid sequence means that oligonucleotides “associate in antiparallel” when aligned so that the 5 ′ end of one sequence and the 3 ′ end of the other sequence are aligned. To do. Certain bases not normally present in natural nucleic acids can be included in the nucleic acids according to the present invention and include, for example, inosine and 7-deazaguanine. Complementarity need not be perfect, and a stable duplex may contain mismatched bases or bases that do not pair at all. Those skilled in the field of nucleic acid technology, for example, empirically consider double-stranded DNA, taking into account variables such as oligonucleotide length, oligonucleotide base composition and sequence, ionic strength, and the incidence of mismatch base pairing. Stability can be determined.

本明細書において、「Tm」という用語は「融解温度」を意味する。融解温度とは、二本鎖核酸分子の集団の半分が一本鎖に解離する温度である。核酸のTmを計算する等式が当技術分野においていくつか知られている。標準的な参考文献によれば、核酸が1 M NaClの水溶液に入っているとき、Tm値を簡単に推定するには、Tm=81.5+0.41(%G+C)という等式によって計算すればよい(「核酸のハイブリダイゼーション(Nucleic Hybridization)」(1985)におけるAndersonおよびYoungの定量的フィルターハイブリダイゼーション(Quantitative Filter Hybridization)の項を参照されたい)。この他の参考文献(例えば、Allawi, H.T.およびSantaLucia, J., Jr.「DNAにおける内部G.ミスマッチの熱力学およびNMR(Thermodynamics and NMR of internal G.T mismatches in DNA)」、Biochemistry 36, 10581-94 (1997))には、Tmを計算するために、配列の特徴だけでなく、構造や周囲の条件も考慮したより洗練された計算法が記載されている。 As used herein, the term “T m ” means “melting temperature”. The melting temperature is the temperature at which half of the population of double-stranded nucleic acid molecules dissociates into single strands. Several equations for calculating the T m of nucleic acids are known in the art. According to standard references, when nucleic acid is in an aqueous solution of 1 M NaCl, a simple estimate of the T m value can be calculated by the equation T m = 81.5 + 0.41 (% G + C). (See Anderson and Young's Quantitative Filter Hybridization section in Nucleic Hybridization (1985)). Other references (eg, Allawi, HT and SantaLucia, J., Jr. “Thermodynamics and NMR of internal GT mismatches in DNA”, Biochemistry 36, 10581-94. (1997)) describes a more sophisticated calculation method that considers not only the characteristics of the sequence but also the structure and surrounding conditions in order to calculate Tm .

本明細書において、「ストリンジェンシー」とは、ハイブリダイゼーションを行なう条件の温度、イオン強度、および他の化合物の存在を意味する。「高いストリンジェントな」条件では、相補的な塩基配列の頻度が高い核酸断片の間でのみ核酸の塩基対合が起こる。従って、互いに完全には相補的でない核酸をハイブリダイズまたはアニーリングさせたいときには「弱い」または「低い」ストリンジェンシーが必要とされることが多い。   As used herein, “stringency” means the temperature, ionic strength, and presence of other compounds under conditions for hybridization. Under “high stringency” conditions, nucleic acid base pairing occurs only between nucleic acid fragments that have a high frequency of complementary base sequences. Thus, “weak” or “low” stringency is often required when it is desired to hybridize or anneal nucleic acids that are not perfectly complementary to each other.

核酸のハイブリダイゼーションについて用いられる「高ストリンジェントな条件」とは、長さ約500ヌクレオチドのプローブを使用するときには、5×SSPE(43.8 g/l NaCl、6.9 g/l NaH2PO4H2O、および1.85 g/l EDTA、NaOHでpH 7.4に調整したもの)、0.5% SDS、5×デンハルト(Denhardt)試薬、および100μg/mlの変性サケ精子DNAを含む溶液中で42℃で結合またはハイブリダイズさせ、その後、0.1×SSPE、1.0% SDSを含む溶液中、42℃で洗浄するのと同等な条件を含む核酸ハイブリダイゼーションを意味する。 “High stringency conditions” used for nucleic acid hybridization means 5 × SSPE (43.8 g / l NaCl, 6.9 g / l NaH 2 PO 4 H 2 O when a probe of about 500 nucleotides in length is used. , And 1.85 g / l EDTA, adjusted to pH 7.4 with NaOH), bind or hybridize at 42 ° C in a solution containing 0.5% SDS, 5x Denhardt's reagent, and 100 µg / ml denatured salmon sperm DNA. It means nucleic acid hybridization including conditions equivalent to soaking and then washing at 42 ° C. in a solution containing 0.1 × SSPE, 1.0% SDS.

核酸のハイブリダイゼーションについて用いられる「中度のストリンジェントな条件」とは、長さ約500ヌクレオチドのプローブを使用するときには、5×SSPE(43.8 g/l NaCl、6.9 g/l NaH2PO4H2O、および1.85 g/l EDTA、NaOHでpH 7.4に調整したもの)、0.5% SDS、5×デンハルト試薬、および100μg/mlの変性サケ精子DNAを含む溶液中で42℃で結合またはハイブリダイズさせ、その後、1.0×SSPE、1.0% SDSを含む溶液中、42℃で洗浄するのと同等な条件を含む核酸ハイブリダイゼーションを意味する。 The “moderate stringency conditions” used for nucleic acid hybridization are 5 × SSPE (43.8 g / l NaCl, 6.9 g / l NaH 2 PO 4 H when using a probe of about 500 nucleotides in length. 2 O, and 1.85 g / l EDTA, adjusted to pH 7.4 with NaOH), bind or hybridize at 42 ° C in a solution containing 0.5% SDS, 5x Denhardt's reagent, and 100 µg / ml denatured salmon sperm DNA And then nucleic acid hybridization including conditions equivalent to washing at 42 ° C. in a solution containing 1.0 × SSPE and 1.0% SDS.

「低ストリンジェントな条件」とは、長さ約500ヌクレオチドのプローブを使用するときには、5×SSPE(43.8 g/l NaCl、6.9 g/l NaH2PO4H2O、および1.85 g/l EDTA、NaOHでpH 7.4に調整したもの)、0.1% SDS、5×デンハルト試薬[50×デンハルト試薬は、500 ml当たり、フィコール(Ficoll: タイプ400、ファルマシア(Pharmacia))5 g、BSA(第V画分;シグマ(Sigma))5 gを含む]、および100 g/mlの変性サケ精子DNAを含む溶液中で42℃で結合またはハイブリダイズさせ、その後、5×SSPE、0.1% SDSを含む溶液中、42℃で洗浄するのと同等な条件を含む核酸ハイブリダイゼーションを意味する。 “Low stringent conditions” means 5 × SSPE (43.8 g / l NaCl, 6.9 g / l NaH 2 PO 4 H 2 O, and 1.85 g / l EDTA when using a probe of approximately 500 nucleotides in length. , Adjusted to pH 7.4 with NaOH), 0.1% SDS, 5 × Denhardt's reagent [50 × Denhardt's reagent, 500 ml, Ficoll (type 400, Pharmacia) 5 g, BSA (Part V Min; containing 5 g of Sigma), and binding or hybridizing at 42 ° C. in a solution containing 100 g / ml denatured salmon sperm DNA, then in a solution containing 5 × SSPE, 0.1% SDS Means nucleic acid hybridization including conditions equivalent to washing at 42 ° C.

「遺伝子」という用語は、非コード機能をもつRNA(例えば、リボソームRNAまたはトランスファーRNA)、ポリペプチド、または前駆体を産生するのに必要な対照用配列およびコード配列を含むDNA配列を意味する。完全長のコード配列、または、所望の活性が保持する限りにおいて、コード配列の一部は、RNAまたはポリペプチドをコードすることができる。   The term “gene” refers to a DNA sequence that includes control and coding sequences necessary to produce an RNA (eg, ribosomal RNA or transfer RNA), polypeptide, or precursor having a non-coding function. The full-length coding sequence or a portion of the coding sequence can encode RNA or polypeptide as long as the desired activity is retained.

「野生型」という用語は、天然の起源から単離されたときに、ある遺伝子または遺伝子産物の特徴をもつ遺伝子または遺伝子産物を意味する。野生型遺伝子は、集団の中で最も頻繁に見られる遺伝子であるために、任意で「正常」型あるいは「野生」型の遺伝子と名付けられたものである。これに対し、「改変」、「変異」または「多型性」という用語は、野生型の遺伝子または遺伝子産物に較べると、配列および/または機能特性に変化(すなわち、特徴の変化)を示す遺伝子または遺伝子産物を意味する。天然の変異体を単離することができることに留意されたい。すなわち、これらの変異体は、野生型の遺伝子または遺伝子産物に較べて特徴が変化しているという事実によって特徴付けられる。   The term “wild type” refers to a gene or gene product that has the characteristics of a gene or gene product when isolated from a natural source. Wild-type genes are those that are arbitrarily named “normal” or “wild” type genes because they are the most frequently found genes in the population. In contrast, the terms “altered”, “mutated” or “polymorphic” refer to genes that exhibit changes in sequence and / or functional properties (ie, changes in characteristics) compared to wild-type genes or gene products. Or gene product. Note that natural variants can be isolated. That is, these variants are characterized by the fact that their characteristics are altered compared to the wild-type gene or gene product.

本明細書において、「組換えDNAベクター」という用語は、所望の異種性配列を含むDNA配列を意味する。例えば、この用語は、発現される配列、または、発現産物をコードする配列だけに使用されるものではないが、いくつかの態様において、異種性配列とは、コード配列、または、宿主生物においてコード配列を複製するのに必要か、もしくは特定の宿主生物において機能的に結合しているコード配列を発現させるのに必要とされる適当な配列のことである。原核生物での発現に必要なDNA配列には、プロモーター、任意で、オペレーター配列、リボソーム結合部位、および場合によっては他の配列などが挙げられる。真核細胞は、プロモーター、ポリアデニル化シグナル、およびエンハンサーを利用することが知られている。   As used herein, the term “recombinant DNA vector” means a DNA sequence containing the desired heterologous sequence. For example, the term is not used solely for sequences that are expressed or that encode an expression product, but in some embodiments, a heterologous sequence is a coding sequence or that is encoded in a host organism. A suitable sequence that is necessary to replicate a sequence or that is required to express a coding sequence that is operably linked in a particular host organism. DNA sequences required for prokaryotic expression include promoters, optionally operator sequences, ribosome binding sites, and possibly other sequences. Eukaryotic cells are known to utilize promoters, polyadenylation signals, and enhancers.

本明細書において、「LTR」という用語は、プロウイルス(すなわち、組み込まれたレトロウイルス)の各末端における長い末端反復配列を意味する。LTRは、転写調節因子、ポリアデニル化シグナル、およびウイルスゲノムの複製および組み込みに必要となる配列など多数の調節シグナルを含む。ウイルスのLTRは、U3、R、およびU5と呼ばれる3つの領域に分けられる。   As used herein, the term “LTR” means a long terminal repeat at each end of a provirus (ie, an integrated retrovirus). The LTR contains a number of regulatory signals such as transcriptional regulators, polyadenylation signals, and sequences required for viral genome replication and integration. The viral LTR is divided into three regions called U3, R, and U5.

U3領域は、エンハンサー因子とプロモーター因子を含む。U5領域は、ポリアデニル化シグナルを含む。R(反復)領域は、U3領域とU5領域を分離し、ウイルスRNAの5'末端と3'末端には、R領域を転写した配列が現れる。   The U3 region contains an enhancer factor and a promoter factor. The U5 region contains a polyadenylation signal. The R (repeat) region separates the U3 region and the U5 region, and a sequence in which the R region is transcribed appears at the 5 ′ end and 3 ′ end of the viral RNA.

本明細書において、「オリゴヌクレオチド」という用語は、2個またはそれ以上のデオキシリボヌクレオチドまたはリボヌクレオチドであって、好ましくは少なくとも5個のヌクレオチド、より好ましくは少なくとも約10〜15個のヌクレオチド、より好ましくは少なくとも約15〜30個のヌクレオチドを含む分子と定義される。正確な長さは多くの要素によって決まり、さらには、最終的な機能またはオリゴヌクレオチド使用法によって決まる。オリゴヌクレオチドは、化学合成、DNA複製、逆転写、PCR、またはこれらを組み合わせた方法などのいかなる方法で作成してもよい。   As used herein, the term “oligonucleotide” is two or more deoxyribonucleotides or ribonucleotides, preferably at least 5 nucleotides, more preferably at least about 10-15 nucleotides, more preferably Is defined as a molecule comprising at least about 15-30 nucleotides. The exact length will depend on many factors, and further on the ultimate function or oligonucleotide usage. Oligonucleotides may be made by any method such as chemical synthesis, DNA replication, reverse transcription, PCR, or a combination thereof.

モノヌクレオチドは、その五員環の5'リン酸が、ホスホジエステル結合によって、一つの方向にその隣にある3'酸素に結合するよう反応してオリゴヌクレオチドを作り、その一方の端の5'リン酸が、モノヌクレオチドの五員環の3'酸素に結合していなければ、その端を「5'末端」といい、オリゴヌクレオチドの3'酸素が、その後ろにモノヌクレオチドの五員環の5'リン酸を結合していなければ「3'末端」という。本明細書において、核酸配列は、長いオリゴヌクレオチドの内部のものであっても、5'末端と3'末端をもつと言える。核酸鎖上の最初の領域をもう一方の領域の上流という。   Mononucleotides react with the five-membered 5 'phosphate to bind to the 3' oxygen next to it in one direction via a phosphodiester bond, creating an oligonucleotide, 5 'at one end If the phosphate is not attached to the 3 ′ oxygen of the mononucleotide five-membered ring, the end is called the “5 ′ end”, and the oligonucleotide 3 ′ oxygen is followed by the mononucleotide five-membered ring If 5 'phosphate is not bound, it is called "3' end". As used herein, a nucleic acid sequence can be said to have a 5 ′ end and a 3 ′ end, even within long oligonucleotides. The first region on the nucleic acid strand is called upstream of the other region.

2つの異なった重複のないオリゴヌクレオチドが一つの直鎖状相補的核酸配列の異なった領域にアニーリングし、一方のオリゴヌクレオチドの3'末端が他方の5'末端の方向を指しているとき、前者を「上流側」オリゴヌクレオチドと呼び、後者を「下流側」オリゴヌクレオチドと呼ぶ。同様に、2つの重複をもつオリゴヌクレオチドが一つの直鎖状相補的核酸配列にハイブリダイズして、第一のオリゴヌクレオチドの5'末端が、第二のオリゴヌクレオチドの5'末端の上流になり、第一のオリゴヌクレオチドの3'末端が、第二のオリゴヌクレオチドの3'末端の上流になるときには、第一のオリゴヌクレオチドを「上流側」オリゴヌクレオチドと呼び、第二のオリゴヌクレオチドを「下流側」オリゴヌクレオチドと呼ぶ。   The former when two different non-overlapping oligonucleotides anneal to different regions of one linear complementary nucleic acid sequence and the 3 ′ end of one oligonucleotide points in the direction of the other 5 ′ end Are referred to as “upstream” oligonucleotides, the latter as “downstream” oligonucleotides. Similarly, an oligonucleotide with two overlaps hybridizes to one linear complementary nucleic acid sequence so that the 5 ′ end of the first oligonucleotide is upstream of the 5 ′ end of the second oligonucleotide. When the 3 ′ end of the first oligonucleotide is upstream of the 3 ′ end of the second oligonucleotide, the first oligonucleotide is called the “upstream” oligonucleotide and the second oligonucleotide is “downstream” Called the “side” oligonucleotide.

「プライマー」という用語は、プライマー伸長が開始される条件下に置かれると、合成開始点として機能することができるオリゴヌクレオチドを意味する。オリゴヌクレオチド「プライマー」は、制限酵素消化され精製されたオリゴヌクレオチドのように天然型のものであってもよく、合成によって作成されたものであってもよい。   The term “primer” means an oligonucleotide that can serve as a starting point for synthesis when placed under conditions under which primer extension is initiated. Oligonucleotide “primers” may be naturally occurring, such as oligonucleotides that have been digested and purified by restriction enzymes, or may be synthetically generated.

プライマーは、鋳型の特定の配列を有する鎖に「実質的に」相補的なものを選択することができる。プライマーは、鋳型鎖にハイブリダイズしてプライマー伸長を生じさせる程度に相補的でなければならない。プライマー配列は、鋳型配列を正確に反映する必要はない。例えば、プライマーの5'末端に非相補的なヌクレオチド断片が付着していて、残りのプライマー配列が鋳型鎖に実質的に相補的なものでもよい。プライマー配列が鋳型鎖にハイブリダイズして、プライマー伸長産物を合成させるために鋳型とプライマーの複合体を形成させる程度に相補的であれば、非相補的な塩基またはより長い配列をプライマーの中に散在させることができる。   The primer can be selected to be “substantially” complementary to the strand having the particular sequence of the template. The primer must be complementary to the extent that it will hybridize to the template strand to cause primer extension. The primer sequence need not accurately reflect the template sequence. For example, a non-complementary nucleotide fragment may be attached to the 5 ′ end of the primer, and the remaining primer sequence may be substantially complementary to the template strand. Non-complementary bases or longer sequences can be introduced into the primer if the primer sequence is complementary to the template strand so that it can form a complex of template and primer to synthesize primer extension products. Can be scattered.

本明細書において、「標識」という用語は、検出可能な(好ましくは、定量化できる)効果を提供するために使用できる原子または分子で、核酸またはタンパク質に結合することのできるものを意味する。標識には、色素;32Pなどの放射性標識;ビオチンなどの結合成分;ジゴキシゲニンなどのハプテン;発光性、リン光性、および蛍光発生性の成分;および蛍光性色素のみ、または蛍光共鳴エネルギー転移(FRET)によって発光スペクトルを抑制またはシフトさせることができる成分と併用したものなどがあるが、これらに限定されない。標識は、蛍光、放射能、比色定量、重量測定、X線回折もしくは吸収、磁性、酵素活性などによって検出可能なシグナルを提供することができる。標識は、電荷を帯びた成分(正または負の電荷)、あるいは、電荷が中性であってもよい。標識は、標識を含む配列が検出可能でありさえすれば、核酸またはタンパク質の配列を含むか、またはそれらからなるものでもよい。 As used herein, the term “label” means an atom or molecule that can be used to provide a detectable (preferably quantifiable) effect that can bind to a nucleic acid or protein. Labels include dyes; radioactive labels such as 32 P; binding components such as biotin; haptens such as digoxigenin; luminescent, phosphorescent, and fluorogenic components; and fluorescent dyes only, or fluorescence resonance energy transfer ( FRET) may be used in combination with a component that can suppress or shift the emission spectrum, but is not limited thereto. The label can provide a detectable signal by fluorescence, radioactivity, colorimetry, gravimetry, X-ray diffraction or absorption, magnetism, enzyme activity, and the like. The label may be a charged component (positive or negative charge), or the charge may be neutral. The label may comprise or consist of a nucleic acid or protein sequence as long as the sequence containing the label is detectable.

本明細書において、「シグナル」という用語は、標識またはアッセイ反応によって生じるか、または提供されると考えられるものなどの、検出可能な作用を意味する。   As used herein, the term “signal” refers to a detectable effect, such as that caused or provided by a label or assay reaction.

本明細書において、「検出装置」という用語は、例えば、機器(例えば、カメラ、蛍光測定器、電荷結合素子、シンチレーションカウンターなど)または反応媒体(X線またはカメラのフィルム、pH指示器など)などの装置または装置の構成要素であって、使用者、またはある装置の別の部分(例えば、コンピュータまたは制御装置)にシグナルまたは作用の存在を伝えることができる装置を意味する。検出装置は、紫外線、蛍光または化学発光などの可視光または赤外線を検出することができる光学測定装置または分光光学測定装置;放射線検出装置;核磁気共鳴分光、質量分析、または表面増強ラマン分光分析などの分光装置;ゲルまたはキャピラリー電気泳動などの装置、またはゲル排除クロマトグラフィー;もしくは、その他、当技術分野において既知の検出装置、またはこれらを組み合わせたものでもよい。   In this specification, the term “detection device” refers to, for example, an instrument (eg, a camera, a fluorometer, a charge coupled device, a scintillation counter, etc.) or a reaction medium (X-ray or camera film, pH indicator, etc.) Means a device that can communicate the presence of a signal or action to a user or another part of a device (eg, a computer or control device). The detection device is an optical measurement device or a spectroscopic optical measurement device capable of detecting visible light or infrared light such as ultraviolet light, fluorescence or chemiluminescence; a radiation detection device; nuclear magnetic resonance spectroscopy, mass spectrometry, or surface-enhanced Raman spectroscopy. A spectroscopic apparatus of the above; an apparatus such as gel or capillary electrophoresis; or gel exclusion chromatography; or other detection apparatus known in the art, or a combination thereof.

本明細書において、「切断構造」という用語は、少なくとも1つのプローブオリゴヌクレオチドと標的核酸の相互作用によって形成される構造であって、二本鎖を含み、形成された構造が、酵素などの切断因子によって切断可能なものを意味する。切断構造とは、二次構造には関係なく(すなわち、二本鎖構造の形成は必要でない)核酸分子を切断するホスホジエステラーゼなどの因子による非特異的切断の基質となる核酸分子とは異なり、切断手段によって特異的切断される基質である。   In this specification, the term “cleavage structure” is a structure formed by the interaction of at least one probe oligonucleotide and a target nucleic acid, and includes a double strand, and the formed structure is cleaved by an enzyme or the like. It means something that can be cut by a factor. A cleavage structure is different from a nucleic acid molecule that is a substrate for nonspecific cleavage by factors such as phosphodiesterase that cleave nucleic acid molecules regardless of secondary structure (ie, formation of a double-stranded structure is not required). A substrate that is specifically cleaved by means.

本明細書において、「折り畳まれた切断構造」という用語は、二次構造を含む一本鎖核酸基質の領域であって、酵素的切断手段によって切断可能な領域を意味する。切断構造とは、二次構造には関係なく(すなわち、二本鎖構造の形成は必要でない)核酸分子を切断するホスホジエステラーゼなどの因子による非特異的切断の基質となる核酸分子とは異なり、切断手段によって特異的切断される基質である。   In the present specification, the term “folded cleavage structure” means a region of a single-stranded nucleic acid substrate containing a secondary structure, which can be cleaved by an enzymatic cleavage means. A cleavage structure is different from a nucleic acid molecule that is a substrate for nonspecific cleavage by factors such as phosphodiesterase that cleave nucleic acid molecules regardless of secondary structure (ie, formation of a double-stranded structure is not required). A substrate that is specifically cleaved by means.

本明細書において、「折り畳まれた標的」という用語は、少なくとも1つの二次構造領域(すなわち、核酸の一本鎖の中における少なくとも1つの二本鎖領域、および少なくとも1つの一本鎖領域)を含む核酸鎖を意味する。   As used herein, the term “folded target” refers to at least one secondary structure region (ie, at least one double-stranded region and at least one single-stranded region within a single strand of nucleic acid). Means a nucleic acid strand comprising

本明細書において、「切断手段」または「切断因子」という用語は、切断構造を切断することができる何らかの手段であって、酵素を含むが、それに限定されない。切断手段には、5'ヌクレアーゼ活性を有する天然型DNAP(例えば、Taq DNAポリメラーゼ、大腸菌DNAポリメラーゼI)などがあるが、具体的には、5'ヌクレアーゼ活性を有するが、合成活性をもたない改変DNAPなどである。「構造特異的ヌクレアーゼ」または「構造特異的酵素」とは、核酸分子における特異的な二次構造を認識してこれらの構造を切断する酵素である。本発明に係る切断手段は、切断構造の形成に反応して核酸分子を切断するが、切断構造内の特別な位置にある切断構造を切断する必要はない。   As used herein, the term “cleavage means” or “cleavage factor” is any means capable of cleaving a cleavage structure, including but not limited to enzymes. Examples of the cleavage means include natural DNAP having 5 ′ nuclease activity (eg, Taq DNA polymerase, E. coli DNA polymerase I) and the like. Specifically, it has 5 ′ nuclease activity but does not have synthesis activity. For example, modified DNAP. A “structure-specific nuclease” or “structure-specific enzyme” is an enzyme that recognizes specific secondary structures in nucleic acid molecules and cleaves these structures. The cleaving means according to the present invention cleaves a nucleic acid molecule in response to formation of a cleaving structure, but it is not necessary to cleave a cleaving structure at a special position in the cleaving structure.

切断手段は、5'ヌクレアーゼ活性だけをもつ酵素に限定されることはない。切断手段は、CLEAVASE酵素、FEN-1エンドヌクレアーゼ(RAD2およびXPGタンパク質を含む)、Taq DNAポリメラーゼ、および大腸菌DNAポリメラーゼIなど、さまざまな起源から提供されるヌクレアーゼ活性を含むことができる。   The cutting means is not limited to an enzyme having only 5 ′ nuclease activity. Cleavage means can include nuclease activity provided from a variety of sources, including CLEAVASE enzymes, FEN-1 endonucleases (including RAD2 and XPG proteins), Taq DNA polymerase, and E. coli DNA polymerase I.

「熱安定性」という用語は、5'ヌクレアーゼなどの酵素を意味し、温度が上昇しても、すなわち、約55℃またはそれ以上でも、酵素に機能または活性がある(すなわち、触媒作用を行なうことができる)ことを意味する。   The term “thermostable” refers to an enzyme such as a 5 ′ nuclease and is functional or active (ie, catalyzes) at elevated temperatures, ie, at about 55 ° C. or higher. Can be).

本明細書において、「切断産物」という用語は、切断手段が切断構造と反応すること(すなわち、切断構造を切断手段で処理すること)によって生成される産物を意味する。   As used herein, the term “cleavage product” means a product produced by the cleavage means reacting with the cleavage structure (ie, treating the cleavage structure with the cleavage means).

「標的核酸」という用語は、少なくとも1つのプローブオリゴヌクレオチドに対して少なくとも部分的相補性をもち、INVADERオリゴヌクレオチドに対しても少なくとも部分的相補性をもつ配列を含む分子を意味する。標的核酸は、一本鎖または二本鎖のDNAまたはRNAを含むことができ、ヌクレオチド類似体、標識、およびその他の修飾物質を含む。   The term “target nucleic acid” means a molecule comprising a sequence having at least partial complementarity to at least one probe oligonucleotide and at least partial complementarity to an INVADER oligonucleotide. Target nucleic acids can include single-stranded or double-stranded DNA or RNA, and include nucleotide analogs, labels, and other modifiers.

「プローブオリゴヌクレオチド」という用語は、標的核酸と相互作用して、INVADERオリゴヌクレオチドの存在下または非存在下で切断構造を形成するオリゴヌクレオチドを意味する。標的核酸にアニーリングすると、プローブオリゴヌクレオチドと標的は切断構造を形成し、プローブオリゴヌクレオチド内で切断が起きる。   The term “probe oligonucleotide” means an oligonucleotide that interacts with a target nucleic acid to form a cleavage structure in the presence or absence of an INVADER oligonucleotide. Upon annealing to the target nucleic acid, the probe oligonucleotide and target form a cleavage structure, and cleavage occurs within the probe oligonucleotide.

「非標的切断産物」という用語は、標的核酸に生じたものではない、切断反応による生成物を意味する。上記したように、本発明に係る方法では、切断構造の切断は、通常プローブオリゴヌクレオチド内で起きる。この標的核酸依存的切断によって生じるプローブオリゴヌクレオチドの断片が「非標的切断産物」である。   The term “non-target cleavage product” means the product of a cleavage reaction that does not occur in the target nucleic acid. As described above, in the method according to the present invention, cleavage of the cleavage structure usually occurs in the probe oligonucleotide. A fragment of the probe oligonucleotide generated by this target nucleic acid-dependent cleavage is a “non-target cleavage product”.

「INVADERオリゴヌクレオチド」という用語は、プローブと標的核酸がハイブリダイズする領域の近傍で標的核酸にハイブリダイズするオリゴヌクレオチドのうち、プローブと標的がハイブリダイズする領域に重複する部位(例えば、キメラ部分またはヌクレオチド(標的に相補的であってもなくてもよい)を意味する。いくつかの態様において、INVADERオリゴヌクレオチドは、その3'末端に、プローブオリゴヌクレオチドの5'末端にある配列と実質的に同一の配列を含む。   The term “INVADER oligonucleotide” refers to a portion of an oligonucleotide that hybridizes to a target nucleic acid in the vicinity of a region where the probe and the target nucleic acid hybridize, such as a chimeric moiety or a region that overlaps with the region where the probe and the target hybridize. Means nucleotides, which may or may not be complementary to the target.In some embodiments, the INVADER oligonucleotide is substantially at its 3 'end with a sequence at the 5' end of the probe oligonucleotide. Contains the same sequence.

核酸基質に関して、「実質的に一本鎖」という用語は、基質分子が、鎖間の塩基対合相互作用によって結合された二本鎖核酸として主に存在する二本鎖基質とは対照的に、一本鎖の核酸として主に存在することを意味する。   With respect to nucleic acid substrates, the term “substantially single-stranded” is in contrast to double-stranded substrates in which the substrate molecule exists primarily as a double-stranded nucleic acid linked by base-pairing interactions between the strands. , Meaning that it exists mainly as a single-stranded nucleic acid.

本明細書において、「配列変異」という用語は、2つの核酸の間における塩基配列の違いを意味する。例えば、野生型の構造遺伝子と、この野生型構造遺伝子の変異型は、一塩基置換、および/または、1個または複数のヌクレオチドの欠失または挿入があることで、配列に変化が生じることがある。これら2種類の構造遺伝子の型には、互いに配列が変化しているという。構造遺伝子の別の変異型も存在しうる。この別の変異型は、野生型および第一の変異型の両方から配列が変化しているという。   As used herein, the term “sequence variation” means a difference in base sequence between two nucleic acids. For example, a wild-type structural gene and a mutant form of this wild-type structural gene may change in sequence due to a single base substitution and / or deletion or insertion of one or more nucleotides. is there. These two types of structural genes are said to have different sequences. There may be other variants of the structural gene. This other variant is said to have changed sequence from both the wild type and the first variant.

本明細書において、「遊離」という用語は、例えば、5ヌクレアーゼなどの作用によって、遊離された断片が残りのオリゴヌクレオチドともはや共有結合しないように、オリゴヌクレオチドなど、より大きな核酸断片から核酸断片を遊離させることを意味する。   As used herein, the term “free” refers to the removal of a nucleic acid fragment from a larger nucleic acid fragment, such as an oligonucleotide, so that the released fragment is no longer covalently bound to the remaining oligonucleotide, for example by the action of 5 nucleases. Means free.

本明細書において、「Km」という用語は、酵素のミカエリス-メンテン(Michaelis-Menten)定数を意味し、所定の酵素が、酵素触媒反応において、最大速度の半分の速度が得られる、篤的の基質濃度と定義される。 As used herein, the term “K m ” refers to the Michaelis-Menten constant of an enzyme, and a given enzyme can achieve a rate that is half the maximum rate in an enzyme-catalyzed reaction. Substrate concentration.

本明細書において、「ヌクレオチド」という用語は、天然のヌクレオチドおよび/または合成オリゴヌクレオチド、ヌクレオチド類似体、およびヌクレオチド誘導体を含むが、これらに限定されない。例えば、この用語は、天然のDNAまたはRNAのモノマー;ペプチド核酸(PNA)(M. Egholmら、Nature 365: 566 [1993])、ホスホロチオネートDNA、ホスホロジチオネートDNA、ホスホラミダイトDNA、アミド結合型DNA、MMI-結合型DNA、2'-O-メチルRNA、アルファ-DNA、およびホスホネートDNAなど、骨格が修飾されているヌクレオチド;2'-O-メチルRNA、2'-フルオロRNA、2'-アミノRNA、2'-O-アルキルDNA、2'-O-アリールRNA、2'-O-アルキニルRNA、ヘキソースDNA、ピラノシルRNA、およびアンヒドロヘキシトールDNAなど、糖修飾されているヌクレオチド;ならびに、C-5置換されたピリミジン(フルオロ-、ブロモ-、クロロ-、ヨード-、メチル-、エチル-、ビニル-、ホルミル-、エチニル-、プロピニル-、アルキニル-、チアゾイル-、イミダゾリル-、ピリジル-などの置換基)、フルオロ-、ブロモ-、クロロ-、ヨード-、メチル-、エチル-、ビニル-、ホルミル-、アルキニル-、チアゾイル-、イミダゾリル-、ピリジル-を含むC-7置換基をもつ7-デアザプリン(deazapurine)、イノシン、およびジアミノプリンなどの塩基修飾されたヌクレオチドを含む。   As used herein, the term “nucleotide” includes, but is not limited to, natural nucleotides and / or synthetic oligonucleotides, nucleotide analogs, and nucleotide derivatives. For example, this term includes natural DNA or RNA monomers; peptide nucleic acids (PNA) (M. Egholm et al., Nature 365: 566 [1993]), phosphorothioate DNA, phosphorodithionate DNA, phosphoramidite DNA, amide Nucleotides with modified backbones such as conjugated DNA, MMI-conjugated DNA, 2'-O-methyl RNA, alpha-DNA, and phosphonate DNA; 2'-O-methyl RNA, 2'-fluoro RNA, 2 Nucleotides that are sugar modified, such as' -amino RNA, 2'-O-alkyl DNA, 2'-O-aryl RNA, 2'-O-alkynyl RNA, hexose DNA, pyranosyl RNA, and anhydrohexitol DNA As well as C-5 substituted pyrimidines (fluoro-, bromo-, chloro-, iodo-, methyl-, ethyl-, vinyl-, formyl-, ethynyl-, propynyl-, alkynyl-, thiazoyl-, imidazolyl-, Substituents such as pyridyl-), fluoro-, 7-deazapurine, inosine with C-7 substituents including lomo-, chloro-, iodo-, methyl-, ethyl-, vinyl-, formyl-, alkynyl-, thiazoyl-, imidazolyl-, pyridyl-, And base-modified nucleotides such as diaminopurine.

本明細書において、「塩基類似体」という用語は、7-デアザプリン(例えば、7-デアザ-アデニンおよび7-デアザグアニン);例えば、IsoC、IsoG、ならびに、その全部が参照として本明細書に組み入れられる米国特許第5,432,272号、第6,001,983号、第6,037,120号、第6,140,496号、第5,912,340号、第6,127,121号、および第6,143,877号記載のその他修飾された塩基およびヌクレオチドであるが、これらに限定されない不正規塩基対合などの相互作用の変化をもたらす修飾塩基;プリンまたはピリミジン環系に基づくヘテロ環塩基類似体、およびその他のヘテロ環塩基など、修飾された塩基は、例えば、などの修飾型または非天然型の塩基を意味する。ヌクレオチド類似体には塩基類似体などがあり、デオキシリボヌクレオチドおよびリボヌクレオチドの修飾型を含む。   As used herein, the term “base analog” refers to 7-deazapurines (eg, 7-deaza-adenine and 7-deazaguanine); eg, IsoC, IsoG, and all of which are incorporated herein by reference. Other modified bases and nucleotides as described in U.S. Pat.Nos. 5,432,272, 6,001,983, 6,037,120, 6,140,496, 5,912,340, 6,127,121, and 6,143,877 Modified bases that result in altered interactions such as pairings; heterocyclic base analogs based on purine or pyrimidine ring systems, and other heterocyclic bases, such as modified or unnatural forms Means base. Nucleotide analogs include base analogs and include modified forms of deoxyribonucleotides and ribonucleotides.

「多型遺伝子座」という用語は、集団の構成員間で変異を示す集団に存在する遺伝子座のことである(例えば、最も一般的な対立遺伝子の頻度は0.95未満である)。これに対し、「単形遺伝子座」は、集団の構成員間に変異がほとんど見られないか、全く見られない遺伝子座のことである(通常、集団の遺伝子プールにおいて最も一般的な対立遺伝子の頻度が0.95を超える遺伝子座と考えられている)。   The term “polymorphic locus” refers to a locus present in a population that exhibits variation among members of the population (eg, the most common allele frequency is less than 0.95). In contrast, “monomorphic loci” are loci with little or no variation between members of the population (usually the most common allele in the population's gene pool). Are considered loci with a frequency of> 0.95).

本明細書において、「微生物」という用語は、非常に小型のために裸眼では見えない生物を意味し、細菌、ウイルス、原生動物、真菌、および繊毛虫類などがあるが、これらに限定されない。   As used herein, the term “microorganism” means an organism that is so small that it cannot be seen with the naked eye, and includes, but is not limited to, bacteria, viruses, protozoa, fungi, and ciliates.

「微生物の遺伝子配列」という用語は、微生物に由来する遺伝子配列をいう。   The term “microorganism gene sequence” refers to a gene sequence derived from a microorganism.

「細菌」という用語は、真性細菌種および古細菌種などの細菌の種を意味する。   The term “bacteria” refers to bacterial species, such as true and archaeal species.

「ウイルス」という用語は、自律複製できない、非常に小型の偏性細胞内寄生体を意味する(すなわち、複製には宿主細胞の機構を必要とする)。   The term “virus” refers to a very small obligate intracellular parasite that cannot replicate autonomously (ie, replication requires host cell machinery).

「多剤耐性」という用語は、微生物の処理に用いられる抗生物質または抗菌剤の2種類以上に耐性の微生物を意味する。   The term “multi-drug resistant” refers to a microorganism that is resistant to two or more of the antibiotics or antimicrobial agents used to treat the microorganism.

本明細書および特許請求の範囲における「試料」という用語は、もっとも広義に使用されている。一方では、標本または培養物(微生物培養液)などを意味し、他方では、生物試料および環境試料の両方を含む意味である。試料には、合成による標本も含まれうる。   The term “sample” in the present specification and claims is used in the broadest sense. On the one hand, it means a specimen or a culture (microorganism culture solution), and on the other hand, it means to include both a biological sample and an environmental sample. Samples can also include synthetic specimens.

生物試料は、ヒトを含む動物、液体、固体(例えば、大便)、または組織などであり、また、乳産物、野菜、肉、肉の副製品、および廃棄物など、液体および固体の食物および飼料用製品、および原料である。生物試料は、家畜動物のさまざまな科のすべてから、また、有蹄動物、クマ、魚類、ウサギ、齧歯類などであるが、これらに限定されない、野生化した、または野生の動物から得ることができる。   Biological samples are animals, including humans, liquids, solids (eg, stool), or tissues, and liquid and solid foods and feeds such as dairy products, vegetables, meat, meat by-products, and waste Products, and raw materials. Biological samples should be obtained from all of the various families of livestock animals and from wilded or wild animals including but not limited to ungulates, bears, fish, rabbits, rodents, etc. Can do.

環境試料には、表面物質、土壌、水、および産業試料などの環境物質があり、また、食品および乳産物の加工器具、装置、設備、調理器具、使い捨てまたは使い捨てでない道具などから得られる試料が含まれる。これらの例は、本発明に応用可能な試料の種類を限定するものと解してはならない。   Environmental samples include environmental materials such as surface materials, soil, water, and industrial samples, and samples obtained from food and dairy processing tools, equipment, equipment, cookware, disposable or non-disposable tools, etc. included. These examples should not be construed as limiting the sample types applicable to the present invention.

「標的核酸の起源」という用語は、核酸(RNAまたはDNA)を含む試料を意味する。特に好ましい標的核酸起源には、血液、唾液、脳脊髄液、胸水、乳汁、リンパ液、痰、および精液が含まれるが、これらに限定されない。   The term “origin of target nucleic acid” means a sample containing nucleic acid (RNA or DNA). Particularly preferred target nucleic acid sources include, but are not limited to, blood, saliva, cerebrospinal fluid, pleural effusion, milk, lymph, sputum, and semen.

あるオリゴヌクレオチドが、他のオリゴヌクレオチド(または標的核酸)よりも高濃度で存在していれば、そのオリゴヌクレオチドは、もう一方のオリゴヌクレオチド(または標的核酸)に対して「過剰量」存在しているという。プローブオリゴヌクレオチドなどのオリゴヌクレオチドが、相補的な標的核酸配列の濃度に対して過剰量切断反応液中に存在しているとき、その反応液を用いて、存在する標的核酸の量を明らかにすることができる。一般的に、過剰量存在するというのは、プローブオリゴヌクレオチドが、モル濃度で100倍以上過剰に存在することで、一般的には、標的核酸配列が約10 fmole以下であれば、各1 pmoleのプローブオリゴヌクレオチドを使用することになると思われる。   If one oligonucleotide is present at a higher concentration than another oligonucleotide (or target nucleic acid), that oligonucleotide is present in an “excess” amount relative to the other oligonucleotide (or target nucleic acid). It is said. When an oligonucleotide, such as a probe oligonucleotide, is present in an excess cleavage reaction relative to the concentration of a complementary target nucleic acid sequence, that reaction is used to determine the amount of target nucleic acid present. be able to. In general, an excess is present because the probe oligonucleotide is present in excess of 100-fold at a molar concentration, typically 1 pmole each if the target nucleic acid sequence is about 10 fmole or less. Will be used.

第一および第二の標的核酸を「含んでいると思われる」試料は、標的核酸分子を含んでいるものと含んでいないものを両方とも含む。   Samples “suspected to contain” the first and second target nucleic acids include both those that do and do not contain the target nucleic acid molecule.

「電荷平衡(charge-balanced)」オリゴヌクレオチドという用語は、修飾されたオリゴヌクレオチドが電荷をもち、この修飾されたオリゴヌクレオチドを切断する(すなわち、短くなる)か伸長させると、生じた産物が、投入されたオリゴヌクレオチド(「電荷平衡」オリゴヌクレオチド)とは異なる電荷をもつようになるため、電荷によって、投入されたオリゴヌクレオチドと反応後のオリゴヌクレオチドとの分離が可能になるように修飾されたオリゴヌクレオチドを意味する。「電荷平衡」という用語は、修飾または平衡されたオリゴヌクレオチドが、正味の中性電荷をもつことを意味しない(しかし、そういう場合もありうる)。電荷平衡化とは、このオリゴヌクレオチド投入によって生じる特異的反応産物を、投入オリゴヌクレオチドからの電荷に基づいて分離するためにオリゴヌクレオチドを設計および修飾することを意味する。   The term “charge-balanced” oligonucleotide means that the modified oligonucleotide carries a charge, and when the modified oligonucleotide is cleaved (ie shortened) or extended, the resulting product becomes Because it has a different charge from the input oligonucleotide (“charge-balanced” oligonucleotide), the charge was modified to allow separation of the input oligonucleotide from the reacted oligonucleotide. Means oligonucleotide. The term “charge balance” does not mean that a modified or balanced oligonucleotide has a net neutral charge (although it may be). Charge balancing means designing and modifying the oligonucleotide to separate specific reaction products resulting from this oligonucleotide input based on the charge from the input oligonucleotide.

例えば、プローブオリゴヌクレオチドが

Figure 0005661071
という配列(すなわち、修飾塩基を含まない配列番号:136)をもち、プローブの切断が2位と3位の残基の間で起こるINVADERオリゴヌクレオチド特異的切断アッセイ法では、このオリゴヌクレオチドの電荷平衡した配列として考えられるのは、
Figure 0005661071
である。この修飾オリゴヌクレオチドは、正味で負に荷電している。切断後、以下のオリゴヌクレオチドが生成される:
Figure 0005661071
(配列番号:136の3〜22位の残基)。5'Cy3-アミノT-アミノ-T3'は、検出可能な成分(正に荷電したCy3色素)と2個のアミノ修飾塩基をもつ。このアミノ修飾塩基とCy3色素は、リン酸基によって生じる過剰な負の電荷を上回る正の電荷を与えるため、5'Cy3-アミノT-アミノ-T3'は正味の正電荷をもつ。残りの長い方の切断断片は、投入されたプローブと同様、正味の負電荷をもつ。5'Cy3-アミノT-アミノ-T3'断片は、電荷に基づいて、投入プローブ(電荷平衡化オリゴヌクレオチド)から分離できるため、電荷不平衡オリゴヌクレオチドという。長い方の切断産物は、電荷に基づいて、投入プローブ(電荷平衡化オリゴヌクレオチド)から分離することはできない。どちらのオリゴヌクレオチドも正味の負電荷をもつためである。したがって、長い方の切断産物は電荷不平衡オリゴヌクレオチドではない。 For example, the probe oligonucleotide
Figure 0005661071
In the INVADER oligonucleotide specific cleavage assay, where the probe cleavage occurs between residues 2 and 3 (ie, SEQ ID NO: 136 without the modified base), the charge balance of this oligonucleotide The possible arrangement is
Figure 0005661071
It is. This modified oligonucleotide is net and negatively charged. After cleavage, the following oligonucleotides are generated:
Figure 0005661071
(Residues at positions 3-22 of SEQ ID NO: 136). 5'Cy3-amino T-amino-T3 'has a detectable component (positively charged Cy3 dye) and two amino-modified bases. This amino-modified base and Cy3 dye give a positive charge over the excess negative charge caused by the phosphate group, so 5'Cy3-amino T-amino-T3 'has a net positive charge. The remaining longer cut fragment has a net negative charge, similar to the input probe. The 5'Cy3-amino T-amino-T3 'fragment is referred to as a charge unbalanced oligonucleotide because it can be separated from the input probe (charge balanced oligonucleotide) based on charge. The longer cleavage product cannot be separated from the input probe (charge-balanced oligonucleotide) based on charge. This is because both oligonucleotides have a net negative charge. Therefore, the longer cleavage product is not a charge unbalanced oligonucleotide.

修飾オリゴヌクレオチドなどのオリゴヌクレオチドについて用いられるとき、「正味の中性電荷(net neutral charge)」という用語は、所望の反応または分離条件下において存在する電荷(すなわち、チミジン上のR-NH3+基、シトシンのN3窒素、リン酸基の有無など)の和が本質的にゼロであることを示している。正味の中性電荷をもつオリゴヌクレオチドは、電場を移動しない。   When used with oligonucleotides, such as modified oligonucleotides, the term “net neutral charge” refers to the charge present under the desired reaction or separation conditions (ie, the R—NH 3+ group on thymidine, This shows that the sum of N3 nitrogen and the presence of phosphate groups in cytosine is essentially zero. Oligonucleotides with a net neutral charge do not move the electric field.

修飾オリゴヌクレオチドなどのオリゴヌクレオチドについて用いられるとき、「正味の正電荷(net positive charge)」という用語は、所望の反応または分離条件下において存在する電荷(すなわち、チミジン上のR-NH3+基、シトシンのN3窒素、リン酸基の有無など)の和が+1以上であることを意味する。正味の正電荷をもつオリゴヌクレオチドは、電場を陰極に向かって移動する。   When used with oligonucleotides such as modified oligonucleotides, the term “net positive charge” refers to the charge that exists under the desired reaction or separation conditions (ie, the R—NH 3+ group on thymidine, cytosine). The sum of N3 nitrogen and phosphate groups) is +1 or more. Oligonucleotides with a net positive charge move the electric field towards the cathode.

修飾オリゴヌクレオチドなどのオリゴヌクレオチドについて用いられるとき、「正味の負電荷(net negative charge)」という用語は、所望の反応または分離条件下において存在する電荷(すなわち、チミジン上のR-NH3+基、シトシンのN3窒素、リン酸基の有無など)の和が−1以下であることを意味する。正味の負電荷をもつオリゴヌクレオチドは、電場を陽極に向かって移動する。   When used with oligonucleotides such as modified oligonucleotides, the term “net negative charge” refers to the charge that exists under the desired reaction or separation conditions (ie, the R—NH 3+ group on thymidine, cytosine). The sum of N3 nitrogen and phosphate groups in the case of −1 or less. Oligonucleotides with a net negative charge move the electric field towards the anode.

「重合手段」または「重合因子」という用語は、オリゴヌクレオチドへのヌクレオシド三リン酸の付加を促進することのできる因子を意味する。好ましい重合手段にはDNAポリメラーゼおよびRNAポリメラーゼが含まれる。   The term “polymerization means” or “polymerization factor” means a factor that can facilitate the addition of a nucleoside triphosphate to an oligonucleotide. Preferred polymerization means include DNA polymerase and RNA polymerase.

「ライゲーション手段」または「ライゲーション因子」という用語は、ライゲーション(すなわち、核酸の二本の鎖の末端にある3'-OHと5'Pの間でホスホジエステル結合を形成すること)を促進することのできる因子を意味する。好適なライゲーション手段にはDNAリガーゼおよびRNAリガーゼが含まれる。   The term “ligation means” or “ligation factor” promotes ligation (ie, forming a phosphodiester bond between 3′-OH and 5′P at the ends of two strands of a nucleic acid). It means the factor that can. Suitable ligation means include DNA ligase and RNA ligase.

本明細書において、「反応剤」という用語は、最も広義の意味である。反応剤は、例えば、酵素的反応剤、化学的反応剤、または光(例えば、紫外光、特に短い波長の紫外光がオリゴヌクレオチド鎖を切断することが知られている)などである。オリゴヌクレオチドを短くする(すなわち、切断する)か伸長するために、オリゴヌクレオチドと反応することのできる因子は、「反応剤」という用語の範囲内に含まれる。   In this specification, the term “reactant” has the broadest meaning. The reactive agent is, for example, an enzymatic reactive agent, a chemical reactive agent, or light (for example, ultraviolet light, particularly ultraviolet light having a short wavelength is known to cleave oligonucleotide chains). Agents that can react with the oligonucleotide to shorten (ie, cleave) or extend the oligonucleotide are included within the term “reactant”.

本明細書において、「付加物」という用語は、オリゴヌクレオチドに付加することのできる化合物または因子を意味するために最広義で用いられる。付加物は、(正または負に)荷電していてもよく、または電荷が中性であってもよい。付加物は、共有結合または非共有結合によってオリゴヌクレオチドに付加される。付加物の例には、インドジカルボシアニン色素アミダイト、アミノ置換されたヌクレオチド、エチジウムブロマイド、エチジウムホモダイマー、(1,3-プロパンジアミノ)プロピジウム、(ジエチレントリアミノ)プロピジウム、チアゾールオレンジ、(N-N'-テトラメチル-1,3-プロパンジアミノ)プロピルチアゾールオレンジ、(N-N'-テトラメチル-1,2-エタンジアミノ)プロピルチアゾールオレンジ、チアゾールオレンジ-チアゾールオレンジホモダイマー(TOTO)、チアゾールオレンジ-チアゾールブルーヘテロダイマー(TOTAB)、チアゾールオレンジ-エチジウムヘテロダイマー1(TOED1)、チアゾールオレンジ-エチジウムヘテロダイマー2(TOED2)、およびフルオロセイン-エチジウムヘテロダイマー(FED)、ソラレン、ビオチン、ストレプトアビジン、アビジンなどがあるが、これらに限定されない。   As used herein, the term “adduct” is used in the broadest sense to mean a compound or factor that can be added to an oligonucleotide. The adduct may be charged (positively or negatively) or the charge may be neutral. Adducts are added to the oligonucleotide either covalently or non-covalently. Examples of adducts include indodicarbocyanine dye amidites, amino substituted nucleotides, ethidium bromide, ethidium homodimers, (1,3-propanediamino) propidium, (diethylenetriamino) propidium, thiazole orange, (N-N ' -Tetramethyl-1,3-propanediamino) propylthiazole orange, (N-N'-tetramethyl-1,2-ethanediamino) propylthiazole orange, thiazole orange-thiazole orange homodimer (TOTO), thiazole orange-thiazole blue Heterodimers (TOTAB), thiazole orange-ethidium heterodimer 1 (TOED1), thiazole orange-ethidium heterodimer 2 (TOED2), and fluorescein-ethidium heterodimer (FED), psoralen, biotin, streptavidin , But there is such as avidin, but are not limited to these.

第一のオリゴヌクレオチドが、標的核酸のある領域に相補的であり、第二のオリゴヌクレオチドが同じ領域(または、その領域の一部)に相補的であれば、標的核酸に上に「配列重複領域」が存在する。重複の程度は、相補性の性質によってさまざまであると考えられる(例えば、図29および67の領域「X」、ならびにそれに添付の考察を参照されたい)。   If the first oligonucleotide is complementary to a region of the target nucleic acid and the second oligonucleotide is complementary to the same region (or part of that region) An area exists. The degree of overlap may vary depending on the nature of complementarity (see, for example, region “X” in FIGS. 29 and 67, and the accompanying discussion).

本明細書において、「精製された」または「精製する」という用語は、試料から混入物を取り除くことを意味する。例えば、組換えCLEAVASEヌクレアーゼは細菌宿主細胞で発現され、宿主細胞のタンパク質を取り除くことで、このヌクレアーゼは精製される。それにより、このような組換えヌクレアーゼの割合が試料中で増加する。   As used herein, the term “purified” or “purify” means removing contaminants from a sample. For example, recombinant CLEAVASE nuclease is expressed in bacterial host cells and the nuclease is purified by removing host cell proteins. Thereby, the proportion of such recombinant nucleases is increased in the sample.

本明細書において、「組換えDNA分子」という用語は、分子生物学的技術によって結合されたDNAセグメントを含むDNA分子を意味する。   As used herein, the term “recombinant DNA molecule” means a DNA molecule comprising DNA segments joined by molecular biological techniques.

本明細書において、「組換えタンパク質」または「組換えポリペプチド」という用語は、組換えDNA分子から発現されるタンパク質分子を意味する。   As used herein, the term “recombinant protein” or “recombinant polypeptide” refers to a protein molecule that is expressed from a recombinant DNA molecule.

ここで、タンパク質について言われる場合(「所定のタンパク質の一部」などとして)、「一部」という用語は、そのタンパク質の断片を意味する。このような断片の大きさは、4アミノ酸残基から全アミノ酸配列から1個を引いたものまでである(例えば、4個、5個、6個、...、(n-1)個)。   Here, when said about a protein (as “a part of a given protein” etc.), the term “part” means a fragment of that protein. The size of such a fragment is from 4 amino acid residues to 1 minus the total amino acid sequence (eg, 4, 5, 6, ..., (n-1)) .

本明細書において、「核酸配列」という用語は、オリゴヌクレオチド、ヌクレオチド、またはポリヌクレオチド、および、その断片または一部、ならびに、一本鎖または二本鎖のゲノム由来または合成由来のDNAまたはRNAを意味し、センス鎖またはアンチセンス鎖を意味する。同様に、本明細書において、「アミノ酸配列」は、ペプチドまたはタンパク質の配列を意味する。   As used herein, the term “nucleic acid sequence” refers to oligonucleotides, nucleotides or polynucleotides, and fragments or portions thereof, as well as single or double stranded genomic or synthetic DNA or RNA. Meaning sense strand or antisense strand. Similarly, herein, “amino acid sequence” means a peptide or protein sequence.

本明細書において、「ペプチド核酸」(「PNA」)という用語は、天然の核酸に存在しうる塩基または塩基類似体であるが、一般的な核酸のように糖リン酸の骨格ではなく、ペプチド骨格に結合した塩基または塩基類似体を含む分子を意味する。このようなペプチドへの塩基の結合は、オリゴヌクレオチドと同様に、相補的な核酸塩基との塩基対合を可能にする。これらの低分子は、抗遺伝子因子とも名付けられているが、核酸の相補鎖に結合して転写産物が伸長するのを停止させる(Nielsenら、Anticancer Drug Des. 8:53-63[1993])。   As used herein, the term “peptide nucleic acid” (“PNA”) is a base or base analog that may be present in a natural nucleic acid, but is not a sugar phosphate backbone as in a general nucleic acid. Means a molecule comprising a base or base analog attached to a backbone. Such binding of bases to peptides allows base pairing with complementary nucleobases, similar to oligonucleotides. These small molecules, also named anti-gene factors, bind to the complementary strand of nucleic acids and stop the transcript from growing (Nielsen et al., Anticancer Drug Des. 8: 53-63 [1993]). .

本明細書において、「精製された」または「実質的に精製された」という用語は、核酸配列であってもアミノ酸配列であっても、自然環境から取り出されて単離または分離された分子を意味し、自然では共存している他の成分から少なくとも60%、好ましくは75%、最も好ましくは90%分離されている。したがって、「単離されたポリヌクレオチド」または「単離されたオリゴヌクレオチド」とは、実質的に精製されたポリヌクレオチドをいう。   As used herein, the term "purified" or "substantially purified" refers to a molecule that has been removed from the natural environment and isolated or separated, whether it is a nucleic acid sequence or an amino acid sequence. Means that it is at least 60%, preferably 75%, and most preferably 90% separated from other components that naturally coexist. Thus, an “isolated polynucleotide” or “isolated oligonucleotide” refers to a substantially purified polynucleotide.

本明細書において、「融合タンパク質」という用語は、外因性のタンパク質断片(非CLEAVASE BN/トロンビンヌクレアーゼタンパク質からなる融合相手)に結合した目的のタンパク質(例えば、CLEAVASE BN/トロンビンヌクレアーゼ、またはその一部)を含むキメラタンパク質を意味する。融合相手は、宿主細胞で発現された場合に、組換えキメラタンパク質(例えば、CLEAVASE BN/トロンビンヌクレアーゼ)の可溶性を高めることができたり、アフィニティータグ(例えば、his-タグ)を提供して、宿主細胞または培養上清から組換え融合タンパク質を精製するのを可能にしたり、または、この両方を可能にする。望ましい場合には、当技術分野において既知のさまざまな酵素的または化学的方法によって、目的のタンパク質(例えば、CLEAVASE BN/トロンビンヌクレアーゼ、またはその一部)を融合タンパク質から除去することもできる。   As used herein, the term “fusion protein” refers to a protein of interest (eg, CLEAVASE BN / thrombin nuclease, or a portion thereof) bound to an exogenous protein fragment (a fusion partner comprising a non-CLEAVASE BN / thrombin nuclease protein). ). The fusion partner can enhance the solubility of the recombinant chimeric protein (eg, CLEAVASE BN / thrombin nuclease) when expressed in the host cell, or provide an affinity tag (eg, his-tag) Allows purification of recombinant fusion protein from cells or culture supernatant, or allows both. If desired, the protein of interest (eg, CLEAVASE BN / thrombin nuclease, or a portion thereof) can be removed from the fusion protein by various enzymatic or chemical methods known in the art.

本明細書において、「キメラタンパク質」および「キメラ的タンパク質」という用語は、二種類以上の親タンパク質分子に由来するアミノ酸配列部分を含む一個のタンパク質を意味する。これらの親タンパク質分子は、遺伝子の起源を別にする類似タンパク質に由来するものでもよく、一つの生物に由来する異なったタンパク質でもよく、または、異なった生物に由来する異なったタンパク質でもよい。制限的でない例を示せば、本発明に係るキメラ構造特異的ヌクレアーゼは、FEN-1遺伝子をもつ二種類またはそれ以上の生物に由来するFEN-1遺伝子に由来するアミノ酸配列を混合したものであって、非天然型ヌクレアーゼを形成するように組み合わせられたものを含むことができる。本明細書において、「キメラ」という用語は、天然型遺伝子からの特定の寄与割合を示すものではなく、一部同士を組み合わせる方法を制限するものでもない。本明細書記載の試験法によって判定された切断活性をもつキメラ構造特異的ヌクレアーゼ構築物は、本発明の範囲内に含まれる改良型切断因子である。   As used herein, the terms “chimeric protein” and “chimeric protein” mean a single protein comprising amino acid sequence portions derived from two or more types of parent protein molecules. These parent protein molecules may be derived from similar proteins that differ from the origin of the gene, may be different proteins from one organism, or may be different proteins from different organisms. As a non-limiting example, the chimeric structure-specific nuclease according to the present invention is a mixture of amino acid sequences derived from FEN-1 genes derived from two or more organisms having the FEN-1 gene. Can be combined to form a non-natural nuclease. In the present specification, the term “chimera” does not indicate a specific contribution ratio from a natural gene, nor does it limit a method of combining parts of each other. Chimeric structure-specific nuclease constructs with cleavage activity as determined by the test methods described herein are improved cleavage factors that fall within the scope of the present invention.

本明細書において、「核酸の連続鎖」という用語は、連続し、共有結合した骨格構造をもつ、ニックやその他の破壊部分をもたない核酸の鎖を意味する。塩基対合しているか、一本鎖であるか、ミスマッチしているかなどの各ヌクレオチドの塩基部分の状態は、連続鎖を定義する上での要件ではない。連続鎖の骨格は、天然の被修飾核酸に見られるリボース-リン酸組成物またはデオキシリボース-リン酸組成物に限定されない。本発明に係る核酸は骨格の構造に、ホスホロチオネート残基、ホスホネート残基、2'置換リボース残基(例えば、2'-O-メチルリボース)、および別の糖(例えば、アラビノース)を含む残基などであるが、これらに限定されない修飾を含むことがある。   As used herein, the term “continuous strand of nucleic acid” refers to a strand of nucleic acid that has a continuous, covalently bonded backbone structure and has no nicks or other disruption moieties. The state of the base portion of each nucleotide, such as whether it is base paired, single stranded or mismatched, is not a requirement for defining a continuous strand. The continuous chain backbone is not limited to the ribose-phosphate or deoxyribose-phosphate composition found in naturally-modified nucleic acids. The nucleic acid according to the present invention includes a phosphorothioate residue, a phosphonate residue, a 2′-substituted ribose residue (for example, 2′-O-methylribose), and another sugar (for example, arabinose) in the structure of the backbone. It may include modifications including but not limited to residues that include.

本明細書において、「連続した二本鎖」という用語は、二本鎖内での塩基対合の進行に分断がない二本鎖核酸領域を意味する(すなわち、二本鎖上の塩基対合が変形して、連続した二本鎖の領域内でギャップ、隆起、またはミスマッチをもたない)。本明細書において、この用語は、二本鎖内での塩基対合の並び方を意味するだけで、核酸鎖の骨格部分の連続性を含意するものではない。中断なしに塩基対合しているが、一方の鎖または双方の鎖にニックをもつ二本鎖核酸も、連続した二本鎖の定義に含まれる。   As used herein, the term “continuous duplex” refers to a double-stranded nucleic acid region in which the progress of base pairing within the duplex is unbroken (ie, base pairing on the duplex). Is deformed and has no gaps, bumps, or mismatches within a continuous double-stranded region). In this specification, this term only means the way of base pairing in the duplex, and does not imply continuity of the backbone portion of the nucleic acid strand. Double-stranded nucleic acids that are base paired without interruption but nicked on one or both strands are also included in the definition of a continuous double strand.

「二本鎖」という用語は、一方の鎖上のヌクレオチドの塩基部分が、水素結合によって、他方の鎖上に配列した相補的塩基に結合している核酸の状態を意味する。二本鎖になる条件は、核酸の塩基の状態に影響を与える。塩基対合によって、核酸鎖は、主溝および副溝をもつ、二本鎖の三次構造を通常有する。らせん状態を採ることは、二本鎖化されるという作用に潜在するものである。   The term “double stranded” refers to the state of a nucleic acid in which the base portion of a nucleotide on one strand is bound by a hydrogen bond to a complementary base arranged on the other strand. The condition for becoming double-stranded affects the base state of the nucleic acid. By base pairing, the nucleic acid strand usually has a double stranded tertiary structure with a major and minor groove. Taking a helical state has the potential to be double-stranded.

「二本鎖依存型タンパク質結合」という用語は、二本鎖またはらせん状になった核酸に依存した、タンパク質の核酸への結合を意味する。   The term “double-strand dependent protein binding” refers to the binding of a protein to a nucleic acid, depending on the nucleic acid that is double-stranded or helical.

本明細書において、「二本鎖依存型タンパク質結合部位または領域」という用語は、特定の親和性をもって二本鎖依存型タンパク質が結合している、核酸内の不連続な領域または配列を意味する。これは、特異的な配列または部位とは殆ど関係なくクロマチンに結合するヒストンタンパク質などの部位特異的でない一般的な二本鎖依存型タンパク質とは全く異なるものである。   As used herein, the term “double-stranded dependent protein binding site or region” means a discrete region or sequence within a nucleic acid to which a double-stranded dependent protein is bound with a particular affinity. . This is quite different from general, non-site-specific double-stranded proteins such as histone proteins that bind to chromatin almost independently of the specific sequence or site.

本明細書において、「タンパク質結合領域」という用語は、配列または構造によって、特定のタンパク質またはタンパク質の分類群に結合していると同定された核酸領域を意味する。既知の配列と比較すると、このような領域と同定されるような遺伝子情報を含むが、実際の結合に必要な構造を持たないと思われる領域(例えば、二本鎖依存型核酸結合タンパク質部位の一本鎖)もこの定義に含まれる。本明細書において、「タンパク質結合領域」には、エンドヌクレアーゼ結合領域は含まれない。   As used herein, the term “protein binding region” refers to a nucleic acid region identified by a sequence or structure as being bound to a particular protein or class of proteins. A region that contains genetic information that is identified as such a region when compared to a known sequence, but does not appear to have the structure required for actual binding (eg, a double-stranded nucleic acid binding protein site Single strands) are also included in this definition. In the present specification, the “protein binding region” does not include an endonuclease binding region.

本明細書において、「完全に二本鎖のタンパク質結合領域」という用語は、二本鎖依存型タンパク質の結合活性またはその他の活性を可能にするために必要とされる、連続した二本鎖の最小っ領域を意味する。このような定義は、二本鎖依存型核酸結合タンパク質の中には、二本の一本鎖のいずれかに見られる正規のタンパク質結合領域よりは短いが、充分な活性をもって二本鎖領域と相互作用することのできるものがあるとの観察結果を包含するためである。すなわち、この領域内の1個または複数のヌクレオチドは、結合を抑制することなく、対合しないままでいることも可能である。本明細書において、「完全に二本鎖の結合領域」という用語は、結合機能を保持する最小の配列を意味する。そのような領域には、必ずしも同時にではないが、複数の位置で二本鎖でない配列を受け入れることのできる領域があるため、単一のタンパク質結合領域は、二本鎖になると完全なタンパク質結合能をもつという複数の部分領域をもつ可能性もある。   As used herein, the term “fully double-stranded protein binding region” refers to a continuous double-stranded protein that is required to allow binding or other activity of a double-stranded dependent protein. It means the smallest area. Such a definition is that some double-stranded nucleic acid binding proteins are shorter than the normal protein binding region found in one of the two single strands, but with sufficient activity, This is to include the observation that there is something that can interact. That is, one or more nucleotides in this region can remain unpaired without inhibiting binding. As used herein, the term “fully double-stranded binding region” means the smallest sequence that retains the binding function. Such regions include regions that can accept sequences that are not necessarily double-stranded at multiple positions, but not necessarily simultaneously, so that a single protein-binding region becomes fully protein-binding when double-stranded. There is also a possibility of having a plurality of partial areas.

「鋳型」という用語は、鋳型依存型核酸ポリメラーゼの活性によって、その上でヌクレオシド三リン酸から相補的なコピーが構築される核酸鎖を意味する。二本鎖の中では、鋳型は、通常、「下側」の鎖として図示および記載される。同様に、鋳型でない鎖は、しばしば、「上側」の鎖として図示および記載される。   The term “template” refers to a nucleic acid strand on which a complementary copy is constructed from a nucleoside triphosphate by the activity of a template-dependent nucleic acid polymerase. Within the duplex, the template is typically illustrated and described as the “lower” strand. Similarly, non-template strands are often illustrated and described as “upper” strands.

「鋳型依存型RNAポリメラーゼ」という用語は、上記の鋳型鎖を複製することによって、新しいRNA鎖を作出するが、鋳型のないところではRNAを合成しない核酸ポリメラーゼを意味する。これは、末端デオキシヌクレオチジルトランスフェラーゼまたはポリAポリメラーゼなどのように、鋳型を参照することなく核酸を合成または伸長する鋳型非依存型核酸ポリメラーゼの活性と対極のものである。   The term “template-dependent RNA polymerase” means a nucleic acid polymerase that produces a new RNA strand by replicating the above-described template strand, but does not synthesize RNA where there is no template. This is opposite to the activity of template-independent nucleic acid polymerases that synthesize or extend nucleic acids without reference to the template, such as terminal deoxynucleotidyl transferase or poly A polymerase.

「ARRESTOR分子」という用語は、1個または複数の反応成分にその後の作用または反応を行わせないようにするために、侵襲的切断反応に付加するか含ませる因子を意味する。これは、何らかの反応成分を隔離または不活性化すること(例えば、核酸成分を結合または塩基対合させることによって、またはタンパク質成分に結合させること)によって行なうことができる。「ARRESTORオリゴヌクレオチド」という用語は、何らかの反応(例えば、第一の反応、および/またはその後の反応または作用;の1個以上の側面を停止させるため、侵襲的切断反応に含ませるオリゴヌクレオチドを意味するが、ARRESTORオリゴヌクレオチドを特定の反応または反応工程に制限するものではない)。これは、何らかの反応成分を隔離すること(例えば、別の核酸に塩基対合させるか、またはタンパク質成分に結合させること)によって行なうことができる。しかし、本用語は、反応成分が隔離された状態だけに限定されるものではない。   The term “ARRESTOR molecule” refers to an agent that is added to or included in an invasive cleavage reaction in order to prevent one or more reaction components from undergoing a subsequent action or reaction. This can be done by sequestering or inactivating any reaction component (eg, by binding or base-pairing a nucleic acid component, or by binding to a protein component). The term “ARRESTOR oligonucleotide” means an oligonucleotide that is included in an invasive cleavage reaction to stop one or more aspects of any reaction (eg, a first reaction, and / or a subsequent reaction or action). However, ARRESTOR oligonucleotides are not limited to specific reactions or reaction steps). This can be done by sequestering any reaction component (eg, base pairing to another nucleic acid or binding to a protein component). However, the term is not limited to the state in which the reaction components are isolated.

本明細書において、「キット」という用語は、物質を送達するための送達システムを意味する。反応アッセイ法に関しては、このような送達システムには、反応試薬(例えば、適当な容器に入れたオリゴヌクレオチドや酵素など)および/または支持物質(例えば、緩衝液、アッセイを行うための操作指示書など)を一つの場所から別の場所に保存、移動または送達することを可能にするシステムを意味する。例えば、キットには、関連反応試薬および/または支持物質を含む1個または複数の封入物(例えば、箱)などがある。本明細書において、「部分キット」という用語は、各々が全キット構成成分の一部を含む2個またはそれ以上の別々の容器を含む送達システムを意味する。これらの容器は、一緒または別々に受領者に送るためのものである。例えば、第一の容器は、アッセイに用いる酵素を含み、第二の容器にはオリゴヌクレオチドを入れることも可能である。「部分キット」という用語は、食品医薬品化粧品連邦法(Federal Food, Drug, and Cosmetic Act)の第520条(e)項によって規制されている分析物特異的試薬(ASR)を含むキットを包含するが、これらに限定されない。実際、各々が全キット構成成分の一部を含む2個またはそれ以上の別々の容器を含む送達システムも、「部分キット」という用語に含まれる。これに対し、「併合キット」は、反応アッセイ法の構成成分すべてが1個の容器に入った送達システムである(例えば、所望の成分がそれぞれ入った1個の箱)。「キット」という用語は、部分キットと併合キットの両方を含む。   As used herein, the term “kit” refers to a delivery system for delivering a substance. With respect to reaction assays, such delivery systems include reaction reagents (eg, oligonucleotides or enzymes in suitable containers) and / or support materials (eg, buffers, operating instructions for performing the assay). Etc.) means a system that allows storage, movement or delivery from one place to another. For example, the kit includes one or more enclosures (eg, boxes) that contain relevant reaction reagents and / or support materials. As used herein, the term “part kit” means a delivery system that includes two or more separate containers, each containing a portion of the total kit components. These containers are for sending together or separately to the recipient. For example, the first container can contain the enzyme used in the assay, and the second container can contain the oligonucleotide. The term “partial kit” encompasses kits that contain an analyte-specific reagent (ASR) that is regulated by section 520 (e) of the Federal Food, Drug, and Cosmetic Act. However, it is not limited to these. Indeed, a delivery system comprising two or more separate containers, each containing a portion of the total kit component, is also included in the term “part kit”. In contrast, a “combination kit” is a delivery system in which all the components of a reaction assay are contained in a single container (eg, a box with each desired component). The term “kit” includes both partial kits and combined kits.

本明細書において、「機能ドメイン」という用語は、タンパク質(例えば、酵素)の機能的な特徴を提供する、タンパク質の一領域、または領域の一部である。例えば、酵素の機能ドメインは、基質結合能および触媒活性を含むが、これらに限定されない一種類以上の酵素活性を、直接または間接的に提供することができる。機能ドメインは、機能ドメイン内の1個または複数のアミノ酸を変異させることによって特徴づけることができる、すなわち、アミノ酸の変異によって関連する機能性が変化するため、機能ドメインの存在が示される。   As used herein, the term “functional domain” is a region of a protein, or a portion of a region, that provides a functional characteristic of a protein (eg, an enzyme). For example, the functional domain of an enzyme can directly or indirectly provide one or more types of enzyme activity, including but not limited to substrate binding ability and catalytic activity. A functional domain can be characterized by mutating one or more amino acids within the functional domain, i.e., the associated functionality is altered by an amino acid mutation, indicating the presence of the functional domain.

本明細書において、「異種性機能ドメイン」という用語は、タンパク質の機能ドメインであって、その本来の環境にないものを意味する。例えば、異種性機能ドメインは、他の酵素に導入されたある酵素の機能ドメインを含む。異種性機能ドメインは、何らかの方法(例えば、変異を加えられる、複数のコピーに付加されるなど)によって改変されているタンパク質の本来の機能ドメインも含む。異種性機能ドメインは、複数の連続的なアミノ酸を含むことができ、または、アミノ酸断片である離れたアミノ酸を2個またはそれ以上(例えば、非異種性の介在配列を有する2個またはそれ以上のアミノ酸または断片)含むこともできる。異種性機能ドメインは、異種性アミノ酸は、自然では天然のアミノ酸配列に会合しているのが見られないアミノ酸配列、または自然には存在しないタンパク質の一部に会合しているアミノ酸配列に結合しているか、それを含むため、内因性の機能ドメインから区別することができる。   As used herein, the term “heterologous functional domain” means a functional domain of a protein that is not in its original environment. For example, a heterologous functional domain includes the functional domain of one enzyme introduced into another enzyme. A heterologous functional domain also includes the native functional domain of a protein that has been modified by some method (eg, mutated, added to multiple copies, etc.). A heterologous functional domain can comprise a plurality of contiguous amino acids, or two or more separated amino acids that are amino acid fragments (eg, two or more having non-heterologous intervening sequences). Amino acids or fragments). A heterologous functional domain binds a heterologous amino acid to an amino acid sequence that is not found to be associated with a naturally occurring amino acid sequence in nature, or is associated with a portion of a protein that does not occur in nature. Can be distinguished from the endogenous functional domain.

本明細書において、「核酸切断アッセイ法における機能性の変化」という用語は、酵素の特徴で、何らかの形で改変されて、自然の状態とは異なっている(例えば、自然での存在様式とは異なっている)特徴を意味する。改変には、異種性機能ドメインの付加(例えば、突然変異、またはキメラタンパク質の作出など)があるが、これに限定されない。いくつかの態様において、改変された酵素の特徴は、核酸切断アッセイ法において酵素効率が改善するという特徴であってもよい。改善の種類は、ヌクレアーゼ活性の向上(例えば、反応速度の向上)、基質結合の改善(例えば、所望の結果[例えば、より高い特異性、より高い基質交替(substrate turnover)など]を所持させる特定の核酸種[例えば、RNAまたはDNA]の結合を強化または低下させること)、およびバックグラウンド特異性の向上(例えば、望ましくない生成物が産生されるのを減らすこと)などであるが、これらに限定されない。本発明は、機能性の改善を調べるために使用される核酸切断アッセイ法によって制限を受けるものではない。しかし、本発明のいくつかの態様において、侵襲的切断アッセイ法を核酸切断アッセイ法として用いることができる。一定の具体的な態様において、RNA標的を利用する侵襲的切断アッセイ法を、核酸切断アッセイ法として使用することができる。   As used herein, the term “change in functionality in a nucleic acid cleavage assay” is a characteristic of an enzyme that is altered in some way and differs from its natural state (eg Means different) features. Modifications include, but are not limited to, addition of heterologous functional domains (eg, mutation, or creation of chimeric proteins). In some embodiments, the characteristics of the modified enzyme may be that improved enzyme efficiency in a nucleic acid cleavage assay. Types of improvement are specific to possessing improved nuclease activity (eg, increased reaction rate), improved substrate binding (eg, higher specificity, higher substrate turnover, etc.) Such as enhancing or reducing the binding of certain nucleic acid species [eg, RNA or DNA], and improving background specificity (eg, reducing the production of undesirable products), etc. It is not limited. The present invention is not limited by the nucleic acid cleavage assay used to examine improved functionality. However, in some embodiments of the invention, invasive cleavage assays can be used as nucleic acid cleavage assays. In certain specific embodiments, invasive cleavage assays that utilize RNA targets can be used as nucleic acid cleavage assays.

ここで、ポリペプチド配列に関する「N末端」および「C末端」という用語は、それぞれ、ポリペプチドのN末側領域およびC末側領域の部分を含むポリペプチド領域を意味する。ポリペプチドのN末側領域部分を含む配列は、主にポリペプチド鎖のN末側半分を含む配列であるが、そのような配列に限定されない。例えば、N末側配列は、ポリペプチドのN末側またはC末側の半分の両方を含む塩基を含むポリペプチド配列の内部部位を含むこともできる。同様のことがC末側領域にも言える。N末側領域およびC末側領域は、それぞれ、ポリペプチドのN末端およびC末端の最末端を規定するアミノ酸を含むことができるが、それを含むことは必要ではない。   Here, the terms “N-terminal” and “C-terminal” with respect to a polypeptide sequence mean a polypeptide region comprising a portion of the N-terminal region and C-terminal region of the polypeptide, respectively. The sequence including the N-terminal region of the polypeptide is a sequence mainly including the N-terminal half of the polypeptide chain, but is not limited to such a sequence. For example, the N-terminal sequence can also include an internal site of a polypeptide sequence that includes bases that include both the N-terminal or C-terminal half of the polypeptide. The same is true for the C-terminal region. The N-terminal region and the C-terminal region can include, but need not include, the amino acids that define the N-terminal and C-terminal extreme ends of the polypeptide, respectively.

発明の説明
緒言
本発明は、核酸を処理するための方法および組成物、特に、核酸配列および配列における変異を検出し、その特徴を調べる方法および組成物に関する。
DESCRIPTION OF THE INVENTION Introduction The present invention relates to methods and compositions for processing nucleic acids, and in particular to methods and compositions for detecting and characterizing nucleic acid sequences and mutations in the sequences.

好ましい態様において、本発明は、部位特異的に核酸の切断構造を方法に関する。本発明はさまざまな切断因子を提供し、いくつかの態様において、本発明は、核酸合成活性を妨げることなく、5'ヌクレアーゼ活性をもつ切断酵素に関する。別の態様において、本発明は、改変されたポリメラーゼおよび/またはヌクレオチドの活性を有する新規のポリメラーゼ(例えば、熱安定性ポリメラーゼ)を提供する。   In a preferred embodiment, the present invention relates to a method for nucleic acid cleavage structure in a site-specific manner. The present invention provides various cleavage factors, and in some embodiments, the present invention relates to cleavage enzymes with 5 ′ nuclease activity without interfering with nucleic acid synthesis activity. In another aspect, the present invention provides novel polymerases (eg, thermostable polymerases) having modified polymerase and / or nucleotide activity.

例えば、いくつかの態様において、本発明は、天然の熱安定性DNAポリメラーゼのDNA合成活性とは異なる改変されたDNA合成活性を示す熱安定性DNAポリメラーゼに由来する5'ヌクレアーゼを提供する。このポリメラーゼの5'ヌクレアーゼ活性は、合成活性が低下または失われても維持される。このような5'ヌクレアーゼは、妨害となる合成活性が存在しないところで、核酸の構造特異的切断を触媒することができる。切断反応の間に合成活性が存在しなければ、均一なサイズの核酸切断産物が得られる。   For example, in some embodiments, the present invention provides a 5 ′ nuclease derived from a thermostable DNA polymerase that exhibits altered DNA synthesis activity that differs from the DNA synthesis activity of natural thermostable DNA polymerase. The 5 'nuclease activity of this polymerase is maintained even if synthetic activity is reduced or lost. Such 5 ′ nucleases can catalyze structure-specific cleavage of nucleic acids in the absence of interfering synthetic activity. If there is no synthetic activity during the cleavage reaction, a nucleic acid cleavage product of uniform size is obtained.

本発明に係るヌクレアーゼの新規の特性は、特異的核酸配列を検出する方法の基礎を形成する。本方法は、現在の特異的標的配列検出法のように標的配列そのものを増幅することに依存するのではなく、検出分子の増幅に依存する。   The novel properties of the nuclease according to the present invention form the basis of a method for detecting specific nucleic acid sequences. This method does not depend on amplifying the target sequence itself as in the current specific target sequence detection method, but on the amplification of the detection molecule.

DNAポリメラーゼ(DNAP)は、大腸菌、サーマス属の好熱細菌、およびその他の生物から単離され、新しいDNA鎖を合成する酵素である。既知のDNAPのいくつかは、酵素の合成活性の他、関連するヌクレアーゼ活性を含む。   DNA polymerase (DNAP) is an enzyme that is isolated from E. coli, thermophilic bacteria of the genus Thermus, and other organisms to synthesize new DNA strands. Some of the known DNAPs contain related nuclease activity in addition to the enzyme synthesis activity.

DNAPでは、DNA鎖の5'末端および3'末端からヌクレオチドを除去するものが知られている(Kornberg, DNA複製(DNA Replication)、W.H. Freeman and Co., San Francisco, pp. 127-139 [1980])。これらのヌクレアーゼ活性は、通常、それぞれ5'エキソヌクレアーゼおよび3'エキソヌクレアーゼと呼ばれる。例えば、いくつかのDNAPのN末端ドメインに位置する5'エキソヌクレアーゼ活性は、DNA複製過程でのラギング鎖合成の間にRNAプライマーを除去したり、修復過程で損傷を受けたヌクレオチドを除去することに関与する。大腸菌DNAポリメラーゼ(DNAPEcI)など、DNAPの中には、DNA合成過程におけるプルーフリーディングに関与する3'エキソヌクレアーゼ活性も有するものがある(Kornberg、前掲)。   DNAP is known to remove nucleotides from the 5 ′ and 3 ′ ends of DNA strands (Kornberg, DNA Replication, WH Freeman and Co., San Francisco, pp. 127-139 [1980 ]). These nuclease activities are usually referred to as 5 'exonuclease and 3' exonuclease, respectively. For example, 5 'exonuclease activity located in the N-terminal domain of some DNAPs removes RNA primers during lagging strand synthesis during DNA replication or removes damaged nucleotides during repair Involved in. Some DNAPs, such as E. coli DNA polymerase (DNAPEcI), also have 3 ′ exonuclease activity that is involved in proofreading during the DNA synthesis process (Kornberg, supra).

サーマス・アクアティカスから単離されたDNAPは、Taq DNAポリメラーゼ(DNAP Taq)と名付けられ、5'エキソヌクレアーゼをもつが、機能的な3'エキソヌクレアーゼ分解ドメインをもたない(TindallおよびKunkell, Biochem., 27: 6008 [1988])。DNAPEcIおよびDNAP Taqの誘導体は、それぞれクレノウ断片およびストッフェル断片と呼ばれ、酵素的操作または遺伝子操作の結果、5'エキソヌクレアーゼドメインを欠失している(Brutlagら、Biochem. Biophys. Res. Commun., 37: 982 [1969]; Erlichら、Science 252: 1643 [1991]; SetlowおよびKornberg, J. Biol. Chem., 247: 232 [1972])。   DNAP isolated from Thermus aquaticus, named Taq DNA polymerase (DNAP Taq), has a 5 'exonuclease but no functional 3' exonucleolytic domain (Tindall and Kunkell, Biochem ., 27: 6008 [1988]). Derivatives of DNAPEcI and DNAP Taq are referred to as Klenow and Stoffel fragments, respectively, and lack the 5 ′ exonuclease domain as a result of enzymatic or genetic manipulation (Brutlag et al., Biochem. Biophys. Res. Commun. 37: 982 [1969]; Erlich et al., Science 252: 1643 [1991]; Setlow and Kornberg, J. Biol. Chem., 247: 232 [1972]).

DNAP Taqの、5'エキソヌクレアーゼ活性には、同時に合成が起こる必要があることが報告されている(Gelfand、「PCR技術- DNA増幅の原理と応用(PCR Technology- Principles and Applications for DNA Amplification)」、H.A. Erlich, [編], Stockton Press, New York, p. 19 [1989])。DNAPEcIおよびDNAP Taqの5'エキソヌクレアーゼによる分解産物はモノヌクレオチドが大部分であるが、短いオリゴヌクレオチド(≦12ヌクレオチド)も見られる。このことは、これらいわゆる5'エキソヌクレアーゼがエンドヌクレアーゼ的に機能できることを示唆している(Setlow前掲;Hollandら、Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88: 7276 [1991])。   It has been reported that the 5 'exonuclease activity of DNAP Taq requires simultaneous synthesis (Gelfand, "PCR Technology- Principles and Applications for DNA Amplification") HA Erlich, [ed.], Stockton Press, New York, p. 19 [1989]). The degradation products of DNAPEcI and DNAP Taq by 5 ′ exonuclease are mostly mononucleotides, but short oligonucleotides (≦ 12 nucleotides) are also observed. This suggests that these so-called 5 'exonucleases can function endonucleolytically (Setlow supra; Holland et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88: 7276 [1991]).

国際公開公報第92/06200号において、Gelfandらは、熱安定性DNAポリメラーゼの5'エキソヌクレアーゼ活性の好適な基質は置換された一本鎖DNAであることを明らかにしている。好適なエキソヌクレアーゼ切断部位は二重らせん領域中のホスホジエステル結合であるというホスホジエステル結合の加水分解が、置換された一本鎖DNAと二重らせん状DNAとの間で起こる。したがって、通常DNAPに関連する、この5'エキソヌクレアーゼ活性は、構造依存的一本鎖エンドヌクレアーゼであり、より正確には、5'ヌクレアーゼと呼ばれる。エキソヌクレアーゼは、核酸分子の末端からヌクレオチド分子を切断する酵素である。他方、エンドヌクレアーゼは、末端部位ではなく内部にある核酸分子を切断する酵素である。いくつかの熱安定性DNAポリメラーゼヌクレアーゼ活性は、エンドヌクレアーゼのような切断を行なうが、切断には、切断される分子の5'末端との接触が必要である。従って、これらのヌクレアーゼは5'ヌクレアーゼと称される。   In WO 92/06200, Gelfand et al. Reveal that a suitable substrate for the 5 ′ exonuclease activity of thermostable DNA polymerase is a substituted single-stranded DNA. Hydrolysis of the phosphodiester bond occurs between the displaced single stranded DNA and the double helical DNA, with the preferred exonuclease cleavage site being the phosphodiester bond in the double helix region. Thus, this 5 ′ exonuclease activity, usually associated with DNAP, is a structure-dependent single-stranded endonuclease and more precisely called a 5 ′ nuclease. An exonuclease is an enzyme that cleaves a nucleotide molecule from the end of a nucleic acid molecule. On the other hand, an endonuclease is an enzyme that cleaves a nucleic acid molecule inside rather than at a terminal site. Some thermostable DNA polymerase nuclease activities result in endonuclease-like cleavage, which requires contact with the 5 ′ end of the molecule to be cleaved. These nucleases are therefore referred to as 5 'nucleases.

5'ヌクレアーゼ活性が真性細菌のA型DNAポリメラーゼに関連するとき、このタンパク質のN末端側3分の1の領域に独立して機能するドメインがあることが見出されている。この分子のC末端側3分の2の領域は、DNA合成に関与する重合ドメインを構成する。A型DNAポリメラーゼには、分子のC末端側3分の2の領域に伴う3'エキソヌクレアーゼ活性をもつものもある。   When 5 'nuclease activity is associated with eubacterial type A DNA polymerase, it has been found that there is an independently functioning domain in the N-terminal third region of this protein. The two-thirds region of the C-terminal side of this molecule constitutes a polymerization domain involved in DNA synthesis. Some type A DNA polymerases have the 3 ′ exonuclease activity associated with the two thirds of the C-terminal side of the molecule.

DNAPの5'エキソヌクレアーゼ活性および重合活性は、ポリメラーゼ分子のタンパク質切断または遺伝子操作によって分離することができる。DNAPEcIのクレノウ断片またはタンパク質分解大断片は、ポリメラーゼ活性と3'エキソヌクレアーゼ活性を含むが、5'ヌクレアーゼ活性をもたない。DNAP Taqのストッフェル断片(DNAPStf)は、ポリメラーゼ分子のN末端側289アミノ酸を欠失させる遺伝子操作によって5'ヌクレアーゼをもたない(Erlichら、Science 252: 1643 [1991])。国際公開公報第92/06200号には、レベルを改変された5'から3'へのヌクレアーゼをもつ熱安定性DNAPを開示している。米国特許第5,108,892号は、5'から3'へのヌクレアーゼをもたないサーマス・アクアティカスDNAPを開示している。合成活性の量が低下した熱安定性DNAポリメラーゼが利用可能であり(サードウエーブテクノロジーズ社(Third Wave Technologies)、ウィスコンシン州マディソン(Madison, WI))、米国特許第5,541,311号、第5,614,402号、第5,795,763号、第5,691,142号および第5,837,450号に開示されている。これらの文献は、その全部が参照として本明細書に組み入れられる。本発明は、熱安定性A型DNAポリメラーゼに由来する5'ヌクレアーゼであって、5'ヌクレアーゼ活性は保持しているが、合成活性が低下しているか、それを持たない5'ヌクレアーゼを提供する。酵素の合成活性を5'ヌクレアーゼ活性から切り離すことが可能なことは、5'ヌクレアーゼ活性には、以前報告されていたように、DNA合成が同時に行なわれることは必要ではないことを証明している(Gelfand, PCR技術、前掲)。   The 5 'exonuclease activity and polymerization activity of DNAP can be separated by proteolytic cleavage or genetic manipulation of the polymerase molecule. The Klenow fragment or proteolytic large fragment of DNAPEcI contains polymerase activity and 3 ′ exonuclease activity but does not have 5 ′ nuclease activity. The Stoffel fragment of DNAP Taq (DNAPStf) does not have a 5 'nuclease by genetic manipulation to delete the N-terminal 289 amino acids of the polymerase molecule (Erlich et al., Science 252: 1643 [1991]). WO 92/06200 discloses a thermostable DNAP with a modified 5 ′ to 3 ′ nuclease. US Pat. No. 5,108,892 discloses a Thermus aquaticus DNAP without a 5 ′ to 3 ′ nuclease. Thermostable DNA polymerases with reduced amounts of synthetic activity are available (Third Wave Technologies, Madison, Wis.), US Pat. Nos. 5,541,311, 5,614,402, 5,795,763 No. 5,691,142 and 5,837,450. These documents are incorporated herein by reference in their entirety. The present invention provides a 5 ′ nuclease derived from a thermostable type A DNA polymerase, which retains 5 ′ nuclease activity but has reduced or no synthetic activity. . The ability to decouple enzyme synthesis activity from 5 'nuclease activity proves that 5' nuclease activity does not require DNA synthesis to occur simultaneously as previously reported. (Gelfand, PCR technology, supra).

上記した真性細菌のDNAポリメラーゼIタンパク質の5'エキソヌクレアーゼドメイン以外にも、5'ヌクレアーゼは、バクテリオファージ、真核生物、および古細菌にも関係することが発見されている。全体として、この仲間の酵素はすべて、配列類似性の程度が限られているにも関わらず、非常によく似た基質特異性を示す。結果的に、本発明に係る方法において使用するのに適した酵素は、多様な起源から単離または派生させることができる。   In addition to the 5 ′ exonuclease domain of the eubacterial DNA polymerase I protein described above, 5 ′ nucleases have also been found to be involved in bacteriophages, eukaryotes, and archaea. Overall, all of this family of enzymes show very similar substrate specificity despite a limited degree of sequence similarity. As a result, enzymes suitable for use in the method according to the invention can be isolated or derived from a variety of sources.

大腸菌Pol Iの5'エキソヌクレアーゼドメインに対し機能的な類似性をもつ哺乳動物の酵素が、30年ほど前に単離された(Lindahlら、Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 62(2): 597-603 [1969])。その後、真核生物および古細菌に由来するフラップエンドヌクレアーゼ(FEN1)と呼ばれる、この酵素群のさらに別のメンバーが、配列類似性は限られているにも関わらず、ほぼ同一の構造特異的活性をもつことが示された(HarringtonおよびLieber、Embo J 13(5), 1235-48 [1994]; Muranteら、J. Bio. Chem 269(2), 1191-6 [1994]; Robinsら、J. Bio. Chem 269(46), 28535-8 [1994]; Hosfieldら、J. Bio. Chem 273(42), 27154-61 [1998])。FEN1酵素、および真性細菌および関連するバクテリオファージの酵素の基質特異性を調べたところ、すべての酵素で類似していることが分かった(Lyamichevら、Science 260 (5109), 778-83 [1993]; HarringtonおよびLieber、前掲;Muranteら、前掲;Hosfield、前掲;Raoら、 J. Bacteriol. 180(20), 5406-12 [1998];, Bhagwatら、J. Bio. Chem 272(45), 28523-30 [1997]; GarforthおよびSayers, Nucleic Acids Res. 25(19), 3801-7 [1997])。   A mammalian enzyme with functional similarity to the 5 ′ exonuclease domain of E. coli Pol I was isolated about 30 years ago (Lindahl et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 62 (2 ): 597-603 [1969]). Later, another member of this group of enzymes, called the flap endonuclease (FEN1) from eukaryotes and archaea, has almost the same structure-specific activity despite limited sequence similarity. (Harrington and Lieber, Embo J 13 (5), 1235-48 [1994]; Murante et al., J. Bio. Chem 269 (2), 1191-6 [1994]; Robins et al., J Bio. Chem 269 (46), 28535-8 [1994]; Hosfield et al., J. Bio. Chem 273 (42), 27154-61 [1998]). Examination of the substrate specificity of the FEN1 enzyme and the enzymes of eubacteria and related bacteriophages revealed that all enzymes were similar (Lyamichev et al., Science 260 (5109), 778-83 [1993] Harrington and Lieber, supra; Murante et al., Supra; Hosfield, supra; Rao et al., J. Bacteriol. 180 (20), 5406-12 [1998] ;, Bhagwat et al., J. Bio. Chem 272 (45), 28523 -30 [1997]; Garforth and Sayers, Nucleic Acids Res. 25 (19), 3801-7 [1997]).

成形された基質を用いて、上記に引用した研究の多くが、これらのヌクレアーゼは、切断に際してギャップを残すと判断したため、著者らは、とすれば、ポリメラーゼはギャップを埋めてライゲーション可能なニックを作り出すはずだと考えるに至った。その他数多くの5'ヌクレアーゼが、同一または類似したフラップ基質の切断後にギャップまたは重複を残すことが明らかになっている。それ以来、基質の上流と下流の二本鎖の間に重複がある場合には、構造特異的5'-エキソヌクレアーゼは、切断後にニックを残すと考えられている(Kaiserら、J. Biol. Chem. 274(30): 21387-21394 [1999])。数塩基の重複配列を有する二本鎖は、分枝点移動によってさまざまなコンホメーションをとりうるが、上流鎖の3'末端にある最後のヌクレオチドが対合していないコンホメーションである場合に、切断速度は、上流プライマーの末端がA、C、G、またはTのいずれであっても本質的に同じ速度で切断が起きると考えられた。最適な切断をもたらすのは、配列の重複というよりは、上流プライマーの3'末端と下流二本鎖の間の位置的な重複であると考えられた。切断後これらの酵素にニックを残させることに加えて、重複部の一塩基によって、基質に重複部がないときと較べると数桁速い速度で酵素による切断が起きる(Kaiserら、前掲)。   Using a shaped substrate, many of the studies cited above have determined that these nucleases leave gaps upon cleavage, so the authors assume that the polymerase fills the gap and can be ligated. It came to think that it should make. Numerous other 5 'nucleases have been shown to leave gaps or duplications after cleavage of the same or similar flap substrate. Since then, structure-specific 5'-exonucleases are thought to leave nicks after cleavage if there is an overlap between the upstream and downstream duplexes of the substrate (Kaiser et al., J. Biol. Chem. 274 (30): 21387-21394 [1999]). Double strands with overlapping bases of several bases can adopt various conformations by branch point migration, but the last nucleotide at the 3 'end of the upstream strand is an unpaired conformation In addition, it was considered that the cleavage rate was essentially the same regardless of whether the end of the upstream primer was A, C, G, or T. It was thought that it was the positional overlap between the 3 ′ end of the upstream primer and the downstream duplex, rather than the sequence overlap, that resulted in optimal cleavage. In addition to leaving these enzymes nicked after cleavage, a single base of the overlap causes cleavage by the enzyme several orders of magnitude faster than when the substrate has no overlap (Kaiser et al., Supra).

下記の5'ヌクレアーゼは、本明細書に記載した方法のいくつかの態様に適用することができる。本発明に係る方法において具体的に利用できる5'ヌクレアーゼには、サーマス・アクアティカス、サーマス・フラバス、サーマス・サーモフィラス、サーマス・フィリフォルミス、およびサーマス・スコトダクタスを含むサーマス種由来のポリメラーゼ、および改変ポリメラーゼがあるが、これらに限定されない。特に、RNA標的鎖を含む侵襲的切断構造をもつDNA部分の切断を利用する検出アッセイ法において改良された効率を示す改変ポリメラーゼが好ましい。   The following 5 ′ nucleases can be applied to some embodiments of the methods described herein. Specific examples of 5 ′ nucleases that can be used in the method according to the present invention include polymerases derived from thermus species including thermus aquaticus, thermus flavus, thermus thermophilus, thermus filiformis, and thermus scottodactus, and modifications. There are, but are not limited to, polymerases. In particular, modified polymerases that exhibit improved efficiency in detection assays that utilize cleavage of DNA moieties with invasive cleavage structures that contain RNA target strands are preferred.

メタノコッカス・ヤンナシイ、メタノバクテリウム・サーモオートトロフィカム、アルカエグロブス・ベネフィカス、スルフォロバス・ソルファタリカス、ピロバクラム・アエロフィルム、テルモコッカス・リトラリス、アルカエグロブス・プロフンダス、アシディアヌス・ブリエルリイ、アシディアヌス・アムビバレンス、デスルフォロコッカス・アミロリティカス、デスルフォロコッカス・モビリス、ピロディクティウム・ブロキイ、テルモコッカス・ジルリギイ、テルモコッカス・ゴルゴナリウス、メタノピラス・カンドレリ、メタノコッカス・イグネウス、ピロコッカス・ホリコシイ、およびアエロピルム・ペルニクスのFENヌクレアーゼであるが、これらに限定されない一種類または複数のFENヌクレアーゼの部位を含むキメラポリメラーゼが応用可能であろうが、特に好ましいFEN1酵素は、キメラのアルカエグロブス・フルギダスおよびピロコッカス・フリオサスである。特に好ましくは、RNA標的鎖を含む侵襲的切断構造をもつDNA部分の切断を利用する検出アッセイ法において改良された効率を示す改変ポリメラーゼである。   Methanococcus jannasii, methanobacterium thermoautotrophic cam, alkaegrobus beneficus, sulpholobus solfatalicas, pyrobacrum aerofilm, thermococcus litoralis, alkaecrobus profundas, asidianus briberlii, assidian ambivalence Desulfococcus amylolyticus, Desulfococcus mobilis, Pyrodictium brochii, Thermococcus gilligii, Thermococcus gorgonarius, Methanopiras candreri, Methanococcus igneuus, Pyrococcus horicosii, and Aeropirum A chimeric polymer containing one or more FEN nuclease sites, but not limited to, a Pernicus FEN nuclease. Over zero will be applied, but particularly preferred FEN1 enzymes are Arukaegurobusu fulgidus and Pyrococcus furiosus chimeric. Particularly preferred are modified polymerases that exhibit improved efficiency in detection assays that utilize cleavage of DNA moieties with invasive cleavage structures that contain RNA target strands.

本発明の詳細な説明を以下の項で開示する。
I.INVADER特異的切断アッセイ法における、5'ヌクレアーゼを用いた特異的核酸配列の検出
II.侵襲的切断反応の産物を連続する侵襲的切断反応に取り込むことによるシグナル増強
III.連続侵襲的切断反応における、シグナルおよびバックグラウンドに対するARRESTORオリゴヌクレオチドの効果
IV.RNA標的を含むINVADERオリゴヌクレオチド特異的切断反応において使用する改良された酵素
V.RNA標的のINVADERアッセイ法による検出のための反応設計
VI.RNA INVADERアッセイ法を行なうためのキット、ならびに
VII.特異的RNA分析物を直接に検出および測定するためのINVADERアッセイ法
A detailed description of the invention is disclosed in the following sections.
I. Detection of specific nucleic acid sequences using 5 'nucleases in INVADER-specific cleavage assays
II. Signal enhancement by incorporating products of invasive cleavage reactions into successive invasive cleavage reactions
III. Effect of ARRESTOR oligonucleotides on signal and background in a continuous invasive cleavage reaction
IV. Improved enzyme for use in INVADER oligonucleotide-specific cleavage reactions involving RNA targets
V. Reaction design for detection of RNA targets by INVADER assay
VI. A kit for performing the RNA INVADER assay, and
VII. INVADER assay for direct detection and measurement of specific RNA analytes

I.INVADER特異的切断アッセイ法における、5'ヌクレアーゼを用いた特異的核酸配列の検出
1.INVADERアッセイ法の反応設計
本発明は、標的核酸の存在によって決定される核酸の切断構造を形成し、特徴的な切断産物が遊離するように核酸の切断構造を切断するための方法を提供する。例えば、5'ヌクレアーゼ活性を用いて標的依存型切断構造を切断すると、得られた切断産物は、試料中に特異的標的核酸配列が存在することの指標となる。核酸の二本の鎖、またはオリゴヌクレオチドの両鎖が標的核酸鎖にハイブリダイズして、下記のように、重複した侵襲的切断構造を形成すると、侵襲的切断が起こりうる。切断因子(例えば、5'ヌクレアーゼ)と上流のオリゴヌクレオチドとの相互作用によって、切断因子に、特徴的な切断産物が産生されるような方法で、内部部位で下流オリゴヌクレオチドを切断させることができる。このような態様は、INVADERアッセイ法(サードウエーブテクノロジーズ社(Third Wave Technologies))と名付けられており、米国特許出願第5,846,717号、第5,985,557号、第5,994,069号、第6,001,567号および第6,090,543号、ならびに国際公開公報第97/27214号および国際公開公報第98/42873号に記載されている。これらの文献は、その全体が参照として本明細書に組み入れられる。
I. Detection of specific nucleic acid sequences using 5 'nucleases in INVADER-specific cleavage assays
1. INVADER Assay Reaction Design The present invention provides a method for cleaving a nucleic acid cleavage structure to form a nucleic acid cleavage structure determined by the presence of a target nucleic acid and release a characteristic cleavage product. For example, when a target-dependent cleavage structure is cleaved using 5 ′ nuclease activity, the resulting cleavage product is an indication that a specific target nucleic acid sequence is present in the sample. Invasive cleavage can occur when two strands of nucleic acid or both strands of an oligonucleotide hybridize to a target nucleic acid strand to form an overlapping invasive cleavage structure, as described below. Interaction of a cleaving factor (eg, 5 'nuclease) with an upstream oligonucleotide can cause the cleaving factor to cleave the downstream oligonucleotide at an internal site in such a way that a characteristic cleavage product is produced. . Such an embodiment has been named INVADER assay (Third Wave Technologies), and U.S. Patent Applications 5,846,717, 5,985,557, 5,994,069, 6,001,567 and 6,090,543, and It is described in International Publication No. 97/27214 and International Publication No. 98/42873. These documents are incorporated herein by reference in their entirety.

本発明は、さらに、温度周期を使用したり(すなわち、標的核酸鎖を定期的に変性するため)、または核酸合成をする(すなわち、標的またはプローブ核酸鎖の重合を利用した置換)必要なしに、オリゴヌクレオチドプローブとのハイブリダイゼーションとプローブの切断を何回も行いながら、標的核酸を再使用または再利用するアッセイ法を提供する。標的鎖上でプローブを連続的に置き換えるという条件下で切断反応を行なうと(すなわち、プローブ-プローブ置換によって、もしくはプローブ/標的の会合と解離の間の平衡によって、または、これらのメカニズムを含む組み合わせによって[Reybnaldoら、J. Mol. Biol. 97:511 (2000)])、多数のプローブが一つの標的にハイブリダイズすることができ、多数の切断と多数の切断産物の生成が可能となる。   The present invention further eliminates the need to use temperature cycling (ie, to periodically denature target nucleic acid strands) or to synthesize nucleic acids (ie, substitution utilizing polymerization of target or probe nucleic acid strands). Provided is an assay that reuses or reuses a target nucleic acid while performing multiple hybridization with an oligonucleotide probe and cleaving the probe. When the cleavage reaction is performed under the condition that the probe is continuously displaced on the target strand (ie, by probe-probe displacement or by the equilibrium between probe / target association and dissociation, or a combination involving these mechanisms) [Reybnaldo et al., J. Mol. Biol. 97: 511 (2000)]), multiple probes can hybridize to one target, allowing multiple cleavages and production of multiple cleavage products.

標的核酸鎖への相補性の程度によっては、オリゴヌクレオチドは標的の特異的領域を規定すると言うことができる。侵襲的切断構造において、2種類のオリゴヌクレオチドは、互いに隣り合う標的領域(すなわち、それらの間に、余分な標的配列を持たない領域)を規定したり、それにハイブリダイズする。オリゴヌクレオチドのいずれか、または両方が、標的鎖に相補的でない余分な部位を含むことができる。隣接してハイブリダイズすることに加えて、侵襲的切断構造形成するためには、上流オリゴヌクレオチドの3'末端が付加的部分を含まなければならない。両方のオリゴヌクレオチドが標的鎖にハイブリダイズしてある構造を形成し、そのような3'末端部分が、上流オリゴヌクレオチド上のその構造内に存在するとき、オリゴヌクレオチドは重複すると言うことができ、この構造は重複、または侵襲的切断構造ということができる。   Depending on the degree of complementarity to the target nucleic acid strand, it can be said that the oligonucleotide defines a specific region of the target. In an invasive cleavage structure, the two oligonucleotides define or hybridize to adjacent target regions (ie, regions that do not have extra target sequence between them). Either or both oligonucleotides can contain extra sites that are not complementary to the target strand. In addition to hybridizing adjacent, in order to form an invasive cleavage structure, the 3 ′ end of the upstream oligonucleotide must contain an additional portion. When both oligonucleotides hybridize to the target strand to form a structure and such 3 ′ end portion is present in that structure on the upstream oligonucleotide, it can be said that the oligonucleotides overlap, This structure can be referred to as an overlapping or invasive cutting structure.

一つの態様において、侵襲的切断構造の3'部分は単一のヌクレオチドである。この態様では、3'部分はいかなるヌクレオチドであってもよい(すなわち、標的鎖に相補的でもよいが、そうである必要はない)。好ましい態様において、3'部分は、標的鎖に相補的な単一のヌクレオチドである。別の態様において、3'部分はヌクレオチド様化合物である(すなわち、ヌクレオチド類似体、または有機環状化合物など、ヌクレオチドに類似した化学的性質をもつ部分;例えば、米国特許第5,985,557号を参照のこと)。さらに別の態様において、3'部分は、下流オリゴヌクレオチドのハイブリダイズする領域の5'末端に存在する1個または複数のヌクレオチドを順序正しく複製する1個または複数のヌクレオチドである。更なる態様において、3'部分のヌクレオチドを複製した配列の後ろには、下流オリゴヌクレオチド配列をさらに複製したものではなく、別のヌクレオチドである単一のヌクレオチドが続いている。さらに別の態様において、3'部分のヌクレオチドの複製された配列の後ろには、上記したようなヌクレオチド様化合物が存在する。   In one embodiment, the 3 ′ portion of the invasive cleavage structure is a single nucleotide. In this embodiment, the 3 ′ portion can be any nucleotide (ie, it can be complementary to the target strand, but need not be). In a preferred embodiment, the 3 ′ moiety is a single nucleotide that is complementary to the target strand. In another embodiment, the 3 ′ moiety is a nucleotide-like compound (ie, a nucleotide analog, or a moiety having chemical properties similar to nucleotides, such as an organic cyclic compound; see, eg, US Pat. No. 5,985,557) . In yet another embodiment, the 3 ′ moiety is one or more nucleotides that in sequence replicate one or more nucleotides present at the 5 ′ end of the hybridizing region of the downstream oligonucleotide. In a further embodiment, the sequence that replicated the 3 ′ portion of the nucleotide is followed by a single nucleotide that is another nucleotide, rather than a further replica of the downstream oligonucleotide sequence. In yet another embodiment, there is a nucleotide-like compound as described above after the replicated sequence of nucleotides at the 3 ′ portion.

下流オリゴヌクレオチドは、標的核酸鎖にハイブリダイズする領域の両末端に結合した付加的部分を持つことができるが、持つ必要はない。好ましい態様において、下流オリゴヌクレオチドは、その5'末端での部分を含む(すなわち、5'部分)。特に好ましい態様において、該5'部分は、標的核酸鎖に相補的でない塩基配列を含む5'フラップまたはアームである。   The downstream oligonucleotide can have, but need not, have additional moieties attached to both ends of the region that hybridizes to the target nucleic acid strand. In a preferred embodiment, the downstream oligonucleotide comprises a portion at its 5 ′ end (ie, a 5 ′ portion). In particularly preferred embodiments, the 5 'moiety is a 5' flap or arm comprising a base sequence that is not complementary to the target nucleic acid strand.

重複した切断構造が形成されると、この構造に特異的なヌクレアーゼ(すなわち、この構造を形成する核酸の塩基配列を認識することではなく、この構造を認識することによって、重複構造中の1個または複数の核酸を切断するヌクレアーゼ)によって認識され切断される。このようなヌクレアーゼは、「構造特異的ヌクレアーゼ」と言われる。いくつかの態様において、構造特異的ヌクレアーゼは5'ヌクレアーゼである。好ましい態様において、構造特異的ヌクレアーゼは、DNAポリメラーゼの5'ヌクレアーゼである。別の好ましい態様において、5'ヌクレアーゼをもつDNAポリメラーゼは合成能をもたない。別の好ましい態様において、5'ヌクレアーゼはFEN-1エンドヌクレアーゼである。特に好ましい態様において、5'ヌクレアーゼは熱安定性である。   When an overlapping cleavage structure is formed, a nuclease specific to this structure (ie, by recognizing this structure rather than recognizing the base sequence of the nucleic acid that forms this structure, one of the overlapping structures) Alternatively, it is recognized and cleaved by a nuclease that cleaves a plurality of nucleic acids. Such nucleases are referred to as “structure-specific nucleases”. In some embodiments, the structure-specific nuclease is a 5 ′ nuclease. In a preferred embodiment, the structure-specific nuclease is a 5 ′ nuclease of DNA polymerase. In another preferred embodiment, the DNA polymerase with the 5 ′ nuclease is not capable of synthesis. In another preferred embodiment, the 5 ′ nuclease is a FEN-1 endonuclease. In particularly preferred embodiments, the 5 ′ nuclease is thermostable.

いくつかの態様において、該構造特異的ヌクレアーゼは、下流オリゴヌクレオチドを選択的に切断する。好ましい態様において、下流オリゴヌクレオチドは、重複構造内の標的にハイブリダイズしている領域の5'末端のヌクレオチドを切断される。構造特異的ヌクレアーゼによっていずれかの位置で重複構造が切断されると、核酸の一部または断片が遊離され、これを「切断産物」という。   In some embodiments, the structure-specific nuclease selectively cleaves downstream oligonucleotides. In a preferred embodiment, the downstream oligonucleotide is cleaved at the 5 ′ terminal nucleotide of the region hybridizing to the target in the overlapping structure. When the overlapping structure is cleaved at any position by the structure-specific nuclease, a part or fragment of the nucleic acid is released, and this is called “cleavage product”.

いくつかの態様において、重複構造の切断は、構造内の1個または複数の核酸が、この構造から解離する(すなわち、ハイブリダイズ解除、または融解する)条件下で行なわれる。一つの態様において、ある切断構造の全部または一部の解離は、標的核酸がさらに別の1個または複数の重複切断構造を形成することを可能にする。好ましい態様において、この最初の切断構造は部分的に解離する。特に好ましい態様において、切断されたオリゴヌクレオチドだけが、最初の切断構造から解離して、同じオリゴヌクレオチドの別のコピーによって置換される。いくつかの態様において、該解離は、1個または複数のオリゴヌクレオチドがそれ以上標的にハイブリダイズできないように温度を上昇させることによって誘導される。別の態様において、該解離は、オリゴヌクレオチドの切断によって、その反応条件では標的鎖に結合することができない切断産物のみを産生することによって生じる。好ましい態様において、条件は、切断の有無に関わらず、ヌクレオチドが標的鎖に会合(すなわち、ハイブリダイズ)するか、標的鎖から解離でき、オリゴヌクレオチドが切断構造の重複部分の一部として標的にハイブリダイズしたときに切断される条件を選択する。特定の好ましい態様において、重複構造部分の一部となったときに切断されるオリゴヌクレオチドのコピー数が、標的核酸鎖のコピー数を上回り、最初の切断構造体が解離したときに、標的鎖がオリゴヌクレオチドの切断されたコピーと会合するよりも、オリゴヌクレオチドの本来のコピーと会合する可能性の方が高くなるのに十分な量となる条件を選択する。   In some embodiments, cleavage of the overlapping structure is performed under conditions where one or more nucleic acids within the structure dissociate (ie, dehybridize or melt) from the structure. In one embodiment, the dissociation of all or part of a cleavage structure allows the target nucleic acid to form yet another one or more overlapping cleavage structures. In a preferred embodiment, this initial cleavage structure is partially dissociated. In a particularly preferred embodiment, only the cleaved oligonucleotide is dissociated from the original cleavage structure and replaced by another copy of the same oligonucleotide. In some embodiments, the dissociation is induced by increasing the temperature such that no more than one oligonucleotide can hybridize to the target. In another embodiment, the dissociation occurs by cleaving the oligonucleotide to produce only cleavage products that cannot bind to the target strand under the reaction conditions. In preferred embodiments, the conditions are such that the nucleotide associates (ie hybridizes) with the target strand or can be dissociated from the target strand with or without cleavage, and the oligonucleotide hybridizes to the target as part of the overlapping portion of the cleavage structure. Select the conditions for cutting when soyed. In certain preferred embodiments, the number of copies of the oligonucleotide that is cleaved when it becomes part of the overlapping structure portion exceeds the copy number of the target nucleic acid strand, and the target strand is Conditions are selected that are sufficient to be more likely to associate with the original copy of the oligonucleotide than to associate with the cleaved copy of the oligonucleotide.

いくつかの態様において、重複をもたない構造を認識し、切断することができる構造特異的ヌクレアーゼによって切断を行なう。好ましい態様において、重複をもつ構造を切断する速度に較べて、重複をもたない核酸構造の切断速度の方が低いという構造特異的ヌクレアーゼによって切断を行なう。特に好ましい態様において、重複をもつ構造を切断する速度に較べて、重複をもたない核酸構造の切断速度が1%よりも遅い構造特異的ヌクレアーゼによって切断を行なう。   In some embodiments, the cleavage is performed by a structure-specific nuclease that can recognize and cleave non-overlapping structures. In a preferred embodiment, the cleavage is performed by a structure-specific nuclease that has a lower rate of cleavage of non-overlapping nucleic acid structures than the rate of cleavage of overlapping structures. In a particularly preferred embodiment, the cleavage is carried out with a structure-specific nuclease whose cleavage rate of non-overlapping nucleic acid structures is slower than 1% compared to the rate of cleavage of overlapping structures.

いくつかの態様において、重複切断構造の切断を検出することが望ましい。検出は、切断産物の解析、または残った切断されていない核酸の解析によって行なうことができる。便宜上、以下では、切断産物の解析について説明するが、当業者においては、これらの方法が、侵襲的切断反応において非切断の核酸の解析にも容易に適用できることが理解されよう。核酸、核酸断片またはオリゴヌクレオチドを解析するための、当技術分野において既知の方法を、切断産物の検出に適用することができる。   In some embodiments, it is desirable to detect the cleavage of overlapping cleavage structures. Detection can be performed by analysis of cleavage products or analysis of remaining uncleaved nucleic acids. For convenience, the analysis of cleavage products is described below, but those skilled in the art will appreciate that these methods can be readily applied to the analysis of non-cleavable nucleic acids in an invasive cleavage reaction. Methods known in the art for analyzing nucleic acids, nucleic acid fragments or oligonucleotides can be applied to the detection of cleavage products.

一つの態様において、切断産物は、それらに含まれる、例えば、各原子、反応基の特定の種類、またはヌクレオチドの各塩基などの化学物質含有量によって同定することができる(Chargaffら、J. Biol. Chem. 177: 405 [1949])。このような方法で、切断産物を、それを切断によって遊離させる長い核酸、または別の核酸から区別することが可能になる。   In one embodiment, cleavage products can be identified by the chemical content contained therein, for example, each atom, a particular type of reactive group, or each base of a nucleotide (Chargaff et al., J. Biol Chem. 177: 405 [1949]). In this way, it becomes possible to distinguish the cleavage product from a long nucleic acid that liberates it by cleavage, or from another nucleic acid.

