【発明の詳細な説明】
止七剖
肛n7分−」一
本発明は、特定の核酸配列を増幅する方法に係わる。
兄ユの一’FiJ−5
試料中に存在する特定の核酸配列を 相補的な核酸配列を用いる試料のプローブ
探査によつで検出するJとは公知の診翫技術である。核酸は、相補的核酸との結
合においてきわめて特異的であり、従って特定の核酸が試料中に存在するかどう
かを決定するうえで1用である。検出するべき特定核酸の配列を確認し、次いで
この配列と8撓的である核酸配列を有するプローブを形成する。
本出願において、“特定の核酸配列”という語句は増幅しようとする一重鎖また
は二31値核酸を意味[2、“試料゛とは核酸を含有する混合物のことであり、
“十分に相補的”どは、プライマーと鋳型との2Flの核酸が特異的に相互作用
し得、そi:l。によって所与のイオン強度及び温度条件下「プライマー・依存
性で、かつ鋳型に支配された効率的なりNA合成が可能となることを意味′する
、
核酸プローブがきわめて特異的であるため、場合にJつでは核酸配列によ−)1
:構成されるタンパク質より核酸配列自体?プローブ探査するJjが好まし2い
。特定的な例として、肝炎13型°フイルスの感染粒子a、)存し2決定する場
合は、DN^ゲ21ムを人<11−感染性の抗原粒子力(非常に高いジベルで存
在するためタンパク質検出のみに基づく診断法(j、信頼できない。別の例では
、前癌性:/、・に、良性の頚管Nに口、1.)だされ6m々な゛リプタfブの
【ドパじロー・マウイルスハl!tj Wブロー・グハイブリダイゼーシ9:′
/を用いる4:とによ−)てのhr(別゛ぐきる8また、ΔX D S I′7
) f筬1: 物T !;x、ΔxDs特i的な核酸配列の存在に基づくアッセ
イが診断法と1.Cダ・れていZ)ことを確認している。
既存の核酸プローブ技術の適用に伴う最大の難点、rqgち既存のグD−・”プ
技術6)用途が限t>;fする理由はコピ・−数の問題に有、乙6例えば細胞の
つfノも・スでは、特定遺伝子のコピーはV遭l、・だ−く)仔llEイも、、
:フ)一つのコピ が洪伝子産物、即ち1鉗A;たljタユ・・バ、′7真の多
数Cつ、lビ・−を!、たらし得る。1′二のため、検出ずbべき核酸の持7配
列h(型子ものり゛/バク質;7ビー・をらたらl−1得ε、のてン、診断技術
は1−ば1゜ばタンパク誠のプローブ炉二)?含むも、ρ−)ν:な−・ノてい
イ1、天然に多数、即ち給胞14?j当1.−Iす!00,000コピー・・に
速性゛るほと存在するりボソームRNへがGenProbe(こよ−)て、レジ
j才・′ン(Legionei la)及びマイコアラスマなど成る橿C)邪菌
病原体の存在を核酸プローブと用いて分析するこ゛とを容易ζJ“するのに用い
られでいる7しかし、ごの方策は5.ウィルスのような非細胞性・の柄力ぽ休に
は用い得ない、コピー数は、核酸プ1コープ法と、末梢血液リンパ球1万個のう
ちの1個未満において[、かプL1ウィルスが組み込まり、ないかもl、j′ヨ
、ないAIDSウィルスの検出用に開発す′ζ、際特に問題l:なる。、皿も、
試料中に71在するので(大ないかと&J% ;!:I 1%る特定の核酸配列
を増幅で′きhば一7ビ・−数の問題は[司政でき、ブローン゛アッセイはより
適用しやすくなる。
細胞と数個し2か含有佑で5従って特定遺伝子の′:Iビ・−を数制御7か含J
了i、−い3攬常の生物学的二丁(料t゛゛゛は、:コビーp工の問題を・克服
4″Z、・\く増幅ブ■3セス多・用い・グCり力ばなら・ンい1゜増幅の一2
H法は試着を゛成長さ一已るー、゛と3、即ら試料中L:、 I存づbli′牝
学的1〜質か自己を復製し得るように条11・を朶漏1゜てや2]こと1゛ある
6復製の結果7核酸配列のiが検出可能1.−□べ刀(、、、、,4,で増加す
る。例えば食、品工業で(式、加]:i食品を倉中帽[クルーl一本う(Sa!
mL、1nel ia)に1考しで検寮オる7′、:めにJj:、1品試料て行
数1ヨ澗インキュベ・−1−シこ核酸(7)黍を増加させなit′FLばならな
い。臨床試料゛Sも、病原体を411当時間にわたって成長させることによりそ
の数を増加させなければならない。
Cetus Corporationに1987年7月28日付で付与された米
国特許第4,683,195号、及びCetus Corporationに1
987年7月28日付で付与された米国特許第4,683,202号はいずれも
、試料に含まれたターゲット核酸配列を増幅する方法の提供を目的としている。
米国特許第4,883,195号は、ターゲット核酸配列を含むと疑われる試料
をオリゴヌクレオチドプライマーで、鋳型としてts能するプライマー延長生成
物が合成されるように処理し、それによってターゲット核酸配列の増幅を実現す
る方法に係わる。プライマー延長生成物は、好ましい一例において熱変性を用い
て鋳型から分離する。同様に、米国特許第4,683,202号は、互いに分離
した2本の相補的鎖(eomple+5entary 5trands)を有す
るターゲット核酸配列を増幅する方法に係わる。この方法は、鎖をプライマーで
処理して延長生成物を合成すること、プライマー延長生成物を鋳型から分離する
こと、及びプライマー延長生成物自体を鋳型として用いることを含む。
上記2つの米国特許のいずれでも、増幅プロセスにおいてユーザーは手動で、ま
たは機械的に関与し、多段操作を行なわなければならない、これらの特許に含ま
れる操作ステップはユーザーに、試料を加熱し、冷却し、適当酵素の添加を行な
い、がっ操作ステップを反復することを要求する。温度変化は酵素にその活性を
失わせる。従って、ユーザーは増幅プロ七スの閏、適当酵素のアリコートを加え
た増幅混合物を繰り返し補充しなければならない。
そのうえ、米国特許第4,683,195号及び第4,683,202号では増
幅プロセスの各サイクルを第一の鋳型から第二の鋳型を合成することによって実
施し、第二の鋳型は第一の鋳型の合成に用いる。この手続きは反復され、即ち増
幅プロセスの各サイクルは一つの基質がら−っの生成物を合成することを基礎と
する。
先行技術に幾つかの増幅プロセスが開示されてはいるが、増幅プロセスを改良す
る必要性が存在する。増幅プロセスは、ユーザーによる関与及び操作を必要とし
なければしないほど好ましいであろう。更に、増幅を、増幅プロセスに必須であ
る酵素の活性に悪影響が及ばないように比較的一定の周囲温度で実施すれば有利
であろう、鋳型を、増幅プロセスの各サイクルで一つの基質から複数の生成物を
得るのに用いることができればより好都合であろう。
1朋1」し」
本発明は、従来の増幅方法に比べてユーザーの介入及びユーザーによる操作が少
なくてすむ有利な増幅方法に係わる。この増幅は比較的一定した室温で生起する
。更に、この方法では各サイクル毎に1つの物質から複数の産物コピーが形成さ
れる0本発明の増幅方法は、特定の核酸の量を増加させるのに使用し得るため、
コピー数の間圧がない。
従って、プローブアッセイをより容易に使用し得る0本発明の増幅方法はまた、
通常のクローニング技術の代わりとして、特定核酸配列の純度を増加させるのに
使用することもできる。
本発明の実施態様の1つでは、−重鎮RN^、−重gDNA及び二重MDNAの
合成を含む特定核酸配列増幅方法を使用する。−重gRN^は第1プライマー用
の第1鋳型である。−重鎮DNAは第2プライマー用の第2鋳型である。二重鎖
DNAは第1鋳型の複数のコピーを合成するための第3鋳型である。第1又は第
2プライマーの成る配列は特定核酸配列の成る配列に対して十分に相補的であり
、第1又は第2プライマーの成る配列は特定核酸配列の成る配列に対して十分に
相同である。第1プライマーの3′末端は相補的鎖上の第2プライマーの3°末
端に向けられる(oriented towardsL本発明の別の実施R様で
は、下記の操作を含む特定核酸配列増幅方法を使用する:
(a)第1プライマーを第1鋳型にハイブリダイズする。
