JP5832760B2 - 試料中のメチル化dnaを検出する方法 - Google Patents
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Description
メチル化DNAを含む可能性のある試料と、メチル化DNAと結合できるタンパク質とを接触させて、前記試料中のメチル化DNAと前記タンパク質とを結合させる工程と、
前記結合工程で得られた試料と、少なくとも1種類のデオキシリボヌクレアーゼとを接触させて、前記試料中のDNAを分解する工程と、
前記分解工程で得られた試料における、前記タンパク質との結合により前記デオキシリボヌクレアーゼで分解されなかったメチル化DNAを検出する工程とを含み、
前記デオキシリボヌクレアーゼの少なくとも1種類が、一本鎖DNAを分解できるメチル化感受性制限酵素とは異なるデオキシリボヌクレアーゼである、試料中のメチル化DNAを検出する方法を提供する。
本明細書において「メチル化CpG部位」とは、シトシンの5位がメチル化修飾されたCpG部位を意味する。すなわち、メチル化CpG部位では、5−メチルシトシン(メチル化シトシン)とグアニンが5'から3'への方向にこの順序で隣り合っている。
本明細書において「メチル化DNA」とは、少なくとも1つの5−メチルシトシンを含むDNAを意味する。
本発明の検出方法においては、上記のタンパク質と結合したメチル化DNAは、次の工程で用いられるデオキシリボヌクレアーゼで完全には分解されない。すなわち、上記のタンパク質との結合により、メチル化DNA中の5−メチルシトシンおよびその周辺領域はデオキシリボヌクレアーゼによる分解から免れる。
メチル化DNAを含む可能性のある試料が、生体から採取された血液、体液、組織または細胞から調製された試料である場合、本発明の検出方法の結果は、DNAのメチル化が関連する疾患の診断または判定に利用することができる。
なお、DNAの断片化は、物理的処理、化学的処理、制限酵素処理などの当該技術において公知の方法により行うことができる。物理的処理としては、例えば超音波破砕が挙げられる。化学的処理としては、例えば水酸化ナトリウムを用いるアルカリ処理が挙げられる。また、制限酵素処理では、制限酵素を目的のDNAの塩基配列に基づいて適宜選択でき、例えばMseIやBamHIなどを用い得る。本発明の実施形態においては、物理的処理により試料中のDNAを断片化することが好ましい。
本発明の実施形態においては、上記の結合工程の前に、試料に含まれるDNAを一本鎖に変性させる操作を行ってもよい。そのような操作は当該技術において公知であり、例えば、メチル化DNAを含む可能性のある試料を95℃程度に加熱した後、4℃まで速やかに冷却することにより、試料中のDNAを一本鎖にすることができる。
本発明の実施形態において、抗メチル化DNA抗体は、ポリクローナル抗体およびモノクローナル抗体のいずれであってもよい。また、抗メチル化DNA抗体を断片化することによって得られる活性フラグメントを用いてもよい。そのような活性フラグメントは、メチル化DNAへの特異的結合活性を失っていないフラグメントであれば特に限定されず、例えばFabフラグメント、F(ab')2フラグメント、sFvフラグメントなどが挙げられる。活性フラグメントは、例えば、精製した抗メチル化DNAモノクローナル抗体をパパイン、ペプシン、トリプシンなどの酵素で切断することにより調製できる。
本発明の実施形態においては、上記のハイブリドーマSCR1、SCR2、SCR3およびSCR6から産生される抗メチル化DNA抗体を用いることができる。
本発明の実施形態においては、メチル化DNA結合タンパク質は、メチル化DNAを特異的に認識して結合できる限り、野生型のアミノ酸配列において1つ以上のアミノ酸の欠失、置換または付加を含む変異型であってもよい。なお、そのような変異型の作製方法自体は当該技術において公知である。
また、接触条件(周囲温度および時間)は、メチル化DNAに結合できるタンパク質の種類により異なるが、通常4〜42℃にて10分〜24時間程度であればよい。
この工程では、メチル化DNAと結合できるタンパク質と結合しなかったDNA、すなわち非メチル化DNAはデオキシリボヌクレアーゼにより分解されるが、該タンパク質と結合したメチル化DNAは、その結合により5−メチルシトシンおよびその周辺領域は分解されない。
すなわち、本発明の検出方法において、上記の結合工程および分解工程により、非メチル化DNAを除去することができる。
また、接触条件(周囲温度および時間)は、デオキシリボヌクレアーゼの種類により異なるが、通常4〜42℃にて10分〜24時間程度であればよい。