別の態様において、切断産物は、長さ、質量、電荷、または電荷対質量の比などがあるが、これらに限定されない具体的な物理学的属性によって区別することができる。さらに別の態様において、切断産物は、溶液中での回転速度、電気泳動による移動速度、遠心分離における沈降速度、MALDI-TOF質量分析法における飛行時間、クロマトグラフィーにおける移動速度もしくはその他の挙動、相補的な核酸からの融解温度、または溶液からの沈殿可能性などがあるが、これらに限定されない物理学的属性に関係した挙動によって区別することができる。   In another aspect, cleavage products can be distinguished by specific physical attributes such as, but not limited to, length, mass, charge, or charge to mass ratio. In yet another embodiment, the cleavage product is a rotational speed in solution, a migration speed by electrophoresis, a sedimentation speed in centrifugation, a time of flight in MALDI-TOF mass spectrometry, a migration speed or other behavior in chromatography, complementary It can be distinguished by behavior related to physical attributes such as, but not limited to, melting temperature from typical nucleic acids, or precipitation potential from solution.

切断産物の検出は、標識の遊離によって行なうことができる。このような標識は、一種類以上の色素、32Pまたは35Sなどの放射性標識、ビオチンなどの結合成分、金属イオンまたは化学基などの質量タグ、ポリアミンまたは荷電色素などの電荷タグ、ジゴキシゲニンなどのハプテン、発光性、リン光性、および蛍光発生性の成分、ならびに、蛍光色素単独、または蛍光共鳴エネルギー転移(FRET)、または衝突蛍光エネルギー移動などによって発光スペクトルを抑制またはシフトさせることができる成分と併用した蛍光色素などがあるが、これらに限定されない。 Cleavage product can be detected by release of the label. Such labels include one or more dyes, radioactive labels such as 32 P or 35 S, binding components such as biotin, mass tags such as metal ions or chemical groups, charge tags such as polyamines or charged dyes, digoxigenin, etc. Haptens, luminescent, phosphorescent, and fluorogenic components, and components that can suppress or shift the emission spectrum by fluorescent dyes alone, or by fluorescence resonance energy transfer (FRET), or collisional fluorescence energy transfer, etc. Although there are fluorescent dyes used in combination, it is not limited to these.

いくつかの態様において、切断産物の解析には、例えば、電気泳動、ハイブリダイズもしくは支持体への選択的結合、またはMALDI-TOFなどの質量分析法による物理的な分析や分離がある。別の態様において、この解析は、FRETに基づく解析法におけるような、切断に誘導される蛍光の変化、または蛍光偏光解析における溶液中での核酸回転速度の切断に誘導される蛍光の変化を検出するような、物理学的分析法または分離法を行なわずに実施することができる。   In some embodiments, analysis of cleavage products includes physical analysis and separation by, for example, electrophoresis, selective hybridization or hybridization to a support, or mass spectrometry such as MALDI-TOF. In another embodiment, the analysis detects a change in fluorescence induced by cleavage, as in a FRET-based analysis method, or a change in fluorescence induced by cleavage of nucleic acid rotation rate in solution in fluorescence polarization analysis. It can be carried out without physical analysis or separation methods.

切断産物は、引き続き、オリゴヌクレオチドを利用することができる反応または読み出し法で使用することができる。このような反応は、ライゲーション、鋳型非依存型核酸ポリメラーゼによる尾部付加、および鋳型依存型核酸ポリメラーゼによるプライマー伸長などの修飾反応があるが、それらに限定されない。切断産物の修飾は、1個または複数の標識または結合成分の付加、質量の変更、特異的配列の付加などの目的で、または、切断産物の解析を容易にしたり、または別の副産物、切断反応の結果の解析を容易にするなど別の目的で行うことができる。   The cleavage product can then be used in reactions or readout methods that can utilize oligonucleotides. Such reactions include, but are not limited to, modification reactions such as ligation, tail addition by template-independent nucleic acid polymerase, and primer extension by template-dependent nucleic acid polymerase. The modification of the cleavage product can be done for the purpose of adding one or more labels or binding components, changing the mass, adding specific sequences, etc., or to facilitate analysis of the cleavage product, or another byproduct, cleavage reaction This can be done for other purposes such as facilitating analysis of the results.

切断産物の解析は、切断産物そのものを修飾しないその後の工程や反応を含むこともできる。例えば、切断産物を用いて、インビボでの転写を行わせることができるプロモーター、または別のタンパク質結合部位などの機能的構造を完成させることができる。解析には、完成された機能的構造を用いること、または、その機能を実行させる工程が含まれる。1個または複数の切断産物を用いて、重複する切断構造を完成させ、それによって、その生成物を検出できたり、その生成物がさらなる切断反応への関与など、本明細書記載のいずれかの方法によって用いられる、その後の切断反応が可能になる。   Analysis of the cleavage product can also include subsequent steps or reactions that do not modify the cleavage product itself. For example, the cleavage product can be used to complete a functional structure such as a promoter capable of performing transcription in vivo, or another protein binding site. The analysis includes using the completed functional structure or performing the function. One or more cleavage products can be used to complete an overlapping cleavage structure, thereby detecting the product, or the product being involved in further cleavage reactions, etc. Subsequent cleavage reactions used by the method are possible.

侵襲的切断反応の特定の好ましい態様は以下の説明に記載されている。いくつかの態様において、本発明に係る方法は、標的核酸と相互作用して、構造特異的ヌクレアーゼに対する切断構造を形成するオリゴヌクレオチドを少なくとも一組使用する。いくつかの態様において、この切断構造は、i)一本鎖または二本鎖の標的核酸(二本鎖標的核酸を用いるときには、例えば、熱処理によって、一本鎖にすることができる);ii)「プローブ」と称される第一のオリゴヌクレオチドであって、標的核酸配列の第一の領域に相補的であることによって該領域を規定するオリゴヌクレオチド;iii)「INVADERオリゴヌクレオチド」と称される第二のオリゴヌクレオチドであって、その5'部位が第一の標的領域の下流に隣接していて、同じ標的核酸配列の第二の領域を規定し、この第二の部分が、第一のオリゴヌクレオチドによって規定される領域と重複する第二のオリゴヌクレオチドを含む。   Certain preferred embodiments of the invasive cleavage reaction are described in the following description. In some embodiments, the methods according to the invention use at least one set of oligonucleotides that interact with a target nucleic acid to form a cleavage structure for a structure-specific nuclease. In some embodiments, the cleavage structure is: i) a single-stranded or double-stranded target nucleic acid (when a double-stranded target nucleic acid is used, it can be made single-stranded, for example, by heat treatment); ii) A first oligonucleotide referred to as a “probe” that defines the region by being complementary to the first region of the target nucleic acid sequence; iii) referred to as an “INVADER oligonucleotide” A second oligonucleotide, whose 5 ′ site is adjacent downstream of the first target region and defines a second region of the same target nucleic acid sequence, the second part comprising It includes a second oligonucleotide that overlaps the region defined by the oligonucleotide.

本態様におけるこれらのオリゴヌクレオチドの結合は、標的核酸を、プローブのみに相補性を有する領域、INVADERオリゴヌクレオチドのみに相補性を有する領域、および両方のオリゴヌクレオチドに相補性を有する領域という3つの別々の領域に分割すると考えられる。上記したように、本発明のいくつかの態様において、重複は、重複する相補的塩基以外の部分を含むことができる。このように、いくつかの態様において、INVADERオリゴヌクレオチドとプローブオリゴヌクレオチドの間には物理的な重複はあるが、配列の重複はない。すなわち、後者の態様においては、両方のオリゴヌクレオチドに対して相補性を有する標的核酸領域は存在しない。   The binding of these oligonucleotides in this embodiment is achieved by dividing the target nucleic acid into three separate regions: a region that is complementary only to the probe, a region that is complementary only to the INVADER oligonucleotide, and a region that is complementary to both oligonucleotides. It is thought that it is divided into areas. As noted above, in some aspects of the invention, the overlap can include portions other than overlapping complementary bases. Thus, in some embodiments, there is a physical overlap between the INVADER oligonucleotide and the probe oligonucleotide, but no sequence overlap. That is, in the latter embodiment, there is no target nucleic acid region having complementarity to both oligonucleotides.

a)オリゴヌクレオチドの設計
これらのオリゴヌクレオチド(すなわち、INVADERオリゴヌクレオチドとプローブ)の設計は、当技術分野において標準的な方法を用いて行なわれる。例えば、得られたオリゴヌクレオチドがそれ自体で折り畳まれたり、標的核酸に結合しないで互いにハイブリダイズするような自己相補性のある配列は通常用いない。
a) Oligonucleotide design The design of these oligonucleotides (ie, INVADER oligonucleotides and probes) is performed using standard methods in the art. For example, sequences that are self-complementary such that the resulting oligonucleotides fold themselves or hybridize to each other without binding to the target nucleic acid are usually not used.

これらのオリゴヌクレオチドの長さを選ぶ条件の一つは、標的核酸を含む試料の複雑さである。例えば、ヒトゲノムは、長さ約3×109塩基対である。ある10ヌクレオチドの配列が、任意の塩基列の中に1:410の頻度、すなわち1:1,048,576の頻度で出現するため、30億塩基対では約2,861回になる。明らかに、この長さのオリゴヌクレオチドでは、ヒトゲノムと同じ長さの配列を有する標的の中にある10ヌクレオチドの領域に特異的に結合する機会は低いことになる。しかし、標的配列が3 kbのプラスミドであった場合には、このようなオリゴヌクレオチドが特異的に結合する機会が十分にあることになると思われる。これと同じ計算法をによれば、16塩基のオリゴヌクレオチド(すなわち、16量体)が、最短の配列長で、3×109塩基対で一回だけ出現する数学的可能性の高い長さである。これと同程度の特異性は、より短い2種類またはそれ以上のオリゴヌクレオチドが協同的な形(すなわち、両方とも、あるいはすべてが目的とする標的配列に結合したときにだけ、目的とする複合体を産生できるような形)で結合するように構成されていれば、そのようなオリゴヌクレオチドによっても提供することができ、短いオリゴヌクレオチドを組み合わせることによって所望の特異性がもたらされる。このような態様の一つにおいて、短いオリゴヌクレオチド間での協同性は、オリゴヌクレオチドが、核酸上の隣接する部位にハイブリダイズするときに生じうる同軸的スタッキング効果(coaxial stacking effect)による。別の態様においては、短いオリゴヌクレオチドは、互いに直接、または1個もしくは複数の間隙領域を置いて連結している。このように連結した短いオリゴヌクレオチドは、標的から離れた領域に結合したり、標的内の二次構造の領域にわたって架橋するために使用することも可能である。このような架橋オリゴヌクレオチドの例が、国際公開公報第98/50403号に記載されている。この文献はその全体が参照として本明細書に組み入れられる。 One condition for choosing the length of these oligonucleotides is the complexity of the sample containing the target nucleic acid. For example, the human genome is approximately 3 × 10 9 base pairs in length. A sequence of 10 nucleotides appears at a frequency of 1: 4 10 in an arbitrary base sequence, that is, a frequency of 1: 1,048,576, so there are about 2,861 times in 3 billion base pairs. Obviously, this length of oligonucleotide will have a low chance of specifically binding to a 10 nucleotide region in a target having the same length sequence as the human genome. However, if the target sequence was a 3 kb plasmid, there would be ample opportunities for such oligonucleotides to specifically bind. According to this same calculation method, a 16-base oligonucleotide (ie, a 16-mer) has a shortest sequence length and is likely to appear only once in 3 × 10 9 base pairs. It is. This same degree of specificity means that the desired complex only occurs when two or more shorter oligonucleotides are in a cooperative form (ie, both or all bind to the target sequence of interest). Can be provided by such oligonucleotides, and the combination of short oligonucleotides provides the desired specificity. In one such embodiment, the cooperativity between short oligonucleotides is due to the coaxial stacking effect that can occur when the oligonucleotides hybridize to adjacent sites on the nucleic acid. In another embodiment, the short oligonucleotides are linked directly to each other or with one or more interstitial regions. Short oligonucleotides linked in this way can also be used to bind to regions away from the target or to bridge across regions of secondary structure within the target. Examples of such bridged oligonucleotides are described in WO 98/50403. This document is incorporated herein by reference in its entirety.

オリゴヌクレオチドの長さを選択する上で考慮しなければならない第二の条件は、オリゴヌクレオチドが機能すると考えられる温度範囲である。平均塩基含有量(50% G-C塩基)をもつ16量体は、特に、オリゴヌクレオチドおよびその標的の濃度、反応液の塩含有量、およびヌクレオチドの正確な配列によるが、計算上約41℃のTm値をもつ。実際問題として、ハイブリダイゼーションの特異性を高めるためには、より長いオリゴヌクレオチドを選択する。長さ20から25ヌクレオチドのオリゴヌクレオチドは、そのらのTms計算値(Tmから約5℃の範囲)に近い温度で行なわれる反応に使用されれば特異的となる可能性が非常に高くなるため、しばしば使用される。さらに、Tms計算値が50から70℃の範囲で、このようなオリゴヌクレオチド(すなわち、20〜25量体)は、しばしばこの温度範囲付近で最適な活性を示す熱安定性酵素によって触媒される反応に適切に用いることができる。 A second condition that must be considered in selecting the length of the oligonucleotide is the temperature range in which the oligonucleotide is considered to function. A 16-mer with an average base content (50% GC base) is calculated at approximately 41 ° C., depending on the concentration of the oligonucleotide and its target, the salt content of the reaction, and the exact sequence of nucleotides. Has m value. In practice, longer oligonucleotides are selected to increase the specificity of hybridization. Oligonucleotides 20 to 25 nucleotides in length can be very specific if used in reactions performed at temperatures close to their calculated T m s (range T m to about 5 ° C) Often used because it is expensive. Furthermore, in the range of calculated T m s from 50 to 70 ° C., such oligonucleotides (ie, 20-25 mer) are often catalyzed by thermostable enzymes that exhibit optimal activity near this temperature range. It can be used appropriately for the reaction.

選択されるオリゴヌクレオチドの最大長も所望の特異性によって決まる。長すぎて部分的な相補配列に安定して結合する危険が高くなったり、所望のときに簡単に遊離できない(例えば、切断が起きた後、標的からの解離できない、または、反応液中の酵素および他の物質に適した反応温度で解離できない)ような長さは避けるべきである。   The maximum length of the selected oligonucleotide also depends on the desired specificity. It is too long to increase the risk of stable binding to partially complementary sequences, or cannot be easily released when desired (eg, cannot be dissociated from the target after cleavage occurs, or the enzyme in the reaction mixture) And lengths that cannot be dissociated at reaction temperatures suitable for other materials) should be avoided.

INVADERオリゴヌクレオチド特異的切断を行うためにオリゴヌクレオチドを設計および選択する最初の工程は、これら試料の一般原則に従う。各オリゴヌクレオチドは、各々が配列特異的プローブと考えられるものが、上記に列挙したガイドラインに従って選択されうる。すなわち、各オリゴヌクレオチドは、一般的に、20〜40ヌクレオチドの範囲の複雑な試料の中にある目的の標的配列だけにハイブリダイズすると合理的に予想できる長さをもつ。または、INVADERオリゴヌクレオチド特異的切断アッセイ法は、これらのオリゴヌクレオチドの共同作用に依存するため、標的に架かる/結合する2種類のオリゴヌクレオチドの複合した長さを、この範囲内になるよう選択することができ、各個別のオリゴヌクレオチドを約13〜17ヌクレオチドの範囲にすることができる。反応に非熱安定性切断手段を使用するのであれば、このような設計を使用することができ、熱安定性切断手段を用いるときに使用した温度よりも低い温度で反応を行なう必要がある。いくつかの態様において、これらのオリゴヌクレオチドを、単一の標的核酸内で多数回結合させる(例えば、標的内の多数の変異体、または多数の類似配列を結合させる)ことが望ましい。本発明に係る方法は、特定のサイズのプローブまたはINVADERオリゴヌクレオチドに限定されるものではない。   The first step in designing and selecting oligonucleotides to perform INVADER oligonucleotide specific cleavage follows the general principles of these samples. Each oligonucleotide can be selected according to the guidelines listed above, each considered as a sequence specific probe. That is, each oligonucleotide generally has a length that can reasonably be expected to hybridize only to the target sequence of interest in a complex sample in the range of 20-40 nucleotides. Alternatively, since the INVADER oligonucleotide-specific cleavage assay relies on the co-operation of these oligonucleotides, the combined length of the two oligonucleotides that span / bind to the target is selected to be within this range Each individual oligonucleotide can range from about 13 to 17 nucleotides. If a non-thermal stable cutting means is used for the reaction, such a design can be used and the reaction must be carried out at a temperature lower than the temperature used when using the heat stable cutting means. In some embodiments, it is desirable to bind these oligonucleotides multiple times within a single target nucleic acid (eg, bind multiple variants within a target, or multiple similar sequences). The method according to the present invention is not limited to specific size probes or INVADER oligonucleotides.

本アッセイ法のオリゴヌクレオチド対を設計する第二の工程は、上流の「INVADER」オリゴヌクレオチド配列をどの程度下流の「プローブ」配列に重複させるかを選択し、その結果、プローブをどのサイズに切断するかを選択する工程である。いくつかの好ましい態様において、プローブオリゴヌクレオチドは、代謝回転させることができる。すなわち、プローブは、温度による変性または重合による置換を行なう必要なしに、プローブ分子の別のコピーを結合および切断させるために離脱させることができる。本アッセイ法一つの態様において、切断因子によるエキソヌクレアーゼ的分解によってプローブの代謝回転を促進することができるが、本発明のいくつかの好ましい態様においては、代謝回転にとってこのエキソヌクレアーゼ活性は必要ではない。例えば、いくつかの態様においては、反応温度および反応条件を選択して、プローブが標的にハイブリダイズおよび解離しているという平衡状態を作り出す。別の態様において、非結合のプローブに標的鎖への結合を開始させ、結合したプローブを物理的に置換するための温度および反応条件を選択する。さらに別の態様において、プローブ置換のメカニズムのどちらか、または両方がいずれかの割合で起きるように温度および反応条件を選択する。本発明に係る方法は、特定のプローブ置換のメカニズムに限定されるものではない。プローブが標的に結合して切断構造を形成すると、何らかのメカニズムによって切断が起こりうる。標的へのプローブの結合と離脱を連続的に繰り返すと、標的核酸の各コピーに対するプローブの結合と切断を複数回行なうことができる。   The second step in designing the oligonucleotide pair of this assay is to select how much the upstream “INVADER” oligonucleotide sequence overlaps with the downstream “probe” sequence, resulting in the size of the probe cleaved. This is a step of selecting whether to do. In some preferred embodiments, the probe oligonucleotide can be turned over. That is, the probe can be detached to bind and cleave another copy of the probe molecule without the need for denaturation by temperature or substitution by polymerization. In one embodiment of the present assay, exonucleolytic degradation by a cleaving factor can promote probe turnover, but in some preferred embodiments of the invention, this exonuclease activity is not required for turnover. . For example, in some embodiments, the reaction temperature and reaction conditions are selected to create an equilibrium state where the probe is hybridizing and dissociating to the target. In another embodiment, the temperature and reaction conditions for initiating binding of the unbound probe to the target strand and physically displacing the bound probe are selected. In yet another embodiment, the temperature and reaction conditions are selected such that either or both of the probe displacement mechanisms occur at any rate. The method according to the present invention is not limited to a specific probe replacement mechanism. When the probe binds to the target to form a cleavage structure, cleavage can occur by some mechanism. By continuously repeating the binding and detachment of the probe to the target, the binding and cleavage of the probe to each copy of the target nucleic acid can be performed multiple times.

i)重複をもたない配列
プローブ上の上流オリゴヌクレオチドの3'末端と所望の切断部位との関係は慎重に設計しなければならない。本明細書で使用されている構造特異的エンドヌクレアーゼと同じタイプのものを切断するのに適した部位は、二本鎖中の一塩基対であることが知られている(Lyamichevら、前掲)。以前は、上流オリゴヌクレオチドまたはプライマーが存在することで、切断部位がこの好適な部位から5'側アームの一本鎖領域に移動できると考えられていた(Lyamichevら、前掲、および米国特許第5,442,253号)。この以前に提唱されたメカニズムに対して、本発明を特定のメカニズムに限定しなくとも、プローブ(ミニプローブおよび中程度の長さのプローブなど)上の切断部位のすぐ5'側または上流にあるヌクレオチドは、効率的な切断を生じさせるために標的と塩基対合できるはずだと考えられる。本発明の場合、これは、目的とする切断部位のすぐ上流にあるプローブ配列中のヌクレオチドであると思われる。さらに、上記したように、プローブ中のその同一の部位に切断させるためには、上流オリゴヌクレオチドが、プローブの目的とする切断部位のすぐ上流に3'側塩基(すなわち、ヌクレオチド)を持たなければならない。INVADERおよびプローブオリゴヌクレオチドが配列重複を共有している態様においては、このことは、上流オリゴヌクレオチドの3'末端ヌクレオチドとプローブオリゴヌクレオチドの切断部位の5'側を、対応する標的配列のヌクレオチドとの対合について競合状態に置くことになる。
i) Non-overlapping sequences The relationship between the 3 'end of the upstream oligonucleotide on the probe and the desired cleavage site must be carefully designed. A suitable site for cleaving the same type of structure-specific endonuclease used herein is known to be a single base pair in the duplex (Lyamichev et al., Supra). . Previously, it was thought that the presence of an upstream oligonucleotide or primer would allow the cleavage site to move from this preferred site to the single stranded region of the 5 ′ arm (Lyamichev et al., Supra, and US Pat. No. 5,442,253). issue). Compared to this previously proposed mechanism, without limiting the present invention to a particular mechanism, it is immediately 5 'or upstream of the cleavage site on a probe (such as a miniprobe and a medium length probe). It is believed that the nucleotide should be able to base pair with the target to produce efficient cleavage. In the case of the present invention, this is likely a nucleotide in the probe sequence immediately upstream of the intended cleavage site. Furthermore, as described above, in order to cleave at the same site in the probe, the upstream oligonucleotide must have a 3 ′ base (ie, nucleotide) immediately upstream of the target cleavage site of the probe. Don't be. In embodiments where the INVADER and probe oligonucleotide share a sequence overlap, this means that the 3 ′ terminal nucleotide of the upstream oligonucleotide and the 5 ′ side of the cleavage site of the probe oligonucleotide are linked to the nucleotide of the corresponding target sequence. You will be in competition for the pairing.

この競合の結果(切断がうまく行われている間どちらの塩基が対合するか)を調べるために、プローブおよびINVADERオリゴヌクレオチドを置換して、プローブまたはINVADERオリゴヌクレオチドが、この位置で標的配列とミスマッチするようにした。両方の配列が切断速度に与える効果について調べた。INVADERオリゴヌクレオチドが3'末端で塩基対合しない場合には、切断速度が低下することはなかった。しかし、この塩基を除去すると、切断部位が目的の部位の上流に移動した。これに対して、プローブオリゴヌクレオチドは、INVADERオリゴヌクレオチドが切断を指令していた部位のすぐ上流で標的と塩基対合しないと、切断速度は顕著に低下したが、このことは、競合があるときには、プローブオリゴヌクレオチドがこの位置で塩基対合する分子であることを示唆している。   In order to investigate the outcome of this competition (which base paired during successful cleavage), the probe and INVADER oligonucleotide were displaced so that the probe or INVADER oligonucleotide was I made a mismatch. The effect of both sequences on the cleavage rate was investigated. When the INVADER oligonucleotide did not base pair at the 3 ′ end, the cleavage rate was not reduced. However, removal of this base moved the cleavage site upstream of the site of interest. In contrast, when the probe oligonucleotide was not base paired with the target immediately upstream of the site where the INVADER oligonucleotide was commanding cleavage, the cleavage rate was significantly reduced. This suggests that the probe oligonucleotide is a base pairing molecule at this position.

INVADERオリゴヌクレオチドの上流の3'末端は、切断過程では対合していないが、正確な切断の位置決めには、依然として重要であると考えられる。切断位置を決めるのに3'末端ヌクレオチドのどの部分が必要かを調べるために、この位置で終結する、さまざまな方法で改変されたヌクレオチドをもつINVADERオリゴヌクレオチドを設計した。調べた糖には、3'リン酸基をもつ2'デオキシリボース、ジデオキシリボース、3'デオキシリボース、2'O-メチルリボース、アラビノース、および3'リン酸基をもつアラビノースが含まれる。3'リン酸を持つ脱塩基リボース(abasic ribose)、および持たない脱塩基リボースを調べた。リボース糖上の3-ニトロピロールおよび5-3ニトロインドールなどの合成「汎用」塩基を調べた。最後に、塩基様芳香環構造であるアクリジンを調べた。これは、糖基を持たない以前にヌクレオチドであったものの3'末端に結合したものを調べた。得られた結果は、(INVADERオリゴヌクレオチドの3'末端にある)塩基の芳香環が、下流プローブ内の所望の部位に対する切断の検出を行なうための重要な部分であることを裏付けている。INVADERオリゴヌクレオチドの3'末端部分は、標的核酸に対して相補的な塩基である必要はない。   The 3 ′ end upstream of the INVADER oligonucleotide is not paired during the cleavage process, but is still considered important for accurate cleavage positioning. In order to find out what part of the 3 ′ terminal nucleotide is needed to determine the cleavage position, INVADER oligonucleotides with nucleotides modified in various ways, terminating at this position, were designed. The sugars examined include 2 ′ deoxyribose, dideoxyribose, 3 ′ deoxyribose, 2′O-methylribose, arabinose with a 3 ′ phosphate group, and arabinose with a 3 ′ phosphate group. Abasic ribose with 3 ′ phosphate and abasic ribose without 3 ′ phosphate were examined. Synthetic “universal” bases such as 3-nitropyrrole and 5-3 nitroindole on ribose sugars were investigated. Finally, acridine which is a base-like aromatic ring structure was examined. This examined what was previously a nucleotide without a sugar group but bound to the 3 'end. The results obtained confirm that the aromatic ring of the base (at the 3 'end of the INVADER oligonucleotide) is an important part for detecting cleavage at the desired site in the downstream probe. The 3 ′ end portion of the INVADER oligonucleotide need not be a base complementary to the target nucleic acid.

ii)ミニプローブおよびミディプローブ
上記したとおり、INVADERオリゴヌクレオチド-特異的切断アッセイ法を、約13〜25ヌクレオチド(一般的には、20〜25ヌクレオチド)の長さをもつINVADERおよびプローブのオリゴヌクレオチドを用いて行なうことができる。また、オリゴヌクレオチドはそれ自体、標的鎖に沿って整列するが、共有結合しない短い塩基配列から構成されうるとも考えられる。これは、複合オリゴヌクレオチドの糖-リン酸骨格にニックがあるが、できた二本鎖中の塩基対合したヌクレオチドの連続には破綻がないということである。核酸の短い鎖が、より長い鎖に沿って連続的に整列する場合、それぞれのハイブリダイゼーションは、隣接する断片がハイブリダイズすることによって安定する。なぜなら、塩基対合は、骨格が実際に連続しているかのように、らせんに沿って積み重なることができるからである。この結合の協同性によって、長い方のオリゴヌクレオチドだけにハイブリダイズするセグメントについて予想されるものが過剰に存在するなかで各セグメントの相互作用に安定性がもたらされる。この観察結果の利用法の一つは、一般的には長さが18ヌクレオチドの、DNA配列決定のためのプライマーを、このようにしてハイブリダイズするよう設計された3種類の6量体オリゴヌクレオチドのセットから集めることであった(Kotlerら、Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 90: 4241 (1993)。得られた二重のニックをもつプライマーは、6量体のハイブリダイゼーションは崩壊するが、18量体のハイブリダイゼーションは崩壊しないとされる温度で行なわれる反応で酵素によって伸長させることができる。
ii) Miniprobes and midiprobes As described above, INVADER oligonucleotide-specific cleavage assays were performed using INVADER and probe oligonucleotides having a length of approximately 13-25 nucleotides (typically 20-25 nucleotides). Can be used. It is also believed that the oligonucleotides themselves can be composed of short base sequences that align along the target strand but do not covalently bind. This means that there is a nick in the sugar-phosphate backbone of the composite oligonucleotide, but there is no failure in the base-paired nucleotide sequence in the resulting duplex. When a short strand of nucleic acid is aligned continuously along a longer strand, each hybridization is stabilized by the hybridization of adjacent fragments. This is because base pairing can be stacked along the helix as if the skeletons were actually continuous. This binding cooperativity provides stability to the interaction of each segment in the presence of an excess of what would be expected for a segment that hybridizes only to the longer oligonucleotide. One use for this observation is to use three hexameric oligonucleotides designed to hybridize in this way with primers for DNA sequencing, typically 18 nucleotides in length. (Kotler et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 90: 4241 (1993). The resulting double-nicked primer disrupts hexamer hybridization. However, 18-mer hybridization can be extended by an enzyme in a reaction performed at a temperature that is assumed not to decay.

複合または分割されたオリゴヌクレオチドは、INVADER-特異的切断アッセイ法に好適に適用される。例えば、プローブオリゴヌクレオチドを標的オリゴヌクレオチドに沿って連続および隣接した形で2つのオリゴヌクレオチドに分割し、下流オリゴヌクレオチド(プローブに類似)が、以下の2種類の小さな断片から組み立てられるようにすることができる。すなわち、6〜10ヌクレオチドの短いセグメント(「ミニプローブ」と称する)であって、検出反応の過程で切断されるセグメント、およびミニプローブのすぐ下流にハイブリダイズするオリゴヌクレオチド(「スタッカー」と称する)であって、プローブのハイブリダイゼーションを安定させるのに役立つセグメントである。切断構造を形成させるため、切断活性をミニプローブの所望の領域に向かわせるための上流オリゴヌクレオチド(INVADERオリゴヌクレオチド)が提供される。連結していない核酸の断片(すなわち、ミニプローブとスタッカー)からプローブを組み立てることによって、全部が証明された配列の再合成を必要とすることなく、配列の領域を変更することができる。そのため、検出システムの費用と融通性を高めることができる。さらに、非結合の複合オリゴヌクレオチドを使用すると、システムは、シグナル生成を達成するために完全に一致したハイブリダイゼーションをより厳密に要求するようになり、標的核酸配列における変異または変化を検出する高感度の方法として用いることが可能になる。   The conjugated or split oligonucleotide is suitably applied to INVADER-specific cleavage assay. For example, split a probe oligonucleotide into two oligonucleotides in a continuous and adjacent manner along the target oligonucleotide so that the downstream oligonucleotide (similar to a probe) can be assembled from two small fragments: Can do. That is, a short segment of 6 to 10 nucleotides (referred to as “miniprobe”) that is cleaved during the detection reaction, and an oligonucleotide that hybridizes immediately downstream of the miniprobe (referred to as “stacker”) And segments that help stabilize the hybridization of the probe. In order to form a cleavage structure, an upstream oligonucleotide (INVADER oligonucleotide) is provided to direct the cleavage activity to the desired region of the miniprobe. By assembling probes from unligated nucleic acid fragments (ie, miniprobes and stackers), regions of the sequence can be altered without requiring re-synthesis of the fully proven sequence. Therefore, the cost and flexibility of the detection system can be increased. In addition, when using unconjugated complex oligonucleotides, the system becomes more stringent for exact match hybridization to achieve signal generation and is sensitive to detect mutations or changes in the target nucleic acid sequence. It becomes possible to use as this method.

一つの態様において、本発明に係る方法は、標的核酸と相互作用して構造特異的ヌクレオチドに対する切断構造を形成する少なくとも3種類のオリゴヌクレオチドを用いる。具体的には切断構造は、i)一本鎖または二本鎖(二本鎖の標的核酸を使用する場合には、例えば加熱することによって一本鎖にすることができる)の標的核酸;ii)「スタッカー」と称される第一のオリゴヌクレオチドであって、標的核酸配列の第一の領域に相補的であることによって、この領域を規定する第一のオリゴヌクレオチド;iii)「ミニプローブ」と称される第二のオリゴヌクレオチドであって、標的核酸配列の第二の領域に相補的であることによって、この領域を規定する第二のオリゴヌクレオチド;iv)「INVADERオリゴヌクレオチド」と称される第三のオリゴヌクレオチドであって、その5'部分が同じ核酸配列の第三の領域を規定し、その第二または3'部分が、第二のオリゴヌクレオチドによって規定される領域と重複する第三のオリゴヌクレオチドを含む。スタッカーを使用しない態様について上記したように、重複領域は、INVADERオリゴヌクレオチドとプローブオリゴヌクレオチドの間に、配列の重複ではなく、物理的な重複がある領域を意味することもある。   In one embodiment, the method according to the present invention uses at least three types of oligonucleotides that interact with a target nucleic acid to form a cleavage structure for structure-specific nucleotides. Specifically, the cleavage structure is: i) a single-stranded or double-stranded target nucleic acid (when a double-stranded target nucleic acid is used, it can be made into a single strand by heating, for example); ii ) A first oligonucleotide, referred to as a “stacker”, which defines this region by being complementary to the first region of the target nucleic acid sequence; iii) a “miniprobe” A second oligonucleotide which defines this region by being complementary to the second region of the target nucleic acid sequence; iv) referred to as the “INVADER oligonucleotide” A third oligonucleotide whose 5 ′ portion defines a third region of the same nucleic acid sequence and whose second or 3 ′ portion overlaps a region defined by the second oligonucleotide. Third Includes oligonucleotides. As described above for embodiments that do not use a stacker, an overlapping region may mean a region where there is a physical overlap, rather than a sequence overlap, between the INVADER oligonucleotide and the probe oligonucleotide.

上記に引用した利点に加えて、切断構造を形成するオリゴヌクレオチドに複合的設計を使用することによって、INVADER-特異的切断アッセイ法を行うための反応条件の設計における自由度を高めることができる。上記したように、より長いプローブ(例えば、16〜25ヌクレオチド)を、そのTmよりも低い温度で行なわれる反応での検出に用いる場合は、プローブの切断が、その一部である二本鎖を不安定化する上で重要な役割を果たして、標的核酸上の認識部位の代謝回転と再使用を可能にする。これに対して、プローブのTm以上の反応温度は、プローブが切断されなくても非常に速い速度でプローブ分子がハイブリダイズして、標的から遊離することを意味する。上流INVADERオリゴヌクレオチドおよび切断因子が提供されるとき、プローブは特異的に切断されるが、この切断はプローブの交替には必要ではない。長い(例えば、16〜25ヌクレオチドの)プローブをこのように使用する場合には、この状態を達成するために必要となる温度は高く、平均の塩基組成をもつ25量体でほぼ65〜70℃である。このような高い温度の利用を必要とするため、切断因子の選択は、熱安定性が高いものであって、検出法によるがプローブオリゴヌクレオチドの熱分解による反応のバックグラウンドに貢献できるものに限定される。ミニプローブによって、この後者のプローブ置換というメカニズムを低温で行なうことができる。したがって、低い反応温度を用いる態様にとっては、短いプローブほど好ましい。 In addition to the advantages cited above, the use of a composite design for the oligonucleotides that form the cleavage structure allows greater freedom in designing reaction conditions for performing INVADER-specific cleavage assays. As noted above, when longer probes (eg, 16-25 nucleotides) are used for detection in reactions performed at temperatures below their T m , the double strands that probe cleavage is part of It plays an important role in destabilizing and enables the turnover and reuse of recognition sites on target nucleic acids. In contrast, a reaction temperature above the Tm of the probe means that the probe molecule hybridizes at a very fast rate and is released from the target even if the probe is not cleaved. When upstream INVADER oligonucleotides and cleavage factors are provided, the probe is specifically cleaved, but this cleavage is not necessary for probe replacement. When long probes (such as 16-25 nucleotides) are used in this way, the temperature required to achieve this state is high, approximately 65-70 ° C. for 25-mers with an average base composition It is. Since such a high temperature is required, the selection of cleaving factors is limited to those that have high thermal stability and can contribute to the background of the reaction due to thermal degradation of the probe oligonucleotide, depending on the detection method. Is done. With the miniprobe, this latter mechanism of probe replacement can be performed at low temperatures. Therefore, shorter probes are preferred for embodiments that use lower reaction temperatures.

本発明に係るミニプローブは、所望の応用法に応じて、さまざまな長さにすることができる。一つの態様において、標準的なプローブ(例えば、16〜25ヌクレオチド)に較べて短く、6〜10ヌクレオチドの範囲でもよい。このように短いプローブを使用するときには、スタッカーオリゴヌクレオチド非存在下ではミニプローブのハイブリダイゼーションが行われないという反応条件を選択することができる。このようにして、短いプローブに、より長い配列の統計的な特異性と選択性を持たせることができる。標的核酸に相補的な短い配列の中または連続した二本鎖の連結部位におけるミスマッチによって起こりうるような、ミニプローブ核酸とスタッカー核酸の協同的結合に混乱が起きると、この協同性が失われることがあり、それによって、短い二本鎖(すなわち、ミニプローブの二本鎖)の安定性は顕著に低下し、本発明に係るアッセイ法における切断産物の量が低下する。   The miniprobe according to the present invention can be of various lengths depending on the desired application. In one embodiment, it may be short compared to standard probes (eg, 16-25 nucleotides) and may range from 6-10 nucleotides. When using such a short probe, reaction conditions can be selected such that mini-probe hybridization does not occur in the absence of a stacker oligonucleotide. In this way, short probes can have statistical specificity and selectivity of longer sequences. Loss of this cooperativity when disruptions occur in the cooperative binding of miniprobe and stacker nucleic acids, such as can occur due to mismatches in short sequences complementary to the target nucleic acid or in continuous double-stranded junctions. Thereby significantly reducing the stability of the short duplex (ie, the mini-probe duplex) and reducing the amount of cleavage product in the assay method of the present invention.

中程度の長さのプローブを使用することができるとも考えられる。そのようなプローブは、11〜15ヌクレオチド程度で、スタッカーオリゴヌクレオチドの補助がなくてもハイブリダイズし切断されうることなど、最初に記載したような長いプローブに付随する特徴のいくつかを融合させることができる。このようなプローブの予想Tmよりも低い温度で、代謝回転のメカニズムは、20ヌクレオチド程度のプローブについて検討したメカニズムと同様であり、不安定化および回転を行うための重複領域中の配列の除去によって左右される。 It is also contemplated that medium length probes can be used. Such probes are on the order of 11-15 nucleotides and can fuse with some of the features associated with long probes as described at the outset, such as being able to hybridize and cleave without the aid of stacker oligonucleotides. Can do. At temperatures below the expected T m of such probes, the mechanism of turnover is similar to that studied for probes of around 20 nucleotides, removing sequences in overlapping regions for destabilization and rotation. Depends on.

中程度の長さのプローブは、高い温度でも使用することが可能で、予想Tm以上で、切断ではなく融解によってプローブの回転を促進することができる。しかし、上記したより長いプローブとは対照的に、このように温度に左右される代謝回転を利用できるようにするのに必要な温度はより低い(約40〜60℃)ため、反応液中の切断手段と核酸を両方とも熱分解から保護することができる。このようにして、場合によっては、中程度の長さのプローブは、上記のミニプローブと同様に作用することができる。ミニプローブにさらに類似しているのは、反応条件によっては、スタッカーが存在することによって、中程度の長さのプローブからの切断シグナルの蓄積が促進されることである。 Medium length probes can be used even at higher temperatures, and above the expected T m , probe rotation can be facilitated by melting rather than cutting. However, in contrast to the longer probes described above, the temperature required to be able to take advantage of this temperature dependent turnover is lower (about 40-60 ° C), so Both the cutting means and the nucleic acid can be protected from thermal degradation. In this way, in some cases, medium length probes can act similarly to the miniprobes described above. Even more similar to a miniprobe is that depending on the reaction conditions, the presence of a stacker promotes the accumulation of cleavage signals from medium length probes.

要するに、標準的な長さのプローブでは、通常、下流のスタッカーオリゴヌクレオチドが存在することは恩典とはならない(ただし、そのようなオリゴヌクレオチドが、プローブの結合を阻害する標的核酸構造も破壊する場合にはこの限りでない)ので、このプローブは、標的からオリゴヌクレオチドを効率的に遊離させるために、何種類かのヌクレオチドを除去する必要のある条件で使用することができる。反応温度を用いてプローブの交換を操作する場合には、標準的なプローブに、核酸および酵素が熱分解される危険性の高い温度を使用する必要がある可能性がある。   In short, standard length probes usually do not benefit from the presence of downstream stacker oligonucleotides (provided that such oligonucleotides also destroy target nucleic acid structures that inhibit probe binding). The probe can be used in conditions where several types of nucleotides need to be removed to efficiently release the oligonucleotide from the target. When manipulating probe exchange using reaction temperatures, it may be necessary to use temperatures with high risk of nucleic acid and enzyme pyrolysis for standard probes.

ミニプローブは非常に短く、下流にスタッカーオリゴヌクレオチドが存在するときに最適に作用する。ミニプローブは、どの塩基が切断されるかに関係なく、標的上でプローブを迅速に交換させる反応温度を使用する反応条件によく適合する。十分な量の切断手段との反応において、よく結合するプローブは融解して離れる前に速やかに切断されるはずである。   Miniprobes are very short and work best when a stacker oligonucleotide is present downstream. Miniprobes are well suited to reaction conditions that use reaction temperatures that allow rapid probe exchange on the target, regardless of which base is cleaved. In a reaction with a sufficient amount of cleavage means, a probe that binds well should be cleaved quickly before it melts away.

中程度の長さのプローブまたはミニプローブは、これらのプローブの特徴を組み合わせて、長いプローブに適した反応と同じ反応において使用することができる。好ましい態様において、中程度の長さのプローブは、プローブが標的にハイブリダイズして、切断の有無に関わらず迅速に遊離する十分に高い温度で使用される。中程度の長さのプローブは、一定の条件下では、スタッカー存在下でより高い効率を示すことができる。   Medium length probes or miniprobes can be used in the same reaction as those suitable for long probes, combining the characteristics of these probes. In a preferred embodiment, the medium length probe is used at a sufficiently high temperature that the probe hybridizes to the target and releases rapidly with or without cleavage. Medium length probes can show higher efficiency in the presence of stackers under certain conditions.

ミニプローブ、ミディ(すなわち、中程度の長さの)プローブ、およびロングプローブの区別は、一定したもので、長さのみに基づくものであるとは考えない。所定のプローブの効率は、それに特異的な配列、溶液条件の選択、温度の選択、および選択された切断手段によって変化する。   The distinction between miniprobes, midi (ie, medium length) probes, and long probes is constant and is not considered to be based on length alone. The efficiency of a given probe will vary depending on its specific sequence, choice of solution conditions, choice of temperature, and selected cutting means.

本発明に係る切断構造を含むオリゴヌクレオチドの集合体は、プローブと標的の間のミスマッチを感知する。また、INVADERオリゴヌクレオチドと標的との間のミスマッチを利用して、関係する標的配列を区別することができるとも考えられる。INVADER、プローブ、およびスタッカーオリゴヌクレオチドを含む3-オリゴヌクレオチドシステムにおいて、ミスマッチは、これらのオリゴヌクレオチドと標的の間で形成される二本鎖のいずれかの領域内に存在する可能性があると考えられる。好ましい態様において、検出されるミスマッチは、プローブの中に存在する。特に好ましい態様において、ミスマッチは、プローブの中の、プローブが標的にミスマッチしないときに切断される部位のすぐ上流(すなわち、5'側)にある塩基対に存在する。   The assembly of oligonucleotides comprising a cleavage structure according to the present invention senses mismatches between the probe and the target. It is also believed that the target sequence involved can be distinguished using the mismatch between the INVADER oligonucleotide and the target. In 3-oligonucleotide systems, including INVADER, probes, and stacker oligonucleotides, mismatches may be present in any region of the duplex formed between these oligonucleotides and the target It is done. In preferred embodiments, the detected mismatch is present in the probe. In a particularly preferred embodiment, the mismatch is present in a base pair in the probe that is immediately upstream (ie, 5 ') to the site that is cleaved when the probe does not match the target.

別の好ましい態様において、検出すべきミスマッチは、ミニプローブのハイブリダイゼーションによって規定される領域内に存在する。特に好ましい態様において、ミスマッチは、ミニプローブの中の、ミニプローブが標的にミスマッチしないときに切断される部位のすぐ上流(すなわち、5'側)にある塩基対に存在する。   In another preferred embodiment, the mismatch to be detected is in a region defined by miniprobe hybridization. In a particularly preferred embodiment, the mismatch is present in the miniprobe at a base pair that is immediately upstream (ie, 5 ') to the site that is cleaved when the miniprobe does not match the target.

iii)INVADERアッセイ法用オリゴヌクレオチドを設計するためのソフトウエア
本発明は、検出アッセイ法に使用するためのオリゴヌクレオチドを設計するためのシステムおよび方法を提供する。特に、本発明は、検出アッセイ法にとって望ましい反応条件(例えば、温度、緩衝液条件など)の下で、標的核酸の適当な領域(例えば、二次構造を含まない標的核酸領域など)にうまくハイブリダイズするオリゴヌクレオチドを設計するためのシステムおよび方法を提供する。これらのシステムおよび方法によって、同一の反応条件または実質的に同一の反応条件の下での検出アッセイ法においてすべてが機能する、多数の異なったオリゴヌクレオチド(例えば、標的核酸の異なった部位にハイブリダイズするオリゴヌクレオチド、または、2つもしくはそれ以上の異なった標的核酸にハイブリダイズするオリゴヌクレオチド)を設計することも可能になる。これらのシステムおよび方法を用いて、実験条件下で機能する対照用試料を設計することも可能である。
iii) Software for designing oligonucleotides for INVADER assays The present invention provides systems and methods for designing oligonucleotides for use in detection assays. In particular, the present invention successfully hybridizes to an appropriate region of a target nucleic acid (eg, a target nucleic acid region that does not include secondary structure) under reaction conditions desirable for a detection assay (eg, temperature, buffer conditions, etc.). Systems and methods for designing oligonucleotides for soy are provided. These systems and methods allow a number of different oligonucleotides (eg, hybridize to different sites on a target nucleic acid) that all function in the same or under the same reaction conditions. It is also possible to design oligonucleotides that hybridize to two or more different target nucleic acids. These systems and methods can also be used to design control samples that function under experimental conditions.

本発明に係るシステムおよび方法は、特定の検出アッセイ法に限定されるものではなく、以下の説明は、SNPを検出するためのINVADERアッセイ法(サードウエーブテクノロジーズ社(Third Wave Technologies)、ウィスコンシン州マディソン(Madison, WI);例えば、米国特許第5,846,717号、第5,985,557号、第5,994,069号、第6,001,567号、ならびに国際公開公報第97/27214号および国際公開公報第98/42873号を参照されたい。なお、これらは参照として本明細書に組み入れられる)とともに使用されるときの発明を具体的に説明したものである。当業者には、本例示的実施例の具体的かつ一般的な特徴を、他の検出アッセイ法や、SNP検出以外の目的をもつINVADERアッセイ法(例えば、DNAまたはRNAの定量、RNAのスプライス部位検出など)を設計するときに利用するためにも広く適用できることが理解できると思われる。さらに、本明細書に記載されたアルゴリズムはすべて、別々のソフトウエア構成品として応用することができ、あるいは、下記のINVADERCREATIORデザインシステムを使用せずに、INVADERアッセイ法用プローブセットの設計をするため、マニュアルで計算することもできる。   The systems and methods according to the present invention are not limited to a particular detection assay, and the following description includes an INVADER assay (Third Wave Technologies, Madison, Wis.) For detecting SNPs. (Madison, WI); see, for example, US Pat. Nos. 5,846,717, 5,985,557, 5,994,069, 6,001,567, and WO 97/27214 and WO 98/42873. , Which are incorporated herein by reference), which specifically describe the invention. Those skilled in the art will recognize the specific and general features of the present illustrative example as to other detection assays and INVADER assays with a purpose other than SNP detection (eg, DNA or RNA quantification, RNA splice sites). It can be understood that it can be widely applied to use when designing detection etc.). In addition, all of the algorithms described herein can be applied as separate software components, or to design INVADER assay probe sets without using the INVADERCREATIOR design system described below. It can also be calculated manually.

INVADERCREATIORプログラムを用いたINVADERアッセイ法用オリゴヌクレオチドの設計
SNPを検出するためのINVADERアッセイ法で使用するためにオリゴヌクレオチドを設計する、いくつかの態様において、目的の配列をINVADERCREATIORプログラム(サードウエーブテクノロジーズ社(Third Wave Technologies)、ウィスコンシン州マディソン(Madison, WI))に入力する。上記したとおり、いくつかの起源から解析のために、INVADERCREATIORプログラムをホスティングするコンピュータに直接入力するか、通信ネットワーク(例えば、LAN、イントラネット、またはインターネットによるネットワーク)によって連結された遠隔コンピュータを介して配列を入力する。このプローブによって、センス鎖およびアンチセンス鎖を設計できる。鎖は、一般的に、合成の容易さ、二次構造形成の最小化、および製造のしやすさに基づいて選択される。いくつかの態様において、ユーザーが設計すべき配列の鎖を選択する。別の態様において、ソフトウエアが自動的に鎖を選択する。最適なプローブ回転とシグナル生成を行なうための熱力学的パラメータ(AllawiおよびSantaLucia、Biochemistry, 36: 10581 [1997])を取り込むことによって、オリゴヌクレオチドプローブを設計して、予め選択された測定温度(例えば、63℃)で操作することができる。これらの基準に基づいて、最終的なプローブセット(例えば、2つの対立遺伝子に対する一次プローブおよび一つのINVADERオリゴヌクレオチド)を選択する。
Design of oligonucleotides for INVADER assay using INVADERCREATIOR program
In some embodiments of designing an oligonucleotide for use in an INVADER assay to detect SNPs, the sequence of interest can be transferred to the INVADERCREATIOR program (Third Wave Technologies, Madison, Wis.). )). As mentioned above, for analysis from several sources, it can be entered directly into the computer hosting the INVADERCREATIOR program or arranged via a remote computer connected by a communication network (eg a LAN, Intranet, or Internet network) Enter. With this probe, a sense strand and an antisense strand can be designed. The chains are generally selected based on ease of synthesis, minimization of secondary structure formation, and ease of manufacture. In some embodiments, the chain of sequences to be designed by the user is selected. In another embodiment, the software automatically selects a strand. By incorporating the thermodynamic parameters (Allawi and SantaLucia, Biochemistry, 36: 10581 [1997]) for optimal probe rotation and signal generation, oligonucleotide probes can be designed to select preselected measurement temperatures (eg, , 63 ° C). Based on these criteria, a final set of probes (eg, primary probes for two alleles and one INVADER oligonucleotide) are selected.

いくつかの態様において、INVADERCREATIORシステムは、BLAST(米国国立衛生研究所国立医学図書館バイオテクノロジー情報センター(National Center for Biotechnology Information, National Library of Medicine, National Institute of Health)のウェブサイトで利用することができる)へのリンクを含む信頼性の高いサイトアクセス、および、mfold(Zuker, Science, 244: 48 [1989])を組み込んだソフトウエアプログラムであるRNAstructure(RNAストラクチャー)(Mathewsら、RNA 5: 1458 [1999])にリンクすることができる信頼性の高いサイトアクセスをもつウェブを利用したプログラムである。RNAstructureは、INVADERCREATIORによって作成されたオリゴヌクレオチドの設計案を、単一分子および二分子の複合体形成の可能性について試験する。INVADERCREATIORは、オープン・データベース・コネクティビティ(ODBC)に対応しており、エクスポート/統合のためにオラクル(Oracle)データベースを使用している。ほとんどのゲノムセンターはUNIXを利用しているため、UNIXシステムで十分に作動するよう、INVADERCREATIORシステムにはオラクルが組み込まれている。   In some embodiments, the INVADERCREATIOR system can be used on the BLAST (National Center for Biotechnology Information, National Library of Medicine, National Institute of Health) website. ) RNAstructure (Mathews et al., RNA 5: 1458 [), a software program that incorporates reliable site access, including links to, and mfold (Zuker, Science, 244: 48 [1989]) 1999]) is a web-based program with reliable site access that can be linked to. RNAstructure tests oligonucleotide design proposals created by INVADERCREATIOR for the possibility of single molecule and bimolecular complex formation. INVADERCREATIOR supports Open Database Connectivity (ODBC) and uses an Oracle (Oracle) database for export / integration. Most Genome Centers use UNIX, so the INVADERCREATIOR system has an Oracle built-in to work well with UNIX systems.

いくつかの態様において、INVADERCREATIOR解析は、別のサーバー(例えば、サン(Sun)サーバー)上で提供されるため、大量のバッチジョブの解析を処理することができる。例えば、顧客は、2,000個までのSNP配列を一つの電子メールで提出することができる。サーバーは、配列のバッチをINVADERCREATIORソフトウエアに受け渡し、プログラムが開始されると、SNPのセットを設計する。いくつかの態様において、プローブセットの設計は、配列を受け取ってから24時間以内にユーザーに返送される。   In some aspects, INVADERCREATIOR analysis is provided on a separate server (eg, a Sun server) so that it can handle the analysis of large batch jobs. For example, a customer can submit up to 2,000 SNP sequences in one email. The server passes the batch of sequences to the INVADERCREATIOR software and, when the program is started, designs a set of SNPs. In some embodiments, the probe set design is returned to the user within 24 hours of receiving the sequence.

いくつかの好ましい態様において、各INVADERアッセイ反応には、二種類以上の標的特異的で標識されていないオリゴヌクレオチド、上流INVADERオリゴヌクレオチドおよび下流プローブオリゴヌクレオチドが一次反応用に含まれる。INVADERオリゴヌクレオチドは、一般的に、反応温度において安定して結合するよう設計され、プローブは、標的鎖と自由に会合したり解離したりするように設計され、また、非切断のプローブが重複するINVADERオリゴヌクレオチドに隣接してハイブリダイズしたときにのみ切断が起きるように設計される。いくつかの態様において、このプローブは、標的に相補的でない5'フラップまたは「アーム」であり、このフラップは、切断が起きたときにプローブから遊離する。いくつかの態様において、遊離したフラップは、INVADERオリゴヌクレオチドとして二次反応に関与する。   In some preferred embodiments, each INVADER assay reaction includes two or more target-specific, unlabeled oligonucleotides, upstream INVADER oligonucleotides and downstream probe oligonucleotides for the primary reaction. INVADER oligonucleotides are generally designed to bind stably at reaction temperatures, probes are designed to freely associate and dissociate with the target strand, and overlap with uncut probes It is designed so that cleavage occurs only when hybridized adjacent to the INVADER oligonucleotide. In some embodiments, the probe is a 5 ′ flap or “arm” that is not complementary to the target, and the flap is released from the probe when cleavage occurs. In some embodiments, the released flap participates in the secondary reaction as an INVADER oligonucleotide.

以下の考察で、INVADERCREATIORプログラム用のユーザーインターフェイスをどのように構成することができるかの実施例を示す。   The following discussion provides an example of how a user interface for the INVADERCREATIOR program can be configured.

ユーザーは、例えば、コンピュータのデスクトップ画面(例えば、ウィンドウズ(Windows)のデスクトップ)上のアイコンをクリックするなどして作業画面を開いて(図42)、アッセイ法を設計すべき標的配列に関連する情報を入力する。いくつかの態様において、ユーザーは標的配列を入力する。別の態様において、ユーザーは、データベースから配列を捕捉できるようにコードまたは番号を入力する。さらに別の態様においては、ユーザーの名前、標的配列に付いた認識番号、および/または受付番号など、付加的情報を提供することができる。好ましい態様において、ユーザーは、(例えば、チェックボックスやドロップダウンメニューによって)標的核酸がDNAであるかRNAであるかを指示する。別の好ましい態様において、ユーザーは、核酸が由来する生物種を指示する。特に好ましい態様において、ユーザーは、設計が一つの配列(すなわち、反応当たり一つの標的配列または対立遺伝子)であるか、複数の配列(すなわち、反応当たり複数の標的配列または対立遺伝子)のいずれを検出するものかを指示する。必要な選択と入力が終わったら、ユーザーは解析処理を開始させる。一つの態様において、ユーザーは、処理を続けるために「設計開始(Go Design It)」というボタンを押す。   The user opens a work screen (eg, by clicking an icon on a computer desktop screen (eg, the Windows desktop)) (FIG. 42), and information related to the target sequence for which the assay is to be designed. Enter. In some embodiments, the user enters a target sequence. In another embodiment, the user enters a code or number so that sequences can be captured from the database. In yet another aspect, additional information can be provided, such as the user's name, a recognition number attached to the target sequence, and / or a receipt number. In a preferred embodiment, the user indicates whether the target nucleic acid is DNA or RNA (eg, via a checkbox or drop-down menu). In another preferred embodiment, the user indicates the species from which the nucleic acid is derived. In particularly preferred embodiments, the user detects whether the design is a single sequence (ie, one target sequence or allele per reaction) or multiple sequences (ie, multiple target sequences or alleles per reaction) Tell what to do. Once the necessary selections and inputs have been made, the user starts the analysis process. In one embodiment, the user presses the button “Go Design It” to continue the process.

いくつかの態様において、処理を行なう前にソフトウエアはフィールドへの入力を認証する。いくつかの態様において、ソフトウエアは、すべてのフィールドに適当な型の情報が完全に入力されているかを確認する。別の態様において、ソフトウエアは、入力配列が、選択された要件(例えば、最小または最大の長さ、DNAまたはRNAの含量)に適合しているかを確認する。いずれかのフィールドへの入力が正しくなされていないときには、エラーメッセージまたはダイアログボックスが現れる。好ましい態様において、エラーメッセージは、どのフィールドが不完全および/または不正確であるかを表示する。配列の入力が確認されると、ソフトウエアは、アッセイ法の設計を開始する。   In some embodiments, the software authenticates the input to the field before performing the process. In some embodiments, the software verifies that all types of information are fully entered in all fields. In another embodiment, the software verifies that the input sequence meets the selected requirements (eg, minimum or maximum length, DNA or RNA content). If any field is not entered correctly, an error message or dialog box appears. In a preferred embodiment, the error message indicates which fields are incomplete and / or inaccurate. Once the sequence entry is confirmed, the software begins assay design.

いくつかの態様において、注文を入力するフィールドに入力された情報によって、どのタイプの設計を作成すべきかが特定される。好ましい態様において、標的配列および多重配列のチェックボックスによって、どのタイプの設計を作成すべきかが特定される。設計の選択肢には、SNPアッセイ法、多重SNPアッセイ法(Multiplexed SNP assay:例えば、一つの反応において、異なった対立遺伝子に対するプローブセットを組み合わせる場合)、多数SNPアッセイ法(Multiple ANP assay:例えば、入力された配列が、設計されるプローブセットついて多数の変異部位をもっている場合)、および複数プローブアームアッセイ法などがあるが、これらに限定されない。   In some aspects, the information entered in the order entry field identifies what type of design should be created. In a preferred embodiment, the target sequence and multiple sequence checkboxes specify what type of design should be created. Design options include SNP assays, multiplex SNP assays (eg, when combining probe sets for different alleles in a single reaction), multiple SNP assays (eg, multiple ANP assays: eg, input) Such as, but not limited to, multiple probe arm assays) and the like.

いくつかの態様において、INVADERCREATIORソフトウエアは、ウェブ受注(WebOE)処理によって(すなわち、イントラ/インターネットブラウザ・インターフェイスによって)開始され、これらのパラメータは、メニューやチェックボックスによって入力されるのではなく、WebOEからアプレット<param>タグを介して転送される。   In some aspects, the INVADERCREATIOR software is initiated by a Web Order (WebOE) process (ie, by an intra / Internet browser interface) and these parameters are not entered by a menu or checkbox, but by WebOE From the applet via the <param> tag.

多数SNP設計の場合には、ユーザーは、使用する2つまたはそれ以上の設計を選択する。いくつかの態様において、これを選択すると、新しい画面(例えば、多数SNP設計選択画面、図43)が開く。いくつかの態様において、ソフトウエアは、標的配列中の各遺伝子座に設計を作成し、各スコアを出して、それらをこの画面上に表示する。そして、ユーザーは、使うべき設計を2つ選択することができる。いくつかの態様において、ユーザーは、(例えば、メニューまたはボタンを介して)第一と第二の設計を選択し、作業を続けるために「設計開始(Go Design It)」というボタンをクリックする。   For multiple SNP designs, the user selects two or more designs to use. In some embodiments, selecting this opens a new screen (eg, multiple SNP design selection screen, FIG. 43). In some embodiments, the software creates a design for each locus in the target sequence, gives each score, and displays them on this screen. The user can then select two designs to use. In some embodiments, the user selects the first and second designs (eg, via a menu or button) and clicks the button “Go Design It” to continue working.

所定の反応温度で最適に作用するプローブ配列を選択するために、隣接モデル(nearest-neighbor model)および公開されているDNA二本鎖形成パラメータ(AllawiおよびSantaLucia, Biochemistry, 36: 10581 [1997])を用いて、検出すべきSNPの融解温度(Tm)を計算する。標的鎖がRNAである態様において、RNA/DNAヘテロ二本鎖の形成に適したパラメータを用いることができる。アッセイ用の塩濃度が、しばしば、隣接パラメーターが得られた溶液条件(1 M NaClおよび二価金属なし)とは異なるため、また、酵素の有無と濃度が最適な反応温度に影響するため、計算されたTm値を調整して、反応を行なうべき最適温度を決定しなければならない。これらの因子を補償する方法の一つは、融解温度を計算するときの塩濃度のために設けられる値を変化させることである。この調整のことを「塩補正」という。本明細書において、「塩補正」という用語は、核酸二本鎖に影響する塩以外のパラメーターまたは条件の効果を、該核酸鎖に対するTm値の計算に反映させるために、塩濃度のために設けられた値を変化させることを意味する。核酸鎖の濃度のために設けられた値を変化させると、これらの計算結果にも影響する。0.5 M NaClという値(SantaLucia, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 95: 1460 (1998))とプローブの約1 mMおよび標的の1 fMという核酸鎖濃度を用いることによって、プローブ-標的融解温度を計算するために使用するアルゴリズムを、INVADERアッセイ法の最適な反応温度を予測するのに使用できるようにすることができた。30個のプローブセットについて、この方法によって計算された最適なアッセイ温度と、実験によって決定された最適なアッセイ温度との平均偏差は約1.5℃である。 To select probe sequences that work optimally at a given reaction temperature, the nearest-neighbor model and published DNA duplex formation parameters (Allawi and SantaLucia, Biochemistry, 36: 10581 [1997]) Is used to calculate the melting temperature (T m ) of the SNP to be detected. In embodiments where the target strand is RNA, parameters suitable for RNA / DNA heteroduplex formation can be used. Calculated because the salt concentration for the assay is often different from the solution conditions (1 M NaCl and no divalent metal) from which adjacent parameters were obtained, and the presence and concentration of the enzyme affects the optimal reaction temperature The measured T m value must be adjusted to determine the optimum temperature at which the reaction should be carried out. One way to compensate for these factors is to change the value provided for the salt concentration when calculating the melting temperature. This adjustment is called “salt correction”. As used herein, the term “salt correction” refers to the salt concentration in order to reflect the effect of parameters or conditions other than salt that affect the nucleic acid duplex on the calculation of the T m value for the nucleic acid strand. It means changing the provided value. Changing the value provided for the concentration of the nucleic acid strand also affects these calculation results. By using a value of 0.5 M NaCl (SantaLucia, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 95: 1460 (1998)) and a nucleic acid chain concentration of about 1 mM of the probe and 1 fM of the target, the probe-target melting temperature The algorithm used to calculate can be used to predict the optimal reaction temperature for the INVADER assay. For the 30 probe sets, the average deviation between the optimal assay temperature calculated by this method and the optimal assay temperature determined by experiment is about 1.5 ° C.

下流プローブの分析物特異的領域(ASR)の長さは、反応を行なうために選択された温度(例えば、63℃)によって規定される。標的DNA上の変異ヌクレオチド(目的の切断部位のプローブヌクレオチド5'に対合する標的塩基)の位置から始めて、3'末端に付加しながら、所望の反応温度に適合する計算上の最適反応温度(Tm+酵素の作用を補償する塩補正値)になるまで、プローブの標的結合領域の長さを一度に一塩基対ごと増やしていくという反復法を用いる。好ましくは、プローブの非相補的アームを選択して、二次反応を同一の反応温度で繰り返すことを可能にする。mfold(Zuker, Science, 244: 48 [1989])またはOligo 5.0(RychlikおよびRhoads, Nucleic Acids Res., 17: 8543 [1989])などのプローブを用いて、反応を妨害しうる二量複合体または二次構造が形成される可能性について全部のプローブオリゴヌクレオチドをスクリーニングする。INVADERオリゴヌクレオチドの設計も同じ原理に従う。端的には、標的DNA上のN位から始めて、INVADERオリゴヌクレオチドの3'末端を、被検試料に含まれると考えられるどちらの対立遺伝子にも相補的でないヌクレオチドをもつように設計する。ミスマッチは、切断に悪影響を与えず(Lyamichevら、Nature Biotechnology, 17: 292 [1999])、また、おそらく同軸的安定化作用を最小化することによって、プローブの回転を促進することができる。標的DNAに相補的な付加的残基を、N-1位から始めて、INVADERオリゴヌクレオチドと標的とのハイブリッドの安定性がプローブの安定性を超えるまで(そして、その結果、予定していたアッセイ反応温度を超えて)、一般的には、15〜20℃超えるまで、5'方向に付加して行く。 The length of the analyte-specific region (ASR) of the downstream probe is defined by the temperature selected to perform the reaction (eg, 63 ° C.). Starting from the position of the mutated nucleotide on the target DNA (target base pairing to probe nucleotide 5 'of the target cleavage site), adding to the 3' end, the calculated optimal reaction temperature that matches the desired reaction temperature ( An iterative method is used in which the length of the target binding region of the probe is increased by one base pair at a time until T m + a salt correction value that compensates for the action of the enzyme. Preferably, non-complementary arms of the probe are selected to allow the secondary reaction to be repeated at the same reaction temperature. Dimeric complexes that can interfere with the reaction using probes such as mfold (Zuker, Science, 244: 48 [1989]) or Oligo 5.0 (Rychlik and Rhoads, Nucleic Acids Res., 17: 8543 [1989]) All probe oligonucleotides are screened for the possibility of secondary structure formation. The design of INVADER oligonucleotides follows the same principle. Briefly, starting from the N position on the target DNA, the 3 ′ end of the INVADER oligonucleotide is designed to have nucleotides that are not complementary to either allele that would be included in the test sample. Mismatches do not adversely affect cleavage (Lyamichev et al., Nature Biotechnology, 17: 292 [1999]) and can facilitate probe rotation, possibly by minimizing coaxial stabilization effects. Additional residues complementary to the target DNA, starting at position N-1, until the stability of the hybrid of the INVADER oligonucleotide and the target exceeds the stability of the probe (and consequently the planned assay reaction) Over temperature), generally add in the 5 'direction until it exceeds 15-20 ° C.

いくつかの態様において、一次反応物から遊離した切断断片を二次反応で使用する。反応工程を同時に行なうことができるよう、一次反応と二次反応が同じ最適温度で起きるようにプローブ配列のすべてを選択することができることがアッセイ法設計の一つの特徴である。代わりの態様において、反応工程が最適温度で同時に起こらないように、異なった最適温度で作動するようにプローブを設計することができる。   In some embodiments, the cleaved fragments released from the primary reactant are used in the secondary reaction. One feature of the assay design is that all of the probe sequences can be selected so that the primary and secondary reactions occur at the same optimal temperature so that the reaction steps can be performed simultaneously. In an alternative embodiment, the probe can be designed to operate at different optimum temperatures so that the reaction steps do not occur simultaneously at the optimum temperature.

いくつかの態様において、ソフトウエアは、ユーザーに、以下のものが含まれるが、それらに限定されない、さまざまな設計の態様を変更する機会を提供する。すなわち、プローブ、標的およびINVADERオリゴヌクレオチドの最適温度と濃度、保護基、プローブのアーム、色素、キャッピング基およびその他の付加基、プローブおよび標的の各塩基(例えば、標的および/またはプローブから塩基を欠失させたり付加すること、または、INVADERおよび/またはプローブおよび/または標的のオリゴヌクレオチドの内部塩基を変更すること)。いくつかの態様において、メニューから選択して変更を行える。好ましい態様において、この選択によって新しい画面が開く(例えば、デザイナーワークシート画面、図44)。   In some aspects, the software provides the user with an opportunity to change various design aspects, including but not limited to: That is, optimal temperatures and concentrations of probes, targets and INVADER oligonucleotides, protecting groups, probe arms, dyes, capping groups and other additional groups, probe and target bases (e.g., missing bases from targets and / or probes) Lost or added, or change the internal base of INVADER and / or probe and / or target oligonucleotide). In some embodiments, changes can be made by selecting from a menu. In a preferred embodiment, this selection opens a new screen (eg, designer worksheet screen, FIG. 44).

いくつかの態様において、ソフトウエアは、アッセイ法設計の品質(例えば、効率の見込み値)を表示するための採点システムを提供する。一つの態様において、採点システムは、理想的な設計を表す初期スコアの点数(例えば、100点)を含み、また、アッセイ効率に有害な影響を及ぼすことが知られているか、そう思われている設計上の特徴にペナルティー値が割り当てられているシステムである。ペナルティー値は、設計の目的となるアッセイ法の型(例えば、一重鎖、多重鎖)、およびアッセイ反応が行なわれる温度などがあるがこれらに限定されない、配列以外のアッセイ法におけるパラメーターによって、さまざまに変更することができる。以下の例は、実験によって特定される情報に基づいたINVADERアッセイ法のいくつかの態様とともに使用するための例示的な採点基準を提供するものである。採点上ペナルティーを課せられる設計上の特徴を示す例には以下の例があるが、これらに限定されない[ペナルティー値を括弧内に示す。最初の数字は低温アッセイ法(例えば、62〜64℃)用のものであり、二番目の数字は、高温アッセイ法(例えば、65〜66℃)用のものである。   In some embodiments, the software provides a scoring system for displaying assay design quality (eg, likelihood of efficiency). In one embodiment, the scoring system includes an initial score score that represents an ideal design (eg, 100 points) and is known or suspected to have a detrimental effect on assay efficiency. This is a system in which penalty values are assigned to design features. Penalty values can vary depending on the type of assay being designed (e.g., single-stranded, multi-stranded), and the temperature at which the assay reaction is performed, but not limited to these parameters in the assay other than the sequence. Can be changed. The following examples provide exemplary scoring criteria for use with some aspects of the INVADER assay based on information specified by experiments. Examples of design features that can be penalized for scoring include, but are not limited to: [Penalty values are shown in parentheses. The first number is for a low temperature assay (eg, 62-64 ° C.) and the second number is for a high temperature assay (eg, 65-66 ° C.).

1.[100:100] INVADERオリゴヌクレオチドの3'末端がプローブのアームに類似する:

Figure 0005661071
2.[70:70] プローブが多型性を含む5塩基の直列配列(すなわち、一列になった5個の同じ塩基)を有する
3.[60:60] プローブが多型性に隣接した5塩基の直列配列を有する
4.[50:50] プローブが多型性から1塩基のところに5塩基の直列配列を有する
5.[40:40] プローブが多型性から2塩基のところに5塩基の直列配列を有する
6.[50:50] プローブの5塩基の直列配列がGである−追加的ペナルティー
7.[100:100] プローブがいずれかに6塩基の直列配列を有する
8.[90:90] 2塩基または3塩基の配列が4回以上繰り返される
9.[100:100] 縮重塩基がプローブ中に存在する
10.[60:90] プローブがハイブリダイズする領域が短い(65〜67℃用の設計では13塩基以下;62〜64℃用の設計では12塩基以下)
11.[40:90] プローブがハイブリダイズする領域が長い(65〜67℃用の設計では29塩基以下;62〜64℃用の設計では28塩基以下)
12.[5:5] プローブがハイブリダイズする領域の長さ−一塩基付加される毎のペナルティー
13.[80:80] プローブのアームの後ろに来る最初の3塩基を区別しにくいIns/Del設計
14.[100:100] プローブ標的の7.5℃の範囲内にあるINVADERオリゴヌクレオチドの計算上のTm値(65〜67℃用の設計ではINVADERオリゴヌクレオチドが70.5℃以下;62〜64℃用の設計ではINVADERオリゴヌクレオチドが69.5℃以下)
15.[20:20] プローブの計算上のTm値が2.0℃以上差がある
16.[100:100] プローブが、標的のTm値と比べて2℃より低い計算上のTm値をもつ
17.[10:10] 標的の一方の核酸鎖が、もう一方の鎖よりも8塩基長い
18.[30:30] INVADERオリゴヌクレオチドがいずれかに6塩基の直列配列を有する−初期ペナルティー
19.[70:70] INVADERオリゴヌクレオチドの6塩基の直列配列がGである−追加的ペナルティー
20.[15:15] プローブがハイブリダイズする領域が、14、15もしくは24〜28塩基長(65〜67℃)、または13、14もしくは26、27塩基長い(62〜64℃)
21.[15:15] プローブが、多型を含むGの4塩基の直列配列を有する 1. [100: 100] The 3 ′ end of the INVADER oligonucleotide is similar to the probe arm:
Figure 0005661071
2. [70:70] Probe has a 5 base tandem sequence (ie, 5 identical bases in a row) containing polymorphisms
3. [60:60] Probe has a 5 base tandem sequence adjacent to the polymorphism
Four. [50:50] The probe has a 5 base tandem sequence at 1 base due to polymorphism.
Five. [40:40] Probe has a 5 base tandem sequence at 2 bases due to polymorphism
6. [50:50] The 5 base tandem sequence of the probe is G-additional penalty
7. [100: 100] Probe has a 6 base tandem sequence in either
8. [90:90] Sequence of 2 or 3 bases is repeated more than 4 times
9. [100: 100] Degenerate base is present in the probe
Ten. [60:90] Probe hybridization region is short (13 bases or less for the 65-67 ° C design; 12 bases or less for the 62-64 ° C design)
11. [40:90] Long probe hybridization region (29 bases or less for 65-67 ° C design; 28 bases or less for 62-64 ° C design)
12. [5: 5] Length of probe hybridizing area-penalty for every single base addition
13. [80:80] Ins / Del design makes it difficult to distinguish the first three bases behind the probe arm
14. [100: 100] Calculated T m values for INVADER oligonucleotides within 7.5 ° C of the probe target (INVADER oligonucleotides are below 70.5 ° C for 65-67 ° C designs; for 62-64 ° C designs INVADER oligonucleotide is 69.5 ° C or less)
15. [20:20] Probe Tm value is more than 2.0 ℃ difference
16. [100: 100] The probe has a calculated T m value lower than 2 ° C compared to the target T m value
17. [10:10] One nucleic acid strand of the target is 8 bases longer than the other strand
18. [30:30] INVADER oligonucleotide has a 6-base tandem sequence in either-initial penalty
19. [70:70] 6-base tandem sequence of INVADER oligonucleotide is G-additional penalty
20. [15:15] Probe hybridization region is 14, 15, or 24-28 bases long (65-67 ° C), or 13, 14 or 26, 27 bases long (62-64 ° C)
twenty one. [15:15] Probe has a 4 base tandem sequence of G including polymorphism

特に好ましい態様において、設計における各オリゴヌクレオチドに関する温度をコンピュータで再計算し、変更されるたびに、採点をコンピュータで再計算する。いくつかの態様において、「説明」ボタンをクリックすれば、採点についての説明を見ることができる。いくつかの態様において、BLAST検索の選択肢が提供される。好ましい態様において、「BLAST設計」ボタンをクリックすると、BLAST検索が行なわれる。いくつかの態様において、この操作によって、BLAST処理を説明するダイアログボックスが表示される。好ましい態様において、BLAST検索の結果がデザイナーワークシート上に強調された形で表示される。   In a particularly preferred embodiment, the temperature for each oligonucleotide in the design is recalculated by computer and the score is recalculated by computer each time it is changed. In some embodiments, clicking on the “Description” button will allow you to see an explanation of the scoring. In some embodiments, BLAST search options are provided. In a preferred embodiment, the BLAST search is performed when the “BLAST design” button is clicked. In some embodiments, this operation displays a dialog box describing the BLAST process. In a preferred embodiment, the results of the BLAST search are displayed in a highlighted form on the designer worksheet.

いくつかの態様において、ユーザーは、「受諾」ボタンをクリックして設計を受諾する。別の態様においては、ユーザーの介入なしで設計を諒承する。好ましい態様において、プログラムが、諒承された設計を次の処理段階(例えば、作成、ファイルまたはデータベース)に送り込む。いくつかの態様において、プログラムは、画面上(例えば、出力ページ、図45)に図示し、作成された最終設計を精査できるようにし、また、設計に注釈を付けられるようにする。好ましい態様において、ユーザーは、(例えば、「戻る」ボタンをクリックすることによって)デザイナーワークシートに戻ることができる。または、(例えば、「保存」ボタンをクリックすることによって)設計を保存し、(例えば、設計されたオリゴヌクレオチドを製造用に提示するために)続けることができる。   In some embodiments, the user clicks the “accept” button to accept the design. In another aspect, the design is accepted without user intervention. In a preferred embodiment, the program sends the approved design to the next processing stage (eg, creation, file or database). In some embodiments, the program is illustrated on a screen (eg, output page, FIG. 45), allowing the final design created to be reviewed and the design to be annotated. In a preferred embodiment, the user can return to the designer worksheet (eg, by clicking on a “back” button). Alternatively, the design can be saved (eg, by clicking a “Save” button) and continued (eg, to present the designed oligonucleotide for production).

いくつかの態様において、プログラムは、印刷(例えば、テキストのみの表示)のため、またはその他の出力(例えば、出力画面、図46)のために最適化された設計図を表示する画面を作成する選択肢を提示する。好ましい態様において、出力画面は、印刷、または別のアプリケーションに出力する(例えば、別のアプリケーションにコピー・ペーストする)のに特に適した設計の説明を提供する。特に好ましい態様において、出力画面は別のウィンドウの中で開く。   In some embodiments, the program creates a screen that displays a blueprint that is optimized for printing (eg, display of text only) or for other output (eg, output screen, FIG. 46). Present options. In a preferred embodiment, the output screen provides a description of a design that is particularly suitable for printing or outputting to another application (eg, copying and pasting to another application). In a particularly preferred embodiment, the output screen opens in a separate window.

本発明は、INVADERCREATIORソフトウエアの使用に限定されるものではない。実際、GCGウィスコンシンパッケージ(ジェネティクスコンピュータグループ(Genetics computer Group)、ウィスコンシン州マディソン)、およびベクターNTI(インフォマックス(Informax)、メリーランド州ロックビル(Rockville, Maryland))などがあるが、これらに限定されない、さまざまなソフトウエアプログラムが考案され、市販されている。   The present invention is not limited to the use of INVADERCREATIOR software. In fact, there are GCG Wisconsin packages (Genetics computer Group, Madison, Wis.), And Vector NTI (Informax, Rockville, Maryland). Various software programs have been devised and marketed.

b)反応条件の設計
標的核酸(例えば、RNAおよびDNA)は、5'ヌクレアーゼまたはその他適当な切断因子を使用する、本発明に係る方法を用いて解析することができる。そのような核酸は、標準的な分子生物学的な技術を用いて得ることができる。例えば、核酸(RNAまたはDNA)は、組織試料(例えば、生検標本)、組織培養細胞、細菌および/またはウイルスを含む試料(細菌および/またはウイルスの培養物など)などから単離することができる。標的核酸は、DNA鋳型からインビトロで転写したり、化学的に合成したり、または、ポリメラーゼ連鎖反応によって増幅することもできる。さらに、核酸は、ゲノム物質として、またはプラスミドや同様の染色体外DNAとして生物から単離することができ、または、制限酵素またはその他の切断因子、または剪断力で処理して生成されたこのような物質の断片であってもよい。また、断片は合成することができる。
b) Design of reaction conditions Target nucleic acids (eg RNA and DNA) can be analyzed using the method according to the present invention using a 5 'nuclease or other suitable cleavage factor. Such nucleic acids can be obtained using standard molecular biology techniques. For example, nucleic acids (RNA or DNA) can be isolated from tissue samples (eg, biopsy specimens), tissue culture cells, samples containing bacteria and / or viruses (such as bacterial and / or viral cultures), and the like. it can. The target nucleic acid can also be transcribed in vitro from a DNA template, chemically synthesized, or amplified by the polymerase chain reaction. In addition, nucleic acids can be isolated from organisms as genomic material or as plasmids or similar extrachromosomal DNA, or such enzymes produced by treatment with restriction enzymes or other cleavage factors, or shear forces. It may be a fragment of the substance. Fragments can also be synthesized.

標的、プローブ、およびINVADERオリゴヌクレオチド核酸を集めて、本発明に係る切断反応に加えるときには、オリゴヌクレオチドを用いる酵素アッセイ法の設計で広く利用されているジデオキシヌクレオチド配列決定法、およびポリメラーゼ連鎖反応(PCR)などの原理を用いる。これらのアッセイ法で行われるとき、オリゴヌクレオチドを十分に過剰な量提供して、標的核酸にハイブリダイズする速度が非常に速くなるようにする。これらのアッセイ法は、普通、反応混合液1マイクロリットルあたり各オリゴヌクレオチドを50フェムトモルから2ピコモル加えて行なわれる。しかし、この範囲に限定されるわけではない。本明細書に記載した実施例においては、反応容量1マイクロリットルあたり250フェムトモルから5ピコモルのオリゴヌクレオチド量が用いられた。これらの値は、実証を容易にする目的で選ばれたのであって、本発明の実施をこれらの濃度に限定する趣旨ではない。他の分子生物学的反応で使用される別の(例えば、低い)オリゴヌクレオチド濃度も考えられる。   When the target, probe, and INVADER oligonucleotide nucleic acid are collected and added to the cleavage reaction according to the present invention, dideoxynucleotide sequencing and polymerase chain reaction (PCR), which are widely used in the design of enzyme assays using oligonucleotides ) And other principles are used. When performed in these assays, a sufficient excess of oligonucleotide is provided so that the rate of hybridization to the target nucleic acid is very high. These assays are usually performed with 50 to 2 picomoles of each oligonucleotide added per microliter of reaction mixture. However, it is not limited to this range. In the examples described herein, amounts of oligonucleotide from 250 femtomole to 5 pmoles per microliter of reaction volume were used. These values were chosen for ease of demonstration and are not intended to limit the practice of the invention to these concentrations. Other (eg, low) oligonucleotide concentrations used in other molecular biological reactions are also contemplated.

INVADERオリゴヌクレオチドは、標的核酸にハイブリダイズする各々のプローブオリゴヌクレオチドを切断させることに直ちに利用できるものであることが望ましい。本明細書に記載した態様のいくつかにおいて、INVADERオリゴヌクレオチドは、プローブオリゴヌクレオチドよりも過剰に提供される。これは、そのような態様において、INVADERオリゴヌクレオチドを直ちに利用できるものにする上で有効な方法であるが、本発明の実施が、INVADERオリゴヌクレオチドをプローブに対して過剰であるという条件に限定されるものではなく、また、INVADER:プローブが特定の割合である場合に限定されるものでもない(例えば、本明細書に記載した態様のいくつかにおいては、プローブがINVADERオリゴヌクレオチドに対して過剰に提供される)。プローブが標的核酸に結合するときに必ずINVADERオリゴヌクレオチドが存在することを確実にする別の方法は、INVADERオリゴヌクレオチドが、より安定して標的にハイブリダイズさせるように設計すること、すなわち、プローブよりも高いTm値を持たせることである。これは、本明細書で検討した核酸二本鎖の安定性を上昇させる方法のいずれかによって行なうことができる(例えば、標的核酸に対する相補性の程度を高める)。 The INVADER oligonucleotide is preferably one that can be readily used to cleave each probe oligonucleotide that hybridizes to the target nucleic acid. In some of the embodiments described herein, the INVADER oligonucleotide is provided in excess of the probe oligonucleotide. This is an effective way to make the INVADER oligonucleotide readily available in such embodiments, but the practice of the invention is limited to the condition that the INVADER oligonucleotide is in excess of the probe. Nor is it limited to INVADER: probe at a certain ratio (eg, in some of the embodiments described herein, the probe is in excess of the INVADER oligonucleotide). Provided). Another way to ensure that the INVADER oligonucleotide is present whenever the probe binds to the target nucleic acid is to design the INVADER oligonucleotide to more stably hybridize to the target, i.e. than the probe. Is to have a high T m value. This can be done by any of the methods for increasing nucleic acid duplex stability discussed herein (eg, increasing the degree of complementarity to the target nucleic acid).

オリゴヌクレオチド/標的ハイブリダイゼーションおよび切断因子の活性の両方に親和的な緩衝液条件を選択すべきである。核酸修飾酵素、特にDNA修飾酵素にとって最適な緩衝液条件には、一般的に、核酸鎖を塩基対合によって会合させるのに充分な量の一価および二価の塩が含まれる。本発明に係る方法を、本明細書に具体的に記載していない酵素性切断因子を用いて行なうときには、一般的に、反応を、その切断因子のヌクレアーゼ機能にとって最適だと報告されている緩衝液で行なうことができる。一般的には、本方法においてある切断因子が利用できるか否かを調べるには、問題の切断因子を、MOPS/MnCl2/KCl緩衝液、または本明細書記載のMg含有緩衝液の中、および、該因子を使用するのに適していると製造業者のデータシート、論文記事、または私信で報告されているいずれかの緩衝液の中で試験反応を行なう。 Buffer conditions that are compatible with both oligonucleotide / target hybridization and cleavage factor activity should be selected. Optimal buffer conditions for nucleic acid modifying enzymes, particularly DNA modifying enzymes, generally include sufficient amounts of monovalent and divalent salts to associate nucleic acid strands by base pairing. When the method according to the invention is carried out with an enzymatic cleavage factor not specifically described herein, the reaction is generally reported to be optimal for the nuclease function of the cleavage factor. Can be done with liquid. In general, to determine whether a cleaving factor is available in the method, the cleaving factor in question is either MOPS / MnCl 2 / KCl buffer, or the Mg-containing buffer described herein, And the test reaction is carried out in any buffer reported in the manufacturer's data sheet, article or personal report as suitable for use of the factor.

INVADERオリゴヌクレオチド特異的切断反応の生成物は、投入されたオリゴヌクレオチドの構造特異的切断によって生じる断片である。得られた切断オリゴヌクレオチドおよび/または非切断オリゴヌクレオチドは、(アクリルアミドまたはアガロースのゲル、紙など、さまざまな支持体上での)電気泳動、クロマトグラフィー、蛍光偏光、質量分析、およびチップ上でのハイブリダイゼーションなどの方法があるが、これらに限定されない数多くの方法で解析および分析することができる。いくつかの実施例では、切断反応の産物の解析に電気泳動による分離を用いて、本発明を具体的に説明している。しかし、切断産物の分析法は電気泳動に限定されるものではない。電気泳動法は、当技術分野において広く実施されており、また、平均的な実施者にとって簡単に利用できるものであることから、本発明に係る方法を具体的に説明するために電気泳動法を選択している。他の例として、切断産物の電気泳動または任意の他の分解を行うことなく、本発明が示される。   The product of the INVADER oligonucleotide-specific cleavage reaction is a fragment generated by structure-specific cleavage of the input oligonucleotide. The resulting cleaved and / or uncleaved oligonucleotides can be electrophoresed, chromatographed, fluorescence polarized, mass spectrometry, and on-chip (on various supports such as acrylamide or agarose gels, paper, etc.) There are methods such as hybridization, but can be analyzed and analyzed by a number of methods including but not limited to these. In some embodiments, the present invention is specifically described using electrophoretic separation to analyze cleavage reaction products. However, the analysis method of the cleavage product is not limited to electrophoresis. Electrophoresis is widely practiced in the art and is readily available to the average practitioner, so electrophoretic methods are used to illustrate the method according to the present invention. Selected. As another example, the invention is shown without electrophoresis or any other degradation of the cleavage product.

プローブおよびINVADERオリゴヌクレオチドは、切断反応後にそれらの検出に役立つ標識を含むことができる。標識は、オリゴヌクレオチドの5'末端もしくは3'末端に置かれた放射性同位元素(例えば、32Pまたは35Sで標識されたヌクレオチド)であるか、または、オリゴヌクレオチド全体にわたって分布する標識(すなわち、均一に標識されたオリゴヌクレオチド)でもよい。標識は、直接検出が可能なフルオロフォア、または、二次的因子によって特異的に認識されうる反応基など、同位元素以外の検出可能な成分でもよい。例えば、ビオチン化オリゴヌクレオチドは、指示試薬(例えば、アルカリホスファターゼ、またはフルオロフォア)に結合したストレプトアビジン分子で検索することによって検出することができ、または、同様の指示薬に結合した特異的抗体を用いて、ジオキシゲニンなどのハプテンを検出することができる。また、反応基は、二次因子に結合するか、さもなければ二次因子と反応することができる別の核酸など、ヌクレオチドの特異的構成または配列、および酵素、または抗体などでもよい。いくつかの態様において、プローブは蛍光成分および消光成分によって標識することができ、その場合には、切断構造の切断によって消光成分から蛍光成分が分離して、検出可能なシグナルが生じる(例えば、FRET検出法)。いくつかの態様において、ドナーであるフルオロフォア(fluorophor)からのシグナルの消光における変化を検出するが、別の態様においては、受容体であるフルオロフォアからの発光の変化を検出する。さらに別の態様においては、ドナーと受容体の両者の発光に対するFRETの作用を検出する。 Probes and INVADER oligonucleotides can contain labels that aid in their detection after the cleavage reaction. The label is a radioisotope placed at the 5 ′ or 3 ′ end of the oligonucleotide (eg, a nucleotide labeled with 32 P or 35 S), or a label distributed throughout the oligonucleotide (ie, A uniformly labeled oligonucleotide). The label may be a detectable moiety other than an isotope, such as a fluorophore that can be detected directly or a reactive group that can be specifically recognized by a secondary agent. For example, biotinylated oligonucleotides can be detected by searching with a streptavidin molecule conjugated to an indicator reagent (eg, alkaline phosphatase, or fluorophore) or using a specific antibody conjugated to a similar indicator. Thus, haptens such as dioxygenin can be detected. The reactive group can also be a specific configuration or sequence of nucleotides, such as another nucleic acid that can bind to or otherwise react with a secondary factor, and an enzyme, antibody, or the like. In some embodiments, the probe can be labeled with a fluorescent component and a quenching component, in which case cleavage of the cleavage structure separates the fluorescent component from the quenching component, resulting in a detectable signal (eg, FRET Detection method). In some embodiments, a change in the quenching of a signal from the donor fluorophor is detected, while in another embodiment, a change in luminescence from the acceptor fluorophore is detected. In yet another embodiment, the effect of FRET on both donor and acceptor luminescence is detected.

FRET検出法のいくつかの態様において、蛍光発光体の蛍光の寿命を測定する(例えば、時間分解蛍光など)。時間分解蛍光検出法の態様を特定に標識系に限定するわけではないが、時間分解FRET測定で有用なタグの例には、ユウロピウムキレート(Eu3+; Biosclairら、J. Biomelecular Screening 5(5): 319 [2000])、ユウロピウムトリスビピリジンクリプテート(europium trisbipyridine cryptate)(TBPEu3+; Alpha-Bazinら、Anal. Biochem. 286(1): 17 [2000])、およびルテニウムリガンド複合体([Ru(bpy)2(phen-ITC)]2+; Younら、Anal. Biochem. 231(1): 24 [1995];Lakowiczら、Anal. Biochem. 288: 62 [2001])がある。 In some embodiments of the FRET detection method, the fluorescence lifetime of the fluorophore is measured (eg, time-resolved fluorescence). Although embodiments of time-resolved fluorescence detection methods are not specifically limited to labeling systems, examples of useful tags for time-resolved FRET measurements include europium chelates (Eu 3+ ; Biosclair et al., J. Biomelecular Screening 5 (5 ): 319 [2000]), europium trisbipyridine cryptate (TBPEu 3+ ; Alpha-Bazin et al., Anal. Biochem. 286 (1): 17 [2000]), and a ruthenium ligand complex ([ Ru (bpy) 2 (phen-ITC)] 2+ ; Youn et al., Anal. Biochem. 231 (1): 24 [1995]; Lakowicz et al., Anal. Biochem. 288: 62 [2001]).

c)反応条件の最適化
INVADERオリゴヌクレオチド特異的切断反応は、特異的核酸の存在を検出するのに有用である。INVADERオリゴヌクレオチドおよびプローブヌクレオチドの選択および設計について上記した条件に加えて、特異的標的配列を検出するために、反応を行なう条件を最適化することができる。
c) Optimization of reaction conditions
INVADER oligonucleotide specific cleavage reactions are useful for detecting the presence of specific nucleic acids. In addition to the conditions described above for selection and design of INVADER oligonucleotides and probe nucleotides, the conditions under which the reaction is performed can be optimized to detect specific target sequences.

INVADERオリゴヌクレオチド特異的切断アッセイ法を最適化する目的の一つは、標的核酸のコピー数が最も少ない場合でも特異的検出を可能にすることである。この目的を達成するには、反応の構成要素を組み合わせて、反応速度(例えば、1分間当たりの切断数)が最大になるよう、最大の効率で相互作用させることが望ましい。反応の全体的な効率に寄与する構成要素には、ハイブリダイゼーション速度、切断速度、および切断されたプローブの遊離効率などがある。   One goal of optimizing the INVADER oligonucleotide specific cleavage assay is to enable specific detection even when the target nucleic acid copy number is the lowest. To achieve this goal, it is desirable to combine the reaction components to interact with maximum efficiency so that the reaction rate (eg, cleavage per minute) is maximized. Components that contribute to the overall efficiency of the reaction include hybridization rate, cleavage rate, and release efficiency of the cleaved probe.

切断速度は、選択される切断手段の関数であり、市販されている酵素製剤を用いるときには製造業者の説明書に従って、または、本明細書の実施例に記載されているとおりにして、最適化することができる。その他の要素(ハイブリダイゼーション速度、遊離効率)は、反応の実行法に依存しているため、これらの要素の最適化については下述する。   The rate of cleavage is a function of the selected means of cleavage and is optimized according to the manufacturer's instructions when using commercially available enzyme preparations or as described in the examples herein. be able to. Since other factors (hybridization rate, release efficiency) depend on how the reaction is carried out, optimization of these factors is described below.

核酸のハイブリダイゼーション速度に有意に影響する、切断反応の3つの要素は、核酸濃度、切断反応を行なう速度、および反応溶液中の塩濃度および/または他の電荷遮蔽イオン濃度である。   The three components of the cleavage reaction that significantly affect the nucleic acid hybridization rate are the nucleic acid concentration, the rate at which the cleavage reaction is performed, and the salt concentration and / or other charge-shielding ion concentration in the reaction solution.

このタイプのアッセイ法において使用されるオリゴヌクレオチドの濃度は、当技術分野において周知されており、上記されている通りである。オリゴヌクレオチド濃度を最適化する一般的な方法の一例は、パイロット試験のためにオリゴヌクレオチドの開始量を選択することで、ヌクレオチドを利用する多くの方法では、0.01から2 μMの濃度範囲が用いられる。最初の切断反応が行われたら、データに対して、実質的に切断産物から遊離した標的核酸の非存在下で反応が行われているか;切断部位は、INVADERオリゴヌクレオチドの設計に従って特異的な位置になっているか;非切断プローブの存在下で特異的切断産物を簡単に検出することができるか(または、非切断物質の量が、選択された可視化法を圧倒しているか)について質問をすることができる。   The concentration of oligonucleotide used in this type of assay is well known in the art and is as described above. An example of a common way to optimize oligonucleotide concentration is to select the starting amount of oligonucleotide for pilot testing, and many methods that use nucleotides use a concentration range of 0.01 to 2 μM . If an initial cleavage reaction has been performed, is the data being run in the absence of the target nucleic acid substantially free from the cleavage product; the cleavage site is a specific location according to the design of the INVADER oligonucleotide Ask whether the specific cleavage product can be easily detected in the presence of an uncleaved probe (or whether the amount of uncleaved substance overwhelms the chosen visualization method) be able to.

これらの質問に対して答えが否定的であれば、プローブ濃度が高すぎるため、適当な量が確認されるまで、プローブを段階希釈したものを用いて一連の反応を行わなければならないことが示唆される。所定の試料タイプ(例えば、精製されたゲノムDNA、体液抽出物、破砕細菌抽出物)において所定の標的核酸に対する適当量が確認された場合には、再最適化をする必要はない。存在する材料の複雑さがプローブ濃度の最適条件に影響を与えうるため、試料のタイプは重要である。   A negative answer to these questions suggests that the probe concentration is too high and a series of reactions must be performed with serial dilutions of the probe until the appropriate amount is confirmed. Is done. If an appropriate amount for a given target nucleic acid is confirmed in a given sample type (eg, purified genomic DNA, body fluid extract, disrupted bacterial extract), re-optimization is not necessary. The type of sample is important because the complexity of the material present can affect the optimal conditions for probe concentration.

逆に、選択した開始プローブ濃度が低すぎると、ハイブリダイゼーションの効率が悪くなるため反応が遅くなる。プローブの量を増加させながら試験すると、濃度が最適量を超える濃度ポイント(例えば、標的配列に依存しないバックグラウンド切断、または、切断産物の検出を阻害するなど、望ましくない効果が生じる濃度ポイント)を確認することができる。過剰なプローブによってハイブリダイゼーションが促進されるため、このポイントよりも少しだけ低いプローブ濃度を用いて反応を行なうことが望ましいが、そうしなければならないというわけではない。   Conversely, if the concentration of the starting probe selected is too low, the efficiency of hybridization will deteriorate and the reaction will be slow. When testing with increasing amounts of probe, concentration points where the concentration exceeds the optimal amount (eg, concentration points that produce undesirable effects such as background cleavage independent of the target sequence, or inhibition of cleavage product detection). Can be confirmed. Although hybridization is facilitated by excess probe, it is desirable, but not necessarily, to perform the reaction using a probe concentration that is slightly below this point.

INVADERオリゴヌクレオチドの濃度は、上記の設計について検討した条件に基づいて選択することができる。いくつかの態様において、INVADERオリゴヌクレオチドは、プローブオリゴヌクレオチドよりも過剰に存在する。好ましい態様において、プローブオリゴヌクレオチドはINVADERオリゴヌクレオチドよりも過剰に存在する。   The concentration of INVADER oligonucleotide can be selected based on the conditions discussed for the above design. In some embodiments, the INVADER oligonucleotide is present in excess over the probe oligonucleotide. In a preferred embodiment, the probe oligonucleotide is present in excess over the INVADER oligonucleotide.

温度も、オリゴヌクレオチドのハイブリダイゼーションにおいて重要な因子である。検討した温度範囲は、上記したように、かなりの部分、オリゴヌクレオチドの設計に依存する。特定の温度で反応を行わせたいときには(例えば、酵素の必要上、便宜上、測定装置または検出装置との適合上など)、反応で機能するオリゴヌクレオチドを、所望の反応温度で最適に機能するように設計することができる。各INVADER反応は、一次反応用の2種類以上の配列特異的オリゴヌクレオチド、すなわち、上流のINVADERオリゴヌクレオチドおよび下流のプローブオリゴヌクレオチドを含む。いくつかの態様において、INVADERオリゴヌクレオチドは、反応温度で安定して結合するように設計されているが、プローブは、自由に標的に結合したり、解離したりできるように設計されていて、非切断のプローブが、重複するINVADERオリゴヌクレオチドに隣接するところにハイブリダイズしたときにだけ切断が起きるようになっている。好ましい態様において、標的に相補的でない5'フラップを含み、切断が起きると、このフラップがプローブから遊離するようになっている。遊離したフラップを直接的または間接的に検出することができる。いくつかの態様においては、下記で詳述するように、遊離したフラップは、二次反応にINVADERオリゴヌクレオチドとして関与する。   Temperature is also an important factor in oligonucleotide hybridization. The temperature range studied depends, in part, on the design of the oligonucleotide, as described above. When it is desired to perform the reaction at a specific temperature (for example, due to the necessity of an enzyme, for convenience, for compatibility with a measurement device or a detection device), the oligonucleotide functioning in the reaction is optimally operated at the desired reaction temperature. Can be designed to Each INVADER reaction includes two or more sequence-specific oligonucleotides for the primary reaction: an upstream INVADER oligonucleotide and a downstream probe oligonucleotide. In some embodiments, the INVADER oligonucleotide is designed to bind stably at the reaction temperature, but the probe is designed to freely bind to and dissociate from the target and is non- Cleavage occurs only when the cleavage probe hybridizes adjacent to the overlapping INVADER oligonucleotide. In a preferred embodiment, a 5 'flap that is not complementary to the target is included so that when cleavage occurs, this flap is released from the probe. The released flap can be detected directly or indirectly. In some embodiments, the released flap participates in the secondary reaction as an INVADER oligonucleotide, as detailed below.

INVADERアッセイ法を最適にする条件とは、一般的に、最小量の標的核酸を特異的に検出することを可能にする条件である。そのような条件は、所定の時間枠の中、または所定量の核酸について、最も強い標的依存的シグナルを得られる条件、または、最も速いプローブ切断速度(すなわち、1分間に切断されるプローブ)を可能にする条件という特徴をもつ。   Conditions that optimize the INVADER assay are generally those that allow specific detection of a minimal amount of target nucleic acid. Such conditions include the conditions that give the strongest target-dependent signal within a given time frame, or for a given amount of nucleic acid, or the fastest probe cleavage rate (ie, a probe that is cleaved per minute). It has the feature of enabling conditions.

上記したように、切断因子濃度が、切断反応にとって実際に最適な温度に影響を与えうる。さらに、さまざまな切断因子が、たとえ同一の濃度で使用されたとしても、最適な反応温度にさまざまに影響することがありえる(例えば、計算上のTm値と観察された最適な反応温度との差異は、ある酵素の方が、他の酵素よりも大きい可能性がある)。さまざまな酵素または酵素濃度を用いる反応、または反応条件に加えられた別の変更にとっての適当な塩補正の決定は、以下の2つの工程を含む。a)新しい反応条件下で最適な反応条件を測定する工程、および、観察された最適条件と一致するか、それに非常に近い計算温度値を算出するためのTm値アルゴリズムの範囲内で塩濃度を変化させる工程。最適な反応温度の測定は、一般的に、最適な温度に(温度を上昇させるか低下させるかして)近づくにつれて効率の増加が観察でき、また、最適な温度を過ぎると効率の低下が観察できるため、最適な温度と温度範囲が同定できるように選択された温度範囲で反応を行なうことを含む(Lyamichevら、Biochemistry, 39: 9253 [2000])。 As mentioned above, the cleavage factor concentration can affect the temperature that is actually optimal for the cleavage reaction. In addition, different cleaving factors can have different effects on the optimal reaction temperature, even when used at the same concentration (eg, the calculated T m value and the observed optimal reaction temperature). The difference may be greater for some enzymes than others. Determining the appropriate salt correction for reactions using different enzymes or enzyme concentrations, or for other changes made to the reaction conditions, involves the following two steps. a) the step of measuring the optimal reaction conditions under the new reaction conditions and the salt concentration within the range of the T m value algorithm for calculating the calculated temperature value that is in agreement with or very close to the observed optimal conditions The process of changing. Measurement of the optimal reaction temperature generally allows an increase in efficiency to be observed as it approaches the optimal temperature (by increasing or decreasing the temperature), and a decrease in efficiency is observed after the optimal temperature is exceeded. This includes performing the reaction at a temperature range selected so that the optimal temperature and temperature range can be identified (Lyamichev et al., Biochemistry, 39: 9253 [2000]).

いくつかの態様において、一次反応から遊離した切断断片が合成カセットにハイブリダイズして二次切断反応を形成する場合には二次反応を利用する。いくつかの態様において、このカセットは蛍光成分と消光成分を含み、二次切断構造の切断によって消光成分から蛍光成分が分離して、検出可能なシグナルが生じる(例えば、FRET検出法)。二次反応は、さまざまな方法で設計することができる。例えば、いくつかの態様においては、合成カセットは、2種類のオリゴヌクレオチド、すなわち、FRET成分を含むオリゴヌクレオチド、および、INVADERオリゴヌクレオチド(すなわち、一次反応物から遊離したフラップ)とFRETオリゴヌクレオチドとをハイブリダイズさせて切断構造を形成させるFRET/INVADERオリゴヌクレオチド架橋用オリゴヌクレオチドを含む。いくつかの態様において、合成カセットは、ヘアピン構造(すなわち、FRETオリゴヌクレオチドが、その3'末端で架橋用オリゴヌクレオチドとループによって連結している)一本鎖オリゴヌクレオチドとして提供される。このループは核酸、または核酸以外のスペーサーまたはリンカーでもよい。結合した分子は、まとめてFRETカセットと言うことができる。FRETカセットを使用する二次反応において、二次反応物から遊離するフラップは、INVADERオリゴヌクレオチドとして作用するが、FRETカセットに自由に結合したり、解離したりできるようにする必要がある。そうすることによって、遊離したフラップが、複数のFRETカセットの切断を行なうことができるようになる。一次反応と二次反応の工程が同時に行なわれるよう、これらの反応が同一の最適温度で起きるようにすべてのプローブ配列を選択することも、アッセイ法設計の一つの態様である。これに代わる態様において、プローブを異なる最適温度で作用するように設計して、反応工程を最適温度で同時に行われないようにすることもできる。上記したように、プローブのARSを選択するために用いられる同一の反復処理法を、二次反応に関与する一次プローブの部分を設計するときに使用することができる。   In some embodiments, a secondary reaction is utilized when the cleaved fragments released from the primary reaction hybridize to the synthesis cassette to form a secondary cleavage reaction. In some embodiments, the cassette includes a fluorescent component and a quenching component, and cleavage of the secondary cleavage structure separates the fluorescent component from the quenching component, resulting in a detectable signal (eg, a FRET detection method). Secondary reactions can be designed in various ways. For example, in some embodiments, the synthesis cassette comprises two types of oligonucleotides: an oligonucleotide containing a FRET component, and an INVADER oligonucleotide (ie, a flap released from a primary reactant) and a FRET oligonucleotide. Includes FRET / INVADER oligonucleotide crosslinking oligonucleotides that are hybridized to form a cleavage structure. In some embodiments, the synthesis cassette is provided as a hairpin structure (ie, a FRET oligonucleotide is linked by a loop to a bridging oligonucleotide at its 3 ′ end). This loop may be a nucleic acid or a spacer or linker other than a nucleic acid. The bound molecules can be collectively referred to as a FRET cassette. In the secondary reaction using the FRET cassette, the flap released from the secondary reaction acts as an INVADER oligonucleotide, but needs to be able to freely bind to and dissociate from the FRET cassette. By doing so, the released flaps can cut multiple FRET cassettes. Selecting all probe sequences so that these reactions occur at the same optimal temperature so that the primary and secondary reaction steps are performed simultaneously is an aspect of the assay design. In an alternative embodiment, the probe can be designed to operate at different optimum temperatures so that the reaction steps are not performed simultaneously at the optimum temperature. As described above, the same iterative process used to select the ARS of the probe can be used when designing the portion of the primary probe that participates in the secondary reaction.

ハイブリダイゼーションの効率を決定する別の要因は、反応の塩濃度である。多くの場合、溶液条件の選択は、切断因子の条件、および購入した市販試薬の条件によって左右されるので、製造業者による指示が、このような情報の資料となる。特定の切断因子を利用するアッセイ法を開発するときは、その切断因子に最も適した緩衝液条件で、上記したオリゴヌクレオチドおよび温度の最適化を行う必要がある。   Another factor that determines the efficiency of hybridization is the salt concentration of the reaction. In many cases, the choice of solution conditions will depend on the conditions of the cleaving factor and the conditions of the purchased commercial reagents, so the manufacturer's instructions are the source of such information. When developing an assay that utilizes a particular cleavage factor, it is necessary to optimize the oligonucleotides and temperature described above under the buffer conditions most suitable for that cleavage factor.

いくつかの態様において、アッセイの効率を高めるために、さらに別の因子を反応混合液に含ませることができる。例えば、アミノグリコシドおよび他のポリアミンなどの荷電化合物が、DNAおよびRNAの立体構造と機能を変えるために使用されてきた(例えば、EarnshawおよびGait, Nucl. Acids. Res. 26: 5551 [1998]; RobinsonおよびWang, Nucl. Acids. Res. 24: 676 [1996]; Jerinei, J. Mol. Biol. 304(5): 707 [2000]; Schroederら、EMBO 19(1): 1 [2000])。アミノグリコシド系抗生物質である硫酸ネオマイシンを(例えば、一次反応液中1μM)含有させことによって、例えば、バックグラウンドシグナルを低下させて、特定のINVADERアッセイプローブセットの検出限界を低下させるなどすることによって、アッセイ効率を高めることができる。INVADERアッセイ反応に利用することができる、このタイプの化合物には、アミノグリコシド、オリコマー化アミノグリコシド、ならびにアミノグリコシドのバイオコンジュゲート(bioconjugate)、および、スペルミンおよびヘキサアミンコバルトなどであるが、これらに限定されないその他のポリアニオンなどがある。   In some embodiments, additional factors can be included in the reaction mixture to increase the efficiency of the assay. For example, charged compounds such as aminoglycosides and other polyamines have been used to alter the conformation and function of DNA and RNA (eg Earnshaw and Gait, Nucl. Acids. Res. 26: 5551 [1998]; Robinson And Wang, Nucl. Acids. Res. 24: 676 [1996]; Jerinei, J. Mol. Biol. 304 (5): 707 [2000]; Schroeder et al., EMBO 19 (1): 1 [2000]). By including the aminoglycoside antibiotic neomycin sulfate (eg, 1 μM in the primary reaction), for example, by reducing the background signal and reducing the detection limit of a particular INVADER assay probe set, etc. Assay efficiency can be increased. Compounds of this type that can be utilized in INVADER assay reactions include, but are not limited to, aminoglycosides, olicomomerized aminoglycosides, and aminoglycoside bioconjugates, and spermine and hexaamine cobalt. Of polyanions.

「酵素なし」の対照によって、特定の反応条件下での、または、試験すべき試料の存在下での標識オリゴヌクレオチドの安定性を評価すること(例えば、混入ヌクレアーゼについて試料を評価すること)が可能になる。このようにして、酵素以外のすべての反応構成成分を入れた試験管の中に、基質とオリゴヌクレオチドを入れ、酵素を含む反応と同様に処理する。別の対照を入れることもできる。例えば、標的核酸以外のすべての成分による反応は、標的配列の存在に対する切断の依存性を確認するのに有用である。   The “no enzyme” control can assess the stability of labeled oligonucleotides under specific reaction conditions or in the presence of the sample to be tested (eg, assessing samples for contaminating nucleases). It becomes possible. In this way, the substrate and the oligonucleotide are placed in a test tube containing all reaction components other than the enzyme and treated in the same manner as the reaction containing the enzyme. Another control can be included. For example, reactions with all components other than the target nucleic acid are useful to confirm the dependence of cleavage on the presence of the target sequence.

d)切断因子の選択
いくつかの実施例で示したように、5'ヌクレアーゼには、切断反応で活性をもつ上流オリゴヌクレオチドを必要としないものもある。上流オリゴヌクレオチドがないと切断は遅いかも知れないが、それでも切断が生じる(Lyamichevら、Science 260, 778 [1993]; Kaiserら、J. Biol. Chem., 274: 21387 [1999])。DNA鎖が、プローブオリゴヌクレオチドがハイブリダイズする鋳型または標的配列であるとき、DNAポリメラーゼ由来の5'ヌクレアーゼ、および、メタノコッカス・ヤンナシイ由来のFENなど、いくつかのフラップエンドヌクレアーゼ(FEN)は、重複部位を提供する上流オリゴヌクレオチドなしでも十分な切断を行なうことができる(Lyamichevら、Science 260, 778 [1993]; Kaiserら、J. Biol. Chem., 274: 21387 [1999]、および米国特許第5,843,669号)。これらは全体として、参照として本明細書に組み入れられる)。これらのヌクレアーゼは、INVADERアッセイ法のいくつかの態様、例えば、INVADERオリゴヌクレオチド非存在下でのプローブの切断が、目的とする解析を阻害することのない別の切断産物を生じるような態様、または、INVADERオリゴヌクレオチド特異的な切断とINVADERオリゴヌクレオチド非依存的切断という2つのタイプの切断がともに起こるようにする態様などにおいて使用するよう選択される。
d) Selection of cleavage factors As shown in some examples, some 5 'nucleases do not require upstream oligonucleotides that are active in the cleavage reaction. Cleavage may be slow without the upstream oligonucleotide, but cleavage still occurs (Lyamichev et al., Science 260, 778 [1993]; Kaiser et al., J. Biol. Chem., 274: 21387 [1999]). When the DNA strand is the template or target sequence to which the probe oligonucleotide hybridizes, several flap endonucleases (FEN) overlap, such as 5 'nuclease from DNA polymerase and FEN from Methanococcus yanasi Full cleavage can be performed without upstream oligonucleotides providing sites (Lyamichev et al., Science 260, 778 [1993]; Kaiser et al., J. Biol. Chem., 274: 21387 [1999], and US Pat. 5,843,669). Which are incorporated herein by reference in their entirety). These nucleases are some aspects of the INVADER assay, such as where cleavage of the probe in the absence of INVADER oligonucleotide yields another cleavage product that does not interfere with the intended analysis, or Selected for use in embodiments that allow both types of cleavage to occur, such as INVADER oligonucleotide-specific cleavage and INVADER oligonucleotide-independent cleavage.

別の態様において、プローブの切断が、上流にINVADERオリゴヌクレオチドが存在することに依存することが好ましいため、この要求性をもつ酵素が使用されることになる。アルカエグロブス・フルギダス(Archeaoglobus fulgidus)(Afu)およびピロコッカス・フリオサス(Pyrococcus furiosus)(pfu)由来のFENなど、別のFENは、DNA標的上の重複構造を、重複のない構造(すなわち、上流のオリゴヌクレオチドを持たないか、重複しない上流オリゴヌクレオチドをもつ)を切断するよりもより速い速度で切断するため、本質的に重複に対する絶対的な要求性をもつと考えることもできる(Lyamichevら、Nat. Biotechnol., 17: 292 [1999]; Kaiserら、J. Biol. Chem., 274: 21387 [1999])。RNA標的がDNAオリゴヌクレオチドプローブにハイブリダイズして切断構造を形成すると、FENの多くは、重複の有無にかかわらず、下流にあるDNAプローブを僅かしか切断しない。そのようなRNAを含む構造では、DNAポリメラーゼ由来の5'ヌクレアーゼは、重複に対する強い要求性をもち、それが存在しないと、本質的に不活性である。RNA標的の検出に使用する酵素の選択については、下記のIV節:RNA標的を含むINVADERオリゴヌクレオチド特異的切断反応において使用する改良された酵素の項で詳しく論じる。   In another embodiment, an enzyme with this requirement will be used because it is preferred that the cleavage of the probe is dependent on the presence of an INVADER oligonucleotide upstream. Other FENs, such as FEN from Archaeoglobus fulgidus (Afu) and Pyrococcus furiosus (pfu), do not duplicate structures on DNA targets (ie, upstream structures). It can be considered to have an absolute requirement for duplication in nature (Lyamichev et al., Nat) because it cleaves at a faster rate than cleaving (with no oligonucleotide or with non-overlapping upstream oligonucleotide). Biotechnol., 17: 292 [1999]; Kaiser et al., J. Biol. Chem., 274: 21387 [1999]). When an RNA target hybridizes to a DNA oligonucleotide probe to form a cleavage structure, many FENs cleave downstream DNA probes only slightly, with or without duplication. In structures containing such RNA, the 5 ′ nuclease from DNA polymerase has a strong requirement for duplication and is essentially inactive in the absence of it. The selection of the enzyme used to detect the RNA target is discussed in detail in Section IV: Improved Enzymes Used in INVADER Oligonucleotide Specific Cleavage Reactions Containing RNA Targets below.

e)多数対立遺伝子の検索
INVADERオリゴヌクレオチド特異的切断反応は、また、混合試料集団において、各変異体または対立遺伝子を検出し定量化するのにも有用である。一例として、このような必要は、癌に関連した遺伝子における変異について癌試料を解析するときに存在する。癌からの生検試料には、正常細胞を有意に補うものが含まれている可能性があるので、ある試料中に、標的核酸の5%未満のコピー数しか存在していなくても、変異を検出することが望ましい。この場合、集団のどの画分が変異をもっているかを測定することも望ましい。同様の解析を行なって、別の遺伝子系における変異を調べることもできるので、本発明に係る方法を癌の解析に限定する意図はない。
e) Search for multiple alleles
The INVADER oligonucleotide specific cleavage reaction is also useful for detecting and quantifying each variant or allele in a mixed sample population. As an example, such a need exists when analyzing cancer samples for mutations in genes associated with cancer. Biopsy samples from cancer may contain material that significantly supplements normal cells, so even if less than 5% of the target nucleic acid is present in a sample, mutations It is desirable to detect. In this case, it is also desirable to determine which fraction of the population has the mutation. There is no intention to limit the method according to the present invention to the analysis of cancer because a similar analysis can be performed to examine mutations in other gene systems.

下記に示すように、一つの態様においては、一塩基の違いによるミスマッチでもあればプローブの切断は阻害するが、この領域で標的に完全に相補的である類似プローブは切断するという条件下で反応を行なうことができる。好ましい態様において、ミスマッチは、ミスマッチがなければ切断が起きる部位の5'末端に当たるプローブ中のヌクレオチドの位置で生じる。   As shown below, in one embodiment, a mismatch due to a single base difference will inhibit probe cleavage, but will react under conditions where similar probes that are completely complementary to the target in this region will cleave. Can be performed. In a preferred embodiment, the mismatch occurs at a nucleotide position in the probe that hits the 5 ′ end of the site where cleavage occurs if there is no mismatch.

