JP6648749B2 - Nucleic acid amplification method - Google Patents

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Description

本発明は、PCRによる核酸増幅法に関する。本発明は、研究のみならず臨床診断や環境検査等にも利用できる。 The present invention relates to a nucleic acid amplification method using PCR. The present invention can be used not only for research but also for clinical diagnosis and environmental tests.

PCR(polymerase chain reaction)とは、(1)熱処理によるDNA変性(2本鎖DNAから1本鎖DNAへの解離)、(2)鋳型1本鎖DNAへのプライマーのアニーリング、(3)DNAポリメラーゼを用いた前記プライマーの伸長、という3ステップを1サイクルとし、このサイクルを繰り返すことによって、試料中の標的核酸を増幅する方法である。
数コピーといった微量サンプルからでも標的核酸を何十万倍に増幅することができ、研究分野のみならず、遺伝子診断、臨床診断といった法医学分野、あるいは、食品や環境中の微生物検査等においても、広く用いられるようになってきている。
PCR (polymerase chain reaction) means (1) DNA denaturation by heat treatment (dissociation of double-stranded DNA into single-stranded DNA), (2) annealing of primers to single-stranded DNA template, (3) DNA polymerase This method is a method of amplifying a target nucleic acid in a sample by repeating the three steps of elongation of the primer using the above as one cycle and repeating this cycle.
The target nucleic acid can be amplified hundreds of thousands times even from a small number of samples, such as several copies.It is widely used not only in research fields but also in forensic fields such as genetic diagnosis and clinical diagnosis, and microbiological testing in food and the environment. It is being used.

一方、PCRは非常に高感度な検出方法であるため、以前に行ったPCR増幅産物のキャリーオーバーによる偽陽性が問題となる。そこで、dTTPの代わりにdUTPを含む基質を用いてPCRを行い、増幅産物にウラシル塩基を取り込ませ、次のPCRを行う際にUracil−N−Glycosylase(UNG)処理することで、コンタミネーション(キャリーオーバー)した増幅産物を分解する手法(dUTP/UDGコンタミネーション除去法)がとられている(非特許文献1)。 On the other hand, since PCR is a very sensitive detection method, there is a problem of false positives due to carryover of PCR amplification products performed previously. Therefore, PCR is performed using a substrate containing dUTP instead of dTTP, a uracil base is incorporated into the amplification product, and a Uracil-N-Glycosylase (UNG) treatment is performed at the time of the next PCR, whereby contamination (carrying) is performed. A technique (dUTP / UDG contamination removal method) for decomposing the over-product is used (Non-Patent Document 1).

しかしながら、dUTP/UDGコンタミネーション除去法において、dTTPの代わりにdUTPを基質としてPCRを行うと、反応効率が低下し、増幅産物の量が減少することが問題となっていた。 However, in the dUTP / UDG contamination removal method, when PCR is performed using dUTP as a substrate instead of dTTP, there has been a problem that the reaction efficiency is reduced and the amount of the amplification product is reduced.

また、PCRは、色素やタンパク質、糖類などの夾雑物の影響を受けやすく、夾雑物が反応を阻害することも知られている(非特許文献2)。通常、生体試料中の遺伝子を増幅する場合は、DNAの精製が必要とされているが、DNAの精製は、精製の操作は煩雑で、かつ、時間を要し、操作中にコンタミネーションを生じる危険性がある。また、試料中の目的核酸含量が少ない場合には、回収することができない場合もあった。これらのことから、生体試料を、精製工程を経ることなく、dUTPを含むPCR反応液へ持込み、標的核酸を増幅する方法が求められていた。 In addition, PCR is easily affected by contaminants such as dyes, proteins, and saccharides, and it is also known that contaminants inhibit the reaction (Non-Patent Document 2). Usually, when a gene in a biological sample is amplified, DNA purification is required. However, in the purification of DNA, the purification operation is complicated and time-consuming, and contamination occurs during the operation. There is a risk. Further, when the content of the target nucleic acid in the sample is small, it may not be possible to collect the nucleic acid. For these reasons, a method for amplifying a target nucleic acid by bringing a biological sample into a PCR reaction solution containing dUTP without going through a purification step has been required.

特許4395377Patent 4395377 特表2006−507012Table 2006-507012

Gene, Vol.93(1), 125-128 (1990)Gene, Vol. 93 (1), 125-128 (1990) Journal of Clinical Microbiology, Vol.39, No.2, p485−493(2001)Journal of Clinical Microbiology, Vol. 39, no. 2, p485-493 (2001)

そこで、本発明はdUTPを基質として含むPCRにおいて、標的核酸の効率的な増幅法を提供することを目的とする。より詳細にはdUTPを基質として含むPCRにおいて、生体試料由来の夾雑物が多量に存在しても、PCR増幅が可能な核酸増幅法を提供する。
さらに本発明の他の目的は、上記の目的に適した試薬キットを提供することにある。要約すれば本発明の目的は、dUTP存在下で動植物組織や体液に存在する遺伝子の増幅に適したPCR改良法およびPCR反応試薬を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide an efficient method for amplifying a target nucleic acid in PCR containing dUTP as a substrate. More specifically, the present invention provides a nucleic acid amplification method capable of performing PCR amplification in a PCR containing dUTP as a substrate even when a large amount of impurities derived from a biological sample are present.
Still another object of the present invention is to provide a reagent kit suitable for the above purpose. In summary, an object of the present invention is to provide an improved PCR method and a PCR reaction reagent suitable for amplifying genes present in animal and plant tissues and body fluids in the presence of dUTP.

前記目的を達成するための本発明の核酸増幅方法は、ファミリーBに属するDNAポリメラーゼを用い、生体試料中のDNAを、精製工程を経ることなく、dUTP存在下で増幅することを特徴とする前記核酸増幅方法である。 The nucleic acid amplification method of the present invention for achieving the above object is characterized in that DNA in a biological sample is amplified in the presence of dUTP without using a purification step, using a DNA polymerase belonging to Family B. This is a nucleic acid amplification method.

すなわち、本発明者は生体由来試料そのものと遺伝子増幅反応液を混合し反応させる核酸増幅法において、ファミリーBに属するDNAポリメラーゼを用いることで、生体由来の夾雑物が多量に存在しても、さらには血液や口腔粘膜のような生体試料をPCR反応液に直接添加しても、PCRが可能になることを見いだし、本発明を成すに至った。 That is, in the nucleic acid amplification method of mixing and reacting a biologically-derived sample itself and a gene amplification reaction solution, the present inventor uses a DNA polymerase belonging to Family B, so that even if a large amount of biologically-derived impurities are present, Has found that PCR can be performed even when a biological sample such as blood or oral mucosa is directly added to a PCR reaction solution, and has accomplished the present invention.

なお、通常のファミリーBに属するDNAポリメラーゼはウラシルと強く結合するため、dUTPを基質として含むPCRでは増幅ができないとされていた。そのため、dUTPを基質として含むPCRにおいて、ファミリーBに属するDNAポリメラーゼを用い、生体試料中のDNAを、精製工程を経ることなく増幅した例は報告されていない。 It has been considered that a normal DNA polymerase belonging to Family B strongly binds to uracil, and therefore cannot be amplified by PCR containing dUTP as a substrate. Therefore, there has been no report on a case where a DNA in a biological sample was amplified without going through a purification step using a DNA polymerase belonging to Family B in PCR containing dUTP as a substrate.

代表的な本願発明は以下の通りである。
[1]
精製工程を経ていない生体試料を核酸増幅反応液に添加し、生体試料中の標的核酸を増幅する方法であって、増幅に用いられる酵素がファミリーBに属するDNAポリメラーゼであり、かつデオキシウリジン(dUTP)を反応液中に含んでいることを特徴とする核酸増幅法。
[2]
生体試料が、動植物組織、体液、排泄物、細胞、細菌、ウイルスのいずれかである[1]に記載の核酸増幅法。
[3]
核酸増幅に用いられる酵素が、減少した塩基類似体検出活性を有する古細菌DNAポリメラーゼ変異体である、[1]または[2]に記載の核酸増幅法。
[4]
核酸増幅に用いられる酵素が、30塩基/秒以上のDNA合成速度を有する、[1]〜[3]のいずれかに記載の核酸増幅法。
[5]
古細菌DNAポリメラーゼ変異体が、以下の(a)から(c)のいずれかで示されるものであることを特徴とする、[3]または[4]に記載の核酸増幅法。
(a)配列番号1または配列番号2(Pfuの野生型配列に相当)で示されるアミノ酸配列の7、36、37、90〜97および112〜119番目に相当するアミノ酸のうち、少なくとも1つのアミノ酸の改変を有するアミノ酸配列である。
(b)(a)で示されるアミノ酸配列においてさらに少なくとも1つのアミノ酸が改変されており、そのアミノ酸配列が(a)で示されるアミノ酸配列と80%以上同一であり、かつ、減少した塩基類似体検出活性を有するDNAポリメラーゼをコードするアミノ酸配列である。
(c)(a)で示されるアミノ酸配列においてさらに少なくとも1つのアミノ酸が改変されており、そのアミノ酸配列が(a)で示されるアミノ酸配列において1もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列であり、かつ、減少した塩基類似体検出活性を有するDNAポリメラーゼをコードするアミノ酸配列である。
[6]
古細菌DNAポリメラーゼの変異体が、配列番号1または配列番号2において、36、93番目に相当するアミノ酸のうち、少なくとも1つのアミノ酸の改変を有する、[3]〜[5]のいずれかに記載の核酸増幅法。
[7]
古細菌DNAポリメラーゼの変異体が、配列番号1または配列番号2において、Y7A/V93K、Y7A/V93R、Y7A/V93Q、Y7A/P36H、Y7A/P36R、P36H/V93K、P36K、P36RまたはP36Hのいずれかの改変を有する、[3]〜[6]のいずれかに記載の核酸増幅法。
[8]
古細菌DNAポリメラーゼの変異体が、配列番号1または配列番号2において、Y7A/V93K、Y7A/P36HまたはP36Hのいずれかの改変を有する、[3]〜[7]のいずれかに記載の核酸増幅法。
[9]
ファミリーBに属するDNAポリメラーゼがさらに3’−5’エキソヌクレアーゼ活性領域を構成するアミノ酸のいずれかに、少なくとも1つのアミノ酸の改変を有する、[1]〜[8]のいずれかに記載の核酸増幅法。
[10]
ファミリーBに属するDNAポリメラーゼの3’−5’エキソヌクレアーゼ活性領域への改変が、配列番号1または配列番号2における、D141、I142、E143、H147、N210及びY311に相当するアミノ酸のいずれかに、少なくとも1つのアミノ酸の改変を有する、[1]〜[9]のいずれかに記載の核酸増幅法。
[11]
ファミリーBに属するDNAポリメラーゼの3’−5’エキソヌクレアーゼ活性領域への改変が、配列番号1または配列番号2における、D141A/E143A、I142R、H147E、H147D、N210DまたはY311Fのいずれかである[1]〜[10]のいずれかに記載の核酸増幅法。
[12]
古細菌DNAポリメラーゼの変異体が、配列番号1または配列番号2において、以下の(1)−(4)のいずれかの改変を有する、[3]〜[11]のいずれかに記載の核酸増幅法。
(1)(A)H147Eと、(B)Y7A/V93K、Y7A/V93R、Y7A/V93Q、Y7A/P36H、Y7A/P36R、P36H/V93K、P36K、P36R、P36H、V93RまたはV93Qのいずれか
(2)(A)N210Dと、(B)Y7A/V93K、Y7A/P36H、Y7A/P36R、P36K、P36R、P36H、V93Q、V93KまたはV93Rのいずれか
(3)(A)I142Rと、(B)Y7A/V93K、Y7A/V93R、Y7A/V93Q、Y7A/P36H、Y7A/P36R、P36R、P36H、V93K、V93RまたはV93Qのいずれか
(4)(A)D141A/E143Aと、(B)Y7A/V93K、Y7A/P36H、Y7A/P36R、P36R、P36HまたはV93Kのいずれか
[13]
さらにPCNAを前記反応液に含む[1]〜[12]のいずれかに記載の核酸増幅法。
[14]
PCNAが単独でDNAにロードする変異体である、[1]〜[13]のいずれかに記載の核酸増幅法。
[15]
PCNAが、配列番号21または配列番号22で示されるアミノ酸配列の(a)82、84、109番目に相当するアミノ酸からなるN末端領域、および(b)139、143、147番目に相当するアミノ酸からなるC末端領域のうち、少なくともひとつの改変を有する変異体である、[1]〜[14]のいずれかに記載の核酸増幅法。
[16]
PCNAが配列番号21または配列番号22における143番目に相当するアミノ酸を塩基性アミノ酸に改変したもの、または、82番目と143番目に相当するアミノ酸を共に中性アミノ酸に改変したもの、147番目に相当するアミノ酸を中性アミノ酸に改変したもの、109番目と143番目に相当するアミノ酸を共に中性アミノ酸に改変したもののいずれかの変異体である、[1]〜[15]のいずれかに記載の核酸増幅法。
[17]
[1]〜[16]のいずれかに記載の核酸増幅法を実行するための試薬。
[18]
[1]〜[16]のいずれかに記載の核酸増幅法を実行するための試薬を含むキット。
A typical invention of the present application is as follows.
[1]
A method for amplifying a target nucleic acid in a biological sample by adding a biological sample that has not been subjected to a purification step to a nucleic acid amplification reaction solution, wherein the enzyme used for amplification is a DNA polymerase belonging to Family B and deoxyuridine (dUTP ) In a reaction solution.
[2]
The nucleic acid amplification method according to [1], wherein the biological sample is any of animal and plant tissues, body fluids, excrement, cells, bacteria, and viruses.
[3]
The nucleic acid amplification method according to [1] or [2], wherein the enzyme used for nucleic acid amplification is an archaeal DNA polymerase mutant having a reduced base analog detection activity.
[4]
The nucleic acid amplification method according to any one of [1] to [3], wherein the enzyme used for nucleic acid amplification has a DNA synthesis rate of 30 bases / second or more.
[5]
The nucleic acid amplification method according to [3] or [4], wherein the archaeal DNA polymerase mutant is any one of the following (a) to (c):
(A) at least one amino acid among amino acids corresponding to positions 7, 36, 37, 90 to 97 and 112 to 119 of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 (corresponding to the wild-type sequence of Pfu) Is an amino acid sequence having the following modification.
(B) at least one amino acid is further modified in the amino acid sequence shown in (a), the amino acid sequence is 80% or more identical to the amino acid sequence shown in (a), and the reduced base analog is This is an amino acid sequence encoding a DNA polymerase having a detection activity.
(C) at least one amino acid is further modified in the amino acid sequence shown in (a), and one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence shown in (a). And an amino acid sequence encoding a DNA polymerase having reduced base analog detection activity.
[6]
The mutant according to any of [3] to [5], wherein the mutant of the archaeal DNA polymerase has at least one amino acid modification among the amino acids corresponding to positions 36 and 93 in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2. Nucleic acid amplification method.
[7]
The mutant of archaeal DNA polymerase is any one of Y7A / V93K, Y7A / V93R, Y7A / V93Q, Y7A / P36H, Y7A / P36R, P36H / V93K, P36K, P36R or P36H in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2. The method for amplifying nucleic acid according to any one of [3] to [6], which has the following modification.
[8]
The nucleic acid amplification according to any of [3] to [7], wherein the archaeal DNA polymerase mutant has any of Y7A / V93K, Y7A / P36H or P36H in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2. Law.
[9]
The nucleic acid amplification according to any one of [1] to [8], wherein the DNA polymerase belonging to Family B further has at least one amino acid modification in any of the amino acids constituting the 3′-5 ′ exonuclease active region. Law.
[10]
The modification of the DNA polymerase belonging to Family B to the 3′-5 ′ exonuclease active region is performed by modifying any of amino acids corresponding to D141, I142, E143, H147, N210 and Y311 in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2. The nucleic acid amplification method according to any one of [1] to [9], wherein the method has at least one amino acid modification.
[11]
The modification of the DNA polymerase belonging to Family B to the 3′-5 ′ exonuclease active region is any of D141A / E143A, I142R, H147E, H147D, N210D or Y311F in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 [1] ] The nucleic acid amplification method according to any one of [10] to [10].
[12]
The nucleic acid amplification according to any one of [3] to [11], wherein the mutant of the archaeal DNA polymerase has any of the following (1) to (4) in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2. Law.
(1) Any one of (A) H147E and (B) any of Y7A / V93K, Y7A / V93R, Y7A / V93Q, Y7A / P36H, Y7A / P36R, P36H / V93K, P36K, P36R, P36H, V93R or V93Q ) (A) N210D, (B) any of Y7A / V93K, Y7A / P36H, Y7A / P36R, P36K, P36R, P36H, V93Q, V93K or V93R, (3) (A) I142R, and (B) Y7A / Any of V93K, Y7A / V93R, Y7A / V93Q, Y7A / P36H, Y7A / P36R, P36R, P36H, V93K, V93R or V93Q (4) (A) D141A / E143A and (B) Y7A / V93K, Y7A / P36H, Y7A / P36R, P36R, P36H or One of the V93K [13]
The nucleic acid amplification method according to any one of [1] to [12], further including PCNA in the reaction solution.
[14]
The method for amplifying nucleic acid according to any one of [1] to [13], wherein PCNA is a mutant that is loaded alone into DNA.
[15]
PCNA is derived from the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 21 or SEQ ID NO: 22 from the (a) N-terminal region consisting of amino acids corresponding to positions 82, 84, and 109; and (b) the amino acids corresponding to positions 139, 143, and 147. The nucleic acid amplification method according to any one of [1] to [14], which is a mutant having at least one modification among the C-terminal regions.
[16]
PCNA in which the amino acid corresponding to position 143 in SEQ ID NO: 21 or SEQ ID NO: 22 has been changed to a basic amino acid, or amino acid corresponding to positions 82 and 143 in which both amino acids have been changed to neutral amino acids, corresponding to position 147 Any one of [1] to [15], which is a mutant in which amino acids corresponding to amino acids 109 and 143 are both changed to neutral amino acids. Nucleic acid amplification method.
[17]
A reagent for performing the nucleic acid amplification method according to any one of [1] to [16].
[18]
A kit comprising a reagent for performing the nucleic acid amplification method according to any one of [1] to [16].

本発明によって、DNA精製の際のロスやキャリーオーバーの危険性をなくし、さらに時間・コストを削減することができる。また、dUTP/UDGコンタミネーション除去法によるコンタミネーションを防げるため、研究分野だけでなく、同じサンプルを何度も増幅する遺伝子診断などの臨床分野もしくは法医学分野、あるいは食品や環境中の微生物検査等においても広く利用することができる According to the present invention, the risk of loss and carryover during DNA purification can be eliminated, and the time and cost can be further reduced. In addition, to prevent contamination due to the dUTP / UDG contamination removal method, it can be used not only in the research field, but also in the clinical field or forensic field such as genetic diagnosis where the same sample is amplified many times, or in microbiological tests in food and the environment. Can also be widely used

本発明の核酸増幅法に用いるDNAポリメラーゼの減少した塩基類似体検出活性の評価Evaluation of reduced activity of detecting a base analog of DNA polymerase used in the nucleic acid amplification method of the present invention 本発明の核酸増幅法に用いるDNAポリメラーゼの減少した塩基類似体検出活性の評価Evaluation of reduced activity of detecting a base analog of DNA polymerase used in the nucleic acid amplification method of the present invention 本発明の核酸増幅法に用いるDNAポリメラーゼの長鎖DNA増幅の評価Evaluation of long DNA amplification of DNA polymerase used in the nucleic acid amplification method of the present invention 本発明の核酸増幅法に用いるDNAポリメラーゼの長鎖DNA増幅の評価Evaluation of long DNA amplification of DNA polymerase used in the nucleic acid amplification method of the present invention 本発明の核酸増幅法に用いるDNAポリメラーゼの合成速度の比較。Comparison of the synthesis rates of DNA polymerases used in the nucleic acid amplification method of the present invention. 本発明の核酸増幅法に用いるDNAポリメラーゼを用いた血液からの増幅評価Evaluation of amplification from blood using DNA polymerase used in the nucleic acid amplification method of the present invention PCR増強因子(PCNA)の評価Evaluation of PCR enhancer (PCNA) 本発明の核酸増幅法に用いるDNAポリメラーゼのPCNA添加による合成速度の比較Comparison of synthesis rate of DNA polymerase used in the nucleic acid amplification method of the present invention by adding PCNA 本発明の核酸増幅法に用いるDNAポリメラーゼとPCNAを用いた血液からの増幅評価Evaluation of amplification from blood using DNA polymerase and PCNA used in the nucleic acid amplification method of the present invention 本発明の核酸増幅法に用いるDNAポリメラーゼを用いた体組織(爪、髪、口腔粘膜)からの増幅評価Evaluation of amplification from body tissues (nail, hair, oral mucosa) using DNA polymerase used in the nucleic acid amplification method of the present invention 本発明の核酸増幅法に用いるDNAポリメラーゼを用いた植物ライセートからの増幅評価Evaluation of amplification from plant lysate using DNA polymerase used in nucleic acid amplification method of the present invention 本発明の核酸増幅法に用いるDNAポリメラーゼを用いた糞便存在下からの増幅評価Amplification evaluation in the presence of feces using DNA polymerase used in the nucleic acid amplification method of the present invention 本発明の核酸増幅法に用いるDNAポリメラーゼとPCNAを用いた血液からの増幅評価Evaluation of amplification from blood using DNA polymerase and PCNA used in the nucleic acid amplification method of the present invention PCNAの多量体形成に関するアミノ酸領域を示す図である。FIG. 4 is a view showing an amino acid region related to multimer formation of PCNA.

以下、本発明の実施形態を示しつつ、本発明についてさらに詳説する。
本明細書においては、塩基配列、アミノ酸配列およびその個々の構成因子については、アルファベット表記による簡略化した記号を用いる場合があるが、いずれも分子生物学・遺伝子工学分野における慣行に従う。また、本明細書においては、アミノ酸配列の変異を簡潔に示すため、例えば「D143A」などの表記を用いる。「D143A」は、第143番目のアスパラギン酸をアラニンに置換したことを示しており、すなわち、置換前のアミノ酸残基の種類、その場所、置換後のアミノ酸残基の種類を示している。また、配列番号は、特に断らない限り、配列表に記載された配列番号に対応する。また、多重変異体の場合は、上記の表記を「/」でつなげて表す。たとえば「D143A/D147A」は、第143番目のアスパラギン酸をアラニンに置換し、かつ、第147番目のアスパラギン酸をアラニンに置換したことを示す。
また、本明細書において「変異型PCNA」という場合の「変異型」とは、従来知られたPCNAとは異なるアミノ酸配列を備えることを意味するものであり、人為的変異によるか自然界における変異によるかを区別するものではない。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail while showing embodiments of the present invention.
In the present specification, the base sequence, the amino acid sequence, and their individual constituent factors may be represented by simplified symbols in alphabetical notation, but all follow the practices in the field of molecular biology and genetic engineering. Further, in the present specification, a notation such as “D143A” is used to briefly show mutations in the amino acid sequence. "D143A" indicates that the 143rd aspartic acid was substituted with alanine, that is, the type of amino acid residue before substitution, its location, and the type of amino acid residue after substitution. Unless otherwise specified, the sequence numbers correspond to the sequence numbers described in the sequence listing. In the case of multiple mutants, the above notation is connected by “/”. For example, "D143A / D147A" indicates that the 143rd aspartic acid was substituted with alanine and the 147th aspartic acid was substituted with alanine.
Further, in the present specification, the “mutant type” in the case of “mutant PCNA” means having an amino acid sequence different from conventionally known PCNA, and is caused by an artificial mutation or a mutation in nature. It does not distinguish between them.

(1)[本発明の特徴]
本発明における核酸増幅法は、精製工程を経ていない生体試料を核酸増幅反応液に添加し、生体試料中の標的核酸を増幅する方法であって、増幅に用いられる酵素がファミリーBに属するポリメラーゼであり、かつデオキシウリジン(dUTP)を反応液中に含んでいることを特徴とする。
(1) [Features of the present invention]
The nucleic acid amplification method of the present invention is a method of adding a biological sample that has not been subjected to a purification step to a nucleic acid amplification reaction solution to amplify a target nucleic acid in the biological sample, wherein the enzyme used for amplification is a polymerase belonging to Family B. And deoxyuridine (dUTP) is contained in the reaction solution.

(2)[精製工程を経ないこと]
本発明における核酸増幅法においては、精製工程を経ていない生体試料内の核酸を精製することなく増幅する。精製とは、生体試料の組織、細胞壁などの夾雑物質と生体試料中のDNAを分離する方法であり、フェノールあるいはフェノール・クロロホルム等を用いて、DNAを分離する方法や、イオン交換樹脂、ガラスフィルターあるいはタンパク凝集作用を有する試薬によってDNAを分離する方法がある。
(2) [No purification step]
In the nucleic acid amplification method of the present invention, a nucleic acid in a biological sample that has not undergone a purification step is amplified without purification. Purification is a method for separating DNA in a biological sample from contaminants such as tissues and cell walls of the biological sample. Methods for separating DNA using phenol or phenol / chloroform, ion-exchange resins, glass filters Alternatively, there is a method of separating DNA using a reagent having a protein aggregation action.

臓器や細胞など、増幅対象となる核酸が試料の組織内に存在する場合、前記核酸を抽出するために組織を破壊する行為(物理的な処理による破壊、界面活性剤などを使用した破壊など)は、本発明で言う精製に該当しない。また、前記方法で得られた試料、または、生体試料を、緩衝液などにより希釈する行為も本発明で言う精製に該当しない。 When nucleic acid to be amplified, such as an organ or a cell, is present in the tissue of a sample, an act of destroying the tissue to extract the nucleic acid (destruction by physical treatment, destruction using a surfactant, etc.) Does not correspond to the purification mentioned in the present invention. Further, the act of diluting a sample or a biological sample obtained by the above method with a buffer or the like does not correspond to the purification referred to in the present invention.