この第1プライマーは第1鋳型のRN^配列に対して十分に相補的なりNA配列
を有する。
(b)前記第1プライマーに共有結合しており且つ前記第1M型のRN^配列に
対して相補的である第1DNA配列を合成する。この第1DNA配列及び前記第
1プライマーは第2鋳型を含む。
(C)第2プライマーのハイブリダイゼーションを行えるように、前記第2鋳型
から前記第1鋳型を分離する。
(d)前記第2プライマーを前記第2!ii型にハイブリダイズする。この第2
プライマーは前記第2鋳型のDNA配列に対して十分に相補的なりNA配列を有
する。この第2プライマーはまた、プロモーターの配列とftN^ポリメラーゼ
用転写開始部位の配列とをも有する。
(e)N2第21ライマーに共有結合し且つ前記第2鋳型のDNA配列に対して
相補的である第2DNA配列の合成と、前記第2鋳型に共有結合し且つ前記第2
1ライマーのDNA配列に対[5て相補的て゛ある第3DN八配列の合成どを行
う、これらの第2及び第3DNA配列、第2プライマー並びに第2鋳型は第3鋳
型を含む。
(f)前記第3鋳型から前記第111型のRNA配列の複数のコピーを合成づ′
る。
第1 X !!第2プライマーの成る配列は視g核酸配列の鰻、る配列に対しで
十分に相補的゛Sあり、第1又1虚第2ノ°ライマーの成る配列は特定核酸配列
の戊Z)配列に対1−′C十分(3相同”Cある。第1プライマー−の3゛末8
逓は相補的&上の第2アシ、イア−の3°末端に向けらJしる。
本発明の更に別の実施5檄で:太、DNAの第2プライマーが、第2鋳望のDN
A配列17対して十分に相補的な配列を3′末端に有する。第21ライマーは5
°末端に、8グロモー・ターの配列とRt1^ポリメラーゼ用転写開始部位の配
列と2含む。
本発明の更に別の実施態様では、第1yライマー、第2プライマー、リボヌクレ
アーゼ+1.RNΔ支配DNΔポリメラーゼ(RNA−diI−eeted D
NApoiymerase) 、 DNA支配IINAボリメラ・−ゼ(DNA
−directed DNA potyiierise)、 RNAポリメラー
ゼ、リボヌクレオシド1ヘリホスンコート及びデオキシリボヌクl/オシド)−
リホスフΣ−ト・を試料と組合わせる操作を含む特定核酸配列増幅方法を使用釘
る。第1DNAプライマーは第】RNA儲型(1:対し、て十分に相補的な配列
を有する。第2I)NAプライマーは第2 D NA鋳鋳型一対して十分(、、
:相補的な配列ど、プロ般−ターの配列と、転写開始部位の配列、−をイ4L、
4−え1〜らの配列はRNAポリメラーゼにより基質とし、て認毘さhろ。
第1〕fライ?゛・−Xは筆2゛2゛う・1゛マーの成る配列は特定核酸配列の
成る配列に対して・十分にMj補的Cあり、第1プライマーX I:j、第2グ
)イマ の成る配列(」特定核酸の成る配列に夕4して十分に相同である6第1
プライマーの3“、未電:は相補的鎖上の第2プライマーの3゛末端を向←づ−
られる、本発明の更に別の実施態様では、第1グライマー、第2)′シイマー・
、トリ筋芽細層形成、(lllyoblasf−osis)ウィルスポリメラー
ゼ、大腸菌(E、eoli)リボヌクレアーゼH、バクテリオファージT7 R
NAポリメラーゼ、リボヌクレオシド■・リボスフェート及びデオキシリボヌク
レオシドトリボスフJ−・トを試料に加える操作を含む特定核酸増幅方法を使用
1−る。
第】Dト1^プライマーは第1RNA鋳型に対して十分に相補的な配列を有する
。第2DNAプライマーは第2DNA鋳型に対して寸分に相補的な配列と、プロ
モーターの配列と転写開始部位の配列とを含み、これらの配列はT7 RNAポ
リメラーゼにより基質としてJiされる。第1プライマー又は第2プライマーの
戊る配列は特定核酸配列の成る配列に対して十分に相補的であり、第1プライマ
ー又は第2プライマーの成る配列は特定核酸配列の成る配列に対して十分に相同
である。第1プライマーの3°末端は相補的鎖上の第2プライマーの3゛末端に
向けられる。
図面の簡単な説明
本発明を説明する添付図面のうち、
第1図は核酸増幅方法の全体を図式的に示す説明図である。
第2図は増幅方法の検査に使用される合成オリゴヌクレオチドDNA配列の説明
図であって、Aはgagテスト配列、BはHag2テスト配列牙示している。
第3図は種々のプライマー・濃度を用いて行)ノ、:増幅反応のPAGEA析の
オートラジオグラムであるゆ第4図は種々の鋳型1度を用いて行−〕た増幅反応
のPAGEA析のす・〜トラジオダラムで゛ある。
第5図は増幅反応時のドツトプロ・ノ1−ハイブリダイゼ・−ジョンのオートラ
ジオグラムである。
第6図は制限フラグメントを鋳型として使用した増幅反応のPAGEA析のオー
トラジオグラムである、第7図は間接的核酸増幅方法の全体2図式的に示す説明
図である。
LL上」と(二51))コjじ111
本発明は特定核酸配列の増幅方法に伜わる。このi11幅はDNA及びRNAの
交互合成を含む、この合成の全体を第1図に図式的に示し7た。、:の方法では
、−ji kM RNAを一1i饋DNΔに転換し、この−・重鎮DNAを元の
一重須RN^の複数のコピ9−を合成するための機能鋳型に転換する。この増幅
方法では第1プライマー及び第2プライマーを・使用する。第1プライマー・又
は第2ブラ・イマーの成る配列は特定核酸配列の成る配列に対して十分に相補的
°ぐあり、第1又は第21ライマーの成る配列は特定核酸配列の成る配列に対1
.て十分に相同である。場合によっては、fI!4えば特定核酸配列が二fi
g IINAの場合には、第1プライマー及び第2ブーjイ゛フー・〜の両刀が
特定核酸配列の成る配列に対1.て十分に相補的であり且つ十分に相同゛ごある
。
RNAは、オリゴヌクレオチドブライマー(第1ブンイ7・−)をRNA (第
1鋳望)eハイブリグイズL、且つRNΔ支配D N Aポリメラーゼを用いて
第1プライマー(第3DNA配列ンから相補的DNA鎖を合成することにより一
重gDNAに転換する。得られた一重鎖DNA(第2鋳型)は、RNA−DNA
ハイブリッドに対して特異的なりボヌクレアーゼ(例えばリボヌクレアーゼB)
を用いて、例えば第1鋳型の加水分解により第1鋳型から分離する。第2fi型
は、第2fiI型の3°末端に対して十分に相補的な配列を3°末端に含み且つ
プロモーターの配列と転写開始部位の配列とを5′末端の近傍に含む合成オリゴ
ヌクレオチド(第21ライマー)をハイブリダイズし、DNA支配DNAポリメ
ラーゼを使用しながら、第2プライマーの3゛末端に共有結合した第2DNA配
列の合成を第2fII型を鋳型として行い且つ第2鋳型の3°末端に共有結合し
た第3DNA配列の合成を第21ライマーを鋳型として行うことにより、RN^
合成が可能な形態に転換する。その結果得られた第2鋳型の機能誘導体は第3鋳
型を構成し、第2プライマーによって決定されるプロモーター及び転写開始部位
に対して特異的なRNAポリメラーゼを用いて第1鋳型である複数のRNAコピ
ーを合成するのに使用される。新たに合成された各第1鋳型は、このサイクルを
繰り返すことによって、更に第2鋳型及び第3鋳型のコピーに転換することがで
きる。また、このサイクルの反復にはユーザーの介入又はユーザーによる操作は
必要ない。
この増幅方法は、適当な鋳型核酸を適当な反応条件で適当な酵素、プライマー及
び補因子に加えることがら始まる。
前記鋳型核酸は均−且つ連続的な増幅が可能な形態を有し、第1図に示したサイ
クルで中間体として機能し得る。この増幅方法では、前駆体(プライマー、リボ
ヌクレオシドトリホスフェート及びデオキシリボヌクレオシドトリホスフェート
)の正味の消耗及び産物(RNA及びDNA)の正味の蓄積が起こる。RN^合
成及びDNA合成は、核酸が検出できるほど十分に合成されるまで非同期的に進
行する。この増幅方法は、例えば標識付き前駆体からの標識付き産物の合成によ
ってモニターし得る。
この増幅は、第1図に示したプロセスに加えて、又はこのプロセスの代わりに、