別の態様において、重複を厳密に要求する(例えば、上記したように、DNA標的検出のためにAfu FENを使用するか、または、RNA標的検出のためにDNAポリメラーゼの5'ヌクレアーゼを使用する)条件下でINVADERアッセイ法を行ない、一ヌクレオチドまたは別の配列変異を検出する代替的手段を提供することができる。一つの態様において、プローブは、変異があると思われる標的塩基の位置が、このプローブの標的に相補的な領域の5'末端になるようなものを選択する。上流のINVADERオリゴヌクレオチドは、一塩基の重複を生じるような位置にくる。標的とプローブオリゴヌクレオチドが問題の塩基で相補的であれば、重複が形成されて切断が起きる。しかし、この位置で標的がプローブに相補しなければ、プローブ中の該塩基は、非相補的な5'アームの一部となるため、INVADERオリゴヌクレオチドとプローブオリゴヌクレオチドとの間に重複が生じず、切断は抑制される。   In another embodiment, strictly require duplication (eg, using Afu FEN for DNA target detection or using 5 ′ nuclease of DNA polymerase for RNA target detection as described above) An INVADER assay can be performed under conditions to provide an alternative means of detecting one nucleotide or another sequence variation. In one embodiment, the probe is selected such that the position of the target base suspected of having a mutation is at the 5 ′ end of the region complementary to the target of the probe. The upstream INVADER oligonucleotide is positioned so as to produce a single base overlap. If the target and probe oligonucleotide are complementary at the base in question, an overlap is formed and cleavage occurs. However, if the target does not complement the probe at this position, the base in the probe becomes part of the non-complementary 5 'arm, so there is no overlap between the INVADER oligonucleotide and the probe oligonucleotide. , Cutting is suppressed.

異なる配列を一つの反応で検出することも考えられる。異なった配列に特異的なプローブを別々に標識することができる。例えば、プローブは、異なった色素もしくは別の検出可能成分、異なった長さなどをもつことができ、または、切断後の生成物の正味の電荷に差異を生じさせることもできる。これらの方法の一つで異なって標識されると、最終産物に対する各特異的標的配列の寄与分を計算することができる。これは、混合物中の異なった遺伝子の量を検出するときに適用することができる。混合物で検出され定量される異なった遺伝子は、(例えば、生検などの癌試料に見られるような)野生型および変異型遺伝子でもよい。この態様において、ある場合には、正確に同じ部位になるようにプローブを設計することもできるが、別の場合には、あるものを野生型配列に一致するように、また別のものを変異型配列に一致するように設計することもできる。一定の時間反応を行なった反応で得られた切断産物を定量的に検出することによって、混合物中の2種類の遺伝子の比率が明らかになる。このような解析法は、2種類の遺伝子に限定されるものではない。混合物中の多くの変異体を同様に測定することができる。   It is also conceivable to detect different sequences in one reaction. Probes specific for different sequences can be labeled separately. For example, the probes can have different dyes or other detectable components, different lengths, etc., or can make a difference in the net charge of the product after cleavage. When labeled differently in one of these methods, the contribution of each specific target sequence to the final product can be calculated. This can be applied when detecting the amount of different genes in the mixture. The different genes detected and quantified in the mixture may be wild type and mutant genes (eg, as found in cancer samples such as biopsies). In this embodiment, probes can be designed to be exactly the same site in some cases, but in other cases, one can be mutated to match the wild-type sequence. It can also be designed to match the type array. By quantitatively detecting the cleavage products obtained by the reaction that has been performed for a certain period of time, the ratio of the two types of genes in the mixture becomes clear. Such an analysis method is not limited to two types of genes. Many variants in the mixture can be measured as well.

または、一つの遺伝子の異なった部位を観察および定量し、その遺伝子の測定値を確認することができる。この態様においては、各プローブから出るシグナルは、同じものであると考えられる。   Alternatively, different sites of one gene can be observed and quantified, and the measured value of that gene can be confirmed. In this embodiment, the signal emanating from each probe is considered the same.

集合体のシグナルを測定するために、多数のプローブを別々には標識しないで用いることも考えられる。これは、一つの遺伝子からのシグナルを増強するために、その遺伝子を検出するように設計された多数のプローブを使用するときに望ましい。この構成は、また、混合物中の無関係な配列を検出するためにも利用することができる。例えば、血液を集めるときには、誰か感染病原体の宿主になっている者がいないかを知ることが望ましい。どの病原体であるかに関わらず、血液は捨てられることになるので、本発明をそのような場面に応用する場合には、プローブ上のシグナルが別々である必要はなく、また、実際にも守秘のために望ましくないと思われる。   In order to measure the signal of the aggregate, it is also conceivable to use a large number of probes without separately labeling them. This is desirable when using multiple probes designed to detect a gene in order to enhance the signal from that gene. This configuration can also be used to detect irrelevant sequences in the mixture. For example, when collecting blood, it is desirable to know if anyone is the host of an infectious agent. Regardless of which pathogen it is, blood will be discarded, so when applying the present invention to such a situation, the signals on the probe do not need to be separate and are actually confidential. Seems undesirable for.

2種類のオリゴヌクレオチドの系について上で説明した通り、検出反応の特異性は、検出用オリゴヌクレオチドの全セットのハイブリダイゼーションに関係する標的核酸配列の集合体の長さによって影響を受ける。例えば、複雑なゲノム中の一つの領域を検出することが望ましいという応用場面があるかもしれない。そのような場合、しばしば20〜40ヌクレオチドの標的核酸のより長いセグメントをハイブリダイズさせることによって、正確な認識を必要とするオリゴヌクレオチドのセットを選択することができる。別の例においては、標的試料の中にある多数の部位と相互作用するオリゴヌクレオチドのセットをもつことが望ましいこともあると思われる。これらの場合、一つの方法には、より短いため、統計的にはより一般的な核酸配列セグメントを認識するオリゴヌクレオチドのセットを用いる方法もあると思われる。   As explained above for the two-oligonucleotide system, the specificity of the detection reaction is affected by the length of the collection of target nucleic acid sequences involved in the hybridization of the entire set of detection oligonucleotides. For example, there may be applications where it is desirable to detect a single region in a complex genome. In such cases, a set of oligonucleotides that require accurate recognition can often be selected by hybridizing longer segments of the target nucleic acid, often 20-40 nucleotides. In another example, it may be desirable to have a set of oligonucleotides that interact with multiple sites in the target sample. In these cases, since one method is shorter, it seems statistically possible to use a set of oligonucleotides that recognize more general nucleic acid sequence segments.

好ましい態様の一つにおいて、INVADERオリゴヌクレオチドとスタッカーオリゴヌクレオチドを最高度に安定するように設計し、その結果、反応過程で長時間標的配列に結合したままにさせることができる。これは、当業者に周知されている数多くの方法のいずれか、例えば、オリゴヌクレオチドがその長さ(全長で約50ヌクレオチドまで)になるまで追加的なハイブリダイズする配列を付加したり、相補鎖が、自然の核酸鎖ほどには互いに反発しないようにするためにホスホロチオネートまたはペプチド-核酸残基など負電荷を低下させた残基を用いることなどによって行なうことができる。また、このような修飾は、これらの近傍オリゴヌクレオチドを混入したヌクレアーゼに対して抵抗性にする役にも立ち、それによって、反応過程の間、それらがより標的鎖上に存在することを保証することができる。さらに、INVADERオリゴヌクレオチドおよびスタッカーオリゴヌクレオチドを標的に共有結合させることもできる(例えば、ソラレン架橋を利用することによって)。   In one preferred embodiment, INVADER oligonucleotides and stacker oligonucleotides can be designed to be maximally stable so that they remain bound to the target sequence for an extended period of time during the reaction. This can be done by any of a number of methods well known to those skilled in the art, for example adding additional hybridizing sequences until the oligonucleotide is up to its length (up to about 50 nucleotides in total) or complementary strands. However, in order not to repel each other as much as a natural nucleic acid chain, it can be carried out by using a residue having a reduced negative charge such as a phosphorothioate or a peptide-nucleic acid residue. Such modifications also serve to make these neighboring oligonucleotides resistant to contaminating nucleases, thereby ensuring that they are more on the target strand during the course of the reaction. be able to. In addition, INVADER and stacker oligonucleotides can be covalently bound to the target (eg, by utilizing a psoralen bridge).

f)プールされたDNAおよびRNAの試料への応用
いくつかの態様において、本発明は、INVADER検出試薬(例えば、一次プローブ、INVADERプローブ、およびFRETカセット)を用いて、プールされた試料を測定するための方法およびキットを提供する。いくつかの好ましい態様において、本キットには、INVADERアッセイ法の実施方法に関する説明書、具体的には、多くの個体から集められた試料、または、一つの被検体(例えば、生検試料)から得られた多数の細胞から「プールされた」試料に対して、INVADER検出アッセイ法をどのように適用すべきかを関する説明書が入っている。
f) Application of Pooled DNA and RNA to Samples In some embodiments, the present invention measures pooled samples using INVADER detection reagents (eg, primary probes, INVADER probes, and FRET cassettes). Methods and kits are provided. In some preferred embodiments, the kit includes instructions on how to perform an INVADER assay, specifically from a sample collected from a number of individuals or from a single subject (eg, a biopsy sample). Instructions are provided on how the INVADER detection assay should be applied to “pooled” samples from the resulting large number of cells.

特定の態様において、本発明は、ある集団の多数の個体(例えば、10、50、100、または500個体)から集められたプール試料、または、核酸配列が、一度に測定する多数の細胞に由来する一個の被検体から集められたプール試料における多型性を検出することを可能にする。この点について、本発明は、プールされた試料中の稀少な変異の頻度を検出することを可能にし、また、その集団の対立遺伝子頻度を確認することを可能にする。いくつかの態様において、次に、この対立遺伝子頻度を用いて、INVADER検出アッセイ法を個体の多型性の頻度に適用した(例えば、INVADER検出アッセイ法を用いて測定した)結果を解析することができる。これについて、見つけられた変異体の割合に依存する変異(例えば、ヘテロ接合消失変異)を解析することができ、病気の重さ、または病気の進行を判定することができる(例えば、Lapidusに付与された米国特許第6,146,828号および第6,203,993号を参照されたい。これらの文献は、遺伝子検査および統計的解析を用いて、病気の原因となる変異を発見し、または、病気の原因となる変異を含むとされる患者試料を同定する場合には、すべての目的で参照として本明細書に組み入れられる)。   In certain embodiments, the present invention provides a pooled sample collected from a large number of individuals (eg, 10, 50, 100, or 500 individuals) in a population, or a nucleic acid sequence derived from a large number of cells that are measured at one time. Makes it possible to detect polymorphisms in pooled samples collected from a single subject. In this regard, the present invention makes it possible to detect the frequency of rare mutations in the pooled sample and to confirm the allelic frequency of the population. In some embodiments, this allele frequency is then used to analyze the results of applying the INVADER detection assay to the individual's polymorphism frequency (eg, measured using the INVADER detection assay). Can do. In this regard, mutations that depend on the proportion of mutants found (eg, heterozygous loss mutations) can be analyzed and disease severity or disease progression can be determined (eg, given to Rapidus) U.S. Patent Nos. 6,146,828 and 6,203,993, which use genetic testing and statistical analysis to find mutations that cause disease or identify mutations that cause disease. In the case of identifying a patient sample to be included, it is incorporated herein by reference for all purposes).

本発明のいくつかの態様において、広範な集団スクリーニングを行なう。いくつかの態様において、数百または数千の個体からのDNAを集めることが最適である。このようなプールにおいては、例えば、一つの個体からのDNAを検出することはできず、検出できるシグナルは、より大きな集団で検出される対立遺伝子の頻度を示す尺度を提供する。例えば、用いられるDNA量は、プールの中の個体数によって決まるのではなく、検出される対立遺伝子の頻度によって決まる。例えば、いくつかの態様において、アッセイは、90分間の反応で20〜40 ngのDNAから十分なシグナルを生じる。この感度レベルは、非常に複雑なプールから1μgのDNAを解析したときに、集団の僅か約3〜5%に存在する対立遺伝子からの生じるシグナルに相当する。   In some embodiments of the invention, extensive population screening is performed. In some embodiments, it is optimal to collect DNA from hundreds or thousands of individuals. In such a pool, for example, DNA from a single individual cannot be detected, and the detectable signal provides a measure of the frequency of alleles detected in a larger population. For example, the amount of DNA used is not determined by the number of individuals in the pool, but by the frequency of alleles detected. For example, in some embodiments, the assay produces a sufficient signal from 20-40 ng of DNA in a 90 minute reaction. This level of sensitivity corresponds to the resulting signal from alleles present in only about 3-5% of the population when analyzing 1 μg of DNA from a very complex pool.

g)RNA検出法の応用
RNA定量法は、基礎研究、薬学および臨床研究において次第に重要になりつつある。例えば、ウイルスRNAの定量によって、病気の進行と治療効果を予測することができる。同様に、病気の組織対正常組織、または治療していない組織対治療した組織の遺伝子発現解析によって、関連する生体応答を同定したり、薬物の効果を評価することができる。ヒトゲノムプロジェクトの中心が遺伝子発現解析に移るにつれて、その分野では、多数の型の選択的に転写されたRNA、および/またはプロセシングされたRNAを定量的にモニターすることができる、融通のきくRNA解析技術が必要とされるようになるはずである。
g) Application of RNA detection method
RNA quantification is becoming increasingly important in basic research, pharmacy and clinical research. For example, disease progression and therapeutic effects can be predicted by quantifying viral RNA. Similarly, gene expression analysis of diseased vs. normal or untreated vs. treated tissues can identify relevant biological responses and evaluate drug effects. As the core of the Human Genome Project moves to gene expression analysis, the field has a versatile RNA analysis that can quantitatively monitor many types of selectively transcribed and / or processed RNA. Technology should be needed.

多数の対立遺伝子の検出法について上記したように、多重方式のRNAのINVADERアッセイ法は、同一の試料内における2種類以上の遺伝子の発現解析を可能にする。一次反応において、INVADERオリゴヌクレオチドとプローブオリゴヌクレオチドをそれぞれのRNA標的にハイブリダイズさせることによって、一塩基重複基質を作出する。各プローブは、特異的な標的相補的領域、および、そのアッセイにおける特異的mRNAのみと結合している特徴的な非相補的5'フラップを含む。特徴的なフラップは、本明細書で開示した無数の方法のいずれか(例えば、さまざまな標識、さまざまな標識をもつ、さまざまな二次切断系、特異的抗体、分析するときにサイズが変化すること、溶液中または表面上におけるハイブリダイゼーションによって検出されるさまざまな配列など)によって区別することができる。   As described above for multiple allele detection methods, the multiplex RNA INVADER assay allows for the expression analysis of two or more genes in the same sample. In a primary reaction, a single base overlap substrate is created by hybridizing INVADER oligonucleotide and probe oligonucleotide to their respective RNA targets. Each probe contains a specific target-complementary region and a characteristic non-complementary 5 'flap that binds only to the specific mRNA in the assay. Characteristic flaps can vary in size in any of the myriad methods disclosed herein (eg, different labels, different secondary cleavage systems with different labels, specific antibodies, when analyzed) And various sequences detected by hybridization in solution or on the surface).

RNA侵襲的切断アッセイ法は、上記したDNA検出法に用いられた方法同様、配列における2つの侵襲的切断反応を用いることができる(下記の発明の詳細な説明の第II節で説明する)が、DNAポリメラーゼ由来の5'ヌクレアーゼに対する選択性(発明の詳細な説明の第IV節で詳述する)があることは、さらに方式を変化させることが好ましいことを示している。DNA標的を検出するために一般的に用いられるFENの5'ヌクレアーゼとは異なり、一次反応と二次反応の両方でプローブの代謝回転メカニズムを利用するときにのみ、DNA Pol関連5'ヌクレアーゼによるシグナル増幅が起こる(下記の発明の詳細な説明の第II節で説明されているように、例えば、多数のFRETカセットを切断させるために、INVADERオリゴヌクレオチドが付いたり離れたりする、INVADERオリゴヌクレオチドの代謝回転メカニズムとは対照的である)。結果として、好ましい態様において、RNA検出法は、2つの反応を同時に行わせるのではなく、連続して行わせる方法を用いる。これらの態様においては、反応を実際に連続して行なわせるため、RNA INVADERアッセイ法によるシグナルは、標的依存的かつ時間依存的な態様で直線的に蓄積する。これに対して、DNA INVADERアッセイの一次反応と二次反応は、同時に行なうと、標的量の一次関数として、しかし、時間の二次関数としてシグナルを増幅する。連続的に行なう態様においては、RNA INVADERアッセイ法は、シグナルを発生させるために2種類の別々のオリゴヌクレオチド、二次プローブ(例えば、FRETプローブ)、および二次標的を使用する。   The RNA invasive cleavage assay can use two invasive cleavage reactions in the sequence (as described in Section II of the Detailed Description of the Invention below), similar to the method used for the DNA detection method described above. The selectivity for DNA polymerase-derived 5 ′ nucleases (detailed in Section IV of the Detailed Description of the Invention) indicates that it is preferable to change the mode further. Unlike the FEN 5 'nuclease commonly used to detect DNA targets, the signal from the DNA Pol-related 5' nuclease only when using the probe turnover mechanism in both the primary and secondary reactions Amplification occurs (as described in Section II of the Detailed Description of the Invention below, for example, metabolism of INVADER oligonucleotides with or without INVADER oligonucleotides to cleave multiple FRET cassettes. In contrast to the rotation mechanism). As a result, in a preferred embodiment, the RNA detection method uses a method in which two reactions are performed simultaneously rather than simultaneously. In these embodiments, the signal from the RNA INVADER assay accumulates linearly in a target-dependent and time-dependent manner so that the reaction is actually performed continuously. In contrast, the primary and secondary reactions of the DNA INVADER assay, when performed simultaneously, amplify the signal as a linear function of the target amount, but as a quadratic function of time. In a continuously performed embodiment, the RNA INVADER assay uses two separate oligonucleotides, a secondary probe (eg, a FRET probe), and a secondary target to generate a signal.

RNAの侵襲的切断アッセイ法の重要な特徴は、例えば、チトクロームP450遺伝子ファミリーに見られるような、相同性の高いRNA配列を区別できることである。DNA INVADERアッセイ同様、RNA INVADERアッセイ法は一塩基の変化を区別することができる。いくつかの態様において、各プローブの最初の5'側の相補的塩基は、そのmRNA標的の非保存的部位に位置していて、ミスマッチがあると重複構造を形成できため、プローブが切断されるのを阻止する。切断部位をスプライス部位に持ってくることによって、選択的スプライスmRNA変異体を特異的に検出することができる。   An important feature of invasive RNA cleavage assays is the ability to distinguish highly homologous RNA sequences, such as those found in the cytochrome P450 gene family. Like the DNA INVADER assay, the RNA INVADER assay can distinguish single base changes. In some embodiments, the probe is cleaved because the first 5 ′ complementary base of each probe is located in a non-conserved site of its mRNA target and can form an overlapping structure if there is a mismatch To prevent it. By bringing the cleavage site into the splice site, the alternatively spliced mRNA variant can be specifically detected.

mRNA量の大きな変化をモニターするために、リアルタイム解析を用いて、アッセイ法の動的範囲を広げることができる。しかし、このアッセイ法は、時間または標的量に比例してシグナルを発生させることから、反応当たりに付加する試料量を変えて、全RNAの1 ngに対するmRNAのコピー数を計算するだけで、安価な計測器の上で一回の終点測定による正確な定量が可能になる。さらに、絶対的な定量が必要でない場合には、このアッセイ法の直線的なシグナル増幅メカニズムおよび再現性によって、標準曲線を作る必要がなくなり、一つの遺伝子を簡単かつ正確に相対的定量するを可能にする。   Real-time analysis can be used to expand the dynamic range of the assay to monitor large changes in mRNA levels. However, since this assay generates a signal proportional to time or target amount, it is cheaper to calculate the number of copies of mRNA per 1 ng of total RNA by changing the amount of sample added per reaction. Accurate quantification is possible with a single end point measurement on a simple measuring instrument. In addition, if absolute quantification is not required, the linear signal amplification mechanism and reproducibility of this assay eliminates the need to create a standard curve and allows simple and accurate relative quantification of a single gene. To.

重複部位における変化は一塩基の変化であっても5'ヌクレアーゼ切断に影響を与えるため、RNA INVADERアッセイ法は、選択的スプライス変異体または編集されたRNA変異体を検出するのに特に適している。創薬研究におけるハイスループットな処理、薬剤代謝の監視および臨床試験の安全性、ならびにウイルスRNAの臨床的負荷量監視など、RNAの定量を必要とするすべての領域で本技術を使用することができる。本方法による、以下の少なくとも2つの方法で、スプライス変異体をモニターすることができる。1)各エキソンを検出すること、または、2)特異的なスプライス部位を検出すること。   RNA INVADER assays are particularly suitable for detecting alternatively spliced or edited RNA variants, since changes in the overlap site can affect 5 'nuclease cleavage even if they are single base changes . The technology can be used in all areas that require RNA quantification, such as high-throughput processing in drug discovery research, drug metabolism monitoring and clinical trial safety, and viral RNA clinical burden monitoring . According to this method, splice variants can be monitored in at least two ways. 1) detect each exon, or 2) detect a specific splice site.

スプライシングの後、より多いか、より少ないエキソンをもつ変異型がないか、RNA集団を調べるために、問題となるエキソン各々について(または、成熟RNAのすべてのエキソンについて)INVADERアッセイ法のプローブセットを設計する。エキソンを定量すると、エキソンが何種類のmRNAに存在しているかとは関係なしに、各エキソンの発現レベルが分かるだけではなく、その遺伝子のスプライス変異型の数に関する情報がもたらされる。各プローブとして、一つだけ、または数個のエキソンを含むミニ・インビトロ転写物を作成して、各エキソン毎に絶対的適量を行なうことができ、それによって、エキソン量の正確な比較が可能になる。特定のエキソンが既知の変異型すべてに存在していることが分かっているときには、いくつかの態様においては、異なった試料間を平均化するための内部対照として使用するために、そのエキソンに対するプローブセットを設計する。各エキソンのコピーを一個ずつもつRNA(例えば、「正常にスプライスされた」RNA)は、プローブセットの集合体から一定の相対量のシグナル(各プローブセットの感度の違いを補正すれば、本質的にはすべてのエキソンについて等しい;第V節参照)を生じさせるはずである。スプライシングの変異は、エキソンの相対量を変化させる。例えば、産生されたRNAのすべてが、正常なエキソンの一つを持っていなかった場合には、そのエキソンに対するシグナルはゼロに落ち、RNAの半分がそのエキソンを持っていなかった場合には、そのエキソンに対するシグナルは50%に落ちる。スプライス変異型のより複雑な組み合わせ、およびさまざまにスプライスされたmRNAの混合物では、より複雑でより情報に富んだプロフィールが得られる。検出するのはエキソンに限定されない。RNA集団を、通常、スプライシングによって除去されるイントロン配列の存在について観察することができる。そのように広範なエキソンスクリーニングによって、正常組織対病気組織や未治療細胞対治療済み細胞を(例えば、薬理ゲノム学的スクリーニングアッセイ法で)比較したときに生物学的に関連のある情報や診断情報が得られる。この種の測定結果をアレイを利用して記述することを選択的スプライシング検出アレイ法という(D. Black, Cell 103: 367 [2000])。mRNAのINVADERアッセイ法でも同様の結果が得られるが、オリゴヌクレオチドによるアレイ方式よりも特異性が高く、より正確な定量による結果が得られる。   After splicing, use the INVADER assay probe set for each exon in question (or for all exons of mature RNA) to examine the RNA population for variants with more or fewer exons. design. Quantifying exons not only knows the expression level of each exon, regardless of how many mRNAs the exon is present in, but also gives information about the number of splice variants of that gene. For each probe, mini in vitro transcripts containing only one or a few exons can be made and absolute dosages can be made for each exon, allowing accurate comparison of exon amounts Become. When it is known that a particular exon is present in all known variants, in some embodiments, a probe for that exon is used for use as an internal control to average between different samples. Design the set. RNA with one copy of each exon (eg, a “normally spliced” RNA) is essential for a certain relative amount of signal from the set of probe sets (correcting for differences in the sensitivity of each probe set). Should be equal for all exons; see Section V). Splicing mutations change the relative amount of exons. For example, if all of the RNA produced did not have one of the normal exons, the signal for that exon dropped to zero, and if half of the RNA did not have that exon, The signal to exons falls to 50%. More complex combinations of splice variants and a mixture of differently spliced mRNAs give a more complex and informative profile. The detection is not limited to exons. RNA populations can usually be observed for the presence of intron sequences that are removed by splicing. Such extensive exon screening provides biologically relevant and diagnostic information when comparing normal versus diseased or untreated versus treated cells (eg, in pharmacogenomic screening assays). Is obtained. The description of this type of measurement result using an array is called an alternative splicing detection array method (D. Black, Cell 103: 367 [2000]). Similar results are obtained with the INVADER assay of mRNA, but with higher specificity and more accurate quantification results than the array method with oligonucleotides.

これに代わる態様において、特異的なスプライス部位を調べることによって、選択的にスプライスされたmRNAを検出する。エキソンそのものではなく、スプライス部位を観察する利点は、非常に短いエキソン(例えば、10ヌクレオチド未満)を含むスプライス変異体であっても、このアッセイ法によって正確に検出されることである。   In an alternative embodiment, alternatively spliced mRNA is detected by examining specific splice sites. The advantage of observing the splice site rather than the exon itself is that splice variants that contain very short exons (eg, less than 10 nucleotides) can be accurately detected by this assay.

さらに、いくつかの態様において、mRNAのINVADERアッセイ法を用いて、そのmRNAにおける選択的な開始部位と終止部位を観察したり、また、プロセシングされたRNAおよびRNA断片、ならびにプロセシングされていないRNAおよびRNA断片の寿命を観察する(例えば、誘導後の経時実験で用いられる)。   Further, in some embodiments, an mRNA INVADER assay is used to observe selective start and stop sites in the mRNA, as well as processed RNA and RNA fragments, and unprocessed RNA and Observe the lifetime of the RNA fragment (eg, used in time course experiments after induction).

II.侵襲的切断反応の産物を連続する侵襲的切断反応に取り込むことによるシグナル増強
上記したように、侵襲的切断によって遊離したオリゴヌクレオチド産物を、引き続いて、切断産物の大きさの範囲内でオリゴヌクレオチドを用いる反応または読み出し法において使用することができる。本明細書記載のプライマー伸長および転写を含む反応に加えて、オリゴヌクレオチドを利用する別の酵素反応が侵襲的切断反応となる。本発明は、一次の侵襲的切断反応で遊離したオリゴヌクレオチドを成分として使用して、切断構造を完成させ、二次の侵襲的切断反応を可能にする方法を提供する。侵襲的切断による産物を連続して使用することは、一つの付加的工程に限定されるものではない。別個の侵襲的切断反応を連続して行なうことも考えられる。
II. Signal enhancement by incorporating products of invasive cleavage reactions into successive invasive cleavage reactions As described above, oligonucleotide products released by invasive cleavage can be subsequently converted to oligonucleotides within the size of the cleavage product. It can be used in the reaction or readout method used. In addition to the reactions involving primer extension and transcription described herein, another enzymatic reaction utilizing oligonucleotides is an invasive cleavage reaction. The present invention provides a method that uses an oligonucleotide released in a primary invasive cleavage reaction as a component to complete the cleavage structure and enable a secondary invasive cleavage reaction. The continuous use of products from invasive cutting is not limited to one additional step. It is also conceivable to carry out separate invasive cutting reactions successively.

ポリメラーゼ連鎖反応は、核酸の標的セグメントのコピーを、指数的に蓄積するような速度で作出するDNA複製法を用いる。これは、DNA鎖が分離したときに、各鎖それぞれに、新しい相補鎖の組み立てを可能にする十分な情報が含まれているという事実によって可能になる。新しい鎖が合成されると、同一の分子の数が倍増する。この処理を20回繰り返すうちに、最初の鎖を百万倍に複製することができ、非常に稀少な配列も容易に検出できるようになる。2倍の数学的倍率で増える反応が、多数の増幅アッセイ法に取り入れられている。   The polymerase chain reaction uses a DNA replication method that produces copies of the target segment of nucleic acid at a rate that accumulates exponentially. This is made possible by the fact that when the DNA strands are separated, each strand contains enough information to allow assembly of a new complementary strand. As new chains are synthesized, the number of identical molecules doubles. By repeating this process 20 times, the first strand can be replicated 1 million times, and very rare sequences can be easily detected. Increasing reactions at 2X mathematical magnification have been incorporated into many amplification assays.

多数の連続的侵襲的切断反応を行なうことによって、本発明に係る方法は、標的分析物の余計なコピーを産生することなく、指数による数学的利益を獲得する。単純な侵襲的切断反応において、収率Yは、単に代謝回転率Kに反応時間tを乗じたものである(すなわち、Y=(K)(t))。Yを単純な反応の収率を表すために用いる場合、各侵襲的切断工程の代謝回転率が同じであるとすると、化合物の収率(すなわち、多数の連続した反応)は、nを連続して行なわれる侵襲的切断反応の数とすると、単純にYnと表すことができる。各工程における収率が異なるとすれば、最終的な収率は、その連続した反応の各別の反応における収率を乗じて算出した数字で表される。例えば、一次侵襲切断反応が、30分間に1000個の産物を産生でき、そして、これらの産物がそれぞれ、順に1000回のさらなる反応に加わることができるとしたら、2回目の反応では、10002コピー(1000×1000)の最終産物が存在することになる。このシリーズで3回目の反応をさらに行なったとしたら、理論的には収率は10003(1000×1000×1000)となる。本発明に係る方法において、指数は、カスケードになった侵襲切断反応の数に基づく。これは、Yが二本鎖DNAにおける鎖数である2に限定され、指数nが実行されるサイクル数であるため、大量の産物を蓄積するには何回もの反復を必要とする、上記した増幅法(例えば、PCR)と対比しうる点である。 By performing a number of consecutive invasive cleavage reactions, the method according to the present invention obtains the mathematical benefits of an exponent without producing extra copies of the target analyte. In a simple invasive cleavage reaction, the yield Y is simply the turnover rate K multiplied by the reaction time t (ie, Y = (K) (t)). When Y is used to represent the yield of a simple reaction, the yield of the compound (ie, a number of consecutive reactions) is assumed to be n consecutive, assuming that each invasive cleavage step has the same turnover rate. The number of invasive cleavage reactions performed can be simply expressed as Y n . If the yield in each step is different, the final yield is represented by a number calculated by multiplying the yield in each separate reaction of the continuous reaction. For example, if a primary invasive cleavage reaction can produce 1000 products in 30 minutes, and each of these products can in turn participate in 1000 additional reactions in turn, then in the second reaction, 1000 2 copies There will be (1000x1000) end product. If the third reaction is further performed in this series, the theoretical yield is 1000 3 (1000 × 1000 × 1000). In the method according to the invention, the index is based on the number of invasive cleavage reactions in cascade. This is limited to 2 which is the number of strands in double-stranded DNA, and the index n is the number of cycles performed, so it requires multiple iterations to accumulate a large amount of product. This is a point that can be compared with an amplification method (for example, PCR).

上記の指数的増幅法と本発明に係る方法とを区別するために、前者を交互反応と考えることができる。なぜなら、その反応産物を同じ反応にフィードバックするからである(例えば、事象1が複数の事象2をもたらし、事象2のそれぞれが複数の事象1をもたらす)。それに対し、本発明のいくつかの態様における事象は連続的である(例えば、事象1が複数の事象2をもたらし、事象2のそれぞれが複数の事象3をもたらすなどして、いずれの事象も、その連鎖の早い方の事象には寄与しない)。   In order to distinguish the above exponential amplification method from the method according to the present invention, the former can be considered as an alternating reaction. This is because the reaction product is fed back to the same reaction (eg, event 1 results in multiple events 2 and each event 2 results in multiple events 1). In contrast, events in some embodiments of the invention are continuous (e.g., event 1 results in multiple events 2, each event 2 results in multiple events 3, etc. It does not contribute to the earlier event in the chain).

また、交互法の感度も、これらのアッセイ法を、試料中における標的核酸配列の有無を判定するために使用するときには最大の弱点の一つとなる。これらの反応産物は、出発物質の検出可能なコピーであるため、それより前の反応産物が新しい反応物に混入すると、偽陽性の結果を生じることになる(すなわち、標的である分析物を実際には全く含んでいない試料において、標的核酸が検出されたように見えること)。さらに、各陽性反応における産物の濃度が非常に高いため、強い偽陽性シグナルを発生させるに十分な量のDNAが、汚染された機器との接触やエアロゾルによって、非常に簡単に新しい反応と結びつくことができる。交互法とは対照的に、連続反応の最も濃縮された産物(すなわち、最終的な侵襲切断反応において遊離した産物)が、新しい被検試料に持ち越されても、同様の反応やカスケードを開始することはできない。本発明に係る反応は、交互法では必要になる高価な封じ込め対策(例えば、特別な機器、または隔離した実験スペース)なしで行なうことができるため、このことは、上記の指数的増幅法に対して顕著に有利な点である。最後から2番目の反応の産物を不注意に移すと、標的分析物が存在しないところで最終産物のバックグラウンドとなるが、偽陽性の結果を生むリスクに相当する量となるには、非常に大量の混入物が必要となると思われる。   Alternate method sensitivity is also one of the greatest weaknesses when these assays are used to determine the presence or absence of a target nucleic acid sequence in a sample. Since these reaction products are detectable copies of the starting material, contamination of the previous reaction product with the new reaction will produce false positive results (i.e., the target analyte will actually be The target nucleic acid appears to have been detected in the sample that does not contain any). In addition, the product concentration in each positive reaction is so high that enough DNA to generate a strong false positive signal can be combined with a new reaction very easily by contact with contaminated equipment or by aerosol. Can do. In contrast to the alternating method, the most concentrated product of the continuous reaction (ie, the product released in the final invasive cleavage reaction) will start a similar reaction or cascade when carried over to a new test sample It is not possible. This is in contrast to the exponential amplification method described above, because the reaction according to the invention can be carried out without expensive containment measures (eg special equipment or isolated laboratory space) that are required with the alternating method. This is a significant advantage. Inadvertent transfer of the product from the second reaction to the end results in the background of the final product in the absence of the target analyte, but a very large amount of contamination is sufficient to represent a risk of producing false positive results. I think things will be needed.

連続的という用語を使用するとき、本発明を、一つの侵襲切断反応またはアッセイが、別のプローブを侵襲的に切断するためのその後の反応が開始される前に完了しなければならないという構成に限定することを意図していない。むしろ、この用語は、各オリゴヌクレオチド種のコピーが1個だけアッセイで使用されるとしたら生じうる現象の順序を意味するものである。一次侵襲切断反応とは、標的核酸上に切断構造が形成されたことに反応して、どの事象が最初に起きるかを意味するものである。その後の反応は、二次反応、三次反応などと言われ、切断構造の集合を補助するためだけに役立ち、目的の核酸分析物とは無関係の、人為的な「標的」鎖を含むことができる。完全なアッセイ法は、望ましければ、場所的(例えば、別々の反応容器で)または時間的(例えば、温度、酵素同一性、または溶液条件など、その後の切断反応を可能にする反応条件を変えることを利用する)に分離された侵襲的切断工程によって構成することもできるが、反応構成要素のすべてを混合して、一次切断によって生じた産物が利用できるようになり次第、二次反応を開始できるようにすることも考えられる。このような方式では、別々の切断構造のコピーを含む一次切断、二次切断、および後の切断が同時に起こることになる。   When the term continuous is used, the present invention is arranged in such a way that one invasive cleavage reaction or assay must be completed before a subsequent reaction to invasively cleave another probe is initiated. It is not intended to be limiting. Rather, this term refers to the order of events that can occur if only one copy of each oligonucleotide species is used in the assay. The primary invasive cleavage reaction means which event occurs first in response to the formation of a cleavage structure on the target nucleic acid. Subsequent reactions, referred to as secondary reactions, tertiary reactions, etc., can only include an artificial “target” strand that serves only to assist in the assembly of the cleavage structure and is independent of the nucleic acid analyte of interest. . A complete assay modifies reaction conditions that allow subsequent cleavage reactions, such as local (eg, in separate reaction vessels) or temporal (eg, temperature, enzyme identity, or solution conditions), if desired. Can be configured with an isolated invasive cutting step, but all of the reaction components are mixed to initiate the secondary reaction as soon as the product produced by the primary cleavage is available It is possible to make it possible. In such a scheme, a primary cut, a secondary cut, and a subsequent cut involving copies of separate cut structures will occur simultaneously.

連続した反応の各回が、その後の回で別のプローブの切断に関与することができるオリゴヌクレオチドを産生するという、この種の直線的増幅法には、いくつかのレベルがあることが予想できる。一次反応は、目的の分析物に特異的であり、二次反応(および三次反応など)は、開始は一次反応によって左右されつつも、シグナルを生成するために用いられる。   It can be expected that there are several levels of this type of linear amplification method, where each successive reaction produces an oligonucleotide that can be involved in the cleavage of another probe in subsequent rounds. The primary reaction is specific to the analyte of interest, and secondary reactions (and tertiary reactions, etc.) are used to generate a signal while initiation is dependent on the primary reaction.

遊離した生成物は、その後の反応においていくつかの可能性に使用することができる。例えば、ある侵襲切断反応の産物が、二番目の反応における別のプローブを特異的に切断させるINVADERオリゴヌクレオチドとなる。このような例では、INVADERオリゴヌクレオチドとプローブオリゴヌクレオチド(プローブ1)が第一の標的オリゴヌクレオチド(標的1)にアニーリングすることによって、第一の侵襲的切断構造が形成される。INVADERオリゴヌクレオチドとプローブオリゴヌクレオチドのどの部分が標的にハイブリダイズすることができるかによって、標的核酸は、3つの領域に分割される。標的の領域1は、INVADERオリゴヌクレオチドのみに相補性を有し、標的の領域3は、プローブのみに相補性を有し、また、標的の領域2は、INVADERオリゴヌクレオチドとプローブオリゴヌクレオチドとの間の重複部を有する。   The liberated product can be used for several possibilities in subsequent reactions. For example, the product of one invasive cleavage reaction becomes an INVADER oligonucleotide that specifically cleaves another probe in the second reaction. In such an example, the first invasive cleavage structure is formed by annealing the INVADER oligonucleotide and the probe oligonucleotide (probe 1) to the first target oligonucleotide (target 1). Depending on which part of the INVADER oligonucleotide and probe oligonucleotide can hybridize to the target, the target nucleic acid is divided into three regions. Target region 1 is complementary only to the INVADER oligonucleotide, target region 3 is complementary only to the probe, and target region 2 is between the INVADER oligonucleotide and the probe oligonucleotide. Have overlapping parts.

プローブ1の切断によって「切断プローブ1」が遊離する。そして、遊離したプローブ1をINVADERオリゴヌクレオチドとして二番目の切断で用いる。第二の切断構造は、切断プローブ1、第二のプローブオリゴヌクレオチド(「プローブ2」)、および第二の標的核酸(「標的2」)をアニーリングすることによって形成される。いくつかの態様において、プローブ2および第二の標的核酸はそれぞれ、好ましくは、その3'末端と5'末端で共有結合しており、そのため、ヘアピンのステムとループを形成し、「カセット」と名付けられている。このループは、核酸、または核酸以外のスペーサーまたはリンカーでもよい。過剰量のカセット分子が包含されていると、切断プローブ1のそれぞれが、カセットの多数のコピーを切断させるためのINVADERとして作用することができるようになる。   Cleavage of probe 1 releases “cleavage probe 1”. The released probe 1 is then used as the INVADER oligonucleotide for the second cleavage. The second cleavage structure is formed by annealing the cleavage probe 1, the second probe oligonucleotide (“Probe 2”), and the second target nucleic acid (“Target 2”). In some embodiments, probe 2 and the second target nucleic acid are each preferably covalently linked at their 3 ′ and 5 ′ ends, thus forming a hairpin stem and loop, It is named. This loop may be a nucleic acid or a spacer or linker other than a nucleic acid. Inclusion of excess amounts of cassette molecules allows each of the cleavage probes 1 to act as an INVADER to cleave multiple copies of the cassette.

プローブ2を標識し、標識された切断プローブ2を検出することによって、第二の切断構造が切断されたことを検出することができるが、標識は、放射性同位元素(例えば、32Pまたは35S)、フルオロフォア(例えば、フルオロセイン)、二次因子により検出可能な反応基(例えば、ビオチン/ストレプトアビジン)、選択的な電荷逆転(第IV節で検討する)により検出可能な正荷電付加基などである。または、切断プローブ2は、テーリング(tailing)反応に使用するか、タンパク質結合部位を完成または活性化するために使用するか、または、本明細書に記載したオリゴヌクレオチド検出または使用する方法のいずれかによって検出または使用することができる。 By labeling probe 2 and detecting the labeled cleavage probe 2, it can be detected that the second cleavage structure has been cleaved, but the label is a radioisotope (eg, 32 P or 35 S ), Fluorophores (eg fluorescein), reactive groups detectable by secondary factors (eg biotin / streptavidin), positively charged adducts detectable by selective charge reversal (discussed in Section IV) Etc. Alternatively, cleavage probe 2 is either used in a tailing reaction, used to complete or activate protein binding sites, or any of the oligonucleotide detection or use methods described herein. Can be detected or used.

別の態様において、一次反応で切断されるプローブオリゴヌクレオチドは、折り畳まれてそれ自体の形に戻るように(すなわち、自己相補性をもつように)設計して、INVADERオリゴヌクレオチドとしても標的オリゴヌクレオチドとしても作用することできる分子(「IT」複合体と称する)を作成することができる。そして、IT複合体は、二次反応に存在する別のプローブを切断することができる。二次プローブ分子(「プローブ2」)が過剰に含まれていると、各IT複合体は、切断された二次プローブのコピーを多数生成するための土台として作用することができる。INVADERオリゴヌクレオチドとプローブオリゴヌクレオチドのどの部分が標的にハイブリダイズすることができるかによって、標的核酸は3つの領域に分割される(上記された通りであるが、スタッカーオリゴヌクレオチドが用いられるときには、標的は4つの領域に分割されることに留意されたい)。第二のプローブ(「プローブ2」)が、第一の切断構造の切断によって遊離したプローブ1(「切断プローブ1」)の断片にアニーリングすることによって、第二の切断構造が形成される。切断プローブ1の中に含まれている自己相補領域がアニーリングするため(この自己アニーリングした切断プローブ1がIT複合体を形成する)、切断プローブ1は、ヘアピン、またはステム/ループ構造をその3'末端に形成する。IT複合体(切断プローブ1)は、3つの領域に分割される。IT複合体の領域1は、プローブ2の3'部位に相補性をもち、領域2は、切断プローブ1の3'末端とプローブ2の5'末端の両方に相補性をもち、また、領域3は、自己相補領域をもつ(すなわち、領域3は、切断プローブ1の3'部位に相補性をもつ)。IT複合体(すなわち、切断プローブ1)については、領域1が領域2の上流に位置し、領域2が領域3の上流に位置している。侵襲的切断の別の態様については、領域「2」は、切断プローブ1のINVADERオリゴヌクレオチド部位とプローブ2オリゴヌクレオチドとの間に配列の重複ではなく、物理的な重複がある領域に相当することがある。   In another embodiment, the probe oligonucleotide that is cleaved in the primary reaction is designed to fold back into its own shape (ie, self-complementary), so that it is a target oligonucleotide as an INVADER oligonucleotide A molecule (referred to as an “IT” complex) that can also act as The IT complex can then cleave another probe present in the secondary reaction. If the secondary probe molecule (“Probe 2”) is included in excess, each IT complex can act as a basis for generating multiple copies of the cleaved secondary probe. Depending on which part of the INVADER and probe oligonucleotides can hybridize to the target, the target nucleic acid is divided into three regions (as described above, but when a stacker oligonucleotide is used, the target Note that is divided into four regions). The second cleavage structure is formed by annealing the second probe (“Probe 2”) to a fragment of Probe 1 (“Cleaving Probe 1”) released by cleavage of the first cleavage structure. Since the self-complementary region contained in cleavage probe 1 anneals (this self-annealed cleavage probe 1 forms an IT complex), cleavage probe 1 has a hairpin or stem / loop structure 3 ′ Form at the end. The IT complex (cleavage probe 1) is divided into three regions. Region 1 of the IT complex is complementary to the 3 ′ site of probe 2, region 2 is complementary to both the 3 ′ end of cleavage probe 1 and the 5 ′ end of probe 2, and region 3 Has a self-complementary region (ie, region 3 is complementary to the 3 ′ site of cleavage probe 1). For the IT complex (ie, cleavage probe 1), region 1 is located upstream of region 2 and region 2 is located upstream of region 3. For another aspect of invasive cleavage, region “2” corresponds to a region where there is a physical overlap, not a sequence overlap, between the INVADER oligonucleotide site of cleavage probe 1 and the probe 2 oligonucleotide. There is.

二次侵襲切断反応の切断産物(すなわち、切断プローブ2)を検出するか、または、次々に第三のプローブ分子とともに使用される、INVADER-標的を組み込んだ複合体であって、これも前の標的とは無関係な複合体を構成するように設計することができる。   A complex incorporating an INVADER-target that detects the cleavage product of a secondary invasive cleavage reaction (ie, cleavage probe 2) or is used in turn with a third probe molecule, It can be designed to constitute a complex independent of the target.

一次切断反応のオリゴヌクレオチド産物は、本明細書記載のオリゴヌクレオチドのいずれかの役割を果たすことができ(例えば、結合するINVADERオリゴヌクレオチド様配列をもたない標的として作用することができ、または、上記したようなスタッカーオリゴヌクレオチドとして作用することもできる)、同軸スタッキングによってプローブのハイブリダイゼーションを安定化することによって、二次反応で見られる代謝回転率を上昇させることができる。   The oligonucleotide product of the primary cleavage reaction can serve any of the oligonucleotides described herein (e.g., can act as a target without a binding INVADER oligonucleotide-like sequence, or It can also act as a stacker oligonucleotide as described above), and by stabilizing probe hybridization by coaxial stacking, the turnover rate seen in secondary reactions can be increased.

本発明のいくつかの態様における二次切断反応はFRETカセットを含む。このような分子は、二次標的とFRET標識された切断可能配列をもたらし、連続的侵襲切断反応を均質に検出すること(すなわち、反応後に産物を分離したり、他の操作をすることなしに検出すること)が可能になる。別の好ましい態様では、FRETプローブと合成標的が別々のオリゴヌクレオチドとして提供される二次反応系を用いる。   The secondary cleavage reaction in some embodiments of the invention includes a FRET cassette. Such molecules provide a secondary target and a FRET-labeled cleavable sequence to detect a continuous invasive cleavage reaction homogeneously (i.e. without separation of the product or other manipulation after the reaction). Detection). In another preferred embodiment, a secondary reaction system is used in which the FRET probe and the synthetic target are provided as separate oligonucleotides.

好ましい態様において、各その後の反応は、その前の切断産物によって(すなわち、それに依存して)促進され、その結果、最終産物が存在することが、標的分析物の存在を示す指標となる。しかし、二次反応における切断は、一次切断反応産物の存在に依存する必要はなく、一次切断反応産物が、単に、二次切断反応の速度を計測可能な形で促進することができればよい。   In a preferred embodiment, each subsequent reaction is facilitated by (ie, dependent on) its previous cleavage product so that the presence of the final product is an indicator of the presence of the target analyte. However, the cleavage in the secondary reaction need not depend on the presence of the primary cleavage reaction product, as long as the primary cleavage reaction product can simply promote the rate of the secondary cleavage reaction in a measurable manner.

要約すると、本発明に係るINVADERアッセイ法のカスケード(すなわち、連続的侵襲切断反応)は、直線的アッセイ法を2種類以上組み合わせたものであって、最終産物を指数的な速度で蓄積させることができるが、持ち越し汚染の大きなリスクはない。二次プローブの熱分解など、連続的切断によって生じるものではないのバックグラウンドは、一般的に、時間の経過とともに直線的に増加する。これに対して、2工程連続反応からのシグナル生成は、二次関数的な動力学に従う。したがって、INVADERアッセイ反応法でインキュベートしている間に、計測時点を決めるか、または、リアルタイムで検出することを可能にする機器を使用して、経時的にデータを集めることで、時間が経過したときにシグナルが二次関数的に増加するか、直線的に増加するかだけに基づいて、真のシグナルとバックグラウンドを区別できるという魅力的な能力が提供される。例えば、図で見ると、本当のシグナルは二次曲線として表され、バックグラウンドの蓄積は直線になるため、バックグラウンドシグナル(例えば、FRET検出法における蛍光)の絶対量がかなり多くても簡単に区別できる。   In summary, the INVADER assay cascade (ie, continuous invasive cleavage reaction) according to the present invention is a combination of two or more linear assays that allow the final product to accumulate at an exponential rate. Yes, but there is no significant risk of carry-over contamination. Background that is not caused by continuous cleavage, such as secondary probe pyrolysis, generally increases linearly over time. In contrast, signal generation from a two-step continuous reaction follows quadratic dynamics. Therefore, time was elapsed by collecting data over time using an instrument that allows the determination of time points or real-time detection while incubating with the INVADER assay reaction method. An attractive ability to distinguish between true signal and background is provided based only on whether the signal sometimes increases quadratically or linearly. For example, in the figure, the true signal is represented as a quadratic curve and the background accumulation is a straight line, so it is easy even if the absolute amount of background signal (eg fluorescence in FRET detection) is quite large. Can be distinguished.

本発明に係る連続的侵襲的切断増幅法は、本明細書記載の検出法(例えば、標準的方法によるか、または電荷逆転による、ゲルを利用した解析)、ポリメラーゼによる付加反応、タンパク質結合領域への取り込み反応に対する中間的ブーストとして用いることができる。このような組み合わせで使用されるとき、侵襲切断アッセイ法において特異的切断産物の産生を増加させると、読み出しシステムにかかる感度と特異性という負荷が軽減する。   The continuous invasive cleavage amplification method according to the present invention includes the detection method described herein (for example, analysis using a gel by standard methods or charge reversal), addition reaction by polymerase, protein binding region Can be used as an intermediate boost to the uptake reaction. When used in such a combination, increasing the production of specific cleavage products in an invasive cleavage assay reduces the sensitivity and specificity burden on the readout system.

さまざまな検出プラットフォームが可能であることに加えて、カスケード法が、一回の反応で各分析物(すなわち、各標的核酸)の多重解析を行なうのに適している。多重方式は、2種類の型に分類することができる。一つの型では、臨床試料に存在することができる分析物のそれぞれの同一性(および量)、または、それぞれの分析物および内部対照の同一性を知ることが望ましい。一個の試料の中に、それぞれの分析物が多数存在することを同定するために、数種類の別個の二次的増幅系を含ませることができる。特定の標的配列(または内部対照)の存在に反応して切断される各プローブは、DNAポリメラーゼによって伸長されたさまざまな配列、またはFRET方式におけるさまざまな色素など、さまざまな検出可能成分に連結している別のカスケードが開始するように設計することができる。これによって、各特異的標的配列の最終産物への寄与度を計算して、遺伝子または対立遺伝子の混合物を含む試料において、さまざまな遺伝子または対立遺伝子を定量検出することが可能になる。   In addition to allowing various detection platforms, the cascade method is suitable for performing multiplex analysis of each analyte (ie, each target nucleic acid) in a single reaction. Multiplexing methods can be classified into two types. In one type, it is desirable to know the identity (and amount) of each analyte that can be present in a clinical sample, or the identity of each analyte and internal control. Several separate secondary amplification systems can be included to identify the presence of multiple analytes in a single sample. Each probe that is cleaved in response to the presence of a specific target sequence (or internal control) is linked to various detectable components, such as various sequences extended by DNA polymerase, or various dyes in the FRET format. Another cascade can be designed to start. This makes it possible to calculate the contribution of each specific target sequence to the final product to quantitatively detect various genes or alleles in a sample containing a mixture of genes or alleles.

第二の構成では、いくつかの分析物のうちどれが、試料中に存在するかを決定することが望ましいが、各分析物の正確な同一性は知る必要がない。例えば、血液を集めるときには、誰か感染病原体の宿主になっている者の血液が、血液試料中に存在するか否かを知ることが望ましい。どの病原体であるかに関わらず、血液は捨てられることになるので、本発明をこのような場面に応用する場合には、プローブ上のシグナルが別々である必要はなく、また、実際にも守秘のために望ましくないと思われる。この場合、さまざまな分析物特異的プローブの5'アーム(すなわち、切断によって遊離される5'部位)は同一であるため、同じ二次的シグナルカスケードを開始させる。同様の構成によって、一個の遺伝子に相補的なプローブを多数用いて、該遺伝子からのシグナルを増強するか、検出すべき遺伝子の対立遺伝子座が多数あるときには、確実に包含されるようにすることができる。   In the second configuration, it is desirable to determine which of several analytes are present in the sample, but the exact identity of each analyte need not be known. For example, when collecting blood, it is desirable to know if the blood of someone who is the host of an infectious agent is present in the blood sample. Regardless of which pathogen it is, blood will be discarded, so when applying the present invention to such a situation, the signals on the probe do not have to be separate and are actually confidential. Seems undesirable for. In this case, the 5 ′ arms of various analyte specific probes (ie, the 5 ′ sites released by cleavage) are identical, thus initiating the same secondary signal cascade. By using a similar configuration, use multiple probes complementary to one gene to enhance the signal from that gene or ensure that it is included when there are many allelic loci for the gene to be detected. Can do.

一次的INVADERアッセイ反応において、バックグラウンドを生じさせる原因として2つのものが考えられる。最初の原因は、標的、自分自身、または、反応液中に存在する他のオリゴヌクレオチドの一つにアニーリングしているプローブのINVADERオリゴヌクレオチド非依存的切断から生じる。この理由から、プライマーを持たない構造を効率的に切断できない酵素を使用する方が好ましい。酵素PfuのFEN-1は、上流オリゴヌクレオチドが存在しなければ、または、プローブと標的の複合体を侵襲することができない上流オリゴヌクレオチドが存在するだけならば、検出可能な切断を生じさせない。このことは、PfuのFEN-1ヌクレアーゼが、本発明に係る方法で使用するのに適していることを示している。   There are two possible causes of background in the primary INVADER assay reaction. The first cause arises from INVADER oligonucleotide-independent cleavage of the probe annealing to the target, itself, or one of the other oligonucleotides present in the reaction. For this reason, it is preferable to use an enzyme that cannot efficiently cleave a structure without a primer. The enzyme Pfu FEN-1 does not cause detectable cleavage if no upstream oligonucleotide is present or if there is only an upstream oligonucleotide that cannot invade the probe-target complex. This indicates that Pfu's FEN-1 nuclease is suitable for use in the method according to the present invention.

他の構造特異的ヌクレアーゼも、本発明に係る方法で使用するのに適した酵素である。最初の実施例で検討したように、5'ヌクレアーゼには、このプライマー非依存的切断を有意に低下させる条件では使用できるものもある。例えば、DNAP Taqの5'ヌクレアーゼを用いてヘアピンを切断すると、反応液中に一価塩が入り込んで、プライマー非依存的切断が顕著に低下する(Lyamichevら、[1993]、前掲)。   Other structure-specific nucleases are also suitable enzymes for use in the method according to the invention. As discussed in the first example, some 5 'nucleases can be used under conditions that significantly reduce this primer-independent cleavage. For example, when a hairpin is cleaved using a 5 'nuclease of DNAP Taq, a monovalent salt enters the reaction solution, and primer-independent cleavage is significantly reduced (Lyamichev et al., [1993], supra).

III.連続侵襲的切断反応における、シグナルおよびバックグラウンドに対するARRESTORオリゴヌクレオチドの効果
上記したように、プローブ濃度が高くなると最終シグナルの収量が上がるため、切断されるプローブの濃度を利用して、シグナルの蓄積速度を上昇させることができる。しかし、大量のプローブが切断されないまま残留していると、引き続き切断産物を用いて検出またはさらなる増幅を行なう上で問題を生じる。その後の工程が、単純な検出(例えば、ゲル分析による検出)であれば、過剰な非切断材料が、シグナルを縞状にしたり、分散させたりして、または、検出用分子を圧倒して(例えば、放射活性の場合にはフィルムの露出過多、蛍光画像化装置の定量的検出限界を超過するなどして)バックグラウンドを生じる原因となる。この問題は、非切断プローブから生成物を区分することによって解決することができる。より複雑な検出方法においては、切断された産物を別の物質と相互作用させて切断を標示させるようにすることができる。上記したように、切断産物は、ハイブリダイゼーション、プライマー伸長反応、ライゲーション、または、侵襲的切断の指示など、オリゴヌクレオチドを使用する反応に用いることができる。これら何れの場合でも、反応を計画するときに、残留した非切断プローブをどうすべきか考える必要がある。プライマー伸長反応においては、非切断プローブは、鋳型にハイブリダイズして伸長する可能性がある。伸長するためには、切断によって正確な3'末端を生じる必要がある場合には、ハイブリダイズした非切断プローブは伸長しない。しかし、鋳型について切断産物と競合を生じる。鋳型が、切断プローブと非切断プローブを合わせたものよりも過剰に存在していれば、どちらのプローブも結合するための鋳型コピーを見つけることができるはずである。しかし、鋳型が限られた量しかないとすると、競合によって、利用可能な鋳型にうまく結合できる切断プローブの割合が低下してしまう。開始反応を作動させるために大過剰量プローブを用いたとすれば、残ったプローブも、切断産物より大過剰に存在することとなり、効果的な競合相手となって、最終的検出を行うための反応産物(例えば、伸長反応産物)の量を低下させてしまう。
III. Effect of ARRESTOR oligonucleotides on signal and background in continuous invasive cleavage reactions As mentioned above, the higher the probe concentration, the higher the final signal yield. Can be raised. However, if a large amount of probe remains uncut, there will be a problem in the subsequent detection or further amplification using the cleavage product. If the subsequent steps are simple detection (eg, detection by gel analysis), excess uncut material may streak or disperse the signal or overwhelm the detection molecules ( For example, in the case of radioactivity, it may cause background to occur (eg, overexposed film, exceeding the quantitative detection limit of the fluorescence imaging device). This problem can be solved by partitioning the product from the uncleaved probe. In more complex detection methods, the cleaved product can interact with another substance to indicate cleavage. As described above, the cleavage products can be used in reactions that use oligonucleotides, such as hybridization, primer extension reactions, ligations, or invasive cleavage instructions. In any of these cases, it is necessary to consider what to do with the remaining uncleaved probe when planning the reaction. In the primer extension reaction, the uncleaved probe may hybridize to the template and extend. In order to elongate, the hybridized uncleaved probe will not elongate if it is necessary to cleave to produce the correct 3 'end. However, it competes with the cleavage product for the template. If the template is present in excess of the combined cleaved and uncleaved probes, it should be possible to find a template copy for binding of both probes. However, if there is only a limited amount of template, competition will reduce the percentage of cleavage probes that can successfully bind to available templates. If a large excess of probe was used to trigger the initiation reaction, the remaining probe would also be present in excess in excess of the cleavage product, making it an effective competitor and the final detection reaction This reduces the amount of product (eg, extension reaction product).

非切断プローブ物質が二次反応に関与すると、これらの反応におけるバックグラウンドを生じる原因となることがある。その後の反応のための切断プローブを提示することは、次の工程で使用される酵素にとって理想的な基質となることがあるが、酵素によっては、効率は低くても、非切断のプローブにも作用できる可能性がある。本発明を開発する過程で、ニックの入ったプロモーターの一方が付加的な非対合ヌクレオチドを持っていたとしても、そのようなプロモーターからの転写が促進されることが明らかになった。同様に、その後の反応が侵襲的切断となるときには、非切断プローブが、切断プローブとともに第二の切断構造を形成するための構成要素に結合することがある。本発明を開発する過程で行われた実験において、本明細書記載の5'ヌクレアーゼには、欠陥構造を切断する何らかの処置を触媒できることが見出された。低量であったとしても、この異常切断を陽性の標的特異的切断シグナルであると誤って解釈する可能性がある。   When uncleaved probe materials are involved in secondary reactions, they can cause background in these reactions. Presenting a cleaved probe for subsequent reactions can be an ideal substrate for the enzyme used in the next step, but depending on the enzyme, it may be less efficient or even an uncleaved probe. There is a possibility of acting. In the course of developing the present invention, it was found that even if one of the nicked promoters has additional unpaired nucleotides, transcription from such promoter is promoted. Similarly, when the subsequent reaction is an invasive cut, the non-cutting probe may bind to a component for forming a second cutting structure with the cutting probe. In experiments conducted in the course of developing the present invention, it was found that the 5 ′ nucleases described herein can catalyze any treatment that cleaves the defective structure. Even at low amounts, this aberrant cleavage may be misinterpreted as a positive target-specific cleavage signal.

非切断プローブが過剰にあることのこれらの消極的効果を考えると、明らかに、このような相互作用を防止する何らかの方法が必要である。上記したように、一次反応の後、常法によって、非切断プローブから切断産物を隔離することが可能である。しかし、これらの方法はしばしば時間がかかり、費用がかかり(例えば、使い捨てのカラムやゲルなど)、また、試料の誤操作や汚染の危険性を高める可能性がある。その後の反応のために新しい容器に最初の試料を移すことを必要としないように連続反応を設計することの方がより好ましい。   Given these negative effects of having an excess of uncleaved probes, there is clearly a need for some way to prevent such interactions. As described above, after the primary reaction, it is possible to isolate the cleavage product from the non-cleavable probe by a conventional method. However, these methods are often time consuming and expensive (eg, disposable columns and gels) and can increase the risk of sample manipulation and contamination. It is more preferable to design the continuous reaction so that it does not require transfer of the first sample to a new container for subsequent reactions.

本発明は、一次プローブと他の反応物との間における相互作用を低下させる方法を提供する。本方法は、非切断プローブがその後の反応に関与するのを特異的に回避する方法を提供する。このような回避は、次の反応工程に、非切断一次プローブと特異的に相互作用するように設計された薬剤を組み込むことによって行なうことができる。便宜上の理由で侵襲切断反応における一次プローブを検討すると、アッセイの設計に必要または望ましいときには、一連の侵襲切断工程中の反応工程でARRESTOR分子を使用することができる。本発明に係るARRESTOR分子は、特定の工程に限定されるものではない。   The present invention provides a method for reducing the interaction between the primary probe and other reactants. The method provides a method that specifically avoids uncleaved probes from participating in subsequent reactions. Such avoidance can be achieved by incorporating into the next reaction step an agent designed to specifically interact with the uncleaved primary probe. Considering the primary probe in an invasive cleavage reaction for convenience reasons, ARRESTOR molecules can be used in the reaction step in a series of invasive cleavage steps when necessary or desirable for assay design. The ARRESTOR molecule according to the present invention is not limited to a specific process.

一次反応から残留する非切断プローブを回避する方法は、切断プローブよりも大きな親和性を以て非切断プローブに結合するよう特異的に設計または選択することのできる因子を利用し、それによって、非切断プローブが大過剰に存在している場合でも、切断プローブ分子種が、その後の反応の構成要素に対して効率的に競合できるようにする。これらの因子は、一次プローブがその後の反応に加わることを停止させる機能をもつため「ARRESTOR分子」と名付けられている。下記のさまざまな実施例では、侵襲切断アッセイ法において、オリゴヌクレオチドがARRESTOR分子として提供されている。完全長の非切断プローブと切断プローブとを区別することができ、選択的に非切断プローブを結合するか、さもなければ無効にする分子または化学剤を設計して、本発明の意味する範囲内でARRESTOR分子として作用させることができると考えられる。例えば、多数のインビトロ増幅(例えば、「SELEX」、米国特許第5,270,163号および第5,567,588号。これらは参照として本明細書に組み入れられる)の工程、および特定回数の捕捉またはその他の選択手段を通じて選択することができる「アプタマー(aptamers)」が得られるように、そのような特異性をもつ抗体を得ることができる。   A method to avoid remaining uncleaved probes from the primary reaction utilizes factors that can be specifically designed or selected to bind to uncleaved probes with greater affinity than cleaved probes, thereby Allows the cleaved probe molecular species to efficiently compete for components of subsequent reactions, even in the presence of a large excess. These factors are termed “ARRESTOR molecules” because they have the ability to stop the primary probe from participating in subsequent reactions. In the various examples described below, oligonucleotides are provided as ARRESTOR molecules in invasive cleavage assays. Molecules or chemical agents that can distinguish between full-length uncleaved probes and cleaved probes and selectively bind or otherwise disable uncleaved probes are within the meaning of the present invention. It is thought that it can act as an ARRESTOR molecule. For example, selecting through a number of in vitro amplification steps (eg, “SELEX”, US Pat. Nos. 5,270,163 and 5,567,588, which are incorporated herein by reference), and a specific number of capture or other selection means Antibodies with such specificity can be obtained so that possible “aptamers” are obtained.

一つの態様において、ARRESTOR分子はオリゴヌクレオチドである。別の態様において、ARRESTORオリゴヌクレオチドは複合的なオリゴヌクレオチドであって、共有結合していないが、協同して結合し、また、同軸的スタッキングによって安定化する、2種類またはそれ以上の短いオリゴヌクレオチドを含む。好ましい態様において、オリゴヌクレオチドを修飾して、本発明に係る切断因子との相互作用を軽減させる。あるオリゴヌクレオチドをARRESTORオリゴヌクレオチドとして使用すると、それをその後の反応工程には関与させないということを意図している。ARRESTORオリゴヌクレオチドが一次プローブに結合すると、二次標的が加わって、あるいは、そのような関与がなくても、本発明のいくつかの態様において使用される5'ヌクレアーゼにより切断される基質となる二分枝構造を形成することができる。このような構造が形成されると、バックグラウンドに寄与するか、特異的シグナルが低下するか、または酵素に対する競合を起こすような目的外の切断がある程度起きるようになるかもしない。このような切断構造を形成しないARRESTORオリゴヌクレオチドを提供することが好ましい。これを行なう方法の一つは、INVADERオリゴヌクレオチドが切断構造の中の類似した位置を占める(すなわち、INVADERオリゴヌクレオチドの3'末端が、対合しない5'アームの切断部位にある)ため、ARRESTORオリゴヌクレオチドに、INVADERオリゴヌクレオチドの活性を低下させることが分かっている修飾を加えることである。下記の実施例の項で、INVADERオリゴヌクレオチドの3'末端の修飾が切断に与える影響を調べたところ、明らかに、INVADERオリゴヌクレオチドの作用を弱めることが分かった。本明細書に記載されていない他の修飾も、ARRESTORオリゴヌクレオチドを目的とする反応において用いられる切断酵素を用いた試験を行なうことによって、簡単に特徴を調べることができる。   In one embodiment, the ARRESTOR molecule is an oligonucleotide. In another embodiment, the ARRESTOR oligonucleotide is a composite oligonucleotide that is not covalently linked but binds cooperatively and is stabilized by coaxial stacking. including. In a preferred embodiment, the oligonucleotide is modified to reduce interaction with the cleavage factor according to the present invention. When an oligonucleotide is used as an ARRESTOR oligonucleotide, it is intended not to participate in subsequent reaction steps. When the ARRESTOR oligonucleotide binds to the primary probe, the secondary target becomes a substrate that is cleaved by the 5 ′ nuclease used in some embodiments of the invention, with or without secondary involvement. A branch structure can be formed. Formation of such a structure may result in some undesired cleavage that contributes to the background, reduces the specific signal, or causes competition for the enzyme. It is preferable to provide an ARRESTOR oligonucleotide that does not form such a cleavage structure. One way to do this is because the INVADER oligonucleotide occupies a similar position in the cleavage structure (ie, the 3 'end of the INVADER oligonucleotide is at the unpaired 5' arm cleavage site). The modification of the oligonucleotide is known to reduce the activity of the INVADER oligonucleotide. In the following Example section, when the influence of modification of the 3 ′ end of the INVADER oligonucleotide on cleavage was examined, it was clearly found that the action of the INVADER oligonucleotide was weakened. Other modifications not described herein can also be easily characterized by performing tests with the cleavage enzyme used in the reaction intended for the ARRESTOR oligonucleotide.

好ましい態様において、ARRESTORオリゴヌクレオチドの骨格を修飾する。これを行なうと、ヌクレアーゼまたは温度による分解に対する抵抗性が高まり、使用する酵素にとって好適でない基質となる二本鎖構造(例えば、A型二本鎖対B型二本鎖)がもたらされる。特に好ましい態様において、修飾は、核酸の骨格の2'O-メチル置換を含むが、特に好ましい態様において、2'O-メチル化修飾されたオリゴヌクレオチドは、さらに、3'末端アミン基を含む。   In preferred embodiments, the backbone of the ARRESTOR oligonucleotide is modified. Doing this increases resistance to degradation by nucleases or temperature, resulting in a double-stranded structure (eg, Type A duplex vs. Type B duplex) that is unsuitable for the enzyme used. In particularly preferred embodiments, the modification comprises a 2′O-methyl substitution in the backbone of the nucleic acid, but in particularly preferred embodiments, the 2′O-methylated modified oligonucleotide further comprises a 3 ′ terminal amine group.

ARRESTORオリゴヌクレオチドの目的は、次の工程でどのような構成要素が用いられるとしても、結合について、切断プローブの少数集団と非切断プローブを競合させることである。2種類のプローブ種を完全に区別することができる(例えば、非切断のものにだけ結合して、非切断のものには結合しない)ARRESTORオリゴヌクレオチドは、いくつかの態様において最も有益であるが、、本明細書記載の連続的INVADERアッセイ法など、多くの応用場面においては、本発明に係るARRESTORオリゴヌクレオチドは、単に部分的な識別能しかもたないが、意図したとおりの機能を果たすことができる。ARRESTORオリゴヌクレオチドが切断されたプローブと相互作用すると、これら切断産物のある部位を検出することが妨げられ、それによって、所定量の標的物質から生成される絶対的なシグナル量が低下することがある。この同じARRESTORオリゴヌクレオチドが、特異的シグナルが低下する係数よりも大きな係数によって、同時に、反応のバックグラウンド(すなわち、非標的特異的切断)を低下させる効果をもてば、シグナルの絶対量は低下しても、シグナルの有意性(すなわち、バックグラウンドに対するシグナルの比率)は上昇する。ARRESTOR分子を含まない反応から生成されるバックグラウンドと特異的シグナルの量を、ARRESTOR分子を含む反応から生成されるバックグラウンドと特異的シグナルの量と比較することによって、ARRESTOR分子の可能な設計を、簡単な方法で調べることができる。特異性に対する絶対的なシグナルの許容できる交換レベルを構成するものは、さまざまな適用場面(例えば、標的量、読み取り感度など)で異なるので、本発明に係る方法を用いてユーザーが各自で決定することができる。   The purpose of the ARRESTOR oligonucleotide is to allow a small population of cleaved probes to compete with a non-cleaved probe for binding, regardless of what component is used in the next step. ARRESTOR oligonucleotides that can completely distinguish between the two probe species (eg, bind only to non-cleavable and not to non-cleavable) are most beneficial in some embodiments, In many applications, such as the continuous INVADER assay described herein, the ARRESTOR oligonucleotides according to the present invention have only a partial discriminating ability, but may perform as intended. it can. When ARRESTOR oligonucleotides interact with cleaved probes, they can prevent detection of certain sites of these cleavage products, which can reduce the amount of absolute signal generated from a given amount of target substance. . If this same ARRESTOR oligonucleotide has the effect of reducing the background of the reaction (ie, non-target specific cleavage) by a factor that is greater than the factor by which the specific signal is reduced, the absolute amount of signal is reduced. Even so, the significance of the signal (ie the ratio of signal to background) increases. By comparing the amount of background and specific signal generated from a reaction that does not contain an ARRESTOR molecule with the amount of background and specific signal generated from a reaction that contains an ARRESTOR molecule, the possible design of the ARRESTOR molecule Can be examined in a simple way. What constitutes an acceptable exchange level of an absolute signal for specificity differs for different applications (eg, target amount, read sensitivity, etc.) and is thus determined by the user using the method according to the invention. be able to.

IV.RNA標的を含むINVADERオリゴヌクレオチド特異的切断反応において使用する改良された酵素
切断構造は、本明細書において、二本鎖を形成するプローブオリゴヌクレオチドと標的核酸の相互作用によって形成される構造と定義されており、得られた構造は、酵素などであるが、それに限定されない切断因子によって切断可能である。切断構造は、さらに、ホスフォジエステラーゼなどの因子による非特異的な切断に対する基質なる核酸分子とは対照的に、切断手段による特異的な切断に対する基質と定義される。酵素的切断因子に対する改良を考えるにあたって、切断構造の定義に当てはまる構造に対する該酵素の作用を考慮することができる。そのような構造の中にある部位における特異的切断が考えられる。
IV. An improved enzyme cleavage structure for use in INVADER oligonucleotide-specific cleavage reactions involving RNA targets is defined herein as a structure formed by the interaction of a target oligonucleotide with a probe oligonucleotide that forms a duplex. The resulting structure can be cleaved by a cleaving factor such as, but not limited to, an enzyme. A cleavage structure is further defined as a substrate for specific cleavage by a cleavage means, as opposed to a nucleic acid molecule that is a substrate for non-specific cleavage by factors such as phosphodiesterase. In considering an improvement to an enzymatic cleavage factor, the action of the enzyme on a structure that falls within the definition of a cleavage structure can be considered. Specific cleavage at sites within such structures is possible.

酵素の改良は、一種類以上の構造物を切断する速度が上昇するものでも低下するものでもよい。また、改良によって、一種類以上の該切断構造に切断部位の増加または減少がもたらされてもよい。核酸切断アッセイ法に使用する、新しい構造特異的ヌクレアーゼのライブラリーを開発する上で、改良には、それぞれが特定のアッセイ法で用いられる特異的な基質構造に関連する多くの態様がある。   Enzyme improvements may increase or decrease the rate at which one or more structures are cleaved. Improvements may also result in increased or decreased cleavage sites in one or more of the cleavage structures. In developing a library of new structure-specific nucleases for use in nucleic acid cleavage assays, the improvements have many aspects, each related to the specific substrate structure used in a particular assay.

一例として、本発明に係るINVADERオリゴヌクレオチド特異的切断アッセイ法の一態様を考えることができる。INVADERオリゴヌクレオチド特異的切断アッセイ法において、切断された物質の蓄積は、酵素の挙動がもついくつかの特徴によって影響される。驚くまでもなく、代謝回転速度、または、一定の時間内に単一の酵素によって切断されうる構造体の数は、測定反応過程で処理される物質の量を決定する上で非常に重要である。酵素が基質を認識するのに長い時間かかるようであれば(例えば、基質が最適でない構造で提示された場合)、または、切断を行なうのに時間がかかるようであれば、生成物が蓄積する速度は、それらの工程が迅速に進んだときよりは低くなる。これらの工程が迅速でも、酵素が切断構造上に「しっかり留まって(hold on)」いて、すぐには別の非切断構造に進めない場合には、速度に対して負の影響を与える。   As an example, one embodiment of the INVADER oligonucleotide-specific cleavage assay method according to the present invention can be considered. In the INVADER oligonucleotide specific cleavage assay, the accumulation of cleaved material is affected by several characteristics of the enzyme behavior. Not surprisingly, the turnover rate, or the number of structures that can be cleaved by a single enzyme within a certain time, is very important in determining the amount of substance processed in the measurement reaction. . If the enzyme takes a long time to recognize the substrate (eg if the substrate is presented in a non-optimal structure) or if it takes time to cleave, the product accumulates The speed will be lower than when those processes proceeded quickly. Even if these steps are rapid, if the enzyme is “hold on” on the cleavage structure and cannot immediately proceed to another non-cleavage structure, it will have a negative impact on the rate.

酵素の代謝回転速度だけが、酵素の挙動が生成物の蓄積速度に負の影響を与えるわけではない。生成物を可視化または測定するために用いられる方法が、正確に定義された生成物に特異的であれば、その定義から外れた生成物は検出されることがないため、生成物の蓄積速度は低くなるように見えるかも知れない。例えば、トリヌクレオチドを検出するための感度の高い検出装置であって、ジヌクレオチドやテトラヌクレオチド、または、3残基以外のオリゴヌクレオチドは検出しない装置を有している場合、本発明に係るINVADER特異的切断アッセイ法において、誤った切断は、検出可能なシグナルを比例的に減少させることになると思われる。本明細書で提示した切断データから分かることであるが、通常、切断に好適な部位がプローブ内に一個あっても、しばしば、一次的な切断部位から1ヌクレオチド以上離れたところを切断してできる生成物が存在する。これらは、標的依存的で、かつ、非特異的なバックグラウンドではない生成物である。それにも関わらず、その後の可視化システムが一次生成物しか検出できなければ、これらはシグナルの消失を意味する。このような選択的可視化システムの例は、本明細書で提示した電荷逆転読み取り装置であり、そこでは、正電荷と負電荷の釣り合いによって、生成物の挙動が決まる。このようなシステムにおいては、余分なヌクレオチドがあったり、予想されるヌクレオチドを持たないと、間違った電荷バランスをもつ産物を残すことによって、正当な切断産物を最終検出から除外することができる。標準的なストリンジェントハイブリダイゼーションなど、オリゴヌクレオチドのヌクレオチド含量を感度よく区別することができるアッセイ法は、正当な生成物のある画分が、そのアッセイ法ではうまく検出できないとき、感度に問題を生じることが簡単に理解できる。   Only the rate of enzyme turnover does not negatively influence the behavior of the enzyme on the rate of product accumulation. If the method used to visualize or measure the product is specific to a precisely defined product, the product will not be detected so that the product accumulation rate is It may seem to be lower. For example, if the detection device has a high sensitivity for detecting trinucleotides and does not detect dinucleotides, tetranucleotides, or oligonucleotides other than three residues, the INVADER-specific In a selective cleavage assay, incorrect cleavage will result in a proportional decrease in detectable signal. As can be seen from the cleavage data presented here, it is often possible to cleave at least one nucleotide away from the primary cleavage site, even if there is only one site in the probe that is suitable for cleavage. Product is present. These are target-dependent and non-specific background products. Nevertheless, if the subsequent visualization system can only detect the primary product, these mean the disappearance of the signal. An example of such a selective visualization system is the charge reversal reader presented here, where the balance of positive and negative charges determines the behavior of the product. In such a system, if there are extra nucleotides or no expected nucleotides, legitimate cleavage products can be excluded from final detection by leaving the product with the wrong charge balance. Assays that can sensitively distinguish the nucleotide content of oligonucleotides, such as standard stringent hybridization, can cause sensitivity problems when a fraction of legitimate products cannot be successfully detected by the assay Can be easily understood.

これらの考察は、本発明に係る方法において使用すべき酵素における2つの非常に望ましい形質を示唆する。第一に、酵素が、認識、切断および遊離などの全切断反応を速やかに実行するほど、INVADERオリゴヌクレオチド特異的切断アッセイ法においては、より強いシグナルが生成される可能性が高い。第二に、酵素が、構造内の単一の切断部位にうまく集中できるほど、選択的読み取り法において、よりたくさんの切断産物を検出するのに成功できる。   These considerations suggest two highly desirable traits in the enzyme to be used in the method according to the invention. First, the faster the enzyme performs all cleavage reactions such as recognition, cleavage and release, the more likely it is that a stronger signal is generated in the INVADER oligonucleotide-specific cleavage assay. Second, the more concentrated the enzyme is at a single cleavage site in the structure, the more successful it can be in detecting more cleavage products in the selective readout method.

INVADERオリゴヌクレオチド特異的切断アッセイ法において使用される酵素の改良を行うために上記で引用した原理は、改良が求められる一つの方向を示す例として用いようとするものであり、改良された酵素活性の性質または応用法のいずれを制限しようとするものでもない。十分に改良されているものとして見なされるような活性変化の別の方向として、DNAP結合5'ヌクレアーゼを一例として用いることができる。本明細書記載のポリメラーゼ欠損5'ヌクレアーゼをいくつか作成する際に、ポリメラーゼドメインの実質的部分を欠失させて作成した酵素が、元のタンパク質では弱いか存在しない活性をもつことが発見された。これらの活性は、フォーク状になっていない構造を切断する能力、二本鎖の5'末端からエキソヌクレアーゼ的にヌクレオチドを除去する、非常に高い能力、および、遊離した5'末端がなくても環状分子を切断する未完成な能力を含んでいた。   The principles quoted above for improving the enzymes used in INVADER oligonucleotide-specific cleavage assays are intended to be used as an example to show one direction in which improvements are sought, and improved enzyme activity. It is not intended to limit either the nature of or the application. As another example of a change in activity as considered to be sufficiently improved, a DNAP-binding 5 ′ nuclease can be used as an example. In creating some of the polymerase-deficient 5 'nucleases described herein, it was discovered that an enzyme made by deleting a substantial portion of the polymerase domain had weak or non-existing activity in the original protein. . These activities include the ability to cleave unforked structures, very high ability to exonucleolytically remove nucleotides from the 5 'end of the duplex, and even without a free 5' end It included an incomplete ability to cleave cyclic molecules.

DNAポリメラーゼに由来する5'ヌクレアーゼ以外に、本発明は、DNAポリメラーゼに由来しない構造特異的ヌクレアーゼの使用も想定している。例えば、Pol I型DNAポリメラーゼの5'ヌクレアーゼに類似した基質特異性をもつ、真核生物および古細菌のエンドヌクレアーゼの種類が同定されている。これらはFEN1(フラップエンドヌクレアーゼ:Flap EndoNuclease)、RAD2、およびXPG(色素性乾皮症G群)タンパク質である。これらのタンパク質は、DNA修復に関係があり、重合過程で伸長しているプライマーによって置換された5'アームに似た構造を好んで切断することが明らかにされている。同様のDNA修復酵素が、単細胞、および高等真核生物および古細菌から単離されており、真性細菌には関連するDNA修復タンパク質がある。類似した5'ヌクレアーゼも、T5およびT7などのバクテリオファージに随伴していた。 In addition to 5 ′ nucleases derived from DNA polymerases, the present invention also contemplates the use of structure-specific nucleases that are not derived from DNA polymerases. For example, a class of eukaryotic and archaeal endonucleases have been identified that have a substrate specificity similar to the 5 'nuclease of Pol type I DNA polymerase. These FEN1 (Flap endonuclease: F lap E ndo N uclease) , RAD2, and XPG (Xeroderma pigmentosum group G) proteins. These proteins are implicated in DNA repair and have been shown to prefer to cleave structures resembling 5 'arms displaced by primers that extend during the polymerization process. Similar DNA repair enzymes have been isolated from single cells and higher eukaryotes and archaea, and there are DNA repair proteins associated with eubacteria. Similar 5 'nucleases were also associated with bacteriophages such as T5 and T7.

最近、DNAPTaqおよびT5ファージの5'-エキソヌクレアーゼの三次元構造が、X線回折法によって決定された(Kimら、Nature 376: 612 [1995];およびCeskaら、Nature 382: 90 [1995])。この2種類の酵素は、アミノ酸配列の類似性が限定的なものであるにもかかわらず、非常によく似た三次元構造をもつ。T5 5'-エキソヌクレアーゼのもっとも顕著な特徴は、タンパク質の活性部位によって形成される三角形の穴が存在することと2本のαヘリックスがあることである。DNAPTaqの同じ領域は、結晶構造では乱れており、この領域が可塑的であることを示している。このため、この領域は、公開された三次元構造には示されていない。しかし、T5 5'-エキソヌクレアーゼとの全体的な三次元構造の類似性、および、DNAPTaqタンパク質の無秩序な領域のアミノ酸がαヘリックス形成に関係するアミノ酸であることに基づけば、DNAPTaqの5'ヌクレアーゼドメインも同じ構造をもっている可能性が高い。このような穴または溝がDNAPTaqの5'ヌクレアーゼドメインに存在することは、基質特異性に基づいて予測されていた(Lyamichevら、前掲)。   Recently, the three-dimensional structure of 5'-exonucleases of DNAPTaq and T5 phage has been determined by X-ray diffraction (Kim et al., Nature 376: 612 [1995]; and Ceska et al., Nature 382: 90 [1995]) . These two enzymes have very similar three-dimensional structures despite limited amino acid sequence similarity. The most prominent features of T5 5'-exonuclease are the presence of a triangular hole formed by the active site of the protein and the presence of two alpha helices. The same region of DNAPTaq is disturbed in the crystal structure, indicating that this region is plastic. For this reason, this region is not shown in the published three-dimensional structure. However, based on the overall three-dimensional structural similarity to T5 5'-exonuclease and the fact that the amino acids in the disordered region of the DNAPTaq protein are those involved in alpha helix formation, the 5 'nuclease of DNAPTaq Domains are likely to have the same structure. The presence of such a hole or groove in the 5 'nuclease domain of DNAPTaq was predicted based on substrate specificity (Lyamichev et al., Supra).

該構造を正しく切断されるように配置するためには、切断構造の5'アームが、上記のらせん状アーチを通過するようにしなければならないことが示唆されている(Ceskaら、前掲)。本明細書記載の5'ヌクレアーゼの修飾の一つは、タンパク質のこのらせん状アーチ部位を開放して、ほとんど切断できない構造や全く切断できない構造をよりよく切断できるようにすることである(例えば、このような5'アームの通過を除外できる環状DNA標的上の構造)。この方法を試すためのモデルとして選ばれた遺伝子構築物は、CLEAVASE BNと呼ばれる、DNAPTaqから派生したが、ポリメラーゼドメインをもたない構築物であった。これは、DNAPTaqの5'ヌクレアーゼドメインの全部を含んでいるため、構造的には、T5 5'-エキソヌクレアーゼに非常に近似しているはずである。この5'ヌクレアーゼは、この種類のタンパク質に対する、このような物理的修飾の原理を実証するために選ばれた。本発明に係る、アーチを開放する修飾は、DNAポリメラーゼの5'ヌクレアーゼドメインに限定されるべきものではなく、切断活性に対する制約となるような開口部を含む構造特異的ヌクレアーゼに使用することが想定されている。本発明は、トロンビンの切断部位を、サーマス属由来DNAPのらせん状アーチの中に、および、サーマス属由来5'ヌクレアーゼのらせん状アーチの中に挿入することを想定している。CLEAVASE BN/トロンビンヌクレアーゼを用いる、本明細書に示されている具体的な例は、ヌクレアーゼドメインの内部に存在するらせん状アーチを開放するという概念を具体的に示しているに過ぎない。サーマス属由来のDNAPのアミノ酸配列は高度に保存されているので、本発明の教示するところにより、これらのDNAP、および、これらのDNAPに由来する5'ヌクレアーゼに存在するらせん状アーチの中にトロンビン部位を挿入することが可能になる。   It has been suggested that in order for the structure to be properly cut, the 5 'arm of the cutting structure must pass through the helical arch described above (Ceska et al., Supra). One modification of the 5 'nuclease described herein is to open this helical arch site in the protein so that structures that can hardly be cleaved or cannot be cleaved at all can be better cleaved (eg, Such a structure on a circular DNA target that can exclude the passage of the 5 'arm). The genetic construct chosen as a model for testing this method was a construct derived from DNAPTaq called CLEAVASE BN, but without the polymerase domain. This should be very close in structure to the T5 5'-exonuclease because it contains all of the 5 'nuclease domain of DNAPTaq. This 5 'nuclease was chosen to demonstrate the principle of such physical modification for this type of protein. The arch-opening modification according to the present invention should not be limited to the 5 ′ nuclease domain of DNA polymerase, but is intended to be used for structure-specific nucleases containing an opening that may be a restriction on cleavage activity. Has been. The present invention envisages inserting thrombin cleavage sites into the helical arch of DNAP from Thermus and into the helical arch of the 5 ′ nuclease from Thermus. The specific example shown here using CLEAVASE BN / thrombin nuclease only illustrates the concept of opening the helical arch present inside the nuclease domain. Since the amino acid sequences of DNAPs from Thermus are highly conserved, in accordance with the teachings of the present invention, thrombin is incorporated into these DNAPs and the helical arches present in 5 'nucleases derived from these DNAPs. It becomes possible to insert a site.

らせん状アーチの開放は、アーチの中にプロテアーゼ部位を挿入して行なった。これにより、アーチをその先端部で開放するのに適したプロテアーゼによって、発現されたタンパク質の翻訳後分解を行なうことができた。この種のプロテアーゼは、特異的なアミノ酸配列の短い直鎖を認識する。そのようなプロテアーゼには、トロンビンおよび第Xa因子がある。このようなプロテアーゼによるタンパク質の切断は、タンパク質のアミノ酸配列中にその部位が存在することと、折り畳まれた本来のタンパク質上の該部位への接触が可能であることによって決まる。結晶構造を用いても、タンパク質のある特定の領域がプロテアーゼによる切断に感受性があると予測するのは困難なことがある。結晶構造がない場合には、経験的に決めなければならない。   The spiral arch was opened by inserting a protease site into the arch. This allowed post-translational degradation of the expressed protein with a protease suitable for opening the arch at its tip. This type of protease recognizes short linear chains with specific amino acid sequences. Such proteases include thrombin and factor Xa. Such cleavage of a protein by a protease is determined by the presence of the site in the amino acid sequence of the protein and the ability to contact the site on the folded original protein. Even using crystal structures, it can be difficult to predict that certain regions of a protein are sensitive to cleavage by proteases. If there is no crystal structure, it must be determined empirically.

プロテアーゼ切断部位を含むよう修飾されたタンパク質を部位特異的に切断するプロテアーゼを選択する際に、第一の工程は、未修飾のタンパク質を別の部位で切断されないか調べることである。例えば、第Xa因子プロテアーゼおよびトロンビンプロテアーゼによるプロテアーゼ切断条件下で、DNAPTaqとCLEAVASE BNヌクレアーゼをインキュベートした。どちらのヌクレオチドタンパク質も、5'ヌクレアーゼドメイン内で第Xa因子によって切断されたが、大量のトロンビンによってはどちらのヌクレアーゼも分解されなかった。したがって、最初にCLEAVASE BN酵素のアーチ開放を調べるためにトロンビンを選択した。   In selecting a protease that site-specifically cleaves a protein that has been modified to include a protease cleavage site, the first step is to examine the unmodified protein for cleavage at another site. For example, DNAPTaq and CLEAVASE BN nuclease were incubated under protease cleavage conditions with factor Xa protease and thrombin protease. Both nucleotide proteins were cleaved by factor Xa within the 5 ′ nuclease domain, but neither nuclease was degraded by large amounts of thrombin. Therefore, thrombin was first selected to examine the arch opening of the CLEAVASE BN enzyme.

本明細書記載のプロテアーゼ/CLEAVASE修飾では、第Xa因子プロテアーゼが、未修飾のヌクレアーゼタンパク質の許容できない部位、すなわち、最終産物の活性を危うくする可能性が高い領域で強力に切断した。本明細書で想定している他の未修飾ヌクレアーゼは、第Xa因子に対しては敏感でないが、トロンビンや他の同様のプロテアーゼに敏感であるかもしれない。または、修飾を必要としているヌクレアーゼ機能に重要でない部位で、これらのプロテアーゼ、または他の同様のプロテアーゼに感受性を示すかもしれない。プロテアーゼ切断部位を付加することによる修飾を行なうためのタンパク質を取り上げる際には、どのプロテアーゼが別の領域において許容しうる切断レベルを生じさせるかを判定するために、未修飾のタンパク質をプロテアーゼを用いて試験すべきである。   In the protease / CLEAVASE modification described herein, factor Xa protease was cleaved strongly at unacceptable sites in the unmodified nuclease protein, ie, areas that are likely to compromise the activity of the final product. Other unmodified nucleases contemplated herein are not sensitive to factor Xa, but may be sensitive to thrombin and other similar proteases. Alternatively, it may be sensitive to these proteases, or other similar proteases, at sites that are not critical for nuclease function in need of modification. When picking up a protein for modification by adding a protease cleavage site, the unmodified protein is used as a protease to determine which protease produces an acceptable level of cleavage in another region. Should be tested.

CLEAVASE BNタンパク質が発現される、クロニーングされたDNAPTaqセグメントを用いて、トロンビンによる切断部位をコードするヌクレオチドを、ヌクレアーゼ遺伝子の90位のアミノ酸をコードする配列の近傍にインフレームで導入した。この位置は、DNAPTaqの三次元構造と、T5 5'エキソヌクレアーゼの構造の両方を参考にして、らせん状アーチの先端部であるか、その近傍であると判定されていた。ヌクレアーゼ遺伝子の部位特異的変異誘発によって、コードされるアミノ酸配列LVPRGSを、らせん状アーチの先端部に挿入した。トロンビン切断部位にあるプロリン(P)は、CLEAVASE BNで通常この位置にあるプロリンを置換するために置かれていた。なぜなら、αヘリックスを破壊するアミノ酸で、このアーチの三次元構造にとっては重要である可能性があるからである。この構築物を発現させ、精製してから、トロンビンで切断した。分解された酵素が、標的核酸であるバクテリオファージM13のゲノムDNAで、スレッドモデル(threading model)による切断を促進するための遊離した5'末端を備えていないDNAを切断できるかを調べた。   Using a cloned DNAPTaq segment in which the CLEAVASE BN protein is expressed, a nucleotide encoding the thrombin cleavage site was introduced in-frame near the sequence encoding the 90th amino acid of the nuclease gene. This position was determined to be at or near the tip of the helical arch with reference to both the three-dimensional structure of DNAPTaq and the structure of T5 5 ′ exonuclease. The encoded amino acid sequence LVPRGS was inserted at the tip of the helical arch by site-directed mutagenesis of the nuclease gene. The proline (P) at the thrombin cleavage site was placed to replace the proline normally in this position with CLEAVASE BN. Because it is an amino acid that destroys the α helix, it may be important for the three-dimensional structure of this arch. This construct was expressed, purified and then cleaved with thrombin. It was examined whether the degraded enzyme can cleave DNA that does not have a free 5 ′ end to promote cleavage by a threading model with the genomic DNA of the target nucleic acid bacteriophage M13.

このヌクレアーゼのらせん状アーチが、プロテアーゼ切断によって開放されたが、数多くある別の技術を用いて同じ目的を達成することができると考えられる。例えば、塩基配列を再配列して、発現されると、得られたタンパク質は、らせん状アーチの先端(90位のアミノ酸)がこのタンパク質のアミノ末端になり、このタンパク質配列の本来のカルボキシル末端とアミノ末端が結合され、また、新しいカルボキシル末端が、本来の89位のアミノ酸になるように設計されていよう。この方法には、外来配列を導入せず、酵素は一本のアミノ酸鎖であり、そのため、切断された5'ヌクレアーゼよりも安定性が高いだろうという利点がある。DNAPTaqの結晶構造では、5'エキソヌクレアーゼドメインのカルボキシル末端とアミノ末端が互いに非常に近いところにあり、この両端は、時には必要な可塑的リンカーペプチド配列を使用しなくても、直接結合しうることを示唆している。このような遺伝子再配列は、その後のクロニーングと発現とともに、標準的なPCR組換え法、および当業者に既知のクロニーング技術によって行なうことができる。   Although this nuclease helical arch was opened by protease cleavage, it is believed that many other techniques can be used to accomplish the same purpose. For example, when the base sequence is rearranged and expressed, the resulting protein has a helical arch tip (amino acid at position 90) that is the amino terminus of the protein and the original carboxyl terminus of the protein sequence. The amino terminus would be attached and the new carboxyl terminus would be designed to be the original 89th amino acid. This method has the advantage that it does not introduce foreign sequences and the enzyme is a single amino acid chain and therefore will be more stable than a cleaved 5 'nuclease. In the crystal structure of DNAPTaq, the carboxyl terminus and amino terminus of the 5 'exonuclease domain are very close to each other, and these ends can be directly joined, sometimes without using the necessary plastic linker peptide sequence. It suggests. Such gene rearrangements can be performed by standard PCR recombination methods, as well as subsequent cloning and expression, and by cloning techniques known to those skilled in the art.

INVADER侵襲的切断反応は、RNA標的鎖を検出するのに有用であることが示されている(例えば、米国特許第6.001,567号を参照されたい。この文献は、その全部が参照として本明細書に組み入れられる)。DNAの検出にINVADERアッセイ法を用いたように(Lyamichevら、Nat. Biotechnol., 17: 292 [1999])、反応液中に存在する標的RNAの各コピーに対するプローブのコピーの多くを切断できる条件下で反応を行なわせることができる。一つの態様において、切断されているプローブの融解温度(Tm)に近い温度で反応を行なうことができ、その結果、切断されたプローブも非切断のプローブも、温度を周期的に変えなくても、標的鎖に付いたり離れたりを容易に繰り返すことができる。完全長のプローブは、INVADERオリゴヌクレオチド存在下で標的に結合するたびに、5'ヌクレアーゼによって切断され、その結果、切断産物が蓄積される。この蓄積は、検出される配列に高度に特異的であり、反応時間および反応液中の標的濃度に比例するように設計することができる。別の態様において、反応温度を変化させ(すなわち、プローブを解離させることができる温度まで上昇させることができ)、次に、新しいプローブのコピーが標的にハイブリダイズし、酵素によって切断される温度まで低下させることができる。さらなる態様において、PCRと同様に、温度を上げたり下げたりする処理を何度も繰り返すか、周期的に行なう(MullisおよびFaloona, Methods in Enzymology, 155: 335 [1987]、Saikiら、Science 230: 1350 [1985])。 The INVADER invasive cleavage reaction has been shown to be useful for detecting RNA target strands (see, eg, US Pat. No. 6.001,567, which is hereby incorporated by reference in its entirety). Incorporated into the book). Conditions that can cleave many copies of the probe for each copy of the target RNA present in the reaction, as was the case with the INVADER assay for DNA detection (Lyamichev et al., Nat. Biotechnol., 17: 292 [1999]) The reaction can be carried out under In one embodiment, the reaction can be carried out at a temperature close to the melting temperature (T m ) of the cleaved probe so that the cleaved and non-cleaved probes do not change temperature periodically. Can easily and repeatedly attach to and detach from the target strand. The full-length probe is cleaved by the 5 ′ nuclease each time it binds to the target in the presence of the INVADER oligonucleotide, resulting in the accumulation of the cleavage product. This accumulation is highly specific to the sequence to be detected and can be designed to be proportional to the reaction time and target concentration in the reaction. In another embodiment, the reaction temperature is changed (ie, can be raised to a temperature at which the probe can be dissociated) and then to a temperature at which a new probe copy hybridizes to the target and is cleaved by the enzyme. Can be reduced. In a further embodiment, similar to PCR, the process of raising and lowering temperature is repeated many times or periodically (Mullis and Faloona, Methods in Enzymology, 155: 335 [1987], Saiki et al., Science 230: 1350 [1985]).

上記したように、RNA標的鎖を含む侵襲的切断構造を切断するには、Pol A型DNAポリメラーゼの5'ヌクレアーゼが好適である。本発明は、RNAを含む構造の切断を利用する検出法において改良された効率を示す酵素を提供する。特に、本発明に係る改変ポリメラーゼは、RNA標的鎖を含む侵襲的切断構造のDNA部分の切断を利用する検出法において改良された効率を示す。   As described above, the 5 ′ nuclease of Pol A type DNA polymerase is suitable for cleaving an invasive cleavage structure containing an RNA target strand. The present invention provides enzymes that exhibit improved efficiency in detection methods that utilize cleavage of RNA-containing structures. In particular, the modified polymerase according to the present invention exhibits improved efficiency in a detection method that utilizes cleavage of a DNA portion of an invasive cleavage structure containing an RNA target strand.

本発明に係る5'ヌクレアーゼは、Pol A型DNAポリメラーゼから派生させることができる。この種類の5'ヌクレアーゼに加えた改変を説明するときに使用した用語は、当技術分野において既知のDNAポリメラーゼの構造を説明したものに対応する。大腸菌由来のPol A型DNAポリメラーゼのクレノウ断片(C末側3分の2の領域で、DNA合成活性をもつが、5'ヌクレアーゼ活性はもたない)は、右手に似た物理的な形状をもつと説明されている。すなわち、「パーム」と呼ばれる開放領域、および、プライマー/鋳型二本鎖を保持する裂溝であって、一方を「フィンガー」ドメインによって規定され、他方を「サム」ドメインによって規定される裂溝をもつ(JoyceおよびSteitz, Trends in Biochemical Science 12: 228 [1987])。これは、図5に示される。この物理的形態が、Pol A型DNAポリメラーゼ、および逆転写酵素など、さらに別の鋳型依存型重合酵素の多くにとって一般的であることが証明されたため、手を使った用語法が当技術分野において知られるようになり、これらの酵素における活性部位は、しばしば、手の位置に対応させて説明される。本発明を制限する意図ではなく、参考のためにいうと、パームは、ポリメラーゼドメインのほぼ最初の200アミノ酸から作られ、サムは、中央の140アミノ酸からできており、また、フィンガーは、次の160アミノ酸からできていて、残りの領域から裂溝の基部が形成されている(図6)。これらの構造の説明から外れる酵素もあるが、既知の酵素配列に対する配列相同性や、酵素の結晶構造を比較するなどの方法によって、これらのドメインに対応する同等のドメインおよび配列を同定することができる。   The 5 ′ nuclease according to the present invention can be derived from Pol A type DNA polymerase. The terms used in describing modifications to this type of 5 'nuclease correspond to those described in the structure of DNA polymerases known in the art. The Klenow fragment of Pol A DNA polymerase derived from E. coli (the C-terminal two-thirds region, which has DNA synthesis activity but no 5 'nuclease activity) has a physical shape similar to that of the right hand. It is explained to have. That is, an open region called “palm” and a cleft holding a primer / template duplex, one defined by the “finger” domain and the other defined by the “sum” domain. (Joyce and Steitz, Trends in Biochemical Science 12: 228 [1987]). This is shown in FIG. Since this physical form has proven to be common for many other template-dependent polymerases such as Pol A-type DNA polymerase and reverse transcriptase, manual terminology is used in the art. As it becomes known, the active site in these enzymes is often described corresponding to the position of the hand. Not intended to limit the present invention, but for reference, palm is made from almost the first 200 amino acids of the polymerase domain, thumb is made from the central 140 amino acids, and the fingers are It consists of 160 amino acids, and the base of the cleft is formed from the remaining region (Fig. 6). Some enzymes deviate from the description of these structures, but it is possible to identify equivalent domains and sequences corresponding to these domains by methods such as sequence homology to known enzyme sequences or by comparing enzyme crystal structures. it can.

本発明は特定の方法に限定されるものではないが、本発明に係る改良酵素を作成する際には、いくつかの方法が用いられる。最初に、RNA標的上でのDNA鎖切断活性速度が異なるTaqおよびTthという2つのDNAポリメラーゼを比較した。活性の違いに関係するドメインを同定するために、一連の化学的構築物を作成して、その活性を測定した。この工程で、Taqポリメラーゼに移入された場合には、TaqPolに、天然型Tthタンパク質と同等のRNA依存型切断活性を付与することができる、Tthポリメラーゼの2つの領域が同定された。これらの領域が同定されたため、この活性に関与する特定のアミノ酸が調べられた。この2種類のタンパク質は、全体のアミノ酸配列で約87%一致しており、同定された領域は、ほんの少数のアミノ酸が異なっているだけであった。これらのアミノ酸を一つずつ、または複数個変えることによって、TthPolにおいて、TaqPolタンパク質に導入された場合には、天然型TthPolの切断速度まで、切断速度を増加させるアミノ酸のペアが同定された。   Although the present invention is not limited to a specific method, several methods are used in preparing the improved enzyme according to the present invention. First, two DNA polymerases, Taq and Tth, with different rates of DNA strand breakage activity on RNA targets were compared. In order to identify domains involved in activity differences, a series of chemical constructs were created and their activity was measured. In this step, two regions of Tth polymerase were identified that, when transferred to Taq polymerase, can confer RNA-dependent cleavage activity equivalent to that of native Tth protein to TaqPol. As these regions were identified, the specific amino acids involved in this activity were examined. The two proteins were approximately 87% identical in overall amino acid sequence, and the identified regions differed by only a few amino acids. By changing one or more of these amino acids one by one or more, TthPol has identified amino acid pairs that, when introduced into TaqPol protein, increase the cleavage rate to that of natural TthPol.

これらのデータは、本発明の2つの重要な側面を明らかにする。一つは、特異的なアミノ酸を変えることによって、活性が低い方のポリメラーゼにTaqPol様RNA依存型切断活性を付与することができる。しかし、より広義には、これらの結果は、RNAを包含する切断構造の認識に関与する、これらポリメラーゼの領域を提供する。これらの重要な領域が同定されたことによって、これらのDNAポリメラーゼのさまざまな機能に対する他のアミノ酸の関係についての公開情報、および、本発明の開発過程で行なわれた、コンピュータを利用した分子モデリングと合わせて、さらに改良された5'ヌクレアーゼを作成する合理的設計法を可能にした。また、この情報は、改良された性質をもつ酵素を速やかに作成して同定するための迅速なスクリーニング法と結合した指向的無作為変異誘発法(focused random mutagenesis)も可能にした。本発明に係る、これらの方法を用いて、多様な改良ポリメラーゼが提供される。   These data reveal two important aspects of the present invention. One is that TaqPol-like RNA-dependent cleavage activity can be imparted to a polymerase with lower activity by changing specific amino acids. However, in a broader sense, these results provide regions of these polymerases that are involved in the recognition of cleavage structures including RNA. With the identification of these important regions, public information on the relationship of other amino acids to the various functions of these DNA polymerases and the computational molecular modeling performed during the development of the present invention Together, it allowed a rational design method to create a further improved 5 'nuclease. This information also enabled a focused random mutagenesis coupled with a rapid screening method to quickly create and identify enzymes with improved properties. A variety of improved polymerases are provided using these methods according to the present invention.

本発明に係る改良型5'ヌクレアーゼを作出し、選択する上で役に立つ方法を下記、および実施例において詳述する。5'ヌクレアーゼの切断活性をスクリーニングし、特徴づけるための一般的な手順が実施例には含まれている。方法の検討は以下の項目に分割される。I)キメラ構築物の作成と選択;II)キメラ構築物からの情報に基づく部位特異的変異誘発;III)分子モデリングと公開されている物理研究を利用する部位特異的変異誘発;IV)指向的無作為変異誘発   Methods useful in creating and selecting improved 5 ′ nucleases according to the present invention are detailed below and in the Examples. General procedures for screening and characterizing 5 ′ nuclease cleavage activity are included in the examples. Method considerations are divided into the following items: I) Creation and selection of chimeric constructs; II) Site-directed mutagenesis based on information from chimeric constructs; III) Site-directed mutagenesis using molecular modeling and published physical studies; IV) Directed randomization Mutagenesis

1)キメラ構築物の作成と選択
図6に図解されているように、サーマス種に由来するDNAポリメラーゼ酵素などのPol A型DNAポリメラーゼは、5'ヌクレアーゼドメインとポリメラーゼドメインという2つの顕著なドメインを含む。ポリメラーゼドメインは、このタンパク質のC末端側3分の2の領域に存在し、DNA依存型およびRNA依存型のDNAポリメラーゼ活性に関与する。N末端側3分の1の部分は、5'ヌクレアーゼドメインを含む。サーマス属のPolAポリメラーゼでは、パーム領域は、およそ300〜500位のアミノ酸を含み、サム領域は500〜650位のアミノ酸を含み、一方、フィンガー領域は、残りの650〜830位のアミノ酸から形成される(図6)。
1) Creation and selection of chimeric constructs As illustrated in Figure 6, Pol A DNA polymerases, such as DNA polymerase enzymes derived from Thermus species, contain two distinct domains: a 5 'nuclease domain and a polymerase domain . The polymerase domain is present in the C-terminal two-thirds region of this protein and is involved in DNA-dependent and RNA-dependent DNA polymerase activities. The N-terminal third part contains a 5 'nuclease domain. In Thermus PolA polymerase, the palm region contains approximately amino acids at positions 300-500, the thumb region contains amino acids at positions 500-650, while the finger region is formed from the remaining amino acids at positions 650-830. (Fig. 6).

本発明の実験の多くで用いられ、本明細書でも説明されているTaqおよびTth Po1から派生したTaq DN RX HTおよびTth DN RX HTは、合成活性が低下し、キメラの構築を容易にするが、未修飾のTaq PolおよびTth Polと本質的に同一の5'ヌクレアーゼ活性をもつ。特段の記載がない限り、以下の考察におけるTaq Pol酵素およびTth Pol酵素はDN RX HT派生酵素を意味する。   Taq DN RX HT and Tth DN RX HT derived from Taq and Tth Po1, which are used in many of the experiments of the present invention and are also described herein, have reduced synthetic activity and facilitate the construction of chimeras. Have essentially the same 5 ′ nuclease activity as unmodified Taq Pol and Tth Pol. Unless otherwise noted, Taq Pol enzyme and Tth Pol enzyme in the following discussion mean DN RX HT derivatives.

Taq PolおよびTth Polは、DNA標的構造については同様の切断を示す(図10)が、IL-6 RNA鋳型(図10に示す)では、Tth Polは、Taq Polよりも4倍速い切断速度をもつ(図11および12に示す)。Taq PolおよびTth Polのアミノ酸配列(図8および9)は、約87%一致しており、また、92%より多くの類似性を示すので、これらの酵素間で相同性が高いため、Taq PolおよびTth Polの間で一連のキメラ酵素を作成することができる。キメラ酵素の活性をRNA依存型5'ヌクレアーゼ活性に影響する、これらタンパク質の領域を同定するためのパラメータとして用いた。   Taq Pol and Tth Pol show similar cleavage for the DNA target structure (Figure 10), but with the IL-6 RNA template (shown in Figure 10), Tth Pol has a cleavage rate 4 times faster than Taq Pol. (Shown in FIGS. 11 and 12). The Taq Pol and Tth Pol amino acid sequences (FIGS. 8 and 9) are approximately 87% identical and exhibit more than 92% similarity, so Taq Pol is highly homologous between these enzymes. A series of chimeric enzymes can be made between and Tth Pol. The activity of the chimeric enzyme was used as a parameter to identify regions of these proteins that affect RNA-dependent 5 'nuclease activity.

図7および図19で図解されているTaq Pol遺伝子およびTth Pol遺伝子の間のキメラ構築物は、以下の制限エンドヌクレアーゼ部位によって規定されるDNA断片を交換して作成された:両方の遺伝子に共通なEcoRIならびにBamHI、クロニーングベクター部位であるSalI、および、部位特異的変異誘発によって両方の遺伝子の相同的な位置に作出されたNotI、BstBIならびにNdeI。制限酵素は以下の通りに略記される:EcoRIはE、NotIはN、BstBIはBs、NdeIはD、BamHIはB、および、SalIはS。   The chimeric construct between the Taq Pol gene and the Tth Pol gene illustrated in FIGS. 7 and 19 was made by exchanging DNA fragments defined by the following restriction endonuclease sites: common to both genes EcoRI and BamHI, the cloning vector site SalI, and NotI, BstBI and NdeI created at site homologous to both genes by site-directed mutagenesis. Restriction enzymes are abbreviated as follows: EcoRI is E, NotI is N, BstBI is Bs, NdeI is D, BamHI is B, and SalI is S.

IL-6 RNA標的での侵襲的シグナル増幅アッセイ法を用いて各キメラ酵素の活性を評価し(図10)、実施例に記載したとおりに、図12に示す反復切断速度を測定した。NotI部位でポリメラーゼドメインと5'ヌクレアーゼドメインを交換して作成した、最初の2つのキメラTaq Tth(N)およびTth Taq(N)(図7)を比較したところ、Taq Tth(N)は、Tth Polと同じ活性をもち、一方、その相手方であるTth Taq(N)はTaq Polの活性を保持している(図12)。この結果は、Tth Polの反復切断速度の速さは、そのポリメラーゼドメインに関連していることを示しており、ポリメラーゼドメインが5'ヌクレアーゼ活性に重要な役割をもつことを示唆している。   The activity of each chimeric enzyme was assessed using an invasive signal amplification assay with IL-6 RNA target (FIG. 10) and the repeated cleavage rate shown in FIG. 12 was measured as described in the Examples. A comparison of the first two chimeric Taq Tth (N) and Tth Taq (N) (Figure 7), created by exchanging the polymerase and 5 'nuclease domains at the NotI site, shows that Taq Tth (N) While having the same activity as Pol, its counterpart, Tth Taq (N), retains Taq Pol activity (FIG. 12). This result indicates that the rate of repeated cleavage of Tth Pol is related to its polymerase domain, suggesting that the polymerase domain has an important role in 5 ′ nuclease activity.

次の工程は、対応するTaq Polの配列に置き換えたとき、Tth Pol様RNA非依存型5'ヌクレアーゼ活性を生じることができる、Tth Polポリメラーゼの最小領域を同定することであった。この目的のため、Taq Tth(N)キメラを選択して、そのTth Pol配列をTaq Polの相同領域に置き換えて、一連の新しい構築物を作成した。まず、共通のBamHI部位をTaq Tth(N-B)キメラとTaq Tth(B-S)キメラを作成するための切断点として用いて(図7)、Taq Tth(N)の対応領域を、Taq PolのポリメラーゼドメインのN末部分とC末部分に置き換えた。Tth Polの328位から593位のアミノ酸配列を有するTaq Tth(N-B)は、Taq Tth(B-S)の約3倍活性が高く、Tth Polよりも40%活性が高い(図12)。この結果、Tth PolのポリメラーゼドメインのNotI-BamHI部位が、Tth Polの優れたRNA依存型5'ヌクレアーゼ活性を決定しているということが確認される。   The next step was to identify the minimal region of Tth Pol polymerase that, when replaced with the corresponding Taq Pol sequence, can produce Tth Pol-like RNA-independent 5 'nuclease activity. To this end, a Taq Tth (N) chimera was selected and its Tth Pol sequence was replaced with a Taq Pol homology region, creating a series of new constructs. First, using the common BamHI site as a breakpoint to create Taq Tth (NB) and Taq Tth (BS) chimeras (Figure 7), the corresponding region of Taq Tth (N) was used as the Taq Pol polymerase domain. Replaced with the N-terminal part and C-terminal part of. Taq Tth (N-B) having an amino acid sequence from 328 to 593 of Tth Pol is about 3 times as active as Taq Tth (B-S), and 40% more active than Tth Pol (FIG. 12). As a result, it is confirmed that the NotI-BamHI site of the polymerase domain of Tth Pol determines the excellent RNA-dependent 5 ′ nuclease activity of Tth Pol.

これらのデータから、Tth Polの中心部をTaq Polの相同部位(Taq Tth(N-B)構築物)を置換するために使用したときには、主にTaqタンパク質から構成されているキメラタンパク質に優れたRNA認識能を付与することができると判定された。実際、このキメラタンパク質の回転速度は、親であるTth Polの速度を上回っていた。Tth Polの活性上昇領域の一部を含むキメラを比較すると、各場合とも約50%の領域(Taq Tth(N-D)およびTaq Tth(D-B)、図7および12)は、親であるTaq Polと比較しても、有意なRNA依存型活性の改善を示さなかった。この結果は、この活性にとって、この領域の各々半分の特徴が必要であることを示している。Tth挿入部分(Taq Tth(Bs-B))よりも僅かに小さい部分をもつ構築物は、親であるTth Polタンパク質の活性に近い活性を示したが、Taq Tth(N-B)構築物の活性よりは低かった。   From these data, when the central part of Tth Pol was used to replace the Taq Pol homologous site (Taq Tth (NB) construct), the RNA recognition ability superior to the chimera protein composed mainly of Taq protein It was determined that can be provided. In fact, the rotational speed of this chimeric protein exceeded that of its parent Tth Pol. Comparing chimeras containing part of the increased activity of Tth Pol, in each case approximately 50% of the regions (Taq Tth (ND) and Taq Tth (DB), Figures 7 and 12) Comparison did not show a significant improvement in RNA-dependent activity. This result indicates that half of each feature of this region is required for this activity. Constructs with a portion slightly smaller than the Tth insertion (Taq Tth (Bs-B)) showed activity close to that of the parent Tth Pol protein, but less than that of the Taq Tth (NB) construct. It was.

2)キメラ構築物からの情報に基づく部位特異的変異誘発
BstBI部位およびBamHI部位の間でTaq PolおよびTth Polのアミノ酸配列を比較したところ、25残基だけが異なっていることが明らかになった(図13)。これらのうち、12個が保存的な変化であり、13個の置換が電荷に変化をもたらすものである。キメラ酵素の解析によって、Tth PolのBstBI-NdeIおよびNdeI-BamHIの領域に、いくつか重要なアミノ酸の変異が存在していることが示唆されたため、部位特異的変異誘発を用いて、Taq Tth(D-B)およびTaq Tth(N-D)キメラのそれぞれBstBI-NdeI領域とNdeI-BamHI領域にTth Pol特異的なアミノ酸を導入した。単一変異誘発または二重変異誘発によって、Taq Tth(D-B)のBstBI-NdeI領域に6個のTth Pol特異的置換体を作成したところ、一つの二重変異体W417L/G418KだけがIL-6 RNA標的によるTth Pol活性を回復することができた(例えば、図14参照)。同様に、Taq Tth(N-D)のNdeI-BamHI領域の相同的な位置に12個のTth Pol特異的アミノ酸を導入したところ、それらのうちたった一つ(E507Q)で、Tth Polと同程度になるまで切断速度が上昇した(例えば、図14参照)。
2) Site-directed mutagenesis based on information from chimeric constructs
Comparison of Taq Pol and Tth Pol amino acid sequences between the BstBI and BamHI sites revealed that only 25 residues were different (FIG. 13). Of these, 12 are conservative changes and 13 substitutions cause changes in charge. Analysis of the chimeric enzyme suggested that there were several important amino acid mutations in the BstBI-NdeI and NdeI-BamHI regions of Tth Pol, and therefore, using site-directed mutagenesis, Taq Tth ( DB) and Taq Tth (ND) chimeras introduced Tth Pol specific amino acids into the BstBI-NdeI region and NdeI-BamHI region, respectively. Six Tth Pol specific substitutions were made in the BstBI-NdeI region of Taq Tth (DB) by single or double mutagenesis, and only one double mutant W417L / G418K was IL-6 It was possible to restore Tth Pol activity by the RNA target (see, for example, FIG. 14). Similarly, when 12 Tth Pol-specific amino acids were introduced at homologous positions in the NdeI-BamHI region of Taq Tth (ND), only one of them (E507Q) was comparable to Tth Pol. The cutting speed increased to (for example, see FIG. 14).