シグナルの検出は、通常のマイクロアレイ測定装置に備えられたスキャナーにより行うことができる。スキャナーとしては、例えば、GeneChip(登録商標)Scanner3000 7G(Affymetrix社)などが挙げられる。
検出対象のメチル化DNAとして、5−メチルシトシンを6つ含むオリゴヌクレオチドである6MeCGオリゴヌクレオチドを用いた。6MeCGオリゴヌクレオチドの塩基配列を、以下に示す。
<6MeCGオリゴヌクレオチド>
5'-CGAGGTCGACGGTATTGATm5cGAGTATm5cGATAGTm5cGATATm5cGATATm5cGATATm5cGATATACAACGTCGTGACTGG-3'(配列番号1)
(塩基配列中の「m5c」は、5−メチルシトシンを示す。)
10 pMの6MeCGオリゴヌクレオチドの水溶液を、6MeCGオリゴヌクレオチド溶液として調製した。6MeCGオリゴヌクレオチド溶液を95℃で10分間加熱して変性させた後、氷上に1分間静置した。変性させた6MeCGオリゴヌクレオチドの溶液から2μlを取り、これをインプットサンプルとした。残りの溶液を本発明の検出方法に供される試料とした。
上記の試料を二つに分け、一方に抗メチル化DNA抗体(1μg)を添加して検体サンプル(100μl)とし、他方には抗メチル化DNA抗体を添加せず対照サンプル(100μl)とした。各サンプルを25℃で2時間インキュベートした。
なお、本実施例で用いた抗メチル化DNA抗体は、独立行政法人製品評価技術基盤機構(日本国千葉県木更津市かずさ鎌足2−5−8、郵便番号292−0818)に、2009年8月25日に受託番号NITE BP−805で寄託されたハイブリドーマSCR2から得られたモノクローナル抗体である。
上記の検体サンプルおよび対照サンプルに、デオキシリボヌクレアーゼの1種であるDNaseI(2U/μl:NEB社)を1μlずつ添加し、37℃で1時間反応させた。反応後、各サンプルを75℃で10分間加熱することにより、DNaseIを失活させた。
試料中に6MeCGオリゴヌクレオチドが残存しているか否かを検討するために、定量PCR法を行った。
(i)PCR反応液の調製
下記の試薬を混合して、12μlの反応液を調製した。
2x FastStart SYBR Green Master Mix(ROCHE社) 6μl
フォワード(F)プライマー(10μM) 1μl
リバース(R)プライマー(10μM) 1μl
サンプル 1μl
dH 2 O 3μl
合計 12μl
6MeCGオリゴヌクレオチドを検出するためのプライマーセットとして、配列番号2および配列番号3で示されるプライマーセットを用いた。このプライマーセットの塩基配列を以下に示す。
F:5'- CGAGGTCGACGGTAT -3' (配列番号2)
R:5'- CCAGTCACGACGTTGTA -3'(配列番号3)
(iii)定量PCR反応条件
上記の反応液について、Mx3005P(Stratagene社製)を用いて、以下の反応条件で定量PCRを行った。
95℃で10分、
95℃で30秒、55℃で15秒および72℃で30秒を45サイクル、ならびに
95℃で1分、55℃で30秒および95℃で30秒を1サイクル。
図1より、抗メチル化DNA抗体を添加しなかったサンプルでは増幅産物のバンドが検出されず、抗体を添加したサンプルではバンドが検出されたことがわかる。このことから、6MeCGオリゴヌクレオチドに抗メチル化DNA抗体を結合させることにより、DNaseIによる該オリゴヌクレオチドの分解が阻害され、6MeCGオリゴヌクレオチドを検出できることが示された。
(1)試料の調製
実施例1と同様にして、6MeCGオリゴヌクレオチドの溶液を調製し、該溶液からインプットサンプルおよび本発明の検出方法に供される試料を得た。
(2)抗メチル化DNA抗体との接触
上記の試料から、実施例1と同様にして、検体サンプルおよび対照サンプルを得た。
(3)デオキシリボヌクレアーゼによるDNAの分解
上記の検体サンプルおよび対照サンプルに、デオキシリボヌクレアーゼの1種であるエキソヌクレアーゼI(20 U/μl:NEB社)を4μlずつ添加し、37℃で1時間反応させた。反応後、各サンプルを80℃で20分間加熱することにより、エキソヌクレアーゼIを失活させた。
(4)メチル化DNAの検出
試料中に6MeCGオリゴヌクレオチドが残存しているか否かを検討するために、実施例1と同様にして定量PCR法を行った。
得られた反応液を、3%アガロースゲルを用いる電気泳動に付し、増幅産物の有無を確認した。結果を図2に示す。
