JP7014256B2 - Nucleic acid amplification reagent - Google Patents

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    • C12Q1/48Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving transferase

Description

本発明は、反応特異性及び増幅効率に優れたPCR(polymerase chain reaction)に用いられる核酸増幅試薬に関する。 The present invention relates to a nucleic acid amplification reagent used for PCR (polymerase chain reaction) having excellent reaction specificity and amplification efficiency.

PCR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 is (1) DNA denaturation by heat treatment (dissociation from double-stranded DNA to single-stranded DNA), (2) annealing of a primer to a template single-stranded DNA, and (3) the primer using a DNA polymerase. This is a method of amplifying the target nucleic acid in the sample by repeating the three steps of extension of the DNA as one cycle. The target nucleic acid can be amplified hundreds of thousands of times even from a small amount of sample such as several copies, and it is widely used not only in the research field but also in the forensic field such as genetic diagnosis and clinical diagnosis, or in the microbiological examination in food and environment. It is becoming used.

PCRにおいては、反応特異性と増幅効率が重要になってくる。ここで、反応特異性とは、目的のターゲットDNAのみを特異的に増幅する性能であり、反応特異性が低いと、非特異的な増幅やプライマーダイマーが生じ、目的産物の増幅量が減少することにつながる。また増幅効率とは、ターゲットDNAを増幅する効率を示し、増幅効率が100%の理想的なPCRは1サイクルでターゲットDNAが2倍に増幅する。増幅効率が低いと、1サイクルでのターゲットDNAの増幅量が少なくなり、得られる産物量が少なくなることや増幅ターゲットDNAの検出ができなくなることにつながる。 In PCR, reaction specificity and amplification efficiency are important. Here, the reaction specificity is the ability to specifically amplify only the target DNA of interest, and if the reaction specificity is low, non-specific amplification or primer dimer occurs, and the amplification amount of the target product decreases. It leads to. Further, the amplification efficiency indicates the efficiency of amplifying the target DNA, and in an ideal PCR with an amplification efficiency of 100%, the target DNA is amplified twice in one cycle. If the amplification efficiency is low, the amount of amplification of the target DNA in one cycle is small, which leads to a small amount of product obtained and the inability to detect the amplified target DNA.

反応特異性、増幅効率を高めるために様々なPCR組成の検討が行われている。例えば、KClやNHCl、(NHSO、水酸化テトラメチルアンモニウムなど、塩はプライマーのアニーリング力を調節する働きがあり、これらの濃度の至適が反応特異性及び増幅効率を高めるために重要になってくる。また、ベタイン、グリセロール、グリコール類、糖などの添加剤は、プライマーのミスアニーリングを防ぎ、またタンパク質の安定化にも関わるとされており、添加によって反応特異性・増幅効率を高めることが可能になる。 Various PCR compositions have been studied in order to enhance reaction specificity and amplification efficiency. For example, salts such as KCl, NH 4 Cl, (NH 4 ) 2 SO 4 , and tetramethylammonium hydroxide have a function of regulating the annealing force of the primer, and the optimum concentration of these has a function of adjusting the reaction specificity and amplification efficiency. It becomes important to enhance it. In addition, additives such as betaine, glycerol, glycols, and sugars are said to prevent primer misannealing and also to stabilize proteins, making it possible to increase reaction specificity and amplification efficiency by adding them. Become.

PCRの添加剤としては、複製因子としてDNAポリメラーゼと共同して働くタンパク質因子の添加も検討されている。一本鎖結合タンパク(SSB)は一本鎖に特異的に結合し、核酸の二重螺旋構造を不安定化するため、プライマーのミスアニーリングを防ぐことが示されている。またDNAクランプとして働くPCNAは添加することでポリメラーゼの合成核酸からの解離を防ぎ、増幅効率を高めることが示されている(特許文献1)。 As an additive for PCR, the addition of a protein factor that works in collaboration with DNA polymerase as a replication factor is also being investigated. Single-stranded binding proteins (SSBs) have been shown to specifically bind to single strands and destabilize the double helix structure of nucleic acids, thus preventing primer misannealing. It has also been shown that the addition of PCNA, which acts as a DNA clamp, prevents dissociation of the polymerase from synthetic nucleic acids and enhances amplification efficiency (Patent Document 1).

PCRを実施するDNAポリメラーゼについても、反応特異性、増幅効率を高めるためには非常に重要となる。汎用的に用いられるTaq DNAポリメラーゼやTth DNAポリメラーゼではPCR効率や反応特異性を向上させるため様々な変異の検討がなされている。また核酸との結合力を強めるため、SSBを融合させたDNAポリメラーゼも存在する。最近では、ファミリーAに属するDNAポリメラーゼ(汎用的なTaq DNAポリメラーゼ、Tth DNAポリメラーゼなどが該当する。)に比べ、ファミリーBに属するDNAポリメラーゼの方が、増幅効率が高いといったことも示されている。 DNA polymerase that carries out PCR is also very important for improving reaction specificity and amplification efficiency. In the commonly used Taq DNA polymerase and Tth DNA polymerase, various mutations have been investigated in order to improve PCR efficiency and reaction specificity. There is also a DNA polymerase fused with SSB in order to strengthen the binding force with nucleic acid. Recently, it has also been shown that DNA polymerases belonging to Family B have higher amplification efficiency than DNA polymerases belonging to Family A (general-purpose Taq DNA polymerases, Tth DNA polymerases, etc.). ..

また、特許文献2においては、ファミリーBに属するDNAポリメラーゼを用いた核酸増幅においてベタインを含有せしめる組成が示されており、PCRパフォーマンスを高めるために、様々な添加剤を用いることが示唆されている。しかしながら、特許文献2に記載されている発明においても、その汎用性の観点などから、十分な要求特性を満たしているとは言い難いところがある。 Further, Patent Document 2 shows a composition containing betaine in nucleic acid amplification using a DNA polymerase belonging to Family B, and suggests that various additives are used in order to enhance PCR performance. .. However, even the invention described in Patent Document 2 cannot be said to satisfy sufficient required characteristics from the viewpoint of its versatility.

このように様々な検討が行われているにも関わらず、PCRで十分に増幅しないことが散見される。特に長鎖ターゲットやGC率の高い領域を持つターゲットのDNA増幅では増幅が起こりにくく、また不純物質が含まれる条件でも反応が阻害され、DNA増幅が起こらないことがあった。このような難しい条件でも効率よく増幅することができる、成功率の高い(反応特異性及び増幅効率が高いことをいう。以下同じ。)PCR組成が求められている。 In spite of such various studies, it is sometimes found that PCR does not sufficiently amplify. In particular, DNA amplification of a long-chain target or a target having a region with a high GC ratio is unlikely to cause amplification, and the reaction is inhibited even under conditions containing impurities, and DNA amplification may not occur. There is a demand for a PCR composition having a high success rate (which means high reaction specificity and amplification efficiency; the same applies hereinafter) that can be efficiently amplified even under such difficult conditions.

国際公開第2007/004654号パンフレットInternational Publication No. 2007/004654 Pamphlet 特開2010-213689号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-213689

Carol J.Bultら、Science 第273巻、1996年、第1058-1073頁Carol J. Butt et al., Science, Vol. 273, 1996, pp. 1058-1073.

DNA複製において、成功率が高い反応組成を提供することを目的とする。さらに本発明の他の目的は、上記の目的に適した核酸増幅試薬を提供することにある。要約すれば、本発明の目的は、塩基類似体存在下の遺伝子の増幅に適したPCR反応試薬を提供することにある。 It is an object of the present invention to provide a reaction composition having a high success rate in DNA replication. Still another object of the present invention is to provide a nucleic acid amplification reagent suitable for the above-mentioned purpose. In summary, an object of the present invention is to provide a PCR reaction reagent suitable for the amplification of genes in the presence of base analogs.

上記目的を達成するための本発明の核酸増幅試薬は、ファミリーBに属するDNAポリメラーゼと、PCNAと、ベタインを用いることを特徴とする。 The nucleic acid amplification reagent of the present invention for achieving the above object is characterized by using a DNA polymerase belonging to Family B, PCNA, and betaine.

すなわち、本発明者らは、上記事情に鑑み鋭意検討した結果、ファミリーBに属するDNAポリメラーゼと、PCNAとを用いる反応系にさらにベタインを添加することで、長鎖ターゲットDNAやGC率の高い領域を持つターゲットDNAの増幅、また阻害物質を含む反応系でも効率的なPCRが可能になることを見出し、本発明を完成するに至った。代表的な本発明は以下の通りである。 That is, as a result of diligent studies in view of the above circumstances, the present inventors have added betaine to a reaction system using DNA polymerase belonging to Family B and PCNA to obtain a long-chain target DNA or a region having a high GC rate. We have found that efficient PCR can be performed even in a reaction system containing an inhibitor and amplification of a target DNA having an inhibitory substance, and have completed the present invention. Typical inventions are as follows.

[項1]
ファミリーBに属するDNAポリメラーゼ、Proliferating Cell Nuclear Antigen(PCNA)、及びベタインを含む核酸増幅試薬であって、該PCNAが以下の(1)又は(2)に示されるいずれかからなるものであることを特徴とする核酸増幅試薬。
(1)配列番号13に記載のアミノ酸配列において、1乃至数個のアミノ酸残基が置換、欠失、挿入又は付加されているアミノ酸配列からなり、かつ、DNAポリメラーゼ増幅増強活性を有するポリペプチド
(2)配列番号13に記載のアミノ酸配列との相同性が80%以上であるアミノ酸配列からなり、かつ、DNAポリメラーゼ増幅増強活性を有するポリペプチド
[項2]
ファミリーBに属するDNAポリメラーゼ、PCNA及びベタインを含む核酸増幅試薬であって、該PCNAが以下の(1)又は(2)に示されるいずれかからなるものであることを特徴とする核酸増幅試薬。
(1)配列番号14に記載のアミノ酸配列において、1乃至数個のアミノ酸残基が置換、欠失、挿入又は付加されているアミノ酸配列からなり、かつ、DNAポリメラーゼ増幅増強活性を有するポリペプチド
(2)配列番号14に記載のアミノ酸配列との相同性が80%以上であるアミノ酸配列からなり、かつ、DNAポリメラーゼ増幅増強活性を有するポリペプチド
[項3]
ファミリーBに属するDNAポリメラーゼ、PCNA及びベタインを含む核酸増幅試薬であって、該PCNAが以下の(1)又は(2)に示されるいずれかからなるものであることを特徴とする核酸増幅試薬。
(1)配列番号19に記載のアミノ酸配列において、1乃至数個のアミノ酸残基が置換、欠失、挿入又は付加されているアミノ酸配列からなり、かつ、DNAポリメラーゼ増幅増強活性を有するポリペプチド
(2)配列番号19に記載のアミノ酸配列との相同性が80%以上であるアミノ酸配列からなり、かつ、DNAポリメラーゼ増幅増強活性を有するポリペプチド
[項4]
ファミリーBに属するDNAポリメラーゼが、古細菌(Archea)由来のDNAポリメラーゼである項1から3のいずれかに記載の核酸増幅試薬。
[項5]
ファミリーBに属するDNAポリメラーゼ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項1から4のいずれかに記載の核酸増幅試薬。
[項6]
ファミリーBに属するDNAポリメラーゼが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ものである項1から5のいずれかに記載の核酸増幅試薬。
[項7]
PCNAが増幅増強活性を有する変異型PCNAである項1から6のいずれかに記載の核酸増幅試薬。
[Item 1]
A nucleic acid amplification reagent containing DNA polymerase, Proliferating Cell Nuclear Antigen (PCNA), and betaine belonging to Family B, wherein the PCNA comprises either of the following (1) or (2). A characteristic nucleic acid amplification reagent.
(1) In the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 13, a polypeptide consisting of an amino acid sequence in which one to several amino acid residues are substituted, deleted, inserted or added, and has DNA polymerase amplification enhancing activity (1). 2) A polypeptide consisting of an amino acid sequence having 80% or more homology with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 13 and having a DNA polymerase amplification enhancing activity [Item 2].
A nucleic acid amplification reagent containing a DNA polymerase, PCNA and betaine belonging to Family B, wherein the PCNA comprises any of the following (1) or (2).
(1) In the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 14, a polypeptide consisting of an amino acid sequence in which one to several amino acid residues are substituted, deleted, inserted or added, and has DNA polymerase amplification enhancing activity (1). 2) A polypeptide consisting of an amino acid sequence having 80% or more homology with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 14 and having a DNA polymerase amplification enhancing activity [Item 3].
A nucleic acid amplification reagent containing a DNA polymerase, PCNA and betaine belonging to Family B, wherein the PCNA comprises any of the following (1) or (2).
(1) In the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 19, a polypeptide consisting of an amino acid sequence in which one to several amino acid residues are substituted, deleted, inserted or added, and has DNA polymerase amplification enhancing activity (1). 2) A polypeptide consisting of an amino acid sequence having 80% or more homology with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 19 and having a DNA polymerase amplification enhancing activity [Item 4].
Item 6. The nucleic acid amplification reagent according to any one of Items 1 to 3, wherein the DNA polymerase belonging to Family B is a DNA polymerase derived from archaea.
[Item 5]
Item 6. The nucleic acid amplification reagent according to any one of Items 1 to 4, which is an archaeal DNA polymerase variant having a base analog detection activity in which DNA polymerase belonging to Family B is reduced.
[Item 6]
Item 6. The nucleic acid amplification reagent according to any one of Items 1 to 5, wherein the DNA polymerase belonging to Family B has a modification of at least one amino acid in any of the amino acids constituting the 3'-5'exonuclease active region.
[Item 7]
Item 6. The nucleic acid amplification reagent according to any one of Items 1 to 6, wherein the PCNA is a mutant PCNA having an amplification enhancing activity.

