JP6976567B2 - Dnaメチル化解析のための試料調製方法 - Google Patents

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Description

本発明は、DNAメチル化解析法の改良に関する。詳細には、本発明は、バイサルファイトを用いるDNAメチル化解析において、バイサルファイト処理後のPCR増幅可能なDNA試料の収量を増加させる方法に関する。
DNAのメチル化は、エピジェネティック機構の1つであり、胚発生、細胞分化、表現型の差異、様々な疾病などと深く関わっている。現在、DNAのメチル化解析のための様々な方法が開発され、使用されている。最近では、目的にかなったiPS細胞の選別にもDNAのメチル化解析が利用されている。
DNAのメチル化解析方法のなかで、特定ゲノム領域のDNAのメチル化解析法としてはバイサルファイト処理を用いる方法が多用されている。バイサルファイトは、DNA中の非メチル化シトシンをウラシルに変換するが、メチル化シトシンは他の塩基に変換されない。このことを利用して、バイサルファイト処理されたDNAをPCR増幅後、シークエンス解析を行うことによって、DNAのメチル化の状態を知ることができる。
バイサルファイトを用いるDNAのメチル化解析方法の1つとして、RRBS(Reduced Representation Bisulfite Sequencing)法がある。RRBS法は、DNAのメチル化を1塩基レベルで調べることができる方法であり、シークエンス量を減らすことができ、しかも全ゲノム解析法と同様のカバー率を得ることができる方法である。近年、BBRS法を用いてシングルセルDNAのメチル化解析を行う試みがなされている(非特許文献1、2参照)。シングルセル由来のDNAなどの微量試料のDNAメチル化解析を行う際に、バイサルファイト処理が過酷な条件で行われるためにDNA試料が断片化し、次工程であるPCR増幅のための十分な量のDNAが供給されないという問題がある。
H. Guo et al. Genome Research, 23, 2126-2135 (2013) H. Guo et al. Nature Protocols, 10(5), 645-659 (2015)
本発明が解決すべき課題は、バイサルファイト処理後のPCR増幅可能なDNA試料の収量を増加させるための有効かつ簡単な方法を開発することであった。
本発明者らは、上記課題を解決せんと鋭意研究を重ね、バイサルファイト処理後のDNA試料を1本鎖DNAリガーゼで処理する工程を含むレスキューを行うことにより、バイサルファイト処理後のPCR増幅可能なDNA試料の収量を増加させることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は下記のものに関する。
(1)バイサルファイト処理を用いるDNAメチル化解析のための方法であって、バイサルファイト処理後のDNA試料を1本鎖DNAリガーゼで処理することにより、バイサルファイト処理後のPCR増幅可能なDNA試料の収量を増加させることを特徴とする方法。
(2)バイサルファイト処理を用いるDNAメチル化解析がRRBS(Reduced Representation Bisulfite Sequencing)法によるものである(1)記載の方法。
(3)1本鎖DNAリガーゼでの処理の前に、バイサルファイト処理後のDNA試料を下記工程:
(a)DNA5’−,3’−ホスファターゼまたはDNA3’−ホスファターゼでの処理、および
(b)DNA5’−キナーゼでの処理
に付すことを特徴とする(1)または(2)記載の方法。
(4)バイサルファイト処理後のDNA試料が担体に固定化されている、(1)〜(3)のいずれかに記載の方法。
(5)工程(b)がATPの存在下において行われる、(1)〜(4)のいずれかに記載の方法。
(6)(1)〜(5)のいずれかに記載の方法を実施するためのキットであって、1本鎖DNAリガーゼを含むキット。
(7)さらにDNA5’−,3’−ホスファターゼまたはDNA3’−ホスファターゼおよびDNA5’キナーゼを含む(6)記載のキット。
本発明によれば、1本鎖DNAリガーゼを用いる簡単な方法により、バイサルファイト処理後のPCR増幅可能なDNA試料の収量を増加させることができ、その後のPCR工程およびシークエンス工程に十分な量のDNA試料を供給することができる。したがって、本発明を用いれば、シングルセル由来のDNAなどの微量なDNA試料のメチル化解析が可能となる。
図1は、1本鎖DNAリガーゼでの処理の効果を示すグラフである。横軸は試料名、縦軸はDNA量(ng/μl)である。試料Iはバイサルファイト処理および1本鎖DNAリガーゼでの処理を行わなかった試料、試料IVはバイサルファイト処理を行ったが、1本鎖DNAリガーゼでの処理を行わなかった試料、試料Vはバイサルファイト処理および1本鎖DNAリガーゼでの処理を行った試料のPCR増幅産物量を示す。 図2は、図1で説明したPCR増幅産物の2.0%E−ゲルを用いた電気泳動の結果を示す写真である。レーンは、左からDNAサイズマーカー、ヌクレアーゼフリーの水(ブランク)、試料I、試料IV、試料Vである 図3は、ヒトiPS細胞株を試料とした場合のDNA収量結果を示すグラフである。BS(−)はバイサルファイト処理を行わなかった場合、BS(+) Res(−)はバイサルファイト処理のみ、BS(+) Res(+)はバイサルファイト処理を行った後、本発明の方法を適用した場合である。 図4は、ヒトES細胞株12シングルセルを試料とした場合のDNA収量結果を示すグラフである。BS(−)はバイサルファイト処理を行わなかった場合、BS(+) Res(−)はバイサルファイト処理のみ、BS(+) Res(+)はバイサルファイト処理を行った後、本発明の方法を適用した場合である。 図5は、ヒトES細胞株から得られたDNAを次世代シークエンスで配列を取得し、解析した結果である。左図が本発明の方法を適用しなかった場合、右図が本発明の方法を適用した場合である。 図6は、ヒトES細胞株から得られたDNAを次世代シークエンスで配列を取得し、解析した結果場合のローレンツ曲線を示す。左図が本発明の方法を適用しなかった場合、右図が本発明の方法を適用した場合である。 図7は、ヒトゲノムDNAを試料とした場合の収量結果を示すグラフである。BS(−)はバイサルファイト処理を行わなかった場合、BS(+) Res(−)はバイサルファイト処理のみ、BS(+) Res(+)はバイサルファイト処理を行った後、本発明の方法を適用した場合、BS(+) Res(ATP)はキナーゼ処理時にATPを添加した場合である。
本発明は、1の態様において、バイサルファイト処理を用いるDNAメチル化解析のための方法であって、バイサルファイト処理後のDNA試料を1本鎖DNAリガーゼで処理することにより、バイサルファイト処理後のPCR増幅可能なDNA試料の収量を増加させることを特徴とする方法に関する。
バイサルファイト処理を用いるDNAのメチル化解析は広く用いられている。バイサルファイトは、DNA中の非メチル化シトシンをウラシルに変換するが、メチル化シトシンは他の塩基に変換されない。このことを利用して、バイサルファイト処理されたDNAをPCR増幅後、シークエンス解析を行うことによって、DNAのメチル化の状態を知ることができる。しかし、バイサルファイト自体反応性に富む物質であり、処理条件も高温であるために、バイサルファイト処理を行うとDNA試料が断片化し、次工程であるPCR増幅のために十分な量のDNAが供給されないという問題がある。
本発明は、かかるDNA試料の損失を抑制するために、バイサルファイト処理後のDNA試料を1本鎖DNAリガーゼ処理に付すことによりレスキューを行い、次工程であるPCR増幅のために十分な量のDNAを供給するものである。このようなレスキューは、従来のバイサルファイト処理を用いるDNAのメチル化解析においては行われていなかった。