W417L、G418KおよびE507Qという置換が、Taq Polの活性をTth Polのレベルにまで引き上げるのに十分であることを確認するために、これらの変異を有するTaq Polの変異体を作成して、IL-6 RNA基質を用いてそれらの切断速度をTth Polの切断速度と比較した。図15は、Taq Pol W417L/G418K/E507Q変異体とTaq Pol G418K/E507Q変異体が、Tth Polよりも1.4倍高い活性をもち、Taq Polよりも4倍高い活性をもつが、Taq Pol W417L/E507Q変異体はTth Polと同じ活性で、それはTaq Polよりは約3倍高いことを示している。これらの結果は、Tth PolのK 418とQ507が、Taq Polに較べて優れたRNA依存型5'ヌクレアーゼ活性を規定する重要なアミノ酸であることを証明している。   In order to confirm that the substitutions W417L, G418K and E507Q are sufficient to raise the activity of Taq Pol to the level of Tth Pol, we made variants of Taq Pol with these mutations to create IL- Using 6 RNA substrates, their cleavage rates were compared with those of Tth Pol. Figure 15 shows that the Taq Pol W417L / G418K / E507Q and Taq Pol G418K / E507Q mutants have 1.4 times higher activity than Tth Pol and 4 times higher activity than Taq Pol, but Taq Pol W417L / The E507Q mutant has the same activity as Tth Pol, indicating that it is about 3 times higher than Taq Pol. These results demonstrate that Tth Pol's K418 and Q507 are important amino acids that define superior RNA-dependent 5 'nuclease activity compared to Taq Pol.

さらに別の生物であるサーマス・フィリフォルミス、およびサーマス・スコトダクタスのポリメラーゼA遺伝子に対応する変異を導入して、これらのアミノ酸が、DNAポリメラーゼのRNA依存型5'ヌクレアーゼ活性を向上させることができるかについて試験した。Taq Polは、W417L変異とE507Q変異を持つように改変して、Tth Polの対応する残基(K418およびQ507)により類似させたところ、改良されたRNA依存型活性を示した。Tfi PolをP420KとE507Qをもつよう改変して、TfiDN2Mを作成し、TscPolをE416KとE505Qをもつよう改変して、TscDN2Mを作成した。これらの酵素が、DNAおよびRNAを含むさまざまな構造物を切断する活性を、図21および22に図解したIdT2、IrT3、ヘアピン、およびX構造を用いて、実施例1に記載したようにして測定し、その結果を図25と表8に示した。どちらの酵素も、Tth Pol酵素またはTaq 2M酵素よりはより低いRNA依存型切断活性をもつ。しかし、上記で引用した変異をこれらのポリメラーゼに導入すると、改変されていない酵素と較べて、RNA依存型切断活性が2倍以上高くなった(図25)。これらの結果は、本発明に係る方法を用いて、改良されたRNA依存型切断活性を、広範なポリメラーゼの中に導入できることを実証している。   By introducing mutations corresponding to the polymerase A gene of yet another organism, Thermus filiformis, and Thermus scottodactus, these amino acids can improve the RNA-dependent 5 'nuclease activity of DNA polymerase. Were tested. Taq Pol was modified to have the W417L and E507Q mutations and more closely resembled the corresponding residues of Tth Pol (K418 and Q507) and showed improved RNA-dependent activity. Tfi Pol was modified to have P420K and E507Q to create TfiDN2M, and TscPol was modified to have E416K and E505Q to create TscDN2M. The activity of these enzymes to cleave various structures including DNA and RNA was measured as described in Example 1 using the IdT2, IrT3, hairpin, and X structures illustrated in FIGS. 21 and 22. The results are shown in FIG. Both enzymes have lower RNA-dependent cleavage activity than the Tth Pol or Taq 2M enzymes. However, when the mutations cited above were introduced into these polymerases, the RNA-dependent cleavage activity was more than doubled compared to the unmodified enzyme (FIG. 25). These results demonstrate that the method according to the present invention can be used to introduce improved RNA-dependent cleavage activity into a wide range of polymerases.

3)分子モデリングと公開されている物理研究を利用する部位特異的変異誘発
Liら(Liら、Protein Sci., 7: 1116 [1998])によって判定された、Taq Polの大断片(KlentaqI)とプライマー/鋳型DNAとの複合体の結晶構造G418H変異およびE507Q変異の位置を図17に示す。E507Q変異は、プライマー鎖および鋳型鎖のバクボーンであるリン酸から最も近いところで、それぞれ、3.8Åおよび18Å離れており、サム・サブドメインの先端に位置する。DNAポリメラーゼのクレノウ断片(Breeseら、Science 260: 352 [1993])およびTaq Pol(Eomら、Nature 382: 278 [1996])の共結晶構造によって、以前、サム領域とDNAプライマー/鋳型の副溝の間に相互作用があることが示唆された。クレノウ断片のサム領域の先端にある、Taq Polの494〜518位アミノ酸に相当する24アミノ酸を欠失させると、DNA結合親和性が100倍以上低下する(Minnickら、J. Biol. Chem., 271: 24954 [1996])。これらの観察結果は、E507残基を含むサム領域が、上流にある基質二本鎖との相互作用に関与するという仮説と矛盾しない。
3) Site-directed mutagenesis using molecular modeling and published physical studies
The crystal structure of the Taq Pol large fragment (KlentaqI) and primer / template DNA complex as determined by Li et al. (Li et al., Protein Sci., 7: 1116 [1998]) As shown in FIG. The E507Q mutation is located at the tip of the thumb subdomain, 3.8 and 18 mm away, respectively, closest to the backbone of the primer and template strands phosphate. The co-crystal structure of the Klenow fragment of DNA polymerase (Breese et al., Science 260: 352 [1993]) and Taq Pol (Eom et al., Nature 382: 278 [1996]) previously used the thumb region and the minor groove of the DNA primer / template. It was suggested that there is an interaction between Deletion of 24 amino acids corresponding to amino acids 494 to 518 of Taq Pol at the top of the thumb region of the Klenow fragment reduces DNA binding affinity more than 100-fold (Minnick et al., J. Biol. Chem., 271: 24954 [1996]). These observations are consistent with the hypothesis that the thumb region containing the E507 residue is involved in the interaction with the upstream substrate duplex.

Taq Polと、重合方式で結合している二本鎖DNAとの共結晶構造(Liら、Protein Sci., 7: 1116 [1998]、Eomら、Nature 382: 278 [1996])の共結晶構造によれば、Taq Polのパーム領域におけるW417L変異とG418K変異(図17)は、鋳型鎖および上流鎖の最も近いリン酸から約25Åのところに位置している。クレノウ断片の類似したアミノ酸W513およびP514と、編集モードで結合しているDNAの鋳型鎖との間で同じ距離が観察された(Breeseら、Science 260: 352 [1993])。したがって、この領域の利用可能な共結晶実験からは、Taq Polと重複基質との間に相互作用があることは示唆されない。   Co-crystal structure of Taq Pol and double-stranded DNA linked by polymerization (Li et al., Protein Sci., 7: 1116 [1998], Eom et al., Nature 382: 278 [1996]) According to the Taq Pol palm region, the W417L and G418K mutations (FIG. 17) are located approximately 25 mm from the nearest phosphate in the template and upstream chains. The same distance was observed between the similar amino acids W513 and P514 of the Klenow fragment and the template strand of DNA bound in edit mode (Breese et al., Science 260: 352 [1993]). Thus, available co-crystal experiments in this region do not suggest that there is an interaction between Taq Pol and overlapping substrates.

酵素の作用機作を理解することは、本発明を実施する上では必要なく、また、本発明は、作用機作に限定されるものではないが、Taq Polのパーム領域の417位と418位のアミノ酸は、この酵素が5'ヌクレアーゼとして機能するときにだけ、上流の基質二本鎖と相互作用するが、Taq Polが重合モードに切り替わっているときには、これらのアミノ酸との相互作用は起きないということが提唱されている。この仮説は、本明細書において「5'ヌクレアーゼ」と呼ばれるDNAポリメラーゼによる、新しい基質結合の形を示唆する。この仮説は、いくつかの証拠によって裏付けられている。本明細書記載のキメラ酵素実験は、5'ヌクレアーゼとポリメラーゼの活性に関与するポリメラーゼドメインの領域を明確に分離する。したがって、W417L変異とG418K変異は、E507Q変異とともに、RNA標的鎖をもつ基質に対するTaq Polの5'ヌクレアーゼ活性に影響する(図15)が、RNA依存型DNAポリメラーゼ、またはDNA依存型DNAポリメラーゼのいずれの活性にも影響しない(図16)。他方、R573A、R587A、E615A、R746A、N750AおよびD785Nなど、Taq Polの活性部位における変異であって、重合モードにあるポリメラーゼ活性と基質結合親和性の両方に影響する大腸菌DNAのPol Iのクレノウ断片における置換に対応するもの(Poleskyら、J. Biochem., 265: 14579 [1990]、Poleskyら、J. Biol. Chem., 267: 8417 [1992]、Pandeyら、Eur. J. Biochem., 214: 59 [1993])は、5'ヌクレアーゼ活性に殆ど、あるいは全く影響しないことが示された。DALIプログラム(HolmおよびSander, J. Mol. Biol., 233: 123 [1993]、HolmおよびSander, Science, 273: 595 [1996])およびInsight II(モレキュラー・シミュレーション社(Molecular Simulation), Naperville, IL)を用いて、Taq Pol(Eomら、Nature 382: 278 [1996])、大腸菌のPol Iおよびバシルス・ステアロサーモフィラスのPol I(Kieferら、Nature 391: 304 [1998])のポリメラーゼドメインの重ね合わせをしたところ、W417とG418を含む、Taq Polのアミノ酸位402〜451にあるパーム領域が、構造的に、この3種類のポリメラーゼの間で高度に保存されていることを示している。しかし、残りのパームサブドメインの間には構造的な類似性はない。この観察結果は、真性細菌のDNAポリメラーゼのこの領域には重要な役割があることを示唆している。   Understanding the mechanism of action of the enzyme is not necessary in practicing the present invention, and the present invention is not limited to the mechanism of action, but is at positions 417 and 418 in the Taq Pol palm region. Amino acids interact with upstream substrate duplexes only when this enzyme functions as a 5 'nuclease, but no interaction with these amino acids occurs when Taq Pol is switched to polymerization mode It has been proposed. This hypothesis suggests a new form of substrate binding by the DNA polymerase referred to herein as the “5 ′ nuclease”. This hypothesis is supported by some evidence. The chimeric enzyme experiments described herein clearly separate the regions of the polymerase domain that are involved in the activity of 5 ′ nucleases and polymerases. Thus, the W417L and G418K mutations, along with the E507Q mutation, affect Taq Pol's 5 'nuclease activity on substrates with RNA target strands (Figure 15), but either RNA-dependent DNA polymerase or DNA-dependent DNA polymerase It does not affect the activity of (Fig. 16). On the other hand, a Pol I Klenow fragment of E. coli DNA that is a mutation in the active site of Taq Pol, such as R573A, R587A, E615A, R746A, N750A and D785N, which affects both polymerase activity and substrate binding affinity in polymerization mode. (Polesky et al., J. Biochem., 265: 14579 [1990], Polesky et al., J. Biol. Chem., 267: 8417 [1992], Pandey et al., Eur. J. Biochem., 214) : 59 [1993]) was shown to have little or no effect on 5 'nuclease activity. DALI program (Holm and Sander, J. Mol. Biol., 233: 123 [1993], Holm and Sander, Science, 273: 595 [1996]) and Insight II (Molecular Simulation, Naperville, IL) ), Taq Pol (Eom et al., Nature 382: 278 [1996]), E. coli Pol I and Bacillus stearothermophilus Pol I (Kiefer et al., Nature 391: 304 [1998]) polymerase domains. As a result, the palm region at amino acid positions 402 to 451 of Taq Pol, including W417 and G418, is structurally highly conserved among these three polymerases. . However, there is no structural similarity between the remaining palm subdomains. This observation suggests that this region of eubacterial DNA polymerase has an important role.

5'ヌクレアーゼとポリメラーゼの活性は、正確に同調され、リガーゼが不適当に末端に結合したら、岡崎フラグメントのプロセシングまたはDNA修復の過程で欠失または挿入を引き起こしうるギャップや突出ではなく、ニックをもつ構造を作出しなければならない。以前提唱されたモデル(Kaiserら、J. Biol. Chem., 274: 21387 [1999])によると、上流鎖の3'末端のヌクレオチドが5'ヌクレアーゼドメインによって隔離されると、伸長を阻害され、合成を停止する。3'ヌクレオチドとの相互作用は、外見上、エンドヌクレアーゼ的に、置換された下流鎖の5'アームを除去する5'ヌクレアーゼを活性化する。この切断は、3'ヌクレオチドによって規定される部位で正確に切断されることによって起き、ニックを生じる。このモデルは、基質-酵素複合体の実質的な再配列を必要とするが、再配列は、該複合体を5'ヌクレアーゼのモードに転位させて、ポリメラーゼ活性部位からプライマー/鋳型を分離することを含みうる。   The activities of the 5 'nuclease and the polymerase are precisely tuned and have nicks rather than gaps or overhangs that can cause deletions or insertions during Okazaki fragment processing or DNA repair if the ligase is improperly ligated to the ends. A structure must be created. According to a previously proposed model (Kaiser et al., J. Biol. Chem., 274: 21387 [1999]), when the nucleotide at the 3 ′ end of the upstream strand is sequestered by the 5 ′ nuclease domain, elongation is inhibited, Stop synthesis. Interaction with the 3 'nucleotide activates a 5' nuclease that apparently endonucleases the 5 'arm of the displaced downstream strand. This cleavage occurs by cutting exactly at the site defined by the 3 ′ nucleotide, resulting in a nick. This model requires substantial rearrangement of the substrate-enzyme complex, which rearranges the complex into the 5 'nuclease mode to separate the primer / template from the polymerase active site. Can be included.

鋳型と入ってきた鎖との間に形成された二本鎖と、フィンガーおよびサムというサブドメインによって形成される隙間との相互作用によって、ポリメラーゼ活性部位から遠くの位置に基質を再配置することを誘導することが可能である。このような相互作用は、サム領域におけるコンフォメーションの遷移を押し進め、鋳型/プライマー二本鎖をW417とG418のアミノ酸に密接させる。サム領域が顕著に可塑的であることは以前報告されており、それによって、このような変化を説明することができる(Breeseら、Science 260: 352 [1993]、Eomら、Nature 382: 278 [1996]、Ollisら、Nature 313: 762 [1995]、Liら、EMBO, J. 17: 7514 [1998])。さらに、Liら(Liら、EMBO, J. 17: 7514 [1998])によって説明された「閉じた」構造から「開いた」構造への遷移など、隙間が開くのを助けるような、フィンガードメインのコンフォメーション変化も、このモデルと矛盾しない。DNA Pol Iの公開された共結晶構造において5'ヌクレアーゼ結合モードが観察されなかったのは、構造の大部分が、重複した5'ヌクレアーゼ基質によってではなく、鋳型/プライマー基質によって、ポリメラーゼドメインだけが解けるからであると思われる。   The interaction between the duplex formed between the template and the incoming strand and the gap formed by the finger and thumb subdomains relocates the substrate further away from the polymerase active site. It is possible to guide. Such interactions drive conformational transitions in the thumb region, bringing the template / primer duplex close to the amino acids of W417 and G418. It has been previously reported that the thumb region is significantly plastic, which can explain such changes (Breese et al., Science 260: 352 [1993], Eom et al., Nature 382: 278 [ 1996], Ollis et al., Nature 313: 762 [1995], Li et al., EMBO, J. 17: 7514 [1998]). In addition, finger domains that help open gaps, such as the transition from a “closed” structure to an “open” structure as described by Li et al. (Li et al., EMBO, J. 17: 7514 [1998]) This conformational change is consistent with this model. The 5 'nuclease binding mode was not observed in the published co-crystal structure of DNA Pol I because most of the structure was not due to the overlapping 5' nuclease substrate, but only to the polymerase domain due to the template / primer substrate. It seems that it can be solved.

Taq Pol、Tth Pol、およびTaqPol G418K/E507Qについて、RNAを含む基質に対して200〜300 nMでのKm値が決定されている。これらの値は、すべてDNAの重複基質によって、TthPolについて<1 nMで評価されたKm値に比べてより高い。このことは、RNA鋳型が、基質の結合に悪影響を及ぼすことを示唆している。低親和性は、酵素が、基質によってRNA標的とともに採用されたA型二本鎖、またはRNA鎖のリボース2'ヒドロキシル基のいずれかと好ましくない相互作用をするということで説明することができる。真性細菌のDNAポリメラーゼの5'ヌクレアーゼは、おそらくA型をもっていると思われるRNA下流プローブで効率的に切断できることから、これら2つの因子のうちでは、後者の可能性の方が高い(Lyamichevら、Science 260, 778 [1993])。さらに、共結晶研究によって、鋳型/プライマーの二本鎖が、複合体の中でDNAポリメラーゼによって、部分的にA型に近いコンフォメーションを採用していることが示唆されている(Eomら、Nature 382: 278 [1996]、Kieferら、Nature 391: 304 [1998]、Liら、EMBO, J. 17: 7514 [1998])。G418K/E507Q変異は、TaqPolのkcat値を2倍以上に高めるが、Km値には殆ど影響しない。変異によって、基質が、単に結合定数を高めるためではなく、より切断に適した方向に配置されるようになれば、このような効果が期待される。 For Taq Pol, Tth Pol, and TaqPol G418K / E507Q, K m values of 200-300 nM have been determined for RNA-containing substrates. These values are higher than the K m values assessed at <1 nM for TthPol, all due to overlapping substrates of DNA. This suggests that the RNA template adversely affects substrate binding. Low affinity can be explained by the unfavorable interaction of the enzyme with either the type A duplex adopted by the substrate with the RNA target, or the ribose 2 ′ hydroxyl group of the RNA strand. Since the 5 ′ nuclease of eubacterial DNA polymerase can be efficiently cleaved by an RNA downstream probe that is likely to have type A, the latter is more likely of these two factors (Lyamichev et al., Science 260, 778 [1993]). In addition, co-crystal studies have suggested that the template / primer duplex adopts a conformation that is close to type A by DNA polymerase in the complex (Eom et al., Nature 382: 278 [1996], Kiefer et al., Nature 391: 304 [1998], Li et al., EMBO, J. 17: 7514 [1998]). The G418K / E507Q mutation increases TaqPol's k cat value more than twice, but has little effect on the K m value. Such an effect is expected if the mutation causes the substrate to be placed in a more suitable direction for cleavage rather than simply to increase the binding constant.

上記した変異解析以外に、酵素の特異的領域、酵素の構造-機能の関係、および酵素-基質相互作用を研究するための別の方法は、分子の実際の物理学的構造を調べることである。   In addition to the mutation analysis described above, another way to study enzyme specific regions, enzyme structure-function relationships, and enzyme-substrate interactions is to examine the actual physical structure of the molecule. .

結晶学、NMR、およびコンピュータならびにソフトウエアの技術が進むにつれて、分子構造の研究は、生体分子の構成、仕組み、および動態に興味をもつ者にとっては実行可能なツールとなってきている。分子モデリングは、タンパク質の構造の基礎にある相互作用の性質、および、どのようにしてタンパク質は基質と機能的に相互作用するかについての理解を深めてきた。さまざまなポリメラーゼまたはポリメラーゼタンパク質の部位、HIVの逆転写酵素、および他の核酸結合タンパク質について記載した多くの出版物が、タンパク質のコンフォメーション、コンフォメーションの変化、および、機能するために必要な分子間相互作用に関する機械論的な洞察を提供してきた。   As crystallography, NMR, and computer and software technologies advance, molecular structure research has become a viable tool for anyone interested in the organization, mechanics, and dynamics of biomolecules. Molecular modeling has deepened our understanding of the nature of interactions underlying protein structure and how proteins interact functionally with substrates. Many publications that describe various polymerases or polymerase protein sites, HIV reverse transcriptase, and other nucleic acid binding proteins have protein conformations, conformational changes, and the molecules required to function It has provided mechanistic insights into interactions.

一例として、Doubieら(Doubieら、Nature 391: 251 [1998])による報告は、T7DNAポリメラーゼの結晶構造を開示しており、また、どのアミノ酸領域が、基質の結合に影響する可能性が高いか、どれを重合のためには基質に接触させる必要があるか、また、どのアミノ酸が、金属イオンなどの補助因子に結合するかということに関する情報を提供している。この論文や他の論文で、多くのポリメラーゼが、配列類似性を共有するだけでなく、構造的な相同性も共有する。異なったポリメラーゼの特定の構造ドメインを積み重ねる(例えば、T7ポリメラーゼ、クレノウ断片編集複合体、リガンドをもたないTaq DNAポリメラーゼ、およびTaqポリメラーゼ-DNAポリメラーゼ複合体)と、保存されたモチーフを明らかに識別することができる。   As an example, a report by Doubie et al. (Doubie et al., Nature 391: 251 [1998]) discloses the crystal structure of T7 DNA polymerase and which amino acid regions are likely to affect substrate binding. Provides information on which ones need to be contacted with a substrate for polymerization and which amino acids bind to cofactors such as metal ions. In this and other papers, many polymerases share not only sequence similarity but also structural homology. Stacking specific structural domains of different polymerases (eg, T7 polymerase, Klenow fragment editing complex, Taq DNA polymerase without ligand, and Taq polymerase-DNA polymerase complex) clearly identifies conserved motifs can do.

具体的には、これら構造的起源および文献すべてからの情報をまとめて、DNA、RNA、またはヘテロ二本鎖と相互作用するタンパク質モデルを作成することができる。そして、モデルを調べて、基質認識や基質との接触に関与する可能性のあるアミノ酸を同定することができる。これらの観察結果に基づいてアミノ酸を変えることができ、また、実施例に記載された本発明に係る方法などのスクリーニング法を用いて、5'ヌクレアーゼタンパク質のさまざまな活性に与える効果を評価する。   Specifically, information from all of these structural sources and literature can be combined to create protein models that interact with DNA, RNA, or heteroduplexes. The model can then be examined to identify amino acids that may be involved in substrate recognition or contact with the substrate. Amino acids can be changed based on these observations, and screening methods such as the methods according to the invention described in the Examples are used to evaluate the effect on various activities of 5 ′ nuclease proteins.

前記したドメイン交換解析法によって、RNA依存型5'ヌクレアーゼ活性において重要なTthDNの配列が、タンパク質のポリメラーゼドメインに位置している。したがって、核酸認識に関して、ポリメラーゼドメインの構造データを調べると、アミノ酸の位置を決める方法であって、アミノ酸が変わると、5'ヌクレアーゼ反応においてRNA認識が変化するという方法が提供される。例えば、本発明を開発する過程で行われた解析法によって、大腸菌のPol Iのポリメラーゼドメイン、すなわち、クレノウ断片が結合するプライマー/鋳型に関する公表された解析結果を調べた。表2は、クレノウ断片について測定された速度定数であり、数多くの変異がこれらの測定値に及ぼす効果を示している。TaqPolにおいて対応するか、同様の位置にあるアミノ酸を右側の欄に示す。クレノウ断片と、DNA鋳型またはプライマー/鋳型二本鎖との相互作用に顕著な影響を与える変異も、Kdおよび相対的DNA親和値の変化によって示されるように、TaqPol、および関連するキメラ派生体または変異体の対応する部位に作出されるときには有効であると考えられる。クレノウ断片の中に導入するときには、より高いKd値をもたらし、またはより低い相対的DNA親和性をもたらす変異を選択して、TaqPolの中で調べた。これらのTaq派生体(derivatives)には、表2の右欄にアスタリスクで示したものがあるが、これらに限定されない。 According to the domain exchange analysis method described above, the TthDN sequence important for RNA-dependent 5 ′ nuclease activity is located in the polymerase domain of the protein. Thus, with respect to nucleic acid recognition, examining the structural data of the polymerase domain provides a method for determining the position of an amino acid, and changing the amino acid changes the RNA recognition in the 5 ′ nuclease reaction. For example, published analytical results for the primer / template to which the Pol I polymerase domain of Escherichia coli, ie, the Klenow fragment binds, were examined by analytical methods performed in the course of developing the present invention. Table 2 is the rate constant measured for the Klenow fragment and shows the effect of numerous mutations on these measurements. Amino acids that correspond or are in similar positions in TaqPol are shown in the right column. Mutations that significantly affect the interaction of Klenow fragment with DNA template or primer / template duplex also show TaqPol, and related chimeric derivatives, as shown by changes in K d and relative DNA affinity values Alternatively, it is considered effective when created at the corresponding site of the mutant. When introduced into Klenow fragment, mutations that resulted in higher Kd values or lower relative DNA affinity were selected and examined in TaqPol. Some of these Taq derivatives are indicated by an asterisk in the right column of Table 2, but are not limited to these.

R682変異体など、クレノウ変異体については、試験のための選択をDNA親和性測定値に基づいて行わなかった。なぜなら、分子モデリングによって、鋳型/プライマー二本鎖とアミノ酸の何らかの態様間で何らかの相互作用が存在することが示唆された。同様に、Taqポリメラーゼ(またはTaq派生体)の別の領域が、分子モデリングからの構造に関するデータおよび情報に基づいて変異誘発を行なうための標的となる。モデリングに基づくと、サム領域が、RNA鋳型と接触すると考えられた。そのため、サム領域のアミノ酸で、それを改変したら、接触も変化するようなアミノ酸を捜した。例えば、図6および17は、502位、504位および507位のアミノ酸が、サム領域の先端に存在することを示している。これらのアミノ酸を変更すると、酵素と基質の相互作用に影響を与えると考えられた。実施例1記載の活性スクリーニング法を用いて、有利な効果をもたらす変異を同定した。この方法を用いて、いくつかの改良酵素を作成した。例えば、TaqPolのH784の位置は、クレノウのH881のアミノ酸に相当するが、これは、フィンガー領域のアミノ酸であり、そのため、プライマー/鋳型基質の結合に関係している可能性がある。クレノウ酵素のH881アミノ酸をアラニンで置換すると、DNAに対する親和性が野生型のレベルの30〜40%に低下する。TaqPolに由来する酵素で同様に置換を調べた。Taq派生体W417L/G418K/E507Qから出発して、784位のアミノ酸をヒスチジン(H)からアラニン(A)に変えて、W417L/G418K/E507Q/H784A変異体を得、Taq 4Mと名付けた。この変異体は、RNA試験用IrT1(図24)被検基質に対して改良された5'ヌクレアーゼ活性を示した(データを表3に示す)。アミノ酸R587は、サム領域中にあり、コンピュータモデルにおいて、プライマー/鋳型二本鎖から非常に近い位置にあることから、変異を起こすために選択した。R587A変異をTaq 4Mに加えると、試験用IrT1被検基質に対する活性がさらに一層向上した。さらに、4M変異体と較べて、図22に示されたX構造の切断が低下すれば、この酵素機能にさらなる改良をもたらすことになる。   For Klenow mutants, such as the R682 mutant, no selection for testing was made based on DNA affinity measurements. Because molecular modeling suggested that some interaction exists between some aspect of the template / primer duplex and the amino acid. Similarly, another region of Taq polymerase (or Taq derivative) is a target for mutagenesis based on structural data and information from molecular modeling. Based on modeling, the thumb region was considered to contact the RNA template. For this reason, we searched for amino acids in the thumb region that, when modified, changed contact. For example, FIGS. 6 and 17 show that amino acids at positions 502, 504 and 507 are present at the tip of the thumb region. Altering these amino acids was thought to affect the interaction between the enzyme and the substrate. The activity screening method described in Example 1 was used to identify mutations that have beneficial effects. Several improved enzymes were created using this method. For example, the position of TaqPol H784 corresponds to the amino acid of Klenow H881, which is an amino acid in the finger region and therefore may be involved in primer / template substrate binding. Substitution of Klenow enzyme's H881 amino acid with alanine reduces the affinity for DNA to 30-40% of wild-type levels. The substitution was similarly examined with an enzyme derived from TaqPol. Starting from the Taq derivative W417L / G418K / E507Q, the amino acid at position 784 was changed from histidine (H) to alanine (A) to obtain a W417L / G418K / E507Q / H784A mutant, which was named Taq 4M. This mutant showed improved 5 ′ nuclease activity against the RNA test IrT1 (FIG. 24) test substrate (data shown in Table 3). Amino acid R587 was selected for mutagenesis because it is in the thumb region and is very close to the primer / template duplex in the computer model. When the R587A mutation was added to Taq 4M, the activity against the test IrT1 test substrate was further improved. Furthermore, if the cleavage of the X structure shown in FIG. 22 is reduced compared to the 4M mutant, this enzyme function will be further improved.

重合反応においてDNA結合を低下させるアミノ酸変異のすべてが、5'ヌクレアーゼ活性に影響するわけではない。例えば、それぞれ、サムドメインとフィンガードメインに存在するアミノ酸に影響を与える変異E615A、R677Aなどは、図21および22の被検基質を用いて測定し、これらの変異を持たない親である変異体と較べると、5'ヌクレアーゼ活性に悪影響を与えるか、全く影響を与えない。R677A変異を追加して、Taq 4M変異体と比較した。本明細書記載の試験方法は、DNAを含む構造およびRNAを含む構造について、非侵襲的基質および侵襲的基質の切断活性を変更する変異体を解析する便利な方法を提供する。このように、本発明は、適当な改良酵素のすべてを同定する方法を提供する。   Not all amino acid mutations that reduce DNA binding in the polymerization reaction affect 5 'nuclease activity. For example, mutations E615A, R677A, etc. that affect the amino acids present in the thumb domain and finger domain, respectively, were measured using the test substrates of FIGS. 21 and 22, and the mutants that are parents that do not have these mutations. By comparison, it has a negative or no effect on 5 'nuclease activity. The R677A mutation was added and compared to the Taq 4M mutant. The test methods described herein provide a convenient way to analyze non-invasive substrates and variants that alter the cleavage activity of invasive substrates for structures containing DNA and RNA. Thus, the present invention provides a method for identifying all suitable improved enzymes.

核酸標的に対する酵素の親和性を高めることのできる改変も調べた。上記の変異の多くが、クレノウ断片酵素にDNAに対する親和性を低下させたことから、DNA以外の鎖を含む構造をより許容しやすい酵素を作成することを目的として、これらの変異を選択した。通常、天然型DNAポリメラーゼは、DNA/DNA二本鎖に対する親和性と較べると、RNA/DNA二本鎖に対しては低い親和性を示す。本発明を開発する過程で、RNA標的鎖ではなくDNAを有する構造に対する選好性を回復させたり、増加させることなく、核酸基質に対する本発明に係るタンパク質の一般的な親和性を高めようとした。タンパク質と核酸基質との間の相互作用を変える手段として、さまざまな電荷をもったアミノ酸の置換を調べた。例えば、リシン(K)など、正に荷電したアミノ酸残基を付加すると、負に荷電した核酸に対するタンパク質の親和性は高くなると思われた。   Modifications that can increase the affinity of the enzyme for nucleic acid targets were also investigated. Since many of the above mutations reduced the Klenow fragment enzyme's affinity for DNA, these mutations were selected for the purpose of creating an enzyme that more easily tolerates structures containing strands other than DNA. Naturally, natural DNA polymerases have a lower affinity for RNA / DNA duplexes compared to their affinity for DNA / DNA duplexes. In the course of developing the present invention, an attempt was made to increase the general affinity of the protein of the present invention for nucleic acid substrates without restoring or increasing the preference for structures having DNA rather than RNA target strands. As a means of altering the interaction between proteins and nucleic acid substrates, the substitution of amino acids with various charges was investigated. For example, adding a positively charged amino acid residue such as lysine (K) appeared to increase the protein's affinity for negatively charged nucleic acids.

上記したように、サム領域における変化は、タンパク質と核酸基質との間の相互作用に影響を与えうる。一例において、G504Kという変異(サム領域の先端)をTaq 4Mに導入したところ、RNA標的に対するヌクレアーゼ活性は15%上昇した。さらに正に荷電させる変異(A502KおよびE507K)は、親であるTaq4M酵素と比較すると、さらにRNA標的依存的活性が50%向上した。   As described above, changes in the thumb region can affect the interaction between the protein and the nucleic acid substrate. In one example, when the mutation G504K (the tip of the thumb region) was introduced into Taq 4M, the nuclease activity against the RNA target increased by 15%. The more positively charged mutations (A502K and E507K) further improved RNA target-dependent activity by 50% compared to the parent Taq4M enzyme.

公表された研究データおよび分子モデリングを、本発明を開発する過程で生じた結果とともに用いて、アミノ酸変異によって切断機能の一以上の特徴に観察可能な違いをもたらす可能性が高いと思われるタンパク質の領域を同定することができた。このようにして、領域を標的とすることもできるが、異なるアミノ酸の変異は、そのタンパク質の近傍または直近であっても、異なる作用を与えることが考えられた。例えば、A502K置換によって、Taq4MのRNA依存型切断活性は顕著に増加するが、502位から僅か3アミノ酸しか離れていない499位のアミノ酸をGからKに変えると、殆ど改善が見られなかった。実施例から分かるように、本発明に係る方法は、候補領域において数個のアミノ酸を、単独または併合して変異させ、その後、実施例1で提供されているスクリーニング法を用いてこの変異の効果を迅速に測定するというものである。   Using published research data and molecular modeling along with the results generated in the course of developing the present invention, amino acid mutations are likely to result in observable differences in one or more features of the cleavage function. The region could be identified. In this way, it is possible to target a region, but it was considered that mutations of different amino acids give different effects even in the vicinity or in the immediate vicinity of the protein. For example, the A502K substitution markedly increased the RNA-dependent cleavage activity of Taq4M, but there was little improvement when the amino acid at position 499, which was only 3 amino acids away from position 502, was changed from G to K. As can be seen from the examples, the method according to the invention mutates several amino acids in the candidate region, alone or in combination, and then uses the screening method provided in Example 1 to effect the mutation. Is to measure quickly.

これらのタンパク質のポリメラーゼドメインで見られるサム領域、パーム領域、およびハンド領域以外で、5'ヌクレアーゼおよびヌクレオチドドメインに特異的な領域を調べた。さまざまな5'ヌクレアーゼおよびヌクレオチドドメインに関する比較研究は、アミノ酸配列が酵素によって劇的に変化していても、殆どの酵素に共通する構造的特徴があることを示している。これらの特徴の2つは、ヘリックス-ヘアピン-ヘリックスモチーフ(H-h-H)、および、アーチまたはループ構造である。H-h-Hモチーフは、非配列特異的なDNA結合を仲介すると考えられている。これは、ヌクレアーゼ、N-グリコシラーゼ、リガーゼ、トポイソメラーゼ、およびポリメラーゼなど、タンパク質の14ファミリーで見つかっている(Dohertyら、Nucl. Acid. Res., 24: 2488 [1996])。DNA鋳型-プライマーに結合しているラットDNAポリメラーゼpolβの結晶学的構造は、polβ H-h-Hモチーフの骨格の窒素と、DNA二本鎖プライマーのリン酸水素との間で非特異的水素結合が起こることを示している(Pelletierら、Science 264: 1891 [1994])。TaqポリメラーゼおよびTthポリメラーゼの5'ヌクレアーゼドメインのH-h-Hドメインが、同様にして機能するため、酵素のHhH領域における変異は、活性を変更しないと考えられる。モチーフの形や構造を変えるために変異を導入することができ、または、モチーフの電荷を変えて、基質に対する親和性を高めたり低下することができる。   In addition to the thumb, palm, and hand regions found in the polymerase domain of these proteins, regions specific for the 5 ′ nuclease and nucleotide domains were examined. Comparative studies on various 5 'nucleases and nucleotide domains show that there are structural features common to most enzymes, even though the amino acid sequence has been dramatically altered by the enzyme. Two of these features are the helix-hairpin-helix motif (H-h-H) and the arch or loop structure. The H-h-H motif is thought to mediate non-sequence specific DNA binding. It has been found in 14 families of proteins, including nucleases, N-glycosylases, ligases, topoisomerases, and polymerases (Doherty et al., Nucl. Acid. Res., 24: 2488 [1996]). The crystallographic structure of rat DNA polymerase polβ bound to the DNA template-primer shows that nonspecific hydrogen bonding occurs between the polβ HhH motif backbone nitrogen and the hydrogen phosphate of the DNA double-stranded primer. (Pelletier et al., Science 264: 1891 [1994]). Because the H-h-H domain of the 5 ′ nuclease domain of Taq polymerase and Tth polymerase functions in the same way, mutations in the HhH region of the enzyme will not alter activity. Mutations can be introduced to change the shape and structure of the motif, or the charge on the motif can be changed to increase or decrease the affinity for the substrate.

真核生物、真性細菌、古細菌、およびファージなど多様な由来生物から得られる多くの5'ヌクレアーゼに共通するもう一つの構造は、アーチまたはループドメインである。バクテリオファージT5の5'エキソヌクレアーゼの結晶構造は、1本は正電荷をもち、もう1本は疎水性残基を含む2本のヘリックスによって形成される明確なアーチを示した(Ceskaら、Nature 382: 90 [1995])。興味深いことに、Lys83、Arg86、およびTyr82という3個の残基がT5とTaqの間で保存されているが、それらはすべてアーチの中にある。これらは、TaqDNAポリメラーゼのLys83、Arg86、およびTyr82に対応する。Taq(5'ヌクレアーゼ)の結晶構造も決定されている(Kimら、Nature 376: 612 [1995])。   Another structure common to many 5 ′ nucleases obtained from a variety of derived organisms such as eukaryotes, eubacteria, archaea, and phages is the arch or loop domain. The crystal structure of the 5 'exonuclease of bacteriophage T5 showed a distinct arch formed by two helices, one positively charged and the other containing hydrophobic residues (Ceska et al., Nature 382: 90 [1995]). Interestingly, three residues, Lys83, Arg86, and Tyr82, are conserved between T5 and Taq, but they are all in the arch. These correspond to the Taq DNA polymerases Lys83, Arg86, and Tyr82. The crystal structure of Taq (5 'nuclease) has also been determined (Kim et al., Nature 376: 612 [1995]).

メタノコッカス・ヤンナシイに由来するフラップエンドヌクレアーゼ-1の結晶構造も、このようなループモチーフを示す(Hwangら、Nat. Struct. Biol., 5: 707 [1998])。Mja FEN-1分子の骨格の結晶構造は、T5のエキソヌクレアーゼ、Taqの5'エキソヌクレアーゼ、およびT4 RNaseHと重ね合わせることができる。これらすべてに共通する興味深い特徴は長いループである。FEN-1のループは、多数の正に荷電した残基と芳香族残基からなり、一本鎖DNA分子を収容するのに十分な大きさをもつ穴を形成する。T5エキソヌクレアーゼで対応する領域は、らせん状アーチを形成する3本のヘリックスである。T5エキソヌクレアーゼにおいて、らせん状アーチによって形成される穴の大きさは、Mj FEN-1のL1ループによって形成される穴の半分よりも小さい。T4 RNaseH、またはTaq 5'エキソヌクレアーゼにおいて、この領域の秩序が乱れる。アーチの領域は金属に結合するものもあれば、核酸基質に接触するアーチの領域もある。polファミリーのDNAポリメラーゼから6個の5'ヌクレアーゼドメインのアミノ酸配列の配列比較を行なうと、10個の酸性残基を含む、6個の高度に保存された配列モチーフがあるのが分かる(Kimら、Nature 376: 612 [1995])。   The crystal structure of flap endonuclease-1 derived from Methanococcus jannasi also exhibits such a loop motif (Hwang et al., Nat. Struct. Biol., 5: 707 [1998]). The crystal structure of the Mja FEN-1 molecule backbone can be overlaid with T5 exonuclease, Taq 5 'exonuclease, and T4 RNaseH. An interesting feature common to all of these is the long loop. The FEN-1 loop consists of a number of positively charged and aromatic residues, forming a hole large enough to accommodate a single-stranded DNA molecule. The corresponding region in T5 exonuclease is the three helices that form a helical arch. In T5 exonuclease, the size of the hole formed by the helical arch is smaller than half of the hole formed by the L1 loop of Mj FEN-1. In T4 RNaseH, or Taq 5 'exonuclease, this region is disordered. Some arch regions bind to the metal, while other arch regions contact the nucleic acid substrate. A sequence comparison of the amino acid sequences of six 5 'nuclease domains from the pol family of DNA polymerases reveals that there are six highly conserved sequence motifs containing ten acidic residues (Kim et al. , Nature 376: 612 [1995]).

アーチ領域における改変の効果を調べた。Taqポリメラーゼにおいて、アーチ領域は、アミノ酸の80〜95位および96〜109位によって形成されている。このアーチ領域で部位特異的変異誘発法を行なった。FENおよびポリメラーゼの5'ヌクレアーゼのアミノ酸配列の配列比較を行なったところ、P88E、P90EおよびG80Eという3個のアミノ酸置換変異を設計することが示唆された。これらの置換を、Taq4Mポリメラーゼ変異体を親となる酵素として、この上で行なった。その結果、図22に示すHP基質およびX基質に対するバックグラウンド活性は、すべての変異体で非常に強く抑制されたが、適正な基質(IdTおよびIrT、図24)に対する所望の5'ヌクレアーゼ活性も低下する。TaqポリメラーゼとTthポリメラーゼの間の配列相同性にも関わらず、HP基質およびX基質に対しては全く異なった活性を示す。また、TaqポリメラーゼとTthポリメラーゼのアーチ領域の配列比較をすると、広範な配列同同領域と僅かな違いが明らかになる。これらの違いによって、L109FおよびA110Tという変異の設計がもたらされ、Taq4Mを用いてTaq4M L109F/A110Tが作成され、変異Taq4M L109F/A110T/A502K/G504K/E507K/T514Sを用いてTaq4Mを作成した。これら2つの変異は、Taq4M酵素を徹底的に変えて、バックグラウンドの基質特異性に関してはよりTth酵素に似たものとなったが、DNA基質およびRNA基質に対する5'ヌクレアーゼ活性はほとんど変わっていない。   The effect of modification in the arch area was investigated. In Taq polymerase, the arch region is formed by amino acid positions 80-95 and 96-109. Site-directed mutagenesis was performed in this arch region. A sequence comparison of the amino acid sequences of the FEN and polymerase 5 'nucleases suggested that three amino acid substitution mutations, P88E, P90E and G80E, were designed. These substitutions were made above with the Taq4M polymerase mutant as the parent enzyme. As a result, the background activity against the HP and X substrates shown in FIG. 22 was very strongly suppressed in all mutants, but also the desired 5 ′ nuclease activity against the correct substrates (IdT and IrT, FIG. 24). descend. Despite the sequence homology between Taq polymerase and Tth polymerase, they show completely different activities against HP and X substrates. In addition, comparing the sequence of the arch region of Taq polymerase and Tth polymerase reveals slight differences from a wide range of the same region. These differences led to the design of mutations L109F and A110T, Taq4M was used to create Taq4M L109F / A110T, and mutations Taq4M L109F / A110T / A502K / G504K / E507K / T514S were used to create Taq4M. These two mutations drastically changed the Taq4M enzyme, making it more similar to the Tth enzyme in terms of background substrate specificity, but with little change in 5 'nuclease activity on DNA and RNA substrates. .

4)指向的無作為変異誘発法
上記したように、物理学的研究および分子モデリングを、単独あるいは併合して用いて、アミノ酸変異によって切断機能の一つ以上の特徴に目に見える違いをもたらす可能性が高いと思われるタンパク質の領域を同定することができる。前節では、変異特異的アミノ酸、およびアミノ酸の組み合わせを選択するために、この情報の利用法について説明した。改変された機能をもつ酵素を作成するもう一つの方法は、変異を無作為に導入することである。このような変異は、当技術分野において既知の多数の方法によって導入することができ、好適なヌクレオチドが誤って取り込まれるような条件下で行なわれるPCR増幅法(REF)、縮重領域をもつプライマーを使用する増幅法(すなわち、ある塩基位置では、それぞれ異なるが、同じ反応において、それ以外では同じオリゴヌクレオチドが異なった塩基をもつ)、および化学合成などがあるが、これらに限定されない。多くの無作為変異誘発法が当技術分野において知られており(Del Rioら、Biotechniques、 17: 1132 [1994])、本発明に係る酵素の生産に取り入れることができる。本明細書に含まれる変異誘発法の具体的な方法についての考察は、単に一例として提示されているものに過ぎず、制限的なものではない。全体のタンパク質のある特定の領域だけを変異させるように無作為変異誘発を行なうとき、「指向的無作為変異誘発」と表現することができる。実験例に記載されているとおり、指向的無作為変異誘発法を適用して、その前に作成された酵素変異体のHhHおよびサム・ドメインを変異させた。本方法の実施例を提示するために、これらのドメインを選んだのであって、指向的無作為変異誘発を特定のドメイン、または一つのドメインに限定するものではない。本方法は、いかなるドメインまたはタンパク質全体にも適用することができる。このようにして改変されたタンパク質を、実施例1記載のスクリーニング反応において、図22および図24に図解した被検基質を用いて切断活性を試験した。結果を表6および表7に示す。
4) Directed random mutagenesis As mentioned above, physical studies and molecular modeling can be used alone or in combination to make visible differences in one or more features of the cleavage function by amino acid mutations. A region of a protein that appears to be highly potent can be identified. The previous section described how to use this information to select mutation-specific amino acids and combinations of amino acids. Another way to create an enzyme with an altered function is to introduce mutations randomly. Such mutations can be introduced by a number of methods known in the art, PCR amplification (REF) performed under conditions such that the preferred nucleotide is misincorporated, primers with degenerate regions Amplification methods using (ie, different at each base position, but in the same reaction, otherwise the same oligonucleotide has a different base), and chemical synthesis, but are not limited to these. A number of random mutagenesis methods are known in the art (Del Rio et al., Biotechniques, 17: 1132 [1994]) and can be incorporated into the production of enzymes according to the present invention. The discussion of specific methods of mutagenesis included herein is merely provided as an example and is not limiting. When random mutagenesis is performed so as to mutate only a specific region of the entire protein, it can be expressed as “directed random mutagenesis”. As described in the experimental examples, directed random mutagenesis was applied to mutate the HhH and thumb domains of the previously generated enzyme mutants. These domains were chosen to provide examples of the method and are not intended to limit directed random mutagenesis to a particular domain or a single domain. The method can be applied to any domain or whole protein. The thus modified protein was tested for cleaving activity in the screening reaction described in Example 1 using the test substrate illustrated in FIG. 22 and FIG. The results are shown in Table 6 and Table 7.

親であるTaqSSまたはTthDN H785A変異体を用いて、HhH領域に対して無作為変異誘発法を行なった。作成された8変異体のうちのいずれも、親酵素と較べて改善を示したものはなかった(表6)。実際、198〜205位の残基間の領域を変異させると、DNA基質およびRNA基質に対して約2〜5倍低い活性を示し、この領域が基質の認識にとって本質的な領域であることを示唆している。サム領域における変異誘発によって、5'ヌクレアーゼ活性が、DNA標的では20〜100%、RNA標的では約10%向上した新しい変異が得られた(表7)。   Random mutagenesis was performed on the HhH region using the parent TaqSS or TthDN H785A mutant. None of the 8 mutants produced showed any improvement compared to the parent enzyme (Table 6). In fact, mutating the region between residues 198-205 shows about 2-5 times lower activity on DNA and RNA substrates, indicating that this region is essential for substrate recognition. Suggests. Mutagenesis in the thumb region resulted in new mutations that improved 5 'nuclease activity by 20-100% for DNA targets and about 10% for RNA targets (Table 7).

異なったサブドメインのそれぞれにおいて、多数のアミノ酸が、基質との接触において役割を果たす。これらの変異誘発は、基質結合を変えることによって基質特異性を変えることができる。さらに、基質に直接には接触しない核酸に導入された変異も、より長い範囲で、または一般的なコンフォメーション改変効果によって基質特異性を変えることもできる。これらの変異は、当技術分野において既知の方法である、無作為変異誘発法、部位特異的変異誘発法、およびキメラタンパク質作成法などであるが、これらに限定されない方法のいずれかによって導入することができる。   In each of the different subdomains, a number of amino acids play a role in contact with the substrate. These mutagenesis can alter substrate specificity by altering substrate binding. Furthermore, mutations introduced into nucleic acids that are not in direct contact with the substrate can also change the substrate specificity over a longer range or by a general conformational modification effect. These mutations are introduced by any method known in the art, including but not limited to random mutagenesis, site-directed mutagenesis, and chimeric protein production. Can do.

上記したように、無作為変異誘発させる多くの方法が当技術分野において知られている。本明細書記載の指向的無作為変異誘発法に適用できる方法を、全遺伝子に適用することができる。さらに別の有用なキメラ構築物を、分子育種法(例えば、米国特許第5,837,458号、ならびに国際公開公報第00/18906号、国際公開公報第99/65927号、国際公開公報第98/31837号、および国際公開公報第98/27230号を参照されたい。これらは、その全体が参照として本明細書に組み入れられる)を用いて作成することができる。選択した変異誘発法とは関係なく、本明細書記載の迅速スクリーニング法は、組換え分子の大集団の中で有益な変異を同定する迅速かつ効果的な方法を提供する。これによって、無作為変異誘発処理法が、有益な改良点をもつ改変5'ヌクレアーゼの大集団を作成するための扱いやすく実際的なツールになる。実施例として使用される酵素に対して用いるクロニーング法および変異誘発を行なうための方法を、他の熱安定性および非熱安定性のA型ポリメラーゼに適用することができる。なぜなら、これらの酵素間ではDNA配列の類似性が非常に高いからである。当業者は、配列の違いによって、例えば、キメラを作成するためには異なった制限エンドヌクレアーゼを使用することが必要になるなど、クロニーング法を変える必要がありうることを理解すると思われる。現存する選択的部位を選択することや、変異誘発によって選択的部位を導入することは、十分に確立した方法であり、当業者に既知である。   As noted above, many methods for random mutagenesis are known in the art. Methods applicable to the directed random mutagenesis described herein can be applied to all genes. Still other useful chimeric constructs are available from molecular breeding methods (eg, US Pat. No. 5,837,458, and WO 00/18906, WO 99/65927, WO 98/31837, and See WO 98/27230, which can be made using (incorporated herein by reference in their entirety). Regardless of the mutagenesis method chosen, the rapid screening methods described herein provide a quick and effective method of identifying beneficial mutations in a large population of recombinant molecules. This makes random mutagenesis a tractable and practical tool for creating large populations of modified 5 'nucleases with beneficial improvements. The cloning and mutagenesis methods used for the enzymes used as examples can be applied to other thermostable and non-thermostable type A polymerases. This is because the similarity of DNA sequences is very high between these enzymes. One skilled in the art will appreciate that sequence differences may require changing the cloning method, for example, it may be necessary to use different restriction endonucleases to create a chimera. Selecting existing selective sites or introducing selective sites by mutagenesis is a well-established method and is known to those skilled in the art.

酵素の発現および精製をさまざまな分子生物学的方法によって行なうことができる。下記の実施例は、そのような方法の一つを教示する。しかし、本発明は、クロニーング、タンパク質発現、または精製する方法によって限定されるものでないことを理解すべきである。本発明は、核酸構築物を適当な宿主細胞の中で発現させうることを想定している。さまざまなプロモーターおよび3'配列を、遺伝子構造物に結合させて、効率的な発現を達成するために、遺伝子の数多くの方法を利用することができる。。   Enzyme expression and purification can be performed by various molecular biological methods. The following example teaches one such method. However, it should be understood that the present invention is not limited by the methods of cloning, protein expression, or purification. The present invention envisions that the nucleic acid construct can be expressed in a suitable host cell. Numerous methods of genes can be utilized to link various promoters and 3 ′ sequences to the gene construct to achieve efficient expression. .

5)部位特異的変異誘発
本発明のいくつかの態様において、適当な技術(例えば、上記した技術の一つ以上のものであるが、これらに限定されない)のいずれかを用いて、異種性ドメインをもつ、改良された切断酵素(配列番号:221)を作成する。したがって、いくつかの態様において、部位特異的変異誘発法(例えば、トランスフォーマー部位特異的(Transformer Site Directed)変異誘発キット(クローンテック(Clonetech))など市販のキットを用いるプライマー特異的変異誘発法)を用いて、本発明に係る切断酵素をコードする核酸を生成させるために、核酸配列全体にわたって複数の変異を作出することができる。いくつかの態様において、複数のプライマー特異的変異誘発工程を並行して行なって、本発明に係る切断酵素をコードする核酸を作成することができる。
5) Site-directed mutagenesis In some embodiments of the invention, heterologous domains can be used using any suitable technique (eg, but not limited to, one or more of the techniques described above). An improved cleavage enzyme (SEQ ID NO: 221) with Thus, in some embodiments, site-directed mutagenesis methods (eg, primer-specific mutagenesis methods using commercially available kits such as Transformer Site Directed mutagenesis kits (Clonetech)) In use, multiple mutations can be created throughout the nucleic acid sequence to generate a nucleic acid encoding a cleavage enzyme according to the present invention. In some embodiments, multiple primer-specific mutagenesis steps can be performed in parallel to create a nucleic acid encoding a cleavage enzyme according to the present invention.

いくつかの態様において、複数のプライマー特異的変異誘発工程を、核酸配列の選択された部位に対して行ない、本発明に係る切断酵素の選択した部位に変異を作出する。別の態様において、選択された部位に変異をもつ核酸を、別の選択された部位に変異をもつ核酸と組換え(例えば、クロニーング、分子育種法、または、当技術分野において既知の他の組換え法のいずれかによって)、それによって、複数の選択された部位に変異をもち、本発明に係る切断酵素をコードする核酸を作出する。上記のいずれかの方法であって、部位特異的変異誘発法および無作為変異誘発法を含むが、これらに限定されない方法のいずれか、または、該方法を組み合わせた方法によって、選択された部位のそれぞれにおける変異を導入することができる。   In some embodiments, a plurality of primer-specific mutagenesis steps are performed on selected sites of the nucleic acid sequence to create mutations at selected sites of the cleavage enzyme according to the present invention. In another embodiment, a nucleic acid having a mutation at a selected site is recombined with a nucleic acid having a mutation at another selected site (eg, cloning, molecular breeding, or other set known in the art). Thereby producing a nucleic acid encoding a cleavage enzyme according to the present invention with mutations at a plurality of selected sites. Any of the above methods, including, but not limited to, site-directed mutagenesis and random mutagenesis, or a combination of the methods, Mutations in each can be introduced.

例えば、本発明の例示的態様の一つにおいて、配列番号:104の核酸配列(配列番号:104の構築については、実施例7を参照のこと)に対して複数のプライマー特異的変異誘発を行なうことによって、配列番号:222の核酸配列(配列番号:221の切断酵素をコードする核酸配列)を作成する。いくつかの態様において、別個の変異誘発反応を用いて各変異を導入する。得られた核酸(配列番号:222)がすべての変異を含むよう、連続して反応を行なう。本発明の別の例示的態様において、上記したように、配列番号:111のヌクレアーゼ部位(例えば、図6に図解されている)に複数のプライマー特異的変異誘発を行なうことによって、配列番号:222の核酸配列を作成する。次に、実施例4記載の組換え法を用いて、変異ヌクレアーゼ部位を、配列番号:104の「ポリメラーゼ」部位にNotI部位にて結合させ、配列番号:222をもち、配列番号:221の切断酵素をコードする一個の核酸を作成する。変異誘発した後、結果的に得られる改変ポリペプチドを産生させて、適当なアッセイ法(例えば、実施例1および6に記載されている方法であるが、それらに限定されない)を用いて、切断活性を調べる。いくつかの態様においては、適当な方法を用いて、配列番号:221の切断酵素をコードする核酸配列(例えば、配列番号:222)をさらに改変する。   For example, in one exemplary embodiment of the invention, multiple primer-specific mutagenesis is performed on the nucleic acid sequence of SEQ ID NO: 104 (see Example 7 for construction of SEQ ID NO: 104). Thus, the nucleic acid sequence of SEQ ID NO: 222 (nucleic acid sequence encoding the cleavage enzyme of SEQ ID NO: 221) is prepared. In some embodiments, each mutation is introduced using a separate mutagenesis reaction. The reaction is continuously performed so that the obtained nucleic acid (SEQ ID NO: 222) contains all the mutations. In another exemplary embodiment of the invention, as described above, by performing multiple primer-specific mutagenesis on the nuclease site of SEQ ID NO: 111 (eg, illustrated in FIG. 6), SEQ ID NO: 222 A nucleic acid sequence of Next, using the recombination method described in Example 4, the mutant nuclease site was linked to the “polymerase” site of SEQ ID NO: 104 at the NotI site, having SEQ ID NO: 222, and cleavage of SEQ ID NO: 221 Create a single nucleic acid encoding the enzyme. After mutagenesis, the resulting modified polypeptide is produced and cleaved using a suitable assay (eg, but not limited to those described in Examples 1 and 6). Check for activity. In some embodiments, the nucleic acid sequence encoding the cleavage enzyme of SEQ ID NO: 221 (eg, SEQ ID NO: 222) is further modified using appropriate methods.

V. RNA標的のINVADERアッセイ法による検出反応の設計
RNA標的検出のINVADERアッセイ法の設計に関する方法は、特定のアッセイ法の要件に応じて変化する。例えば、ある態様においては、検出するもしくは解析するRNAは、被検試料中に低レベルで存在し、従って高感度(すなわち、検出限界もしくはLODが低い)であることが好ましい。他の態様においては、RNAは豊富に存在し、検出アッセイ法の感度が特に高い必要はない。ある態様においては、検出するRNAが試料中の検出を意図しない他のRNAと類似しており、アッセイ法が高選択性であることが好ましい。他の態様においては、単一反応で複数の類似したRNAが検出されることが好ましく、従ってこれらの類似したRNA間の差に関して選択性を示さないアッセイ法を提供する。
V. Design of detection reaction of RNA target by INVADER assay
Methods related to the design of the INVADER assay for RNA target detection will vary depending on the specific assay requirements. For example, in certain embodiments, it is preferred that the RNA to be detected or analyzed be present at a low level in the test sample and thus be highly sensitive (ie, have a low detection limit or LOD). In other embodiments, the RNA is abundant and the sensitivity of the detection assay need not be particularly high. In certain embodiments, it is preferred that the RNA to be detected is similar to other RNA that is not intended for detection in the sample and the assay is highly selective. In other embodiments, it is preferred that multiple similar RNAs are detected in a single reaction, thus providing an assay that does not exhibit selectivity with respect to differences between these similar RNAs.

ある態様では、反応において標的RNA分子に関連したDNA分子を検出しないことが特に好ましい。ある態様においては、適切にスプライシングされたmRNAのみが選択された検出標的部位を提供するようなRNAスプライス部位(splice junction)に対するINVADERアッセイ用のプローブセットを設計することによって、これが達成される。他の態様においては、DNAが二重鎖のまま(例えば、核酸を加熱しない、または変性条件にしない)であり、従って、INVADERアッセイ反応において標的として働くことのないように試料を操作する。他の態様においては、核がインタクトな条件下で細胞を溶解することによって、アッセイ法による検出のために溶解液に細胞質mRNAを放出させるが、ゲノムDNAの検出を阻止、および防止する。   In certain embodiments, it is particularly preferred not to detect DNA molecules associated with the target RNA molecule in the reaction. In some embodiments, this is accomplished by designing a probe set for an INVADER assay against an RNA splice site such that only properly spliced mRNA provides a selected detection target site. In other embodiments, the sample is manipulated such that the DNA remains double stranded (eg, does not heat the nucleic acid or leave it in denaturing conditions) and therefore does not serve as a target in an INVADER assay reaction. In other embodiments, nuclei lysing cells under intact conditions cause cytosolic mRNA to be released into the lysate for detection by the assay, but prevent and prevent detection of genomic DNA.

ある態様においては、INVADERアッセイ法を、配列(例えば、変異、SNP、特定のスプライス部位)に特定変異を含む全RNAの検出もしくは定量に利用する。このような態様においては、ハイブリダイズするINVADERアッセイ法のプローブ・セットに関する部位の選択において、検出する塩基もしくは配列位置が決定因子となる。他の態様においては、全RNAの有無もしくは量を示すために、RNA標的のいかなる部分を用いることもできる(例えば、遺伝子発現解析における場合のように)。この場合、プローブ・セットは、INVADERアッセイ法における標的としての最大性能が得られるように選択したRNAの部分を、標的とする(例えば、プローブ・ハイブリダイゼーションに関して特にアクセス可能であることが分かっている部位)。INVADERアッセイ法のプローブ設計に関する説明を、以下の節に分ける。
i.アクセス可能性に基づく標的部位の選択
ii. 選択性に基づく標的部位の選択
iii. オリゴヌクレオチド設計
a. 標的特異的領域: 長さおよび融解温度
b. 非相補領域
c. 折り畳みおよび二量体解析
iv. アッセイ性能の評価
v. 設計およびアッセイ法の最適化
In some embodiments, the INVADER assay is utilized for the detection or quantification of total RNA containing a specific mutation in the sequence (eg, mutation, SNP, specific splice site). In such an embodiment, the base or sequence position to be detected is a determinant in the selection of the site for the hybridized INVADER assay probe set. In other embodiments, any portion of the RNA target can be used to indicate the presence or amount of total RNA (eg, as in gene expression analysis). In this case, the probe set has been found to target a portion of the RNA selected for maximum performance as a target in the INVADER assay (eg, particularly accessible for probe hybridization). Site). The discussion of INVADER assay probe design is divided into the following sections:
i. Target site selection based on accessibility
ii. Target site selection based on selectivity
iii. Oligonucleotide design
a. Target specific region: length and melting temperature
b. Non-complementary region
c. Folding and dimer analysis
iv. Evaluation of assay performance
v. Design and assay optimization

i.アクセス可能性に基づく標的部位の選択
検出に関する部位の選択について考慮すべきは、アッセイ法のプローブ・セットのハイブリダイゼーションにおける標的部位の利用可能性である。効率的なハイブリダイゼーションを可能とするRNAの領域に関する予備知識なしに、与えられたRNA標的についてランダムに選択した相補的オリゴヌクレオチドを単純に利用することは、アプローチとしては非効果的なこともある。例えば、ランダムな設計に基づくアンチセンス・オリゴヌクレオチドを含む標的RNAによって試験した18〜20種から、遺伝子発現を有意に阻害するオリゴヌクレオチドが1種類得られると推定されている(Sczakiel, Fronteirs in Biosciences 5:194 [2000]; Patzelら、Nucleic Acids Res., 27:4328 [1999]; Peymanら、Biol. Chem. Hoppe-Seyler 367:195 [1995]; Moniaら、Nature Med., 2:668 [1996])。RNAの二次構造および三次構造は、RNAの標的領域に対するオリゴヌクレオチドの結合能に影響を与える主要な原因であると考えられている(Vickersら、Nucleic Acids Res., 28:1340 [2000]; Limaら、Biochemistry 31:12055 [1992]; Uhlenbeck, J. Mol. Biol., 65:25 [1972]; FreierおよびTinoco、Biochemistry 14:3310 [1975])。これは、RNAのいかなる構造モチーフをも切断し、代わりに相補的DNAオリゴヌクレオチドにハイブリダイズするハイブリダイゼーションの動力学および熱力学によるものである(Patzelら、Nucleic Acids Res., 27:4328 [1999]; Mathewsら、RNA 5:1458 [1999])。従って、ハイブリダイゼーションに関して「アクセス可能な」RNAの領域を同定できれば、オリゴヌクレオチドの効果的な設計と選択にとって重要である。
i. Target site selection based on accessibility Consideration of site selection for detection is the availability of the target site in the hybridization of the probe set of the assay. Simply using complementary oligonucleotides randomly selected for a given RNA target without prior knowledge of the region of RNA that allows efficient hybridization can be an ineffective approach . For example, it has been estimated that 18-20 species tested with target RNAs containing antisense oligonucleotides based on random design yield one oligonucleotide that significantly inhibits gene expression (Sczakiel, Fronteirs in Biosciences 5: 194 [2000]; Patzel et al., Nucleic Acids Res., 27: 4328 [1999]; Peyman et al., Biol. Chem. Hoppe-Seyler 367: 195 [1995]; Monia et al., Nature Med., 2: 668 [ 1996]). The secondary and tertiary structure of RNA is believed to be a major cause affecting the ability of oligonucleotides to bind to target regions of RNA (Vickers et al., Nucleic Acids Res., 28: 1340 [2000]; Lima et al., Biochemistry 31: 12055 [1992]; Uhlenbeck, J. Mol. Biol., 65:25 [1972]; Freier and Tinoco, Biochemistry 14: 3310 [1975]). This is due to hybridization kinetics and thermodynamics that cleave any structural motif of RNA and instead hybridize to complementary DNA oligonucleotides (Patzel et al., Nucleic Acids Res., 27: 4328 [1999]. ]; Mathews et al., RNA 5: 1458 [1999]). Thus, the ability to identify regions of RNA that are “accessible” for hybridization is important for effective oligonucleotide design and selection.

RNAにおいて、アクセス可能な領域を同定するために利用可能な複数の実験的および理論的な方法がある。これらは、RNaseHフットプリンティング(Hoら、Nature Biotechnology 16:59 [1998]; Mateevaら、Nucleic Acids Res., 25:5010 [1997]; Mateevaら、Nature Biotechnology 16:1374 [1998])、オリゴヌクレオチド・ライブラリーの相補的アレイ(Southernら、Nucleic Acids Res., 22:1368 [1994]; MirおよびSouthern、Nature Biotechnology 17:788 [1999])、ランダム・ヘキサマーによる内部ガイド配列を含むリボザイム・ライブラリー(CampbellおよびCech、RNA 1:598 [1995]; Lanら、Science 280:1593 [1998])、ならびにRNAおよびDNA構造予測コンピューター・プログラム(Sczaldel, Frontiers in Biosciences 5:194 [2000]; Patzelら、Nucleic Acids Res., 27:4328 [1999]; Zuker, Science 244:48 [1989]; Waltonら、Biotechnol. Bioeng., 65:1 [1999])の利用を含む。最近、ハイブリダイゼーションに関して、RNA中のアクセス可能な部位を同定するためにプライマー伸長を利用した新しい方法が開発された。標的核酸(例えば、mRNA標的核酸)を、縮重配列の3'の領域を含む複数のプライマーと接触させ、プライマー伸長反応を実施する。標的核酸がRNA分子であれば、伸長反応に利用する好ましい酵素は、RNA鋳型のDNAコピーを生産する逆転写酵素である。標的核酸における折り畳み構造の有無は、伸長反応の開始および/もしくは効率に影響を与える。プライマーの伸長産物を解析して、アクセス可能な部位のマップを作製する。例えば、プライマーが、折り畳み構造に関係する配列と相補的であれば、特定の伸長産物が生じない。プライマーがハイブリダイゼーションできず、伸長産物の生産が起こらない標的核酸の領域は、アクセス不能な部位であると考えられる。対照的に、伸長産物があれば、標的核酸のアクセス可能な領域にプライマーが結合できたことを示す。本明細書においては、このような方法を、「ランダム・オリゴヌクレオチド・ライブラリーによる逆転写」もしくは「RT-ROL」と呼ぶ(HT Allawiら、RNA 7(2):314-27 [2001])。RT-ROLもしくはアレイ・ハイブリダイゼーション等の物理的測定の利用によって、RNA鎖上の部位におけるアクセス可能性の最も直接的な証拠が得られる。一般に、アクセス可能な領域に対するINVADERアッセイ法は、RNA鎖のアクセス可能性のより低い領域に対するアッセイ法よりも、与えられたRNAの量に対しより強いシグナルを生成する。まれなRNA(例えば、INVADERアッセイ反応当たり約5,000から10,000コピー未満)の検出に関しては、あるいは可能な限り最良の(すなわち、最も低い)検出限界が望まれるアッセイにおいては、RT-ROLもしくは別の物理的分析法を用いてRNA構造を解析することによってアッセイ法の設計を始めるのが有益である。   There are multiple experimental and theoretical methods available for identifying accessible regions in RNA. These include RNaseH footprinting (Ho et al., Nature Biotechnology 16:59 [1998]; Mateeva et al., Nucleic Acids Res., 25: 5010 [1997]; Mateeva et al., Nature Biotechnology 16: 1374 [1998]), oligonucleotides Complementary arrays of libraries (Southern et al., Nucleic Acids Res., 22: 1368 [1994]; Mir and Southern, Nature Biotechnology 17: 788 [1999]), ribozyme libraries containing internal guide sequences with random hexamers ( Campbell and Cech, RNA 1: 598 [1995]; Lan et al., Science 280: 1593 [1998]), and RNA and DNA structure prediction computer program (Sczaldel, Frontiers in Biosciences 5: 194 [2000]; Patzel et al., Nucleic Acids Res., 27: 4328 [1999]; Zuker, Science 244: 48 [1989]; Walton et al., Biotechnol. Bioeng., 65: 1 [1999]). Recently, for hybridization, new methods have been developed that utilize primer extension to identify accessible sites in RNA. A target nucleic acid (eg, mRNA target nucleic acid) is contacted with a plurality of primers containing the 3 ′ region of the degenerate sequence, and a primer extension reaction is performed. If the target nucleic acid is an RNA molecule, the preferred enzyme utilized for the extension reaction is a reverse transcriptase that produces a DNA copy of the RNA template. The presence or absence of a folded structure in the target nucleic acid affects the initiation and / or efficiency of the extension reaction. The extension product of the primer is analyzed to create a map of accessible sites. For example, if a primer is complementary to a sequence related to a folded structure, a specific extension product does not occur. The region of the target nucleic acid where the primer cannot hybridize and no extension product is produced is considered an inaccessible site. In contrast, the extension product indicates that the primer was able to bind to an accessible region of the target nucleic acid. In the present specification, such a method is referred to as “reverse transcription by a random oligonucleotide library” or “RT-ROL” (HT Allawi et al., RNA 7 (2): 314-27 [2001]). . The use of physical measurements such as RT-ROL or array hybridization provides the most direct evidence of accessibility at sites on the RNA strand. In general, the INVADER assay for accessible regions produces a stronger signal for a given amount of RNA than the assay for less accessible regions of the RNA strand. For the detection of rare RNAs (eg, less than about 5,000 to 10,000 copies per INVADER assay reaction), or in assays where the best possible (ie lowest) detection limit is desired, RT-ROL or another physical It is beneficial to begin assay design by analyzing RNA structure using genetic analysis.

他の態様においては、LODの低いアッセイ法を構築することよりも、アッセイ法の設計が簡単であることのほうが、特に重要である。構造予測ソフトウェアを用いれば、RNAのどの部分が単一鎖となっており、プローブ・ハイブリダイゼーションに関してよりアクセス可能であるかを簡単に調べることができる。まず手始めに、検出するRNA配列を電子ファイルに入力する。これは、手作業で入力することもできるし、ファイル(例えば、配列データファイルもしくはワード・プロセッサー用のファイル)からインポートすることもできる。ある態様においては、該配列をGenBankまたはEMBL等のデータベースからダウンロードする。次に、mfold(Zucker, Science 244:48 [1989])、OligoWalk(Mathewsら、RNA 5:1458 [1999])およびそれら両方の変形(Sczakiel, Frontiers in Biosciences 5:194 [2000]; Patzelら、Nucleic Acids Res., 27:4328 [1999]; Waltonら、Biotechnol Bioeng., 65:1 [1999])等のプログラムを用いてRNA配列を解析することができる。   In other embodiments, it is particularly important that the assay design is simpler than building a low LOD assay. Using structure prediction software, you can easily determine which part of RNA is single-stranded and more accessible for probe hybridization. First, enter the RNA sequence to be detected into an electronic file. This can be entered manually or imported from a file (eg, a sequence data file or a word processor file). In some embodiments, the sequence is downloaded from a database such as GenBank or EMBL. Next, mfold (Zucker, Science 244: 48 [1989]), OligoWalk (Mathews et al., RNA 5: 1458 [1999]) and variants of both (Sczakiel, Frontiers in Biosciences 5: 194 [2000]; Patzel et al., Nucleic Acids Res., 27: 4328 [1999]; Walton et al., Biotechnol Bioeng., 65: 1 [1999]) and other programs can be used to analyze RNA sequences.

標的RNA構造の予測に関するmfold解析
mfold解析の出力を利用した複数の方法によって、RNA標的分子のアクセス可能な領域の同定を支援することができる。一態様においては、内部鎖の塩基対形成に対する関与が最も低い領域を同定するために、mfold プログラムを用いて、「SSカウント」ファイルを作製する。別の態様においては、mfold プログラムを用いて、「.ct」 ファイルを作製する。このファイルは、OligoWalk解析を実施する時に「RNAStructure3.5」で入力情報として利用する。好ましい態様においては、いずれかに利用する目的で、検出する配列をmfoldに入力する。好ましい態様においては、mfold解析で用いる設定としては、以下のようなものを含む。
・折り畳み温度:37℃(INVADER反応の実施温度が、これと同一温度でない場合でも)
・準至適%:5
・折り畳み数:50
・ウインドウ・パラメーター:既定
・対をなす塩基の最大距離:無制限
・バッチ折り畳みを選択する
・準備が終了した段階で、結果を送付するe-メール・アドレスを入力する
・解像度:高い
・構造フォーマット: 塩基
・塩基数頻度:既定
・構造の回転角:0
・構造に関するコメント: SSカウント
・1M NaCl(オーストラリアmfold インターネット・サイトのみ)
Mfold analysis for prediction of target RNA structure
Multiple methods using the output of mfold analysis can help identify accessible regions of RNA target molecules. In one embodiment, an “SS count” file is created using the mfold program to identify the regions that are least involved in internal chain base pairing. In another embodiment, the “.ct” file is created using the mfold program. This file is used as input information in RNAStructure 3.5 when performing OligoWalk analysis. In a preferred embodiment, the sequence to be detected is input to mfold for the purpose of use in either. In a preferred embodiment, settings used for mfold analysis include the following.
・ Folding temperature: 37 ℃ (even if INVADER reaction is not the same temperature)
・ Semi-optimal%: 5
・ Folding number: 50
・ Window parameter: Default ・ Maximum distance between paired bases: Unlimited ・ Select batch folding ・ Enter e-mail address to send the result when preparation is completed ・ Resolution: High ・ Structure format: Base / base frequency: default / rotation angle of structure: 0
・ Comments on structure: SS count ・ 1M NaCl (Australian mfold Internet site only)

結果の準備が終了した時点で、結果に関するウェブ・アドレスを含むe-メールのメッセージを送付する。以降のINVADERアッセイ法のプローブの設計分析に必要なファイルはSSカウントファイルのみであり、次にこれを、結果を含むページからダウンロードする。ヒト・ユビキチンのGenBankエントリーコード(#4506712)を用いたmfold解析の例を下記に示す。   When the results are ready, send an e-mail message containing a web address about the results. The only file required for subsequent INVADER assay design analysis is the SS count file, which is then downloaded from the page containing the results. An example of mfold analysis using the human ubiquitin GenBank entry code (# 4506712) is shown below.

アクセス可能部位を同定するためのSSカウント分析
次に、エクセルのスプレッドシート・ファイルにSSカウント・ファイルをインポートして、以下の選択肢から選択を行う。データの種類= 区切< Nextを押す>; 区切=選択(x)スペース;(x)複数の区切りを一回の<Nextを押す>で処理する。データ・ファーマットのカラム=一般。これらの選択肢を選択することによって、エクセルの3カ所のデータ・カラムにインポートされる(図39)。第一のカラムの最初の行は、該パラメーターの下でmfoldが見つけ出す安定構造の総数である。ユビキチンの例では、12種類の構造が見いだされた。
SS count analysis to identify accessible sites Next, import the SS count file into an Excel spreadsheet file and select from the following options: Data type = Delimiter <Press Next>; Delimiter = Select (x) Space; (x) Process multiple delimiters with a single <Press Next>. Data format column = general. By selecting these options, they are imported into three Excel data columns (Figure 39). The first row of the first column is the total number of stable structures that mfold finds under the parameter. In the example of ubiquitin, 12 different structures were found.

第一のカラムの残りは、1から番号付けされたRNAヌクレオチドの位置である。第二のカラムは、生のSSカウント数であり、対応する塩基が二次構造の一部として存在する不対塩基の数を表す。第3のカラムは、解析したRNAの配列であり、番号付けした各位置の塩基を識別する。より少ない構造体(すなわち、カラム2でより多い数に対応するカラム3に示した塩基)に関連した塩基を調べることによって、内部鎖が不対塩基である確率がより高く、従って、INVADERアッセイ法を利用して検出ができる可能性の高いmRNA(カラム1における位置番号で識別される)の領域を同定することができる。   The remainder of the first column is the positions of RNA nucleotides numbered from 1. The second column is the raw SS count and represents the number of unpaired bases where the corresponding base is present as part of the secondary structure. The third column is the analyzed RNA sequence and identifies the numbered base at each position. By examining the bases associated with fewer structures (ie, the bases shown in column 3 corresponding to the higher number in column 2), the internal chain is more likely to be an unpaired base, and therefore the INVADER assay Can be used to identify the region of mRNA (identified by the position number in column 1) that is likely to be detected.

データの見方の一つとして、RNAの10ヌクレオチドからなる鎖(Ave(10) 指数)に関するランニング平均値SSカウントを算出し、塩基対位置(例えば、 図48を参照のこと)に対するAve(10)指数を図にする。   One way to look at the data is to calculate the running average SS count for a 10-nucleotide strand of RNA (Ave (10) index) and Ave (10) for the base pair position (see, eg, Figure 48) Chart the index.

別のプロットとしては、mfoldによって見いだされる構造体の総数の割合(%)として表されるAve(10) 指数に対するヌクレオチド位置をグラフ化する(図39)。生のSSカウントの表では、Ave(10) 指数のより高いRNA領域は、予測折り畳み構造の数が少ないものに相関する。Ave(10)指数をチャートもしくはグラフにすることで、データの複雑度を低減でき、より長い非構造性である確率の高いRNA部分を見つけだすことができる。例えば、ユーザーは、ランニング平均値のグラフから、INVADERアッセイ法のプローブ設計に好適な領域の主なピーク面積をすべて取り出すことができる。このようにして、SSカウントの候補リストを作製する。ヒトのユビキチンの例では、主たるピークが1つ、それ以外のピーク約6つ見いだされる(図39)。   As another plot, the nucleotide positions are graphed against the Ave (10) index expressed as a percentage of the total number of structures found by mfold (Figure 39). In the raw SS count table, the RNA region with the higher Ave (10) index correlates with the lower number of predicted folded structures. By charting or graphing the Ave (10) index, you can reduce the complexity of the data, and find the more probable RNA parts that are longer unstructured. For example, the user can retrieve all the main peak areas in the region suitable for INVADER assay probe design from the running average graph. In this way, a candidate list for SS count is created. In the case of human ubiquitin, one main peak is found, and about 6 other peaks are found (FIG. 39).

次の工程では、各ピーク面積内の生の(すなわち、ランニング平均値ではない)SSカウント・データに戻って参照し、ランニング平均値の値が変化する残基を同定する。これは、局所的 「ターン」 であり、一般的に、アッセイ法のプローブ・セットの切断部位に位置する良好な候補残基である。例えば、ヒト・ユビキチンでは、全体的にアクセス可能な領域内にある小さな局所的ターンに残基G119が 見いだされる(図40)。この位置に切断部位を有するINVADERアッセイ法のプローブ・セットは、このRNAの検出において良好な性能を示す。G114はより高い %Ave(10)値を有しているが、切断部位をG114に設定しも、検出がより良好となるものではなかった。本発明を特定の機構に限定することなく、また本発明の実施に機構の理解は不必要であるが、G119の位置に比較して、この領域のプローブまたはINVADERオリゴヌクレオチドに対するアクセス可能性がより低いことが、その原因である可能性が高い。   In the next step, we return to the raw (ie not running average) SS count data within each peak area and refer to it to identify residues whose running average value changes. This is a local “turn” and is generally a good candidate residue located at the cleavage site of the assay probe set. For example, in human ubiquitin, residue G119 is found in a small local turn in a globally accessible region (Figure 40). The INVADER assay probe set with a cleavage site at this position shows good performance in detecting this RNA. Although G114 has a higher% Ave (10) value, setting the cleavage site to G114 did not result in better detection. Without limiting the present invention to a particular mechanism, and understanding the mechanism for carrying out the present invention is unnecessary, there is more accessibility to the probe or INVADER oligonucleotide in this region compared to the position of G119. Low is likely the cause.

アクセス可能な部位の同定に関するRNAStructure3.5を利用したOligoWalk構造予測
ある態様においては、ソフトウェア 「RNAStructure」(Mathewsら、RNA 5:1458 [1999])のモジュールであるプログラムOligoWalkを利用して、オリゴヌクレオチド結合に関しアクセス可能性のより高い部位の選択を行う。OligoWalkでは、RNAの二次構造予測(Zucker, Science 244:48 [1989])のmfold に基づくアルゴリズムにおいて、RNAおよびDNA、ならびにそれらのハイブリッドに熱力学パラメーターのセットを利用する(AllawiおよびSantaLucia、Biochemistry 36:10581 [1997]; Mathewsら、J. Mol. Biol, 288:911 [1999]; Sugimotoら、Biochemistry 34:11211 [1995])。OligoWalkは、RNA標的もしくはアンチセンス・オリゴヌクレオチドにおいて、いかなる構造モチーフをも切断する熱力学を考慮することによって、アンチセンス・オリゴマーのRNAに対するハイブリダイゼーション全体の熱力学を推定し、アンチセンス・オリゴヌクレオチドの設計において最も好適なRNA標的の領域を予測する設計となっている。標的に対するオリゴマーの親和性は、自己構造化オリゴマーおよびオリゴマー-標的複合体に結合する標的の全ギッブス自由エネルギー変化として表される。この自由エネルギーは、通常、負の数であり、好適な結合を表し、「kcal/mol」単位で表現される。シグナル・プローブの検体特異的領域の長さにおける平均値と類似した8〜15塩基のオリゴヌクレオチド・サイズを用いてOligoWalk 解析を実施する。RNAの長さに対し全結合エネルギーをプロットし、グラフのピークと谷を得る。負の最小値は、一般的にオリゴヌクレオチドの結合に関して最も好適な部位を示す。最もアクセス不能な領域は、正の結合エネルギー値を有し、一般的にアッセイ法のプローブを設計するには好ましくない部位である。
OligoWalk structure prediction using RNAStructure 3.5 for identification of accessible sites In one embodiment, oligonucleotide OligoWalk is a program that is a module of the software “RNAStructure” (Mathews et al., RNA 5: 1458 [1999]). Select sites that are more accessible for binding. OligoWalk uses a set of thermodynamic parameters for RNA and DNA and their hybrids in an mfold-based algorithm for RNA secondary structure prediction (Zucker, Science 244: 48 [1989]) (Allawi and SantaLucia, Biochemistry 36: 10581 [1997]; Mathews et al., J. Mol. Biol, 288: 911 [1999]; Sugimoto et al., Biochemistry 34: 11211 [1995]). OligoWalk estimates the overall thermodynamics of antisense oligomers to RNA by taking into account the thermodynamics of cleaving any structural motif in the RNA target or antisense oligonucleotide, and the antisense oligonucleotide In this design, the most suitable RNA target region is predicted. The affinity of the oligomer for the target is expressed as the total Gibbs free energy change of the target binding to the self-structured oligomer and the oligomer-target complex. This free energy is usually a negative number, represents a suitable bond, and is expressed in units of “kcal / mol”. OligoWalk analysis is performed using an oligonucleotide size of 8-15 bases similar to the average length of the analyte-specific region of the signal probe. Plot total binding energy against RNA length to obtain the peaks and troughs of the graph. A negative minimum generally indicates the most preferred site for oligonucleotide binding. The most inaccessible areas have positive binding energy values and are generally unfavorable sites for designing assay probes.

好ましい態様においては、RNAStructure3.5のOligoWalkモジュールを用いて、以下の設定を用いた8塩基の OligoWalkを実施し、結合エネルギーを決定する。
・破壊的局所構造
・準至適構造を含む
・オリゴ長:8ヌクレオチド
・オリゴの濃度:100nM
・オリゴの種類:DNA
・全標的RNAのウオークを実施
In a preferred embodiment, the RNA energy 3.5 OligoWalk module is used to perform an 8-base OligoWalk using the following settings to determine the binding energy.
-Destructive local structure-Includes quasi-optimal structure-Oligo length: 8 nucleotides-Oligo concentration: 100 nM
・ Oligotype: DNA
・ Walk all target RNAs

これらのパラメーターをセットしたら、折り畳み(mfoldの「.ct」 出力ファイル)を行う配列のファイルを選択し開く。配列の折り畳みを実施すれば、出力メニューを用いて報告書を作製することができる。報告書をエクセルにインポートし、上記で作製したデータをプロットする。好ましい態様においては、OligoWalk データを、SSカウント・データと共にグラフ化する。自由エネルギー最小値(すなわち、負の最大数)を示す領域は、通常、ハイブリダイゼーションに関してアクセス可能である可能性が高い。好ましい態様においては、プローブ・オリゴヌクレオチドの3'末端および標的結合領域の大部分は標的RNAのアクセス可能な領域に相補する。特に好ましい態様においては、対応するINVADERオリゴヌクレオチドに関する結合部位の大部分は、同一のアクセス可能な領域に存在する。別の好ましい態様においては、INVADERオリゴヌクレオチドに関する結合部位は、近傍のアクセス可能な領域に存在する。   Once these parameters are set, select and open the sequence file to be folded (mfold ".ct" output file). Once the array is folded, a report can be generated using the output menu. Import the report into Excel and plot the data generated above. In a preferred embodiment, OligoWalk data is graphed with SS count data. Regions that exhibit a free energy minimum (ie, a negative maximum number) are usually likely to be accessible for hybridization. In a preferred embodiment, the 3 'end of the probe oligonucleotide and the majority of the target binding region are complementary to the accessible region of the target RNA. In particularly preferred embodiments, the majority of the binding sites for the corresponding INVADER oligonucleotide are in the same accessible region. In another preferred embodiment, the binding site for the INVADER oligonucleotide is in a nearby accessible region.

通常、アクセス可能性のより低い部位にINVADERオリゴヌクレオチドが結合する位置に設定できる。本発明を特定の機構に限定することなく、一般的に、INVADERオリゴヌクレオチドは、INVADERアッセイ反応で用いるプローブ・オリゴヌクレオチドよりも長いことが知られている。なぜならば、通常、反応温度で標的に結合したままの状態を保つように設計し、対応するプローブよりも、約12〜15℃高いTmを有するように選択するためである。従って、INVADERオリゴヌクレオチドは、局所的標的構造をより容易に切断するため、標的結合部位のアクセス可能性に対する依存性がより低くなる。 Usually, it can be set at a position where the INVADER oligonucleotide binds to a site with lower accessibility. Without limiting the present invention to a particular mechanism, it is generally known that INVADER oligonucleotides are longer than probe oligonucleotides used in INVADER assay reactions. This is because it is usually designed to remain bound to the target at the reaction temperature and is selected to have a T m of about 12-15 ° C. higher than the corresponding probe. Therefore, INVADER oligonucleotides are less dependent on the accessibility of target binding sites because they more easily cleave local target structures.

INVADERアッセイ法のオリゴヌクレオチドを設計するために、アクセス可能な部位から選択を行う場合には、該部位の塩基組成も考慮する。アッセイ・オリゴヌクレオチドに関する結合部位のいずれかの部位において、一列に同一のヌクレオチドの繰り返しが4もしくは5ヌクレオチドを超えるもの(例えば、...AAAA...または...CCCC...) は、アッセイ法におけるプローブ・セットの性能を低下させる(例えば、バックグラウンドを増加させる、もしくは特異性を低下させることによって)ことが知られている。従って、好ましい態様においては、通常、4塩基あるいはそれ以上の繰り返しを含むものをさける。プローブ・セットにおけるオリゴヌクレオチドの長さに対する塩基組成の影響についても考慮する。多くの場合、ATに富んだ配列を標的とする場合には、与えられた温度で反応させるときに、A-TおよびG-C塩基の分布がより均一である配列を標的とするオリゴヌクレオチドの長さと比較して、より長いオリゴヌクレオチドを用いる必要がある。より長いオリゴヌクレオチドは、内部鎖構造および二量体構造を形成する傾向がある。従って、検出領域が可能であれば、標的領域のA-T塩基およびG-C塩基の分布がほぼ同一である(すなわち、約50%のG-C含量)ことが好ましい。特に好ましい態様においては、結合部位を通じて、A-TおよびG-Cの位置分布が均一に分布する(例えば、半分がすべてA-Tで、残りの半分が全部G-Cであるというようなことがないもの)。   When designing an oligonucleotide for an INVADER assay, when selecting from accessible sites, the base composition of the site is also considered. Any of the binding sites for the assay oligonucleotide that have more than 4 or 5 nucleotide repeats in a row (eg ... AAAA ... or ... CCCC ...) It is known to reduce the performance of a probe set in an assay (eg, by increasing background or reducing specificity). Thus, in a preferred embodiment, ones that normally contain 4 bases or more repeats are avoided. Also consider the effect of base composition on the length of the oligonucleotide in the probe set. In many cases, when targeting an AT-rich sequence, when reacting at a given temperature, compare the length of the target oligonucleotide to a sequence with a more uniform distribution of AT and GC bases. Thus, it is necessary to use longer oligonucleotides. Longer oligonucleotides tend to form internal chain and dimeric structures. Therefore, if a detection region is possible, it is preferred that the distribution of A-T bases and G-C bases in the target region is approximately the same (ie, a G-C content of about 50%). In a particularly preferred embodiment, the position distribution of A-T and G-C is uniformly distributed throughout the binding site (eg, no half is A-T and the other half is G-C).

ii.選択性に基づく標的部位の選択
ある態様においては、相同の高いもしくは密接に関連したRNA標的(すなわち、配列が非常に類似した標的)を調べためにプローブ・セットを設計する。このような態様においては、例えば、MEGALIGN(DNAstar Madison, WI)等の並列化プログラムを用いて、RNAもしくは相同なcDNA配列を比較する。
ii. Selection of Target Sites Based on Selectivity In some embodiments, probe sets are designed to examine highly homologous or closely related RNA targets (ie, targets that are very similar in sequence). In such an embodiment, RNA or homologous cDNA sequences are compared using a parallelization program such as MEGALIGN (DNAstar Madison, WI).

ある態様においては、スプライス部位を検出するプローブ・セットを設計することによって選択性が得られる。NCBIのウェブ・サイト(BLAST2配列)でBLASTメニューを利用した並列化プログラム(例えば、 MEGALIGN)を用いて、cDNAと遺伝子配列を並列化することによってスプライス部位を同定することができる。また、スプライス部位は、GenBankの報告(イントロン/エクソン部位)にリストされていることも多い。プローブおよびINVADERオリゴヌクレオチドがコード鎖(mRNA)に相補的であり、通常、切断部位ができる限るスプライス部位に近くなるように、INVADERアッセイ法のオリゴヌクレオチド・セットを設計する。ある態様においては、mRNA内の異なるスプライス部位のアクセス可能性を、上記のようにして解析する。好ましい態様においては、プローブ・セットを設計して、同一RNA標的内の他のスプライス部位のアクセス可能性と比較してアクセス可能性がより高い一カ所以上のスプライス部位を検出する。   In some embodiments, selectivity is obtained by designing a probe set that detects splice sites. Splice sites can be identified by parallelizing cDNA and gene sequences using a parallelization program (eg, MEGALIGN) using the BLAST menu on the NCBI website (BLAST2 sequence). Also, splice sites are often listed in GenBank reports (intron / exon sites). The INVADER assay oligonucleotide set is designed so that the probe and INVADER oligonucleotide are complementary to the coding strand (mRNA) and the cleavage site is usually as close to the splice site as possible. In some embodiments, the accessibility of different splice sites within the mRNA is analyzed as described above. In a preferred embodiment, a probe set is designed to detect one or more splice sites that are more accessible compared to the accessibility of other splice sites within the same RNA target.

標的RNAに関連したRNAの検出を排除する設計の態様においては、標的を区別する他の類似した配列と比較して標的RNAに独特な塩基を同定する目的で配列を検討する。通常、特有な塩基は、プローブ・オリゴヌクレオチドの標的特異的領域の5'末端にハイブリダイズするように配置する。ある態様においては、二つの隣接する塩基が、関連したRNAと比較して標的に独特である。標的RNAの適当にアクセス可能な部分に、二つの特有な塩基が隣接して存在すれば、プローブおよびINVADERオリゴヌクレオチド・セットを設計する周囲の部位にこれらの塩基を利用することが好ましい。ある態様においては、プローブとの間に形成される二つの塩基対間にプローブの切断部位が存在するように、これら二つの特有な塩基を配置する。他の態様においては、特有な塩基の一方が、INVADERオリゴヌクレオチドのハイブリダイゼーション部位の最後部に存在する(すなわち、INVADERオリゴヌクレオチド の3'末端の最後から2番目の残基と塩基対形成する位置)。   In a design embodiment that eliminates the detection of RNA associated with the target RNA, the sequence is examined in order to identify unique bases in the target RNA relative to other similar sequences that distinguish the target. Usually, the unique base is positioned to hybridize to the 5 ′ end of the target specific region of the probe oligonucleotide. In some embodiments, two adjacent bases are unique to the target compared to the associated RNA. If two unique bases are present adjacent to a suitably accessible portion of the target RNA, it is preferable to utilize these bases in the surrounding sites for designing probes and INVADER oligonucleotide sets. In some embodiments, these two unique bases are positioned so that there is a probe cleavage site between the two base pairs formed with the probe. In other embodiments, one of the unique bases is present at the end of the hybridization site of the INVADER oligonucleotide (ie, the position that base pairs with the penultimate residue at the 3 ′ end of the INVADER oligonucleotide). ).

ある態様においては、標的RNAと類似しているが同一ではないRNAの検出を、アッセイが含むように設計する。アッセイが包括的検出を行うように設計されている場合には、比較する配列を調べて、完全な相同性を有する部位を同定する。同一種もしくは種間で相同な配列を検出する目的でこのような設計を行うことができる。通常、プローブ・オリゴヌクレオチドのハイブリダイゼーション標的として、最も相同な領域を選択する。通常、ある程度の変異は許容され得る。例えば、それが、プローブの標的特異的領域の5'末端にハイブリダイズする塩基でない場合が該当する。ある態様においては、INVADERアッセイ法のオリゴヌクレオチドにおいて縮重した塩基の利用によって、変異が生じる(例えば、合成プローブ、INVADERおよび/もしくはスタッカー・オリゴヌクレオチド内の位置に塩基の混合物を用い、該混合物が、関連する標的RNAの集合に存在する特異的塩基の混合物を相補するように選択する)。   In some embodiments, the assay is designed to include detection of RNA that is similar but not identical to the target RNA. If the assay is designed for comprehensive detection, the sequences to be compared are examined to identify sites with complete homology. Such a design can be performed for the purpose of detecting a sequence homologous between the same species or between species. Usually, the most homologous region is selected as a hybridization target for the probe oligonucleotide. Usually, some variation can be tolerated. For example, this is the case if it is not a base that hybridizes to the 5 'end of the target specific region of the probe. In some embodiments, the use of a degenerate base in an oligonucleotide of an INVADER assay results in a mutation (e.g., using a mixture of bases at positions within a synthetic probe, INVADER and / or a stacker oligonucleotide, the mixture being , Select to complement a mixture of specific bases present in the set of related target RNAs).

iii.オリゴヌクレオチド設計
a.標的特異的領域: 長さおよび融解温度
オリゴヌクレオチドの設計に関して上記の節I(a)に記載したように、ある態様においては、検体特異的領域の長さは、反応を実施する温度によって決まる。所望の位置(例えば、標的RNAにおける変異の位置もしくはスプライス部位、またはOligoWalk解析において自由エネルギーの値が低い部位)から出発して、算出した至適反応温度(Tmプラス酵素および他の反応条件効果を補償する塩の補正分)が所望の反応温度に一致するまで、ASRの長さを1塩基対ずつ増加させる反復法を用いる。通常、スタッキング・オリゴヌクレオチドを用いない場合には、算出したTmが約60℃であり、スタッキング・オリゴヌクレオチドを用いた場合には(スタッキング・オリゴヌクレオチドは、通常、隣接するプローブオリゴヌクレオチドのTmを約5〜15℃上昇させる)、Tmが約50〜55℃であるASRとなるように、プローブを選択する。変異もしくはスプライス部位の位置が出発点となる場合には、プローブの3'末端に付加する。あるいは、プローブの3'末端が最もアクセス可能な部位に位置する場合には、5'方向に付加する。スタッカー・オリゴヌクレオチドを用いる態様においては、スタッカー・オリゴヌクレオチドの5'塩基に対し安定なスタッキング相互作用をするインターフェイスを有する3'塩基を含むようにプローブを設計することが好ましい。同軸スタッキングの安定性は、スタッキング塩基の同一性に大きく依存する。全体的には、同軸スタッキングの定性の傾向は、以下の順に従って減少する:

Figure 0005661071
スタッカーを利用する他の態様においては、安定性のより低いスタッキング相互作用が好ましい。このような場合には、プローブの3'塩基および/もしくはスタッカーの5'塩基を、スタッキング相互作用がより不安定になるように選択する。ある態様においては、プローブの3'塩基および/もしくはスタッカーの5'塩基を、標的鎖に関してミスマッチを有し、スタッキング相互作用の強度を低下させるように選択する。 iii. Oligonucleotide design
a. Target Specific Region: Length and Melting Temperature As described in Section I (a) above for oligonucleotide design, in some embodiments, the length of the analyte specific region depends on the temperature at which the reaction is performed. Calculated optimal reaction temperature ( Tm plus enzyme and other reaction condition effects) starting from the desired position (eg, mutation position or splice site in target RNA, or site with low free energy value in OligoWalk analysis) An iterative method is used in which the length of the ASR is increased by one base pair until the salt correction to compensate for matches the desired reaction temperature. Usually, when the stacking oligonucleotide is not used, the calculated T m is about 60 ° C., and when the stacking oligonucleotide is used (the stacking oligonucleotide is usually the T of the adjacent probe oligonucleotide). m is increased by about 5-15 ° C.), and the probe is selected to be an ASR with T m of about 50-55 ° C. If the position of the mutation or splice site is the starting point, add it to the 3 'end of the probe. Alternatively, if the 3 ′ end of the probe is located at the most accessible site, it is added in the 5 ′ direction. In the embodiment using the stacker oligonucleotide, it is preferable to design the probe so as to include a 3 ′ base having an interface having a stable stacking interaction with the 5 ′ base of the stacker oligonucleotide. The stability of coaxial stacking is highly dependent on the identity of the stacking base. Overall, the qualitative trend of coaxial stacking decreases according to the following order:
Figure 0005661071
In other embodiments utilizing a stacker, less stable stacking interactions are preferred. In such cases, the 3 ′ base of the probe and / or the 5 ′ base of the stacker is selected so that the stacking interaction is more unstable. In some embodiments, the 3 ′ base of the probe and / or the 5 ′ base of the stacker is selected to have a mismatch with respect to the target strand and reduce the strength of the stacking interaction.

INVADERオリゴヌクレオチドの設計にも、同一原理を用いる。簡単に説明すると、N位から出発して、次に、INVADER-標的ハイブリッドの安定性がプローブのそれを上回る(および、従って、計画したアッセイ反応温度)まで、残基N-1から開始する標的RNAに相補的な付加的残基を上流方向に付加する。好ましい態様においては、INVADER-標的ハイブリッドの安定性は、プローブのそれを12〜15℃上回る。通常、75℃に近いTmとなるようにINVADERオリゴヌクレオチドを選択する。INVADERCREATOR(Third Wave Technologies, Madison, WI)もしくはオリゴヌクレオチド5.0等のソフトウェアを利用して、このような計算の支援を行うこともできる。 The same principle is used for the design of INVADER oligonucleotides. Briefly, starting from position N, then starting from residue N-1 until the stability of the INVADER-target hybrid exceeds that of the probe (and thus the planned assay reaction temperature) Additional residues complementary to the RNA are added upstream. In a preferred embodiment, the stability of the INVADER-target hybrid is 12-15 ° C. above that of the probe. Usually, the INVADER oligonucleotide is selected so that the T m is close to 75 ° C. Such calculations can be supported using software such as INVADERCREATOR (Third Wave Technologies, Madison, Wis.) Or Oligonucleotide 5.0.

スタッキング・オリゴヌクレオチドを用いる場合には、類似した設計原理を利用する。通常、プローブ・オリゴヌクレオチドの3'末端に隣接した部位でハイブリダイズし、形成したスタッカー/標的ヘリックスが、プローブ/標的ヘリックスと同軸的にスタック可能に、スタッキング・オリゴヌクレオチドを設計する。天然の塩基を用いた場合の計算において算出したTmが約60〜65℃となるように、配列を選択する。しかしながら、通常、2'-O-メチル・ヌクレオチドのみを用いてスタッキング・オリゴヌクレオチドを合成し、従って、75℃に近い実際のTmに関しては、実際のTmは算出したものより塩基当たり約0.8℃高くなる。 Similar design principles are utilized when using stacking oligonucleotides. Usually, the stacking oligonucleotide is designed such that the stacker / target helix that hybridizes at the site adjacent to the 3 ′ end of the probe oligonucleotide and the formed stacker / target helix can be coaxially stacked with the probe / target helix. The sequence is selected so that the T m calculated in the calculation using a natural base is about 60 to 65 ° C. However, stacking oligonucleotides are usually synthesized using only 2′-O-methyl nucleotides, and therefore for an actual T m close to 75 ° C., the actual T m is about 0.8 per base than calculated. ℃ higher.

ある態様においては、第二の反応にARRESTORオリゴヌクレオチドを含む。第一のプローブと第二の標的鎖間の相互作用を排除する目的で、第二の反応において第一の反応に由来する残存非切断プローブを隔離するために、ARRESTORオリゴヌクレオチドを利用する。ARRESTORオリゴヌクレオチドは、通常、2'-O-メチル化されており、個々のプローブの標的特異的領域すべてに対し本質的に相補的である部分、およびプローブのフラップ領域(例えば、+1塩基からアームの5'末端方向へカウントした6ヌクレオチド)の少なくとも一部と相補的である部分を含む。   In some embodiments, the second reaction includes an ARRESTOR oligonucleotide. In order to eliminate the interaction between the first probe and the second target strand, the ARRESTOR oligonucleotide is utilized to sequester the remaining uncleaved probe from the first reaction in the second reaction. ARRESTOR oligonucleotides are usually 2'-O-methylated, are essentially complementary to all target-specific regions of individual probes, and probe flap regions (eg, from +1 base to arm 6 nucleotides counted toward the 5 ′ end of the first portion).

b.非相補領域
プローブの5'アームの選択
プローブの非相補的アームが存在する場合には、これを好適に選択し(上記の方法による反復工程で)、第二の反応を特定の反応温度で実施することができる。第二の反応においては、第二のプローブは通常繰り返し利用され、切断した5'アーム(INVADERオリゴヌクレオチドとして働く)を第二の標的鎖に安定に結合させることが必要である。
b. Non-complementary region Selection of the 5 'arm of the probe If a non-complementary arm of the probe is present, this is preferably selected (in the repetitive step according to the above method) and the second reaction is carried out at the specific reaction temperature. can do. In the second reaction, the second probe is usually used repeatedly and it is necessary to stably bind the cleaved 5 ′ arm (acting as an INVADER oligonucleotide) to the second target strand.

INVADERオリゴヌクレオチドの3'末端のミスマッチの選択
好ましい態様においては、INVADERオリゴヌクレオチドの3'塩基は、標的鎖と相補的ではなく、以下の優先順位(INVADERオリゴヌクレオチド3'塩基/標的塩基としてリストしてある)で選択する。
標的中のC:C/C>A/C>T/C>G/C
標的中のA:A/A>C/A>G/A>T/A
標的中のG:A/G>G/G>T/G>C/G
標的中のU:C/U>A/U>T/U>G/U
Selection of mismatches at the 3 ′ end of the INVADER oligonucleotide In a preferred embodiment, the 3 ′ base of the INVADER oligonucleotide is not complementary to the target strand and is listed in the following order of preference (INVADER oligonucleotide 3 ′ base / target base: Select).
C in target: C / C> A / C> T / C> G / C
A in target: A / A> C / A> G / A> T / A
G in target: A / G> G / G> T / G> C / G
U in target: C / U> A / U> T / U> G / U

c.折り畳みおよび二量体解析
ある態様においては、標的RNAの非存在下における分子間および内部分子の可能な構造形成に関して、INVADERアッセイ法に利用するオリゴヌクレオチドを検討する。通常、これは、予測される分子間および内部分子の相互作用が少ないプローブのアッセイ法にとって好ましい。ある態様においては、このような解析に、プログラム OLIGO(例えば、 OLIGO 5.0, Molecular Biology Insights, Inc., Cascade, CO)を利用する。他の態様においては、解析にプログラム mfold を利用する。さらに別の態様においては、二量体解析にRNAStructureプログラムを利用することができる。次の節では、INVADERアッセイ法のオリゴヌクレオチドの解析に関するこれらのプログラムの使用について、順次説明を行う。
c. Folding and dimer analysis In one embodiment, the oligonucleotides utilized in the INVADER assay are considered for possible intermolecular and internal molecular formation in the absence of the target RNA. This is usually preferred for probe assays with less predicted intermolecular and internal molecular interactions. In one embodiment, the program OLIGO (eg, OLIGO 5.0, Molecular Biology Insights, Inc., Cascade, CO) is utilized for such analysis. In another embodiment, the program mfold is used for the analysis. In yet another embodiment, the RNAStructure program can be used for dimer analysis. In the next section, the use of these programs for analysis of oligonucleotides in the INVADER assay will be described in turn.

プローブ構造および相互作用の予測に関するOLIGO 5.0 解析
OLIGO 5.0を用いたINVADERオリゴヌクレオチドの解析は、以下の工程を含む。メニューの選択はすべて、大文字で示す。
OLIGO 5.0 analysis of probe structure and interaction prediction
Analysis of INVADER oligonucleotide using OLIGO 5.0 includes the following steps. All menu choices are shown in capital letters.

1.OLIGO 5.0 を開始して、解析する個々のmRNAに関する配列ファイルを開く。以下の選択からなるメニューを用いて行う。
・FILE->NEWを選択
・利用可能な最長の配列をペーストする
・ACCEPT & QUIT(F6)を選択
1. Start OLIGO 5.0 and open a sequence file for each mRNA to be analyzed. This is done using a menu consisting of the following choices:
・ Select FILE-> NEW ・ Paste the longest available sequence ・ Select ACCEPT & QUIT (F6)

2.プログラムの設定を既定値にする
FILE->RESET->ORIGINAL DEFAULTSを選択
2. Make program settings default
Select FILE->RESET-> ORIGINAL DEFAULTS

3.プローブ・オリヌクレオチドを同定する
・16ヌクレオチド程度のOLIGO LENGTHを選択する(ctrl-L キーを用いてこの選択肢メニューを開く)。
・3'末端が切断部位の候補残基のところに来るまで、Current Oligoの5'末端を示すカーソルを動かす。
・二量体およびヘアピン形成の程度を大まかに決定するために、ANALYSE->DUPLEX FORMATION->CURRENT OLIGO(ctrl-D)を選択。
・検査領域の長さが所望の反応温度に対応することを確認する(例えば、 発明の詳細な説明のI(c)、反応条件の最適化に記載の方法によるTmの計算を利用することによる)。
・OLIGO 5.0「LOWER」のボタンを選択して、アンチセンス配列をコピーする(これは、実際のプローブ・オリゴヌクレオチドの検体特異的領域となり、RNA鎖に対してアンチセンスである)。
・データベース・ファイルへのインポート。
・コンピューター・メモリに保存する。
3. Identify the probe or oligonucleotide. • Select OLIGO LENGTH of about 16 nucleotides (use the ctrl-L key to open this option menu).
• Move the cursor indicating the 5 'end of the Current Oligo until the 3' end is at the candidate residue at the cleavage site.
• Select ANALYSE-> DUPLEX FORMATION-> CURRENT OLIGO (ctrl-D) to roughly determine the extent of dimer and hairpin formation.
Confirm that the length of the test area corresponds to the desired reaction temperature (eg, use the calculation of T m by the method described in I (c) of the detailed description of the invention, optimization of reaction conditions) by).
Select the OLIGO 5.0 “LOWER” button to copy the antisense sequence (this is the analyte-specific region of the actual probe oligonucleotide and is antisense to the RNA strand).
• Import into a database file.
・ Save to computer memory.

4.INVADERオリゴヌクレオチドを同定する
・工程3で同定したプローブ・オリゴヌクレオチドに隣接する配列を選択する。
・OLIGO LENGTHに関して、約24 ヌクレオチドを選択する。
・検査領域の長さが所望の反応温度に対応することを確認する(例えば、発明の詳細な説明のI(c)、反応条件の最適化に記載の方法によるTmの計算を利用することにより、INVADERオリゴヌクレオチドについては約75℃である)。OLIGO 5.0「LOWER」のボタンを選択して、対応するアンチセンス配列(これは、実際のINVADERオリゴヌクレオチドの検体特異的領域である)をコピーする。
・データベース・ファイルへのインポート。
・コンピューター・メモリに保存する。
4. Identify the INVADER oligonucleotide • Select the sequence adjacent to the probe oligonucleotide identified in step 3.
• For OLIGO LENGTH, select approximately 24 nucleotides.
Confirm that the length of the test area corresponds to the desired reaction temperature (eg, using the calculation of T m by the method described in I (c) of the detailed description of the invention, optimization of reaction conditions) (About 75 ° C. for INVADER oligonucleotides). Select the OLIGO 5.0 “LOWER” button to copy the corresponding antisense sequence (which is the analyte-specific region of the actual INVADER oligonucleotide).
• Import into a database file.
・ Save to computer memory.

5.切断したアーム配列の付加と INVADERオリゴヌクレオチドのミスマッチ配列
・上流プライマーとしてのプローブ・オリゴヌクレオチドをエクスポートする。
・下流プライマーとしてのINVADERオリゴヌクレオチドをエクスポートする。
・候補アーム配列(例えば、上記のようにして選択したもの)を付加するために、EDIT UPPER PRIMER を実行する。
・アーム配列が新たな二次構造(上記のようにして解析したもの)を形成しないことを確認する。
・切断部位(上記に示したこのミスマッチ塩基に関する指針に従い選択したもの)に重複する3'ミスマッチのヌクレオチドに付加するために、EDIT LOWER PRIMERを実行する。
・「印刷/保存の選択肢」のボックスにおいて、上流プライマーおよび下流プライマーをすべて選択する。
・上流(プローブ)および下流(INVADER) オリゴヌクレオチドの PRINT ANALYSIS、ならびに安定な二次構造を欠いていることを確認する。
・プログラムを停止する前に、mRNA 配列およびオリゴヌクレオチド配列のデータベース・ファイルの両方を保存する。
5. Export the cleaved arm sequence and the INVADER oligonucleotide mismatch sequence / probe / oligonucleotide as upstream primer.
Export the INVADER oligonucleotide as a downstream primer.
• Run EDIT UPPER PRIMER to add candidate arm sequences (eg, selected as described above).
Confirm that the arm sequence does not form a new secondary structure (analyzed as described above).
Run EDIT LOWER PRIMER to add 3 'mismatched nucleotides that overlap the cleavage site (selected according to the guidelines for this mismatched base shown above).
In the “Print / Save Options” box, select all of the upstream and downstream primers.
• Confirm upstream (probe) and downstream (INVADER) oligonucleotide PRINT ANALYSIS and lack of stable secondary structure.
Save both mRNA and oligonucleotide sequence database files before stopping the program.

通常、-6ΔGよりも安定性の低い、分子内部形成を有することが検出されたオリゴヌクレオチドが好ましい。安定性のより低い構造は、CLEAVASE酵素の基質となりづらいので、このような構造の切断はバックグラウンド・シグナルに寄与する可能性は低い。親和性が互いに低いプローブおよびINVADERオリゴヌクレオチドは、標的への結合により利用可能であり、最高のサイクリング効率が得られる。   In general, oligonucleotides that have been detected to have intramolecular formation that are less stable than -6ΔG are preferred. Since less stable structures are less likely to be substrates for the CLEAVASE enzyme, cleavage of such structures is unlikely to contribute to the background signal. Probes and INVADER oligonucleotides with low affinity for each other are available for binding to the target and give the highest cycling efficiency.

二量体化プローブ(すなわち、プローブ分子が別のプローブ分子とハイブリダイズしたプローブ)のTmは、標的とハイブリダイズしたプローブのTmよりも理想的に低く、INVADERアッセイ反応を通常実施する高い温度でプローブが選択的に標的配列にハイブリダイズすることができる。同様に、自身もしくはプローブ分子にハイブリダイズした INVADERオリゴヌクレオチドのTmは、INVADERオリゴヌクレオチド/標的のTmよりも低くなくてはならない。二量体のTm(すなわち、プローブ/プローブおよびプローブ/INVADERオリゴヌクレオチド)は25℃もしくはそれ以下であり、予定の反応温度で形成する確率を低下させることが好ましい。 The T m of a dimerization probe (ie, a probe molecule that hybridizes to another probe molecule) is ideally lower than the T m of a probe that hybridizes to the target and is usually high for performing INVADER assay reactions At temperature, the probe can selectively hybridize to the target sequence. Similarly, the T m of a hybridized INVADER oligonucleotide itself or probe molecules, should be lower than the T m of INVADER oligonucleotide / target. The dimer's T m (ie, probe / probe and probe / INVADER oligonucleotide) is preferably 25 ° C. or lower, preferably reducing the probability of formation at the intended reaction temperature.

これらの複合体のそれぞれに関する融解温度は、上記の発明の詳細な説明のI(c)の反応条件の最適化に記載の方法、あるいはOLIGOソフトウェアを用いて決定することができる。上記に概説した工程に従いRNAの部位およびINVADERアッセイ法のオリゴヌクレオチド・セットの候補を複数選択した後、好ましい選択規則に応じた程度、例えば、SSカウントの平均値プロット(ピーク、谷、それ以外)における位置、ならびにプローブおよびINVADERオリゴヌクレオチド相互作用のエネルギー予測に従い、候補オリゴヌクレオチド・セットのランク付けを実施することができる。ある態様においては、該ランク付けしたプローブ・セットを、ランクの順に試験し、RNA INVADERアッセイにおいて好適な性能を有する1つあるいは複数のセットを同定する。他の態様においては、複数の上位ランクのセット(例えば、2つ、3つもしくはそれ以上)を選択して試験し、好適なもしくは所望の性能を有する1つまたは複数のセットを迅速に同定する。   The melting temperature for each of these complexes can be determined using the method described in I (c) Optimization of reaction conditions in the detailed description of the invention above, or OLIGO software. After selecting multiple RNA site and INVADER assay oligonucleotide set candidates according to the steps outlined above, a degree according to the preferred selection rule, eg, mean value plot of SS counts (peak, valley, otherwise) Ranking of candidate oligonucleotide sets can be performed according to the position in and the energy prediction of the probe and INVADER oligonucleotide interactions. In certain embodiments, the ranked probe sets are tested in rank order to identify one or more sets that have suitable performance in an RNA INVADER assay. In other embodiments, multiple higher rank sets (eg, 2, 3 or more) are selected and tested to quickly identify one or more sets with suitable or desired performance. .

プローブ構造 Mfold 解析と相互作用予測
プローブの解析とINVADERオリゴヌクレオチドの相互作用は、マイケル・ズーカー(Michael Zuker)によるDNAのmfoldを用いて実施することができる。mfoldは、Rensselaer Polytechnic Instituteのbioinfo.math.rpi.edu/〜mfold/dna/forml.cgiから入手可能である。既定のイオン条件は変えず、温度を37℃に選択し、%準至適設定を75に設定して、解析を実施する。プログラムを用いて各配列(例えば、プローブ、 INVADERオリゴヌクレオチド、スタッカー等)の折り畳みを行い、単分子構造の形成(例えば、ヘアピン)の確認を実施する。mfoldによって算出された単分子構造に関するエネルギーは、さらに計算をすることなくそのまま利用することができる。
Probe structure Mfold analysis and interaction prediction Probe analysis and INVADER oligonucleotide interaction can be performed using DNA mfold by Michael Zuker. mfold is available from Rensselaer Polytechnic Institute bioinfo.math.rpi.edu/˜mfold/dna/forml.cgi. Do not change the default ion conditions, select a temperature of 37 ° C, set the% quasi-optimal setting to 75, and perform the analysis. Each program (eg, probe, INVADER oligonucleotide, stacker, etc.) is folded using a program to confirm the formation of a single molecular structure (eg, hairpin). The energy related to the monomolecular structure calculated by mfold can be used as it is without further calculation.