別のプロセスを含み得ると考えられる。また、許される範囲の低速度で生起する
成る種の産生妨害(counter−productive)酵素反応も可能で
ある。これらの非生産的副反応の1つは、添加鋳型核酸の不在下におけるRNA
及び/又はDNAの合成である。このようなRNA及び/又はDNA産物は、特
定核酸配列の2つのプライミング部位の間にだけ見られる特定配列が存在するか
否かを調べることによって、所望の産物から区別することができる。
第1プライマーは第1鋳型の3°末端に対して十分に相補的な配列を3°末端に
含むオリゴデオキシリボヌクレオチドである。第1プライマーの3゛末端の配列
は、所与のイオン強度及び温度条件で第1DNA配列の特異的且つ効果的合成を
可能にする特定の長さ及び塩基組成を有する。第1プライマーは、第1サイクル
では、第1鋳型の3°末端より内側の領域に対して十分に相補的であり得る。後
続サイクルでは、第1プライマーの5°末端が第1鋳型の3゛末端に対して相補
的になる。第11ライマーは一部分又は全体が天然デオキシリボヌクレオチド以
外のヌクレオチド又はヌクレオチド類似体からなり得る。第1プライマーの5゛
末端は、第1サイクルで第1鋳型に対して相補的でない配列を含み得る。これら
の非相補的配列は固定し得る核酸に対して、又は有用な非核酸成分例えば検出を
容易にするリポータ−と結合し得る核酸に対して相補的であり得る。
第2プライマーは第2鋳型の3゛末端に対して十分に相補的な配列を3°末端に
含むオリゴデオキシリボヌクレオチドである。第2プライマーは、イオン強度及
び温度に関する所与の条件で、第2及び第3DNA配列の特異的且つ効果的合成
を可能にする特定の長さ及び塩基組成を有する。第2プライマーは更に、機能プ
ロモーターの配列と転写開始部位の配列とを含む、この配列は、第3DNAを合
成するための鋳型として使用する場合には、RNAポリメラーゼの特異的且つ効
果的結合と所望の部位での転写開始とを可能にする十分な情報を含む、プロモー
ター配列は機能プロモーターのアンチセンス(antisence)[から誘導
し得る。転写開始部位は天然RNA転写体の5°末末端列から誘導し得る。好ま
しい実施態様では、第2プライマーの5°末末端列が^^TTCT^^TACG
ACTCACTATACGCAGである。この配列は77 RNAポリメラーゼ
用のプロモーターの配列及び転写開始部位の配列を含む。
あるいは、別のファージRNAポリメラーゼ用の転写開始部位及びプロモーター
を使用してもよい、また、プロモーター機能に関係のない配列は、第2プライマ
ーの5゛末端に含まれるか又は転写開始部位と第2鋳型にハイブリダイズする3
゛末端の配列との間に含まれ得る。第2プライマーは一部分又は全体が天然デオ
キシリボヌクレオチド以外のヌクレオチド又はヌクレオチド類似体からなり得る
。
本発明で使用する酵素は総て特定の基準にかなったものでなければならない、各
酵素又は酵素調製物は有害なデオキシリボヌクレアーゼ(”DNase”)活性
、例えば特定のDNAポリメラーゼ及びエンドヌクレアーゼの一重鎖らしくは二
重i特異的エキソヌクレアーゼに1.、ば1.(:詰穐・している5゛も[2く
は3°エキソヌクレア〜・ゼ活性を′有していてはならないい各酵素又は酵素調
製物は5有賽なリボヌクレアーゼ(”RNast=−)活性を有していてはなら
ない。但し例夕)として、RNA及びDNAハイブリッドに対して特異的なりボ
ヌクトアーゼ活性(例えばリボヌクレアーゼH)の添加は好ましい、まj:、各
酵素は他の酵素プロセス及び非酵素70七ス、例えばRNAもしは(DNA1型
へのオリゴメクレオ千ドプライマーのハイブリダイゼーションで使用される一般
的反応条件で妥当な活性を示すようなものでなければならない。
本発明で使用するDNA支配RNAポリメラーゼは、プロモーターと称する特定
DNA配列に結合て′さ且つそのプロモーターの近傍の所定の開始部位でin
vitro RNA合成を特異的に開始させることができる任意の酵素であり得
る。前記プロモーター及び開始部位は第2プライマーの一部分となす。
このRNAポリメラーゼは更に、鋳型の11!能コピー1つにつき複数のRNA
コピーを妥当な時間内で合成できるものがよい。
好ましい実施態様ではバクテリオファージT7 RNAポリメラーゼを使用する
。池のバクテリオフフージRNΔポリメラーゼ、例えばファー・ジT3、ファー
ジφ11、サルモネラノアージ3p6又はジュードモナスファ・−ンgn−1を
(+Jり]、゛こもJ。1・)。
別の実施態様て゛は、別の反核生物又は真核生物のDNA1配RNΔボリメシー
ゼを使用し得るや別のRNΔボリノζラーゼき使用Vる時は、第2プライマーの
ブO亡−夕一及び開始配列の必要な改変を特定RNAポリメラーゼ゛の鋳型特性
に従って行わなりればならない、
本発明で使用するRNA支配DNAポリメラーゼは、オリゴデオキシリボヌクし
オチドプラ・イマー及びRNA鋳型からDNAを合成することができる任意の酵
素であ・ンてよい、この酵素は、DNA支配DNAポリメラーゼ及びRNase
Hに対する活性を含み得る。好ましい実施態様では、トリ筋芽ail!胞形成
ウィルスポリメラーゼ(^MV逆転写酵素)2使用する。 RNA支配DNAポ
リメラーゼは別のレトロウィルス例えばMiloneyネズミ白血病ウィルスに
由来するものであってもよい、あるいは、他の真核生物のRNA支配DNAポリ
メラーゼを使用することもできる。
本発明で使用するDNA支配DNAポリメラーゼは、オリゴデオキシリボヌクレ
オチドプライマー及びDNA1型からDNAを合成できる任官の酵素であってよ
い、この酵素は多くの種層のDNAポリメラーゼに結合している5゛又は3′エ
キソヌクレアーゼ活性な含んでいてはならない、好ましい実施態様ではAMV逆
転写酵素を使用する。但し、もともと5°又は3゛エキソヌクレアーゼ活性のな
い他のDNA支配DNAポリメラーゼを使用してもよい、この種のDNA支配D
NAポリメラーゼとしては、成る種の真核生物DNAポリメラーゼ、例えばDN
Aポリメラーゼγもしくはβ、哺乳動物の組織例えば子ウシ胸服から単離し得る
DNAポリメラーゼが挙げられる。不適当なりNAポリメラーゼは、DNAポリ
メラーゼ遺伝子を改質し、次いで改質ポリメラーゼを適当な宿主細胞中に発現さ
せるか、又はDNAポリメラーゼタンパク質を化学的に修飾することにより、望
ましくないエキソヌクレアー・ゼ活性を除去することによって有用なものにし得
る。改質DNAポリメラーゼは、大i菌111N^ポリメラーゼIのフレノウフ
ラグメント又はバクテリオファージT7 DNAポリメラーゼから形成し得る。
このような別のDNA支配DNAポリメラーゼ活性は、DN^支配DNAボリメ
ラ・−ゼによって与えられる活性を補足するために添加するものと理解されたい
、なぜなら、好まし、い実施!!tIa!では、RNA支配[)NAポリメラー
ゼ活性及び[’lN^支配DNAポリメラーゼ活性が同一酵素によって与えられ
るからである。
本発明で使用し得るRNase Hは相補的DNAにアニーリングされるRNA
を加水分解できる任意の酵素であってよい、この酵素は、−重鎮もしくは二重鎖
RN^又は総てのDNAの加水分解を生起させるようなものであってはならない
、好ましい実施R様では大腸菌RNaseHを使用する。別のRNase H酵
素、例えば子ウシ*腺RNaseHを使用してもよい、RNaseHは^MV逆
転写酵素に固有の活性であるため、好ましい実施態様ではAMV逆転写酵素のR
NaseHによって大腸菌3NaseHを補足する。あるいは、第2鋳型を第1
鋳型から分離できる他の任意の酵素を使用してもよい。
前記酵素及びプライマーは、DNA合成及びRNA合成の両方に必要なバッファ
及び補因子を入れた反応容器内で一緒に混合する。イオン条件及び反応温度は、
当業者に公知のように、プライマーとDNAI型及びRNA鋳型との特異的ハイ
ブリグイゼーシ37に適1.f:ものでなければならない、前:己反応混合物は
