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Description

本発明は、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)を使用して、DNAまたは相補的DNA(cDNA)標的配列のアンプリコン構築物を生成するための新規方法に関する。本発明の方法は、配列決定目的のためにDNAまたはcDNA標的配列を調製することに特に適している。
PCRは、DNA鋳型から標的配列を選択的に増幅し、以下の3つのステップから本質的になる:DNA鋳型の変性;標的配列または標的配列に隣接する配列へのプライマーのハイブリダイゼーション;およびDNAポリメラーゼによるプライマーの伸長。伝統的に、PCRの生成物(本明細書ではアンプリコンと呼ぶ)は、それらの分子量によってDNA配列を識別する方法であるゲル電気泳動によって分析される。しかし、大規模並行配列決定(次世代配列決定またはNGSとしても知られる)などの多くの現代の適用は、PCRアンプリコンが、しばしばそれらの末端の機能性配列の形で特異的改変を取り込むことを必要とする。
機能性配列を取り込んでいるアンプリコンを生成するためのいくつかの方法が存在するが、全て、増加費用、プロセシングの複雑性、交差汚染の可能性、キャリーオーバーまたはこれらの組合せなどの欠点を有する。例えば、従来の一段階PCR方法は、プライマーの5’末端に機能性配列を追加し、次に通常の方法でPCRを実行して、機能性配列をアンプリコンのいずれかの末端に加えることを含む。しかし、この方法は、特に多数の異なる機能性配列が必要とされるときに厄介で高価である。さらに、この方法は、複雑な組合せにも自動化されたプロセシングにも適さない。
従来の二段階PCR方法は、より複雑な構築物を生成するために一般的に使用される。従来の二段階PCR方法では、「汎用性配列(universal sequence)」をアンプリコンのいずれかの末端に加えるために、前記のような一次PCRステップを実行する。一次PCRステップで使用されるプライマーは、標的配列に隣接するDNA配列に相補的である3’遺伝子特異的配列、および5’汎用性配列を含む。次に、一次PCRで生成されるアンプリコンを鋳型として使用して、二次PCRステップを実行する。二次PCRステップで使用されるプライマーは、それらの3’末端が、一次PCRからのアンプリコンの5’末端の汎用性配列に相補的であり、それにハイブリダイズするように設計される。二次PCRステップで使用されるプライマーは、5’テールの適当なアレイによって、アンプリコンに必要な機能性配列を追加する。この方法は、プライマーの比較的小さいセットを使用して、機能性配列のより複雑な組合せがPCRアンプリコンに追加されることを可能にする。
従来の二段階PCR方法は多段階を必要とし、したがって、特に自動化された液体処理が利用できず、多数の試料を分析する必要がある場合には厄介なことがある。さらに、一次および二次PCRステップは別々に実行され、一次PCRステップの生成物は二次PCRステップで鋳型として使用される。これは、開放チューブおよび/またはチューブの移動を必要とする。したがって、交差汚染またはキャリーオーバーの実際のリスクがある。PCRは指数関数的増幅を含むので、特にその過程がNGSのような高感受性の分析のための調製ステップとして使用されるときは、低いレベルの汚染さえも、検出するのが困難である非常に重大な影響を及ぼし得る。
さらに、二次PCRステップは「汎用性プライマー」の使用を含むが、このように呼ばれるのは、一次PCRステップで使用されるプライマーの汎用性配列に相補的な配列をそれらが全て含むからである。このように、いかなる汎用性プライマーも適当な汎用性配列を含有する任意の標的とハイブリダイズすることができる。この柔軟性は、誤ったアンプリコンが増幅され、続いて調べられてしまうリスクの増加をもたらす。
二段階PCR方法は、WO2007/130967、WO03/097794、WO2012/054933およびWO02/14534に開示される。
一次および二次PCRステップを単一の反応に合わせることによって従来の二段階PCR方法を単純化することが試みられた。相対的な一次および二次プライマー濃度ならびに/またはPCR反応条件を最適化することによって、低複雑性構築物のために限られた成功が達成された。しかし、最適化は時間がかかり、この方法は、NGSのために必要とされるものなどの複雑なアンプリコン構築物を強力に生成することができない。
国際公開第2007/130967号 国際公開第03/097794号 国際公開第2012/054933号 国際公開第02/14534号
本発明は、アンプリコン構築物、特に複雑なアンプリコン構築物を生成するための、改善された方法を提供する。上記の従来の二段階PCR方法とは対照的に、有利なことには、本発明の方法は、単一の閉鎖的チューブのPCRで実行することができる。さらに、本発明の方法は、使用するのが安く、簡単であり、標的特異性を増加させ、多重化の能力を有し、不正な標的を増幅するかまたは誤った機能性配列を付け加える可能性を有意に低減する。
本発明は、標的配列のアンプリコン構築物を生成するための方法であって、
標的配列;
汎用性配列を含み、その5’末端に、またはそれに向かって、標的配列の3’末端のうちの1つの配列またはそれに隣接する配列の逆相補体とハイブリダイズすることが可能な標的特異的配列をさらに含むオリゴヌクレオチドプローブ;
その3’末端に、オリゴヌクレオチドプローブの汎用性配列とハイブリダイズすることが可能な配列を含む汎用性プライマー
を提供すること、および
ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)を実行すること
を含む方法を提供する。
本発明は、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)を使用して標的配列のアンプリコン構築物を生成するための方法を提供する。好ましい実施形態では、本発明の方法を使用して生成されるアンプリコン構築物は、一方または両方の末端に、増幅された標的配列に隣接する、1つまたは複数の機能性配列および/または基をそれらが取り込むことで、タグ付けされる。これらの機能性配列および/または基は、標的配列をさらに調べるために下流の過程で活用することができる物理的および/または化学的特性をアンプリコン構築物に付与する。本発明の方法は、配列決定、例えば次世代配列決定(NGS)に適する機能性配列を取り込んでいるアンプリコン構築物を生成するのに特に適している。しかし、本発明の方法は、法医学ならびに遺伝性または感染性の疾患の検出および診断を含むがこれらに限定されない他の調査目的に適する任意の所望の機能性配列を含むアンプリコン構築物を生成するために使用できることが認識されるべきである。
上で考察したように、本発明の方法は、標的配列を提供すること、およびPCRによって標的配列を増幅することを含む。PCRの任意の形態を本発明の方法で用いることができる。例えば、DNAを増幅するために使用されるPCRの伝統的な形態、発現されたDNAを増幅するために使用されるPCR技術である逆転写酵素PCR(RT−PCR)、およびDNAの増幅を定量的に測定するために使用されるPCR技術であるリアルタイムPCR(qPCR)は、全て本発明の方法で用いることができるPCRの形態である。同様に、任意のPCR熱サイクル操作条件を本発明の方法で用いることができる。
標的配列でPCRを実行するために追加の試薬が必要とされ、しかもそれらの試薬は用いたPCR技術のタイプによって変動することを認めるべきである。例えば、PCRを実行するために、本発明の方法は、熱安定DNAポリメラーゼ(Taqポリメラーゼ)および全4つのデオキシリボヌクレオチド(dATP、dTTP、dCTP、dGTP)を提供する。同様に、RT−PCRを実行するために、酵素逆転写酵素が提供される。しかし、さらに詳細に下で考察されるように、本発明の方法は標的特異的プライマーを提供しない。むしろ、標的特異的プライマーは、本発明の方法によってin situで生成される。
上で考察したように、本発明の方法は、標的配列を提供すること、およびPCRによって標的配列を増幅することを含む。標的配列は、DNA、cDNAまたはRNA配列であってよい。本発明の方法がcDNA標的配列を提供することであるならば、cDNA標的配列は、本発明の方法で使用する前に調製することができる。cDNA標的配列は、酵素逆転写酵素およびDNAポリメラーゼを公知の方法で使用してその対応するRNA配列から調製することができる。あるいは、cDNA配列はin situでその対応するRNA配列から調製することができ、その場合には、本発明の方法は対応するRNA配列を提供し、逆転写酵素PCR(RT−PCR)が好ましくは実行される。
DNA、cDNAまたはRNA標的配列は、任意の生物体のゲノムの任意の部分に由来し得る。例えば、DNA、cDNAまたはRNA標的配列は、ヒトゲノムまたは他の動物ゲノム、植物ゲノム、真菌ゲノム、細菌ゲノム、ウイルスゲノムおよび/または任意の他のDNA分子に由来し得る。DNA、cDNAまたはRNA配列は、DNAベクター、例えばプラスミドまたはウイルスの構成部分として提供することができることを認めるべきである。DNA、cDNAまたはRNA標的配列は、異なるDNA、cDNAもしくはRNA標的配列の試料として、または単離形態で提供することができることも認めるべきである。さらに、1つの特異的DNA、cDNAもしくはRNA標的配列またはいくつかの異なるDNA、cDNAもしくはRNA標的配列を一度に増幅するために、本発明の方法を使用することができることを認めるべきである。
