JPH04506906A - 増幅法における伝搬汚染の減少方法 - Google Patents

増幅法における伝搬汚染の減少方法

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 増幅法における伝搬汚染の減少方法 背 景 患者ないし他の被検者から採取した試験サンプル中の分析対象物の存在および/ または量を検出するのに、診断測定法が日常的に用いられている。典型的な分析 対象物として、抗原や抗体があるが、これは、免疫診断法を用いて測定され、そ れによって、病状もしくは、妊娠のような、様々の非病的状態を特定することが できる。高い感度と特異性の実現は、多くの診断法にとって重要である。これは 、特に、問題の分析対象物が、比較的低濃度でしか存在しない場合にはそうであ る。免疫診断法において高感度の実現を可能にした各種改良の中には、アッセイ 系の中にモノクロナール抗体を使用したこと、この種のアッセイに、目印として 用いられる信号の増幅法を組み込んだこと、が挙げられる。
比較的最近、分子生物学分野の進歩によって、プローブ診断法として公知の技術 を用いて、試験サンプル中の特定の核酸配列を検出することが可能になった。プ ローブ診断法においては、核酸配列を用いて、その相補的核酸標的分析物に特異 的に結合させることによって、該サンプルを「プローブする」。これによって、 病気を初期の段階で検出することが可能になった。なぜなら、核酸遺伝物質は、 標的核酸が抗原に転写されるに十分な時間が経過する数カ月、場合によっては数 年前の試験サンプル中にしばしば存在するからである。
これは、ある種の性行為を通じて伝染する病気、例えば、ヒト免疫不全ウィルス による感染では、特に当てはまる。Rgnki ら。
出の他に、プローブ診断法は、特定の遺伝子の存在を特定できるために、その他 の関係する遺伝情報の獲得に用いられている。
例えば、移植拒絶をもたらす抗原をコードする遺伝子の存在や、癌や癌遺伝子テ ストおよび法医学で用いられる遺伝情報である。
その能力を完全に発揮するならば、プローブ診断法は、理論的には、1試験サン プル中の僅か1分子を検出することができる。プローブ診断法の能力を完全に発 揮するうえでの大きな障害の一つは、試験サンプル中によく存在しているごく微 量の標的配列の検出の場合に認められる。このため、プローブ診断法の感度を改 善しようという最近の努力は、標的核酸配列の増幅法に集中している。標的配列 の増幅は、所望のDNAないしRNA標的核酸配列の反復的再生又は複製といっ たようないくつかの方法のどれかを用いて達成されるわけであるが、その使用す る特定の方法にしたがって、直線的増幅となったり、指数関数的増幅となったり する。
初期の、核酸配列の多数コピーの生産に通例用いられていた方法は、標的核酸配 列を適当な宿主細胞系にクローン化することを含んでいた。この方法では、従来 のクローニング技術を用いており、この場合、所望の核酸を適当なベクターに挿 入し、次に、このベクターを宿主の形質転換に使用する。宿主が培養下で増殖す ると、ベクターも複製され、所望の核酸配列のコピーがさらに産生される。この ベクターに挿入される標的核酸配列は、天然に見られるものでも、合成されたも のでもどちらでもよい。換言すれば、所望の標的核酸配列をインビトロで合成し 、次に、ベクターに挿入し、これを増殖させることによって増幅してもよい。こ れについては、米国特許第4.293.652号明細書に開示されている通りで ある。
米国特許第4. [3,195,4,683,202号明細書には、自動化法が 開示されている。この方法は、通常、ポリメラーゼ連鎖反応法(PCR)と呼ば れているが、試験サンプル中の標的核酸配列の量を増幅するためのものである。
PCR増幅では、2種のオリゴヌクレオチドプライマーを利用するが、この二つ のプライマーは、標的配列のある部分の対向鎖の、別々の末端にたいして相補的 な関係にある。このプライマーを標的にたいしてハイブリダイゼーションさせた 後、DNAポリメラーゼと過剰のヌクレオシド三燐酸の存在下で、標的配列にた いして相補的な伸長生成物を形成させる。これらのプライマーは、ポリメラーゼ によるDNA合成が、両プライマー間の領域を向かい合わせに一端から他端へと 進行するように配向される。次に、ハイブリダイズした伸長生成物を変性して、 標的から分離し、このサイクルを繰り返す。この時、伸長生成物も、その後の増 幅サイクルにおいて、新たに加わる伸長生成物形成の鋳型となる。このサイクル を、標的核酸配列の十分量が産生され、その結果、選ばれた測定法で、測定可能 な信号が得られるまで、続行する。
理論的には、連続の各サイクルは、その前のサイクルで合成された核酸量を倍に する、その結果、増幅生成物の蓄積は指数関数的になる。
国際特許出願第89102649号には、別種の自動増幅法が開示されている。
この種の増幅法においては、あらかじめ合成した増幅プローブ・ペアを、標的配 列のある部分に接触的に/%イブリダイズさせる。次に、その接触末端を結合さ せ、相補的増幅生成物を形成する。結合後、完全増幅生成物を、熱変性によって 、標的から分離する。さらに、標的核酸配列の十分量が産生され、選ばれた測定 法において、測定可能な信号が得られるまでこの過程を繰り返す。その際、標的 と、得られる増幅生成物の両方が、その後のサイクルにおいて、プローブの鋳型 となる。
PCRの場合と同様、連続の各サイクルは、理論的には、その前のサイクルの核 酸量を倍加する。あらかじめ合成されたプローブを用いる増幅法は、最も、プロ ーブ同士の結合は、リガーゼの作用以外の手段、例えば、化学的結合、光化学的 な結合によっても実行可能であるが、一般に、リガーゼ連鎖反応法(LCR)と 呼ばれている。
核酸増幅法は、試験サンプル中の極少量の核酸配列の検出を可能にしたことによ って、プローブ診断に変革をもたらしたのであるが、日常的な診断状況において は、この方法自体問題をもたらしたのである。すなわち、その問題の1つが伝搬 汚染(cut7ower conlxminition )による偽陽性である 。ある分析対象核酸を、サンプル中のその通常濃度の数百万倍ないし数十億倍と なるまで繰り返し増幅すると、増幅標的を含むサンプルから新たに形成されたサ ンプルに持ち込まれる伝搬汚染の可能性が増す。これは、さらに、その後の試験 サンプルにおいて、陰性サンプルが汚染されたことによる偽陽性を含めて、不自 然に高度の信号を生み出すことにもなる。
伝搬汚染は、サンプルからサンプルへの機械的な伝搬の結果として起こることも あるし、空気汚染の結果起こることもある。
空気汚染は、増幅された試験サンプルを含む反応容器がいくつかの理由、例えば 、試薬の添加、検出のために増幅分析対象物をサンプリングする等の理由によっ て開放されている所では、不可避である。こうした行為だけで、増幅生成物の数 百万分子を空気中に吸い込むことがあり、こうして、普通の研究作業領域を、1 立方インチ当り数百分子の割合で汚染することになる。
これまでは、オペレーターがどんなに注意しても、この空気中に浮遊するコピー との接触による他の検体の汚染を完全に防ぐことは不可能であった。
標的配列の増幅によって生ずる汚染問題を処理するために下記の技術が開発され たが、この技術は、PCRタイプの増幅法への使用を意図したものではあるけれ ども、他のタイプの増幅法にも一般に使用可能である。すなわち、(1)増幅前 サンプルと増幅後サンプルの物理的隔離(例えば、隔室を設ける)、(2)試薬 を別々に保存し、また小分けする、(3)陽性排除ピペットの使用、(4)細々 とした実験室技術、(5)注意深い対照選択、である。^1plificxti ons−^IoruIjor PCRUsers。
2、 4 (1989)。しかしながら、この測定は、高価であるばかりか、も っとも理想的な条件を前提としている。さらに、この費用のかかる技術をたとえ 厳密に実行し得たとしても、このような事前の注意をもってしても完全には汚染 問題を除去できない。
絶えず、その体や衣服に汚染源を運んでいる検査技師がいるようなところ、及び 、換気口を通じて部屋から部屋へと汚染空気が循環しているようなところでは、 内在的な困難が続く。Kitchin、 Ni1ure、344.201 (1 990)。
PCRタイプの増幅法において、汚染増幅産物の抑制にたいして、紫外線による 試薬の処理が提案されている。この提案は、よく知られているように、紫外線が 、DNA本来の全体構造を破壊する能力を持っているという事実に基づくもので ある。この作用機構は不明であるけれども、PCHによる汚染増幅産物が、プラ イマー、dNTP、 Teqポリメラーゼ調製物中はもちろん、バッファー中に おいても、紫外線照射によって破壊されるということが証明されている。Sa+ kxrら、Nx1ure、343. 27 (199G)。−末鎖PCRプライ マーは、見かけ上、この処理に生き残ることができるようではあるが、LCRプ ローブの2本鎖ベアは、照射処理にたいしてより感受性が高く、破壊されるよう である。さらに、紫外線による照射は、その照射処理によって2本鎖標的分子の 破壊が起こるため、未測定サンプルにたいして直接使用することはできない。
本発明の目的は、診断プローブ測定法に増幅法を用いる際に遭遇する伝搬汚染を 有意に減少させる、コスト的に有効な方法を提供することである。また、本発明 の別の目的は、実施が簡単で、且つ、いくつかの異なるタイプの増幅法に適用可 能な、汚染減少法を提供することである。
発明の要約 本発明は、増幅法における、増幅産物汚染を減少するための、効率的かつ経済的 方法を提供する。本発明の方法は、修飾された増幅産物が標的配列と区別できる ように増幅産物を修飾することによって実施される。新しいサンプル中の標的核 酸を増幅する前に、その新しいサンプルを適当な方法で処理して、修飾された汚 染増幅産物を選択的に除去、破壊、あるいは、その他のやり方で不活性(non マ1able )にし、それによって、その産物が、その後の増幅過程において 増幅されないようにする。このように処理すると、天然の標的配列の量には影響 を与えずに、伝搬汚染や、この種の汚染によってもたらされる偽陽性は減少する 。
図面の簡単な説明 第1図は、LCR誘導増幅産物のリガンドによる修飾と、その後の、固定化され た特異的結合パートナ−による修飾増幅産物の除去を示す模式図である。
第2図は、PCR誘導増幅産物のリガンドによる修飾と、その後の、固定化され た特異的結合パートナ−による修飾増幅産物の除去を示す模式図である。
第3図は、LCR誘導増幅産物の架橋剤による修飾と、その後の、修飾増幅産物 の不可逆的架橋を示す模式図である。
第4図は、PCR誘導増幅産物の架橋剤による修飾と、その後の、修飾増幅産物 の不可逆的架橋を示す模式図である。
第5図は、LCR誘導増幅産物の制限部位修飾と、その後の、制限酵素による修 飾増幅産物の切断を示す模式図である。
第6図は、PCR誘導増幅産物の制限部位修飾と、その後の、制限酵素による修 飾増幅産物の切断を示す模式図である。
第7図は、制限酵素で切断された制限部位修飾PCR誘導増幅産物の一部の部分 的ブライミングを示した模式図である。
第8図は、PCR誘導増幅産物の制限部位修飾と、その後の、隔離切断制限酵素 による修飾増幅産物の切断を示す模式図である。
第9図は、LCR誘導増幅産物の制限部位修飾と、その後の、隔離切断制限酵素 による修飾増幅産物の切断を示す模式図である。
第10図は、化学的に切断可能な部位を組み込んでいるオリゴヌクレオチドまた はプライマーの調製方法を示す。
第11図は、実施例1及び2からの、増幅配列、増幅プローブ、得られた増幅産 物、検出プローブを示す。
第12図は、標的配列及び修飾増幅産物の両方を制限酵素によって処理した後の 、標的および制限酵素修飾増幅産物の相対的増幅効率を示すオートラジオグラム の写真である。
第13図は、隔離切断制限酵素を評価するための、実施例3で用いた多数部位( polHile) DNAを示す。
第14図は、多数部位DNAに対する、種々の隔離切断制限酵素の相対的切断効 率を示すオートラジオグラムの写真である。
第15図は、PCR誘導増幅産物の二重制限部位修飾と、その後の、隔離切断制 限酵素による修飾増幅産物の切断を示す模式図である。
第16図は、実施例4からの、147塩基対増幅配列(pUC9に含まれる)、 対応する修飾及び未修飾PCR増幅プライマー、検出プライマーを示す。
第17図は、実施例4.B、及び4.C1で実証される、未修飾及び修飾プライ マーを使用するPCR増幅の相対的効率、及び、処理した修飾増幅産物が、その 後の増幅において鋳型としては役に立たないことを示すオートラジオグラムの写 真である。
第18図は、実施例4.C1で実証される、修飾PCR誘導増幅産物が、対応す る切断剤の処理によって効果的に破壊されることを示すオートラジオグラムの写 真である。
第19図は、二つの隔離切断制限部位修飾を含むPCR増幅産物に、単一および 二重切断を施したときに得られる生成物を示す模式図である。