本発明における核酸増幅法は、生体試料をこれらの精製法をとることなく、核酸増幅反応液に添加し増幅する方法である。本発明において「精製工程を経ていない生体試料」とは、生体試料そのもの、あるいは液体の生体試料を水などの溶媒を用いて希釈したもの、固体の生体試料を水などの溶媒に添加し熱をかけて破砕させたものなどが挙げられるが、精製工程を経ていなければ、これらに限定されるものではない。 The nucleic acid amplification method in the present invention is a method in which a biological sample is added to a nucleic acid amplification reaction solution and amplified without using these purification methods. In the present invention, the term "biological sample that has not been subjected to the purification step" refers to a biological sample itself or a liquid biological sample diluted with a solvent such as water, or a solid biological sample added to a solvent such as water to generate heat. Examples thereof include those crushed and crushed, but are not limited thereto unless they have undergone a purification step.

本明細書では「血液耐性」という言葉を用いるが、これは、核酸増幅反応液に血液が存在していても阻害に耐えることを言う。増幅可能な血液濃度が高いほど「血液耐性が高い」と表現する。 In this specification, the term "blood resistance" is used, which means that even if blood is present in the nucleic acid amplification reaction solution, it can withstand inhibition. The higher the blood concentration that can be amplified, the higher the blood resistance.

(3)[生体試料]
本発明の核酸増幅法に適用する生体試料は、生体から採取された試料であれば特に限定されない。例えば、動植物組織、体液、排泄物、細胞、細菌、ウイルス等をいう。体液には血液や唾液が含まれ、細胞には血液から分離した白血球が含まれるが、これらに限定されるものではない。
(3) [Biological sample]
The biological sample applied to the nucleic acid amplification method of the present invention is not particularly limited as long as it is a sample collected from a living body. For example, it refers to animal and plant tissues, body fluids, excrement, cells, bacteria, viruses, and the like. Body fluids include blood and saliva, and cells include, but are not limited to, leukocytes separated from blood.

(4)[デオキシウリジン(dUTP)]
本発明の核酸増幅法においては、反応液にdUTPを含む。dUTPの入手経路は特に限定されないが、市販のものを使用することができる。
反応液中のdUTPの濃度は特に限定されないが、コンタミネーション除去の効率の観点から、好ましい下限は0.5μM以上、より好ましくは50μM以上、より好ましくは0.1mM以上である。またPCR効率の観点から、dUTPは高濃度で含まれていてもよい。好ましい上限は1mM以下、より好ましくは0.6mM以下である。
また、PCR効率の観点からdTTPとdUTPが混在していてもよい。dTTPとdUTPの比率は100:1〜1:100が好ましい。より好ましくは10:1〜1:10であり、さらに好ましくは1:1であるが、これらに限定されない。
(4) [Deoxyuridine (dUTP)]
In the nucleic acid amplification method of the present invention, the reaction solution contains dUTP. The route for obtaining dUTP is not particularly limited, but a commercially available route can be used.
The concentration of dUTP in the reaction solution is not particularly limited, but the lower limit is preferably 0.5 μM or more, more preferably 50 μM or more, and more preferably 0.1 mM or more, from the viewpoint of the efficiency of removing contamination. From the viewpoint of PCR efficiency, dUTP may be contained at a high concentration. A preferred upper limit is 1 mM or less, more preferably 0.6 mM or less.
Further, dTTP and dUTP may be mixed from the viewpoint of PCR efficiency. The ratio between dTTP and dUTP is preferably from 100: 1 to 1: 100. The ratio is more preferably from 10: 1 to 1:10, and further preferably 1: 1, but is not limited thereto.

本発明の核酸増幅法に適用される核酸は、その長さや配列、GC含量の違いなどに制約を受けないが、増幅時にdUTPを取り込ませるので、核酸にTが含まれることが必要であり、Tが10個以上含まれていることが好ましい。 The nucleic acid applied to the nucleic acid amplification method of the present invention is not restricted by its length, sequence, GC content, etc., but it incorporates dUTP during amplification, so it is necessary that the nucleic acid contains T, It is preferable that T is contained 10 or more.

(5)[ファミリーBに属するDNAポリメラーゼ]
本発明の核酸増幅法に用いるDNAポリメラーゼは、ファミリーBに属するDNAポリメラーゼである。前記ファミリーBに属するDNAポリメラーゼは、好ましくは古細菌(Archea)由来のDNAポリメラーゼである。
(5) [DNA polymerase belonging to Family B]
The DNA polymerase used in the nucleic acid amplification method of the present invention is a DNA polymerase belonging to Family B. The DNA polymerase belonging to Family B is preferably a DNA polymerase derived from archaea (Archea).

(6)[古細菌由来のDNAポリメラーゼ]
ファミリーBに属する古細菌由来のDNAポリメラーゼとしては、パイロコッカス(Pyrococcus)属およびサーモコッカス(Thermococcus)属の細菌から単離されるDNAポリメラーゼが挙げられる。
パイロコッカス属由来のDNAポリメラーゼとしては、Pyrococcus furiosus、Pyrococcus sp.GB−D、Pyrococcus Woesei、Pyrococcus abyssi、Pyrococcus horikoshiiから単離されたDNAポリメラーゼを含むが、これらに限定されない。
サーモコッカス属に由来するDNAポリメラーゼとしては、Thermococcus kodakaraensis、Thermococcus gorgonarius、Thermococcus litoralis、Thermococcus sp.JDF−3、Thermococcus sp.9degrees North−7(Thermococcus sp.9°N−7)、Thermococcus sp.KS−1、Thermococcus celer、又はThermococcus siculiから単離されたDNAポリメラーゼを含むが、これらに限定されない。
これらのDNAポリメラーゼを用いたPCR酵素は市販されており、Pfu(Staragene社)、KOD(Toyobo社)、Pfx(Life Technologies社)、Vent(New England Biolabs社)、Deep Vent(New England Biolabs社)、Tgo(Roche社)、Pwo(Roche社)などがある。
(6) [A DNA polymerase derived from archaea]
Examples of DNA polymerases derived from archaea belonging to the family B include DNA polymerases isolated from bacteria belonging to the genus Pyrococcus and the genus Thermococcus.
Pyrococcus DNA polymerases include Pyrococcus furiosus and Pyrococcus sp. Including, but not limited to, DNA polymerases isolated from GB-D, Pyrococcus Wosei, Pyrococcus abyssi, Pyrococcus horikoshii.
Examples of DNA polymerases derived from the genus Thermococcus include Thermococcus kodakaraensis, Thermococcus gorgonarius, Thermococcus litoralis, and Thermococcus sp. JDF-3, Thermococcus sp. 9 degrees North-7 (Thermococcus sp. 9 ° N-7), Thermococcus sp. Including, but not limited to, DNA polymerase isolated from KS-1, Thermococcus celler, or Thermococcus siculi.
PCR enzymes using these DNA polymerases are commercially available, and include Pfu (Staragene), KOD (Toyobo), Pfx (Life Technologies), Vent (New England Biolabs), and Deep Vent (New England). , Tgo (Roche), Pwo (Roche) and the like.

なかでもPCR効率の観点から、伸長性や熱安定性の優れたKOD DNAポリメラーゼが好ましい。 Among them, from the viewpoint of PCR efficiency, KOD DNA polymerase having excellent extensibility and heat stability is preferable.

(7)[減少した塩基類似体検出活性を有するDNAポリメラーゼ変異体]
本発明の核酸増幅法に用いるファミリーBに属するDNAポリメラーゼは、減少した塩基類似体検出活性を有する変異体でもよい。塩基類似体とはアデニンやシトシン、グアニン、チミン以外の塩基を示し、ウラシルやイノシンなどが挙げられる。通常、ファミリーBに属するDNAポリメラーゼは、塩基類似体であるウラシルやイノシンを検出すると強く結合し、ポリメラーゼ機能を阻害する。塩基類似体検出活性とは、塩基類似体と強く結合し、ポリメラーゼ機能を阻害する活性を示す。減少した塩基類似体検出活性を有するファミリーBに属するDNAポリメラーゼ変異体とは、ウラシルやイノシンへの結合能力が低いことを特徴とするファミリーBに属するDNAポリメラーゼ変異体である。
(7) [DNA polymerase mutant having reduced base analog detection activity]
The DNA polymerase belonging to Family B used for the nucleic acid amplification method of the present invention may be a mutant having a reduced activity of detecting a base analog. The base analog refers to a base other than adenine, cytosine, guanine, and thymine, and includes uracil and inosine. Usually, a DNA polymerase belonging to Family B binds strongly when detecting a base analog, uracil or inosine, and inhibits the polymerase function. The term “base analog detection activity” refers to an activity of strongly binding to a base analog and inhibiting a polymerase function. A DNA polymerase mutant belonging to Family B having a reduced activity of detecting a base analog is a DNA polymerase mutant belonging to Family B, which has a low ability to bind to uracil or inosine.

このようなファミリーBに属するDNAポリメラーゼの減少した塩基類似体検出活性を有する変異体としては、古細菌DNAポリメラーゼ変異体が例示できる。
具体的には、アミノ酸1〜40、およびアミノ酸78〜130によって形成されるウラシルの結合に関するアミノ酸配列(ウラシル結合ポケット)に改変を加え、野生型のDNAポリメラーゼと比較して、ウラシルやイノシンへの結合能力が低いことを特徴とする古細菌DNAポリメラーゼ変異体である。ウラシルやイノシンへの結合能力が低い古細菌DNAポリメラーゼ変異体は、dUTPの存在下のPCRでもファミリーBに属する古細菌由来のDNAポリメラーゼの機能低下があまり見られず、dUTPによるDNAポリメラーゼの伸長反応への影響が低減されている。
Examples of such a mutant having a reduced activity of detecting a base analog of a DNA polymerase belonging to Family B include an archaeal DNA polymerase mutant.
Specifically, the amino acid sequence relating to the binding of uracil formed by amino acids 1 to 40 and amino acids 78 to 130 (uracil binding pocket) is modified, and compared with wild-type DNA polymerase, to uracil and inosine. An archaeal DNA polymerase mutant characterized by low binding ability. The archaeal DNA polymerase mutant having a low ability to bind to uracil or inosine showed little decrease in the function of archaea-derived DNA polymerase belonging to family B even in PCR in the presence of dUTP, and the DNA polymerase elongation reaction by dUTP was not observed. Impact has been reduced.

(8)[DNAポリメラーゼのDNA合成速度]
本発明の核酸増幅法に用いる減少した塩基類似体検出活性を有するDNAポリメラーゼ変異型は、野生型(WT)と比べてDNA合成速度が速いものであることが好ましい。
(8) [DNA synthesis rate of DNA polymerase]
The DNA polymerase mutant having a reduced activity of detecting a base analog used in the nucleic acid amplification method of the present invention preferably has a higher DNA synthesis rate than the wild-type (WT).

野生型の、ファミリーBに属するポリメラーゼは高い正確性を持つ。これは取り込まれた塩基が間違っていないかを確認しながら増幅するためである。間違いの原因となる塩基については、シトシンの熱分解により生じアラニンと対合するウラシルが挙げられる。ファミリーBに属するポリメラーゼはウラシルと強く結合するポケットを有し、増幅する核酸にこのウラシルがないかを一つ一つ確認しながら増幅していく。 Wild-type, family B polymerases have high accuracy. This is because amplification is performed while confirming that the incorporated base is correct. Bases that cause errors include uracil, which results from the thermal degradation of cytosine and pairs with alanine. The polymerase belonging to Family B has a pocket that strongly binds to uracil, and amplifies the nucleic acid to be amplified while confirming the presence of uracil one by one.

一方で、このポケットはウラシルと強く相互作用し反応を遅くする(あるいは止める)働きを持つ。この相互作用は、多少なりとも構造の類似するシトシンなどの塩基にも及ぶことが考えられ、そのためDNA合成速度が抑えられていた可能性がある。本発明の核酸増幅法に用いる減少した塩基類似体検出活性を有するDNAポリメラーゼ変異型は、ウラシル結合ポケットへ改変を行うことで、ウラシルのみならずシトシンなどとも相互作用しなくなり、合成速度が上がると考えられる。 On the other hand, these pockets interact strongly with uracil and slow (or stop) the reaction. This interaction is considered to extend to bases such as cytosine having a similar structure to some extent, which may have reduced the DNA synthesis rate. The DNA polymerase mutant having reduced base analog detection activity used in the nucleic acid amplification method of the present invention, by modifying the uracil binding pocket, does not interact with not only uracil but also cytosine and the like, and the synthesis rate increases. Conceivable.

ウラシルと強く結合するポケットの改変により合成速度が速くなる程度は、野生型を改変するより、エキソ領域を改変した変異体をさらに改変する方がより高い。 The degree to which the synthesis rate is increased by the modification of the pocket that strongly binds to uracil is higher when the exo region-modified mutant is further modified than when the wild-type is modified.

前記ファミリーBに属するDNAポリメラーゼ、または、古細菌由来のDNAポリメラーゼは、下記の測定法で、30塩基/秒以上のDNA合成速度を有することが望ましい。
dUTP存在下ではdUTPとポリメラーゼが強く結合することでPCRの阻害が生じる。DNAの合成速度が高いポリメラーゼの方が、dUTPとの結合を起しにくく、dUTP存在下でdUTPの影響を受けにくい。
It is desirable that the DNA polymerase belonging to the family B or the archaebacterial DNA polymerase has a DNA synthesis rate of 30 bases / second or more by the following measurement method.
In the presence of dUTP, a strong binding between dUTP and the polymerase causes inhibition of PCR. A polymerase having a higher DNA synthesis rate is less likely to bind to dUTP and is less susceptible to dUTP in the presence of dUTP.

<DNAポリメラーゼ合成速度測定法>
本発明において、核酸増幅法に用いられるDNAポリメラーゼの合成速度は以下のように測定する。酵素活性が強い場合には、保存緩衝液(50mM Tris−HCl(pH8.0),50mM KCl,1mM ジチオスレイトール,0.1% Tween20,0.1% Nonidet P40,50% グリセリン)でサンプルを希釈して測定を行う。(1)下記のA液2.5μl、B液2.5μl、C液1.5μl、D液4.8μl、およびE液4μlを混合し、95℃にて10分、37℃にて10分置き、基質を作成する。
(2)、75℃にて30秒、インキュベートさせた基質に0.64ng/μl酵素溶液5μlを加えて75℃にて30秒、60秒、120秒反応する。その後氷冷し、F液35μlを加えて、よく攪拌する。
(3)この液を10μl、1%のアルカリアガロースゲルに供し、Biotinylated 2−Log DNA Ladder (0.1−10 kb)(NEB製)をマーカーとし電気泳動する。
(4)Hybond N+へブロッテリングし、NEBのPhototope−Star Chemiluminescent Detection Kitの取説に従い、ビオチンを検出する。1秒当たりに伸長した鎖の長さを合成速度とする。
A:10×PCR Buffer for KOD −Plus− Ver.2(TOYOBO製)
B:2mM dNTPs(TOYOBO製)
C:25mM MgSO
D:200ng/μl M13 ssDNA(TaKaRa製)
E:100μM Biotin化P7プライマー(配列:Biotin−CGCCAGGGTTTTCCCAGTCACGAC)
F:59mM NaOH、59mM EDTA、0.1% BPB 30% Glycerol
<DNA polymerase synthesis rate measurement method>
In the present invention, the synthesis rate of DNA polymerase used in the nucleic acid amplification method is measured as follows. If the enzyme activity is strong, the sample is stored in a storage buffer (50 mM Tris-HCl (pH 8.0), 50 mM KCl, 1 mM dithiothreitol, 0.1% Tween 20, 0.1% Nonidet P40, 50% glycerin). Measure after dilution. (1) 2.5 μl of solution A, 2.5 μl of solution B, 1.5 μl of solution C, 4.8 μl of solution D, and 4 μl of solution E are mixed, and the mixture is mixed at 95 ° C. for 10 minutes and at 37 ° C. for 10 minutes. Place and make substrate.
(2) Add 5 μl of 0.64 ng / μl enzyme solution to the incubated substrate at 75 ° C. for 30 seconds and react at 75 ° C. for 30 seconds, 60 seconds and 120 seconds. Then, the mixture is cooled on ice, 35 μl of solution F is added, and the mixture is stirred well.
(3) This solution is applied to 10 μl of a 1% alkaline agarose gel, and electrophoresed using Biotinylated 2-Log DNA Ladder (0.1-10 kb) (manufactured by NEB) as a marker.
(4) Blotting to Hybond N + and detecting biotin in accordance with the instructions of the NEB's Phototope-Star Chemiluminescent Detection Kit. The length of the chain extended per second is defined as the synthesis rate.
A: 10 × PCR Buffer for KOD-Plus-Ver. 2 (TOYOBO)
B: 2 mM dNTPs (manufactured by TOYOBO)
C: 25 mM MgSO 4
D: 200 ng / μl M13 ssDNA (TaKaRa)
E: 100 μM Biotinylated P7 primer (sequence: Biotin-CGCCAGGGTTTTCCCAGTCACGAC)
F: 59 mM NaOH, 59 mM EDTA, 0.1% BPB 30% Glycerol

DNA合成速度は、後述のPCR増強因子(たとえばPCNA)の添加によりさらに早くすることができる。50塩基/秒以上のDNA合成速度を有するDNAポリメラーゼが好ましいが、これらに限定されない。 The rate of DNA synthesis can be further increased by the addition of a PCR enhancing factor (eg, PCNA) described below. A DNA polymerase having a DNA synthesis rate of 50 bases / second or more is preferable, but not limited thereto.

(9)[古細菌DNAポリメラーゼ変異体]
前記「減少した塩基類似体検出活性を有するDNAポリメラーゼ変異体」について、さらに具体的に説明する。
ウラシルの結合に関するアミノ酸配列はパイロコッカス属に由来するDNAポリメラーゼ及びサーモコッカス属に由来するDNAポリメラーゼにおいて高度に保存されている。サーモコッカス・コダカラエンシスに由来するDNAポリメラーゼ(配列番号1)においては、アミノ酸1〜40、およびアミノ酸78〜130によって形成される。パイロコッカス・フリオサス(配列番号2)においては、アミノ酸1〜40、およびアミノ酸78〜130によって形成される。サーモコッカス・ゴルゴナリウス(配列番号3)においては、アミノ酸1〜40、およびアミノ酸78〜130によって形成される。サーモコッカス・リトラリス(配列番号4)においては、アミノ酸1〜40、およびアミノ酸78〜130によって形成される。パイロコッカス・エスピーGB−D(配列番号5)においては、アミノ酸1〜40、およびアミノ酸78〜130によって形成される。サーモコッカス・エスピーJDF−3(配列番号6)のおいては、アミノ酸1〜40、およびアミノ酸78〜130によって形成される。サーモコッカス・エスピー9°N−7(配列番号7)においては、アミノ酸1〜40、およびアミノ酸78〜130によって形成される。サーモコッカス・エスピーKS−1(配列番号8)においては、アミノ酸1〜40、およびアミノ酸78〜130によって形成される。サーモコッカス・セラー(配列番号9)においては、アミノ酸1〜40、およびアミノ酸78〜130によって形成される。サーモコッカス・シクリ(配列番号10)においては、アミノ酸1〜40、およびアミノ酸78〜130によって形成される。
(9) [Analyte DNA polymerase mutant]
The “DNA polymerase mutant having reduced base analog detection activity” will be described more specifically.
The amino acid sequence for uracil binding is highly conserved in Pyrococcus and Thermococcus DNA polymerases. In the DNA polymerase derived from Thermococcus kodakaraensis (SEQ ID NO: 1), it is formed by amino acids 1 to 40 and amino acids 78 to 130. In Pyrococcus furiosus (SEQ ID NO: 2), it is formed by amino acids 1-40 and amino acids 78-130. In Thermococcus gorgonarius (SEQ ID NO: 3), it is formed by amino acids 1 to 40 and amino acids 78 to 130. In Thermococcus litoralis (SEQ ID NO: 4), it is formed by amino acids 1 to 40 and amino acids 78 to 130. In Pyrococcus sp. GB-D (SEQ ID NO: 5), it is formed by amino acids 1 to 40 and amino acids 78 to 130. In Thermococcus sp. JDF-3 (SEQ ID NO: 6), it is formed by amino acids 1 to 40 and amino acids 78 to 130. In Thermococcus sp. 9 ° N-7 (SEQ ID NO: 7), it is formed by amino acids 1 to 40 and amino acids 78 to 130. In Thermococcus sp. KS-1 (SEQ ID NO: 8), it is formed by amino acids 1 to 40 and amino acids 78 to 130. In Thermococcus cellar (SEQ ID NO: 9), it is formed by amino acids 1-40 and amino acids 78-130. In Thermococcus siculi (SEQ ID NO: 10), it is formed by amino acids 1 to 40 and amino acids 78 to 130.

本発明の核酸増幅法に用いるDNAポリメラーゼ変異体として、より好ましいのは、ウラシルと相互作用に直接関連していると想定されている7、36、37、90〜97、および112〜119番目のアミノ酸のうち少なくとも1つに改変を加えた古細菌DNAポリメラーゼ変異体、すなわち、(a)配列番号1または配列番号2で示されるアミノ酸配列の7、36、37、90〜97および112〜119番目に相当するアミノ酸のうち、少なくとも1つのアミノ酸の改変を有するアミノ酸配列で示される古細菌DNAポリメラーゼ変異体である。 More preferred as the DNA polymerase mutant used in the nucleic acid amplification method of the present invention are nucleotides 7, 36, 37, 90 to 97, and 112 to 119, which are assumed to be directly involved in the interaction with uracil. An archaeal DNA polymerase mutant in which at least one of the amino acids is modified, that is, (a) 7, 36, 37, 90 to 97 and 112 to 119 of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 Is an archaeal DNA polymerase mutant represented by an amino acid sequence having at least one amino acid modification among amino acids corresponding to

上記の古細菌DNAポリメラーゼ変異体は、以下の(b)のアミノ酸配列で示されるものであってもよい。
(b)(a)で示されるアミノ酸配列においてさらに少なくとも1つのアミノ酸が改変されており、そのアミノ酸配列が(a)で示されるアミノ酸配列と80%以上同一(好ましくは85%以上同一であり、さらに好ましくは90%以上同一であり、さらに好ましくは95%以上同一であり、さらに好ましくは98%以上同一であり、さらに好ましくは99%以上同一である)であり、かつ、減少した塩基類似体検出活性を有するDNAポリメラーゼをコードするアミノ酸配列。
The archaeal DNA polymerase mutant described above may have the amino acid sequence of the following (b).
(B) at least one amino acid is further modified in the amino acid sequence shown in (a), and the amino acid sequence is 80% or more identical to the amino acid sequence shown in (a) (preferably 85% or more, More preferably 90% or more identical, more preferably 95% or more identical, more preferably 98% or more identical, more preferably 99% or more identical), and a reduced base analog Amino acid sequence encoding a DNA polymerase having detection activity.

アミノ酸配列の同一性を算出する方法としては、種々の方法が知られている。例えば、市販の又は電気通信回線(インターネット)を通じて利用可能な解析ツールを用いて算出することができる。
本明細書では、全米バイオテクノロジー情報センター(NCBI)の相同性アルゴリズムBLAST(Basic local alignment search tool)http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/においてデフォルト(初期設定)のパラメーターを用いることにより、アミノ酸配列の同一性を算出する。
Various methods are known for calculating amino acid sequence identity. For example, it can be calculated using an analysis tool that is commercially available or available through a telecommunication line (Internet).
In the present specification, the homology algorithm BLAST (Basic local alignment search tool) of the National Center for Biotechnology Information (NCBI) http: // www. ncbi. nlm. nih. The amino acid sequence identity is calculated by using the default (initial setting) parameters in gov / BLAST /.

上記の古細菌DNAポリメラーゼ変異体は、以下の(c)のアミノ酸配列で示されるものであってもよい。
(c)(a)で示されるアミノ酸配列においてさらに少なくとも1つのアミノ酸が改変されており、そのアミノ酸配列が(a)で示されるアミノ酸配列において1もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列であり、かつ、減少した塩基類似体検出活性を有するDNAポリメラーゼをコードするアミノ酸配列。
The archaeal DNA polymerase mutant described above may be represented by the following amino acid sequence (c).
(C) at least one amino acid is further modified in the amino acid sequence shown in (a), and one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence shown in (a). And an amino acid sequence encoding a DNA polymerase having reduced base analog detection activity.

ここで「数個」とは、「減少した塩基類似体検出活性」が維持される限り制限されないが、例えば、全アミノ酸の約20%未満に相当する数であり、好ましくは約15%未満に相当する数であり、さらに好ましくは約10%未満に相当する数であり、より一層好ましくは約5%未満に相当する数であり、最も好ましくは約1%未満に相当する数である。より具体的には、変異されるアミノ酸残基の個数は、例えば、2〜160個、好ましくは2〜120個、より好ましくは2〜80個、更に好ましくは2〜40個であり、より更に好ましくは2〜5個である。 Here, “several” is not limited as long as “reduced base analog detection activity” is maintained, but is, for example, a number corresponding to less than about 20% of all amino acids, and preferably less than about 15%. It is a corresponding number, more preferably a number corresponding to less than about 10%, even more preferably a number corresponding to less than about 5%, and most preferably a number corresponding to less than about 1%. More specifically, the number of amino acid residues to be mutated is, for example, 2 to 160, preferably 2 to 120, more preferably 2 to 80, and still more preferably 2 to 40, Preferably, the number is 2 to 5.

なお、「配列番号1に示されるアミノ酸配列における7、36、37、90〜97、および112〜119番目に相当するアミノ酸」とは、配列番号1に示されるアミノ酸配列と完全同一ではないアミノ酸配列を有するDNAポリメラーゼにおいて、配列番号1の7、36、37、90〜97、および112〜119番目に対応するウラシルの結合に関するアミノ酸配列を含む表現である。 The “amino acids corresponding to positions 7, 36, 37, 90 to 97, and 112 to 119 in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1” are amino acid sequences that are not completely identical to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1. Is an expression containing an amino acid sequence relating to binding of uracil corresponding to positions 7, 36, 37, 90 to 97, and 112 to 119 of SEQ ID NO: 1 in a DNA polymerase having SEQ ID NO: 1.