複数の異なるDNA、cDNAおよび/またはRNA標的配列のアンプリコン構築物を同時に生成するために、本発明の方法を使用することができることを認めるべきである。そのような状況で、DNA、cDNAおよび/またはRNA標的配列で多重PCRを実行することができる。
上で考察したように、本発明の方法は、DNA、cDNAまたはRNA標的配列を提供すること、およびPCRを実行することを含む。したがって、本明細書において本発明に関する「標的配列」への一般的言及は、DNA、cDNAまたはRNA標的配列を含むものとする。さらに、本明細書において本発明に関する「PCR」への一般的言及は、特記しない限り全てのタイプのPCRおよび操作条件を含むものとする。
本発明の方法は、標的配列、オリゴヌクレオチドプローブ、汎用性プライマーを提供すること、およびポリメラーゼ連鎖反応(PCR)を実行することを含む。さらに詳細に下で考察されるように、本発明の方法は、標的配列のアンプリコン構築物、より好ましくは標的配列のタグ付きのアンプリコン構築物を、1回のPCRまたは一段階反応で生成するために使用することができる。1回のPCRは一連のサイクルを一般的に含み、各サイクルは一連の規定の熱インキュベーションからなることを認めるべきである。
本発明の方法は、標的特異的プライマーのin situ生成に依存する。反応の開始に向かって、汎用性プライマーがオリゴヌクレオチドプローブとハイブリダイズし、伸長してin situで標的特異的プライマーを生成する。標的特異的プライマーは、汎用性プライマーに存在する機能性配列のおかげで任意の必要な機能性配列を含有することができる(さらに詳細に下で考察される)。オリゴヌクレオチドプローブはこの反応で枯渇せず、したがって、触媒として作用し、PCRの間の以降のラウンドの熱サイクリングで他の汎用性プライマーとハイブリダイズして、より多くの標的特異的なプライマーを形成することができる。標的配列は、一旦形成された標的特異的プライマーによって増幅され、in situで生成された標的特異的プライマーに含まれる配列に対応する配列が隣接したアンプリコン構築物を生ずる。この方法は、複雑なアンプリコン構築物が1回のPCRで形成されることを可能にするという点で有利である。
本発明の方法は、PCRの間に相互作用して標的特異的プライマーを形成する、汎用性プライマーおよびオリゴヌクレオチドプローブを提供することを含む。オリゴヌクレオチドプローブは、任意の核酸配列または核酸配列の組合せであってよい。好ましい実施形態では、オリゴヌクレオチドプローブは一本鎖DNA配列である。他の実施形態は、他のタイプの核酸、例えばRNAまたは連結核酸(LNA(商標))を完全にまたは一部含むオリゴヌクレオチドプローブを使用することができる。
オリゴヌクレオチドプローブは、標的配列の3’末端のうちの1つに相補的な配列または標的配列の3’末端に隣接する配列に相補的な配列をその3’末端に含まないので、標的特異的プライマーでない。結果として、このプローブは標的配列とハイブリダイズすることができない。
上で考察したように、オリゴヌクレオチドプローブは、その5’末端に、またはそれに向かって、標的配列の3’末端のうちの1つの配列またはそれに隣接する配列の逆相補体とハイブリダイズすることが可能な標的特異的配列を含む。オリゴヌクレオチドプローブの5’末端に向かって配置される配列は、オリゴヌクレオチドプローブの5’末端部分の中に配置されると解釈するべきである。
標的特異的配列は、標的配列の3’末端の配列または標的配列の3’末端のうちの1つに隣接する配列と同一の配列であってよい。あるいは、標的特異的配列は、結果として生じる標的特異的プライマーが標的特異的配列または標的特異的配列に隣接する配列とハイブリダイズすることができるように、標的配列の3’末端の配列または標的配列の3’末端のうちの1つに隣接する配列と実質的に同一である配列であってよい。
オリゴヌクレオチドプローブは、汎用性プライマーへのオリゴヌクレオチドプローブのハイブリダイゼーションを可能にする汎用性配列をさらに含む。それが汎用性プライマー上に位置する配列とハイブリダイズすることができるようにそれが汎用性プライマー上に位置する配列に十分に相補的である限り、汎用性配列は任意の配列であってよい。
汎用性配列は、その5’末端から離れて、オリゴヌクレオチドプローブの上のどこにでも位置することができる。特に、汎用性配列は、5’末端から、3’末端までの間の、3’末端を含めて、オリゴヌクレオチドプローブの任意の位置に位置することができる。好ましい実施形態では、汎用性配列は、オリゴヌクレオチドプローブの3’末端に位置する。
オリゴヌクレオチドプローブは、1つまたは複数の追加の配列を含むことができる。それらの追加の配列が汎用性配列の一部もしくは全体を形成するか、または汎用性配列の5’および標的特異的配列の3’に配置されるならば、それらの追加の配列の逆相補体は、結果として生じるin situで生成された標的特異的プライマーに存在することになる。追加の配列が存在する場合は、それらの配列の1つまたは複数は、結果として生じる標的特異的プライマーに化学的および/または物理的特性を付与することが可能な機能性配列であってよい。任意の機能性配列を用いることができる。適する機能性配列には、これらに限定されないが、下流オリゴヌクレオチド結合部位、制限酵素認識部位および反応識別配列が含まれる。
一実施形態では、オリゴヌクレオチドプローブの3’末端は、ポリメラーゼ伸長をブロックすることが可能なブロック基を含む。このように、オリゴヌクレオチドプローブの3’末端は、PCRの間にポリメラーゼによって伸長させることができない。オリゴヌクレオチドの3’末端をブロックするのに適する任意のブロック基を用いることができる。適するブロック基には、これらに限定されないが、ジデオキシヌクレオチドトリホスフェート(ddNTP)およびスペーサーC3が含まれる。これらの基は当技術分野で公知であり、市販されている。ブロック基の存在が機能性にとって有利または必須であるかを立証するために実験が実行され、そうではないことが分かっている。しかし、ブロック基は、プローブの伸長から生じる望ましくない結果、例えば交差ハイブリダイゼーションおよび/または干渉を阻止することができる。これらの実験の結果は、実施例でさらに詳細に考察される。したがって、ブロック基を用い、それによってオリゴヌクレオチドプローブの構造を単純化し、オリゴヌクレオチドプローブの伸長のいかなる望ましくない結果も回避することが好ましい。オリゴヌクレオチドプローブの伸長は、それが汎用性プライマーの3’末端に相補的でないようにオリゴヌクレオチドプローブを設計することによって阻止することもできる。
オリゴヌクレオチドプローブの長さは、汎用性配列、標的特異的配列および存在する任意の追加の配列の長さによって決定される。好ましくは、汎用性配列および標的特異的配列の長さは、それぞれ汎用性プライマーおよび標的配列とのハイブリダイゼーションに十分な特異性を付与するために必要とされる、最小の長さである。追加の長さは、望ましくない交差ハイブリダイゼーション二次構造および/または干渉をもたらし得る。好ましい実施形態では、オリゴヌクレオチドプローブは、最高100ヌクレオチド、より好ましくは最高50ヌクレオチド、なおより好ましくは20から50ヌクレオチド、さらになおより好ましくは30から40ヌクレオチドを含む。
上で考察したように、本発明の方法では、1つのオリゴヌクレオチドプローブが提供される。しかし、2つまたはそれを超えるプローブが提供されてもよく、これらは標的配列の同じ3’末端または標的配列の3’末端の1つに隣接する同じ配列に特異的であることを認めるべきである。あるいは、2つまたはそれを超えるプローブは、標的配列の異なる3’末端、または標的配列の異なる3’末端に隣接する配列に特異的であってよい。
好ましい一実施形態では、本発明の方法は、第1および第2のオリゴヌクレオチドプローブの対を提供する。この実施形態では、第1のオリゴヌクレオチドプローブは、標的配列の3’末端の配列のうちの1つまたは標的配列の3’末端のうちの1つに隣接する配列に特異的である標的特異的配列を含み、第2のオリゴヌクレオチドプローブは、標的配列の他の3’末端の配列または標的配列の他の3’末端に隣接する配列に特異的である標的特異的配列を含む。このように、第1および第2の標的特異的プライマーの対はin situで生成され、これらは、標的配列の両末端に機能性配列を追加することが可能である。
方法が第1および第2のオリゴヌクレオチドプローブの対を提供する実施形態では、第1および第2のオリゴヌクレオチドプローブは、同じまたは異なる汎用性配列を含むことができる。好ましくは、結果として生じるアンプリコンの各末端に機能性配列を独立して付け加えるために、第1および第2のオリゴヌクレオチドプローブの対は異なる汎用性配列を含む。同様に、第1および第2のオリゴヌクレオチドプローブは、同じまたは異なる追加のおよび/または機能性配列を含むことができる。好ましくは、任意の1つの標的配列から形成することができる異なるアンプリコン構築物の可能な数を増加させるために、第1および第2のオリゴヌクレオチドプローブは、異なる追加の配列を含む。
上で考察したように、本発明の方法は、汎用性プライマーおよびオリゴヌクレオチドプローブを提供すること、ならびにPCRを実行して、標的配列を増幅することが可能な標的特異的プライマーを作製することを含む。汎用性プライマーはオリゴヌクレオチドプローブの汎用性配列とハイブリダイズし、オリゴヌクレオチドプローブの5’末端を鋳型として使用してPCRの間にDNAポリメラーゼによって伸長され、標的特異的プライマーを形成する。標的特異的プライマーは、適するプライミング特異性を可能にするように標的配列の3’末端のうちの1つまたは標的配列の3’末端に隣接する配列に十分に相補的な3’配列を含むので、標的特異的である。