本発明により、DNA増幅において反応特異性及び増幅効率の優れたPCR組成が提供される。研究分野だけでなく、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。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention provides a PCR composition having excellent reaction specificity and amplification efficiency in DNA amplification. It can be widely used not only in research fields but also in clinical fields such as genetic diagnosis, forensic fields, and microbiological tests in foods and the environment.

長鎖ターゲットDNAの増幅Amplification of long-chain target DNA GC率の高い領域をもつターゲットDNAの増幅Amplification of target DNA with regions with high GC content 植物ライセートからのDNA増幅DNA amplification from plant lysate PCNAの多量体形成に関するアミノ酸領域を示す図The figure which shows the amino acid region about the multimer formation of PCNA.

以下、本発明の実施形態を示しつつ、さらに詳説する。
本明細書においては、塩基配列、アミノ酸配列及びその個々の構成因子については、アルファベット一文字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。例えば「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。三重変異体以上の多重変異体については、さらに「/」の記号の後に「P36H」などの変異箇所についての情報を追記する。また、本明細書において「変異型PCNA」などという場合の「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, for the base sequence, amino acid sequence and individual constituents thereof, simplified symbols in the one-letter alphabet may be used, but all of them follow the practices in the fields of molecular biology and genetic engineering. Further, in the present specification, for the sake of concisely indicating the variation in the amino acid sequence, for example, a notation such as "D143A" is used. "D143A" indicates that the 143rd aspartic acid was replaced with alanine, that is, the type of amino acid residue before the substitution, its location, and the type of the amino acid residue after the substitution. Further, the sequence number corresponds to the sequence number described in the sequence listing unless otherwise specified. In the case of multiple mutants, the above notation is connected by "/". For example, "D143A / D147A" indicates that the 143rd aspartic acid was replaced with alanine and the 147th aspartic acid was replaced with alanine. For multiple mutants of triple mutant or higher, information on the mutant site such as "P36H" is added after the "/" symbol. Further, in the present specification, the term "mutant" in the case of "mutant PCNA" or the like means that it has an amino acid sequence different from that of a conventionally known PCNA, and is due to an artificial mutation or a mutation in the natural world. It does not distinguish whether it is due to.

(1)核酸増幅試薬
本発明の実施形態の一つは、核酸を増幅させるための試薬であって、
(a)ファミリーBに属するDNAポリメラーゼ、及び
(b)PCNA
(c)ベタイン
の存在下で、DNAの合成反応を行うことを特徴とする核酸増幅試薬である。
(1) Nucleic Acid Amplification Reagent One of the embodiments of the present invention is a reagent for amplifying nucleic acid.
(A) DNA polymerase belonging to family B, and (b) PCNA
(C) A nucleic acid amplification reagent characterized by carrying out a DNA synthesis reaction in the presence of betaine.

(1.1)
本発明における核酸増幅試薬は、DNAポリメラーゼで増幅可能であれば特に限定されない。典型的な核酸増幅方法としてははPCRであるが、本発明の核酸増幅試薬は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及びサイクルシーケンス法等を含む。
(1.1)
The nucleic acid amplification reagent in the present invention is not particularly limited as long as it can be amplified by DNA polymerase. PCR is a typical nucleic acid amplification method, but the nucleic acid amplification reagent of the present invention is not limited to PCR, but uses DNA as a template and reacts with one kind of primer, dNTP (deoxyribonucleotide triphosphate). It is also used as a method for synthesizing a DNA primer extension product by extending the DNA primer. Specifically, it includes a primer extension method, a sequence method, a conventional method without a temperature cycle, a cycle sequence method, and the like.

本発明の核酸増幅試薬に適用される核酸は、DNAポリメラーゼで増幅可能なものであればその長さや配列、GC含量の違いなどに制約を受けず、特に限定されない。前記核酸は、典型的には、アデニン(A)、シトシン(C)、グアニン(G)、チミン(T)で構成されるDNAであるが、本発明の核酸増幅試薬においてはDNAポリメラーゼとして「減少した塩基類似体(本明細書においては、アデニンやシトシン、グアニン、チミン以外の塩基を塩基類似体と称する。)検出活性」を有する変異体を用いてもよいので、アデニンやシトシン、グアニン、チミン以外の塩基、例えばウラシルやイノシンなどを含むものであってもよい。以下、本明細書においては、特に断りのない限り、DNAを構成する塩基には、上記のA、C、G、T及び塩基類似体のいずれを含んでも良いものとする。 The nucleic acid applied to the nucleic acid amplification reagent of the present invention is not particularly limited as long as it can be amplified by DNA polymerase without being limited by differences in length, sequence, GC content and the like. The nucleic acid is typically a DNA composed of adenine (A), cytosine (C), guanine (G), and thymine (T), but in the nucleic acid amplification reagent of the present invention, it is "decreased" as a DNA polymerase. (In the present specification, bases other than adenine, cytosine, guanine, and thymine are referred to as base analogs). Since a variant having "detection activity" may be used, adenine, cytosine, guanine, and thymine may be used. It may contain a base other than, for example, uracil, inosin, or the like. Hereinafter, in the present specification, unless otherwise specified, the bases constituting the DNA may contain any of the above-mentioned A, C, G, T and base analogs.

本発明の核酸増幅試薬において、PCRの場合の代表的な組成を以下に示すが、これに限定されるものではない。例えば、増幅対象DNAに、
(a)ファミリーBに属するDNAポリメラーゼ
(b)PCNA
(c)ベタイン
のほか、
(d)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
(e)DNA合成基質(デオキシヌクレオチド三リン酸(dNTP))、及び、
(f)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緩衝液溶液を、混合し、
サーマルサイクラー等を用いて反応液の温度を以下の(I)から(IV)で示されるサイクルで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。
(I)反応液を94℃程度に加熱し、30秒から1分間温度を保ち、2本鎖DNAを1本鎖に分かれさせる。
(II)60℃程度(プライマーによって若干異なる)にまで急速冷却し、その1本鎖DNAとプライマーをアニーリングさせる。
(III)プライマーの分離がおきずDNAポリメラーゼの活性に至適な温度帯まで、再び加熱する。実験目的により、その温度は60-72℃程度に設定される。DNAが合成されるのに必要な時間、増幅する長さによるが通常1分から2分、この温度を保つ。
(IV)ここまでが1つのサイクルで、以後、(I)から(III)までの手順を繰り返していく事で特定のDNA断片を増幅させる。
In the nucleic acid amplification reagent of the present invention, typical compositions in the case of PCR are shown below, but the composition is not limited thereto. For example, in the DNA to be amplified,
(A) DNA polymerase belonging to family B (b) PCNA
(C) In addition to betaine
(D) A pair of primers in which one primer is complementary to the DNA extension product of the other primer (e) a DNA synthesis substrate (deoxynucleotide triphosphate (dNTP)), and
(F) A buffer solution containing magnesium ion, ammonium ion and / or potassium ion is mixed and mixed.
By raising and lowering the temperature of the reaction solution in the cycle shown by the following (I) to (IV) using a thermal cycler or the like, (1) DNA denaturation, (2) primer annealing, and (3) primer extension The thermal cycle is repeated to amplify specific DNA fragments.
(I) The reaction solution is heated to about 94 ° C., and the temperature is maintained for 30 seconds to 1 minute to separate the double-stranded DNA into single strands.
(II) Rapidly cool to about 60 ° C. (slightly different depending on the primer), and anneal the single-stranded DNA and the primer.
(III) The primer is not separated and the DNA polymerase is heated again to the optimum temperature range for its activity. For experimental purposes, the temperature is set to about 60-72 ° C. This temperature is usually maintained for 1 to 2 minutes, depending on the time required for DNA to be synthesized and the length of amplification.
(IV) Up to this point is one cycle, and thereafter, by repeating the steps (I) to (III), a specific DNA fragment is amplified.

上記PCRにおいては、必要に応じて、さらに、BSA、非イオン界面活性剤を用いてもよい。また、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、非特異的な増幅の軽減のために特に有効である。 In the above PCR, BSA and a nonionic surfactant may be further used, if necessary. Further, 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.

(1.2)
[ファミリーBに属するDNAポリメラーゼ]
本発明の核酸増幅試薬に用いる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。本発明においてファミリーBに属するDNAポリメラーゼとは、3’-5’エキソヌクレアーゼ活性を有し、5’-3’エキソヌクレアーゼ活性を有さないDNAポリメラーゼをいう。好ましくは古細菌(アーキア、Archea)由来の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。
(1.2)
[DNA polymerase belonging to Family B]
The DNA polymerase used in the nucleic acid amplification reagent of the present invention is a DNA polymerase belonging to Family B. In the present invention, the DNA polymerase belonging to Family B refers to a DNA polymerase having 3'-5'exonuclease activity and not 5'-3'exonuclease activity. It is preferably a DNA polymerase derived from archaea (Archea). The DNA polymerase belonging to the family B is preferably a DNA polymerase derived from archaea.

[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)属及びサーモコッカス(Thermococcus)属の細菌から単離されるDNAポリメラーゼ等が挙げられる。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、これらに特に限定されない。これらのDNAポリメラーゼは市販されており、Pfu(Staragene)、KOD(東洋紡)、Pfx(Life Technologies)、Vent(New England Biolabs)、Deep Vent(New England Biolabs)、Tgo(Roche)、Pwo(Roche)などがある。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。
[DNA polymerase derived from archaea]
Examples of the archaeal-derived DNA polymerase belonging to Family B include DNA polymerases isolated from bacteria of the genus Pyrococcus and Thermococcus. Examples of the DNA polymerase derived from the genus Pyrococcus include Pyrococcus furiosus and Pyrococcus sp. DNA polymerases isolated from GB-D, Pyrococcus Wosei, Pyrococcus abyssi, Pyrococcus horikoshii, but not limited to these. Examples of the DNA polymerase derived from the genus Thermococcus include Thermococcus kodakaraensis, Thermococcus gogonarius, Thermococcus litoralis, and Thermococcus sp. JDF-3, Thermococcus sp. 9degres North-7 (Thermococcus sp. 9 ° N-7), Thermococcus sp. Includes, but is not limited to, DNA polymerases isolated from KS-1, Thermococcus celer, or Thermococcus siculi. These DNA polymerases are commercially available, Pfu (Starage), KOD (Toyobo), Pfx (Life Technologies), Vent (New England Biolabs), Deep Vent (New England Biolabs), Deep Vent (New England Biolabs), DeepVent (New England Biolabs) and so on. Among them, KOD DNA polymerase having excellent extensibility and thermal stability is preferable from the viewpoint of PCR efficiency.

また、前記DNAポリメラーゼに、後述の3’-5’エキソヌクレアーゼ領域の改変、及び/又は減少した塩基類似体検出活性を有するような改変を施した変異体を用いても良い。 Further, the DNA polymerase may be a mutant in which the 3'-5'exonuclease region described later is modified and / or modified so as to have a reduced base analog detection activity.

(1.3)
[DNAポリメラーゼの改変(I)3’-5’エキソヌクレアーゼ領域の改変]
本発明の核酸増幅試薬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のアミノ酸配列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。
(1.3)
[Modification of DNA polymerase (I) Modification of 3'-5'exonuclease region]
The modified DNA polymerase used in the nucleic acid amplification reagent of the present invention may further contain a modification of at least one amino acid in any of the amino acid sequences of the 3'-5'exonuclease active region.

3’-5’エキソヌクレアーゼ活性とは、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、及び308~318番目のアミノ酸である。本発明においては、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、及び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。 The 3'-5'exonuclease activity refers to the ability to remove the incorporated nucleotide from the 3'end of the DNA polymer, and the 3'-5'exonuclease region described above is a DNA polymerase belonging to Family B. It is a highly conserved site and is derived from the DNA polymerase derived from Thermococcus kodakaraensis (SEQ ID NO: 1), the DNA polymerase derived from Pyrococcus friosus (SEQ ID NO: 2), and Thermococcus gorgonarius. DNA polymerase (SEQ ID NO: 3), DNA polymerase derived from Thermococcus litralis (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), DNA polymerase derived from Thermococcus SP 9 ° N-7 (SEQ ID NO: 7), DNA polymerase derived from Thermococcus SP KS-1 (SEQ ID NO: 8), Thermococcus. In the DNA polymerase derived from cellar (SEQ ID NO: 9) or the DNA polymerase derived from Thermococcus shikuri (SEQ ID NO: 10), it is the amino acids 137 to 147, 206 to 222, and 308 to 318. In the present invention, it is also applied to a DNA polymerase other than the DNA polymerase specifically presented with a sequence. Further, in the archaeal-derived DNA polymerases belonging to Family B other than the DNA polymerases shown in SEQ ID NOs: 1 to 10, the 3'-consisting of the amino acids 137 to 147, 206 to 222, and 308 to 318 of SEQ ID NO: 1 5'Indicates the region corresponding to the exonuclease region.