本願明細書において、配列番号1に示されるアミノ酸配列と完全同一ではないアミノ酸配列おける、配列番号1上のある位置(順番)と対応する位置とは、配列の一次構造を比較(アラインメント)したとき、配列番号1の当該位置と対応する位置とする。
配列の一次構造を比較する方法としては、種々の方法が知られている。例えば、市販の又は電気通信回線(インターネット)を通じて利用可能な解析ツールを用いて算出することができる。
本明細書では、DNA Databank of Japan(DDBJ)のClustalW(http://clustalw.ddbj.nig.ac.jp/index.php?lang=ja)においてデフォルト(初期設定)のパラメーターを用いることにより、配列の一次構造を比較する。
In the specification of the present application, in an amino acid sequence that is not completely identical to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, a certain position (order) on SEQ ID NO: 1 corresponds to a position corresponding to the primary structure of the sequence (alignment). , Corresponding to the position of SEQ ID NO: 1.
Various methods are known for comparing the primary structure of sequences. For example, it can be calculated using an analysis tool that is commercially available or available through a telecommunication line (Internet).
In this specification, the default (initial setting) is used in ClustalW (http://clustalw.ddbj.nig.ac.jp/index.php?lang=ja) of DNA Databank of Japan (DDBJ). Compare the primary structures of the sequences.

本発明の核酸増幅法に用いる減少した塩基類似体検出活性を有する古細菌DNAポリメラーゼ変異体は、より好ましくは、配列番号1または配列番号2におけるアミノ酸Y7、P36、またはV93に相当するアミノ酸から選択される少なくとも1つのアミノ酸の改変を有する。
ここで、例えばY7とは、7番目のアミノ酸であるチロシン(Y)残基を意味しており、アルファベット1文字は通用されているアミノ酸の略号を表している。好ましい例において、Y7アミノ酸はチロシン(Y)が非極性アミノ酸に置換されており、具体的にはY7A、Y7G、Y7V、Y7L、Y7I、Y7P、Y7F、Y7M、Y7W、及びY7Cからなる群より選ばれるアミノ酸置換である。
The archaeal DNA polymerase mutant having reduced activity of detecting a base analog used in the nucleic acid amplification method of the present invention is more preferably selected from amino acids corresponding to amino acids Y7, P36, or V93 in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2. Having at least one amino acid modification made.
Here, for example, Y7 means a tyrosine (Y) residue that is the seventh amino acid, and one letter of the alphabet represents an abbreviation of a commonly used amino acid. In a preferred example, the Y7 amino acid has tyrosine (Y) substituted with a non-polar amino acid, and is specifically selected from the group consisting of Y7A, Y7G, Y7V, Y7L, Y7I, Y7P, Y7F, Y7M, Y7W, and Y7C. Amino acid substitution.

別の好ましい例において、P36アミノ酸はプロリン(P)が正電荷をもつ極性アミノ酸に置換されており、具体的にはP36H、P36K、またはP36Rのアミノ酸置換である。別の好ましい例において、V93アミノ酸はバリン(V)が正電荷をもち極性アミン酸に置換されており、具体的にはV93H、V93K、またはV93Rのアミノ酸置換である。さらに好ましくはV93Kである。 In another preferred example, the P36 amino acid is a proline (P) substituted with a positively charged polar amino acid, specifically a P36H, P36K, or P36R amino acid substitution. In another preferred example, the V93 amino acid is a valine (V) substituted with a positively charged polar amino acid, specifically a V93H, V93K, or V93R amino acid substitution. More preferably, it is V93K.

より好ましくは、改変がY7A、P36H、P36K、P36R、V93Q、V93K、及びV93Rからなる群より選ばれる、少なくとも1つのアミノ酸の改変である。さらに好ましくはP36K、P36RまたはP36Hである。さらに好ましくはP36Hである。 More preferably, the modification is at least one amino acid modification selected from the group consisting of Y7A, P36H, P36K, P36R, V93Q, V93K, and V93R. More preferably, it is P36K, P36R or P36H. More preferably, it is P36H.

本発明における減少した塩基類似体検出活性を有する古細菌DNAポリメラーゼ変異体は、配列番号1または配列番号2におけるアミノ酸Y7、P36、またはV93に相当するアミノ酸から選択される2つ以上のアミノ酸を改変したものでも良い。具体的には、Y7A/V93K、Y7A/P36H、Y7A/P36R、Y7A/V93R、Y7A/V93QまたはP36H/V93Kなどが挙げられ、好ましくは、Y7A/P36HまたはY7A/V93Kなどがあげられるが、これらに限定されるものではない。 The archaeal DNA polymerase mutant having a reduced base analog detection activity according to the present invention has two or more amino acids selected from amino acids corresponding to amino acids Y7, P36 or V93 in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 May be done. Specific examples include Y7A / V93K, Y7A / P36H, Y7A / P36R, Y7A / V93R, Y7A / V93Q or P36H / V93K, and preferably Y7A / P36H or Y7A / V93K. However, the present invention is not limited to this.

なお、特許文献1または2には、ウラシルと相互作用に直接関連していると想定されている7、36、37、90〜97、および112〜119番目のアミノ酸のいずれかに改変を加えた古細菌DNAポリメラーゼ変異体がいくつか例示されているが、その全ての改変体が本願の課題にかなう良好な特性を有しているわけではなく、中には活性を失っているものも見られる。 In addition, in patent document 1 or 2, modification was added to any of the amino acids 7, 36, 37, 90 to 97, and 112 to 119, which are assumed to be directly related to the interaction with uracil. Several archaeal DNA polymerase variants have been exemplified, but not all variants have good properties to meet the task of the present application, some of which have lost activity. .

(10)[塩基類似体検出活性の評価方法]
本発明における塩基類似体検出活性はPCRによって評価できる。塩基類似体は典型的にはウラシルである。例えば、鋳型となるDNA、緩衝材、マグネシウム、dNTPs、プライマー、および評価対象のDNAポリメラーゼを含む通常のPCR反応液に、dUTP溶液を、終濃度0.5μM〜200μMで添加し、熱サイクルを行う。反応後にエチジウムブロマイド染色アガロース電気泳動でPCR産物の有無を確認し、許容できたdUTP濃度によって、ウラシルの検出活性を評価することが出来る。ウラシル検出活性の高いDNAポリメラーゼは少しのdUTPの添加で伸長反応が阻害され、PCR産物が確認できない。またウラシルの検出活性の低いDNAポリメラーゼは高濃度のdUTPを添加しても問題なくPCRによる遺伝子増幅が確認できる。
(10) [Evaluation method for base analog detection activity]
The activity of detecting a base analog in the present invention can be evaluated by PCR. The base analog is typically uracil. For example, a dUTP solution is added to a normal PCR reaction solution containing a template DNA, a buffer, magnesium, dNTPs, a primer, and a DNA polymerase to be evaluated at a final concentration of 0.5 μM to 200 μM, and a thermal cycle is performed. . After the reaction, the presence or absence of the PCR product is confirmed by ethidium bromide-stained agarose electrophoresis, and the uracil detection activity can be evaluated based on the allowable dUTP concentration. For a DNA polymerase having a high uracil detection activity, the elongation reaction is inhibited by the addition of a little dUTP, and a PCR product cannot be confirmed. In addition, gene amplification by PCR can be confirmed without any problem even when a high concentration of dUTP is added to a DNA polymerase having a low uracil detection activity.

減少した塩基類似体検出活性を有する古細菌DNAポリメラーゼ変異体とは、酵素至適の反応Buffer中で、任意のプライマー、および鋳型となるDNAを用い、至適の熱サイクルを行った結果、変異がない野生型と比較し、高濃度のdUTPを添加しても伸長反応が阻害されず、PCR産物が確認できるDNAポリメラーゼのことをいう。ただし、野生型との比較が困難な場合は、dUTPを0.5μMの濃度で添加してもPCRの増幅ができる古細菌DNAポリメラーゼ変異体については、当該変異体が野生型と比較して減少した塩基類似体検出活性を有すると推定する。 An archaeal DNA polymerase mutant having reduced base analog detection activity is defined as an enzyme-optimized reaction buffer, using an arbitrary primer and a DNA serving as a template, and performing optimal thermal cycling. Compared with a wild type without any, the addition of a high concentration of dUTP does not inhibit the extension reaction, and means a DNA polymerase in which a PCR product can be confirmed. However, when it is difficult to compare with the wild-type, the archaeal DNA polymerase mutant that can perform PCR amplification even when dUTP is added at a concentration of 0.5 μM has a decrease in the mutant compared to the wild-type. Presumed to have the activity of detecting the base analog.

本発明における塩基類似体検出活性の評価は、以下の方法に従う。
KOD −Plus− Ver.2(Toyobo社製)添付の10×PCR Buffer、またはPfu DNA Polymerase(Agilent社製)添付の10×PCR Bufferを用い、1×PCR Buffer、および1.5mM MgSO、0.2mM dNTPs(dATP、dTTP,dCTP、dGTP)、約1.3kbを増幅する15pmolの配列番号13及び14に記載のプライマー、10ngのヒトゲノムDNA(Roche製)、1Uの各酵素を含む50μlの反応液中に、dUTP(Roche製)を終濃度0.5、5、50、100、200μMになるよう添加する。94℃、30秒の前反応の後、98℃、10秒→65℃、30秒→68℃、1分30秒を30サイクル繰り返すスケジュールでPCRを行う。反応終了後、5μlの反応液についてアガロース電気泳動を行い、エチジウムブロマイド染色し、紫外線照射下約1.3kbの増幅DNA断片を確認することで塩基類似体検出活性が減少しているかどうかが評価できる。
The evaluation of the base analog detection activity in the present invention is performed according to the following method.
KOD-Plus-Ver. 2 (Toybo) and 10 × PCR Buffer attached to Pfu DNA Polymerase (Agilent) using 1 × PCR Buffer and 1.5 mM MgSO 4 , 0.2 mM dNTPs (dATP, dUTP (dTTP, dCTP, dGTP), 15 pmol of the primers of SEQ ID NOs: 13 and 14 that amplify about 1.3 kb, 10 ng of human genomic DNA (Roche), and 1 U of each enzyme in a 50 μl reaction mixture containing dUTP ( Roche) is added to a final concentration of 0.5, 5, 50, 100, 200 μM. After the pre-reaction at 94 ° C. for 30 seconds, PCR is performed on a schedule of repeating 98 cycles of 10 seconds → 65 ° C., 30 seconds → 68 ° C., 1 minute and 30 seconds for 30 cycles. After the completion of the reaction, 5 μl of the reaction solution is subjected to agarose electrophoresis, stained with ethidium bromide, and an amplified DNA fragment of about 1.3 kb is confirmed under irradiation with ultraviolet light, so that it can be evaluated whether the activity of detecting the base analog is reduced. .

PCRの増幅ができるdUTP濃度が高いほど、塩基類似体検出活性が減少している。本明細書では、このことを、PCRの増幅ができるdUTP濃度が高いほど、「dUTP耐性が高い」とも表現する。 The higher the concentration of dUTP at which PCR can be amplified, the lower the activity of detecting base analogs. In this specification, this is also expressed as "the dUTP resistance is higher" as the concentration of dUTP at which PCR amplification can be performed is higher.

(11)[DNAポリメラーゼ活性測定法]
本発明の核酸増幅法に用いるDNAポリメラーゼは以下のように活性を測定する。酵素活性が強い場合には、保存緩衝液(50mM Tris−HCl(pH8.0),50mM KCl,1mM ジチオスレイトール,0.1% Tween20,0.1% Nonidet P40,50% グリセリン)でサンプルを希釈して測定を行う。
(1)下記のA液25μl、B液5μl、C液5μl、滅菌水10μl、及び酵素溶液5μlをマイクロチューブに加えて75℃にて10分間反応する。
(2)その後氷冷し、E液50μl、D液100μlを加えて、攪拌後更に10分間氷冷する。
(3)この液をガラスフィルター(ワットマン製GF/Cフィルター)で濾過し、0.1N 塩酸およびエタノールで十分洗浄する。
(4)フィルターの放射活性を液体シンチレーションカウンター(パッカード製)で計測し、鋳型DNAのヌクレオチドの取り込みを測定する。酵素活性の1単位はこの条件で30分当りの10nmolのヌクレオチドを酸不溶性画分(即ち、D液を添加したときに不溶化する画分)に取り込む酵素量とする。
A:40mM Tris−HCl緩衝液(pH7.5)16mM 塩化マグネシウム15
mM ジチオスレイトール100μg/mL BSA(牛血清アルブミン)
B:1.5μg/μl 活性化仔牛胸腺DNA
C:1.5mM dNTP(250cpm/pmol [3H]dTTP)
D:20% トリクロロ酢酸(2mMピロリン酸ナトリウム)
E:1mg/mL仔牛胸腺DNA
(11) [Method for measuring DNA polymerase activity]
The activity of the DNA polymerase used in the nucleic acid amplification method of the present invention is measured as follows. If the enzyme activity is strong, the sample is stored in a storage buffer (50 mM Tris-HCl (pH 8.0), 50 mM KCl, 1 mM dithiothreitol, 0.1% Tween 20, 0.1% Nonidet P40, 50% glycerin). Measure after dilution.
(1) 25 μl of solution A, 5 μl of solution B, 5 μl of solution C, 10 μl of sterilized water, and 5 μl of enzyme solution are added to a microtube and reacted at 75 ° C. for 10 minutes.
(2) Then, the mixture was cooled on ice, 50 μl of Solution E and 100 μl of Solution D were added, and after stirring, the mixture was further cooled on ice for 10 minutes.
(3) This solution is filtered through a glass filter (GF / C filter manufactured by Whatman), and sufficiently washed with 0.1N hydrochloric acid and ethanol.
(4) The radioactivity of the filter is measured with a liquid scintillation counter (manufactured by Packard), and the incorporation of nucleotides in the template DNA is measured. One unit of the enzymatic activity is the amount of the enzyme that takes in 10 nmol of nucleotides per 30 minutes into the acid-insoluble fraction (that is, the fraction that becomes insoluble when the solution D is added) under these conditions.
A: 40 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5) 16 mM magnesium chloride 15
mM dithiothreitol 100 μg / mL BSA (bovine serum albumin)
B: 1.5 μg / μl activated calf thymus DNA
C: 1.5 mM dNTP (250 cpm / pmol [3H] dTTP)
D: 20% trichloroacetic acid (2 mM sodium pyrophosphate)
E: 1 mg / mL calf thymus DNA

(12)[3‘−5’エキソヌクレアーゼ領域の改変]
本発明の核酸増幅法に用いる改変されたDNAポリメラーゼは、さらに3’−5’エキソヌクレアーゼ活性領域を構成するアミノ酸のいずれかに、少なくとも1つのアミノ酸の改変を含んでいてもよい。
3‘−5’エキソアーゼ活性とは、取り込まれたヌクレオチドをDNA重合体の3’末端から除去する能力を指し、上記の3‘−5’エキソヌクレアーゼ領域とは、ファミリーBに属するDNAポリメラーゼで高度に保存されている部位であり、サーモコッカス・コダカラエンシスに由来するDNAポリメラーゼ(配列番号1)、パイロコッカス・フリオサスに由来するDNAポリメラーゼ(配列番号2)、サーモコッカス・ゴルゴナリウスに由来するDNAポリメラーゼ(配列番号3)、サーモコッカス・リトラリスに由来するDNAポリメラーゼ(配列番号4)、パイロコッカス・エスピーGB−Dに由来するDNAポリメラーゼ(配列番号5)、サーモコッカス・エスピーJDF−3に由来するDNAポリメラーゼ(配列番号6)、サーモコッカス・エスピー9°N−7に由来するDNAポリメラーゼ(配列番号7)、サーモコッカス・エスピーKS−1に由来するDNAポリメラーゼ(配列番号8)、サーモコッカス・セラーに由来するDNAポリメラーゼ(配列番号9)、又はサーモコッカス・シクリに由来するDNAポリメラーゼ(配列番号10)においては、137〜147、206〜222、および308〜318番目のアミノ酸である。本発明は具体的に配列を提示したDNAポリメラーゼ以外のDNAポリメラーゼにも適用される。また、配列番号1〜10に示されるDNAポリメラーゼ以外のファミリーBに属する古細菌由来DNAポリメラーゼにおいては、配列番号1の137〜147、206〜222、および308〜318番目のアミノ酸からなる3‘−5’エキソヌクレアーゼ領域と対応する領域のことを示す。
(12) [Modification of 3'-5 'exonuclease region]
The modified DNA polymerase used in the nucleic acid amplification method of the present invention may further contain at least one amino acid modification in any of the amino acids constituting the 3′-5 ′ exonuclease active region.
The 3'-5 'exoase activity refers to the ability to remove incorporated nucleotides from the 3' end of the DNA polymer, and the above 3'-5 'exonuclease region is a DNA polymerase belonging to Family B that is highly DNA polymerases derived from Thermococcus kodakaraensis (SEQ ID NO: 1), DNA polymerases derived from Pyrococcus furiosus (SEQ ID NO: 2), DNAs derived from Thermococcus gorgonarius Polymerase (SEQ ID NO: 3), DNA polymerase derived from Thermococcus litoralis (SEQ ID NO: 4), DNA polymerase derived from Pyrococcus sp. GB-D (SEQ ID NO: 5), derived from Thermococcus sp. JDF-3 DNA polymerase (SEQ ID NO: 6), Thermoco DNA polymerase derived from Cas sp 9 ° N-7 (SEQ ID NO: 7), DNA polymerase derived from Thermococcus sp. KS-1 (SEQ ID NO: 8), DNA polymerase derived from Thermococcus cellar (SEQ ID NO: 9) ) Or DNA polymerases derived from Thermococcus siculi (SEQ ID NO: 10), which are amino acids 137 to 147, 206 to 222, and 308 to 318. The present invention also applies to DNA polymerases other than the DNA polymerase whose sequence is specifically displayed. In archaebacteria-derived DNA polymerases belonging to Family B other than the DNA polymerases shown in SEQ ID NOs: 1 to 10, 3'- consisting of amino acids 137 to 147, 206 to 222, and 308 to 318 in SEQ ID NO: 1 Indicates the region corresponding to the 5 'exonuclease region.

なお、「配列番号1に示される137〜147、206〜222、および308〜318番目に相当するアミノ酸」とは、配列番号1に示されるアミノ酸配列と完全同一ではないアミノ酸配列を有するDNAポリメラーゼにおいて、配列番号1の137〜147、206〜222、および308〜318番目に対応するアミノ酸配列を含む表現である。 In addition, “amino acids corresponding to positions 137 to 147, 206 to 222, and 308 to 318 shown in SEQ ID NO: 1” refers to a DNA polymerase having an amino acid sequence that is not completely identical to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1. , SEQ ID NO: 1 and amino acid sequences corresponding to positions 137 to 147, 206 to 222, and 308 to 318.

上記の3‘−5’エキソヌクレアーゼ領域への改変とは、置換、欠失、または付加からなり得る。配列番号1における137〜147、206〜222、および308〜318番目に対応するアミノ酸への改変を示す。 The modification to the 3'-5 'exonuclease region described above may consist of substitution, deletion, or addition. 2 shows alterations to amino acids corresponding to positions 137 to 147, 206 to 222, and 308 to 318 in SEQ ID NO: 1.

前記3’−5’エキソヌクレアーゼ活性領域を改変したDNAポリメラーゼとしては、配列番号1または配列番号2における141、142、143、210、311番目に対応するアミノ酸の少なくとも一つを改変したものが好ましい。これらの改変型DNAポリメラーゼは、3‘−5’エキソヌクレアーゼ活性が欠損している。
より好ましくは、アミノ酸の改変がD141A、E143A、D141A/E143A、I142R、N210D、またはY311Fから選択されるいずれか一つである、3‘−5’エキソヌクレアーゼ活性を欠損させたDNAポリメラーゼである。
なお、3‘−5’エキソヌクレアーゼ活性を欠損させた(エキソ(−))DNAポリメラーゼとは、活性の完全な欠如を含み、例えば、親酵素と比較して0.03%、0.05%、0.1%、1%、5%、10%、20%、または最大でも50%以下のエキソヌクレアーゼ活性を有する改変されたDNAポリメラーゼを指す。
As the DNA polymerase having a modified 3′-5 ′ exonuclease active region, a DNA polymerase having at least one of amino acids corresponding to positions 141, 142, 143, 210, and 311 in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 modified is preferable. . These modified DNA polymerases lack 3'-5 'exonuclease activity.
More preferably, it is a DNA polymerase lacking 3′-5 ′ exonuclease activity, wherein the amino acid modification is any one selected from D141A, E143A, D141A / E143A, I142R, N210D, and Y311F.
The DNA polymerase (exo (-)) lacking the 3′-5 ′ exonuclease activity includes a complete lack of activity, for example, 0.03% and 0.05% as compared to the parent enzyme. , 0.1%, 1%, 5%, 10%, 20%, or at most 50% or less, modified DNA polymerase.

前記3’−5’エキソヌクレアーゼ活性領域を改変したDNAポリメラーゼとして、別の好ましい形態は、配列番号1または配列番号2における147番目に対応するアミノ酸を改変したものである。より好ましくは、H147E、またはH147Dから選択されるいずれか一つである。これらの改変型DNAポリメラーゼは、エキソヌクレアーゼ活性を維持したまま、PCR効率が向上している。 Another preferred form of the DNA polymerase having a modified 3'-5 'exonuclease active region is a modified DNA polymerase corresponding to the 147th amino acid in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2. More preferably, it is any one selected from H147E and H147D. These modified DNA polymerases have improved PCR efficiency while maintaining exonuclease activity.

上記(9)および(12)に例示したDNAポリメラーゼの改変をもとに、本発明の核酸増幅法に用いる改変されたDNAポリメラーゼとして、種々の変異体が考えられる。そのような変異体として、以下の(1)−(4)のいずれかの改変を有する古細菌DNAポリメラーゼの変異体が例示されるが、これに限定されるわけではない。
(1)(A)H147Eと、(B)Y7A/V93K、Y7A/V93R、Y7A/V93Q、Y7A/P36H、Y7A/P36R、P36H/V93K、P36K、P36R、P36H、V93RまたはV93Qのいずれか
(2)(A)N210Dと、(B)Y7A/V93K、Y7A/P36H、Y7A/P36R、P36K、P36R、P36H、V93Q、V93KまたはV93Rのいずれか
(3)(A)I142Rと、(B)Y7A/V93K、Y7A/V93R、Y7A/V93Q、Y7A/P36H、Y7A/P36R、P36R、P36H、V93K、V93RまたはV93Qのいずれか
(4)(A)D141A/E143Aと、(B)Y7A/V93K、Y7A/P36H、Y7A/P36R、P36R、P36HまたはV93Kのいずれか
Based on the modification of the DNA polymerase exemplified in the above (9) and (12), various mutants can be considered as the modified DNA polymerase used in the nucleic acid amplification method of the present invention. Examples of such mutants include, but are not limited to, archaeal DNA polymerase mutants having any of the following modifications (1) to (4).
(1) Any one of (A) H147E and (B) any of Y7A / V93K, Y7A / V93R, Y7A / V93Q, Y7A / P36H, Y7A / P36R, P36H / V93K, P36K, P36R, P36H, V93R or V93Q ) (A) N210D, (B) any of Y7A / V93K, Y7A / P36H, Y7A / P36R, P36K, P36R, P36H, V93Q, V93K or V93R, (3) (A) I142R, and (B) Y7A / Any of V93K, Y7A / V93R, Y7A / V93Q, Y7A / P36H, Y7A / P36R, P36R, P36H, V93K, V93R or V93Q (4) (A) D141A / E143A and (B) Y7A / V93K, Y7A / P36H, Y7A / P36R, P36R, P36H or One of the V93K

(13)アミノ酸改変の導入方法
なお、3‘−5’エキソヌクレアーゼ活性領域を改変したDNAポリメラーゼを生成する方法や、3‘−5’エキソヌクレアーゼ活性を解析する方法は公知であり、例えば、米国特許第6946273号に開示されている。PCR効率を向上させたDNAポリメラーゼとは、PCR産物の量が親酵素と比較して増加している改変されたDNAポリメラーゼを示す。PCR産物の量が親酵素と比較して増加しているかどうかを解析するための方法は、特許第3891330号等に記載されている。
(13) Method for introducing amino acid modification In addition, a method for producing a DNA polymerase having a modified 3′-5 ′ exonuclease active region and a method for analyzing the 3′-5 ′ exonuclease activity are known. It is disclosed in Japanese Patent No. 6946273. A DNA polymerase with improved PCR efficiency refers to a modified DNA polymerase in which the amount of PCR product is increased as compared to the parent enzyme. A method for analyzing whether the amount of the PCR product is increased as compared with the parent enzyme is described in Japanese Patent No. 3891330 and the like.

本発明の核酸増幅法に用いるDNAポリメラーゼを、改変する方法は、既に当該技術分野において確立されている。よって、公知の方法に従い改変を行うことが出来、その態様は特に制限されない。 Methods for modifying the DNA polymerase used in the nucleic acid amplification method of the present invention have already been established in the art. Therefore, the modification can be performed according to a known method, and the mode is not particularly limited.

アミノ酸の改変を導入する方法の一態様として、Inverse PCR法に基づく部位特異的変異導入法を用いることができる。例えば、KOD −Plus− Mutagenesis Kit(Toyobo社製)は、(1)目的とする遺伝子を挿入したプラスミドを変性させ、該プラスミドに変異プライマーをアニーリングさせ、続いてKOD DNAポリメラーゼを用いて伸長反応を行う、(2)(1)のサイクルを15回繰り返す、(3)制限酵素DpnIを用いて鋳型としたプラスミドのみを選択的に切断する、(4)新たに合成された遺伝子をリン酸化、Ligationを実施し環化させる、(5)環化した遺伝子を大腸菌に形質転換し、目的とする変異の導入されたプラスミドを保有する形質転換体を取得することのできるキットである。 As one embodiment of the method for introducing amino acid modification, a site-specific mutagenesis method based on the Inverse PCR method can be used. For example, KOD-Plus-Mutogenesis Kit (Toyobo) (1) denatures a plasmid into which a gene of interest is inserted, anneals a mutant primer to the plasmid, and then performs an extension reaction using KOD DNA polymerase. (2) Repeat the cycle of (1) 15 times, (3) Selectively cut only the plasmid used as a template using the restriction enzyme DpnI, (4) Phosphorylate the newly synthesized gene, Ligation And (5) a kit capable of transforming the cyclized gene into Escherichia coli and obtaining a transformant having a plasmid into which the desired mutation has been introduced.