汎用性プライマーは、一本鎖の核酸配列である。任意の核酸配列または核酸配列の組合せを用いることができる。好ましい実施形態では、汎用性プライマーは、一本鎖DNA配列である。他の実施形態は、他のタイプの核酸、例えばRNAまたは連結核酸(LNA(商標))を完全にまたは一部含む汎用性プライマーを使用することができる。
汎用性プライマーは、その3’末端に、オリゴヌクレオチドプローブの汎用性配列とハイブリダイズすることが可能な配列を含む。これを達成するために、汎用性プライマーの3’末端は、オリゴヌクレオチドプローブの汎用性配列に相補的であるか、またはハイブリダイゼーションを可能にするためにオリゴヌクレオチドプローブの汎用性配列に十分に相補的である。PCRの間、汎用性プライマーはオリゴヌクレオチドプローブとハイブリダイズし、オリゴヌクレオチドプローブの5’末端を鋳型として使用して伸長される。結果として生じるin situで生成された標的特異的プライマーの3’末端は、標的配列の3’末端配列のうちの1つまたは標的配列の3’末端のうちの1つに隣接する配列とハイブリダイズすること、および、さらなるPCRのラウンドでポリメラーゼによって伸長されることが可能である。
好ましい実施形態では、汎用性プライマーは、その5’末端にまたはそれに向かって位置する、1つまたは複数の機能性配列および/または基をさらに含む。上で考察したように、汎用性プライマーの5’末端に向かって配置される機能性配列および/または基は、汎用性プライマーの5’末端部分の中に配置されると解釈するべきである。機能性配列および/または基は、結果として生じる標的特異的プライマーおよびアンプリコン構築物に化学的および/または物理的特性を付与する。任意の機能性配列および/または基を使用することができ、これらは、結果として生じるアンプリコンの以降の使用目的によって変動する。そのような機能性配列の使用は、当該技術分野で公知である。
例えば、タグ付けされたアンプリコンがIllumina MiSeq(登録商標)装置で配列決定されるならば、汎用性プライマーは試料特異的指標配列を好ましくは含む。このタイプの配列は、アンプリコンがどの試料に由来したか識別するために、配列決定分析の間に一般的に使用される。汎用性プライマーは、アンプリコンを配列フローセルとハイブリダイズさせ、配列決定の前にアンプリコンの初期(クローン)増幅を実行するために使用されるアダプター配列を好ましくはさらに含む。さらに、本用途のために、オリゴヌクレオチドプローブの汎用性配列は、装置上の対の末端配の列決定読み取りのために使用される配列決定プライマーに好ましくは相補的である。
他のタイプの機能性配列には、これらに限定されないが、酵素認識配列、試料識別のための配列および下流分析適用で使用するためのオリゴヌクレオチド結合性配列が含まれる。汎用性プライマーの上の機能性基には、これらに限定されないが、蛍光性標識および結合性基、例えばビオチンが含まれる。
汎用性プライマーの長さは、汎用性配列および存在する任意の追加の配列の長さによって決定される。好ましい実施形態では、汎用性プライマーは、最高200ヌクレオチド、より好ましくは最高150ヌクレオチド、なおより好ましくは50から100ヌクレオチド、さらになおより好ましくは70から100ヌクレオチドを含む。
本発明の方法は、共通のオリゴヌクレオチドプローブまたは異なるオリゴヌクレオチドプローブとハイブリダイズすることが可能である、2つまたはそれを超える汎用性プライマーを提供することを含むことができる。好ましい実施形態では、第1および第2の汎用性プライマーの対が提供され;各々は、それぞれ第1および第2のオリゴヌクレオチドプローブの汎用性配列とハイブリダイズすることが可能な配列を含む。本発明の方法が第1および第2の汎用性プライマーの対を提供する実施形態では、結果として生じるアンプリコンの各末端に機能性配列および/または基を独立して付け加え、任意の1つの標的配列から形成することができるアンプリコン構築物の可能な数を増加させるために、第1および第2の汎用性プライマーは、異なる機能性配列および/もしくは基ならびに/またはこれらの組合せを好ましくは含む。
本発明の方法の他の実施形態では、複数の異なる標的配列を単一の多重反応で増幅するために、複数の異なるオリゴヌクレオチドプローブまたはプローブ対および汎用性プライマーまたはプライマー対が提供される。
オリゴヌクレオチドプローブおよび汎用性プライマーは、適する濃度比で用いられる。適する濃度比は、ルーチンの実験によって容易に決定することができる。汎用性プライマーの濃度と比較してより低い濃度でオリゴヌクレオチドプローブを提供することが好ましいことが分かっている。
好ましくは、汎用性プライマーの濃度対オリゴヌクレオチドプローブの濃度の比は、2:1を超え、より好ましくは5:1を超え、なおより好ましくは10:1を超える。好ましい一実施形態では、汎用性プライマーの濃度対オリゴヌクレオチドプローブの濃度の比は、最高4000:1、より好ましくは最高2000:1、なおより好ましくは最高1000:1、なおより好ましくは最高500:1であってよい。
好ましい実施形態では、オリゴヌクレオチドプローブに対する汎用性プライマーの相対濃度は、10:1から300:1、なおより好ましくは12:1から275:1、さらになおより好ましくは15:1から265:1である。オリゴヌクレオチドプローブに対する汎用性プライマーの特に好ましい相対濃度は、16:1から256:1である。
上で考察したように、本発明の方法は、1回のPCRで標的配列のアンプリコン構築物を生成するために使用することができる。したがって、同時反応からのPCR交差汚染のリスクがない。しかし、本発明の方法は、2つの別々のPCRステップで標的配列のアンプリコン構築物を生成するために使用することもできることを認めるべきである。第1のPCRステップでは、標的特異的プライマーは、オリゴヌクレオチドプローブおよび汎用性プライマーから調製される。第2のPCRステップでは、標的配列は、第1のPCRステップによって生成される標的特異的プライマーによって増幅される。
したがって、さらなる態様では、本発明は、標的配列からアンプリコン構築物を生成するのに使用するための標的特異的プライマーを調製するための方法であって、
汎用性配列を含み、その5’末端に、またはそれに向かって、標的配列の3’末端のうちの1つの配列の逆相補体または標的配列の3’末端のうちの1つに隣接する配列の逆相補体とハイブリダイズすることが可能な標的特異的配列をさらに含むオリゴヌクレオチドプローブ;
その3’末端に、オリゴヌクレオチドプローブの汎用性配列とハイブリダイズすることが可能な配列を含む汎用性プライマー
を提供すること、および
ポリメラーゼ連鎖反応を実行すること
を含む方法を提供する。
オリゴヌクレオチドプローブおよび汎用性プライマー、ならびに標的特異的プライマーを形成するためにPCRの間にそれらが相互作用する条件は、本発明の第1の態様に関して上で詳細に考察されている。一旦本発明のさらなる態様の方法によって形成されると、標的特異的プライマーは、好ましくは1つまたは複数の機能性配列が隣接したその標的配列のアンプリコン構築物を生成するために、以降のおよび別個のPCRで標的配列を増幅するために使用することができる。上記のように、標的配列はDNA、RNAまたはcDNA標的配列であってよく、任意の生物体のゲノムの任意の部分に由来し得る。
上記のように、本発明のこのさらなる態様の方法は、標的配列に、一方または両方の末端において機能性配列を隣接させることが可能な第1および第2の標的特異的プライマーの対を調製するために使用することができることを認めるべきである。第1および第2の標的特異的プライマーの対を調製するために、第1および第2のオリゴヌクレオチドプローブの対ならびに第1および第2の汎用性プライマーの対が提供される。
本発明のこのさらなる態様の方法は、異なる標的配列または異なる標的配列に隣接する配列とハイブリダイズすることが可能な、複数の標的特異的プライマーを調製するために使用することができることも認めるべきである。このように、本発明のさらなる態様の方法は、多重PCRで使用するための一群の標的特異的プライマーを調製するために用いることができる。
上で考察したように、本発明の方法は、DNA、cDNAまたはRNA標的配列のアンプリコン構築物を生成するために用いることができる。cDNA標的配列のアンプリコン構築物を生成するためにこの方法が使用される場合は、cDNA配列は前もってその対応するRNA配列から調製することができる。あるいは、cDNA配列は、in situで形成することができる。その場合は、RNA配列が提供され、RT−PCRが実行される。一旦逆転写によって形成されると、cDNAはPCRの間に標的特異的プライマーとハイブリダイズし、それによって増幅される。標的特異的プライマーも、PCRによってin situで形成される。
しかし、本発明の方法はRNA標的配列から直接的にcDNAアンプリコン構築物を生成するために使用することもでき、このcDNAアンプリコン構築物は一方または両方の末端に1つまたは複数の機能性配列または基を含み、それらは必要に応じて次に分析またはプロセシングすることができることを認めるべきである。
したがって、なおさらなる態様では、本発明は、RNA標的配列からcDNAアンプリコン構築物を生成するための方法であって、
標的特異的プライマー;
RNA標的配列
を提供すること、および
逆転写を実行すること