オリゴヌクレオチド配列(5'から3')に続けて、小型の安定なヘアピンを形成する配列

Figure 0005661071
、さらに続けて、同一のオリゴヌクレオチド配列、再び5'から3'を入力することによって、与えられたオリゴヌクレオチドの2分子構造形成を評価する。これらのTが一本鎖のままであり、このスペーサーにおけるCとGの並びが塩基対を形成するために必要な束縛値を入力する。強制的に塩基対を形成させるためには、コマンド「F」を利用し、塩基対の形成を禁止するためにはコマンド「P」を用いる。塩基対の強制もしくは禁止の位置は5'末端からカウントする。例えば、目的の配列が20量体であれば、以下を入力する。
F 21 0 5 {これによって、C21からC25までのCが塩基対を作る}
P 26 0 4 {これによって、T26からT29までのTが一本鎖を作る}
F 30 0 5 {これによって、G30からG34までのGが塩基対を作る} Oligonucleotide sequence (5 'to 3') followed by a sequence that forms a small, stable hairpin
Figure 0005661071
Further, the bimolecular structure formation of a given oligonucleotide is evaluated by entering the same oligonucleotide sequence, again 5 ′ to 3 ′. These Ts remain single-stranded, and the sequence of C and G in this spacer inputs the binding value necessary to form a base pair. The command “F” is used to forcibly form a base pair, and the command “P” is used to prohibit the formation of a base pair. Base pair forced or prohibited positions are counted from the 5 'end. For example, if the target sequence is a 20mer, enter:
F 21 0 5 {by which C from C21 to C25 make a base pair}
P 26 0 4 {Thus, T from T26 to T29 forms a single strand}
F 30 0 5 {Thus, G from G30 to G34 makes a base pair}

得られた構造を調べ、総計(すなわち、可能な構造熱力学値 = mfold構造熱力学値 − コア・ヘアピンの熱力学値)から中央のスペーサー・ヘアピンの安定性(すなわち、熱力学的測定値)を減ずることで、個々の安定性を推定することができる。ある態様においては、試験配列によって中央のヘアピンと形成した二量体間の最近隣間相互作用は、便宜上、本計算において無視する。さらに正確な解析には、この相互作用を考慮することが必要となる。

Figure 0005661071
によって形成したコア・ヘアピンは、以下の熱力学量を有する:
ΔG=-5.3;ΔH=-37.8;ΔS=-104.8。 Examining the resulting structure, the total (ie possible structural thermodynamic value = mfold structural thermodynamic value-core hairpin thermodynamic value) to the stability of the central spacer hairpin (ie thermodynamic measurement) By reducing, individual stability can be estimated. In some embodiments, the nearest neighbor interaction between dimers formed by the test sequence with the central hairpin is ignored in this calculation for convenience. For more accurate analysis, this interaction must be taken into account.
Figure 0005661071
The core hairpin formed by has the following thermodynamic quantities:
ΔG = −5.3; ΔH = −37.8; ΔS = −104.8.

以下のプローブ配列を用いて、この過程を示す。

Figure 0005661071
該オリゴヌクレオチド配列の2分子構造は、以下の工程を用いてmfold解析で検討する。
1.ボックス型mfold 配列において:
Figure 0005661071
2.束縛性のボックス型において:
P 36 0 4
F 31 0 5
F 40 0 5
結果(1つを示す):
Figure 0005661071
二重鎖安定性を評価するために:
Figure 0005661071
ヘアピン単独の熱力学的値を、完成した構造に関する値から減じる:
Figure 0005661071
Tm(℃)= {ΔH / [ΔS + R ln(CT/4)]} − 273.15であり、Rがガス定数1.987(cal/Kmol)、lnが自然対数、およびCTが一本鎖の総モル濃度である。この計算式を用いた場合には、該構造の非ヘアピン部分Tmの計算値は46.1℃である。 The following probe sequence is used to illustrate this process.
Figure 0005661071
The bimolecular structure of the oligonucleotide sequence is examined by mfold analysis using the following steps.
1. In a box-type mfold array:
Figure 0005661071
2. In the bounding box type:
P 36 0 4
F 31 0 5
F 40 0 5
Results (show one):
Figure 0005661071
To assess duplex stability:
Figure 0005661071
Subtract the thermodynamic value of the hairpin alone from the value for the finished structure:
Figure 0005661071
T m (° C.) = {ΔH / [ΔS + R ln (CT / 4)]} − 273.15, R is a gas constant of 1.987 (cal / Kmol), ln is a natural logarithm, and CT is a single chain total Molar concentration. When using this formula, the calculated value of the non-hairpin portion the T m of the structure is 46.1 ° C..

上記の方法はコア・ヘアピン配列

Figure 0005661071
に対してのみ限定して利用されるものではなく、いずれの安定なヘアピン配列にも利用しうる。例えば、
Figure 0005661071
しかしながら、異なるヘアピン配列を用いた場合には、mfoldを用いてその安定性を算出する必要があり、その熱力学量を以降の計算で利用する必要がある。 The above method is the core hairpin arrangement
Figure 0005661071
It can be used for any stable hairpin sequence. For example,
Figure 0005661071
However, when different hairpin sequences are used, it is necessary to calculate the stability using mfold, and it is necessary to use the thermodynamic quantity in subsequent calculations.

オリゴヌクレオチドの相互作用予測のためのRNAStructure
RNAStructureプログラムを用いることによっても、二量体形成を評価することができる。 mfoldとは異なり、RNAStructureでは、可能な総てのオリゴヌクレオチド-オリゴヌクレオチド相互作用を計算することが可能であり、出力 .ct ファイルを提供する。次に、RNAStructureまたはRNAvis(1997, P. Rijk, University of Antwerp(UIA)、インターネット上ではrma.uia.ac.be/rnavisで利用可能である)等の.ct閲覧プログラムを用いて構造を可視化し、最近隣モデル(Borerら、1974)およびDNA最近隣パラメーター(Allawi & SantaLucia, 1997)を用いて二量体形成の安定性を評価する。
RNAStructure for predicting oligonucleotide interactions
Dimer formation can also be assessed using the RNAStructure program. Unlike mfold, RNAStructure can calculate all possible oligonucleotide-oligonucleotide interactions and provides an output .ct file. Second, visualize the structure using a .ct viewing program such as RNAStructure or RNAvis (1997, P. Rijk, University of Antwerp (UIA), available on the Internet at rma.uia.ac.be/rnavis) The stability of dimer formation is then evaluated using the nearest neighbor model (Borer et al., 1974) and DNA nearest neighbor parameters (Allawi & SantaLucia, 1997).

例えば、配列

Figure 0005661071
の性質を評価するために、二量体形成に関する「RNAStructure」のDNAフォールド・インターモレキュラー・モジュールを用いて、該配列をファイル(例えば、プローブ配列)に保存し、以下のパラメーターを設定する:
配列ファイル1:probe.seq
配列ファイル2:probe.seq
CTファイル:dimer.ct
最大%エネルギー差:50
最大構造数:20
ウインドウサイズ:変化させず
計算終了後、RNAStructureの「view」モジュールを用いて、得られた .ct ファイルを見ることができる。通常、該.ct ファイルには複数の構造が含まれる。「view」モジュールを用いて、個々のものを閲覧する。上記のように、RNAStructureに従い試験配列が形成しうる二量体の1つを以下に示す:
Figure 0005661071
最近隣モデル(すなわち、DNA最近隣およびミスマッチ・パラメーター [Allawi & SantaLucia, 1997]を用いる)に従い、1MのNaClおよび100μMのプローブ濃度におけるこの二重鎖の安定性は、
Figure 0005661071
である。
配列ファイル1および2を入れ替えることによって、RNAStructureを用いて、INVADERアッセイ反応に存在する総てのDNAオリゴヌクレオチド対の間における二量体形成の可能性を評価することができる。 For example, an array
Figure 0005661071
In order to evaluate the nature of the sequence, the sequence is stored in a file (eg, probe sequence) using the “RNAStructure” DNA fold intermolecular module for dimer formation and the following parameters are set:
Sequence file 1: probe.seq
Sequence file 2: probe.seq
CT file: dimer.ct
Maximum% energy difference: 50
Maximum number of structures: 20
Window size: After completion of the calculation without change, you can view the resulting .ct file using the “view” module of RNAStructure. Typically, the .ct file contains multiple structures. Use the “view” module to view individual items. As described above, one of the dimers that the test sequence can form according to RNAStructure is shown below:
Figure 0005661071
According to the nearest neighbor model (ie, using DNA nearest neighbor and mismatch parameters [Allawi & SantaLucia, 1997]), the stability of this duplex at 1 M NaCl and 100 μM probe concentration is
Figure 0005661071
It is.
By exchanging sequence files 1 and 2, RNAStructure can be used to assess the possibility of dimer formation between all DNA oligonucleotide pairs present in the INVADER assay reaction.

iv.アッセイ性能の評価
上記の指針に従い選択したプローブ・セットを、INVADERアッセイ法で試験し、その性能を評価することができる。特定の所望の反応温度もしくはその付近の温度で実施するようにオリゴヌクレオチドを設計するが、与えられた設計において最高の性能が、正確に目的の温度で得られないこともある。従って、新しいINVADERアッセイ法のプローブ・セットを評価する場合には、設計温度を中心として約10から15℃の範囲にわたって複数の異なる反応温度でINVADERアッセイ法の性能を調べることが有益である。便宜上、一定量のRNA(例えば、反応当たり2.5アトモルのインビトロ転写産物)および一定時間(例えば、第一および第二の反応それぞれについて1時間)を用いて温度勾配サーマル・サイクラーで、温度の最適化を実施することができる。温度勾配試験によって、設計したプローブ・セットが最高の性能を発揮する(例えば、バックグラウンド・シグナルと比較した最高レベルの標的特異的シグナルは、通常、複数のゼロ標的バックグラウンド・シグナルもしくは「折り畳みゼロ」と表現する)温度が明らかになる。
iv. Assessment of assay performance Probe sets selected according to the above guidelines can be tested with the INVADER assay to assess their performance. Although oligonucleotides are designed to run at or near a specific desired reaction temperature, the best performance in a given design may not be accurately obtained at the desired temperature. Therefore, when evaluating a new INVADER assay probe set, it is useful to examine the performance of the INVADER assay at multiple different reaction temperatures, ranging from about 10 to 15 ° C., centered on the design temperature. For convenience, temperature optimization with a temperature gradient thermal cycler using a fixed amount of RNA (eg, 2.5 attomole in vitro transcript per reaction) and a fixed time (eg, 1 hour for each of the first and second reactions) Can be implemented. Thermal gradient testing provides the best performance of the designed probe set (e.g., the highest level of target-specific signal compared to the background signal usually results in multiple zero target background signals or “zero folding” Temperature) is revealed.

結果を検討して、測定した最適温度が操作における設定温度にどのくらい近いかを調べることができる。ある態様においては、前もって選択した温度もしくはそれに近い温度で働くプローブ・セットを含むことが好ましい。測定した最適温度が所望の反応温度より高い場合には、プローブ/標的のTmを減少させ得る方法(例えば、一塩基以上短くする、あるいは一塩基以上ミスマッチ塩基を含むように改変する)で、プローブの設計を変えることができる。スタッカー・オリゴヌクレオチドを利用せず、反応温度が所望の反応温度と比較して、その差が7℃を超える場合であって、性能(例えば、折り畳みゼロ)が許容可能である態様においては、プローブ・オリゴヌクレオチドに3'ミスマッチを用いることによって、アッセイ法の性能を変化させることなく反応温度の低下が可能となる。 The results can be examined to determine how close the measured optimum temperature is to the set temperature in operation. In certain embodiments, it is preferred to include a probe set that operates at or near a preselected temperature. When the optimum temperature measured is higher than the desired reaction temperature, in a manner that can reduce the T m of a probe / target (e.g., shortening least one base, or modified to contain one or more bases mismatched bases), The design of the probe can be changed. In embodiments where the stacker oligonucleotide is not utilized, the reaction temperature is greater than 7 ° C. compared to the desired reaction temperature, and performance (eg, zero folding) is acceptable, the probe • By using a 3 ′ mismatch in the oligonucleotide, the reaction temperature can be lowered without changing the performance of the assay.

異なる量の標的RNA(例えば、既知濃度の対照RNAのインビトロ転写産物)で反応を実施することによって、LODを決定できる。好ましい態様においては、設計したアッセイにおいてLODは0.05アトモル未満である。特に好ましい態様においては、設計したアッセイにおいてLODは0.01アトモル未満である。設計したアッセイ法のLODを低下させることに関する上記の指針と同一指針を利用して、設計したアッセイ法のLODを上昇させることができる(すなわち、標的RNAの存在により感受性の低くするために)。例えば、同一反応中で豊富なRNAおよびまれなRNAを検出することが好ましいこともある。このような反応では、豊富なRNAに関して生成するシグナルを減弱させ、まれな種に由来するシグナルより強くならないようにすることが好ましい。ある態様においては、シグナルの生成を低下させる(例えば、少なくとも0.5アトモル(これ未満ではない)のLOD)プローブ・セットを設計することによって、これを達成できる。ある態様においては、単一工程の INVADERアッセイ法を用いて、試料中の豊富な標的を検出し、同一試料中の豊富ではない検体に関しては、節IIに記載の方法でシグナルを増幅する連続的なINVADER反応を用いる。好ましい態様においては、異なる検体に関して単一工程および連続的なINVADERアッセイ反応を単一反応で実施する。   LOD can be determined by performing the reaction with different amounts of target RNA (eg, in vitro transcripts of known concentrations of control RNA). In a preferred embodiment, the LOD in the designed assay is less than 0.05 attomole. In a particularly preferred embodiment, the LOD is less than 0.01 attomole in the designed assay. The same guidelines as described above for reducing the LOD of the designed assay can be used to increase the LOD of the designed assay (ie, to be less sensitive to the presence of the target RNA). For example, it may be preferable to detect abundant and rare RNAs in the same reaction. In such reactions, it is preferable to attenuate the signal generated for abundant RNA so that it is not stronger than the signal from a rare species. In some embodiments, this can be achieved by designing a probe set that reduces signal generation (eg, at least 0.5 attomole (but not less) of LOD). In some embodiments, a single-step INVADER assay is used to detect abundant targets in a sample and, for non-abundant analytes in the same sample, a continuous amplification that amplifies the signal as described in Section II. Use the INVADER reaction. In a preferred embodiment, a single step and continuous INVADER assay reactions are performed in a single reaction for different analytes.

ある態様においては、既知量の標的に関するシグナルの蓄積を、異なる長さの時間反応させて測定する時間経過反応を実施する。この測定によって、直線的範囲、すなわち、時間および標的RNAの出発レベルに関する与えられたアッセイ法の設計を用いて正確な定量的測定が可能な範囲を得ることができる。   In some embodiments, a time course reaction is performed that measures the accumulation of signal for a known amount of target in response to different lengths of time. This measurement can provide a linear range, that is, a range that allows accurate quantitative measurements using a given assay design with respect to time and starting level of target RNA.

v.設計およびアッセイ法の最適化
設計したアッセイが上記の好ましい性能の基準を満たさない場合もある。INVADERアッセイ反応における性能の複数の変数について、本明細書に記載する。RNA標的の検出に関するINVADERアッセイ法の性能を最適化する場合には、これら変数を単独もしくは組み合わせて用いることができる。例えば、ある態様においては、スタッカー・オリゴヌクレオチドを用いる。本発明を特定の作用機構に限定することなく、ある態様においては、プローブもしくはINVADERオリゴヌクレオチドのハイブリダイゼーションの性質(例えば、Tm)を変化させることによって、スタッカー・オリゴヌクレオチドはアッセイ性能を改善することができる。ある態様においては、より短いプローブの利用を可能とすることによって、スタッカー・オリゴヌクレオチドが性能の改善に寄与する。他の態様においては、標的核酸の折り畳み構造を変化させることによって、スタッカー・オリゴヌクレオチドが性能の改善に寄与する。さらに別の態様においては、スタッカー・オリゴヌクレオチドの活性の促進は、これらの機構およびその他の機構を組み合わせて含むことができる。
v. Design and assay optimization Designed assays may not meet the above preferred performance criteria. Several variables of performance in INVADER assay reactions are described herein. These variables can be used alone or in combination to optimize the performance of the INVADER assay for the detection of RNA targets. For example, in some embodiments, stacker oligonucleotides are used. Without limiting the present invention to a particular mechanism of action, in some embodiments, stacker oligonucleotides improve assay performance by altering the hybridization properties (eg, T m ) of a probe or INVADER oligonucleotide. be able to. In some embodiments, stacker oligonucleotides contribute to improved performance by allowing the use of shorter probes. In other embodiments, stacker oligonucleotides contribute to improved performance by changing the folding structure of the target nucleic acid. In yet another aspect, promoting the activity of a stacker oligonucleotide can include a combination of these and other mechanisms.

他の態様においては、標的部位を移動させることができる。ある態様においては、アクセス可能であることが疑われる部位に沿ってシフトする複数のプローブ・セットを試験することによって反応を最適化する。好ましい態様においては、このようなプローブ・セットは、アクセス可能な部位に沿って1〜2塩基増加シフトさせる。アクセス可能な部位があらかじめコンピューター解析によってのみ予測されている場合の態様においては、アクセス可能な部位の物理的検出を利用して、プローブ・セットの設計を最適化する。好ましい態様においてはアクセス可能な部位を検出するRT-ROL法を用いる。ある態様においては、プローブ・セットの設計に関する最適化には、標的部位を新たに同定したアクセス可能な部位にシフトさせることが必要である。   In other embodiments, the target site can be moved. In some embodiments, the reaction is optimized by testing multiple probe sets that shift along sites suspected of being accessible. In preferred embodiments, such probe sets are shifted 1-2 base increments along the accessible site. In embodiments where accessible sites are predicted in advance only by computer analysis, physical detection of accessible sites is utilized to optimize probe set design. In a preferred embodiment, the RT-ROL method for detecting accessible sites is used. In some embodiments, optimization with respect to probe set design requires shifting the target site to a newly identified accessible site.

例えば、アクセス可能な部位は同定されているが、プローブ・セットの性能が低い態様においては、プローブの5'アームの設計を変化させることによって、標的とする部位を変化させることなくアッセイ性能を改善することができる。他の態様においては、ARRESTORオリゴヌクレオチドの長さを変化させる(例えば、プローブの5'アーム領域と相補的な部分の長さを増加させる)ことによって、バックグラウンド・シグナルを減少させ、プローブ・セットの性能を高めることができる。   For example, in an embodiment where accessible sites have been identified but probe set performance is poor, changing the probe 5 'arm design improves assay performance without changing the target site can do. In other embodiments, reducing the background signal by changing the length of the ARRESTOR oligonucleotide (eg, increasing the length of the portion complementary to the 5 ′ arm region of the probe) Can improve the performance.

オリゴヌクレオチド設計における他の変数を利用してアッセイ法の性能を変化させることもできる。ある種の改変を行い、プローブ・セットの設計の理想的操作温度を好ましい温度範囲へシフトさせることもできる。例えば、より短いオリゴヌクレオチドの利用とミスマッチの導入は、通常Tmを低下させ、設計したオリゴヌクレオチドの理想的操作温度を低下させる。逆に、より長いオリゴヌクレオチドの利用とスタッキング・オリゴヌクレオチドの使用は、通常、Tmを増加させ、設計したオリゴヌクレオチドの理想的操作温度を増加させる。 Other variables in oligonucleotide design can also be utilized to alter assay performance. Certain modifications can be made to shift the ideal operating temperature of the probe set design to the preferred temperature range. For example, the use of shorter oligonucleotides and the introduction of mismatches usually lowers the T m and lowers the ideal operating temperature of the designed oligonucleotide. Conversely, the use of longer oligonucleotides and the use of stacking oligonucleotides usually increases T m and increases the ideal operating temperature of the designed oligonucleotide.

他の変数を用いて、アッセイ法におけるオリゴヌクレオチドの性能における他の局面を変化させることもできる。例えば、塩基類似体もしくは修飾塩基の利用によって、オリゴヌクレオチドの酵素認識を変化させることができる。ある態様においては、このような修飾塩基を用いて、ヌクレアーゼによる切断からオリゴヌクレオチドのある領域を保護することもできる。他の態様においては、修飾塩基の利用は、切断位置にはないオリゴヌクレオチドの切断構造構成能に影響し得る(例えば、プローブの切断を可能にするINVADERオリゴヌクレオチドとして作用する)。これらの修飾塩基は、「ブロッカー」または「ブロッキング」修飾と呼ばれる。ある態様においては、アッセイ・オリゴヌクレオチドは2'-O-メチル修飾を含む。他の態様においては、アッセイ・オリゴヌクレオチド は、3'末端修飾(例えば、NH2、3'ヘキサノール、3'リン酸、3'ビオチン)を含む。 Other variables can be used to change other aspects of the performance of the oligonucleotide in the assay. For example, the enzymatic recognition of oligonucleotides can be altered by the use of base analogs or modified bases. In some embodiments, such modified bases can be used to protect certain regions of the oligonucleotide from cleavage by nucleases. In other embodiments, the use of modified bases can affect the ability to construct the cleavage structure of an oligonucleotide that is not at the cleavage position (eg, act as an INVADER oligonucleotide that allows cleavage of the probe). These modified bases are called “blocker” or “blocking” modifications. In some embodiments, the assay oligonucleotide comprises a 2′-O-methyl modification. In other embodiments, the assay oligonucleotide comprises a 3 ′ end modification (eg, NH 2 , 3 ′ hexanol, 3 ′ phosphate, 3 ′ biotin).

さらに別の態様においては、反応成分を変化させることによって、アッセイ法の性能に影響を与えることができる。例えば、オリゴヌクレオチドの濃度を変える。オリゴヌクレオチドの濃度は、反応の複数の局面に影響を与え得る。複合体の融解温度が、部分的に複合体成分の濃度の関数であるため、オリゴヌクレオチド成分の濃度変動を、反応最適化の一局面として用いることができる。本発明の方法においては、ARRESTORオリゴヌクレオチドを用いて、INVADERアッセイ反応における第一のプローブ・オリゴヌクレオチドの利用度を調節することができる。ある態様においては、ARRESTORオリゴヌクレオチドを排除することもできる。酵素濃度、塩および二価イオン濃度および二価イオンの種類を含む他の反応成分を変化させることもできる。   In yet another embodiment, the performance of the assay can be affected by changing the reaction components. For example, the concentration of oligonucleotide is changed. The concentration of oligonucleotide can affect several aspects of the reaction. Since the melting temperature of the complex is partly a function of the concentration of the complex component, the concentration variation of the oligonucleotide component can be used as an aspect of reaction optimization. In the method of the present invention, ARRESTOR oligonucleotides can be used to regulate the availability of the first probe oligonucleotide in the INVADER assay reaction. In some embodiments, ARRESTOR oligonucleotides can be eliminated. Other reaction components including enzyme concentration, salt and divalent ion concentration and divalent ion type can also be varied.

VI. RNA INVADERアッセイ法を実施するためのキット
ある態様においては、本発明は、本発明を実施するために必要な成分のうちの1つ以上を含むキットを提供する。例えば、本発明は、切断アッセイ法を実施するのに必要な本発明の酵素および/または反応成分を保存、または配送する(例えば、INVADERアッセイ)キットを提供する。該キットは、酵素もしくはアッセイ法に必要なもしくは所望のいずれかの構成要素、またはそれら総てを含むことができる。このような要素としては、試薬自体、緩衝液、対照試薬(例えば、組織試料、陽性および陰性対照としての標的オリゴヌクレオチド等)、固体支持体、ラベル、文字および/もしくは絵による説明書、ならびに製品情報、阻害剤、標識および/もしくは検出試薬、包装に係わる環境調節材(例えば、氷、乾燥剤等)等が挙げられるが、これらのみに限定されるものではない。ある態様においては、キットは、必要な構成要素のサブセットを提供するが、残りの構成要素はユーザーが供給する仕様となっている。ある態様においては、該キットは、各容器が納品する構成要素のサブセットを含む2種類以上の異なる容器を含む。例えば、第一の容器(例えば、箱)は、酵素(例えば、好適な保存用緩衝液および容器に入った構造特異的な切断酵素)を含み、第二の箱はオリゴヌクレオチド(例えば、INVADERオリゴヌクレオチド、プローブ・オリゴヌクレオチド、対照標的オリゴヌクレオチド等)を含む。ある態様においては、1種類以上の反応成分は、予め分注した形態(すなわち、再測定もしくは再分注の必要のない方法の一工程で使用する目的で予め測定済みのもの)で提供される。ある態様においては、選択した反応成分を混合し、予め一緒に分注する。好ましい態様においては、予め分注した反応成分は、予め分注されて、反応容器(反応チューブもしくは、例えば、マイクロタイタープレートのウェルが挙げられるがこれらのみに限定されない)に入った形態で提供される。特に好ましい態様においては、予め分注した反応成分を反応容器の底に乾燥させる(例えば、乾燥もしくは凍結乾燥)。
VI. Kits for Performing RNA INVADER Assays In certain embodiments, the present invention provides kits that include one or more of the components necessary to practice the present invention. For example, the invention provides kits for storing or delivering (eg, INVADER assay) the enzymes and / or reaction components of the invention required to perform a cleavage assay. The kit can include any components necessary or desired for the enzyme or assay, or all of them. Such elements include reagents themselves, buffers, control reagents (eg, tissue samples, target oligonucleotides as positive and negative controls, etc.), solid supports, labels, text and / or pictorial instructions, and products Examples thereof include, but are not limited to, information, inhibitors, labels and / or detection reagents, environmental control materials (for example, ice, desiccant, etc.) related to packaging. In some embodiments, the kit provides a subset of the required components, while the remaining components are user supplied specifications. In certain embodiments, the kit includes two or more different containers that include a subset of the components each container delivers. For example, a first container (eg, a box) contains an enzyme (eg, a suitable storage buffer and a structure-specific cleavage enzyme in a container), and a second box contains an oligonucleotide (eg, an INVADER oligo). Nucleotides, probe oligonucleotides, control target oligonucleotides, etc.). In some embodiments, one or more reaction components are provided in a pre-dispensed form (ie, pre-measured for use in one step of a method that does not require re-measurement or re-dispensing). . In some embodiments, selected reaction components are mixed and pre-dispensed together. In a preferred embodiment, pre-dispensed reaction components are provided in a pre-dispensed form in a reaction vessel (including but not limited to a reaction tube or, for example, a well of a microtiter plate). The In a particularly preferred embodiment, the reaction components dispensed in advance are dried on the bottom of the reaction vessel (for example, drying or lyophilization).

さらに、ある態様においては、本発明は、キットもしくは試薬を、本発明の方法の用途に関する顧客に納品する方法を提供する。本発明の方法は、特定のグループの顧客に限定するものではない。実際、本発明の方法は、生物学的および医学的コミュニティの多くのセクターにおける顧客にキットもしくは試薬を提供する用途がある。このような顧客としては、学術的研究室の顧客、バイオテクノロジーおよび医学的産業の顧客、ならびに政府の研究室の顧客が挙げられるが、これらのみに限定されるものではない。本発明の方法は、キットもしくは試薬を顧客に提供する、マーケティング、販売、配送および学術(これらのみに限定されない)を含むすべての局面に関して提供を行うものである。   Further, in some embodiments, the present invention provides a method of delivering a kit or reagent to a customer for use of the method of the present invention. The method of the present invention is not limited to a particular group of customers. Indeed, the method of the present invention has applications in providing kits or reagents to customers in many sectors of the biological and medical communities. Such customers include, but are not limited to, academic laboratory customers, biotech and medical industry customers, and government laboratory customers. The method of the present invention provides for all aspects of providing kits or reagents to customers, including but not limited to marketing, sales, delivery and academic.

本発明のある態様においては、キットもしくは試薬を顧客に納品する前に、品質管理(QC)および/または品質保証(QA)に関する実験を実施する。このようなQCおよびQAの技術は、通常、産業的利用に類似した実験における試薬の試験を含む(例えば、本明細書に記載のものと類似したアッセイ法を用いる)。試験は、製品の保持期限と広い範囲の溶液および/もしくは反応条件(例えば、温度、pH、光等)に対する耐性能を調べる実験を含むこともある。   In some embodiments of the present invention, quality control (QC) and / or quality assurance (QA) experiments are performed prior to delivering kits or reagents to customers. Such QC and QA techniques typically involve testing reagents in experiments similar to industrial applications (eg, using assays similar to those described herein). Testing may include experiments to determine product retention and resistance to a wide range of solutions and / or reaction conditions (eg, temperature, pH, light, etc.).

本発明のある態様においては、販売前に、本発明の組成物および/もしくは方法は、顧客に開示および/もしくは示される(例えば、印刷物もしくはウェブサイトによる広告、デモ等)その際、本発明の用途あるいは機能もしくは本発明の成分を示す。しかしながら、ある態様においては、販売されている製品に含まれる1種もしくは複数の成分の含有もしくは使用については、顧客に告知しない。このような態様においては、例えば、それがなぜどうのようにして働くのかに関する知識によってではなく(すなわち、キットもしくは反応混合物の成分をユーザーが知る必要はない)、製品(例えば、キット)の改善された、および/もしくは所望の機能によって 販売を進める。従って、本発明は、ユーザーがシステムの成分もしくは機構について知識があるなしに係わらず、ユーザーに利用可能なキット、試薬もしくはアッセイ法を作製するものである。   In certain embodiments of the present invention, prior to sale, the compositions and / or methods of the present invention are disclosed and / or presented to customers (e.g., prints or website advertisements, demos, etc.). Indicates use or function or component of the present invention. However, in some embodiments, the customer is not notified about the inclusion or use of one or more ingredients in the product being sold. In such embodiments, for example, not by knowledge of how and how it works (ie, the user does not need to know the components of the kit or reaction mixture), but the improvement of the product (eg, kit) Sales are promoted according to the desired and / or desired functions. Thus, the present invention creates kits, reagents or assay methods that are available to the user regardless of whether the user has knowledge of the components or mechanisms of the system.

従って、ある態様においては、 販売およびマーケティング活動は、本発明の方法および組成物の新規および/もしくは改善された性質に関する情報を提供することである。他の態様においては、マーケティングの材料としてこのような機構に関する情報を提供しない。ある態様においては、最も需要に見合ったアッセイ成分もしくは配送システムの種類に関して情報を得る目的で顧客から情報を収集する。このような情報は、キットの成分の設計およびマーケティング活動の設計において有用である。   Accordingly, in one aspect, sales and marketing activities are to provide information regarding the new and / or improved properties of the methods and compositions of the present invention. In other embodiments, no information about such mechanisms is provided as marketing material. In some embodiments, information is collected from customers for the purpose of obtaining information regarding the type of assay component or delivery system that best meets the demand. Such information is useful in designing kit components and marketing activities.

VII. 直接検出のためINVADERアッセイ法および特異的RNA検体の測定
本発明の方法、組成物およびシステムを用いて検出もしくは測定するmRNAの具体例を以下に示す。
VII. INVADER Assay for Direct Detection and Measurement of Specific RNA Samples Specific examples of mRNA detected or measured using the methods, compositions and systems of the present invention are shown below.

ハウスキーピング対照
通常、試験試料中に予測可能な量もしくは不変量のRNAを含む場合には、このようなRNAが検出アッセイ法における有用な対照標的となる。このような対照は、アッセイ法が適切に機能しているかについての確認、および別のRNAの試験結果を比較もしくは測定して、その結果を説明する助けとなる標準として利用できる等の複数の有用性を示すものであるが、これらのみに限定されるものではない。以下の遺伝子のmRNAは、本発明の方法において特定の用途がある。
Housekeeping controls Typically, if a test sample contains a predictable or invariant amount of RNA, such RNA is a useful control target in detection assays. Such controls are useful in several ways, such as confirming that the assay is functioning properly and comparing or measuring the results of another RNA test, which can be used as a standard to help explain the results. However, it is not limited to these. The following gene mRNAs have particular uses in the methods of the invention.

ヒト・ユビキチンおよびマウス/ラット・ユビキチン
ユビキチン・システムは、選択的タンパク質分解の主な経路である。本システムによる分解は、DNA修復、細胞周期の進行、シグナル伝達、転写、および抗原提示等の各種の細胞機能を補助する。また、ユビキチン経路は、間違った折り畳みを起こした、間違った配置の、あるいはその他の異常なタンパク質を除去する。この経路では、保存性の高い76アミノ酸のタンパク質であるユビキチン(E1)が基質タンパク質の特定のリジン残基に共有結合することが必要である。
Human ubiquitin and mouse / rat ubiquitin The ubiquitin system is the main pathway for selective proteolysis. Degradation by this system assists various cell functions such as DNA repair, cell cycle progression, signal transduction, transcription, and antigen presentation. The ubiquitin pathway also removes misfolded, misplaced, or other abnormal proteins. This pathway requires that ubiquitin (E1), a highly conserved 76 amino acid protein, be covalently bound to a specific lysine residue on the substrate protein.

ヒト、ラット、およびマウスのグリセルアルデヒド-3-リン酸脱水素酵素(GAPDH)
GAPDHは解糖および糖新生経路における重要な酵素である。このホモ4量体の酵素は、補助因子と無機リン酸の存在下でD-グリセルアルデヒド-3-リンを1,3-ジホスホグリセレートに変換する酸化的リン酸化を触媒する。GAPDHについて、各種の多様な生物学的性質が報告されている。これらには、エンドサイトーシス、mRNAの制御、tRNAのエクスポート、DNA複製、DNA修復および神経のアポプトーシス等の機能が含まれる。
Human, rat, and mouse glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH)
GAPDH is an important enzyme in glycolysis and gluconeogenesis pathways. This homotetrameric enzyme catalyzes the oxidative phosphorylation that converts D-glyceraldehyde-3-phosphoric to 1,3-diphosphoglycerate in the presence of cofactors and inorganic phosphate. Various diverse biological properties have been reported for GAPDH. These include functions such as endocytosis, mRNA regulation, tRNA export, DNA replication, DNA repair and neuronal apoptosis.

サイトカイン
現在も構成員が増え続けている 免疫系の細胞間でシグナルを伝達する制御タンパク質のファミリーが同定されている。これらのタンパク質はサイトカインと呼ばれ、造血系および免疫系の細胞の増殖および分化、ならびに生理活性を制御することが分かっている。骨髄、末梢血、胎児肝およびその他のリンパ性もしくは造血性器官由来の標的細胞に対し、サイトカインは広範な生物学的活性示す。本発明ではサイトカインの発現を検出する方法を記載する。このようなサイトカインとしては、下記のサイトカイン・ファミリーの例示的構成員が挙げられるが、これらのみに限定されるものではない。
Cytokines A growing family of regulatory proteins has been identified that transmit signals between cells of the immune system. These proteins, called cytokines, are known to control hematopoietic and immune system cell proliferation and differentiation, as well as physiological activity. Cytokines exhibit a wide range of biological activities against target cells derived from bone marrow, peripheral blood, fetal liver and other lymphoid or hematopoietic organs. The present invention describes a method of detecting cytokine expression. Such cytokines include, but are not limited to, exemplary members of the following cytokine family.

ヒト・オンコスタチンM
オンコスタチンMは、特定の腫瘍由来および正常細胞株の増殖を制御する単一鎖からなる分泌性ポリペプチド・サイトカインである。複数種類の細胞が、オンコスタチンMタンパク質に結合することが明らかになっている。複数種類の腫瘍細胞の増殖を阻害することが分かっているが、カポジ肉腫の細胞の増殖を刺激することも示されている。
Human oncostatin M
Oncostatin M is a secreted polypeptide cytokine that consists of a single chain that controls the growth of certain tumor-derived and normal cell lines. Several types of cells have been shown to bind to oncostatin M protein. It has been shown to inhibit the growth of multiple types of tumor cells, but has also been shown to stimulate the growth of Kaposi's sarcoma cells.

ヒト・トランスフォーミング増殖因子β(TGF-β)
トランスフォーミング増殖因子β(TGF-β)は、様々な異なるタイプの細胞において増殖、分化および形態形成を含む各種の反応を引き起こす構造的に関連したサイトカインのファミリーの構成員である。脊椎動物では、TGF-β1からTGF-β5と呼ばれる、少なくとも5種類の異なるTGF-βの型のものが同定されている。これらは、アミノ酸配列の同一性の程度が高い(60〜80%)。TGF-β1は、最初に正常なラット腎臓細胞に足場非依存性増殖を誘導する誘導能があるものとして特徴付けがなされたが、多くのタイプの細胞に対する効果は、分裂抑制性である。これは、正常および形質転換された上皮、内皮、繊維芽細胞、神経、リンパ系および造血系細胞を含む多くのタイプの細胞に強い増殖阻害性を示す。さらに、TGF-βは、細胞外マトリックスの形成および細胞-マトリックスの接着工程の制御において中心的な役割を演じる。
Human transforming growth factor β (TGF-β)
Transforming growth factor beta (TGF-beta) is a member of a family of structurally related cytokines that trigger a variety of responses including proliferation, differentiation and morphogenesis in a variety of different cell types. In vertebrates, at least five different TGF-β types have been identified, referred to as TGF-β1 to TGF-β5. They have a high degree of amino acid sequence identity (60-80%). Although TGF-β1 was first characterized as capable of inducing anchorage-independent growth in normal rat kidney cells, the effect on many types of cells is mitotic. This shows a strong growth inhibitory effect on many types of cells including normal and transformed epithelium, endothelium, fibroblasts, nerve, lymphoid and hematopoietic cells. In addition, TGF-β plays a central role in the control of extracellular matrix formation and cell-matrix adhesion processes.

ヒト・単球化学誘引性タンパク質-1(MCP-1)
このファミリーのサイトカインに属するものとして、ケモカインもしくはインタークラインとも呼ばれる新興の走化性サイトカインのグループが同定された。ケモカインの二つのサブファミリーとしては、染色体上の位置およびシステイン残基の構成に基づいて、αおよびβが知られている。
Human monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1)
A group of emerging chemotactic cytokines, also called chemokines or interclines, has been identified as belonging to this family of cytokines. As two subfamilies of chemokines, α and β are known based on the position on the chromosome and the composition of cysteine residues.

βサブファミリータンパク質をコードするヒトの遺伝子は、第17染色体(マウスの対応遺伝子は、マウスの第11染色体にクラスターを形成している。この染色体は、ヒトの第17染色体に対応する)に位置する。サブファミリーにおける相同性は種内で28〜45%の範囲であり、種間で22〜55%である。構成員の例としては、ヒトのタンパク質であるMCP-1(単球化学誘引性タンパク質-1)が挙げられる。MCP-1は単球特異的に複数の効果を示す。これは、インビトロにおけるヒト単球に対する強力な化学誘引物質であり、細胞質内の遊離のカルシウム増加と単球の呼吸バーストを促進する。MCP-1は、単球媒介性の制腫瘍性活性を活性化し、腫瘍障害活性を誘導することが報告されている。MCP-1は、慢性関節リウマチおよび肺胞炎等の組織炎症過程における単球浸潤を媒介する重要な因子であることが知られている。本因子は、進行性の粥状硬化性病巣への単球-マクロファージの動員において基本的役割を担っている。   The human gene encoding the β subfamily protein is located on chromosome 17 (the mouse counterpart gene is clustered on mouse chromosome 11; this chromosome corresponds to human chromosome 17). To do. Homology in subfamilies ranges from 28-45% within species and 22-55% between species. An example of a member is MCP-1, which is a human protein (monocyte chemoattractant protein-1). MCP-1 has multiple effects specific to monocytes. It is a potent chemoattractant for human monocytes in vitro, promoting free cytoplasmic free calcium and monocyte respiratory burst. MCP-1 has been reported to activate monocyte-mediated antitumor activity and induce tumor damage activity. MCP-1 is known to be an important factor mediating monocyte infiltration in tissue inflammatory processes such as rheumatoid arthritis and alveolitis. This factor plays a fundamental role in the recruitment of monocytes-macrophages to progressive atherosclerotic lesions.

ヒト腫瘍壊死因子α(TNF-α)
腫瘍壊死因子α(TNF-α、またカケクチンとも呼ばれる)は、宿主防衛の役割を担う重要なサイトカインである。サイトカインは、感染、侵入、傷害もしくは炎症に反応して、主にマクロファージおよび単球によって産生される。TNF-αの誘導物質の例としては、細菌性エンドトキシン、細菌、ウイルス、リポ多糖(LPS)およびGM-CSF、IL-1、IL-2およびIFN-γを含むサイトカインが挙げられる。
Human tumor necrosis factor α (TNF-α)
Tumor necrosis factor α (TNF-α, also called cachectin) is an important cytokine that plays a role in host defense. Cytokines are produced primarily by macrophages and monocytes in response to infection, invasion, injury or inflammation. Examples of inducers of TNF-α include bacterial endotoxins, bacteria, viruses, lipopolysaccharide (LPS) and cytokines including GM-CSF, IL-1, IL-2 and IFN-γ.

サイトカインの防御効果にもかかわらず、TNF-αの過剰発現は疾患状態、特に、感染性、炎症性および自己免疫性疾患を生じることが多い。この工程はアポプトーシス経路を含むことがある。敗血症症候群、細菌性髄膜炎、脳性マラリアおよびADIS等の感染性疾患;慢性関節リウマチ、炎症性腸疾患(クローン病を含む)、サルコイドーシス、多発性硬化症、川崎症候群、移植片対宿主疾患および移植拒絶反応(同種異系移植)等の自己免疫性疾患;および成人呼吸窮迫症候群、うっ血性心不全、急性肝不全および心筋梗塞等の臓器不全状態において、血漿TNF-αが高レベルとなることが知られている。TNF-αが関係する他の疾患としては、ぜんそく、虚血による脳傷害、非インスリン依存型糖尿病、インスリン依存型糖尿病、肝炎、アトピー性皮膚炎および膵臓炎が挙げられる。さらに、TNF-α阻害剤は、癌の予防に有用であることが示唆されている。TNF-α発現の上昇は、肥満にも一定の役割を果たしている。TNF-αがヒトの脂肪細胞で発現し、通常、肥満に相関して発現が増加することが知られている。   Despite the protective effects of cytokines, overexpression of TNF-α often results in disease states, particularly infectious, inflammatory and autoimmune diseases. This step may involve an apoptosis pathway. Infectious diseases such as sepsis syndrome, bacterial meningitis, cerebral malaria and ADIS; rheumatoid arthritis, inflammatory bowel disease (including Crohn's disease), sarcoidosis, multiple sclerosis, Kawasaki syndrome, graft-versus-host disease and High levels of plasma TNF-α in autoimmune diseases such as transplant rejection (allogeneic transplantation); and organ failure states such as adult respiratory distress syndrome, congestive heart failure, acute liver failure and myocardial infarction Are known. Other diseases involving TNF-α include asthma, ischemic brain injury, non-insulin-dependent diabetes, insulin-dependent diabetes, hepatitis, atopic dermatitis and pancreatitis. Furthermore, it has been suggested that TNF-α inhibitors are useful for the prevention of cancer. Increased TNF-α expression also plays a role in obesity. It is known that TNF-α is expressed in human adipocytes, and its expression is usually increased in correlation with obesity.

ヒト・インターロイキンー6(IL-6)
IL-6は、Bリンパ球分化因子、インターフェロンβ2、26Kdタンパク質、ハイブリドーマ/プラスマ細胞腫増殖因子、肝細胞刺激因子等で呼ばれるサイトカインに対する標準名である。
Human interleukin-6 (IL-6)
IL-6 is the standard name for cytokines called B lymphocyte differentiation factor, interferon β2, 26Kd protein, hybridoma / plasma cell tumor growth factor, hepatocyte stimulating factor and the like.

IL-6は、活性化B細胞が抗体産生細胞に分化するのを誘導する。T細胞に関しては、IL-6は、マイトジェンによって刺激されたT細胞がIL-2を産生し、特定のT細胞株もしくは胸腺細胞上にIL-2受容体を発現誘導する。造血系細胞に関しては、IL-6は、IL-3の存在下で協同的に造血系幹細胞の増殖を誘導する。さらに、最近、IL-6はトロンボポエチン様の働きをすることが報告された。   IL-6 induces activated B cells to differentiate into antibody producing cells. With respect to T cells, IL-6 induces IL-2 receptor expression on specific T cell lines or thymocytes, where mitogen-stimulated T cells produce IL-2. With respect to hematopoietic cells, IL-6 cooperatively induces hematopoietic stem cell proliferation in the presence of IL-3. Furthermore, recently it has been reported that IL-6 acts like a thrombopoietin.

各種の細胞がIL-6を産生する。リンパ球がIL-6を産生し、またポリ(I)-ポリ(C)およびシクロヘキシミドで刺激したヒト繊維芽細胞がIL-6を産生する。ポリ(A)-ポリ(U)で刺激したマウスの細胞は、マウスのIL-6を産生する。刺激の誘導因子は多様であり、IL-1、TNFおよびINF-β等の既知のサイトカイン、PDGFおよびTGF-β等の増殖因子、LPS、PMA、PHA、コレラトキシン等が挙げられる。さらに、ヒト血管内皮細胞、マクロファージ、ヒトのオリゴブラストーマ等もIL-6を産生することが報告されている。さらに、誘導物質を用いて細胞を刺激し、その後細胞をベラパミル、シクロヘキシミドもしくはアクチノマイシンD等の代謝阻害剤で処理することによっても、生産性をさらに促進させることが可能なことが知られている。   Various cells produce IL-6. Lymphocytes produce IL-6, and human fibroblasts stimulated with poly (I) -poly (C) and cycloheximide produce IL-6. Mouse cells stimulated with poly (A) -poly (U) produce murine IL-6. Stimulation inducers vary and include known cytokines such as IL-1, TNF and INF-β, growth factors such as PDGF and TGF-β, LPS, PMA, PHA, cholera toxin and the like. Furthermore, it has been reported that human vascular endothelial cells, macrophages, human oligoblastoma and the like also produce IL-6. It is also known that productivity can be further promoted by stimulating cells with inducers and then treating the cells with metabolic inhibitors such as verapamil, cycloheximide or actinomycin D. .

ヒト・インターロイキン1β(IL-1β)
インターロイキン-1(IL-1)は、TおよびBリンパ球の活性化に重要であり、および多くの炎症過程を媒介する。2種類の異なった分子種のIL-1が単離されており、発現している。これらはIL-1βおよびIL-1αと呼ばれる。ヒト単球で産生されたmRNAおよびタンパク質レベルのいずれにおいても、IL-1βが主要な型である。これらヒトIL-1の二つの分子種では、アミノ酸の相同性は26%しかない。ポリペプチド配列が異なっているにもかかわらず、IL-1の二つの分子種は構造的に類似しており、IL-1分子の離れた領域にアミノ酸の相同性が限定される。また、二つの分子種のIL-1は、発熱の誘導、徐波睡眠および好中球増加症、TおよびBリンパ球活性化、繊維芽細胞の増殖、特定の細胞に対する細胞障害性、コラゲナーゼの誘導、肝性急性期タンパク質の合成およびコロニー刺激因子およびコラーゲン生産増加を含む同一の生物学的性質を有する。また、IL-1は内皮細胞を活性化し、白血球の接着性を増加させ、PGI2およびPGE2(プロスタグランジン)放出、ならびに血小板活性化因子、凝血促進活性因子およびプラスミノーゲン活性化因子阻害因子の合成を促す。明らかに、IL-1は局所性および全身性宿主反応において中心的な役割を演じている。インビボにおけるIL-1の生物学的効果の多くは、ピコモル(pg)濃度で起こるので、IL-1産生は宿主防衛機構の基本的な特徴を備えていると考えられる。
Human interleukin 1β (IL-1β)
Interleukin-1 (IL-1) is important for T and B lymphocyte activation and mediates many inflammatory processes. Two different molecular species of IL-1 have been isolated and expressed. These are called IL-1β and IL-1α. IL-1β is the major form at both the mRNA and protein levels produced by human monocytes. In these two human IL-1 molecular species, the amino acid homology is only 26%. Despite the different polypeptide sequences, the two molecular species of IL-1 are structurally similar, limiting amino acid homology to distant regions of the IL-1 molecule. In addition, two molecular species IL-1 induces fever, slow wave sleep and neutropenia, T and B lymphocyte activation, fibroblast proliferation, cytotoxicity against certain cells, collagenase Has the same biological properties including induction, hepatic acute phase protein synthesis and increased colony stimulating factor and collagen production. IL-1 also activates endothelial cells, increases leukocyte adhesion, PGI 2 and PGE 2 (prostaglandin) release, and inhibits platelet activating factor, procoagulant activator and plasminogen activator Facilitates the synthesis of factors. Clearly, IL-1 plays a central role in local and systemic host responses. Since many of the biological effects of IL-1 in vivo occur at picomolar (pg) concentrations, IL-1 production appears to have the basic features of host defense mechanisms.

ヒト・インターロイキン2(IL-2)
インターロイキン-2(IL-2)は、Tリンパ球の主たる増殖因子である。ヘルパーTリンパ球の活性を制御することによって、IL-2は体液性および細胞性免疫反応を促進する。細胞障害性CD8 T細胞およびNK細胞を刺激することによって、このサイトカインは、腫瘍およびウイルス感染に対する防衛機構に関与する。IL-2は、転移性メラノーマおよび腎腺癌の治療に利用される。IL-2は、多種類の癌の臨床治験に利用されている。また、HIVに感染した患者にも用いられ、CD4の総数を有意に増加させる。ヒトIL-2は、133アミノ酸(aa)を含むタンパク質であり、4つのαヘリックスが各種の長さのループでつながって、3次元構造をとる。IL-2Rは、三本の鎖、すなわちα、βおよびγから構成される。IL-2Rαは、受容体IL-2RβおよびIL-2Rγの親和性を制御し、IL-2シグナルの伝達に重要である。IL-2Rの該3本の鎖と相互作用するIL-2の異なる分子領域が決定されている。より具体的には、IL-2のNH2末端領域(残基 1〜30)およびヘリックスAがIL-2/IL-2Rβ相互作用を制御することが分かっている。
Human interleukin 2 (IL-2)
Interleukin-2 (IL-2) is the main growth factor for T lymphocytes. By controlling the activity of helper T lymphocytes, IL-2 promotes humoral and cellular immune responses. By stimulating cytotoxic CD8 T cells and NK cells, this cytokine is involved in defense mechanisms against tumors and viral infections. IL-2 is used to treat metastatic melanoma and renal adenocarcinoma. IL-2 is used in clinical trials for many types of cancer. It is also used in patients infected with HIV and significantly increases the total number of CD4. Human IL-2 is a protein containing 133 amino acids (aa) and has a three-dimensional structure in which four α-helices are connected by loops of various lengths. IL-2R is composed of three chains: α, β and γ. IL-2Rα regulates the affinity of the receptors IL-2Rβ and IL-2Rγ and is important for IL-2 signal transduction. Different molecular regions of IL-2 that interact with the three chains of IL-2R have been determined. More specifically, it has been found that the NH 2 terminal region of IL-2 (residues 1-30) and helix A control the IL-2 / IL-2Rβ interaction.

ヒト・インターロイキン8(IL-8)
ヒトIL-8は、好中球活性化タンパク質、好中球遊走因子(NCF)およびT細胞遊走因子等、様々の名称をもつサイトカインである。適当な刺激に応じて複数種類の細胞がIL-8を分泌する。活性化された単球およびマクロファージ、ならびに胎児性繊維芽細胞がIL-8を分泌する。
Human interleukin 8 (IL-8)
Human IL-8 is a cytokine with various names such as neutrophil activating protein, neutrophil migration factor (NCF) and T cell migration factor. Multiple types of cells secrete IL-8 in response to appropriate stimuli. Activated monocytes and macrophages and fetal fibroblasts secrete IL-8.

IL-8は、好中球の遊走を誘導し、好中球の脱顆粒、超酸化物イオンの放出および単層内皮細胞への接着等の機能を活性化することが知られている。白血球の病巣への浸潤を含む状態に関しては、複数の既知の状態が存在する。肺嚢胞性線維症、特発性肺線維症、成人呼吸窮迫症候群、サルコイドーシスおよび膿胸等の等の肺疾患;乾癬等の皮膚疾患;慢性関節リウマチ;および炎症性腸疾患(クローン病)等が挙げられる。   IL-8 is known to induce neutrophil migration and activate functions such as neutrophil degranulation, superoxide ion release and adhesion to monolayer endothelial cells. There are several known conditions for conditions involving infiltration of leukocytes into the lesion. Examples include pulmonary cystic fibrosis, idiopathic pulmonary fibrosis, pulmonary diseases such as adult respiratory distress syndrome, sarcoidosis and empyema; skin diseases such as psoriasis; rheumatoid arthritis; and inflammatory bowel disease (Crohn's disease) .

ヒトIL-8のアミノ酸配列については、Matsushimaらが国際公開公報第89/08665号に記載している。さらに最近では、単球由来のIL-8はN末端で明らかに様々な工程を受け、Matsushimaらが初めて開示したIL-8は、実際にはN末端に付加的な7または5アミノ酸を有する因子の二つの分子種であること(Yoshimuraら、Mol Immunol 26:87 [1989])が明らかになっている。単球由来の全IL-8の内訳は、最長の分子種が約8%、次に長い分子種が約47%、および最も短い分子種が約45%である。   The amino acid sequence of human IL-8 is described in International Publication No. 89/08665 by Matsushima et al. More recently, monocyte-derived IL-8 has undergone various steps at the N-terminus, and Matsushima et al.'S first disclosed IL-8 is actually a factor with an additional 7 or 5 amino acids at the N-terminus. (Yoshimura et al., Mol Immunol 26:87 [1989]). The breakdown of total monocyte-derived IL-8 is about 8% for the longest molecular species, about 47% for the next longest molecular species, and about 45% for the shortest molecular species.

ヒト・インターロイキン10(IL-10)
最近発見されたリンフォカインであるインターロイキン10(IL-10)は、元々はインターフェロン-γの合成阻害因子として記載されていたものであり、体液性の免疫反応の主たるメディエーターであると考えられている。互に排他的であることが多い2種類の免疫反応は、体液性(抗体を媒介する)および遅延型過敏症である。
Human interleukin 10 (IL-10)
Interleukin 10 (IL-10), a recently discovered lymphokine, was originally described as an inhibitor of interferon-gamma synthesis and is thought to be the main mediator of humoral immune responses . The two types of immune responses that are often mutually exclusive are humoral (antibody-mediated) and delayed-type hypersensitivity.

これら二つの異なる免疫反応は2種類のヘルパーT細胞クローンによって起こるものであると考えられている。すなわち、Th1およびTh2ヘルパーT細胞であり、これらは異なったサイトカイン分泌パターンを示す。マウスTh1細胞クローンは、インターフェロン-γおよびIL-2を分泌し、選択的に遅延型過敏反応を誘導する。Th2細胞クローンは、IL-4、IL-5およびIL-10を分泌し、体液性の反応を助ける。免疫反応における対照性の理由は、Th1細胞クローンの分泌したインターフェロン-γが、インビトロでTh2クローンの増殖を阻害し、Th2細胞クローンの分泌したIL-10が、Th1細胞クローンがサイトカイン分泌を阻害する。従って、2種類のTヘルパー細胞は、相互に阻害性であり、2種類の対照的免疫反応の基盤を提供する。   These two different immune responses are thought to be caused by two types of helper T cell clones. That is, Th1 and Th2 helper T cells, which show different cytokine secretion patterns. Mouse Th1 cell clones secrete interferon-γ and IL-2 and selectively induce delayed hypersensitivity reactions. Th2 cell clones secrete IL-4, IL-5 and IL-10 and aid in humoral responses. The reason for the contrast in the immune response is that interferon-γ secreted by Th1 cell clones inhibits Th2 clone growth in vitro, and IL-10 secreted by Th2 cell clones inhibits Th1 cell clones inhibit cytokine secretion . Thus, the two types of T helper cells are mutually inhibitory and provide a basis for two contrasting immune responses.

IL-10はマウスおよびヒトT 細胞の双方からクローニングされ配列の決定がなされている。いずれの配列も、178アミノ酸のポリペプチドコードするオープン・リーディング・フレームを含みN末端は18アミノ酸の疎水性のリーダー配列を含み、アミノ酸配列の相同性は73%である。   IL-10 has been cloned and sequenced from both mouse and human T cells. Both sequences contain an open reading frame encoding a 178 amino acid polypeptide, the N-terminus contains an 18 amino acid hydrophobic leader sequence, and the amino acid sequence homology is 73%.

ヒト・インターロイキン4(IL-4)
インターロイキン-4(IL-4、これはB細胞刺激因子もしくはBSF-1としても知られている)は、元々、表面免疫グロブリンに対する低濃度の抗体に応答してB細胞増殖を刺激する能力を有するものとして特徴付けられた。さらに最近では、IL-4が、T細胞、肥満細胞、顆粒細胞、巨核球および赤血球の増殖共刺激を含む広範な生物学的活性を有することが示された。さらに、IL-4は複数のIL-2およびIL-3依存性細胞株の増殖を刺激し、休止期B細胞上のクラスII主要組織適合複合体分子の発現を誘導し、刺激されたB細胞からのIgE及びIgG1イソ型の分泌を促進する。マウスおよびヒトIL-4は、組換えDNA技術および天然のマウスタンパク質の均一精製によって明確に特徴付けが行われている。
Human interleukin 4 (IL-4)
Interleukin-4 (IL-4, also known as B cell stimulator or BSF-1) originally has the ability to stimulate B cell proliferation in response to low concentrations of antibodies to surface immunoglobulins. Characterized as having. More recently, IL-4 has been shown to have a wide range of biological activities including proliferation costimulation of T cells, mast cells, granule cells, megakaryocytes and erythrocytes. In addition, IL-4 stimulates proliferation of multiple IL-2 and IL-3 dependent cell lines, induces expression of class II major histocompatibility complex molecules on resting B cells, and stimulates B cells Promotes secretion of IgE and IgG1 isoforms from Mouse and human IL-4 have been clearly characterized by recombinant DNA technology and homogenous purification of native mouse proteins.

初代細胞および哺乳動物由来のインビトロ細胞に発現するIL-4に対する特異的細胞表面受容体が、IL-4の生物学的活性を媒介する。IL-4は該受容体に結合し、さらに各種の免疫エフェクター細胞に生物学的シグナルを伝達する。   Specific cell surface receptors for IL-4 expressed in primary cells and in vitro cells from mammals mediate IL-4 biological activity. IL-4 binds to the receptor and further transmits biological signals to various immune effector cells.

ヒト・インターフェロンγ(IFN-γ)
インターロイキン同様、インターフェロンはサイトカインのクラスに属し、各種のものが存在する。すなわち、インターフェロン-α、インターフェロン-β、インターフェロン-γ、インターフェロン-ω、およびインターフェロン-τ等である。インターフェロン-γは糖タンパク質であり、そのアミノ酸配列は1982年に明らかにされた。成熟条件では、インターフェロン-γは143アミノ酸を有し、分子量は63から73キロダルトンである。
Human interferon gamma (IFN-γ)
Like interleukins, interferons belong to the class of cytokines and various types exist. That is, interferon-α, interferon-β, interferon-γ, interferon-ω, interferon-τ, and the like. Interferon-γ is a glycoprotein whose amino acid sequence was revealed in 1982. Under mature conditions, interferon-γ has 143 amino acids and a molecular weight of 63 to 73 kilodaltons.

非糖鎖付加型タンパク質の三次および四次構造は1991年に明らかにされた。これによれば、インターフェロン-γはホモ二量体として存在し、一方の単量体のC末端が他方の単量体のN末端近傍に位置するように単量体は互いに逆向きに配向している。これらの単量体はいずれも、6つのα-ヘリックスを有する。非特異的抗ウイルス性、抗増殖性および特に免疫調節性効果を有することから、インターフェロンγは、免疫インターフェロンとも呼ばれる。Tヘルパー-リンパ球におけるその産生は、マイトジェンおよび抗原によって刺激される。発現したインターフェロン-γの効果は、まだ正確には明らかにされていないが、鋭意研究がすすめられている。特に、インターフェロン-γは、マクロファージの活性化、およびクラス2の組織適合性抗原の合成を誘導する。インビトロでは、インターフェロン-γの活性は、通常、インターフェロン-γ処理によるウイルス誘導性細胞変性効果の低下によって調べる。抗原非特異的抗ウイルス性、抗増殖性および免疫調節性活性を有するので、例えば、腎臓腫瘍および慢性肉芽腫症のヒトに対する治療薬として好適である。   The tertiary and quaternary structure of the non-glycosylated protein was revealed in 1991. According to this, interferon-γ exists as a homodimer, and the monomers are oriented in opposite directions so that the C-terminal of one monomer is located near the N-terminal of the other monomer. ing. Each of these monomers has six α-helices. Interferon gamma is also called immune interferon because it has non-specific antiviral, antiproliferative and particularly immunomodulatory effects. Its production in T helper-lymphocytes is stimulated by mitogens and antigens. The effect of expressed interferon-γ has not been clarified yet, but intensive studies are underway. In particular, interferon-γ induces macrophage activation and class 2 histocompatibility antigen synthesis. In vitro, interferon-γ activity is usually examined by reducing the virus-induced cytopathic effect of interferon-γ treatment. Since it has non-antigen-specific antiviral, antiproliferative and immunomodulatory activities, it is suitable as a therapeutic agent for humans, for example, kidney tumors and chronic granulomatous diseases.

チトクロームP450
チトクロームP-450という用語は、薬剤、発癌剤、および環境化学物質等のゼノバイオティックス、ならびにステロイドおよびプロスタグランジン等の複数のクラスのエンドバオティックスの代謝に最も重要な酵素のファミリーを表す(小胞体上に位置し、肝臓および小腸の細胞では該タンパク質の濃度は高い)。チトクロームP450ファミリーの構成員のレベルはまちまちであり、その発現および活性は、化学的環境、性別、発達段階、栄養、および年齢等の変数によって制御される。
Cytochrome P450
The term cytochrome P-450 represents the family of enzymes most important for the metabolism of xenobiotics such as drugs, carcinogens, and environmental chemicals, and multiple classes of endobatics such as steroids and prostaglandins ( Located on the endoplasmic reticulum, the concentration of the protein is high in cells of the liver and small intestine). The levels of members of the cytochrome P450 family vary, and their expression and activity are controlled by variables such as chemical environment, sex, developmental stage, nutrition, and age.

200種類以上のチトクロームP450遺伝子が同定されている。これらのP450遺伝子には複数の分子種が存在し、それぞれは上記の化合物のクラスにおける個々の化学物質に対して特異性を示す。薬剤であっても発癌剤であってもよいが、基質が2種類以上のチトクロームP450によって代謝される場合もある。チトクロームP450の遺伝的多型によって、特定の薬剤およびその他の化学的化合物の生体内変換能が異なる形質的に異なった亜集団が生じる。   More than 200 cytochrome P450 genes have been identified. There are multiple molecular species in these P450 genes, each showing specificity for an individual chemical in the class of compounds described above. It may be a drug or a carcinogen, but the substrate may be metabolized by two or more cytochrome P450s. Cytochrome P450 genetic polymorphisms result in traitally distinct subpopulations that differ in the biotransformability of certain drugs and other chemical compounds.

本発明は、チトクロームP450 のmRNAを検出する方法を提供する。このようなチトクロームとしては、ヒトCYP 1A1、ヒトCYP 1A2、ヒトCYP 2B1、ヒトCYP 2B2、ヒトCYP 2B6、ヒトCYP 2C19、ヒトCYP 2C9、ヒトCYP 2D6、ヒトCYP 3A4、ヒトCYP 3A5、ヒトCYP 3A7、ラットCYP 2E1、ラットCYP 3A1、ラットCYP 3A2、ラットCYP 4A1、ラットCYP 4A2、およびラットCYP 4A3が挙げられるが、これらのみに限定されるものではない。   The present invention provides a method for detecting cytochrome P450 mRNA. Such cytochromes include human CYP 1A1, human CYP 1A2, human CYP 2B1, human CYP 2B2, human CYP 2B6, human CYP 2C19, human CYP 2C9, human CYP 2D6, human CYP 3A4, human CYP 3A5, human CYP 3A7. Rat CYP 2E1, rat CYP 3A1, rat CYP 3A2, rat CYP 4A1, rat CYP 4A2, and rat CYP 4A3, but are not limited thereto.

以下の実施例によって発明の好ましい特定の態様および局面を説明するが、これらは本発明の範囲を限定するものではない。   The following examples illustrate certain preferred embodiments and aspects of the invention, but are not intended to limit the scope of the invention.

本開示においては、 以下の略語を用いる。Afu(アルカエグロブス・フルギダス(Archaeoglobus fulgidus));Mth {メタバクテリウム・サーモオートトロフィカム(Methanobacterium thermoautotrophicum)};Mja(メタノコッカス・ヤンナシイ(Methanococcus jannaschii));Pfu(ピロコッカス・フリオサス(Pyrococcus furiosus));Pwo(ピロコッカス・ウォエセイ(Pyrococcus woesei));Taq(サーマス・アクアティカス(Thermus aquaticus));Taq DNAP、DNAP Taq、およびTaq Pol I(サーマス・アクアティカスDNAポリメラーゼI);DNAPStf(DNAポリメラーゼのストフェル断片);DNAPEcl(大腸菌のDNAポリメラーゼI);Tth(サーマス・サーモフィラス(Thermus thermophilus));Ex.(実施例(Example));Fig.(図(Figure));℃(摂氏);g(重力場); hr(時間(hour));min(分(minute));オリゴ(olio)(オリゴヌクレオチド(oligonucleotide));rxn(反応);vol(容積);w/v(重量対容積);v/v(容積対容積);BSA(ウシ血清アルブミン(bovine serum albumin));CTAB(臭化セチルトリメチルアンモニウム);HPLC(高速液体クロマトグラフィー);DNA(デオキシリボ核酸);p(プラスミド);μl(マイクロリットル); ml(ミリリットル);μg(マイクログラム);mg(ミリグラム);M(モル);mM(ミリモル);μM(マイクロモル);pmoles(ピコモル);amoles(アトモル);zmoles(ゼプトモル);nm(ナノメートル); kdal(キロダルトン);OD(光学密度); EDTA(エチレンジアミン四酢酸);FITC(フルオレセイン・イソチオシアネート);SDS(ドデシル硫酸ナトリウム); NaPO4(リン酸ナトリウム);NP-40(ノニデットP-40);トリス(トリス(ヒドロキシメチル)-アミノメタン); PMSF(フェニルメチルスルフォニルフルオリド);TBE(トリス-ホウ酸-EDTA、すなわち、HClではなくホウ酸で滴定したトリス緩衝液でEDTAを含む);PBS(リン酸緩衝食塩水);PPBS(1mM のPMSFを含むリン酸緩衝食塩水);PAGE(ポリアクリルアミドゲル電気泳動);Tween(ポリオキシエチレン-ソルビタン);ATCC(アメリカン・タイプ・カルチャー・コレクション(American Type Culture Collection), Rockville, MD);Coriell(Coriell Cell Repositories, Camden, NJ);DSMZ(Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellculturen, Braunschweig, Germany);Ambion(Ambion, Inc., Austin, TX); Boehringer(Boehringer Mannheim Biochemical, Indianapolis, IN);MJ Research(MJ Research, Watertown, MA);Sigma(Sigma Chemical Company, St. Louis, MO); Dynal(Dynal A.S., Oslo, Norway);Gull(Gull Laboratories, Salt Lake City, UT);Epicentre(Epicentre Technologies, Madison, WT);Lampire(Biological Labs., Inc., Coopersberg, PA);MJ Research(MJ Research, Watertown.MA);National Biosciences(National Biosciences, Plymouth, MN);NEB(New England Biolabs, Beverly, MA;Novagen(Novagen, Inc., Madison, WI);Promega(Promega, Corp., Madison, WT);Stratagene(Stratagene Cloning Systems, La Jolla, CA);Clonetech(Clonetech, Palo Alto, CA);Pharmacia(Pharmacia, Piscataway, NJ);Milton Roy(Milton Roy, Rochester, NY);Amersham(Amersham International, Chicago, IL);およびUSB(U.S. Biochemical, Cleveland, OH);Glen Research(Glen Research, Sterling, VA);Coriell(Coriell Cell Repositories, Camden, NJ);Gentra(Centra, Minneapolis, MN);Third Wave Technologies(Third Wave Technologies, Madison, WI);PerSeptive Biosystems(PerSeptive Biosystems, Framington, MA);Microsoft(Microsoft, Redmond, WA);Qiagen(Qiagen, Valencia, CA);Molecular Probes(Molecular Probes, Eugene, OR);VWR(VWR Scientific);Advanced Biotechnologies(Advanced Biotechnologies, INC., Columbia, MD);およびPerkin Elmer(PE Biosytems and Applied Biosystems, Foster City, CAとしても知られている). In this disclosure, the following abbreviations are used. Afu (Archaeoglobus fulgidus); Mth {Methanobacterium thermoautotrophicum}; Mja (Methanococcus jannaschii); Pfu (Pyrococcus furiosus (ios) ); Pwo (Pyrococcus woesei); Taq (Thermus aquaticus); Taq DNAP, DNAP Taq, and Taq Pol I (Thermus aquaticus DNA polymerase I); DNAPStf (DNA polymerase Stofel fragment); DNAPEcl (DNA polymerase I of E. coli); Tth (Thermus thermophilus); Ex. (Example); Fig. (Figure); ° C (Celsius); g ( (Gravity field); hr (hour); min (minute); oligo (oligonucleot ide)); rxn (reaction); vol (volume); w / v (weight to volume); v / v (volume to volume); BSA (bovine serum albumin); CTAB (cetyltrimethyl bromide) Ammonium); HPLC (high performance liquid chromatography); DNA (deoxyribonucleic acid); p (plasmid); μl (microliter); ml (milliliter); μg (microgram); mg (milligram); M (mole); (Mmol); μM (micromol); pmoles (picomoles); amoles (atomoles); zmoles (zeptomoles); nm (nanometers); kdal (kilodaltons); OD (optical density); EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid); FITC (fluorescein isothiocyanate); SDS (sodium dodecyl sulfate); NaPO 4 (sodium phosphate); NP-40 (Nonidet P-40); tris (tris (hydroxymethyl) - aminomethane PMSF (phenylmethylsulfonyl fluoride); TBE (tris-borate-EDTA, ie containing EDTA in a tris buffer titrated with boric acid instead of HCl); PBS (phosphate buffered saline); PPBS (1 mM) Phosphate buffered saline containing PMSF); PAGE (polyacrylamide gel electrophoresis); Tween (polyoxyethylene-sorbitan); ATCC (American Type Culture Collection, Rockville, MD); Coriell (Coriell Cell Repositories, Camden, NJ); DSMZ (Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellculturen, Braunschweig, Germany); Ambion (Ambion, Inc., Austin, TX); Boehringer (Boehringer Mannheim Biochemical, Indianapolis, IN); MJ Research (MJ Research, Watertown, MA); Sigma (Sigma Chemical Company, St. Louis, MO); Dynal (Dynal AS, Oslo, Norway); Gull (Gull Laboratories, Salt Lake City, UT); Epicentre (Epicentre Technolog Lampies (Biological Labs., Inc., Coopersberg, PA); MJ Research (MJ Research, Watertown. MA); National Biosciences (National Biosciences, Plymouth, MN); NEB (New England Biolabs, Beverly) , MA; Novagen (Novagen, Inc., Madison, WI); Promega (Promega, Corp., Madison, WT); Stratagene (Stratagene Cloning Systems, La Jolla, CA); Clonetech (Clonetech, Palo Alto, CA); Pharmacia (Pharmacia, Piscataway, NJ); Milton Roy (Milton Roy, Rochester, NY); Amersham (Amersham International, Chicago, IL); and USB (US Biochemical, Cleveland, OH); Glen Research (Glen Research, Sterling, VA) Coriell (Coriell Cell Repositories, Camden, NJ); Gentra (Centra, Minneapolis, MN); Third Wave Technologies (Third Wave Technologies, Madison, Wis.); PerSeptive Biosystems (PerSeptive Biosystems, Framington, MA); Microsoft (Microsoft, Redmond); , WA); Qiagen (Qiagen, Valencia, CA); Molecular Probes (Molecular Probes, Eugene, OR) ; VWR (VWR Scientific); Advanced Biotechnologies (Advanced Biotechnologies, INC, Columbia, MD.); And Perkin Elmer (PE Biosytems and Applied Biosystems, Foster City, also known as CA).

実施例1
5'ヌクレアーゼ活性に関する迅速コロニー・スクリーニング
天然の5'ヌクレアーゼおよび本発明の酵素は各種の機能に関して直接試験することができる。このようなものとしては、RNAもしくはDNA標的に対する5'ヌクレアーゼ活性、および標的検出反応に存在し得る構造を代表する別の基質を用いたバックグラウンド特異性が挙げられるが、これらのみに限定されるものではない。好適な試験構造を有する核酸分子の例については、図18A〜Dおよび図21〜24に模式的に示した。下記のスクリーニング技術は、5'ヌクレアーゼを迅速かつ効率的に特徴付ける、および新規の5'ヌクレアーゼが改善されたもしくは所望の活性を有するか否かを決定する目的で開発した。RNAもしくはDNA標的に関し改善されたサイクリング速度を示す酵素、もしくは標的非依存性切断の低下した酵素は、より詳細に調べる意義がある。通常、ランダム変異誘発によって得られた改変タンパク質は、図18Aおよび図18Bに示す基質を用いて迅速コロニー・スクリーニングにより試験した。次に、迅速タンパク質抽出を実施し、タンパク質抽出液を用いて別の構造に関する活性試験(例えば、図18C〜Dに示す)を行った。酵素の改善された活性に関する初期スクリーニングもしくは以降のスクリーニングおよび特徴付けは、図21〜図24に図示したような他の切断複合体を用いて実施した。このような試験切断構造を形成させるために用いた特定の配列によって、本発明の範囲が限定されるものではない。迅速スクリーニングに関し同様の構造を形成させる類似の核酸を、どのように設計・作製するかは、当業者であれば理解できる。
Example 1
Rapid colony screening for 5 'nuclease activity Natural 5' nucleases and the enzymes of the present invention can be tested directly for various functions. These include, but are not limited to, 5 'nuclease activity against RNA or DNA targets, and background specificity using other substrates that are representative of structures that may be present in the target detection reaction. It is not a thing. Examples of nucleic acid molecules having suitable test structures are shown schematically in FIGS. 18A-D and FIGS. 21-24. The following screening techniques were developed to characterize 5 'nucleases quickly and efficiently, and to determine whether new 5' nucleases have improved or desired activity. Enzymes that show improved cycling rates for RNA or DNA targets, or that have reduced target-independent cleavage, are worth investigating in more detail. In general, modified proteins obtained by random mutagenesis were tested by rapid colony screening using the substrates shown in FIGS. 18A and 18B. Next, rapid protein extraction was performed, and an activity test on another structure (for example, shown in FIGS. 18C to D) was performed using the protein extract. Initial screening or subsequent screening and characterization for improved activity of the enzyme was performed using other cleavage complexes as illustrated in FIGS. The particular sequence used to form such a test cutting structure is not intended to limit the scope of the present invention. A person skilled in the art can understand how to design and produce a similar nucleic acid that forms a similar structure for rapid screening.

このような順序で試験することによって、全試験回数を減らし時間と試薬を節約できる。酵素機能を試験する試験の順序によって、本発明が限定されるものではない。次に、RNAもしくはDNA標的に対し合理的サイクリング速度を示す変異体を一晩培養し、迅速タンパク質抽出を行う。あるいは、切断試験のサブセットもしくは試験全部を同時に実施することもできる。   By testing in this order, the total number of tests can be reduced, saving time and reagents. The present invention is not limited by the order of tests for testing enzyme function. Next, mutants that exhibit a reasonable cycling rate against the RNA or DNA target are cultured overnight to perform rapid protein extraction. Alternatively, a subset or all of the cutting tests can be performed simultaneously.

便宜上、個々のタイプの迅速スクリーニングを別々のマイクロタイタープレート上で実施することもできる。例えば、RNA INVADER活性試験に、1プレートを準備し、DNA INVADER活性試験に1プレートを用意する。1プレートで90個程度の異なるコロニーをスクリーニングすることができる。スクリーニングしたコロニーは、もともとの(天然の)5'ヌクレアーゼのクローン、変異誘発反応(例えば、単一プレートから得る多くのコロニー)もしくは各種の反応(複数のプレートから選択したコロニー)に由来するもの等の各種起源に由来するものであってもよい。   For convenience, individual types of rapid screening can also be performed on separate microtiter plates. For example, one plate is prepared for the RNA INVADER activity test, and one plate is prepared for the DNA INVADER activity test. About 90 different colonies can be screened on one plate. Screened colonies are derived from original (natural) 5 'nuclease clones, mutagenesis reactions (eg, many colonies from a single plate) or various reactions (colonies selected from multiple plates), etc. It may be derived from various origins.

理想的には、同一の調製試薬を用いて、変異体として陽性対照および陰性対照を同一プレートに載せて実施する。良好な陽性対照の例としては、未改変酵素を含むコロニー、もしくは活性を新しい変異体と比較するためにあらかじめ改変されている酵素が挙げられる。例えば、Taq DN RX HT構築物(下記)について変異誘発反応を実施した場合には、未改変Taq DN RX HT構築物を、酵素活性に対する変異誘発の効果を比較するための標準として選択する。また、別の対照酵素を迅速スクリーニング試験に組み込むこともできる。例えば、Tth DN RX HT(下記;他で特記しない限り、以下に記載の TaqPol酵素およびTthPol酵素は、DN RX HT 誘導体を表す)を、Taq DN RX HTと共に酵素活性の標準として組み込むこともできる。これによって、改変した酵素を異なる活性を有する2種類の既知の酵素と比較することができる。バックグラウンド反応レベル(すなわち、比較するヌクレアーゼ以外の起源による切断もしくはプローブ分解)を調べるために、陰性対照も実施すべきである。良好な陰性対照のコロニーとしては、クローニングおよび変異誘発に利用するベクターのみを含むもの、例えば、pTrc99Aベクターのみを含むコロニーが挙げられる。   Ideally, the same preparation reagents are used and the positive and negative controls are run as variants on the same plate. Examples of good positive controls include colonies containing unmodified enzymes, or enzymes that have been previously modified to compare activity with new mutants. For example, if a mutagenesis reaction is performed on the Taq DN RX HT construct (below), the unmodified Taq DN RX HT construct is selected as a standard to compare the effect of mutagenesis on enzyme activity. Another control enzyme can also be incorporated into the rapid screening test. For example, Tth DN RX HT (below; unless otherwise specified, TaqPol enzyme and TthPol enzyme described below represent DN RX HT derivatives) can be incorporated with Taq DN RX HT as a standard for enzyme activity. This allows the modified enzyme to be compared to two known enzymes with different activities. Negative controls should also be performed to examine background reaction levels (ie, cleavage or probe degradation by sources other than the nuclease being compared). Good negative control colonies include those containing only the vector used for cloning and mutagenesis, eg, those containing only the pTrc99A vector.

初期迅速スクリーニングの特異的変異誘発反応で選択されたコロニーの数に影響を与える2つの因子としては、以下が挙げられる:
(1)変異誘発反応で得られたコロニーの総数;(2)変異生成反応が部位特異的であるか、あるいはランダムに遺伝子全体もしくは遺伝子の領域にわたって分布するか。例えば、プレートに存在するのが高々5〜10コロニーであれば、すべてのコロニーを試験することは容易である。数百のコロニーが存在するのであれば、これらのサブセットを解析することもできる。通常、部位特異的変異誘発反応では10〜20コロニーを試験し、単一ランダム変異誘発反応では通常、80〜100またはそれ以上のコロニーを試験する。
Two factors that affect the number of colonies selected in the specific mutagenesis reaction of the initial rapid screen include the following:
(1) Total number of colonies obtained by mutagenesis reaction; (2) Whether the mutagenesis reaction is site-specific or randomly distributed over the entire gene or gene region. For example, if there are at most 5-10 colonies present on the plate, it is easy to test all colonies. If there are hundreds of colonies, these subsets can also be analyzed. Typically, 10-20 colonies are tested for site-directed mutagenesis reactions, and typically 80-100 or more colonies are tested for single random mutagenesis reactions.

記載されるように、これらの実験例に記載された改変5'ヌクレアーゼは下記に詳述される方法で試験した。   As described, the modified 5 ′ nucleases described in these experimental examples were tested in the manner detailed below.

A. 迅速スクリーニング;RNA標的に対するINVADER活性(図18A)
2x基質混合物を調製した。これは20mM MOPS、pH7.5、10mM MgSO4、200mM KCl、2μM FRET-プローブオリゴ(配列番号:223)

Figure 0005661071
1μM INVADERオリゴ(配列番号:224)
Figure 0005661071
および4nM RNA標的(配列番号:225)
Figure 0005661071
を含む。5μlの2x基質混合物を96ウェルマイクロタイタープレートの試料用ウェルの各々に分注した(ロープロフィール MULTIPLATE 96, M.J. Research, Inc.)。 A. Rapid screening; INVADER activity against RNA targets (Figure 18A)
A 2x substrate mixture was prepared. This is 20 mM MOPS, pH 7.5, 10 mM MgSO 4 , 200 mM KCl, 2 μM FRET-probe oligo (SEQ ID NO: 223)
Figure 0005661071
1 μM INVADER oligo (SEQ ID NO: 224)
Figure 0005661071
And 4 nM RNA target (SEQ ID NO: 225)
Figure 0005661071
including. 5 μl of 2 × substrate mixture was dispensed into each of the sample wells of a 96 well microtiter plate (low profile MULTIPLATE 96, MJ Research, Inc.).

単一コロニー(変異体、陽性対照および陰性対照のコロニー)を取り、細胞懸濁液を調製した。各々を20μlの水に懸濁した。96ウェルマイクロタイタープレートを用いてコロニー当たり1ウェルで、簡便に実施することができる。   Single colonies (mutant, positive control and negative control colonies) were picked and cell suspensions were prepared. Each was suspended in 20 μl of water. It can be carried out conveniently at 1 well per colony using a 96 well microtiter plate.

最終反応条件が10mM MOPS、pH7.5、5mM MgSO4、100mM KCl、1μM FRET-プローブオリゴ、0.5μM INVADERオリゴ、および2nM RNA標的となるように、5μlの細胞懸濁液を適当な試験ウェルに添加した。ウェルを10μlの透明な(clear)CHILLOUT 14(M.J. Research, Inc.) 液体ワックスで覆い、試料を85℃3分加熱し、次に59℃で1時間保温した。保温後、Cytofluor蛍光プレート読み取り装置を用い、以下のパラメータでプレートの測定を行った:励起485/20、発光530/30。 Place 5 μl of cell suspension in appropriate test wells so that the final reaction conditions are 10 mM MOPS, pH 7.5, 5 mM MgSO 4 , 100 mM KCl, 1 μM FRET-probe oligo, 0.5 μM INVADER oligo, and 2 nM RNA target. Added. The wells were covered with 10 μl of clear CHILLOUT 14 (MJ Research, Inc.) liquid wax and the samples were heated at 85 ° C. for 3 minutes and then incubated at 59 ° C. for 1 hour. After incubation, the plate was measured using a Cytofluor fluorescent plate reader with the following parameters: excitation 485/20, emission 530/30.

B. 迅速スクリーニング;DNA標的に対するINVADER活性(図18B)
2x基質混合物を調製した。これは20mM MOPS、pH7.5、10mM MgSO4、200mM KCl、2μM FRET-プローブオリゴ(配列番号:223)

Figure 0005661071
1μM INVADERオリゴ(配列番号:224)
Figure 0005661071
1nM DNA標的(配列番号:226)
Figure 0005661071
を含む。5μlの2x基質混合物を96ウェルマイクロタイタープレートの試料用ウェルの各々に分注した(MJ ロープロフィール)。 B. Rapid screening; INVADER activity against DNA targets (Figure 18B)
A 2x substrate mixture was prepared. This is 20 mM MOPS, pH 7.5, 10 mM MgSO 4 , 200 mM KCl, 2 μM FRET-probe oligo (SEQ ID NO: 223)
Figure 0005661071
1 μM INVADER oligo (SEQ ID NO: 224)
Figure 0005661071
1 nM DNA target (SEQ ID NO: 226)
Figure 0005661071
including. 5 μl of 2 × substrate mixture was dispensed into each of the sample wells of a 96 well microtiter plate (MJ low profile).

単一コロニー(変異体、陽性対照および陰性対照のコロニー)を取り、細胞懸濁液を調製した。通常は、96ウェルマイクロタイタープレートを用い、各々を20μlの水に懸濁した。   Single colonies (mutant, positive control and negative control colonies) were picked and cell suspensions were prepared. Usually, 96-well microtiter plates were used and each was suspended in 20 μl of water.

最終反応条件が10mM MOPS、pH7.5、5mM MgSO4、100mM KCl、1μM FRET-プローブオリゴ、0.5μM INVADERオリゴ、および0.5nM DNA標的となるように、5μlの細胞懸濁液を適当な試験ウェルに添加した。ウェルを10μlの透明なCHILLOUT 14(M.J. Research, Inc.) 液体ワックスで覆い、試料を85℃3分加熱し、次に59℃で1時間保温した。保温後、Cytofluor蛍光プレート読み取り装置を用い、以下のパラメータでプレートの測定を行った:励起485/20、発光530/30、ゲイン40、ウェル当たりの読みが10。 Add 5 μl of cell suspension to appropriate test wells so that the final reaction conditions are 10 mM MOPS, pH 7.5, 5 mM MgSO 4 , 100 mM KCl, 1 μM FRET-probe oligo, 0.5 μM INVADER oligo, and 0.5 nM DNA target. Added to. The wells were covered with 10 μl of clear CHILLOUT 14 (MJ Research, Inc.) liquid wax and the sample was heated at 85 ° C. for 3 minutes and then incubated at 59 ° C. for 1 hour. After incubation, the plate was measured using a Cytofluor fluorescent plate reader with the following parameters: excitation 485/20, emission 530/30, gain 40, 10 readings per well.

C. 迅速タンパク質抽出(細胞の粗溶解物)
RNAもしくはDNA INVADERアッセイ法で陽性もしくは予想と異なる結果を与えた変異体については、さらに、解析を行った。具体的には、X構造もしくはヘアピン基質(それぞれ図18CおよびD)に対するバックグラウンド活性に関して解析を行った。上記のように、迅速コロニー・スクリーニングを利用することができる。基質を単純に変えることで、バックグラウンドもしくは異常な酵素活性に関する試験を実施できる。別の方法では、陽性クローンを一晩小規模培養し、迅速タンパク質抽出を行い、別のタンパク質機能に関してこの細胞の粗溶解物を試験する。利用しうる迅速タンパク質抽出法の一例を下記に詳述する。2〜5mlのLB(プラスミドを選択するために適当な抗生剤を含む;例えば、Maniatisの分冊1〜3を参照のこと)に、残りの容積の20μl水-細胞懸濁液を接種し、37℃で一晩保温した。約1.4mlの培養物を、1.5mlの微量遠心チューブに移し、室温で3〜5分間最高速度で微量遠心して(例えば、エッペンドルフ5417卓上型微量遠心機で14,000rpm)、細胞をペレットにした。上清を除き、細胞ペレットを100μlのTES緩衝液(pH7.5)(シグマ)に懸濁した。リゾチーム(プロメガ)を最終濃度0.5μg/μlで添加し、試料を室温で30分間保温した。次に、試料を70℃で10分間加熱して、リゾチームを不活性化した。最高速度で5分微量遠心し、細胞デブリスをペレットにした。上清を除き、この細胞の粗溶解物を以下の酵素活性アッセイ法に用いた。
C. Rapid protein extraction (crude cell lysate)
The mutants that gave positive or unpredictable results in the RNA or DNA INVADER assay were further analyzed. Specifically, analysis was performed on background activity against the X structure or hairpin substrate (FIGS. 18C and D, respectively). As described above, rapid colony screening can be utilized. Testing for background or abnormal enzyme activity can be performed by simply changing the substrate. In another method, positive clones are grown in small scale overnight, rapid protein extraction is performed, and the crude lysate of this cell is tested for another protein function. An example of a rapid protein extraction method that can be used is described in detail below. Inoculate 2-5 ml of LB (containing appropriate antibiotics for selection of plasmid; see, eg, Maniatis volumes 1-3) with the remaining volume of 20 μl water-cell suspension, 37 Incubated overnight at ° C. Approximately 1.4 ml of the culture was transferred to a 1.5 ml microcentrifuge tube and microcentrifuged at room temperature for 3-5 minutes at maximum speed (eg, 14,000 rpm in an Eppendorf 5417 tabletop microcentrifuge) to pellet the cells. The supernatant was removed and the cell pellet was suspended in 100 μl of TES buffer (pH 7.5) (Sigma). Lysozyme (Promega) was added at a final concentration of 0.5 μg / μl and the sample was incubated at room temperature for 30 minutes. The sample was then heated at 70 ° C. for 10 minutes to inactivate lysozyme. Microcentrifuge for 5 minutes at maximum speed to pellet the cell debris. The supernatant was removed, and the crude lysate of the cells was used in the following enzyme activity assay.

D. 迅速スクリーニング:バックグラウンド特異性X構造の基質(図18C)
上記で詳述した条件下で反応を実施した。1μlの細胞粗溶解物を9μlの反応成分に添加して、最終容積を10μlとした。最終濃度は、10mM MOPS、pH7.5、5mM MgSO4、100mM KCl、1μM FRET-プローブオリゴ(配列番号:223)、0.5μM X構造 INVADERオリゴ(配列番号:227)

Figure 0005661071
および0.5nMのDNA標的(配列番号:226)であった。ウェルを10μlの透明なCHILLOUT 14(M.J. Research, Inc.) 液体ワックスで覆い、反応液を85℃3分加熱し、次に59℃で1時間保温した。保温後、Cytofluor蛍光プレート読み取り装置を用い、以下のパラメータでプレートの測定を行った:励起485/20、発光530/30、ゲイン40、ウェル当たりの読みが10。 D. Rapid Screening: Background Specific X Structure Substrate (Figure 18C)
The reaction was carried out under the conditions detailed above. 1 μl of crude cell lysate was added to 9 μl of reaction components to a final volume of 10 μl. Final concentrations are 10 mM MOPS, pH 7.5, 5 mM MgSO 4 , 100 mM KCl, 1 μM FRET-probe oligo (SEQ ID NO: 223), 0.5 μM X structure INVADER oligo (SEQ ID NO: 227)
Figure 0005661071
And 0.5 nM DNA target (SEQ ID NO: 226). The wells were covered with 10 μl of clear CHILLOUT 14 (MJ Research, Inc.) liquid wax and the reaction was heated at 85 ° C. for 3 minutes and then incubated at 59 ° C. for 1 hour. After incubation, the plate was measured using a Cytofluor fluorescent plate reader with the following parameters: excitation 485/20, emission 530/30, gain 40, 10 readings per well.

E. 迅速スクリーニング:バックグラウンド特異性ヘアピン基質(図18D)
上記で詳述した条件下で反応を実施した。1μlの細胞粗溶解物を9μlの反応成分に添加して、最終容積を10μlとした。最終濃度は、10mM MOPS、pH7.5、5mM MgSO4、100mM KCl、1μM FRET-プローブオリゴヌクレオチド(配列番号:223)、および0.5nMのDNA標的(配列番号:226)であった。ウェルを10μlの透明なCHILLOUT 14(M.J. Research, Inc.) 液体ワックスで覆い、反応液を85℃3分加熱し、次に59℃で1時間保温した。1時間保温後、Cytofluor蛍光プレート読み取り装置を用い、以下のパラメータでプレートの測定を行った:励起485/20、発光530/30、ゲイン40、ウェル当たりの読みが10。
E. Rapid Screening: Background Specific Hairpin Substrate (Figure 18D)
The reaction was carried out under the conditions detailed above. 1 μl of crude cell lysate was added to 9 μl of reaction components to a final volume of 10 μl. The final concentration was 10 mM MOPS, pH 7.5, 5 mM MgSO 4 , 100 mM KCl, 1 μM FRET-probe oligonucleotide (SEQ ID NO: 223), and 0.5 nM DNA target (SEQ ID NO: 226). The wells were covered with 10 μl of clear CHILLOUT 14 (MJ Research, Inc.) liquid wax and the reaction was heated at 85 ° C. for 3 minutes and then incubated at 59 ° C. for 1 hour. After incubation for 1 hour, the plate was measured using a Cytofluor fluorescent plate reader with the following parameters: excitation 485/20, emission 530/30, gain 40, 10 readings per well.

F. IrTIおよびIdT標的を用いた活性測定(図24)
10mM MOPS、pH 7.5、0.05%Tween 20、0.05%ノニデットP-40、10 μg/ml tRNA、100mM KCl、および5mM MgSO4を含む10μlの反応液で、5'ヌクレアーゼ活性のアッセイ法を実施した。プローブ濃度(配列番号:167)は2mMであった。基質(IrTI(配列番号:228)またはIdT(配列番号:229)の最終濃度はそれぞれ、10nMまたは1nMであった)、および実施例3の方法で調製した約20ngの酵素を、上記の反応緩衝液と混合し、CHILLOUT(MJ Research) 液体ワックスを重層した。反応液の反応温度57℃にして、MgSO4を添加することによって開始し、10分間保温した。次に、10mMのEDTAおよび0.02%のメチルバイオレット(シグマ)を含む95%のホルムアミドを10μl添加することによって反応を停止した。7M尿素を含む45mMトリス-ホウ酸、pH8.3、1.4mM EDTAを含む緩衝液中で20%変性アクリルアミドゲル(架橋19:1)で電気泳動を実施する直前に、試料を90℃で1分間加熱した。他で特記しない限り、レーン当たり各1μlの停止反応液を添加した。次に、ゲルを505nmのフィルターを用いたFMBIO-100蛍光性ゲルスキャナー(日立)上で走査した。FMBIO 解析ソフトウェア(バージョン6.0(日立))を用い、非切断のおよび切断基質と一致しているバンドの強さから切断産物の分画を決定した。切断産物の分画は、20%を上回らなかったため、おおよその切断初速度を測定することができた。回転率はこれらの反応条件(1/分)で標的分子当たり、分当たりに生成した切断シグナル・プローブ数として定義した。
F. Activity measurement using IrTI and IdT targets (Figure 24)
The 5 ′ nuclease activity assay was performed in 10 μl reaction containing 10 mM MOPS, pH 7.5, 0.05% Tween 20, 0.05% Nonidet P-40, 10 μg / ml tRNA, 100 mM KCl, and 5 mM MgSO 4 . The probe concentration (SEQ ID NO: 167) was 2 mM. Substrate (final concentrations of IrTI (SEQ ID NO: 228) or IdT (SEQ ID NO: 229) were 10 nM or 1 nM, respectively), and about 20 ng of the enzyme prepared by the method of Example 3 were added to the above reaction buffer. Mixed with liquid and overlaid with CHILLOUT (MJ Research) liquid wax. The reaction was brought to a reaction temperature of 57 ° C. and started by adding MgSO 4 and incubated for 10 minutes. The reaction was then stopped by adding 10 μl of 95% formamide containing 10 mM EDTA and 0.02% methyl violet (Sigma). Immediately before electrophoresis on a 20% denaturing acrylamide gel (cross-linked 19: 1) in a buffer containing 45 mM Tris-Borate, pH 8.3, 1.4 mM EDTA containing 7 M urea, the sample was at 90 ° C. for 1 min. Heated. Unless otherwise noted, 1 μl of stop reaction was added per lane. The gel was then scanned on a FMBIO-100 fluorescent gel scanner (Hitachi) using a 505 nm filter. FMBIO analysis software (version 6.0 (Hitachi)) was used to determine the fraction of the cleaved product from the intensity of the band that was uncut and matched to the cleaved substrate. Since the fraction of cleavage products did not exceed 20%, an approximate initial cut rate could be measured. The turnover rate was defined as the number of cleavage signal probes generated per minute per target molecule under these reaction conditions (1 / min).

G. X構造(X)およびヘアピン(HP)標的による活性測定(図22)
10mM MOPS、pH7.5、0.05%Tween 20、0.05%ノニデットP-40、10 μg/ml tRNA、100mM KCl、および5mM MgSO4を含む10μlの反応液で、5'ヌクレアーゼ活性のアッセイ法を実施した。ヘアピン構造形成(22A、配列番号:230および231)もしくはX構造形成(22B、配列番号:230〜232)に関する各オリゴを最終濃度1μmで添加した。実施例3の方法で調製した約20ngの試験酵素を上記の反応緩衝液と混合し、CHILLOUT(MJ Research) 液体ワックスを重層した。反応液の反応温度60℃にして、MgSO4を添加することによって開始し、10分間保温した。次に、10mMのEDTAおよび0.02%のメチルバイオレット(シグマ)を含む95%のホルムアミドを10μl添加することによって反応を停止した。7M 尿素を含む45mMトリス-ホウ酸、pH8.3、1.4mM EDTAを含む緩衝液中で20%変性アクリルアミドゲル(架橋19:1)で電気泳動を実施する直前に、試料を90℃で1分間加熱した。他で特記しない限り、レーン当たり各1μlの停止反応液を添加した。次に、ゲルを505nmのフィルターを用いたFMBIO-100蛍光性ゲルスキャナー(日立)上で走査した。FMBIO 解析ソフトウェア(バージョン6.0(日立))を用い、非切断のおよび切断基質と一致しているバンドの強さから切断産物の分画を決定した。切断産物の分画は、20%を上回らなかったため、おおよその切断初速度を測定することができた。回転率はこれらの反応条件(1/分)で標的分子当たり、分当たりに生成した切断シグナル・プローブ数として定義した。
G. Activity measurement with X structure (X) and hairpin (HP) targets (Figure 22)
Assay of 5 ′ nuclease activity was performed in 10 μl reaction containing 10 mM MOPS, pH 7.5, 0.05% Tween 20, 0.05% Nonidet P-40, 10 μg / ml tRNA, 100 mM KCl, and 5 mM MgSO 4 . Each oligo for hairpin structure formation (22A, SEQ ID NO: 230 and 231) or X structure formation (22B, SEQ ID NO: 230-232) was added at a final concentration of 1 μm. About 20 ng of the test enzyme prepared by the method of Example 3 was mixed with the above reaction buffer and overlaid with CHILLOUT (MJ Research) liquid wax. The reaction was brought to a reaction temperature of 60 ° C. and started by adding MgSO 4 and incubated for 10 minutes. The reaction was then stopped by adding 10 μl of 95% formamide containing 10 mM EDTA and 0.02% methyl violet (Sigma). Immediately before electrophoresis on a 20% denaturing acrylamide gel (cross-linked 19: 1) in a buffer containing 45 mM Tris-borate, pH 8.3, 1.4 mM EDTA containing 7 M urea, the sample was run at 90 ° C. for 1 min. Heated. Unless otherwise noted, 1 μl of stop reaction was added per lane. The gel was then scanned on a FMBIO-100 fluorescent gel scanner (Hitachi) using a 505 nm filter. FMBIO analysis software (version 6.0 (Hitachi)) was used to determine the fraction of the cleaved product from the intensity of the band that was uncut and matched to the cleaved substrate. Since the fraction of cleavage products did not exceed 20%, an approximate initial cut rate could be measured. The turnover rate was defined as the number of cleavage signal probes generated per minute per target molecule under these reaction conditions (1 / min).

H. ヒトIL-6標的による活性測定(図10)
10mM MOPS、pH7.5、0.05%Tween 20、0.05%ノニデットP-40、10 μg/ml tRNA、100mM KCl、および5mM MgSO4を含む10μlの反応液で、5'ヌクレアーゼ活性のアッセイ法を実施した。IL-6 DNA基質、0.05nM IL-6 DNA標的(配列番号:163)、各1μMのプローブ(配列番号:162)およびINVADER(配列番号:161)オリゴヌクレオチドを含む反応液を、60℃30分間反応させた。IL-6 RNA標的の濃度が1nMであり、反応の実施が57℃で60分間であることを除いて、同一条件下で、IL-6 RNA標的(配列番号:160)を含む反応を実施した。各反応は、実施例3の方法で調製した約20ngの試験酵素を含んでいた。
H. Activity measurement with human IL-6 target (Figure 10)
Assay of 5 ′ nuclease activity was performed in 10 μl reaction containing 10 mM MOPS, pH 7.5, 0.05% Tween 20, 0.05% Nonidet P-40, 10 μg / ml tRNA, 100 mM KCl, and 5 mM MgSO 4 . Reaction solution containing IL-6 DNA substrate, 0.05 nM IL-6 DNA target (SEQ ID NO: 163), each 1 μM probe (SEQ ID NO: 162) and INVADER (SEQ ID NO: 161) oligonucleotide, 60 ° C. for 30 minutes Reacted. A reaction containing the IL-6 RNA target (SEQ ID NO: 160) was performed under the same conditions except that the concentration of IL-6 RNA target was 1 nM and the reaction was performed at 57 ° C. for 60 minutes. . Each reaction contained approximately 20 ng of test enzyme prepared by the method of Example 3.

I. r25量体の合成標的による活性測定(図23)
r25量体の合成標的(配列番号:233)を含む反応を、r25量体標的の濃度が5nMであり、反応の実施が58℃で60分間であることを除いて、同一条件(10mM MOPS、pH7.5、0.05%Tween 20、0.05%ノニデットP-40、10μg/ml tRNA、100mM KClおよび5mM MgSO4)下で、各1μMのプローブ(配列番号:234)およびINVADER(配列番号:235)オリゴヌクレオチド存在下で実施した。各約20ngの試験酵素を反応液に添加した。酵素は実施例3の方法で調製した。
I. Activity measurement by synthetic target of r25mer (Fig. 23)
Reactions containing synthetic r25mer target (SEQ ID NO: 233) were performed under the same conditions (10 mM MOPS, except that the concentration of r25mer target was 5 nM and the reaction was performed at 58 ° C. for 60 minutes. 1 μM probe (SEQ ID NO: 234) and INVADER (SEQ ID NO: 235) oligos under pH 7.5, 0.05% Tween 20, 0.05% Nonidet P-40, 10 μg / ml tRNA, 100 mM KCl and 5 mM MgSO 4 ) Performed in the presence of nucleotides. About 20 ng of each test enzyme was added to the reaction. The enzyme was prepared by the method of Example 3.

上記の試験はいずれも、改変を加えて酵素活性の至適条件を得ることができる。例えば、酵素滴定を実施して、最大切断活性および最小バックグラウンド・シグナルを得る至適酵素濃度を決定することもできる。限定するものではないが、一例を挙げれば、多くの変異体酵素を10ng、20ngおよび40ngの量で試験した。同様に、温度滴定を本試験に利用することもできる。タンパク質構造を改変することによって、温度要件を変えることができるので、温度の範囲を試験して問題とする変異体に最適な条件を同定すことができる。   All of the above tests can be modified to obtain optimal conditions for enzyme activity. For example, enzyme titration can be performed to determine the optimal enzyme concentration that yields maximum cleavage activity and minimum background signal. By way of example and not limitation, a number of mutant enzymes were tested in amounts of 10 ng, 20 ng and 40 ng. Similarly, temperature titration can be used for this test. By modifying the protein structure, the temperature requirements can be changed, so that the temperature range can be tested to identify the optimal conditions for the variant in question.

このようなスクリーニングで得られた結果(約20ngの変異体酵素を用いる)を表3〜8および図12、図14、図15、図19および図25に示す。   The results obtained by such screening (using about 20 ng of mutant enzyme) are shown in Tables 3-8 and FIGS. 12, 14, 15, 19, and 25.

実施例2
DNAポリメラーゼおよび変異体ポリメラーゼの5'ヌクレアーゼのクローニングおよび発現
A. サーマス・アクアティカスおよびサーマス・サーモフィラスのDNAポリメラーゼ
1. TaqPolおよびTthPolクローニング
サーマス属の真性細菌由来のA型DNAポリメラーゼは、タンパク質配列の同一性が非常に高く(DNAStar, WIのDNA解析ソフトウェアのLipman-Pearson 法を用いて、重合ドメインで90%)、重合アッセイ法およびヌクレアーゼ・アッセイ法のいずれにおいても類似した挙動を示す。従って、このクラスの代表として、サーマス・アクアティカス(TaqPol)、サーマス・サーモフィラス(TthPol)およびサーマス・スコトダクタスのDNAポリメラーゼ遺伝子を用いた。他の真性細菌のポリメラーゼ遺伝子としては、大腸菌(Escherichia coli)、肺炎連鎖球菌(Streptococcus pneumoniae)、マイコバクテリウム-スメグマチス(Mycobacterium smegmatis)、サーマス・サーモフィラス、サーマス種、サーモトガ・マリティマ(Thermotoga maritima)、サーモサイフォ・アフリカヌス(Thermosipho africanus)、およびバチルス・ステアロサーモフィラス(Bacillus stearothermophilus)が挙げられるが、これらのみに限定されるものではない。これらはいずれも好適である。
Example 2
Cloning and expression of DNA polymerase and mutant polymerase 5 'nucleases.
A. DNA polymerase from Thermus aquaticus and Thermos thermophilus
1. Cloning TaqPol and TthPol Type A DNA polymerase from Thermus genus bacteria has very high protein sequence identity (90% in the polymerization domain using the Lipman-Pearson method of DNA analysis software of DNAStar, WI) ), Similar behavior in both the polymerization assay and the nuclease assay. Therefore, as a representative of this class, the DNA polymerase genes of Thermus aquaticus (TaqPol), Thermus thermophilus (TthPol), and Thermus scottodactus were used. Other eubacterial polymerase genes include Escherichia coli, Streptococcus pneumoniae, Mycobacterium smegmatis, Thermus thermophilus, Thermos species, Thermotoga maritima, Thermotoga maritima, Thermotoga maritima, Thermotoga maritima, Thermotoga maritima, Thermotoga maritima These include, but are not limited to, Thermosipho africanus and Bacillus stearothermophilus. These are all suitable.

a. TaqPol の初期単離:変異体TaqA/G
Taq DNAポリメラーゼ遺伝子は、配列番号:236および237に記載のオリゴヌクレオチドをプライマーとして用いて、サーマス・アクアティカスのYT-1株(Lawyerら、上記)のゲノムDNAからポリメラーゼ連鎖反応により増幅した。得られたDNA断片は、コード配列の5'末端に制限エンドヌクレアーゼEcoRIの認識配列、コード配列の3'末端にBglII配列を有する。BglIIで切断することによって、BamHIで得られる末端に適合する5'オーバーハングもしくは「接着末端」が得られる。PCRで増幅したDNAは、EcoRIとBamHIで消化した。ポリメラーゼ遺伝子のコード領域を含む2512bpの断片をゲルによって精製した後、誘導性プロモーターを含むプラスミドに連結した。
a. Initial isolation of TaqPol: mutant TaqA / G
The Taq DNA polymerase gene was amplified by polymerase chain reaction from the genomic DNA of Thermus aquaticus YT-1 strain (Lawyer et al., Supra) using the oligonucleotides set forth in SEQ ID NOs: 236 and 237 as primers. The obtained DNA fragment has a recognition sequence for the restriction endonuclease EcoRI at the 5 ′ end of the coding sequence and a BglII sequence at the 3 ′ end of the coding sequence. Cleavage with BglII results in a 5 ′ overhang or “sticky end” that matches the end obtained with BamHI. DNA amplified by PCR was digested with EcoRI and BamHI. A 2512 bp fragment containing the coding region of the polymerase gene was purified by gel and then ligated to a plasmid containing an inducible promoter.

本発明の一態様においては、ハイブリッドtrp-lac(tac)プロモーターを含むpTTQ18ベクターを用いた(M.J.R. Stark, Gene 5:255 [1987])。tacプロモーターは、大腸菌のlacリプレッサータンパク質の制御下にある。抑制をかけることで、細菌の増殖が所望のレベルに達するまで遺伝子産物の合成を抑制し、その時点で特異的誘導物質、イソプロピル-β-D-チオガラクトピラノシド(IPTG)を添加することによって抑制を解除する。このようなシステムによって、形質転換体の増殖を遅くする、または阻害する外来性タンパク質の発現を制御することができる。   In one embodiment of the present invention, a pTTQ18 vector containing a hybrid trp-lac (tac) promoter was used (M.J.R. Stark, Gene 5: 255 [1987]). The tac promoter is under the control of the E. coli lac repressor protein. By applying suppression, the synthesis of the gene product is suppressed until the bacterial growth reaches the desired level, at which point a specific inducer, isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside (IPTG) is added To release the suppression. By such a system, the expression of an exogenous protein that slows or inhibits the growth of the transformant can be controlled.

合成Ptac等の特に強い細菌性プロモーターがマルチコピー・プラスミド上に存在する場合には、適正なに抑制ができない。毒性の高いタンパク質をこのようなプロモーターの制御下に配置した場合には、誘導物質の非存在下であっても少量の漏出発現が起こり、これは細菌にとって有害となり得る。本発明の別の態様においては、クローニングした遺伝子の産物の合成を抑制する別の選択肢を考える。プラスミド・ベクター系列 pET-3に含まれているバクテリオファージT7の非細菌性プロモーターを利用して、クローニングした変異体 Taqポリメラーゼ遺伝子を発現させる(StudierおよびMoffatt、J. Mol. Biol., 189:113 [1986])。このプロモーターは、T7RNAポリメラーゼによってのみ転写を開始する。BL21(DE3)pLYS等の好適な株においては、ファージT7 RNAポリメラーゼ遺伝子は、細菌のゲノムに含まれ、lacオペレータの支配下にある。このような構成の利点は、複数コピーの遺伝子(プラスミド上)の発現が、単一コピーとして存在するので容易に抑制できるT7 RNAポリメラーゼの発現に完全に依存することである。   When a particularly strong bacterial promoter such as synthetic Ptac is present on a multicopy plasmid, it cannot be properly suppressed. When highly toxic proteins are placed under the control of such promoters, small amounts of leakage occur even in the absence of inducers, which can be detrimental to bacteria. In another embodiment of the present invention, another option is conceivable that suppresses the synthesis of the cloned gene product. The cloned mutant Taq polymerase gene is expressed using the non-bacterial promoter of bacteriophage T7 contained in the plasmid vector series pET-3 (Studier and Moffatt, J. Mol. Biol., 189: 113). [1986]). This promoter initiates transcription only by T7 RNA polymerase. In suitable strains such as BL21 (DE3) pLYS, the phage T7 RNA polymerase gene is contained in the bacterial genome and is under the control of the lac operator. The advantage of such a configuration is that the expression of multiple copies of the gene (on the plasmid) is completely dependent on the expression of T7 RNA polymerase, which can be easily suppressed because it exists as a single copy.

好適な誘導性プロモーターを有するベクターには2つの例がある。他については当業者に公知である。なお、本発明の改善型ヌクレアーゼは発現システムの選択によって限定されるものではない。   There are two examples of vectors with suitable inducible promoters. Others are known to those skilled in the art. The improved nuclease of the present invention is not limited by the selection of the expression system.

pTTQ18ベクターへの連結に関しては、Taq ポリメラーゼのコード領域(下記の理由で mutTaqと呼ばれる;配列番号:238)を含むPCR産物のDNAをEcoRIとBglIIで消化し、標準的「接着末端」の条件(Sambrookら、「分子クローニング(Molecular Cloning)」, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, pp. 1.63-1.69 [1989])で、この断片をプラスミド・ベクター pTTQl8のEcoRI/BamHI部位に連結した。この構築物の発現によって、天然タンパク質の最初の2残基(Met-Arg)がベクター由来の3残基(Met-Asn-Ser)で置換されているが、PCR産物のタンパク質配列の残りに関しては変更のない(配列番号:239)翻訳融合産物が得られる。大腸菌JM109 株を構築物で形質転換し、天然タンパク質を発現する細菌の増殖を抑制する不完全抑制条件下で形質転換体をプレートに播種した。このようなプレーティング条件によって、増幅工程におけるTaqポリメラーゼの不正確性によって生じる等の、元々存在する変異を含む遺伝子が単離できる。   For ligation to the pTTQ18 vector, the DNA of the PCR product containing the Taq polymerase coding region (called mutTaq for the following reasons; SEQ ID NO: 238) was digested with EcoRI and BglII, and standard “sticky end” conditions ( Sambrook et al., “Molecular Cloning”, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, pp. 1.63-1.69 [1989]) ligated this fragment to the EcoRI / BamHI site of plasmid vector pTTQl8. Expression of this construct replaces the first two residues (Met-Arg) of the native protein with three residues from the vector (Met-Asn-Ser), but changes in the rest of the protein sequence of the PCR product A translational fusion product without (SEQ ID NO: 239) is obtained. Escherichia coli JM109 strain was transformed with the construct, and the transformant was seeded on a plate under incomplete suppression conditions that suppressed the growth of bacteria expressing the natural protein. Such plating conditions can isolate genes that contain naturally occurring mutations, such as those caused by Taq polymerase inaccuracies in the amplification process.

この増幅/選択プロトコールを用いて、変異したTaq ポリメラーゼ遺伝子(mutTaq)を含むクローンを単離した。まず、形質によって変異体を検出した。細胞粗抽出液中の温度安定性の5'ヌクレアーゼ活性は正常であったが、重合活性はほとんど無かった(おおよそ野生型 Taq ポリメラーゼ活性の1%未満)。プライマー伸長反応によってポリメラーゼ活性を決定した。10mM MOPS、pH7.5、5mM MgSO4、100mM KClを含む10μlの緩衝液中で反応を行った。各反応では、40ngの酵素を用いて、10μMポリ(A)286もしくは1μMポリ(dA)273鋳型のいずれか、45μMのdTTPおよび5μMのFl-dUTPの存在下で60℃30分間、10μM(dT)25-30プライマーから伸長を行った。10μlの停止溶液(95%ホルムアミド、10mM EDTA、0.02%メチルバイオレット色素)で反応を停止した。試料(3μl)を15%アクリルアミド変性ゲル(架橋19:1)で分画し、Fl-dUTPを取り込んだ分画を、505nmの発光フィルターを備えるFMBIO-100蛍光ゲルスキャナー(日立)を用いて定量した。 Using this amplification / selection protocol, a clone containing a mutated Taq polymerase gene (mutTaq) was isolated. First, mutants were detected by traits. The temperature stable 5 'nuclease activity in the crude cell extract was normal, but there was little polymerization activity (approximately less than 1% of wild-type Taq polymerase activity). Polymerase activity was determined by primer extension reaction. The reaction was performed in 10 μl of buffer containing 10 mM MOPS, pH 7.5, 5 mM MgSO 4 , 100 mM KCl. In each reaction, 40 ng of enzyme was used for 10 μM (dT) at 60 ° C. for 30 minutes in the presence of either 10 μM poly (A) 286 or 1 μM poly (dA) 273 template, 45 μM dTTP and 5 μM Fl-dUTP. ) Extension was performed from 25-30 primer. The reaction was stopped with 10 μl of stop solution (95% formamide, 10 mM EDTA, 0.02% methyl violet dye). Sample (3μl) was fractionated on a 15% acrylamide-denaturing gel (cross-linked 19: 1), and the fraction incorporating Fl-dUTP was quantified using an FMBIO-100 fluorescent gel scanner (Hitachi) equipped with a 505 nm emission filter. did.

組換え遺伝子のDNA配列解析によれば、2カ所のアミノ酸置換(ヌクレオチド1394位のAからGへの変化は、アミノ酸465位のGluをGlyに変化させる(天然の核酸およびアミノ酸配列に従い番号付けされている:配列番号:153および157);およびヌクレオチド2260位の別のAからGへの変化は、アミノ酸754位のGlnをArgに変化させる)により、ポリメラーゼ・ドメインに変異が生じていた。GlnからGlyへの変異は非保存的位置にあり、またGluからArgへの変異は、実質的に既知のA型ポリメラーゼ総てに保存されているアミノ酸を変化させるので、後者の変異はこのタンパク質の合成活性を低下させる原因の1つとなる可能性が高い。構築物のヌクレオチド配列は配列番号:39に記載されている。この配列がコードする酵素をTaq A/Gと表す。   According to DNA sequence analysis of the recombinant gene, two amino acid substitutions (change from A to G at nucleotide position 1394 changes Glu at amino acid position 465 to Gly (numbered according to the natural nucleic acid and amino acid sequence). And another A to G change at nucleotide position 2260 changed Gln at amino acid position 754 to Arg), resulting in a mutation in the polymerase domain. The Gln to Gly mutation is in a non-conservative position, and the Glu to Arg mutation changes the amino acid conserved in virtually all known type A polymerases, so the latter mutation is This is likely to be one of the causes of lowering the synthetic activity. The nucleotide sequence of the construct is set forth in SEQ ID NO: 39. The enzyme encoded by this sequence is expressed as Taq A / G.

b. TthPolの初期単離
細菌種サーマス・サーモフィラス(Tth)由来のDNAポリメラーゼ酵素の生産は、このタンパク質の遺伝子を発現ベクターにクローニングし、大腸菌細胞で過剰発現させることによって実施した。1バイアルのATCC(ATCC#27634)の乾燥サーマス・サーモフィラス株HB-8からゲノムDNAを調製した。DNAポリメラーゼ遺伝子を以下のプライマーを用いてPCRにより増幅した。

Figure 0005661071
得られたPCR産物を、制限エンドヌクレアーゼEcoRIおよびSalIで消化し、EcoRI/SalI消化したプラスミド ベクターpTrc99G(実施例2C1に記載する)に挿入することによってプラスミド pTrcTth-1を作製した。このTth ポリメラーゼ構築物は、5'オリゴヌクレオチドが偶然欠落して1残基のヌクレオチドを欠いている。その結果、ポリメラーゼ遺伝子は読み枠からはずれた。以下のオリゴヌクレオチドを用いて実施例4および5に記載の方法に従い、pTrcTth-1に部位特異的変異導入を行い、この間違いを修正した。
Figure 0005661071
これにより、プラスミド pTrcTth-2を作製した。TthPolのタンパク質および該タンパク質をコードする核酸配列は、それぞれ配列番号:243および244に示した。 b. Initial isolation of TthPol Production of a DNA polymerase enzyme from the bacterial species Thermus thermophilus (Tth) was performed by cloning the gene for this protein into an expression vector and overexpressing it in E. coli cells. Genomic DNA was prepared from 1 vial of ATCC (ATCC # 27634) dried Thermus thermophilus strain HB-8. The DNA polymerase gene was amplified by PCR using the following primers.
Figure 0005661071
The resulting PCR product was digested with the restriction endonucleases EcoRI and SalI and inserted into the EcoRI / SalI digested plasmid vector pTrc99G (described in Example 2C1) to create plasmid pTrcTth-1. This Tth polymerase construct is missing one nucleotide because of the accidental loss of the 5 'oligonucleotide. As a result, the polymerase gene was out of the reading frame. This mistake was corrected by site-directed mutagenesis into pTrcTth-1 according to the method described in Examples 4 and 5 using the following oligonucleotides.
Figure 0005661071
This produced plasmid pTrcTth-2. The TthPol protein and the nucleic acid sequence encoding the protein are shown in SEQ ID NOs: 243 and 244, respectively.

c. 組換えタンパク質の大規模調製
Taq DNAポリメラーゼの調製プロトコール(Engeikeら、Anal. Biochem., 191:396 [1990])に基づく以下の技術を利用して、組換えタンパク質を次のように精製した。pTrc99A TaqPolまたはpTrc99GTthPolのいずれかを含む大腸菌細胞(JM109株)を100mg/mlのアンピシリンを含む3mlのLBに接種し、37℃で16時間培養した。一晩培養したものを総て、100mg/mlのアンピシリンを含む200mlまたは350mlのLBに接種し、37℃で激しく振盪しながら培養し、A600が0.8に達したところでIPTG(1Mストック溶液)を最終濃度1mMで添加した。培養を37℃で16時間継続した。
c. Large-scale preparation of recombinant proteins
The recombinant protein was purified as follows using the following technique based on the preparation protocol of Taq DNA polymerase (Engeike et al., Anal. Biochem., 191: 396 [1990]). E. coli cells (JM109 strain) containing either pTrc99A TaqPol or pTrc99GTthPol were inoculated into 3 ml LB containing 100 mg / ml ampicillin and cultured at 37 ° C. for 16 hours. All those cultured overnight was inoculated into LB of 200ml or 350ml containing 100 mg / ml ampicillin, and incubated with vigorous shaking at 37 ° C., the IPTG (1M stock solution) where A 600 reached 0.8 Added at a final concentration of 1 mM. Incubation was continued at 37 ° C. for 16 hours.