上記改変DNAポリメラーゼ遺伝子を必要に応じて発現ベクターに移し替え、宿主として例えば大腸菌を、該発現ベクターを用いて形質転換した後、アンピシリン等の薬剤を含む寒天培地に塗布し、コロニーを形成させる。コロニーを栄養培地、例えばLB培地や2×YT培地に接種し、37℃で12〜20時間培養した後、菌体を破砕して粗酵素液を抽出する。ベクターとしては、pBluescript由来のものが好ましい。菌体を破砕する方法としては公知のいかなる手法を用いても良いが、例えば超音波処理、フレンチプレスやガラスビーズ破砕のような物理的破砕法やリゾチームのような溶菌酵素を用いることができる。 この粗酵素液を80℃、30分間熱処理し、宿主由来のポリメラーゼを失活させ、DNAポリメラーゼ活性を測定する。 The modified DNA polymerase gene is transferred to an expression vector, if necessary, and, for example, Escherichia coli as a host is transformed using the expression vector, and then applied to an agar medium containing a drug such as ampicillin to form a colony. The colony is inoculated into a nutrient medium, for example, an LB medium or 2 × YT medium, and cultured at 37 ° C. for 12 to 20 hours. Then, the cells are disrupted to extract a crude enzyme solution. The vector is preferably one derived from pBluescript. As a method for disrupting the cells, any known method may be used. For example, ultrasonic treatment, a physical disruption method such as French press or glass bead disruption, or a lytic enzyme such as lysozyme can be used. The crude enzyme solution is heat-treated at 80 ° C. for 30 minutes to inactivate the host-derived polymerase, and the DNA polymerase activity is measured.

上記方法により選抜された菌株から精製DNAポリメラーゼを取得する方法は、いかなる手法を用いても良いが、例えば下記のような方法がある。栄養培地に培養して得られた菌体を回収した後、酵素的または物理的破砕法により破砕抽出して粗酵素液を得る。得られた粗酵素抽出液から熱処理、例えば80℃、30分間処理し、その後硫安沈殿によりDNAポリメラーゼ画分を回収する。この粗酵素液をセファデックスG−25(アマシャムファルマシア・バイオテク製)を用いたゲル濾過等の方法により脱塩を行うことができる。この操作の後、ヘパリンセファロースカラムクロマトグラフィーにより分離、精製し、精製酵素標品を得ることができる。該精製酵素標品はSDS−PAGEによってほぼ単一バンドを示す程度に純化される。 As a method for obtaining a purified DNA polymerase from the strain selected by the above method, any method may be used, and for example, the following methods are available. After recovering the cells obtained by culturing in a nutrient medium, the cells are crushed and extracted by enzymatic or physical crushing to obtain a crude enzyme solution. The obtained crude enzyme extract is heat-treated, for example, treated at 80 ° C. for 30 minutes, and then a DNA polymerase fraction is recovered by ammonium sulfate precipitation. The crude enzyme solution can be desalted by a method such as gel filtration using Sephadex G-25 (manufactured by Amersham Pharmacia Biotech). After this operation, separation and purification are carried out by heparin-Sepharose column chromatography to obtain a purified enzyme preparation. The purified enzyme preparation is purified by SDS-PAGE to such an extent that it shows almost a single band.

(14)核酸増幅法
本発明の核酸増幅法は、精製工程を経ていない生体試料を核酸増幅反応液に添加し、生体試料中の標的核酸を増幅する方法であって、増幅に用いられる酵素がファミリーBに属するDNAポリメラーゼであり、かつデオキシウリジン(dUTP)を反応液中に含んでいることを除いて、特に限定されない。
(14) Nucleic acid amplification method The nucleic acid amplification method of the present invention is a method for amplifying a target nucleic acid in a biological sample by adding a biological sample that has not been subjected to a purification step to a nucleic acid amplification reaction solution, wherein an enzyme used for amplification is used. It is not particularly limited except that it is a DNA polymerase belonging to Family B and contains deoxyuridine (dUTP) in the reaction solution.

DNAポリメラーゼで増幅可能な方法としては、典型的にはPCRが挙げられるが、本発明はPCRのみならず、DNAを鋳型とし、1種のプライマー、dNTP(デオキシリボヌクレオチド3リン酸)を反応させることによりプライマーを伸長して、DNAプライマー伸長物を合成する方法にも使用される。具体的には、プライマーエクステンション法、シークエンス法、従来の温度サイクルを行わない方法およびサイクルシーケンス法を含む。 As a method that can be amplified with a DNA polymerase, typically, PCR can be mentioned. In the present invention, not only PCR but also reaction of one kind of primer, dNTP (deoxyribonucleotide triphosphate) using DNA as a template is described. The primers are also used to synthesize DNA extension products by extending the primers. Specifically, the method includes a primer extension method, a sequencing method, a method without performing a conventional temperature cycle, and a cycle sequence method.

本発明の方法において、PCRの場合の代表的な条件を以下に示すが、これに限定されるものではない。
精製していない生体試料から得た増幅対象DNAに、
(a)減少した塩基類似体検出活性を有する古細菌DNAポリメラーゼ変異体
(b)一方のプライマーが他方のプライマーのDNA伸長生成物に互いに相補的である一対のプライマー
(c)dUTPを含むDNA合成基質(デオキシヌクレオチド三リン酸(dNTP))および、
(d)マグネシウムイオン、アンモニウムイオン及び/又はカリウムイオンを含むバッファー溶液
を、混合し、
サーマルサイクラー等を用いて反応液の温度を上下させることにより、(1)DNA変性、(2)プライマーのアニーリング、(3)プライマーの伸長の熱サイクルを繰り返し、特定のDNA断片を増幅させる。
上記PCR方法においては、必要に応じて、さらに、PCR増強因子(後述)、BSA、非イオン界面活性剤などを用いてもよい。
In the method of the present invention, typical conditions for PCR are shown below, but are not limited thereto.
Amplification target DNA obtained from an unpurified biological sample
(A) an archaeal DNA polymerase mutant with reduced base analog detection activity (b) a pair of primers wherein one primer is complementary to the DNA extension product of the other primer (c) DNA synthesis containing dUTP A substrate (deoxynucleotide triphosphate (dNTP)) and
(D) mixing a buffer solution containing magnesium ions, ammonium ions and / or potassium ions,
By raising and lowering the temperature of the reaction solution using a thermal cycler or the like, a thermal cycle of (1) DNA denaturation, (2) primer annealing, and (3) primer extension is repeated to amplify a specific DNA fragment.
In the above PCR method, if necessary, a PCR enhancing factor (described later), BSA, a nonionic surfactant, or the like may be used.

上記PCR方法においては、必要に応じて、さらに、耐熱性DNAポリメラーゼのポリメラーゼ活性及び/又は3’−5’エキソヌクレアーゼ活性を抑制する活性を有する抗体を用いても良い。前記抗体としては、モノクローナル抗体、ポリクローナル抗体などが挙げられる。本反応組成は、PCRの感度上昇、非特異増幅の軽減に特に有効である。 In the above PCR method, if necessary, an antibody having an activity of suppressing the polymerase activity and / or the 3'-5 'exonuclease activity of the thermostable DNA polymerase may be used. Examples of the antibody include a monoclonal antibody and a polyclonal antibody. This reaction composition is particularly effective for increasing the sensitivity of PCR and reducing non-specific amplification.

(15)[PCR増強因子]
さらに本発明における核酸増幅反応には、PCR増強因子が含まれていてもよい。その増強因子とは、ポリヌクレオチドポリメラーゼ増強活性、例えばPEF、dUTPase、ssb、PCNA、RFC、ヘリカーゼ等を有する複合体または蛋白を指す(Hogrefeら、1997,Strategies 10:93−96;および米国特許第6,183,997号などを参照)。また、PCR増強因子には非蛋白因子、例えばDMSOおよびベタインも包含される。本発明の核酸増幅法に用いるPCR増強因子は、これらに限定されるものではないが、PCNAが特に好ましい。
(15) [PCR enhancing factor]
Furthermore, the nucleic acid amplification reaction in the present invention may include a PCR enhancing factor. The enhancer refers to a complex or protein having a polynucleotide polymerase enhancing activity, such as PEF, dUTPase, ssb, PCNA, RFC, helicase, and the like (Hogrefe et al., 1997, Strategies 10: 93-96; and U.S. Pat. 6,183,997). PCR enhancing factors also include non-protein factors such as DMSO and betaine. The PCR enhancing factor used in the nucleic acid amplification method of the present invention is not limited to these, but PCNA is particularly preferred.

本発明の核酸増幅法に用いるPCNAは、PCRの熱サイクルに耐えられる耐熱性のものが望ましく、好ましくはPCR後も活性が残るものが望まれる。さらに好ましくは80℃で30分の熱処理を行っても可溶性であり、活性が50%以上、さらに好ましくは70%以上、さらに好ましくは90%以上残っているものが望まれる。 The PCNA used in the nucleic acid amplification method of the present invention is desirably a heat-resistant one that can withstand the thermal cycle of PCR, and preferably one that retains its activity even after PCR. More preferably, it is soluble even after a heat treatment at 80 ° C. for 30 minutes, and it is desired that the activity remains at 50% or more, more preferably 70% or more, more preferably 90% or more.

本発明の核酸増幅法に用いるPCNAとしては、さらに好ましくはパイロコッカス(Pyrococcus)属およびサーモコッカス(Thermococcus)属の細菌から単離されたPCNAが挙げられる。パイロコッカス属由来のPCNAとしては、Pyrococcus furiosus、Pyrococcus sp.GB−D、Pyrococcus Woesei、Pyrococcus abyssi、Pyrococcus horikoshiiから単離されたPCNAを含むが、これらに限定されない。サーモコッカス属に由来するPCNAとしては、Thermococcus kodakaraensis(配列番号21)、Thermococcus gorgonarius、Thermococcus litoralis、Thermococcus sp.JDF−3、Thermococcus sp.9degrees North−7(Thermococcus sp.9°N−7)、Thermococcus sp.KS−1、Thermococcus celer、又はThermococcus siculiから単離されたPCNAを含むが、これらに限定されない。 The PCNA used in the nucleic acid amplification method of the present invention more preferably includes PCNA isolated from bacteria belonging to the genus Pyrococcus and the genus Thermococcus. Examples of PCNA derived from the genus Pyrococcus include Pyrococcus furiosus and Pyrococcus sp. GB-D, including but not limited to Pyrococcus Wosei, Pyrococcus abyssi, PCNA isolated from Pyrococcus horikoshii. Examples of PCNAs derived from the genus Thermococcus include Thermococcus kodaraensis (SEQ ID NO: 21), Thermococcus gorgonarius, Thermococcus litoralis, Thermococcus sp. JDF-3, Thermococcus sp. 9 degrees North-7 (Thermococcus sp. 9 ° N-7), Thermococcus sp. Including, but not limited to, KS-1, Thermococcus celler, or PCNA isolated from Thermococcus siculi.

また、本発明の核酸増幅法に用いるPCNAは発現量を増やすため、配列番号21または配列番号22の73番目に相当するメチオニンを改変したものでもよい。より好ましくはM73Lに改変したものがあげられるが、これに限定されない。 Further, in order to increase the expression level, PCNA used in the nucleic acid amplification method of the present invention may have a modified methionine corresponding to the 73rd position of SEQ ID NO: 21 or SEQ ID NO: 22. More preferably, it is modified to M73L, but is not limited thereto.

さらに、本発明の核酸増幅法に用いるPCNAは単独でDNAにロードする変異体であってもよい。PCNAは通常、多量体を形成し輪のような構造をとる。DNAにロードするとは、PCNA多量体の輪の構造内部にDNAを通すことを示し、通常はRFCと呼ばれる因子と共同して初めてPCNAはDNAにロードすることができる。単独でDNAにロードする変異体とは、PCNAの多量体形成に関わる部位を改変し、多量体形成を不安定化することで、RFCなしでもDNAをPCNA多量体内部に通しやすくした変異体を示す。 Furthermore, the PCNA used in the nucleic acid amplification method of the present invention may be a mutant that is loaded alone into DNA. PCNA usually forms multimers and takes a ring-like structure. Loading into DNA indicates that the DNA is passed inside the ring structure of the PCNA multimer, and PCNA can only be loaded into DNA in cooperation with factors usually referred to as RFCs. Mutants that are loaded into DNA alone are those that modify the site involved in PCNA multimerization and destabilize multimer formation, making it easier for DNA to pass through the PCNA multimer without RFC. Show.

PCNAが多量体形成に関する部位は、サーモコッカス・コダカラエンシスに由来するPCNA(配列番号21)、パイロコッカス・フリオサスのPCNA(配列番号22)においては、82、84、109番目のアミノ酸からなるN末端領域と139、143、147番目のアミノ酸からなるC末端領域があげられる。N末端領域はプラスに帯電し、C末端領域はマイナスに帯電し、相互作用することで多量体形成を行う。 In the region where PCNA is involved in multimer formation, the PCNA derived from Thermococcus kodakaraensis (SEQ ID NO: 21) and the PCNA of Pyrococcus furiosus (SEQ ID NO: 22) are composed of N, 82, and 109 amino acids. And the C-terminal region consisting of the terminal region and the amino acids at positions 139, 143, and 147. The N-terminal region is positively charged and the C-terminal region is negatively charged, and interacts to form multimers.

上記および下記において、配列番号21または配列番号22を例にして説明したことは、本明細書で具体的に配列を提示したPCNA以外のPCNAにも適用される。例えば、図14で示したように配列番号21および22に示されるPCNA以外のPCNAにおいては、配列番号21の82、84、109、139、143、147番目のアミノ酸からなる多量体形成に関する領域と対応する領域のことを示す。 What has been described above and below with reference to SEQ ID NO: 21 or SEQ ID NO: 22 also applies to PCNAs other than the PCNA whose sequence is specifically presented herein. For example, as shown in FIG. 14, in PCNA other than the PCNAs shown in SEQ ID NOs: 21 and 22, a region related to multimer formation consisting of amino acids 82, 84, 109, 139, 143, and 147 of SEQ ID NO: 21 Indicates the corresponding area.

単独でDNAにロードするPCNA変異体は、より好ましくは、PCNAの多量体形成に関わる、配列番号21または配列番号22で示されるアミノ酸配列の、
(a)82、84、109番目に相当するアミノ酸からなるN末端領域、または
(b)139、143、147番目に相当するアミノ酸からなるC末端領域に少なくともひとつの改変を有し、RFCがなくともDNAにロードし、DNAポリメラーゼの伸長反応を促進する変異体があげられる。
The PCNA variant that is alone loaded into DNA is more preferably a PCNA variant of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 21 or SEQ ID NO: 22, which is involved in multimerization of PCNA.
(A) having at least one modification in the N-terminal region consisting of amino acids corresponding to positions 82, 84, and 109, or (b) the C-terminal region consisting of amino acids corresponding to positions 139, 143, and 147; Mutants that load both DNAs and promote the DNA polymerase elongation reaction can be mentioned.

たとえば、配列番号21の143番目に相当するアミノ酸を塩基性アミノ酸に改変したもの、82番目と143番目を共に中性アミノ酸に改変したもの、147番目を中性アミノ酸に改変したもの、または、109番目と143番目を共に中性アミノ酸に改変したものなどが挙げられる。
本発明の中性アミノ酸としては、天然のものであれば、グリシン、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、フェニルアラニン、チロシン、トリプトファン、プロリン、セリン、スレオニン、システイン、メチオニン、アスパラギン、グルタミンが挙げられる。好ましくは、置換部位の周辺部位の立体構造に与える影響がもっとも小さいアラニンである。塩基性アミノ酸としては、天然のものであれば、アルギニン、ヒスチジン、リシンが挙げられる。好ましくはアルギニンである。
For example, those in which the amino acid corresponding to the 143rd amino acid in SEQ ID NO: 21 has been changed to a basic amino acid, those in which both the 82nd and 143rd amino acids have been changed to neutral amino acids, those in which the 147th amino acid has been changed to a neutral amino acid, or 109 amino acids And amino acids 143 and 143 are both changed to neutral amino acids.
Examples of the neutral amino acids of the present invention include glycine, alanine, valine, leucine, isoleucine, phenylalanine, tyrosine, tryptophan, proline, serine, threonine, cysteine, methionine, asparagine, and glutamine as long as they are natural. Preferably, alanine has the least effect on the three-dimensional structure of the site surrounding the substitution site. Examples of basic amino acids include arginine, histidine, and lysine as long as they are natural. Preferably it is arginine.

より好ましくは、WO2007/004654に記載のPCNA変異体が例示されるほか、第147番目のアミノ酸残基をアラニンに換えた配列(D147A)、第82番目、および第143番目のアミノ酸残基をアラニンに変えた配列(配列番号22の場合R82A/D143A、もしくは、配列番号21の場合R82A/E143A)、第109番目、および第143番目のアミノ酸残基をアラニンに変えた配列(配列番号22の場合R109A/D143A、もしくは、配列番号21の場合R109A/E143A)、などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。 More preferably, a PCNA mutant described in WO2007 / 004654 is exemplified, and a sequence in which the 147th amino acid residue is changed to alanine (D147A), and the 82nd and 143rd amino acid residues are alanine. (R82A / D143A in the case of SEQ ID NO: 22 or R82A / E143A in the case of SEQ ID NO: 21), a sequence in which the 109th and 143rd amino acid residues are changed to alanine (in the case of SEQ ID NO: 22) R109A / D143A, or R109A / E143A in the case of SEQ ID NO: 21, and the like, but are not limited thereto.

PCNA変異体が単独でDNAにロードできるかどうか(増幅増強活性があるかどうか)は、PCRによって評価できる。例えば、鋳型となるDNA、緩衝材、マグネシウム、dNTPs、プライマー、およびファミリーBに属するDNAポリメラーゼを含む通常のPCR反応液に、評価するPCNAを添加し、PCNA添加なしのもの、また野生型PCNA添加のものと増幅量を比較することで、単独でDNAにロードできるか(増幅増強活性があるかどうか)を確認することができる。野生型のPCNAをはじめ、単独でDNAにロードできないPCNAは添加しても、PCRの増幅量は変化せず、むしろ増幅量を減らす傾向がある。一方、単独でDNAにロードできる変異体は、PCNA添加なしのもの、また野生型PCNA添加のものと比べて優れた増幅量を得ることができる。 Whether the PCNA variant can be loaded alone into DNA (whether it has amplification enhancing activity) can be evaluated by PCR. For example, a PCNA to be evaluated is added to a normal PCR reaction solution containing a template DNA, buffer material, magnesium, dNTPs, primers, and a DNA polymerase belonging to Family B, without addition of PCNA, or with wild-type PCNA. By comparing the amplification amount with that of the above, it can be confirmed whether the DNA can be loaded alone into DNA (whether or not it has amplification enhancing activity). Even if wild-type PCNA or other PCNA that cannot be loaded into DNA alone is added, the amount of PCR amplification does not change, but rather tends to reduce the amount of amplification. On the other hand, the mutants that can be loaded into DNA alone can obtain an excellent amplification amount as compared with those without addition of PCNA and those with addition of wild-type PCNA.

本発明において「PCNA変異体が単独でDNAにロードできるかどうか(増幅増強活性があるかどうか)」の評価は、dUTPを含んだ反応系で減少した塩基類似体検出活性を持つ古細菌DNAポリメラーゼ変異体を用いて評価する。
具体的には以下の「増幅増強活性の評価方法」に従う。

「増幅増強活性の評価方法」
本明細書においては、
(i)PCR
KOD −Plus− Ver.2(Toyobo社製)添付の10×PCR Buffer添付を用い、1×PCR Buffer、および1.5mM MgSO
dTTPの代わりにdUTPを含んだ0.2mM dNTPs(dATP、dUTP,dCTP、dGTP)、
15pmolのプライマー(1.3kbの増幅には配列番号13及び14)、
10ngのヒトゲノムDNA(Roche製)、
0.8μgのKOD抗体を混合した1U KOD DNAポリメラーゼ V93K変異体 (減少した塩基類似体検出活性を持つ古細菌DNAポリメラーゼ変異体)を含む
50μlの反応液中に、評価するPCNAを250ng添加し、
94℃、30秒の前反応の後、98℃、10秒→60℃、30秒→68℃、1分30秒を35サイクル繰り返すスケジュールでPCRを行う。
(ii)PCR産物の分析
反応終了後、5μlの反応液についてアガロース電気泳動を行い、エチジウムブロマイド染色し、紫外線照射下、増幅DNA断片を、PCNAを添加していないものと比較することで単独でDNAにロードできるかどうか(増幅増強活性があるかどうか)を評価することができる。単独でDNAにロードできる(増幅増強活性の高い)PCNAは添加によって増幅量が増加する。
In the present invention, the evaluation of "whether a PCNA mutant can be loaded alone into DNA (whether it has amplification enhancing activity)" is based on the archaeal DNA polymerase having reduced base analog detection activity in a reaction system containing dUTP. Evaluate using the mutant.
Specifically, it follows the following “Evaluation method for amplification enhancing activity”.

"Evaluation method for amplification enhancing activity"
In this specification,
(I) PCR
KOD-Plus-Ver. 2 (manufactured by Toyobo) using the attached 10 × PCR Buffer, 1 × PCR Buffer and 1.5 mM MgSO 4 ,
0.2 mM dNTPs containing dUTP instead of dTTP (dATP, dUTP, dCTP, dGTP),
15 pmol of primer (SEQ ID NOs: 13 and 14 for 1.3 kb amplification),
10 ng human genomic DNA (Roche),
To 50 μl of a reaction solution containing 1 U KOD DNA polymerase V93K mutant (archaeal DNA polymerase mutant having reduced base analog detection activity) mixed with 0.8 μg of KOD antibody, 250 ng of PCNA to be evaluated was added,
After the pre-reaction at 94 ° C. for 30 seconds, PCR is performed according to a schedule of repeating 35 cycles of 98 ° C., 10 seconds → 60 ° C., 30 seconds → 68 ° C., 1 minute 30 seconds.
(Ii) Analysis of PCR product After completion of the reaction, 5 μl of the reaction solution was subjected to agarose electrophoresis, stained with ethidium bromide, and the amplified DNA fragment was compared with that to which PCNA had not been added under UV irradiation. It can be evaluated whether the DNA can be loaded (whether or not it has amplification enhancing activity). The amount of PCNA that can be loaded into DNA alone (having a high amplification enhancing activity) increases when added.

(16)核酸増幅法を実行するための試薬、キット
本発明の核酸増幅法を実行するための試薬、キットは、ファミリーBに属するDNAポリメラーゼ、および、デオキシウリジン(dUTP)を反応液中に含み、それ以外の構成は特に限定されない。適用する核酸増幅法も特に限定されない。
(16) Reagent and kit for performing nucleic acid amplification method The reagent and kit for performing the nucleic acid amplification method of the present invention contain a DNA polymerase belonging to Family B and deoxyuridine (dUTP) in a reaction solution. The other configurations are not particularly limited. The nucleic acid amplification method to be applied is not particularly limited.

核酸増幅法としてPCRを行う場合、本発明の試薬、キットとして、以下の(a)〜(d)を含む構成が例示できるが、これに限定されない。
(a)減少した塩基類似体検出活性を有する古細菌DNAポリメラーゼ変異体
(b)一方のプライマーが他方のプライマーのDNA伸長生成物に互いに相補的である一対のプライマー
(c)dUTPを含むDNA合成基質(デオキシヌクレオチド三リン酸(dNTP))および、
(d)マグネシウムイオン、アンモニウムイオン及び/又はカリウムイオンを含むバッファー溶液
When performing PCR as a nucleic acid amplification method, the reagents and kits of the present invention can include, but are not limited to, the following configurations (a) to (d).
(A) an archaeal DNA polymerase mutant with reduced base analog detection activity (b) a pair of primers wherein one primer is complementary to the DNA extension product of the other primer (c) DNA synthesis containing dUTP A substrate (deoxynucleotide triphosphate (dNTP)) and
(D) Buffer solution containing magnesium ion, ammonium ion and / or potassium ion

前記試薬、キットは、必要に応じて、さらに、その他の試薬類、たとえばPCR増強因子、BSA、非イオン界面活性剤などを用いてもよい。 The reagents and kits may further use other reagents, if necessary, for example, a PCR enhancing factor, BSA, a nonionic surfactant, and the like.

以下に、本発明を実施例により具体的に説明する。以下の実施例の記載はいかなる面においても本発明を限定しない。
(実施例1)
KOD変異体の作製
サーモコッカス・コダカラエンシス KOD1株由来の改変型耐熱性DNAポリメラーゼ遺伝子を含有するプラスミドを作製した。
変異導入に使用されるDNA鋳型は、pBluescriptにクローニングされたサーモコッカス・コダカラエンシス KOD1株由来の改変型耐熱性DNAポリメラーゼ遺伝子(配列番号11)(pKOD)を用いた。変異導入にはKOD −Plus− Mutagenesis Kit(Toyobo社製)を用いて、方法は取扱い説明書に準じて行った。なお、変異体の確認は塩基配列の解読で行った。得られたプラスミドによりエシェリシア・コリJM109を形質転換し、酵素調製に用いた。
Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to Examples. The description of the following examples does not limit the invention in any way.
(Example 1)
Preparation of KOD mutant A plasmid containing a modified thermostable DNA polymerase gene derived from Thermococcus kodakaraensis KOD1 strain was prepared.
As a DNA template used for mutagenesis, a modified thermostable DNA polymerase gene (SEQ ID NO: 11) (pKOD) derived from Thermococcus kodakaraensis KOD1 strain cloned in pBluescript was used. Mutation was introduced using a KOD-Plus-Mutagenesis Kit (manufactured by Toyobo) according to the instruction manual. The confirmation of the mutant was performed by decoding the nucleotide sequence. Escherichia coli JM109 was transformed with the obtained plasmid and used for enzyme preparation.