本実施例では、検出対象のメチル化DNAとして、乳癌細胞株MCF7のゲノムDNAにおいて高頻度にメチル化修飾されることが知られているGSTP1遺伝子のプロモーター領域を選択した。なお、GSTP1遺伝子のプロモーター領域の塩基配列は当該技術において公知である。
また、非メチル化DNA(ネガティブコントロール)として、ヒトの第14染色体に存在し、CpG部位を有さないのでメチル化修飾されない領域(以下「CGF-1領域」という)を選択した。CGF-1領域の塩基配列を以下に示す。
<CGF-1領域>
5'-GGAGGAGTCAAGAGAAGTTGGAAGCCAACTGAGAGAGAGGGAAGGCTTGAAGTGGTCAGGACAGTGAACACCTAAGAGACATCCACTGAATTTGCCCACTAGGAAGCCATTAGTGACTTCAATAGGAACATCTTCAGTGCATCATGAAGGCCAAAGATTGCCATGAAAGAGAGGAATGGAAATGGAGTGTGGG -3'(配列番号4)
MCF7細胞から抽出したゲノムDNAの溶液を、バイオラプター(登録商標)(コスモ・バイオ株式会社)を用いる超音波破砕により断片化して、500 bp以下のゲノムDNA断片の溶液を得た。調製したゲノムDNA断片の溶液を95℃で10分間加熱して変性させた後、氷上に1分間静置して一本鎖DNA断片の溶液を得た。
得られた一本鎖DNA断片の溶液を用い、DNA量が2ng/μlとなるように調整した試料から一部を取り、これをインプットサンプルとした。
上記の試料50μlに、ハイブリドーマSCR2から得た抗メチル化DNA抗体(1μg)を添加して、検体サンプル(100μl)とした。また、上記の試料50μlに、純水を添加したものを対照サンプル(100μl)とした。各サンプルを25℃で2時間インキュベートした。
上記の検体サンプルを二つに分け、一方にDNaseI(2U/μl:NEB社)を0.5μl添加し、他方にDNaseIを1μl添加した。同様に、上記の対照サンプルも二つに分け、一方にDNaseI(2U/μl:NEB社)を0.5μl添加し、他方にDNaseIを1μl添加した。これらのサンプルを37℃で1時間反応させた。反応後、各サンプルを75℃で10分間加熱することにより、DNaseIを失活させた。
試料中にMCF7のゲノム由来のメチル化DNAが残存しているか否かを検討するために、定量PCR法を行った。また、本発明の検出方法によりメチル化DNAを特異的に検出できることを確認するために、試料中の非メチル化DNAが分解されているか否かを定量PCR法により検討した。
(i)PCR反応液の調製
下記の試薬を混合して、12μlの反応液を調製した。
2x FastStart SYBR Green Master Mix(ROCHE社) 6μl
フォワード(F)プライマー(10μM) 1μl
リバース(R)プライマー(10μM) 1μl
サンプル 1μl
dH 2 O 3μl
合計 12μl
メチル化DNA検出用プライマーセットとして、GSTP1遺伝子のプロモーター領域を増幅するためのプライマーセットを用いた。このプライマーセットの塩基配列を以下に示す。
F:5'- GAGGCCTTCGCTGGAGTT -3'(配列番号5)
R:5'- GTACTCACTGGTGGCGAAGA -3'(配列番号6)
F:5'- GGAGGAGTCAAGAGAAGTTGGAAGC -3'(配列番号7)
R:5'- CCCACACTCCATTTCCATTCCTC -3'(配列番号8)
上記の反応液について、Mx3005P(Stratagene社製)を用いて、以下の反応条件で定量PCRを行った。
95℃で10分、
95℃で30秒、66℃で15秒および72℃で30秒を45サイクル、ならびに
95℃で1分、66℃で30秒および95℃で30秒を1サイクル。
図3より、抗メチル化DNA抗体を添加しなかったサンプルでは、GSTP1プロモーター領域の増幅産物のバンドが検出されず、抗体を添加したサンプルではバンドが検出されたことがわかる。これに対して、CGF-1領域については、抗メチル化DNA抗体の添加の有無に関わらず、増幅産物のバンドが検出されなかったことがわかる。
これらのことから、ゲノムDNAのメチル化される領域に抗メチル化DNA抗体を結合させることにより、DNaseIによるメチル化DNAの分解が阻害され、メチル化DNAを検出できることが示された。他方、抗メチル化DNA抗体との結合によりDNaseIによる分解反応が阻害される現象は、メチル化される領域で特異的に起こることが示唆された。
(1)試料の調製
実施例3と同様にして、MCF7由来の一本鎖ゲノムDNAを含む溶液を調製し、該溶液からインプットサンプルおよび本発明の検出方法に供される試料を得た。