第20図は、実施例5からの、162塩基対旧V増幅配列、対応する修飾増幅プ ライマー、検出プライマーを示す。
第21図は、実施例5.A、で実証される、PCR誘導修飾増幅産物の形成と定 量を示すオートラジオグラムの写真である。
第22図は、実施例5.B、で実証される、PCRタイプの増幅法における、伝 搬汚染の「増幅前」破壊の有効性を示すオートラジオグラムの写真である。
第23図は、実施例6で用いられた、75塩基対のHIv増幅配列、2種のりボ ヌクレオチド修飾PCR増幅プライマー、検出プライマーを示した模式図である 。
第24図は、実施例6.A、で実証される、その3′末端それぞれに、単一のり ボヌクレオチド置換体を含むPCRプライマーを用いたPCR増幅を示すオート ラジオグラムの写真である。
第25図は、実施例6.A、で実証される、標準との比較による、リボヌクレオ チド修飾されたPCR誘導増幅産物の定量を示すオートラジオグラムの写真であ る。
第26図は、実施例6.B、で実証される、リボヌクレオチド修飾されたPCR 誘導増幅産物を、切断剤としてRNa s eを用いて定量的に破壊したことを 示すオートラジオグラムの写真である。
第27図は、実施例6.C1で実証される、切断剤として強塩基を用いた場合の 、リボヌクレオチド修飾されたPCR誘導増幅産物の「増幅前」破壊の有効性を 示すオートラジオグラムの写真である。
第28図は、45塩基対HIY増幅配列と、対応するりボヌクレオチド修飾増幅 プローブを示す模式図である。このプローブは、実施例7で、リボヌクレオチド 修飾LCR誘導増幅産物を生成するのに用いられた。
第29図は、実施例7.A、で実証される、その3°末端それぞれに、単一のり ボヌクレオチド置換体を含む増幅プローブを用いたLCR増幅を示すオートラジ オグラムの写真である。
第30図は、実施例7.A、で実証される、標準との比較による、リボヌクレオ チド修飾されたLCR誘導増幅産物の定量を示すオートラジオグラムの写真であ る。
第31図は、実施例7.B、で実証される、切断剤として強塩基を用いた場合の 、リボヌクレオチド修飾されたLCR誘導増幅産物の「増幅前」破壊の有効性を 示すオートラジオグラムの写真である。
第32図は、実施例7.C2で実証される、切断剤としてRNaseを用いた場 合の、リボヌクレオチド修飾されたLCR誘導増幅産物の定量的破壊を示すオー トラジオダラムの写真である。
発明の詳細な説明 本発明は、少なくとも1個の修飾を増幅産物の中に組み込むことによって、汚染 性の(eonjimin!nt )増幅産物のもたらすバックグラウンドを減少 ないし除去することを可能にする。この修飾された増幅産物は、試験サンプル中 の標的配列とはすぐに区別できるから、選択的に除去することができる。
本発明をさらに明瞭に理解するためには、ここで用いられている用語のいくつか について、その定義を定めるのが有効であろう。
増幅とは、試験サンプル中の核酸配列のコピー数の増加を意味する。増幅中に生 成されるコピーは、そのもののコピーか、相補的なコピーであろう。さらに、コ ピーは、汚染防止手段(a 1llean lorcontrolling c onjimi+utio口)によって修飾され得る。増幅は、直線的に進行する か、あるいは指数関数的に、すなわち、直線増幅よりも高い率で進行する。
核酸配列とは、以下の部分について修飾され得る、デオキシリボヌクレオチドか 、リボヌクレチドである。その部分とは、すなわち、(1)燐酸バックボーン、 (2)ヌクレオシド、および/または、(3)オリゴヌクレオチドの糖部分であ る。核酸配列は、標識や、他の付随する部分を含むことができ、また、ハイブリ ダイゼーションが生起し得る限り、さらに他の部分の存在によって中断されてい てもよい。
標的配列とは、特定のアッセイで、探索されるヌクレオチド配列である。
増幅配列とは、標的配列の指定された長さであって、増幅法においては、これが 、最初に、鋳型配列として作用する。増幅配列は、標的配列の全長または、その 代表的部分を構成することができる。
鋳型配列とは、これにより増幅産物が形成される核酸配列である。増幅の1回目 のサイクルにおいては、増幅配列が鋳型配列として作用する。その後の増幅サイ クルにおいては、増幅産物も鋳型配列の役割を担う。
増幅プローブとは、次のいずれかの核酸配列である。すなわち、(1)2重鎖増 幅配列の1本鎖部分に相補的なものか、または、(2)1本鎖増幅配列の一部に たいし相補的か、それと同一であるもの。増幅プローブは、互いに十分近い位置 で増幅配列にハイブリダイズし、そのプローブ同士をともに結合させることがで きる。この増幅プローブは、他の増幅プローブと結合するために一端または両端 を修飾してもしなくてもよい。さらに、増幅プローブは、汚染防止手段を組み込 むことによって修飾されることもあれば、されないこともある。
ここで用いる増幅プライマーとは、増幅配列の末端部分にたいして相補的で、プ ライマー延長産物合成の開始点となることのできる核酸配列を指す。また、この プライマー延長産物は、その増幅配列にたいして相補的である。プライマー延長 産物は、ヌクレオチドと、DNAポリメラーゼのような重合補助剤の存在下で形 成される。増幅プライマーは、汚染防止手段を組み込むことによって修飾される こともあれば、されないこともある。
ここで用いるプレ合成プローブまたはプライマーとは、試験サンプル反応混合物 に加える前に、あらかじめ合成したオリゴヌクレオチド配列を意味する。
増幅プライマーの延長末端とは、ポリメラーゼの作用を受けて、延長産物を形成 する増幅プライマーの末端を意味する。延長末端は、3′末端であろう。
増幅産物とは、増幅配列そのもののコピー、および/または、相補的コピーを指 す。増幅産物は、生体内で、増幅操作中に合成される。増幅産物は、増幅配列に 接触的にハイブリダイズした、一連の増幅プローブの結合によって生まれる、結 合核酸配列であることがある。増幅産物はまた、ポリメラーゼ連鎖反応の延長産 物であることもある。増幅産物という用語は、修飾された増幅産物を含む。
ここで用いる修飾された増幅産物(修飾増幅産物)とは、少なくとも1個の修飾 部位を含む増幅産物を指す。
修飾部位とは、増幅産物上において、増幅産物汚染防止手段を組み込んだ、単一 位置を指す。修飾部位には、次の例が含まれる。ただ1.これは、これり限定す る意味ではない。すなわち、酵素の認識部位実現のために、リガンドを導入した り、架橋結合剤、化学的に切断可能な部位、または、塩基変更(単数または複数 )を導入したりすることが含まれる。
汚染性増幅産物とは、もともとサンプル中にあった増幅配列の増幅以外の手段に よってサンプル中に導入される増幅産物である。汚染性増幅産物は、サンプルが 、以前に増幅させた単数または複数のサンプル由来の増幅産物によって、機械的 な伝搬(ca+r7oマe+)によるか、または、空中伝搬による汚染(混入) の結果中ずるものである。
相補的とは、ハイブリダイゼーションを起こさせるほどに十分な相補性を指す。
完全な相補性は必要ない。
実質的相補性とは、少なくとも1塩基が不適合であるような相補性を指す。
偽像制限部位とは、少なくとも1個のヌクレオチドの変更がなければ、制限酵素 認識部位となったであろう、核酸残基の配列である。偽像制限部位は、変更がな ければその配列を認識するはずの制限酵素によっては切断されない。「変更」と いう用語が用いられているけれども、偽像制限部位は天然においても現われてお り、制限部位を表わさないヌクレオチド配列は、いずれのものでも、偽像制限部 位になることがあることも了解されるであろう。
好ましい偽像制限部位とは、制限酵素認識部位となるために、ただ1個の塩基の 変更しか要さない、そのような偽像制限部位である。
ここで用いる認識部位とは、酵素、例えば、制限エンドヌクレアーゼやRNA5 eによって認識される特定配列を意味する。
酵素切断部位とは、酵素、例えば、制限エンドヌクレアーゼやRNA5eによっ て加水分解される燐酸ジエステル結合を意味する。
隔M (remole)切断制限エンドヌクレアーゼ、すなわち、隔離カッター とは、酵素認識部位の外側の部位で二重鎖DNAを切断する制限エンドヌクレア ーゼである。
本発明は、汚染性増幅産物による伝搬汚染を防止する手段に向けられている。増 幅操作の一部として、少なくとも1個の修飾部位を増幅産物の中に組み込むこと によって修飾増幅産物を作り出す。この修飾は、その修飾された増幅産物が標的 産物と区別されるように行なう。修飾の結果、修飾汚染性増幅産物を選択的に除 去することができる。この除去は、その修飾増幅産物を取り除くこと、破壊する こと、または、その他、その後の増幅工程に対する鋳型配列としては非生存的に なるようにして行なう。修飾増幅産物の選択的除去手段は、もちろん、その増幅 産物に組み込まれる特定の修飾によって変わる。
本発明の汚染防止法は、サンプルの増幅前処理、増幅後処理、増幅前・後処理の 併合の中に組み込むことが可能である。増幅後処理の場合には、増幅操作の完了 後、修飾産物を増幅した試験サンプルから選択的に除去する。これによって、実 験室ないし作業空間全体への修飾産物の拡散は、有効に最小限に止められる。こ の空間において、修飾産物は、新しい試験サンプルを汚染することがあり、これ が偽像陽性を生み出すのである。しかしながら、増幅後処理では汚染問題を完全 に除去することにはならない。なぜなら、汚染性産物を選択的に除去するのに必 要な試薬(例えば、切断剤)を加えるために、試験管を開放するという単純な工 程を通じても、ある程度の空中汚染は依然として生じるからである。
しかしながら、多くの場合、新しい試験サンプルを「前処理」し、この新しいサ ンプルを増幅工程にかける前に汚染性修飾増幅産物を選択的に除去することは可 能でもあるし、実際上好ましいことでもある。増幅前処理の場合には、修飾増幅 産物は新しい試験サンプルを汚染するかもしれないが、その汚染性増幅産物は、 あたらしいサンプルそのものの中で、実質的に完全に、除去ないし破壊される。
増幅用試薬(例えば、増幅用プローブやプライマー)が、汚染性増幅産物を選択 的に除去するのに用いられる、その同じ薬剤による破壊に対して感受性を持つ場 合には、試験サンプルの増幅前処理後に、増幅用試薬を加える必要があろう。一 方、増幅用試薬が、汚染性産物を選択的に除去するのに用いられる薬剤による破 壊に対して抵抗性を持つ場合には(例えば、ある種の、隔離制限酵素認識修飾部 位、または、リボヌクレオチド置換体を使用する場合)、その破壊性薬剤を増幅 の直前に試験サンプルに加えることもできる。すなわち、必要な試薬のすべてを 試験サンプルに加えた後であり、これは、最も高いレベルで混入を防止する。
本発明の方法によって、伝搬汚染を、効率的で信頼性が高く、かつ経済的なやり 方でコントロール(防止)することが可能になる。このことは、増幅操作が日常 的に行なわれている診断分野においては重要である。この分野においては、同一 分析対象が、連続的に繰り返し増幅されており、これがさらに、新規サンプルの 増幅産物汚染問題を悪化させている。ある特定の分析対象の測定に要する期間が 長ければ長いほど、汚染(混入)問題は重大になる。例えば、1本の100μm サンプルからほんの1μIを吸い上げた場合でさえ、その100μmサンプルが 、増幅産物の100フエムト・モルまで増幅されていた場合、空中に標的のコピ ーを6億個放出する。通常の作業環境で均等に分散した場合、これは、作業域の 各1立方インチ当り、汚染性増幅産物はぼ350モルの濃度になる。
本発明による伝搬汚染に対する解決策は、従来の方法に見られ、ろ、(、ば1. ば複雑で手のかかる手続きを要しない。例えば、本発明では、新規の試験サンプ ルの導入、増幅、検出用に別々の部屋を用いることを必要としない。同様に、脱 ぎ捨てできる衣服、高価な陽圧移し替えピペット、特別な、ディスポーザブルな 配管器具や、サンプル採取器具も不要である。本発明の方法は、内因性の変動が 少なく、従来の方法に見られる自己規制的な制限、例えば、増幅操作と平行して 実施する標準量の制限といったものを含まない。本発明の方法のその他の多くの 利点については、本技術に習熟した人々には明かであろう。
本発明の方法は、いくつかの異なる種類の修飾を、増幅操作において生成される 増幅産物の中に導入することを意図し、内包している。ある特定の修飾を選択す るに当たって重要なのは、その修飾が、その後の試験サンプル操作において、増 幅産物を標的配列から区別し、かつ/または、分離ないし破壊するための手段と なるように実施する、ということである。このようにして、新規サンプルを処理 するにあたって、標的配列を増幅する前に、汚染性増幅産物を、除去、破壊、ま たは、その他のやり方によって、増幅の鋳型として生存することを不可能にする 。
汚染性増幅産物を区別するのに有用な修飾の種類は、本発明の教示に基づけば、 本技術に習熟した人々には明かであろう。