現在よく用いられているバイサルファイト処理を用いるDNAのメチル化解析法の例としては、RRBS法および全ゲノムバイサルファイトシークエンシング(WGBS)法などが挙げられる。本発明は、バイサルファイトを用いるいずれのDNAのメチル化解析法においても実施可能であるが、RRBS法において実施することが好ましい。以下において、RRBS法に関連して本発明を説明する。
一般に、RRBS法は以下の工程を含む(H. Guo et al. Nature Protocols, 10(5), 645-659 (2015)等を参照のこと):
制限酵素によるDNA試料の消化
エンドリペアおよびdAテイリング
アダプターライゲーション
バイサルファイト処理
PCR増幅
シークエンシング
本発明においては、バイサルファイト処理とPCR増幅との間に、1本鎖DNAリガーゼを用いて断片化したDNA試料を連結することにより、DNA試料のレスキューを行う。ここで用いられる1本鎖DNAリガーゼは、1本鎖DNAを連結する活性を有するものであればいずれの酵素であってもよく、市販もされている。本発明に使用する1本鎖DNAリガーゼの例としてはEpicentre社のCircLigaseTMssDNA Ligase、和光純薬工業株式会社のSingle Strand DNA Ligase, thermostable, recombinant, Solutionなどが挙げられるが、これらに限定されない。1本鎖DNAリガーゼの好ましい反応条件は酵素の種類により異なるが、それらは当業者に公知であるか、あるいは当業者が容易に定めうるものである。
一般に、1本鎖DNAリガーゼは、ポリヌクレオチドの3’末端の水酸基と、5’末端のリン酸基を結合する反応を触媒する。したがって、バイサルファイト処理後の断片化したDNA試料の3’末端を水酸基とし、5’末端にリン酸基を付加することが、1本鎖DNAリガーゼによる連結反応の効率化および連結されたDNAの収量増加につながる。
そのためには、1本鎖DNAリガーゼでの連結反応の前に、DNA5’−,3’−ホスファターゼまたはDNA3’−ホスファターゼでの処理、およびDNA5’−キナーゼでの処理を行うことが好ましい。
本発明に使用するDNA5’−,3’−ホスファターゼは、DNAの5’末端および3’末端のリン酸基を加水分解して水酸基を生じさせる活性を有するものであればいずれのものであってもよく、例えば、ThermoFisher SCIENTIFIC社の製品番号EF0654などが挙げられるが、これらに限定されない。DNA5’−,3’−ホスファターゼの好ましい反応条件は酵素の種類により異なるが、それらは当業者に公知であるか、あるいは当業者が容易に定めうるものである。
本発明に使用するDNA3’−ホスファターゼは、DNAの3’末端のリン酸基を加水分解して水酸基を生じさせる活性を有するものであればいずれのものであってもよい。DNA3’−ホスファターゼの好ましい反応条件は酵素の種類により異なるが、それらは当業者に公知であるか、あるいは当業者が容易に定めうるものである。また、ポリヌクレオチドキナーゼ 3’−ホスファターゼ(PNKP)を用いてもよい。PNKPは3’ホスファターゼ活性と5’−キナーゼ活性を有する酵素である。いくつかのPNKPがQIAGEN社などから市販されている。
本発明に使用する5’−キナーゼは、DNAの5’末端にリン酸基を付加する活性を有するものであればいずれのものであってもよく、例えば、Promega社のT4ポリヌクレオチドキナーゼなどが挙げられるが、これらに限定されない。DNA5’−キナーゼの好ましい反応条件は酵素の種類により異なるが、それらは当業者に公知であるか、あるいは当業者が容易に定めうるものである。また、ATPの存在下においてキナーゼ反応を行うことにより、DNA試料の収量をさらに増加させることができる。ATPの量は特に限定されず、当業者が適宜定めうるものである。ATPの量の例として、キナーゼ反応系中、終濃度として約1mM〜数mMとすることが挙げられるが、これに限定されない。
DNA5’−,3’−ホスファターゼを用いる場合には、DNA5’−キナーゼを作用させる前に、DNA5’−,3’−ホスファターゼを作用させ、バイサルファイト処理により生じた断片化DNA試料の5’末端および3’末端の両方のリン酸基を加水分解して、各末端に水酸基を生じさせる。次いで、DNA5’−キナーゼを作用させ、断片化DNA試料の5’末端にリン酸基を付加する。その後、1本鎖DNAリガーゼを作用させて、断片化したDNA試料を連結してレスキューする。
DNA5’−,3’−ホスファターゼのかわりにDNA3’ホスファターゼを用いる場合は、(i)DNA3’ホスファターゼでの処理とDNA5’−キナーゼでの処理を同時に行ってもよく、(ii)先にDNA5’−キナーゼで処理し、その後DNA3’ホスファターゼで処理してもよい。例えばNEB社のT4ポリヌクレオチドキナーゼを用いて(i)の処理を行ってもよい。ただし、(i)、(ii)のような処理を行う場合は、DNA3’−ホスファターゼは、DNAの5’末端のリン酸基を加水分解する活性が無視できる程度であるか、あるいはそのような活性を有していないことが必要である。
1本鎖DNAリガーゼによる連結反応を効率よく行って、レスキューされるDNA試料の収量を増加させるために、DNA試料を固定化担体に結合させることが好ましい。DNA試料を固定化した担体を集めることにより、DNA試料が濃縮、精製されてレスキュー効率が上昇し、より多くのDNA試料を回収できる。DNA試料の固定化は、バイサルファイト処理の前、後いずれに行ってもよいが、バイサルファイト処理の後で行うほうが好ましい。その理由として、バイサルファイト処理中の反応時に固定化担体が反応を妨げる可能性があること、およびバイサルファイト処理後の精製はカラムを使用するため、固定化担体がカラムを通過できないことが挙げられる。
DNA試料の固定化のために、担体との結合を可能にする物質または官能基をアダプターに結合または導入することができる。かかる物質または官能基を予め結合または導入したアダプターをDNA試料に連結してもよく、アダプターをDNA試料に連結した後かかる物質または官能基を結合または導入してもよい。バイサルファイト処理前に固定化を行う場合は、担体に固定化されたDNA試料をバイサルファイト処理する。バイサルファイト処理後に固定化を行う場合は、アダプターを付したDNA試料をバイサルファイト処理し、その後、担体に固定化する。
アダプターの設計は当業者に公知であり、PCR増幅に用いるプライマーの塩基配列やシークエンサーなどの条件に応じて行うことができる。メチル化解析用の市販キットの構成成分として含まれているアダプターを使用してもよい。
DNA試料を固定化するためにアダプターに結合させる物質、およびアダプターに導入する官能基は当業者に公知であり、それらの結合方法、導入方法、および担体への固定化方法も当業者に公知である。例えば、アダプターの末端にビオチンを付加し、担体にアビジンを結合させておいて、ビオチン−アビジン結合を利用して固定化を行うことができる。上例の場合、担体としてはアビジンを結合した磁性ビーズが適当である。担体との結合を可能にする物質や官能基、固定化担体ならびに固定化方法は上記のものに限定されないことはいうまでもない。
本発明は、さらなる態様において、バイサルファイトを用いるDNAメチル化解析において、バイサルファイト処理後のPCR増幅可能なDNA試料の収量を増加させる方法であって、バイサルファイト処理後のDNA試料を1本鎖DNAリガーゼで処理することを特徴とする方法を実施するためのキットに関するものである。したがって、本発明のキットは、1本鎖DNAリガーゼを含む。
本発明のキットは、さらにDNA5’−,3’−ホスファターゼまたはDNA3’−ホスファターゼ、およびDNA5’−キナーゼを含んでいてもよい。1本鎖DNAリガーゼ、DNA5’−,3’−ホスファターゼ、DNA3’−ホスファターゼ、およびDNA5’−キナーゼについては上で説明したとおりである。