(2)抗メチル化DNA抗体との接触
上記の試料から、実施例3と同様にして、検体サンプルおよび対照サンプルを得た。
(3)デオキシリボヌクレアーゼによるDNAの分解
上記の検体サンプルおよび対照サンプルに、エキソヌクレアーゼI(20 U/μl:NEB社)を2.5μlずつ添加し、37℃で1時間反応させた。反応後、各サンプルを80℃で20分間加熱することにより、エキソヌクレアーゼIを失活させた。
試料中にMCF7のゲノム由来のメチル化DNAが残存しているか否かを検討するために、実施例3と同様にしてPCR反応液を調製し、定量PCRを行った。なお、定量PCRの反応条件は、以下のとおりである。
<GSTP1のプロモーター領域を増幅するためのプライマーセットを用いる定量PCR>
95℃で10分、
95℃で30秒、66℃で15秒および72℃で30秒を35サイクル、ならびに
95℃で1分、66℃で30秒および95℃で30秒を1サイクル。
<CGF-1領域を増幅するためのプライマーセットを用いる定量PCR>
95℃で10分、
95℃で30秒、66℃で15秒および72℃で30秒を45サイクル、ならびに
95℃で1分、66℃で30秒および95℃で30秒を1サイクル。
図4より、抗メチル化DNA抗体を添加しなかったサンプルでは、GSTP1プロモーター領域の増幅産物のバンドが検出されず、抗体を添加したサンプルではバンドが検出されたことがわかる。これに対して、CGF-1領域については、抗メチル化DNA抗体の添加の有無に関わらず、増幅産物のバンドが検出されなかったことがわかる。
これらのことから、ゲノムDNAのメチル化される領域に抗メチル化DNA抗体を結合させることにより、エキソヌクレアーゼIによるメチル化DNAの分解が阻害され、メチル化DNAを検出できることが示された。他方、抗メチル化DNA抗体との結合によりエキソヌクレアーゼIによる分解反応が阻害される現象は、メチル化される領域で特異的に起こることが示唆された。
Claims (8)
- メチル化DNAを含む可能性のある試料と、メチル化DNAと結合できるタンパク質とを接触させて、前記試料中のメチル化DNAと前記タンパク質とを結合させる工程と、
前記結合工程で得られた試料と、少なくとも1種類のデオキシリボヌクレアーゼとを接触させて、前記試料中のDNAを分解する工程と、
前記分解工程で得られた試料における、前記タンパク質との結合により前記デオキシリボヌクレアーゼで分解されなかったメチル化DNAを検出する工程と
を含み、
前記デオキシリボヌクレアーゼが、一本鎖DNAを分解できるメチル化感受性制限酵素とは異なるデオキシリボヌクレアーゼである、
試料中のメチル化DNAを検出する方法。 - 前記メチル化DNAと結合できるタンパク質が、抗メチル化DNA抗体またはメチル化DNA結合タンパク質である、請求項1に記載の方法。
- 前記メチル化DNAと結合できるタンパク質が、抗メチル化DNA抗体である、請求項1または2に記載の方法。
- 前記メチル化DNAと結合できるタンパク質が、MBD1、MBD2、MBD4およびMeCP2からなる群より選択される少なくとも1つのメチル化DNA結合タンパク質である、請求項1または2に記載の方法。
- 前記試料が、培養細胞株または生体から採取された血液、体液、組織もしくは細胞から調製された試料である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
- 前記デオキシリボヌクレアーゼが、デオキシリボヌクレアーゼI、エキソヌクレアーゼI、ラムダ・エキソヌクレアーゼ、T7エキソヌクレアーゼ、エキソヌクレアーゼIII、RecJ型エキソヌクレアーゼ、エキソヌクレアーゼT、BAL31ヌクレアーゼ、Mung Beanヌクレアーゼ、ミクロコッカス・ヌクレアーゼおよびT7エンドヌクレアーゼからなる群より選択される少なくとも1つである、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記試料が、一本鎖メチル化DNAを含む可能性のある試料であり、
前記メチル化DNAを検出する工程が一本鎖メチル化DNAを検出する工程である、
請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。 - 前記メチル化DNAを検出する工程が、核酸増幅法、塩基配列決定法又はマイクロアレイ法を用いてメチル化DNAを検出する工程である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。
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