を含む方法を提供し、標的特異的プライマーは本明細書で上に記載される方法によって調製される。
標的特異的プライマーならびにそれをオリゴヌクレオチドプローブおよび汎用性プライマーからどのように形成できるかは、本発明の第1の態様に関して上で詳細に記載されている。上記のように、標的特異的プライマーは、本発明のこのなおさらなる態様の方法での使用の前に、前もってPCRによって調製することができる。あるいは、標的特異的プライマーは、in situで調製することができる。標的特異的プライマーがin situで調製されるならば、本発明のこのなおさらなる態様の方法は、オリゴヌクレオチドプローブおよび汎用性プライマーをさらに提供し、PCRは本発明の第1の態様に関して上で考察される通りに実行される。一旦標的特異的プライマーがPCRによって形成されると、逆転写反応をRNA標的配列に対して実行することができる。実際には、PCR反応および逆転写反応は、並行して起こることができる。
本発明の方法で提供されるRNA標的配列は、ヒトゲノムまたは他の動物ゲノム、植物ゲノム、真菌ゲノム、細菌ゲノム、ウイルスゲノムおよび/または任意の他のRNA分子を含む任意の生物体のゲノムの任意の部分に由来してよい。上記のように、RNA標的配列は、異なるRNA標的配列の試料として、または単離形態で提供することができることを認めるべきである。さらに、本発明の方法は、1つの特異的RNA標的配列またはいくつかの異なるRNA標的配列を一度に増幅するために使用することができることを認めるべきである。
上記のように、本発明のこのなおさらなる態様の方法は、RNA標的配列に対して逆転写を実行することを必要とする。したがって、酵素逆転写酵素などの逆転写反応のために必要な追加の試薬が必要であることを認めるべきである。
使用時、標的特異的プライマーはRNA標的配列に結合し、逆転写反応の間、逆転写酵素によって伸長される。結果として生じるcDNAは、PCRによってさらに増幅することができる。
さらになおさらなる態様では、本発明はDNA、cDNAまたはRNA標的特異的プライマーを調製するのに使用するためのオリゴヌクレオチドプローブを提供し、このオリゴヌクレオチドプローブは汎用性配列を含み、その5’末端に、またはそれに向かって、DNA、cDNAもしくはRNA標的配列の3’末端のうちの1つの配列の逆相補体またはDNA、cDNAもしくはRNA標的配列の3’末端のうちの1つに隣接する配列の逆相補体とハイブリダイズすることが可能な標的特異的配列をさらに含む。
標的特異的配列および汎用性配列を含むオリゴヌクレオチドプローブの構成部分は、本発明の第1の態様に関して上で詳細に考察されている。
本発明は、たとえば、以下の項目を提供する。
(項目1)
標的配列のアンプリコン構築物を生成するための方法であって、
標的配列;
汎用性配列を含み、その5’末端に、またはそれに向かって、前記標的配列の3’末端のうちの1つの配列またはそれに隣接する配列の逆相補体とハイブリダイズすることが可能な標的特異的配列をさらに含むオリゴヌクレオチドプローブ;
その3’末端に、前記オリゴヌクレオチドプローブの前記汎用性配列とハイブリダイズすることが可能な配列を含む汎用性プライマー
を提供すること、および
ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)を実行すること
を含む方法。
(項目2)
前記標的配列がDNA、cDNAまたはRNA配列である、項目1に記載の方法。
(項目3)
前記標的配列がcDNA標的配列を含み、前記cDNA標的配列が前記cDNA標的配列に対応するRNA配列に対して逆転写酵素PCR(RT−PCR)を実行することによってin situで形成される、項目1または2のいずれかに一項に記載の方法。
(項目4)
複数の異なる標的配列に対して多重PCRが実行される、前記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目5)
前記オリゴヌクレオチドプローブが一本鎖DNA配列である、前記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目6)
前記オリゴヌクレオチドプローブの前記標的特異的配列が、前記標的配列の3’末端のうちの1つまたはそれに隣接する配列と同一である、前記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目7)
前記オリゴヌクレオチドプローブの前記汎用性配列が、前記汎用性プライマー上に位置する配列に十分に相補的である、前記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目8)
前記オリゴヌクレオチドプローブの前記汎用性配列が、前記オリゴヌクレオチドプローブの3’末端に位置する、前記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目9)
前記オリゴヌクレオチドプローブが1つまたは複数の追加の配列を含む、前記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目10)
前記1つまたは複数の追加の配列が前記汎用性配列の5’および前記標的特異的配列の3’に配置される、項目9に記載の方法。
(項目11)
前記1つまたは複数の追加の配列が機能性配列である、項目9または10のいずれかに一項に記載の方法。
(項目12)
前記1つまたは複数の機能性配列が、下流オリゴヌクレオチド結合部位、制限酵素認識部位および反応識別配列から選択される、項目11に記載の方法。
(項目13)
前記オリゴヌクレオチドプローブの3’末端が、ポリメラーゼ伸長をブロックすることが可能なブロック基を含む、前記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目14)
前記ブロック基がジデオキシヌクレオチドトリホスフェート(ddNTP)またはスペーサーC3である、項目13に記載の方法。
(項目15)
前記オリゴヌクレオチドプローブが20から50個のヌクレオチドを含む、前記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目16)
前記汎用性プライマーが一本鎖DNA配列である、前記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目17)
前記汎用性プライマーの3’末端が、前記オリゴヌクレオチドプローブの前記汎用性配列に相補的である、前記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目18)
前記汎用性プライマーがその5’末端またはその5’末端部分に1つまたは複数の機能性配列および/または基を含む、前記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目19)
前記1つまたは複数の機能性配列が、下流オリゴヌクレオチド結合部位、制限酵素認識部位および反応識別配列から選択される、項目18に記載の方法。
(項目20)
前記1つまたは複数の基が、蛍光性標識および結合性基から選択される、項目19に記載の方法。
(項目21)
前記汎用性プライマーが50から100個のヌクレオチドを含む、前記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目22)
第1および第2のオリゴヌクレオチドプローブの対が提供され、前記第1のオリゴヌクレオチドプローブは、前記標的配列の3’末端の配列のうちの1つの配列または前記標的配列の3’末端のうちの1つの配列に隣接する配列に特異的である標的特異的配列を含み、前記第2のオリゴヌクレオチドプローブは、前記標的配列の他の3’末端の配列または前記標的配列の他の3’末端に隣接する配列に特異的である標的特異的配列を含む、前記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目23)
前記第1および第2のオリゴヌクレオチドプローブが異なる汎用性配列を含む、項目22に記載の方法。
(項目24)
第1および第2の汎用性プライマーの対が提供され、前記第1の汎用性プライマーは、前記第1のオリゴヌクレオチドプローブの前記汎用性配列とハイブリダイズすることが可能な配列を含み、前記第2の汎用性プライマーは、前記第2のオリゴヌクレオチドプローブの前記汎用性配列とハイブリダイズすることが可能な配列を含む、項目22または23のいずれかに一項に記載の方法。
(項目25)
前記第1および第2の汎用性プライマーが異なる機能性配列および/または基を含む、項目24に記載の方法。
(項目26)
複数の異なる標的配列を多重PCRによって増幅するために、複数の異なるオリゴヌクレオチドプローブまたはプローブ対および汎用性プライマーまたはプライマー対が提供される、前記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目27)
前記オリゴヌクレオチドプローブが前記汎用性プライマーの濃度と比較してより低い濃度で提供される、前記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目28)
前記汎用性プライマーの濃度対前記オリゴヌクレオチドプローブの濃度の比が10:1を超える、項目27に記載の方法。
(項目29)
前記汎用性プライマーの濃度対前記オリゴヌクレオチドプローブの濃度の比が12:1から275:1である、項目28に記載の方法。
(項目30)
前記汎用性プライマーの濃度対前記オリゴヌクレオチドプローブの濃度の比が16:1から256:1である、項目29に記載の方法。