以下に実施例を示して本発明をさらに詳細かつ具体的に説明するが、実施例は本発明を限定するものと解してはならない。
RRBS法によりヒトゲノムDNAのメチル化を解析するにあたり、バイサルファイト処理後に本発明のレスキュー反応を行って、回収されるDNA試料の収量の増加を調べた。
1.実験手順
試料として、Promega 製品番号 G3041-1のヒトゲノムDNA3ngを用いた。実験手順は以下の7つの工程を含んでいた:1)MspIでの消化、2)エンドリペア/dAテイリング反応、3)アダプターライゲーション、4)バイサルファイト処理、5)レスキュー反応、6)第1ラウンドPCRエンリッチメント、および7)第2ラウンドPCRエンリッチメント。
1)MspIでの消化
ヒトゲノムDNA 3ngを、9ユニットのMspI、1xTangoバッファー(Guo H et al, Nature Protocols, vol.10 (5), 645-659参照)、ヌクレアーゼフリーの水の混合物中で37℃にて3時間反応させ、次いで、80℃で20分間酵素を失活させた。
2)エンドリペア/dA−テイリング 5ユニットのクレノウフラグメントexo−(上記Guoらの文献参照)、1xTangoバッファー、40μM dATP、4μM dCTP、4μM dGTPを加え、37℃で40分反応させ、75℃で15分間酵素失活させた。
3)アダプターライゲーション
アダプターライゲーションにおいて、30WeissユニットのT4 DNAリガーゼ(上記Guoらの文献参照)、1xTangoバッファー、1mM ATP、アダプター、ヌクレアーゼフリーの水を加え、16℃で30分反応させ、引き続き4℃で一晩反応した後に、65℃で20分間酵素失活を行った。試料の正確な量を計測し、30μLになるようヌクレアーゼフリーの水で調整後、6μL(試料I)、12μL(試料II、III)、12μL(試料IV、V)に分注し、試料Iは−80℃で保存した。
アダプターとして、以下の配列の片側ビオチン化バーコード入りアダプターのセットを設計し、使用した。
5'-AAGCAGTGGTATCAACGCAGAGTGATCTTT-3' (配列番号:1)
(5’−ビオチン化、Cは5−メチル−dC)
5'-AAGATCACTCTGCGTTGATACCACTGCTT-3' (配列番号:2)
(5’−リン酸化、3’−ビオチン化、Cは5−メチル−dC)
4)バイサルファイト処理
12μLの試料(試料IV、V)をバイサルファイト処理に付した。試料にフクレアーゼ不含水を加え、25μLに調整した。CTコンバージョンバッファーを125μL加え、よく混合した。バイサルファイト処理を98℃で10分、64℃で2時間、その後4℃で行った。処理済みDNAをMethylcode bisulfite conversion kit(ThermoFisher SCIENTIFIC製品番号MECOV−50)を用い、バインディングバッファーに1μlのtRNA(10ng/μl)を加え遠心した。最後の溶出は50℃でプレヒートした25μLのエリューションバッファーを使用した。量を測り取り、2等分した(改めて試料IV、Vと命名)。
5)レスキュー反応
レスキュー反応は4つの工程5−1)、5−2)、5−3)、5−4)を含んでいた。
5−1)ビーズへの固定化
Dynabeads(登録商標) M−280 ストレプトアビジンビーズ(ThermoFisher SCIENTIFIC製品番号11205D)10μLをDNA LoBindチューブ(Eppendorf製品番号0030 108.051)に入れ、ビーズを捕捉し、2xBWTバッファー(10mM Tris−HCl(pH7.5)、1mM EDTA、2M NaCl、0.01% Tween−20)で2回洗浄後、10μLの2xBWTバッファーに懸濁した。試料V(約10μL)を加えて混合し、室温で15分インキュベートした。ビーズを捕捉した後、1xBWTバッファー(5mM Tris−HCl(pH7.5)、0.5mM EDTA、1M NaCl、0.02% Tween−20)で2回洗浄後、EBTバッファー(10mM Tris−HCl(pH8.5)、0.02% Tween−20)で1回洗浄した。
5−2)ホスファターゼ反応
1xバッファー、ヌクレアーゼフリーの水を用いてホスファターゼミクスチャーを作成した。5−1)のビーズを捕捉し、上清を取り除いた後、ホスファターゼミクスチャーに懸濁し、PCRチューブ移した。FastAP Thermosensitive Alkaline Phosphatase(ThermoFisher SCIENTIFIC製品番号EF0654)1μLを加え、37℃で10分反応させ、75℃で5分間酵素失活させた。反応後、LoBindチューブに移し、ビーズを捕捉し、EBTバッファーで2回洗浄した。
5−3)キナーゼ反応
1xバッファー、ヌクレアーゼフリーの水を用いてキナーゼミクスチャーを作成した。5−2)のビーズを捕捉し、上清を取り除いた後、キナーゼミクスチャーに懸濁し、PCRチューブへ移した。T4ポリヌクレオチドキナーゼ(TaKaRa製品番号2021A)1μLを加え、37℃で30分反応させ、70℃で5分間酵素失活させた。反応後、LoBindチューブに移し、ビーズを捕捉し、EBTバッファーで2回洗浄した。
5−4)1本鎖DNAリガーゼ反応
1xバッファー、ヌクレアーゼフリーの水を用いて1本鎖DNAリガーゼミクスチャーを作成した。5−3)のビーズを捕捉し、上清を取り除いた後、1本鎖DNAミクスチャーに懸濁し、PCRチューブへ移した。CircLigase II 1本鎖DNAリガーゼ(epicentre製品番号CL9025K)1μLを加え、60℃で2時間反応させ、80℃で10分間酵素失活させた。反応後、LoBindチューブに移し、ビーズを捕捉し、EBTバッファーで2回洗浄した。最後はMethylcode bisulfite conversion kitのエリューションバッファー10μLに懸濁した。この試料を以下の核酸増幅に付した。
6)第1ラウンドPCRエンリッチメント
レスキュー反応をしていない試料IおよびIVをDynabeads(登録商標) M−280 ストレプトアビジンビーズ10μLに固定化した。試料Iは、ヌクレアーゼフリーの水で10μLに調整してから混合した。
下記のようにPCRミクスチャーを作成した。1xPCR Pfu Cxバッファー(Guoらの上記文献参照)、1ユニットのPfu Turbo Cx hotstart DNAポリメラーゼ(Guoらの上記文献参照)、各200μM dNTPミクスチャー、300nM プライマー(5'-AAGCAGTGGTATCAACGCAGAGT-3')(配列番号:3)、ヌクレアーゼ不含の水、およびビーズ付着試料。
その後PCR反応を次のように行った。95℃で2分→95℃で20秒を22サイクル、60℃で30秒、72℃で1分→72℃で5分→4℃。PCR反応終了後、Dynabeads(登録商標) M−280 ストレプトアビジンビーズを捕捉し、上清を回収し、1:1 AMPureビーズ(Guoらの上記文献参照)でPCR産物を2回精製した。
7)第2ラウンドPCRエンリッチメント
下記のようにPCRミクスチャーを作成した。1x Phusion HF PCR master mix with HF buffer(Guoらの上記文献参照)、500nM プライマー(上記配列)、および試料。
その後PCR反応を次のように行った。98℃で2min→98℃で10秒を22サイクル、60℃で30秒、72℃で1分→72℃で5分→4℃。PCR反応終了後、1:1 AMPureビーズでPCR産物を1回精製し、25μLのヌクレアーゼフリーの水で溶出し、回収した。
収率を確認するために、回収した試料1μL、Qubit(ThermoFisher SCIENTIFIC Qubit(登録商標) 2.0 Fluorometer)1μL、Nano drop(ThermoFisher SCIENTIFIC NanoDrop 2000)15μLを2.0% E−gel(ThermoFisher SCIENTIFIC製品番号G521802)で泳動しチェックした。
