JP6810559B2 - 環状型一本鎖核酸、およびその調製方法と使用方法 - Google Patents
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Description
kit (New England Biolabs社)や、GenomePlex Single Cell Whole Genome Amplification Kit(SIGMA社)が該当する。この方法の長所は、複雑な反応工程を経ないことである。一方で、配列によって増幅されやすい部分と増幅されにくい部分の差が顕著であり、ゲノムDNA全体をバイアスなく増幅するためには適切な方法ではない。
ell Kit (QIAGEN社)やTrue Prime Single Cell WGA Kit (SYGNIS社)がこれに該当す
る。
を形成するようになる。ループ構造をとった産物は、pre-amplificationの工程において
再度鋳型となることがない。(1)のPCRも(2)のMDA法も、高温化もしくは鎖置換活性で、合成された産物が鋳型から剥がれ、1本鎖となることで再度鋳型として使用され、この工程が配列特異的な増幅の偏りを増大させているとされている。この問題を、MALBAC法では、ループ構造をとり産物が鋳型にはならないことで、解消している。pre-amplificationの工程では線形増幅であり、2コピーしかないゲノムDNAを一定量増
幅させ、その後PCRにより所望の量まで増幅させる。MALBAC Single Cell WGA Kit (Yikon Genomics社)がこれに該当する。
として用いて核酸増幅反応を行い、増幅産物を得る工程と、前記増幅産物のうち、一方の一本鎖核酸の両端を結合させて環状にして環状型一本鎖核酸を得る工程と、前記環状型一本鎖核酸を鋳型とし、第1の隣接塩基配列の相補相補配列を有するオリゴヌクレオチドと第1のオリゴヌクレオチドとをこの順で5’側から含む第6の1本鎖核酸、または第1のオリゴヌクレオチドの相補配列を有するオリゴヌクレオチドと第1の隣接塩基配列を有するオリゴヌクレオチドとをこの順で5’側から含む第7の1本鎖核酸、の一部または全部の塩基配列の相補配列を有する第3のオリゴヌクレオチドをプライマーとして用いて、Rolling Circle Amplification(RCA)反応を行い、増幅産物を得る工程を含む方法である。本法において、第6の一本鎖核酸の一部または全部の塩基配列の相補配列、または第7の一本鎖核酸の一部または全部の塩基配列を有する第4のオリゴヌクレオチドと、前記増幅産物を鋳型とし、前記増幅産物上で第4のオリゴヌクレオチドの結合配列と、前記標的塩基を挟んで逆側に1〜1000塩基離れた部位にある第2の隣接塩基配列を有する第6の一本鎖核酸を含む第5のオリゴヌクレオチドと、をプライマーとして、核酸増幅反応を行い、増幅産物を得る工程をさらに含んでもよい。
Molecular cloning, a laboratory manual (4th edition), Cold Spring Harbor Press,
Cold Spring Harbor, New York (2012); F. M. Ausubel, R. Brent, R. E. Kingston, D. D. Moore, J.G. Seidman, J. A. Smith, K. Struhl (Ed.), Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons Ltd.などの標準的なプロトコール集に記載の方法、あるいはそれを修飾したり、改変した方法を用いる。また、市販の試薬キットや測定装置を用いる場合には、特に説明が無い場合、それらに添付のプロトコールを用いる。