増幅プロセスを妨害するような物質、特に酵素の活性を著しく低下させ得る物質
、プライマーと鋳型のハイブリダイゼーシシンを妨害する物質、又は核酸中間体
及び産物を非産生的に劣化させる物質を含んでいてはならない。
ここで、使用可能な検出方法を説明する。この説明は、本発明の増幅方法を適用
する上で有用と思われるからである。但し、本発明の増幅方法で合成される核酸
の検出に使用し得る方法はここで説明するものには限定されず、他の方法も使用
し得ると理解されたい。
これらの方法の1つでは、標識付き前駆体を前記反応混合物に添加する。増幅は
、標識付き産物の量又は質の分析によって測定する。これらの産物は当業者に公
知の方法で標識付き前駆体から分離できる。標識付き前駆体は、RNA合成を検
出するためのりボヌクレオシドトリホスフエート又はDNA合成を検出するため
のデオキシヌクレオシドトリホスフェートもしくはオリゴヌクレオチドプライマ
ーであってよい、amの種類は、放射性同位体又は有用な化学基、例えば抗体に
結合し得るビオチン、発色団、蛍光発生体(f 1uorophore)又はハ
プテンであり得、あるいはタンパク質もしくは酵素であってもよい、標識付き産
物は溶解度、電荷又は大きさに基づいて標識付き前駆体から分離し得る。
また、標識付きDNA又はRNAは、相補的配列を含み且つ固定できる核酸にハ
イブリダイズし得る。
別の方法では、本発明の増幅方法の産物を固定支持体に結合し、相補的配列を含
む核酸プローブにハイブリダイズし、且つ溶液状態を維持するハイブリダイズし
なかった核酸プローブから分離するようにし得る。産物即ちDNA又はRNAは
、例えば疎水性相互作用、静電相互作用又は共有結合性相互作用のような任意の
安定な相互作用によって固定支持体に直接結合し得る。これらの産物はまた、例
えばアビジンもしくはストレプトアビジンのような固定したタンパク質に結合で
きるように、増幅プロセスの間にこれらの産物に組込むことができる特定の化学
基、例えばビオチンを含み得る。これらの産物は更に、相補的配列を含み且つ固
定できる核酸にハイブリダイズし得る。核酸プローブは、ハイブリダイゼーショ
ン条件下で結合し且つハイブリダイズしなかった核酸プローブの除去に使用され
る条件下で結合が維持されるように、増幅プロセスの産物に対して十分に安定な
相互作用を起こす相補的配列を含む、好ましい実施態様では、この相補的配列が
第11ライマーの配列と第21ライマーの配列との間の特定核酸配列部分に由来
する。
ことができる二重jiDN^もしくはRNA、又はデオキシリボヌクレオチド及
び/又はリボヌクレオチドがらなり得るオリゴヌクレオチドであり得る。この核
酸プローブはまた、適当な条件で産物DNA又はRNAに共有結合し得る化学基
を含み得る。この核酸プローブは放射性同位体又は有用な化学基、例えば抗体に
結合し得るビオチン、発色団、蛍光発生体又はハプテンで標識し得る。この核酸
10−ブはまた、タンパク質又は酵素、例えばホスファターゼ又はペルオキシダ
ーゼに接合し得る。この核酸プローブは更に、プローブのin vitro複製
を可能にする配列を含み得る。
この増幅方法の産物は分子クローニング技術で増殖した核酸に通常使用される方
法によって分析し得る。あるいは、特定DNA配列の合成を制限エンドヌクレア
ーゼによる合成りNへの消化によって検出し、次いで電気泳動で分離し、且つ当
業者に公知の方法で検出することもできる。別の方法として、増幅したRNAの
配列をRNA支配DNAポリメラーゼ、第1プライマー及びジデオキシヌクレオ
シドトリホスフェートを用いるDNA合成によって決定してもよい(Stofl
etら、1988) 、更に別の方法では、増幅した男3a型の配列を、増幅プ
ロセスで使用したDNA支配RNAポリメラーゼ及び3°−デオキシリボヌクレ
オシドトリホスフェートを用いるRNA合成によって決定し得る(^xelro
d及びにrawer、1985)、更に別の方法では、増幅したRNAがin
vitro9訳し得るポリペプチドをコードし得る。このin vitroll
訳のポリペプチド産物は抗体を用いて分析し得る。
特定核酸配列を含む疑いがあるか又は該配列を含んでいることがわかっている試
料は、均−且つ連続的な増幅が可能であり且つ第1図に示したサイクルの任意の
中間体であり得る鋳型核酸形態で前記反応混合物に加える。この鋳型核酸は特に
、第2プライマーの3゛末端に存在する配列と十分に相同の配列を5゛末端に含
むと共に第1プライマーに対して十分に相補的な配列も含む一重gRN^であり
得る。この形態の鋳型核酸は本発明の増幅プロセスで第1鋳型として機能する。
前記鋳型核酸は、あるいは、第2プライマーの少なくとも3゛末端に対して十分
に相補的な配列を3°末端に含むと共に第1プライマーの3°末端に存在する配
列に対して十分に相同である配列を含む一重MDNAであり得る。
この形態の鋳型核酸は本発明の増幅プロセスで第2鋳型として機能する。前記鋳
型核酸はまた、一方の鎖が第2プライマーの配列全体を5′末端に含むと共に第
1プライマーに対して十分に相補的な配列も含む二重鎖DNAであり得る。
この二!gDNAは本発明の増幅プロセスで第3鋳型として機能する。
鋳型核酸の製造は増幅プロセスの一部分をなすものではないが、鋳型核酸の形成
に使用し得る方法の説明は該増幅方法を実施する上で有用であろう、但し、鋳型
核酸の製造に使用し得る方法は以下に説明するものには限定されず、別の方法も
使用できると理解されたい。
1つの方法では、第1鋳型としてta能し得る鋳型核酸が、当業者に公知の部位
特異的加水分解(Sbibabaraら、1987)でより大きいRNA分子か
ら形成し得る天然RN^又はRNAフラグメントであり得る。
別の方法では、第2fiI型として機能し得る鋳型核酸を、第2プライマーの3
′末端に対して十分に相補的な配列に接する部位をもつ制限エンドヌクレアーゼ
での消化によって二重MDNAから形成し得る。得られた二重j[DNAフラグ
メントは次いで、化学的変性又は熱変性により一重鎖にし得る。
別の方法では、第2鋳型として機能し得る鋳型核酸を、DNA合成をブロックで
きるオリゴヌクレオチドとハイブリダイズした一重gDNA又はRNAから形成
し得る。ブロック作用をもつ前記オリゴヌクレオチドは、適当な条件で鋳型に共
有結合し得る化学基を含み得る。第1プライマーを用いてブロックされた鋳型か
らDNAを合成すると、第2gI盟と同じ3′末端を有する合成りNAが形成さ
れ得る0元の鋳型がRNAの場合には、得られたDNA−RNAハイブリッドを
鋳型核酸として直接使用し得る0元の鋳型がDNAの場合には、得られた第2鋳
型のコピーを化学的変性又は熱変性によって元の鋳型から分離し得る。
別の方法では、第3鋳型として機能し得る鋳型核酸を、第2プライマーを用いる
DNA又はRNA鋳型からのDNA合成により、−重gDNA又はRNAから形
成し得る。得られた合成りNAは次いで、化学的変性又は熱変性により元の鋳型
から分離し得る。また、RNA鋳型を化学的に又は酵素を用いて加水分解するこ
ともできる。その結果得られる一重1iDN^は5′末端に共有結合した第21
ライマーの配列を有し、且つ第1プライマーに対して十分に相補的な配列を含む
、この−重gDNAは、第1プライマーをこの一重1iDN^にハイブリダイズ
して、該第11ライマーに共有結合しており且つ該−重HDNAに対して相補的
であるDN^NAを合成することにより、転写機能をもつ二重gDNAに変換し
得る。
更に別の方法では、化学的、熱的又は#素的方法を用いて二重1DNA、二重U
RN^又はDNA−RNAハイブリッドがら一重1iDN^又はRNAを形成し
得る。得られた一重鎖DNA又はRNAは次いで、山述のいずれかの方法を渭い
て、第1鋳型、第2鋳型又は第3鋳型として機能し得る鋳型核酸を形成するのに
使用し得る。また、第1プライマーと核酸の一方の鎖とを用いる方法、並びに第