2.実験結果
ヒトゲノムDNAを試料として用いた実験結果を以下に示す。
表1に試料とその処理の関係を示す。
Figure 0006976567
BS: バイサルファイト処理の有無(上記プロトコル4-1)
Purify 1: Bisulfite conversion kit付属のカラムを使用し精製の有無(上記プロトコル4-1)
rescue: 1本鎖DNAリガーゼを用いるレスキュー
Purify 2: M280ストレプトアビジンビーズを使用し精製の有無(上記プロトコル5)
PCR産物測定結果(上記プロトコル7)を表2および図1に示す。2.0% E−gelでの電気泳動の結果を図2に示す(中央のレーンが試料I、右から2つめのレーンが試料IV、一番右のレーンが試料V)。
Figure 0006976567

試料IVと試料Vの比較により、本発明のレスキュー反応によって2.3倍程度の収量増加が認められた。
メチル化解析のマルチプレックス化に対応させるため、上記プロトコル3に記載のアダプターとは異なるアダプターを設計し、同様にレスキュー反応を行ったところ、同様の収量増加が認められた。
以下の実施例は、RRBS法によりヒトゲノムDNAのメチル化を解析するにあたり、バイサルファイト処理後に本発明のレスキュー反応を行って、回収されるDNA試料の収量の増加を調べた際の実験手順および結果を示す。
1.実験手順
試料として、ヒトiPS細胞株である201B7細胞株を用いた。201B7細胞株をフィーダー細胞上で培養後細胞を回収し、抗SSEA−4抗体(BD Pharmingen)及びPI(BD Pharmingen)で染色した細胞懸濁液をFACS AriaII(BD Biosciences)を使用しシングルセルモードで抗SSEA−4抗体陽性、PI陰性の細胞を96ウェルPCRプレートに300細胞ずつソーティングした。実験手順は以下の7つの工程を含んでいた:1)MspIでの消化、2)エンドリペア/dAテイリング反応、3)アダプターライゲーション、4)バイサルファイト処理、5)レスキュー反応、6)第1ラウンドPCRエンリッチメント、および7)第2ラウンドPCRエンリッチメント。今回の追加データでは8)ゲル切り出し、精製後のサンプルをシークエンス及び精製後のサンプルをテンプレートとし、ヒト特異的遺伝子プライマーにより定量的PCRを行った。
1)MspIでの消化
ヒトゲノムDNA 3ngを、9ユニットのMspI、1xTangoバッファー(Guo H et al, Nature Protocols, vol.10 (5), 645-659参照)、ヌクレアーゼフリーの水の混合物中で37℃にて3時間反応させ、次いで、80℃で20分間酵素を失活させた。
2)エンドリペア/dA−テイリング
5ユニットのクレノウフラグメントexo(上記Guoらの文献参照)、1xTangoバッファー、40μM dATP、4μM dCTP、4μM dGTPを加え、37℃で40分反応させ、75℃で15分間酵素失活させた。
3)アダプターライゲーション
アダプターライゲーションにおいて、30WeissユニットのT4 DNAリガーゼ(上記Guoらの文献参照)、1xTangoバッファー、1mM ATP、アダプター、ヌクレアーゼフリーの水を加え、16℃で30分反応させ、引き続き4℃で一晩反応した後に、65℃で20分間酵素失活を行った。試料の正確な量を計測し、30uLになるようヌクレアーゼフリーの水で調整後、10uL(試料I(表1でcontrol、図3でBS(−)と表記))、20uL(試料II、III)に分注し、試料Iは−80℃で保存した。
アダプターとして、以下の配列の両側ビオチン化バーコード入りY字アダプターを使用した。Y字アダプターは5’末端がビオチン化されたユニバーサルアダプターと3’末端がビオチン化されたインデックスアダプターをアニーリングさせ作成した。
ユニバーサルアダプターの配列は下記の通りである。
5’-AATGATACGGCGACCACCGAGATCTACACTCTTTCCCTACACGACGCTCTTCCGATCT-3’(配列番号:4)(5‘-ビオチン化、Cは5−メチル−dC、3’末端側CT間をホスホロチオネート化)
インデックスアダプターの配列は下記の通りである
5’-GATCGGAAGAGCACACGTCTGAACTCCAGTCACATCACGATCTCGTATGCCGTCTTCTGCTTG-3’(配列番号:5)(5’−リン酸化、Cは5−メチル−dC、3’−ビオチン化)
4)バイサルファイト処理
20uLの試料(試料II、III)をバイサルファイト処理に付した。試料にヌクレアーゼ不含水を加え、25uLに調整した。CTコンバージョンバッファーを125μL加え、よく混合した。バイサルファイト処理を98℃で10分、64℃で2時間、その後4℃で行った。処理済みDNAをMethylcode bisulfite conversion kit(ThermoFisher SCIENTIFIC製品番号MECOV−50)を用い、バインディングバッファーに1μlのtRNA(10ng/μl)を加え遠心した。最後の溶出は50℃でプレヒートした25μLのエリューションバッファーを使用した。量を測り取り、2等分した(改めて試料II(表3でBS(+)/rescue(−)、図3でBS(+) Res(−))、試料III(表3でBS(+)/rescue(+)、図3でBS(+) Res(+))と命名)。
5)レスキュー反応
レスキュー反応は4つの工程5−1)、5−2)、5−3)、5−4)を含んでいた。
5−1)ビーズへの固定化
Dynabeads(登録商標) M−280 ストレプトアビジンビーズ(ThermoFisher SCIENTIFIC製品番号11205D)10μLをDNA LoBindチューブ(Eppendorf製品番号0030 108.051)に入れ、ビーズを捕捉し、2xBWTバッファー(10mM Tris−HCl(pH7.5)、1mM EDTA、2M NaCl、0.01% Tween−20)で2回洗浄後、10μLの2xBWTバッファーに懸濁した。試料V(約10μL)を加えて混合し、室温で15分インキュベートした。ビーズを捕捉した後、1xBWTバッファー(5mM Tris−HCl(pH7.5)、0.5mM EDTA、1M NaCl、0.02% Tween−20)で2回洗浄後、EBTバッファー(10mM Tris−HCl(pH8.5)、0.02% Tween−20)で1回洗浄した。
5−2)ホスファターゼ反応
1xバッファー、ヌクレアーゼフリーの水を用いてホスファターゼミクスチャーを作成した。5−1)のビーズを捕捉し、上清を取り除いた後、ホスファターゼミクスチャーに懸濁し、PCRチューブ移した。FastAP Thermosensitive Alkaline Phosphatase(ThermoFisher SCIENTIFIC製品番号EF0654)1μLを加え、37℃で10分反応させ、75℃で5分間酵素失活させた。反応後、LoBindチューブに移し、ビーズを捕捉し、EBTバッファーで2回洗浄した。
5−3)キナーゼ反応
1xバッファー、ヌクレアーゼフリーの水を用いてキナーゼミクスチャーを作成した。5−2)のビーズを捕捉し、上清を取り除いた後、キナーゼミクスチャーに懸濁し、PCRチューブへ移した。T4ポリヌクレオチドキナーゼ(TaKaRa製品番号2021A)1μLを加え、37℃で30分反応させ、70℃で5分間酵素失活させた。反応後、LoBindチューブに移し、ビーズを捕捉し、EBTバッファーで2回洗浄した。
5−4)1本鎖DNAリガーゼ反応
1xバッファー、1.3nM ユニバーサルアダプター、ヌクレアーゼフリーの水を用いて1本鎖DNAリガーゼミクスチャーを作成した。5−3)のビーズを捕捉し、上清を取り除いた後、1本鎖DNAミクスチャーに懸濁し、PCRチューブへ移した。CircLigase II 1本鎖DNAリガーゼ(epicentre製品番号CL9025K)1μLを加え、60℃で2時間反応させ、80℃で10分間酵素失活させた。反応後、LoBindチューブに移し、ビーズを捕捉し、EBTバッファーで2回洗浄した。最後はMethylcode bisulfite conversion kitのエリューションバッファー10μLに懸濁した。この試料を以下の核酸増幅に付した。