(実施例2)
Pfu変異体の作製
パイロコッカス・フリオサス由来の改変型耐熱性DNAポリメラーゼ遺伝子を含有するプラスミドを作製した。
変異導入に使用されるDNA鋳型は、pBluescriptにクローニングされたパイロコッカス・フリオサス由来の改変型耐熱性DNAポリメラーゼ遺伝子(配列番号12)(pPfu)を用いた。変異導入にはKOD −Plus− Mutagenesis Kit(Toyobo社製)を用いて、方法は取扱い説明書に準じて行った。なお、変異体の確認は塩基配列の解読で行った。得られたプラスミドによりエシェリシア・コリJM109を形質転換し、酵素調製に用いた。
(Example 2)
Preparation of Pfu mutant A plasmid containing a modified thermostable DNA polymerase gene derived from Pyrococcus furiosus was prepared.
As a DNA template used for mutagenesis, a Pyrococcus furiosus-derived modified thermostable DNA polymerase gene (SEQ ID NO: 12) (pPfu) cloned into pBluescript was used. Mutation was introduced using a KOD-Plus-Mutagenesis Kit (manufactured by Toyobo) according to the instruction manual. The confirmation of the mutant was performed by decoding the nucleotide sequence. Escherichia coli JM109 was transformed with the obtained plasmid and used for enzyme preparation.

実施例1および実施例2で作製したプラスミドを表1および表2に示す。 The plasmids produced in Examples 1 and 2 are shown in Tables 1 and 2.

(実施例3)
実施例3−1
改変型耐熱性DNAポリメラーゼの作製
実施例1および実施例2で得られた菌体の培養は以下のようにして実施した。まず、滅菌処理した100μg/mLのアンピシリンを含有するTB培地(Molecular cloning 2nd edition、p.A.2)80mLを500mL坂口フラスコに分注した。この培地に予め100μg/mLのアンピシリンを含有する3mLのLB培地(1%バクトトリプトン、0.5%酵母エキス、0.5%塩化ナトリウム;ギブコ製)で37℃、16時間培養したエシェリシア・コリJM109(プラスミド形質転換株)(試験管使用)を接種し、37℃にて16時間通気培養した。培養液より菌体を遠心分離により回収し、50mLの破砕緩衝液(30mM Tris−HCl緩衝液(pH8.0)、30mM NaCl、0.1mM EDTA)に懸濁後、ソニケーション処理により菌体を破砕し、細胞破砕液を得た。次に細胞破砕液を80℃にて15分間処理した後、遠心分離にて不溶性画分を除去した。更に、ポリエチレンイミンを用いた除核酸処理、硫安塩析、ヘパリンセファロースクロマトグラフィーを行い、最後に保存緩衝液(50mM Tris−HCl緩衝液(pH8.0)、50mM 塩化カリウム、1mM ジチオスレイトール、0.1% Tween20、0.1%ノニデットP40、50%グリセリン)に置換し、改変型耐熱性DNAポリメラーゼを得た。
(Example 3)
Example 3-1
Preparation of Modified Thermostable DNA Polymerase The cells obtained in Examples 1 and 2 were cultured as follows. First, 80 mL of sterilized TB medium (Molecular cloning 2nd edition, p.A.2) containing 100 μg / mL ampicillin was dispensed into a 500 mL Sakaguchi flask. Escherichia C. previously cultured for 16 hours at 37 ° C. in 3 mL of LB medium (1% bactotryptone, 0.5% yeast extract, 0.5% sodium chloride; Gibco) containing 100 μg / mL ampicillin in this medium E. coli JM109 (plasmid transformant) (using a test tube) was inoculated and cultured at 37 ° C. for 16 hours with aeration. The cells were collected from the culture solution by centrifugation, suspended in 50 mL of a disruption buffer (30 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), 30 mM NaCl, 0.1 mM EDTA), and then sonicated. This was crushed to obtain a cell lysate. Next, the cell lysate was treated at 80 ° C. for 15 minutes, and then the insoluble fraction was removed by centrifugation. Furthermore, nucleic acid removal treatment using polyethyleneimine, ammonium sulfate salting out, and heparin Sepharose chromatography were performed. Finally, a storage buffer (50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), 50 mM potassium chloride, 1 mM dithiothreitol, 0.1% Tween 20, 0.1% Nonidet P40, 50% glycerin) to obtain a modified heat-resistant DNA polymerase.

実施例3−2
改変された耐熱性DNAポリメラーゼの減少した塩基類似体検出活性の評価
ウラシルの検出活性は、前述の(10)に記載の「塩基類似体検出活性の評価方法」に従い実施した。
Example 3-2
Evaluation of reduced activity of detecting the base analog of modified thermostable DNA polymerase The detection activity of uracil was carried out in accordance with the above-mentioned "Evaluation method of base analog detection activity" described in (10).

結果、サーモコッカス・コダカラエンシス(KOD)の野生型のDNAポリメラーゼでは0.5μMのdUTPの添加で阻害がかかり、PCR産物が確認できないところ、Y7A、P36H、P36K、P36R、V93Q、V93K、V93Rのウラシル結合ポケットへの変異体では、多少のdUTPを添加してもPCR産物の確認が出来た。またP36KとP36K/Y7AやP36RとP36R/Y7Aなどを比較すると、単変異に比べ2重変異を入れたものの方が、高濃度のdUTP添加に寛容で、増幅量が多い結果となった(図1、図2)。   As a result, in the wild-type DNA polymerase of Thermococcus kodakaraensis (KOD), inhibition was added by the addition of 0.5 μM dUTP, and PCR products could not be confirmed. In the mutant to the uracil binding pocket, the PCR product could be confirmed even when a little dUTP was added. When P36K and P36K / Y7A, and P36R and P36R / Y7A, etc., were compared, it was found that those with a double mutation as compared to a single mutation were more tolerant to the addition of a high concentration of dUTP and had a larger amount of amplification (FIG. 1, FIG. 2).

図1は、野生型(KOD)と、Y7A、P36K、P36R、Y7A/P36K、Y7A/P36R、P36H、V93Q、Y7A/P36Hの7種のKOD変異体の計8種を用いて、反応系に水または終濃度0.5、5、50、100、200μMとなるよう調製したdUTP(Roche社製)を添加してPCR反応を行い、得られた産物を電気泳動した結果である。
野生型ではdUTPを添加した場合はPCR産物が確認できず(レーン2−6)、dUTP無添加の場合(レーン1)のみ増幅産物が確認された。これに対し、7種の変異型では、終濃度0.5μMのdUTPを添加した際にも増幅産物が確認された。中でも、P36K、P36R、Y7A/P36K、Y7A/P36R、P36H、V93Q、Y7A/P36Hの6種については、dUTP終濃度0.5−200μMのすべての範囲で増幅産物が確認された。
FIG. 1 shows a reaction system using wild-type (KOD) and 7 kinds of KOD mutants of Y7A, P36K, P36R, Y7A / P36K, Y7A / P36R, P36H, V93Q, and Y7A / P36H in total. It is the result of performing a PCR reaction by adding water or dUTP (manufactured by Roche) adjusted to a final concentration of 0.5, 5, 50, 100, or 200 μM, and electrophoresing the obtained product.
In the wild type, when dUTP was added, no PCR product was confirmed (lanes 2-6), and only when dUTP was not added (lane 1), an amplification product was confirmed. On the other hand, in the seven mutants, amplification products were confirmed even when dUTP having a final concentration of 0.5 μM was added. Above all, amplification products were confirmed for all the P36K, P36R, Y7A / P36K, Y7A / P36R, P36H, V93Q, and Y7A / P36H in the final dUTP concentration range of 0.5 to 200 μM.

図2は、まず、野生型(KOD)、N210Dの変異により3‘−5’エキソヌクレアーゼを欠失させたKOD(KOD N210D)およびI142Rの変異により3‘−5’エキソヌクレアーゼを欠失させたKOD(KOD I142R)の3種を用意し、さらに、KODおよびKOD N210DのそれぞれにV93K、V93R、V93Q、Y7Aのいずれかの変異を加えたもの(計8種)、KOD I142RにV93K、Y7Aのいずれかの変異を加えたもの(2種)を作製した。また、D141A/E143Aの二重変異により3‘−5’エキソヌクレアーゼを欠失させたKODに、さらに、V93K、Y7Aのいずれかの変異を加えたもの(2種)を作製した。これらの計15種を用いて、反応系に水または終濃度0.5、5、50、100、200μMとなるよう調製したdUTP(Roche社製)を添加してPCR反応を行い、得られた産物を電気泳動した結果である。 FIG. 2 shows that wild-type (KOD), 3′-5 ′ exonuclease was deleted by mutation of N210D, and 3′-5 ′ exonuclease was deleted by mutation of KOD (KOD N210D) and I142R. Three types of KOD (KOD I142R) were prepared, and KOD and KOD N210D were each obtained by adding any mutation of V93K, V93R, V93Q, and Y7A (total of eight types), and KOD I142R was V93K and Y7A. Those (2 types) to which either mutation was added were prepared. In addition, KOD in which 3'-5 'exonuclease was deleted by a double mutation of D141A / E143A and further a mutation of either V93K or Y7A was added (two types) were produced. Using the total of 15 species, PCR was performed by adding water or dUTP (manufactured by Roche) adjusted to a final concentration of 0.5, 5, 50, 100, or 200 μM to the reaction system, thereby obtaining a PCR reaction. This is the result of electrophoresis of the product.

野生型ではdUTPを添加した場合はPCR産物が確認できず(レーン2−6)、dUTP無添加の場合(レーン1)のみ増幅産物が確認された。これに対し、KODにV93K、V93R、V93Q、Y7Aのいずれかの変異を加えた変異型では、終濃度0.5μMのdUTPを添加した際にも増幅産物が確認された。特にV93K、V93RではdUTPの濃度を200μMに、V93Qでは100μMに、それぞれ上げても増幅産物が確認された。 In the wild type, when dUTP was added, no PCR product was confirmed (lanes 2-6), and only when dUTP was not added (lane 1), an amplification product was confirmed. On the other hand, in the mutant type in which any one of V93K, V93R, V93Q, and Y7A was added to KOD, an amplification product was confirmed even when dUTP was added at a final concentration of 0.5 μM. In particular, amplification products were confirmed even when the concentration of dUTP was increased to 200 μM for V93K and V93R and to 100 μM for V93Q.

KODにV93K、V93R、V93Q、Y7Aのいずれかの変異を加えてdUTP耐性を高める効果は、野生型KODに変異を加えるよりも、3‘−5’エキソヌクレアーゼを欠損(N210D、I142RまたはD141A/E143A)させたKODに変異を加える方が、高いことが示された。これらのことから、ウラシル結合ポケットへの変異に加え、3‘−5’エキソヌクレアーゼに欠損を与える変異を加えるとdUTPの耐性能が向上することがわかる。 The effect of increasing the dUTP resistance by adding any mutation of V93K, V93R, V93Q, and Y7A to KOD is more deficient in 3′-5 ′ exonuclease than that of adding mutation to wild-type KOD (N210D, I142R or D141A / It was shown that the mutation was higher in E143A) -KOD. From these results, it can be seen that, in addition to the mutation in the uracil binding pocket, the mutation that causes a defect in 3'-5 'exonuclease is added to improve the dUTP resistance performance.

その他のKOD変異体でも同様の実験を行い、表3のdUTP耐性の欄に増幅が見られたdUTP濃度をまとめた。0は0.5μMのdUTPでPCRができなかったことを示し、同様に0.5や5、100は、それぞれ0.5、5、100μMのdUTPでは増幅が見られたが、それぞれ1段階高い5、100、200μMのdUTPでは増幅が見られなかったことを示す。>200は200μMを添加しても増幅が見られたことを示す。
結果、Y7、P36またはV93のウラシル結合ポケットへの変異はdUTP耐性濃度を高くする傾向があり、H147Eなどの3‘−5’エキソヌクレアーゼを保持している変異体(エキソ(+))にさらに変異を加える場合に比べ、N210D、I142RまたはD141A/E143Aなどの3‘−5’エキソヌクレアーゼを欠質させた変異体(エキソ(−))にさらに変異を加える方が、dUTP耐性濃度が高くなる傾向が確認された。
Similar experiments were carried out with other KOD mutants, and the dUTP concentration at which amplification was observed was summarized in the column of dUTP resistance in Table 3. 0 indicates that PCR could not be performed at 0.5 μM dUTP, and similarly, at 0.5, 5, and 100, amplification was observed at 0.5, 5, and 100 μM dUTP, respectively, but each was higher by one step. This shows that no amplification was observed at 5, 100, and 200 μM of dUTP. > 200 indicates that amplification was observed even when 200 μM was added.
As a result, mutations to the uracil-binding pocket of Y7, P36 or V93 tend to increase dUTP-resistant concentrations, further increasing the 3′-5 ′ exonuclease-bearing mutants such as H147E (exo (+)). As compared with the case where a mutation is added, a dUTP-resistant concentration is higher when a mutation is further added to a mutant (exo (-)) lacking a 3′-5 ′ exonuclease such as N210D, I142R or D141A / E143A. A trend was confirmed.

PfuにおいてもY7AとP36H、V93Kの単変異体とY7A/P36H、Y7A/V93Kの多重変異体を比較し、多重変異体の方増幅量が多いといった同様の結果が得られた。 As for Pfu, a single mutant of Y7A and P36H or V93K was compared with a multiple mutant of Y7A / P36H or Y7A / V93K, and similar results were obtained such that the amplification amount of the multiple mutant was larger.

実施例3−3
改変された耐熱性DNAポリメラーゼを用いた長鎖DNA増幅の評価
表2に記載のKOD変異体を用いて、dTTPなしのdUTPのみの条件でも、1.3kBを超える長鎖DNAが増幅するかどうか調べた。表2ではエキソ領域のアミノ酸変異と、ウラシル結合に関するアミノ酸変異の両方が示されている。エキソ領域のアミノ酸変異に関して、エキソ(+)とあるのは野生型を含め3‘−5’エキソヌクレアーゼを保持している変異、エキソ(−)とあるのは3‘−5’エキソヌクレアーゼを欠失させた変異であることをそれぞれ示す。
Example 3-3
Evaluation of long-chain DNA amplification using modified thermostable DNA polymerase Using the KOD mutants shown in Table 2, long-chain DNA exceeding 1.3 kB was obtained even under the condition of dUTP alone without dTTP. It was checked whether it could be amplified. Table 2 shows both amino acid mutations in the exo region and amino acid mutations relating to uracil binding. Regarding amino acid mutations in the exo region, exo (+) indicates a mutation retaining 3'-5 'exonuclease including wild type, and exo (-) indicates a deletion of 3'-5' exonuclease. This indicates that the mutation was deleted.

dUTPを含むPCRにおいてHuman β−グロビンの1.3kbpおよび、2.8kbp、3.6kbpの増幅を比較した。この際、各酵素は、1Uあたり1μgのKOD抗体と混合したKOD変異体を用いた。 The 1.3 kbp and 2.8 kbp, 3.6 kbp amplifications of Human β-globin were compared in a PCR containing dUTP. At this time, as each enzyme, a KOD mutant mixed with 1 μg of KOD antibody per 1 U was used.

PCRにはKOD −Plus− Ver.2(Toyobo社製)添付のものを用い、1×PCR Buffer、および1.5mM MgSO、2mM dTTPをdUTPに置換したdNTPs(dATP、dUTP,dCTP、dGTP)、15pmolのプライマー(1.3kbpの増幅では配列番号13及び14、2.8kbpの増幅では配列番号15および16、3.6kbpの増幅では配列番号17および18)、10ngのヒトゲノムDNA(Roche社製)、抗体と混合した1Uの各酵素を含む50μlの反応液を用いた。94℃、2分の前反応の後、98℃、10秒→65℃、30秒→68℃、1kbpあたり約1分(1.3kbpの増幅では1分30秒、2.8kbpの増幅では3分、3.6kbpの増幅では4分)を35サイクル繰り返すスケジュールでPCR system GeneAmp9700(Applied Biosystem社)にてPCRを行った。 For PCR, use KOD-Plus-Ver. 2 (manufactured by Toyobo) using 1 × PCR Buffer, 1.5 mM MgSO 4 , dNTPs (dATP, dUTP, dCTP, dGTP) in which 2 mM dTTP was replaced with dUTP, 15 pmol of primer (1.3 kbp of SEQ ID NOS: 13 and 14 for amplification, SEQ ID NOs: 15 and 16 for 2.8 kbp amplification, SEQ ID NOs: 17 and 18 for 3.6 kbp amplification), 10 ng of human genomic DNA (Roche), 1 U mixed with antibody 50 μl of the reaction solution containing the enzyme was used. After the pre-reaction at 94 ° C. for 2 minutes, 98 ° C., 10 seconds → 65 ° C., 30 seconds → 68 ° C., about 1 minute per 1 kbp (1 minute 30 seconds for 1.3 kbp amplification, 3 minutes for 2.8 kbp amplification) PCR was performed using a PCR system GeneAmp 9700 (Applied Biosystem) on a schedule of repeating 35 cycles of the same cycle (amplification, 3.6 kbp amplification, 4 minutes).

またコントロールとして、Taq DNAポリメラーゼでの増幅も行った。Taq DNAポリメラーゼはToyobo社製のものを用い、Anti−Taq High(Toyobo社製)と混合したものを用いた。反応は1×BlendTaqに添付のBuffer、2mM dTTPをdUTPに置換したdNTPs(dATP、dUTP,dCTP、dGTP)、10pmolのプライマー(上記と同様)、10ngのヒトゲノムDNA(Roche社製)、抗体と混合した2.5Uの酵素を含む50μlの反応液を、94℃、2分の前反応の後、94℃、30秒→65℃、30秒→68℃、1kbpあたり約1分(1.3kbpの増幅では1分30秒、2.8kbpの増幅では3分、3.6kbpの増幅では4分)を35サイクル繰り返すスケジュールでPCR system GeneAmp9700(Applied Biosystem社製)にてPCRを行った。
それぞれ反応終了後、5μlの反応液についてアガロース電気泳動を行い、エチジウムブロマイド染色し、紫外線照射下約増幅DNA断片の増幅量を確認した。
As a control, amplification with Taq DNA polymerase was also performed. Taq DNA polymerase used was from Toyobo, and was mixed with Anti-Taq High (Toyobo). The reaction was performed using a buffer attached to 1 × BlendTaq, dNTPs in which 2 mM dTTP was replaced with dUTP (dATP, dUTP, dCTP, dGTP), 10 pmol of primer (as described above), 10 ng of human genomic DNA (Roche), and an antibody. After the pre-reaction at 94 ° C. for 2 minutes, 50 μl of the reaction solution containing 2.5 U of the enzyme was placed at 94 ° C., 30 seconds → 65 ° C., 30 seconds → 68 ° C., about 1 minute per 1 kbp (1.3 kbp). PCR was performed using a PCR system GeneAmp 9700 (Applied Biosystem) with a schedule of repeating 35 cycles of 1 minute and 30 seconds for amplification, 3 minutes for 2.8 kbp amplification, and 4 minutes for 3.6 kbp amplification.
After each reaction, 5 μl of the reaction solution was subjected to agarose electrophoresis, stained with ethidium bromide, and the amount of the amplified DNA fragment was confirmed under ultraviolet irradiation.

図3は、野生型(KOD)と、V93K、Y7A/V93K、P36R、Y7A/P36R、P36H、Y7A/P36H、P36R/V93K、Y7A/P36R/V93K、P36H/V93K、Y7A/P36H/V93Kの10種のKOD変異体との計11種を用いて、dTTPの代わりにdUTP(Roche社製)を終濃度0.2mM含む反応系で長さの異なるHuman β−グロビンDNAに対してPCR反応を行い、得られた産物を電気泳動した結果である。図3において、1.3kbpがレーン1、2.8kbpがレーン2、3.6kbpがレーン3である。さらに対照として、Taqで同様の検討を行った。また、野生型KODを用いて、通常のdTTPでPCRを行った結果も合わせて示す。 FIG. 3 shows 10 types of wild-type (KOD) and V93K, Y7A / V93K, P36R, Y7A / P36R, P36H, Y7A / P36H, P36R / V93K, Y7A / P36R / V93K, P36H / V93K, and Y7A / P36H / V93K. PCR was performed on Human β-globin DNAs having different lengths in a reaction system containing dUTP (Roche) instead of dTTP in a final concentration of 0.2 mM using a total of 11 types of KOD mutants. The result of electrophoresis of the obtained product. In FIG. 3, 1.3 kbp is lane 1, 2.8 kbp is lane 2, and 3.6 kbp is lane 3. As a control, a similar study was performed using Taq. In addition, the results of PCR performed with normal dTTP using wild-type KOD are also shown.

図4は、まず野生型(KOD)のエキソ領域に、H147E、N210D、I142R、D141A/E143Aのいずれかの変異を加え、さらにそれぞれにV93K、Y7A/V93K、P36R、Y7A/P36R、P36H、Y7A/P36Hのいずれかの変異を加えたもの(計24種)を作製し、これらの変異体を用いて、dTTPの代わりにdUTP(Roche社製)を終濃度0.2mM含む反応系で長さの異なるHuman β−グロビンDNAに対してPCR反応を行い、得られた産物を電気泳動した結果である。図4において、1.3kbpがレーン1、2.8kbpがレーン2、3.6kbpがレーン3である。 FIG. 4 shows that the wild-type (KOD) exo region was mutated with any of H147E, N210D, I142R, and D141A / E143A, and was further respectively subjected to V93K, Y7A / V93K, P36R, Y7A / P36R, P36H, and Y7A. / P36H to which any one of the mutations was added (a total of 24 types) was prepared, and these mutants were used in a reaction system containing dUTP (manufactured by Roche) instead of dTTP in a final concentration of 0.2 mM to obtain a length. Is a result of performing a PCR reaction on different Human β-globin DNAs and electrophoresing the obtained products. In FIG. 4, 1.3 kbp is lane 1, 2.8 kbp is lane 2, and 3.6 kbp is lane 3.

図3において、V93K、P36H、P36Rのそれぞれの増幅量を比較した結果、V93Kより、P36位へ変異を加えた変異体(P36R、P36H)の方が、増幅量が多く、長いターゲットまで増幅できることが確認された。
次に、V93K、P36H、P36Rと、それぞれにさらにY7Aの変異を加えた二重変異体の増幅量を比較した結果、単変異のものよりウラシル結合ポケットへ二重変異を入れたものの方が、増幅量が多くなった。これらの変異体はTaqでは増幅できないような長鎖長を増幅することが可能となっていた。
一方で、上記で効果のあったV93K、P36H、P36Rについて組み合わせた種々の多重変異体についてさらに検討したところ、P36H/V93Kでは相乗効果が見られたが、P36R、Y7A/P36R/V93K、Y7A/P36H/V93Kでは増幅が認められなかった。
In FIG. 3, as a result of comparing the respective amplification amounts of V93K, P36H, and P36R, the mutants (P36R, P36H) having a mutation at the P36 position have a larger amplification amount than V93K, and can amplify long targets. Was confirmed.
Next, as a result of comparing the amplification amounts of V93K, P36H, and P36R, and the double mutants each having a further Y7A mutation, those having the double mutation in the uracil-binding pocket than those having the single mutation, The amount of amplification has increased. These mutants have been able to amplify long chain lengths that cannot be amplified by Taq.
On the other hand, when further studying various multiple mutants combined for V93K, P36H, and P36R, which were effective as described above, a synergistic effect was observed with P36H / V93K, but P36R, Y7A / P36R / V93K, and Y7A / No amplification was observed for P36H / V93K.

図3と図4において、野生型のDNAポリメラーゼにV93KやP36Hなどの変異を施したものとエキソ(−)の変異体であるN210D、I142R、D141A/E143Aの変異体に、V93K、P36Hなどの変異を施したものを比較した結果、エキソ(−)のDNAポリメラーゼに変異を施した方が、増幅量が多い結果となった。
さらに、図3と図4において、野生型のDNAポリメラーゼにV93KやP36Hなどの変異を施したものと、PCR効率が向上するエキソ(+)の変異体であるH147EにV93K、P36Hなどの変異を施したものとを比較した結果、エキソ(+)のH147E変異体の方が、増幅量が多い結果となった。
In FIG. 3 and FIG. 4, mutants of wild-type DNA polymerase such as V93K and P36H and mutants of N210D, I142R and D141A / E143A, which are exo (-) mutants, have V93K and P36H. As a result of comparison of the mutants, the mutation in the exo (-) DNA polymerase resulted in a larger amount of amplification.
Further, in FIGS. 3 and 4, mutations such as V93K and P36H were applied to wild-type DNA polymerase, and mutations such as V93K and P36H were added to H147E, an exo (+) mutant that improves PCR efficiency. As a result of comparison with the exo (+) H147E mutant, the amplification amount was larger.

KOD変異体の評価結果を表3にまとめた。表3において、dUTP耐性における11段階評価は、0に近いほど塩基類似体検出活性が強く、10に近いほど塩基類似体検出活性が低いことを表す。また表3中、○は十分に増幅した、△はある程度増幅した、×は増幅しないことを表している。 Table 3 summarizes the evaluation results of the KOD mutant. In Table 3, the 11-step evaluation of dUTP resistance indicates that the closer to 0, the higher the activity of detecting the base analog, and the closer to 10, the lower the activity of detecting the base analog. In Table 3, ○ indicates that amplification was sufficiently performed, Δ indicates that amplification was performed to some extent, and X indicates that amplification was not performed.

PfuにおいてもY7AとP36H、V93Kの単変異体とY7A/P36H、Y7A/V93Kの多重変異体を比較し、多重変異体の方が増幅量が多いといった同様の結果が得られた。 As for Pfu, a single mutant of Y7A and P36H or V93K was compared with a multiple mutant of Y7A / P36H or Y7A / V93K, and similar results were obtained such that the multiple mutant had a larger amplification amount.