この修飾は、例えば、リガンドの導入、架橋結合剤の導入、または、酵素認識部 位ないし、その他の適当な切断可能な部分の導入(制限酵素認識部位を含む)を 含み得る。本発明の修飾のあるものは、他のものよりも、数多くの制限を持つこ とがある。
このことについては、後に、もつと完全に記載するつもりである。その結果、特 定の分析対象の特徴によっては、ある状況では、ある修飾が好ましいことがあろ う。あるアッセイ法において、ある増幅産物に対してどのような修飾が好ましい かは、増幅すべき分析対象の特徴及び本発明の教示に基づけば、本技術において 普通に熟練した人には明かであろう。
修飾は、できれば、選択されたその修飾を含む、あらかじめ合成された増幅プロ ーブもしくはプライマーを用いて、増幅産物に組み込むことが好ましい。これら 修飾プローブないしプライマーを伴う増幅によって、次に、その修飾(単数また は複数)が完成した増幅産物(単数または複数)に組み込むまれる。増幅プロー ブないしプライマーの修飾は、本技術に習熟した人々には既知の、いくつかの方 法のいずれかを用いて実行することができよう。例えばリガンドやその他の同種 の修飾の場合には、その修飾を、オリゴヌクレオチドの合成後に、その完成した オリゴヌクレオチド・プローブないしプライマー中に導入してもよい。酵素認識 部位の場合には、修飾を(単数または複数)、単純に置換によって、そのオリゴ ヌクレオチド・プローブないしプライマーに導入する。PCRの場合であれば、 1個以上の修飾ヌクレオシド三燐酸の存在下で、標的をポリメラーゼで増幅し、 修飾増幅産物を生成することもできる(例えば、Lxnge+ら、Proc、N a11. Acad、Sci、USA、78(ill、6633−6637(1 981)参照)。
修飾増幅産物の中に組み込まれる修飾部位の数は変えてもよい。もっとも、汚染 を有意に減少させるには、通常は、1部位で十分である。事実、多くの場合、1 個の修飾部位だけを組み込むのが望ましい。これは、増幅操作において、次の原 因によって、効率の低下が予想されるからである。その原因としては、例えば、 立体障害(かさばった部分(複数)の導入による)、ハイブリダイゼーションに よる干渉(相補的ヌクレオチド間の水素結合の破壊によってもたらされる)、ま たは、標的に対する増幅プローブないしプライマーの完全な相補性の喪失(制限 酵素認識部位(複数)を組み込んだことによってもたらされる)がある。しかし ながら、この一番最後の場合、サイクル効率の損失は、主に、増幅の最初のサイ クルに生ずるということは了解されるであろう。なぜなら、この場合、修飾プロ ーブ(単数または複数)ないしプライマー(単数または複数)と実質的に相補性 を持つ増幅配列のみが鋳型として働くからである。その後は、効率の予想される 損失は、鋳型として働く (かつ、プローブやプライマーと完全な相補性を持つ )増幅産物の相対的量が増加するにつれて減少する。
増幅の最終サイクル後、増幅産物を変性しない場合には、1個の増幅プローブな いしプライマーを修飾するだけで十分である。この場合、得られる修飾増幅産物 は二重鎖であって、このため、1本鎖だけに組み込まれた修飾によって、2本鎖 を除去ないし破壊することが可能になる。一方、サンプルの反応混合物を、最終 増幅サイクル後、変性操作にかけるのならば、少なくとも2本の対向鎖増幅プロ ーブ(すなわち、プローブ・ベアの「上方」鎖、「下方」鎖の両方を表わす)を 修飾しなければならないかもしれない。これは、実質的にすべての汚染性増幅産 物を、その後のハイブリダイゼーションにたいして確実に非生存的にするためで ある。
リガンドを増幅産物に組み込んだ場合には、得られるリガンドで修飾され増幅産 物は、その修飾増幅産物を含むサンプルを、そのリガンドに対する固定された特 異的結合用パートナ−に接触させることによって選択的に除去される。次に、こ の固定用支持体を、結合したリガンド修飾増幅産物と共に除去する。新しい試験 サンプルについて選択的除去を行なう場合は(すなわち、増幅操作を開始する前 に)、固定された特異的結合用パートナ−を、その新規サンプルと接触させなけ ればならないが、この操作は、増幅プローブないし増幅プライマー試薬をその新 規サンプルに加える前に行なわなければならない。もし、その新規サンプル反応 混合物に対し、上記試薬の添加後に接触させるならば、試薬内の修飾プローブな いしプライマーも汚染性増幅産物と共に溶液から抽出されてしまう。
修飾として組み込まれたリガンドは、できれば、特異的結合ベアの内の小さいも のの方が望ましい。というのは、この方が、増幅プa−ブないしプライマー上に リガンドが存在することによってもたらされる立体障害から予想される増幅効率 の低下を最少限とするからである。好ましいリガンドの例としてはビオチンがあ る。もう一つの好ましいリガンドはフルオレセインである。このリガンドを、P CRの場合ならば、少なくとも1個の増幅プライマーに、LCRの場合ならば、 少なくとも1個の増幅プローブに、導入する。第1図は、リガーゼ連鎖反応タイ プの増幅法(LCR由来増幅産物)によって得られた増幅産物のリガンド修飾と 、その後の、その修飾増幅産物の除去を示したものであり、除去は、そのリガン ドにたいする固定された特異的結合用パートナ−によって行なった。第2図は、 ポリメラーゼ連鎖反応(PCR由来増幅産物)に関して同様の模式図を示す。得 られたビオチン修飾、ないし、フルオレセイン修飾増幅産物は、その後、サンプ ルをそれぞれ固定したアビヂンないし抗フルロレセイン抗体に接触させて、その サンプルから除去することができる。
本発明のリガンド修飾例においては、プローブないしプライマー上で、増幅操作 で用いるいずれの酵素またはその他の試薬の作用を妨げない位置で、増幅プロー ブ(単数または複数)ないしプライマー(単数または複数)を修飾するのが望ま しい。
例えば、PCRタイプの増幅法であれば、ポリメラーゼを、LCRタイプの増幅 法であれば、リガーゼを妨げない位置である。
PCRタイプの増幅法で、ポリメラーゼが、修飾部位を通過して、「読み通す」 ことができる状況では、増幅プライマーは、そのプライマーの延長末端以外なら 、どの位置でもまたはどの位置の近傍でも修飾することができる。一方、ポメラ ーゼが修飾部位を通過して読み通すことができない場合には、PCRプライマー はその5′末端で修飾しなければならない。
LCRタイプの増幅法は、ポリメラーゼを用いないのであるから、増幅プローブ 上のリガンド修飾位置を考慮するにあたって、酵素の読み通しに関わる制限は問 題にならない。LCRの場合は、接触末端(contiguous end)以 外の位置で増幅プローブを修飾するのが望ましい。増幅産物の末端節を形成する 増幅プローブについては、結合していない末端部でそのプローブを修飾すること も可能である。そうでなければ、すべての増幅プローブについて言えることであ るが、そのプローブの中央領域近くのどこかで修飾するのが望ましい。
増幅プローブないしプライマーは、本技術に習熟した人々には既知の方法を用い て、望ましいフルオレセインないしビオチンによって修飾することができる。例 えば、オリゴヌクレオチド・プローブないしプライマーは、2段階法を用いて、 リガンドによって修飾してもよい。この方法においては、そのオリゴヌクレオチ ドの合成中、先ずアミノ基を導入する。結合、酸化、脱保護、さらには、合成の 間に使用した支持体からの、オリゴ−アミン・プライマーないしプローブの除去 の後、リガンドを付着させ得る。
汚染性増幅産物からの伝搬汚染を防止するもう一つの手段は、共有結合している 架橋結合剤を、増幅法に使用される増幅プローブないしプライマーの、少なくと も一個に組み込むことである。得られた修飾増幅産物の架橋結合剤を、化学的に か、光化学的にか、いずれかのやり方で活性化し、その修飾増幅産物を、相補的 核酸鎖と共有結合で架橋させ得る。この相補的核酸鎖は、相補的修飾ないし未修 飾増幅産物から得られるし、または、修飾増幅産物が変性されている場合には、 キャリヤーDNAの形であってもよい。しかしながら、後者の場合であれば、増 幅産物の両鏡を、あらかじめ修飾しておかなければならないであろう。これは、 得られる増幅産物の実質的にすべてを選択的に除去するためである。
非可逆的架橋結合により修飾された増幅産物は、その後の増幅に対して、修飾増 幅産物を非活性にするであろう。これは、この時点以後、修飾相補的増幅産物の 完全変性が妨げられるからである。ある場合には、新規の試験サンプル中の標的 核酸に傷害を加える危険がある。これは、そのサンプルを、その架橋結合剤に対 する適当な活性剤で処理することから生ずる。しかしながら、この危険は、核酸 標的に対し毒性を持たない波長光を吸収するように光架橋結合基を構成する場合 には回避することができる。しかしながら、新規の試験サンプルの処理は、新し い増幅プローブの無いところで進行させなければならない。
これは、その新しい試薬を架橋結合することなく、汚染性産物を破壊するためで ある。
架橋結合剤は、本技術に習熟した人々にとって既知の方法を用いて、増幅プロー ブ(単数または複数)またはプライマー(単数または複数)に組み込むことがで きる。LCRタイプの増幅法においては、架橋結合剤を、真ん中の増幅プローブ に置くのが望ましい。このプローブが、次に、得られた増幅産物の中心のできる だけ近くにその架橋結合剤を組み込む。架橋結合剤を含む増幅プローブに関して は、さらに、その架橋結合剤を、プローブの中央領域に置くのが望ましい。これ は、修飾性プローブ末端部の関与ないし結合を妨げないためである。これについ ては、図3に示しであるが、この場合、架橋結合性修飾は、3べ71組の増幅プ ローブの内、真ん中のペアのプローブの一つから、増幅産物に組み込まれている 。
PCRタイプの増幅法においては、ポリメラーゼの働きを重大に妨げない限り、 架橋結合剤を増幅プライマーの延長末端のできるだけ近くに組み込むのが望まし い。リガンド増幅の場合と同様、もし架橋結合剤の存在がプライマー延長に用い られるポリメラーゼの読み通し能力を妨げるなら、修飾は、できれば、プライマ ーの5゛末端に置くのが望ましい。第4図は、あらかじめ合成されたプライマー を用いて、架橋結合性修飾を、PCR由来の増幅産物に組み込む様を示す。この プライマーは、その真ん中で、または、真ん中付辺で修飾されている。
しかしながら、伝搬汚染を防止する手段としては、増幅産物に少なくとも1個の 酵素認識部位を組み込むことによって、その増幅産物を修飾するのが望ましい。
酵素認識部位は、修飾増幅試薬(例えば、修飾増幅プローブないしプライマー) を用いて、増幅産物中に導入してもよい。PCRタイプの増幅法においては、修 飾ヌクレオシド三燐酸を用いて酵素認識部位を導入することも可能である。この 部位は、酵素認識部位としても、ポリメラーゼに対する基質としても働く。酵素 認識修飾部位が、得られた修飾増幅産物に、その後の酵素による破壊に対する感 受性を持たせる。この酵素は、増幅産物を選択的に切断するが、標的すなわち増 幅配列には作用しない、そのような酵素である。
酵素認識部位の例には、制限酵素認識部位や、RNA5eの認識部位が含まれる が、これのみに限定されるものではない。
その他の種類の修飾と同様に、増幅産物には、複数の酵素認識修飾部位を組み込 むことが可能である。もちろん、酵素認識修飾部位(単数または複数)を増幅産 物に組み込むには、その位置が(単数または複数)切断されたとき、その増幅産 物のもっとも完全な破壊をもたらすような、そのような位置に組み込むことが望 ましい。酵素認識部位にとって好ましい位置は請求める分析対象によって若干具 なるが、制限酵素認識部位の場合には、標的配列における好ましい偽像制限部位 の位置と数によって指示されるであろう。増幅産物を修飾するのに、ただ1個の 酵素認識部位を用いる場合、もっとも効果的な破壊を実行するためには、完成増 幅産物のできるだけ中央近くに、酵素認識部位を置くのが通常は望ましい。
単一酵素認識部位の中央配置は、PCR由来の増幅産物よりも、LCR由来の増 幅産物の方が、簡単に達成される。これは、あらかじめ合成されたLCR増幅プ ローブを用いて増幅産物を構築する方が、PCR由来の増幅産物の大部分につい てよりも、よりコントロールし易いからである。というのは、PCR由来の増幅 産物は、必然的に、増幅時に生体内で合成されるものだからである。例えば、P CR由来の増幅産物では、通常、単一酵素認識部位の少なくとも一部を、増幅産 物の増幅プライマー部分に置かなければならない。すなわち、全制限部位を、完 全増幅産物の広大な中央領域を表わすポリメラーゼ延長部分のどこかに置くとい うことは叶わないのである。逆に、単−酵素認・識部位は、LCRタイプの増幅 法を用いて、増幅産物の真ん中にすぐに導入することができる。