6)第1ラウンドPCRエンリッチメント
レスキュー反応をしていない試料IおよびIIをDynabeads(登録商標) M−280 ストレプトアビジンビーズ10μLに固定化した。試料Iは、ヌクレアーゼフリーの水で10μLに調整してから混合した。
下記のようにPCRミクスチャーを作成した。1xPCR Pfu Cxバッファー、1ユニットのPfu Turbo Cx hotstart DNAポリメラーゼ、各200uM dNTPミクスチャー、300nM プライマー(Guoらの文献参照)、ヌクレアーゼ不含の水、およびビーズ付着試料。
その後PCR反応を次のように行った。95℃で2分→95℃で20秒、60℃で30秒、72℃で1分のセットを22サイクル→72℃で5分→4℃。PCR反応終了後、Dynabeads(登録商標) M−280 ストレプトアビジンビーズを捕捉し、上清を回収し、1:1 AMPureビーズ(Guoらの上記文献参照)でPCR産物を2回精製した。
7)第2ラウンドPCRエンリッチメント
下記のようにPCRミクスチャーを作成した。1x Phusion HF PCR master mix with HF buffer (Guoらの文献参照)、500nM プライマー(Guoらの文献参照)、および試料。
その後PCR反応を次のように行った。98℃で2分→98℃で10秒、60℃で30秒、72℃で1分のセットを22サイクル→72℃で5分→4℃。PCR反応終了後、1:1 AMPureビーズでPCR産物を1回精製し、25uLのヌクレアーゼフリーの水で溶出し、回収した。
収率を確認するために、回収した試料1μL、Qubit(ThermoFisher SCIENTIFIC Qubit(登録商標) 2.0 Fluorometer)1μL、Nano drop(ThermoFisher SCIENTIFIC NanoDrop 2000)15μLを2.0% E−gel(ThermoFisher SCIENTIFIC製品番号G521802)で泳動しチェックした。
8)ゲル切り出し(250−700bp)、精製後のサンプルをテンプレートとし、ヒト特異的遺伝子プライマーにより定量的PCRを行った。
使用したプライマー配列は下記の通りである。
5’-TAGCAATAATCCCCATCCTCCATATAT-3’(配列番号:6)
5’-ACTTGTCCAATGATGGTAAAAGG-3’(配列番号:7)
2.実験結果
1)下記の表3、および図3はヒトiPS細胞株(201B7株)を使用し、得られた結果である。今回はヒト配列を特異的に増幅していることを確認するためヒトミトコンドリア遺伝子プライマーを用いて確認を行った(配列番号:3、配列番号:4)。
Figure 0006976567

レスキュー有りではレスキュー無しサンプルと比較し4.1倍の収量増加が見られた。
1.実験手順
試料として、ヒトES細胞株であるWA09細胞株を用いた。WA09細胞株をフィーダー細胞上で培養後細胞を回収し、抗SSEA−4抗体(BD Pharmingen)及びPI(BD Pharmingen)で染色した細胞懸濁液をFACS AriaII(BD Biosciences)を使用しシングルセルモードで抗SSEA−4抗体陽性、PI陰性の細胞を96ウェルPCRプレートに1細胞ずつソーティングした。実験手順は以下の7つの工程を含んでいた:1)MspIでの消化、2)エンドリペア/dAテイリング反応、3)アダプターライゲーション、4)バイサルファイト処理、5)レスキュー反応、6)第1ラウンドPCRエンリッチメント、および7)第2ラウンドPCRエンリッチメント。今回の追加データでは8)ゲル切り出し、精製後のサンプルをシークエンス及び精製後のサンプルをテンプレートとし、ヒト特異的遺伝子プライマーにより定量的PCRを行った。
1)MspIでの消化
ヒトゲノムDNA 3ngを、9ユニットのMspI、1xTangoバッファー(Guo H et al, Nature Protocols, vol.10 (5), 645-659参照)、ヌクレアーゼフリーの水の混合物中で37℃にて3時間反応させ、次いで、80℃で20分間酵素を失活させた。
2)エンドリペア/dA−テイリング
5ユニットのクレノウフラグメントexo(上記Guoらの文献参照)、1xTangoバッファー、40μM dATP、4μM dCTP、4μM dGTPを加え、37℃で40分反応させ、75℃で15分間酵素失活させた。
3)アダプターライゲーション
各ウェルに12種類の片側ビオチン化バーコード入りアダプターをそれぞれ付加した。アダプターライゲーションにおいて、30WeissユニットのT4 DNAリガーゼ、1xTangoバッファー、1mM ATP、12種類のアダプター、ヌクレアーゼフリーの水を加え、16℃で30分反応させ、引き続き4℃で一晩反応した後に、65℃で20分間酵素失活を行った。試料の正確な量を計測し、25μLになるようヌクレアーゼフリーの水で調整した。
アダプターとして、以下の配列の両側ビオチン化バーコード入りY字アダプターを使用した。Y字アダプターは5’末端がビオチン化されたユニバーサルアダプターと3’末端がビオチン化されたインデックスアダプターをアニーリングさせ作成した。
ユニバーサルアダプターの配列は下記の通りである。
5’-AATGATACGGCGACCACCGAGATCTACACTCTTTCCCTACACGACGCTCTTCCGATCT-3’ (配列番号:4)(5‘−ビオチン化、Cは5−メチル−dC、3’末端側CT間をホスホロチオネート化)
インデックスアダプターの配列は下記の12通りである(5’−リン酸化、Cは5−メチル−dC、3’−ビオチン化)
5’-GATCGGAAGAGCACACGTCTGAACTCCAGTCACATCACGATCTCGTATGCCGTCTTCTGCTTG-3’(配列番号:8)
5’-GATCGGAAGAGCACACGTCTGAACTCCAGTCACCGATGTATCTCGTATGCCGTCTTCTGCTTG-3’(配列番号:9)
5’-GATCGGAAGAGCACACGTCTGAACTCCAGTCACTTAGGCATCTCGTATGCCGTCTTCTGCTTG-3’(配列番号:10)
5’-GATCGGAAGAGCACACGTCTGAACTCCAGTCACTGACCAATCTCGTATGCCGTCTTCTGCTTG-3’(配列番号:11)
5’-GATCGGAAGAGCACACGTCTGAACTCCAGTCACACAGTGATCTCGTATGCCGTCTTCTGCTTG-3’(配列番号:12)
5’-GATCGGAAGAGCACACGTCTGAACTCCAGTCACGCCAATATCTCGTATGCCGTCTTCTGCTTG-3’(配列番号:13)
5’-GATCGGAAGAGCACACGTCTGAACTCCAGTCACCAGATCATCTCGTATGCCGTCTTCTGCTTG-3’(配列番号:14)
5’-GATCGGAAGAGCACACGTCTGAACTCCAGTCACACTTGAATCTCGTATGCCGTCTTCTGCTTG-3’(配列番号:15)
5’-GATCGGAAGAGCACACGTCTGAACTCCAGTCACGATCAGATCTCGTATGCCGTCTTCTGCTTG-3’(配列番号:16)
5’-GATCGGAAGAGCACACGTCTGAACTCCAGTCACTAGCTTATCTCGTATGCCGTCTTCTGCTTG-3’(配列番号:17)
5’-GATCGGAAGAGCACACGTCTGAACTCCAGTCACGGCTACATCTCGTATGCCGTCTTCTGCTTG-3’(配列番号:18)