なお、「配列番号1に示される137~147、206~222、及び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、及び308~318番目に対応するアミノ酸配列を含む表現である。本明細書において、前記と同じ形式の表記における「相当する」の意味は、前記の例示と同じである。 The "amino acid corresponding to positions 137 to 147, 206 to 222, and 308 to 318 shown in SEQ ID NO: 1" is a DNA polymerase having an amino acid sequence that is not completely the same as the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1. , 137-147, 206-222, and 308-318 of SEQ ID NO: 1. In the present specification, the meaning of "corresponding" in the same form of notation as described above is the same as the above-mentioned example.

本発明において、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における、配列番号1上のある位置(順番)と対応するアミノ酸の位置とは、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。本明細書において、前記と同じ形式の表記における「対応する位置」の意味は、前記の例示と同じである。 In the present invention, in the amino acid sequence that is not exactly the same as the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, a certain position (order) on SEQ ID NO: 1 and the position of the corresponding amino acid are compared (aligned) with the primary structure of the sequence. When, the position corresponds to the position of SEQ ID NO: 1. In the present specification, the meaning of "corresponding position" in the notation of the same form as described above is the same as that of the above example.

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。本発明においては、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。 Various methods are known as methods for comparing the primary structures of sequences. For example, it can be calculated using a commercially available analysis tool available through a telecommunication line (Internet). In the present invention, by using the default (initial setting) parameter in ClustalW (http://clustalw.dbbj.nig.ac.jp/index.php/lang=ja) of DNA Databank of Japan (DDBJ), Compare the primary structure of the array.

上記の3’-5’エキソヌクレアーゼ領域の改変とは、置換、欠失、又は付加からなり得るが特に限定されない。例えば、配列番号1における137~147、206~222、及び308~318番目に対応するアミノ酸への改変を示す。 The modification of the 3'-5'exonuclease region described above may consist of substitutions, deletions, or additions, but is not particularly limited. For example, the modifications to the amino acids corresponding to positions 137 to 147, 206 to 222, and 308 to 318 in SEQ ID NO: 1 are shown.

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又は配列番号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、又は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%、又は最大でも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 in which the 3'-5'exonuclease active region is modified, it is preferable that at least one of the amino acids corresponding to positions 141, 142, 143, 210 and 311 in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 is modified. .. 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, or Y311F. In addition, the (exo (-)) DNA polymerase lacking 3'-5'exonuclease activity includes a complete lack of activity, for example, 0.03% and 0.05% as compared with the parent enzyme. , 0.1%, 1%, 5%, 10%, 20%, or a modified DNA polymerase having an exonuclease activity of up to 50% or less.

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又は配列番号2におけるH147E、又は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 modified from the 3'-5'exonuclease active region is any one selected from H147E or H147D in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2. These modified DNA polymerases have improved PCR efficiency while maintaining exonuclease activity.

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としては、特許第3891330号公報等に記載されている。 A method for producing a DNA polymerase obtained by modifying a 3'-5'exonuclease active region and a method for analyzing 3'-5'exonuclease activity are known, and are disclosed in, for example, US Pat. No. 6,946,273. There is. A DNA polymerase with improved PCR efficiency refers to a modified DNA polymerase in which the amount of PCR product is increased compared to the parent enzyme. A method for analyzing whether or not the amount of PCR product is increased as compared with the parent enzyme is described in Japanese Patent No. 3891330 and the like.

(1.4)
[DNAポリメラーゼの改変(II)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を作製する改変]
本発明の核酸増幅試薬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。
(1.4)
[Modification of DNA polymerase (II) Modification to prepare a DNA polymerase variant having reduced base analog detection activity]
The DNA polymerase belonging to Family B used in the nucleic acid amplification reagent of the present invention may be a mutant having reduced base analog detection activity. The base analog indicates a base other than adenine, cytosine, guanine, and thymine, and examples thereof include uracil and inosine. Normally, DNA polymerases belonging to Family B bind strongly when they detect base analogs such as uracil and inosine, and inhibit the polymerase function. The base analog detection activity indicates an activity that strongly binds to a base analog and inhibits the polymerase function. The DNA polymerase variant belonging to Family B having a reduced base analog detection activity is a DNA polymerase variant belonging to Family B characterized by a low binding ability to uracil and inosine.

このような変異体は、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)の少なくとも1か所に改変を加えることにより作製できる。具体的には、ファミリーBに属する古細菌DNAポリメラーゼ、例えば、Thermococcus kodakaraensis KOD1株由来のDNAポリメラーゼのアミノ酸配列(配列番号1)の1~40番目、及び78~130番目によって形成されるウラシル結合ポケットの少なくとも1か所に改変を加え、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を低下させたDNAポリメラーゼ変異体が例示される。ウラシルやイノシンへの結合能力が低いDNAポリメラーゼ変異体は、dUTPの存在下のPCRでも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。 Such variants can be made by modifying at least one of the amino acid sequences for uracil binding (uracil binding pockets). Specifically, uracil-binding pockets formed by positions 1-40 and 78-130 of the amino acid sequence (SEQ ID NO: 1) of a paleobacterial DNA polymerase belonging to Family B, for example, a DNA polymerase derived from the Thermococcus kodakaraensis KOD1 strain. An example is a DNA polymerase variant in which at least one of the DNA polymerases is modified to reduce the ability to bind to uracil and inosin as compared with the wild-type DNA polymerase. DNA polymerase variants with low binding ability to uracil and inosin do not show much decrease in DNA polymerase function even in PCR in the presence of dUTP, and the effect of dUTP on the elongation reaction of DNA polymerase is reduced.

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、及びアミノ酸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、及びアミノ酸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、及びアミノ酸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、及びアミノ酸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、及びアミノ酸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、及びアミノ酸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、及びアミノ酸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及びアミノ酸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、及びアミノ酸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及びアミノ酸78~130によって形成される。 The amino acid sequences for uracil binding are highly conserved in DNA polymerases from the genus Pyrococcus and those from the genus Thermococcus. In the DNA polymerase (SEQ ID NO: 1) derived from Thermococcus kodakaraensis, it is formed by amino acids 1-40 and amino acids 78-130. In Pyrococcus furiosus (SEQ ID NO: 2), it is formed by amino acids 1-40 and 78-130. In Thermococcus gorgonarius (SEQ ID NO: 3), it is formed by amino acids 1-40 and amino acids 78-130. In Thermococcus litralis (SEQ ID NO: 4), it is formed by amino acids 1-40 and amino acids 78-130. In Pyrococcus SP GB-D (SEQ ID NO: 5), it is formed by amino acids 1-40 and amino acids 78-130. In Thermococcus SP JDF-3 (SEQ ID NO: 6), it is formed by amino acids 1-40 and amino acids 78-130. In Thermococcus SP 9 ° N-7 (SEQ ID NO: 7), it is formed by amino acids 1-40 and amino acids 78-130. In Thermococcus SP KS-1 (SEQ ID NO: 8), it is formed by amino acids 1-40 and amino acids 78-130. In the thermococcus cellar (SEQ ID NO: 9), it is formed by amino acids 1-40 and 78-130. In Thermococcus shikuri (SEQ ID NO: 10), it is formed by amino acids 1-40 and amino acids 78-130.

(1.5)
本発明の核酸増幅試薬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、及び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、例えば、(a)配列番号1又は配列番号2で示されるアミノ酸配列の7、36、37、90~97及び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。
(1.5)
More preferred as the DNA polymerase variants with reduced base analog detection activity used in the nucleic acid amplification reagents of the present invention are 7, 36, 37, 90, which are assumed to be directly related to the interaction with uracil. An paleobacillary DNA polymerase variant in which at least one of the 97 and 112-119th amino acids has been modified, eg, (a) 7, 36, 37 of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2. , 90-97 and 112-119, which is a paleobacterial DNA polymerase variant represented by an amino acid sequence having a modification of at least one amino acid.

(1.6)
上記の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7、36、37、90~97及び112~119番目以外の部位において少なくとも1つのアミノ酸が改変されており、そのアミノ酸配列と配列番号1との同一性又はそのアミノ酸配列と配列番号2との同一性が80%以上(好ましくは85%以上であり、さらに好ましくは90%以上であり、さらに好ましくは95%以上であり、さらに好ましくは98%以上であり、さらに好ましくは99%以上である)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。
(1.6)
The above-mentioned DNA polymerase variant may be the one represented by the amino acid sequence of (b) below.
(B) In the amino acid sequence shown in (a), at least one amino acid is further modified at sites other than positions 7, 36, 37, 90 to 97 and 112 to 119, and the amino acid sequence and SEQ ID NO: 1 are used. The identity or the identity of the amino acid sequence thereof and SEQ ID NO: 2 is 80% or more (preferably 85% or more, further preferably 90% or more, still more preferably 95% or more, still more preferably 98%. The above, more preferably 99% or more), and an amino acid sequence encoding a DNA polymerase having a reduced base analog 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。本発明においては、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 as methods for calculating the identity of amino acid sequences. For example, it can be calculated using a commercially available analysis tool available through a telecommunication line (Internet). In the present invention, the National Center for Biotechnology Information (NCBI) homology algorithm BLAST (Basic local alignment search tool) http: // www. ncbi. nlm. nih. The amino acid sequence identity is calculated by using the default (default) parameters in gov / BLAST /.

(1.7)
上記の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7、36、37、90~97及び112~119番目以外の部位において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ており、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。
(1.7)
The above DNA polymerase variant may be the one represented by the amino acid sequence of (c) below.
(C) In the amino acid sequence shown in (a), one or several amino acids are deleted, substituted or added at sites other than positions 7, 36, 37, 90 to 97 and 112 to 119, and the amino acid sequence is further deleted. , An amino acid sequence encoding a DNA polymerase with 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, 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, still more preferably 2 to 40, and even more. The number is preferably 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、及び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、及び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 acid corresponding to positions 7, 36, 37, 90 to 97, and 112 to 119 in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1" is an amino acid sequence that is not completely the same as the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1. It is an expression including an amino acid sequence relating to the binding of uracil corresponding to positions 7, 36, 37, 90 to 97, and 112 to 119 of SEQ ID NO: 1 in the DNA polymerase having the above.

本発明において、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。本明細書において、前記と同じ形式の表記における「相当する」の意味は、前記の例示と同じである。 In the present invention, in an amino acid sequence that is not exactly the same as the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, a certain position (order) on SEQ ID NO: 1 and a corresponding position are when the primary structure of the sequence is compared (aligned). The position corresponds to the position of SEQ ID NO: 1. In the present specification, the meaning of "corresponding" in the same form of notation as described above is the same as the above-mentioned example.

本発明において、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6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。本明細書において、前記と同じ形式の表記における「対応する位置」の意味は、前記の例示と同じである。 In the present invention, a certain position (order) on SEQ ID NO: 6 and a corresponding position in an amino acid sequence that is not completely identical to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 are when the primary structure of the sequence is compared (aligned). The position corresponds to the position of SEQ ID NO: 1. In the present specification, the meaning of "corresponding position" in the notation of the same form as described above is the same as that of the above example.

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。本発明においては、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。 Various methods are known as methods for comparing the primary structures of sequences. For example, it can be calculated using a commercially available analysis tool available through a telecommunication line (Internet). In the present invention, by using the default (initial setting) parameter in ClustalW (http://clustalw.dbbj.nig.ac.jp/index.php/lang=ja) of DNA Databank of Japan (DDBJ), Compare the primary structure of the array.

(1.8)
本発明の核酸増幅試薬に用いる減少した塩基類似体検出活性を有するDNAポリメラーゼ変異体は、より好ましくは配列番号1又は配列番号2におけるアミノ酸Y7、P36、又は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。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、又は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)が正電荷をもつ極性アミン酸に置換されており、具体的にはV93H、V93K、又はV93Rのアミノ酸置換である。
(1.8)
The DNA polymerase variant having reduced base analog detection activity used in the nucleic acid amplification reagent of the present invention is more preferably selected from at least amino acids corresponding to amino acids Y7, P36, or V93 in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2. Has one amino acid modification. Here, for example, Y7 means a tyrosine (Y) residue which 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 is selected from the group consisting of tyrosine (Y) substituted with a non-polar amino acid, specifically Y7A, Y7G, Y7V, Y7L, Y7I, Y7P, Y7F, Y7M, Y7W, and Y7C. It is an amino acid substitution. In another preferred example, the P36 amino acid is a proline (P) substituted with a positively charged polar amino acid, specifically an amino acid substitution of P36H, P36K, or P36R. In another preferred example, the V93 amino acid is valine (V) substituted with a positively charged polar amine acid, specifically an amino acid substitution of V93H, V93K, or V93R.

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又はP36Hである。特に好ましくはP36Hである。 More preferably, the modification is a modification of at least one amino acid selected from the group consisting of Y7A, P36H, P36K, P36R, V93Q, V93K, and V93R. More preferably, it is P36K, P36R or P36H. Particularly 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DNAポリメラーゼ変異体は、配列番号1又は配列番号2におけるアミノ酸Y7、P36、又は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又はP36H/V93Kなどが挙げられ、好ましくはY7A/P36H又はY7A/V93Kなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。 The DNA polymerase variant having reduced base analog detection activity in the present invention is a modification of two or more amino acids selected from the amino acids corresponding to amino acids Y7, P36, or V93 in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2. But it's okay. Specific examples thereof include Y7A / V93K, Y7A / P36H, Y7A / P36R, Y7A / V93R, Y7A / V93Q or P36H / V93K, and preferably Y7A / P36H or Y7A / V93K. Not limited.