実施例3−4
合成速度の比較
合成速度は、前述の(8)に記載の<DNAポリメラーゼ合成速度測定法>に従い実施した。
図5は、野生型(WT)と、Y7A/V93K、P36H、Y7A/P36H、Y7A/V93K/N210D、P36H/N210D、Y7A/P36H/N210D、N210Dの7種のKOD変異体との計8種について、Biotin化P7プライマーを用いてPCR反応を30秒、60秒、120秒行い、それぞれで得られた産物を電気泳動した結果である。図5において、30とあるのはPCR反応を30秒行ったことを示す。60、120についても同様である。図5では、増幅産物が電気泳動写真の上部で検出されるほど、長い増幅産物が取れ合成速度が速いことが示される。写真の左側には、7000bp、3000bpの増幅産物がそれぞれの矢印のところで検出されることを示す。写真の下部に示されている数字は、その結果に基づいて計算された各DNAポリメラーゼの合成速度である。
Example 3-4
Comparison of synthesis rate The synthesis rate was determined according to the <Method for measuring DNA polymerase synthesis rate> described in (8) above.
FIG. 5 shows eight types of wild-type (WT) and seven types of KOD mutants of Y7A / V93K, P36H, Y7A / P36H, Y7A / V93K / N210D, P36H / N210D, Y7A / P36H / N210D, and N210D. Is a result of performing a PCR reaction for 30 seconds, 60 seconds, and 120 seconds using the Biotinylated P7 primer, and electrophoresing the products obtained in each case. In FIG. 5, "30" indicates that the PCR reaction was performed for 30 seconds. The same applies to 60 and 120. FIG. 5 shows that the longer the amplification product is detected in the upper part of the electrophoresis photograph, the longer the amplification product is obtained and the faster the synthesis speed. The left side of the photograph shows that 7000 bp and 3000 bp amplification products are detected at the respective arrows. The number shown at the bottom of the photograph is the synthesis rate of each DNA polymerase calculated based on the result.

図5において、野生型(WT)と比べて、Y7A/V93KやP36H、Y7A/P36Hの変異体の方が合成速度が早い結果となった。
またエキソ領域を改変したN210D変異体は、野生型より、合成速度が速く、さらに前記N210D変異体に、Y7A/V93KやP36H、Y7A/P36Hなどの改変を行った変異体は、より合成速度が速くなることが確認された。
In FIG. 5, as compared with the wild type (WT), the results of the synthesis rate of the mutants of Y7A / V93K, P36H, and Y7A / P36H were faster.
In addition, the N210D mutant in which the exo region is modified has a higher synthesis rate than the wild type, and the mutant in which the N210D mutant is modified with Y7A / V93K, P36H, or Y7A / P36H has a higher synthesis rate. It was confirmed to be faster.

実施例3−5
dUTP存在下のPCRにおける血液からの増幅
反応液に添加する血液量を変えて、血液耐性を評価した。比較には、1Uあたり0.8μgのKOD抗体と混合したKOD(野生型)とKOD Y7A/V93K変異体とKOD Y7A/P36H/N210D変異体、抗体を混合したTaq DNAポリメラーゼ(Taq DNAポリメラーゼ(Toyobo社製)とAnti−Taq High(Toyobo社製)を等量混合したもの)を用い、HBgの482bpPCRを行い増幅の違いを比較した。
Example 3-5
Amplification from blood in PCR in the presence of dUTP Blood tolerance was evaluated by changing the amount of blood added to the reaction solution. For comparison, Taq DNA polymerase (Taq DNA polymerase (Toyobo) was prepared by mixing KOD (wild type), KOD Y7A / V93K mutant, KOD Y7A / P36H / N210D mutant mixed with 0.8 μg KOD antibody / U, and antibody. 482 bp PCR of HBg was used to compare the differences in amplification between Anti-Taq High (manufactured by Toyobo Co., Ltd.) and Anti-Taq High (manufactured by Toyobo).

上記と同様、KODのPCRは、KOD −Plus− Ver.2(Toyobo社製)添付のBuffer、MgSOを用い、1×PCR Buffer、および1.5mM MgSO、15pmolのプライマー(482bpの増幅では配列番号19および20)、抗体と混合した1Uの各酵素を含む50μlの反応液中に、通常のdNTPs(dATP、dTTP,dCTP、dGTP)を0.2mM添加したものと、dTTPをdUTPに置換したdNTPs(dATP、dUTP,dCTP、dGTP)を0.2mMになるよう添加したものをそれぞれ用い、鋳型には血液そのもの、および血液を水で希釈したものを用いた。94℃、2分の前反応の後、98℃、10秒→65℃、10秒→68℃、1kbpあたり約1分(482bpの増幅では1分)を35サイクル繰り返すスケジュールでPCR system GeneAmp9700(Applied Biosystem社)を用いてPCRを行った。 As described above, the PCR of KOD is performed according to KOD-Plus-Ver. 2 (manufactured by Toyobo), using Buffer and MgSO 4 attached thereto, 1 × PCR Buffer, 1.5 mM MgSO 4 , 15 pmol of primer (SEQ ID NOS: 19 and 20 for 482 bp amplification), and 1 U of each enzyme mixed with antibody In a 50 μl reaction solution containing the above, 0.2 mM of normal dNTPs (dATP, dTTP, dCTP, dGTP) was added, and 0.2 mM of dNTPs (dATP, dUTP, dCTP, dGTP) in which dTTP was replaced with dUTP was added. The blood was used as a template, and the blood was diluted with water. After the pre-reaction at 94 ° C. for 2 minutes, the PCR system GeneAmp 9700 (Applied) was repeated on a schedule of repeating 35 cycles of 98 ° C., 10 seconds → 65 ° C., 10 seconds → 68 ° C., 1 minute per 1 kbp (1 minute for 482 bp amplification). PCR was performed using Biosystem).

Taq DNAポリメラーゼのPCRは、1×BlendTaqに添付のBuffer(Toyobo製品)、10pmolのプライマー(上記と同様)、抗体と混合した2.5Uの酵素を含む50μlの反応液中に、通常のdNTPs(dATP、dTTP,dCTP、dGTP)を0.2mM添加したものと、dTTPをdUTPに置換したdNTPs(dATP、dUTP,dCTP、dGTP)を0.2mMになるよう添加したものをそれぞれ用い、鋳型には血液そのもの、および血液を水で希釈したものを用いた。94℃、2分の前反応の後、94℃、30秒→65℃、30秒→68℃、1kbpあたり約1分(上記と同様)を35サイクル繰り返すスケジュールでPCR system GeneAmp9700(Applied Biosystem社)を用いてPCRを行った。
反応終了後、5μlの反応液についてアガロース電気泳動を行い、エチジウムブロマイド染色し、紫外線照射下増幅DNA断片の増幅量を確認した。
PCR of Taq DNA polymerase is performed by adding a buffer (Toyobo product) attached to 1 × BlendTaq, 10 pmol of a primer (same as above), and 50 μl of a reaction solution containing 2.5 U of enzyme mixed with an antibody in a normal dNTPs (50 μl). dATP, dTTP, dCTP, dGTP) were added at 0.2 mM, and dNTPs (dATP, dUTP, dCTP, dGTP) obtained by replacing dTTP with dUTP were added at 0.2 mM. Blood itself and blood diluted with water were used. After pre-reaction at 94 ° C. for 2 minutes, PCR system GeneAmp 9700 (Applied Biosystem) with a schedule of repeating 35 cycles of 94 ° C., 30 seconds → 65 ° C., 30 seconds → 68 ° C., about 1 minute per 1 kbp (same as above) for 35 cycles Was used to perform PCR.
After completion of the reaction, 5 μl of the reaction solution was subjected to agarose electrophoresis, stained with ethidium bromide, and the amount of the amplified DNA fragment amplified under ultraviolet irradiation was confirmed.

図6は、試料として血液を用い、反応液に占める血液の割合を10、5、2、0.2、0.02、0.002%になるよう反応液を調整して、種々のDNAポリメラーゼによるPCR反応を行い、得られた産物を電気泳動した結果を示す。用いたDNAポリメラーゼは、Taq、KOD(野生型)、KODの変異体2種(Y7A/V93K、Y7A/P36H/N210D)の計4種である。各写真の左側がdTTPを用いた場合、右側がdUTPを用いた場合である。1レーンは反応液に占める血液の割合10%の場合、以下2−6レーンは順にそれぞれ5%、2%、0.2%、0.02%、0.002%の場合である。
結果、Taq DNAポリメラーゼ、野生型のKOD DNAポリメラーゼはdUTP存在下で増幅が確認されないところ、KOD Y7A/V93KやKOD Y7A/P36H/N210D変異体ではdUTP存在下でもしっかりしたバンドが確認された。
KOD Y7A/V93K変異体より合成速度の速いKOD Y7A/P36H/N210D変異体の方が血液耐性が高く、血液10%添加でも増幅が確認できた。
FIG. 6 shows that various DNA polymerases were prepared by using blood as a sample and adjusting the reaction solution so that the proportion of blood in the reaction solution was 10, 5, 2, 0.2, 0.02, and 0.002%. Shows the results of performing a PCR reaction according to and electrophoresis of the obtained product. The DNA polymerases used were Taq, KOD (wild type), and two types of KOD mutants (Y7A / V93K, Y7A / P36H / N210D), for a total of four types. The left side of each photograph is a case where dTTP is used, and the right side is a case where dUTP is used. One lane corresponds to the case where the ratio of the blood in the reaction solution is 10%, and the following 2-6 lanes correspond to the cases of 5%, 2%, 0.2%, 0.02% and 0.002%, respectively.
As a result, amplification was not confirmed in the presence of dUTP for Taq DNA polymerase and wild-type KOD DNA polymerase, but firm bands were confirmed for KOD Y7A / V93K and KOD Y7A / P36H / N210D mutant even in the presence of dUTP.
The KOD Y7A / P36H / N210D mutant, which has a higher synthesis rate than the KOD Y7A / V93K mutant, has higher blood resistance, and amplification was confirmed even when 10% blood was added.

KODの他の変異体(P36H、P36K、P36R、V93K、V93R、Y7A/P36H、Y7A/P36R、Y7A/V93R、P36H/H147E、P36K/H147E、P36R/H147E、V93K/H147E、V93R/H147E、Y7A/P36H/H147E、Y7A/P36R/H147E、Y7A/V93K/H147E、Y7A/V93R/H147E、P36H/N210D、P36K/N210D、P36R/N210D、V93K/N210D、V93R/N210D、Y7A/P36R/N210D、Y7A/V93K/N210D、Y7A/V93R/N210D、P36H/I142R、P36R/I142R、V93K/I142R、V93R/I142R、Y7A/P36H/I142R、Y7A/P36R/I142R、P36H/D141A/E143A、P36R/D141A/E143A、V93K/D141A/E143A、V93R/D141A/E143A、Y7A/P36H/D141A/E143A、Y7A/P36R/D141A/E143A)でも同様の反応条件で、血液5%添加から増幅を確認し、dUTP存在下でもしっかりとしたバンドが確認できた。 Other variants of KOD (P36H, P36K, P36R, V93K, V93R, Y7A / P36H, Y7A / P36R, Y7A / V93R, P36H / H147E, P36K / H147E, P36R / H147E, V93K / H147E, V93R / H147E / P36H / H147E, Y7A / P36R / H147E, Y7A / V93K / H147E, Y7A / V93R / H147E, P36H / N210D, P36K / N210D, P36R / N210D, V93K / N210D, V93R / N210D, Y7A / P36R / V93K / N210D, Y7A / V93R / N210D, P36H / I142R, P36R / I142R, V93K / I142R, V93R / I142R, Y7A / P36H / I14 R, Y7A / P36R / I142R, P36H / D141A / E143A, P36R / D141A / E143A, V93K / D141A / E143A, V93R / D141A / E143A, Y7A / P36H / D141A / E143A, and Y7A / P36E / A Under the above reaction conditions, amplification was confirmed from the addition of 5% of blood, and a firm band was confirmed even in the presence of dUTP.

Pfu DNAポリメラーゼ変異体でも同様の反応条件で、血液5%添加から増幅を確認し、P36H、V93R、Y7A/P36H、Y7A/V93Kの変異体で、dUTP存在下でもしっかりとしたバンドが確認できた。 Under the same reaction conditions, amplification was confirmed from the addition of 5% blood with the Pfu DNA polymerase mutant, and a firm band was confirmed in the P36H, V93R, Y7A / P36H, and Y7A / V93K mutants even in the presence of dUTP. .

(実施例4)
実施例4−1
KOD−PCNA変異体の作製
サーモコッカス・コダカラエンシス KOD1株由来の改変型耐熱性PCNA遺伝子を含有するプラスミドを作製した。
変異導入に使用されるDNA鋳型は、pBluescriptにクローニングされたサーモコッカス・コダカラエンシス KOD1株由来のPCNA(配列番号23)(pKODPCNA)を用いた。変異導入にはKOD −Plus− Mutagenesis Kit(Toyobo社製)を用いて、方法は取扱い説明書に準じて行った。なお、変異体の確認は塩基配列の解読で行った。得られたプラスミドによりエシェリシア・コリDH5αを形質転換し、酵素調製に用いた。
(Example 4)
Example 4-1
Preparation of KOD-PCNA mutant A plasmid containing a modified thermostable PCNA gene derived from Thermococcus kodakaraensis KOD1 strain was prepared.
As a DNA template used for mutagenesis, a PCNA (SEQ ID NO: 23) (pKODPCNA) derived from Thermococcus kodakaraensis KOD1 clone cloned in pBluescript was used. Mutation was introduced using a KOD-Plus-Mutagenesis Kit (manufactured by Toyobo) according to the instruction manual. The confirmation of the mutant was performed by decoding the nucleotide sequence. Escherichia coli DH5α was transformed with the obtained plasmid and used for enzyme preparation.

実施例4−2
Pfu−PCNA変異体の作製
パイロコッカス・フリオサス由来の改変型耐熱性PCNA遺伝子を含有するプラスミドを作製した。
変異導入に使用されるDNA鋳型は、pBluescriptにクローニングされたパイロコッカス・フリオサス株由来のPCNA(配列番号24)(pPfuPCNA)を用いた。変異導入にはKOD −Plus− Mutagenesis Kit(Toyobo社製)を用いて、方法は取扱い説明書に準じて行った。なお、変異体の確認は塩基配列の解読で行った。得られたプラスミドによりエシェリシア・コリDH5αを形質転換し、酵素調製に用いた。
Example 4-2
Preparation of Pfu-PCNA mutant A plasmid containing a modified thermostable PCNA gene derived from Pyrococcus furiosus was prepared.
As a DNA template used for mutagenesis, PCNA (SEQ ID NO: 24) (pPfuPCNA) derived from Pyrococcus furiosus cloned in pBluescript was used. Mutation was introduced using a KOD-Plus-Mutagenesis Kit (manufactured by Toyobo) according to the instruction manual. The confirmation of the mutant was performed by decoding the nucleotide sequence. Escherichia coli DH5α was transformed with the obtained plasmid and used for enzyme preparation.

実施例4−1および実施例4−2で作製したプラスミドを表4に示す。 Table 4 shows the plasmids prepared in Example 4-1 and Example 4-2.

実施例4−3
改変型耐熱性PCNAの作製
実施例4−1で得られた菌体の培養は以下のようにして実施した。まず、滅菌処理した100μg/mLのアンピシリンを含有するTB培地(Molecular cloning 2nd edition、p.A.2)80mLを500mL坂口フラスコに分注した。この培地に予め100μg/mLのアンピシリンを含有する3mLのLB培地(1%バクトトリプトン、0.5%酵母エキス、0.5%塩化ナトリウム;ギブコ製)で37℃、16時間培養したエシェリシア・コリDH5α(プラスミド形質転換株)(試験管使用)を接種し、37℃にて16時間通気培養した。培養液より菌体を遠心分離により回収し、50mLの破砕緩衝液(30mM Tris−HCl緩衝液(pH8.0)、30mM NaCl、0.1mM EDTA)に懸濁後、ソニケーション処理により菌体を破砕し、細胞破砕液を得た。次に細胞破砕液を80℃にて15分間処理した後、遠心分離にて不溶性画分を除去した。更に、ポリエチレンイミンを用いた除核酸処理、硫安塩析、Qセファロースクロマトグラフィーを行い、最後に保存緩衝液(50mM Tris−HCl緩衝液(pH8.0)、50mM 塩化カリウム、1mM ジチオスレイトール、0.1% Tween20、0.1%ノニデットP40、50%グリセリン)に置換し、改変型耐熱性PCNAを得た。
Example 4-3
Preparation of modified heat-resistant PCNA The cells obtained in Example 4-1 were cultured as follows. First, 80 mL of sterilized TB medium (Molecular cloning 2nd edition, p.A.2) containing 100 μg / mL ampicillin was dispensed into a 500 mL Sakaguchi flask. Escherichia C. previously cultured for 16 hours at 37 ° C. in 3 mL of LB medium (1% bactotryptone, 0.5% yeast extract, 0.5% sodium chloride; Gibco) containing 100 μg / mL ampicillin in this medium E. coli DH5α (plasmid transformant) (using a test tube) was inoculated and cultured at 37 ° C. for 16 hours with aeration. The cells were collected from the culture solution by centrifugation, suspended in 50 mL of a disruption buffer (30 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), 30 mM NaCl, 0.1 mM EDTA), and then sonicated. This was crushed to obtain a cell lysate. Next, the cell lysate was treated at 80 ° C. for 15 minutes, and then the insoluble fraction was removed by centrifugation. Further, nucleic acid removal treatment using polyethyleneimine, ammonium sulfate salting out, and Q Sepharose chromatography were performed. Finally, a storage buffer (50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), 50 mM potassium chloride, 1 mM dithiothreitol, .1% Tween 20, 0.1% Nonidet P40, 50% glycerin) to obtain a modified heat-resistant PCNA.

実施例4−4
PCR増強因子(PCNA)の評価
PCNAの効果を確認するため、KOD−PCNA変異体(M73L、M73L/E143R、M73L/R109A/E143A、M73L/D147A、M73L/R82A/E143A、M73L/E143F、M73L/E143A)を用いて『増幅増強活性の測定方法』に従い、dUTP存在下PCRでの増幅量の違いを、Human β−グロビンの1.3kbを増幅することで比較した。
Example 4-4
Evaluation of PCR enhancing factor (PCNA) In order to confirm the effect of PCNA, KOD-PCNA mutants (M73L, M73L / E143R, M73L / R109A / E143A, M73L / D147A, M73L / R82A / E143A, M73L / E143F, M73L / Using E143A), the difference in the amount of amplification by PCR in the presence of dUTP was compared by amplifying 1.3 kb of Human β-globin in accordance with “Amplification Enhancing Activity Measurement Method”.

図7は、種々のPCNA変異体を250ng添加しPCR反応を行い、得られた産物を電気泳動した結果を示す。用いたPCNA変異体はM73L、M73L/E143R、M73L/E143A、M73L/R109A/E143A、M73L/D147A、M73L/R82A/E143A、M73L/E143Fの計7種である。
PCNAの添加がない場合(レーン8)やPCNAとしてKOD−PCNA M73L変異体を用いた場合(レーン1)では、バンドがわずかに見出されたに過ぎなかったが、他のKOD PCNA変異体を添加した場合は、増幅量が多くなり、より明確なバンドが確認された。

PCNAは多量体を形成し核酸の合成反応を促進するが、通常、RFCの働きなしではDNAにロードできず反応が進まない。M73L/E143R、M73L/E143A、M73L/R109A/E143A、M73L/D147A、M73L/R82A/E143A、M73L/E143Fの改変は、多量体形成に関わる部位への改変であり、適度に多量体形成が弱まったため、PCNAがDNAにロードでき、PCR増幅量を向上させたことが考えられる(図7)。
またPCNAは合成速度を向上させ伸長時間を短縮する作用が以前報告されていたが、合成速度の向上は、ウラシルと結合ポケットが相互作用する時間を短くし、ウラシルの検出活性を弱める働きがあることが考えられる。
FIG. 7 shows the results of performing a PCR reaction by adding 250 ng of various PCNA mutants and electrophoresing the resulting products. The PCNA mutants used were M73L, M73L / E143R, M73L / E143A, M73L / R109A / E143A, M73L / D147A, M73L / R82A / E143A, and M73L / E143F.
When no PCNA was added (lane 8) or when the KOD-PCNA M73L mutant was used as PCNA (lane 1), only a few bands were found, but other KOD PCNA mutants were used. When added, the amount of amplification was increased, and a clearer band was confirmed.

PCNA forms a multimer and promotes a nucleic acid synthesis reaction, but usually cannot be loaded onto DNA without the action of RFC and the reaction does not proceed. Modification of M73L / E143R, M73L / E143A, M73L / R109A / E143A, M73L / D147A, M73L / R82A / E143A, and M73L / E143F is a modification to a site involved in multimer formation, and moderately reduces multimer formation. Therefore, it is conceivable that PCNA could be loaded on DNA, and the amount of PCR amplification was improved (FIG. 7).
PCNA has also previously been reported to increase the synthesis rate and reduce the elongation time, but increasing the synthesis rate has the effect of shortening the interaction time between uracil and the binding pocket and weakening the uracil detection activity. It is possible.

Pfu−PCNA変異体(M73L、M73L/D143R、M73L/R109A/D143A、M73L/D147A、M73L/R82A/D143A、M73L/D143A)でも同様の実験を行い、Pfu−PCNA M73L変異体では、ほとんどバンドが確認できなかったが、他のPfu−PCNA変異体(M73L/D143R、M73L/R109A/D143A、M73L/D147A、M73L/R82A/D143A、M73L/D143A)の添加でしっかりとしたバンドが確認された。 Similar experiments were performed with the Pfu-PCNA mutants (M73L, M73L / D143R, M73L / R109A / D143A, M73L / D147A, M73L / R82A / D143A, M73L / D143A), and almost all bands were found in the Pfu-PCNA M73L mutant. Although it could not be confirmed, the addition of other Pfu-PCNA mutants (M73L / D143R, M73L / R109A / D143A, M73L / D147A, M73L / R82A / D143A, M73L / D143A) confirmed a firm band.

実施例4−5
PCNA添加による合成速度の比較
KOD V93K変異体に様々なPCNA変異体を添加し、合成速度を測定した。KOD V93Kは、保存緩衝液(50mM Tris−HCl(pH8.0),50mM KCl,1mM ジチオスレイトール,0.1% Tween20,0.1% Nonidet P40,50% グリセリン)で希釈し用いた。また、PCNA変異体は各反応系に250ng添加し、合成速度を測定した。
試薬・方法は、前述の(8)に記載の<DNAポリメラーゼ合成速度測定法>に従い実施した。
Example 4-5
Comparison of synthesis rate by adding PCNA Various PCNA mutants were added to the KOD V93K mutant, and the synthesis rates were measured. KOD V93K was used after dilution with a storage buffer (50 mM Tris-HCl (pH 8.0), 50 mM KCl, 1 mM dithiothreitol, 0.1% Tween 20, 0.1% Nonidet P40, 50% glycerin). Also, 250 ng of the PCNA mutant was added to each reaction system, and the synthesis rate was measured.
Reagents and methods were carried out according to the <Method for measuring DNA polymerase synthesis rate> described in (8) above.

図8は、V93K変異体に様々なPCNA変異体を添加してPCR反応を30秒、60秒、120秒行い、それぞれで得られた産物を電気泳動した結果である。PCNA変異体としては、KOD由来のPCNA変異体(D147A、E143R、R109A/E143A)を用いた。図8において、30とあるのはPCR反応を30秒行ったことを示す。60、120についても同様である。図8では、増幅産物が電気泳動写真の上部で検出されるほど、長い増幅産物が取れ合成速度が速いことが示される。写真の左側には、7000bp、3000bpの増幅産物がそれぞれの矢印のところで検出されることを示す。写真の下部に示されている数字は、その結果に基づいて計算された各DNAポリメラーゼの合成速度である。 FIG. 8 shows the results obtained by adding various PCNA mutants to the V93K mutant, performing a PCR reaction for 30, 60, and 120 seconds, and electrophoresing the resulting products. As the PCNA mutant, a KOD-derived PCNA mutant (D147A, E143R, R109A / E143A) was used. In FIG. 8, "30" indicates that the PCR reaction was performed for 30 seconds. The same applies to 60 and 120. FIG. 8 shows that the longer the amplification product is detected in the upper part of the electrophoresis photograph, the longer the amplification product is obtained and the higher the synthesis speed is. The left side of the photograph shows that 7000 bp and 3000 bp amplification products are detected at the respective arrows. The number shown at the bottom of the photograph is the synthesis rate of each DNA polymerase calculated based on the result.

結果、PCNAを添加すると、合成速度が大幅に増加することが確認できた(図8)。これはPCNAがクランプの働きを行い、DNAとポリメラーゼをしっかり結合させたことによると考えられる。 As a result, it was confirmed that the addition of PCNA greatly increased the synthesis rate (FIG. 8). This is presumably because PCNA performed a clamping function to tightly bind DNA and polymerase.