当業者には明らかであり、本明細書の記載から、当業者であれば容易に本発明を再現できる。以下に記載された発明の実施の形態及び具体的な実施例などは、本発明の好ましい実施態様を示すものであり、例示又は説明のために示されているのであって、本発明をこれらに限定するものではない。本明細書で開示されている本発明の意図並びに範囲内で、本明細書の記載に基づき、様々な改変並びに修飾ができることは、当業者にとって明らかである。
本実施態様では、細胞のインデックスとなるインデックス配列またはその相補配列を有する一本鎖核酸は、細胞固有のインデックスプライマーを構成する。インデックスプライマーは、DNAで構成されるのが好ましいが、それに限定されるものでなく、例えばRNAや人工核酸を含んでいてもよい。インデックスプライマーの塩基数は特に限定されないが、4〜30塩基とすることが好ましい。例えば、細胞の母集団を識別するために用いる場合、インデックス配列がA、C、GもしくはTの1塩基だけで構成されると、異なる4種類の母集団の識別が可能になる。インデックス配列がA、C、GもしくはTから選ばれる2塩基で構成されれば、42=16種類の識別が可能になり、N塩基で構成されれば、4N種類の異なる母集団の識別が可能となる。
ゲノムDNA上の標的塩基は、塩基の種類を決定する対象の塩基であって、一塩基に限らず、複数の塩基であっても、塩基配列であってもよい。その塩基数も特に限定されず、数十塩基〜数百塩基であってもよい。
標的塩基から、1〜1000塩基離れた部位にある第1の隣接塩基配列を有する一本鎖核酸は、標的部位特異的第1の隣接プライマーを構成する。この隣接プライマーはDNAで構成されてもよいが、それに限定されず、例えばRNAや人口核酸を含んでもよい。第1の隣接塩基配列の標的塩基からの距離は、1〜1000塩基離れているが、10塩基〜600塩基離れていることが好ましく、30塩基〜200塩基離れていることが好ましい。この間隔は、一度に増幅でき、一度に塩基配列が決定できる塩基長に依存する。第1の隣接塩基配列の塩基数は特に限定されないが、10〜40塩基数が好ましく、15〜30塩基数がより好ましい。
本発明の一実施態様である、環状型一本鎖核酸の調製方法は、インデックスプライマーと、標的部位特異的第1の隣接プライマーとをプライマーとして用い、ゲノムDNAを鋳型として核酸増幅反応を行い、増幅産物を得る工程と、得られた増幅産物のうち、一方の一本鎖核酸の両端を結合させて環状にする工程と、を含む。インデックスプライマーの伸長反応と第1の隣接プライマーの伸長反応は、1回ずつでもよく、PCRのように複数回行ってもよい。1回ずつしか行わない場合、一方のプライマーだけで行ったあとで、もう一方のプライマーを加えて行ってもよく、プライマーを同時に加えて行ってもよい。以下、詳細に説明する。
ゼやBst DNAポリメラーゼ、Large Fragment、Deep vent DNAポリメラーゼ、Klenow DNAポリメラーゼが挙げられる。伸長して得られたDNA鎖は5’末端側にインデックス配列を有する。
ゼや、Klenow DNAポリメラーゼのように熱耐性の無いものでも、Taq DNAポリメラーゼの
ように熱耐性のものでもよいが、熱耐性の酵素が好ましい。
、GSTとグルタチオンなどが挙げられる。
塩基数であることが好ましく、10〜30塩基数であることがより好ましい。そして、第1の隣接プライマー側とインデックスプライマー側で、それぞれ5〜50塩基数であることが好ましく、5〜15塩基数であることが好ましく、同じ塩基数であれば特に好ましい。
上述のようにして得られた環状型一本鎖核酸を鋳型として、環状化産物の一部と相補的な配列を有するプライマーを用いて、Rolling Cilecle Amplification (RCA法)を行う。RCA法で使用する酵素は、鎖置換活性を有するものであれば限定されず、Phi29 DNA polymeraseや、Bst DNA polymerase、Vent DNA ploymerase、Deep Vent DNA polymeraseなどが挙げられる。この時に用いるプライマーは、環状型一本鎖核酸を増幅できるもの