PCR由来の増幅産物上の単一酵素認識部位の配置に関しては、さらに制限のあ ることが自ずから明かである。もっとも重要なのは、単一酵素認識修飾部位を完 成増幅産物のもっとも中央に置くことは、その修飾を増幅プライマーの延長末端 に置くことになるということである。PCR増幅法においては、プライマーのこ ちら側の末端にはポリメラーゼが作用し、延長産物を形成するのであるから、修 飾部位をこの位置に、または、その近くに置くことは、ポリメラーゼ延長が増幅 産物を形成するのを妨げる可能性があり、したがって、標的配列が鋳型配列とし て働く増幅の効率を低下させることになろう。一方、多重酵素認識部位を望む場 合には、その多重修飾部位を、得られた増幅産物の中央位置(ポリメラーゼで延 長した)に組み込むことが可能である。この組み込みは、増幅時に、1個以上の 修飾ヌクレオシド三燐酸を用いて、例えば、対応するデオキシリボヌクレオシド 玉燐酸の代わりにリボヌクレオチド三燐酸(RNAseによって認識される)を 用いて行なう。
RNA5eによって認識される酵素認識修飾部位を用いて本発明の方法を実行す るには、増幅プローブないしプライマーの選ばれた一部を、増幅産物の残余を形 成するDNA塩基の代わりに、一連のRNA塩基を用いてあらかじめ合成する。
この一連のRNA塩基は、lRNARNA5e^Ase Aの場合)という短い ものでもよいし、数塩基長(RNA s e Hの場合)であってもよいし、ま たは、増幅産物の全長であってもよい。
制限酵素認識部位の組み込みと違って、RNA1e認識部位の場合は必ずしも効 率の損失を招かない。これは、この場合には、完全な相補性が必ずしも犠牲にさ れることはないからである。
RNA5e塩基置換の場合は、完全な相補性が存在するばかりでな(、DNA/ DNAハイブリッドの場合よりも、RN^/DNAハイブリッド形成の方がずっ と強力であり得る。この一連のRNA塩基群に対する好ましい位置(単数または 複数)は、本技術に習熟した人々には、本発明に関するこの教示に照らせば、最 低限の実験で、明かであろう。一般に望まれるのは、このRNA塩基群は、少な くとも約1から3個の塩基長であるが、これは、修飾増幅産物の選択的除去用薬 剤として選ばれる特定のRNA5eに依存する。
修飾増幅産物に組み込まれるRNA5e認識修飾部位を破壊するには、各種のR NA1e酵素を用いることができる。好ましいRNAxeはRNA5e Hであ る。RNAae Rは、RNA/DNA ハイブリッドに対して特異的であり、 二重部のRNA塩基だけを切断し、DNA鎖は無傷で残す。酵素認識部位修飾増 幅産物を破壊するのにRNA5eを使用する場合には、そのRNA5e認識部位 を修飾増幅産物の両方の鎖に組み込むこと、さらに、そのRNA5e認識部位の 位置(複数)が増幅産物上の異なる位置にあることが重要である。この様にして 、各鏡上のRNA5e認識部位は、相補的増幅産物のDNA鎖に向き合う場所に 位置することになり、RNAgeHは、修飾増幅産物二重部の両方の鎖を切断す ることができる。
RNA1e Hは、IINA/RN^またはDNA/DNA二重鎖を切断しない から、新しいサンプル中に伝搬された汚染性増幅産物を選択的に除去する際に、 修飾増幅産物にハイブリダイズしたDNA標的配列を誤って破壊するという心配 はない。
他に、単一鎖RNAに対して特異的と報告されているもので、好ましいタイプの RNA5e酵素としては、例えば、RNA5e^。
RNA5e Cl3. RNA5e T2. RNA5e U2がある。この種 の酵素を用いた場合は、標的DNAを切断する危険はない。単一リボヌクレオチ ド置換体にたいして特異的であるので、RNA5eは特に好ましい。
制限酵素によって認識される酵素認識修飾部位を組み込むことも可能である。増 幅産物上における制限酵素修飾部位は、各々、増幅配列上の偽像制限部位に対し て実質的に相補的とする。
制限酵素部位は、標的配列に対し、ミスマツチが最小になるように、増幅産物に 組み込むことが望ましい。さらに、認識部位を導入するのに、ただ1個の塩基だ けを変更するのが望ましい。
すなわち、制限酵素認識部位を、好ましい偽像制限部位と向き合う位置に置くこ とが望ましい。
ある特定の増幅産物における、制限酵素(単数または複数)および、対応する制 限酵素修飾部位(単数または複数)の選択は、いくつかの因子によって影響され る。その中には、各種制限酵素のコストや入手のしやすさも含まれる。増幅操作 中に生成される合成増幅産物に対して高い切断効率を持つ酵素を選択することも 重要であり、望ましいことである。例えば、ある種の制限酵素では、合成ヌクレ オチド配列を切断する方が、野生型配列を切断するよりずっと効率が低下すると 考えられているものがある。ある分析対象に対し、好ましい制限酵素(単数また は複数)と増幅システムが何かは、本技術に習熟した人々には、本発明の教示に 基づけば明かであろう。
増幅産物に制限酵素修飾部位を組み込むのは、できれば、先ず標的配列内から少 なくとも1個の好ましい偽像制限部位を含む増幅配列を選ぶことから実行するの が望ましい。好ましい偽像制限配列がいくつか、指定の増幅配列の中に含まれて いる場合は、修飾増幅産物上の制限部位(単数または複数)の位置に関しては、 選択肢の数がより多いことになる。増幅産物における制限酵素修飾部位(単数ま たは複数)の最終選択の前に、全増幅配列をスクリーニングすることが重要であ る。これは、修飾増幅産物の選択的切断に選ばれた制限酵素の作用に対して感受 性を持つ制限部位が、天然1.′″は見られないことを確認するためである。も しもそのような天然性の部位が存在するならば、また別の制限酵素修飾部位を選 ばなければならない。そうでないと、増幅配列がその修飾増幅産物と一緒に破壊 されてしまう。
一般に、制限酵素は、二重鎖の修飾増幅産物を切断することができるだけである 。したがって、適当な制限酵素との接触以前には、制限部位修飾増幅産物を変性 してはならない。しかしながら、検出系によっては、増幅産物を変性することが 必要な場合もあろう。国際特許出願No、 89102649に開示されている ように、相補的プローブによる検出系を使用する場合には、変性産物を切断する ことは可能である。ただし、制限部位が検出プローブに組み込まれており、かつ 、得られた増幅プローブ/検出ブローブニ重部が変性されていない場合に限る。
単一制限酵素修飾部位を持つLCR由来増幅産物の修飾法を、第5図に示す。こ の図において、3対のプローブを結合し、増幅産物を形成した。このうち、真ん 中のベアのプローブには制限酵素認識修飾部位が与えられている。これによって 、制限酵素の作用に感受性を持つ、LCR由来修飾増幅産物が形成される。制限 酵素は、この修飾増幅産物をほぼ真二つに切断して、これを破壊する。標的の増 幅配列はこの酵素の作用にたいして耐性を持つから、元の状態を保つ。しかしな がら、この実施態様においては、新規のサンプルを、新しいプローブ試薬を添加 する前に処理して、汚染性増幅産物を除去しなければならない。
なぜなら、次の増幅操作に必要な修飾増幅プローブベアも破壊されるからである 。
第6図は、同じ単一部位修飾が、PCRタイプの増幅法に用いられる増幅プライ マーに組み込まれる様を示す。得られたPCR由来の修飾増幅産物は、同じ制限 酵素による破壊にたいして感受性を持つが、得られたPCR由来増幅産物の場合 には、切断が増幅産物の一端近くで起こる。このようにPCR由来産物の切断が 不均等に行なわれることによって生ずると考えられる欠点を第7図に示す。ここ には、切断されたPCR由来増幅産物が、その後の増幅操作において、部分的に ブライミングされる様を示す。部分的ブライミングが起こるのは、切断された増 幅産物の大きい方の部分が、プライマーに対する相補的な塩基を若干含んでいる からである。その後の増幅操作において、切断されたPCR由来の汚染性増幅産 物の部分的ブライミングがあれば、それは、偽りの陽性を含む、試験サンプルに おける人工的に高められた結果を招くことになる。
ある場合には、部分的ブライミングを次のようにして回避することができる。す なわち、もしも制限酵素修飾部位がプライマーの延長末端の十分近くに組み込ま れ、そのため、得られた認識部位が、実際に、増幅産物のポリメラーゼ延長部位 の中に見られる場合である。しかしながら、これを、ポリメラーゼのプライマー 延長開始能力を妨げずに実行するのは難しい。部分的ブライミングは、できれば 隔離切断制限酵素を用い、適当な対応する制限修飾部位を、PCRタイプの増幅 法における修飾増幅産物中に組み込むことによって、除去することが望ましい。
隔離切断制限酵素認識部位を、PCR由来由来増幅生物中み込む様を第8図に示 す。この場合、隔離切断制限酵素認識部位は、あらかじめ合成した増幅プライン −中に組み込まれるが、その制限酵素による実際の切断は、完成増幅産物の延長 部分で起こる。その結果、破壊されたPCR由来増幅産物は、その後の増幅反応 に加わることができない。なぜなら、部分的ブライミングの生ずる機会がないか らである。
隔離カッターも役に立つし、ある場合、特にLCR由来増幅産物の修飾において は望ましくもある。認識部位と、対応する切断部位が、別々のベアのプローブで 表わされる増幅産物上の領域に位置することができる場合には、標的を含むサン プルに増幅プローブ試薬を加えた後からでも、新規の試験サンプルを制限酵素に 接触させることができる。すなわち、この場合、汚染性増幅産物が破壊されるの と同時にプローブを切断する危険は無い。第9図は、隔離切断制限酵素認識部位 を、3ペア一組のプローブの末端ベアの一つに組み込む様を示す。しかも、その 組み込み方は、完成したLCR由来増幅産物が、その完成産物のほぼ真ん中の位 置で切断されるようにする。この場合、切断部位は、増幅プローブの中央ベアに よって発現された、完成増幅産物の位置に相当する。
さらに、化学的に切断可能な部位を、増幅産物に導入することも可能である。こ れは、増幅法に使用される増幅プローブないしプライマーの核酸バックボーンを 修飾することによって行なう。この実施態様は、PCRタイプの増幅法でよりは 、LCRタイプの増幅法で用いる方が好ましい。なぜなら、化学的に切断可能な 部位の存在は、ある種ポリメラーゼの読み通し能力を妨げる可能性が大きいから である。化学的に切断可能な修飾を含む修飾増幅産物は、その修飾部位(単数ま たは複数)で切断する試薬で処理することによって破壊することができる。化学 的に切断可能な部分を組み込むことによって、合成配列に対するいくつかの制限 酵素に観察される、切断効率の低下という問題を緩和し得る。というのは、化学 的切断反応は、生物学的活性を持つ酵素に基づくものではないから、合成核酸と 野生種の核酸とを区別しないからである。さらに、大抵の化学的に切断可能な部 分は、修飾増幅産物が二重鎖であろうが、−重鎖であろうが、それと無関係に切 断される。
この実施例においては、切断可能部位を、市販の試薬を用いて、あらかじめ合成 したプローブないしプライマーの中に組み込むことができる。これについては、 第10図に示す通りである。先ず、部分的プローブないしプライマー配列を合成 し、部分配列の3′ないし5゛末端にアミノ基を含める。次に、このアミン標識 末端を、ホモ二官能性結合剤薬を用いて接合し、完全ではあるが、途切れのある 配列を形成する。この配列を、増幅プローブないしプライマーとして用いる。例 えば、DSP (dithiobis[iuccinimidyl−p+opi onajel)、DST (disuccinimid71−tsrtxral e)、EGS (elh71ene g17colbis [5uceiniI llid71−succinxjel) (第10図に示す)を用いて、部分プ ローブないしプライマー配列の3゛及び5゛標識末端を結び合わせ、切断可能部 位を含む完全プローブ試薬を形成することができる。この場合には、このプロー ブないしプライマーによって生成される修飾増幅産物は、還元剤、例えばジチオ トレイトール(DSPがホモ二官能性結合剤として用いられた場合)、酸化剤、 例えば過沃素酸ナトリウム(DSTが用いられた場合)またはヒドロキシルアミ ン(EGSが用いられた場合)による切断によって破壊し得る。
化学的に切断可能な修飾部位は、増幅プローブないしプライマーの真ん中通(に 置くのが望ましい。すなわち、これによって、ハイブリダイゼーションが起こら なくなることを最小限に食い止めるためである。修飾増幅プローブないしプライ マーは、次のように構築することもできる。すなわち、これらが増幅配列に対し て、完全に相補的であるか(切断可能な部分は、[はみだしループ(loop− out) Jに含まれる)、または、実質的に相補的である(切断可能な部分を 、プローブ配列中のヌクレオチドの一つと置換する)ようにすることである。あ る場合、例えば、リボヌクレオチド置換が化学的に切断可能な部分を与える場合 がそうであるが、この試薬は、増幅配列と完全に相補的であっても、はみだしル ープを必要としない。
リボヌクレオチド置換は、得られた修飾増幅産物に対して、同じ脆弱結合を組み 込むことによって、酵素認識部位と、化学的に切断可能な部位の両方を、同時に 与える。この修飾増幅産物は、(1)強塩基(化学的切断)と、(2)ある種の RNA5e(酵素による破壊)のいずれか、または、両方に感受性を持つ。