2プライマーと核酸の他方の鎖とを用いる方法を一緒に使用して鋳型核酸を形成
することもできる。
社jしL2功」組
材料
^pplied Biosystes+s社の38OA DNNA成器を用いて
オリゴヌクレオチドを合成した。このオリゴヌクレオチド合成に使用したカラム
、ホスホラミダイト(phosphora+5idites)及び試薬はTec
hnical Marketing As5ociatesを通して^ppli
−ed Biosystems Inc、から入手した。オリゴヌクレオチドは
、ポリアクリルアミドゲル電気泳動及びDEAEセルロースクロマトグラフィー
に雇次かけて精製した。放射性同位体[cr−32p]UTP(800Ci/s
e+of)は^mersbamから入手した。 DNへの消化及び連結反応に必
要な酵素はNew E++41iod Biolabsから入手し、製造業者の
指示に従って使用した。 DNAポリメラーゼ1のラージフラグメント(フレノ
ウ)を含む調製物もNew England Biolabsから入手した。
PromeHa BioLecのRNasin及び丁7 RNAポリメラーゼは
Bio/Can 5cientific Inc。
を通して入手した。逆転写酵素及びRNase )IはPharmaciaから
入手した。プロテイナーゼにはBoehringer Mannheis(4n
adaのものと使用した。形質転換は総て大腸菌株HBIOI(^TCC336
94)を用いて行った。プラスミドpLIc19 (Norranderら、1
983)はBethesda Re5earch La、boratories
から入手した。
DNAの単離及び配列決定
大腸菌形質転換細胞は50ug/mlのアンピシリンを含むY丁培地(Mill
er、1972)で増殖した。プラスミドDNAはラビッドボイリング法(I(
olmes及びQuigley、 1981)で精製した。
総ての構造に使用したDNAフラグメント及びベクターは、低融点アガロース中
での;気泳動によって分離し、フェノール抽出及びエタノール沈澱(Mioia
tisら、1982)によって溶融アガロースから精製した。1ラスミドDNA
の配列決定は、ジデオキシ法(Singerら、1977)の変法()laHo
riら、1985)によって行った0反応操作は−20ユニバーサルブライ?−
(New England Biolabs)を用いて行った。
TC^沈澱
増幅反応のアリコート(5ul)を20111の1(ImMEDTA中でクエン
チングし、全時点試料が採取されるまで氷上に留置した。
冷却した試料をガラスフィルターディスクに適用し、即座に水冷5%トリクロロ
酢酸(“TC^”)及び1%ビロリン酸ナトリウム中に落として時々撹拌しなが
ら10分間放置した。水冷5%TC^による5分間の洗浄を2回行い、次いで9
5%エタノールによる洗浄を2回行い、N、結乾固させた。液体シンナレーショ
ンカウンターで放射能を測定した。
ポリアクリルアミドゲル電気泳動
試料(1〜6−1)を4〜5111のホルムアミド染料(90%脱イオンホルム
アミド、10mM 丁risHCI(pH8,0>、IIIMEDT^、キシレ
ンシアツール及びブロモフェノールブルー)と混合し、長さIZcmの7%変性
ポリアクリルアミドゲルに適用した。ゲルにはブロモフェノールブルー染料が底
に到達するまで350ボルトの電圧を印加した。場合によってはオートラジオグ
ラフィーの前にゲルを固定し乾燥させた。この固定は、10%メタノール及び7
%酢酸で15分間洗浄することによって行った。この方法で分離したRN八へ物
のプロフィルを室温でオートラジオグラフィーにより視覚化した。
(以下余白)
天1ヱLL
gttgテストンステム用のオリゴヌクレオチドの設計及び合成
EcoR1部位、T7フアージプロモーター、T7 RN^ポリメラーゼによる
転写開始に必要な配列及び19 bpハイブリダイゼーション領域(ハイブリダ
イゼーション領域1)を含むように合成りNA配列(図2^)を設計した。これ
らの要素のクローニングに関与する47bオリゴヌクレオチドM (T7H1,
にAに)は、プライマーとしてら役立つ。
ハイブリダイゼーション領域2は、ハイブリダイゼーション領域1から53bp
giれており、その長さは20bpである。この領域(I12.[;AG)に対
し作成されたプライマーは、一方向(sense)iiの20bオリゴヌクレオ
チドの重復物であり、クローニングには使用されない、ハイブリダイゼーション
領域をつなぎ及びこれを含む配列は、IITLV−TIIゲノムのwag部分の
92bpセグメントである。この特定の遺伝子セグメントは、プライマーが効率
良くハイブリダイズすると予想されたこと、及び2つのハイブリダイゼーション
領域の閏の距離が比較的短かかったので選択した。さらに、Xba1部位をクロ
ーニングを容易にするために配列の末端に設置した。
gagテスト配列は、組換え体のスクリーニングを促進し得るsph I及びP
stIも含む。
全部で4つのオリゴヌクレオチドを、このフラグメントのクローニングに使用し
た。 gagテスト及びgag2テスト配列の両方の1成で使用したNl 、G
AGは、逆方向(antisense)鎖を完結し且つクローニングプロセスで
のみ使用される。
同様に、T74.PROはT7プロモーターの一方向鎖成分である。
しかしながらNo、(:ACは、両方のテストフラグメントの構成で使用され、
増殖サイクルの2段階で中間体(第2の鋳型)としても使用された。全クローン
化gigテストフラグメントも、増殖サイクルの中間体(第3の鋳型)を代表し
得る。好適なベクターに一部クローン化されると、 gagテストDN^はT7
RN^ポリメラーゼにより転写され得、段階の3つに包含される増殖中間体と
して有用なRN^フラグメン1− (第1の鋳型)を生産する。さらに、T7H
1,GAG及びFI2.CAf:も、コノテストンステムでプライマーとして役
立つ。
gag2テスト合成りNAフラグメント(IIW2B)は、T7プロモーターを
含まないが、配列の歿余はgatgテスト配列と同一であり、従ってN1.CA
C及びN2.[:AC;の両方は、その構成に包含された。逆方内研を完結する
のに必要なオリゴヌクレオチドl、:、 111.1;AL:と呼称される7一
度クローン化されると、gag2テストフラグメ〉トは、篤型核酸ン一してDN
A制訳フラグノ(ントを使用して増殖を・試験するため(′、、l彷型どして使
用され得る。
え2−贋ユ、。
gagテストアラスミドの構築
オリゴヌクしオチドT74.PRO及びN1.GAIl:(各2ug)Q 70
鯵MTrisHC1(pH’7.6)、14gCI210J、DTT h+M、
ATP 0.511.M及びT4ボリヌクレオチドキ十−1擾イ5単位を古む2
0 p n O反応器て′房々に37℃で30分間リシ酸化した。リン酸化T7
4.PROとNl。
にAに (各10¥117)を、未リン酸化T7)1u、GAI:及び82.巳
cの各11JIll、並びに3p(の100+mM TrisHCff(pH7
,8)−500mM NaCρと混合し、、gagテストアセンブリ用に最終容
積を291117にした。HaH2デスト混合物は、リン酸化NX、tl:AC
101I&、未リン酸化111.GAG及びN 2 、 [: A [;を各1
uy並び!、: 、 100mM TrisHCff(pH7,8)−500m
MNaC11,8uj!e含み、最終容積を181JNとした。オリゴヌクレオ
チド混合物を、別々に90℃で10分間数置I7てハイブリダ・イズし、次いで
10〜16時閲かけて室温まで徐冷した。50d 丁risHIJ! (pH7
,8) 、10mM MgCj!z、20mM DTT、 1mM ATP及び
50uy/zIBS八を含む反応混合物60ν!を、ハイブリダイズし、たオリ
ゴヌク1/オチドを一緒に連結するのに使用し、た。
T4 DN^リガーゼ400単位を3aHテスト反応物にご\加し、これを15
″C゛で2時間培養した。また、gnB2テスト反応物は14へ1u時間T4