であれば特に限定されないが、操作の簡便さのため、環状化に用いたヘルパープローブを用いることが好ましい。こうして、図4(3)で示すように、ヘルパープローブの塩基配列とゲノムDNAの塩基配列が繰り返された一本鎖核酸が得られる。
ゲノムDNAや遺伝子発現を解析する際、多数の細胞を個別に調べることにより情報の
統計学的意義を深めることが可能になる。また、例えば、微量試料が複数種類ある場合にも、種類の数が多いほど、得られる情報の確からしさは増す。一方で、多数の細胞や試料を同時に解析した場合、それぞれにどの細胞由来か、どの試料由来かといったことを明示する、細胞の種類と関連付けられたインデックスが有用である。このインデックスによって、複数種類の細胞由来のゲノムが混合されていても、どの細胞由来かを識別することが可能になる。
以上の方法で構築された、多細胞由来の変異の配列データは、図5に示すようにそれぞれの変異のタイプと、細胞の番号で整理されたマトリックスデータ101として表示することが可能である。変異のパターンの組合せを解析用コンピュータ102で解析することで、例えば、変異由来の疾患であるがんの抗がん剤投与の指標や、予後治療の指標として活用できる。変異の種類は膨大であり、また、細胞の数も多いほどデータの信頼性が高まることから、これらの整理されたデータをサーバ103に蓄積し、新たな知見を加えることも可能になる。
ライマーを有する一本鎖DNA断片を得る工程(図4(1))、解析標的部位とインデックス配列を隣接させる工程(図4(2))、および隣接したインデックスおよび解析標的部位を増幅する工程(図4(3〜5))を以下に説明する。
5’-CGATGACGTAATACGACTCACTATAGGG-3’ (配列番号1)
5’-ATACGCG-3’ (配列番号2)
5’-GTACGCT-3’ (配列番号3)
5’-CGCTAGC-3’ (配列番号4)
5’-CTAGCGC-3’ (配列番号5)
5’-GTATCGC-3’ (配列番号6)
5’-CACGCTA-3’ (配列番号7)
5’-GATAGCG-3’ (配列番号8)
5’-CGAGCTA-3’ (配列番号9)
5’-CGCGACG-3’ (配列番号10)
5’-CGTCGCG-3’ (配列番号11)
本実施例において、複数のインデックス配列31について増幅を試みた。アダプター配列33は全て共通である。ランダム配列32に示されるNはA、C、G、もしくはTの4種類のいずれかの核酸から構成されるものを使用した。インデックス配列31は7塩基で構成したことにより、最大16,384個の細胞の識別が可能であった。
個にプライマー1コピーとなるように結合させた。
磁気ビーズを懸濁した。ランダム配列32は、ゲノムDNAに対して偏りなく、二重鎖35を形成することができ、そこから伸長鎖36を合成できる。したがって、この伸長反応によって、伸長していった先に、標的塩基39が含まれる伸長鎖36と含まれない伸長鎖37が生じる。
イマー2は、標的塩基39が含まれる伸長鎖36にのみアニールして二重鎖40が形成され(図2(2))、標的塩基39を含む伸長鎖36を鋳型として伸長鎖41が合成された(図2(3))。続いて、得られた二重鎖を変性させて一本鎖にし(図2(5))、磁気ビーズの付着した方のDNA鎖を除去することによって、5’末端に第1の隣接プライマ
ー2を有し、3’末端に固有のインデックス配列の相補配列43と第1のアダプター配列
の相補配列42を有する一本鎖を得た。
Amplification(RCA)による増幅反応を行った。RCA産物8は、図4(3)に示すように、環状化産物の相補鎖配列が、ヘルパープローブを起点として並列に繰り返される構造になる。
5’-CATCCTCCCCTGCATGTGT-3’(配列番号14)
H1975細胞株は標的塩基において、一方のアレルのみが変異しているヘテロ接合体であるため、増幅産物は野生型と変異型両方について得られた。なお、10種類のいずれのインデックスプライマーを用いた場合も同様の結果を得た。