なお、特許第4395377号公報又は特表2006-507012号公報には、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、及び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。しかしながら、その全ての改変体が本発明の課題を解決することができる程度の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 Japanese Patent No. 4395377 or Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-507012, amino acids 7, 36, 37, 90 to 97, and 112 to 119, which are assumed to be directly related to the interaction with uracil. Some archaeal DNA polymerase variants modified in any of the above are exemplified. However, not all of the variants have good properties to the extent that the problems of the present invention can be solved, and some of them have lost their activity.

(1.9)
上記に例示したDNAポリメラーゼの改変をもとに、本発明の核酸増幅試薬に用いる改変されたDNAポリメラーゼとしては、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、これに限定されるものではない。
(1)(A)H147Eと、(B)Y7A/V93K、Y7A/V93R、Y7A/V93Q、Y7A/P36H、Y7A/P36R、P36H/V93K、P36K、P36R、P36H、V93R又はV93Qのいずれか
(2)(A)N210Dと、(B)Y7A/V93K、Y7A/P36H、Y7A/P36R、P36K、P36R、P36H、V93Q、V93K又は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又はV93Qのいずれか
(4)(A)D141A/E143Aと、(B)Y7A/V93K、Y7A/P36H、Y7A/P36R、P36R、P36H又はV93Kのいずれか
(1.9)
Based on the modification of the DNA polymerase exemplified above, various variants can be considered as the modified DNA polymerase used in the nucleic acid amplification reagent of the present invention. Examples of such mutants include, but are not limited to, variants of archaeal DNA polymerase having any of the following modifications (1)-(4).
(1) Either (A) H147E and (B) Y7A / V93K, Y7A / V93R, Y7A / V93Q, Y7A / P36H, Y7A / P36R, P36H / V93K, P36K, P36R, P36H, V93R or V93Q (2). ) (A) N210D and (B) Y7A / V93K, Y7A / P36H, Y7A / P36R, P36K, P36R, P36H, V93Q, V93K or V93R (3) (A) I142R and (B) Y7A / Either (4) (A) D141A / E143A and (B) Y7A / V93K, Y7A / Either P36H, Y7A / P36R, P36R, P36H or V93K

(1.10)
[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によって評価することができる。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、プライマー及び評価対象の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1%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DNA増幅が確認できる。
(1.10)
[Evaluation method for base analog detection activity]
The base analog detection activity 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 material, 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 a PCR product can be confirmed by ethidium bromide-stained 1% agarose gel electrophoresis, and the detection activity of uracil can be evaluated by the acceptable dUTP concentration. For DNA polymerase having high uracil detection activity, the extension reaction is inhibited by the addition of a small amount of dUTP, and the PCR product cannot be confirmed. In addition, DNA polymerase with low uracil detection activity can be confirmed to have DNA amplification by PCR without any problem even if a high concentration of dUTP is added.

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とは、酵素至適の反応Buffer中で、任意のプライマー、及び鋳型となる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による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。 DNA polymerase variants with reduced base analog detection activity are free of mutations as a result of performing an optimal thermal cycle using arbitrary primers and template DNA in the enzyme-optimal reaction Buffer. Compared to the wild type, this is a DNA polymerase that does not inhibit the elongation reaction even when a high concentration of dUTP is added, and the PCR product can be confirmed. However, if it is difficult to compare with the wild type, the number of archaeal DNA polymerase mutants that can be amplified by PCR even if dUTP is added at a concentration of 0.5 μM is reduced compared to the wild type. It is presumed that it has the activity of detecting base analogs.

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(東洋紡製)添付の10×PCR Buffer、又はPfu DNA Polymerase(Agilent製)添付の10×PCR Bufferを用い、1×PCR Buffer、及び1.5mM MgSO、0.2mM dNTPs(dATP、dTTP,dCTP、dGTP)、約1.3kbを増幅する15pmolの配列番号11及び12に記載のプライマー、10ngのヒトゲノムDNA(Roche製Human Genomic DNA;型番11691112001)、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 system GeneAmp9700(Applied Biosystem)にてPCRを行う。反応終了後、5μlの反応液について1%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することができる。
The evaluation of the base analog detection activity in the present invention follows the following method.
KOD-Plus-Ver. Using the 10 × PCR Buffer attached to 2 (manufactured by Toyo Spinning Co., Ltd.) or the 10 × PCR Buffer attached to Pfu DNA Polymerase (manufactured by Agent), 1 × PCR Buffer, and 1.5 mM ו 4 , 0.2 mM dNTPs (dATP, dTTP, dCTP, dGTP), the primer set forth in SEQ ID NOs: 11 and 12 of 15 pmol that amplifies about 1.3 kb, 10 ng of human genomic DNA (Roche Human Genometric DNA; model number 11691112001), in 50 μl of a reaction solution containing 1 U of each enzyme. Add dUTP (manufactured by Roche) 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 with PCR system GeneAmp9700 (Applied Biosystem) on a schedule of repeating 98 ° C., 10 seconds → 65 ° C., 30 seconds → 68 ° C., 1 minute 30 seconds for 30 cycles. After completion of the reaction, 1% agarose gel electrophoresis was performed on 5 μl of the reaction solution, stained with ethidium bromide, and the amplified DNA fragment of about 1.3 kb was confirmed under ultraviolet irradiation to see if the base analog detection activity was reduced. Can be evaluated.

(1.11)
[アミノ酸改変の導入方法]
本発明の核酸増幅試薬に用いる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。
(1.11)
[Introduction method of amino acid modification]
A method for modifying the DNA polymerase used in the nucleic acid amplification reagent of the present invention has already been established in the art. Therefore, the modification can be performed according to a known method, and the mode thereof 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(東洋紡製)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 aspect of the method for introducing the modification of amino acids, a site-specific mutagenesis method based on the Inverse PCR method can be used. For example, KOD-Plus-Mutagenesis Kit (manufactured by Toyo Spinning Co., Ltd.) (1) denatures a plasmid into which a gene of interest has been inserted, anneals a mutation primer to the plasmid, and then carries out an extension reaction using a KOD DNA polymerase. , (2) Repeat the cycle of (1) 15 times, (3) Selectively cleave only the plasmid used as a template using the restriction enzyme DpnI, (4) Phosphorize the newly synthesized gene and perform transformation. It is a kit that can be carried out and cyclized, (5) transforming the cyclized gene into Escherichia coli, and obtaining a transformant carrying 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 as needed, and Escherichia coli, for example, as a host is transformed with the expression vector and then applied to an agar medium containing a drug such as ampicillin to form colonies. The colonies are inoculated into a nutrient medium such as LB medium or 2 × YT medium, cultured at 37 ° C. for 12 to 20 hours, and then the cells are disrupted to extract a crude enzyme solution. The vector is preferably derived from pBluescript. Any known method may be used for crushing the cells, and for example, sonication, a physical crushing method such as French press or glass bead crushing, or a lytic enzyme such as lysozyme can be used. This crude enzyme solution is heat-treated at 80 ° C. for 30 minutes to inactivate the polymerase derived from the host, 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好ましい。すなわち、栄養培地に培養して得られた菌体を回収した後、酵素的又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。 Any method may be used for obtaining the purified DNA polymerase from the strain selected by the above method, but for example, the following method is preferable. That is, after collecting the bacterial cells obtained by culturing in a nutrient medium, they are crushed and extracted by an enzymatic or physical crushing method to obtain a crude enzyme solution. The obtained crude enzyme extract is heat-treated, for example, at 80 ° C. for 30 minutes, and then the DNA polymerase fraction is recovered by ammonium sulfate precipitation. This 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, heparin sepharose column chromatography can be used for separation and purification to obtain a purified enzyme preparation. The purified enzyme preparation is purified by SDS-PAGE to the extent that it exhibits a nearly single band.

(1.12)
[DNAポリメラーゼ活性測定法]
本発明において、核酸増幅試薬に用いるDNAポリメラーゼは、以下のようにして活性を測定するものとする。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 塩酸及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(パーキンエルマー製TriCarb 2810TR)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液:40mM Tris-HCl緩衝液(pH7.5)、16mM 塩化マグネシウム15mM ジチオスレイトール、100μg/mL BSA(牛血清アルブミン)
B液:1.5μg/μl 活性化仔牛胸腺DNA
C液:1.5mM dNTP(250cpm/pmol [3H]dTTP)
D液:20% トリクロロ酢酸(2mM ピロリン酸ナトリウム)
E液:1mg/mL仔牛胸腺DNA
(1.12)
[Method for measuring DNA polymerase activity]
In the present invention, the activity of the DNA polymerase used as the nucleic acid amplification reagent shall be measured as follows. If the enzyme activity is strong, sample with 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). Dilute and measure.
(1) Add 25 μl of the following solution A, 5 μl of solution B, 5 μl of solution C, 10 μl of sterile water, and 5 μl of enzyme solution to a microtube and react at 75 ° C. for 10 minutes. (2) After that, the mixture is ice-cooled, 50 μl of E solution and 100 μl of D solution are added, and after stirring, ice-cooled for another 10 minutes. (3) This liquid is filtered through a glass filter (GF / C filter manufactured by Whatman) and thoroughly washed with 0.1N hydrochloric acid and ethanol. (4) The radioactivity of the filter is measured with a liquid scintillation counter (TriCarb 2810TR manufactured by PerkinElmer), and the uptake of nucleotides in the template DNA is measured. One unit of enzyme activity is the amount of enzyme that takes up 10 nmol nucleotides per 30 minutes into an acid-insoluble fraction (that is, a fraction that is insolubilized when solution D is added) under these conditions.
Solution A: 40 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5), 16 mM magnesium chloride 15 mM dithiothreitol, 100 μg / mL BSA (bovine serum albumin)
Solution B: 1.5 μg / μl Activated calf thymus DNA
Solution C: 1.5 mM dNTP (250 cpm / pmol [3H] dTTP)
Liquid D: 20% trichloroacetic acid (2 mM sodium pyrophosphate)
Solution E: 1 mg / mL calf thymus DNA

(2)PCNA
(2.1)
本発明の核酸増幅試薬に用いられるPCNA(Proliferating Cell Nuclear Antigen)は、PCR増強因子の一種である。前記PCNAとしては、特に限定されないが、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。より好ましくは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、特に好ましくは90%以上残っているものが望まれる。
(2) PCNA
(2.1)
PCNA (Proliferating Cell Nuclear Antigen) used in the nucleic acid amplification reagent of the present invention is a kind of PCR enhancing factor. The PCNA is not particularly limited, but a heat-resistant one that can withstand the heat cycle of PCR is desirable, and one that remains active even after PCR is preferably desired. It is more preferably soluble even after heat treatment at 80 ° C. for 30 minutes, and it is desirable that the activity remains 50% or more, more preferably 70% or more, and particularly preferably 90% or more.

そのようなPCNAとしては、例えば、パイロコッカス(Pyrococcus)属及びサーモコッカス(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(配列番号13)、Pyrococcus sp.GB-D、Pyrococcus Woesei、Pyrococcus abyssi又は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14)、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、Methanocaldococcus jannaschii(Mja)又はMethanobacterium thermoautotrophicum(Mth)から単離されたPCNAを含むが、特にこれらには限定されない。 Such PCNAs include, for example, PCNAs isolated from bacteria of the genus Pyrococcus and Thermococcus. PCNAs derived from the genus Pyrococcus include Pyrococcus furiosus (SEQ ID NO: 13) and Pyrococcus sp. PCNA isolated from GB-D, Pyrococcus Wosei, Pyrococcus abyssi or Pyrococcus horikoshii, but not limited to these. PCNAs derived from the genus Thermococcus include Thermococcus kodakaransis (SEQ ID NO: 14), Thermococcus gogonarius, Thermococcus litoralis, Thermococcus sp. JDF-3, Thermococcus sp. 9degres North-7 (Thermococcus sp. 9 ° N-7), Thermococcus sp. KS-1, Thermococcus celer, or Thermococcus siculi, Methanocaldococcus jannaschii (Mja) or Methanobacterium thermoautotropic (Mth) are not particularly limited to PCNA isolated from these, including but not limited to PCNA isolated from these.

PCNAをコードする遺伝子は、PCNAをもつ生物からクローニングすることができる。またアミノ酸の配列情報や核酸の配列情報をもとに人工的に合成することもできる。 The gene encoding the PCNA can be cloned from an organism carrying the PCNA. It can also be artificially synthesized based on amino acid sequence information and nucleic acid sequence information.

さらに、本発明の核酸増幅試薬に用いるPCNAは、単独でDNAにロードする(DNAポリメラ-ゼ増幅増強活性のある)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 reagent of the present invention may be a mutant (having a DNA polymerase amplification enhancing activity) that is loaded into DNA by itself. PCNAs usually form multimers and have a ring-like structure. Loading into DNA means passing DNA through the structure of the ring of PCNA multimers, and PCNA can only be loaded into DNA in collaboration with a factor, usually called RFC. A mutant that loads into DNA alone is a mutant that makes it easier for DNA to pass inside the PCNA multimer by modifying the site involved in PCNA multimer formation and destabilizing the multimer formation. show.