(項目31)
前記標的配列の前記アンプリコン構築物がさらに配列決定される、前記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目32)
標的配列からアンプリコン構築物を生成するのに使用するための標的特異的プライマーを調製するための方法であって、
汎用性配列を含み、その5’末端に、またはそれに向かって、前記標的配列の3’末端のうちの1つにおける配列の逆相補体または前記標的配列の3’末端うちの1つに隣接する配列の逆相補体とハイブリダイズすることが可能な標的特異的配列をさらに含むオリゴヌクレオチドプローブ;
その3’末端に、前記オリゴヌクレオチドプローブの前記汎用性配列とハイブリダイズすることが可能な配列を含む汎用性プライマー
を提供すること、および
ポリメラーゼ連鎖反応を実行すること
を含む方法。
(項目33)
前記オリゴヌクレオチドプローブが一本鎖DNA配列である、項目32に記載の方法。
(項目34)
前記オリゴヌクレオチドプローブの前記標的特異的配列が、前記標的配列の3’末端の配列またはそれに隣接する配列と同一である、項目32または33のいずれかに一項に記載の方法。
(項目35)
前記オリゴヌクレオチドプローブの前記汎用性配列が、前記汎用性プライマー上に位置する配列に十分に相補的である、項目32〜34のいずれかに一項に記載の方法。
(項目36)
前記オリゴヌクレオチドプローブの前記汎用性配列が、前記オリゴヌクレオチドプローブの3’末端に位置する、項目32〜35のいずれかに一項に記載の方法。
(項目37)
前記オリゴヌクレオチドプローブが1つまたは複数の追加の配列を含む、項目32〜36のいずれかに一項に記載の方法。
(項目38)
前記1つまたは複数の追加の配列が前記汎用性配列の5’および前記標的特異的配列の3’に配置される、項目37に記載の方法。
(項目39)
前記1つまたは複数の追加の配列が機能性配列である、項目37または38のいずれかに一項に記載の方法。
(項目40)
前記1つまたは複数の機能性配列が、下流オリゴヌクレオチド結合部位、制限酵素認識部位および反応識別配列から選択される、項目39に記載の方法。
(項目41)
前記オリゴヌクレオチドプローブの3’末端が、ポリメラーゼ伸長をブロックすること
が可能なブロック基を含む、項目32〜40のいずれかに一項に記載の方法。
(項目42)
前記ブロック基がジデオキシヌクレオチドトリホスフェート(ddNTP)またはスペーサーC3である、項目41に記載の方法。
(項目43)
前記オリゴヌクレオチドプローブが20から50個のヌクレオチドを含む、項目32〜42のいずれかに一項に記載の方法。
(項目44)
前記汎用性プライマーが一本鎖DNA配列である、項目32〜43のいずれかに一項に記載の方法。
(項目45)
前記汎用性プライマーの3’末端が、前記オリゴヌクレオチドプローブの前記汎用性配列に相補的である、項目32〜44のいずれかに一項に記載の方法。
(項目46)
前記汎用性プライマーがその5’末端またはその5’末端部分に1つまたは複数の機能性配列および/または基を含む、項目32〜45のいずれかに一項に記載の方法。
(項目47)
前記1つまたは複数の機能性配列が、下流オリゴヌクレオチド結合部位、制限酵素認識部位および反応識別配列から選択される、項目46に記載の方法。
(項目48)
前記1つまたは複数の機能性基が、蛍光性標識および結合性基から選択される、項目46に記載の方法。
(項目49)
前記汎用性プライマーが50から100個のヌクレオチドを含む、項目32〜48のいずれかに一項に記載の方法。
(項目50)
第1および第2のオリゴヌクレオチドプローブの対が提供され、前記第1のオリゴヌクレオチドプローブは、前記標的配列の3’末端のうちの1つの配列または前記標的配列の3’末端のうちの1つの配列に隣接する配列に特異的である標的特異的配列を含み、前記第2のオリゴヌクレオチドプローブは、前記標的配列の他の3’末端の配列または前記標的配列の他の3’末端に隣接する配列に特異的である標的特異的配列を含む、項目32〜49のいずれかに一項に記載の方法。
(項目51)
前記第1および第2のオリゴヌクレオチドプローブが異なる汎用性配列を含む、項目50に記載の方法。
(項目52)
第1および第2の汎用性プライマーの対が提供され、前記第1の汎用性プライマーは、前記第1のオリゴヌクレオチドプローブの前記汎用性配列とハイブリダイズすることが可能な配列を含み、前記第2の汎用性プライマーは、前記第2のオリゴヌクレオチドプローブの前記汎用性配列とハイブリダイズすることが可能な配列を含む、項目50または51のいずれかに一項に記載の方法。
(項目53)
前記第1および第2の汎用性プライマーが異なる機能性配列および/または基を含む、項目52に記載の方法。
(項目54)
前記オリゴヌクレオチドプローブが前記汎用性プライマーの濃度と比較してより低い濃度で提供される、項目32〜53のいずれかに一項に記載の方法。
(項目55)
前記汎用性プライマーの濃度対前記オリゴヌクレオチドプローブの濃度の比が10:1を超える、項目54に記載の方法。
(項目56)
前記汎用性プライマーの濃度対前記オリゴヌクレオチドプローブの濃度の比が12:1から275:1である、項目55に記載の方法。
(項目57)
前記汎用性プライマーの濃度対前記オリゴヌクレオチドプローブの濃度の比が16:1から256:1である、項目56に記載の方法。
(項目58)
PCRによってDNA、cDNAまたはRNA標的配列を増幅するために前記標的特異的プライマーが使用される、項目32〜57のいずれかに一項に記載の方法。
(項目59)
RNA標的配列からcDNAアンプリコン構築物を生成するための方法であって、
標的特異的プライマー;
RNA標的配列
を提供すること、および
逆転写を実行すること
を含み、前記標的特異的プライマーは項目32〜58のいずれかに一項に記載の方法によって調製される方法。
(項目60)
前記標的特異的プライマーがin situで調製される、項目59に記載の方法。
(項目61)
前記cDNAアンプリコン構築物がPCRによってさらに増幅される、項目59または60のいずれかに一項に記載の方法。
(項目62)
標的特異的プライマーを調製するのに使用するためのオリゴヌクレオチドプローブであって、汎用性配列を含み、その5’末端に、またはそれに向かって、標的配列の3’末端のうち1つの配列の逆相補体または前記標的配列の3’末端のうちの1つに隣接する配列の逆相補体とハイブリダイズすることが可能な標的特異的配列をさらに含むオリゴヌクレオチドプローブ。
(項目63)
一本鎖DNA配列である、項目62に記載のオリゴヌクレオチドプローブ。
(項目64)
前記オリゴヌクレオチドプローブの前記標的特異的配列が、前記標的配列の3’末端のうちの1つの配列またはそれに隣接する配列と同一である、項目62または63のいずれかに一項に記載のオリゴヌクレオチドプローブ。
(項目65)
前記オリゴヌクレオチドプローブの前記汎用性配列が、前記汎用性プライマー上に位置する配列に十分に相補的である、項目62〜64のいずれかに一項に記載のオリゴヌクレオチドプローブ。
(項目66)
前記オリゴヌクレオチドプローブの前記汎用性配列が、前記オリゴヌクレオチドプローブの3’末端に位置する、項目62〜65のいずれかに一項に記載のオリゴヌクレオチドプローブ。
(項目67)
1つまたは複数の追加の配列を含む、項目62〜66のいずれかに一項に記載のオリゴヌクレオチドプローブ。
(項目68)
前記1つまたは複数の追加の配列が前記汎用性配列の5’および前記標的特異的配列の3’に配置される、項目67に記載のオリゴヌクレオチドプローブ。
(項目69)
前記1つまたは複数の追加の配列が機能性配列である、項目67または68のいずれかに一項に記載のオリゴヌクレオチドプローブ。
(項目70)
前記1つまたは複数の機能性配列が、下流オリゴヌクレオチド結合部位、制限酵素認識部位および反応識別配列から選択される、項目69に記載のオリゴヌクレオチドプローブ。
(項目71)
前記オリゴヌクレオチドプローブの3’末端が、ポリメラーゼ伸長をブロックすることが可能なブロック基を含む、項目62〜70のいずれかに一項に記載のオリゴヌクレオチドプローブ。
(項目72)
前記ブロック基がジデオキシヌクレオチドトリホスフェート(ddNTP)またはスペーサーC3である、項目71に記載のオリゴヌクレオチドプローブ。
(項目73)
20から50個のヌクレオチドを含む、項目62〜72のいずれかに一項に記載のオリゴヌクレオチドプローブ。
図1は、用いられた標的配列、第1および第2のオリゴヌクレオチドプローブならびに第1および第2の汎用性プライマーを示す。 図2は、反応シーケンスの第1の反応を例示する。 図3は、結果として生じる第1および第2の標的特異的プライマー40および42を示す。 図4aは、本発明の方法により異なるDNA標的配列から得られたDNA断片でのゲル電気泳動の結果を示す。 図4bは、本発明の方法により異なるDNA標的配列から得られたDNA断片でのゲル電気泳動の結果を示す。 図4cは、本発明の方法により異なるDNA標的配列から得られたDNA断片でのゲル電気泳動の結果を示す。 図4dは、本発明の方法により異なるDNA標的配列から得られたDNA断片でのゲル電気泳動の結果を示す。 図5は、本発明の方法により異なるDNA標的配列から得られたDNA断片でのゲル電気泳動の結果を示す。 図6は、本発明の方法により異なるDNA標的配列から得られたDNA断片でのゲル電気泳動の結果を示す。 図7は、本発明の方法により異なるDNA標的配列から得られたDNA断片でのゲル電気泳動の結果を示す。
本発明の実施形態は、今から以下の実施例を通して例示目的のためにだけ記載される。