5’-GATCGGAAGAGCACACGTCTGAACTCCAGTCACCTTGTAATCTCGTATGCCGTCTTCTGCTTG-3’(配列番号:19)
4)バイサルファイト処理
1ウェルあたり25μLの試料をバイサルファイト処理に付した。CTコンバージョンバッファーを125μL加え、よく混合した。バイサルファイト処理を98℃で10分、64℃で2時間、その後4℃で行った。処理済みDNAをMethylcode bisulfite conversion kit(ThermoFisher SCIENTIFIC製品番号MECOV−50)を用い、バインディングバッファーに1μlのtRNA(10ng/μl)を加え遠心した。最後の溶出は50℃でプレヒートした25μLのエリューションバッファーを使用した。12ウェル分を1本のチューブにまとめ量を測り取り、300uLにTE Bufferで量を合わせたのちに2等分した(改めて試料I(表4でBS(+)/rescue(−)、図4でBS(+) Res(−))、試料II(表4でBS(+)/rescue(+)、図4でBS(+) Res(+))と命名)。
5)レスキュー反応
レスキュー反応は4つの工程5−1)、5−2)、5−3)、5−4)を含んでいた。
5−1)ビーズへの固定化
Dynabeads(登録商標) M−280 ストレプトアビジンビーズ(ThermoFisher SCIENTIFIC製品番号11205D)10μLをDNA LoBindチューブ(Eppendorf製品番号0030 108.051)に入れ、ビーズを捕捉し、2xBWTバッファー(10mM Tris−HCl(pH7.5)、1mM EDTA、2M NaCl、0.01% Tween−20)で2回洗浄後、10μLの2xBWTバッファーに懸濁した。試料V(約10μL)を加えて混合し、室温で15分インキュベートした。ビーズを捕捉した後、1xBWTバッファー(5mM Tris−HCl(pH7.5)、0.5mM EDTA、1M NaCl、0.02% Tween−20)で2回洗浄後、EBTバッファー(10mM Tris−HCl(pH8.5)、0.02% Tween−20)で1回洗浄した。
5−2)ホスファターゼ反応
1xバッファー、ヌクレアーゼフリーの水を用いてホスファターゼミクスチャーを作成した。5−1)のビーズを捕捉し、上清を取り除いた後、ホスファターゼミクスチャーに懸濁し、PCRチューブ移した。FastAP Thermosensitive Alkaline Phosphatase(ThermoFisher SCIENTIFIC製品番号EF0654)1μLを加え、37℃で10分反応させ、75℃で5分間酵素失活させた。反応後、LoBindチューブに移し、ビーズを捕捉し、EBTバッファーで2回洗浄した。
5−3)キナーゼ反応
1xバッファー、ヌクレアーゼフリーの水を用いてキナーゼミクスチャーを作成した。5−2)のビーズを捕捉し、上清を取り除いた後、キナーゼミクスチャーに懸濁し、PCRチューブへ移した。T4ポリヌクレオチドキナーゼ(TaKaRa製品番号2021A)1μLを加え、37℃で30分反応させ、70℃で5分間酵素失活させた。反応後、LoBindチューブに移し、ビーズを捕捉し、EBTバッファーで2回洗浄した。
5−4)1本鎖DNAリガーゼ反応
1xバッファー、1.3nM ユニバーサルアダプター、ヌクレアーゼフリーの水を用いて1本鎖DNAリガーゼミクスチャーを作成した。5−3)のビーズを捕捉し、上清を取り除いた後、1本鎖DNAミクスチャーに懸濁し、PCRチューブへ移した。CircLigase II 1本鎖DNAリガーゼ(epicentre製品番号CL9025K)1μLを加え、60℃で2時間反応させ、80℃で10分間酵素失活させた。反応後、LoBindチューブに移し、ビーズを捕捉し、EBTバッファーで2回洗浄した。最後はMethylcode bisulfite conversion kitのエリューションバッファー10μLに懸濁した。この試料を以下の核酸増幅に付した。
6)第1ラウンドPCRエンリッチメント
レスキュー反応をしていない試料IをDynabeads(登録商標) M−280 ストレプトアビジンビーズ10μLに固定化した。試料Iは、ヌクレアーゼフリーの水で10μLに調整してから混合した。
下記のようにPCRミクスチャーを作成した。1xPCR Pfu Cxバッファー、1ユニットのPfu Turbo Cx hotstart DNAポリメラーゼ、各200uM dNTPミクスチャー、300nM プライマー(Guoらの文献参照)、ヌクレアーゼ不含の水、およびビーズ付着試料。
その後PCR反応を次のように行った。95℃で2分→95℃で20秒、60℃で30秒、72℃で1分のセットを22サイクル→72℃で5分→4℃。PCR反応終了後、Dynabeads(登録商標) M−280 ストレプトアビジンビーズを捕捉し、上清を回収し、1:1 AMPureビーズ(Guoらの上記文献参照)でPCR産物を2回精製した。
7)第2ラウンドPCRエンリッチメント
下記のようにPCRミクスチャーを作成した。1x Phusion HF PCR master mix with HF buffer (Guoらの文献参照)、500nM プライマー(Guoらの文献参照)、および試料。
その後PCR反応を次のように行った。98℃で2分→98℃で10秒、60℃で30秒、72℃で1分のセットを26サイクル→72℃で5分→4℃。PCR反応終了後、1:1 AMPureビーズでPCR産物を1回精製し、25uLのヌクレアーゼフリーの水で溶出し、回収した。
収率を確認するために、回収した試料1μL、Qubit(ThermoFisher SCIENTIFIC Qubit(登録商標) 2.0 Fluorometer)1μL、Nano drop(ThermoFisher SCIENTIFIC NanoDrop 2000)15μLを2.0% E−gel(ThermoFisher SCIENTIFIC製品番号G521802)で泳動しチェックした。
8)ゲル切り出し(250−700bp)、精製後のサンプルをテンプレートとし、ヒト特異的遺伝子プライマーにより定量的PCRを行った。
使用したプライマー配列は下記の通りである。
5’-TAGCAATAATCCCCATCCTCCATATAT-3’(配列番号:6)
5’-ACTTGTCCAATGATGGTAAAAGG-3’(配列番号:7)
2.実験結果
ヒトES細胞株12シングルセルでの収量結果を図4および表4に示す。
Figure 0006976567

レスキュー有りではレスキュー無しサンプルと比較し4.8倍の収量増加が見られた。
上記のごとく、にヒトES細胞株(WA09株)12シングルセルを使用し得られたサンプルについて、次世代シークエンサー(イルミナ社HiSeq2500)を使用し、取得した遺伝子配列を解析した。
1.実験手順
HiSeq2500には6pMのインストール濃度でランを行った。
配列を取得後、下記の流れでデータ処理を行い、図示を行った(図5)。
Bismarkソフトウェアのbismarkコマンドを用いてシークエンスデータをEnsemblデータベースからダウンロードしたヒトの参照ゲノム配列(GRCh38 release 85,Nによるマスク済み)にマッピングした後(Guoらの方法参照)、さらにbismark_methylation_extractorコマンドを用いて参照ゲノム配列上におけるCpGサイトの位置情報を取得し、図示を行った。bismarkとbismark_methylation_extractorの実行時のコマンドとオプションは下記の通りである。Bismarkソフトウェアの実行にはBowtie2ソフトウェアとSAMtoolsソフトウェアがインストールされている必要がある。
$ bismark --path_to_bowtie <Bowtie2へのパス> --samtools_path <SAMtoolsへのパス> --quiet --non_directional -o <出力ディレクトリ> --temp_dir <一時出力ディレクトリ> <参照ゲノム配列のインデックス> <入力FASTQファイル>