DN^リガーゼ2001位と培!シタ。
分離して精製I−た合成りN^七グメ〉川−を、ボッリンカ・−<polyl
1iker)領域内の制p酵素部位て・消化することによって直鎖化1.7だプ
ラスミドptlc19と混合Iまた0丁4 []N^リガーゼを使用してgag
テスト配列を、tlci9のEeaRI−Xba+1フラグメンl= (、;二
連結17、HaB2テスト配列をSi*aI−Xbalフラグメント1、、こ連
結した8、−れらの反応を大腸菌の形質転換に使用1−だ接に得られプs形質転
換体由来のプラスミドDNAを制限分析(l:″よりスクリー・ニジグし、Ω終
プラス、ミド<pGAG、TEST及びp(−八G2.TEST)が配列分析に
より正しいものであることが確認された。
K菰−匠−と
RNΔ増殖に於けるプライマー濃度の効果μgテストスリゴヌクレオチドから転
写されたRNAを増殖するのに使用された反応混合物(25μf)は、50II
MTrisHCj’(pH8,45)、6mMMgCjz 、 40−MKCl
、 10IaHジチオスレイトール 0.5m14 NTP(ATP、 CTP
、 GTP、 UTP)、111M dNTP(dATP、dCTP、 dGT
P、 dTTP)、RNasin 20単位、 T7 RNAポリメラーゼ10
単位、逆転写酵素10単位、RNase H0,4単位、及び[α−52p]U
TP 10uCiを含んティた− 反応物ノウチ2 ツli、N2.にA(:
0.5ug<0.015pmoles>を含んでいたが、他の2つの反応物は全
く鋳型を含んでいなかった。プライマー77111.(:AC及び+!2.11
;Al:を各々、N2.CAGを含むかまたは全く鋳型を含まない反応物に、終
濃度3.4μHまたは0.34μHで添加した0反応物を42℃で2時間培養し
た。RNAの全合成量を30分毎にTC^に不溶物への放射活性典曇の取り込み
を測定することによりモニターした。プライマー濃度の鋳型依存性RNA合成に
於ける効果を、表1に示す1合成したRNAを等1含む各反応のアリコートを、
PA(:E及びオートラシ゛オグラフイー分析法(図3、レーン1〜4、反応と
同一番号と付与−)によって分析した。
艮L
AO,,34”−7
反応器では最も同位体罰り込み量が多かったが、鋳型な含まない対照、即ち反応
2でもそのlは高く(反応1の73z)、酷似した;気泳動プロフィールを示し
た。従ってプライマー濃度が高いと、増殖で予想されたものと同一サイズのRN
Δ転写体が、鋳型が全く無くても製造されることが知見された。プライマー濃度
会十分の−に減らしたサンプルを使用した結果は、これど1的に異なった。v:
、、応3で製造されたRNA量は反応47g!遺されたものの2.6倍であった
が、殆ど総ての転写が反応3で予想されf::サイズの単一バンドに検出された
のに対し、反応4では60〜70bよりも大きいフラグメントは検出されなかっ
た。従ってプライマー濃度は、正確で且一つ効率的なRNA増殖に非常に重要な
役割を担っている。
増殖システムによって生み出されると予想されたフラグメントサイズを表すのに
使用された対照のRN八へ写物(図3のレーン0)を、テストプラスミド由来の
転写によって調製した。 pcAc、TEsTを、χbilで消化して直鎖化し
、プロテアーゼにで処理しくManiatisら、1982)、7xノ・=ル抽
出し次いでエタノール沈澱した9次いて′、T7 RNAポリメラーゼを供給者
の推奨法に従って使用して、[α−52p]UTP 10uCit含む反応混合
物25uf中で得られたフラグメントo、sugを転写した。
K11上
RNA増殖に於ける鋳型濃度の効果
標準の反応混合物501JNを使用して、0,3hM T71(1,にAに、0
.3hM N2.GAG、 5〇−阿 丁risBcf(pH8,45)、 a
d HgCl2、40mMKCl、10mN D丁T、0.5mM NTP、
1mM dNTP、RNasin 40単位、丁7 RN^ポリメラーゼ20単
位、逆転写酵素20単位、RNase [10、s即位、及び[α−32ρ]U
丁p io〜20μCrを含んだg&gテストオリゴヌクレオチドから転写した
RNAを増殖させた0反応物は、lr+4〜1rgの量の鋳型(N2.GAC)
を含んでいた。一つの反応物は鋳型を全く含んでいなかった6反応物を、42℃
で3時間培養し、この間30分毎に丁CΔに不溶の放射活性組み込み量を測定す
ることによってモニターした8表2に示したように、RNA全合成量は、試験し
た総ての鋳型濃度について、全く鋳型を含まない対照よりも多かった。しかし、
RNA全合成量は一般に、鋳型濃度が減少するにつれて減少するが、この合成に
於ける減少は定量的ではなかった。従って、開始鋳型1個当たりのRNAの増殖
度は、一般に鋳型濃度が減少するにつれて増加する。8xlO”倍の増殖が、N
2.C:AC鋳型If、からRNAo、sugが合成されたことによって達成さ
れり、 102−bN2.GAcオ!J コヌクレオ+ F ノlrg!i、は
ぼ2×104個の分子を表す。
民Z
〜 日 ′のNZ、CAC) のRNA 1区区 級皿 含叉は8訊 11鐙ひ
1 1nH3,53,5xlOコ
2 1100p 4.4 4.4X10’3 10pg4.1 4.1xlO”
4 1pg 3.0 3.0y10’
5 100f、 2.7 2.7X10テ8 10fg1.9 1.9×10”
7 1fg 0.78 7.8×10”8 − 0.046 −
反応3時間後に合成されたRNAを、各鋳型濃度毎にPAにEで分析した(図4
.レーン1〜8、反応と同一番号を付与)。
約100 bのRNAを表す大きなバンドが、鋳型をHgを含む反応及び全く鋳
型を含まない反応を除いて総ての反応で検出された。鋳型1fgを含む反応は、
3時間ではこの1005の生成物が多くないが、鋳型を全く含まない反応よりも
全体のRN^合成量は多く、且つ定性的に異なっていた。
え1匠i
RNA生成物のハイブリダイゼーション分析N2.Il:AGili型をII)
g〜0.1fgの量で含む増重反応を、放射性標識したUTPを省略した以外に
は、実施例4の教示に従って実施した0反応物を42℃で3時間培養した。30
分毎に各反応物からアリコートを取り出し、ナイロンM(^mersham)に
付けた。これらの反応物のアリコートに含まれていた核酸を、紫外光に&露する
ことによって固定した。WAを50℃で1時間、100c+y”当たり溶液5r
slに等しい容Iの最終濃度50v/v$(7)ホルムアミド、5xSSC及び
5 X Denhardt’ s溶液(Maniatisら、、1982;5o
uthernら、、1975)からなるプレハイブリダイゼーションハ@液中で
プレハイブリダイズし、ハイブリダイゼーション溶液の10’cpm/IIlの
比活性で放射性標識したプローブでハイブリダイズした。50Sホルムアミド、
5XSSC及び5 X Denhardt’ s溶液<Maniatisら、、
1982゜5outhernら、 、 1975)中で250℃16時間ハイブ
リダイゼーション分案施した。放射性標識したプローブは、T4ポリヌクレオチ
ドキナーゼ及び[α−321]^TPを使用して5′末端で標ニした、合成オリ
ゴヌクレオチド5’G^丁CTにGGATAGAGTACATCC八3°であっ
た。膜を、2xSSへ10.1v/d SDS次いで0.2XSSC20,1v
/s45DS(Southernら、、1975 ; Maniitisら、、
1982 。
5zostakら、、1979)からなる一連の洗浄液で2.3分間づつ、50
℃で洗浄した。
図5は1種々の培養時開にサンプリングした、種々の量“のN2.GAに鋳型を
含む増殖反応で実施したハイブリダイゼーション分析結果を示す。
図5の各欄は、種々の時間(1,30分、2.60分、3.90分;4゜120
分、5.150分;s、 180分)を表し、各列は添加しりNZ、GAに鋳型
の種々ノ量(1,lpg:2.1100f:3.104g;4. Ifg;5.