実施例4−6
dUTP存在下のPCRにおける血液からの増幅、PCNA添加の影響
血液耐性の評価にPCNAを加えて影響を確認した。比較には、1Uあたり0.8μgのKOD抗体と混合したKOD(野生型)とKOD Y7A/V93K変異体とKOD Y7A/P36H/N210D変異体、抗体を混合したTaq DNAポリメラーゼ(Taq DNAポリメラーゼ(Toyobo社製)とAnti−Taq High(Toyobo社製)を等量混合したもの)を用い、PCNA D147A変異体を250ng添加し、HBgの482bpのPCRを行い増幅の違いを比較した。
上記と同様、KODのPCRは、KOD −Plus− Ver.2(Toyobo社製)添付のBuffer、MgSOを用い、1×PCR Buffer、および1.5mM MgSO、15pmolのプライマー(配列番号19および20)、抗体と混合した1Uの各酵素を含む50μlの反応液中に、通常のdNTPs(dATP、dTTP,dCTP、dGTP)を0.2mM添加したものと、dTTPをdUTPに置換したdNTPs(dATP、dUTP,dCTP、dGTP)を0.2mMになるよう添加したものをそれぞれ用い、各反応液にKOD−PCNA M73L/D147A変異体を250ng添加した。鋳型には血液そのもの、および血液を水で希釈したものを用いた。94℃、2分の前反応の後、98℃、10秒→65℃、10秒→68℃、1分を35サイクル繰り返すスケジュールでPCR system GeneAmp9700(Applied Biosystem社)を用いてPCRを行った。
Taq DNAポリメラーゼのPCRは、1×BlendTaqに添付のBuffer(Toyobo製品)、10pmolのプライマー(上記と同様)、抗体と混合した2.5Uの酵素を含む50μlの反応液中に、通常のdNTPs(dATP、dTTP,dCTP、dGTP)を0.2mM添加したものと、dTTPをdUTPに置換したdNTPs(dATP、dUTP,dCTP、dGTP)を0.2mMになるよう添加したものをそれぞれ用い、鋳型には血液そのもの、および血液を水で希釈したものを用いた。94℃、2分の前反応の後、94℃、30秒→65℃、30秒→68℃、1分を35サイクル繰り返すスケジュールでPCR system GeneAmp9700(Applied Biosystem社)を用いてPCRを行った。
反応終了後、5μlの反応液についてアガロース電気泳動を行い、エチジウムブロマイド染色し、紫外線照射下増幅DNA断片の増幅量を確認した。
Example 4-6
Amplification from blood in PCR in the presence of dUTP and effect of addition of PCNA The effect of adding PCNA to the evaluation of blood tolerance was confirmed. For comparison, Taq DNA polymerase (Taq DNA polymerase (Toyobo) was prepared by mixing KOD (wild type), KOD Y7A / V93K mutant, KOD Y7A / P36H / N210D mutant mixed with 0.8 μg KOD antibody / U, and antibody. ) And Anti-Taq High (Toyobo) were mixed in equal amounts, and 250 ng of the PCNA D147A mutant was added, and 482 bp of HBg PCR was performed to compare differences in amplification.
As described above, the PCR of KOD is performed according to KOD-Plus-Ver. 2 (Toyobo Co., Ltd.) attached Buffer, using MgSO 4, 1 × PCR Buffer and 1.5 mM MgSO 4, 15 pmol of primer (SEQ ID NO: 19 and 20), of 50μl containing each enzyme 1U mixed with antibody 0.2 mM of normal dNTPs (dATP, dTTP, dCTP, dGTP) was added to the reaction solution, and 0.2 mM of dNTPs (dATP, dUTP, dCTP, dGTP) obtained by replacing dTTP with dUTP were added. 250 ng of the KOD-PCNA M73L / D147A mutant was added to each reaction solution. As the template, blood itself and blood diluted with water were used. After a pre-reaction at 94 ° C. for 2 minutes, PCR was performed using a PCR system GeneAmp 9700 (Applied Biosystem) on a schedule of repeating 35 cycles of 98 ° C., 10 seconds → 65 ° C., 10 seconds → 68 ° C., 1 minute.
PCR of Taq DNA polymerase is performed by adding a buffer (Toyobo product) attached to 1 × BlendTaq, 10 pmol of a primer (same as above), and 50 μl of a reaction solution containing 2.5 U of enzyme mixed with an antibody in a normal dNTPs (50 μl). dATP, dTTP, dCTP, dGTP) were added at 0.2 mM, and dNTPs (dATP, dUTP, dCTP, dGTP) obtained by replacing dTTP with dUTP were added at 0.2 mM. Blood itself and blood diluted with water were used. After a pre-reaction at 94 ° C. for 2 minutes, PCR was performed using a PCR system GeneAmp 9700 (Applied Biosystem) on a schedule of repeating 35 cycles of 94 ° C., 30 seconds → 65 ° C., 30 seconds → 68 ° C., 1 minute.
After completion of the reaction, 5 μl of the reaction solution was subjected to agarose electrophoresis, stained with ethidium bromide, and the amount of the amplified DNA fragment amplified under ultraviolet irradiation was confirmed.

図9は、試料として血液を用い、反応液に占める血液の割合を10、5、2、0.2、0.02、0.002%になるよう反応液を調整して、種々のDNAポリメラーゼによるPCR反応を、KOD由来のPCNA変異体(D147A)の存在下で行い、得られた産物を電気泳動した結果を示す。用いたDNAポリメラーゼは、Taq、KOD(野生型)、KODの変異体2種(Y7A/V93K、Y7A/P36H/N210D)の計4種である。各写真の左側がdTTPを用いた場合、右側がdUTPを用いた場合である。1レーンは反応液に占める血液の割合10%の場合、以下2−6レーンは順にそれぞれ5%、2%、0.2%、0.02%、0.002%の場合である。
結果、PCNAはファミリーBに属するポリメラーゼのPIPモチーフとよばれる部位に結合することが知られている。TaqなどのファミリーAに属するポリメラーゼはPIPモチーフを持たないため、PCNAを添加しても影響は見られなかった(図9)。
一方、減少した塩基類似体検出活性を有するKOD Y7A/V93K、KOD Y7A/P36H/N210D変異体ではPCNAを添加するとより濃い血液まで反応が起こることがわかった。
またPCNAを添加したKOD Y7A/P36H/N210D、PCNAを添加したKOD Y7A/V93Kの合成速度が高い順に増幅量が向上しており、やはり合成速度がdUTP存在下でのPCRでは重要と考えられる。
FIG. 9 shows that various DNA polymerases were prepared by using blood as a sample and adjusting the reaction solution so that the proportion of blood in the reaction solution was 10, 5, 2, 0.2, 0.02, and 0.002%. Is performed in the presence of a PCNA mutant (D147A) derived from KOD and the results of electrophoresis of the obtained product are shown. The DNA polymerases used were Taq, KOD (wild type), and two types of KOD mutants (Y7A / V93K, Y7A / P36H / N210D), for a total of four types. The left side of each photograph is a case where dTTP is used, and the right side is a case where dUTP is used. One lane corresponds to the case where the ratio of the blood in the reaction solution is 10%, and the following 2-6 lanes correspond to the cases of 5%, 2%, 0.2%, 0.02% and 0.002%, respectively.
As a result, it is known that PCNA binds to a site called PIP motif of a polymerase belonging to Family B. Since polymerases belonging to Family A such as Taq do not have a PIP motif, no effect was observed when PCNA was added (FIG. 9).
On the other hand, it was found that in the KOD Y7A / V93K and KOD Y7A / P36H / N210D mutants having a reduced activity of detecting the base analog, the reaction occurs even to more concentrated blood when PCNA is added.
In addition, the amount of amplification is increased in the order of increasing the synthesis rate of KOD Y7A / P36H / N210D to which PCNA was added and KOD Y7A / V93K to which PCNA was added, and it is considered that the synthesis rate is also important in PCR in the presence of dUTP.

KODの他の変異体(P36H、P36K、P36R、V93K、V93R、Y7A/P36H、Y7A/P36R、Y7A/V93R、P36H/H147E、P36K/H147E、P36R/H147E、V93K/H147E、V93R/H147E、Y7A/P36H/H147E、Y7A/P36R/H147E、Y7A/V93K/H147E、Y7A/V93R/H147E、P36H/N210D、P36K/N210D、P36R/N210D、V93K/N210D、V93R/N210D、Y7A/P36R/N210D、Y7A/V93K/N210D、Y7A/V93R/N210D、P36H/I142R、P36R/I142R、V93K/I142R、V93R/I142R、Y7A/P36H/I142R、Y7A/P36R/I142R、P36H/D141A/E143A、P36R/D141A/E143A、V93K/D141A/E143A、V93R/D141A/E143A、Y7A/P36H/D141A/E143A、Y7A/P36R/D141A/E143A)でも同様の反応条件で、血液10%添加から増幅を確認し、dUTP存在下でもしっかりとしたバンドが確認できた。 Other variants of KOD (P36H, P36K, P36R, V93K, V93R, Y7A / P36H, Y7A / P36R, Y7A / V93R, P36H / H147E, P36K / H147E, P36R / H147E, V93K / H147E, V93R / H147E / P36H / H147E, Y7A / P36R / H147E, Y7A / V93K / H147E, Y7A / V93R / H147E, P36H / N210D, P36K / N210D, P36R / N210D, V93K / N210D, V93R / N210D, Y7A / P36R / V93K / N210D, Y7A / V93R / N210D, P36H / I142R, P36R / I142R, V93K / I142R, V93R / I142R, Y7A / P36H / I14 R, Y7A / P36R / I142R, P36H / D141A / E143A, P36R / D141A / E143A, V93K / D141A / E143A, V93R / D141A / E143A, Y7A / P36H / D141A / E143A, and Y7A / P36E / A Under the above reaction conditions, amplification was confirmed from the addition of 10% of blood, and a firm band was confirmed even in the presence of dUTP.

またPCNAも、KOD−PCNA M73L/E143R、M73L/R82A/E143A、M73L/R109A/E143A、Pfu−PCNA M73L/D143R、M73L/D147A、M73L/R82A/D143A、M73L/R109A/D143Aの変異体で、同様の反応を行い、血液10%添加から増幅を確認し、dUTP存在下でもしっかりとしたバンドが確認できた。 PCNA is also a mutant of KOD-PCNA M73L / E143R, M73L / R82A / E143A, M73L / R109A / E143A, Pfu-PCNA M73L / D143R, M73L / D147A, M73L / R82A / D143A, and M73L / R109A / D143A. A similar reaction was performed, and amplification was confirmed from the addition of 10% of blood, and a firm band was confirmed even in the presence of dUTP.

Pfu DNAポリメラーゼ変異体でも同様の反応条件で、血液10%添加から増幅を確認し、P36H、V93R、Y7A/P36H、Y7A/V93Kの変異体で、dUTP存在下でもしっかりとしたバンドが確認できた。 Under the same reaction conditions, amplification was confirmed from the addition of 10% blood in the Pfu DNA polymerase mutant, and a firm band was confirmed in the P36H, V93R, Y7A / P36H, and Y7A / V93K mutants even in the presence of dUTP. .

実施例4−7
dUTP存在下で体組織(爪、髪、口腔粘膜)からのPCR
爪や髪、口腔粘膜を鋳型に、dUTP存在下でPCRができるかを検討した。爪は爪きりで切断した一片を、髪は1本を、50mM NaOH180μlに添加し、95℃10分の熱処理で破砕を行い、その後、1M Tris−HCl(pH8.0)20μlを加え中和した上清を鋳型として用いた。口腔粘膜は綿棒で採取した粘膜を200μlの水に懸濁したものを鋳型として用いた。
酵素には1Uあたり0.8μgのKOD抗体と混合したKOD(野生型)とKOD Y7A/V93K変異体とKOD Y7A/P36H/N210D変異体、抗体を混合したTaq DNAポリメラーゼ(Taq DNAポリメラーゼ(Toyobo社製)とAnti−Taq High(Toyobo社製)を等量混合したもの)を用い、HBgの482bpのPCRを行い増幅の違いを比較した。
上記と同様、KODのPCRは、KOD −Plus− Ver.2(Toyobo社製)添付のBuffer、MgSOを用い、1×PCR Buffer、および1.5mM MgSO、15pmolのプライマー(配列番号19および20)、抗体と混合した1Uの各酵素を含む50μlの反応液中に、通常のdNTPs(dATP、dTTP,dCTP、dGTP)を0.2mM添加したものと、dTTPをdUTPに置換したdNTPs(dATP、dUTP,dCTP、dGTP)を0.2mMになるよう添加したものをそれぞれ用い、鋳型には上記サンプル1μlを用いた。また、各反応液にPCR増強因子であるKOD−PCNA E143R変異体を250ng添加したものも実施した。94℃、2分の前反応の後、98℃、10秒→65℃、10秒→68℃、1分を35サイクル繰り返すスケジュールでPCR system GeneAmp9700(Applied Biosystem社)を用いてPCRを行った。
Taq DNAポリメラーゼのPCRは、1×BlendTaqに添付のBuffer(Toyobo製品)、10pmolのプライマー(上記と同様)、抗体と混合した2.5Uの酵素を含む50μlの反応液中に、通常のdNTPs(dATP、dTTP,dCTP、dGTP)を0.2mM添加したものと、dTTPをdUTPに置換したdNTPs(dATP、dUTP,dCTP、dGTP)を0.2mMになるよう添加したものをそれぞれ用い、鋳型には上記サンプル1μlを用いた。また、各反応液にPCR増強因子であるKOD−PCNA M73L/E143R変異体を250ng添加したものも実施した。94℃、2分の前反応の後、94℃、30秒→65℃、30秒→68℃、1分を35サイクル繰り返すスケジュールでPCR system GeneAmp9700(Applied Biosystem社)を用いてPCRを行った。
反応終了後、5μlの反応液についてアガロース電気泳動を行い、エチジウムブロマイド染色し、紫外線照射下増幅DNA断片の増幅量を確認した。
Example 4-7
PCR from body tissues (nail, hair, oral mucosa) in the presence of dUTP
Using nails, hair, and oral mucosa as templates, it was examined whether PCR could be performed in the presence of dUTP. One piece of nail was cut with a nail clipper, and one piece of hair was added to 180 μl of 50 mM NaOH, crushed by heat treatment at 95 ° C. for 10 minutes, and then neutralized by adding 20 μl of 1 M Tris-HCl (pH 8.0). The supernatant was used as a template. For the oral mucosa, a mucosa collected with a cotton swab and suspended in 200 μl of water was used as a template.
Taq DNA polymerase (Taq DNA polymerase (Toyobo Inc.) containing KOD (wild type), KOD Y7A / V93K mutant, and KOD Y7A / P36H / N210D mutant mixed with 0.8 μg KOD antibody / U, and antibody were used. And Anti-Taq High (manufactured by Toyobo) in equal amounts), and 482 bp of HBg PCR was performed to compare differences in amplification.
As described above, the PCR of KOD is performed according to KOD-Plus-Ver. 2 (Toyobo Co., Ltd.) attached Buffer, using MgSO 4, 1 × PCR Buffer and 1.5 mM MgSO 4, 15 pmol of primer (SEQ ID NO: 19 and 20), of 50μl containing each enzyme 1U mixed with antibody 0.2 mM of normal dNTPs (dATP, dTTP, dCTP, dGTP) was added to the reaction solution, and 0.2 mM of dNTPs (dATP, dUTP, dCTP, dGTP) obtained by replacing dTTP with dUTP were added. Each sample was used, and 1 μl of the sample was used as a template. In addition, each reaction solution was supplemented with 250 ng of a KOD-PCNA E143R mutant which is a PCR enhancing factor. After a pre-reaction at 94 ° C. for 2 minutes, PCR was performed using a PCR system GeneAmp 9700 (Applied Biosystem) on a schedule of repeating 35 cycles of 98 ° C., 10 seconds → 65 ° C., 10 seconds → 68 ° C., 1 minute.
PCR of Taq DNA polymerase is performed by adding a buffer (Toyobo product) attached to 1 × BlendTaq, 10 pmol of a primer (same as above), and 50 μl of a reaction solution containing 2.5 U of enzyme mixed with an antibody in a normal dNTPs (50 μl). dATP, dTTP, dCTP, dGTP) were added at 0.2 mM, and dNTPs (dATP, dUTP, dCTP, dGTP) obtained by replacing dTTP with dUTP were added at 0.2 mM. 1 μl of the above sample was used. In addition, a reaction solution in which 250 ng of a KOD-PCNA M73L / E143R mutant, which is a PCR enhancing factor, was added to each reaction solution was also carried out. After a pre-reaction at 94 ° C. for 2 minutes, PCR was performed using a PCR system GeneAmp 9700 (Applied Biosystem) on a schedule of repeating 35 cycles of 94 ° C., 30 seconds → 65 ° C., 30 seconds → 68 ° C., 1 minute.
After completion of the reaction, 5 μl of the reaction solution was subjected to agarose electrophoresis, stained with ethidium bromide, and the amount of the amplified DNA fragment amplified under ultraviolet irradiation was confirmed.

図10は、試料として爪、髪、口腔粘液を用い、種々のDNAポリメラーゼによるPCR反応を、KOD由来のPCNA変異体(E143R)の存在下で行い、得られた産物を電気泳動した結果を示す。用いたDNAポリメラーゼは、Taq、KOD(野生型)、KODの変異体2種(Y7A/V93K、Y7A/P36H/N210D)の計4種である。各写真の左側がdTTPを用いた場合、右側がdUTPを用いた場合である。1レーンは爪を試料とした場合、2レーンは髪、3レーンは口腔粘膜である。それそれの「+」レーンは、KOD由来のPCNA変異体(E143R)の存在下であり、「−」はPCNAなしであることを示す。
結果、Taq DNAポリメラーゼ、野生型のKOD DNAポリメラーゼはdUTP存在下でほとんど増幅が確認されないところ、KOD Y7A/V93KやKOD Y7A/P36H/N210D変異体ではdUTP存在下でもしっかりしたバンドが確認された(図10)。またPCNAを添加した反応液の方が増幅量が多い結果となった。
KODの他の変異体(P36H、P36K、P36R、V93K、V93R、Y7A/P36H、Y7A/P36R、Y7A/V93R、P36H/H147E、P36K/H147E、P36R/H147E、V93K/H147E、V93R/H147E、Y7A/P36H/H147E、Y7A/P36R/H147E、Y7A/V93K/H147E、Y7A/V93R/H147E、P36H/N210D、P36K/N210D、P36R/N210D、V93K/N210D、V93R/N210D、Y7A/P36R/N210D、Y7A/V93K/N210D、Y7A/V93R/N210D、P36H/I142R、P36R/I142R、V93K/I142R、V93R/I142R、Y7A/P36H/I142R、Y7A/P36R/I142R、P36H/D141A/E143A、P36R/D141A/E143A、V93K/D141A/E143A、V93R/D141A/E143A、Y7A/P36H/D141A/E143A、Y7A/P36R/D141A/E143A)でも同様の反応条件で、体組織(爪、髪、口腔粘膜)からの増幅を確認し、dUTP存在下でもしっかりとしたバンドが確認できた。またこれらに、KOD−PCNA変異体(M73L/D147A、M73L/R109A/E143A、M73L/E143R)、Pfu−PCNA変異体(M73L/D143R)を添加すると、上記と同様、増幅量の向上が確認できた。
FIG. 10 shows the results of performing a PCR reaction using various DNA polymerases in the presence of a PCNA mutant (E143R) derived from KOD using nails, hair, and oral mucus as a sample, and electrophoresing the obtained product. . The DNA polymerases used were Taq, KOD (wild type), and two types of KOD mutants (Y7A / V93K, Y7A / P36H / N210D), for a total of four types. The left side of each photograph is a case where dTTP is used, and the right side is a case where dUTP is used. One lane is a nail sample, two lanes are hair, and three lanes are oral mucosa. Each "+" lane is in the presence of the KOD-derived PCNA variant (E143R), and "-" indicates no PCNA.
As a result, almost no amplification was confirmed in the presence of dUTP for Taq DNA polymerase and wild-type KOD DNA polymerase, while a firm band was confirmed in the presence of dUTP for KOD Y7A / V93K and KOD Y7A / P36H / N210D mutants ( (FIG. 10). In addition, the reaction solution to which PCNA was added resulted in a larger amount of amplification.
Other variants of KOD (P36H, P36K, P36R, V93K, V93R, Y7A / P36H, Y7A / P36R, Y7A / V93R, P36H / H147E, P36K / H147E, P36R / H147E, V93K / H147E, V93R / H147E, V93R / H147E / P36H / H147E, Y7A / P36R / H147E, Y7A / V93K / H147E, Y7A / V93R / H147E, P36H / N210D, P36K / N210D, P36R / N210D, V93K / N210D, V93R / N210D, Y7A / P36R / V93K / N210D, Y7A / V93R / N210D, P36H / I142R, P36R / I142R, V93K / I142R, V93R / I142R, Y7A / P36H / I14 R, Y7A / P36R / I142R, P36H / D141A / E143A, P36R / D141A / E143A, V93K / D141A / E143A, V93R / D141A / E143A, Y7A / P36H / D141A / E143A, and Y7A / P36E / A Under the above reaction conditions, amplification from body tissues (nail, hair, oral mucosa) was confirmed, and a firm band was confirmed even in the presence of dUTP. When KOD-PCNA mutants (M73L / D147A, M73L / R109A / E143A, M73L / E143R) and Pfu-PCNA mutants (M73L / D143R) are added to these, an increase in the amount of amplification can be confirmed as described above. Was.

実施例4−8
植物ライセートからの増幅
dUTPを含むPCR反応系で植物ライセートからの増幅を実施した。
比較には、KOD Y7A/P36H/N210D変異体、Taqポリメラーゼを用い、rbcL 1.3kbの増幅量の違いを比較した。KOD Y7A/P36H/N210D変異体にはPCR増強因子としてKOD−PCNA M73L/D147Aを添加したものも実施した。
Example 4-8
Amplification from plant lysate Amplification from plant lysate was performed in a PCR reaction system containing dUTP.
For comparison, a difference in the amount of amplification of 1.3 kb of rbcL was compared using the KOD Y7A / P36H / N210D mutant and Taq polymerase. The KOD Y7A / P36H / N210D mutant was also supplemented with KOD-PCNA M73L / D147A as a PCR enhancing factor.

鋳型にはイネの葉3mm角をBufferA(100mM Tris−HCl(pH9.5)、1M KCl、10mM EDTA)100μlに添加し、95℃、10分の熱処理を行ったものをライセートとして用いた。
KOD Y7A/P36H/N210DのPCRは、KOD −Plus− Ver.2(Toyobo社製)添付のBuffer、MgSOを用い、1×PCR Buffer、および1.5mM MgSO、15pmolのプライマー(配列番号25および26)、 2mM dTTPをdUTPに置換したdNTPs(dATP、dUTP,dCTP、dGTP) 、KOD抗体と混合した1Uの酵素を含む50μlの反応液中に、植物ライセートを反応液に対して2%になるように加え、94℃、2分の前反応の後、98℃、10秒→65℃ 30秒→68℃、1.5分を35サイクル繰り返すスケジュールでPCR system GeneAmp9700(Applied Biosystem社)を用いて行った。KOD−PCNA M73L/D147Aは上記反応系に250ng加え、PCNAなしのものと比較した。
Taq DNAポリメラーゼはToyobo社製のものを用い、Anti−Taq High(Toyobo社製)と混合したものを用いた。反応は1×BlendTaqに添付のBuffer、10pmolのプライマー(上記と同様)、 2mM dTTPをdUTPに置換したdNTPs(dATP、dUTP,dCTP、dGTP)、抗体と混合した2.5Uの酵素を含む50μlの反応液中に、植物ライセートを反応液に対して2%になるように加え、94℃、2分の前反応の後、94℃、30秒→65℃、30秒→68℃、1、5分を35サイクル繰り返すスケジュールでPCR system GeneAmp9700(Applied Biosystem社製)を用いて行った。
反応終了後、5μlの反応液についてアガロース電気泳動を行い、エチジウムブロマイド染色し、紫外線照射下増幅DNA断片の増幅量を確認した。
A 3 mm square rice leaf was added to 100 μl of Buffer A (100 mM Tris-HCl (pH 9.5), 1 M KCl, 10 mM EDTA) as a template, and heat-treated at 95 ° C. for 10 minutes was used as a lysate.
PCR of KOD Y7A / P36H / N210D was performed according to KOD-Plus-Ver. 2 (Toyobo Co., Ltd.) attached Buffer, using MgSO 4, 1 × PCR Buffer, and 1.5 mM MgSO 4, 15 pmol of primer (SEQ ID NO: 25 and 26), dNTPs substituted with 2 mM dTTP to dUTP (dATP, dUTP , DCTP, dGTP) and 50 μl of a reaction solution containing 1 U of the enzyme mixed with the KOD antibody, to which 2% of the reaction solution was added with the plant lysate. This was performed using a PCR system GeneAmp9700 (Applied Biosystem) on a schedule of repeating 35 cycles of 98 ° C., 10 seconds → 65 ° C., 30 seconds → 68 ° C., 1.5 minutes. KOD-PCNA M73L / D147A was added to the above reaction system in an amount of 250 ng, and compared with that without PCNA.
Taq DNA polymerase used was from Toyobo, and was mixed with Anti-Taq High (Toyobo). The reaction was performed using 50 μl of 50 μl containing Buffer attached to 1 × BlendTaq, 10 pmol of primer (as described above), dNTPs (dATP, dUTP, dCTP, dGTP) in which 2 mM dTTP was replaced with dUTP, and 2.5 U of enzyme mixed with an antibody. The plant lysate was added to the reaction solution at 2% with respect to the reaction solution, and after a pre-reaction at 94 ° C for 2 minutes, 94 ° C, 30 seconds → 65 ° C, 30 seconds → 68 ° C, 1, 5 The PCR was performed using a PCR system GeneAmp9700 (Applied Biosystem) on a schedule of repeating 35 minutes.
After completion of the reaction, 5 μl of the reaction solution was subjected to agarose electrophoresis, stained with ethidium bromide, and the amount of the amplified DNA fragment amplified under ultraviolet irradiation was confirmed.

図11は、試料として植物ライセートを用い、反応液に占めるライセートの割合を2%になるよう反応液を調製して、KOD Y7A/P36H/N210D変異体、KOD Y7A/P36H/N210D変異体にKOD−PCNA M73L/D147Aを添加したもの、Taqポリメラーゼの計3種でPCR反応を行い、得られた産物を電気泳動した結果を示す。
各写真の1はTaqポリメラーゼの結果を、2はKOD Y7A/P36H/N210Dの結果を、3はKOD Y7A/P36H/N210DにKOD−PCNA M73L/D147Aを添加したものの結果を示す。
結果、KOD Y7A/P36H/N210Dでは未精製の植物ライセートからでも増幅が確認された。さらにPCNAの変異体を添加したものは、添加なしのものより増幅量が多いしっかりしたバンドが確認された。
一方、Taqポリメラーゼでは植物ライセートから直接増幅することはできなかった(図11)。
FIG. 11 shows that a plant lysate was used as a sample, a reaction solution was prepared so that the ratio of the lysate in the reaction solution was 2%, and a KOD Y7A / P36H / N210D mutant and a KOD Y7A / P36H / N210D mutant were prepared. -The result of performing a PCR reaction with a total of three kinds, to which PCNA M73L / D147A was added and Taq polymerase, and electrophoresing the obtained product is shown.
In each photograph, 1 shows the result of Taq polymerase, 2 shows the result of KOD Y7A / P36H / N210D, and 3 shows the result of KOD Y7A / P36H / N210D added with KOD-PCNA M73L / D147A.
As a result, in KOD Y7A / P36H / N210D, amplification was confirmed even from an unpurified plant lysate. Further, when the mutant of PCNA was added, a firm band having a larger amplification amount than that without the addition was confirmed.
On the other hand, Taq polymerase could not directly amplify from plant lysate (FIG. 11).