誘導を行った細胞をペレットにし、細胞ペレットの重さを計った。等容量の2x DG緩衝液(100mM トリス-HCl、pH7.6、0.1mM EDTA)を付加し、振盪してペレットを懸濁させた。50mg/mlのリゾチーム(シグマ)を最終濃度1mg/mlで 添加し、細胞を室温で15分間保温した。ボルテックスをしながら、デオキシコール酸(10%溶液)を滴下し、 最終濃度を0.2%とした。1容量のH2Oおよび1容量の2x DG緩衝液を添加し、得られた混合物の粘性を減らすために、混合物を氷上で2分間超音波処理した。超音波処理後、3M(NH42SO4 を最終濃度0.2Mで添加し、可溶化物を4℃で20分間、14,000xgで遠心した。上清を取り、70℃で60分間保温した。この時点で、10%ポリエチレンイミン(PEI)添加して0.25%とした。氷上で30分間保温後、混合物を4℃で20分間、14,000xgで遠心した。この時点で、上清を取り、(NH42SO4を添加し、次のようにしてタンパク質を沈殿させた。 The induced cells were pelleted and the cell pellet was weighed. An equal volume of 2x DG buffer (100 mM Tris-HCl, pH 7.6, 0.1 mM EDTA) was added and shaken to suspend the pellet. 50 mg / ml lysozyme (Sigma) was added at a final concentration of 1 mg / ml and the cells were incubated for 15 minutes at room temperature. While vortexing, deoxycholic acid (10% solution) was added dropwise to a final concentration of 0.2%. One volume of H 2 O and one volume of 2 × DG buffer was added and the mixture was sonicated for 2 minutes on ice to reduce the viscosity of the resulting mixture. After sonication, 3M (NH 4 ) 2 SO 4 was added at a final concentration of 0.2 M and the lysate was centrifuged at 14,000 × g for 20 minutes at 4 ° C. The supernatant was taken and incubated at 70 ° C. for 60 minutes. At this point, 10% polyethyleneimine (PEI) was added to 0.25%. After incubating on ice for 30 minutes, the mixture was centrifuged at 14,000 xg for 20 minutes at 4 ° C. At this point, the supernatant was removed and (NH 4 ) 2 SO 4 was added to precipitate the protein as follows.

2容量の3M(NH42SO4を添加しタンパク質を沈殿させた。混合物を室温で一晩16時間保温し、4℃で20分間、14,000xgで遠心した。タンパク質ペレットを0.5mlのQ緩衝液(50mMトリス-HCl、pH8.0、0.1mM EDTA、0.1%Tween 20)に懸濁した。Mja FEN-1の調製に関しては、固形の(NH42SO4を最終濃度3Mで添加した(〜75%飽和)。混合物を氷上で30分間保温し、上記のようにしてタンパク質をスピンダウンし、懸濁した。 Two volumes of 3M (NH 4 ) 2 SO 4 were added to precipitate the protein. The mixture was incubated at room temperature overnight for 16 hours and centrifuged at 14,000 xg for 20 minutes at 4 ° C. The protein pellet was suspended in 0.5 ml Q buffer (50 mM Tris-HCl, pH 8.0, 0.1 mM EDTA, 0.1% Tween 20). For the preparation of Mja FEN-1, solid (NH 4 ) 2 SO 4 was added at a final concentration of 3M (˜75% saturation). The mixture was incubated on ice for 30 minutes and the protein was spun down and suspended as described above.

懸濁したタンパク質調製物を、A279を調べて定量し、透析して100 μg/ml BSAを含む50%グリセロール、20mMトリス-HCl、pH8.0、50mM KCl、0.5%Tween20、0.5%ノニデットP-40で保存した. The suspended protein preparation was quantified by examining the A 279, dialyzed to 50% glycerol containing 100 μg / ml BSA, 20mM Tris-HCl, pH 8.0, 50 mM KCl, 0.5% Tween 20,% Nonidet P Saved at -40.

B. サーマス・フィリフォルミスおよびサーマス・スコトダクタスのDNAポリメラーゼ
1. サーマス・フィリフォルミスおよびサーマス・スコトダクタスのクローニング
DSMZ(Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellculturen, Braunschweig, Germany、菌株#4687)から得たサーマス・フィリフォルミス(Tfi)凍結乾燥品1バイアルに、1mlのCastenholz培地(DSMZ培地86)を加え、予め50℃に加温した500mlのCastenholz培地に接種した。激しく振盪しながら、70℃で48時間保温して培養した。培養後、8000xgで10分間遠心して細胞を回収した。細胞ペレットを10mlのTE(10 mM トリス-HCL、pH 8.0,1mM EDTA)に懸濁し、1mlを取り分け、細胞を-20℃で凍結した。1mlを融解し、リゾチームを添加して1mg/mlとし、 細胞を23℃で30分間保温した。20%のSDS溶液(ドデシル硫酸ナトリウム)を最終濃度0.5%で添加した後、緩衝化フェノールで抽出した。水相をさらに、1:1フェノール-クロロホルムで抽出し、最後にクロロホルムで抽出した。10分の1容量の3M酢酸ナトリウム(pH5.0)および2.5容量のエタノールを水相に添加して混合した。DNAを20,000xgで5分間遠心することによってペレットにした。DNAペレットを70%エタノールで洗浄し、風乾した。これを200μlのTEに再懸濁し、直接増幅に用いた。サーマス・スコトダクタス(Tsc, ATCC#51532)を培養し、サーマス・フィリフォルミスに関して上記した方法でゲノムDNA を調製した。
B. Thermus filiformis and Thermus scottodactus DNA polymerase
1. Cloning of Thermus filiformis and Thermus scottodactus
Add 1 ml of Castenholz medium (DSMZ medium 86) to 1 vial of Thermus filiformis (Tfi) freeze-dried product obtained from DSMZ (Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellculturen, Braunschweig, Germany, strain # 4687) Inoculated into 500 ml of Castenholz medium that had been warmed. The culture was incubated for 48 hours at 70 ° C. with vigorous shaking. After culturing, the cells were collected by centrifugation at 8000 × g for 10 minutes. The cell pellet was suspended in 10 ml TE (10 mM Tris-HCL, pH 8.0, 1 mM EDTA), 1 ml was removed, and the cells were frozen at −20 ° C. 1 ml was thawed, lysozyme was added to 1 mg / ml, and the cells were incubated at 23 ° C. for 30 minutes. A 20% SDS solution (sodium dodecyl sulfate) was added to a final concentration of 0.5% and then extracted with buffered phenol. The aqueous phase was further extracted with 1: 1 phenol-chloroform and finally with chloroform. One-tenth volume of 3M sodium acetate (pH 5.0) and 2.5 volumes of ethanol were added to the aqueous phase and mixed. DNA was pelleted by centrifugation at 20,000 xg for 5 minutes. The DNA pellet was washed with 70% ethanol and air dried. This was resuspended in 200 μl TE and used directly for amplification. Thermus scotdactus (Tsc, ATCC # 51532) was cultured and genomic DNA was prepared by the method described above for Thermus filiformis.

TfiのDNAポリメラーゼI遺伝子(GenBankアクセッション番号AF030320)を単一断片として増幅することができなかった。そこで、2つの異なる断片を発現ベクター pTrc99aにクローニングした。2つの断片は、PCRオリゴヌクレオチドにおけるTfi DNAポリメラーゼのオープン・リーディング・フレーム(ORF)の1308位にサイレント変異を導入することによって作製したNotI部位を重複・共有している。Advantage cDNA PCRキット(Clonetech)と以下のオリゴヌクレオチドを用いて、この遺伝子の3'側の半分を増幅した。

Figure 0005661071
反応によるPCR産物の長さは約1200塩基対であった。制限酵素NotIおよびSalIで切断し、得られたDNAをNotIおよびSalIで切断したpTrc99aに連結し、pTrc99a-Tfi3'を作製した。遺伝子の5'側の半分を上記の方法で以下に記載の2つのプライマー用いて増幅した。
Figure 0005661071
得られた1300塩基対の断片を制限酵素EcoRIおよびNotIで切断し、EcoRIおよびNotIで切断したpTrc99a-Tfi3'に連結して、pTrc99a-TfiPol(配列番号:249(対応するアミノ酸配列を配列番号:250に示した))を作製した。 The Tfi DNA polymerase I gene (GenBank accession number AF030320) could not be amplified as a single fragment. Therefore, two different fragments were cloned into the expression vector pTrc99a. The two fragments overlap and share the NotI site created by introducing a silent mutation at position 1308 of the open reading frame (ORF) of Tfi DNA polymerase in the PCR oligonucleotide. Using the Advantage cDNA PCR kit (Clonetech) and the following oligonucleotides, the 3 ′ half of this gene was amplified.
Figure 0005661071
The length of the PCR product from the reaction was about 1200 base pairs. Cleaved with restriction enzymes NotI and SalI, and the resulting DNA was ligated to pTrc99a cleaved with NotI and SalI to prepare pTrc99a-Tfi3 ′. The 5 ′ half of the gene was amplified by the method described above using the two primers described below.
Figure 0005661071
The obtained 1300 base pair fragment was cleaved with restriction enzymes EcoRI and NotI, ligated to pTrc99a-Tfi3 ′ cleaved with EcoRI and NotI, and pTrc99a-TfiPol (SEQ ID NO: 249 (corresponding amino acid sequence SEQ ID NO: 250) was produced.

Advantage cDNA PCRキット(Clonetech)と以下の2つのプライマーを用いて、サーマス・スコトダクタスのDNAポリメラーゼI遺伝子を増幅した。

Figure 0005661071
PCR産物を制限酵素EcoRIおよびSalIで切断し、EcoRIおよびSalIで切断したpTrc99aに連結し、pTrc99a-TscPol(配列番号:253(対応するアミノ酸配列を配列番号:254に示した))を作製した。 Using the Advantage cDNA PCR kit (Clonetech) and the following two primers, the DNA polymerase I gene of Thermus scottodactus was amplified.
Figure 0005661071
The PCR product was cleaved with restriction enzymes EcoRI and SalI and ligated to pTrc99a cleaved with EcoRI and SalI to prepare pTrc99a-TscPol (SEQ ID NO: 253 (corresponding amino acid sequence is shown in SEQ ID NO: 254)).

2.サーマス・フィリフォルミスおよびサーマス・スコトダクタスの発現と精製
タンパク質発現は、プラスミドをプロテアーゼ欠損大腸菌株 BL21(Novagen)もしくは株 JM109(Promega Corp., Madison, WI)に形質転換した。100μg/mlのアンピシリンを含むLBを含むフラスコに、LBプレートの単一コロニーもしくは適当な株の凍結ストックを接種した。激しく振盪しながら37℃で数時間培養した後、培養液に200μlの1Mイソプロピルガラクトシド(IPTG)を添加して誘導を行った。37℃で16時間培養を継続した後、回収を行った。8000xgで15分間遠心して、細胞をペレットにした後、細胞ペレットを5mlのTEN(10mM トリス-HCl、pH8.0、1mM EDTA、100mM NaCl)に懸濁した。50mg/mlのリゾチームを100μl添加して、細胞を室温で15分間保温した。デオキシコール酸(10%)を最終濃度0.2%で添加した。よく混合した後に、混合物の粘性を減らすために、細胞可溶化物を氷上で2分間超音波処理した。4℃で15分間、20,000xgで遠心することにより、細胞デブリスをペレットにした。上清を除き、10%ポリエチルイミン(PEI)を0.25%添加した後、70℃で30分間保温した。氷上で30分間保温後、混合物を4℃で20分間、20,000xgで遠心した。この時点で、酵素を含む上清を取り、1.2gの硫安を添加し、4℃で1時間保温してタンパク質を沈殿させた。4℃で10分間、20,000xgで遠心することによってタンパク質をペレットにした。4mlのHPLC緩衝液A(50mM トリス-HCl、pH8.0、1mM EDTA)にペレット再懸濁した。Econo-Pacヘパリン・カートリッジ(バイオラッド)およびDionex DX 500 HPLC装置を用いた親和性クロマトグラフィーによって、タンパク質をさらに精製した。簡単に説明すると、該カートリッジをHPLC緩衝液Aで平衡化し、酵素抽出液をカラムに添加し、同一緩衝液中のNaCl(0〜2M)の直線的勾配で溶出した。純粋なタンパク質は、0.5と1Mの間のNaClで溶出する。酵素ピークを採取し、50%グリセロール、20mM トリス-HC1、pH8、50mM KCl、0.5%Tween20、0.5%ノニデットP40、100mg/ml BSAで透析した。
2. Expression and purification of Thermus filiformis and Thermus scotdactus For protein expression, plasmids were transformed into protease-deficient E. coli strain BL21 (Novagen) or strain JM109 (Promega Corp., Madison, Wis.). Flasks containing LB containing 100 μg / ml ampicillin were inoculated with single colonies of LB plates or frozen stocks of appropriate strains. After culturing at 37 ° C. for several hours with vigorous shaking, induction was performed by adding 200 μl of 1M isopropyl galactoside (IPTG) to the culture solution. The culture was continued at 37 ° C. for 16 hours, and then collected. After centrifuging at 8000 × g for 15 minutes to pellet the cells, the cell pellet was suspended in 5 ml of TEN (10 mM Tris-HCl, pH 8.0, 1 mM EDTA, 100 mM NaCl). 100 μl of 50 mg / ml lysozyme was added and the cells were incubated for 15 minutes at room temperature. Deoxycholic acid (10%) was added at a final concentration of 0.2%. After mixing well, the cell lysate was sonicated on ice for 2 minutes to reduce the viscosity of the mixture. Cell debris was pelleted by centrifugation at 20,000 xg for 15 minutes at 4 ° C. The supernatant was removed, 10% polyethylimine (PEI) was added at 0.25%, and the mixture was kept at 70 ° C. for 30 minutes. After incubation on ice for 30 minutes, the mixture was centrifuged at 20,000 xg for 20 minutes at 4 ° C. At this point, the supernatant containing the enzyme was taken, 1.2 g of ammonium sulfate was added, and the mixture was incubated at 4 ° C. for 1 hour to precipitate the protein. Proteins were pelleted by centrifugation at 20,000 xg for 10 minutes at 4 ° C. The pellet was resuspended in 4 ml of HPLC buffer A (50 mM Tris-HCl, pH 8.0, 1 mM EDTA). The protein was further purified by affinity chromatography using an Econo-Pac heparin cartridge (BioRad) and a Dionex DX 500 HPLC instrument. Briefly, the cartridge was equilibrated with HPLC buffer A, the enzyme extract was added to the column and eluted with a linear gradient of NaCl (0-2M) in the same buffer. Pure protein elutes between 0.5 and 1M NaCl. The enzyme peak was collected and dialyzed against 50% glycerol, 20 mM Tris-HC1, pH 8, 50 mM KCl, 0.5% Tween 20, 0.5% nonidet P40, 100 mg / ml BSA.

C. ポリメラーゼ活性が低下し、5'ヌクレアーゼ活性が不変であるポリメラーゼ変異体の作製
節Cで作製した変異体は、すべて、実施例2A1Cに記載の方法で発現させて精製した。
C. Preparation of polymerase mutants with reduced polymerase activity and invariant 5 ′ nuclease activity All mutants prepared in Section C were expressed and purified by the method described in Example 2A1C.

1.修飾 TaqPol 遺伝子:TaqDN
TaqDNと呼ぶ重合活性の欠損したTaq DNAポリメラーゼ変異体を構築した。TaqDN ヌクレアーゼは、野性型のアスパラギン酸残基785位に代わりにアスパラギン残基を含む(D785N)。
1. Modified TaqPol gene: TaqDN
A Taq DNA polymerase mutant deficient in polymerization activity called TaqDN was constructed. TaqDN nuclease contains an asparagine residue in place of the wild-type aspartate residue 785 (D785N).

Taq A/G をコードする遺伝子から、TaqDN ヌクレアーゼをコードするDNAを、2回の部位特異的変異誘発法によって構築した。まず、Taq A/G遺伝子(配列番号:238)の1397位のGおよび2264位のGをそれぞれAに変化させ、野性型TaqPol 遺伝子を作製した。第2回目の変異誘導では、2356位のGをAに変化させることによって、野生型 TaqPol 遺伝子をTaq DN 遺伝子に変換した。これらの操作は、次のように実施した。   From the gene encoding Taq A / G, DNA encoding TaqDN nuclease was constructed by two site-directed mutagenesis methods. First, wild-type TaqPol gene was prepared by changing G at position 1397 and G at position 2264 of the Taq A / G gene (SEQ ID NO: 238) to A, respectively. In the second round of mutagenesis, the wild-type TaqPol gene was converted to the Taq DN gene by changing G at position 2356 to A. These operations were performed as follows.

2段階法によって、Taq A/G ヌクレアーゼコードするDNAを、pTTQ18プラスミドからpTrc99A プラスミド(Pharmacia)に再クローニングした。まず、pTrc99A のマップ中の270位のGを除去してpTrc99Aベクターを改変し、pTrc99Gクローニング・ベクターを作製した。この段階で、pTrc99A プラスミドDNAをNcoIで切断し、4種類のdNTPの存在下で37℃15分間、大腸菌ポリメラーゼIのクレノウ断片を用いて3'の陥凹端の平滑末端化を行った。65℃で10分間保温することによってクレノウ断片を不活性化し、プラスミドDNAをEcoRIで切断した。再び、4種類のdNTPの存在下で37℃15分間、末端をクレノウ断片を用いて平滑末端化した。次に、65℃で10分間保温して、クレノウ断片を失活させた。プラスミドDNAをエタノール沈殿し、ライゲーションによって再び環化した。これを用いて、大腸菌JM109 細胞(Promega)を形質転換した。プラスミドDNAを、単一コロニーから単離し、pTrc99A のマップにおける270位のGを欠失をDNAシーケンシングによって確認した。   Taq A / G nuclease-encoding DNA was recloned from the pTTQ18 plasmid into the pTrc99A plasmid (Pharmacia) by a two-step method. First, the pTrc99A cloning vector was prepared by modifying the pTrc99A vector by removing G at position 270 in the pTrc99A map. At this stage, the pTrc99A plasmid DNA was cleaved with NcoI, and the 3 ′ recessed end was blunted using Klenow fragment of E. coli polymerase I for 15 minutes at 37 ° C. in the presence of 4 types of dNTPs. The Klenow fragment was inactivated by incubation at 65 ° C. for 10 minutes, and the plasmid DNA was cleaved with EcoRI. Again, the ends were blunted with Klenow fragment in the presence of 4 types of dNTPs at 37 ° C. for 15 minutes. Next, the Klenow fragment was inactivated by incubating at 65 ° C. for 10 minutes. Plasmid DNA was ethanol precipitated and recircularized by ligation. This was used to transform E. coli JM109 cells (Promega). Plasmid DNA was isolated from a single colony and the deletion of the G at position 270 in the pTrc99A map was confirmed by DNA sequencing.

第二の工程において、EcoRIおよびSalIを用いて、Taq A/G ヌクレアーゼをコードするDNAをpTTQ18プラスミドから取り出し、Taq A/Gヌクレアーゼ遺伝子を含む該DNA断片を1%アガロースゲルで分離し、Geneclean IIキット(Bio 101, Vista, CA)で単離した。精製した断片を、EcoRIおよびSalIで切断したpTrc99G ベクターに連結した。連結混合物を用いて、大腸菌 JM109コンピテント細胞(Promega)を形質転換した。プラスミドDNAを単一コロニーから単離し、Taq A/G ヌクレアーゼ遺伝子の挿入物を、EcoRIおよびSalIを用いた制限酵素分析によって確認した。   In the second step, the DNA encoding Taq A / G nuclease is removed from the pTTQ18 plasmid using EcoRI and SalI, the DNA fragment containing the Taq A / G nuclease gene is separated on a 1% agarose gel, and Geneclean II Isolated with kit (Bio 101, Vista, CA). The purified fragment was ligated into the pTrc99G vector cut with EcoRI and SalI. The ligation mixture was used to transform E. coli JM109 competent cells (Promega). Plasmid DNA was isolated from a single colony and the Taq A / G nuclease gene insert was confirmed by restriction enzyme analysis using EcoRI and SalI.

pTrcAG Taq A/Gヌクレアーゼ遺伝子を含むプラスミドDNAをpTrc99Aベクターにクローニングし、QIAGEN Plasmid Maxiキット(QIAGEN、Chatsworth、CA)を用いて、製造元のプロトコールに従い、一晩培養したを200mlのJM109から精製した。2種類の変異誘発用プライマーE465(配列番号:255)(Integrated DNA Technologies, Iowa)およびR754Q(配列番号:256)(Integrated DNA Technologies, Iowa)、ならびに選択プライマーであるトランス・オリゴヌクレオチド AlwNI/SpeI(Clontech, Palo Alto, CA, カタログ番号6488-1)を利用して、TRANSFORMER 部位特異的変異誘発キット(Clontech, Palo Alto, CA)のプロトコールに従い、pTrcAG プラスミドDNAに変異を導入して、復帰した野性型TaqPol 遺伝子(pTrcWT)を作製した。   Plasmid DNA containing the pTrcAG Taq A / G nuclease gene was cloned into the pTrc99A vector, and the overnight culture was purified from 200 ml JM109 using the QIAGEN Plasmid Maxi kit (QIAGEN, Chatsworth, CA) according to the manufacturer's protocol. Two types of mutagenesis primers E465 (SEQ ID NO: 255) (Integrated DNA Technologies, Iowa) and R754Q (SEQ ID NO: 256) (Integrated DNA Technologies, Iowa), and the selection primer trans-oligonucleotide AlwNI / SpeI ( Using Clontech, Palo Alto, CA, Cat. No. 6488-1), following the protocol of TRANSFORMER site-directed mutagenesis kit (Clontech, Palo Alto, CA) A type TaqPol gene (pTrcWT) was prepared.

野性型TaqPol 遺伝子を含む pTrcWT プラスミドDNAを、pTrc99A ベクターにクローニングし、QIAGEN Plasmid Maxiキット(QIAGEN、Chatsworth、CA)を用いて、製造元のプロトコールに従い、一晩培養したを200mlのJM109から精製した。次に、変異誘発用プライマーD785N(配列番号:257)(Integrated DNA Technologies)および選択プライマーであるスイッチ・オリゴヌクレオチド SpeI/AlwNI(Clontech, Palo Alto, CA, カタログ番号6373-1)を用いて、TRANSFORMER 部位特異的変異誘発キット(Clontech, Palo Alto, CA)のプロトコールに従い、pTrcWTに変異を誘発して、Taq DN ヌクレアーゼをコードするDNAを含むプラスミドを作製した。Taq DN ヌクレアーゼをコードするDNAを配列番号:258に、Taq DN ヌクレアーゼのアミノ酸配列を配列番号:259に示した。   The pTrcWT plasmid DNA containing the wild-type TaqPol gene was cloned into the pTrc99A vector, and the overnight culture was purified from 200 ml of JM109 using the QIAGEN Plasmid Maxi kit (QIAGEN, Chatsworth, CA) according to the manufacturer's protocol. Next, using the mutagenesis primer D785N (SEQ ID NO: 257) (Integrated DNA Technologies) and the selection primer switch oligonucleotide SpeI / AlwNI (Clontech, Palo Alto, CA, Catalog No. 6373-1), TRANSFORMER According to the protocol of the site-directed mutagenesis kit (Clontech, Palo Alto, CA), mutation was induced in pTrcWT to prepare a plasmid containing DNA encoding Taq DN nuclease. The DNA encoding Taq DN nuclease is shown in SEQ ID NO: 258, and the amino acid sequence of Taq DN nuclease is shown in SEQ ID NO: 259.

2. 改変 TthPol遺伝子: Tth DN
上記のTthPolに変異を誘発することで Tth DN構築物を作製した。上記の部位特異的変異誘発により、787位にアスパラギン酸をコードする配列を、アスパラギンをコードする配列に変化させた。pTrcTth-2の変異誘発は以下のオリゴヌクレオチドを利用して実施した:

Figure 0005661071
これにより、プラスミド pTrcTthDNを作製した。変異体タンパク質、およびタンパク質をコードする核酸配列は、それぞれTthDN 配列番号:261および262とした。 2. Modified TthPol gene: Tth DN
Tth DN constructs were generated by inducing mutations in the above TthPol. By the site-directed mutagenesis described above, the sequence encoding aspartic acid at position 787 was changed to a sequence encoding asparagine. Mutation of pTrcTth-2 was performed using the following oligonucleotides:
Figure 0005661071
Thereby, plasmid pTrcTthDN was prepared. The mutant protein and the nucleic acid sequence encoding the protein were TthDN SEQ ID NOs: 261 and 262, respectively.

3. Taq DN HTおよびTth DN HT
6残基のアミノ酸ヒスチジンを含むタグ(His-タグ)を、Taq DNおよびTth DNのカルボキシル末端に付加した。TRANSFORMER部位・部位特異的変異誘発キット(Clontech)用いて、製造元の説明書に従い、部位特異的変異誘発を実施した。プラスミド pTaq DNおよびpTth DNに用いた変異用オリゴヌクレオチドは、
配列117-067-03、

Figure 0005661071
配列136-037-05である。
いずれの変異誘発反応にも、選択プライマーであるトランスオリゴ AlwNI/SpeI(Clontech, カタログ番号6488-1)を用いた。得られた変異体遺伝子をTaq DN HT(配列番号:265、核酸配列;配列番号:266、 アミノ酸配列)およびTth DN HT(配列番号:267、核酸配列;配列番号:268、アミノ酸配列)と名付けた。 3. Taq DN HT and Tth DN HT
A tag containing a 6-residue amino acid histidine (His-tag) was added to the carboxyl terminus of Taq DN and Tth DN. Site-directed mutagenesis was performed using the TRANSFORMER site / site-directed mutagenesis kit (Clontech) according to the manufacturer's instructions. The mutation oligonucleotides used for plasmids pTaq DN and pTth DN are:
Array 117-067-03,
Figure 0005661071
Arrangement 136-037-05.
In each mutagenesis reaction, the selection primer trans-oligo AlwNI / SpeI (Clontech, catalog number 6488-1) was used. The obtained mutant genes were named Taq DN HT (SEQ ID NO: 265, nucleic acid sequence; SEQ ID NO: 266, amino acid sequence) and Tth DN HT (SEQ ID NO: 267, nucleic acid sequence; SEQ ID NO: 268, amino acid sequence). It was.

4. Taq DN HTおよびTth DN HTの精製
実施例2B2のようにして、Taq DN HTおよびTth DN HT タンパク質を大腸菌株 JM109で発現させた。硫安沈殿および遠心後、タンパク質ペレットを0.5mlのQ緩衝液(50mM トリス-HCl、pH8.0、0.1mM EDTA、0.1% Tween 20)に懸濁した。His-結合樹脂および緩衝液キット(Novagen)を用いて製造元の説明書に従い、親和性クロマトグラフィーにより、さらにタンパク質を精製した。1mlのHis-結合樹脂をカラムに移し、カラム 容積の3倍の滅菌水で洗浄した。5容量の1x チャージ緩衝液を載せ、3容量の1x 結合緩衝液で平衡化させた。4mlの1x 結合緩衝液をタンパク質試料に付加し、試料溶液をカラムに添加した。3mlの1x 結合緩衝液および3mlの1x 洗浄緩衝液で洗浄した後、結合したヒス-タグタンパク質を1mlの1x 溶出緩衝液で溶出した。次に、純粋な酵素を50%グリセロール、20mM トリス-HC1、pH8.0、50mM KCl、0.5%Tween20、0.5%ノニデットP40、100μg/ml BSAで透析した。279nmの吸収を測定し、酵素濃度を決定した。
4. Purification of Taq DN HT and Tth DN HT Taq DN HT and Tth DN HT proteins were expressed in E. coli strain JM109 as in Example 2B2. After ammonium sulfate precipitation and centrifugation, the protein pellet was suspended in 0.5 ml of Q buffer (50 mM Tris-HCl, pH 8.0, 0.1 mM EDTA, 0.1% Tween 20). The protein was further purified by affinity chromatography using His-binding resin and buffer kit (Novagen) according to the manufacturer's instructions. 1 ml of His-binding resin was transferred to the column and washed with sterile water 3 times the column volume. 5 volumes of 1 × charge buffer was loaded and equilibrated with 3 volumes of 1 × binding buffer. 4 ml of 1 × binding buffer was added to the protein sample and the sample solution was added to the column. After washing with 3 ml of 1 × binding buffer and 3 ml of 1 × wash buffer, the bound his-tag protein was eluted with 1 ml of 1 × elution buffer. The pure enzyme was then dialyzed against 50% glycerol, 20 mM Tris-HC1, pH 8.0, 50 mM KCl, 0.5% Tween 20, 0.5% nonidet P40, 100 μg / ml BSA. The absorbance at 279 nm was measured to determine the enzyme concentration.

実施例3
DNAポリメラーゼ・ドメインのN末端部分を転移することにより、TaqPolにTthPolのRNA依存性5'ヌクレアーゼ活性を付与することができる
A. DNAもしくはRNA標的鎖のいずれかを有する基質の構造の調製および精製
PerSeptive Biosystemsの装置を用いて標準なホスホアミダイト化学(Glen Research)により、下流プローブ(配列番号:162)および上流プローブ(配列番号:161)、ならびにIL-6 DNA(配列番号:163)(図10)標的鎖を合成した。 5'末端をビオチンで標識した合成RNA-DNAキメラ IrT 標的(図20A)を、2'-ACE RNA 化学(Dharmacon Research)を用いて合成した。製造元の説明書に従い酸触媒性加水分解で2'-保護基を除いた。5'末端が5'-フルオレセイン(F1)または5'-テトラクロロ-フルオレセイン(TET)で標識された下流のプローブを、Resource Q カラム(Amersham-Phannacia Biotech)を用いた逆相HPLCによって精製した。ヒトIL-6 cDNA(Mayら、Proc. Natl. Acad. Sci., 83:8957 [1986]に記載のヌクレオチド64〜691の配列)のクローン化した断片を、Megascriptキット(Ambion)を用いてT7 RNA ポリメラーゼでランオフ転写させることにより、648ヌクレオチド IL-6 RNA標的(配列番号:160)(図10)を合成した。最終的に、20%変性ポリアクリルアミドゲルによる分離後、主たるバンドを切り出し溶出させることにより、全オリゴヌクレオチドを精製した。260nmの吸収を測定し、オリゴヌクレオチド濃度を決定した。10mM MOPS、pH7.5、0.05%Tween20、0.05%NP-40および10 μg/ml tRNAを含む緩衝液中でビオチン標識した IrT 標的を、5倍過剰のストレプトアビジン(Promega)とともに室温10分間保温した。
Example 3
By transferring the N-terminal part of the DNA polymerase domain, TaqPol can confer the RNA-dependent 5 'nuclease activity of TthPol.
A. Preparation and purification of substrate structure with either DNA or RNA target strand
By means of standard phosphoramidite chemistry (Glen Research) using PerSeptive Biosystems equipment, downstream probes (SEQ ID NO: 162) and upstream probes (SEQ ID NO: 161), and IL-6 DNA (SEQ ID NO: 163) (FIG. 10). ) The target strand was synthesized. A synthetic RNA-DNA chimeric IrT target (FIG. 20A) labeled with biotin at the 5 ′ end was synthesized using 2′-ACE RNA chemistry (Dharmacon Research). The 2'-protecting group was removed by acid-catalyzed hydrolysis according to the manufacturer's instructions. The downstream probe labeled at the 5 ′ end with 5′-fluorescein (F1) or 5′-tetrachloro-fluorescein (TET) was purified by reverse phase HPLC using a Resource Q column (Amersham-Phannacia Biotech). A cloned fragment of human IL-6 cDNA (sequence of nucleotides 64 to 691 as described in May et al., Proc. Natl. Acad. Sci., 83: 8957 [1986]) was isolated using T7 using the Megascript kit (Ambion). A 648 nucleotide IL-6 RNA target (SEQ ID NO: 160) (FIG. 10) was synthesized by run-off transcription with RNA polymerase. Finally, after separation by 20% denaturing polyacrylamide gel, the main band was cut out and eluted to purify the whole oligonucleotide. The absorbance at 260 nm was measured and the oligonucleotide concentration was determined. Biotinylated IrT target in buffer containing 10 mM MOPS, pH 7.5, 0.05% Tween20, 0.05% NP-40 and 10 μg / ml tRNA was incubated for 10 minutes at room temperature with a 5-fold excess of streptavidin (Promega) .

B. キメラ作製のための制限酵素部位導入
下記のキメラタンパク質作製に用いた制限酵素部位は、便宜的に選択した。以下の例における制限酵素部位を、機能ドメインの結晶構造その他の解析で示された周囲の領域(図6、図7および図19参照)に配置するように設計した。天然もしくは部位特異的変異誘発法により作製した異なる部位を用いて、他の関連した生物由来のA型ポリメラーゼ遺伝子についても、同様な構築物を作製することができる。タンパク質機能に関していずれの変異もサイレントであることが好ましい。核酸配列およびタンパク質のアミノ酸配列を調べることによって、核酸配列に対応するアミノ酸配列に何らの影響も与えない変異を導入することができる。所望の核酸変異がアミノ酸に影響を与える場合には、新しいアミノ酸が置換したものと同一もしくは類似した性質になるように変化させることもできる。このような選択肢が可能でなければ、変異体酵素の機能を試験することによって、核酸の変化がタンパク質の活性、特異性もしくは機能に変化をもたらしたか否かについて調べることができる。本発明の改善した酵素を作製するために選択したもしくは導入した特定の制限酵素部位によって、本発明が限定されるものではない。
B. Introduction of restriction enzyme sites for production of chimeras The restriction enzyme sites used for the production of the following chimeric proteins were selected for convenience. The restriction enzyme sites in the following examples were designed to be arranged in the surrounding region (see FIGS. 6, 7 and 19) shown by the crystal structure of the functional domain and other analyses. Similar constructs can be made for type A polymerase genes from other related organisms using different sites created by natural or site-directed mutagenesis. It is preferred that any mutation in terms of protein function is silent. By examining the nucleic acid sequence and the amino acid sequence of the protein, mutations that do not affect the amino acid sequence corresponding to the nucleic acid sequence can be introduced. If the desired nucleic acid mutation affects the amino acid, it can be altered to have the same or similar properties as the replacement of the new amino acid. If such an option is not possible, it can be examined whether changes in the nucleic acid resulted in changes in the activity, specificity or function of the protein by testing the function of the mutant enzyme. The present invention is not limited by the particular restriction enzyme site selected or introduced to produce the improved enzyme of the present invention.

C. Tth DN RX HTおよびTaq DN RX HTの作製
変異誘発を実施し、特有な制限酵素部位を、Taq DN HTおよびTth DN HT 酵素の両方のポリメラーゼ・ドメイン中の3カ所に付加的に導入した。Clonetech のTransformer部位特異的変異誘発キットを用いて、製造元の説明書に従い、部位特異的変異誘発を実施した。記載される全ての変異誘発反応に、2種類の異なる選択プライマーであるトランスオリゴ AlwNI/SpeIまたはスイッチオリゴSpeI/AlwNI(Clontech, Palo Alto CA カタログ番号6488-1またはカタログ番号6373-1)のうちのいずれか一方を用いた。与えられた反応に利用する選択オリゴは、ベクター中の制限酵素部位の選択に依存する。変異誘発用プライマーは、いずれも標準的な合成化学で合成した。得られたコロニーは大腸菌株 JM109で発現した。
C. Generation of Tth DN RX HT and Taq DN RX HT Mutagenesis was performed, and unique restriction enzyme sites were additionally introduced at three locations in the polymerase domain of both Taq DN HT and Tth DN HT enzymes. . Site-directed mutagenesis was performed using Clonetech's Transformer site-directed mutagenesis kit according to the manufacturer's instructions. For all mutagenesis reactions described, one of two different selection primers, trans-oligo AlwNI / SpeI or switch oligo SpeI / AlwNI (Clontech, Palo Alto CA catalog number 6488-1 or catalog number 6373-1) Either one was used. The selection oligo utilized for a given reaction depends on the choice of restriction enzyme sites in the vector. All mutagenesis primers were synthesized using standard synthetic chemistry. The resulting colony was expressed in E. coli strain JM109.

それぞれTaq DN HTおよびTth DN HT 遺伝子のセンス鎖に対応する変異誘発用プライマー

Figure 0005661071
を用いて、NotI部位(アミノ酸の328位)を生成させた。センス鎖変異プライマー
Figure 0005661071
を用いて、BstI(アミノ酸382位)およびNdeI(アミノ酸443位)部位を両方の遺伝子に導入した。変異体プラスミドを過剰発現し、Qiagen QiaPrep Spin Mini Prepキット(カタログ番号27106)を用いて精製した。DNAシーケンシングおよび制限酵素マッピングを用いて、制限酵素部位の存在に関してベクターを試験した。これらの構築物をTth DN RX HT(DNA配列、配列番号:273;アミノ酸配列、配列番号:274)およびTaq DN RX HT(DNA配列、配列番号:275;アミノ酸配列、配列番号:276)と名付けた。 Mutagenesis primers corresponding to the sense strands of Taq DN HT and Tth DN HT genes, respectively
Figure 0005661071
Was used to generate a NotI site (amino acid position 328). Sense strand mutation primer
Figure 0005661071
Was used to introduce BstI (amino acid position 382) and NdeI (amino acid position 443) sites into both genes. The mutant plasmid was overexpressed and purified using the Qiagen QiaPrep Spin Mini Prep kit (Catalog No. 27106). The vector was tested for the presence of restriction enzyme sites using DNA sequencing and restriction enzyme mapping. These constructs were named Tth DN RX HT (DNA sequence, SEQ ID NO: 273; amino acid sequence, SEQ ID NO: 274) and Taq DN RX HT (DNA sequence, SEQ ID NO: 275; amino acid sequence, SEQ ID NO: 276). .

D. キメラ
両遺伝子共通な制限エンドヌクレアーゼ部位EcoRI(E)およびBamHI(B);クローニング・ベクター部位SalI(S);および部位特異的変異誘発法により両遺伝子の相同な位置に導入した新規の部位NotI(N)、BstBI(Bs)、NdeI(D)で得られる相同なDNA断片を交換することによって、図19に示すキメラ構築物を作製した。これらキメラ酵素の作製においては、2種類の異なるDNA断片を一緒に連結して最終構築物を得る。プラスミド・ベクターおよびTaqまたはTth(または両方の一部)配列の一部を含むより大きいDNA断片を「ベクター」と呼ぶ。TaqまたはTth(または両方の一部)ポリメラーゼの配列を含むより小さいDNA断片を、「挿入物」と呼ぶ。
D. Chimera Restriction endonuclease sites EcoRI (E) and BamHI (B) common to both genes; Cloning vector site SalI (S); and a novel site introduced at the homologous position of both genes by site-directed mutagenesis A chimeric construct shown in FIG. 19 was prepared by exchanging homologous DNA fragments obtained with NotI (N), BstBI (Bs), and NdeI (D). In making these chimeric enzymes, two different DNA fragments are ligated together to obtain the final construct. A larger DNA fragment containing a plasmid vector and part of the Taq or Tth (or part of both) sequence is called a “vector”. A smaller DNA fragment containing the sequence of Taq or Tth (or part of both) polymerase is called an “insert”.

制限酵素はいずれもNew England BiolabsまたはPromegaから購入した。製造元の説明書に従い、添付の緩衝液を用いて反応を実施した。個々の酵素の至適温度で、反応当たり約500ngのDNAを20μlの容積で反応させた。酵素が反応緩衝液条件および反応温度に関して適合すれば、同時に2種類以上の酵素を単一反応(二重消化物)に用いた。緩衝液条件に関して酵素が不適合である可能性があれば、最も低い塩条件を必要とする酵素を最初に用いた。この反応が終了した後に、第二の酵素にとって至適もしくはより良い緩衝液条件に変え、第二の反応を実施した。これは、基礎分子生物学(Maniatis, 上記)の技術分野では公知の、通常利用される制限酵素消化の手順である。   All restriction enzymes were purchased from New England Biolabs or Promega. The reaction was performed using the attached buffer according to the manufacturer's instructions. Approximately 500 ng of DNA per reaction was reacted in a volume of 20 μl at the optimum temperature for each enzyme. Two or more enzymes were used simultaneously in a single reaction (double digest) if the enzymes were compatible with respect to reaction buffer conditions and reaction temperature. If the enzyme may be incompatible with buffer conditions, the enzyme that required the lowest salt conditions was used first. After the reaction was completed, the second reaction was carried out with the buffer conditions optimal or better for the second enzyme. This is a commonly used restriction enzyme digestion procedure known in the art of basic molecular biology (Maniatis, supra).

連結効率が最適となるように、制限酵素消化した断片をゲルで単離した。2μlの10xローディング色素(50% グリセロール、1x TAE、0.5% ブロモフェノール・ブルー)を20μlの反応に添加した。全容量を添加し、100mlのアガロースゲル溶液当たり1μlの1%臭化エチジウム溶液を含む1%の1x TABアガロースゲルで泳動した。消化した断片をUV光下で可視化し、適当な断片(サイズで決定する)ゲルからを切り出した。次に、Qiagen Gel Extractionキット(カタログ番号28706)を用いて製造元の説明書に従い、これらの断片を精製した。   For optimum ligation efficiency, the restriction enzyme digested fragment was isolated on a gel. 2 μl of 10 × loading dye (50% glycerol, 1 × TAE, 0.5% bromophenol blue) was added to 20 μl reaction. All volumes were added and run on a 1% 1 × TAB agarose gel containing 1 μl of 1% ethidium bromide solution per 100 ml of agarose gel solution. The digested fragments were visualized under UV light and excised from the appropriate fragment (determined by size) gel. These fragments were then purified using the Qiagen Gel Extraction kit (Cat # 28706) according to the manufacturer's instructions.

New England Biolabs(カタログ番号202L)のT4 DNAリガーゼ酵素を反応当たり400ユニットおよび添付の反応緩衝液用いて、10μlの容積でライゲーションを行った。Qiagenで精製した断片(各DNAは、約20〜50ngであるが、ゲルによる単離からの回収に依存する)のれぞれについて、1μlでライゲーション反応を室温で1時間実施した。次に、大腸菌株 JM 109をライゲーション産物で形質転換し、形質転換体の選択に関して100μg/mlのアンピシリンを含むLB等の適当な増殖・選択培地に播種した。   Ligation was performed in a volume of 10 μl using 400 units per reaction of T4 DNA ligase enzyme from New England Biolabs (Cat. No. 202L) and the attached reaction buffer. For each Qiagen purified fragment (each DNA is approximately 20-50 ng, depending on recovery from isolation by gel), a ligation reaction was performed with 1 μl for 1 hour at room temperature. Next, E. coli strain JM109 was transformed with the ligation product and inoculated into an appropriate growth / selection medium such as LB containing 100 μg / ml ampicillin for selection of transformants.

各連結反応に関して、所望の構築物の有無について6つの形質転換体を調べた。プラスミドDNAを精製し、QiaPrep Spin Mini Prepキットを用いて製造元の説明書に従い単離した。DNAシーケンシングおよび制限酵素マッピングを用いて、構築物を確認した。   For each ligation reaction, six transformants were examined for the presence or absence of the desired construct. Plasmid DNA was purified and isolated using the QiaPrep Spin Mini Prep kit according to the manufacturer's instructions. The construct was confirmed using DNA sequencing and restriction enzyme mapping.

キメラ酵素の発現および精製については、以下のように実施した。プラスミドを大腸菌株 JM109(Promega)に形質転換した。JM109の対数増殖期の培養物(200ml)を0.5mMのIPTG(Promega)で誘導し、さらに16時間培養した後、回収した。ペレットにした細胞を5mlの10mMトリス-HCl、pH8.3、1mM EDTA、0.5mg/mlリゾチーム中で、室温15分間保温することによって溶解し、可溶性タンパク質を含む粗抽出液を調製した。可溶化物を5mlの10mM トリス-HCl、pH7.8、50mM KCl、1mM EDTA、0.5%Tween20、0.5%ノニデットP-40と混合し、72℃で30分間加熱した。12,000xgで5分間遠心して、細胞のデブリスを除いた。タンパク質の最終精製は、Econo-Pacヘパリン・カートリッジ(Bio-Rad)およびDionex DX 500 HPLC装置を用いた親和性クロマトグラフィーで行った。簡単に説明すると、該カートリッジを50mM トリス-HCl、pH 8、1mM EDTAで平衡化し、酵素抽出液を同一の緩衝液に対して透析した。これをカラムに添加して、同一の緩衝液中のNaCl(0〜2M)の直線濃度勾配で溶出した。HPLC精製したタンパク質を透析し、50%(vol/vol)グリセロール、20mM トリス-HCl、pH8.0、50mM KCl、0.5%Tween 20、0.5%ノニデットP-40およびl00μg/ml BSAにて保存した。この酵素をSDS-PAGEで均一になるまで精製し、279nmの吸収を測定して酵素濃度を決定した。   The expression and purification of the chimeric enzyme was performed as follows. The plasmid was transformed into E. coli strain JM109 (Promega). A logarithmic growth phase culture of JM109 (200 ml) was induced with 0.5 mM IPTG (Promega), further cultured for 16 hours, and then collected. The pelleted cells were lysed by incubating in 5 ml of 10 mM Tris-HCl, pH 8.3, 1 mM EDTA, 0.5 mg / ml lysozyme for 15 minutes at room temperature to prepare a crude extract containing soluble protein. The lysate was mixed with 5 ml of 10 mM Tris-HCl, pH 7.8, 50 mM KCl, 1 mM EDTA, 0.5% Tween 20, 0.5% Nonidet P-40 and heated at 72 ° C. for 30 minutes. Cell debris was removed by centrifugation at 12,000 xg for 5 minutes. Final protein purification was performed by affinity chromatography using an Econo-Pac heparin cartridge (Bio-Rad) and a Dionex DX 500 HPLC instrument. Briefly, the cartridge was equilibrated with 50 mM Tris-HCl, pH 8, 1 mM EDTA, and the enzyme extract was dialyzed against the same buffer. This was added to the column and eluted with a linear gradient of NaCl (0-2M) in the same buffer. The HPLC purified protein was dialyzed and stored in 50% (vol / vol) glycerol, 20 mM Tris-HCl, pH 8.0, 50 mM KCl, 0.5% Tween 20, 0.5% Nonidet P-40 and 100 μg / ml BSA. The enzyme was purified by SDS-PAGE until uniform, and the enzyme concentration was determined by measuring absorbance at 279 nm.

1. TaqTth(N)およびTthTaq(N)の構築
この2種類の酵素のポリメラーゼ・ドメインを含む改変を、まず実施した。制限エンドヌクレアーゼEcoRIおよびNotIを用いてそれぞれの遺伝子を切断することによって、ポリメラーゼ・ドメイン(タンパク質のC末端部分)からヌクレアーゼ・ドメイン(タンパク質のN末端)を分離した。 Tth DN RX HT 遺伝子由来の約900塩基対の断片をTaq DN RX HT 遺伝子の相同な部位にクローニングした。また、Taq DN RX HT 遺伝子由来の約900塩基対の断片をTth DN RX HT 遺伝子の相同な部位にクローニングした。これにより、Taq DN RX HT 5'ヌクレアーゼ・ドメインおよびTth DN RX HT ポリメラーゼ・ドメインを含む(N)(DNA配列、配列番号:69;アミノ酸配列、配列番号:2)ならびにTth DN RX HT 5'ヌクレアーゼ・ドメインおよびTaq DN RX HT ポリメラーゼ・ドメインを含むTthTaq(N)(DNA配列、配列番号:70;アミノ酸配列、配列番号:3)の2種類のキメラが得られた。
1. Construction of TaqTth (N) and TthTaq (N) Modifications involving the polymerase domains of these two enzymes were first performed. The nuclease domain (N-terminus of the protein) was separated from the polymerase domain (C-terminal portion of the protein) by cleaving the respective genes using the restriction endonucleases EcoRI and NotI. A fragment of about 900 base pairs derived from the Tth DN RX HT gene was cloned into the homologous site of the Taq DN RX HT gene. In addition, a fragment of about 900 base pairs derived from the Taq DN RX HT gene was cloned into the homologous site of the Tth DN RX HT gene. This includes a Taq DN RX HT 5 'nuclease domain and a Tth DN RX HT polymerase domain (N) (DNA sequence, SEQ ID NO: 69; amino acid sequence, SEQ ID NO: 2) and Tth DN RX HT 5' nuclease Two types of chimeras were obtained: TthTaq (N) (DNA sequence, SEQ ID NO: 70; amino acid sequence, SEQ ID NO: 3) containing the domain and Taq DN RX HT polymerase domain.

2. TaqTth(N-B)の構築
Taq DN RX HT構築物を酵素NdeIおよびBamHIで切断し、上記の方法で、より大型のベクター断片をゲルにより単離した。また、Tth DN RX HT構築物をNdeIおよびBamHIで切断し、より小型の(約795塩基対)Tth断片をゲルで単離・精製した。上記の方法で、Tth NdeI-BamHI挿入物をTaq NdeI-BamHIベクターに連結し、TaqTth(N-B)(DNA配列、配列番号:71;アミノ酸配列、配列番号:4)を作製した。
2. Construction of TaqTth (NB)
The Taq DN RX HT construct was cut with the enzymes NdeI and BamHI and the larger vector fragment was isolated by gel as described above. In addition, the Tth DN RX HT construct was cleaved with NdeI and BamHI, and a smaller (about 795 base pair) Tth fragment was isolated and purified on a gel. The Tth NdeI-BamHI insert was ligated to the Taq NdeI-BamHI vector as described above to produce TaqTth (NB) (DNA sequence, SEQ ID NO: 71; amino acid sequence, SEQ ID NO: 4).

3. TaqTth(B-S)の構築
Taq DN RX HT構築物を酵素BamHIおよびSalIで切断し、上記の方法で、より大型のベクター断片をゲルにより単離した。また、Tth DN RX HT構築物をBamHIおよびSalIで切断し、より小型の(約741塩基対)Tth断片をゲルで単離・精製した。上記の方法で、Tth BamHI-SalI挿入物をTaq BamHI-SalIベクターに連結し、TaqTth(B-S)(DNA配列、配列番号:72;アミノ酸配列、配列番号:5)を作製した。
3. Construction of TaqTth (BS)
The Taq DN RX HT construct was cut with the enzymes BamHI and SalI and the larger vector fragment was isolated by gel in the manner described above. In addition, the Tth DN RX HT construct was cleaved with BamHI and SalI, and a smaller (about 741 base pair) Tth fragment was isolated and purified on a gel. The Tth BamHI-SalI insert was ligated to the Taq BamHI-SalI vector by the method described above to produce TaqTth (BS) (DNA sequence, SEQ ID NO: 72; amino acid sequence, SEQ ID NO: 5).

4. TaqTth(N-D)の構築
Taq DN RX HT構築物を酵素NotIおよびNdeIで切断し、上記の方法で、より大型のベクター断片を単離した。また、Tth DN RX HT構築物をNotIおよびNdeIで切断し、より小型の(約345塩基対) Tth 断片をゲルで単離・精製した。上記の方法で、Tth NotI-NdeI挿入物をTaq NotI-NdeIベクターに連結し、TaqTth(N-D)(DNA配列、配列番号:73;アミノ酸配列、配列番号:6)を作製した。
4. Construction of TaqTth (ND)
The Taq DN RX HT construct was cut with the enzymes NotI and NdeI and the larger vector fragment was isolated as described above. In addition, the Tth DN RX HT construct was cleaved with NotI and NdeI, and a smaller (about 345 base pair) Tth fragment was isolated and purified on a gel. The Tth NotI-NdeI insert was ligated to the Taq NotI-NdeI vector by the method described above to produce TaqTth (ND) (DNA sequence, SEQ ID NO: 73; amino acid sequence, SEQ ID NO: 6).

5. TaqTth(D-B)の構築
Taq DN RX HT構築物を酵素NdeIおよびBamHIで切断し、上記の方法で、より大型のベクター断片を単離した。また、Tth DN RX HT構築物NdeIおよびBamHIで切断し、より小型の(約450塩基対)Tth 断片をゲルで単離・精製した。上記の方法で、Tth NdeI-BamHI挿入物をTaq NdeI-BamHIベクターに連結し、TaqTth(D-B)(DNA配列、配列番号:74;アミノ酸配列、配列番号:7)を作製した。
5. Construction of TaqTth (DB)
The Taq DN RX HT construct was cut with the enzymes NdeI and BamHI, and the larger vector fragment was isolated as described above. In addition, the Tth DN RX HT constructs NdeI and BamHI were cleaved, and a smaller (about 450 base pair) Tth fragment was isolated and purified on a gel. The Tth NdeI-BamHI insert was ligated to the Taq NdeI-BamHI vector as described above to produce TaqTth (DB) (DNA sequence, SEQ ID NO: 74; amino acid sequence, SEQ ID NO: 7).

6. TaqTth(Bs-B)の構築
Taq DN RX HT構築物を酵素BstBIおよびBamHIで切断し、上記の方法で、より大型のベクター断片を単離した。また、Tth DN RX HT構築物をBstBIおよびBamHIで切断し、より小型の(約633塩基対) Tth 断片をゲルで単離・精製した。上記の方法で、Tth NdeI-BamHI挿入物をTaq NdeI-BamHIベクターに連結し、 TaqTth(Bs-B)(DNA配列、配列番号:75;アミノ酸配列、配列番号:8)を作製した。
6. Construction of TaqTth (Bs-B)
The Taq DN RX HT construct was cut with the enzymes BstBI and BamHI and the larger vector fragment was isolated as described above. In addition, the Tth DN RX HT construct was cleaved with BstBI and BamHI, and a smaller (about 633 base pair) Tth fragment was isolated and purified on a gel. The Tth NdeI-BamHI insert was ligated to the Taq NdeI-BamHI vector as described above to produce TaqTth (Bs-B) (DNA sequence, SEQ ID NO: 75; amino acid sequence, SEQ ID NO: 8).

7. TaqTth(N-Bs)の構築
Taq DN RX HT構築物を酵素 NotIおよびBstBIで切断し、上記の方法で、より大型のベクター断片を単離した。また、Tth DN RX HT構築物をNotIおよびBstBIで切断し、より小型の(約162塩基対) Tth 断片をゲルで単離・精製した。上記の方法で、Tth NotI-BstBI挿入物をTaq NotI-BstBIベクターに連結し、TaqTth(N-Bs)(DNA配列、配列番号:76;アミノ酸配列、配列番号:9)を作製した。
7. Construction of TaqTth (N-Bs)
The Taq DN RX HT construct was cut with the enzymes NotI and BstBI and the larger vector fragment was isolated as described above. In addition, the Tth DN RX HT construct was cleaved with NotI and BstBI, and a smaller (about 162 base pair) Tth fragment was isolated and purified on a gel. The Tth NotI-BstBI insert was ligated to the Taq NotI-BstBI vector as described above to produce TaqTth (N-Bs) (DNA sequence, SEQ ID NO: 76; amino acid sequence, SEQ ID NO: 9).

8. TthTaq(B-S)の構築
Tth DN RX HT構築物を酵素BamHIおよびSalIで切断し、上記の方法で、より大型のベクター断片を単離した。また、Taq DN RX HT構築物をBamHIおよびSalIで切断し、より小型の(約741塩基対)Tth断片をゲルで単離・精製した。Taq BamHI-SalI挿入物をTth BamHI-SalIベクターに連結し、TthTaq(B-S)(DNA配列、配列番号:77;アミノ酸配列、配列番号:10)を作製した。
8. Construction of TthTaq (BS)
The Tth DN RX HT construct was cut with the enzymes BamHI and SalI and the larger vector fragment was isolated as described above. In addition, the Taq DN RX HT construct was cleaved with BamHI and SalI, and a smaller (about 741 base pair) Tth fragment was isolated and purified on a gel. The Taq BamHI-SalI insert was ligated to the Tth BamHI-SalI vector to produce TthTaq (BS) (DNA sequence, SEQ ID NO: 77; amino acid sequence, SEQ ID NO: 10).

9. Tth Taq(N-B)の構築
Tth DN RX HT構築物を酵素 NotIおよびBamHIで切断し、上記の方法で、より大型のベクター断片を単離した。また、Taq DN RX HT構築物をNotIおよびBamHIで切断し、より小型の(約795塩基対)Tth断片をゲルで単離・精製した。Taq NotI-BamHI挿入物をTth NotI-BamHIベクターに連結し、 TthTaq(N-B)(DNA配列、配列番号:78;アミノ酸配列、配列番号:11)を作製した。
9. Construction of Tth Taq (NB)
The Tth DN RX HT construct was cut with the enzymes NotI and BamHI, and the larger vector fragment was isolated as described above. In addition, the Taq DN RX HT construct was cleaved with NotI and BamHI, and a smaller (about 795 base pair) Tth fragment was isolated and purified on a gel. The Taq NotI-BamHI insert was ligated to the Tth NotI-BamHI vector to produce TthTaq (NB) (DNA sequence, SEQ ID NO: 78; amino acid sequence, SEQ ID NO: 11).

これらキメラタンパク質の切断活性の特徴付けを、実施例1(A節)に記載した方法で行い、RNA標的に対する切断サイクリング速度の比較を図12に示した。「発明の説明」でさらに説明されるように、これらのデータは、TaqPolの一部を含むキメラタンパク質に対するTthPol様のRNA依存性切断活性の付与においては、TthPol タンパク質の中央3分の1に見いだされる要素が重要であることを示す。   Characterization of the cleavage activity of these chimeric proteins was performed by the method described in Example 1 (Section A) and a comparison of the cleavage cycling rates for RNA targets is shown in FIG. As further explained in the description of the invention, these data are found in the middle third of the TthPol protein in conferring a TthPol-like RNA-dependent cleavage activity on a chimeric protein containing a portion of TaqPol. Indicates that the element is important.

実施例4
RNA依存性5'ヌクレアーゼ活性に影響を与える改変が、RNA依存性DNAポリメラーゼ活性にも影響を与えるとは限らない
TthPolは、TaqPolより活性の高いRNA鋳型依存性DNAポリメラーゼであることが知られている(MyersおよびGelfand、Biochemistry 30:7661 [1991])。サーマスDNA Pol I 酵素のRNA鋳型依存性5'ヌクレアーゼ活性が、RNA依存性ポリメラーゼ活性に関与するか否かを調べる目的で、ポリメラーゼ欠損型TaqPolおよびTthPolの作製に利用したD785NおよびD787N変異を、それぞれ逆にした。TaqTth(N)(DNA配列、配列番号:79;アミノ酸配列、配列番号:12)、TaqTth(N-B)(DNA配列、配列番号:80;アミノ酸配列、配列番号:13)、TaqTth(B-S)(DNA配列、配列番号:81;アミノ酸配列、配列番号:14)キメラおよびTaqPol(W417L/G418K/ E507Q)(DNA配列、配列番号:82;アミノ酸配列、配列番号:15)変異体タンパク質は同様にポリメラーゼ活性を回復した。
Example 4
Modifications that affect RNA-dependent 5 'nuclease activity do not necessarily affect RNA-dependent DNA polymerase activity
TthPol is known to be a more active RNA template-dependent DNA polymerase than TaqPol (Myers and Gelfand, Biochemistry 30: 7661 [1991]). To investigate whether the RNA template-dependent 5 'nuclease activity of the Thermus DNA Pol I enzyme is involved in RNA-dependent polymerase activity, the D785N and D787N mutations used for the construction of polymerase-deficient TaqPol and TthPol, respectively, Reversed. TaqTth (N) (DNA sequence, SEQ ID NO: 79; amino acid sequence, SEQ ID NO: 12), TaqTth (NB) (DNA sequence, SEQ ID NO: 80; amino acid sequence, SEQ ID NO: 13), TaqTth (BS) (DNA Sequence, SEQ ID NO: 81; Amino acid sequence, SEQ ID NO: 14) Chimera and TaqPol (W417L / G418K / E507Q) (DNA sequence, SEQ ID NO: 82; Amino acid sequence, SEQ ID NO: 15) Mutant proteins also have polymerase activity Recovered.

選択したキメラもしくは変異体酵素に天然の非DN配列のBamHIからSalI までの断片を挿入することによって、上記の酵素変異体はいずれも、ポリメラーゼ機能を回復した。例えば、該変異体構築物 TaqTth(N-B)を制限酵素 BamHI(アミノ酸の約593位)および制限酵素SalI(アミノ酸の約840位)で切断する。実施例3Dの方法で、より大きいベクター断片をゲルによって精製した。また、天然の TaqPol構築物を制限エンドヌクレアーゼBamHIおよびSalIで切断し、天然のアミノ酸配列を含むより小さい挿入断片をゲルによって精製した。次に、挿入断片を実験例3Dに詳述するベクターに連結した。   By inserting a natural non-DN sequence BamHI to SalI fragment into the selected chimeric or mutant enzyme, all of the enzyme mutants recovered the polymerase function. For example, the mutant construct TaqTth (N-B) is cleaved with the restriction enzyme BamHI (about 593 of the amino acid) and the restriction enzyme SalI (about 840 of the amino acid). Larger vector fragments were purified by gel in the manner of Example 3D. The native TaqPol construct was also cleaved with the restriction endonucleases BamHI and SalI, and a smaller insert containing the natural amino acid sequence was purified by gel. Next, the inserted fragment was ligated to the vector detailed in Experimental Example 3D.

ポリ(dA)もしくはポリ(A)鋳型の存在下で、フルオレセイン標識したdUTPでdT25-35オリゴヌクレオチド・プライマーを伸長させることによって、これらのタンパク質のポリメラーゼ活性を評価した。10mM MOPS、pH7.5、5mM MgSO4、100mM KClを含む10μl緩衝液中でプライマー伸長反応を実施した。10μMポリ(A)286もしくは1μMポリ(dA)273鋳型、ならびに45μM dTTPおよび5μM Fl-dUTP存在下で、40ngの酵素を用いて、60℃で30分間10μMの(dT)25-30プライマーを伸長させた。10μlの停止溶液(95% ホルムアミド、 10mM EDTA、0.02% メチルバイオレット色素)を用いて反応を停止した。試料(3μl)を15%アクリルアミド変性ゲルで分画し、Fl-dUTPを取り込んだ分画を、上記の505nmのフィルターを備えたFMBIO-100蛍光性ゲル・スキャナー(日立)を用いて定量した。 The polymerase activity of these proteins was assessed by extending dT 25-35 oligonucleotide primers with fluorescein labeled dUTP in the presence of poly (dA) or poly (A) template. The primer extension reaction was performed in 10 μl buffer containing 10 mM MOPS, pH 7.5, 5 mM MgSO 4 , 100 mM KCl. Extend 10 μM (dT) 25-30 primer for 30 minutes at 60 ° C. with 40 ng enzyme in the presence of 10 μM poly (A) 286 or 1 μM poly (dA) 273 template and 45 μM dTTP and 5 μM Fl-dUTP I let you. The reaction was stopped using 10 μl stop solution (95% formamide, 10 mM EDTA, 0.02% methyl violet dye). The sample (3 μl) was fractionated with a 15% acrylamide denaturing gel, and the fraction incorporating Fl-dUTP was quantified using the FMBIO-100 fluorescent gel scanner (Hitachi) equipped with the above-mentioned 505 nm filter.

図16に示すように、本実験で用いた構築物ではいずれもDNA依存性ポリメラーゼの活性が非常に類似していたが、TthPol、TaqTth(N)およびTaqTth(B-S)のRNA依存性ポリメラーゼ活性はTaqPol、 TaqTth(N-B)およびTaqPol W417L/G418K/E507Q変異体の活性より、少なくとも6倍高い。これらの解析結果から、TthPolの高いRNA依存性DNAポリメラーゼ活性は、ポリメラーゼ・ドメイン(おおよそ、アミノ酸593〜830)のC末端側半分で決まり、RNA依存性5'ヌクレアーゼおよびポリメラーゼ活性は互いに独立であって、異なる領域によって制御されると結論付けることができる。   As shown in FIG. 16, the DNA-dependent polymerase activities in all of the constructs used in this experiment were very similar, but the RNA-dependent polymerase activities of TthPol, TaqTth (N) and TaqTth (BS) were TaqPol. , TaqTth (NB) and TaqPol W417L / G418K / E507Q mutant activity at least 6 times higher. From these analysis results, the high RNA-dependent DNA polymerase activity of TthPol is determined by the C-terminal half of the polymerase domain (roughly amino acids 593 to 830), and the RNA-dependent 5 ′ nuclease and polymerase activity are independent of each other. It can be concluded that it is controlled by different areas.

実施例5
キメラの検索から得られた情報によるTaq DN RX HTの特異的点突然変異体
キメラの検索(実施例3、上記)によれば、RNA依存性5'ヌクレアーゼの高い活性を決定するTthPol 配列の部分は、おおよそアミノ酸382および593の間に位置するBstBI-BamHI領域を含むことが示唆される。Tth DN RX HTおよびTaq DN RX HT(それぞれ配列番号:165および164)のBstBIおよびBamHI領域にあるアミノ酸配列を比較すると、僅か25残基の差が見いだされるに過ぎない(図13)。これらの中では、12アミノ酸の変化が保存性であり、13残基の違いが電荷の変化を生じる。キメラ酵素の解析により、Tth DN RX HT のBstBI-NdeI領域およびNdeI-BamHI領域の両方に重要な変異が存在することが示唆されることから、部位特異的変異誘発法を用いて、Tth DN RX HT 特異的アミノ酸を、それぞれTaqTth(D-B)およびTaqTth(N-D)のBstBI-NdeI領域およびNdeI-BamHI領域に導入した。
Example 5
Specific point mutants of Taq DN RX HT based on information obtained from the chimera search. According to the chimera search (Example 3, above), the portion of the TthPol sequence that determines the high activity of the RNA-dependent 5 'nuclease. Is suggested to contain a BstBI-BamHI region located approximately between amino acids 382 and 593. When comparing the amino acid sequences in the BstBI and BamHI regions of Tth DN RX HT and Taq DN RX HT (SEQ ID NOs: 165 and 164, respectively), only a difference of 25 residues is found (FIG. 13). Among these, 12 amino acid changes are conservative and 13 residue differences result in charge changes. Analysis of the chimeric enzyme suggests that there are important mutations in both the BstBI-NdeI and NdeI-BamHI regions of Tth DN RX HT. HT specific amino acids were introduced into the BstBI-NdeI and NdeI-BamHI regions of TaqTth (DB) and TaqTth (ND), respectively.

単回もしくは2回のアミノ酸変異誘発により、6つのTth DN RX HT 特異的置換をTaqTth(D-B)のBstBI-NdeI領域に導入した。同様に、12種類のTth DN RX HT 特異的アミノ酸変異を、TaqTth(N-D)のNdeI-BamHI領域の相同な位置に導入した。   Six Tth DN RX HT specific substitutions were introduced into the BstBI-NdeI region of TaqTth (D-B) by single or double amino acid mutagenesis. Similarly, 12 kinds of Tth DN RX HT specific amino acid mutations were introduced at the homologous position of the NdeI-BamHI region of TaqTth (N-D).

いずれの変異誘発反応に関しても充分な出発材料を得るために、QIAGEN Plasmid Maxiキット(QIAGEN, Chatsworth, CA)を用い製造元のプロトコールに従って、一晩培養した200mlの JM109から、プラスミドDNAを精製した。いずれの部位特異的変異も、Transformer部位特異的変異誘発法キット(Clontechを用いて) 製造元のプロトコールに従って導入した。各部位に用いた変異誘発用プライマーの特異的配列情報は、下記に示した。記載される全ての変異誘発反応に、異なる2種類の選択プライマーの一方、トランスオリゴ AlwNI/SpeIもしくはスイッチオリゴ SpeI/AlwNI(Clontech, Palo Alto, CA カタログ番号6488-1またはカタログ番号6373-1)を使用した。与えられた反応に利用する選択オリゴは、ベクター中の制限酵素部位の選択に依存する。変異誘発用プライマーは、いずれも標準的な合成化学で合成した。大腸菌株 JM109でコロニーを得た。   To obtain sufficient starting material for any mutagenesis reaction, plasmid DNA was purified from 200 ml JM109 cultured overnight using the QIAGEN Plasmid Maxi kit (QIAGEN, Chatsworth, Calif.) According to the manufacturer's protocol. All site-specific mutations were introduced according to the manufacturer's protocol, Transformer site-directed mutagenesis kit (using Clontech). Specific sequence information of the mutagenesis primer used at each site is shown below. For all mutagenesis reactions described, one of two different selection primers, trans-oligo AlwNI / SpeI or switch-oligo SpeI / AlwNI (Clontech, Palo Alto, CA catalog number 6488-1 or catalog number 6373-1) used. The selection oligo utilized for a given reaction depends on the choice of restriction enzyme sites in the vector. All mutagenesis primers were synthesized using standard synthetic chemistry. Colonies were obtained with E. coli strain JM109.

1. TaqTth(D-B) E404H(DNA配列、配列番号:83;アミノ酸配列、配列番号:16)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を用いてpTrc99A TaqTth(D-B)DNAの部位特異的変異誘発を実施し、E404H変異を導入した。 1. Construction of TaqTth (DB) E404H (DNA sequence, SEQ ID NO: 83; amino acid sequence, SEQ ID NO: 16) Primer for mutagenesis:
Figure 0005661071
Was used for site-directed mutagenesis of pTrc99A TaqTth (DB) DNA to introduce the E404H mutation.

2. TaqTth(D-B) F413H/A414R(DNA配列、配列番号:84;アミノ酸配列、配列番号:17)の構築
DNA変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を用いてpTrc99A TaqTth(D-B)DNAの部位特異的変異誘発を実施し、F413HおよびA414R変異を導入した。 2. Construction of TaqTth (DB) F413H / A414R (DNA sequence, SEQ ID NO: 84; amino acid sequence, SEQ ID NO: 17)
Primers for DNA mutagenesis:
Figure 0005661071
Was used for site-directed mutagenesis of pTrc99A TaqTth (DB) DNA to introduce F413H and A414R mutations.

3. TaqTth(D-B) W417L/G418K(DNA配列、配列番号:85;アミノ酸配列、配列番号:18)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を用いてpTrc99A TaqTth(D-B)DNAの部位特異的変異誘発を実施し、W417LおよびG418K変異を導入した。 3. Construction of TaqTth (DB) W417L / G418K (DNA sequence, SEQ ID NO: 85; amino acid sequence, SEQ ID NO: 18) Primer for mutagenesis:
Figure 0005661071
Was used for site-directed mutagenesis of pTrc99A TaqTth (DB) DNA to introduce W417L and G418K mutations.

4. TaqTth(D-B) A439R(DNA配列、配列番号:86;アミノ酸配列、配列番号:19)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を用いてpTrc99A TaqTth(ND-B)DNAの部位特異的変異誘発を実施し、A439R変異を導入した。 4. Construction of TaqTth (DB) A439R (DNA sequence, SEQ ID NO: 86; amino acid sequence, SEQ ID NO: 19) Primer for mutagenesis:
Figure 0005661071
Was used for site-directed mutagenesis of pTrc99A TaqTth (ND-B) DNA to introduce the A439R mutation.

5. TaqTth(N-D)L451R(DNA配列、配列番号:87;アミノ酸配列、配列番号:20)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を用いてpTrc99AtaqTth(N-D)DNAの部位特異的変異誘発を実施し、L415変異を導入した。 5. Construction of TaqTth (ND) L451R (DNA sequence, SEQ ID NO: 87; amino acid sequence, SEQ ID NO: 20) Primer for mutagenesis:
Figure 0005661071
Was used for site-directed mutagenesis of pTrc99AtaqTth (ND) DNA to introduce the L415 mutation.

6. TaqTth(N-D) R457Q(DNA配列、配列番号:88;アミノ酸配列、配列番号:21)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を用いてpTrc99AtaqTth(N-D)DNAの部位特異的変異誘発を実施し、L415Q変異を導入した。 6. Construction of TaqTth (ND) R457Q (DNA sequence, SEQ ID NO: 88; amino acid sequence, SEQ ID NO: 21) Primer for mutagenesis:
Figure 0005661071
Was used for site-directed mutagenesis of pTrc99AtaqTth (ND) DNA to introduce the L415Q mutation.

7. TaqTth(N-D) V463L(DNA配列、配列番号:89;アミノ酸配列、配列番号:22)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を用いてpTrc99AtaqTth(N-D)DNAの部位特異的変異誘発を実施し、V463L変異を導入した。 7. Construction of TaqTth (ND) V463L (DNA sequence, SEQ ID NO: 89; amino acid sequence, SEQ ID NO: 22) Primer for mutagenesis:
Figure 0005661071
Was used for site-directed mutagenesis of pTrc99AtaqTth (ND) DNA to introduce the V463L mutation.

8. TaqTth(N-D) A468R(DNA配列、配列番号:90;アミノ酸配列、配列番号:23)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を用いてpTrc99AtaqTth(N-D)DNAの部位特異的変異誘発を実施し、A468R変異を導入した。 8. Construction of TaqTth (ND) A468R (DNA sequence, SEQ ID NO: 90; amino acid sequence, SEQ ID NO: 23) Primer for mutagenesis:
Figure 0005661071
Was used for site-directed mutagenesis of pTrc99AtaqTth (ND) DNA to introduce the A468R mutation.

9. TaqTth(N-D) A472E(DNA配列、配列番号:91;アミノ酸配列、配列番号:24)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を用いてpTrc99AtaqTth(N-D)DNAの部位特異的変異誘発を実施し、A472E変異を導入した。 9. Construction of TaqTth (ND) A472E (DNA sequence, SEQ ID NO: 91; amino acid sequence, SEQ ID NO: 24) Primer for mutagenesis:
Figure 0005661071
Was used for site-directed mutagenesis of pTrc99AtaqTth (ND) DNA to introduce the A472E mutation.

10. TaqTth(N-D) G499R(DNA配列、配列番号:92;アミノ酸配列、配列番号:25)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を用いてpTrc99AtaqTfh(N-D)DNAの部位特異的変異誘発を実施し、G499R変異を導入した。 10. Construction of TaqTth (ND) G499R (DNA sequence, SEQ ID NO: 92; amino acid sequence, SEQ ID NO: 25) Primer for mutagenesis:
Figure 0005661071
Was used for site-directed mutagenesis of pTrc99AtaqTfh (ND) DNA to introduce the G499R mutation.

11. TaqTth(N-D) E507Q(DNA配列、配列番号:93;アミノ酸配列、配列番号:26)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を用いてpTrc99AtaqTth(N-D)DNAの部位特異的変異誘発を実施し、E507Q変異を導入した。 11. Construction of TaqTth (ND) E507Q (DNA sequence, SEQ ID NO: 93; amino acid sequence, SEQ ID NO: 26) Primer for mutagenesis:
Figure 0005661071
Was used for site-directed mutagenesis of pTrc99AtaqTth (ND) DNA to introduce the E507Q mutation.

12. TaqTth(N-D) Y535H(DNA配列、配列番号:94;アミノ酸配列、配列番号:27)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を用いてpTrc99AtaqTth(N-D)DNAの部位特異的変異誘発を実施し、Y535H変異を導入した。 12. Construction of TaqTth (ND) Y535H (DNA sequence, SEQ ID NO: 94; amino acid sequence, SEQ ID NO: 27) Primer for mutagenesis:
Figure 0005661071
Was used for site-directed mutagenesis of pTrc99AtaqTth (ND) DNA to introduce the Y535H mutation.

13. TaqTth(N-D) S543N(DNA配列、配列番号:95;アミノ酸配列、配列番号:28)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を用いてpTrc99AtaqTth(N-D)DNAの部位特異的変異誘発を実施し、S543N変異を導入した。 13. Construction of TaqTth (ND) S543N (DNA sequence, SEQ ID NO: 95; amino acid sequence, SEQ ID NO: 28) Primer for mutagenesis:
Figure 0005661071
Was used for site-directed mutagenesis of pTrc99AtaqTth (ND) DNA to introduce the S543N mutation.

14. TaqTth(N-D) I546V(DNA配列、配列番号:96;アミノ酸配列、配列番号:29)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を用いてpTrc99AtaqTth(N-D)DNAの部位特異的変異誘発を実施し、I546V変異を導入した。 14. Construction of TaqTth (ND) I546V (DNA sequence, SEQ ID NO: 96; amino acid sequence, SEQ ID NO: 29) Primer for mutagenesis:
Figure 0005661071
Was used for site-directed mutagenesis of pTrc99AtaqTth (ND) DNA to introduce the I546V mutation.

15. TaqTth(N-D) D551S/I553V(DNA配列、配列番号:97;アミノ酸配列、配列番号:30)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を用いてpTrc99AtaqTth(N-D)DNAの部位特異的変異誘発を実施し、D551SおよびI553V変異を導入した。 15. Construction of TaqTth (ND) D551S / I553V (DNA sequence, SEQ ID NO: 97; amino acid sequence, SEQ ID NO: 30) Primer for mutagenesis:
Figure 0005661071
Was used for site-directed mutagenesis of pTrc99AtaqTth (ND) DNA to introduce D551S and I553V mutations.

16. TaqDN RX HT W417L/G418K/E507Q(DNA配列、配列番号:98;アミノ酸配列、配列番号:31)の構築
TaqTth(D-B)W417L/G418K をTaqTth(N-D) E507Qと組み合わせることによって、TaqDN RX HT W417L/G418K/E507Q の三重変異体を作製した。TaqTth(D-B)W417L/G418Kを制限酵素NdeIおよびBamHIで切断し、実施例3に詳述した方法で、より大型のベクター断片を単離した。また、TaqTth(N-D) E507Q構築物をNdeIおよびBamHIで切断し、実施例3詳述した方法で、小型の(約795塩基対) 断片をゲルで単離・精製した。実施例3詳述した方法で、NdeI-BamHI挿入物をゲルで精製したベクターに連結した。
16. Construction of TaqDN RX HT W417L / G418K / E507Q (DNA sequence, SEQ ID NO: 98; amino acid sequence, SEQ ID NO: 31)
A triple mutant of TaqDN RX HT W417L / G418K / E507Q was prepared by combining TaqTth (DB) W417L / G418K with TaqTth (ND) E507Q. TaqTth (DB) W417L / G418K was cleaved with restriction enzymes NdeI and BamHI, and a larger vector fragment was isolated by the method described in detail in Example 3. Also, the TaqTth (ND) E507Q construct was cleaved with NdeI and BamHI, and a small (about 795 base pair) fragment was isolated and purified on a gel by the method described in detail in Example 3. Example 3 The NdeI-BamHI insert was ligated to a gel purified vector as detailed above.

17. TaqDN RX HT W417L/E507Q(DNA配列、配列番号:99;アミノ酸配列、配列番号:32)の構築
上記のTaqDN RX HT W417L/G418K/E507Qから出発し、変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を用いて、部位特異的変異誘発反応を実施し、アミノ酸418位のKを、野生型アミノ酸Gに戻した。Transformer部位特異的変異誘発キット(Clonetech)を用いて製造元の説明書に従い、実験例4に記載する方法で部位特異的変異誘発を実施した。 17. Construction of TaqDN RX HT W417L / E507Q (DNA sequence, SEQ ID NO: 99; amino acid sequence, SEQ ID NO: 32) Starting from the above TaqDN RX HT W417L / G418K / E507Q, primers for mutagenesis:
Figure 0005661071
Was used to perform a site-directed mutagenesis reaction, and K at amino acid position 418 was changed back to wild-type amino acid G. Site-directed mutagenesis was performed by the method described in Experimental Example 4 using the Transformer site-directed mutagenesis kit (Clonetech) according to the manufacturer's instructions.

18. TaqDN RX HT G418K/E507Q(DNA配列、配列番号:100;アミノ酸配列、配列番号:33)の構築
上記のTaqDN RX HT W417L/G418K/E507Qから出発し、変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を用いて、部位特異的変異誘発反応を実施し、アミノ酸417位のLを、野生型アミノ酸Wに戻した。Transformer部位特異的変異誘発キット(Clonetech)を用いて製造元の説明書に従い、実験例4に記載する方法で部位特異的変異誘発を実施した。 18. Construction of TaqDN RX HT G418K / E507Q (DNA sequence, SEQ ID NO: 100; amino acid sequence, SEQ ID NO: 33) Starting from the above TaqDN RX HT W417L / G418K / E507Q, primers for mutagenesis:
Figure 0005661071
Was used to perform a site-directed mutagenesis reaction, and L at amino acid position 417 was changed back to wild-type amino acid W. Site-directed mutagenesis was performed by the method described in Experimental Example 4 using the Transformer site-directed mutagenesis kit (Clonetech) according to the manufacturer's instructions.

実施例3に詳述する方法で、変異体タンパク質の発現および精製を行い、これらタンパク質の切断活性の特徴付けは、実施例1A節)に記載する方法で実施した。RNA標的に対する、これら変異体タンパク質の選択の切断サイクリング速度の比較を図14に示した。「発明の説明」でさらに、説明されるように、これらのデータは、RNA依存性活性(すなわち、 Tth のD-BおよびN-D部分)を独立に高めることのできないTthPolの部分との組み合わせでTaqPolの一部を含むキメラタンパク質に対するTthPol様のRNA依存性切断活性を付与するためには、領域417/418およびアミノ酸507のアミノ酸が重要であることを示す。「発明の説明」に記載されているように、W417L、 G418KおよびE507Q 置換のみを含む Taq DN RX HT 変種を作製した。実施例1に記載の方法で、IL-6 RNA基質に対する Tth DN RX HTの切断速度を比較することによって、これらの変異がTaq DN RX HT 活性をTfh DN RX HT レベルまで充分増加させることを明らかにした。図15、Taq DN RX HT W417L/G418K/E507QおよびTaq DN RX HT G418K/E507Q変異体がTth DN RX HT より1.4倍高い活性を有し、Taq DN RX HTよりも4倍高い活性を示すが、Taq DN RX HT W417L/E507Q変異体がTaq DN RX HTより3倍高い酵素活性を有することを表している。これらの結果は、TthPolのK418およびQ507は、TaqPolと比較してより高いRNA依存性5'ヌクレアーゼ活性を提供する、特に重要なアミノ酸であることを示している。   Mutant proteins were expressed and purified as described in detail in Example 3, and the cleavage activity of these proteins was characterized by the method described in Example 1A). A comparison of the cleavage cycling rates of selection of these mutant proteins against the RNA target is shown in FIG. As further explained in the “Description of the Invention”, these data indicate that TaqPol's combination with a portion of TthPol that cannot independently enhance RNA-dependent activity (ie, the DB and ND portions of Tth). It shows that the amino acids of regions 417/418 and amino acid 507 are important for conferring TthPol-like RNA-dependent cleavage activity on a chimeric protein containing a region. Taq DN RX HT variants containing only W417L, G418K and E507Q substitutions were made as described in “Description of the Invention”. By comparing the cleavage rate of Tth DN RX HT to IL-6 RNA substrate with the method described in Example 1, it is clear that these mutations sufficiently increase Taq DN RX HT activity to Tfh DN RX HT levels I made it. Figure 15, Taq DN RX HT W417L / G418K / E507Q and Taq DN RX HT G418K / E507Q mutants have 1.4 times higher activity than Tth DN RX HT and 4 times higher activity than Taq DN RX HT, This shows that the Taq DN RX HT W417L / E507Q mutant has 3 times higher enzyme activity than Taq DN RX HT. These results indicate that TthPol's K418 and Q507 are particularly important amino acids that provide higher RNA-dependent 5 'nuclease activity compared to TaqPol.

実施例6
Taq DN RX HT G418K/E507Q 5'ヌクレアーゼのRNA依存性5'ヌクレアーゼとしての性質は、最適な塩および温度に関してTth DN RX HTに類似している
G418K/E507Q変異が、RNA標的の切断速度の増加に加えて、Taq DN RX HT変異体に有意な性質の変化をもたらしたか否かを調べる目的で、温度と塩濃度および二価イオンが異なるアッセイ条件下で、RNA鋳型依存性5'ヌクレアーゼ・アッセイ法によって、 Taq DN RX HT G418K/E507Q(配列番号:33)、Taq DN RX HT(配列番号:276)、およびTth DN RX HT(配列番号:274) 酵素を比較した。図20Aに示すように、本試験で用いる上流のDNAおよび基質の鋳型RNA鎖は、単一IrT分子(配列番号:166)に結合させた。標識した下流のプローブ(配列番号:167)は大過剰であった。標的RNA鎖の5'末端をビオチン-ストレプトアビジン複合体でブロッキングし、反応中に酵素によって非特異的分解が起こることを防いだ(Lyamichevら、Science 260:778 [1993], Johnsonら、Science 269:238 [1995])。図20Bに、Taq DN RX HT G418K/E507Q、Taq DN RX HTおよびTth DN RX HTの切断速度を温度の関数としてプロットした。黒丸はTaq DN RX HT酵素を表す。白丸はTth DN RX HT酵素を表し、XsはTaq DN RX HT G418K/E507Q 酵素を表す。IrT基質に対する TthおよびTaq DN RX HT 酵素の活性の差は、実施例1に記載された切断アッセイ法で試験した場合のIL-6 RNA基質における差よりさらに大きい。G418K/E507Q変異は、Taq 酵素の活性を10倍以上増加させ、Tth 酵素と比較して25%増加させる。3種類の酵素はいずれも、切断シグナル増幅反応および同一の至適温度に関する典型的な温度プロフィールを示す。同一条件下では、IrT(配列番号:168)に対するDNA基質類似体のいずれにおいても、G418K/E507Q変異は、Taq DN RX HTのDNA依存性5'ヌクレアーゼ活性に対して有意な効果を示さなかった。
Example 6
Taq DN RX HT G418K / E507Q 5 'nuclease is similar to Tth DN RX HT in terms of RNA-dependent 5' nuclease in terms of optimal salt and temperature
Assays that differ in temperature, salt concentration, and divalent ions to determine whether the G418K / E507Q mutation resulted in significant property changes in the Taq DN RX HT mutant in addition to increasing the cleavage rate of the RNA target Under conditions, RNA template-dependent 5 'nuclease assay, Taq DN RX HT G418K / E507Q (SEQ ID NO: 33), Taq DN RX HT (SEQ ID NO: 276), and Tth DN RX HT (SEQ ID NO: 274) The enzymes were compared. As shown in FIG. 20A, the upstream DNA and substrate template RNA strands used in this study were bound to a single IrT molecule (SEQ ID NO: 166). The labeled downstream probe (SEQ ID NO: 167) was in excess. The 5 'end of the target RNA strand was blocked with a biotin-streptavidin complex to prevent nonspecific degradation by the enzyme during the reaction (Lyamichev et al., Science 260: 778 [1993], Johnson et al., Science 269 : 238 [1995]). In FIG. 20B, the cutting rates of Taq DN RX HT G418K / E507Q, Taq DN RX HT and Tth DN RX HT are plotted as a function of temperature. Black circles represent Taq DN RX HT enzyme. White circles represent Tth DN RX HT enzyme and Xs represents Taq DN RX HT G418K / E507Q enzyme. The difference in activity of Tth and Taq DN RX HT enzymes against IrT substrate is even greater than the difference in IL-6 RNA substrate when tested with the cleavage assay described in Example 1. The G418K / E507Q mutation increases the activity of the Taq enzyme more than 10 times, increasing by 25% compared to the Tth enzyme. All three enzymes show a typical temperature profile for the cleavage signal amplification reaction and the same optimum temperature. Under the same conditions, the G418K / E507Q mutation had no significant effect on the DNA-dependent 5 'nuclease activity of Taq DN RX HT in any of the DNA substrate analogues to IrT (SEQ ID NO: 168). .

IrT基質に対するTaq DN RX HT G418K/E507Q、Taq DN RX HTおよびTth DN RX HTの5'ヌクレアーゼ活性における、KClおよびMgSO4濃度の効果については、図20CおよびDに示した。いずれの酵素の活性も類似した塩依存性を示し、至適KCl濃度は、Taq DN RX HT G418K/E507QおよびTth DN RX HTについては100mMであり、Taq DN RX HTについては50mMであった。いずれの酵素に対しても至適MgSO4濃度は、約8mMであった。図20のデータの解析によれば、Taq DN RX HT G418K/E507Qの性質は、Taq DN RX HTよりもTth DN RX HTの性質により近く、RNA標的に対する基質の認識において、G418K/E507Q変異が重要な役割を占めることを示唆する。 The effects of KCl and MgSO 4 concentrations on the 5 ′ nuclease activity of Taq DN RX HT G418K / E507Q, Taq DN RX HT and Tth DN RX HT on IrT substrate are shown in FIGS. 20C and D. The activity of both enzymes showed similar salt dependence, and the optimum KCl concentration was 100 mM for Taq DN RX HT G418K / E507Q and Tth DN RX HT and 50 mM for Taq DN RX HT. The optimum MgSO 4 concentration for both enzymes was about 8 mM. According to the analysis of the data in Fig. 20, the properties of Taq DN RX HT G418K / E507Q are closer to those of Tth DN RX HT than Taq DN RX HT, and G418K / E507Q mutation is important in substrate recognition for RNA targets To occupy an important role.

RNA対DNA標的の存在下で5'ヌクレアーゼ活性が低下する機構を明らかにするために、過剰のIrT基質(配列番号:166)および下流のプローブ(配列番号:167)を用い、一定の酵素濃度で、これら3種類の酵素のミカエリス定数(Km)および最大触媒速度(kcat)を決定した。これらの測定に関しては、10μlの反応液の組成としては、10mM MOPS、pH7.5、0.05%Tween20、0.05%ノニデットP-40、10μg/ml tRNA、4mM MgCl2、1nMの酵素(Taq DN RX HT, Tth DN RX HTまたはTaq DN RX HT G418K/E507Q)およびIrT 標的および下流のプローブの等モル混合物異なる濃度(0.125μM、0.25μMおよび0.5μMまたは1μM)で含む。各酵素および各基質濃度における切断の動力学は46℃で測定した。反応は、10mM EDTAおよび0.02%メチルバイオレット(Sigma)を含む95%のホルムアミドを10μl添加することによって停止した。停止した消化反応液の各1μlを、45mM トリス-ホウ酸、pH 8.3、1.4mM EDTA緩衝液中で、7M尿素を含む20%変性アクリルアミドゲル(架橋19:1)を用いて分画した。ゲルは、585nmフィルターを用いたFMBIO-100蛍光性ゲルス・キャナー(日立)上で走査した。切断産物の分画(FMBIO 解析ソフトウェア(バージョン6.0(日立)を用いて非切断のおよび切断基質に対応するバンドの強度から決定した)を、反応時間の関数としてプロットした。初期切断速度は、切断動力学の直線部から決定し、切断産物濃度を酵素濃度および反応時間(分の単位で)で除したものと定義した。IrT基質に対する各酵素のミカエリス定数Kmおよび最大触媒速度kcatを基質濃度の関数としての切断初速度のプロットから決定した。 Use an excess of IrT substrate (SEQ ID NO: 166) and downstream probe (SEQ ID NO: 167) to determine the mechanism by which 5 'nuclease activity is reduced in the presence of RNA versus DNA target, and a constant enzyme concentration The Michaelis constant (K m ) and maximum catalyst rate (k cat ) of these three enzymes were determined. For these measurements, the composition of 10 μl of the reaction solution was 10 mM MOPS, pH 7.5, 0.05% Tween 20, 0.05% nonidet P-40, 10 μg / ml tRNA, 4 mM MgCl 2 , 1 nM enzyme (Taq DN RX HT , Tth DN RX HT or Taq DN RX HT G418K / E507Q) and an equimolar mixture of IrT target and downstream probe at different concentrations (0.125 μM, 0.25 μM and 0.5 μM or 1 μM). The kinetics of cleavage at each enzyme and each substrate concentration was measured at 46 ° C. The reaction was stopped by adding 10 μl of 95% formamide containing 10 mM EDTA and 0.02% methyl violet (Sigma). 1 μl each of the stopped digestion reaction solution was fractionated using a 20% denaturing acrylamide gel (crosslinking 19: 1) containing 7 M urea in 45 mM Tris-borate, pH 8.3, 1.4 mM EDTA buffer. The gel was scanned on a FMBIO-100 fluorescent gel scanner (Hitachi) using a 585 nm filter. Fractions of the cleavage products (determined from the intensity of the band corresponding to the non-cleaved and cleaved substrate using FMBIO analysis software version 6.0 (Hitachi)) were plotted as a function of reaction time. Determined from the linear portion of the kinetics, the cleavage product concentration was defined as the enzyme concentration and reaction time (in minutes), the Michaelis constant K m for each enzyme versus the maximum catalytic rate k cat for the IrT substrate. It was determined from a plot of initial cutting speed as a function of concentration.

これら3種類の酵素は類似したKm値(200〜300nMの範囲)およびkcat値を有し、Taq DN RX HTおよびTth DN RXHTに関してはおおよそ4分-1、Taq DN RX HT G418K/E507Qに関してはおおよそ9分-1であることが明らかになった。G418K/E507Q変異はTaq DN RX HTのkcatを2倍位以上増加させるが、Kmに対してほとんど効果を示さないことは、変異によって切断により適切な位置に基質を配置するよりも、むしろ単純に結合定数を増加させることを示唆する。 These three enzymes are similar K m values have and k cat values (range 200~300nM), Taq DN RX HT and Tth DN approximately 4 min -1 with respect RXHT, with respect to Taq DN RX HT G418K / E507Q Was found to be approximately 9 min- 1 . The G418K / E507Q mutation increases Taq DN RX HT k cat more than 2-fold, but has little effect on K m , rather than placing the substrate in the proper position by cleavage by the mutation. It simply suggests increasing the binding constant.

実施例7
RNA依存性5'ヌクレアーゼ活性をさらに改善するための分子モデリングの利用
A. 点変異体
機能の変化した酵素を得るために、予め決まった位置の部位特異的変異誘発法もしくはランダム変異誘発法で配列に変異を導入した。キメラ試験の結果、関係する開示文献および分子モデリングに基づいて、部位特異的変異誘発の位置を選択した。上記で説明した二つのTth DN RX HT 酵素およびTaq DN RX HT 酵素から、それぞれさらに7種類の変異体酵素および20種類の変異体酵素を作製した。いくつかの変異体酵素は、複数の変異誘発法反応によって得た。すなわち2カ所以上の変異を導入して最終産物を得た。他で特記しない限り、実施例2C2に記載のTth DN RX HT構築物(配列番号:273)または実施例2C1に記載のTaq DN RX HT構築物(配列番号:275)を用いて変異反応を実施した。いずれの変異誘発反応に関しても充分な出発材料を得るために、QIAGEN Plasmid Maxiキット(QIAGEN, Chatsworth, CA)を用いて製造元のプロトコールに従って、一晩培養した200mlのJM109からプラスミドDNAを精製した。いずれの部位特異的変異も、Transformer部位特異的変異誘発法キット(Clontech)を用いて製造元のプロトコールに従って導入した。記載される全ての変異誘発反応に、2種類の異なる選択プライマーであるトランスオリゴ AlwNI/SpeIまたはスイッチオリゴSpeI/AlwNI(Clontech, Palo Alto CA カタログ番号6488-1またはカタログ番号6373-1)のうちのいずれか一方を用いた。与えられた反応に利用する選択オリゴは、ベクター中の制限酵素部位の選択に依存する。部位特異的変異誘発およびランダム変異誘発の変異誘発用プライマーは、いずれも標準的な合成化学で合成した。それぞれの反応に関して得られたコロニーは大腸菌株 JM109で発現した。ランダム突然変異誘発法を以下に説明する。
Example 7
Using molecular modeling to further improve RNA-dependent 5 'nuclease activity
A. Point mutants To obtain enzymes with altered functions, mutations were introduced into sequences by site-directed mutagenesis or random mutagenesis at predetermined positions. As a result of the chimera test, the location of site-directed mutagenesis was selected based on the relevant disclosure literature and molecular modeling. From the two Tth DN RX HT enzymes and Taq DN RX HT enzymes described above, seven additional mutant enzymes and twenty additional mutant enzymes were prepared, respectively. Some mutant enzymes were obtained by multiple mutagenesis reactions. That is, two or more mutations were introduced to obtain the final product. Unless otherwise specified, mutation reactions were performed using the Tth DN RX HT construct described in Example 2C2 (SEQ ID NO: 273) or the Taq DN RX HT construct described in Example 2C1 (SEQ ID NO: 275). To obtain sufficient starting material for any mutagenesis reaction, plasmid DNA was purified from 200 ml JM109 cultured overnight using the QIAGEN Plasmid Maxi kit (QIAGEN, Chatsworth, Calif.) According to the manufacturer's protocol. All site-specific mutations were introduced using the Transformer site-directed mutagenesis kit (Clontech) according to the manufacturer's protocol. For all mutagenesis reactions described, one of two different selection primers, trans-oligo AlwNI / SpeI or switch oligo SpeI / AlwNI (Clontech, Palo Alto CA catalog number 6488-1 or catalog number 6373-1) Either one was used. The selection oligo utilized for a given reaction depends on the choice of restriction enzyme sites in the vector. Both site-directed mutagenesis and random mutagenesis primers were synthesized using standard synthetic chemistry. Colonies obtained for each reaction were expressed in E. coli strain JM109. The random mutagenesis method is described below.

変異体は、実施例1に詳述される迅速スクリーニング・プロトコールで試験した。次に、より詳細な分析が必要な場合、もしくはより大規模なタンパク質調製が必要な場合には、実施例3に詳述される方法で、変異体タンパク質を発現および精製した。   Mutants were tested with the rapid screening protocol detailed in Example 1. The mutant protein was then expressed and purified as detailed in Example 3 when more detailed analysis was required or when larger scale protein preparation was required.

1. Tth DN RX HT H641A、Tth DN RX HT H748A、Tth DN RX HT H786Aの構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を用いて、pTrc99A Tth DN RX HT DNAの部位特異的変異誘発を実施し、H641A変異(DNA配列、配列番号:101;アミノ酸配列、配列番号:34)を導入した。あるいは、変異誘発用プライマー:
Figure 0005661071
を用いて、H748A変異体(DNA配列、配列番号:102;アミノ酸配列、配列番号:35)を作製した。あるいは、変異誘発用プライマー:
Figure 0005661071
を用いて、H786A変異体酵素(DNA配列、配列番号:103;アミノ酸配列、配列番号:36)を作製した。 1. Construction of Tth DN RX HT H641A, Tth DN RX HT H748A, Tth DN RX HT H786A Primers for mutagenesis:
Figure 0005661071
Was used for site-directed mutagenesis of pTrc99A Tth DN RX HT DNA to introduce the H641A mutation (DNA sequence, SEQ ID NO: 101; amino acid sequence, SEQ ID NO: 34). Alternatively, mutagenesis primers:
Figure 0005661071
Was used to prepare an H748A mutant (DNA sequence, SEQ ID NO: 102; amino acid sequence, SEQ ID NO: 35). Alternatively, mutagenesis primers:
Figure 0005661071
Was used to prepare an H786A mutant enzyme (DNA sequence, SEQ ID NO: 103; amino acid sequence, SEQ ID NO: 36).

2. Tth DN RX HT(H786A/G506K/Q509K)の構築
上記で作製した変異体 Tth DN RX HT H786Aから出発して、変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を用いて、部位特異的変異誘発を実施し、「TthAKK」(DNA配列、配列番号:104;アミノ酸配列、配列番号:37)と命名した変異体を作製した。 2. Construction of Tth DN RX HT (H786A / G506K / Q509K) Starting from the mutant Tth DN RX HT H786A prepared above, mutagenesis primers:
Figure 0005661071
Was used to carry out site-directed mutagenesis to produce a variant named “TthAKK” (DNA sequence, SEQ ID NO: 104; amino acid sequence, SEQ ID NO: 37).

3. Taq DN RX HT(W417L/G418K/E507Q/H784A)の構築
突然変異誘発性オリゴヌクレオチド

Figure 0005661071
を用いて、部位特異的変異誘発反応を実施し、H784A変異を導入し、「Taq4M」(DNA配列、配列番号:105;アミノ酸配列、配列番号:38)と命名した変異体を作製した。 3. Construction of Taq DN RX HT (W417L / G418K / E507Q / H784A) Mutagenic oligonucleotide
Figure 0005661071
Was used to perform a site-directed mutagenesis reaction, the H784A mutation was introduced, and a mutant named “Taq4M” (DNA sequence, SEQ ID NO: 105; amino acid sequence, SEQ ID NO: 38) was produced.

4. Taq4M H639A、Taq4M R587A、Taq4M G504KおよびTaq4M G80Eの構築
プライマー:

Figure 0005661071
を用いて、Taq4M変異体に部位特異的変異誘発を実施し、Taq 4M H639A変異体(DNA配列、配列番号:106;アミノ酸配列、配列番号:39)を作製した。また、プライマー:
Figure 0005661071
を用いて、Taq 4M R587A(DNA配列、配列番号:107;アミノ酸配列、配列番号:40)を作製した。また、プライマー:
Figure 0005661071
を用いて、Taq 4M G504K(DNA配列、配列番号:108;アミノ酸配列、配列番号:41)を作製した。また、プライマー:
Figure 0005661071
を用いて、Taq 4M G80E変異体(DNA配列、配列番号:109;アミノ酸配列、配列番号:42)を作製した。 4. Construction of Taq4M H639A, Taq4M R587A, Taq4M G504K and Taq4M G80E Primers:
Figure 0005661071
Was used to perform site-directed mutagenesis of the Taq4M mutant to produce a Taq4M H639A mutant (DNA sequence, SEQ ID NO: 106; amino acid sequence, SEQ ID NO: 39). Also primers:
Figure 0005661071
Was used to prepare Taq 4M R587A (DNA sequence, SEQ ID NO: 107; amino acid sequence, SEQ ID NO: 40). Also primers:
Figure 0005661071
Was used to prepare Taq 4M G504K (DNA sequence, SEQ ID NO: 108; amino acid sequence, SEQ ID NO: 41). Also primers:
Figure 0005661071
Was used to produce Taq 4M G80E mutant (DNA sequence, SEQ ID NO: 109; amino acid sequence, SEQ ID NO: 42).

5. Taq 4M P88E/P90EおよびTaq 4M L109F/A110Tの構築
上記のTaq 4M から出発して、部位特異的変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を用いて、部位特異的変異誘発を実施し、P88E/P90E変異(DNA配列、配列番号:110;アミノ酸配列、配列番号:43)を作製した。また、プライマー:
Figure 0005661071
を用いて、L109F/A110T変異(DNA配列、配列番号:111;アミノ酸配列、配列番号:44)を作製した。 5. Construction of Taq 4M P88E / P90E and Taq 4M L109F / A110T Starting from the above Taq 4M, primers for site-directed mutagenesis:
Figure 0005661071
Was used to perform site-directed mutagenesis to generate a P88E / P90E mutation (DNA sequence, SEQ ID NO: 110; amino acid sequence, SEQ ID NO: 43). Also primers:
Figure 0005661071
Was used to make the L109F / A110T mutation (DNA sequence, SEQ ID NO: 111; amino acid sequence, SEQ ID NO: 44).

6. Taq DN RX HT(W417L/G418K/G499R/A502K/I503L /G504K/ E507K/H784A)の構築
まず構築物 Taq4M(Taq W417L/G418K/G504K/E507Q/H784A)を鋳型として用いて、2種類のPCR反応を実施した。プライマー:

Figure 0005661071
を用いて、620塩基対のPCR断片が得られた。プライマー:
Figure 0005661071
を用いて、別の510塩基対のPCR産物が得られた。この2種類のPCR産物は、外側のプライマー158-84-01および330-06-03を用いて最終的に組換えPCR増幅を実施すると1182塩基対産物が得られるような重複を有している。製造元の説明書に従い、組換えPCR産物を制限酵素 NotIおよびBamHIで消化して、793塩基対の断片を得た。また、元のプラスミド Taq4Mを同一の酵素で消化して、用いた連結用ベクターとして用いた。いずれのDNA断片も、連結前に、TAEアガロースゲルによって精製した。断片をベクターに連結し、JM109 細胞を形質転換した。このようにして、変異G499R、A502K、I503LおよびE507K、ならびに制限エンドヌクレアーゼ部位、AgeIを導入した。この構築物を「Taq 8M」(DNA配列、配列番号:112;アミノ酸配列、配列番号:45)と命名した。 6. Construction of Taq DN RX HT (W417L / G418K / G499R / A502K / I503L / G504K / E507K / H784A) First, two types of PCR using the construct Taq4M (Taq W417L / G418K / G504K / E507Q / H784A) as a template The reaction was carried out. Primer:
Figure 0005661071
Was used to obtain a 620 base pair PCR fragment. Primer:
Figure 0005661071
Was used to obtain another 510 base pair PCR product. The two PCR products overlap so that the final PCR amplification using the outer primers 158-84-01 and 330-06-03 yields a 1182 base pair product. . The recombinant PCR product was digested with restriction enzymes NotI and BamHI according to the manufacturer's instructions to obtain a 793 base pair fragment. The original plasmid Taq4M was digested with the same enzyme and used as the ligation vector used. All DNA fragments were purified by TAE agarose gel before ligation. The fragment was ligated into the vector and transformed into JM109 cells. In this way, mutations G499R, A502K, I503L and E507K and a restriction endonuclease site, AgeI, were introduced. This construct was named “Taq 8M” (DNA sequence, SEQ ID NO: 112; amino acid sequence, SEQ ID NO: 45).

B. ランダム変異誘発
ランダム変異誘発法で機能が変化した多数の酵素を作製した。ランダム変異誘発法において標的とするタンパク質領域は、分子モデリングのデータおよび文献情報に基づいて選択した。異なる変異誘発用プライマーを用いて、タンパク質の異なる領域に変異を導入した。上記のTaq変異体である Taq 4M G504K(Taq DN RX HT W417L/G418K/G504K/E507Q/H784A/)(配列番号:108)にランダム突然変異誘発を実施し、他で特記しない限り、Taq8M(配列番号:112)について変異誘発反応で作製した変異体PCR断片の相同領域を交換した。
B. Random mutagenesis A number of enzymes with altered function were generated by random mutagenesis. Protein regions targeted for random mutagenesis were selected based on molecular modeling data and literature information. Mutations were introduced into different regions of the protein using different mutagenesis primers. Taq 4M G504K (Taq DN RX HT W417L / G418K / G504K / E507Q / H784A /) (SEQ ID NO: 108) was subjected to random mutagenesis, and Taq8M (sequence) unless otherwise specified. The homologous region of the mutant PCR fragment prepared by mutagenesis reaction was exchanged for No. 112).

また、上記のTth DN RX HT H786A(配列番号:103)について、ランダム突然変異誘発を実施した。Tth DN RX HT H786A 鋳型から作製した変異体PCR断片相同領域、もとのTth DN RX HT H786Aのものと交換した。   In addition, random mutagenesis was performed on the above Tth DN RX HT H786A (SEQ ID NO: 103). The mutant PCR fragment homology region prepared from the Tth DN RX HT H786A template was replaced with that of the original Tth DN RX HT H786A.

1.アミノ酸残基500〜507位または513〜520位におけるランダム変異体
第一の変異オリゴヌクレオチド:

Figure 0005661071
を、
Figure 0005661071
と共に用いて、Taq ポリメラーゼ変異体Taq DN RX HT W417L/G418K/G504K/E507Q/H784A(配列番号:108)のアミノ酸の500位から507位にランダムな残基を導入した。括弧内の塩基の91%のみが不変であり、残りの9%の塩基が他の3種類の塩基の混合物となるようにプライマー 535-054-01を合成することによって、これを達成した。このオリゴの最初の不変な配列は、G499R、A502KおよびQ507K変異を含む。 1. Random mutants at amino acid residues 500-507 or 513-520 First mutant oligonucleotide:
Figure 0005661071
The
Figure 0005661071
In addition, random residues were introduced from position 500 to position 507 of the amino acid of the Taq polymerase mutant Taq DN RX HT W417L / G418K / G504K / E507Q / H784A (SEQ ID NO: 108). This was achieved by synthesizing primer 535-054-01 so that only 91% of the bases in parenthesis were unchanged and the remaining 9% bases were a mixture of the other three bases. The first invariant sequence of this oligo contains the G499R, A502K and Q507K mutations.

500〜507の領域に変異を導入する目的で、プライマー535-054-01およびプライマー158-84-01、およびAdvantage cDNA PCRキット(Clonetech)、また上記のTaq変異体を標的としてPCR反応に用いた。次に、このPCR断片を1%TAEアガロースゲルで泳動し、切り出して、QIAquick Gel Extractionキット(Qiagen, Valencia CA, カタログ番号28706)で精製した。精製した断片をNotIおよびAgeIで切断し、NotIおよびAgeIで直鎖状にしたpTaq8Mに連結した。JM109大腸菌細胞(Promega)を得られた産物で形質転換した。下に記載した方法で、クローンを試験した。   In order to introduce mutations in the region from 500 to 507, primers 535-054-01 and primers 158-84-01, Advantage cDNA PCR kit (Clonetech), and the above Taq variants were used for PCR reactions. . The PCR fragment was then run on a 1% TAE agarose gel, excised and purified with the QIAquick Gel Extraction kit (Qiagen, Valencia CA, catalog number 28706). The purified fragment was cut with NotI and AgeI and ligated into pTaq8M linearized with NotI and AgeI. JM109 E. coli cells (Promega) were transformed with the resulting product. Clones were tested as described below.

第二の突然変異オリゴヌクレオチド(異なる反応中で用いられる):

Figure 0005661071
を、
Figure 0005661071
と共に用いて、アミノ酸513-520のランダムな残基に導入した。また、プライマー535-054-02の括弧内の塩基は、91%のみが野性型で、おのおの3%が残りの3種類のヌクレオチドである。 Second mutant oligonucleotide (used in different reactions):
Figure 0005661071
The
Figure 0005661071
Used in conjunction with random residues at amino acids 513-520. Furthermore, only 91% of the bases in parentheses of primer 535-054-02 are wild type, and 3% of each is the remaining three nucleotides.

513-520の領域に変異を導入する目的で、プライマー 535-054-02およびプライマー535-054-02、ならびに鋳型として上記のTaq DN RX HT W417L/G418K/G504K/ E507Q/H784A(配列番号:108)をPCR反応に用いた。上記のようにして、得られたPCR断片を精製し、制限酵素 AgeIおよびBamHIで切断した。次に、切断した断片を、AgeIおよびBamHIで直鎖状にしたTaq8M構築物に連結した。連結産物でJM109大腸菌細胞を形質転換した。実施例1に記載した方法で、クローンを試験した。これらから作製した変異体は、以下のものである。Taq DN RX HT W417L/G418K/G499R/A502K/K504N/E507K/H784A(Ml-13)(DNA配列、配列番号:113;アミノ酸配列、配列番号:46)。Taq DN RX HT W417L/G418K/G499R/L500I/A502K/G504K/Q507H/H784A(Ml-36)(DNA配列、配列番号:114;アミノ酸配列、配列番号:47)。Taq DN RX HT W417L/G418K/G499R/A502K/I503L/G504K/E507K/T514S/H784A.(M2-24)(DNA配列、配列番号:115;アミノ酸配列、配列番号:48)。Taq DN RX HT W417L/G418K/G499R/A502K/I503L/G504K/E507K/ V518L/H784A(M2-06)(DNA配列、配列番号:116;アミノ酸配列、配列番号:49)。   For the purpose of introducing mutation into the region of 513-520, primer 535-054-02 and primer 535-054-02, and the above-mentioned Taq DN RX HT W417L / G418K / G504K / E507Q / H784A (SEQ ID NO: 108) as a template ) Was used in the PCR reaction. As described above, the obtained PCR fragment was purified and digested with restriction enzymes AgeI and BamHI. The cleaved fragment was then ligated to the Taq8M construct linearized with AgeI and BamHI. JM109 E. coli cells were transformed with the ligation product. Clones were tested as described in Example 1. The mutants produced from these are as follows. Taq DN RX HT W417L / G418K / G499R / A502K / K504N / E507K / H784A (Ml-13) (DNA sequence, SEQ ID NO: 113; amino acid sequence, SEQ ID NO: 46). Taq DN RX HT W417L / G418K / G499R / L500I / A502K / G504K / Q507H / H784A (Ml-36) (DNA sequence, SEQ ID NO: 114; amino acid sequence, SEQ ID NO: 47). Taq DN RX HT W417L / G418K / G499R / A502K / I503L / G504K / E507K / T514S / H784A. (DNA sequence, SEQ ID NO: 115; amino acid sequence, SEQ ID NO: 48). Taq DN RX HT W417L / G418K / G499R / A502K / I503L / G504K / E507K / V518L / H784A (M2-06) (DNA sequence, SEQ ID NO: 116; amino acid sequence, SEQ ID NO: 49).

2. TthDN RX HT H786A ランダム変異誘発法
TthDN RX HT H786A(配列番号:36)酵素のヘリックス-ヘアピン-ヘリックス領域の変異体を作製する目的で、鋳型としてH786A(配列番号:103)変異体を用いて異なる2種のPCR上記反応を実施した。組換えPCR上記反応が実施可能に、2種のPCR産物を重複させる(Higuchi、「PCR技術(PCR Technology)」, H. A. Eriich編、Stockton Press、New York. pp6l-70 [1989])。次に、断片の末端およびTthDN H786A 配列内に位置する制限酵素部位を用いて、この最終的なPCR産物を、TthDN H786A変異体の相同領域と交換した。
2. TthDN RX HT H786A random mutagenesis method
TthDN RX HT H786A (SEQ ID NO: 36) In order to create a mutant of the helix-hairpin-helix region of the enzyme, two different PCR above reactions were performed using the H786A (SEQ ID NO: 103) mutant as a template. did. Recombinant PCR Two PCR products are overlapped so that the above reaction can be carried out (Higuchi, “PCR Technology”, edited by HA Eriich, Stockton Press, New York. Pp6l-70 [1989]). This final PCR product was then exchanged with the homologous region of the TthDN H786A mutant using the fragment ends and restriction enzyme sites located within the TthDN H786A sequence.

上記のTthDN H786A から出発して、プライマー:

Figure 0005661071
を用いて、620塩基対のPCR断片が得られた。Advantage cDNA PCRキット(Clontech)を用いて製造元の説明書に従い、PCR反応を実施した。このPCR産物は、アミノ酸1〜194位を含む。この反応によっては、変異は何も導入されないが、EcoRI制限酵素部位が5'末端に存在する。 Starting from TthDN H786A above, primers:
Figure 0005661071
Was used to obtain a 620 base pair PCR fragment. PCR reaction was performed using Advantage cDNA PCR kit (Clontech) according to the manufacturer's instructions. This PCR product contains amino acids 1-194. In this reaction, no mutation is introduced, but an EcoRI restriction enzyme site is present at the 5 'end.

上記のTthDN RX HT H786Aから出発して、変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を用いて、787塩基対のPCR断片を作製した。PCR反応は上記のように実施した。この断片は、変異誘発用プライマー604-08-05によりランダム変異を含む。配列の91%が野性型で、残りの9%が残りの3種類の塩基を均等に有するように、このプライマーの括弧内の塩基を合成した。 Starting from the above TthDN RX HT H786A, mutagenesis primers:
Figure 0005661071
Was used to prepare a 787 base pair PCR fragment. PCR reactions were performed as described above. This fragment contains random mutations due to mutagenesis primers 604-08-05. The bases in the brackets of this primer were synthesized so that 91% of the sequence was wild type and the remaining 9% had the remaining 3 bases equally.

この2種類の断片は重複を有しており、組換えPCR反応で結合させた。プライマー390-76-08および209-74-02を添加し、製造元の説明書に従いAdvantage cDNA PCRキット(Clontech)を用いた。1380塩基対の産物は、この反応で生成した。   These two types of fragments have an overlap and were joined by a recombinant PCR reaction. Primers 390-76-08 and 209-74-02 were added and an Advantage cDNA PCR kit (Clontech) was used according to the manufacturer's instructions. A 1380 base pair product was generated in this reaction.