本発明の核酸増幅試薬に用いるPCNAとしては、具体的には、以下のようなものが挙げられる。配列番号13、14又は19に記載のアミノ酸配列において、1乃至数個のアミノ酸残基が置換、欠失、挿入又は付加されているアミノ酸配列からなり、かつ、DNAポリメラーゼ増幅増強活性を有するポリペプチドである。また、配列番号13、14又は19に記載のアミノ酸配列との相同性が80%以上であるアミノ酸配列からなり、かつ、DNAポリメラーゼ増幅増強活性を有するポリペプチドであっても良い。より好ましくは、配列番号13、14又は19に記載のアミノ酸配列との相同性が85%以上であり、より好ましくは88%以上、更に好ましくは90%以上、より更に好ましくは93%以上、一層好ましくは95%以上、特に好ましくは98%以上、最も好ましくは99%以上である。このような一定以上の同一性を有するアミノ酸配列からなるポリペプチドは、上述するような公知の遺伝子工学的手法に基づいて作成することができる。 Specific examples of the PCNA used in the nucleic acid amplification reagent of the present invention include the following. In the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 13, 14 or 19, a polypeptide consisting of an amino acid sequence in which one or several amino acid residues are substituted, deleted, inserted or added and has DNA polymerase amplification enhancing activity. Is. Further, it may be a polypeptide consisting of an amino acid sequence having 80% or more homology with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 13, 14 or 19, and having DNA polymerase amplification enhancing activity. More preferably, the homology with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 13, 14 or 19 is 85% or more, more preferably 88% or more, still more preferably 90% or more, still more preferably 93% or more, further. It is preferably 95% or more, particularly preferably 98% or more, and most preferably 99% or more. A polypeptide consisting of an amino acid sequence having such an identity of a certain level or more can be prepared based on a known genetic engineering technique as described above.

(2.1.1)KOD-PCNA及びPfu-PCNA
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(以下、「KOD-PCNA」とも記載)(配列番号14)、パイロコッカス・フリオサスのPCNA(以下、「Pfu-PCNA」とも記載)(配列番号13)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。
(2.1.1) KOD-PCNA and Pfu-PCNA
The sites where PCNA is involved in multimeric formation are PCNA derived from Thermococcus kodakaraensis (hereinafter, also referred to as "KOD-PCNA") (SEQ ID NO: 14), PCNA of Pyrococcus furiosus (hereinafter, "Pfu-PCNA"). (Also described) (SEQ ID NO: 13) includes an N-terminal region consisting of the 82nd, 84th, and 109th amino acids and a C-terminal region consisting of the 139th, 143rd, and 147th amino acids. The N-terminal region is positively charged, the C-terminal region is negatively charged, and interacts to form a multimer.

配列番号13又は配列番号14を例にして説明することは、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4で示したように配列番号13及び14に示されるPCNA以外のPCNAにおいては、配列番号13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。ここで、異なる2つのアミノ酸配列があるとき、基準となる一方のアミノ酸配列においてアミノ酸や領域が「対応する」とは、アミノ酸配列の一次構造を比較(アラインメント)したとき、基準となる配列の当該位置と対応する位置とする。 The description using SEQ ID NO: 13 or SEQ ID NO: 14 as an example also applies to a PCNA other than the PCNA specifically presented with the sequence herein. For example, as shown in FIG. 4, in the PCNA other than the PCNA shown in SEQ ID NOs: 13 and 14, the region relating to the multimer formation consisting of the 82nd, 84th, 109th, 139th, 143th, and 147th amino acids of SEQ ID NO: 13 Indicates the corresponding area. Here, when there are two different amino acid sequences, the amino acid or region "corresponds" in one of the reference amino acid sequences means that the reference sequence is the same when the primary structure of the amino acid sequence is compared (aligned). The position corresponds to the position.

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、
(a)82、84、109番目に相当するアミノ酸からなるN末端領域、又は
(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一つの改変を有し、RFCがなくともDNAにロードし、DNAポリメラーゼによる伸長反応を促進する変異体が挙げられる。
PCNA variants that load DNA alone are more preferably involved in PCNA multimer formation.
(A) has 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, and has no RFC. Examples thereof include mutants that load into DNA and promote the elongation reaction by DNA polymerase.

例えば、配列番号13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、又は、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、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最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、リジン、トリプトファンが挙げられる。好ましくはアルギニン又はリジンである。 For example, the amino acid corresponding to the 143rd position of SEQ ID NO: 13 is modified to a basic amino acid, the 82nd and 143rd positions are both modified to a neutral amino acid, the 147th position is modified to a neutral amino acid, or 109. Examples thereof include those obtained by modifying both the 143rd and 143rd amino acids to neutral amino acids. Examples of the neutral amino acid of the present invention include glycine, alanine, valine, leucine, isoleucine, phenylalanine, tyrosine, 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 the basic amino acid include arginine, histidine, lysine, and tryptophan if they are naturally occurring. It is preferably arginine or lysine.

より好ましくは、特許文献1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置換した配列(D147A)、第82番目、及び第143番目のアミノ酸残基をアラニンに置換した配列(R82A/D143A、もしくはR82A/E143A)、第109番目、及び第143番目のアミノ酸残基をアラニンに置換した配列(R109A/D143A、もしくは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, the PCNA variant described in Patent Document 1 is exemplified, and the sequence in which the 147th amino acid residue is replaced with alanine (D147A), and the 82nd and 143rd amino acid residues are alanine. (R82A / D143A or R82A / E143A), a sequence in which the amino acid residues at positions 109 and 143 are replaced with alanine (R109A / D143A or R109A / E143A), and the like can be mentioned. Not limited to.

また、本発明の核酸増幅試薬に用いるPCNAは、発現量を増やすため、配列番号13又は配列番号14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に改変したものが挙げられるが、これに限定されない。 Further, the PCNA used in the nucleic acid amplification reagent of the present invention may be a modified methionine corresponding to the 73rd position of SEQ ID NO: 13 or SEQ ID NO: 14 in order to increase the expression level. More preferably, it may be modified to M73L, but the present invention is not limited to this.

(2.1.2)Mja-PCNA
また、本発明の核酸増幅試薬に用いるPCNAは、以下の(1)から(3)のうちいずれかで示されるPCNA単量体であることが好ましい。
[1]配列番号19に記載のアミノ酸配列の142番目のアミノ酸残基を塩基性アミノ酸残基に置換したアミノ酸配列からなるポリペプチド。
[2][1]で示されるPCNA単量体において、さらに、配列番号19に記載のアミノ酸配列における、142番目に相当するアミノ酸残基以外の、1若しくは数個のアミノ酸残基が置換、欠失、挿入及び/又は付加(これらを纏めて「変異」とも表す。)されているアミノ酸配列からなり、DNAポリメラーゼ増幅増強活性を有するポリペプチド。
[3]配列番号19で示されるアミノ酸配列との同一性が80%以上であるアミノ酸配列からなり、DNAポリメラーゼ増幅増強活性を有するポリペプチド。
(2.1.2) Mja-PCNA
Further, the PCNA used in the nucleic acid amplification reagent of the present invention is preferably the PCNA monomer represented by any of the following (1) to (3).
[1] A polypeptide consisting of an amino acid sequence in which the 142nd amino acid residue of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 19 is replaced with a basic amino acid residue.
[2] In the PCNA monomer represented by [1], one or several amino acid residues other than the amino acid residue corresponding to the 142nd amino acid residue in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 19 are substituted or deleted. A polypeptide consisting of an amino acid sequence that has been lost, inserted and / or added (collectively referred to as "mutation") and having DNA polymerase amplification enhancing activity.
[3] A polypeptide consisting of an amino acid sequence having an identity of 80% or more with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 19 and having DNA polymerase amplification enhancing activity.

配列番号19は、Methanocaldococcus jannaschii(以下、単にMjaとも記載する。)由来のPCNAのアミノ酸配列である。このアミノ酸配列は非特許文献1などで解明されている。 SEQ ID NO: 19 is an amino acid sequence of PCNA derived from Methanocaldococcus jannaschii (hereinafter, also simply referred to as Mja). This amino acid sequence has been elucidated in Non-Patent Document 1 and the like.

配列番号19において、142番目のアミノ酸残基はPCNAの多量体形成に関わるアミノ酸残基のうちの一つである。PCNAの多量体形成に関わるアミノ酸残基は、各単量体のN末端側領域とC末端側領域とに存在する。PCNA多量体は、一方の単量体のN末端側領域と他方の単量体のC末端側領域とが界面となって接合することにより形成される。真核細胞及び古細菌においては、多くの場合PCNAは三量体を形成する。配列番号19で示されるアミノ酸配列においては、N末端領域が下記の(a)で示される群の位置に該当し、C末端領域が下記の(b)で示される群の位置に該当する。
(a)80、82、108番目のアミノ酸残基群
(b)138、142、146番目のアミノ酸残基群
In SEQ ID NO: 19, the 142nd amino acid residue is one of the amino acid residues involved in PCNA multimer formation. Amino acid residues involved in PCNA multimer formation are present in the N-terminal region and the C-terminal region of each monomer. The PCNA multimer is formed by joining the N-terminal region of one monomer and the C-terminal region of the other monomer as an interface. In eukaryotic cells and archaea, PCNAs often form trimers. In the amino acid sequence shown by SEQ ID NO: 19, the N-terminal region corresponds to the position of the group shown in (a) below, and the C-terminal region corresponds to the position of the group shown in (b) below.
(A) Amino acid residue group at positions 80, 82 and 108 (b) Amino acid residue group at positions 138, 142 and 146

上記(2)のポリペプチドは、DNAポリメラーゼ増幅増強活性を保持する限度で、配列番号19に示されるアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸配残基が置換、欠失、挿入及び/又は付加(以下、これらを纏めて「変異」とも表す。)されたアミノ酸配列からなるポリペプチドである。一又は数個の変異は、制限酵素処理、エキソヌクレアーゼやDNAリガーゼ等による処理、位置指定突然変異導入法やランダム突然変異導入法(Molecular Cloning,Third Edition,Chapter 13,Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York)など公知の手法を利用して、後述する本発明のPCNA単量体をコードするDNAに変異を導入することによって実施することが可能である。また、紫外線照射など他の方法によってもバリアントPCNA単量体を得ることができる。バリアントPCNA単量体には、PCNAを保持する微生物の個体差、種や属の違いに基づく場合などの天然に生じるバリアント(例えば、一塩基多型)も含まれる。 In the above-mentioned polypeptide (2), one or several amino acid residue is substituted, deleted, inserted and / or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 19 as long as it retains the DNA polymerase amplification enhancing activity. (Hereinafter, these are collectively referred to as "mutation".) It is a polypeptide consisting of an amino acid sequence. One or several mutations can be treated with restriction enzymes, treatments with exonucleases, DNA ligases, etc., position-specific mutation introduction methods and random mutation introduction methods (Molecular Cloning, Third Edition, Chapter 13, Cold Spring Harbor Laboratory Press, New). It can be carried out by introducing a mutation into the DNA encoding the PCNA monomer of the present invention described later by using a known method such as York). The variant PCNA monomer can also be obtained by other methods such as ultraviolet irradiation. Variant PCNA monomers also include naturally occurring variants (eg, single nucleotide polymorphisms), such as when based on individual differences in microorganisms carrying PCNA, differences in species or genera.

上記[3]のポリペプチドは、DNAポリメラーゼ増幅増強活性を保持するものであって、かつ、配列番号19に示されるアミノ酸配列と比較した同一性が80%以上であるアミノ酸配列からなるポリペプチドである。好ましくは、本発明のPCNA単量体が有するアミノ酸配列と配列番号19に示されるアミノ酸配列との同一性は85%以上であり、より好ましくは88%以上、更に好ましくは90%以上、より更に好ましくは93%以上、一層好ましくは95%以上、特に好ましくは98%以上、最も好ましくは99%以上である。このような一定以上の同一性を有するアミノ酸配列からなるポリペプチドは、上述するような公知の遺伝子工学的手法に基づいて作成することができる。 The polypeptide of [3] above is a polypeptide consisting of an amino acid sequence that retains the DNA polymerase amplification enhancing activity and has an identity of 80% or more as compared with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 19. be. Preferably, the amino acid sequence of the PCNA monomer of the present invention has an identity of 85% or more, more preferably 88% or more, still more preferably 90% or more, still more. It is preferably 93% or more, more preferably 95% or more, particularly preferably 98% or more, and most preferably 99% or more. A polypeptide consisting of an amino acid sequence having such an identity of a certain level or more can be prepared based on a known genetic engineering technique as described above.

上記の[2]又は[3]に記載したようなPCNAとして、より好ましくは、PCNAの精製を簡便にすべくN末端に挿入したHisタグなどのアフィニティタグの付加されたものが挙げられるが、特に限定されない。 The PCNA as described in [2] or [3] above is more preferably one to which an affinity tag such as a His tag inserted at the N-terminal is added to facilitate the purification of PCNA. Not particularly limited.

上記のPCNA単量体においては、配列番号19における142番目のアミノ酸残基が塩基性アミノ酸残基に置換されるが、置換する塩基性アミノ酸の種類は特に限定されない。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、リジン、トリプトファンが挙げられる。好ましくはアルギニン又はリジンである。 In the above PCNA monomer, the 142nd amino acid residue in SEQ ID NO: 19 is replaced with a basic amino acid residue, but the type of basic amino acid to be replaced is not particularly limited. Examples of the basic amino acid include arginine, histidine, lysine, and tryptophan if they are naturally occurring. It is preferably arginine or lysine.