いずれの場合においても、得られる切断産物は、もはや増幅用の鋳型としては働 かない。
これら脆弱結合は、できれば、単一のりボヌクレオチド置換体をそれぞれの3” 末端に含む増幅プローブないしプライマーを用いて、修飾増幅産物に組み込むこ とが望ましい。PCRの場合では、増幅プライマー・の両方がリボヌクレオチド 置換を含むことになる。L CRの場合であれば、少なくともillの上方鎖増 幅プローブと1個の下方鎖増幅プローブは、リボヌクレオチド置換を含む。リボ ヌクレオチド置換は、プライマーおよびプローブの3°末端で生じるのであるか ら、修飾増幅産物の脆弱結合は、実際に、生体中で増幅中に形成される。その結 果、増幅試薬は、脆弱結合を含まないので(すなわち、塩基にたいして感受性を 持たず)、強塩基ないしRNA5eによる処理によって、伝搬汚染を根絶するこ とができる。すなわち、そのような処理に耐性を持つ試薬の存在下で、処理を行 なえば、増幅に対するその試薬の全体機能性を損なうことがない。さらに、野生 種標的の増幅の鋳型として機能する能力も同様に、塩基やRNA5C処理によっ て影響されないので、新規試験サンプル中で、標的および増幅試薬双方の存在下 で、脆弱な伝搬汚染増幅産物の破壊を実行することができる。
リボヌクレオチド置換を含む修飾増幅プライマーないしプローブから、PCRも しくはLCR由来の修飾増幅産物を生成するには、二つの重要な必要条件がある 。先ず、増幅産物の形成に必要な酵素は、上記の置換の存在下で、有効に動作し な&プればならない。PCRの場合には、ポリメラーゼは、ハイブリダイズした プライマーの3°末端のヒドロキシル基の一つから、延びていかなければならな い。LCRの場合には、リガーゼは、1つのオリゴヌクレオチド・プローブの3 ° リボース基を、もう一つの別のオリゴヌクレオチド・プローブの5゛燐酸基 に共有的に結合するのを触媒しなければならない。第二に、得られた修飾増幅産 物(1個以上の内部リボヌクレオチドを含む)は、その後の増幅サイクルにおい て、生存鋳型として作用しなければならない。(すなわち、PCHの場合には、 ポリメラーゼは、リボヌクレオチド結合を読み通さなければならない)。
本発明の方法は、L CR及びPCRタイプの増幅法にのみ限定されるものでは なく、他のタイプの増幅法、例えば、転写タイプの増幅法や修復連鎖反応増幅法 のような増幅法に見られるような汚染問題を防止するのにも用いることができる 。
下記の実施例は、本発明の理解を助けるために与えられるもので、本発明の真の 範囲は、付属の請求の範囲に規定されている。本発明の精神から逸脱することな く、ここに規定された方法に改変を加えることは可能であるということは了解さ れよう。
本発明の有用性を例示するために、いくつかの異なる合成核酸配列を、(1)増 幅配列、(2)増幅産物、(3)修飾増幅産物、(4)増幅プローブ、(5)検 出プローブ、(6)増幅プライマー、(7)検出プライマー、及び(8)ポリリ ンカーをシミュレートするために用いた。これらは、合成核酸配列に対する制限 酵素の切断効率を定量するのに用いた。これらの合成配列を、第11図、第13 図、第16図、第20図、第23図、および第28図に示す。
合成増幅配列(As)、増幅ブロー・プ(A、P)、化学的燐酸化増幅プローブ (pAP) 、検出プローブ(DP)、化学的燐酸化剤出プローブ(pDP)( 第11図に示す)、および、多数部位DNA C第13図に示す)を、Appl ied 8ios7i1eismodel 380B合成装置(Applied  Bios7st<ms、Inc、、FosterCi17. Ca1itor n目)を用いて合成した。操作は、国際特許出願り、89/[649に開示され ている通りであり、その関係部分を、ここで援用する。
オリゴヌクレオチドは、Glen Regexreh Corpori目on  (1’1etndon、 Virginix) * カタログ番号No、10− 1900−90から入手した燐酸化試薬によって、化学的に燐酸化した。この試 薬は、最初に、T、 Horn and M、 Ilrdem、 Te1rih edron Letl、、 27. 4705−4708(19H)によって記 載されたもので、標準フオスフオアミダイト(phosphoramidile ) 自動合成プロトコールによって使用できる。
Applied 1fios7+tems装置での自動化オリゴヌクレオチド合 成は、3゛→5゛方向に進む。この時、化学的燐酸化剤は、最後の合成サイクル に都合良く導入される。燐酸化効率は、最後のサイクル後放出されるジメトキシ ルトリチル基の量を測定することによって、定量される。標準的な脱保護、切断 、精製法を用いて、所期の、5′を化学的に燐酸化したオリゴヌクレオチドを単 離した。
制限部位修飾の増幅産物への導入 本実施例は、LCRタイプの増幅法において、制限酵素修飾部位を、増幅産物に 導入する様を示す。本実施例における、制限酵素修飾部位の挿入は、あらかじめ 合成された増幅プローブを用いて実行する。このプローブは、制限酵素修飾部位 を含むものであるが、対応する、好ましい偽像制限部位を含む増幅配列を増幅す る。この制限酵素修飾部位の選択は次のように行なう。すなわち、6個の+i! !IIブI:1−ゴ(すなわち1,3ベア)の各々が、一つの制限酵素修飾部位 を含み、かつ、増幅配列に関して一つの塩基がミスマツチしている(すなわち、 その増幅配列の好ましい偽像制限部位に向き合う位置に交雑することのできる) ように選択する。
また、次のようにして、制限酵素被修飾増幅産物が選択的に除去されることを示 すことが望ましい。すなわち、制限酵素修飾部位を含む、得られた被修飾増幅産 物は、適当な制限酵素による処理後、増幅がきわめて非効率的になる(すなわち 、実質的に、破壊される)が、一方、対応する偽像認識部位を含む増幅配列は、 同じ制限酵素による処理の後も、影響を受けない、ことを実証することによる。
被修飾増幅産物(APMI)は、1個の、)Ise II!、 2個のl1bv  I制限エンドヌクレアーゼ部位を含むように構築されるけれども、Hae I 11部位のみが、選ばれた修飾として、増幅産物の切断を実証するのに用いられ る。この増幅配列(AS)は、ただ3個の塩基ベアに関して、増幅産物と異なる 。このベアは、3ベアの増幅プローブ(^P1/IIAP、、、 pAP2/9 AP2.、 pAP3/ Ar1、)、この各々が、3個の塩基ベア相違点の1 個を含んでいるのであるが、そのプローブを介して、増幅産物(八MPI)に導 入されている。上記の増幅配列は、増幅産物に組み込まれる制限エンドヌクレア ーゼ部位にとっての、対応する偽像制限部位を含んでいA、増幅配列、被修飾増 幅産物、搬送りNAの制■エンドヌク制限酵素による、増幅産物の切断による、 その後の増幅操作におけるその増幅産物の鋳型としての作用能力の破壊効率を定 量するために、下記の制限エンドヌクレアーゼ反応を設けた。
すなわち、0.05 mg/ml 33^(牛血清アルブミン) 、5Qd T ris。
HCI、6.6 mM MgCl2. 6.6 mM DTT (ジチオスレイ トール)を含む、最終容量100μmのバッファーにおいて、反応1−2フ工ト モル^MPl+ 20単位活性Hge III制限酵素反応2−2フ工トモル八 MP1+ 20単位加熱非活性Has III制限酵素 反応3−2フ工トモル^S+20単位活性tbe III制限酵素反応4−2フ 工トモル^S+20単位加熱非活性Hue III制限酵素 反応5−1 μgヒト胎盤DNA+20単位活性Haetll制限酵素 反応6−1 μgヒト胎盤DNA+20単位加熱非活性Hae III制限酵素 6種の反応はすべて37℃で16時間インキュベートし、次に、90℃で10分 インキュベートし、残存Hae III活性を破壊した。
上記6種の反応から得た、増幅配列(^S)、制限酵素認識部位修飾産物(AM Pl) 、および、ヒト胎盤DNA ()IP−DNA)を、3ペアの増幅プロ ーブ(Ai11/9AP1.、pAP2/IIAP2.、pAP、 /^P3. )を用いて、15サイクルLCRタイプ増幅法で、二倍に増幅した。これについ ては、第5図に示した通りである。なお、このプローブは、増幅配列と3塩基対 だけミスマツチをしているが、AMPlとは完全に相補的であることに注意しな ければならない。
LCRタイプの増幅法においては、各種のりガーゼを用いて、接触して交雑して いるプローブの結合を実行することができる。
例えば、国際特許出願No、89102649は、増幅プローブを結合するノニ 、E、coli リガーゼ(例えば、New England Biolxbs 。
Inc、、Beverly、 MasxchuaeHsから入手できる)を使用 することを開示している。しかしながら、一般に、熱安定性リガーゼ(yst  )を使用するのが好ましい。これは、各LCR増幅サイクルの度ごとに、新鮮な りガーゼ試薬を絶えず加える必要を回避するためである。この実施例においては 、)hermut lhe+mo−philus (^ACC127634)  、これは、Miho Takahgshi (三菱化成生命科学研究所、蛋白化 学研究室、東京、町田市、南おおや、11)から恵与されたものであるが、それ から単離した熱安定性HBg DNAリガーゼを用いて、増幅サイクル全体を通 じて、増幅プローブの結合を行なった。
熱安定性D N A IJガーゼ・バッフ y −(TSLB)を、500 m MT+i3 HCI (pH7,6)、 56 d MgCl2.10 d E DTA (eth71enedit+einejettaacelie aci d ) 、66 d nDT、及び500Pg/it BSAを含むよう、10 倍濃度で調整した。
負荷用バッファーを、11.8 mM EDTA、 6.3 M尿素、[1,0 2%ブロムフェノールブルー及び0602%キシレンチアノールを含むように調 整した。
反応1から4までのそれぞれからDNA100アトム・モルと、反応5.6の各 々から)IP−DNAのSoy七を、、Perken−El、mer/Cetu s熱サイクル装置(Pe+kin−E1me+ Corporation、 N orvalk。
Connecticut)を用いて、二倍に増幅した。各増幅反応は、各増幅プ ローブ(AP+79八Pl、、pAP2/pAP2.pAP3/ AI’3.) の2ピコモル、0.03単位のTSL、及び66μM IIADを、0.51の Eppendorf”管に含む、1xTsLBの50μmの容量でスタートした 。各試験管にミネラル・オイルを2滴加え、加熱サイクル中の蒸発を防止した。
増幅反応は、90℃で2分、50℃で5分を1サイクルとし、15回繰り返した 。
C9制限部位被修飾産物の検出 実施例IBで得た増幅産物を、2プローブ検出システムを用いて検出しまた。こ のシステムについては、国際特許出願No、 89102649に記載されてい る通りである。その関係部分を、援用する。国際特許出願No、 801026 49のE、coliリガーゼと、E、coliリガーゼ・バッファーの代わりに 、1188 DNA リガーゼと、TSLBバッファーを用いた。第11図に示 しである、検出プローブDP1とpi)P2、を用いて、増幅産物の検出をした 。
被修飾増幅産物を、その後、オートラジオグラフィーで視像化する手段を得るた めに、検出プローブDPIを、732P−ATPとポリヌクレオチドψキナーゼ (Boehringer Iliannheim Bioehemicals、 Lndixnapolis、Indiini )で、放射性燐を用いて燐酸化し た。比活性は、約7000 Ci/imoleであった。余分の732p−AT Pは、G5G150 SephadexTM(Phsrm*山、 Upps山、  Sweden)によるゲルろ過により、燐酸化オリグヌクレオチドから分離し た。
検出反応は、16μmのIXTsLBの最終容量で、増幅反応混合体の10分の 1、すなわち、各検出プローブ(732P −DPI、と9DP2)の200フ 工ムトモル、0.03単位の丁St、、 66μMに^Dを含んでいた。検出反 応は、90℃で5分、次に、50℃で、10分加熱して、完了した。次に、等容 量の負荷用バッファーを加えて、反応を停止し、さらに、90℃で3分間加熱し た。
この生成物を、変性用の15%ポリアクリルアミド・ゲル上で、反応混合物を電 気泳導することにより分離し、オートラジオグラフィーにより視像化した。(第 12図参照)。相対的増幅効側よ、IJBυIIraScan” Xl(Pbi ou山LHBiojech、 Inc、、 Piscxlava7 、 New  IeraeT)によるレーザー密度計測定に基づいて評価した。
切断増幅産物(反応1、レーン1.2)は、非切断増幅産物(反応2、レーン3 .4)よりも、増幅効率がたった7%しか高くなかった。これは、汚染性増幅産 物の実質的な減少が93%になることに相当する。