2・ 第1の隣接プライマー
3. 標的塩基
4. 第1の隣接プライマーが伸長した一本鎖DNA
5. 第1の隣接プライマーの相補鎖配列
6. インデックスプライマーの相補鎖配列
7. 標的塩基の相補塩基
8. RCA産物
9. 第2の隣接プライマー
10. インデックスプライマーの伸長反応
11. PCR産物
30. ゲノムDNA
31. インデックス配列を有する一本鎖核酸
32. ランダム配列を有する一本鎖核酸
33. 第1のアダプター配列を有する一本鎖核酸
34. ビオチン標識
35. 二重鎖
36. 標的塩基を含む伸長鎖
37. 標的塩基を含まない伸長鎖
38. 磁気ビーズ
39. 標的塩基の相補塩基
40. 二重鎖
41. 第1の隣接プライマーの伸長鎖
42. 第1のアダプター配列の相補配列を有する一本鎖
43. インデックス配列を有する一本鎖
101. マトリックスデータ
102. 解析用PC
103. データサーバ
Claims (5)
- ゲノムDNA上の標的塩基を決定するための環状型一本鎖核酸の調製方法であって、
前記ゲノムDNAが由来する細胞のインデックスとなるインデックス配列を有する第2の一本鎖核酸と、各々ランダムな配列を有する一本鎖核酸の集合である第4の一本鎖核酸とを、この順で5’側から含む第1のオリゴヌクレオチドと、前記標的塩基から、1〜1000塩基離れた部位にある塩基配列またはその相補配列を有する第5の一本鎖核酸を含む第2のオリゴヌクレオチドと、をプライマーとして用い、前記ゲノムDNAを鋳型として核酸増幅反応を行い、増幅産物を得る工程と、
前記増幅産物のうち、一方の一本鎖核酸の両端を結合させて環状にする工程と、
を含む、環状型一本鎖核酸の調整方法。 - 第1のオリゴヌクレオチドが、第2の一本鎖核酸の5’側に、アダプター配列を有する第3の一本鎖核酸を含む、請求項1に記載の環状型一本鎖核酸の調整方法。
- 第1のオリゴヌクレオチドは、固相基材に結合している、請求項1または2に記載の環状型一本鎖核酸の調整方法。
- ゲノムDNA上の標的塩基を決定するための核酸の調製方法であって、
前記ゲノムDNAが由来する細胞のインデックスとなるインデックス配列を有する第2の一本鎖核酸と、各々ランダムな配列を有する一本鎖核酸の集合である第4の一本鎖核酸とが、この順で5’側から結合している第1のオリゴヌクレオチドと、前記標的塩基またはその相補塩基から、1〜1000塩基離れた部位にある第1の隣接塩基配列を有する第5の一本鎖核酸を含む第2のオリゴヌクレオチドと、をプライマーとして用い、前記ゲノムDNAを鋳型として用いて核酸増幅反応を行い、増幅産物を得る工程と、
前記増幅産物のうち、一方の一本鎖核酸の両端を結合させて環状にして環状型一本鎖核酸を得る工程と、
前記環状型一本鎖核酸を鋳型とし、第1の隣接塩基配列の相補配列を有するオリゴヌクレオチドと第1のオリゴヌクレオチドとをこの順で5’側から含む第6の1本鎖核酸、または第1のオリゴヌクレオチドの相補配列を有するオリゴヌクレオチドと第1の隣接塩基配列を有するオリゴヌクレオチドとをこの順で5’側から含む第7の1本鎖核酸、の一部または全部の塩基配列の相補配列を有する第3のオリゴヌクレオチドをプライマーとして用いて、Rolling Circle Amplification(RCA)反応を行い、増幅産物を得る工程を含む方法。 - 第6の一本鎖核酸の一部または全部の塩基配列の相補配列、または第7の一本鎖核酸の一部または全部の塩基配列を有する第4のオリゴヌクレオチドと、
前記増幅産物を鋳型とし、前記増幅産物上で第4のオリゴヌクレオチドの結合配列と、前記標的塩基を挟んで逆側に1〜1000塩基離れた部位にある第2の隣接塩基配列を有する第6の一本鎖核酸を含む第5のオリゴヌクレオチドと、をプライマーとして、核酸増幅反応を行い、増幅産物を得る工程をさらに含む、請求項4に記載の方法。
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