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
(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。
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
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。
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。
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。
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)
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
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。
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。
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。
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。
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。
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)
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
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。
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。
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。
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。
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)
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
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_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>
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)。
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。
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。
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。
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。
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)
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
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。
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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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