$ bismark_methylation_extractor -s --bedGraph --counts --buffer_size 10G --samtools_path <SAMtoolsへのパス> -o <出力ディレクトリ> <入力BAMファイル>
ローレンツ曲線の描画とジニ係数計算のためのプログラムはR言語を用いて実装した(図6)。
2.実験結果
図5において、色の濃い部分(原図では赤色)は各染色体において取得できたCpGサイトの部位を示している。
レスキューを行うことにより、取得できるCpGサイトの数が約1.6倍に増加した(レスキュー無:15,181 CpGs、レスキュー有:24,413 CpGs)。また、レスキュー有のサンプルでは各染色体間でより偏りなく情報が得られることが確認された。ジニ係数が小さい値ほどデータの偏りがないことを示す(レスキュー無:0.22、レスキュー有:0.16)。
1.実験手順
試料として、Promega製品番号 G3041−1のヒトゲノムDNA 600 pgを用いた。実験手順は以下の7つの工程を含んでいた:1)MspIでの消化、2)エンドリペア/dAテイリング反応、3)アダプターライゲーション、4)バイサルファイト処理、5)レスキュー反応、6)第1ラウンドPCRエンリッチメント、および7)第2ラウンドPCRエンリッチメント。8)ゲル切り出し、精製後のサンプルをシークエンス及び精製後のサンプルをテンプレートとし、ヒト特異的遺伝子プライマーにより定量的PCRを行った。
1)MspIでの消化
ヒトゲノムDNA 3ngを、9ユニットのMspI、1xTangoバッファー(Guo H et al, Nature Protocols, vol.10 (5), 645-659参照)、ヌクレアーゼフリーの水の混合物中で37℃にて3時間反応させ、次いで、80℃で20分間酵素を失活させた。
2)エンドリペア/dA−テイリング
5ユニットのクレノウフラグメントexo(上記Guoらの文献参照)、1xTangoバッファー、40μM dATP、4μM dCTP、4μM dGTPを加え、37℃で40分反応させ、75℃で15分間酵素失活させた。
3)アダプターライゲーション
アダプターライゲーションにおいて、30WeissユニットのT4 DNAリガーゼ(上記Guoらの文献参照)、1xTangoバッファー、1mM ATP、アダプター、ヌクレアーゼフリーの水を加え、16℃で30分反応させ、引き続き4℃で一晩反応した後に、65℃で20分間酵素失活を行った。試料の正確な量を計測し、24μLになるようヌクレアーゼフリーの水で調整後、6μL(試料I(図7でBS(−)と表記))、18μL(試料II(図7でBS(+)Res (−)と表記)、試料III (図7でBS(+)Res(+)と表記)、試料IV(図7でBS(+)Res(ATP)と表記))に分注し、試料Iは−80℃で保存した。
アダプターとして、以下の配列の両側ビオチン化バーコード入りY字アダプターを使用した。Y字アダプターは5’末端がビオチン化されたユニバーサルアダプターと3’末端がビオチン化されたインデックスアダプターをアニーリングさせ作成した。
ユニバーサルアダプターの配列は下記の通りである。
5’-AATGATACGGCGACCACCGAGATCTACACTCTTTCCCTACACGACGCTCTTCCGATCT-3’ (配列番号:4)(5‘−ビオチン化、Cは5−メチル−dC、3’末端側CT間をホスホロチオエート化)
インデックスアダプターの配列は下記の通りである(5’−リン酸化、Cは5−メチル−dC、3’−ビオチン化)
5’-GATCGGAAGAGCACACGTCTGAACTCCAGTCACATCACGATCTCGTATGCCGTCTTCTGCTTG-3’(配列番号:5)
18μLの試料(試料II、III、IV)をバイサルファイト処理に付した。試料にヌクレアーゼ不含水を加え、25μLに調整した。CTコンバージョンバッファーを125μL加え、よく混合した。バイサルファイト処理を98℃で10分、64℃で2時間、その後4℃で行った。処理済みDNAをMethylcode bisulfite conversion kit(ThermoFisher SCIENTIFIC製品番号MECOV−50)を用い、バインディングバッファーに1μlのtRNA(10ng/μl)を加え遠心した。最後の溶出は50℃でプレヒートした25μLのエリューションバッファーを使用した。量を測り取り、3等分した(改めて試料II(図7でBS(+)Res (−))、試料III(図7でBS(+)Res(+))、試料IV(図7でBS(+) Res(ATP))と命名)。
5)レスキュー反応
レスキュー反応は4つの工程5−1)、5−2)、5−3)、5−4)を含んでいた。
5−1)ビーズへの固定化
Dynabeads(登録商標) M−280 ストレプトアビジンビーズ(ThermoFisher SCIENTIFIC製品番号11205D)10μLをDNA LoBindチューブ(Eppendorf製品番号0030 108.051)に入れ、ビーズを捕捉し、2xBWTバッファー(10mM Tris−HCl(pH7.5)、1mM EDTA、2M NaCl、0.01% Tween−20)で2回洗浄後、10μLの2xBWTバッファーに懸濁した。試料V(約10μL)を加えて混合し、室温で15分インキュベートした。ビーズを捕捉した後、1xBWTバッファー(5mM Tris−HCl(pH7.5)、0.5mM EDTA、1M NaCl、0.02% Tween−20)で2回洗浄後、EBTバッファー(10mM Tris−HCl(pH8.5)、0.02% Tween−20)で1回洗浄した。
5−2)ホスファターゼ反応
1xバッファー、ヌクレアーゼフリーの水を用いてホスファターゼミクスチャーを作成した。5−1)のビーズを捕捉し、上清を取り除いた後、ホスファターゼミクスチャーに懸濁し、PCRチューブ移した。FastAP Thermosensitive Alkaline Phosphatase(ThermoFisher SCIENTIFIC製品番号EF0654)1μLを加え、37℃で10分反応させ、75℃で5分間酵素失活させた。反応後、LoBindチューブに移し、ビーズを捕捉し、EBTバッファーで2回洗浄した。
5−3)キナーゼ反応
1xバッファー、ヌクレアーゼフリーの水を用いてキナーゼミクスチャーを作成した。キナーゼミクスチャーには終濃度1mMのATPを添加した。5−2)のビーズを捕捉し、上清を取り除いた後、キナーゼミクスチャーに懸濁し、PCRチューブへ移した。T4ポリヌクレオチドキナーゼ(TaKaRa製品番号2021A)1μLを加え、37℃で30分反応させ、70℃で5分間酵素失活させた。反応後、LoBindチューブに移し、ビーズを捕捉し、EBTバッファーで2回洗浄した。
5−4)1本鎖DNAリガーゼ反応
1xバッファー、1.3nM ユニバーサルアダプター、ヌクレアーゼフリーの水を用いて1本鎖DNAリガーゼミクスチャーを作成した。5−3)のビーズを捕捉し、上清を取り除いた後、1本鎖DNAミクスチャーに懸濁し、PCRチューブへ移した。CircLigase II 1本鎖DNAリガーゼ(epicentre製品番号CL9025K)1μLを加え、60℃で2時間反応させ、80℃で10分間酵素失活させた。反応後、LoBindチューブに移し、ビーズを捕捉し、EBTバッファーで2回洗浄した。最後はMethylcode bisulfite conversion kitのエリューションバッファー10μLに懸濁した。この試料を以下の核酸増幅に付した。
6)第1ラウンドPCRエンリッチメント
レスキュー反応をしていない試料IおよびIIをDynabeads(登録商標) M−280 ストレプトアビジンビーズ10μLに固定化した。試料Iは、ヌクレアーゼフリーの水で10μLに調整してから混合した。