(2.2)
上記PCNAを得る方法は、PCNA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、遠心分離することで宿主由来のタンパク質を除去し、SDS-PAGEに供することで、目的タンパク質の発現を確認することができる。
(2.2)
In the method for obtaining PCNA, the PCNA gene is transferred to an expression vector as needed, Escherichia coli as a host is transformed with the expression vector, and then applied to an agar medium containing a drug such as ampicillin, and colonies are obtained. To form. The colonies are inoculated into a nutrient medium such as LB medium or 2 × YT medium, cultured at 37 ° C. for 12 to 20 hours, and then the cells are disrupted to extract a crude enzyme solution. The vector is preferably derived from pBluescript. Any known method may be used for crushing the cells, but for example, sonication, a physical crushing method such as French press or glass bead crushing, or a lytic enzyme such as lysozyme can be used. .. The expression of the target protein can be confirmed by heat-treating this crude enzyme solution at 80 ° C. for 30 minutes, centrifuging it to remove the protein derived from the host, and subjecting it to SDS-PAGE.

上記方法により選抜された菌株から精製PCNA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、酵素的又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PCNA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、Q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。 Any method may be used to obtain purified PCNA from the strain selected by the above method, and for example, the following methods are available. After collecting the cells obtained by culturing in a nutrient medium, they are crushed and extracted by an enzymatic or physical crushing method to obtain a crude enzyme solution. The obtained crude enzyme extract is heat-treated, for example, at 80 ° C. for 30 minutes, and then the PCNA fraction is recovered by ammonium sulfate precipitation. This 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, it can be separated and purified by Q Sepharose column chromatography to obtain a purified enzyme preparation. The purified enzyme preparation is purified by SDS-PAGE to the extent that it exhibits a nearly single band.

(2.3)DNAポリメラーゼ増幅増強活性
上記PCNA変異体が単独でDNAにロードできるか(DNAポリメラーゼ増幅増強活性があるか)どうかは、PCRによって評価できる。鋳型となるDNA、緩衝材、マグネシウム、dNTPs、プライマー、及びファミリーBに属するDNAポリメラーゼを含む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DNA増幅量を比較することで、単独でDNAにロードできる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によるDNA増幅量は変化せず、むしろDNA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添加なしのものと比較することでDNAポリメラーゼ増幅増強活性を評価することができる。
(2.3) DNA polymerase amplification-enhancing activity Whether or not the above PCNA variant can be loaded into DNA alone (whether it has DNA polymerase amplification-enhancing activity) can be evaluated by PCR. PCNA to be evaluated was added to the PCR reaction solution containing the template DNA, buffer material, magnesium, dNTPs, primers, and DNA polymerase belonging to Family B, and the one without PCNA addition and the one with wild PCNA addition and DNA. By comparing the amount of amplification, it is possible to confirm whether or not it can be loaded into DNA alone. Even if PCNA that cannot be loaded into DNA by itself, such as wild-type PCNA, is added, the amount of DNA amplification by PCR does not change, but rather tends to decrease the amount of DNA amplification. On the other hand, mutants that can be loaded into DNA alone can be compared with those without PCNA addition to evaluate the DNA polymerase amplification-enhancing activity.

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」の評価(DNAポリメラーゼ増幅増強活性の評価)は、以下の方法に従うものとする。
KOD Dash(東洋紡製)に添付の10×PCR Buffer(反応に用いる濃度の10倍に濃縮されている)を用いて、
1×PCR Buffer、
0.2mM dNTPs、
約3.6kbのDNAを増幅する15pmolの配列番号15及び16に記載のプライマー、
10ngのヒトゲノムDNA(Roche製Human Genomic DNA;型番11691112001)、
1U KOD -Plus- DNAポリメラーゼ
を含むよう反応液を調製し、
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→68℃、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1%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3.6kbの増幅DNA断片を、野生型PCNAを添加したものと比較することで単独でDNAにロードできるPCNA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PCNAは添加によってDNA増幅量が増加する。
In the present invention, the evaluation of "whether the PCNA mutant can be loaded into DNA alone" (evaluation of the DNA polymerase amplification enhancing activity) shall follow the following method.
Using the 10 × PCR Buffer (concentrated 10 times the concentration used for the reaction) attached to KOD Dash (Toyobo),
1 × PCR Buffer,
0.2 mM dNTPs,
Primers according to SEQ ID NOs: 15 and 16 of 15 pmol, which amplifies about 3.6 kb of DNA.
10 ng of human genomic DNA (Roche Human Genome DNA; model number 11691112001),
Prepare the reaction solution to contain 1U KOD-Plus-DNA polymerase.
250 ng of PCNA to be evaluated is added to 50 μl of the reaction solution, and PCR is performed on a schedule of repeating 98 ° C., 10 seconds → 68 ° C., 30 seconds for 30 cycles after the prereaction at 94 ° C. for 30 seconds. After completion of the reaction, 1% agarose gel electrophoresis was performed on 5 μl of the reaction solution, stained with ethidium bromide, and the amplified DNA fragment of about 3.6 kb under ultraviolet irradiation was compared with the one to which wild-type PCNA was added. It is possible to evaluate whether or not the PCNA can be loaded into. The amount of DNA amplification increases with the addition of PCNA, which can be loaded into DNA by itself.

本発明において、DNA増幅量の増加を定量的に評価する方法としては、電気泳動パターン解析用ソフトウェアであるGel Pro Analyzer(Media Cybernetics)を利用することにより、DNA増幅量を数値化するものとする。このような方法でDNA増幅量を比較したとき、PCNAを添加した場合のDNA増幅量が、PCNAを添加しなかった場合のDNA増幅量の1.0倍(好ましくは1.2倍、さらに好ましくは1.5倍、さらに好ましくは2倍、3倍)を超える。もしくは増幅していなかったターゲットDNAが増幅すれば、そのPCNAが「DNAポリメラーゼ増幅増強活性を有する」と判断する。 In the present invention, as a method for quantitatively evaluating the increase in the amount of DNA amplification, the amount of DNA amplification is quantified by using Gel Pro Analyzer (Media Cybernetics), which is software for electrophoresis pattern analysis. .. When the amount of DNA amplification is compared by such a method, the amount of DNA amplification when PCNA is added is 1.0 times (preferably 1.2 times, more preferably 1.2 times) the amount of DNA amplification when PCNA is not added. Is more than 1.5 times, more preferably 2 times and 3 times). Alternatively, if the unamplified target DNA is amplified, it is determined that the PCNA "has DNA polymerase amplification enhancing activity".

PCNAの改変についても、DNAポリメラーゼの改変と同様にして行うことができる。 The modification of PCNA can be performed in the same manner as the modification of DNA polymerase.

上記の本発明の核酸増幅試薬において、DNA合成基質は、典型的には、dATP、dCTP、dGTP、dTTPの4種類のデオキシヌクレオチド三リン酸で構成されるが、dATP、dCTP、dGTP、dTTP以外のデオキシヌクレオチド三リン酸、例えばdUTPやdITPなどを含むものであってもよい。 In the above-mentioned nucleic acid amplification reagent of the present invention, the DNA synthesis substrate is typically composed of four types of deoxynucleotide triphosphates, dATP, dCTP, dGTP, and dTTP, but other than dATP, dCTP, dGTP, and dTTP. Deoxynucleotide triphosphates such as dUTP and dITP may be contained.

上記の本発明の核酸増幅試薬において用いられるプライマーは、典型的には、アデニン、シトシン、グアニン、チミンの4塩基からなるヌクレオチドで構成されるが、本発明の核酸増幅試薬ではアデニン、シトシン、グアニン、チミン以外のヌクレオチド、例えばウラシルやイノシンなどを含むものであってもよい。 The primer used in the above-mentioned nucleic acid amplification reagent of the present invention is typically composed of a nucleotide consisting of four bases of adenine, cytosine, guanine and thymine, whereas in the nucleic acid amplification reagent of the present invention, adenine, cytosine and guanine are used. , It may contain nucleotides other than thymine, such as uracil and inosin.

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、本発明を特に限定するものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples. The description of the following examples is not particularly limited to the present invention.

(実施例1-1)
KOD DNAポリメラーゼ変異体の作製
後述の実施例に用いるために、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(Y7A/V93K/H147E及び、Y7A/P36H/N210D変異体)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17)(pKOD)を用いた。変異導入にはKOD -Plus- Mutagenesis Kit(東洋紡製)を用いて、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。
(実施例1-2)
Pfu DNAポリメラーゼ変異体の作製
後述の実施例に用いるために、パイロコッカス・フリオサス株由来の改変型耐熱性DNAポリメラーゼ(Y7A/P36H/N210D変異体)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改変型耐熱性DNAポリメラーゼ遺伝子(配列番号35)(pPfu)を用いた。変異導入にはKOD -Plus- Mutagenesis Kit(東洋紡製)を用いて、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 1-1)
Preparation of KOD DNA polymerase mutant
A plasmid containing the modified thermostable DNA polymerase (Y7A / V93K / H147E and Y7A / P36H / N210D mutant) genes derived from the Thermococcus-Kodakaraensis KOD1 strain was prepared for use in the examples described later. As the DNA template used for mutagenesis, a modified thermostable DNA polymerase gene (SEQ ID NO: 17) (pKOD) derived from Thermococcus Kodakaraensis KOD1 strain cloned into pBluescript was used. Mutagenesis was performed using KOD-Plus-Mutagenesis Kit (manufactured by Toyobo) according to the instruction manual. The mutant was confirmed by decoding the base sequence. Escherichia coli JM109 was transformed with the obtained plasmid and used for enzyme preparation.
(Example 1-2)
Preparation of Pfu DNA Polymerase Variant A plasmid containing the modified heat-resistant DNA polymerase (Y7A / P36H / N210D mutant) gene derived from the Pyrococcus furiosus strain was prepared for use in the examples described later. As the DNA template used for mutagenesis, a modified thermostable DNA polymerase gene (SEQ ID NO: 35) (pPfu) derived from the Pyrococcus furiosus strain cloned into pBluescript was used. Mutagenesis was performed using KOD-Plus-Mutagenesis Kit (manufactured by Toyobo) according to the instruction manual. The mutant was confirmed by decoding the base sequence. Escherichia coli JM109 was transformed with the obtained plasmid and used for enzyme preparation.

(実施例2)
改変型耐熱性DNAポリメラーゼの作製
実施例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。上記精製工程のDNAポリメラーゼ活性測定は、上記のDNAポリメラーゼ活性測定法に従い行った。また、酵素活性が高い場合はサンプルを希釈して測定を行った。
(Example 2)
Preparation of modified thermostable DNA polymerase
The culture of the bacterial cells obtained in Example 1 was carried out as follows. First, 80 mL of TB medium (Molecular cloning 2nd edition, p.A.2) containing 100 μg / mL ampicillin that had been sterilized was dispensed into a 500 mL Sakaguchi flask. Eshericia cultivated in 3 mL of LB medium (1% bactotrypton, 0.5% yeast extract, 0.5% sodium chloride; manufactured by Gibco) containing 100 μg / mL ampicillin in advance at 37 ° C. for 16 hours. Kori JM109 (plasmid transformant) (using a test tube) was inoculated and aerated and cultured at 37 ° C. for 16 hours. The cells are collected from the culture medium by centrifugation, suspended in 50 mL of disruption buffer (30 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), 30 mM NaCl, 0.1 mM EDTA), and then the cells are treated by sonication. It was crushed to obtain a cell crushed solution. Next, the cell disruption solution 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, and finally a storage buffer (50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), 50 mM potassium chloride, 1 mM dithioslateol, 0) was performed. .1% Tween20, 0.1% nonidet P40, 50% glycerin) was substituted to obtain a modified heat-resistant DNA polymerase. The DNA polymerase activity measurement in the above purification step was performed according to the above DNA polymerase activity measurement method. When the enzyme activity was high, the sample was diluted for measurement.

(実施例3)
KOD-PCNA1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PCNA1(M73L/D147A変異体)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18)(pKODPCNA)を用いた。変異導入にはKOD -Plus- Mutagenesis Kit(東洋紡製)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により行った。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、酵素の調製に用いた。
(Example 3)
Preparation of KOD-PCNA1 mutant
A plasmid containing a modified thermostable PCNA1 (M73L / D147A mutant) gene derived from Thermococcus kodakaraensis KOD1 strain was prepared. As the DNA template used for mutagenesis, PCNA (SEQ ID NO: 18) (pKODPCNA) derived from Thermococcus Kodakaraensis KOD1 strain cloned into pBlueScript was used. KOD-Plus-Mutagenesis Kit (manufactured by Toyobo) was used for mutagenesis, and the method was performed according to the instruction manual. The mutant was confirmed by decoding the base sequence. Escherichia coli DH5α was transformed with the obtained plasmid and used for the preparation of the enzyme.