0.1fg、6.鋳型無し)を表す、標皿化したプローブに対してハイブリダイ
ズした核酸の増殖は、1〜3列に示される(Ipg〜10fg)が、特定の核酸
に対するハイブリダイゼーション(列4〜5(lfg、0.1fg))は列6(
鋳型無し)よりも高くなかった。
時間が経つにつれてハイブリダイゼーションシグナルも増加することから、列6
で標識されたプローブの外見上の非特異的結合は、DNAまたはRNA合成に関
係するものであろう。
1!l二 〇型と1−でのDNA制限フラグメントの使用。
7 ラスミF p(:AC3,TESTをMsp I 及ヒフ 0 ティカーセ
′にテ消化し1、フェノール抽出及びエタノール沈殿により精製l7.5分間煮
沸により変性させた。 NZ、GACオリゴゾクレオチトの代わりにMsplで
消化i、、、 y’; p (:八G2 、 TESTを鋳型とじ1使用17た
以外は実施例11の教示にしたか−)で増幅反応を笑施し、分析した。各反応に
加j、たプラスミドの量は5508〜5..5pg、及び鋳型な1.としメ、:
。実際のサンダル中に存在し、でいる付加的なりNAにシミーz i−−1−す
る六二めに、同様に+め消化、精製及び変性させておいたウシ胸腺DNA1ng
を反f:物に1つおきに加えた342℃て゛3時間インキュベー・ジョン後、T
CΔ沈殿及びPAGE分析によりRN^合成率を決定した。表3に示すように、
合計RN^合成早は試馴した全鋳型濃度とも鋳型を含まない対照より高かった。
グラスミドDNA全体の1,8%である実際の鋳型からのRN^合成率に基づい
て増幅率を計算した、
特定の初期レベルの組型濃度から得られる合計RN^合成率(増tiI率)は合
成オリゴヌクレオチド鋳型の増幅率(表2)に比較して制限フラグメント(表3
)のほうが−貫して低かった。これは使用条件下での制限フラグメント鋳型の相
補的値との競合によるものど思わバーる。
p C二Msp I r、rljf化しf; pGAG2 、 TESTカA)
I) RNAjfJ glに一又J、 i’JJ大 1犬馬−廣1本庫 笠1
皇03 1i5.onsl:1r+By] 3,65 3.7x 10’<4.
IJ5) <4.lX10’)
3 5.5nHl:ioopg] 3.54 3.5x 10’4 (3,,1
6) (3,2x 10’)s 5i50.Opg[10pg′J 2.29
2.3X 3.0’6 (2,’79) (2,l’lx ’io’>55.0
pg[1pg:l 2.132 2.6x 10’8 <0.(i7) <0.
7x 10” ンg 5.5pu目00fgl i、、37 1.4x iO’
jO(2゜2.6) (2,3x 10’)*大括弧内の数字はNZ、GAGの
当凰を示す6■括弧内の数字はMap iで消化したウシ31!DNA1u9の
存在下でのRNNA成率を示す。
3時間の反応時間後に合成されたRNA、をP^CE(図6、レーン1〜6.1
1及び12、l/−ン番号は反応物番号に同じ)により分析した。約100bの
RNAを表す主要バンドは反E;物(レーン)1〜6に存在しており、鋳型なし
の反応物(レーン11及び12)には現れなかっな、レーン0のRNAは実Mi
例3の教示にしたがって調製した標準である。Msplで消化したウシ胸JII
DN^111gを加えた場合くレーン2.4及び6)も加えない場合くレーン1
.3及び5)も合成されるRNAに明白な定性的な相違はなかった。
mユニ 間接増幅
1丘ly1遣
(&)細菌株及びプラスミド
カナダ赤十字社の総裁であるDr、P、G11lから寄贈されたSacI−Bg
ll[サブクローンから、各々Hm(81110株)からの1422塩基対のX
ba I−EcoRl制限フラグメントを含むpにEM、4−81gプラスミド
及びM13−Mp18−[iagプラスミドを構築しな。
この制限フラグメントは!(TVI Flag遺伝子(Rれner、 L、)の
大部分を含む、大腸菌株HBIOIはp[;EM4−gagプラスミドで形質転
換し、大腸菌株TCIはM13−0gプラスミドで形質転換した。
Maniatis他(Maniatis、 1.、 Fr1tseh、 E、F
、lびSimbrook。
J、)に記載の方法によりプラスミドDNAを調製した。
(b) 88八鋳呈の合成
gag−RNA鋳型を得るために、pGEM、HagプラスミドをXba Iで
直鎖化し、フェノール−クロロホルムで抽出し、エタノール沈殿させた。精製し
たDNAをMeltoo(Melton、 D、^、他)の方法にしたがってS
F3 RNAポリメラーゼ(Promega)を使用して転写した。 RNas
eを含まない1)Nase I (Promega)5単位を加え、混合物を3
7℃で30分間インキュベートした。 RNA産物をフェノール−クロロホルム
で抽出し、エタノール沈殿させた。RNNA率をスペクトロフォトメトリーによ
り決定した6
(e)オリゴヌクレオチドの合成及び末端標識プローブの調製
^pplied Biosyste+ms Nodel 380−^DN^DN
A置でオリゴヌクレオチドを合成した。 DNAオリゴ7−をポリアクリルブ゛
ミドゲル電気泳動及びDE 5′2カラムクロマトグラフイーにより精製した。
40ug/^260単位の換算俤数を使用してスベク1−ロフオドメトリーに
より合成収率を決定した。
第1のプライマーは201体とし、第2のプライマーは45塩基長(T7プロモ
ーター・配列を下線で示す)、プローブは53量体とした。これらの配列を以下
に示す5第1のプライマー:5゛ ^CA TC八へにCCAT GC^八Δ3
゛第2のプライマー:
5°AAT TCT AAT ACに ACT CACTAA ACG ll:
AにTAG TTCCT(: CTA TにT CAC3’プローブ:
5’ TGT TAA AAG AにA CCA TCA ATG AGCAA
に CT[;CAG AAT GCGATA にA(: TACATCCA 3
゜53塩基オリゴヌクレオチドプローブは増幅産物配列に相補的であり、X−”
P ATP(^mersham)の存在下にポリヌクレオチドキナーゼ(BRL
)により標識した。
1監亙I
RNAターゲットは、50mM Tris−HCI、 pH8,3,8mM M
gCL、40+mM KCI、10mM DTT、111Mデオキシリボヌクレ
オチド(Pharmacia)、0.5a+Mリボヌクレオチド(Pharma
cia)、^MV逆転写酵素(Seikagaku)40単位、RNaseH(
Pharmaeia)0.4単位、録商標)(Pharmacia)0.5単位
hlを含有する媒質中で間接増幅反応を誘導した。各プライマーの濃度は0.3
5.M、最終反応体積は2591であった。標準反応は42℃で3時間行い、5
dの最終濃度までEDT^を加えることにより終了した。
幅誘導した。二重鎖DNAを緩衝液、ヌクレオチド及びプライマーと混合し、9
5℃に3分間加熱し、その後、氷上に置いた。0.5単位/νlの最終濃度まで
77−DNAポリメラーゼ(Ilnited 5tates Biochemi
ea1社製5equenase(登録商標))を加え、15分間37℃でインキ
ュベートした。混合物を95℃に3分間加熱し、次に冷却し、その後、DTT、
逆転写酵素、RNase[I、 T7 RNAポリメラーゼ及びRNA−Gua
rd(登録商標)を加え、42℃で3時間反応を行った。
のバイブ1 イゼーション
各反応のサンプル5u1をMiniitis他(Maniitisj、。
Fr1tsch、 E、F、及び5aabrook、 J、)に推奨されている
方法によりグリオキシル化し、200ハの6xSSCと混合し、スロット−プロ
ット装置(Bio4ad(登録面11))を使用してナイロン膜(八mersh
am)に結合した。フィルターを0.1N Na0Bで8分間処理することによ
り核酸を膜に固定した。フィルターを50%ホルムアミド、3xssc及びsx
Denhirdt溶液(Denhardt 。
D、T、)中で42℃で2時間32p末端標識オリゴヌクレオチドにハイブリダ
イズした。ハイブリダイズしたフィルターを10分間室温でzxssc及び0,
5%SDSで洗浄した後、1時間50℃で0.1%5SC10,5%SDSで洗
浄した。 Koclakχ^R−5フイルムを使用してオートラジオグラフィー
を実施した。
N cr>」シ工公−折
増幅反応物をRNaseを含まないDNase I 2単位テ30分間37℃で
処理した後、フェノール−クロロポルム抽出及びエタノール沈殿させた。精製し
たRNAをコリ末端標識プライマーにハイブリダイズし、ジデオキシヌクレオチ
ド(Line。