(実施例1)
本発明の方法は、Illumina MiSeq(登録商標)装置での配列決定のためにDNA標的配列のタグ付きのアンプリコン構築物を生成するために実行された。このアッセイのための標的配列は、ヒトMUTYH遺伝子(refSeq NM_001128425)のエクソン7の一部である。このアッセイは、MUTYH関連のポリポーシス(MAP)を引き起こすことが知られている特異的突然変異(MUTYH:c.536A>G、p.Tyr179Cys)を分析するために使用される。
第1および第2のオリゴヌクレオチドプローブの対は、第1および第2の汎用性プライマーの対と一緒に標的配列に対して設計された。用いられた標的配列、第1および第2のオリゴヌクレオチドプローブならびに第1および第2の汎用性プライマーは、図1に示す。
図1に関しては、DNA配列は一般的に2で表される。示すように、DNA配列は二本鎖であり、センス鎖4および相補的アンチセンス鎖6を含む。センスおよびアンチセンス鎖4および6は、互いに反対の方向に向かう。DNA配列2は、本発明の方法による増幅のための標的配列8をさらに含む。配列10および12は、それぞれセンス鎖4およびアンチセンス鎖6の3’末端で標的配列に隣接する。
第1のオリゴヌクレオチドプローブおよび第2のオリゴヌクレオチドプローブは、それぞれ14および16で一般的に表される。示すように、第1および第2のオリゴヌクレオチドプローブ14および16は一本鎖DNA配列であり、各々、標的配列2の3’末端のうちの1つの逆相補体または標的配列2の3’末端のうちの1つに隣接する配列とハイブリダイズすることが可能な標的特異的配列を含む。特に、第1のオリゴヌクレオチドプローブ14は、標的配列2のアンチセンス鎖6の配列12と同一である配列18を含む。同様に、第2のオリゴヌクレオチドプローブ16は、標的配列2のセンス鎖4の配列10と同一である配列20を含む。オリゴヌクレオチドプローブ配列18および20は、太字で強調される。
さらに詳細に下で考察されるように、第1および第2のオリゴヌクレオチドプローブ14および16は、それぞれ第1および第2の汎用性プライマー28および30とのハイブリダイゼーションを促進するために、汎用性配列22および24をさらに含む。汎用性配列22および24には、下線を引く。
第1および第2のオリゴヌクレオチドプローブ14、16は、PCRの間のポリメラーゼ伸長をブロックするためにそれらの3’末端にブロック基26をさらに含む。
示すように、第1の汎用性プライマー28および第2の汎用性プライマー30は、一本鎖DNA配列である。第1の汎用性プライマー28は、その3’末端に、第1のオリゴヌクレオチドプローブ14の汎用性配列22に相補的な配列32を含む。同様に、第2の汎用性プライマー30は、その3’末端に、第2のオリゴヌクレオチドプローブ16の汎用性配列24に相補的な配列34を含む。配列32および34には、下線を引く。
第1および第2の汎用性プライマー28および30は、それらの5’末端にそれぞれ機能性配列36および38を各々含む。機能性配列36および38は変更可能であり、結果として生じるタグ付きのアンプリコンが改変および/または分析される方法に適するように変更することができる。Illumina MiSeq(登録商標)装置での配列決定のために、標的配列のアンプリコンは、両末端において異なる機能性配列の組合せと隣接していなければならない。それらの配列は、MiSeq(登録商標)などのIllumina配列決定装置での使用のためにIllumina(登録商標)によって設計された異なる配列のライブラリーから選択することができる。特に、配列決定アダプターP5は、8つの試料特異的指標配列(A501〜A507)のうちの1つと合わせて使用することができる。さらに、配列決定アダプターP7は、12個の試料特異的指標配列(A701〜A712)のうちの1つと合わせて使用することができる。配列決定アダプターはフローセルハイブリダイゼーションおよびブリッジ増幅のために使用され、配列決定読み取りがどの試料に由来したかについて識別するために試料特異的指標配列が使用される。
実施例1では、機能性配列36は、P5配列決定アダプターを試料特異的指標配列A501と合わせて含む。さらに、機能性配列38は、P7配列決定アダプターを試料特異的指標配列A701と合わせて含む。
第1および第2の汎用性プライマー28および30は、それらの5’末端に向かってそれぞれ機能性配列50および52をさらに含む。機能性配列50および52も変更可能であり、結果として生じるタグ付きのアンプリコンが改変および/または分析される方法に適するように変更することができる。Illumina MiSeq(登録商標)装置での配列決定のために、標的配列のアンプリコンは、両末端で配列決定プライマー結合部位S1およびS2と隣接していなければならない。配列決定プライマー結合部位は、配列決定の間、異なる配列決定読み取りのためにプライマーをハイブリダイズするために使用される。
実施例1では、機能性配列50は配列決定プライマー結合部位S1を含み、機能性配列52は配列決定プライマー結合部位S2を含む。
上で考察したように、本発明の方法は、単一のPCR反応シーケンスで標的配列のタグ付きアンプリコン構築物を生成することが可能である。反応シーケンスは、2つの反応からなる;第1は、第1および第2の標的特異的プライマーを生成するための、第1および第2のオリゴヌクレオチドプローブ14および16と第1および第2の汎用性プライマー28および30の間の反応であり、第2の反応は、標的配列のタグ付きアンプリコン構築物を生成するための、第1および第2の標的特異的プライマーと標的配列または標的配列に直接隣接している配列の間の反応である。一旦第1の反応からの生成物が形成されると、それらは第2の反応の構成成分としての使用に直ちに利用可能である。結果として、第1および第2の反応が同時に起こる。単一の反応シーケンスの第1および第2の反応は、それぞれ図2および3に例示される。
ヒトMUTYH遺伝子のエクソン7(refSeq NM_001128425)を増幅するために、Q5(登録商標)Hot Start High−Fidelity 2X Master Mix(New England Biolabs、製品コード:M0494L)および2ng/μlの最終濃度のゲノムDNAを使用して本発明の方法を実行した。反応は、以下の熱サイクルで行った:
ステップ1:98℃で30秒間
ステップ2:以下を40サイクル:
98℃で10秒間
60℃で20秒間
72℃で20秒間
ステップ3:72℃で5分間
図2は、反応シーケンスの第1の反応を例示する。簡潔に示すために、第1および第2の汎用性プライマー28および30の機能性配列36および38は、文字「N」で置き換えた。
示すように、第1および第2のオリゴヌクレオチドプローブ14および16の汎用性配列22および24は、それぞれ第1および第2の汎用性プライマー28および30の配列32および34とハイブリダイズする。PCRの間、汎用性プライマー28および30は、配列18および20を鋳型として使用してDNAポリメラーゼによって示す方向に伸長される。
結果として生じる第1および第2の標的特異的プライマー40および42を、図3に示す。標的特異的プライマー40および42は、DNA配列2の3’配列12および10に相補的な3’配列44および46をそれぞれ含む。したがって、第1および第2の標的特異的プライマー40および42は、DNA配列2の配列12および10とそれぞれハイブリダイズすることが可能である。PCRの間、第1および第2の標的特異的プライマー40および42は、標的配列8を鋳型として使用してDNAポリメラーゼによって伸長される。このように、標的配列は増幅され、結果として生じるアンプリコン構築物は、非標的特異的プライマー28および30を起源とする配列によって両末端にタグが付けられる。
結果として生じるタグ付きのアンプリコン構築物は、48で一般的に表される。簡潔に示すために、全体のアンプリコン配列は示されない。示されない配列は、点線によって表す。
正しい標的配列が増幅されたことを確認するために、アンプリコン構築物48をIllumina MiSeq(登録商標)システムで配列決定した。アンプリコン構築物48は、正しい標的配列に対応した。
(実施例2)
図4a〜4dは、本発明の方法により異なるDNA標的配列から得られたDNA断片でのゲル電気泳動の結果を示す。
上で考察したように、PCRの間、汎用性プライマーおよびオリゴヌクレオチドプローブは相互作用して標的特異的プライマーを形成し、それらは次に標的配列を増幅することが可能である。オリゴヌクレオチドプローブ対標的特異的プライマーの最適な濃度比を判定するために、実験を実行した。
4対の第1および第2のオリゴヌクレオチドプローブを、ヒトゲノムに由来する4つの異なるDNA標的配列に対して設計した(本明細書において、標的配列W、X、TおよびUと呼ぶ)。第1および第2の汎用性プライマーの単一の対を、4対の第1および第2のオリゴヌクレオチドプローブとハイブリダイズすることが可能なように設計した。
標的配列W、X、TおよびUは、以下の通りヒトゲノムからの遺伝子の部分であった:
W:NRAS遺伝子のエクソン2(refseq NM_002524.4)
X:NRAS遺伝子のエクソン3(refseq NM_002524.4)
T:KRAS遺伝子のエクソン3(refseq NM_004985.3)
U:KRAS遺伝子のエクソン2(refseq NM_004985.3)
各標的配列に対して様々な濃度比で、本発明の方法を数回繰り返した。各回、汎用性プライマーの濃度は一定にしておいたが、オリゴヌクレオチドプローブの濃度は減少させた。