KODの他の変異体(Y7A/V93K、P36H、P36K、P36R、V93K、V93R、Y7A/P36H、Y7A/P36R、Y7A/V93R、P36H/H147E、P36K/H147E、P36R/H147E、V93K/H147E、V93R/H147E、Y7A/P36H/H147E、Y7A/P36R/H147E、Y7A/V93K/H147E、Y7A/V93R/H147E、P36H/N210D、P36K/N210D、P36R/N210D、V93K/N210D、V93R/N210D、Y7A/P36R/N210D、Y7A/V93K/N210D、Y7A/V93R/N210D、P36H/I142R、P36R/I142R、V93K/I142R、V93R/I142R、Y7A/P36H/I142R、Y7A/P36R/I142R、P36H/D141A/E143A、P36R/D141A/E143A、V93K/D141A/E143A、V93R/D141A/E143A、Y7A/P36H/D141A/E143A、Y7A/P36R/D141A/E143A)でも同様の反応条件で、植物ライセートから増幅を確認し、dUTP存在下でもしっかりとしたバンドが確認できた。 Other variants of KOD (Y7A / V93K, P36H, P36K, P36R, V93K, V93R, Y7A / P36H, Y7A / P36R, Y7A / V93R, P36H / H147E, P36K / H147E, P36R / H147E, V93K / H93E, V93K / H147E / H147E, Y7A / P36H / H147E, Y7A / P36R / H147E, Y7A / V93K / H147E, Y7A / V93R / H147E, P36H / N210D, P36K / N210D, P36R / N210D, V93K / N210D, V93R / N210 / N210D, Y7A / V93K / N210D, Y7A / V93R / N210D, P36H / I142R, P36R / I142R, V93K / I142R, V93R / I142R, Y7A P36H / I142R, Y7A / P36R / I142R, P36H / D141A / E143A, P36R / D141A / E143A, V93K / D141A / E143A, V93R / D141A / E143A, Y7A / P36H / D141A / E143A, E7A / E14A, Y7A) However, under the same reaction conditions, amplification was confirmed from the plant lysate, and a firm band was confirmed even in the presence of dUTP.

またPCNAも、KOD−PCNA M73L/E143R、M73L/R82A/E143A、M73L/R109A/E143A、Pfu−PCNA M73L/D143R、M73L/D147A、M73L/R82A/D143A、M73L/R109A/D143Aの変異体で、同様の反応を行い、PCNA添加なしに比べ増幅量の向上が確認できた。 PCNA is also a mutant of KOD-PCNA M73L / E143R, M73L / R82A / E143A, M73L / R109A / E143A, Pfu-PCNA M73L / D143R, M73L / D147A, M73L / R82A / D143A, and M73L / R109A / D143A. The same reaction was carried out, and it was confirmed that the amount of amplification was improved as compared with the case where PCNA was not added.

Pfu DNAポリメラーゼ変異体でも同様の反応条件で、植物ライセートから増幅を確認し、P36H、V93R、Y7A/P36H、Y7A/V93Kの変異体で、dUTP存在下でもしっかりとしたバンドが確認できた。 Under the same reaction conditions, amplification of the Pfu DNA polymerase mutant was confirmed from the plant lysate, and a firm band was confirmed in the P36H, V93R, Y7A / P36H, and Y7A / V93K mutants even in the presence of dUTP.

実施例4−9
糞便からの増幅
dUTP、糞便存在下で遺伝子増幅ができるかを評価した。
酵素には、KOD Y7A/P36H/N210D変異体、Taqポリメラーゼを用い、サルモネラのinvA遺伝子約700bpの増幅の違いをSYBR GREEN Iを用いたリアルタイムPCR、および融解曲線で比較した。KOD Y7A/P36H/N210D変異体にはPCR増強因子としてKOD−PCNA M73L/D147Aを添加したものも実施した。
Example 4-9
Amplification from feces dUTP and whether the gene could be amplified in the presence of feces was evaluated.
KOD Y7A / P36H / N210D mutant and Taq polymerase were used as enzymes, and the difference in amplification of about 700 bp of Salmonella invA gene was compared by real-time PCR using SYBR GREEN I and melting curve. The KOD Y7A / P36H / N210D mutant was also supplemented with KOD-PCNA M73L / D147A as a PCR enhancing factor.

阻害物質には10%糞便懸濁液を95℃で10分熱処理したものを用いた。
KOD Y7A/P36H/N210DのPCRは、KOD Dash(Toyobo社製)添付のBufferを用い、1×PCR Buffer、50コピーのサルモネラゲノム、4pmolのプライマー(配列番号27および28)、 2mM dTTPをdUTPに置換したdNTPs(dATP、dUTP,dCTP、dGTP) 、1/30000 SYBR GREEN I、KOD抗体と混合した0.4Uの酵素を含む20μlの反応液中に、糞便を反応液に対して0、0.1、0.25、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5%になるように加え、95℃、30秒の前反応の後、98℃、10秒→60℃ 10秒→68℃、30秒を50サイクル繰り返すスケジュールでLightCycler2.0(Roche社)を用いて行った。KOD−PCNA M73L/D147Aは上記反応系に100ng加え、PCNAなしのものと比較した。
Taq DNAポリメラーゼはToyobo社製のものを用い、Anti−Taq High(Toyobo社製)と混合したものを用いた。反応は1×Taqに添付のBuffer(Mg別添タイプ)、50コピーのサルモネラゲノム、4pmolのプライマー(上記と同様)、 2mM dTTPをdUTPに置換したdNTPs(dATP、dUTP,dCTP、dGTP)、4mM MgSO、1/30000 SYBR GREEN I、抗体と混合した1Uの酵素を含む20μlの反応液中に、糞便を反応液に対して0、0.1、0.25、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5%になるように加え、95℃、30秒の前反応の後、98℃、10秒→60℃ 10秒→68℃、30秒を50サイクル繰り返すスケジュールでLightCycler2.0(Roche社)を用いて行った。
それぞれ、反応終了後、融解曲線解析にて、80℃後半に出現する目的ピークを確認した。
As the inhibitor, a 10% fecal suspension heat-treated at 95 ° C. for 10 minutes was used.
For the PCR of KOD Y7A / P36H / N210D, 1 × PCR Buffer, 50 copies of Salmonella genome, 4 pmol of primers (SEQ ID NOs: 27 and 28), and 2 mM dTTP were converted to dUTP, using a buffer attached to KOD Dash (manufactured by Toyobo). In a 20 μl reaction mixture containing the substituted dNTPs (dATP, dUTP, dCTP, dGTP), 1/30000 SYBR GREEN I, and 0.4 U of enzyme mixed with KOD antibody, stool was added to the reaction solution at 0,0. 1, 0.25, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5%, and after a pre-reaction at 95 ° C. for 30 seconds, 98 ° C., 10 seconds → 60 Performed using LightCycler 2.0 (Roche) on a schedule of repeating 50 cycles of 10 ° C. → 68 ° C., 30 seconds for 30 seconds. . KOD-PCNA M73L / D147A was added to the above reaction system in an amount of 100 ng, and compared with that without PCNA.
Taq DNA polymerase used was from Toyobo, and was mixed with Anti-Taq High (Toyobo). The reaction was performed with Buffer (Mg attached type) attached to 1 × Taq, Salmonella genome of 50 copies, 4 pmol of primer (as above), dNTPs (dATP, dUTP, dCTP, dGTP) with 2 mM dTTP replaced with dUTP, 4 mM In a 20 μl reaction mixture containing MgSO 4 , 1/30000 SYBR GREEN I, 1 U of enzyme mixed with antibody, feces were added to the reaction mixture at 0, 0.1, 0.25, 0.5, 1.0 , 1.5, 2.0 and 2.5%, and after a pre-reaction at 95 ° C. for 30 seconds, 50 cycles of 98 ° C., 10 seconds → 60 ° C. 10 seconds → 68 ° C., 30 seconds are repeated. Performed using LightCycler 2.0 (Roche) on a schedule.
After the completion of the reaction, a target peak appearing in the latter half of 80 ° C. was confirmed by melting curve analysis.

実施例4−9のCq値を表5に示す。 Table 5 shows the Cq values of Example 4-9.

表5はdUTP、糞便存在下で行ったリアルタイムPCRのCq値(LightCycler2.0のデフォルト設定)を示す。N.D.は増幅が見られず、Cq値が求められなかったことを示す。
結果、Taqポリメラーゼでは0.5%の糞便を添加すると増幅が見られなくなるところ、KOD Y7A/P36H/N210Dでは2.5%の糞便を添加しても増幅が確認された。また、PCNAありなしを比較すると、PCNAを添加したものの方が、Cq値が小さく、優れたPCR効率を示していることがわかった。
Table 5 shows Cq values (default setting of LightCycler 2.0) of real-time PCR performed in the presence of dUTP and feces. N. D. Indicates that no amplification was observed and the Cq value was not determined.
As a result, amplification was not observed when Taq polymerase was added with 0.5% stool, but amplification was confirmed with KOD Y7A / P36H / N210D even when 2.5% stool was added. Further, when comparing the presence and absence of PCNA, it was found that the one to which PCNA was added had a smaller Cq value and exhibited excellent PCR efficiency.

図12は、dUTP、糞便存在下でPCRを用い、得られた増幅産物の融解曲線解析の結果を示す。用いたポリメラーゼはKOD Y7A/P36H/N210D変異体、KOD Y7A/P36H/N210D変異体にKOD−PCNA M73L/D147Aを添加したもの、Taqポリメラーゼの計3種である。
1はKOD Y7A/P36H/N210Dの結果を、2はKOD Y7A/P36H/N210DにKOD−PCNA M73L/D147Aを添加したものの結果を、3はTaqポリメラーゼの結果を示す。
結果、KOD Y7A/P36H/N210DではdUTP、糞便存在下からでも増幅が確認され、糞便の添加でピークは低くなるものの、2.5%を添加しても、目的ピークを確認することができた。PCNAを添加したものでも同様に、2.5%の添加でも目的ピークを確認することができた。しかし、Taqポリメラーゼでは0.25%の添加で目的ピークが消失しており、糞便の影響で阻害を受けたことが示唆された(図12)。
FIG. 12 shows the results of melting curve analysis of the amplification product obtained using PCR in the presence of dUTP and feces. Polymerases used were KOD Y7A / P36H / N210D mutant, KOD Y7A / P36H / N210D mutant added with KOD-PCNA M73L / D147A, and Taq polymerase in total.
1 shows the result of KOD Y7A / P36H / N210D, 2 shows the result of KOD Y7A / P36H / N210D added with KOD-PCNA M73L / D147A, and 3 shows the result of Taq polymerase.
As a result, in KOD Y7A / P36H / N210D, amplification was confirmed even in the presence of dUTP and feces, and although the peak was lowered by the addition of feces, the target peak could be confirmed even when 2.5% was added. . Similarly, the target peak could be confirmed in the case of adding PCNA even in the case of adding 2.5%. However, with Taq polymerase, the target peak disappeared when 0.25% was added, suggesting that the Taq polymerase was inhibited by the effect of feces (FIG. 12).

KODの他の変異体(Y7A/V93K、P36H、P36K、P36R、V93K、V93R、Y7A/P36H、Y7A/P36R、Y7A/V93R、P36H/H147E、P36K/H147E、P36R/H147E、V93K/H147E、V93R/H147E、Y7A/P36H/H147E、Y7A/P36R/H147E、Y7A/V93K/H147E、Y7A/V93R/H147E、P36H/N210D、P36K/N210D、P36R/N210D、V93K/N210D、V93R/N210D、Y7A/P36R/N210D、Y7A/V93K/N210D、Y7A/V93R/N210D、P36H/I142R、P36R/I142R、V93K/I142R、V93R/I142R、Y7A/P36H/I142R、Y7A/P36R/I142R、P36H/D141A/E143A、P36R/D141A/E143A、V93K/D141A/E143A、V93R/D141A/E143A、Y7A/P36H/D141A/E143A、Y7A/P36R/D141A/E143A)でも同様に2.5%糞便が含まれる反応系で増幅を確認し、dUTP存在下でもしっかりとしたバンドが確認できた。 Other variants of KOD (Y7A / V93K, P36H, P36K, P36R, V93K, V93R, Y7A / P36H, Y7A / P36R, Y7A / V93R, P36H / H147E, P36K / H147E, P36R / H147E, V93K / H93E, V93K / H147E / H147E, Y7A / P36H / H147E, Y7A / P36R / H147E, Y7A / V93K / H147E, Y7A / V93R / H147E, P36H / N210D, P36K / N210D, P36R / N210D, V93K / N210D, V93R / N210 / N210D, Y7A / V93K / N210D, Y7A / V93R / N210D, P36H / I142R, P36R / I142R, V93K / I142R, V93R / I142R, Y7A P36H / I142R, Y7A / P36R / I142R, P36H / D141A / E143A, P36R / D141A / E143A, V93K / D141A / E143A, V93R / D141A / E143A, Y7A / P36H / D141A / E143A, E7A / E14A, Y7A) However, similarly, amplification was confirmed in a reaction system containing 2.5% feces, and a firm band was confirmed even in the presence of dUTP.

またPCNAも、KOD−PCNA M73L/E143R、M73L/R82A/E143A、M73L/R109A/E143A、Pfu−PCNA M73L/D143R、M73L/D147A、M73L/R82A/D143A、M73L/R109A/D143Aの変異体で、同様の反応を行い、PCNA添加なしに比べPCR効率の向上が確認できた。 PCNA is also a mutant of KOD-PCNA M73L / E143R, M73L / R82A / E143A, M73L / R109A / E143A, Pfu-PCNA M73L / D143R, M73L / D147A, M73L / R82A / D143A, and M73L / R109A / D143A. The same reaction was carried out, and it was confirmed that the PCR efficiency was improved as compared with the case where PCNA was not added.

Pfu DNAポリメラーゼ変異体でも同様に2.5%糞便が含まれる反応系で増幅を確認し、P36H、V93R、Y7A/P36H、Y7A/V93Kの変異体で、dUTP存在下でもしっかりとしたバンドが確認できた。 Similarly, amplification of the Pfu DNA polymerase mutant was confirmed in a reaction system containing 2.5% feces, and a firm band was confirmed in the presence of dUTP in the mutants of P36H, V93R, Y7A / P36H, and Y7A / V93K. did it.

(実施例4−10)
dUTPを含む反応液を用いたPCNA添加による血液からの増幅
図9と同様、dUTPを含むPCR反応系でもPCNAの添加でクルード(血液)耐性が向上するかを評価した。
酵素には、KOD Y7A/P36H/N210D、Taqポリメラーゼを用い、HBgの1.3kbの増幅量の違いを比較した。KOD変異体にはPfu−PCNA M73L/D147A添加したものも実施した。
(Example 4-10)
Amplification from blood by addition of PCNA using reaction solution containing dUTP Similarly to FIG. 9, it was evaluated whether addition of PCNA improves crude (blood) resistance in a PCR reaction system containing dUTP.
As the enzyme, KOD Y7A / P36H / N210D and Taq polymerase were used, and differences in the amount of 1.3 kb amplification of HBg were compared. KFU mutants supplemented with Pfu-PCNA M73L / D147A were also used.

KOD変異体のPCRは、KOD −Plus− Ver.2(Toyobo社製)添付のBuffer、MgSOを用い、1×PCR Buffer、および1.5mM MgSO、15pmolのプライマー(配列番号13および14)、2mM dTTPをdUTPに置換したdNTPs(dATP、dUTP,dCTP、dGTP)、KOD抗体と混合した1Uの各酵素を含む50μlの反応液中に、血液を反応液に対して2%になるように加え、PCNAなしとPfu−PCNA M73L/D147Aを250ng加えたものを比較した。
Taq DNAポリメラーゼのPCRは、1×BlendTaqに添付のBuffer(Toyobo製品)、10pmolのプライマー(上記と同様)、2mM dTTPをdUTPに置換したdNTPs(dATP、dUTP,dCTP、dGTP)、抗体と混合した2.5Uの酵素を含む50μlの反応液中に、血液を反応液に対して2%になるように加えたものを用いた。
反応は94℃、2分の前反応の後、98℃、10秒→65℃、30秒→68℃、1.5分を35サイクル繰り返すスケジュールでPCR system GeneAmp9700(Applied Biosystem社)を用いて行った。
反応終了後、5μlの反応液についてアガロース電気泳動を行い、エチジウムブロマイド染色し、紫外線照射下増幅DNA断片の増幅量を確認した。
PCR of the KOD mutant was performed according to KOD-Plus-Ver. 2 (Toyobo Co., Ltd.) attached Buffer, using MgSO 4, 1 × PCR Buffer, and 1.5 mM MgSO 4, 15 pmol of primer (SEQ ID NO: 13 and 14), dNTPs substituted with 2 mM dTTP to dUTP (dATP, dUTP , DCTP, dGTP), and 50 μl of a reaction solution containing 1 U of each enzyme mixed with KOD antibody, blood was added to 2% of the reaction solution, and 250 ng of no PCNA and Pfu-PCNA M73L / D147A was added. The additions were compared.
Taq DNA polymerase PCR was performed by mixing Buffer (Toyobo product) attached to 1 × BlendTaq, 10 pmol of primer (same as above), dNTPs (dATP, dUTP, dCTP, dGTP) in which 2 mM dTTP was replaced with dUTP, and an antibody. To 50 μl of a reaction solution containing 2.5 U of enzyme, blood was used so as to be 2% of the reaction solution.
The reaction was carried out using a PCR system GeneAmp 9700 (Applied Biosystem) on a schedule of repeating 35 cycles of 98 ° C., 10 seconds → 65 ° C., 30 seconds → 68 ° C., 1.5 minutes after the pre-reaction at 94 ° C. for 2 minutes. Was.
After completion of the reaction, 5 μl of the reaction solution was subjected to agarose electrophoresis, stained with ethidium bromide, and the amount of the amplified DNA fragment amplified under ultraviolet irradiation was confirmed.

図13は、2%血液を含有する反応液を調製して、KOD Y7A/P36H/N210D変異体、およびKOD Y7A/P36H/N210D変異体にPfu−PCNA M73L/D147Aを添加したもの、TaqポリメラーゼでPCR反応を行い、得られた産物を電気泳動した結果を示す。各写真の−はPCNAなし、+はPCNAを添加したこと示す。
結果、本発明のポリメラーゼを用いれば、1.3kbと比較的長い増幅でも血液成分が含まれるクルードな条件から増幅できることが示された。またPCNAの変異体を添加したものは添加していないものと比べしっかりしたバンドが確認された(図13)。
FIG. 13 shows a reaction mixture containing 2% blood, prepared by adding Pfu-PCNA M73L / D147A to the KOD Y7A / P36H / N210D mutant, and the KOD Y7A / P36H / N210D mutant, and using Taq polymerase. The result of performing a PCR reaction and electrophoresing the obtained product is shown. In each photograph,-indicates no PCNA, and + indicates that PCNA was added.
As a result, it was shown that the use of the polymerase of the present invention can amplify even a relatively long amplification of 1.3 kb from crude conditions containing blood components. In addition, a firm band was confirmed in the case where the mutant of PCNA was added as compared with the case where no mutant was added (FIG. 13).

KODの他の変異体(P36H/N210D、P36K/N210D、P36R/N210D、V93K/N210D、V93R/N210D、Y7A/P36R/N210D、Y7A/V93K/N210D、Y7A/V93R/N210D、P36H/I142R、P36R/I142R、V93K/I142R、V93R/I142R、Y7A/P36H/I142R、Y7A/P36R/I142R、P36H/D141A/E143A、P36R/D141A/E143A、V93K/D141A/E143A、V93R/D141A/E143A、Y7A/P36H/D141A/E143A、Y7A/P36R/D141A/E143A)でも同様の反応条件で、から増幅を確認し、dUTP存在下でもしっかりとしたバンドが確認できた。 Other variants of KOD (P36H / N210D, P36K / N210D, P36R / N210D, V93K / N210D, V93R / N210D, Y7A / P36R / N210D, Y7A / V93K / N210D, Y7A / V93R / N210D, P36H / I142R, P36R / I142R, V93K / I142R, V93R / I142R, Y7A / P36H / I142R, Y7A / P36R / I142R, P36H / D141A / E143A, P36R / D141A / E143A, V93K / D141A / E143A, V93R / D141A / E141A / E93A / D141A / E143A, Y7A / P36R / D141A / E143A), the amplification was confirmed under the same reaction conditions, and a firm band was observed even in the presence of dUTP. It was confirmed.

またPCNAも、KOD−PCNA M73L/D147A、M73L/E143R、M73L/R82A/E143A、M73L/R109A/E143A、Pfu−PCNA M73L/D143R、M73L/R82A/D143A、M73L/R109A/D143Aの変異体で、同様の反応を行い、PCNA添加なしに比べ増幅量の向上が確認できた。 PCNA is also KOD-PCNA M73L / D147A, M73L / E143R, M73L / R82A / E143A, M73L / R109A / E143A, Pfu-PCNA M73L / D143R, M73L / R82A / D143A, and mutants of M73L / R109A / D143A. The same reaction was carried out, and it was confirmed that the amount of amplification was improved as compared with the case without PCNA addition.

この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
本明細書の中で明示した論文、公開特許公報、及び特許公報などの内容は、その全ての内容を援用によって引用することとする。
The present invention is not limited to the description of the embodiment and the example of the above invention. Various modifications are included in the present invention without departing from the scope of the claims and within the scope of those skilled in the art.
The contents of articles, published patent gazettes, and patent gazettes specified in this specification are all incorporated by reference.

本発明によって、DNA精製の際のロスやキャリーオーバーの危険性をなくし、さらに時間・コストを削減することができる。また、dUTP/UDGコンタミネーション除去法によるコンタミネーションを防げるため、研究分野だけでなく、同じサンプルを何度も増幅する遺伝子診断などの臨床分野もしくは法医学分野、あるいは食品や環境中の微生物検査等においても広く利用することができる According to the present invention, the risk of loss and carryover during DNA purification can be eliminated, and the time and cost can be further reduced. In addition, to prevent contamination due to the dUTP / UDG contamination removal method, it can be used not only in the research field, but also in the clinical field or forensic field such as genetic diagnosis where the same sample is amplified many times, or in microbiological tests in food and the environment. Can also be widely used

Claims (5)

精製工程を経ていない、動植物組織、体液、排泄物、細胞、細菌及びウイルスよりなる群から選択される生体試料を核酸増幅反応液に添加し、該生体試料中の標的核酸を増幅する方法であって、増幅に用いられる酵素がサーモコッカス・コダカラエンシス(Thermococcus kodakaraensis)またはパイロコッカス・フリオサス(Pyrococcus furiosus)に由来するDNAポリメラーゼであって、配列番号1または配列番号2において、(I)P36K、P36R及びP36Hよりなる群から選択されるいずれかの改変を有し、かつ、(II)Y7A、Y7G、Y7V、Y7L及びY7Iよりなる群より選択されるいずれかのアミノ酸改変(但し、Y7A/P36H、又はY7A/P36Rとなるアミノ酸改変の組み合わせを除く)を有するDNAポリメラーゼ変異体であり、かつ、デオキシウリジン(dUTP)を反応液中に含んでいる条件で行うことを特徴とする核酸増幅法。 A method of adding a biological sample selected from the group consisting of animal and plant tissues, body fluids, excreta, cells, bacteria, and viruses, which has not been subjected to a purification step, to a nucleic acid amplification reaction solution to amplify a target nucleic acid in the biological sample. The enzyme used for the amplification is a DNA polymerase derived from Thermococcus kodakaraensis or Pyrococcus furiosus, wherein in the SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2, (I) P36K, It has any modification selected from the group consisting of P36R and P36H , and (II) any amino acid modification selected from the group consisting of Y7A, Y7G, Y7V, Y7L and Y7I (provided that Y7A / P36H Or Y7A / P36R A nucleic acid amplification method, characterized in that the method is a DNA polymerase mutant having a combination of amino acid modifications (excluding combinations of amino acid modifications) and contains deoxyuridine (dUTP) in a reaction solution. 生体試料が、血液、唾液、白血球、植物ライセート、糞便、爪、髪、及び口腔粘膜よりなる群から選択されるいずれかである請求項1に記載の核酸増幅法。   The nucleic acid amplification method according to claim 1, wherein the biological sample is any one selected from the group consisting of blood, saliva, leukocytes, plant lysate, feces, nails, hair, and oral mucosa. DNAポリメラーゼの変異体が、配列番号1または配列番号2において、Y7A/P36Kの改変を有する、請求項1又は2に記載の核酸増幅法。 The nucleic acid amplification method according to claim 1 or 2 , wherein the mutant of the DNA polymerase has a modification of Y7A / P36K in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2. DNAポリメラーゼ変異体が、配列番号1または配列番号2におけるD141A/E143A、I142R、H147E、H147D、N210D及びY311Fよりなる群から選択されるいずれかの改変を更に含む請求項1〜のいずれかに記載の核酸増幅法。 The DNA polymerase mutant according to any one of claims 1 to 3 , further comprising any modification selected from the group consisting of D141A / E143A, I142R, H147E, H147D, N210D and Y311F in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2. The nucleic acid amplification method according to the above. DNAポリメラーゼの変異体が、配列番号1または配列番号2において、以下の(1)または(2)のいずれかの改変を有する、請求項1〜のいずれかに記載の核酸増幅法。
(1)(A)H147Eと、(B)Y7A/P36K、
(2)(A)N210Dと、(B)Y7A/P36K。
The nucleic acid amplification method according to any one of claims 1 to 4 , wherein the mutant of the DNA polymerase has any one of the following modifications (1) or (2) in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2.
(1) (A) H147E, (B) Y7A / P36K,
(2) (A) N210D and (B) Y7A / P36K.
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