切断増幅配列(反応3)、および非切断増幅配列(反応4)(それぞれ、レーン 5と6、レーン7と8である)の、増幅効率はほとんど同じであった。このこと は、偽像制限酵素認識部位を含む増幅配列は、対応する被修飾増幅産物を破壊す る同じ@限酵素による処理によっては影響されないことを示している。
切断搬送H[’−DNA (反応5)、および、非切断(反応6)搬送HP−D ll^ (レーン9から12まで)には、信号が見られなかった。これは、レー ン1から8までの信号は、反応混合物中のDNAないしその他の成分との、何ら かの非特異的相互作用によるものでないことを示している。
ここで注意すべきなのは、非切断増幅配列(AS、反応4、レーン7.8)は、 非切断増幅産物(AMPI、反応2、レーン3.4)に比べて、増幅効率はたっ た18%しか上回っていないことである。これは、間違いなく、次の事実に基づ くものであろう。すなわち、この増幅プローブは、増幅配列に対して3個ミスマ ツチしており、完全に相補的なのは、増幅産物に対してだけである、ということ である。
実施例2の被修飾増幅産物が、Bbv I隔離切断用制限酵素によっても切断可 能であることは了知されるであろう。この場合、実施例2の増幅プローブ、AP I/pAP11pAP2#AI’2’ 、 pAP3/八P3’は、このBbv  I酵素によっては切断されないであろう。他にも、隔離切断制限酵素を用いて 、相応の修飾を受けた増幅産物を離断することができる。これは、PCR,LC Rいずれのタイプの増幅法による増幅産物についても同様である。
比較的高度の切断効率を持つ、隔離切断酵素を特定するために、New Eng land [1iolabs Inc、(Bewet17. Ma+5achu se目S)から購入した8種の酵素を、本発明の制限酵素認識修飾部位における 隔離カッターとして使えるかどうかを調べるために、選びだした。8種すべての 隔離切断制限酵素に対し、42塩基二重鎖配列のDNAが、制限酵素認識部位を 含むように設計し、た。
第13図に示す通りである。この多数部位DNA配列の下方鎖、下方鎖は、^p plied BiosHjema a+odel 3110B合成装置(^pp lied Biosyslel+、!nc、、 Foaje+ C1t7. C a1ifornia )を用いて合成した。これについては、実施例1に記載し た通りである。この相補的配列を交雑し、隔離カッター評価用の二重鎖を形成し た。等モル量の、多数部位DNA上方鎖、下方鎖を共に加え、手短に90℃まで 加熱し、次に、室温まで冷却させ、制限エンドヌクレアーゼ切断にふされしい2 重鎖DNAを形成した。
20ピコモルの二重鎖多数部位DNAの両5゛末端を、γ−32Pで標識した。
これについては、実施例2の732P −DPIについて記載した通りである。
次に、この多数部位DNAを、選ばれた8種の制限酵素による切断作用に暴露し た。すなわち、200フ工ムトモルの32P大標識多数部位DNA、lxバッフ ァー、下記の酵素の内の一つを、最終反応容量50μm中に含んだ、8通りの反 応をもってその切断を実施した。
反応 制限酵素 制限酵素の量(単位) バッファーI ALW I 4 tx TsLB 2 8bv I 2 1xTSLB 3 B+pM I 4 1.xTSLB本4 Fok I 8 1xTSLB 5 Ple I 1 1xTSLB 6 Hga l 8 1xTSLB 7 )Ipn i 0.8 1XisL’d8 5IaN l 3 1XTSL B*傘 +100 mM NIC+ 8種すべての反応液を37℃で、4時間インキュベートした。
インキュベーション後、それぞれの反応物の半分を、等量のEDT^/染色試薬 と混合し、90℃で、3分加熱し、反応を停止し、次に、10%変性ポリアクリ ルアミド・ゲル上に、当業界に既知の標準技法を用いて流し、オートラジオグラ フィーによって視像化した。第14図に見られるように全隔離カッターが被修飾 多部位DNAを切断したけれどもこのシステムにおいては、Fok Iがもっと も高い切断効率を示した。
実施例3の隔離切断酵素の評価結果に基づいて、Fok lを、PCRタイプの 増幅法において、隔離切断制限酵素修飾に使用できるかどうかを見るために、実 施例を計画した。2個の、Fok I隔離切断制限酵素修飾部位を、第15図に 示すように、PCR由来増幅産物中に導入した。この修飾部位を、2個の、適当 に修飾されたPCRプライマーによって、増幅産物中に導入した。そのプライマ ーはそれぞれ、増幅配列の中に位置する、ある好ましい偽像Fok l制限部位 と一つの塩基がミスマツチしている。被隔離切断部位と違って、隔離切断制限酵 素認識部位を、非修飾増幅プライマー中に導入すると、増幅産物の延長部分に、 Fok I切断部位を含む、被修飾増幅産物を生ずる。それは、たとえ対応認識 部位がプライマー誘導部分内にあるときでさえ、事実である。したがって、この 被修飾増幅産物を、Fok1制限酵素で処理すると、切断産物(第15図に示す )が生ずるが、これは、前述した部分的プライミング現象にたいしては感受性を 持たない。
pUC9内部に含まれる147塩基対配列を、本実施例の増幅配列として選んだ 。選ばれた147塩基対領域を、生来の増幅プライマー、AP6. ^P7.( 標的に対してミスマツチがない)、一つミスマツチした増幅プライマー、^P8 . AP9. (Fokl制限酵素認識部位を、増幅産物に組み込むため)、l ’AD22、検出プライマー、と並べて、第16図に示す。
A、増幅用pUC9標的の調整 本実施例の標的DNA源として、2707塩基対の9[IC9プラスミドを用い た。pUC9標的DNAを次のようにして増幅用に調整した。すなわち、Fok  I制限エンドヌクレアーゼで、円形のプラスミドを切断し、増幅に適当な、直 線配列を得た。
Fok I制限酵素を用いると都合がよいのは、これが、適当に修飾された増幅 産物を破壊するためにすでに選ばれたものと同じ酵素であるからである。しかし ながら、このプラスミドを直線化、ないし、断片化するのに、他の制限酵素を用 いることも可能である。もっとも、適当な制限部位が、そのプラスミド内に位置 していなければならない。pUC9プラスミドは、5個のFok l制限部位を 含んでおり、その内、増幅配列は、直線化処理によって生じた、最大の(134 0塩基対) Fok Iフラグメント内に含まれている。
なお、注意しなければならないのは、増幅サイクル温度が、約95℃を下回り続 ける所では、通常、上記プラスミド、染色体、または、標本中のその他の標的を 断片ないし直線化することが必要になる。これは、最初の増幅サイクルで、完全 な変性が起こるのを促進するためである。増幅サイクル温度が、約95℃を越え る所では、直線化および/または断片化が、増幅中に、必ず起こる。
下記の試薬を用いた。
0、45u g/u l製産のプラスミドDNA、、 !IUc 9を、B P l、 h、 P X d ARese*rcb Liboraforiea ( GaNhe+sbarg、 Mxr71and)から入手した。
反応バッファーは、Perkin−EIIIle+/Celum (Norwg lk、 Connecticul)の、Gene−^叶(登録商標)DNA増幅 試薬キット中に提供される[10rl反応バッファーを1/10希釈して得た。
この[10rl 反応バッファーは、I(10mM Tris、HCl、500  mM KCI、1510M MgCl2.0.1%(W#)ゼラチンを含む。
本実験に使用のためにこのようにして得た反応バッファーは、[111反応バッ ファーである。
4単位/μm濃度のFok I制限エンドヌクレアーゼを、NewEnglan d Biolsbalne、(Bever17. Maisachuselts )より入手した。
プラスミドDNAは、2 μl (0,9μg)ノpHc 9 DNAト、2μ m (8単位)のFok I制限エンドヌクレアーゼを、50μmの1!反応バ ッファーに加えて、[lx! 反応バッファー中で切断した。
得られた反応混合物を、37℃で45分インキュベートし、残存する酵素活性は すべて、45分間のインキュベーション後に、90℃で10分加熱して、破壊し た。この反応混合物における標的配列の濃度は、9.25フ工ムトモル/μmと 計算された。
被修飾PCRプライマー内に含まれる一つの塩基ミスマッチが、PCRタイプの 増幅法において十分な性能を発揮するかどうかを調べるために、生来の増幅プラ イマー(増幅配列に対して完全な相補性を持つ、八P6.^P7.)、および、 被修飾増幅プライマー(増幅配列に対して実質的な相補性を持つ、八Pa。
Ar9 、)の両方を用いて、平行増幅を実施した。この平行増幅反応混合物を 、20サイクル反応させ、その産物をその後、PAl122検出プライマーを用 いて視像化した。
本実施例に用いた下記の試薬は、Perkin−Elll+er/Ce1us  GeneAmp [lN人増幅試薬キットの一部として入手した。すなわち、1 ゜J dNTP’ i (dA4P、 dCTP、 dGTP、 dTTP)、 l1llx)反応バッファー(前記、実施例4.A、に記載) 、AmpliT xq (登録商標)DNAポリメラーゼ(5単位/μm)である。
負荷用バッファーは、実施例2.B、に記載したものと同じ。
検出プライマーPAD22については、その5°末端を32Pで標識した。比活 性は、約7000 Ci/mmoleで、実施例2.c、に記載した通りである 。
標的pUC9DNAは、Fok l切断プラスミド(実施例4.A。
による)を、TE (10mM Tris、pH8,0,0、l IIIM E DT^)で、望みの濃度が得られるまで、希釈して調整した。
増幅反応はすべて、0.5 μl Eppendor[(登録商標)管中で、全 容量50μlの1x反応バッファーにおいて行なった。この反応i< ッ77−  ハ、20Q uM a度ノdNTP’ g 、2. 5単位0)AmpliT sq DNAポリメラーゼを含んでいた。上記に加えて、この反応物にはさらに 次のものが含まれていた。
増幅プライマー pUC9標的 反応1 Ar8. AP9’各々に25ピコモルずつ too smole反応 2 Ar1、^P9’各々に25ピコモルずツ0. Osmole反応3 Ar 1.AP?’ 各々に25ピコモルずつ 100 amole反応4 Ar1. AP7’ 各々に25ピコモルずツ0.[l aiole各試験管にミネラル・ オイルを2滴加え、増幅中の蒸発を防止した。反応は、PerkiIl−Els er/Ce1uサイクル加熱装置で、20サイクル繰り返した。加熱は、各サイ クル、90℃で2分行い、その後、50℃で5分であった。
増幅産物は、下記のポリメラーゼ関連検出システム(PAD)を用いて、選択的 に視像化した。この方法では、標識PADプライマーは、過剰なりNPと、ポリ メラーゼとの存在下で、得られた増幅産物と交雑させられ、標識延長(検出)産 物を生成する。次に、この標識検出産物を、PAGE上で、過剰な標識PADプ ライマーから分離し、その後、オートラジオグラフィーによって視像化する。そ のPADプライマーは、増幅産物への交雑のため、過剰な増幅プライマーと競合 しなければならないので、PADプライマーは、増幅プライマーよりも長くなる (すなわち、より高いTmを持つように)よ・うに設計されている。したがって 、反応温度は、PADプライマーの交雑を助長するように調節してもよい。
各反応混合物の10分の1(5μm)に対し、200フ工ムトモルの32Pで標 識された検出プライマー(PAD22) と、0.25単位のAmpliTBポ リメラーゼとを含む溶液1μmを加えた。PADプライマーは、反応混合物を9 0℃で5分、次に、65℃で10分、加熱して、アニーリングし、延長させた。
室温に冷却後、15μmの負荷用バッファーを加え、その後、90℃で5分間加 熱して、反応を停止させた。反応混合物を、III! II切断pBR3223 2P標識マーカーと共に、標準法を用い、10%変性ポリアクリルアミド・ゲル 上に走らせ、オートラジオグラフィーによって視像化した。
反応混合物それぞれに対する1、47塩基対PAD産物の相対的強度を第17図 に示す。増幅配列の偽像制限部位に一つの塩基がミスマツチをしている、被修飾 増幅プライマーの増幅効率は、生来のプライマーのものとほとんど同じであった 。(反応ル−ンの結果と、反応3レーンのものと比較されたい)。ゼロ・対照( 反応2と反応4)の結果は、標的が無い場合には、繰り返し反応によっても、検 出可能な産物の蓄積は起こらない実施例4.B、から得た、同じ4つの反応混合 物を、活性Fok I制限エンドヌクレアーゼ、もしくは、加熱非活性化Fok I (対照)のどちらかで処理し、次に、PAD検出を行なった。
これは、相対的切断効率を評価するためである。
Fok I制限エンドヌクレアーゼを用いて、被修飾PCR由来増幅産物を破壊 した。本実施例に用いられる他の試薬はすべて、Perkin−E1mer/C e1us GeneAmp (登録商標) DNA増幅試薬キットの一部として 得たものである。
加熱非活性Fok I制限エンドヌクレアーゼ(△Fok I )は、酵素の濃 縮保存液を、10分で90℃まで加熱して調整した。