Hot Start High−Fidelity 2X Master Mix(登録商標)(New England Biolabs、製品コード:M0494L)および2ng/μlの最終濃度のヒトゲノムDNAを使用して本発明の方法を実行した。反応は、以下の熱サイクルで行った:
ステップ1:98℃で30秒間
ステップ2:以下を40サイクル:
98℃で10秒間
60℃で20秒間
72℃で20秒間
ステップ3:72℃で5分間
各標的配列の反応の各々から生成したアンプリコン構築物は、Agilent Bioanalyzer DNA 1000キットを使用して展開した。標的配列が本発明の方法によって首尾よく増幅されたかどうか立証するために、塩基対でのアンプリコンの予想される長さを、DNAの視認可能なバンドに対して外挿した。オリゴヌクレオチドプローブの濃度が2fmol/μlから117amol/μlの範囲内であり、汎用性プライマーの濃度が30fmol/μlであった場合に、必要とされるアンプリコン構築物のより高い濃度が得られることが判明した。これは、16:1から256:1の汎用性プライマー対オリゴヌクレオチドプローブの最適な濃度比に等しい。汎用性プライマー対オリゴヌクレオチドプローブの最適な濃度比が使用された反応の結果を、図4a〜4dに示す。
図4a〜4dに示すように、オリゴヌクレオチドプローブの濃度が2fmol/μlから117amol/μlの範囲内であり、汎用性プライマーの濃度が30fmol/μlであった場合に、標的配列W、X、TおよびUのアンプリコン構築物は本発明の方法によって首尾よく形成された。
(実施例3)
図5〜6は、本発明の方法により異なるDNA標的配列から得られたDNA断片でのゲル電気泳動の結果を示す。
さらなる20対の第1および第2のオリゴヌクレオチドプローブを、さらなる20個のDNA標的配列(本明細書で配列AからSおよびVと呼ぶ)に対して設計した。上記のように、第1および第2の汎用性プライマーの単一の対を、20対の第1および第2のオリゴヌクレオチドプローブとハイブリダイズすることが可能なように設計した。
実施例2から得られた最適な濃度比内の濃度比(汎用性プライマーの濃度:30fmol/μlおよびオリゴヌクレオチドプローブの濃度:1fmol/μl)を使用して、全24個の標的配列(実施例2からの配列W、X、TおよびUと実施例3からの配列AからSおよびV)で本発明の方法を実行した。
全てのオリゴヌクレオチドプローブ対は、それらの3’末端にブロック基を含んだ。
Q5(登録商標)Hot Start High−Fidelity 2X Master Mix(New England Biolabs、製品コード:M0494L)および2ng/μlの最終濃度のヒトゲノムDNAを使用して本発明の方法を実行した。反応は、以下の熱サイクルで行った:
ステップ1:98℃で30秒間
ステップ2:以下を40サイクル:
98℃で10秒間
60℃で20秒間
72℃で20秒間
ステップ3:72℃で5分間
上記のように、生成されたアンプリコン構築物は、Agilent Bioanalyzer DNA1000キットを使用して展開し、塩基対でのそれらの予想サイズを既知のサイズのDNAの視認可能なバンドに対して外挿した。アンプリコン構築物の各々のおよそのゲノム位置および塩基対での予想サイズは、以下の通りであった:
Figure 0006940412
示すように、標的配列AからXのアンプリコン構築物は、実施例2から得られた最適な濃度比を使用したとき(汎用性プライマーの濃度:30fmol/μlおよびオリゴヌクレオチドプローブの濃度:1fmol/μl)、本発明の方法によって首尾よく形成された。
(実施例4)
図7は、本発明の方法により異なるDNA標的配列から得られたDNA断片のゲル電気泳動の結果を示す。
さらなる4対の第1および第2のオリゴヌクレオチドプローブを、さらなる4個のDNA標的配列(本明細書で配列C−NB、N−NB、W−NBおよびX−NBと呼ぶ)に対して設計した。
C−NB:JAK2遺伝子のエクソン14(refseq NM_004972.3)
N−NB:MUTYH遺伝子のエクソン7(refseq NM_001128428)
W−NB:NRAS遺伝子のエクソン2(refseq NM_002524.4)
X−NB:NRAS遺伝子のエクソン3(refseq NM_002524.4)
再び、第1および第2の汎用性プライマーの単一の対を、4対の第1および第2のオリゴヌクレオチドプローブとハイブリダイズすることが可能なように設計した。本発明の方法は、実施例2から得られた最適な濃度比(汎用性プライマーの濃度:30fmol/μlおよびオリゴヌクレオチドプローブの濃度:1fmol/μl)を使用して、全4つの標的配列に対して実行した。
それが本発明の方法の性能に影響するかどうかを判定するために、4対のオリゴヌクレオチドプローブをブロック基なしで設計した。
Q5(登録商標)Hot Start High−Fidelity 2X Master Mix(New England Biolabs、製品コード:M0494L)および2ng/μlの最終濃度のヒトゲノムDNAを使用して本発明の方法を実行した。反応は、以下の熱サイクルで行った:
ステップ1:98℃で30秒間
ステップ2:以下を40サイクル:
98℃で10秒間
60℃で20秒間
72℃で20秒間
ステップ3:72℃で5分間
上記のように、生成されたアンプリコン構築物は、Agilent Bioanalyzer DNA1000キットを使用して展開し、塩基対でのそれらの予想サイズを既知のサイズのDNAの視認可能なバンドに対して外挿した。アンプリコン構築物の各々の塩基対での予想サイズは、以下の通りであった:
Figure 0006940412
示すように、標的配列C−NB、N−NB、W−NBおよびX−NBのアンプリコン構築物は、実施例2から得られた最適な濃度比を使用したとき(汎用性プライマーの濃度:30fmol/μlおよびオリゴヌクレオチドプローブの濃度:1fmol/μl)、本発明の方法によって首尾よく形成された。
正しい標的配列が増幅されたことを確認するために、生成された全4つのアンプリコン構築物をIllumina MiSeq(登録商標)システムで配列決定した。アンプリコン構築物のうちの全4つは、正しい標的配列に対応した。したがって、ブロック基の有無は、方法の性能に影響しない。

Claims (61)

  1. 標的配列を含むオリゴヌクレオチドのアンプリコン構築物を生成するための方法であって、
    標的配列を含むオリゴヌクレオチド
    汎用性配列を含み、その5’末端に、またはそれに向かって、前記標的配列の3’末端のうちの1つの配列またはそれに隣接する配列の逆相補体とハイブリダイズすることが可能な標的特異的配列をさらに含むオリゴヌクレオチドプローブ;
    その3’末端に、前記オリゴヌクレオチドプローブの前記汎用性配列とハイブリダイズすることが可能な配列を含む汎用性プライマー
    を提供すること、および
    前記標的配列を含むオリゴヌクレオチド、第1の標的特異的プライマーおよび第2の標的特異的プライマーを使用してポリメラーゼ連鎖反応(PCR)を実行して、前記アンプリコン構築物を生じさせることであって、前記第1の標的特異的プライマーが、ポリメラーゼ使用した伸長反応を介して前記オリゴヌクレオチドプローブおよび前記汎用性プライマーを使用してin situで調製される、こと
    を含む方法。
  2. 前記標的配列を含むオリゴヌクレオチドがDNA、cDNAまたはRNAである、請求項1に記載の方法。
  3. 前記標的配列を含むオリゴヌクレオチド、前記標的配列を含むcDNAを含み、前記標的配列を含むcDNAが前記標的配列を含むcDNA対応するRNAに対して逆転写酵素PCR(RT−PCR)を実行することによってin situで形成される、請求項1または2のいずれかに一項に記載の方法。
  4. 複数の異なる標的配列を含むオリゴヌクレオチドに対して多重PCRが実行される、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記オリゴヌクレオチドプローブが一本鎖DNAである、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記オリゴヌクレオチドプローブの前記標的特異的配列が、前記標的配列の3’末端のうちの1つまたはそれに隣接する配列と同一である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記オリゴヌクレオチドプローブの前記汎用性配列が、前記汎用性プライマー上に位置する配列に十分に相補的である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記オリゴヌクレオチドプローブの前記汎用性配列が、前記オリゴヌクレオチドプローブの3’末端に位置する、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記オリゴヌクレオチドプローブが1つまたは複数の追加の配列を含む、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記1つまたは複数の追加の配列が前記汎用性配列の5’および前記標的特異的配列の3’に配置される、請求項9に記載の方法。
  11. 前記1つまたは複数の追加の配列が機能性配列である、請求項9または10のいずれかに一項に記載の方法。
  12. 前記1つまたは複数の機能性配列が、下流オリゴヌクレオチド結合部位、制限酵素認識部位および反応識別配列から選択される、請求項11に記載の方法。