D、J、、 Pace、 B、、 0lsen、 G、J、、 5tahl、
D、^、、 Sogin、 H,L。
及びPace、 N、R,)の存在下に逆転写酵素を使用して配列決定した。
縫ユ
間接増幅プロセスを図7に示す、天然RNAターゲット(JN^、 nRNA、
tRN^等)を使用して、間接増幅反応が、5′末端にT7−RNAポリメラ
ーゼプロモーター配列を含む第2のプライマーのアニーリングと共に進行する(
19.20) e反応混合物中に存在する逆転写酵素は第2のプライマーの3゛
末端から相補的DNAffを生成する。RN^/DN^複合体のRNA1F (
天然RNAターゲット)は混合物中に存在するRNaseHにより分解される。
第1のプライマーは形成されるeDNAの一重頒にアニールし、第2の二重鎖合
成が生じ、プロモーター配列が二重鎖になる。この機能的プロモーターから、混
合物中に存在するT7−RNAポリメラーゼは、元のターゲットに対して逆方向
のRNAの多重コピーを生成し、これらのコピーは間接増幅反応の環状相でcD
NDNAの新しい鋳型として機能する。
この環状相は非環状相と逆の順序のプライマーアニーリングにより特徴付けられ
、即ち第1のプライマーがまずアニールして逆転写酵素及びRNise)Iの反
応を開始し、その後、第2のプライマーが二重鎖DNA合成を開始し、再び機能
的に活性なT゛プロモーター形成する。
図7は更に、DNA中間体が間接増幅プロセスのどこで現れるか、したがってD
NAターゲットそれ自体が面接増幅反応を介してどのように指数的増幅を受ける
かを示す、二重鎖ターゲットDNAを制@酵素で切断し、変性させ、規定された
末端を有する分子を生成し、その後、第2のプライマーでアニールしてcDND
NAを開始し、こうして間接増幅プロセスの環状部分を誘導することが可能なR
NAを生成する機能的に活性なT7プロモーターを形成する。非制限二重原DN
^をターゲットとして使用する場合、図7に示すように、機能的に活性なT7プ
ロモーターを生成するためには第1のプライマー及び第2のプライマーの両方が
必要である、しかしながら、同一の間接増幅プロセスはRNA又はDNAのいず
れがターゲットであるかに拘わらず増幅産物を生成する。
この間接増幅システムの実用性を立証するためi、:、RNA及びDNA鋳型の
両方を試験17た。 pG):M−@a@グラスミドを二重、ii DNA1l
i型のソースとL7て使用t、 l′、?、 RNA鋳型を得るために、挿入さ
れるDHへの末端を切断するXba lを使用してpGEM−sagプラスミド
をW鋲止した。直値化したグラスミドをSF3 RN八へリメラービにより転写
し。X422塩基長のRNA産物を得ノご、 DNA又はRN^クーグツトから
の増幅産物が140塩基長となイ)ようにプライマー部位を選択した。
凛準反応条件(材料及び方法の項参照)下に種々の産の11NA鋳型に1)いて
増幅動力学を決定した0表4は間接増幅反応がRNA又はON^タープ・シ弓・
からの産物を指数的に生成す′n! 分子数 質量 分子数
!、Ong 1.2xlO’ 4.21Jg 5.0xlO” 4.2xiO’
1、Op8 1.2xlO’ 2.75pg 3.3xlO” 2.75X10
’1.0f81.2y10’ 0.8IIg 9.6×10’ 28.OへlO
”拡1墜ツI゛ 眺11 (呈J
質量 分子数 質量 分子数
t、QnHi、2xlo’ 4.’Oμg 4.7xlO” 40xlO’1、
、opH1,2xlO’ 2.J+@ 3.i、xlO” 2.6xlO’i、
Ofg i、2xlo’ 0.72B 8.6xlO+27.2xlO”+RN
A及びDNA鋳型は1422塩基長である9ム増幅産物は140塩基長である。
1箇接増幅反応の特異性も試験した。4準条件下で異種RNΔ又はDNA1μ2
の存立下又は不在下で間接増幅反応で1n4又はlagのI’tN^又はDNA
をターゲットどした。アガ[1−スゲルミ気泳動後、臭化エチジウム染色により
反応産物を試験した。
これらのi応Cはいずれも約140塩基長の童−の増幅産物17か得られず、こ
h−&玖、2択したプライマー配列が8mg遺伝子の適正なセグメントに特異的
であったことを示す、 IIL60細胞から単殖した異種完全RNAの存在は間
接増幅反応の特異性に何ら影響しなかった。 140@八産物をデンシトメータ
ーで走査した処、鋳型を1000分のH1pg→Lf、)に減らしても産物収率
は50%にしか減少ないことが判明した。 HL60 RNAの存在下では収率
は約5分のjに減少した。ウシ胸腺DN^1■の存在下で増幅しなgig−RN
Aを用いて同様の実験を行った処、εag−RNΔ単独に比較して産物の減少は
2分の】未満であった。反応産物をハイブリダイゼーションにより分析した処、
同様の定量結果が得られた。 BL60 RNAにより産物が5分の1に減って
も、Uflサンプルはハイブリダイゼーションにより容易に検出可能であった。
DNA及びRNAターゲットの両方について間接増幅反応の3度を決定した。R
Naseを含まない大腸@tRNΔ20目/zlを含有する滅菌水で各ターゲッ
トのストック溶液を逐次希釈した。
これらの希釈液のアリコートを3時間42℃で凛準間接増幅条件下においた。3
2P末端標識オリゴヌクレオチドプローブを使用して、ナイロン膜に結合した増
幅産物を検出した。
10程度の低い初期分子数で出発してDNA及びRNAのいずれも検出可能であ
った。
凛準間接増幅反応からのRNA産物のヌクレオチド配列を試験した。 DNA又
はRNAターゲット111gを3時間42℃で間接増幅条件下におき、ジデオキ
シヌクレオチドの存在下に′2p@識PZプライマーからの延長により産物を配
列決定した。
配列決定又応産物?8%アクリルアミドゲル中で分離した。
得られた配列を分析した処、適正な長さく140塩基)の産物であるのみならず
、得られた配列もgal?遺伝子の適正なセグメンl〜と同一であることが判明
した。
この間接増幅プロセスは101倍を越える異種核酸の存在下で少数の核酸分子を
3時開に10・を越える分子数に間接的に増幅する。
この間接核酸増幅プロセスの特徴を以下に示す。
まず第1に間接増幅反応全体は均質であり、即ち反応をいったん開始したら添加
を行わない。
第2に、間接増幅反応は単一の温度で行われる。
第3に、間接増幅反応の主産物は元のターゲットに相補的なRNAである。この
−j!鎖産物はそれ以上操作することなく容易に検出される。
第4に、反応産物の大部分はRNAであるが、間接増幅反応の闇にプロセスに不
可欠な二重gDNA分子が形成される。
反応から直接クローニングを行うために十分なりN八が生成される。
第5に、間接増幅反応のベクトル相では第2のプライマーを使用してeDN^合
成を開始し、間接増幅反応の環状相では第1のプライマーを使用してcDN^D
NA開始する(図7参照)。
第6に、簡単な間接増幅フォーマットは、転写において機能性のDNAが蓄積す
るように、RNAの酵素による合成及び分解を同時に行うことにより達成される
。
間接増幅プロセスの全体的な増幅を数学的に表すことは困難であるが、恐らく3
次の多項式展開を要すると思われる。
本明細書中に報告した間接増幅反応は標準の3時開実施したが、この時開を診断
目的で(30分程度に)短縮してもよい0反応時間は存在するターゲット核酸の
推定量、使用される検出システム、及びバックグラウンド比に有効な信号を与え
る検出可能な産物の量に依存する。
以上、本発明の好適実施Bmを詳細に説明したが1発明の趣旨及び特許請求の範
囲内で種々の変形が可能であることは当業者に理解されよう。
(以下余白)
下記の文転1;鵬細書+=1;引用でれたしのであろ2Southern、 E
、(1975) J、 Mo1. Biol、 98=50:l。
9、Harbarth、P、and Vosberg、H,P、(198B)D
NA 7,297−30614、 Ratner、L、 et al、(198
5) Nature 刀ユ、277−28416− 、、 et a 、(19
84) Nucleic Ac1ds Res、 22.7035−70561
9、Rosa、M、D、(1979)Cell Ml、815−8252L A
bbott 、A、t a 、(198B)、 J、工nf、 Disease
s 、1jJl 115822、Klenow、H,and 工、Heming
sen (1970)PNA56516B日G、1゜
く ω
FIG、3゜
FIG。4゜
FIG、6゜
Fig、7
国際調査報告
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