製造元の説明書に従い、組換えPCR産物を制限酵素EcoRIおよびNotIで切断し、986塩基対の断片を得た。同一の酵素で切断することによって、TthDN RX HT H786A を調製した。次に、断片をベクターに連結し、JM109 細胞を形質転換した。この反応セットから作製した新規の変異体は以下のものを含む。TthDN RX HT H786A/P197R/K200R(DNA配列、配列番号:117;アミノ酸配列、配列番号:50)。TthDN RX HT H786A/K205Y(DNA配列、配列番号:118;アミノ酸配列、配列番号:51)。TthDN RX HT H786A/G203R(DNA配列、配列番号:119; アミノ酸配列、配列番号:52)。   According to the manufacturer's instructions, the recombinant PCR product was cleaved with restriction enzymes EcoRI and NotI to obtain a 986 base pair fragment. TthDN RX HT H786A was prepared by cutting with the same enzyme. Next, the fragment was ligated into a vector, and JM109 cells were transformed. New variants generated from this reaction set include: TthDN RX HT H786A / P197R / K200R (DNA sequence, SEQ ID NO: 117; amino acid sequence, SEQ ID NO: 50). TthDN RX HT H786A / K205Y (DNA sequence, SEQ ID NO: 118; amino acid sequence, SEQ ID NO: 51). TthDN RX HT H786A / G203R (DNA sequence, SEQ ID NO: 119; amino acid sequence, SEQ ID NO: 52).

3. Taq DN RX HT W417L/G418K/H784A L109F/A110T/G499R/A502K/I503L/G504K/E507K/T514S(Taq SS)の構築
上記のTaq DN RX HT W417L/G418K/G499R/A502K/I503L/G504K/E507K/T514S/H784A(配列番号:115)変異体から出発し、プライマー:

Figure 0005661071
を適当な選択プライマーと共に用い、部位特異的変異誘発反応を実施して、L109FおよびA110T変異を導入し、この「TaqSS」(DNA配列、配列番号:120;アミノ酸配列、配列番号:53)と命名した酵素を作製した。 3. Construction of Taq DN RX HT W417L / G418K / H784A L109F / A110T / G499R / A502K / I503L / G504K / E507K / T514S (Taq SS) Taq DN RX HT W417L / G418K / G499R / A502K / I503L / G504K / Starting from E507K / T514S / H784A (SEQ ID NO: 115) mutant, primer:
Figure 0005661071
Is used with an appropriate selection primer to perform a site-directed mutagenesis reaction to introduce the L109F and A110T mutations, termed this “TaqSS” (DNA sequence, SEQ ID NO: 120; amino acid sequence, SEQ ID NO: 53) The enzyme was made.

4. Taq DN RX HT W417L/G418L/H784A P88E/P90E/G499R/A502K/I503L/G504K/E507K/T514Sの構築
上記のTaq DN RX HT W417L/G418K/G499R/A502K/I503L/G504K/E507K/T514S/H784A(配列番号:115)変異体から出発し、プライマー:

Figure 0005661071
を適当な選択プライマーと共に用い、部位特異的変異誘発反応を実施し、P88EおよびP90E変異を導入して、この酵素(DNA配列、配列番号:121;アミノ酸配列、配列番号:54)を作製した。 4. Construction of Taq DN RX HT W417L / G418L / H784A P88E / P90E / G499R / A502K / I503L / G504K / E507K / T514S Taq DN RX HT W417L / G418K / G499R / A502K / I503L / G504K / E507K / T514S / Starting from the H784A (SEQ ID NO: 115) mutant, the primer:
Figure 0005661071
Was used in conjunction with appropriate selection primers to perform site-directed mutagenesis reactions to introduce P88E and P90E mutations to make this enzyme (DNA sequence, SEQ ID NO: 121; amino acid sequence, SEQ ID NO: 54).

5. TaqSS ランダム変異誘発法
ランダム突然変異生成を用いて、TaqSS変異体(配列番号:120)のヘリックス-ヘアピン-ヘリックス・ドメインに付加的変化を導入する。上記の実施例9の方法で、変異誘発を実施した。第一の工程では、重複を有する異なる2種類のPCR産物を生成させた。オリゴ390-76-08(配列番号:314)および

Figure 0005661071
を利用して、PCR産物の一方は、断片にEcoRI部位を導入したが変異は導入しなかった。第二のPCR産物では、変異誘発用プライマー:
Figure 0005661071
およびプライマー209-74-02(配列番号:316)を利用した。この断片は、ランダム点突然変異を含み、組換えPCRを第一の断片と組み合わせた場合には、制限酵素EcoRIおよびNotIで切断し、同様にEcoRIおよびNotIで切断したTaqSS構築物に連結した。次に、連結した構築物でJM109を形質転換した。下記のようにして、コロニーをスクリーニングした。この変異誘発で得た酵素は以下のものを含む。TaqSS K198N(DNA配列、配列番号:112;アミノ酸配列、配列番号:55)。TaqSS A205Q(DNA配列、配列番号:123;アミノ酸配列、配列番号:56)。TaqSS I200M/A205G(DNA配列、配列番号:124;アミノ酸配列、配列番号:57)。TaqSS K203N(DNA配列、配列番号:125;アミノ酸配列、配列番号:58)。TaqSS T204P(DNA配列、配列番号:126;アミノ酸配列、配列番号:59)。 5. TaqSS random mutagenesis Using random mutagenesis, additional changes are introduced into the helix-hairpin-helix domain of the TaqSS variant (SEQ ID NO: 120). Mutagenesis was performed by the method of Example 9 above. In the first step, two different PCR products with duplicates were generated. Oligo 390-76-08 (SEQ ID NO: 314) and
Figure 0005661071
Using one, one of the PCR products introduced an EcoRI site into the fragment but not a mutation. In the second PCR product, mutagenesis primers:
Figure 0005661071
And primer 209-74-02 (SEQ ID NO: 316) was used. This fragment contained a random point mutation and when recombinant PCR was combined with the first fragment, it was cut with the restriction enzymes EcoRI and NotI and ligated to the TaqSS construct that was also cut with EcoRI and NotI. Next, JM109 was transformed with the ligated construct. Colonies were screened as follows. Enzymes obtained by this mutagenesis include: TaqSS K198N (DNA sequence, SEQ ID NO: 112; amino acid sequence, SEQ ID NO: 55). TaqSS A205Q (DNA sequence, SEQ ID NO: 123; amino acid sequence, SEQ ID NO: 56). TaqSS I200M / A205G (DNA sequence, SEQ ID NO: 124; amino acid sequence, SEQ ID NO: 57). TaqSS K203N (DNA sequence, SEQ ID NO: 125; amino acid sequence, SEQ ID NO: 58). TaqSS T204P (DNA sequence, SEQ ID NO: 126; amino acid sequence, SEQ ID NO: 59).

6. TaqSS R677Aの構築
酵素のアーチ領域およびポリメラーゼ領域の両方に配列変異を導入する目的で、TaqSSに別の特異的点突然変異を導入した。オリゴ:

Figure 0005661071
を用いて、上記のように、部位特異的変異誘発を実施して、TaqSS R677A変異体(DNA配列、配列番号:127;アミノ酸配列、配列番号:60)を作製した。 6. Construction of TaqSS R677A Another specific point mutation was introduced into TaqSS in order to introduce sequence mutations in both the arch and polymerase regions of the enzyme. Oligo:
Figure 0005661071
As described above, site-directed mutagenesis was performed to generate TaqSS R677A mutant (DNA sequence, SEQ ID NO: 127; amino acid sequence, SEQ ID NO: 60).

7. TaqTthAKK(DNA配列、配列番号:128;アミノ酸配列、配列番号:61)およびTthTaq5M(DNA配列、配列番号:129;アミノ酸配列、配列番号:62)の構築
Tth DN RX HT(H786A/G506K/Q509K)(配列番号:104;ここではTthAKKと略記される)またはTaq 4M G504(配列番号:108;ここではTaq 5Mと略記される)を制限エンドヌクレアーゼEcoRIおよびNotIで切断して、キメラ変異体 TaqTthAKKおよびTthTaq5M を作製した。実施例3Dに詳述した方法で、より小さい挿入断片とより大きいベクター断片をゲルによって精製した。実施例3Dに記載の方法で、二つの変異体間で挿入断片を交換し連結した。構築物配列のスクリーニングおよび確認は、実施例3Dで実施した。
7. Construction of TaqTthAKK (DNA sequence, SEQ ID NO: 128; amino acid sequence, SEQ ID NO: 61) and TthTaq5M (DNA sequence, SEQ ID NO: 129; amino acid sequence, SEQ ID NO: 62)
Tth DN RX HT (H786A / G506K / Q509K) (SEQ ID NO: 104; abbreviated here as TthAKK) or Taq 4M G504 (SEQ ID NO: 108; abbreviated here as Taq 5M) is used as restriction endonuclease EcoRI and The chimeric mutants TaqTthAKK and TthTaq5M were generated by cutting with NotI. Smaller inserts and larger vector fragments were purified by gel as detailed in Example 3D. The insert was exchanged and ligated between the two mutants by the method described in Example 3D. Screening and confirmation of the construct sequence was performed in Example 3D.

実施例8
他のポリメラーゼのRNA依存性 5'ヌクレアーゼ活性の改善
TaqPoI/TthPolの組換え、変異誘発法およびモデリングから得た情報を用いて、別のDNAポリメラーゼについて同様な変異を作製し、これらの酵素の切断活性に対する効果を検討した。実施例2に記載の方法で、サーマス・フィリフォルミス(TfiPol)およびサーマス・スコトダクタス(TscPol)のDNAポリメラーゼをクローニングし、精製した。これら2種類のタンパク質の変異誘発について下記に説明する。
Example 8
RNA-dependent 5 'nuclease activity of other polymerases
Using information obtained from TaqPoI / TthPol recombination, mutagenesis, and modeling, similar mutations were made for other DNA polymerases and their effects on the cleavage activity were examined. The thermus filiformis (TfiPol) and Thermus scottodactus (TscPol) DNA polymerases were cloned and purified by the method described in Example 2. The mutagenesis of these two proteins is described below.

A. TfiPolDN2Mの構築
QuikChange部位特異的変異誘発キット(Stratagene)を用いて製造元のプロトコールに従い、pTrc99a-TfiPol(配列番号:249)の変異誘発を実施した。以下の2種類のオリゴヌクレオチドを用いて、P420K変異を導入した:

Figure 0005661071
以下の2種類のオリゴヌクレオチドを用いて、E507Q変異を導入した:
Figure 0005661071
以下の2種類のオリゴヌクレオチドを用いて、D785N変異を導入した:
Figure 0005661071
これら3種類の変異をすべて含むプラスミドを、pTrc99a-TfiPolDN2M(DNA配列、配列番号:130;アミノ酸配列、配列番号:63)と命名した。 A. Construction of TfiPolDN2M
Mutation of pTrc99a-TfiPol (SEQ ID NO: 249) was performed using the QuikChange site-directed mutagenesis kit (Stratagene) according to the manufacturer's protocol. The P420K mutation was introduced using two types of oligonucleotides:
Figure 0005661071
The E507Q mutation was introduced using the following two oligonucleotides:
Figure 0005661071
The following two oligonucleotides were used to introduce the D785N mutation:
Figure 0005661071
A plasmid containing all these three types of mutations was named pTrc99a-TfiPolDN2M (DNA sequence, SEQ ID NO: 130; amino acid sequence, SEQ ID NO: 63).

B. TscPolDN2Mの構築
QuikChange部位特異的変異誘発キット(Stratagene)を用いて製造元のプロトコールに従い、pTrc99a-TscPol(配列番号:253)の変異誘発を実施した。以下の2種類のオリゴヌクレオチドを用いて、E416K変異を導入した:

Figure 0005661071
以下の2種類のオリゴヌクレオチドを用いて、E505Q変異を導入した:
Figure 0005661071
以下の2種類のオリゴヌクレオチドを用いて、D783N変異を導入した:
Figure 0005661071
これら3種類の変異をすべて含むプラスミドを、pTrc99a-TscPolDN2M(DNA配列、配列番号:131;アミノ酸配列、配列番号:64)と命名した。 B. Construction of TscPolDN2M
Mutation of pTrc99a-TscPol (SEQ ID NO: 253) was performed using the QuikChange site-directed mutagenesis kit (Stratagene) according to the manufacturer's protocol. The E416K mutation was introduced using the following two oligonucleotides:
Figure 0005661071
The E505Q mutation was introduced using the following two oligonucleotides:
Figure 0005661071
The D783N mutation was introduced using the following two oligonucleotides:
Figure 0005661071
A plasmid containing all these three types of mutations was named pTrc99a-TscPolDN2M (DNA sequence, SEQ ID NO: 131; amino acid sequence, SEQ ID NO: 64).

C. Tsc、Tfi、TthおよびTaq変異体のキメラ
1. TfiTth AKK(DNA配列、配列番号:132;アミノ酸配列、配列番号:65)、TscTthAKK(DNA配列、配列番号:133;アミノ酸配列、配列番号:66)、TfiTaq5M(DNA配列、配列番号:134;アミノ酸配列、配列番号:67)およびTscTaq5M(DNA配列、配列番号:135;アミノ酸配列、配列番号:68)の構築
Tth DN RX HT(H86A/G506K/Q509K)(ここではTthAKKと略記される、配列番号:104)またはTaq 4M G504(ここではTaq 5Mと略記される;配列番号:108)およびTfi DN 2M(配列番号:130)またはTsc DN 2M(配列番号:131)間でキメラ酵素を作製する目的で、部位特異的変異誘発法により、別の制限エンドヌクレアーゼ部位をTfiおよびTsc と命名した変異体に導入した。突然変異誘発プライマー:

Figure 0005661071
を用いて、Tfi DN 2Mのアミノ酸の1位にEcoRI部位およびアミノ酸の331位にNotI 部位を導入した。変異誘発用プライマー:
Figure 0005661071
を用いて、Tsc DN 2Mのアミノ酸の1位にEcoRI部位およびアミノ酸の327位にNotI 部位を導入した。Advance cDNA PCRキット(Clonetech)を用いて製造元の説明書に従い、標的としてTfi DN 2Mまたは Tsc DN 2Mを用いて対応するプライマーでPCR反応を行った。1017塩基対のPCR産物をEcoRIおよびNotIの両方で切断し、実施例3Dの方法でゲルによって精製した993塩基対の挿入断片を得た。また、変異体 Taq4M G504K(配列番号:108)およびTm DN RX HT(H786A/G506K/Q509K)(配列番号:104)をEcoRIおよびNotIで切断し、より大きいベクター断片を上記のようにゲルで単離した。実施例3Dに詳述される方法で、ライゲーションを行い、新しい構築物のスクリーニングおよび確認を実施した。 C. Chimera of Tsc, Tfi, Tth and Taq variants
1. TfiTth AKK (DNA sequence, SEQ ID NO: 132; amino acid sequence, SEQ ID NO: 65), TscTthAKK (DNA sequence, SEQ ID NO: 133; amino acid sequence, SEQ ID NO: 66), TfiTaq5M (DNA sequence, SEQ ID NO: 134) Amino acid sequence, SEQ ID NO: 67) and TscTaq5M (DNA sequence, SEQ ID NO: 135; amino acid sequence, SEQ ID NO: 68)
Tth DN RX HT (H86A / G506K / Q509K) (abbreviated here as TthAKK, SEQ ID NO: 104) or Taq 4M G504 (abbreviated here as Taq 5M; SEQ ID NO: 108) and Tfi DN 2M (sequence No. 130) or Tsc DN 2M (SEQ ID NO: 131) for the purpose of creating a chimeric enzyme, another restriction endonuclease site was introduced into the variants named Tfi and Tsc by site-directed mutagenesis. . Mutagenesis primer:
Figure 0005661071
Was used to introduce an EcoRI site at position 1 of the amino acid of Tfi DN 2M and a NotI site at position 331 of the amino acid. Mutagenesis primers:
Figure 0005661071
Was used to introduce an EcoRI site at position 1 of the amino acid of Tsc DN 2M and a NotI site at position 327 of the amino acid. A PCR reaction was performed with corresponding primers using Tfi DN 2M or Tsc DN 2M as a target using Advance cDNA PCR kit (Clonetech) according to the manufacturer's instructions. The 1017 base pair PCR product was cut with both EcoRI and NotI to obtain a 993 base pair insert purified by gel with the method of Example 3D. Mutants Taq4M G504K (SEQ ID NO: 108) and Tm DN RX HT (H786A / G506K / Q509K) (SEQ ID NO: 104) were cut with EcoRI and NotI, and the larger vector fragment was isolated on a gel as described above. Released. Ligation was performed and new constructs were screened and confirmed as detailed in Example 3D.

実施例9
改善したRNA依存性5'ヌクレアーゼ活性を有する別の酵素
Tfi DN 2M(ΔN)の生成
後のクローニング工程を促進するため、TfiPolDN2M 遺伝子(実施例8Aに記載の配列番号:130)のポリメラーゼ領域から内因性制限酵素部位(NotI)を除き、特有なNotI部位をより有利な位置に挿入した。
Example 9
Another enzyme with improved RNA-dependent 5 'nuclease activity
To facilitate the subsequent cloning process of Tfi DN 2M (ΔN), a unique NotI site is removed from the polymerase region of the TfiPolDN2M gene (SEQ ID NO: 130 described in Example 8A) by removing the endogenous restriction enzyme site (NotI). Was inserted in a more advantageous position.

内因性NotI部位は次のように除いた。変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
とQUIKCHANGE 部位特異的変異誘発キット(Stratagene)用い、製造元の説明書に従って実施した。新しい構築物を、Tfi DN 2M(ΔN)(DNA配列、配列番号:340;アミノ酸配列、配列番号:341)と命名した。 The endogenous NotI site was removed as follows. Mutagenesis primers:
Figure 0005661071
And a QUIKCHANGE site-directed mutagenesis kit (Stratagene) and performed according to the manufacturer's instructions. The new construct was named Tfi DN 2M (ΔN) (DNA sequence, SEQ ID NO: 340; amino acid sequence, SEQ ID NO: 341).

Tfi DN 2M(N)、Tsc DN 2M(N)の調製
Tfi DN 2M(ΔN)(配列番号:340)に特有なNotI部位(アミノ酸の328位)を導入する目的で、プライマー:

Figure 0005661071
と、鋳型としてTfi DN 2M(ΔN)(配列番号:340)をPCR上記反応で用いた。得られたPCR断片を精製し、制限酵素 NotIおよびSalIで切断した。次に、切断した断片を、NotIおよびSalIで消化して構築物 TfiTthAKK(実施例8Cに記載の配列番号:132)に連結した。新しい構築物は、Tfi DN 2M(N)(DNA配列、配列番号:345;アミノ酸配列、配列番号:346)と命名した。 Preparation of Tfi DN 2M (N) and Tsc DN 2M (N)
For the purpose of introducing a NotI site (position 328 of amino acid) unique to Tfi DN 2M (ΔN) (SEQ ID NO: 340):
Figure 0005661071
Tfi DN 2M (ΔN) (SEQ ID NO: 340) was used in the above PCR reaction as a template. The obtained PCR fragment was purified and cleaved with restriction enzymes NotI and SalI. The cleaved fragment was then digested with NotI and SalI and ligated to the construct TfiTthAKK (SEQ ID NO: 132 as described in Example 8C). The new construct was named Tfi DN 2M (N) (DNA sequence, SEQ ID NO: 345; amino acid sequence, SEQ ID NO: 346).

変異体 TscPol DN 2M(上記の実施例8Bに記載されている)にNotI制限エンドヌクレアーゼ部位を導入する目的で、プライマー:

Figure 0005661071
と、鋳型としてTscPolDN2M(配列番号:131)を用いてPCRを実施した。次に、PCR産物をNotI-SalIで消化した断片を、NotIおよびSalIで消化したTscTmAKK ベクター(配列番号:133)にサブクローニングした。得られた構築物を、Tsc DN 2M(N)(DNA配列、配列番号:347;アミノ酸配列、配列番号:348)と命名した。 For the purpose of introducing a NotI restriction endonuclease site into the mutant TscPol DN 2M (described in Example 8B above), primers:
Figure 0005661071
PCR was performed using TscPolDN2M (SEQ ID NO: 131) as a template. Next, a fragment obtained by digesting the PCR product with NotI-SalI was subcloned into a TscTmAKK vector (SEQ ID NO: 133) digested with NotI and SalI. The resulting construct was named Tsc DN 2M (N) (DNA sequence, SEQ ID NO: 347; amino acid sequence, SEQ ID NO: 348).

Tfi DN 2M(N)AKKおよびTsc DN2M(N)AKKの調製
「AKK」変異セット(G504K/E507K/H784A/D785N)を導入する目的で、Tfi DN 2M(N)変異体(DNA配列、配列番号:345)の部位特異的変異誘発を実施した。プライマー:

Figure 0005661071
を用いて、Tfi 2M(N)AKK変異体(DNA配列、配列番号:358;アミノ酸配列、配列番号:359)を作製した。この構築物を「TfiAKK」と命名した。 Preparation of Tfi DN 2M (N) AKK and Tsc DN2M (N) AKK To introduce the “AKK” mutation set (G504K / E507K / H784A / D785N), the Tfi DN 2M (N) mutant (DNA sequence, SEQ ID NO: : 345) site-directed mutagenesis was performed. Primer:
Figure 0005661071
Was used to prepare a Tfi 2M (N) AKK variant (DNA sequence, SEQ ID NO: 358; amino acid sequence, SEQ ID NO: 359). This construct was named “TfiAKK”.

TscDN 2M(N)構築物(DNA配列、配列番号:347)に、「AKK」変異セット(G502K/E505K/H782A/D783N)を導入する目的で、プライマー:

Figure 0005661071
を用いて、Tsc2M(N)AKK(DNA配列、配列番号:346;アミノ酸配列、配列番号:365)を作製した。この構築物を、「Tsc AKK」と命名した。 In order to introduce the “AKK” mutation set (G502K / E505K / H782A / D783N) into the TscDN 2M (N) construct (DNA sequence, SEQ ID NO: 347), primers:
Figure 0005661071
Was used to prepare Tsc2M (N) AKK (DNA sequence, SEQ ID NO: 346; amino acid sequence, SEQ ID NO: 365). This construct was named “Tsc AKK”.

組換えPCRによる点突然変異体の構築
TthAKK(P195A)およびTthAKK(P195K)の構築
TthAKK構築物のヌクレアーゼ・ドメインにおけるアミノ酸の195位(P195AまたはP195K)に変異を導入する目的で、変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
およびプライマー:
Figure 0005661071
をPCR反応に用いて、787塩基 対の断片を調製した。プライマー:
Figure 0005661071
と、同一鋳型を反応に用いて別のPCR断片を得た。 Construction of point mutants by recombinant PCR
Construction of TthAKK (P195A) and TthAKK (P195K)
Mutagenesis primers for the purpose of introducing mutations at amino acid position 195 (P195A or P195K) in the nuclease domain of the TthAKK construct:
Figure 0005661071
And primers:
Figure 0005661071
Was used in a PCR reaction to prepare a 787 base pair fragment. Primer:
Figure 0005661071
And another PCR fragment was obtained using the same template for the reaction.

この2種類の断片は重複を有しており、組換えPCR反応で結合させた。外側のプライマー390-076-08および209-074-02を添加し、製造元の説明書に従いAdvantage cDNA PCRキット(Clontech)を用いた。この反応によって1380塩基対の産物が生成した。   These two types of fragments have an overlap and were joined by a recombinant PCR reaction. Outer primers 390-076-08 and 209-074-02 were added and an Advantage cDNA PCR kit (Clontech) was used according to the manufacturer's instructions. This reaction produced a 1380 base pair product.

組換えPCR産物を制限酵素EcoRIおよびNotIで切断し、986塩基対の断片を得た。同一の酵素で切断してTthAKK構築物を調製した。次に、断片をベクター連結し、JM109 細胞を形質転換した。この反応セットから作製した新規の変異体は、TthAKK(P195A)(DNA配列、配列番号:373;アミノ酸配列、配列番号:374)およびTthAKK(P195K)(DNA配列、配列番号:375;アミノ酸配列、配列番号:376)を含む。   The recombinant PCR product was cleaved with restriction enzymes EcoRI and NotI to obtain a 986 base pair fragment. A TthAKK construct was prepared by cutting with the same enzyme. Next, the fragment was vector ligated and JM109 cells were transformed. Novel mutants generated from this reaction set include TthAKK (P195A) (DNA sequence, SEQ ID NO: 373; amino acid sequence, SEQ ID NO: 374) and TthAKK (P195K) (DNA sequence, SEQ ID NO: 375; amino acid sequence, SEQ ID NO: 376).

TthAKK(N417K/L418K)の構築
同一の方法を用いて、TthAKK(N417K/L418K)を構築した。変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
2種類の重複PCR断片を生成させた。該2種類の産物を組み合わせ、外側のプライマー700-10-03および158-084-01で増幅した。組換えPCR産物を、制限酵素 NotIおよびBamHIで切断し、NotI/BamHIで予め切断した TthAKK構築物に連結した。この変異体を、TthAKK(N417K/L418K)(DNA配列、配列番号:379;アミノ酸配列、配列番号:380)と命名した。 Construction of TthAKK (N417K / L418K) TthAKK (N417K / L418K) was constructed using the same method. Mutagenesis primers:
Figure 0005661071
Two overlapping PCR fragments were generated. The two products were combined and amplified with outer primers 700-10-03 and 158-084-01. The recombinant PCR product was cut with the restriction enzymes NotI and BamHI and ligated to the TthAKK construct previously cut with NotI / BamHI. This mutant was named TthAKK (N417K / L418K) (DNA sequence, SEQ ID NO: 379; amino acid sequence, SEQ ID NO: 380).

部位特異的変異誘発による別の TthAKK点突然変異体の構築
TthAKK(P255L)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を用いて、TthAKK構築物に部位特異的変異誘発を実施し、TthAKK(P255L)(DNA配列、配列番号:383;アミノ酸配列、配列番号:384)を作製した。 Construction of another TthAKK point mutant by site-directed mutagenesis
Construction of TthAKK (P255L) Primer for mutagenesis:
Figure 0005661071
Was used to perform site-directed mutagenesis on the TthAKK construct to generate TthAKK (P255L) (DNA sequence, SEQ ID NO: 383; amino acid sequence, SEQ ID NO: 384).

TthAKK(F311Y)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を用いて、TthAKK構築物に部位特異的変異誘発を実施し、TthAKK(F311Y)(DNA配列、配列番号: 387;アミノ酸配列、配列番号: 388)を作製した。 Construction of TthAKK (F311Y) Primer for mutagenesis:
Figure 0005661071
Was used to perform site-directed mutagenesis on the TthAKK construct to generate TthAKK (F311Y) (DNA sequence, SEQ ID NO: 387; amino acid sequence, SEQ ID NO: 388).

TthAKK(N221H/R224Q)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を用いて、TthAKK構築物に部位特異的変異誘発を実施し、TthAKK(N221H/R224Q)(DNA配列、配列番号:391;アミノ酸配列、配列番号:392)を作製した。 Construction of TthAKK (N221H / R224Q) Primer for mutagenesis:
Figure 0005661071
Was used to perform site-directed mutagenesis on the TthAKK construct to generate TthAKK (N221H / R224Q) (DNA sequence, SEQ ID NO: 391; amino acid sequence, SEQ ID NO: 392).

TthAKK(R251H)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を用いて、TfhAKK構築物に部位特異的変異誘発を実施し、TthAKK(R251H)(DNA配列、配列番号:395;アミノ酸配列、配列番号:396)を作製した。 Construction of TthAKK (R251H) Mutagenesis primer:
Figure 0005661071
Was used to perform site-directed mutagenesis on the TfhAKK construct to generate TthAKK (R251H) (DNA sequence, SEQ ID NO: 395; amino acid sequence, SEQ ID NO: 396).

TthAKK(P2S5L/R251H)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を用いて、TthAKK(P255L)構築物に部位特異的変異誘発を実施し、TthAKK(P255L/R251H)(DNA配列、配列番号:399;アミノ酸配列、配列番号:400)を作製した。 Construction of TthAKK (P2S5L / R251H) Mutagenesis primer:
Figure 0005661071
Was used to perform site-directed mutagenesis on the TthAKK (P255L) construct to generate TthAKK (P255L / R251H) (DNA sequence, SEQ ID NO: 399; amino acid sequence, SEQ ID NO: 400).

Tth AKK L429V(DNA配列、配列番号:401;アミノ酸配列、配列番号:402)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
およびリバースプライマー:
Figure 0005661071
を使用して、Tth AKK構築物上にパーム領域のランダム変異誘発を実施し、パーム領域にランダム変異を導入した。ブラケットは、表記の91%の塩基と3%のその他すべての塩基の合成を示す。 Construction of Tth AKK L429V (DNA sequence, SEQ ID NO: 401; amino acid sequence, SEQ ID NO: 402) Primer for mutagenesis:
Figure 0005661071
And reverse primer:
Figure 0005661071
Was used to perform random mutagenesis of the palm region on the Tth AKK construct, and random mutations were introduced into the palm region. Brackets indicate the synthesis of the indicated 91% base and 3% all other bases.

Tth AKK E425V(DNA配列、配列番号:405;アミノ酸配列、配列番号:406)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
およびリバースプライマー:
Figure 0005661071
を使用して、Tth AKK構築物上にパーム領域のランダム変異誘発を実施し、パーム領域にランダム変異を導入した。ブラケットは、表記の91%の塩基と3%のその他すべての塩基の合成を示す。 Construction of Tth AKK E425V (DNA sequence, SEQ ID NO: 405; amino acid sequence, SEQ ID NO: 406) Primer for mutagenesis:
Figure 0005661071
And reverse primer:
Figure 0005661071
Was used to perform random mutagenesis of the palm region on the Tth AKK construct, and random mutations were introduced into the palm region. Brackets indicate the synthesis of the indicated 91% base and 3% all other bases.

TthAKKL422N/E425K(DNA塩基配列番号:407;アミノ酸配列、配列番号:408)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
およびリバースプライマー:
Figure 0005661071
を使用して、Tth AKK構築物上にパーム領域のランダム変異誘発を実施し、パーム領域にランダム変異を導入した。ブラケットは、表記の91%の塩基と3%のその他すべての塩基の合成を示す。 Construction of TthAKKL422N / E425K (DNA base sequence number: 407; amino acid sequence, sequence number: 408) Primer for mutagenesis:
Figure 0005661071
And reverse primer:
Figure 0005661071
Was used to perform random mutagenesis of the palm region on the Tth AKK construct, and random mutations were introduced into the palm region. Brackets indicate the synthesis of the indicated 91% base and 3% all other bases.

Tth AKK L422F/W430C(DNA配列、配列番号:409;アミノ酸配列、配列番号:410)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
およびリバースプライマー:
Figure 0005661071
を用いて、Tth AKK DNAパーム領域のランダム変異誘発を実施し、パーム領域にランダム変異を導入した。ブラケットは、表記の91%の塩基と3%のその他すべての塩基の合成を示す。 Construction of Tth AKK L422F / W430C (DNA sequence, SEQ ID NO: 409; amino acid sequence, SEQ ID NO: 410) Primer for mutagenesis:
Figure 0005661071
And reverse primer:
Figure 0005661071
Was used to perform random mutagenesis of the Tth AKK DNA palm region, and random mutations were introduced into the palm region. Brackets indicate the synthesis of the indicated 91% base and 3% all other bases.

Tth AKK A504F(DNA配列、配列番号:411;アミノ酸配列、配列番号:412)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
およびリバースプライマー:
Figure 0005661071
を使用して、Tth AKK構築物上に部位特異的飽和変異誘発を実施し、A504 アミノ酸にランダム変異を導入した。 Construction of Tth AKK A504F (DNA sequence, SEQ ID NO: 411; amino acid sequence, SEQ ID NO: 412) Mutagenesis primer:
Figure 0005661071
And reverse primer:
Figure 0005661071
Was used to perform site-specific saturation mutagenesis on the Tth AKK construct to introduce random mutations into the A504 amino acid.

Tth AKK A504V(DNA配列、配列番号:415;アミノ酸配列、配列番号:416)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
およびリバースプライマー:
Figure 0005661071
を使用して、Tth AKK構築物上に部位特異的飽和変異誘発を実施し、A504 アミノ酸にランダム変異を導入した。 Construction of Tth AKK A504V (DNA sequence, SEQ ID NO: 415; amino acid sequence, SEQ ID NO: 416) Mutagenesis primer:
Figure 0005661071
And reverse primer:
Figure 0005661071
Was used to perform site-specific saturation mutagenesis on the Tth AKK construct to introduce random mutations into the A504 amino acid.

Tth AKK A504S(DNA配列、配列番号:417;アミノ酸配列、配列番号:418)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
およびリバースプライマー:
Figure 0005661071
を使用して、Tth AKK構築物上に部位特異的飽和変異誘発を実施し、A504 アミノ酸にランダム変異を導入した。 Construction of Tth AKK A504S (DNA sequence, SEQ ID NO: 417; amino acid sequence, SEQ ID NO: 418) Mutagenesis primer:
Figure 0005661071
And reverse primer:
Figure 0005661071
Was used to perform site-specific saturation mutagenesis on the Tth AKK construct to introduce random mutations into the A504 amino acid.

Tth AKK S517G(DNA配列、配列番号:419;アミノ酸配列、配列番号:420)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
およびリバースプライマー:
Figure 0005661071
を使用して、Tth AKK構築物上に部位特異的飽和変異誘発を実施し、S517アミノ酸にランダム変異を導入した。 Construction of Tth AKK S517G (DNA sequence, SEQ ID NO: 419; amino acid sequence, SEQ ID NO: 420) Mutagenesis primer:
Figure 0005661071
And reverse primer:
Figure 0005661071
Was used to perform site-specific saturation mutagenesis on the Tth AKK construct to introduce random mutations at the S517 amino acid.

Tth AKK A518L(DNA配列、配列番号:423;アミノ酸配列、配列番号:424)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
およびリバースプライマー:
Figure 0005661071
を使用して、Tth AKK構築物上に部位特異的飽和変異誘発を実施し、A518アミノ酸にランダム変異を導入した。 Construction of Tth AKK A518L (DNA sequence, SEQ ID NO: 423; amino acid sequence, SEQ ID NO: 424) Primer for mutagenesis:
Figure 0005661071
And reverse primer:
Figure 0005661071
Was used to perform site-specific saturation mutagenesis on the Tth AKK construct to introduce random mutations at the A518 amino acid.

Tth AKK A518R(DNA配列、配列番号:426;アミノ酸配列、配列番号:427)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
およびリバースプライマー:
Figure 0005661071
を使用して、Tth AKK構築物上に部位特異的飽和変異誘発を実施し、A518アミノ酸にランダム変異を導入した。 Construction of Tth AKK A518R (DNA sequence, SEQ ID NO: 426; amino acid sequence, SEQ ID NO: 427) Primer for mutagenesis:
Figure 0005661071
And reverse primer:
Figure 0005661071
Was used to perform site-specific saturation mutagenesis on the Tth AKK construct to introduce random mutations at the A518 amino acid.

Taq5M L451R(DNA配列、配列番号:428;アミノ酸配列、配列番号:429)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を使用して、Taq 5M構築物上に部位特異的変異誘発を実施し、Taq 5M 酵素にL451R変異を導入した。 Construction of Taq5M L451R (DNA sequence, SEQ ID NO: 428; amino acid sequence, SEQ ID NO: 429) Primer for mutagenesis:
Figure 0005661071
Was used to perform site-directed mutagenesis on the Taq 5M construct to introduce the L451R mutation into the Taq 5M enzyme.

Tth AKK A504K(DNA配列、配列番号:431;アミノ酸配列、配列番号:432)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
およびリバースプライマー:
Figure 0005661071
を用いて、Tth AKK構築物上に部位特異的変異誘発を実施し、Tth AKK 酵素にA504K変異導入した。 Construction of Tth AKK A504K (DNA sequence, SEQ ID NO: 431; amino acid sequence, SEQ ID NO: 432) Primer for mutagenesis:
Figure 0005661071
And reverse primer:
Figure 0005661071
Was used to perform site-directed mutagenesis on the Tth AKK construct and introduce the A504K mutation into the Tth AKK enzyme.

Tth AKK H641A(DNA配列、配列番号:435;アミノ酸配列、配列番号:436)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
およびリバースプライマー:
Figure 0005661071
を用いて、Tth AKK構築物上に部位特異的変異誘発を実施し、Tth AKK 酵素にH641A変異導入した。 Construction of Tth AKK H641A (DNA sequence, SEQ ID NO: 435; amino acid sequence, SEQ ID NO: 436) Primer for mutagenesis:
Figure 0005661071
And reverse primer:
Figure 0005661071
Was used to perform site-directed mutagenesis on the Tth AKK construct and to introduce the H641A mutation into the Tth AKK enzyme.

Tth AKK T508P(DNA配列、配列番号:439;アミノ酸配列、配列番号:440)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
およびリバースプライマー:
Figure 0005661071
を用いて、Tth AKK構築物上に部位特異的変異誘発を実施し、Tth AKK 酵素にT508P変異導入した。 Construction of Tth AKK T508P (DNA sequence, SEQ ID NO: 439; amino acid sequence, SEQ ID NO: 440) Primer for mutagenesis:
Figure 0005661071
And reverse primer:
Figure 0005661071
Was used to perform site-directed mutagenesis on the Tth AKK construct and to introduce a T508P mutation into the Tth AKK enzyme.

TthAKK 酵素およびα-ペプチド間のキメラ融合におけるキメラと変異
コロニーのブルー・ホワイト・スクリーニング(Wuら、Nucleic Acids Research, 24:1710 [1996])基づく、完全長融合タンパク質の発現が不可能となる変異(フレームシフト、欠失、挿入等を含む)の検出のために、TthAKK-lacZ-α-ペプチドのキメラ・融合を構築した。
Chimeras and mutations in chimeric fusions between the TthAKK enzyme and α-peptide Mutations that prevent expression of full-length fusion proteins based on colony blue-white screening (Wu et al., Nucleic Acids Research, 24: 1710 [1996]) A chimaeric fusion of TthAKK-lacZ-α-peptide was constructed for detection (including frameshift, deletion, insertion, etc.).

変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を用いて、TthAKK DNAに部位特異的変異誘発を実施し、TthAKKのC末端の6xHisタグの後のSalI部位にlacZ αペプチドが挿入されたpTthAKK-Lを調製した。プライマー:
Figure 0005661071
を用いて、まず、pCRII-TOPO ベクター(Invitrogen)から、αペプチド(201アミノ酸を有する)をPCRで増幅した次に、PCR産物を、制限酵素SalIで消化し、同一の酵素で消化した pTthAKK-L ベクターに連結して、キメラ構築物 TthAKK-αペプチド(DNA配列、配列番号:481;アミノ酸配列、配列番号:482)を作製した。挿入物の方向をシーケンシングによって確認した。 Mutagenesis primers:
Figure 0005661071
Was used to perform site-directed mutagenesis on TthAKK DNA to prepare pTthAKK-L in which the lacZ α peptide was inserted into the SalI site after the 6xHis tag at the C-terminal of TthAKK. Primer:
Figure 0005661071
First, α peptide (having 201 amino acids) was amplified by PCR from pCRII-TOPO vector (Invitrogen), and then the PCR product was digested with restriction enzyme SalI and digested with the same enzyme pTthAKK- Ligated to the L vector, a chimeric construct TthAKK-α peptide (DNA sequence, SEQ ID NO: 481; amino acid sequence, SEQ ID NO: 482) was produced. The orientation of the insert was confirmed by sequencing.

TthTscAKKおよびTthTfiAKK 酵素の構築
TthAKK構築物を酵素EcoRIおよびNotIで切断し、より小さい挿入断片をゲルで単離した。また、TscAKKもしくはTfiAKK構築物を、EcoRIおよびNotIで切断し、より大型の断片をゲルで単離して精製した。 Tth挿入物(ヌクレアーゼ ドメイン)をTscAKKおよびTfiAKK ベクター(ポリメラーゼ・ドメイン)に連結し、TthTscAKK(DNA配列、配列番号:447;アミノ酸配列、配列番号:448)およびTthTfiAKK(DNA配列、配列番号:449;アミノ酸配列、配列番号:450)キメラ構築物を作製した。
Construction of TthTscAKK and TthTfiAKK enzymes
The TthAKK construct was cut with the enzymes EcoRI and NotI and the smaller insert was isolated on a gel. In addition, TscAKK or TfiAKK constructs were cut with EcoRI and NotI, and larger fragments were isolated on gels and purified. Tth insert (nuclease domain) was ligated to TscAKK and TfiAKK vectors (polymerase domain) and TthTscAKK (DNA sequence, SEQ ID NO: 447; amino acid sequence, SEQ ID NO: 448) and TthTfiAKK (DNA sequence, SEQ ID NO: 449; Amino acid sequence, SEQ ID NO: 450) A chimeric construct was made.

基質特異性を改善するためのTth ポリメラーゼFT変異
Taq(FT)TthAKKの構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を用いて TaqTthAKK構築物に部位特異的変異誘発を実施して、L107F/A108T変異を導入し、Taq(FT)TthAKK(DNA配列、配列番号:484;アミノ酸配列、配列番号:485)を作製した。 Tth polymerase FT mutations to improve substrate specificity
Construction of Taq (FT) TthAKK Primer for mutagenesis:
Figure 0005661071
Site-directed mutagenesis was carried out on the TaqTthAKK construct using A, and the L107F / A108T mutation was introduced to produce Taq (FT) TthAKK (DNA sequence, SEQ ID NO: 484; amino acid sequence, SEQ ID NO: 485).

Tfi(FT)TthAKKの構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を用いて、TfiTthAKK構築物に部位特異的変異誘発を実施して、L107F/V108T変異を導入し、Tfi(FT)TthAKK(DNA配列、配列番号:349;アミノ酸配列、配列番号:488)を作製した。 Construction of Tfi (FT) TthAKK Primer for mutagenesis:
Figure 0005661071
Was used to introduce site-directed mutagenesis into the TfiTthAKK construct to introduce the L107F / V108T mutation to produce Tfi (FT) TthAKK (DNA sequence, SEQ ID NO: 349; amino acid sequence, SEQ ID NO: 488) .

Tfi(FT) DN 2M(N)およびTsc(FT) DN 2M(N)変異体
Tfi DN 2M(N)変異体(DNA配列、配列番号:345)のNotIおよびSalI断片を単離し、予めNotI-SalIで消化した Tfi(FT)TthAKK(DNA配列、配列番号:349;アミノ酸配列、配列番号:488)に挿入することによって、L107F/V108T変異を導入して、Tfi(FT) DN 2M(N)変異体(DNA配列、配列番号:350;アミノ酸配列、配列番号:351)を得た。このTscに基づく構築物にL107FまたはE108T変異を付加する目的で、同一の方法を実施した。Tsc DN 2M(N)変異体(DNA配列、配列番号:348)をNotIおよびSalIで切断した断片を、予めNotI-SalIで消化した Tsc(FT)TthAKK(DNA配列、配列番号:491)ベクターに挿入し、Tsc(FT) DN 2M(N)変異体(DNA配列、配列番号:352;アミノ酸配列、配列番号:353)を作製した。
Tfi (FT) DN 2M (N) and Tsc (FT) DN 2M (N) variants
Tfi (FT) TthAKK (DNA sequence, SEQ ID NO: 349; amino acid sequence, isolated from NotI and SalI fragments of Tfi DN 2M (N) variant (DNA sequence, SEQ ID NO: 345) and previously digested with NotI-SalI L107F / V108T mutation is introduced by inserting into SEQ ID NO: 488) to obtain a Tfi (FT) DN 2M (N) mutant (DNA sequence, SEQ ID NO: 350; amino acid sequence, SEQ ID NO: 351) It was. The same method was performed for the purpose of adding the L107F or E108T mutation to this Tsc-based construct. A fragment obtained by cleaving a Tsc DN 2M (N) mutant (DNA sequence, SEQ ID NO: 348) with NotI and SalI was converted into a Tsc (FT) TthAKK (DNA sequence, SEQ ID NO: 491) vector previously digested with NotI-SalI. Insertion was made to produce a Tsc (FT) DN 2M (N) mutant (DNA sequence, SEQ ID NO: 352; amino acid sequence, SEQ ID NO: 353).

Tfi(FT) AKKおよび Tsc(FT) AKKの構築
上記のTfi(FT)DN2M(N)構築物(DNA配列、配列番号:350)から出発し、プライマー:

Figure 0005661071
を用いて、部位特異的変異誘発法により変異(H784A、G504KおよびE507K)の「AKK」セットを導入した。得られた変異体構築物は、Tfi(FT)AKK(DNA配列、配列番号:366;アミノ酸配列、配列番号:367)と命名した。 Construction of Tfi (FT) AKK and Tsc (FT) AKK Starting from the above Tfi (FT) DN2M (N) construct (DNA sequence, SEQ ID NO: 350), primers:
Figure 0005661071
Was used to introduce the “AKK” set of mutations (H784A, G504K and E507K) by site-directed mutagenesis. The resulting mutant construct was named Tfi (FT) AKK (DNA sequence, SEQ ID NO: 366; amino acid sequence, SEQ ID NO: 367).

同様に、プライマー:

Figure 0005661071
を用い、鋳型としてTsc(FT)DN2M(N)変異体(DNA配列、配列番号:352)を用いて、部位特異的変異誘発反応を実施し、Tsc(FT)AKK変異体(DNA配列、配列番号:368;アミノ酸配列、配列番号:369)を作製した。 Similarly, primers:
Figure 0005661071
Using Tsc (FT) DN2M (N) mutant (DNA sequence, SEQ ID NO: 352) as a template, a site-directed mutagenesis reaction was performed, and Tsc (FT) AKK mutant (DNA sequence, sequence) was used. No: 368; amino acid sequence, SEQ ID NO: 369).

Tsc(FT)TthAKKの構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
およびリバースプライマー:
Figure 0005661071
を用いて、TscTthAKK構築物に部位特異的変異誘発を実施し、L107F/E108T変異を導入して、Tsc(FT)TthAKK(DNA配列、配列番号:454;アミノ酸配列、配列番号:491)を作製した。 Construction of Tsc (FT) TthAKK Primer for mutagenesis:
Figure 0005661071
And reverse primer:
Figure 0005661071
Was used to perform site-directed mutagenesis on the TscTthAKK construct and introduced the L107F / E108T mutation to produce Tsc (FT) TthAKK (DNA sequence, SEQ ID NO: 454; amino acid sequence, SEQ ID NO: 491) .

Taq(FT)TscAKKおよびTaq(FT)TfiAKK 酵素の構築
Taq(FT)TthAKK構築物を酵素EcoRIおよびNotIで切断し、より小さい挿入断片をゲルで単離した。また、TscAKKもしくはTfiAKK構築物を、EcoRIおよびNotIで切断し、より大型の断片をゲルで単離して精製した。 Taq(FT)挿入物(ヌクレアーゼ・ドメイン)をTscAKKおよびTfiAKK ベクター(ポリメラーゼ・ドメイン)に連結し、 Taq(FT)TscAKK(DNA配列、配列番号:443;アミノ酸配列、配列番号:444)およびTaq(FT)TfiAKK(DNA配列、配列番号:445;アミノ酸配列、配列番号:446)キメラ構築物を作製した。
Construction of Taq (FT) TscAKK and Taq (FT) TfiAKK enzymes
The Taq (FT) TthAKK construct was cut with the enzymes EcoRI and NotI and the smaller insert was isolated on a gel. In addition, TscAKK or TfiAKK constructs were cut with EcoRI and NotI, and larger fragments were isolated on gels and purified. Taq (FT) insert (nuclease domain) was ligated to TscAKK and TfiAKK vectors (polymerase domain) and Taq (FT) TscAKK (DNA sequence, SEQ ID NO: 443; amino acid sequence, SEQ ID NO: 444) and Taq ( FT) TfiAKK (DNA sequence, SEQ ID NO: 445; amino acid sequence, SEQ ID NO: 446) chimeric construct was made.

TaqEFT-Tth(AKK)(DNA配列、配列番号:501;アミノ酸配列、配列番号:502)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を用いて、Taq(FT)-Tth(AKK) DNA(配列番号:484)に部位特異的変異誘発を実施し、K70E変異を導入した。 Construction of TaqEFT-Tth (AKK) (DNA sequence, SEQ ID NO: 501; amino acid sequence, SEQ ID NO: 502) Primer for mutagenesis:
Figure 0005661071
Was used to perform site-directed mutagenesis on Taq (FT) -Tth (AKK) DNA (SEQ ID NO: 484) to introduce the K70E mutation.

Taq(EFT)TthAKKの酵素活性を改善するための付加的変異
TaqEFT-Tth(AKK)-A/Ml(DNA配列、配列番号:505;アミノ酸配列、配列番号:506)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を用いて、Taq(EFT)-Tth(AKK) DNA(配列番号:501)に部位特異的変異誘発を実施し、G4EA変異を導入した。 Additional mutations to improve the enzymatic activity of Taq (EFT) TthAKK
Construction of TaqEFT-Tth (AKK) -A / Ml (DNA sequence, SEQ ID NO: 505; amino acid sequence, SEQ ID NO: 506) Mutagenesis primer:
Figure 0005661071
Was used for site-directed mutagenesis of Taq (EFT) -Tth (AKK) DNA (SEQ ID NO: 501) to introduce a G4EA mutation.

TaqEFT-Tth(AKK)-B/M2(DNA配列、配列番号:509;アミノ酸配列、配列番号:510)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を用いて、Taq(EFT)-Tth(AKK) DNA(配列番号:501)に部位特異的変異誘発を実施し、H29F変異を導入した。 Construction of TaqEFT-Tth (AKK) -B / M2 (DNA sequence, SEQ ID NO: 509; amino acid sequence, SEQ ID NO: 510) Primer for mutagenesis:
Figure 0005661071
Was used for site-directed mutagenesis of Taq (EFT) -Tth (AKK) DNA (SEQ ID NO: 501) to introduce the H29F mutation.

TaqEFT-Tth(AKK)-C/M3(DNA配列、配列番号:513;アミノ酸配列、配列番号:514)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を用いて、Taq(EFT)-Tth(AKK) DNA(配列番号:501)に部位特異的変異誘発を実施し、K57R変異を導入した。 Construction of TaqEFT-Tth (AKK) -C / M3 (DNA sequence, SEQ ID NO: 513; amino acid sequence, SEQ ID NO: 514) Mutagenesis primer:
Figure 0005661071
Was used for site-directed mutagenesis of Taq (EFT) -Tth (AKK) DNA (SEQ ID NO: 501) to introduce the K57R mutation.

TaqEFT-Tth(AKK)-D/M5(DNA配列、配列番号:517;アミノ酸配列、配列番号:518)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を用いて、Taq(EFT)-Tth(AKK) DNA(配列番号:501)に部位特異的変異誘発を実施し、S125T変異を導入した。 Construction of TaqEFT-Tth (AKK) -D / M5 (DNA sequence, SEQ ID NO: 517; amino acid sequence, SEQ ID NO: 518) Primer for mutagenesis:
Figure 0005661071
Was used for site-directed mutagenesis of Taq (EFT) -Tth (AKK) DNA (SEQ ID NO: 501) to introduce the S125T mutation.

TaqEFT-Tth(AKK)-E/M6(DNA配列、配列番号:521;アミノ酸配列、配列番号:522)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を用いて、Taq(EFT)-Tth(AKK) DNA(配列番号:501)に部位特異的変異誘発を実施し、R206L変異を導入した。 Construction of TaqEFT-Tth (AKK) -E / M6 (DNA sequence, SEQ ID NO: 521; amino acid sequence, SEQ ID NO: 522) Primer for mutagenesis:
Figure 0005661071
Was used for site-directed mutagenesis of Taq (EFT) -Tth (AKK) DNA (SEQ ID NO: 501) to introduce the R206L mutation.

TaqEFT-Tth(AKK)-F/M7(DNA配列、配列番号:525;アミノ酸配列、配列番号:526)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を用いて、Taq(EFT)-Tth(AKK) DNA(配列番号:501)に部位特異的変異誘発を実施し、R269GおよびR271K変異を導入した。 Construction of TaqEFT-Tth (AKK) -F / M7 (DNA sequence, SEQ ID NO: 525; amino acid sequence, SEQ ID NO: 526) Primer for mutagenesis:
Figure 0005661071
Was used for site-directed mutagenesis of Taq (EFT) -Tth (AKK) DNA (SEQ ID NO: 501) to introduce R269G and R271K mutations.

TaqEFT-Tth(AKK)-G/M8(DNA配列、配列番号:529;アミノ酸配列、配列番号:530)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を用いて、Taq(EFT)-Tth(AKK) DNA(配列番号:501)に部位特異的変異誘発を実施し、E290G、S291G、P292E、A294PおよびL295R変異を導入した。 Construction of TaqEFT-Tth (AKK) -G / M8 (DNA sequence, SEQ ID NO: 529; amino acid sequence, SEQ ID NO: 530) Primer for mutagenesis:
Figure 0005661071
Was used for site-directed mutagenesis of Taq (EFT) -Tth (AKK) DNA (SEQ ID NO: 501) to introduce E290G, S291G, P292E, A294P and L295R mutations.

TaqEFT-Tth(AKK)-H/M9(DNA配列、配列番号:533;アミノ酸配列、配列番号:534)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を用いて、Taq(EFT)-Tm(AKK) DNA(配列番号:501)に部位特異的変異誘発を実施し、A328C変異を導入した。 Construction of TaqEFT-Tth (AKK) -H / M9 (DNA sequence, SEQ ID NO: 533; amino acid sequence, SEQ ID NO: 534) Mutagenesis primer:
Figure 0005661071
Was used for site-directed mutagenesis of Taq (EFT) -Tm (AKK) DNA (SEQ ID NO: 501) to introduce the A328C mutation.

TaqEFT-Tth(AKK)-I/M10(DNA配列、配列番号:537;アミノ酸配列、配列番号:538)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を用いて、Taq(EFT)-Tth(AKK) DNA(配列番号:501)に部位特異的変異誘発を実施し、E210K変異を導入した。 Construction of TaqEFT-Tth (AKK) -I / M10 (DNA sequence, SEQ ID NO: 537; amino acid sequence, SEQ ID NO: 538) Primer for mutagenesis:
Figure 0005661071
Was used for site-directed mutagenesis of Taq (EFT) -Tth (AKK) DNA (SEQ ID NO: 501) to introduce the E210K mutation.

TaqEFT-Tth(AKK)-Ml-9(DNA配列、配列番号:541;アミノ酸配列、配列番号:542)の構築
鋳型として構築物 TaqEFT-Tth(AKK)(配列番号: 501)を用い、また以下の変異誘発用プライマー対を用いて、異なる7種類のPCR反応を実施した。
PCR反応1では:

Figure 0005661071
を用いて、108塩基対の断片を得た。PCR反応2では:
Figure 0005661071
を用いて、117塩基対の断片を得た。PCR反応3では:
Figure 0005661071
を用いて、237塩基対の断片を得た。PCR反応4では:
Figure 0005661071
を用いて、276塩基対の断片を得た。PCR反応5では:
Figure 0005661071
を用いて、288塩基対の断片を得た。PCR反応6では:
Figure 0005661071
を用いて、113塩基対の断片を得た。PCR反応7では:
Figure 0005661071
を用いて、157塩基対の断片を得た。これら7種のPCR産物は、重複を有しており、プライマー非存在下でのPCR増幅により適当な1005塩基対の産物を生じ、K70E、G4EA、H29F、K57R、S125T、R206L、R269G、R271K、E290G、S291G、P292E、A294P、L295RおよびA328C変異が導入される。外側のプライマー: 1044-038-1(配列番号:507)および1044-038-18(配列番号:536)を用いて産物をさらに増幅し、pPCR-Script-Ampにクローニングした。プライマー: 1044-038-1(配列番号:507)および1044-038-18(配列番号:536)を用いて、この構築物から、再び、ヌクレアーゼ・ドメインを増幅し、EcoRIおよびNotIで消化した。消化したPCR産物を、EcoRIおよびNotIで消化したTaqEFT-Tth(AKK)構築物に連結し、タンパク質発現およびスクリーニングを目的として、JM109を形質転換した。 Using the construct TaqEFT-Tth (AKK) (SEQ ID NO: 501) as a construction template for TaqEFT-Tth (AKK) -Ml-9 (DNA sequence, SEQ ID NO: 541; amino acid sequence, SEQ ID NO: 542), and the following Seven different PCR reactions were performed using the mutagenesis primer pairs.
In PCR reaction 1:
Figure 0005661071
Was used to obtain a 108 base pair fragment. For PCR reaction 2:
Figure 0005661071
Was used to obtain a 117 base pair fragment. For PCR reaction 3:
Figure 0005661071
Was used to obtain a 237 base pair fragment. For PCR reaction 4:
Figure 0005661071
Was used to obtain a 276 base pair fragment. In PCR reaction 5:
Figure 0005661071
Was used to obtain a 288 base pair fragment. For PCR reaction 6:
Figure 0005661071
Was used to obtain a 113 base pair fragment. For PCR reaction 7:
Figure 0005661071
Was used to obtain a 157 base pair fragment. These seven PCR products have duplication, and PCR amplification in the absence of primers yields an appropriate 1005 base pair product, K70E, G4EA, H29F, K57R, S125T, R206L, R269G, R271K, E290G, S291G, P292E, A294P, L295R and A328C mutations are introduced. The product was further amplified using outer primers: 1044-038-1 (SEQ ID NO: 507) and 1044-038-18 (SEQ ID NO: 536) and cloned into pPCR-Script-Amp. From this construct, the nuclease domain was again amplified and digested with EcoRI and NotI using primers: 1044-038-1 (SEQ ID NO: 507) and 1044-038-18 (SEQ ID NO: 536). The digested PCR product was ligated to a TaqEFT-Tth (AKK) construct digested with EcoRI and NotI, and JM109 was transformed for protein expression and screening purposes.

TaqEFT-Tth(AKK)-Ml-10(DNA配列、配列番号:543;アミノ酸配列、配列番号:544)の構築
鋳型として構築物 TaqEFT-Tth(AKK)(配列番号: 501)を用い、また以下の変異誘発用プライマー対を用いて、異なる7種類のPCR反応を実施した。PCR反応1では:

Figure 0005661071
を用いて、108塩基対の断片を得た。PCR反応2では:
Figure 0005661071
を用いて、117塩基対の断片を得た。PCR反応3では:
Figure 0005661071
を用いて、237塩基対の断片を得た。PCR反応4では:
Figure 0005661071
を用いて、299塩基対の断片を得た。PCR反応5では:
Figure 0005661071
を用いて、228塩基対の断片を得た。PCR反応6では:
Figure 0005661071
を用いて、113塩基対の断片を得た。PCR反応7では:
Figure 0005661071
を用いて、157塩基対の断片を得た。これら7種のPCR産物は、重複を有しており、プライマー非存在下でのPCR増幅により適当な1005塩基対の産物を生じ、K70E、G4EA、H29P、K57R、S125T、R206L、E210K、R269G、R271K、E290G、S291G、P292E、A294P、L295RおよびA328C変異が導入される。外側のプライマー: 1044-038-1(配列番号:507)および1044-038-18(配列番号:536)を用いて産物をさらに増幅し、pPCR-Script-Ampにクローニングした。プライマー: 1044-038-1(配列番号:507)および1044-038-18(配列番号:536)を用いて、この構築物から、再び、ヌクレアーゼ・ドメインを増幅し、EcoRIおよびNotIで消化した。消化したPCR産物を、EcoRIおよびNotIで消化したTaqEFT-Tth(AKK)構築物に連結し、タンパク質発現およびスクリーニングを目的として、JM109を形質転換した。 Construction of TaqEFT-Tth (AKK) -Ml-10 (DNA sequence, SEQ ID NO: 543; amino acid sequence, SEQ ID NO: 544) Using the construct TaqEFT-Tth (AKK) (SEQ ID NO: 501) as a template, the following Seven different PCR reactions were performed using the mutagenesis primer pairs. In PCR reaction 1:
Figure 0005661071
Was used to obtain a 108 base pair fragment. For PCR reaction 2:
Figure 0005661071
Was used to obtain a 117 base pair fragment. For PCR reaction 3:
Figure 0005661071
Was used to obtain a 237 base pair fragment. For PCR reaction 4:
Figure 0005661071
Was used to obtain a 299 base pair fragment. In PCR reaction 5:
Figure 0005661071
Was used to obtain a 228 base pair fragment. For PCR reaction 6:
Figure 0005661071
Was used to obtain a 113 base pair fragment. For PCR reaction 7:
Figure 0005661071
Was used to obtain a 157 base pair fragment. These seven PCR products have overlapping, and PCR amplification in the absence of primers yields a suitable 1005 base pair product, K70E, G4EA, H29P, K57R, S125T, R206L, E210K, R269G, R271K, E290G, S291G, P292E, A294P, L295R and A328C mutations are introduced. The product was further amplified using outer primers: 1044-038-1 (SEQ ID NO: 507) and 1044-038-18 (SEQ ID NO: 536) and cloned into pPCR-Script-Amp. From this construct, the nuclease domain was again amplified and digested with EcoRI and NotI using primers: 1044-038-1 (SEQ ID NO: 507) and 1044-038-18 (SEQ ID NO: 536). The digested PCR product was ligated to a TaqEFT-Tth (AKK) construct digested with EcoRI and NotI, and JM109 was transformed for protein expression and screening purposes.

基質特異性をさらに改善するためのFEN 酵素のK69E変異
Tth(K69E)AKK、Taq(K69E)TthAKK、Tfi(K69E)TthAKKおよびTsc(K69E)TthAKKおよび変異体の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を用いて、TthAKK、TaqTthAKK、TfiTthAKKおよびTscTthAKK DNAに部位特異的変異誘発を実施し、K69E変異を導入して、Tth(K69E)AKK(DNA配列、配列番号:452;アミノ酸配列、配列番号:494)、Taq(K69E)ThAKK、(DNA配列、配列番号:495;アミノ酸配列、配列番号:496)、Tfi(K69E)TthAKK(DNA配列、配列番号:497;アミノ酸配列、配列番号:498)およびTsc(K69E)TthAKK(DNA配列、配列番号:499;アミノ酸配列、配列番号:500)変異体酵素を作製した。 K69E mutation of the FEN enzyme to further improve substrate specificity
Construction of Tth (K69E) AKK, Taq (K69E) TthAKK, Tfi (K69E) TthAKK and Tsc (K69E) TthAKK and variants Primers for mutagenesis:
Figure 0005661071
Was used to perform site-directed mutagenesis on TthAKK, TaqTthAKK, TfiTthAKK and TscTthAKK DNA, introducing the K69E mutation, and Tth (K69E) AKK (DNA sequence, SEQ ID NO: 452; amino acid sequence, SEQ ID NO: 494). ), Taq (K69E) ThAKK, (DNA sequence, SEQ ID NO: 495; amino acid sequence, SEQ ID NO: 496), Tfi (K69E) TthAKK (DNA sequence, SEQ ID NO: 497; amino acid sequence, SEQ ID NO: 498) and Tsc (K69E) TthAKK (DNA sequence, SEQ ID NO: 499; amino acid sequence, SEQ ID NO: 500) mutant enzyme was prepared.

Tsc(167-334)TthAKKの構築
2種の重複PCR断片を作製した。プライマー:

Figure 0005661071
および鋳型として Tth(K69E)AKK(DNA配列、配列番号:452)を用いた。またプライマー:
Figure 0005661071
および鋳型としてTsc(K69E)TthAKK(DNA配列、配列番号:454)を用いた。2種の産物を組み合わせて、外側のプライマー390-76-08および209-074-02で増幅した。組換えPCR産物を制限酵素EcoRIおよびNotIで切断し、同一の酵素で切断して調製したベクター TthAKKに連結し、Tsc(167-333)TthAKK構築物(DNA配列、配列番号:455;アミノ酸配列、配列番号:456)を得た。 Construction of Tsc (167-334) TthAKK
Two overlapping PCR fragments were generated. Primer:
Figure 0005661071
As a template, Tth (K69E) AKK (DNA sequence, SEQ ID NO: 452) was used. Also primer:
Figure 0005661071
As a template, Tsc (K69E) TthAKK (DNA sequence, SEQ ID NO: 454) was used. The two products were combined and amplified with outer primers 390-76-08 and 209-074-02. The recombinant PCR product was cleaved with restriction enzymes EcoRI and NotI, and ligated to the vector TthAKK prepared by cleaving with the same enzymes, and the Tsc (167-333) TthAKK construct (DNA sequence, SEQ ID NO: 455; amino acid sequence, sequence) Number: 456).

Tsc(222-334)TthAKKの構築
2種の重複PCR断片を作製した。プライマー:

Figure 0005661071
および鋳型としてTth(K69E)AKK(DNA配列、配列番号:452)を用いた。またプライマー:
Figure 0005661071
および鋳型としてTsc(K69E)TthAKK(DNA配列、配列番号:454)を用いた。2種の産物を組み合わせて、外側のプライマー390-76-08および209-074-02で増幅した。組換えPCR産物を制限酵素EcoRIおよびNotIで切断し、同一の酵素で切断して調製したベクター TthAKK に連結し、Tsc(222-334)TfhAKK構築物(DNA配列、配列番号:459;アミノ酸配列、配列番号:460)を得た。 Construction of Tsc (222-334) TthAKK
Two overlapping PCR fragments were generated. Primer:
Figure 0005661071
As a template, Tth (K69E) AKK (DNA sequence, SEQ ID NO: 452) was used. Also primer:
Figure 0005661071
As a template, Tsc (K69E) TthAKK (DNA sequence, SEQ ID NO: 454) was used. The two products were combined and amplified with outer primers 390-76-08 and 209-074-02. The recombinant PCR product was cleaved with restriction enzymes EcoRI and NotI, and ligated to the vector TthAKK prepared by cleaving with the same enzymes, and the Tsc (222-334) TfhAKK construct (DNA sequence, SEQ ID NO: 459; amino acid sequence, sequence) Number: 460).

Tfi(222-334)TthAKKの構築
2種の重複PCR断片を作製した。プライマー:

Figure 0005661071
および鋳型として Tth(K69E)AKK(DNA配列、配列番号:452)を用いた。またプライマー:
Figure 0005661071
および鋳型として Tfi(K69E)TthAKK(DNA配列、配列番号:497)を用いた。2種の産物を組み合わせて、外側のプライマー390-76-08および209-074-02で増幅した。組換えPCR産物を制限酵素EcoRIおよびNotIで切断し、同一の酵素で切断して調製したベクターTthAKK に連結し、Tfi(222-334)TthAKK構築物(DNA配列、配列番号:463;アミノ酸配列、配列番号:464)を得た。 Construction of Tfi (222-334) TthAKK
Two overlapping PCR fragments were generated. Primer:
Figure 0005661071
As a template, Tth (K69E) AKK (DNA sequence, SEQ ID NO: 452) was used. Also primer:
Figure 0005661071
And Tfi (K69E) TthAKK (DNA sequence, SEQ ID NO: 497) was used as a template. The two products were combined and amplified with outer primers 390-76-08 and 209-074-02. The recombinant PCR product was cleaved with restriction enzymes EcoRI and NotI, ligated to the vector TthAKK prepared by cleaving with the same enzymes, and Tfi (222-334) TthAKK construct (DNA sequence, SEQ ID NO: 463; amino acid sequence, sequence) No. 464).

Tfi(167-334)TthAKKの構築
2種の重複PCR断片を作製した。プライマー:

Figure 0005661071
および鋳型として Tth(K69E)AKK(DNA配列、配列番号:452)を用いた。またプライマー:
Figure 0005661071
および鋳型として Tfi(K69E)TthAKK(DNA配列、配列番号:498)を用いた。2種の産物を組み合わせて、外側のプライマー390-76-08および209-074-02で増幅した。組換えPCR産物を制限酵素EcoRIおよびNotIで切断し、同一の酵素で切断して調製したベクター TthAKK に連結し、Tfi(167-333)TthAKK構築物(DNA配列、配列番号:467;アミノ酸配列、配列番号:468)を得た。 Construction of Tfi (167-334) TthAKK
Two overlapping PCR fragments were generated. Primer:
Figure 0005661071
As a template, Tth (K69E) AKK (DNA sequence, SEQ ID NO: 452) was used. Also primer:
Figure 0005661071
And Tfi (K69E) TthAKK (DNA sequence, SEQ ID NO: 498) was used as a template. The two products were combined and amplified with outer primers 390-76-08 and 209-074-02. The recombinant PCR product was cleaved with restriction enzymes EcoRI and NotI, ligated to the vector TthAKK prepared by cleaving with the same enzymes, and Tfi (167-333) TthAKK construct (DNA sequence, SEQ ID NO: 467; amino acid sequence, sequence) No. 468).

Tsc(lll-334)TthAKKの構築
2種の重複PCR断片を作製した。プライマー:

Figure 0005661071
および鋳型としてTth(K69E)AKK(DNA配列、配列番号:452)を用いた。またプライマー:
Figure 0005661071
および鋳型としてTsc(K69E)TthAKK(DNA配列、配列番号:499)を用いた。2種の産物を組み合わせて、外側のプライマー390-76-08および209-074-02で増幅した。組換えPCR産物を制限酵素EcoRIおよびNotIで切断し、同一の酵素で切断して調製したベクター TthAKK に連結し、Tsc(167-333)TthAKK構築物(DNA配列、配列番号:471;アミノ酸配列、配列番号:472)を得た。 Construction of Tsc (lll-334) TthAKK
Two overlapping PCR fragments were generated. Primer:
Figure 0005661071
As a template, Tth (K69E) AKK (DNA sequence, SEQ ID NO: 452) was used. Also primer:
Figure 0005661071
As a template, Tsc (K69E) TthAKK (DNA sequence, SEQ ID NO: 499) was used. The two products were combined and amplified with outer primers 390-76-08 and 209-074-02. The recombinant PCR product was cleaved with restriction enzymes EcoRI and NotI and ligated to the vector TthAKK prepared by cleaving with the same enzymes, and the Tsc (167-333) TthAKK construct (DNA sequence, SEQ ID NO: 471; amino acid sequence, sequence) No. 472).

Tsc(l-167)TthAKKの構築
2種の重複PCR断片を作製した。プライマー:

Figure 0005661071
および鋳型としてTsc(K69E)TthAKK(DNA配列、配列番号:499)を用いた。またプライマー:
Figure 0005661071
および鋳型としてTth(K69E)AKK(DNA配列、配列番号:452)を用いた。2種の産物を組み合わせて、外側のプライマー390-76-08および209-074-02で増幅した。組換えPCR産物を制限酵素EcoRIおよびNotIで切断し、同一の酵素で切断して調製したベクター TthAKKに連結し、Tsc(l-167)TthAKK構築物(DNA配列、配列番号:475;アミノ酸配列、配列番号:476)を得た。 Construction of Tsc (l-167) TthAKK
Two overlapping PCR fragments were generated. Primer:
Figure 0005661071
As a template, Tsc (K69E) TthAKK (DNA sequence, SEQ ID NO: 499) was used. Also primer:
Figure 0005661071
As a template, Tth (K69E) AKK (DNA sequence, SEQ ID NO: 452) was used. The two products were combined and amplified with outer primers 390-76-08 and 209-074-02. The recombinant PCR product was cleaved with restriction enzymes EcoRI and NotI, and ligated to the vector TthAKK prepared by cleaving with the same enzymes, and the Tsc (l-167) TthAKK construct (DNA sequence, SEQ ID NO: 475; amino acid sequence, sequence) No. 476).

AfuFEN 酵素の改変
pAfuFENの構築
プラスミド pAfuFEN1は、米国特許出願第09/684,938号および国際公開公報第98/23774号(いずれもその全文が本明細書に参照として組み入れられる)に記載の方法で調製した。簡単に説明すると、DSMZ(DSMZ #4304)から得た1バイアル(おおよそ5mlの培養物)のA.フルギダス(A. fulgidus)菌から、DNA XTRAXキット(Gull Laboratories, Salt Lake City, UT)を用いて、製造元のプロトコールに従い、ゲノムDNAを調製した。最終DNAペレットを100μlのTE(10mMトリス-HC1、pH8.0、1mM EDTA)に再懸濁した。1μlマイクロリットルのDNA溶液を用いて、ADVANTAGE cDNA PCRキット(Clonetech)によりPCRを実施した。PCRは製造元の推奨に従い実施した。
Modification of AfuFEN enzyme
Construction of pAfuFEN Plasmid pAfuFEN1 was prepared as described in US patent application Ser. No. 09 / 684,938 and WO 98/23774, both of which are hereby incorporated by reference in their entirety. Briefly, using a DNA XTRAX kit (Gull Laboratories, Salt Lake City, UT) from 1 vial (approximately 5 ml culture) of A. fulgidus from DSMZ (DSMZ # 4304) Then, genomic DNA was prepared according to the manufacturer's protocol. The final DNA pellet was resuspended in 100 μl TE (10 mM Tris-HC1, pH 8.0, 1 mM EDTA). PCR was performed with 1 μl microliter of DNA solution using ADVANTAGE cDNA PCR kit (Clonetech). PCR was performed according to the manufacturer's recommendations.

NcoI部位を生成する1塩基対の置換含むことをを除外して、5'末端のプライマーは、Afu FEN-1 遺伝子の5'末端と相補的である。SalI部位を生成する2塩基の置換を含むことを除外して3'末端 プライマーは、FEN-1 ORFの下流にあるAfu FEN-1 遺伝子の3'末端と相補的である。5'および3'末端プライマーの配列は、それぞれ、

Figure 0005661071
である。得られた断片のクローニングは、PfuFEN1 遺伝子に関する米国特許出願第5,994,069号(様々な目的で本明細書にその全文が組み入れられる)に記載される方法で実施し、プラスミド pTrc99-AFFENlを作製した。発現を目的として、精製を簡便に進めるためにヒスチジン・テールを付加しpTrc99-AFFENlを改変して、pTrcAfuHisプラスミドを構築した。このヒスチジン・テールを付加する目的で、標準PCRプライマーによる部位特異的変異誘発法を用いて、pTrc99-AFFENlコード領域の最後のアミノ酸コドンと停止コドン間に6残基のヒスチジンをコードする配列を挿入した。得られたプラスミドを pTrcAfuHisと命名した。次に、上記のようにしてタンパク質を発現させ、Ni++ 親和性 カラムに結合して精製した。 The 5 'end primer is complementary to the 5' end of the Afu FEN-1 gene, except that it includes a 1 base pair substitution that creates an NcoI site. The 3 ′ end primer is complementary to the 3 ′ end of the Afu FEN-1 gene downstream of the FEN-1 ORF, except that it contains a two base substitution that generates a SalI site. The sequences of the 5 ′ and 3 ′ end primers are respectively
Figure 0005661071
It is. Cloning of the resulting fragment was performed as described in US Patent Application No. 5,994,069 for the PfuFEN1 gene, which is incorporated herein in its entirety for various purposes, to produce plasmid pTrc99-AFFENl. For the purpose of expression, a pTrcAfuHis plasmid was constructed by adding a histidine tail and modifying pTrc99-AFFENl for easy purification. To add this histidine tail, insert a sequence encoding 6 histidines between the last amino acid codon and stop codon of the pTrc99-AFFENl coding region using site-directed mutagenesis with standard PCR primers. did. The resulting plasmid was named pTrcAfuHis. The protein was then expressed as described above and purified by binding to a Ni ++ affinity column.

Afn(Y236A)、A46-5の構築
鋳型AfuFEN(配列番号:556)から2種の重複PCR断片を作製した。これには、プライマー:

Figure 0005661071
およびプライマー:
Figure 0005661071
を用いた。2種の産物を組み合わせて、外側のプライマー700-10-03および390-076-08で増幅した。組換えPCR産物を制限酵素NcoIおよびSalIで切断し、同一の酵素で切断して調製したAfuFEN構築物にライゲートし、 Afu(Y236A)構築物(DNA配列、配列番号:549;アミノ酸配列、配列番号:550)を得た。 Construction of Afn (Y236A), A46-5 Two overlapping PCR fragments were prepared from the template AfuFEN (SEQ ID NO: 556). This includes primers:
Figure 0005661071
And primer:
Figure 0005661071
Was used. The two products were combined and amplified with outer primers 700-10-03 and 390-076-08. The recombinant PCR product was cleaved with the restriction enzymes NcoI and SalI, ligated to the AfuFEN construct prepared by cleaving with the same enzymes, and the Afu (Y236A) construct (DNA sequence, SEQ ID NO: 549; amino acid sequence, SEQ ID NO: 550). )

Afu(Y236R)、A56-9の構築
鋳型AfuFENから2種の重複PCR断片を作製した。これには、プライマー:

Figure 0005661071
およびプライマー:
Figure 0005661071
を用いた。2種の産物を組み合わせて、外側のプライマー700-10-03および390-076-08で増幅した。組換えPCR産物を制限酵素NcoIおよびSalIで切断し、同一の酵素で切断して調製したAfuFEN構築物にライゲートし、 Afu(Y236R)構築物(DNA配列、配列番号:552;アミノ酸配列、配列番号:553)を得た。 Construction of Afu (Y236R), A56-9 Two overlapping PCR fragments were prepared from the template AfuFEN. This includes primers:
Figure 0005661071
And primers:
Figure 0005661071
Was used. The two products were combined and amplified with outer primers 700-10-03 and 390-076-08. The recombinant PCR product was cleaved with restriction enzymes NcoI and SalI, ligated to the AfuFEN construct prepared by cleaving with the same enzymes, and Afu (Y236R) construct (DNA sequence, SEQ ID NO: 552; amino acid sequence, SEQ ID NO: 553). )

2. FEN酵素およびサーマスポリメラーゼ誘導体のキメラ
以下の酵素構築物は、AfuFEN 酵素のポリメラーゼ・ドメインおよびサーマスポリメラーゼのポリメラーゼ・ドメインの部分を組み合わせた。これらの組み合わせは、分子モデリングで得られる情報に基づいて設計した。
2. Chimera of FEN enzyme and thermus polymerase derivative The following enzyme constructs combined the polymerase domain of the AfuFEN enzyme and the polymerase domain part of the thermus polymerase. These combinations were designed based on information obtained from molecular modeling.

Afu336-Tth296(AKK)、AT1-1の構築
2種の重複PCR断片を作製した。第一の断片は、鋳型としてAfuFEN構築物(配列番号:556)を用い、プライマーとして

Figure 0005661071
を用いて作製した。第二の断片は、鋳型としてTthAKK(配列番号:558)を用い、プライマーとして
Figure 0005661071
を用いて作製した。二つの産物は配列重複領域を含み、組み合わせて、組換えPCR反応で外側のプライマー390-076-08および390-076-09で増幅した。組換えPCR産物を制限酵素BspEIおよびSalIで切断し、同一の酵素で切断して調製したAfuFEN構築物に連結し、Afu336-Tth296(AKK)構築物(DNA配列、配列番号:559;アミノ酸配列、配列番号:560)を得た。 Construction of Afu336-Tth296 (AKK), AT1-1
Two overlapping PCR fragments were generated. The first fragment uses the AfuFEN construct (SEQ ID NO: 556) as a template and as a primer
Figure 0005661071
It was produced using. The second fragment uses TthAKK (SEQ ID NO: 558) as a template and as a primer.
Figure 0005661071
It was produced using. The two products contained a sequence overlap region and were combined and amplified with the outer primers 390-076-08 and 390-076-09 in a recombinant PCR reaction. The recombinant PCR product was cleaved with restriction enzymes BspEI and SalI, ligated to the AfuFEN construct prepared by cleaving with the same enzymes, and the Afu336-Tth296 (AKK) construct (DNA sequence, SEQ ID NO: 559; amino acid sequence, SEQ ID NO: : 560).

Afu328-Tth296(AKK)、AT2-3の構築
2種の重複PCR断片を作製した。第一のものには、プライマー:

Figure 0005661071
および鋳型としてAfuFEN(DNA配列、配列番号:556)を用い、第二のものには、プライマー:
Figure 0005661071
および鋳型としてTthAKK(DNA配列、配列番号:558)を用いた。2種の産物を組み合わせて、外側のプライマー390-076-08および390-076-09で増幅した。組換えPCR産物を制限酵素BspEIおよびSalIで切断し、同一の酵素で切断して調製したベクター pAfuFEN にライゲートし、 Afu336-Tth296(AKK)構築物(DNA配列、配列番号:563;アミノ酸配列、配列番号:564)を得た。 Construction of Afu328-Tth296 (AKK), AT2-3
Two overlapping PCR fragments were generated. The first includes primers:
Figure 0005661071
And AfuFEN (DNA sequence, SEQ ID NO: 556) as a template, the second includes primers:
Figure 0005661071
And TthAKK (DNA sequence, SEQ ID NO: 558) was used as a template. The two products were combined and amplified with outer primers 390-076-08 and 390-076-09. The recombinant PCR product was cleaved with restriction enzymes BspEI and SalI, ligated to the vector pAfuFEN prepared by cleaving with the same enzymes, and Afu336-Tth296 (AKK) construct (DNA sequence, SEQ ID NO: 563; amino acid sequence, SEQ ID NO: : 564).

Afu336-Taq5Mの構築
Taq5M構築物(配列番号:41)を酵素NotIおよびSalIで切断し、より小さい挿入断片をゲルで単離した。また、Afu336-Tth296(AKK)構築物(DNA配列、配列番号:559)を同一の制限酵素で切断し、より大きいベクター断片を精製した。次に、挿入物(Taq5Mのポリメラーゼ・ドメイン)ベクターに連結し、Afu336-Taq5M構築物(DNA配列、配列番号:565;アミノ酸配列、配列番号:566)を作製した。
Construction of Afu336-Taq5M
The Taq5M construct (SEQ ID NO: 41) was cut with the enzymes NotI and SalI and the smaller insert was isolated on a gel. In addition, the Afu336-Tth296 (AKK) construct (DNA sequence, SEQ ID NO: 559) was cleaved with the same restriction enzymes, and a larger vector fragment was purified. Next, it was ligated to an insert (Taq5M polymerase domain) vector to produce an Afu336-Taq5M construct (DNA sequence, SEQ ID NO: 565; amino acid sequence, SEQ ID NO: 566).

Afii336-TaqDNの構築
TaqDNHT構築物を酵素NotIおよびSalIで切断し、より小さい挿入断片をゲルで単離した。また、Afu336-Tth296(AKK)構築物(DNA配列、配列番号:559)を同一の制限酵素で切断し、より大きいベクター断片を精製した。次に、挿入物(TaqDN ポリメラーゼ・ドメイン)をベクターに連結し、 Afu336-Taq5M構築物(DNA配列、配列番号:567;アミノ酸配列、配列番号:568)を作製した。
Construction of Afii336-TaqDN
The TaqDNHT construct was cut with the enzymes NotI and SalI and the smaller insert was isolated on a gel. In addition, the Afu336-Tth296 (AKK) construct (DNA sequence, SEQ ID NO: 559) was cleaved with the same restriction enzymes, and a larger vector fragment was purified. Next, the insert (TaqDN polymerase domain) was ligated into a vector to create an Afu336-Taq5M construct (DNA sequence, SEQ ID NO: 567; amino acid sequence, SEQ ID NO: 568).

サーマスポリメラーゼのランダム・キメラ化
DNAシャフリングの原理に基づいて(VolkovおよびArnold、Methods in Enzymology 328:456 [2000])サーマスポリメラーゼのランダム・キメラ化により、ランダム変異誘発法で機能が変化した多数の酵素を作製した。以下のキメラ作製には下記の方法を用いた。
Random chimerization of thermus polymerase
Based on the principle of DNA shuffling (Volkov and Arnold, Methods in Enzymology 328: 456 [2000]), a number of enzymes whose function was altered by random mutagenesis were generated by random chimerization of thermus polymerase. The following method was used for the following chimera production.

プライマー:

Figure 0005661071
を用いて、ランダム・キメラ化を実施する目的の遺伝子をPCR増幅し、おおよそ1.4kbpの鋳型を作製した。約2μgのDNA鋳型を同一の比率で混合し、次に15℃で約1分間DNaseI(0.33U)により消化して、サイズが50〜200bpの断片を調製した。4%アガロースゲルでDNA断片を精製し、QIAEXII ゲル抽出キット(QIAGEN)を用いて製造元の説明書に従い抽出した。断片の再アセンブリー反応(PCRプログラム:94℃3分、94℃30秒-52℃1分-72℃2分+5秒/サイクルで40サイクル、72℃4分)を実施するために、精製した断片(10μl)を10μlの2xPCRプレ混合物液(5倍希釈、クローン化Pfu緩衝液、各0.4mMのdNTP、0.06U/μlのクローン化Pfu DNAポリメラーゼ, STRATAGENEカタログ番号600153、添付の緩衝液)に添加した。次に、ネステッド・プライマー対:
Figure 0005661071
を利用して、再アセンブル産物(10倍希釈を1μl)をPCRで増幅した。これは、CLONTECH GC melt cDNA PCRキット(カタログ番号K1907-Y)を用いて、製造元の説明書に従って実施した。精製したPCR産物を制限酵素EcoRIおよびNotIで消化し、次に同一の酵素で切断して調製した TthAKK構築物に連結し、連結混合物でJM109 コンピテント細胞を形質転換し、酵素活性に関してコロニーをスクリーニングした。 Primer:
Figure 0005661071
Was used to PCR-amplify the target gene for random chimerization to produce a template of approximately 1.4 kbp. About 2 μg of DNA template was mixed in the same ratio and then digested with DNaseI (0.33 U) at 15 ° C. for about 1 minute to prepare a fragment of 50-200 bp in size. The DNA fragment was purified on a 4% agarose gel and extracted according to the manufacturer's instructions using the QIAEXII gel extraction kit (QIAGEN). Purified fragments to perform fragment reassembly reactions (PCR program: 94 ° C 3 minutes, 94 ° C 30 seconds-52 ° C 1 minute-72 ° C 2 minutes + 5 seconds / cycle 40 cycles, 72 ° C 4 minutes) (10 μl) is added to 10 μl of 2xPCR premix solution (5-fold dilution, cloned Pfu buffer, 0.4 mM each dNTP, 0.06 U / μl cloned Pfu DNA polymerase, STRATAGENE catalog number 600153, attached buffer) did. Next, nested primer pairs:
Figure 0005661071
Was used to amplify the reassembled product (1 μl of 10-fold dilution) by PCR. This was performed using a CLONTECH GC melt cDNA PCR kit (Cat. No. K1907-Y) according to the manufacturer's instructions. The purified PCR product was digested with restriction enzymes EcoRI and NotI, then ligated to a TthAKK construct prepared by cutting with the same enzymes, JM109 competent cells were transformed with the ligation mixture, and colonies were screened for enzyme activity .

1. ランダム・キメラS26およびS36の作製
これらのキメラ酵素を作製するために用いた鋳型は、TthAKK、TaqTthAKK、TscTthAKKおよびTfiTthAKK構築物のヌクレアーゼ・ドメインであった。第一の活性スクリーニングに基づいて、2種類のクローンで活性の改善が認められた。次に、ランダム・キメラ S26(DNA配列、配列番号:571;アミノ酸配列、配列番号:572)およびS36(DNA配列、配列番号:573;アミノ酸配列、配列番号:574)の配列を決定し、単離した。
1. Generation of random chimeras S26 and S36 The templates used to generate these chimeric enzymes were the nuclease domains of the TthAKK, TaqTthAKK, TscTthAKK and TfiTthAKK constructs. Based on the first activity screen, two clones showed improved activity. Next, the sequences of random chimeras S26 (DNA sequence, SEQ ID NO: 571; amino acid sequence, SEQ ID NO: 572) and S36 (DNA sequence, SEQ ID NO: 573; amino acid sequence, SEQ ID NO: 574) are determined. Released.

2. S26およびS36の基質特異性を改善するためのL107F/E108T、 L109F/V110TおよびK69E変異の導入
S26(FT)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を用いて、pS26 DNAに部位特異的変異誘発を実施し、L107F/E108T変異を導入し、S26(FT)(DNA配列、配列番号:575;アミノ酸配列、配列番号:576)を作製した。 2. Introduction of L107F / E108T, L109F / V110T and K69E mutations to improve the substrate specificity of S26 and S36
Construction of S26 (FT) Primer for mutagenesis:
Figure 0005661071
Was used for site-directed mutagenesis of pS26 DNA to introduce L107F / E108T mutation to produce S26 (FT) (DNA sequence, SEQ ID NO: 575; amino acid sequence, SEQ ID NO: 576).

S36(FT)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を用いて、pS26 DNAに部位特異的変異誘発を実施し、L109F/V110T変異を導入し、S36(FT)(DNA配列、配列番号:577;アミノ酸配列、配列番号:578)を作製した。 Construction of S36 (FT) Primer for mutagenesis:
Figure 0005661071
Was used for site-directed mutagenesis of pS26 DNA to introduce L109F / V110T mutation to produce S36 (FT) (DNA sequence, SEQ ID NO: 577; amino acid sequence, SEQ ID NO: 578).

S26(K69E)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を用いて、pS26 DNAに部位特異的変異誘発を実施し、K69E変異を導入し、S26(K69E)(DNA配列、配列番号:579;アミノ酸配列、配列番号:580)を作製した。 Construction of S26 (K69E) Primer for mutagenesis:
Figure 0005661071
Was used for site-directed mutagenesis of pS26 DNA to introduce the K69E mutation to produce S26 (K69E) (DNA sequence, SEQ ID NO: 579; amino acid sequence, SEQ ID NO: 580).

S26(FT/K69E)の構築
変異誘発用プライマー:

Figure 0005661071
を用いて、S26(FT)DNAに部位特異的変異誘発を実施し、K69E変異を導入し、S26(FT/K69E)(DNA配列、配列番号:581;アミノ酸配列、配列番号:582)を作製した。 Construction of S26 (FT / K69E) Primer for mutagenesis:
Figure 0005661071
Is used to perform site-directed mutagenesis on S26 (FT) DNA, introduce K69E mutation, and create S26 (FT / K69E) (DNA sequence, SEQ ID NO: 581; amino acid sequence, SEQ ID NO: 582) did.

3. さらに別のランダムなキメラ、 N3D7、N1A12 N1C4およびN2C3
これらのキメラ酵素を作製するために用いた鋳型は、Tth(K69E)AKK、Taq(K69E)TthAKK、Tsc(K69E)TthAKK、およびTfi(K69E)TthAKK構築物のヌクレアーゼ・ドメインであった。第一の 活性スクリーニングに基づいて、4種類のクローンは、活性が改善されていることが示された。次に、ランダム・キメラ N3D7(DNA配列、配列番号:583;アミノ酸配列、配列番号:584)、N1A12(DNA配列、配列番号:585;アミノ酸配列、配列番号:586)、N1C4(DNA配列、配列番号:587;アミノ酸配列、配列番号:588)およびN2C3(DNA配列、配列番号:589;アミノ酸配列、配列番号:590)の配列を決定し、それぞれ単離した。
3. Yet another random chimera, N3D7, N1A12 N1C4 and N2C3
The templates used to make these chimeric enzymes were the nuclease domains of Tth (K69E) AKK, Taq (K69E) TthAKK, Tsc (K69E) TthAKK, and Tfi (K69E) TthAKK constructs. Based on the first activity screen, four clones were shown to have improved activity. Next, random chimera N3D7 (DNA sequence, SEQ ID NO: 583; amino acid sequence, SEQ ID NO: 584), N1A12 (DNA sequence, SEQ ID NO: 585; amino acid sequence, SEQ ID NO: 586), N1C4 (DNA sequence, sequence SEQ ID NO: 587; amino acid sequence, SEQ ID NO: 588) and N2C3 (DNA sequence, SEQ ID NO: 589; amino acid sequence, SEQ ID NO: 590) were determined and isolated, respectively.

実施例10
酵素の上流オリゴヌクレオチドの存在依存性に関する試験
構造特異的ヌクレアーゼを連続する侵襲的切断反応に利用する場合には、(1)上流のオリゴヌクレオチドの非存在下、および(2)上流オリゴヌクレオチドおよび下流プローブ・オリゴヌクレオチド間の重複の非存在下では、酵素がプローブ切断能をほとんど有しないことが好ましい。図26a〜eは、用いることのできる複数の構造を表す。これらのタイプの構造それぞれについて酵素の活性を調べる。構造a(図26a)は、上流のオリゴヌクレオチドの非存在下でプローブ・オリゴヌクレオチドをバクテリオファージM13 DNA(図26のM13配列は配列番号:217に示す)上の標的部位と共に並列したものを示す。構造b(図26b)は、標識したプローブ(標識は星印で表す)と重複する領域を含まない上流のオリゴヌクレオチド含む。構造c、dおよびe(図26c〜e)では、上流オリゴヌクレオチドは、下流のプローブ・オリゴヌクレオチドに対しそれぞれ、1、3もしくは5ヌクレオチドの重複を含み、これらの構造はそれぞれ好適な侵襲的切断構造を表す。これらの構造それぞれについて、酵素 Pfu FEN-1の活性を試験した。いずれの反応も2回ずつ実施した。
Example 10
Testing for the presence of upstream oligonucleotides of the enzyme When using structure-specific nucleases for sequential invasive cleavage reactions, (1) in the absence of upstream oligonucleotides, and (2) upstream oligonucleotides and downstream In the absence of overlap between probe and oligonucleotide, it is preferred that the enzyme has little probe cleavage ability. Figures 26a-e represent multiple structures that can be used. Enzyme activity is examined for each of these types of structures. Structure a (FIG. 26a) shows the probe oligonucleotide aligned in parallel with the target site on the bacteriophage M13 DNA (M13 sequence in FIG. 26 is shown in SEQ ID NO: 217) in the absence of the upstream oligonucleotide. . Structure b (FIG. 26b) contains an upstream oligonucleotide that does not contain a region that overlaps with a labeled probe (labeled with an asterisk). In structures c, d, and e (FIGS. 26c-e), the upstream oligonucleotide contains 1, 3, or 5 nucleotide overlaps, respectively, relative to the downstream probe oligonucleotide, each of these structures being a suitable invasive cleavage Represents the structure. For each of these structures, the activity of the enzyme Pfu FEN-1 was tested. Each reaction was performed twice.

各反応は、Tween20およびノニデットP-40をそれぞれ0.05%含む10mM MOPS(pH7.5)、7.5mM MgCl2の10μl中に、1μMの5'TET 標識プローブ・オリゴヌクレオチド 89-15-1(配列番号:212)、50nM上流オリゴヌクレオチド(オリゴ 81-69-2 [配列番号:216]、オリゴ 81-69-3 [配列番号:215]、オリゴ 81-69-4 [配列番号:214]、オリゴ 81-69-5 [配列番号:213]のいずれか、または上流オリゴヌクレオチドを含まない)、1フェムトモルM13標的DNA、10mg/ml tRNAおよび10ngのPfu FEN-1を含む。 Each reaction was performed using 10 μl of 10 mM MOPS (pH 7.5) and 7.5 mM MgCl 2 containing 0.05% Tween20 and Nonidet P-40, respectively. 1 μM 5′TET-labeled probe oligonucleotide 89-15-1 (SEQ ID NO: : 212), 50 nM upstream oligonucleotide (oligo 81-69-2 [SEQ ID NO: 216], oligo 81-69-3 [SEQ ID NO: 215], oligo 81-69-4 [SEQ ID NO: 214], oligo 81 -69-5 [SEQ ID NO: 213] or any upstream oligonucleotide), 1 femtomole M13 target DNA, 10 mg / ml tRNA and 10 ng Pfu FEN-1.

最終容積8μlに酵素およびMgCl2以外の全成分を混合して、10μlのCHILLOUT 液体ワックスを重層した。試料を反応温度69℃まで加熱した。2μlの容積でPfu FEN-1およびMgCl2を添加することによって、反応を開始した。69℃で30分間保温後、10μlの95%ホルムアミド、10mM EDTA、0.02%メチルバイオレットで反応を停止した。電気泳動の直前に試料を90℃で1分間加熱し、45mMトリス-ホウ酸(pH8.3)、1.4mM EDTA緩衝液中で7M尿素を含む20%の変性アクリルアミドゲル(架橋19:1)により泳動した。次に、FMBIO-100 Hitachi FMBIO 蛍光撮影装置でゲルを解析した。得られた像を図27に示す。 All components except enzyme and MgCl 2 were mixed in a final volume of 8 μl and overlaid with 10 μl of CHILLOUT liquid wax. The sample was heated to a reaction temperature of 69 ° C. By adding Pfu FEN-1 and MgCl 2 in 2μl volumes to initiate the reaction. After incubation at 69 ° C. for 30 minutes, the reaction was stopped with 10 μl of 95% formamide, 10 mM EDTA, 0.02% methyl violet. Immediately before electrophoresis, the sample was heated at 90 ° C for 1 minute and was subjected to a 20% denaturing acrylamide gel (crosslinked 19: 1) containing 7M urea in 45mM Tris-Boric acid (pH8.3), 1.4mM EDTA buffer. Electrophoresed. Next, the gel was analyzed with FMBIO-100 Hitachi FMBIO fluorescence imaging apparatus. The obtained image is shown in FIG.

図27において、「a」のレーンは、上流のオリゴヌクレオチド(構造a)非存在下で実施した反応で生成した産物を含み、レーン「b」はプローブ/標的二重鎖(構造b)を切断しない上流のオリゴヌクレオチド含む。レーン「c」、「d」および「e」 は、プローブ/標的二重鎖を、それぞれ1、3および5塩基を切断する上流のオリゴヌクレオチドを用いて実施した反応において生成した産物を含む。非切断のプローブおよび切断産物のサイズ(ヌクレオチドの)は、図27の像の左に示した。構造aおよび構造bを利用した場合には、プローブの切断は検出不能であった。対照的に、侵襲的切断構造(構造 c〜e)を用いたときには、切断産物が生成した。Pfu FEN-1 酵素がプローブの特異的な切断のための上流の重複オリゴヌクレオチドを必要とすることを、このデータは示している。   In FIG. 27, lane “a” contains the product generated in the reaction performed in the absence of upstream oligonucleotide (structure a), and lane “b” cleaves the probe / target duplex (structure b). Do not include upstream oligonucleotides. Lanes “c”, “d”, and “e” contain the products generated in the reactions performed with the upstream oligonucleotides that cleave the probe / target duplex, 1, 3, and 5 bases, respectively. The size of uncleaved probe and cleavage product (in nucleotides) is shown to the left of the image in FIG. When structure a and structure b were used, probe cleavage was not detectable. In contrast, cleavage products were produced when invasive cleavage structures (structures c-e) were used. This data shows that the Pfu FEN-1 enzyme requires an upstream overlapping oligonucleotide for specific cleavage of the probe.

構造a〜eを切断する酵素の試験が可能かを調べることによって、酵素が連続する侵襲的切断反応に好適に利用可能かを検討できる(図26a〜eに示す特異的オリゴヌクレオチド配列は試験反応に利用する必要がないことは、当業者であれば理解しうる。これらの構造は単に好適な試験構造を例示したものである)。好ましい酵素であれば、構造aおよび構造bをほとんどあるいは全く切断しない。また、構造c〜eを特異的に切断する(すなわち、侵襲的切断構造を形成するために用いたオリゴヌクレオチド間の重複の程度から期待されるサイズの切断産物を生成する)。   By examining whether it is possible to test an enzyme that cleaves structures a to e, it is possible to examine whether the enzyme can be suitably used for a continuous invasive cleavage reaction (the specific oligonucleotide sequence shown in FIGS. Those skilled in the art will appreciate that these structures are merely exemplary of suitable test structures). A preferred enzyme will cleave structure a and structure b little or no. In addition, the structures c to e are specifically cleaved (that is, a cleaved product having a size expected from the degree of overlap between the oligonucleotides used to form the invasive cleavage structure is generated).

実施例11
第二の侵襲的切断反応において感度の全体的な増加を可能とする第一の侵襲的切断反応の産物の利用
上記の「発明の説明」に記載したように、第一の反応の産物を用いて第二の侵襲的切断を実施し、第二の反応における切断構造を完成させることによって、侵襲的切断反応の検出感度を増加し得る。本実施例では、第一の侵襲的切断反応で切断されたプローブを利用することによって、表記のように、第二の侵襲的切断反応に利用する組み込まれたINVADERオリゴヌクレオチドおよび標的分子を形成させる。
Example 11
Use of the product of the first invasive cleavage reaction that allows an overall increase in sensitivity in the second invasive cleavage reaction As described in the “Description of the Invention” above, the product of the first invasive cleavage reaction is used. By performing the second invasive cutting and completing the cutting structure in the second reaction, the detection sensitivity of the invasive cutting reaction can be increased. In this example, the probe cleaved in the first invasive cleavage reaction is used to form the embedded INVADER oligonucleotide and target molecule utilized in the second invasive cleavage reaction as indicated. .

第一のプローブが内部相補性を含み、第一の侵襲的切断反応において切断された場合に、産物(「切断プローブ1」)が組み込まれたINVADERオリゴヌクレオチドを含む標的鎖を形成可能に設計する。新たに成形された標的/INVADER分子にハイブリダイズすると、該反応において目的の部位で切断される第二のプローブを提供する。連続する侵襲的切断の性能によるシグナル利得を示すため、上に記載する標準的侵襲的切断アッセイ法を同時に実施した。   Designed to form a target strand that contains an INVADER oligonucleotide that incorporates the product ("cleavage probe 1") when the first probe contains internal complementarity and is cleaved in a first invasive cleavage reaction . Hybridization to the newly shaped target / INVADER molecule provides a second probe that is cleaved at the site of interest in the reaction. The standard invasive cleavage assay described above was performed simultaneously to demonstrate signal gain due to the performance of sequential invasive cleavage.

いずれの反応も二重に実施した。各標準(すなわち、非連続)侵襲的切断反応は、10mM MOPS(pH7.5)、8mM MgCl2、それぞれ0.05%Tween20およびノニデットP-40を含む10μlに、1μMの5'フルオレセイン標識プローブ・オリゴ:

Figure 0005661071
および
10nMの上流オリゴ:
Figure 0005661071
ならびに10から100アトモルのM13標的DNA、10mg/ml tRNAおよび10ngのPfu FEN-1を含む。容積7μlに酵素およびMgCl2以外の全成分を混合して、10μlのCHILLOUT液体ワックスを重層した。試料を反応温度62℃まで加熱した。2μlの容積でPfu FEN-1およびMgCl2を添加することによって、反応を開始した。62℃で30分間保温後、10μlの95%ホルムアミド、10mM EDTA、0.02%メチルバイオレットで反応を停止した。 Both reactions were performed in duplicate. Each standard (ie, non-continuous) invasive cleavage reaction was performed in 10 μl containing 10 mM MOPS (pH 7.5), 8 mM MgCl 2 , 0.05% Tween20 and Nonidet P-40, respectively, and 1 μM 5 ′ fluorescein labeled probe oligo:
Figure 0005661071
and
10 nM upstream oligo:
Figure 0005661071
As well as 10 to 100 attomoles of M13 target DNA, 10 mg / ml tRNA and 10 ng of Pfu FEN-1. All components except enzyme and MgCl 2 were mixed in a volume of 7 μl and overlaid with 10 μl of CHILLOUT liquid wax. The sample was heated to a reaction temperature of 62 ° C. By adding Pfu FEN-1 and MgCl 2 in 2μl volumes to initiate the reaction. After incubation at 62 ° C. for 30 minutes, the reaction was stopped with 10 μl of 95% formamide, 10 mM EDTA, 0.02% methyl violet.

各連続する侵襲的切断反応は、10mM MOPS(pH7.5)、8mM MgCl2、それぞれ0.05%Tween20およびノニデットP-40を含む10μlに、1μMの5'フルオレセイン標識オリゴヌクレオチド:

Figure 0005661071
10nMの上流オリゴヌクレオチド:
Figure 0005661071
ならびに1μMの5'フルオレセイン標識オリゴヌクレオチド 106-32(第二のプローブもしくは「プローブ 2」、5'Fl-TGTTTTGACCT CCA-3';配列番号:593)、1から100アトモルのM13標的DNA、10mg/ml tRNAおよび10ngのPfu FEN-1を含む。容積8μlに酵素およびMgCl2以外の全成分を混合して、10μlのCHILLOUT液体ワックスを重層した。試料を反応温度62℃まで加熱した。(この温度は、プローブ1が第一の標的にアニーリングする最適温度である)。2μlの容積でPfu FEN-1およびMgCl2を添加することによって、反応を開始した。62℃で15分間保温後、温度を58℃に下げ(この温度は、この温度は、プローブ2が第二の標的にアニーリングする最適温度である)、試料をさらに15分間保温した。10μlの95%ホルムアミド、20mM EDTA、0.02%メチルバイオレットで反応を停止した。 Each successive invasive cleavage reaction consists of 1 μM 5 ′ fluorescein labeled oligonucleotide in 10 μl containing 10 mM MOPS (pH 7.5), 8 mM MgCl 2 , 0.05% Tween20 and Nonidet P-40, respectively:
Figure 0005661071
10 nM upstream oligonucleotide:
Figure 0005661071
And 1 μM 5 ′ fluorescein labeled oligonucleotide 106-32 (second probe or “probe 2”, 5′Fl-TGTTTTGACCT CCA-3 ′; SEQ ID NO: 593), 1 to 100 attomoles of M13 target DNA, 10 mg / Contains ml tRNA and 10 ng Pfu FEN-1. All components except enzyme and MgCl 2 were mixed in a volume of 8 μl and overlaid with 10 μl of CHILLOUT liquid wax. The sample was heated to a reaction temperature of 62 ° C. (This temperature is the optimal temperature at which probe 1 will anneal to the first target). By adding Pfu FEN-1 and MgCl 2 in 2μl volumes to initiate the reaction. After incubating at 62 ° C. for 15 minutes, the temperature was lowered to 58 ° C. (this temperature is the optimum temperature for Probe 2 to anneal to the second target) and the sample was incubated for an additional 15 minutes. The reaction was stopped with 10 μl of 95% formamide, 20 mM EDTA, 0.02% methyl violet.

電気泳動の直前に、標準および連続する侵襲的切断反応の双方の試料を90℃で1分間加熱した。45mMのトリス-ホウ酸緩衝液(pH8.3)、1.4mM EDTA中で、7M尿素を含む20%変性アクリルアミドゲル(架橋19:1)で泳動した。次に、分子ダイナミックス FluorImager 595でゲルを解析した。得られた像を図28aに示す。各産物のバンドの蛍光強度を測定したグラフを図28bに示す。   Immediately before electrophoresis, samples of both standard and continuous invasive cleavage reactions were heated at 90 ° C. for 1 minute. The sample was run on a 20% denaturing acrylamide gel (crosslinking 19: 1) containing 7 M urea in 45 mM Tris-borate buffer (pH 8.3) and 1.4 mM EDTA. The gel was then analyzed with Molecular Dynamics FluorImager 595. The resulting image is shown in FIG. 28a. FIG. 28b shows a graph obtained by measuring the fluorescence intensity of each product band.

図28aにおいて、レーン1〜5は、標的を含まない(レーン1)、および10アトモルの標的(レーン2および3)または100アトモルの標的(レーン4および5)を含む標準侵襲的切断反応において生成した産物を含む。非切断のプローブは、パネルのほぼ下半分の各レーンにおいて、暗いバンドとして観察され、切断産物は、パネルの下に近いより小さい黒いバンドとして観察される。切断産物の位置を図28aの左に矢印で表した。レーン1〜5に観察される灰色のラダー・バンドは、プローブの熱分解によるものであって、標的DNAの有無には関係しない。残りのレーンは、1アトモルの標的(レーン6および7)、10アトモルの標的(レーン8および9)および100アトモルの標的(レーン10および11)を含む連続する侵襲的切断反応において生成した産物を示す。非切断の第一のプローブ(プローブ 1;標識した 「1非切断」)が、パネルの上部付近に観察され、切断された第一のプローブは「1: 切断」として表される。同様に、非切断、および切断された 第二のプローブは、それぞれ「2: 非切断」および「2: 切断」として表される。   In FIG. 28a, lanes 1-5 are generated in a standard invasive cleavage reaction without target (lane 1) and with 10 attomole targets (lanes 2 and 3) or 100 attomole targets (lanes 4 and 5). Product. Uncut probe is observed as a dark band in each lane in the lower half of the panel, and the cleavage product is observed as a smaller black band near the bottom of the panel. The position of the cleavage product is indicated by an arrow on the left side of FIG. The gray ladder bands observed in lanes 1-5 are due to the thermal decomposition of the probe and are not related to the presence or absence of the target DNA. The remaining lanes represent the products produced in a continuous invasive cleavage reaction involving 1 attomole target (lanes 6 and 7), 10 attomole targets (lanes 8 and 9) and 100 attomole targets (lanes 10 and 11). Show. An uncut first probe (probe 1; labeled “1 uncut”) is observed near the top of the panel, and the cut first probe is represented as “1: cut”. Similarly, uncleaved and cleaved second probes are represented as “2: not cleaved” and “2: cleaved”, respectively.

図28bのグラフでは、標準反応(「系列1」)で生成した産物の量を連続反応の第二の工程(「系列2」)で生成した産物の量と比較する。標的DNAを欠いた反応において測定したバックグラウンドの蛍光レベルを、各測定から差し引いた。100アトモルの標的DNAを含む標準侵襲的切断アッセイ法のシグナルは、1アトモルの標的を含む連続する侵襲的切断アッセイ法のシグナルとほとんど同程度であることが、グラフ下の表から分かる。このことは、第二の切断構造を含むことが、アッセイ感度を100倍から200倍増加させることを示す。本酵素を用いてわずか30分実施した標準アッセイ法では、10アトモルの標的の存在下で検出可能な産物を生成しないが、このシグナル増加によって、連続する侵襲的切断アッセイ法を用いたアトモル以下のレベルでの標的核酸の検出が容易になる。   In the graph of FIG. 28b, the amount of product produced in the standard reaction (“Series 1”) is compared with the amount of product produced in the second step of the continuous reaction (“Series 2”). Background fluorescence levels measured in reactions lacking target DNA were subtracted from each measurement. It can be seen from the table below the graph that the signal of the standard invasive cleavage assay containing 100 attomole of target DNA is almost comparable to the signal of a continuous invasive cleavage assay containing 1 attomole of target. This indicates that inclusion of a second cleavage structure increases the assay sensitivity from 100-fold to 200-fold. The standard assay performed with this enzyme for only 30 minutes does not produce a detectable product in the presence of 10 attomoles of target, but this increase in signal results in subattomoles using a continuous invasive cleavage assay. The target nucleic acid can be easily detected at the level.

連続する侵襲的切断アッセイで標的の量が10倍もしくは100倍減少した場合には、同一比率でシグナル強度が減少した。系列として反応を実施した場合であっても、侵襲的切断アッセイ法の定量性が保持されており、感度と定量性の双方を有する核酸検出法を提供することを示す。   When the amount of target was reduced 10-fold or 100-fold in successive invasive cleavage assays, the signal intensity decreased at the same rate. Even when the reaction is carried out as a series, the quantitative property of the invasive cleavage assay method is retained, and it shows that a nucleic acid detection method having both sensitivity and quantitative property is provided.

本実施例においては、用いた2種のプローブは異なる至適ハイブリダイゼーション温度(すなわち、与えられた反応条件で最大の回転率を与える実験的に決定される温度)を有しているが、同一の至適ハイブリダイゼーション温度を有し、保温中の温度シフトが不必要となるように、プローブを選択(すなわち、設計)することもできる。   In this example, the two probes used have different optimal hybridization temperatures (ie, experimentally determined temperatures that give the highest turnover at the given reaction conditions), but are identical. It is also possible to select (ie, design) the probe so that it has an optimal hybridization temperature and does not require a temperature shift during incubation.

実施例12
連続する侵襲的切断反応終了後の産物は、以降の同様な反応を汚染することはない
「発明の説明」に記載したように、連続する侵襲的切断反応で起こる複数の侵襲的切断事象の連続的性質は、ポリメラーゼ連鎖反応および類似した倍加アッセイ法の反復的性質と対照的に、第二の切断反応における新しいシグナル生成に第一の切断反応の産物が関与しないので、連続する侵襲的切断反応が、類似反応の産物の汚染を受けないことを意味している。新規に構成した反応に大量の終結反応物を添加する場合には、持ち込み標的の量によって生じたバックグラウンドは、既に切断された持ち込みのプローブの量と合わさる。本実施例においては、第一の反応における、かなりの大部分が第二の反応に持ち込まれて有意なシグナルを生成するはずであることが示される。
Example 12
Products after the completion of successive invasive cleavage reactions do not contaminate subsequent similar reactions As described in the "Description of the Invention", a sequence of multiple invasive cleavage events that occur in successive invasive cleavage reactions. In contrast to the repetitive nature of the polymerase chain reaction and similar doubling assays, the product of the first cleavage reaction is not involved in the generation of a new signal in the second cleavage reaction, so a continuous invasive cleavage reaction Means that the product is not contaminated with similar reaction products. When a large amount of termination reactant is added to the newly constructed reaction, the background generated by the amount of brought-in target is combined with the amount of probe already cleaved. In this example, it is shown that a significant portion of the first reaction should be brought into the second reaction to produce a significant signal.

上記のようにして、100アトモルの標的DNAを用いて、最初のもしくは第一の連続する侵襲的切断反応を実施した。第一の反応の一部を導入し、他の標的DNAは全く含まないようにすることを除いて実施例11に記載の方法で、5種の反応からなる第二のセットを調製した。これらの第二の反応を、上記のように開始し、保温した。0%、0.01%、0.1%、1%または10%の第一の反応物を含む。100アトモルの標的を含む対照反応も、第二のセットに含まれる。上記の方法で、反応を停止し、電気泳動によって分画して可視化した。得られた像を図29に示す。第一のプローブ、非切断の第二のプローブおよび切断第二のプローブは、それぞれ、左に「1:切断」、「2: 非切断」および「2:切断」として示した。   As described above, the first or first sequential invasive cleavage reaction was performed using 100 attomole of target DNA. A second set of five reactions was prepared by the method described in Example 11 except that a portion of the first reaction was introduced and no other target DNA was included. These second reactions were started and incubated as above. Contains 0%, 0.01%, 0.1%, 1% or 10% of the first reactant. A control reaction containing 100 attomole targets is also included in the second set. By the above method, the reaction was stopped and fractionated by electrophoresis for visualization. The obtained image is shown in FIG. The first probe, the uncut second probe, and the cut second probe are shown on the left as “1: cut”, “2: not cut”, and “2: cut”, respectively.

図29においては、レーン1は、第一の反応の結果示す。パネルの下に蓄積した産物が示される。レーン2は、さらに増幅することなく汚染のレベルのから期待されるシグナルのレベルを示すために、同一反応の1:10希釈を表している。レーン3〜7は、不純物として添加した、それぞれ0%、10%、1%、0.1%または0.01%の第一の反応物を含む連続する切断反応の結果を示す。また、レーン8は、連続的反応におけるシステムの活性を確認するために100アトモルの標的DNAを添加した対照反応を示す。前もって切断されたもの10%を移し(レーン2)、レーン1の反応から移した標的の10%をさらに増幅させる場合には、レーン4のシグナル・レベルは期待通りであった。さらに希釈した場合のいずれのレベルにおいても、シグナルはバックグラウンドから容易に区別されない。これらのデータは、1つの反応から別の反応に大量に移すと検出可能であるが、エアロゾルもしくは設備汚染から期待される少量による相互汚染が、容易に偽陽性の結果により誤謬をもたらすことはないことを示している。これらのデータは、1つの反応の産物が故意に新鮮な試料に持ち込まれるときには、これらの産物は新しい反応において関与せず、反応で生成する標的依存性のシグナルのレベルに影響を与えないことも示している。   In FIG. 29, lane 1 shows the result of the first reaction. The accumulated product is shown at the bottom of the panel. Lane 2 represents a 1:10 dilution of the same reaction to show the level of signal expected from the level of contamination without further amplification. Lanes 3-7 show the results of successive cleavage reactions containing 0%, 10%, 1%, 0.1% or 0.01% of the first reactant, respectively, added as an impurity. Lane 8 also shows a control reaction to which 100 attomole of target DNA was added to confirm the activity of the system in a continuous reaction. When 10% of the pre-cut was transferred (lane 2) and 10% of the target transferred from the lane 1 reaction was further amplified, the signal level in lane 4 was as expected. The signal is not easily distinguished from the background at any level when further diluted. These data are detectable when transferred in large quantities from one reaction to another, but cross-contamination due to small amounts expected from aerosol or equipment contamination does not easily lead to false positive results It is shown that. These data show that when the product of one reaction is deliberately brought into a fresh sample, these products are not involved in the new reaction and do not affect the level of target-dependent signals produced in the reaction. Show.

実施例13
侵襲的切断によるヒト・サイトメガロウイルスDNAの検出
上記の実施例では、ヒトゲノムDNAの存在下で少量のウィルスDNAを検出する侵襲的切断反応の検出能を示した。本実施例では、図30に示すヒト・サイトメガロウイルス(HCMV)の主要最初期遺伝子の3104〜3061の領域を標的とするプローブおよびINVADERオリゴヌクレオチドを設計した。図30では、INVADERオリゴ(89-44;配列番号:219)およびフルオレセイン(Fl)標識プローブ・オリゴ(89-76;配列番号:218)は、ウィルスDNA(配列番号:2220)のヌクレオチド3057〜3110に対応するHCMVゲノムの領域にそってアニーリングすることが示される。本実施例で用いるプローブは、ポリピリミジン・プローブであり、本明細書に記載されるように、ポリピリミジン・プローブの利用によって、プローブ・オリゴの熱解離によって生じるバックグラウンド・シグナルが減少する。
Example 13
Detection of Human Cytomegalovirus DNA by Invasive Cleavage In the above examples, the ability to detect an invasive cleavage reaction that detects a small amount of viral DNA in the presence of human genomic DNA was demonstrated. In this example, probes and INVADER oligonucleotides that target the region from 3104 to 3061 of the major early gene of human cytomegalovirus (HCMV) shown in FIG. 30 were designed. In FIG. 30, INVADER oligo (89-44; SEQ ID NO: 219) and fluorescein (Fl) labeled probe oligo (89-76; SEQ ID NO: 218) are nucleotides 3057-3110 of viral DNA (SEQ ID NO: 2220). Is shown to anneal along the region of the HCMV genome corresponding to. The probe used in this example is a polypyrimidine probe and, as described herein, the use of a polypyrimidine probe reduces the background signal generated by thermal dissociation of the probe oligo.