(実施例4)
KOD-PCNA1の作製
実施例3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)
Preparation of KOD-PCNA1
The culture of the bacterial cells obtained in Example 3 was carried out as follows. First, 80 mL of TB medium (Molecular cloning 2nd edition, p.A.2) containing 100 μg / mL ampicillin that had been sterilized was dispensed into a 500 mL Sakaguchi flask. Eshericia cultivated in 3 mL of LB medium (1% bactotrypton, 0.5% yeast extract, 0.5% sodium chloride; manufactured by Gibco) containing 100 μg / mL ampicillin in advance at 37 ° C. for 16 hours. Cory DH5α (plasmid transformant) (using a test tube) was inoculated and aerated and cultured at 37 ° C. for 16 hours. The cells are collected from the culture medium by centrifugation, suspended in 50 mL of disruption buffer (30 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), 30 mM NaCl, 0.1 mM EDTA), and then the cells are treated by sonication. It was crushed to obtain a cell crushed solution. Next, the cell disruption solution 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 Q-sepharose chromatography were performed, and finally, a storage buffer (50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), 50 mM potassium chloride, 1 mM dithiothreitol, 0) was performed. .1% Tween 20, 0.1% nonidet P40, 50% glycerin) was substituted to obtain a modified heat-resistant PCNA.

(実施例5)
Mja-PCNA変異体のプラスミド作製
Methanocaldococcus jannaschii株由来の改変型耐熱性PCNA遺伝子変異体(E142K)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、pET23bにクローニングされたMethanocaldococcus jannaschii株由来のPCNA(配列番号34)(pMjaPCNA)を用いた。変異導入にはKOD -Plus- Mutagenesis Kit(東洋紡製)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BL21(DE3)pLysSを形質転換し、酵素の調製に用いた。
(Example 5)
Preparation of plasmid for Mja-PCNA mutant
A plasmid containing a modified thermostable PCNA gene variant (E142K) derived from the Methanocaldococcus jannaschii strain was prepared. As the DNA template used for mutagenesis, PCNA (SEQ ID NO: 34) (pMjaPCNA) derived from the Methanocaldococcus jannaschii strain cloned into pET23b was used. KOD-Plus-Mutagenesis Kit (manufactured by Toyobo) was used for mutagenesis, and the method was performed according to the instruction manual. The mutant was confirmed by decoding the base sequence. Escherichia coli BL21 (DE3) pLysS was transformed with the obtained plasmid and used for the preparation of the enzyme.

(実施例6)
Mja-PCNAの作製
実施例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)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培地で37℃、16時間培養したエシェリシア・コリBL21(DE3)pLysS(プラスミド形質転換株)(試験管使用)を接種し、37℃にてOD600が0.3~0.6になるまで通気培養した。その後、IPTGを終濃度0.5mMになるように添加し、4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、Mja-PCNA変異体を得た。
(Example 6)
Fabrication of Mja-PCNA
The culture of the bacterial cells obtained in Example 1 was carried out as follows. First, 80 mL of LB medium (1% bactotrypton, 0.5% yeast extract, 0.5% sodium chloride; manufactured by Gibco) containing 100 μg / mL ampicillin that had been sterilized was dispensed into a 500 mL Sakaguchi flask. This medium was inoculated with Escherichia coli BL21 (DE3) pLysS (plasmid transformant) (using a test tube) cultured at 37 ° C. for 16 hours in 3 mL LB medium containing 100 μg / mL ampicillin in advance, and heated to 37 ° C. The cells were aerated and cultured until the OD600 became 0.3 to 0.6. Then, IPTG was added to a final concentration of 0.5 mM, and the cells were aerated and cultured for 4 hours. The cells are collected from the culture medium by centrifugation, suspended in 50 mL of disruption buffer (30 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), 30 mM NaCl, 0.1 mM EDTA), and then the cells are treated by sonication. It was crushed to obtain a cell crushed solution. Next, the cell disruption solution 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 Q-sepharose chromatography were performed, and finally, a storage buffer (50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), 50 mM potassium chloride, 1 mM dithiothreitol, 0) was performed. .1% Tween20, 0.1% nonidet P40, 50% glycerin) was replaced to obtain an Mja-PCNA variant.

(実施例7)
長鎖ターゲットDNAの増幅
KOD DNAポリメラーゼ変異体(Y7A/V93K/H147E)、KOD-PCNA1 M73L/D147A変異体を用い、17.5kbのDNAを増幅する系で、PCNAがある場合とない場合とでDNA増幅の比較を行った。なお、前記のそれぞれの場合において、さらにベタインがある場合とない場合とでDNA増幅を比較した。PCRにはKOD -Plus- Ver.2(東洋紡製)に添付の10×PCR Bufferを用い、
1×PCR Buffer、
1.5mM MgSO
0.2mM dNTPs、
約8.5kbのDNAを増幅する15pmolの配列番号20及び21に記載のプライマー、
300、30、3コピー相当のヒトゲノムDNA(Roche製Human Genomic DNA;型番11691112001)、及び、
1μgのKOD抗体と混合した1.25U KOD DNAポリメラーゼ変異体(Y7A/V93K/H147E)を含む50μlの反応液中に、KOD-PCNA1変異体(M73L/D147A)を500ng添加(又は添加せず)し、また、1M ベタインを添加(又は添加せず)して、反応系を比較した。
(Example 7)
Amplification of long-chain target DNA
Using KOD DNA polymerase mutant (Y7A / V93K / H147E) and KOD-PCNA1 M73L / D147A mutant, a system for amplifying 17.5 kb of DNA was used to compare DNA amplification with and without PCNA. rice field. In each of the above cases, DNA amplification was compared between the case with and without further betaine. For PCR, KOD-Plus-Ver. Using the 10 × PCR Buffer attached to 2 (Toyobo),
1 × PCR Buffer,
1.5 mM ו 4 ,
0.2 mM dNTPs,
Primers according to SEQ ID NOs: 20 and 21 of 15 pmol, which amplifies about 8.5 kb of DNA.
Human genomic DNA equivalent to 300, 30, 3 copies (Roche Human Genome DNA; model number 11691112001), and
500 ng of KOD-PCNA1 mutant (M73L / D147A) was added (or not added) to 50 μl of the reaction solution containing the 1.25U KOD DNA polymerase variant (Y7A / V93K / H147E) mixed with 1 μg of KOD antibody. And 1M betaine was added (or not added) and the reaction systems were compared.

コントロールとしてPCNAを添加しないものも実施した。サイクルは94℃、2分の前反応の後、98℃、10秒→65℃、10秒→68℃、4分30秒を40サイクル繰り返すスケジュールでPCR system GeneAmp(登録商標)9700(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1%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。 As a control, the one without adding PCNA was also carried out. The cycle is 94 ° C, 2 minutes pre-reaction, then 98 ° C, 10 seconds → 65 ° C, 10 seconds → 68 ° C, 4 minutes 30 seconds, repeating 40 cycles of PCR system GeneAmp® 9700 (Applied Biosystem). ) Was used for PCR. After completion of the reaction, 1% agarose gel electrophoresis was performed on 5 μl of the reaction solution, stained with ethidium bromide, and the amplified amount of the amplified DNA fragment was confirmed under ultraviolet irradiation.

図1は、KOD-PCNA1変異体がある場合とない場合、さらに前記のそれぞれの場合においてベタインがある場合とない場合において、低コピーの鋳型から約8.5kbのDNAを増幅し、増幅を比較したものになる。 FIG. 1 amplifies approximately 8.5 kb of DNA from a low copy template with and without the KOD-PCNA1 mutant, and with and without betaine in each of the above cases, and compares the amplification. It will be the one that was done.

結果、PCNA、ベタインなしでは、まったくDNA増幅が確認できなかった。また、PCNAあり、ベタインなしでは、DNA増幅は確認できるものの特異性が悪く、DNA増幅が見られないレーンが散見された。PCNAなし、ベタインありでは、DNA増幅は確認できたものの、増幅効率が悪く、3コピーからの増幅ではDNA増幅量が少ない結果となった。一方、PCNAあり、ベタインありでは、特異性も高く、3コピーといった低コピーからも十分なDNA増幅が確認された。長鎖のターゲットDNAは、伸長時間が長く、非特異的な増幅が生じやすい。PCNAは増幅効率を高める働きには優れるものの、ミスアニーリングしたプライマーからもDNA増幅してしまうため、反応特異性が悪くなる。一方、ベタインは増幅効率を高めるだけでなく、反応特異性も向上させる働きがあり、これらが組み合わさることで反応特異性を高めたまま、優れた増幅効率をも得ることができたものと考えられる。 As a result, no DNA amplification could be confirmed without PCNA and betaine. In addition, with PCNA and without betaine, DNA amplification was confirmed, but the specificity was poor, and there were some lanes where DNA amplification was not observed. Although DNA amplification was confirmed without PCNA and with betaine, the amplification efficiency was poor, and the amount of DNA amplification was small when amplification from 3 copies. On the other hand, with PCNA and betaine, the specificity was high, and sufficient DNA amplification was confirmed even from a low copy such as 3 copies. Long-chain target DNA has a long elongation time and is prone to non-specific amplification. Although PCNA is excellent in enhancing the amplification efficiency, it also amplifies DNA from a misannealed primer, resulting in poor reaction specificity. On the other hand, betaine has the function of not only increasing the amplification efficiency but also improving the reaction specificity, and it is considered that the combination of these has the effect of obtaining excellent amplification efficiency while increasing the reaction specificity. Be.

(実施例8)
GC率の高い領域をもつターゲットDNAの増幅
KOD DNAポリメラーゼ変異体(Y7A/V93K/H147E)、KOD-PCNA1 M73L/D147A変異体を用い、約10kbのDNAを増幅する系5種(これら5種はGC率が70%を超える500bp以上の領域を内部に含んでいる。)で、PCNAがある場合とない場合とでDNA増幅の比較を行った。なお、前記のそれぞれの場合において、さらにベタインがある場合とない場合とでDNA増幅を比較した。PCRにはKOD -Plus- Ver.2(東洋紡製)に添付の10×PCR Bufferを用い、
1×PCR Buffer、
1.5mM MgSO
0.2mM dNTPs、
約10kbを増幅する6pmolのプライマー(ATCB:配列番号22及び23、BRAF:配列番号24及び25、TGFb:配列番号26及び27、ACE:配列番号28及び29、CASP3:配列番号30及び31)、
20ngのヒトゲノムDNA(Roche製Human Genomic DNA;型番11691112001)、及び、
0.5μgのKOD抗体と混合した0.6U KOD DNAポリメラーゼ変異体(Y7A/V93K/H147E)
を含む20μlの反応液中に、ベタインを1Mになるように添加(又は添加せず)し、また、PCNA変異体を400ng添加(又は添加せず)して、反応系を比較した。コントロールとしてPCNA、ベタインを添加しないものも実施した。サイクルは94℃、2分の前反応の後、98℃、10秒→60℃、10秒→68℃、2分を30サイクル繰り返すスケジュールでPCR system GeneAmp(登録商標)9700(Applied Biosystem)を用いてPCRを行った。
(Example 8)
Amplification of target DNA with regions with high GC content
Using KOD DNA polymerase mutant (Y7A / V93K / H147E) and KOD-PCNA1 M73L / D147A mutant, 5 types of DNA amplification system of about 10 kb (these 5 types have a GC rate of more than 70% and a region of 500 bp or more). In), DNA amplification was compared with and without PCNA. In each of the above cases, DNA amplification was compared between the case with and without further betaine. For PCR, KOD-Plus-Ver. Using the 10 × PCR Buffer attached to 2 (Toyobo),
1 × PCR Buffer,
1.5 mM ו 4 ,
0.2 mM dNTPs,
6 pmol primers that amplify about 10 kb (ATCB: SEQ ID NOs: 22 and 23, BRAF: SEQ ID NOs: 24 and 25, TGFb: SEQ ID NOs: 26 and 27, ACE: SEQ ID NOs: 28 and 29, CASP3: SEQ ID NOs: 30 and 31).
20 ng of human genomic DNA (Roche Human Genome DNA; model number 11691112001), and
0.6U KOD DNA polymerase variant (Y7A / V93K / H147E) mixed with 0.5 μg KOD antibody
The reaction systems were compared by adding (or not adding) betaine to 1 M in 20 μl of the reaction solution containing, and adding (or not adding) 400 ng of the PCNA mutant. As a control, PCNA and betaine were not added. The cycle was 94 ° C., followed by a pre-reaction for 2 minutes, followed by a schedule of repeating 30 cycles of 98 ° C., 10 seconds → 60 ° C., 10 seconds → 68 ° C., 2 minutes using PCR system GeneAmp® 9700 (Applied Biosystem). PCR was performed.

図2は、KOD-PCNA1変異体がある場合とない場合、さらに前記のそれぞれの場合においてベタインがある場合とない場合において、PCRを行い、得られた産物を電気泳動した結果を示す。 FIG. 2 shows the results of PCR and electrophoresis of the obtained product with and without the KOD-PCNA1 mutant, and with and without betaine in each of the above cases.