得られた△Fok Iは、プラスミドpt+c 9 DNAを切断できないこと を観察して、その非活性を確認した。
1x反応バッファーの25μm分液を、実施例4.B、の各増幅反応液(1,2 ,3,4)の10分の1に、2μm (8単位)の活性Fok I (反応液L A、2A、3A、4A)か、または、2μmの△Fokl(反応液1△、2△、 3△、4△をそれぞれ)のいずれかと共に、加えた。この反応混合物を、37℃ で16時間、次に、90℃で5分インキュベートした。
PCR由来増幅産物に対するFok I、△Fok I酵素の切断効率を、PA D検出を用いて評価した。制限酵素処理後に、それぞれの反応混合液から15μ m分液を取り出し、次に、これを、10.5μmの溶液に加えた。この溶液は、 反応バッファーの0,95Iに調整され、200フ工ムトモルの”’p−PAD 22 (比活性は7000 Ci/maole ) 、2. 5単位の^1pl iTaq DNAポリメラーゼを含み、各dNTPは(最終濃度392μM)で あった。次に、これらの反応混合物を、5分間で90℃に、その後、65℃で1 0分間、加熱した。これは、延長反応を完了するためである。
25μmの負荷用バッファーを加え、その後、90℃で5分間加熱して、反応を 停止した。停止した反応混合物から得た標本を、10%ポリアクリルアミド・ゲ ル電気泳導にかけ、生成物は、オートラジオグラフィーによって視像化した。オ ートラジオグラフィ一段階で、フィルムを過度に感光させた。これは、ごく微量 なものまでも、切断産物の存在を明らかにするためであった。
第18図に示すように、一つの塩基がミスマツチした被修飾増幅プライマー(F ok 1部位を含む)の使用によって生ずる被修飾増幅産物は、活性Fok I 酵素(反応IA)で処理することによって完全に破壊されl;。逆に、生来プラ イマーによって形成される増幅産物は、同じ活性Fok I酵素(反応3A)に 暴露しても影響を受けなかった。これは、オートラジオグラム上で147塩基ベ アのところに現われる強度のPAD信号から明かである。予想したように、増幅 産物の内、修飾されたものも、修飾されないものも、加熱非活性Fok I酵素 による処理の影響を受けなかった(それぞれ反応1△、3△)。ゼロ標的対照( 反応液、2A、4A、2△、4△)では、オートラジオグラムの中に、147塩 基対位置の産物は見られなかった。このことから、観察された147塩基対信号 はすべて、実際に、増幅産物から得られたものであることが確かめられた。
僅かな信号が、反応IAのPAD検出反応において、約127塩基対のところに 認められた。このあやしげな信号は、第19図で示したように、2個のFok  を部位の内のただ1箇所だけがあらかじめ切断されている被修飾増幅産物鋳型に 延びるPADプライマーから発するものであることが判明した。第19図に見ら れるように、単−Fok I切断によって生ずる産物には2種類の可能性があり 、その内、ただ一つだけが、PAD検出操作に反応し、127個の塩基対産物を 生成する。ここで次のことに注意するのは重要である。すなわち、この部分的に 切断された被修飾増幅産物の内のいずれも、両方の被修飾増幅プライマーに対し て相補的でないということである。このプライマーは、その後の増幅操作におい て、鋳型として加わるのに必要なものである。
D、Fakl処理された増幅産物のPCR増幅実施例4.C0で得た反応物にお ける切断の程度をさらに調べるために、同じ反応混合物を、希釈し、もう一度、 20サイクルのPCR増幅操作にかけた。そのときの被修飾増幅プライマーは^ P8.八P9へである。やり方は、すでに、実施例4.B。
に記載した通りである。次に、得られた増幅産物に対し、実施例4.C2に記載 したように、PAD検出を行なった。この「再増幅」標本の場合、ごく微量の非 切断増幅産物でさえも、検出レベルまで増幅されると期待した。ちょうどこれは 、伝送汚染産物が、臨床状況では、検出可能な信号を生成するにいたると予想す るのと同じであろう。再増幅、および、その後の検出操作に用いた試薬はすべて 、前述した通りである。
実施例4.C3から得た各切断反応物を、TE中で、l/1G0.000まで、 連続希釈した。切断反応そのものが、実質的に、もとの増幅混合物の1/6希釈 を生じたのであるから、この1/100. [10G希釈は、もとの増幅反応混 合物に関して言えば、全体で1/600.000の希釈となる。さらに、増幅反 応混合物の、もとの容量の50μmにくらべて、希釈標本のわずか5μmが再増 幅されるわけであるから、この再増幅体は、増幅産物(修飾されたものも、修飾 されないものも)全数の1/6.000.000に相当する。この増幅産物は、 実施例4.B、の、最初のPCR増幅の結果、生体内で合成されるものである。
この1/6.000.000という数字は、典型的な臨床検査環境で予想される 伝送汚染レベルを表わしている。
切断反応混合物の最終希釈液(1/6.0[1fl、 OGG )それぞれの5 マイクロリツトルを、45μlの溶液に加えた。この溶液は、5μ(の希釈標本 を含む最終溶液が、次のものを含むように調節されている。すなわち、反応バッ ファーとしてl/3 各dNTP 200μMを含み、かつ、各増幅プライマー (^PB、八P9へ)を25ピコモル、及び^mpliTzqポリメラーゼ2. 5単位を含む。反応LA、2A、、3A、 4に、1△、2△、3△、4△4か ら得られる反応混合物を、それぞれ、反応物IA+、2A+、3A+、4A+、 1△+、2△+、3Δ+、4△+と名付ける(ここに、1−+」は、その反応物 が、PCR増幅法で、もう一度、20サイクルで再増幅されたことを表わす)。
各反応混合物にミネラル・オイルを2滴加え、その後、0.5mlのEppen doH管をシールし、Perkin−Hmer/Cetosサイクル加熱装置で 、20サイクル繰り返した。加熱は、各サイクル、90℃で2分行い、その後、 50℃で5分であった。
200フ工ムトモルの32P標識検出プライマー(PAD22 )、および、0 .25単位のAll1pliTxqポリメラーゼを含む溶液の、1μm分液を、 各再増幅反応混合物の10分の1(5μl)に加えた。PAD検出反応は、反応 混合物を、90℃で5分、その後、65℃で10分加熱して実施した。反応生成 物は、15μIの負荷用バッファーで停止し、5分間で90℃まで熱した。
その後、Hlll II切断pHI!32232P−標識マーカーと共に、変性 10%PAGE上を走らせ、さらに、オートラジオグラフィーで視像化した。そ の結果の写真を第17図に示す。(このゲルとオートラジオグラムは、前記実施 例4.B、で得た反応1.2.3.4のデータをも含むことに注意されたい)。
反応1△+、3△+は、それぞれ、反応1.3の産物のl/6゜(100,00 0によって汚染された標本のPCR増幅から生ずると期待される信号の種類を表 わしている。この結果は、20サイクルのPCRタイプ増幅では、このレベルの 汚染から、典型的な偽像陽性が得られることを示している。逆に、あらかじめ活 性Fok l制限酵素(反応物IA+)で処理した被修飾増幅産物で汚染された 標本の増幅では、検出可能な147マー産物は生成されなかった。換言すると、 偽像陽性は見られなかった。修飾されていない増幅産物をFok l制限酵素( 反応物3A+)で処理したものと、その同じ修飾されていない増幅産物を加熱非 活性化Fok I酵素(反応3A+)で処理したものと比較すると、はぼ同じ強 度の信号が得られた。このことから、被修飾増幅産物の選択的破壊は、生来標的 配列の存在下に、活性FOk I制限エンドヌクレアーゼによって処理すると生 じるが、この処理によっては影響されないことが示された。ゼロ標的増幅(反応 2A+、2△+、4A+、4△+)には、検出産物は見られなかった。これより 、147マー産物は実際に増幅産物鋳型から得られたものであって、誤って形成 されたものでないこが確かめ実施例4では、伝染性汚染を除去するのに、あらか じめ増幅された試験標本を、増幅後処理して好成績をもたらした例を示したが、 前記したように、新規の試験標本を、その標本の増幅直前に、適当な切断剤で「 前処置コする方が、検査室環境では、より効果的であろう。このやり方では、新 規標本における汚染性増幅産物は、インキュベージタン前操作によって破壊され るわけで、この操作では、すべての増幅試薬を入れたままの、密封した試験管に 、増幅開始の直前に、切断剤(例えば、Fok I )を添加する。
前処置汚染防止策を実施するにあi;って、ちょっと引っかかるのは、新規の試 験標本では、汚染性増幅産物の初期濃度は極微であることが予想されることであ る。この心配は、このように基質濃度の低いところでは、ある種の切断剤の触媒 活性の喪失が観察されていることから発する。したがって、新しい標本中の被修 飾増幅産物を破壊するに当り、切断剤の効力が、前処置式汚染防止策の効力をひ どく減殺することがあり得る。(実施例4には、被修飾増幅産物を、増幅の直後 に切断剤で処理するときわめて有効であることが示されている。この場合、被修 飾産物は比較的に高濃度に存在する。)汚染をこのようにしてコントロールする ことができるかどうかをテストするために、■’! pot遺伝子の162塩基 対部分を、被修飾増幅プライマー^P16’ ^P17.を用いて増幅し、Fo k I制限部位を、増幅産物中に組み込んだ。次に、この産物を、得られた産物 上の検出プライマーPAD4の延長からのPAD検出信号を、標準物から得たも のと比較対照して定量した。本実験に用いたオリゴヌクレオチド配列を策20図 に示す。次に、この被修飾増幅産物を希釈し、生来の標的を含む次段の増幅反応 に加えた。これは、コントロール設定汚染実験を模するためである。次に、得ら れた汚染標本を、増幅前に、活性切断剤(FokI)または不活性切断剤(△F ok l )で処理した。得られた信号を比較することによって、切断剤処理に よる汚染産物に関する破壊効率の値が得られた。
下記の実験において標的、標準に使用された核酸は、約6 kbノIIIV ( 8810分離株、Ga1lo el if、Nx[ure、313.277−2 84(1985))を含む、10. Okb pBR322クローンである。こ のクローンを、B11HIで切断し、増幅用に直線化した。同じクローンを用い て、検出段階における産物の定量用の標準を生成した。
これは、Pvu If、 Hae IIIで切断し、増幅の対象となる162塩 基対フラグメントを含む255塩基対フラグメントを生成して行なった。検出プ ライマー[’AD4は、このフラグメント上に延びて、192塩基産物を生成し た。PCR産物の収量は、得られた162マーの検出産物を、既知量の標準から 得た192マーの産物と対比して推定することができる。
下記の試薬は、Perkin−E1mer/Catus(No+valk、Co nnecticut)GeneAmpTMDNA増幅試薬キットの一部として入 手した。すなわち、10 mM dNTPs (dATP、dCTP、 dGT P、 dTTP)、[10xl反応バッファーで、これについては実施例4.A に記載した通りである。
7M ^mpliTxq DNAポリメラーゼは、8単位/μlの濃度のものを、Pe rkin−E1mer/Cetu+から入手した。
Tbermopbilic DNAポリメラーゼは、Mo1ecuIar Bi olog7 Res。
urces、Inc、(Milvaukee、 Wisconsin)から恵与 された。濃度は、3単位/μmであった。
制限エンドヌクレアーゼRam)II(25単位/ a ’ ) 、PvuI+ (50単位/μl ) 、Hae III (10単位/ul )及びそれぞれ の10×切断バツフアーは、New England Biolsbs、Inc 。
(Itever17. Magaachose目5)から得た。[10xl B a++HIバッファーは、1500 mM NaC1,60mM bis (p H7,9)、60 niM MgCl2. 6G@Mβ−メルカプトエタノール であり、100 μg/m l濃度のBS^を含んティた。[1G!l Hge  IIIIッファーは、200 mM Tris(pH7、9)、 1.[l[ l mM酢酸マグネシウム、50D mM酢酸カリウム、IQ mlJ DTT であった。[10xl Pvu IIバッファーは、100 mM Tris( pH7,9)、100 mM MgCl2.5GOniM NlCl 、10  mlJ DTTであった。
オリゴヌクレオド配列^’16’ ^P17. 、PAD4は、実施例1に記載 する通りに合成し、精製した。
オリゴヌクレオチドPAD4の5゛末端に32pを標識した。比活性は約70[ 10Ci/imaleである。これについては実施例2. Cに記載しである通 りである。
ヒト胎盤DNA (HP−DNA、 Sigma Che+aical Com pan7. H,L。