ゲノム・ウィルスDNAはAdvanced Biotechnologies, Incorporated(Columbia, MD)から購入した。Advanced Biotechnologiesによれば、該DNAは、1マイクロリットル当たり170アトモル(1x108コピー)の濃度であると推定されている(しかしながら、保証されるものではない)。同一反応を4回実施した。各反応は、10mM MOPS(pH7.5)、6mM MgCl2および各0.05%のTween20およびノニデットP-40の10μl中に、1μMの5'フルオレセイン標識プローブ・オリゴヌクレオチド89-76(配列番号:218)、100nMの INVADERオリゴヌクレオチド89-44(配列番号:219)、1ng/mlヒトゲノムDNA、および図31の各レーンの上に記載された量の標的HCMVのDNAについての5つののうちの一つ、および10ngの Pfu FEN-1 を含む。最終容積7μlに、標識プローブ、酵素およびMgCl2以外の全成分を混合して、10μlのCHILLOUT液体ワックスを重層した。試料を反応温度95℃まで5分間加熱した後、62℃に冷やした。3μlの容積でプローブ、Pfu FEN-1およびMgCl2を添加することによって、反応を開始した。62℃で60分間保温後、10μlの95%ホルムアミド、10mM EDTA、0.02%メチルバイオレットで反応を停止した。電気泳動の直前に、標準および連続する侵襲的切断反応の双方の試料を90℃で1分間加熱した。45mMのトリス-ホウ酸緩衝液(pH8.3)、1.4mM EDTA中で、7M尿素を含む20%変性アクリルアミドゲル(架橋19:1)で泳動した。次に、分子ダイナミックス FluorImager 595でゲルを解析した。 Genomic viral DNA was purchased from Advanced Biotechnologies, Incorporated (Columbia, MD). According to Advanced Biotechnologies, the DNA is estimated to be at a concentration of 170 attomole (1 × 10 8 copies) per microliter (but not guaranteed). The same reaction was performed 4 times. Each reaction consists of 1 μM 5 ′ fluorescein labeled probe oligonucleotide 89-76 (SEQ ID NO: 218) in 10 μl of 10 mM MOPS (pH 7.5), 6 mM MgCl 2 and 0.05% each of Tween20 and Nonidet P-40. One of five for 100 nM INVADER oligonucleotide 89-44 (SEQ ID NO: 219), 1 ng / ml human genomic DNA, and the amount of target HCMV DNA listed above each lane in FIG. And 10 ng of Pfu FEN-1. All components except labeled probe, enzyme and MgCl 2 were mixed in a final volume of 7 μl and overlaid with 10 μl of CHILLOUT liquid wax. The sample was heated to a reaction temperature of 95 ° C. for 5 minutes and then cooled to 62 ° C. The reaction was started by adding probe, Pfu FEN-1 and MgCl 2 in a volume of 3 μl. After incubation at 62 ° C. for 60 minutes, the reaction was stopped with 10 μl of 95% formamide, 10 mM EDTA, 0.02% methyl violet. Immediately before electrophoresis, samples of both standard and continuous invasive cleavage reactions were heated at 90 ° C. for 1 minute. The sample was run on a 20% denaturing acrylamide gel (crosslinking 19: 1) containing 7 M urea in 45 mM Tris-borate buffer (pH 8.3) and 1.4 mM EDTA. The gel was then analyzed with Molecular Dynamics FluorImager 595.

得られた像を図31に示す。複製反応は、レーンの各セット(0-170アトモル)の上に示されている反応の標的HCMV DNA含有量を含む4レーンからなるグループで泳動した。パネルの上3分の1に非切断のプローブ(「非切断89-76」)が観察され、パネルの下3分の2に切断産物(「切断89-76」)が観察される。蓄積された切断産物の強度は、反応における標的DNAの量に比例することが分かる。さらに、該反応では、ヒトゲノムDNAのバックグラウンド中であってもプローブが非切断である標的DNAを含まない(「標的を含まない」)ことが明確である。図31に示す各反応は10ngのヒトゲノムDNAを含むが、ゲノムDNAを最大で200ng含む場合には、蓄積された産物の量にわずかに影響がある。反応混合液10μl当たり200ngは、シグナル蓄積が有意に減少することなく耐性であるゲノムDNAの最大量であった。なお、この量は、尿0.2ml中のDNA(通常、新生児に対してHCMVの試験に用いる量)よりも多く、約5μlの全血に見いだされる量に相当する。   The obtained image is shown in FIG. Replication reactions were run in groups of 4 lanes containing the target HCMV DNA content of the reaction shown above each set of lanes (0-170 attomole). Uncut probe (“Uncut 89-76”) is observed in the upper third of the panel, and cleavage product (“Cleaved 89-76”) is observed in the lower third of the panel. It can be seen that the intensity of the accumulated cleavage product is proportional to the amount of target DNA in the reaction. Furthermore, it is clear that the reaction does not contain target DNA that is uncleaved (“no target”) even in the background of human genomic DNA. Each reaction shown in FIG. 31 contains 10 ng of human genomic DNA, but if it contains up to 200 ng of genomic DNA, the amount of accumulated product is slightly affected. 200 ng per 10 μl of reaction mixture was the maximum amount of genomic DNA that was resistant without a significant decrease in signal accumulation. This amount is larger than the DNA in 0.2 ml of urine (usually the amount used for HCMV testing for newborns) and corresponds to the amount found in about 5 μl of whole blood.

これらの結果は、標準(すなわち、非連続)侵襲的切断反応がウィルスDNAの検出に関する高感度で、特異的かつ再現性のある手段であることを示している。1.7アトモルの標的の検出は、大雑把に106コピーのウイルスの検出と等価である。これは、先天的に感染した新生児の0.2mlsの尿中のウイルス・ゲノムの数と等価である(0.2mls当たり102から106ゲノムに等価である;Stagnoら、J. Infect. Dis., 132;568 [1975])。連続する侵襲的切断アッセイ法の利用によって、より少ない数のウィルスDNA分子の検出も可能となり、異種性DNAをさらに大量に含む血液中での検出が容易になる(ml当たり101から105ウイルス粒子;Pectorら、J. Clin. Microbiol., 30:2359 [1992])。 These results indicate that the standard (ie non-continuous) invasive cleavage reaction is a sensitive, specific and reproducible tool for the detection of viral DNA. 1.7 Detection of targets attomoles is detected equivalent of roughly 10 6 copies of the virus. This is congenitally equivalent to the number of infecting virus genome in the urine of 0.2mls neonatal (equivalent from 0.2mls per 10 2 to 10 6 genome; Stagno et, J Infect Dis,... 132; 568 [1975]). The use of a continuous invasive cleavage assay allows the detection of fewer numbers of viral DNA molecules and facilitates detection in blood containing higher amounts of heterologous DNA (10 1 to 10 5 viruses per ml). Particles; Pector et al., J. Clin. Microbiol., 30: 2359 [1992]).

上記から、本発明が核酸配列および核酸配列中の変異の検出ならびに特徴付けを可能とする試薬および方法を提供することが明らかである。 本発明の INVADER部位特異的切断反応および連続的INVADER部位特異的切断反応は、直接検出アッセイ法の利点(例えば、容易な定量性および持ち込み汚染のリスクが最小であること)を二重もしくは三重オリゴヌクレオチド・ハイブリダイゼーション・アッセイ法の特異性と組み合わせた理想的な直接検出法を提供する。   From the above, it is clear that the present invention provides reagents and methods that allow the detection and characterization of nucleic acid sequences and mutations in the nucleic acid sequences. The INVADER site-specific cleavage reaction and sequential INVADER site-specific cleavage reaction of the present invention take advantage of the direct detection assay (eg, easy quantification and minimal risk of carry-in contamination) by double or triple oligos. It provides an ideal direct detection method combined with the specificity of nucleotide hybridization assays.

「発明の説明」に記載されるように、連続する侵襲的切断反応の利用においては、残存し、第二の標的と相互作用する、および結合に関して切断プローブと競合する、もしくは生成した構造の低レベル切断によりバックグラウンドを生じる非切断の初期もしくは第一のプローブの問題が存在する。このことを、図32および33に模式的に示した。図32に示した反応では、第二の切断反応に関するINVADERオリゴヌクレオチドを形成する第一の切断構造を生じる切断産物を利用する。第二の標的、第二のプローブおよび非切断の第一のプローブ間で成形された構造を工程2aに示す右手型構造として図32に示す。この構造は、5'ヌクレアーゼによって、非常に低効率で(すなわち、大抵の反応条件では 約1%未満)認識され切断される。しかし、得られた産物は、特異的産物と区別が困難なため、偽陽性の結果を与えることがある。実施例11に記載のように、切断された第一のプローブが組み込まれたINVADER/標的(IT)分子を生じるときには、同一の効果が得られる。好ましくない複合体の形成を工程2aに示す右手型構造として図33に模式的に示す。   As described in the “Description of the Invention”, the use of a continuous invasive cleavage reaction can result in low structure remaining, interacting with a second target, and competing with a cleavage probe for binding or produced. There is a problem of the uncut initial or first probe that causes background by level cutting. This is schematically shown in FIGS. 32 and 33. The reaction shown in FIG. 32 utilizes a cleavage product that produces a first cleavage structure that forms an INVADER oligonucleotide for the second cleavage reaction. The structure formed between the second target, the second probe, and the uncut first probe is shown in FIG. 32 as a right-handed structure shown in step 2a. This structure is recognized and cleaved by the 5 ′ nuclease with very low efficiency (ie, less than about 1% under most reaction conditions). However, the resulting product is difficult to distinguish from the specific product and may give false positive results. As described in Example 11, the same effect is obtained when producing an INVADER / target (IT) molecule that incorporates a cleaved first probe. The formation of an unfavorable complex is schematically illustrated in FIG.

これらの連続的INVADERアッセイ法、各々に関し、各種の組成でARRESTORオリゴヌクレオチドを添加することにより行った改善を、以下の実施例に示す。これらARRESTORオリゴヌクレオチドは、系列の第一の切断反応に由来する残存非切断プローブに結合するように設計されており、このことによってその効力が高まり、また以降の反応における非特異的バックグラウンドが低減する。   For each of these sequential INVADER assay methods, the improvements made by adding ARRESTOR oligonucleotides at various compositions are shown in the examples below. These ARRESTOR oligonucleotides are designed to bind to residual uncleaved probes from the first cleavage reaction in the series, which increases their potency and reduces non-specific background in subsequent reactions To do.

実施例14
「ARRESTOR」オリゴヌクレオチドは複数連続する侵襲的切断アッセイ法の感度を改善する
本実施例では、ITプローブ・システム33を用いたシグナル生成に対するARRESTORオリゴヌクレオチド含有の効果を示す。第一の切断反応中に標的核酸を認識する部分において、ARRESTORオリゴヌクレオチドが第一のプローブにハイブリダイズする。ARRESTORオリゴヌクレオチドの添加効果を検討することに加えて、相補性の異なる距離で、第二のIT構造を構成する 第一のプローブの領域へと伸長するARRESTORオリゴヌクレオチドを利用することの効果についても調べた。各セットの反応条件における非特異的バックグラウンド・レベル(すなわち、標的核酸に関係しない)を示す目的で、一定の濃度範囲で標的DNAを含む反応もしくは標的DNAを欠いた反応において、これらの効果を比較した。
Example 14
“ARRESTOR” oligonucleotides improve the sensitivity of multiple consecutive invasive cleavage assays This example demonstrates the effect of containing ARRESTOR oligonucleotides on signal generation using IT probe system 33. In the portion that recognizes the target nucleic acid during the first cleavage reaction, the ARRESTOR oligonucleotide hybridizes to the first probe. In addition to investigating the effects of adding ARRESTOR oligonucleotides, the effects of using ARRESTOR oligonucleotides that extend to the region of the first probe that makes up the second IT structure at different distances of complementarity Examined. In order to show non-specific background levels (ie not related to the target nucleic acid) in each set of reaction conditions, these effects can be achieved in reactions that contain target DNA or lack target DNA in a certain concentration range. Compared.

これらの反応の標的DNAは、血清型adw株の完全長のB型肝炎ウイルスゲノムを含む断片である。ポリメラーゼ連鎖反応を用いて、プラスミド pAM6(ATCC #45020D)から本材料を調製した。PCRは、ベクターに基づくフォワードプライマー、オリゴ番号:

Figure 0005661071
およびリバースプライマー、オリゴ番号:
Figure 0005661071
を用いて実施し、完全長のHBV挿入物である約3.2kbのアンプリコンを増幅した。サイクリングの条件は、95℃5分のプラスミド変性後、95℃30秒-60℃40秒-72℃4分を30サイクルであり、その後最終伸長を72℃10分間実施した。得られたアンプリコンをpAM6#2と命名し、2MのNH4OAcに調整して、イソプロパノール沈殿で回収した。真空で乾燥した後、DNAを10mMトリス pH.0、0.1mM EDTA中で溶解した。濃度を、既知濃度の標準と比較しながらINVADERアッセイしOD200で測定した。 The target DNA for these reactions is a fragment containing the full-length hepatitis B virus genome of a serotype adw strain. This material was prepared from plasmid pAM6 (ATCC # 45020D) using the polymerase chain reaction. PCR is a vector based forward primer, oligo number:
Figure 0005661071
And reverse primer, oligo number:
Figure 0005661071
Was used to amplify an approximately 3.2 kb amplicon, a full length HBV insert. Cycling was performed at 95 ° C. for 5 minutes after plasmid denaturation, followed by 30 cycles of 95 ° C. for 30 seconds-60 ° C. for 40 seconds-72 ° C. for 4 minutes, followed by final extension at 72 ° C. for 10 minutes. The obtained amplicon was named pAM6 # 2, adjusted to 2M NH 4 OAc, and collected by isopropanol precipitation. After drying in vacuo, the DNA was dissolved in 10 mM Tris pH.0, 0.1 mM EDTA. Concentrations were measured at OD 200 by INVADER assay comparing to standards of known concentration.

INVADER反応は次のように実施した。「A」、「B」、 「C」、「D」および「E」と名付けた5種類のマスター混合液を調製した。いずれの混合液も、混合液8μlにつき、12.5mM MOPS、pH7.5、500フェムトモルの第一のINVADERオリゴ #218-55-05(配列番号:596)、10ngのヒトゲノムDNA(Novagen)および30ngのAfuFEN1酵素を含む。混合物Aは付加HBVゲノムのアンプリコンDNA含まない。混合物Bは、600分子のHBVゲノム・アンプリコンDNA pAM6 #2を含む。混合物Cは、6,000分子の pAM6 #2を含む。混合物Dは、60,000分子のpAM6 #2を含む。混合物Eは、600,000の分子 pAM6 #2を含む。混合液を反応チューブに分注した(8μl/チューブ)。 混合物Aを、チューブ1、2、11、12、21および22へ分注した。混合物Bを、チューブ 3、4、13、14、23および24へ分注した。混合物Cを、チューブ5、6、15、16、25および26へ分注した。混合物Dを、チューブ7、8、17、18、27および28へ分注した。混合物Eを、チューブ9、10、19、20、29および30へ分注した。試料を95℃で4分間保温し、HBVゲノムのアンプリコンDNAを変性させた。 次に、反応を67℃に冷却し、各2μlに37.5mM MgCl2および2.5ピコモルの218-95-06(配列番号:579)を含む2μlの混合物を各試料に添加した。試料67℃で60分間保温した。3種の反応マスター混合液を調製した。いずれの混合液も、各2μl混合物に10ピコモルの第二のプローブ・オリゴヌクレオチド #228-48-04(配列番号:598)を含む。混合液2Aは、他のオリゴヌクレオチドを含まず、 混合物2Bは、5ピコモルの「ARRESTOR」 オリゴ # 218-95-03(配列番号:599)を含み、混合物2Cは5ピコモルの「ARRESTOR」 オリゴ # 218-95-01(配列番号:600)を含む。67℃で60分間保温(上記の第一の反応)後、2μlの第二の反応混合物を各試料に添加した。混合液2Aを試料 #1-10に添加した。混合液2Bを、試料 #11-20に、 混合液2Cを試料 #21-30に添加した。温度を52℃に調整し、試料を52℃で30分間保温した。次に、10μlの95%ホルムアミド、5mMのEDTAおよび0.02%の クリスタルバイオレットの溶液を添加することによって反応を停止した。いずれの試料も95℃で2分間加熱し、45mMトリス-ホウ酸(pH8.3)および1.4mMのEDTAの緩衝液中で、4μlの各試料を7M尿素を含む20% 変性アクリルアミドゲル(架橋19:1)で電気泳動によって分画した。Molecular Dynamics Fluoroimager 595を用い、励起488、発光530 で、結果を画像化した。得られた像を図34に示す。 The INVADER reaction was performed as follows. Five master mixtures named “A”, “B”, “C”, “D” and “E” were prepared. Both mixtures were 12.5 mM MOPS, pH 7.5, 500 femtomolar first INVADER oligo # 218-55-05 (SEQ ID NO: 596), 10 ng human genomic DNA (Novagen) and 30 ng per 8 μl of the mixture. Contains AfuFEN1 enzyme. Mixture A does not contain the amplicon DNA of the additional HBV genome. Mixture B contains 600 molecules of HBV genomic amplicon DNA pAM6 # 2. Mixture C contains 6,000 molecules of pAM6 # 2. Mixture D contains 60,000 molecules of pAM6 # 2. Mixture E contains 600,000 molecules pAM6 # 2. The mixture was dispensed into a reaction tube (8 μl / tube). Mixture A was dispensed into tubes 1, 2, 11, 12, 21, and 22. Mixture B was dispensed into tubes 3, 4, 13, 14, 23 and 24. Mixture C was dispensed into tubes 5, 6, 15, 16, 25 and 26. Mixture D was dispensed into tubes 7, 8, 17, 18, 27 and 28. Mixture E was dispensed into tubes 9, 10, 19, 20, 29 and 30. The sample was incubated at 95 ° C. for 4 minutes to denature the amplicon DNA of the HBV genome. The reaction was then cooled to 67 ° C. and 2 μl of a mixture containing 37.5 mM MgCl 2 and 2.5 pmoles 218-95-06 (SEQ ID NO: 579) in 2 μl each was added to each sample. The sample was kept at 67 ° C. for 60 minutes. Three kinds of reaction master mixed solutions were prepared. Both mixtures contain 10 pmoles of second probe oligonucleotide # 228-48-04 (SEQ ID NO: 598) in each 2 μl mixture. Mixture 2A contains no other oligonucleotides, Mixture 2B contains 5 pmoles of “ARRESTOR” oligo # 218-95-03 (SEQ ID NO: 599), and Mixture 2C contains 5 pmoles of “ARRESTOR” oligo # 218-95-01 (SEQ ID NO: 600). After incubation at 67 ° C. for 60 minutes (first reaction above), 2 μl of the second reaction mixture was added to each sample. Mixture 2A was added to Sample # 1-10. Mixture 2B was added to Sample # 11-20, and Mixture 2C was added to Sample # 21-30. The temperature was adjusted to 52 ° C and the sample was incubated at 52 ° C for 30 minutes. The reaction was then stopped by adding 10 μl of a solution of 95% formamide, 5 mM EDTA and 0.02% crystal violet. All samples were heated at 95 ° C. for 2 minutes and 4 μl of each sample in 20 mM denaturing acrylamide gel (crosslinked 19) containing 7 M urea in 45 mM Tris-borate (pH 8.3) and 1.4 mM EDTA buffer. : Fractionated by electrophoresis in 1). The results were imaged using Molecular Dynamics Fluoroimager 595 with excitation 488 and emission 530. The resulting image is shown in FIG.

図34において、パネルAは、第二の反応にARRESTORオリゴヌクレオチドを含まない場合の標的の滴定結果を示す。パネルBは、第一のプローブの非標的相補的領域に2ヌクレオチド伸長したARRESTORオリゴヌクレオチドを用いて標的滴定した結果を示す。パネルCは、第一のプローブの非標的相補的領域へ4ヌクレオチド伸長したARRESTORオリゴヌクレオチドを用いて同様の標的滴定を行った結果を示す。各パネルの下に近い位置に第二の切断反応の産物がバンドとして観察される。各パネルの最初の2レーン(すなわち、1および2、11および12、ならびに21および22)は、標的DNAを含まず、産物のバンドと一緒に移動するシグナルは、各セットの条件下での非特異的バックグラウンドを表している。   In FIG. 34, Panel A shows the target titration results when no ARRESTOR oligonucleotide is included in the second reaction. Panel B shows the results of a target titration using an ARRESTOR oligonucleotide extended by 2 nucleotides in the non-target complementary region of the first probe. Panel C shows the results of a similar target titration using an ARRESTOR oligonucleotide extended 4 nucleotides to the non-target complementary region of the first probe. The product of the second cleavage reaction is observed as a band near the bottom of each panel. The first two lanes of each panel (ie, 1 and 2, 11 and 12, and 21 and 22) do not contain target DNA, and the signal that migrates with the product band is not affected under each set of conditions. Represents a specific background.

バックグラウンド・シグナルはいずれも減少し、ARRESTORオリゴヌクレオチドのいずれかの分子種を含むことで予測可能性が高まることが、これらのパネルを視覚的に調べることで分かる。標的を含まない対照レーンにおけるバックグラウンドを低下させることに加えて、より希釈した標的量を含む反応におけるバックグラウンドを減少させることで、反応に含まれる標的をより正確に反映するシグナルを与えることができ、従って複数の連続する侵襲的切断反応の定量的範囲を改善できる。   A visual inspection of these panels shows that both background signals are reduced and that the inclusion of any molecular species of ARRESTOR oligonucleotides increases the predictability. In addition to reducing background in control lanes that do not contain target, reducing background in reactions with more diluted target amounts can give a signal that more accurately reflects the target in the reaction Can thus improve the quantitative range of multiple consecutive invasive cleavage reactions.

これらの条件下で第二の切断反応にARKESTORオリゴヌクレオチドを含むことの影響を定量するために、最大量の標的を含む反応に由来する平均的な産物のバンド・シグナル(すなわち、レーン9および10、 レーン19および20、ならびに レーン29および30のシグナルの平均値)を各パネルの標的を含まない対照レーンの平均シグナルと比較して、各条件セットにおける「折り畳みバックグラウンド(fold over background)」、バックグラウンドに対するシグナル増幅因子を決定する。ARRESTORオリゴヌクレオチドを含まない反応の場合には、パネルAでは、折り畳みバックグラウンド は5.3、パネルBでは、折り畳みバックグラウンド12.7およびパネルCでは、折り畳みバックグラウンド13.4であり、本システムにおいて、ARRESTORオリゴヌクレオチドを含む場合には、ARRESTORオリゴヌクレオチドを含まない反応に対して少なくともシグナル特異性が二倍になり、少なくともシステムの本態様においては、非標的相補的領域に向かって僅かに伸長した ARRESTORオリゴヌクレオチドは、僅かではあるがより効果的であることを示している。これは、オリゴヌクレオチドを使用によって、これらの反応の特異性が高まる利点、すなわち低レベルの標的核酸では、特に恩典を有するという利点を明らかに示している。   To quantify the impact of including an ARKESTOR oligonucleotide in the second cleavage reaction under these conditions, the average product band signal from the reaction containing the highest amount of target (ie, lanes 9 and 10). Lanes 19 and 20, and the average signal of lanes 29 and 30) compared to the average signal of the control lanes without each panel target, the “fold over background” in each condition set, Determine the signal amplification factor relative to the background. For reactions that do not contain an ARRESTOR oligonucleotide, panel A has a folding background of 5.3, panel B has a folding background of 12.7, and panel C has a folding background of 13.4. If included, the signal specificity is at least doubled relative to the reaction without the ARRESTOR oligonucleotide, and at least in this embodiment of the system, the ARRESTOR oligonucleotide slightly extended toward the non-target complementary region is It is a little more effective. This clearly shows the advantage of using oligonucleotides to increase the specificity of these reactions, particularly those with low levels of target nucleic acids.

実施例15
「ARRESTOR」オリゴヌクレオチドは、バックグラウンド・シグナルを増加させることなく、より高濃度の第一のプローブを利用し得る
侵襲的切断反応におけるプローブ濃度を増加させることによって、与えられた標的DNAの量に関して生成するグナルの量を劇的に増加させることができる。この説明は特定の機構に限定するものではないが、プローブ濃度の増加が、切断プローブを非切断コピーによって置換する速度を増加させることにより、切断反応の見かけの回転率を増加させるものであると考えられる。残念なことに、以前は、本効果を複数の連続的INVADERアッセイ法の第一の切断反応に適用することができなかった。なぜならば、残存する非切断第一のプローブが第二の標的にハイブリダイズ可能であり、切断された分子と競合するので、第二の反応の効力が低下してしまうためである。第一のプローブの濃度の上昇は、この問題を悪化させる。さらに、上記のようにして得られた複合体は、低レベルで切断され得るので、バックグラウンドへの寄与があるのである。従って、第一のプローブの増加は、第二の反応を遅くする効果とこのような非標的特異的バックグラウンド・レベルを増加させる効果の二重に負の効果を示す。ARRESTORオリゴヌクレオチドを用いて、残存する第一のプローブを隔離するもしくは中和することにより、これら第二の反応にこの濃度促進効果を適用できる。
Example 15
“ARRESTOR” oligonucleotides can utilize higher concentrations of the first probe without increasing the background signal. By increasing the probe concentration in an invasive cleavage reaction, the amount of given target DNA The amount of gnnal produced can be dramatically increased. Although this explanation is not limited to a specific mechanism, it is believed that increasing the probe concentration increases the apparent rate of turnover of the cleavage reaction by increasing the rate at which the cleaved probe is replaced by the non-cleaved copy. Conceivable. Unfortunately, previously this effect could not be applied to the first cleavage reaction of multiple sequential INVADER assays. This is because the remaining uncleaved first probe can hybridize to the second target and competes with the cleaved molecule, thereby reducing the efficacy of the second reaction. Increasing the concentration of the first probe exacerbates this problem. Furthermore, the complex obtained as described above can be cleaved at a low level, thus contributing to the background. Thus, an increase in the first probe has a double negative effect of slowing the second reaction and increasing the non-target specific background level. This concentration promoting effect can be applied to these second reactions by using ARRESTOR oligonucleotides to sequester or neutralize the remaining first probe.

この効果を明らかにするために、2種類の反応を実施した。第一の反応では、一定範囲の濃度の第一のプローブを用いて、反応を実施したが、第二の反応には、ARRESTORオリゴヌクレオチドを含めなかった。第二の反応では、同一濃度のプローブを用いたが、第二の反応にARRESTORオリゴヌクレオチドを添加した。   To clarify this effect, two types of reactions were performed. In the first reaction, the reaction was performed using a range of concentrations of the first probe, but the ARRESTOR oligonucleotide was not included in the second reaction. In the second reaction, the same concentration of probe was used, but the ARRESTOR oligonucleotide was added to the second reaction.

いずれの反応も2回ずつ実施した。第一のINVADER反応は最終容積10μlで行い、10mM MOPS、pH7.5、7.5mM MgCl2、500 fmの第一のINVADER(218-55-05;配列番号:596);30ngのAfuFEN1酵素および10ngのヒトゲノムDNAを含む。偶数番号の反応はいずれも100ゼプトモルのHBV pAM6 #2 アンプリコンを含む(図35AおよびB参照)。反応は、10ピコモル、20ピコモル、50ピコモル、100ピコモル、もしくは150ピコモルの第一のプローブ(218-55-02; 配列番号:601)を含む。MOPS、標的およびINVADERオリゴヌクレオチドを混合して最終容積7μlにした。試料を95℃5分間加熱変性して、67℃に冷却した。5分間の変性の間に、MgCl2、プローブおよび酵素を混合した。3μlのMgCl2、プローブおよび酵素の混合物を上記の最終濃度で添加することによって、第一のINVADER反応を開始した。反応液を67℃で30分保温した。次に、反応を52℃に冷却し、各第一のINVADER反応に、4μlの総容積で以下の第二の反応成分を加えた。すなわち、2.5ピコモルの第二の標的(オリゴ番号218-95-04;配列番号:602);10ピコモルの第二のプローブ(オリゴ番号 228-48-04;配列番号:598)である。ARRESTORオリゴヌクレオチドを含む反応は、40ピコモル、80ピコモル、200ピコモル、400ピコモルもしくは600ピコモルのARRESTORオリゴヌクレオチド(オリゴ番号 218-95-01;配列番号:600)を含み、この混合物を含む各反応に第一のプローブの量に対して4倍モル過剰に加えた。次に反応を52℃で30分間保温した。反応は、10mM EDTAおよび0.02%クリスタルバイオレットを含む95%のホルムアミド溶液を10μl添加することによって停止した。試料はいずれも95℃で1分間加熱し、4μlの各試料を、45mMトリス-ホウ酸(pH8.3)および1.4mMのEDTAを含む緩衝液中で、7M尿素を含む20%変性アクリルアミドゲル(架橋19:1)の電気泳動によって分画した。Molecular Dynamics Fluoroimager 595(励起488、 発光530)を用いて、結果を画像化した。ARRESTORオリゴヌクレオチドを含む、または含まない反応に関して得られた像を、それぞれ図35Aおよび図35Bに示した。第二のプローブの切断産物が、各パネルの下付近にバンドとして観察される。 Each reaction was performed twice. The first INVADER reaction was performed in a final volume of 10 μl, 10 mM MOPS, pH 7.5, 7.5 mM MgCl 2 , 500 fm first INVADER (218-55-05; SEQ ID NO: 596); 30 ng AfuFEN1 enzyme and 10 ng Of human genomic DNA. All even numbered reactions contain 100 zeptomoles of HBV pAM6 # 2 amplicon (see FIGS. 35A and B). The reaction includes 10 pmoles, 20 pmoles, 50 pmoles, 100 pmoles, or 150 pmoles of the first probe (218-55-02; SEQ ID NO: 601). MOPS, target and INVADER oligonucleotide were mixed to a final volume of 7 μl. The sample was heat denatured at 95 ° C. for 5 minutes and cooled to 67 ° C. During the denaturation of 5 min, it was mixed MgCl 2, probe and enzyme. The first INVADER reaction was initiated by adding 3 μl of MgCl 2 , probe and enzyme mixture at the final concentrations described above. The reaction solution was kept at 67 ° C. for 30 minutes. The reaction was then cooled to 52 ° C. and the following second reaction components were added to each first INVADER reaction in a total volume of 4 μl. That is, 2.5 pmoles of the second target (Oligo No. 218-95-04; SEQ ID NO: 602); 10 pmoles of the second probe (Oligo No. 228-48-04; SEQ ID NO: 598). Reactions containing ARRESTOR oligonucleotides contained 40, 80, 200, 400 or 600 pmoles of ARRESTOR oligonucleotide (Oligo No. 218-95-01; SEQ ID NO: 600) for each reaction comprising this mixture. A 4-fold molar excess was added relative to the amount of the first probe. The reaction was then incubated at 52 ° C. for 30 minutes. The reaction was stopped by adding 10 μl of a 95% formamide solution containing 10 mM EDTA and 0.02% crystal violet. All samples were heated at 95 ° C. for 1 minute, and 4 μl of each sample was added to a 20% denaturing acrylamide gel containing 7 M urea in a buffer containing 45 mM Tris-borate (pH 8.3) and 1.4 mM EDTA ( Fractionation was performed by cross-linking 19: 1) electrophoresis. The results were imaged using a Molecular Dynamics Fluoroimager 595 (excitation 488, emission 530). Images obtained for reactions with or without ARRESTOR oligonucleotides are shown in FIGS. 35A and 35B, respectively. The cleavage product of the second probe is observed as a band near the bottom of each panel.

図35Aでは、レーンのセット1および2は、第一のプローブを10ピコモル含み、セット3および4は、20ピコモル、セット5および6は50ピコモル、セット7および8は100ピコモル、ならびにセット9およ10は150ピコモル含む。第一のプローブ量の増加によって、標的を含まないレーン(奇数)においてはバックグラウンドを僅かに増加させる組み合わせ効果を示すが、標的(偶数番号のレーン)の存在下では特異的シグナルが減少し、プローブを増加させることによってシグナルを増加させるアプローチをこれらの連続的な反応に適用することが不可能であることを示す「折り畳みバックグラウンド」の尺度とみなす反応の特異性を低下させることが、視覚的検索により分かる。   In Figure 35A, lane sets 1 and 2 contain 10 pmoles of the first probe, sets 3 and 4 are 20 pmoles, sets 5 and 6 are 50 pmoles, sets 7 and 8 are 100 pmoles, and set 9 and Yo 10 contains 150 picomoles. Increasing the amount of the first probe shows a combined effect that slightly increases the background in lanes that do not contain the target (odd number), but decreases the specific signal in the presence of the target (even numbered lanes), Decreasing the specificity of the reaction, viewed as a measure of “folding background”, indicates that an approach that increases the signal by increasing the probe is impossible to apply to these successive reactions. Can be found by manual search

図35Bでは、レーンのセット1および2は10ピコモルの第一のプローブを含み、セット3および4は20ピコモル、セット5および6は50ピコモル、セット7および8は100ピコモル、ならびにセット9および10は150ピコモルを含む。さらに、各反応は第二の切断反応前に添加した4倍モル過剰のARRESTORオリゴヌクレオチドを含む。標的を含まないレーン(奇数)におけるバックグラウンドはいずれの場合にも低いが、標的の存在下における(偶数番号のレーン)特異的シグナルは、第一のプローブの量の増加にともなって増加し、本標的レベルにおける「折り畳みバックグラウンド」感度をより増大させることが、視覚的検索によって分かる。   In FIG.35B, lane sets 1 and 2 contain 10 pmoles of the first probe, sets 3 and 4 are 20 pmoles, sets 5 and 6 are 50 pmoles, sets 7 and 8 are 100 pmoles, and sets 9 and 10 Contains 150 pmoles. In addition, each reaction contains a 4-fold molar excess of ARRESTOR oligonucleotide added prior to the second cleavage reaction. The background in the target-free lanes (odd) is low in all cases, but the specific signal in the presence of the target (even-numbered lanes) increases with increasing amount of the first probe, It can be seen by visual search that the “folding background” sensitivity at this target level is further increased.

これらの効果を定量的に比較するために、非特異的および特異的な切断由来の産物の蛍光シグナルを測定した。結果をグラフで図35Cに示す。用いた第一のプローブの量と比較して、反応中に切断された第二のプローブの割合(%)の尺度としてグラフ化して示す。標的を含まない反応に由来するプロットを調べることによって、ARRESTORオリゴヌクレオチドの非存在下におけるバックグラウンドが、一般的に、およそ2倍高く、いずれもプローブ量の増加に伴って僅かに増加することを調べた。しかしながら、特異的シグナルは、二つの反応セット間ではより劇的に違いがある。第一のプローブが増加すると非ARRESTORオリゴヌクレオチド反応のシグナルは定常的に減少するが、ARRESTORオリゴヌクレオチド反応のシグナルは増加し続ける。試験した第一のプローブ濃度が最も高い時には、非ARRESTORオリゴヌクレオチド反応はバックグラウンドに対して1.7倍の特異的シグナルを有するに過ぎず、ARRESTORオリゴヌクレオチド反応では、バックグラウンド対して6.5倍のシグナルを有する100ゼプトモル(60,000コピー)の標的が検出され、従って、ARRESTORオリゴヌクレオチドを含む場合には、連続する侵襲的切断反応が改善される。   In order to quantitatively compare these effects, the fluorescence signals of products from non-specific and specific cleavage were measured. The results are shown graphically in FIG. 35C. Shown graphically as a measure of the percentage of the second probe cleaved during the reaction as compared to the amount of first probe used. By examining plots derived from reactions that did not contain the target, the background in the absence of ARRESTOR oligonucleotides was generally about 2-fold higher, both increasing slightly with increasing probe amount. Examined. However, the specific signal is more dramatically different between the two reaction sets. As the first probe increases, the signal of the non-ARRESTOR oligonucleotide reaction steadily decreases, but the signal of the ARRESTOR oligonucleotide reaction continues to increase. At the highest concentration of the first probe tested, the non-ARRESTOR oligonucleotide reaction only has a 1.7-fold specific signal relative to the background, while the ARRESTOR oligonucleotide reaction yields a 6.5-fold signal relative to the background. Having 100 zeptomoles (60,000 copies) of the target is detected, thus improving the continuous invasive cleavage reaction when containing the ARRESTOR oligonucleotide.

実施例16
骨格の改変は、3'-アミンを含まないすべて天然の「ARRESTOR」オリゴであるARRESTORオリゴヌクレオチドの性能を改善する
上記2つの実施例に示した反応では、2'O-メチルリボース骨格を用いて構築し、3'末端ヌクレオチドに陽性電荷のアミン基を含まないARRESTORオリゴヌクレオチドを用いた。第一のプローブ/ARRESTORオリゴヌクレオチド複合体と相互作用する酵素が特異的に減少するように修飾を施した。2'O-メチル修飾したオリゴヌクレオチドは、5'ヌクレアーゼによる切断に対して幾分耐性であり、アンチセンスを利用している場合にはヌクレアーゼで緩やかに分解されることが、本発明の開発中に明らかとなった(例えば、Kawasakiら、J. Med. Chem., 36:831 [1993]を参照のこと)。
Example 16
Skeletal modifications improve the performance of ARRESTOR oligonucleotides, which are all natural “ARRESTOR” oligos that do not contain 3′-amines. The reactions shown in the two examples above use a 2′O-methyl ribose backbone. An ARRESTOR oligonucleotide that was constructed and does not contain a positively charged amine group at the 3 ′ terminal nucleotide was used. Modifications were made to specifically reduce the enzyme that interacts with the first probe / ARRESTOR oligonucleotide complex. It is under development that 2′O-methyl modified oligonucleotides are somewhat resistant to cleavage by 5 ′ nucleases and are slowly degraded by nucleases when using antisense. (See, for example, Kawasaki et al., J. Med. Chem., 36: 831 [1993]).

オリゴヌクレオチドの3'端にアミノ基が存在する場合には、直接的な侵襲的切断能が減少する。このようにしてARRESTORオリゴヌクレオチドが切断構造を形成する可能性を低減する目的で、本実施例および他の実施例に記載する実験において、アミノ基を含むように設計した。   When an amino group is present at the 3 ′ end of the oligonucleotide, direct invasive cleavage capacity is reduced. In order to reduce the possibility of the ARRESTOR oligonucleotide forming a cleavage structure in this way, it was designed to include an amino group in the experiments described in this and other examples.

最初の設計のARRESTORオリゴヌクレオチド(「ブロッカー」と記載することもある)はこれらの修飾を含まず、これらの分子が連続する侵襲的切断アッセイ法のバックグラウンド切断を低下させる利点を提供することは何ら見いだされなかった。実際のところ、おそらく別の切断構造に対する要素を提供することによって予期しない部位に切断を誘起し、バックグラウンドに寄与することもあると考えられる。これらの反応におけるバックグラウンド・ノイズに対する、天然および修飾ARRESTORオリゴヌクレオチドの効果を、実施例では検討した。   Originally designed ARRESTOR oligonucleotides (sometimes referred to as “blockers”) do not contain these modifications, and these molecules provide the advantage of reducing the background cleavage of successive invasive cleavage assays I didn't find anything. In fact, it is believed that cleavage may be induced at unexpected sites, possibly contributing to the background, possibly by providing an element for another cleavage structure. The effects of natural and modified ARRESTOR oligonucleotides on background noise in these reactions were investigated in the examples.

ARRESTORオリゴヌクレオチドを含まない同一の反応に対する比較によって、すべて天然のARRESTORオリゴヌクレオチド(すなわち、塩基類似体もしくは修飾を含まないARRESTORオリゴヌクレオチド)の効力を検討した。いずれの反応も2回ずつ次のように実施した。それぞれを8μlに12.5mMのMOPS(pH7.5)、500フェムトモルの第一のINVADERオリゴヌクレオチド #218-55-05(配列番号:596)、 10ngのヒトゲノムDNA(Novagen)および30ngのAfuFEN1酵素含む2種類のマスター混合液を調製した。混合物AはHBVゲノムのアンプリコンDNA含まず、混合物Bは600,000 分子のHBVゲノム・アンプリコン DNA pAM6 #2を含む。混合液を以下のように、8μl/チューブで反応チューブに分注した。混合物Aを、チューブ1、2、5および6に、混合物Bをチューブ3、4、7および8に分注した。試料を95℃で4分間保温し、HBVゲノムのアンプリコンDNAを変性させた。次に、反応を67℃に冷却し、各2μlに37.5mM MgCl2および10ピコモルの 218-55-02B(配列番号:603)を含む2μlの混合物を各試料に添加した。次に、試料を67℃で30分間保温した。各3μlに10ピコモルの第二のプローブ・オリゴ #228-48-04N(配列番号:604)および2.5ピコモルの第二の標的 オリゴヌクレオチド #218-95-04(配列番号:602)を含む2種類の第二の反応マスター混合液を調製した。混合液2Aは、他のオリゴヌクレオチドを含まず、混合物2Bは50ピコモルの天然 「ARRESTOR」 オリゴヌクレオチド #241-62-02(配列番号: 605)を含む。最初67℃で30分間保温した後、温度を52℃に調整して、3μlの第二の反応混合物を各試料に以下のようにして添加した。混合液2Aを試料#1〜4に添加した。混合液2Bを試料#5〜8に添加した。次に、試料を52℃で30分間保温した。反応は、10mM EDTAおよび0.02%クリスタルバイオレットを含む95%のホルムアミド溶液を10μl添加することによって停止した。 Comparison of identical reactions without ARRESTOR oligonucleotides examined the efficacy of all natural ARRESTOR oligonucleotides (ie, ARRESTOR oligonucleotides without base analogs or modifications). Each reaction was performed twice as follows. 2 in each 8 μl containing 12.5 mM MOPS (pH 7.5), 500 femtomolar first INVADER oligonucleotide # 218-55-05 (SEQ ID NO: 596), 10 ng human genomic DNA (Novagen) and 30 ng AfuFEN1 enzyme Different types of master mixes were prepared. Mixture A contains no HBV genomic amplicon DNA, and Mixture B contains 600,000 molecules of HBV genomic amplicon DNA pAM6 # 2. The mixture was dispensed into reaction tubes at 8 μl / tube as follows. Mixture A was dispensed into tubes 1, 2, 5 and 6 and mixture B was dispensed into tubes 3, 4, 7 and 8. The sample was incubated at 95 ° C. for 4 minutes to denature the amplicon DNA of the HBV genome. The reaction was then cooled to 67 ° C. and 2 μl of a mixture containing 37.5 mM MgCl 2 and 10 pmoles of 218-55-02B (SEQ ID NO: 603) in 2 μl each was added to each sample. The sample was then incubated at 67 ° C. for 30 minutes. Two containing 10 pmoles of second probe oligo # 228-48-04N (SEQ ID NO: 604) and 2.5 pmoles of second target oligonucleotide # 218-95-04 (SEQ ID NO: 602) in 3 μl each A second reaction master mixture was prepared. Mixture 2A contains no other oligonucleotides, and Mixture 2B contains 50 pmoles of natural “ARRESTOR” oligonucleotide # 241-62-02 (SEQ ID NO: 605). After initially incubating at 67 ° C. for 30 minutes, the temperature was adjusted to 52 ° C. and 3 μl of the second reaction mixture was added to each sample as follows. Mixture 2A was added to samples # 1-4. Mixture 2B was added to Samples # 5-8. The sample was then incubated at 52 ° C. for 30 minutes. The reaction was stopped by adding 10 μl of a 95% formamide solution containing 10 mM EDTA and 0.02% crystal violet.

いずれの試料も95℃で2分間加熱し、4μlの各試料を、45mMトリス-ホウ酸(pH8.3)および1.4mMのEDTAを含む緩衝液中で、7M尿素を含む20%変性アクリルアミドゲル(架橋19:1)の電気泳動によって分画した。Molecular Dynamics Fluoroimager 595(励起488、 発光530)を用いて、結果を画像化した。得られた像を図36Aに示した。   Both samples were heated at 95 ° C. for 2 minutes, and 4 μl of each sample was added to a 20% denaturing acrylamide gel containing 7 M urea in a buffer containing 45 mM Tris-borate (pH 8.3) and 1.4 mM EDTA ( Fractionation was performed by cross-linking 19: 1) electrophoresis. The results were imaged using a Molecular Dynamics Fluoroimager 595 (excitation 488, emission 530). The resulting image is shown in FIG. 36A.

ARRESTORオリゴヌクレオチドに対する各種の修飾の効果を比較するために、塩基はすべて天然であるが、3'末端にアミンを含む ARRESTORオリゴヌクレオチド、2'O-メチル・ヌクレオチドおよび3'末端にアミンを含む3'部分を有するARRESTORオリゴヌクレオチド;およびすべて2'O-メチル・ヌクレオチドを含み、3'末端にアミンを含むARRESTORオリゴヌクレオチドを用いて反応を実施した。これらを、ARRESTORオリゴヌクレオチドを含まない反応と比較した。反応は次のように実施した。2種のマスター混合液を調製した。いずれの混合液も、各7μlが14.3mMのMOPS(pH7.5)、500フェムトモルの第一のINVADERオリゴ #218-55-05(配列番号:596)および10ngのヒトゲノムDNA(Novagen)を含む。混合物AはHBVゲノムのアンプリコンDNA含ます、混合物Bは600,00分子のHBVゲノム・アンプリコンDNA pAM6 #2を含む。混合液を7μl/チューブで反応チューブに分注した。混合物Aをチューブ 1、2、5、6、9、10、13および14に、混合物Bをチューブ 3、4、7、8、11、12、15および16に分注した。試料を95℃で4分加熱してHBVのDNAを変性させた。次に、反応を67℃に冷却し、3μl当たり25mMのMgCl2、25ピコモル 218-55-02B(配列番号:603)および30ngのAfuFEN1酵素を含む3μlの混合物を各試料に添加した。次に、試料を67℃で30分間保温した。4種の反応マスター混合液を調製した。いずれの混合液も、3μl中に10ピコモルの第二のプローブ・オリゴヌクレオチド #228-48-04B(配列番号:606)および2.5ピコモルの第二の標的オリゴヌクレオチド #218-95-04(配列番号:602)を含む。混合液2Aは他のオリゴヌクレオチドを含まず、混合物2Bは100ピコモルの天然およびアミンARRESTORオリゴヌクレオチド # 241-62-01(配列番号:607)を含み、混合物2Cは100ピコモルの部分的にO-メチルおよびアミンを含むオリゴヌクレオチド # 241-62-03(配列番号:608)を含み、混合物2Dはに100ピコモルのすべてO-メチルおよびアミンであるオリゴヌクレオチド # 241-64-01(配列番号:609)を含む。最初に67℃で30分間保温した後、温度を52℃に調整し、3μlの第二の反応混合物を以下のようにして各試料に添加した。混合物2Aを試料#1〜4に添加した。混合液2Bを試料#5〜8に添加した。混合物2Cを試料#9〜12に添加した。また、混合物2Dを試料#13〜16に添加した。試料を52℃で30分間保温した。次に、反応は、10mM EDTAおよび0.2%クリスタルバイオレットを含む95%のホルムアミド溶液を10μl添加することによって停止した。 To compare the effects of various modifications to ARRESTOR oligonucleotides, the bases are all natural, but contain an amine at the 3 'end, an ARRESTOR oligonucleotide containing 2'O-methyl nucleotides, and an amine at the 3' end. The reaction was carried out using an ARRESTOR oligonucleotide with a moiety; and an ARRESTOR oligonucleotide that all contained 2′O-methyl nucleotides and an amine at the 3 ′ end. These were compared to reactions without ARRESTOR oligonucleotides. The reaction was carried out as follows. Two kinds of master liquid mixtures were prepared. Both mixes each contain 7 μl of 14.3 mM MOPS (pH 7.5), 500 femtomoles of the first INVADER oligo # 218-55-05 (SEQ ID NO: 596) and 10 ng of human genomic DNA (Novagen). Mixture A contains HBV genomic amplicon DNA, and Mixture B contains 600,00 molecules of HBV genomic amplicon DNA pAM6 # 2. The mixture was dispensed into reaction tubes at 7 μl / tube. Mixture A was dispensed into tubes 1, 2, 5, 6, 9, 10, 13 and 14, and mixture B was dispensed into tubes 3, 4, 7, 8, 11, 12, 15 and 16. The sample was heated at 95 ° C. for 4 minutes to denature the HBV DNA. The reaction was then cooled to 67 ° C. and 3 μl of a mixture containing 25 mM MgCl 2 , 25 pmoles 218-55-02B (SEQ ID NO: 603) and 30 ng AfuFEN1 enzyme per 3 μl was added to each sample. The sample was then incubated at 67 ° C. for 30 minutes. Four types of reaction master liquid mixtures were prepared. Both mixtures were mixed in 3 μl with 10 pmoles of second probe oligonucleotide # 228-48-04B (SEQ ID NO: 606) and 2.5 pmoles of second target oligonucleotide # 218-95-04 (SEQ ID NO: : 602). Mixture 2A contains no other oligonucleotides, Mixture 2B contains 100 pmoles of natural and amine ARRESTOR oligonucleotide # 241-62-01 (SEQ ID NO: 607), and Mixture 2C contains 100 pmoles of partially O- Oligonucleotide # 241-64-01 (SEQ ID NO: 609) containing oligonucleotide # 241-62-03 (SEQ ID NO: 608) containing methyl and amine, and Mixture 2D is 100 pmol of all O-methyl and amine )including. After first incubating at 67 ° C. for 30 minutes, the temperature was adjusted to 52 ° C. and 3 μl of the second reaction mixture was added to each sample as follows. Mixture 2A was added to samples # 1-4. Mixture 2B was added to Samples # 5-8. Mixture 2C was added to samples # 9-12. Mixture 2D was also added to samples # 13-16. The sample was incubated at 52 ° C. for 30 minutes. The reaction was then stopped by adding 10 μl of a 95% formamide solution containing 10 mM EDTA and 0.2% crystal violet.

いずれの試料も95℃で2分間加熱し、4μlの各試料を、45mMトリス-ホウ酸(pH8.3)および1.4mMのEDTAを含む緩衝液中で、7M尿素を含む20%変性アクリルアミドゲル(架橋19:1)の電気泳動によって分画した。Molecular Dynamics Fluoroimager 595(励起488、 発光530)を用いて、結果を画像化した。得られた像を図36Bに示した。   Both samples were heated at 95 ° C. for 2 minutes, and 4 μl of each sample was added to a 20% denaturing acrylamide gel containing 7 M urea in a buffer containing 45 mM Tris-borate (pH 8.3) and 1.4 mM EDTA ( Fractionation was performed by cross-linking 19: 1) electrophoresis. The results were imaged using a Molecular Dynamics Fluoroimager 595 (excitation 488, emission 530). The resulting image is shown in FIG. 36B.

図36Aにおいて、左側のパネルは、ARRESTORオリゴヌクレオチドを含まない反応を示し、右側のパネルは、すべてが天然であるARRESTORオリゴヌクレオチドを含む反応のデータを示す。各パネルの最初の2レーンは標的を含まない対照であり、第二のセットのレーンは標的を含む。各パネルの下4分の1に切断産物が見える。特異的反応産物が泳動された位置を左右に矢印で示した。   In FIG. 36A, the left panel shows the reaction without the ARRESTOR oligonucleotide and the right panel shows the data for the reaction with the ARRESTOR oligonucleotide that is all natural. The first two lanes in each panel are controls without target and the second set of lanes contains target. The cleavage product is visible in the lower quarter of each panel. The position where the specific reaction product was migrated is indicated by arrows on the left and right.

これらのデータを調べた結果、ARRESTORオリゴヌクレオチドの非存在下で実施した複数回の反応は、質的に再現性を示し、標的が存在する時にのみ有意な切断が起こることが分かった。対照的に、反応が別の非修飾オリゴヌクレオチドを含む場合には、複数レーン間で大きく異なっていた(例えば、レーン5および6には同一の反応物を含むが、顕著に異なる結果を生じた)。 すべて天然であるARRESTORオリゴヌクレオチドを添加した場合には、これらの標的を含まないレーンでは、むしろバックグラウンドが減少し、他の部位における切断が増加した(すなわち、パネルを挟む矢印で示したもの以外のバンド)。このような理由で、図36Bに示す効果を有する上記のような修飾を利用した。   Examination of these data revealed that multiple reactions performed in the absence of ARRESTOR oligonucleotide were qualitatively reproducible and significant cleavage occurred only when the target was present. In contrast, when the reaction contained another unmodified oligonucleotide, it was significantly different between multiple lanes (eg, lanes 5 and 6 contained the same reactant but produced significantly different results) ). When all-natural ARRESTOR oligonucleotides were added, the lanes that did not contain these targets would rather have a reduced background and increased cleavage at other sites (i.e. other than those indicated by the arrows across the panel). Band). For this reason, the above modification having the effect shown in FIG. 36B was used.

図36Bの最初の4レーンは、ARRESTORオリゴヌクレオチドを含まず、HBV標的(それぞれ、レーン1および2、ならびにレーン3および4)を含むあるいは含まない二重反応の産物を示す。次の4つのレーン5、6、7および8は、3'末端アミンを有する天然ARRESTORオリゴヌクレオチドを用いた。レーン9、10および11、12では、2'O-メチル・ヌクレオチドを含む3'部分と3'末端にアミンを有するARRESTORオリゴヌクレオチドを用いた。レーン13、14および15、16では、すべて2'O-メチル・ヌクレオチドであり、3'末端アミンを有するARRESTORオリゴヌクレオチドを用いた。各パネルの下に3分の1に第二のプローブの切断産物が観察される。   The first four lanes in FIG. 36B show the product of the double reaction without the ARRESTOR oligonucleotide and with or without the HBV target (lanes 1 and 2, and lanes 3 and 4, respectively). The next four lanes 5, 6, 7 and 8 used natural ARRESTOR oligonucleotides with a 3 ′ terminal amine. In lanes 9, 10 and 11, 12, ARRESTOR oligonucleotides with a 3 ′ moiety containing 2′O-methyl nucleotides and an amine at the 3 ′ end were used. In lanes 13, 14 and 15, 16 all ARRESTOR oligonucleotides that are 2'O-methyl nucleotides and have a 3 'terminal amine were used. The cleavage product of the second probe is observed in the bottom third of each panel.

これらのデータの視覚的検索によって、天然ARRESTORオリゴヌクレオチドの3'末端にアミンを付加することによって、図36Aに見られる異常切断が抑制されるが、本ARRESTORオリゴヌクレオチドは、 非ARRESTORオリゴヌクレオチドの対照と比較して反応の性能を改善しないことが分かる。対照的に、ARRESTORオリゴヌクレオチドに 2'O-メチル・ヌクレオチドを利用することによって、置換が部分的なものであっても、完全なものであっても、バックグラウンドが減少する。このような修飾の相対効果を定量する目的で、同時に移動する産物のバンドそれぞれからの蛍光を測定し、二重複製レーンのシグナルを平均し、標的核酸を含む各反応について「折り畳みバックグラウンド」を算出した。   A visual search of these data suppresses the aberrant cleavage seen in Figure 36A by adding an amine to the 3 'end of the native ARRESTOR oligonucleotide, but the ARRESTOR oligonucleotide is a non-ARRESTOR oligonucleotide control. It can be seen that the performance of the reaction is not improved as compared with. In contrast, utilizing 2'O-methyl nucleotides for ARRESTOR oligonucleotides reduces background whether the substitution is partial or complete. In order to quantify the relative effects of such modifications, the fluorescence from each of the simultaneously moving product bands is measured, the signals in the duplicate replication lanes are averaged, and a “folding background” is provided for each reaction containing the target nucleic acid. Calculated.

ARRESTORオリゴヌクレオチドを省略した場合には、標的特異的シグナル(レーン3、4)は、標的を含まないバックグラウンドに対して27倍であり、天然ARRESTORオリゴヌクレオチドおよびアミンでは、バックグラウンドに対し17倍のシグナル与えた。部分的な2'O-メチルおよびアミンでは、バックグラウンドに対し47倍のシグナル与えた。すべて2'O-メチルおよびアミンである場合には、バックグラウンドに対し33倍のシグナル与えた。   If the ARRESTOR oligonucleotide is omitted, the target-specific signal (lanes 3 and 4) is 27-fold over background without target, and 17-fold over background with native ARRESTOR oligonucleotide and amine Gave a signal. Partial 2'O-methyl and amine gave 47-fold signal over background. All 2′O-methyl and amine gave 33 times signal over background.

これらの図面は、いずれの修飾も複数の連続する侵襲的切断アッセイ法の特異性に対して有効であることを示している。また、部分的であれ完全にであれ2'O-メチル置換骨格の利用はこれらの反応の特異性を顕著に改善することも示している。本発明の各種の態様において、修飾の数がいずれであれ、ARRESTORオリゴヌクレオチドもしくはヌクレアーゼに耐性第一の標的を形成する複合体の修飾によって同様に促進が起こるようにする。   These figures show that any modification is effective against the specificity of multiple consecutive invasive cleavage assays. It has also been shown that the use of 2'O-methyl substituted skeletons, either partially or completely, significantly improves the specificity of these reactions. In various embodiments of the invention, whatever the number of modifications, the enhancement is similarly caused by modification of the complex that forms a first target resistant to ARRESTOR oligonucleotides or nucleases.

実施例17
複数の連続する侵襲的切断アッセイ法におけるシグナル増強に対するARRESTORオリゴヌクレオチドの長さの効果
「発明の説明」に記載されるように、ARRESTORオリゴヌクレオチドの至適長さは、INVADER反応他の核酸要素の設計、特に、第一のプローブの設計に依存する。本実施例では、2種類の異なる第二のプローブを用いたシステムでARRESTORオリゴヌクレオチドの長さの相違の効果を調べた。第一のプローブ・オリゴヌクレオチドにハイブリダイズし得るこれらのARRESTORオリゴヌクレオチドを並列させた模式図を図37Cに示す。この図では、標的核酸を認識する第一のプローブの領域を下線で示した。下線付けされていない部分、および下線で示された部分の第一の塩基は、第一の切断で遊離する部分であり、第二もしくは以降の切断構造に関与し続ける。
Example 17
Effect of ARRESTOR oligonucleotide length on signal enhancement in multiple consecutive invasive cleavage assays As described in the "Description of the Invention", the optimal length of an ARRESTOR oligonucleotide depends on the INVADER reaction and other nucleic acid elements. Depends on the design, in particular the design of the first probe. In this example, the effect of the difference in the length of the ARRESTOR oligonucleotide was examined in a system using two different types of second probes. A schematic diagram of these ARRESTOR oligonucleotides that can hybridize to the first probe oligonucleotide in parallel is shown in FIG. 37C. In this figure, the region of the first probe that recognizes the target nucleic acid is underlined. The part that is not underlined and the first base of the part that is underlined is the part that is released by the first cleavage and continues to be involved in the second or subsequent cleavage structure.

いずれの反応も2回ずつ実施した。INVADER反応は最終容積10μlで行い、10mM MOPS、pH7.5、mM MgCl2、500フェムトモルの第一のINVADER 241-95-01(配列番号:610)、25ピコモルの第一のプローブ 241-95-02(配列番号:611)、30ngのAfuFEN1酵素、および10ngのヒトゲノムDNAを含む。また、1アトモルのHBVアンプリコン pAM 6 #2を含むこともある。MOPS、標的DNA、およびINVADERオリゴヌクレオチドを混合して最終容積7μlにした。試料を95℃5分間加熱変性して、67℃に冷却した。5分間の変性の間に、MgCl2、プローブおよび酵素を混合した。3μlのMgCl2、プローブ、および酵素の混合物を上記の最終濃度で添加することによって、第一のINVADER反応を開始した。反応液を67℃で30分保温した。次に、反応を52℃に冷却し、各第一のINVADER反応に、3μlのの総容積で以下の第二の反応成分を加えた。すなわち、2.5ピコモルの第二の標的241-95-07(配列番号:612);10ピコモルの第二のプローブ 228-48-04(配列番号:598)または228-48-04N(配列番号:604)および241-95-03(配列番号:613)、241-95-04(配列番号:614)、241-95-05(配列番号:615)または241-95-06(配列番号:616)のいずれかの100ピコモルのARRESTORオリゴヌクレオチドである。ARRESTORオリゴヌクレオチドの効果に関する対照として、ARRESTORオリゴヌクレオチドを省略した反応を用いた。 Each reaction was performed twice. The INVADER reaction was performed in a final volume of 10 μl, 10 mM MOPS, pH 7.5, mM MgCl 2 , 500 femtomole of the first INVADER 241-95-01 (SEQ ID NO: 610), 25 pmoles of the first probe 241-95- 02 (SEQ ID NO: 611), 30 ng AfuFEN1 enzyme, and 10 ng human genomic DNA. It may also contain 1 atmol of HBV amplicon pAM 6 # 2. MOPS, target DNA, and INVADER oligonucleotide were mixed to a final volume of 7 μl. The sample was heat denatured at 95 ° C. for 5 minutes and cooled to 67 ° C. During the denaturation of 5 min, it was mixed MgCl 2, probe and enzyme. The first INVADER reaction was initiated by adding 3 μl of MgCl 2 , probe, and enzyme mixture at the above final concentrations. The reaction solution was kept at 67 ° C. for 30 minutes. The reaction was then cooled to 52 ° C. and the following second reaction components were added to each first INVADER reaction in a total volume of 3 μl. That is, 2.5 pmoles of the second target 241-95-07 (SEQ ID NO: 612); 10 pmoles of the second probe 228-48-04 (SEQ ID NO: 598) or 228-48-04N (SEQ ID NO: 604) ) And 241-95-03 (SEQ ID NO: 613), 241-95-04 (SEQ ID NO: 614), 241-95-05 (SEQ ID NO: 615) or 241-95-06 (SEQ ID NO: 616) Any 100 picomolar ARRESTOR oligonucleotide. As a control for the effect of the ARRESTOR oligonucleotide, a reaction in which the ARRESTOR oligonucleotide was omitted was used.

反応を52℃で34分間保温し、次に、反応は、10mM EDTAおよび0.02%クリスタルバイオレットを含む95%のホルムアミド溶液を10μl添加することによって停止した。試料はいずれも95℃で1分間加熱し、4μlの各試料を、45mMトリス-ホウ酸(pH8.3)および1.4mMのEDTAを含む緩衝液中で、7M尿素を含む20%変性アクリルアミドゲル(架橋19:1)の電気泳動によって分画した。Molecular Dynamics Fluoroimager 595(励起488、 発光530)を用いて、結果を画像化した。より短い、およびより長い第二のプローブを含む反応に関して得られた像を、それぞれ図37Aおよび図37Bに示した。   The reaction was incubated at 52 ° C. for 34 minutes, then the reaction was stopped by adding 10 μl of a 95% formamide solution containing 10 mM EDTA and 0.02% crystal violet. All samples were heated at 95 ° C. for 1 minute, and 4 μl of each sample was added to a 20% denaturing acrylamide gel containing 7 M urea in a buffer containing 45 mM Tris-borate (pH 8.3) and 1.4 mM EDTA ( Fractionation was performed by cross-linking 19: 1) electrophoresis. The results were imaged using a Molecular Dynamics Fluoroimager 595 (excitation 488, emission 530). Images obtained for reactions involving shorter and longer second probes are shown in FIGS. 37A and 37B, respectively.

各々の図において、各レーンの下半分にバンドとして切断産物が観察される。各図の最初の4レーンは、ARRESTORオリゴヌクレオチドを含まず、HBV標的を含むあるいは含まない(それぞれレーンのセット1および2)二重反応の産物であり、次の4レーンのセット3および4では最も短いARRESTOR 241-95-03(配列番号:613)を用いた。レーン5および6では、241-95-04(配列番号:614) を用いた。レーン7および8では、241-95-05(配列番号:615)を用いた。レーン9および10では、241-95-06(配列番号:616)を用いた。   In each figure, the cleavage product is observed as a band in the lower half of each lane. The first 4 lanes in each figure do not contain the ARRESTOR oligonucleotide and are the products of the double reaction with or without the HBV target (lane sets 1 and 2 respectively), and in the next 4 lane sets 3 and 4 The shortest ARRESTOR 241-95-03 (SEQ ID NO: 613) was used. In lanes 5 and 6, 241-95-04 (SEQ ID NO: 614) was used. In lanes 7 and 8, 241-95-05 (SEQ ID NO: 615) was used. In lanes 9 and 10, 241-95-06 (SEQ ID NO: 616) was used.

問題としている主たるバックグラウンドは、「標的を含まない」対照レーン(奇数;このバンドは、各ゲル・パネルの下に近い標的特異的シグナルと一緒に移動する)バンドである。最も短いARRESTORオリゴヌクレオチドが、このバックグラウンドを抑制することにおいて最も効果が低く、ARRESTORオリゴヌクレオチドが以降の切断反応に関与する部分へさらに伸長した時に効力が増すことが、見て分かる。このような効果の差があったとしても、これらのデータから、ARRESTORオリゴヌクレオチドの設計の許容範囲が広いことが分かる。長さの選択は、ARRESTORオリゴヌクレオチドを用いた反応を実施する際の温度、第一のプローブと標的との間、ならびに第一のプローブと第二の標的との間で形成する二重鎖の長さ、および反応中の異なる核酸種の相対濃度によって影響を受ける。   The main background in question is the “target free” control lane (odd; this band migrates with the target specific signal near the bottom of each gel panel). It can be seen that the shortest ARRESTOR oligonucleotide is least effective in suppressing this background and becomes more potent when the ARRESTOR oligonucleotide is further extended to the part involved in subsequent cleavage reactions. Even with this difference in effect, these data show that the design tolerance of ARRESTOR oligonucleotides is broad. The choice of length depends on the temperature at which the reaction with the ARRESTOR oligonucleotide is performed, the duplex formed between the first probe and the target, and between the first probe and the second target. It is affected by the length and the relative concentration of different nucleic acid species in the reaction.

実施例18
複数の連続する侵襲的切断アッセイ法におけるシグナル増強に対するARRESTORオリゴヌクレオチド濃度の効果
これらの切断反応にARRESTORオリゴヌクレオチドを含むことの効果を検討する際には、第一のプローブが過剰の濃度である時のARRESTORオリゴヌクレオチド濃度が、非特異的もしくは特異的シグナルの収率に影響を与えるか否か、ARRESTORオリゴヌクレオチドの長さが一つの因子となるか否かを調べることが焦点であった。これら2種の変数については、以下の実施例で調べた。
Example 18
Effect of ARRESTOR oligonucleotide concentration on signal enhancement in multiple sequential invasive cleavage assays When investigating the effects of including ARRESTOR oligonucleotides in these cleavage reactions, the first probe is at an excessive concentration. The focus was to determine whether the concentration of the ARRESTOR oligonucleotide affected the yield of non-specific or specific signals and whether the length of the ARRESTOR oligonucleotide was a factor. These two variables were examined in the following examples.

いずれの反応も2回ずつ実施した。第一のINVADER反応は最終容積10μlで行い、10mM MOPS、pH7.5、7.5mM MgCl2、500フェムトモルの第一のINVADER 241-95-01(配列番号:610)、25ピコモルの 第一のプローブ 241-95-02(配列番号:611);30ngのAfuFEN1酵素、および10ngのヒトゲノムDNAを含む。標的DNAを含む場合には、上記のHBVアンプリコン pAM 6 #2を1アトモル含む。MOPS、標的およびINVADERオリゴヌクレオチドを混合して最終容積7μlにした。試料を95℃5分間加熱変性して、67℃に冷却した。5分間の変性の間に、MgCl2、プローブおよび酵素を混合した。3μlのMgCl2、 プローブおよび酵素の混合物を上記の最終濃度で添加することによって、第一のINVADER反応を開始した。反応液を67℃で30分保温した。次に、反応を52℃に冷却し、各第一のINVADER反応に、以下の第二の反応成分を加えた。すなわち、2.5ピコモルの第二の標的241-95-07(配列番号:612)、10ピコモルの第二のプローブ 228-48-04(配列番号:598)、また、50、100、もしくは200ピコモルのARRESTORオリゴヌクレオチド 241-95-03(配列番号:613)または241-95-05(配列番号:615)を含むこともある。総容積は3μlであった。次に、反応を52℃で35分間保温した。反応は、10mM EDTAおよび0.02%クリスタルバイオレットを含む95%のホルムアミド溶液を10μl添加することによって停止した。試料はいずれも95℃で1分間加熱し、4μlの各試料を、45mMトリス-ホウ酸(pH8.3)および1.4mMのEDTAを含む緩衝液中で、7M尿素を含む20%変性アクリルアミドゲル(架橋19:1)の電気泳動によって分画した。Molecular Dynamics Fluoroimager 595(励起488、 発光530)を用いて、結果を画像化した。得られた像を、複合化像として、図38に示した。 Each reaction was performed twice. The first INVADER reaction was performed in a final volume of 10 μl, 10 mM MOPS, pH 7.5, 7.5 mM MgCl 2 , 500 femtomole of the first INVADER 241-95-01 (SEQ ID NO: 610), 25 pmol of the first probe 241-95-02 (SEQ ID NO: 611); contains 30 ng AfuFEN1 enzyme and 10 ng human genomic DNA. When the target DNA is included, 1 attomole of the above HBV amplicon pAM 6 # 2 is included. MOPS, target and INVADER oligonucleotide were mixed to a final volume of 7 μl. The sample was heat denatured at 95 ° C. for 5 minutes and cooled to 67 ° C. During the denaturation of 5 min, it was mixed MgCl 2, probe and enzyme. The first INVADER reaction was initiated by adding 3 μl of MgCl 2 , probe and enzyme mixture at the final concentrations described above. The reaction solution was kept at 67 ° C. for 30 minutes. The reaction was then cooled to 52 ° C. and the following second reaction components were added to each first INVADER reaction. That is, 2.5 pmoles of the second target 241-95-07 (SEQ ID NO: 612), 10 pmoles of the second probe 228-48-04 (SEQ ID NO: 598), and 50, 100, or 200 pmoles of May also contain ARRESTOR oligonucleotides 241-95-03 (SEQ ID NO: 613) or 241-95-05 (SEQ ID NO: 615). The total volume was 3 μl. The reaction was then incubated at 52 ° C. for 35 minutes. The reaction was stopped by adding 10 μl of a 95% formamide solution containing 10 mM EDTA and 0.02% crystal violet. All samples were heated at 95 ° C. for 1 minute, and 4 μl of each sample was added to a 20% denaturing acrylamide gel containing 7 M urea in a buffer containing 45 mM Tris-borate (pH 8.3) and 1.4 mM EDTA ( Fractionation was performed by cross-linking 19: 1) electrophoresis. The results were imaged using a Molecular Dynamics Fluoroimager 595 (excitation 488, emission 530). The obtained image is shown in FIG. 38 as a composite image.

各2重の反応をゲルの隣接したレーンに添加して、単一レーン番号とした。奇数番号のレーンはいずれも標的を含まない対照である。レーン1および2は、ARRESTORオリゴヌクレオチドを含まない。レーン3〜8は、より短いARRESTORオリゴヌクレオチド241-95-03(配列番号:613)を含む反応の結果を示す。レーン9〜14は、より長いARRESTORオリゴヌクレオチド241-95-05(配列番号:615)を含む反応の結果を示す。各パネルの下3分の1に第二の反応の切断産物が観察できる。これらのデータを目視で検索する(すなわち、バックグラウンドのバンドに対するの特異的産物の比較)ことによって、それぞれのARRESTORオリゴヌクレオチドが、いずれの濃度においても有効であることが分かる。   Each duplicate reaction was added to adjacent lanes in the gel to give a single lane number. All odd numbered lanes are controls that do not contain target. Lanes 1 and 2 do not contain the ARRESTOR oligonucleotide. Lanes 3-8 show the results of reactions containing shorter ARRESTOR oligonucleotides 241-95-03 (SEQ ID NO: 613). Lanes 9-14 show the results of the reaction containing the longer ARRESTOR oligonucleotide 241-95-05 (SEQ ID NO: 615). The cleavage product of the second reaction can be observed in the lower third of each panel. A visual search of these data (ie, comparison of specific products to background bands) shows that each ARRESTOR oligonucleotide is effective at any concentration.

ARRESTORオリゴヌクレオチドの長さおよび濃度の相対効果を定量するために、同時に移動する産物のバンドの各々を測定し、二重レーンのシグナルを平均し、「折り畳みバックグラウンド」(シグナル+標的/シグナル−標的)を標的核酸を含む各反応について算出した。ARRESTORオリゴヌクレオチドを含まない反応では、バックグラウンドに対し約27倍のシグナルを得た。より短いARRESTORオリゴヌクレオチドを50、100もしくは200ピコモル含む場合には、それぞれ、バックグラウンドに対し42倍、51倍および60倍の産物を生成した。このことは、最も低い濃度の短いARRESTOR は、より長いARRESTORオリゴヌクレオチド(例えば、上記の実施例を参照)よりも効果が低いことを示し、ARRESTORオリゴヌクレオチドの濃度を増加させることによって、ARRESTORオリゴヌクレオチド:第一のプローブ比を増加させ、これを補償することが可能となる。   To quantify the relative effects of ARRESTOR oligonucleotide length and concentration, each of the simultaneously moving product bands was measured, the double lane signal was averaged, and the “folded background” (signal + target / signal− Target) was calculated for each reaction containing the target nucleic acid. The reaction without the ARRESTOR oligonucleotide gave a signal approximately 27 times the background. Inclusion of 50, 100 or 200 pmoles of shorter ARRESTOR oligonucleotides produced 42-fold, 51-fold and 60-fold products, respectively, relative to the background. This indicates that the lowest concentration of short ARRESTOR is less effective than longer ARRESTOR oligonucleotides (see, eg, the examples above), and by increasing the concentration of the ARRESTOR oligonucleotide, the ARRESTOR oligonucleotide : The first probe ratio can be increased and compensated.

対照的に、50、100もしくは200ピコモルでより長いARRESTORオリゴヌクレオチドを含む場合には、それぞれバックグラウンドに対して、60倍、32倍および24倍の産物が生成した。最も低い濃度において、より短いARRESTORオリゴヌクレオチドと比較した時のこのより長いARRESTORオリゴヌクレオチドの効果は、上記の実施例と合致した。しかしながら、濃度が増加すると、特異的産物の収率は減少した。このことは、第二の切断反応の要素と競合する効果を示唆するものである。   In contrast, containing longer ARRESTOR oligonucleotides at 50, 100, or 200 pmol produced 60-, 32-, and 24-fold products, respectively, relative to the background. The effect of this longer ARRESTOR oligonucleotide when compared to the shorter ARRESTOR oligonucleotide at the lowest concentration was consistent with the above example. However, as the concentration increased, the yield of specific product decreased. This suggests an effect competing with the elements of the second cleavage reaction.

このデータは、複数の特異的反応の設計において、ARRESTORオリゴヌクレオチドを好適に利用できることを示している。濃度の選択は、ARRESTORオリゴヌクレオチドを用いた反応を実施する際の温度、第一のプローブと標的との間、ならびに第一のプローブと第二の標的との間、および第一のプローブとARRESTORオリゴヌクレオチド間で形成する二重鎖の長さによって影響を受ける。   This data shows that ARRESTOR oligonucleotides can be used favorably in the design of multiple specific reactions. The choice of concentration depends on the temperature at which the reaction with the ARRESTOR oligonucleotide is performed, between the first probe and target, and between the first probe and second target, and between the first probe and ARRESTOR. It is affected by the length of the duplex formed between the oligonucleotides.

本明細書に記載されるHBV以外の標的核酸オリゴヌクレオチドの選択(例えば、オリゴヌクレオチドの組成および長さ)、および本明細書に記載されるモデルに従う切断反応条件の最適化については、分子生物学的方法における、当業者に公知の通常の方法および通常的な実施に従う。   Molecular biology for the selection of target nucleic acid oligonucleotides other than HBV as described herein (eg, oligonucleotide composition and length) and optimization of cleavage reaction conditions according to the model described herein. The usual methods known to those skilled in the art and the usual practices are followed.

切断構造を作り出すためには、上流のINVADERオリゴヌクレオチドおよび下流のプローブ・オリゴヌクレオチド間に重複を必要とする酵素も存在することを、実施例10は示している(図27)。それが、INVADERオリゴヌクレオチド中の重複塩基でしかないとしても(例えば、図30に示すHCMVプローブを有する場合)、INVADERオリゴヌクレオチドの3'末端のヌクレオチドは、標的鎖と相補的である必要はないことも明らかとなった。重複の要件によって、核酸試料中の単一塩基多型(SNP)もしくは変異の検出に簡便性の基礎を与えることができる。   Example 10 shows that there are also enzymes that require overlap between the upstream INVADER oligonucleotide and the downstream probe oligonucleotide to create a cleavage structure (FIG. 27). Even if it is only an overlapping base in the INVADER oligonucleotide (eg, with the HCMV probe shown in FIG. 30), the nucleotide at the 3 ′ end of the INVADER oligonucleotide need not be complementary to the target strand. It became clear. The requirement for duplication can provide a basis for simplicity in detecting single nucleotide polymorphisms (SNPs) or mutations in nucleic acid samples.

単一塩基の変異を検出するためには、少なくとも2種のオリゴヌクレオチド(例えば、プローブとINVADERオリゴヌクレオチド)が標的核酸に対し縦列にハイブリダイズして、反応中のCLEAVASE 酵素が認識する重複構造を形成する。不対合「フラップ」は、プローブの5'端に含まれる。酵素は該重複を認識して、不対合フラップを切断し、標的特異的産物としてこれを遊離する。重複構造に強い選択性を有する酵素、すなわち、非重複構造を切断するよりも、かなり高い頻度で重複構造を切断する酵素としては、アルカエグロブス・フルギダス(Archaeoglobus fulgidus)およびピロコッカス・フリオサス由来のFEN-1 酵素が挙げられ、このような酵素は、変異およびSNPの検出に特に好ましい。   To detect single base mutations, at least two oligonucleotides (eg, probes and INVADER oligonucleotides) are hybridized in tandem to the target nucleic acid, resulting in an overlapping structure recognized by the CLEAVASE enzyme in the reaction. Form. Unpaired “flaps” are included at the 5 ′ end of the probe. The enzyme recognizes the overlap and cleaves the unmatched flap and releases it as a target-specific product. Enzymes with strong selectivity for overlapping structures, ie enzymes that cleave overlapping structures at a much higher frequency than cleaving non-overlapping structures, include FEN from Archaeobus fulgidus and Pyrococcus furiosus -1 enzymes, such enzymes are particularly preferred for the detection of mutations and SNPs.

実施例19
mRNA INVADERアッセイ法を実施するためのキット
ある態様においては、本発明は、本発明を実施するために必要な成分のうちの1つまたは複数を含むキットを提供する。例えば、本発明は、切断アッセイ法を実施するのに必要な本発明の酵素および/もしくは反応成分(例えば、INVADERアッセイ法)を保存、もしくは配送するためのキットを提供する。一例として、しかしながら本発明のキットを成分の特定の配置もしくは組み合わせに限定することなく、本発明を実施するためのキットの一態様を、以下の節に記載する。
Example 19
Kits for Performing an mRNA INVADER Assay In certain embodiments, the present invention provides kits that include one or more of the components necessary to practice the present invention. For example, the present invention provides kits for storing or delivering the enzymes and / or reaction components (eg, INVADER assay) of the present invention necessary to perform a cleavage assay. As an example, however, without limiting the kit of the present invention to a specific arrangement or combination of components, one embodiment of a kit for carrying out the present invention is described in the following section.

ある態様においては、本発明のキットは、以下の試薬を提供する:

Figure 0005661071
In certain embodiments, the kits of the invention provide the following reagents:
Figure 0005661071

本発明の方法に好適に利用される第一のオリゴヌクレオチドおよび第二のオリゴヌクレオチドの例を図41に示す。表記のオリゴヌクレオチドは本発明の複数の方法および変法に利用されるが、これらのINVADERアッセイ法のオリゴヌクレオチド・セットは本発明のキットにおいて特定の用途がある。図41に示すオリゴヌクレオチド・セットを個々のセットとして利用し、個々の標的RNAを検出することができる。あるいは、単一反応において2つもしくはそれ以上の検体あるいは対照を検出するために二重もしくは複数の反応において、組み合わせることができるこれらのプローブ・セット(例えば、オリゴヌクレオチドおよび/もしくはその配列)の設計は、本明細書に提供される反応の設計および最適化に関する指針を用いて、DNA検出アッセイ法の用途に利用し得る。本発明の検出アッセイおよびキットに利用される別のオリゴヌクレオチドを図47に示す。   FIG. 41 shows examples of the first oligonucleotide and the second oligonucleotide that are preferably used in the method of the present invention. While the indicated oligonucleotides are utilized in several methods and variations of the invention, these INVADER assay oligonucleotide sets have particular application in the kits of the invention. The oligonucleotide sets shown in FIG. 41 can be used as individual sets to detect individual target RNAs. Alternatively, design of these probe sets (eg, oligonucleotides and / or sequences thereof) that can be combined in double or multiple reactions to detect two or more analytes or controls in a single reaction May be utilized for DNA detection assay applications using the guidelines for reaction design and optimization provided herein. Another oligonucleotide utilized in the detection assays and kits of the invention is shown in FIG.

ある態様においては、本発明のキットは、本発明の方法を実施するためにユーザーによって供給される付加的な要素(例えば、試薬、提供元、および/もしくは設備)のリストを提供する。例えば、このような付加的な要素のリストを特定の要素に限定するものではないが、このようなリストの態様の1つとしては、以下ものが挙げられる。
・RNase不含H2O(例えば、DEPC処理したもの)
・透明なCHILLOUT-14 液体ワックス(MJ Research)もしくはRNase不含の光学グレードの鉱油(Sigma、カタログ番号M-5904)
・リン酸緩衝食塩水(MgCl2およびCaCl2不含)
・96ウェルポリプロピレン・マイクロプレート(MJ Research、カタログ番号MSP-9601)
・0.2mlの薄壁チューブ
・サーマシール(Thermaseal)ウェル・テープ(例えば、 GeneMate、カタログ番号T-2417-5)
・多チャネル・ピペット(0.5〜10μl、2.5〜20μl、20〜200μl)
・サーマル・サイクラーまたはその他の加熱源(例えば、実験室用乾燥器または加温ブロック)
・蛍光マイクロプレート読み取り装置(好適なプレート読み取り装置は、光学フィルターを備え、以下の性質を有したトップ・リーディング型のもの)

Figure 0005661071
In certain embodiments, the kits of the invention provide a list of additional elements (eg, reagents, providers, and / or equipment) that are supplied by the user to perform the methods of the invention. For example, the list of such additional elements is not limited to a specific element, but one example of such a list includes the following.
・ RNase-free H 2 O (eg, DEPC-treated)
Transparent CHILLOUT-14 liquid wax (MJ Research) or RNase-free optical grade mineral oil (Sigma, catalog number M-5904)
・ Phosphate buffered saline (without MgCl 2 and CaCl 2 )
・ 96-well polypropylene microplate (MJ Research, Catalog No. MSP-9601)
・ 0.2ml thin wall tube ・ Thermaseal well tape (eg GeneMate, catalog number T-2417-5)
・ Multi-channel pipette (0.5-10μl, 2.5-20μl, 20-200μl)
Thermal cycler or other heating source (eg laboratory dryer or heating block)
・ Fluorescence microplate reader (Preferred plate reader is a top-reading type equipped with an optical filter and has the following properties)
Figure 0005661071

ある態様においては、本発明のキットは、本発明の方法の実施を容易にするためにユーザーによって供給される選択的な要素(例えば、試薬、提供元、および/もしくは設備)のリストを提供する。例えば、このような選択的な要素のリストを特定の要素に限定するものではないが、このようなリストの態様の1つとしては、以下ものが挙げられる。
・tRNA 溶液、20ng/μl(Sigma, R-5636)
・1x停止液(10mM トリス-HCl、pH8、10mM EDTA)
・黒色不透明の96ウェルマイクロプレート(例えば、 COSTAR、カタログ番号3915)
・電動反複ピペット(250μl)
In some embodiments, the kits of the invention provide a list of optional elements (eg, reagents, providers, and / or equipment) that are supplied by the user to facilitate the performance of the methods of the invention. . For example, although such a list of selective elements is not limited to a specific element, one aspect of such a list is as follows.
・ TRNA solution, 20ng / μl (Sigma, R-5636)
・ 1x stop solution (10 mM Tris-HCl, pH 8, 10 mM EDTA)
• Black opaque 96-well microplate (eg, COSTAR, catalog number 3915)
・ Electric reversible pipette (250μl)

キットのある態様においては、詳細なプロトコールが提供される。好ましい態様においては、INVADERアッセイ反応の調製プロトコール(例えば、処方、反応混合物の好ましい作製法)が提供される。 特に好ましい態様においては、反応混合物の調製プロトコールは、本発明の方法の実施の際の失敗のリスクを低減するためにコンピュータもしくはグラフの支援を含む(例えば、複数反応に必要な試薬の容量計算を容易にする表、および多数のアッセイ反応を含む複数ウェルのアッセイ・プレートの配置を支援する指針となるプレートのレイアウト)。このようなプロトコールを、特定の成分もしくは形態に限定するものではないが、一例として、本発明のキットは以下のプロトコールを含む。   In some embodiments of the kit, detailed protocols are provided. In preferred embodiments, INVADER assay reaction preparation protocols (eg, formulations, preferred methods of making reaction mixtures) are provided. In a particularly preferred embodiment, the reaction mixture preparation protocol includes computer or graph assistance to reduce the risk of failure in carrying out the methods of the invention (eg, calculating the volume of reagents required for multiple reactions). Tables to facilitate, and guide plate layout to assist in the placement of multi-well assay plates containing multiple assay reactions). Although such protocols are not limited to specific components or forms, by way of example, the kit of the present invention includes the following protocols.

I. mRNA INVADERアッセイ法の詳細なプロトコール
1.各実験の実施に関するマイクロプレート・レイアウトの計画を立てる。40試料、6つの標準、標的を含まない対照のマイクロプレート・レイアウトの例を図40に示す。標的を含まない対照の組成(tRNA担体または1x細胞溶解緩衝液1)および定量用の標準は絶対的定量に必要である。
I. Detailed protocol for mRNA INVADER assay
1. Develop a microplate layout plan for each experimental run. An example of a control microplate layout with 40 samples, 6 standards, and no target is shown in FIG. A target-free control composition (tRNA carrier or 1x cell lysis buffer 1) and standard for quantification are required for absolute quantification.

2.単一アッセイもしくは2重アッセイ用の第一の反応混合液を調製する。アッセイ(X容積)に必要な反応組成の容積を算出するために、反応の数(試料および対照の両方)に1.25 を掛ける[x容積(μl)=反応数 x 1.25]。最後の試薬を添加した後、第一の反応混合液を簡単にボルテックスして混合液をよく混ぜる。第一の反応混合液からマイクロプレート当たり5μlを取り分ける(本工程では、電動反複ピペットが推薦される)。   2. Prepare first reaction mixture for single or dual assay. To calculate the volume of reaction composition required for the assay (X volume), multiply the number of reactions (both sample and control) by 1.25 [x volume (μl) = number of reactions x 1.25]. After adding the last reagent, vortex the first reaction mixture briefly and mix well. Dispense 5 μl per microplate from the first reaction mixture (in this step, an electric repeat pipette is recommended).

第一の反応混合液
単一アッセイ・フォーマット

Figure 0005661071
二重アッセイ・フォーマット
Figure 0005661071
First reaction mixture Single assay format
Figure 0005661071
Dual assay format
Figure 0005661071

3.標的を含まない対照、標準、もしくは試料(全RNAもしくは細胞可溶化物)をそれぞれ5μl適当なウェルに添加し、1〜2回ピペッティングして混合する。各反応に10μlの透明なCHTLLOUTまたは鉱油を重層する。サーマシールウェル・テープでマイクロプレートを密封する。   3. Add 5 μl each of control, standard or sample (total RNA or cell lysate) without target to the appropriate wells and mix by pipetting 1-2 times. Overlay each reaction with 10 μl of clear CHTLLOUT or mineral oil. Seal the microplate with therma seal well tape.

4.サーマル・サイクラーまたは乾燥器中で反応を90℃で60分間保温する。   4. Incubate the reaction at 90 ° C for 60 minutes in a thermal cycler or dryer.

5.第一の反応を保温しながら、単一もしくは2重アッセイ用の第二のFRET反応混合液を準備する。反応の数(試料および対照の両方)に1.25を掛けて[X容積(μl)=反応数x1.25]、必要な組成容積(X容積)を算出する。第二のFRET反応液の一部を、複数の0.2ml薄壁チューブまたは8連ストリップ(12反応の列には70μl/チューブで充分である)に添加する。   5. Prepare a second FRET reaction mixture for single or dual assays while keeping the first reaction warm. Multiply the number of reactions (both sample and control) by 1.25 [X volume (μl) = number of reactions × 1.25] to calculate the required composition volume (X volume). Add a portion of the second FRET reaction to multiple 0.2 ml thin-walled tubes or 8 strips (70 μl / tube is sufficient for 12 reaction rows).

第二のFRET反応混合液
単一アッセイ・フォーマット

Figure 0005661071
二重アッセイ・フォーマット
Figure 0005661071
Second FRET reaction mixture, single assay format
Figure 0005661071
Dual assay format
Figure 0005661071

6.第一の反応の保温が終了した後、マイクロプレートの密封を解除し、多チャネル・ピペットを用いてウェル当たり5μlの第二のFRET反応混合液を添加する。1〜2回ピペッティングして混合する。マイクロプレートをウェル・テープで再び密封し、製品情報シートに表記されるように、マイクロプレートを60℃で60分または90分保温する。第二の反応の保温時間は異なってもよい。詳細については、「mRNA INVADERアッセイ法の操作手順に関する注意」の節2を参照のこと。   6. After the incubation of the first reaction is complete, unseal the microplate and add 5 μl of the second FRET reaction mixture per well using a multichannel pipette. Mix by pipetting 1-2 times. Reseal the microplate with well tape and incubate the microplate at 60 ° C. for 60 or 90 minutes as indicated on the product information sheet. The incubation time for the second reaction may be different. For details, see Section 2 of “Notes on mRNA INVADER Assay Procedures”.

7.2種類の方法(直接測定または停止と移し替え)のうちのいずれかを用いて、反応を測定することができる。
注意:マイクロプレートの測定を実施する前に、マイクロプレートの密封を解除する。
Responses can be measured using any of the 7.2 methods ( direct measurement or stop and transfer ).
Note: Remove the microplate seal before performing the microplate measurement.

直接測定法
・この方法ではアッセイ法のダイナミックレンジを拡大するために複数のデータ・セットを取得することができる。第二のINVADER反応中に、トップ・リーディング型の蛍光マイクロプレート読み取り装置で直接マイクロプレートの測定を行うことができる。
・PerSeptive Biosystem Cytofluor 4000装置に推薦される設定を以下に示す。

Figure 0005661071
注意:至適ゲインの設定は装置毎に異なるので、最良のシグナル/バックグラウンド比(標的を含まない対照のシグナルで除した試料の生のシグナル)、または標的を含まない対照試料の測定値(約100RFU)を与えるようにゲインを調整する。光源としてキセノンランプを使用する蛍光マイクロプレート読み取り装置は一般的に、より高いRFUを与える。マイクロプレートの直接測定については、製造元の推奨に従い調整を行うために、蛍光マイクロプレート読み取り装置の探針の高さ、およびプレートがどのように配置されているかを知る必要がある。 Direct measurement method. In this method, multiple data sets can be acquired to expand the dynamic range of the assay. During the second INVADER reaction, the microplate can be measured directly with a top-reading fluorescent microplate reader.
The recommended settings for the PerSeptive Biosystem Cytofluor 4000 instrument are shown below.
Figure 0005661071
Note: Since the optimal gain setting varies from instrument to instrument, the best signal / background ratio (the raw signal of the sample divided by the control signal without the target) or the measurement of the control sample without the target ( Adjust the gain to give about 100RFU. Fluorescent microplate readers that use a xenon lamp as the light source generally give higher RFU. For direct measurement of the microplate, it is necessary to know the height of the probe of the fluorescent microplate reader and how the plates are arranged in order to make adjustments according to the manufacturer's recommendations.

停止と移し替え法
1. RNase不含H2Oを含むIX 停止液(l0mM トリス-HCl(pH8)、l0mM EDTA)を調製する。多チャネル・ピペットを用いて、ウェル当たり100μlを添加する。
2. 希釈した反応液100μlを黒色マイクロプレート(例えば、COSTAR(Corning)、カタログ番号3915)に移し替える。
3.直接測定法と同一のパラメーターを用いて、マイクロプレートの測定を行うが、標的対照試料の測定値が約100RFU(上記の「注意」を参照のこと)となるようにゲインを調整しておく。
Stop and transfer method
1. Prepare IX stop solution (10 mM Tris-HCl (pH 8), 10 mM EDTA) containing RNase-free H 2 O. Using a multichannel pipette, add 100 μl per well.
2. Transfer 100 μl of diluted reaction to a black microplate (eg, COSTAR (Corning), catalog number 3915).
3. Measure the microplate using the same parameters as the direct measurement method, but adjust the gain so that the measured value of the target control sample is about 100 RFU (see “Caution” above). deep.

ある態様においては、補助的方法, 例えば、付加的な試薬の調製、または本発明の方法に利用する試料の調製のための補助的方法に関するプロトコール等補足文書を提供する。好ましい態様においては、補足文書には、熟練していない、あるいは経験のないユーザーでも該方法およびキットを使いこなすことができるように指針および注意事項のリストが含まれる。特に好ましい態様においては、補足文書は、問題解決の指針、例えば、ユーザーが遭遇しうる問題を記述した指針、およびこのような問題を解決するもしくは避けるためのユーザー支援をする解決法もしくは訂正の示唆を与える指針を含む。   In certain embodiments, supplemental documentation is provided, such as protocols for auxiliary methods, eg, additional reagents, or auxiliary methods for sample preparation for use in the methods of the invention. In a preferred embodiment, the supplemental documentation includes a list of guidelines and precautions so that even unskilled or inexperienced users can use the method and kit. In a particularly preferred embodiment, the supplementary document contains problem-solving guidelines, such as guidelines that describe problems that users may encounter, and suggestions for solutions or corrections that assist the user in solving or avoiding such problems. Including guidelines to give

このような補足文書を特定の内容に限定するものではないが、例えば、本発明のキットは以下の方法および指針を含む。   Although such supplementary documents are not limited to specific contents, for example, the kit of the present invention includes the following methods and guidelines.

II. RNaseの汚染の防止
試料調製および試験中のRNaseの汚染を防止するため、一態様においては、ユーザーに以下の注意事項に注意を払うように告知する。
・試料および試薬への接触を避けるために、常時使い捨て手袋を着用する。
・相互汚染を防止するために、試料およびアッセイ試薬の調製では、薄壁ポリプロピレン・チューブおよびエアロゾル障壁を備えたピペット・チップを含む保証済みRNase不含使い捨て製品を使用する。
・試料および/もしくは試薬の希釈にはRNase不含(DEPC処理した)H2Oを使用する。
・アッセイ法の準備中は、RNA試料および対照を氷上に保持する。
II. Preventing RNase Contamination To prevent RNase contamination during sample preparation and testing, in one aspect, inform users to pay attention to the following precautions.
• Always wear disposable gloves to avoid contact with samples and reagents.
• To prevent cross-contamination, sample and assay reagent preparation uses a guaranteed RNase-free disposable product that includes a thin-walled polypropylene tube and a pipette tip with an aerosol barrier.
• Use RNase-free (DEPC-treated) H 2 O for sample and / or reagent dilution.
• Keep RNA samples and controls on ice during assay preparation.

III. 試料および対照の調製
注意:標準と試料の両方を反応当たり5μlの添加に相当する濃度に希釈する。
例1:5アトモルの標準の濃度 は1アトモル/μlである。 1アトモル=10-18=602,000分子。
例2:100ngの試料の濃度は20ng/μlである。
III. Sample and control preparation Note: Dilute both standards and samples to a concentration corresponding to the addition of 5 μl per reaction.
Example 1: The standard concentration of 5 attomoles is 1 attomole / μl. 1 atmol = 10 -18 = 602,000 molecules.
Example 2: The concentration of a 100 ng sample is 20 ng / μl.

A. 対照の調製
標的を含まない対照:
全RNAフォーマット:tRNA担体(20ng/μl)
細胞可溶化物フォーマット:1x細胞溶解緩衝液1(10x細胞溶解緩衝液1を1xRNase不含H2Oで希釈する)
陽性対照:
RNA標準(Std)(100アトモル/μlのインビトロ転写産物)
1. 陽性対照をtRNA担体(全RNA試料を用いる場合)、あるいは1x細胞溶解緩衝液1[10x細胞溶解緩衝液1を 1xRNase不含H2Oで希釈する](細胞可溶化物の試料を用いる場合)で希釈してRNA標準を調製する。各キットに含まれる製品情報シートには、推薦される標準の試験濃度および調製法を示す。
2.各実施においては新しい標準のセットを用いて行うことが推薦される。反応の準備中は、標準を氷上に保持する。
A. Control preparation
Control without target:
Total RNA format: tRNA carrier (20ng / μl)
Cell lysate format: 1x cell lysis buffer 1 (10x cell lysis buffer 1 is diluted with 1xRNase-free H 2 O)
Positive control:
RNA standard (Std) (100 atmol / μl in vitro transcript)
1. Positive control is tRNA carrier (when using total RNA sample) or 1x cell lysis buffer 1 [10x cell lysis buffer 1 diluted with 1xRNase-free H 2 O] (use cell lysate sample Prepare the RNA standard by diluting with The product information sheets included in each kit show recommended standard test concentrations and preparation methods.
2. It is recommended to use a new set of standards in each implementation. Keep standards on ice while preparing for reaction.

B. 全RNA試料の調製
1.全RNAは、細胞または組織から、選択した調製法に関する製造元の説明書に従い調製する。推薦される方法としては、TRIZOL(Life Technologies, Rockville, MD)、RNEASY(Qiagen, Valencia, CA)およびRNA WIZ(Ambion, Austin, TX)が挙げられる。
2.全RNA試料をRNase不含H2Oで適当な濃度に希釈する。
B. Preparation of total RNA sample
1. Total RNA is prepared from cells or tissues according to the manufacturer's instructions for the selected preparation method. Recommended methods include TRIZOL (Life Technologies, Rockville, MD), RNEASY (Qiagen, Valencia, CA) and RNA WIZ (Ambion, Austin, TX).
2. Dilute the total RNA sample to an appropriate concentration with RNase-free H 2 O.

C. 細胞可溶化物試料の調製 - 96ウェルマイクロプレートによる
注意:本細胞可溶化物による検出法では、96ウェル組織培養マイクロプレートで培養した付着細胞を用いる。通常、ウェル当たり10,000〜40,000細胞を播種する。細胞の種類および/もしくはmRNAの発現レベルに依存して、異なる播種密度が必要なこともある。より詳細にについては、「手順の注意」を参照のこと。高い発現を示す細胞では、細胞可溶化物のシグナルを減弱させるために以下の方法を用いることができる:
・ウェル当たり少ない細胞数で播種する。
・反応に添加する前に、細胞可溶化物を1x細胞溶解緩衝液1で希釈する(例えば、2.5μl可溶化物 + 2.5μlの1x細胞溶解緩衝液1)。
・第二のFRET反応混合液を添加した後、推薦される60〜90分の代わりに、15〜30分間マイクロプレートの反応を測定する。
1.10x細胞溶解緩衝液1をRNase不含H2Oで1x濃度に希釈する。
2.多チャネル・ピペットを用いて、単層細胞を乱さないように慎重に付着細胞のウェルから培地を除く。
3.細胞を200μlのPBS(MgCl2およびCaCl2不含)で1回洗浄し、多チャネル・ピペットで残存するPBSを慎重に除く。
4.ウェル当たり40μlの1x細胞溶解緩衝液1を添加する。細胞を室温で3〜5分間溶解する。
5.多チャネル・ピペットを用いて、各可溶化物試料を25μlを慎重に96ウェルマイクロプレートに移す。ウェルの底から細胞試料を移すことは避ける。
6.各可溶化物試料に10μlの透明なCHILLOUTまたは鉱油を重層する(加熱性のふたを備えるサーマル・サイクラーを用いる場合には、重層の必要はない)。
7. サーマシールウェル・テープでマイクロプレートを密封する。細胞のヌクレアーゼを不活性化する目的で、直ちにサーマル・サイクラーまたは乾燥器中で可溶化物を75〜80℃で15分間加熱する。
8.加温加温工程中に、反応の準備を進める。説明についてはmRNA INVADERアッセイ法の詳細なプロトコール(上記)を参照のこと。
9.熱失活の工程後、直ちに可溶化物試料を反応マイクロプレートに添加する。あるいは、後の試験のために可溶化物試料を-70℃の冷凍庫に急速に移してもよい(長期安定性については明らかではなく、各細胞の種類によって異なる)。
C. Preparation of cell lysate sample-Using a 96-well microplate Note: The detection method using this cell lysate uses adherent cells cultured in a 96-well tissue culture microplate. Usually, 10,000 to 40,000 cells are seeded per well. Depending on the cell type and / or mRNA expression level, different seeding densities may be required. See "Procedure Notes" for more details. For cells that show high expression, the following method can be used to attenuate the signal of cell lysate:
• Seed with a small number of cells per well.
• Dilute cell lysate with 1x cell lysis buffer 1 (eg 2.5 μl lysate + 2.5 μl 1x cell lysis buffer 1) before adding to reaction.
• After adding the second FRET reaction mixture, measure the microplate reaction for 15-30 minutes instead of the recommended 60-90 minutes.
1. Dilute 10x cell lysis buffer 1 to 1x concentration with RNase-free H 2 O.
2. Using a multichannel pipette, carefully remove the media from the wells of adherent cells without disturbing the monolayer cells.
3. Wash the cells once with 200 μl PBS (without MgCl 2 and CaCl 2 ) and carefully remove the remaining PBS with a multichannel pipette.
4. Add 40 μl of 1 × cell lysis buffer 1 per well. Lyse cells for 3-5 minutes at room temperature.
5. Using a multichannel pipette, carefully transfer 25 μl of each lysate sample to a 96-well microplate. Avoid transferring cell samples from the bottom of the well.
6. Overlay each lysate sample with 10 μl of clear CHILLOUT or mineral oil (no overlay is required if using a thermal cycler with a heatable lid).
7. Seal the microplate with therma seal well tape. Immediately heat the lysate for 15 minutes at 75-80 ° C. in a thermal cycler or dryer to inactivate cellular nucleases.
8. Proceed with the reaction preparation during the warming process. See the detailed protocol for mRNA INVADER assay (above) for explanation.
9. Immediately after the heat inactivation step, add the lysate sample to the reaction microplate. Alternatively, the lysate sample may be rapidly transferred to a -70 ° C freezer for later testing (long-term stability is not clear and depends on each cell type).

IV. mRNA INVADERの操作手順に関する注意
アッセイ法
1.RNA試料の種類およびRNA試料の量に関する最適化
組織または細胞から調製した全RNA試料を用いてアッセイ法の性能を最適化する。mRNA INVADERアッセイ法の性能に関して、複数の全RNA調製法/キットの確認を行った。
・TRIZOL(Life Technologies, Rockville, MD)
・RNeasy(Qiagen, Valencia, CA)
・RNA WIZ(Ambion, Austin, TX)
IV. Attention assay method for mRNA INVADER procedure
1. Optimization of RNA sample type and RNA sample volume Optimize assay performance using total RNA samples prepared from tissues or cells. Confirmation of multiple total RNA preparation methods / kits for the performance of the mRNA INVADER assay.
・ TRIZOL (Life Technologies, Rockville, MD)
・ RNeasy (Qiagen, Valencia, CA)
・ RNA WIZ (Ambion, Austin, TX)

シグナル生成を阻害することのあるゲノムDNAのレベルを最小にする方法またはキットを使用することが重要である。最大の検出限界とダイナミックレンジを与える全RNA試料の量を決定するために(通常、1〜200ngであるが、遺伝子の発現レベルに依存する)、予備実験の実施が推奨される。   It is important to use methods or kits that minimize the level of genomic DNA that can inhibit signal generation. Preliminary experiments are recommended to determine the amount of total RNA sample that gives the maximum detection limit and dynamic range (usually 1 to 200 ng, depending on the expression level of the gene).

また、複数の細胞種の可溶化物試料を用いて、アッセイ法の確認を行った。96ウェル組織培養マイクロプレートにおける推薦される細胞密度は、ウェル当たり10,000〜40,000細胞であるが、細胞種および目的遺伝子の発現レベルに依存する。与えられた細胞株および/もしくはモニターする遺伝子に関する予備実験の実施が推奨される。このような実験では、異なるレベルの細胞密度および/もしくは1x細胞溶解緩衝液1で可溶化物試料の希釈することを含む(例えば、5μlの試料を添加する場合に、1μlの可溶化物試料と4μlの1x細胞溶解緩衝液1を混合することによって、1μlの試験レベルを調製する)。   In addition, assay methods were confirmed using lysate samples of a plurality of cell types. The recommended cell density in 96-well tissue culture microplates is 10,000-40,000 cells per well, but depends on the cell type and expression level of the gene of interest. It is recommended that preliminary experiments be performed on a given cell line and / or gene to be monitored. Such experiments include diluting the lysate sample with different levels of cell density and / or 1x cell lysis buffer 1 (eg, when adding 5 μl of sample and 1 μl of lysate sample and Prepare a test level of 1 μl by mixing 4 μl of 1 × cell lysis buffer 1).

2.ダイナミックレンジの調整:第二の反応の保温時間を変える
ほとんどの検体では、第二の反応の保温時間の長さはプロトコールに示した時間で充分である。しかしながら、第二のFRET試薬添加後の時間を変えて、反応マイクロプレートを測定することによって、直線的検出範囲(シグナル/バックグラウンド<15〜25)を調整することができる。例えば、高発現の試料では15〜30分で検出されることが多い。直接測定法(mRNA INVADERアッセイ法の詳細なプロトコールの工程7)では、早期の測定によって試験試料が充分なシグナルを与えないのであれば、反応マイクロプレートをさらに保温することができるので、第二の反応の時間を簡単に最適化できる。
2. Adjusting the dynamic range: changing the incubation time of the second reaction For most specimens, the incubation time for the second reaction is sufficient for the time indicated in the protocol. However, the linear detection range (signal / background <15-25) can be adjusted by varying the time after addition of the second FRET reagent and measuring the reaction microplate. For example, it is often detected in 15 to 30 minutes in a highly expressed sample. In the direct measurement method (step 7 of the detailed protocol of the mRNA INVADER assay), if the test sample does not give sufficient signal due to the early measurement, the reaction microplate can be further incubated, so the second The reaction time can be easily optimized.

第二の反応の蛍光シグナルの時間経過を追跡することによって、アッセイ法のダイナミックレンジを拡大することもできる。複数の時間点における直接測定によって、低コストの装置の利用が可能となる。あるいは、実時間蛍光装置を用いて、他のmRNA定量法と同程度のダイナミックレンジを達成することもできる。   By tracking the time course of the fluorescence signal of the second reaction, the dynamic range of the assay can also be expanded. Direct measurement at multiple time points enables the use of low cost devices. Alternatively, a dynamic range comparable to that of other mRNA quantification methods can be achieved using a real-time fluorescence device.

3.ダイナミックレンジの調整:試料レベルを変える
FRET検出法によってアッセイが非常に単純化されるが、終点測定法を用いた場合には、通常、ダイナミックレンジは対数スケールで2〜3に限定される。しかしながら、mRNA INVADERアッセイ法のシグナルは、標的レベルおよび時間の両方に対し直線的に生成するものなので、対数スケール3を超えるダイナミックレンジ(例えば、高発現の遺伝子には必要である)の拡大法として最も簡単なものは、全RNA試料のレベルを調整することである。規格化した試料シグナルを用いて、遺伝子発現比の変化(処理した試料のシグナルを未処理の試料のシグナルで除す)を高い信頼性で算出することができる。標準曲線で決まる直線的検出範囲内のシグナルを与える試料のレベルを試験することによって、これを達成することができる。例えば、高レベルに誘導した試料の誘導比は次のようにして計算する。
誘導比 =(1ngの処理試料の正味のシグナル x 100)/100ngの未処理の試料の正味のシグナル
3. Dynamic range adjustment: changing the sample level
While the FRET detection method greatly simplifies the assay, the dynamic range is usually limited to a few on a logarithmic scale when endpoint measurement is used. However, because the mRNA INVADER assay signal is generated linearly with respect to both target level and time, it can be used to extend the dynamic range beyond the logarithmic scale of 3 (eg, required for highly expressed genes). The simplest is to adjust the level of the total RNA sample. Using the normalized sample signal, the change in gene expression ratio (the signal of the treated sample is divided by the signal of the untreated sample) can be calculated with high reliability. This can be achieved by testing the level of the sample giving a signal within the linear detection range determined by the standard curve. For example, the induction ratio of a sample induced to a high level is calculated as follows.
Induction ratio = (net signal of 1 ng treated sample x 100) / net signal of 100 ng untreated sample

V. 問題解決指針

Figure 0005661071
V. Problem-solving guidelines
Figure 0005661071

付録A
mRNA INVADER単一アッセイ用ワークシート
mRNA INVADERアッセイ法
・試料および対照を調製する。
・第一の反応混合液を調製する。簡単にボルテックスし、ウェル当たり5μlで分注する。
・ウェル当たり5μlの試料もしくは対照を添加し、1〜2回ピペッティングする。
・ウェル当たり10μlの CHILLOUTまたは鉱油を添加する。
・第一の反応を60℃で90分間保温する。
・第二のFRET反応混合液を調製し、簡単にボルテックスを行う。
・多チャネル・ピペットを用いて、ウェル当たり5μlで分注し、1〜2回ピペッティングする。
・第二の反応を60℃で90分間保温する。
・蛍光マイクロプレート読み取り装置(FAM 色素: Ex. 485 nm/Em. 530 mn)でマイクロプレートを測定する。
Appendix A
mRNA INVADER Single Assay Worksheet
Prepare mRNA INVADER assay , samples and controls.
Prepare the first reaction mixture. Vortex briefly and dispense 5 μl per well.
Add 5 μl of sample or control per well and pipette 1 to 2 times.
Add 10 μl CHILLOUT or mineral oil per well.
Incubate the first reaction at 60 ° C for 90 minutes.
• Prepare a second FRET reaction mixture and vortex briefly.
• Dispense 5 μl per well using a multichannel pipette and pipette 1-2 times.
Incubate the second reaction at 60 ° C for 90 minutes.
• Measure the microplate with a fluorescent microplate reader (FAM dye: Ex. 485 nm / Em. 530 mn).

第一の反応混合液

Figure 0005661071
第二のFRET反応混合液
Figure 0005661071
First reaction mixture
Figure 0005661071
Second FRET reaction mixture
Figure 0005661071

付録B
mRNA INVADER 2重アッセイ用ワークシート
mRNA INVADERアッセイ法
・試料および対照を調製する。
・第一の反応混合液を調製する。ウェル当たり5μlで分注する。
・ウェル当たり5μlの試料もしくは対照を添加し、1〜2回ピペッティングする。
・ウェル当たり10μlの CHILLOUTまたは鉱油を添加する。
・第一の反応を60℃で90分間保温する。
・第二のFRET反応混合液を調製し、簡単にボルテックスを行う。
・多チャネル・ピペットを用いて、ウェル当たり5μlで分注し、1〜2回ピペッティングする。
・第二の反応を60℃で90分間保温する。
・蛍光マイクロプレート読み取り装置(FAM 色素: Ex. 485 nm/Em. 530 nm;赤色色素: Ex. 560nm/Em. 620nm)でマイクロプレートを測定する。
Appendix B
mRNA INVADER Duplex Assay Worksheet
Prepare mRNA INVADER assay , samples and controls.
Prepare the first reaction mixture. Dispense 5 μl per well.
Add 5 μl of sample or control per well and pipette 1 to 2 times.
Add 10 μl CHILLOUT or mineral oil per well.
Incubate the first reaction at 60 ° C for 90 minutes.
• Prepare a second FRET reaction mixture and vortex briefly.
• Dispense 5 μl per well using a multichannel pipette and pipette 1-2 times.
Incubate the second reaction at 60 ° C for 90 minutes.
Measure the microplate with a fluorescent microplate reader (FAM dye: Ex. 485 nm / Em. 530 nm; red dye: Ex. 560 nm / Em. 620 nm).

第一の反応混合液

Figure 0005661071
第二のFRET反応混合液
Figure 0005661071
First reaction mixture
Figure 0005661071
Second FRET reaction mixture
Figure 0005661071

(表2)

Figure 0005661071
(Table 2)
Figure 0005661071

(表3) ポリメラーゼの領域Aにおける計画的変異
A.DNA活性表

Figure 0005661071
B.RNA活性表
Figure 0005661071
(Table 3) Planned mutations in region A of the polymerase
A. DNA activity table
Figure 0005661071
B. RNA activity table
Figure 0005661071

(表4) 計画的アーチ変異
DNA活性表

Figure 0005661071
RNA活性表
Figure 0005661071
(Table 4) Planned arch mutation
DNA activity table
Figure 0005661071
RNA activity table
Figure 0005661071

(表5) アーチ/サム組み合わせ
DNA活性表

Figure 0005661071
RNA活性表
Figure 0005661071
(Table 5) Arch / Sum combination
DNA activity table
Figure 0005661071
RNA activity table
Figure 0005661071

(表6) ヘリックス-ヘアピン-ヘリックスのランダム変異誘発
DNA活性表

Figure 0005661071
RNA活性表
Figure 0005661071
(Table 6) Random mutagenesis of helix-hairpin-helix
DNA activity table
Figure 0005661071
RNA activity table
Figure 0005661071

(表7) ランダム・サム変異
DNA活性表

Figure 0005661071
RNA活性表
Figure 0005661071
(Table 7) Random thumb mutation
DNA activity table
Figure 0005661071
RNA activity table
Figure 0005661071

(表8) キメラ変異体
A.DNA活性表

Figure 0005661071
B.RNA活性表
Figure 0005661071
(Table 8) Chimeric mutants
A. DNA activity table
Figure 0005661071
B. RNA activity table
Figure 0005661071

本明細書に上記した刊行物および特許は、いずれも本明細書に参照として組み入れられる。本発明の範囲と精神から逸脱することなく、記載される本発明の方法およびシステムから様々な改変および変更が可能であることは、当業者であれば理解しうる。本発明は特に好ましい態様との関連において記載されているが、本発明の主張をそのような特定の態様にのみに限定することは適切ではない。実際、当業者には明らかである本発明の実施に関して記載された方法の各種の改変は、特許請求の範囲に含まれるものである。   All publications and patents mentioned above in this specification are herein incorporated by reference. It will be appreciated by those skilled in the art that various modifications and variations can be made from the described method and system of the present invention without departing from the scope and spirit of the invention. Although the invention has been described in connection with particularly preferred embodiments, it is not appropriate to limit the claims of the invention to only such specific embodiments. Indeed, various modifications of the described methods for carrying out the invention which are obvious to those skilled in the art are intended to be within the scope of the claims.

Claims (14)

配列番号:37のアミノ酸配列を含むポリペプチド。   A polypeptide comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 37. 配列番号:35、36および52からなる群より選択されるアミノ酸配列を含むリペプチド。 SEQ ID NO: 35, 36 and polypeptide comprising an amino acid sequence selected from the group consisting of 52. 請求項1または2記載のポリペプチドをコードする核酸。 A nucleic acid encoding the polypeptide according to claim 1 or 2 . 核酸が、配列番号:104のヌクレオチド配列を含む核酸である、請求項3記載の核酸。 4. The nucleic acid of claim 3 , wherein the nucleic acid is a nucleic acid comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 104. 核酸が、配列番号:102、103および119からなる群より選択されるヌクレオチド配列を含む核酸である、請求項3記載の核酸。 4. The nucleic acid according to claim 3 , wherein the nucleic acid comprises a nucleotide sequence selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 102, 103, and 119. 請求項3乃至5のいずれか一項記載の核酸を含む発現ベクター。 An expression vector comprising the nucleic acid according to any one of claims 3 to 5 . 請求項6記載の発現ベクターを含む宿主細胞。 A host cell comprising the expression vector according to claim 6 . 請求項1または2記載のポリペプチドを含むキット。 A kit comprising the polypeptide according to claim 1 or 2 . DNA部分および少なくとも1個のRNA成分を含む少なくとも1個の核酸切断基質をさらに含む、請求項8記載のキット。 9. The kit of claim 8 , further comprising at least one nucleic acid cleavage substrate comprising a DNA portion and at least one RNA component. 標識されたオリゴヌクレオチドをさらに含む、請求項8または9記載のキット。 The kit according to claim 8 or 9 , further comprising a labeled oligonucleotide. 核酸を切断する方法であって、
a)i)請求項1または2記載のポリペプチドと、
ii)基質核酸を含む試料と
を提供する工程、および
b)該基質核酸を該ポリペプチドに曝露する工程
を含む方法。
A method for cleaving nucleic acids, comprising:
a) i) the polypeptide of claim 1 or 2 , and
ii) providing a sample comprising a substrate nucleic acid, and
b) A method comprising exposing the substrate nucleic acid to the polypeptide.
基質核酸の該ポリペプチドへの曝露によって、少なくとも1つの切断産物が産生される、請求項11記載の方法。 12. The method of claim 11 , wherein exposure of the substrate nucleic acid to the polypeptide produces at least one cleavage product. c)切断産物を検出する工程をさらに含む、請求項12記載の方法。 13. The method of claim 12 , further comprising c) detecting the cleavage product. 基質核酸を含む試料が細胞可溶化物を含む、請求項11乃至13のいずれか一項記載の方法。 14. The method according to any one of claims 11 to 13 , wherein the sample containing the substrate nucleic acid contains a cell lysate.
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