下記のようにPCRミクスチャーを作成した。1xPCR Pfu Cxバッファー、1ユニットのPfu Turbo Cx hotstart DNAポリメラーゼ、各200uM dNTPミクスチャー、300nM プライマー(Guoらの文献参照)、ヌクレアーゼ不含の水、およびビーズ付着試料。
その後PCR反応を次のように行った。95℃で2分→95℃で20秒、60℃で30秒、72℃で1分のセットを22サイクル→72℃で5分→4℃。PCR反応終了後、Dynabeads(登録商標) M−280 ストレプトアビジンビーズを捕捉し、上清を回収し、1:1 AMPureビーズ(Guoらの上記文献参照)でPCR産物を2回精製した。
7)第2ラウンドPCRエンリッチメント
下記のようにPCRミクスチャーを作成した。1x Phusion HF PCR master mix with HF buffer (Guoらの文献参照)、500nM プライマー(Guoらの文献参照)、および試料。
その後PCR反応を次のように行った。98℃で2分→98℃で10秒、60℃で30秒、72℃で1分のセットを22サイクル→72℃で5分→4℃。PCR反応終了後、1:1 AMPureビーズでPCR産物を1回精製し、25uLのヌクレアーゼフリーの水で溶出し、回収した。
収率を確認するために、回収した試料1μL、Qubit(ThermoFisher SCIENTIFIC Qubit(登録商標) 2.0 Fluorometer)1μL、Nano drop(ThermoFisher SCIENTIFIC NanoDrop 2000)15μLを2.0% E−gel(ThermoFisher SCIENTIFIC製品番号G521802)で泳動しチェックした。
8)ゲル切り出し(250−700bp)、精製後のサンプルをテンプレートとし、ヒト特異的遺伝子プライマー(Alu3プライマー配列)により定量的PCRを行った。
使用したプライマー配列は下記の通りである。
5’-TGGAAGACCAGTAGGATGATTG-3’ (配列番号:20)
5’-GTCTTACCATGTATCTCTGTGC-3’ (配列番号:21)
2.実験結果
図7からわかるように、ATP存在下でキナーゼ反応を行うことにより、DNA収量がさらに約2.5倍に増加した。
本発明のレスキュー方法を用いることにより、バイサルファイト処理後のPCR増幅可能なDNA試料の収量を増加させることができる。したがって、シングルセル由来の試料など微量試料のDNAメチル化解析が確実かつ容易となる。
本発明によれば、シングルセル由来のDNAなどの微量なDNA試料のメチル化解析が可能となる。したがって、本発明は医学、薬学、生物学、遺伝学、農学等の分野において利用価値が高い。
配列番号:1は、実施例で用いたアダプターの塩基配列である。5’末端はビオチン化され、シトシンは5−メチル−dCである。
配列番号:2は、実施例で用いたアダプターの塩基配列である。3’末端はビオチン化され、シトシンは5−メチル−dCである。
配列番号:3は、実施例で用いたPCR増幅用プライマーの塩基配列である。
配列番号:4は、実施例で用いたユニバーサルアダプターの塩基配列である。5’末端はビオチン化され、シトシンは5−メチル−dCであり、3’末端側CT間はホスホロチオエート化されている。
配列番号:5は、実施例で用いたインデックスアダプターの塩基配列である。5’末端はリン酸化され、シトシンは5−メチル−dCであり、3’末端はビオチン化されている。
配列番号:6は、実施例で用いた定量的PCR用プライマーの塩基配列である。
配列番号:7は、実施例で用いた定量的PCR用プライマーの塩基配列である。
配列番号:8は、実施例で用いたインデックスアダプターの塩基配列である。5’末端はリン酸化され、シトシンは5−メチル−dCであり、3’末端はビオチン化されている。
配列番号:9は、実施例で用いたインデックスアダプターの塩基配列である。5’末端はリン酸化され、シトシンは5−メチル−dCであり、3’末端はビオチン化されている。
配列番号:10は、実施例で用いたインデックスアダプターの塩基配列である。5’末端はリン酸化され、シトシンは5−メチル−dCであり、3’末端はビオチン化されている。
配列番号:11は、実施例で用いたインデックスアダプターの塩基配列である。5’末端はリン酸化され、シトシンは5−メチル−dCであり、3’末端はビオチン化されている。
配列番号:12は、実施例で用いたインデックスアダプターの塩基配列である。5’末端はリン酸化され、シトシンは5−メチル−dCであり、3’末端はビオチン化されている。
配列番号:13は、実施例で用いたインデックスアダプターの塩基配列である。5’末端はリン酸化され、シトシンは5−メチル−dCであり、3’末端はビオチン化されている。
配列番号:14は、実施例で用いたインデックスアダプターの塩基配列である。5’末端はリン酸化され、シトシンは5−メチル−dCであり、3’末端はビオチン化されている。
配列番号:15は、実施例で用いたインデックスアダプターの塩基配列である。5’末端はリン酸化され、シトシンは5−メチル−dCであり、3’末端はビオチン化されている。
配列番号:16は、実施例で用いたインデックスアダプターの塩基配列である。5’末端はリン酸化され、シトシンは5−メチル−dCであり、3’末端はビオチン化されている。
配列番号:17は、実施例で用いたインデックスアダプターの塩基配列である。5’末端はリン酸化され、シトシンは5−メチル−dCであり、3’末端はビオチン化されている。
配列番号:18は、実施例で用いたインデックスアダプターの塩基配列である。5’末端はリン酸化され、シトシンは5−メチル−dCであり、3’末端はビオチン化されている。
配列番号:19は、実施例で用いたインデックスアダプターの塩基配列である。5’末端はリン酸化され、シトシンは5−メチル−dCであり、3’末端はビオチン化されている。
配列番号:20は、実施例で用いた定量的PCR用プライマーの塩基配列である。
配列番号:21は、実施例で用いた定量的PCR用プライマーの塩基配列である。

Claims (5)

  1. バイサルファイト処理を用いるDNAメチル化解析のための方法であって、バイサルファイト処理後のDNA試料を1本鎖DNAリガーゼで処理することにより、バイサルファイト処理後のPCR増幅可能なDNA試料の収量を増加させることを特徴とする方法であって、
    該1本鎖DNAリガーゼがCircLigaseTM ssDNA LigaseまたはCircLigaseTM II ssDNA Ligaseであり、
    該1本鎖DNAリガーゼでの処理の前に、バイサルファイト処理後のDNA試料を下記工程:
    (a)DNA5’−,3’−ホスファターゼまたはDNA3’−ホスファターゼでの処理、および
    (b)DNA5’−キナーゼでの処理
    に付すことを含む、
    方法。
  2. バイサルファイト処理を用いるDNAメチル化解析がRRBS(Reduced Representation Bisulfite Sequencing)法によるものである請求項1記載の方法。
  3. バイサルファイト処理後のDNA試料が担体に固定化されている、請求項1または2記載の方法。
  4. 工程(b)がATPの存在下において行われる、請求項1〜3のいずれか1項記載の方法。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項記載の方法を実施するためのキットであって、1本鎖DNAリガーゼを含み、さらにDNA5’−,3’−ホスファターゼまたはDNA3’−ホスファターゼ、およびDNA5’−キナーゼを含むキットであって、該1本鎖DNAリガーゼがCircLigaseTM ssDNA LigaseまたはCircLigaseTM II ssDNA Ligaseである、キット。
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