結果、ベタイン、PCNAともに存在しない場合では、5種全てでDNA増幅が見られなかった。ベタインを添加せず、KOD-PCNA1変異体を添加したものではレーン5のCASP3のみDNA増幅が確認できたが、スメアが生じ増幅産物のバンドが確認できない、また全くバンドが見られないなど、増幅成功率は低い結果となった。ベタインを添加し、PCNAを添加しなかったものでは、レーン1のATCB、レーン5のCASP3で薄くバンドがあることが確認できたが、増幅効率が悪い結果となった。一方、ベタイン、PCNAを共に添加したものはレーン4のACEのバンドが薄いものの5種全てでDNA増幅を確認することができた。GCを含む領域は増幅しにくく、優れた増幅効率が必要になる。またこのターゲットDNAも10kbと長く、反応特異性も重要となる。PCNAとベタインを組み合わせることで、優れた反応特異性を保ちながら、効率的なDNA増幅が可能になった。 As a result, when neither betaine nor PCNA was present, DNA amplification was not observed in all five species. In the case where betaine was not added and the KOD-PCNA1 mutant was added, DNA amplification was confirmed only in CASP3 in lane 5, but smearing occurred and the band of the amplification product could not be confirmed, and no band was seen. The success rate was low. When betaine was added and PCNA was not added, it was confirmed that there was a thin band in ATCB in lane 1 and CASP3 in lane 5, but the amplification efficiency was poor. On the other hand, DNA amplification could be confirmed in all 5 types of those to which betaine and PCNA were added, although the ACE band in lane 4 was thin. The region containing GC is difficult to amplify, and excellent amplification efficiency is required. In addition, this target DNA is as long as 10 kb, and reaction specificity is also important. The combination of PCNA and betaine has enabled efficient DNA amplification while maintaining excellent reaction specificity.

(実施例9)
植物ライセートからのDNA増幅
DNA ポリメラーゼとしてKOD DNAポリメラーゼ変異体(Y7A/P36H/N210D)及びPfuポリメラーゼ変異体(Y7A/P36H/N210D)の2種類、PCNAとしてKOD-PCNA1変異体(M73L/D147A)、Mja-PCNA変異体(E142K)の2種類を用いて、植物のライセートから精製を行うことなくPCRができるかをベタインありなしで比較検討した。鋳型にはタバコの葉3mm角をBuffer A(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。PCRにはKOD Dash(東洋紡製)添付の10×PCR Bufferを用い、
1×PCR Buffer、
0.2mM dNTPs、
約1.3kbを増幅する15pmolの配列番号32及び33に記載のプライマー、
1μgのKOD抗体と混合した1.25U DNAポリメラーゼ変異体(KOD、PfuそれぞれY7A/P36H/N210D変異体)を含む50μlの反応液中に、評価するPCNAを1000ng添加(又は添加せず)し、また、ベタインは1Mを含むものと含まないものを比較した。コントロールとしてPCNA、ベタインを添加しないものも実施した。サイクルは94℃、2分の前反応の後、98℃、10秒→65℃、10秒→68℃、1.5分を35サイクル繰り返すスケジュールでPCR system GeneAmp(登録商標)9700(Applied Biosystem)を用いてPCRを行った。
反応終了後、5μlの反応液について1%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 9)
DNA amplification from plant lysate
Two types of DNA polymerases, KOD DNA polymerase mutant (Y7A / P36H / N210D) and Pfu polymerase mutant (Y7A / P36H / N210D), KOD-PCNA1 mutant (M73L / D147A) and Mja-PCNA mutant (M73L / D147A) as PCNA. Using two types of E142K), it was compared and examined whether PCR could be performed from plant lysate without purification. Tobacco leaves 3 mm square were added to 100 μl of Buffer A (100 mM Tris-HCl (pH 9.5), 1 M KCl, 10 mM EDTA) as a mold, and heat-treated at 95 ° C. for 10 minutes was used as a lysate. For PCR, use the 10 × PCR Buffer attached to KOD Dash (manufactured by Toyobo).
1 × PCR Buffer,
0.2 mM dNTPs,
Primers according to SEQ ID NOs: 32 and 33 of 15 pmol, which amplifies about 1.3 kb.
1000 ng of PCNA to be evaluated was added (or not added) to 50 μl of the reaction solution containing the 1.25U DNA polymerase mutant (KOD and Pfu, respectively, Y7A / P36H / N210D mutant) mixed with 1 μg of KOD antibody. In addition, betaine was compared with those containing 1M and those without. As a control, PCNA and betaine were not added. The cycle is 94 ° C., followed by a prereaction of 2 minutes, then 98 ° C., 10 seconds → 65 ° C., 10 seconds → 68 ° C., with a schedule of repeating 1.5 minutes for 35 cycles. PCR was performed using.
After completion of the reaction, 1% agarose gel electrophoresis was performed on 5 μl of the reaction solution, stained with ethidium bromide, and the amplified amount of the amplified DNA fragment was confirmed under ultraviolet irradiation.

図3は、KOD DNAポリメラーゼ変異体(Y7A/P36H/N210D)のベタインがある場合とない場合において、KOD-PCNA1変異体、又は、Mja-PCNA変異体1000ng添加してPCR反応を行い、植物ライセートから精製を経ずにPCRを実施し、電気泳動した結果を示す。比較のためにPCNAを添加していないものも実施した。 In FIG. 3, a PCR reaction was carried out by adding 1000 ng of KOD-PCNA1 mutant or Mja-PCNA mutant with and without betaine of KOD DNA polymerase mutant (Y7A / P36H / N210D), and plant lysate. The results of PCR performed without purification and electrophoresis are shown. For comparison, the one without PCNA added was also carried out.

植物ライセートはPCR阻害物質を多く含み、PCRに供すると阻害を生じることが知られている。ベタイン、PCNA共に添加しなかった場合では、ライセート2μlを50μlの反応性に添加すると阻害が生じた。ベタインを添加せず、Mja-PCNA変異体を用いたものは4μlで阻害が生じ、ベタインを添加せず、KOD-PCNA1変異体を用いたものは8μlで阻害が生じた。前記のそれぞれの場合において、そこへベタインを添加することで、それぞれ倍のライセートを添加しても阻害が生じなくなった。ベタインとPCNAを組み合わせることで、阻害にも強くなることが確認された。ベタイン、PCNAはそれぞれ機能が独立しており、これらを組み合わせることで優れた増幅性能を示すことがわかった。 Plant lysates are rich in PCR inhibitors and are known to cause inhibition when subjected to PCR. When neither betaine nor PCNA was added, addition of 2 μl of lysate to a reactivity of 50 μl caused inhibition. The one without betaine and using the Mja-PCNA mutant caused inhibition at 4 μl, and the one without betaine and using the KOD-PCNA1 mutant caused inhibition at 8 μl. In each of the above cases, by adding betaine to the betaine, inhibition did not occur even if double lysate was added. It was confirmed that the combination of betaine and PCNA makes it more resistant to inhibition. It was found that betaine and PCNA have independent functions, and that the combination of these functions exhibits excellent amplification performance.

Pfu DNAポリメラーゼ変異体(Y7A/P36H/N210D)でも同様の結果になり、ベタイン、PCNA共に添加しなかった場合では、ライセート2μlを50μlの反応性に添加すると阻害が生じた。ベタインを添加せず、Mja-PCNA変異体を用いたものは4μlで阻害が生じ、ベタインを添加せず、KOD-PCNA1変異体を用いたものは8μlで阻害が生じた。前記のそれぞれの場合において、そこへベタインを添加することで、それぞれ倍のライセートを添加しても阻害が生じなくなった。ベタインとPCNAの組み合わせにはポリメラーゼの種類は問わないことが分かった。 Similar results were obtained with the Pfu DNA polymerase variant (Y7A / P36H / N210D), and when neither betaine nor PCNA was added, addition of 2 μl of lysate to a reactivity of 50 μl caused inhibition. The one without betaine and using the Mja-PCNA mutant caused inhibition at 4 μl, and the one without betaine and using the KOD-PCNA1 mutant caused inhibition at 8 μl. In each of the above cases, by adding betaine to the betaine, inhibition did not occur even if double lysate was added. It was found that the combination of betaine and PCNA does not depend on the type of polymerase.

本発明は、バイオテクノロジー関連産業において有用であり、研究用途、診断用途を問わず、特にDNA合成に関わる技術において有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful in biotechnology-related industries, and is particularly useful in technologies related to DNA synthesis, regardless of research use or diagnostic use.

Claims (6)

ファミリーBに属するDNAポリメラーゼ、Proliferating Cell Nuclear Antigen(PCNA)、及びベタインを含み、8.5kb以上の長鎖ターゲットを核酸増幅するために用いられる核酸増幅試薬であって、該PCNAが、配列番号13に記載のアミノ酸配列において、82、84、109、139、143及び147番目に相当するアミノ酸残基の少なくとも一つの改変を有するとともに、以下の(1)又は(2)に示されるいずれかからなるものであることを特徴とする核酸増幅試薬。
(1)配列番号13に記載のアミノ酸配列において、1乃至数個のアミノ酸残基が置換、欠失、挿入又は付加されているアミノ酸配列からなり、かつ、RFCがなくともDNAにロードする活性を有するポリペプチド
(2)配列番号13に記載のアミノ酸配列との同一性が90%以上であるアミノ酸配列からなり、かつ、RFCがなくともDNAにロードする活性を有するポリペプチド
A nucleic acid amplification reagent containing a DNA polymerase belonging to Family B, Proliferating Cell Nuclear Antigen (PCNA), and betaine, which is used for nucleic acid amplification of a long-chain target of 8.5 kb or more, wherein the PCNA is SEQ ID NO: 13. In the amino acid sequence described in 1, it has at least one modification of the amino acid residue corresponding to positions 82, 84, 109, 139, 143 and 147, and consists of any of the following (1) or (2). A nucleic acid amplification reagent characterized by being a thing.
(1) In the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 13, the activity consists of an amino acid sequence in which one or several amino acid residues are substituted, deleted, inserted or added, and the activity of loading into DNA even without RFC . Polypeptide (2) A polypeptide consisting of an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 13 and having an activity of loading into DNA even in the absence of RFC.
ファミリーBに属するDNAポリメラーゼ、PCNA及びベタインを含み、8.5kb以上の長鎖ターゲットを核酸増幅するために用いられる核酸増幅試薬であって、該PCNAが、配列番号14に記載のアミノ酸配列において、82、84、109、139、143及び147番目に相当するアミノ酸残基の少なくとも一つの改変を有するとともに、以下の(1)又は(2)に示されるいずれかからなるものであることを特徴とする核酸増幅試薬。
(1)配列番号14に記載のアミノ酸配列において、1乃至数個のアミノ酸残基が置換、欠失、挿入又は付加されているアミノ酸配列からなり、かつ、RFCがなくともDNAにロードする活性を有するポリペプチド
(2)配列番号14に記載のアミノ酸配列との同一性が90%以上であるアミノ酸配列からなり、かつ、RFCがなくともDNAにロードする活性を有するポリペプチド
A nucleic acid amplification reagent containing a DNA polymerase, PCNA and betaine belonging to Family B and used for nucleic acid amplification of a long-chain target of 8.5 kb or more, wherein the PCNA is used in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 14. It is characterized by having at least one modification of the amino acid residue corresponding to positions 82, 84, 109, 139, 143 and 147, and consisting of any of the following (1) or (2). Nucleic acid amplification reagent.
(1) In the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 14, the amino acid sequence consists of an amino acid sequence in which one or several amino acid residues are substituted, deleted, inserted or added, and has an activity of loading into DNA even in the absence of RFC . Polypeptide (2) A polypeptide consisting of an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 14 and having an activity of loading into DNA even in the absence of RFC.
ファミリーBに属するDNAポリメラーゼ、PCNA及びベタインを含み、8.5kb以上の長鎖ターゲットを核酸増幅するために用いられる核酸増幅試薬であって、該PCNAが、配列番号19に記載のアミノ酸配列において、80、82、108、138、142及び146番目に相当するアミノ酸残基の少なくとも一つの改変を有するとともに、以下の(1)又は(2)に示されるいずれかからなるものであることを特徴とする核酸増幅試薬。
(1)配列番号19に記載のアミノ酸配列において、1乃至数個のアミノ酸残基が置換、欠失、挿入又は付加されているアミノ酸配列からなり、かつ、RFCがなくともDNAにロードする活性を有するポリペプチド
(2)配列番号19に記載のアミノ酸配列との同一性が90%以上であるアミノ酸配列からなり、かつ、RFCがなくともDNAにロードする活性を有するポリペプチド
A nucleic acid amplification reagent containing a DNA polymerase, PCNA and betaine belonging to Family B and used for nucleic acid amplification of a long-chain target of 8.5 kb or more, wherein the PCNA is used in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 19. It is characterized by having at least one modification of the amino acid residue corresponding to positions 80, 82, 108, 138, 142 and 146, and consisting of any of the following (1) or (2). Nucleic acid amplification reagent.
(1) In the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 19, the activity consists of an amino acid sequence in which one or several amino acid residues are substituted, deleted, inserted or added, and the activity of loading into DNA even without RFC . Polypeptide (2) A polypeptide consisting of an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 19 and having an activity of loading into DNA even in the absence of RFC.
ファミリーBに属するDNAポリメラーゼが、古細菌(Archea)由来のDNAポリメラーゼである請求項1から3のいずれかに記載の核酸増幅試薬。 The nucleic acid amplification reagent according to any one of claims 1 to 3, wherein the DNA polymerase belonging to Family B is a DNA polymerase derived from archaea. ファミリーBに属するDNAポリメラーゼ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請求項1から4のいずれかに記載の核酸増幅試薬。 The nucleic acid amplification reagent according to any one of claims 1 to 4, which is an archaeal DNA polymerase variant having a base analog detection activity in which DNA polymerase belonging to family B is reduced. ファミリーBに属するDNAポリメラーゼが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ものである請求項1から5のいずれかに記載の核酸増幅試薬。 The nucleic acid amplification reagent according to any one of claims 1 to 5, wherein the DNA polymerase belonging to Family B has a modification of at least one amino acid in any of the amino acids constituting the 3'-5'exonuclease active region. ..
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