  13. 前記オリゴヌクレオチドプローブの3’末端が、ポリメラーゼ伸長をブロックすることが可能なブロック基を含む、請求項1〜12のいずれか一項に記載の方法。
  14. 前記ブロック基がジデオキシヌクレオチドトリホスフェート(ddNTP)またはスペーサーC3である、請求項13に記載の方法。
  15. 前記オリゴヌクレオチドプローブが20から50個のヌクレオチドを含む、請求項1〜14のいずれか一項に記載の方法。
  16. 前記汎用性プライマーが一本鎖DNAである、請求項1〜15のいずれか一項に記載の方法。
  17. 前記汎用性プライマーの3’末端が、前記オリゴヌクレオチドプローブの前記汎用性配列に相補的である、請求項1〜16のいずれか一項に記載の方法。
  18. 前記汎用性プライマーがその5’末端またはその5’末端部分に1つまたは複数の機能性配列および/または基を含む、請求項1〜17のいずれか一項に記載の方法。
  19. 前記1つまたは複数の機能性配列が、下流オリゴヌクレオチド結合部位、制限酵素認識部位および反応識別配列から選択される、請求項18に記載の方法。
  20. 前記1つまたは複数の基が、蛍光性標識および結合性基から選択される、請求項19に記載の方法。
  21. 前記汎用性プライマーが50から100個のヌクレオチドを含む、請求項1〜20のいずれか一項に記載の方法。
  22. 第1および第2のオリゴヌクレオチドプローブの対が提供され、前記第1のオリゴヌクレオチドプローブは、前記標的配列の3’末端の配列のうちの1つの配列または前記標的配列の3’末端のうちの1つの配列に隣接する配列に特異的である標的特異的配列を含み、前記第2のオリゴヌクレオチドプローブは、前記標的配列の他の3’末端の配列または前記標的配列の他の3’末端に隣接する配列に特異的である標的特異的配列を含む、請求項1〜21のいずれか一項に記載の方法。
  23. 前記第1および第2のオリゴヌクレオチドプローブが異なる汎用性配列を含む、請求項22に記載の方法。
  24. 第1および第2の汎用性プライマーの対が提供され、前記第1の汎用性プライマーは、前記第1のオリゴヌクレオチドプローブの前記汎用性配列とハイブリダイズすることが可能な配列を含み、前記第2の汎用性プライマーは、前記第2のオリゴヌクレオチドプローブの前記汎用性配列とハイブリダイズすることが可能な配列を含む、請求項22または23のいずれかに一項に記載の方法。
  25. 前記第1および第2の汎用性プライマーが異なる機能性配列および/または基を含む、請求項24に記載の方法。
  26. 複数の異なる標的配列を多重PCRによって増幅するために、複数の異なるオリゴヌクレオチドプローブまたはプローブ対および汎用性プライマーまたはプライマー対が提供される、請求項1〜25のいずれか一項に記載の方法。
  27. 前記オリゴヌクレオチドプローブが前記汎用性プライマーの濃度と比較してより低い濃度で提供される、請求項1〜26のいずれか一項に記載の方法。
  28. 前記汎用性プライマーの濃度対前記オリゴヌクレオチドプローブの濃度の比が10:1を超える、請求項27に記載の方法。
  29. 前記汎用性プライマーの濃度対前記オリゴヌクレオチドプローブの濃度の比が12:1から275:1である、請求項28に記載の方法。
  30. 前記汎用性プライマーの濃度対前記オリゴヌクレオチドプローブの濃度の比が16:1から256:1である、請求項29に記載の方法。
  31. 前記標的配列の前記アンプリコン構築物がさらに配列決定される、請求項1〜30のいずれか一項に記載の方法。
  32. 標的配列からアンプリコン構築物を生成するのに使用するための標的特異的プライマーを調製するための方法であって、
    汎用性配列を含み、その5’末端に、またはそれに向かって、前記標的配列の3’末端のうちの1つにおける配列の逆相補体または前記標的配列の3’末端うちの1つに隣接する配列の逆相補体とハイブリダイズすることが可能な標的特異的配列をさらに含むオリゴヌクレオチドプローブ;
    その3’末端に、前記オリゴヌクレオチドプローブの前記汎用性配列とハイブリダイズすることが可能な配列を含む汎用性プライマー
    を提供すること、および
    ポリメラーゼを使用して伸長反応を実行すること
    を含む方法。
  33. 前記オリゴヌクレオチドプローブが一本鎖DNAである、請求項32に記載の方法。
  34. 前記オリゴヌクレオチドプローブの前記標的特異的配列が、前記標的配列の3’末端の配列またはそれに隣接する配列と同一である、請求項32または33のいずれかに一項に記載の方法。
  35. 前記オリゴヌクレオチドプローブの前記汎用性配列が、前記汎用性プライマー上に位置する配列に十分に相補的である、請求項32〜34のいずれかに一項に記載の方法。
  36. 前記オリゴヌクレオチドプローブの前記汎用性配列が、前記オリゴヌクレオチドプローブの3’末端に位置する、請求項32〜35のいずれかに一項に記載の方法。
  37. 前記オリゴヌクレオチドプローブが1つまたは複数の追加の配列を含む、請求項32〜36のいずれかに一項に記載の方法。
  38. 前記1つまたは複数の追加の配列が前記汎用性配列の5’および前記標的特異的配列の3’に配置される、請求項37に記載の方法。
  39. 前記1つまたは複数の追加の配列が機能性配列である、請求項37または38のいずれかに一項に記載の方法。
  40. 前記1つまたは複数の機能性配列が、下流オリゴヌクレオチド結合部位、制限酵素認識部位および反応識別配列から選択される、請求項39に記載の方法。
  41. 前記オリゴヌクレオチドプローブの3’末端が、ポリメラーゼ伸長をブロックすることが可能なブロック基を含む、請求項32〜40のいずれかに一項に記載の方法。
  42. 前記ブロック基がジデオキシヌクレオチドトリホスフェート(ddNTP)またはスペーサーC3である、請求項41に記載の方法。
  43. 前記オリゴヌクレオチドプローブが20から50個のヌクレオチドを含む、請求項32〜42のいずれかに一項に記載の方法。
  44. 前記汎用性プライマーが一本鎖DNAである、請求項32〜43のいずれかに一項に記載の方法。
  45. 前記汎用性プライマーの3’末端が、前記オリゴヌクレオチドプローブの前記汎用性配列に相補的である、請求項32〜44のいずれかに一項に記載の方法。
  46. 前記汎用性プライマーがその5’末端またはその5’末端部分に1つまたは複数の機能性配列および/または基を含む、請求項32〜45のいずれかに一項に記載の方法。
  47. 前記1つまたは複数の機能性配列が、下流オリゴヌクレオチド結合部位、制限酵素認識部位および反応識別配列から選択される、請求項46に記載の方法。
  48. 前記1つまたは複数の機能性基が、蛍光性標識および結合性基から選択される、請求項46に記載の方法。
  49. 前記汎用性プライマーが50から100個のヌクレオチドを含む、請求項32〜48のいずれかに一項に記載の方法。
  50. 第1および第2のオリゴヌクレオチドプローブの対が提供され、前記第1のオリゴヌクレオチドプローブは、前記標的配列の3’末端のうちの1つの配列または前記標的配列の3’末端のうちの1つの配列に隣接する配列に特異的である標的特異的配列を含み、前記第2のオリゴヌクレオチドプローブは、前記標的配列の他の3’末端の配列または前記標的配列の他の3’末端に隣接する配列に特異的である標的特異的配列を含む、請求項32〜49のいずれかに一項に記載の方法。
  51. 前記第1および第2のオリゴヌクレオチドプローブが異なる汎用性配列を含む、請求項50に記載の方法。
  52. 第1および第2の汎用性プライマーの対が提供され、前記第1の汎用性プライマーは、前記第1のオリゴヌクレオチドプローブの前記汎用性配列とハイブリダイズすることが可能な配列を含み、前記第2の汎用性プライマーは、前記第2のオリゴヌクレオチドプローブの前記汎用性配列とハイブリダイズすることが可能な配列を含む、請求項50または51のいずれかに一項に記載の方法。
  53. 前記第1および第2の汎用性プライマーが異なる機能性配列および/または基を含む、請求項52に記載の方法。
  54. 前記オリゴヌクレオチドプローブが前記汎用性プライマーの濃度と比較してより低い濃度で提供される、請求項32〜53のいずれかに一項に記載の方法。
  55. 前記汎用性プライマーの濃度対前記オリゴヌクレオチドプローブの濃度の比が10:1を超える、請求項54に記載の方法。
  56. 前記汎用性プライマーの濃度対前記オリゴヌクレオチドプローブの濃度の比が12:1から275:1である、請求項55に記載の方法。
  57. 前記汎用性プライマーの濃度対前記オリゴヌクレオチドプローブの濃度の比が16:1から256:1である、請求項56に記載の方法。
  58. PCRによって前記標的配列を含むDNA、cDNAまたはRNAを増幅するために前記標的特異的プライマーが使用される、請求項32〜57のいずれかに一項に記載の方法。
  59. 標的配列を含むRNAからcDNAアンプリコン構築物を生成するための方法であって、
    標的特異的プライマー;
    標的配列を含むRN
    を提供すること、および
    逆転写を実行すること
    を含み、前記標的特異的プライマーは請求項32〜58のいずれかに一項に記載の方法によって調製される方法。
  60. 前記標的特異的プライマーがin situで調製される、請求項59に記載の方法。
  61. 前記cDNAアンプリコン構築物がPCRによってさらに増幅される、請求項59または60のいずれかに一項に記載の方法。
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