ui+、 Mi+mou+i )を搬送りNAとして用い、5 mV vgc1 2に溶解したlOmg/ml濃度の溶液として、90℃で10分間加熱処理した 。
標的配列は、約5700塩基対のHIVI列を含む、9BR322のHIVIロ ーン(HIV 1.1)を、BamHIによって直線化して調製した。このクロ ーン(0,026μg )を20μ+のlxBamHIバッファー中で、25単 位のBgmHIと一緒に、37℃で4時間インキュベートした。切断後、標的を 次のように希釈した。
すなわち、標的分子の所望の数が、5μmのTE中に、1Hg/μm濃度のII P−DNAと共に混在するように希釈した。
増幅産物を定量するのに用いる標準は、次のようにして調製した。標的を調製す るのに用いたのと同じクローン2μgを、250単位のPyo IIを含む、1 00μlの1XPvu II切切断バッフアーマ、37℃で1時間インキュベー トした。この溶液を、s、 Ill M LC!を用いて、OJ μM NaC 1溶液とし、3@容量ノエタノールを加えて、DNAを沈澱させた。14.0O OX gで30分間遠心の後、上溝を傾斜してDNAペレットを分離し、真空中 でこのDNAを乾燥した。次に、このペレット状DNAを、100μIのIX) Iae IIII限バッファーに溶かした50単位のHaeII+制限酵素で切 断した。切断は、37℃で1時間インキユベートシて行なった。残存酵素活性は 、反応物を5分間に90℃まで加熱して破壊した。得られた255塩基対制限フ ラグメントは、162塩基対の増幅領域を含むものであるが、これは、検出プラ イマーPAD、と交雑し、dllτPs 、ポリメラーゼの存在下に延びて、1 92塩基産物を形成する。この産物は、162塩基増幅延長産物を定量するのに 使用することができる。
増幅反応はすべて、0.5 ml EppendorfTM管中で、全容量50 μIの1x反応バッファーにおいて行なった。この反応バッファーは、それぞれ 200HM濃度のdNTP、 それぞれ25ピコモルの増幅プライマー(^P1 6.^l’17. ) 、5.0Hgの)IP−DNA、2゜5単位のAll1 pliTaqT!′DNAポリメラーゼを含んでいた。上記に加えて、この反応 物にはさらに次のものが含まれていた。
反応1 25.000分子の標的 反応2 1. HO分子の標的 反応3 0.0分子の標的 各試験管にミネラル・オイルを2滴加え、増幅中の蒸発を防止した。反応は、P erkin−Elaet/Ce1usサイクル加熱装置で、25サイクル繰り返 した。加熱は、各サイクル、90℃で2分行い、その後、50℃で5分であった 。増幅産物は、PAD4検出プライマーを用いて、選択的に視像化した。これに ついては次の通りである。
検出反応は、333μMの濃度の各dNTP、200フェムトモルのPAD4( 7000Ci/+mol)、0. 6単位のTbermophi l icポリ メラーゼ(MBR)を含む、全体容量30μmの1x反応バッファー中で行なっ た。上記に加えて、検出反応液はさらに下記のものを含んでいた。
反応 Pvu It/Hae III切断標準 増幅反応1、S 50 フェム トモル 23 40 フェムトモル 3530 フェムトモル 4520 フェムトモル 5S 10 フェムトモル 63 2.0フ工ムトモル 1^ 反応1の5.0μm 2^ 反応2の5.0μm 3^ 反応3の5.0μm 検出反応は、試験管を90℃で5分、その後60”Cで10分加熱して実施した 。反応は、30μmの負荷用バッファーを加え、3分間で90℃まで熱し、その 後室温に冷却して停止させた。
産物は、標本を変性15%PAGE上を走らせ、その後オートラジオグラフィー によって分析]、た。第21図のオートラs多オグラムの写真に示すように、標 準(レーンlS−63)は、増幅反応物(レーンLA−3A)から得られる検出 産物よりも若干遅い移動速度を持つ検出産物を生成する。これは、それぞれ19 2.162塩基対というサイズの計算値に一致する。
増幅反応物は、開始標的の量に直線的な反応を示すが、ゼロ標的反応物(レーン 3A)は全く産物の印を見せない。反応2(レーン2A)は、10フェムトモル の標準(反応5S)から得られる信号と比較すると、反応物を約10フェムトモ ルフ5μI含むと推定することができる。この増幅から得られる被修飾増幅産物 は、下記に詳述するコントロール設定汚染実験に用いた。
本実験においては、野生種標的(1000ないし0分子)を、反応2Aから得た 被修飾増幅産物の200.000.20.00010分子のいずれかで汚染した 。次に反応物を、活性切断剤(Fok ! )または非活性切断剤(△Fok  I )で処理した。一定時間、密閉した反応管中で切断剤と共にインキユベーシ ミンした後で、反応を繰り返し、増幅を行なった。90℃の最初のPCRサイク ルによって、Fok I活性はいずれも破壊されるが、その破壊により、新たに 形成される被修飾増幅産物が切断されていない野生種標的分子から指数関数的に 蓄積する。
本実施例で用いられる試薬はすべて、実施例5.Aで前述したものと同じもので あるが、ただし、下記の試薬をさらに加えているところが異なる。4単位/μl の濃度のFok I制限エンドヌクレアーゼは、New Englind Bi oLabs、Inc (Bever17. Mat■ehaseltx) から 入手した。
非活性切断剤、△Fok Iは、Fok I酵素の一部を沸騰水浴中で10分加 熱して得た。
負荷用バッファーは、実施例2. 8に記載したものと同じである。
反応2A、(開始濃度、2フ工ムトモル/μm)から得た被修飾増幅産物を−こ れは標本を汚染するのに用いたものであるが一部に連続的に希釈し、標本添加用 に所望の数の汚染性分子を得た。
反応はすべて、0.5 ml EppendotfTM管中で、全容量50μl の1x反応バッファーにおいて行なった。この反応バッファーは、それぞれ20 0 mM濃度のdNTP、それぞれ25ピコモルの増幅ブライ7−(AP、6.  A[’17. ) 、5.0 μ+ ノ)IP−DNA、2. 5単位の^m pliTmq” DNAポリメラーゼを含んでいた。上記に加えて、この反応に はさらに次のものが含まれていた。
反応 標的分子 汚染性分子 切断剤 1 1000 20.000 Fok 12 100G 2[1,000Fok  13 0 20.000 Fok 1 4 0 20.000 Fok I 5 1000 2[1,000△Fok I6 1000 20.000 △F ok 17 0 20、000 △Fok 1 8 [120,[lOQ △F++k I9 1000 200.000 Fo k 110 ION 200,000 Fok 1If O200,000ドo k 1 12 G 200,000 Fok 113 1000 20G、0θ0 △F ok 114 10H200,000△Fok 115 0 200、 (io o △Fok 116 0 200、000 ΔFok [171GOOOなし 18 1.000 0 なし 19 0 0 なし 20 0 0 なし Fok Iを含む反応は、8単位の活性酵素を含んでいた。
△Fok Iを含む反応は、その酵素の加熱非活性形を等壷金んでいた。各試験 管にミネラル・オイルを2滴加え、増幅中の蒸発を防止した。反応物を、Per kin−E1mer/ Ce1asサイクル加熱装置に移し、37℃で60分加 熱して切断反応を完了し、その後90℃で2分、50℃で5分の加熱を25サイ クル行い、増幅反応を完了した。反応産物は、各反応物の5μmを、TEに溶1 μmとを結合させ、その後90℃で5分、次に60℃で10分加熱して検出した 。室温に冷却後、10μmの負荷用バッファーを加え、さらに反応物を3分間で 90℃まで加熱し、再び室温に冷却した。反応物は、この標本を15%変性PA GEに走らせ、次いでオートラジオグラフィーによって分析した。
オートラジオグラムの写真(第22図)から、増幅前に非活性の切断剤で処理し た汚染標本は、ゼロ標的レーン(反応7.8.15.16)に強い偽陽性(16 2マー・産物)を示すことが判る。このため、真の陽性(反応5.6.13.1 4)は、大きな背景信号により見ることはできない。逆に、増幅前に活性切断剤 で処理した汚染標本は、それぞれ00モル・コントロール(反応3.4.11. 12)に対して、強度の1000モル・コントロール(反応1.2.9.10) を示す。ここで、1000モルの標的から得られた信号の方が−この場合Fok Iを用いて汚染物を切断する(反応1.2.9.10)のであるか−、汚染もF o) lで処理されてもいない1.000モル標的(反応17.18)から得ら れる信号よりも、はるかに著明であるのは興味あることである。Fok Iを含 む増幅反応において、増幅信号が強化されるという、この現象については何の説 明もできないが、この現象は、日常的に観察されるのである。
この方式の汚染防止策は、特に魅力的である。というのは、切断剤による処理後 、増幅反応を開始するために、増幅反応物を開放するという必要がないからであ る。これによって、増幅前に、未処理の汚染物が反応容器に侵入して偽像陽性を 生ずることを、確実に無くすことができる。
実施例6 PCR増幅産物のりボヌクレオチド修飾−被修飾増幅産物の化学的切断対酵素的 切断 この実施例においては、各増幅プライマー中に単一リボヌクレオチド置換体を形 成した。これは、得られるPCR由来増幅産物の各鎖の中に脆弱な修飾部を導入 するためである。得られた増幅産物中の脆弱結合は、被修飾増幅プライマーから のポリメラーゼ延長によって形成され、このプライマーはそれぞれの3゛末端に 単一リボヌクレオチドを含んでいる。これによって、被修飾増幅産物は、酵素的 破壊(低温ではRNA5eを用いる)及び化学的V!壊(高温では強塩基を存在 させる)の両方に感受性を持つようになる。
HIVの75塩基対領域を増幅配列として選んだ。この75マー標的を、2個の 157−増幅プライマー(API8.^’21”及び1個の26マー検出プライ マー(PAD5)を用いて増幅した。
これについれは、第23図に記載する通りである。
コノ実施例においては、旧VクローンpBH1[t (Hahn、el al。
Na1ue、312. 166 (1984))を、3゛末端に単一のりボヌク レオチド修飾部を持つ被修飾増幅プライマーAPts、 AP2+、を用いて、 増幅した。次に、得られた被修飾増幅産物を、連続希釈と、野生種標的標準の既 知量との同時的再増幅によって定量した。
この定量した被修飾増幅産物の標本は、後の実験の使用に備えて保存した。
A191山QTMDNAポリメラーゼは、Perkin−Hmet/Cejos から入手した。濃度は8単位/μIであった。
デオキシヌクレオチド−5゛ −三燐酸(dATP、ccTP、 dGTP。
dTTP)は、Perkin−Hmer/Cejus GeneAmp”増幅試 薬キ・ソトの一部として入手した。濃度は、そ机ぞわ101であった。
flQx1反応バッファーは、100 mM Tris (pl+ 8.3)、  500 mMKCI、30 mM Mgc12.ゼラチン(Dflco Lz bors+ories、 Detroij。
Michigxo)を含む。濃度は1μg/m lであった。
オリゴヌクレオチド配列AP、8. AP2.、 、PAD5は、実施例1に記 載した通りに合成、精製した。ただし、^’1gはグアノシンから始まるRNA 支持体から合成し、^P21.はウラシルから始まるR、 N A支持体から合 成した。このRNA支持体は、Gten Re5earch Corporxl ion (He+ndon、 Virginia)から市販のものを得た。
検出ヌクレオチドP^θ5の5′末端は Pで標識し、その比活性は約7000  Ci/mooleであった。これについては、実施例2゜0の記載の通りであ る。
ヒト胎・盤DNA (HP−DNA、 51gm1 Chemical Cog +pxny)を搬送りNAとして用い、10 IIM MgC!2に溶解した! 、[l mg/ml濃度の溶液を10分間沸騰水浴で加熱処理した。
標的旧V DNAは、HIVクローンpBHI[lをTE中で所望の分子レベル まで希釈し、等容量の)IP−DNA 2μg/m l濃度のTE溶液を加えて 調整した。HP−DNAの存在によって、低量の標的DNAの容器にたいする非 特異的結合を防止することができる。
増幅反応はすべて、O95if Eppendo++”管中で、全容量100μ mの1x反応バッファーにおいて行なった。また、この反応は、それぞれ100 μM濃度のdNTP、 それぞれ50ピコモルの増幅プライマー(AP18.  ^P21. ) 、5. flμgのIP−Dll^、3.2単位の^mpl山 q” DNAポリメラーゼを含んでいた。その他、反応容器にはさらに次のもの が含まれていた。
反応1−4 1000分子の標的 反応5−6 0分子の標的 各試験管にミネラル・オイルを2滴加え、増幅中の蒸発を防止した。反応は、P erkin−Elasr/Cejosサイクル加熱装置で、30回サイクル繰り 返した。加熱は、各サイクル、95℃で30秒行い、その後、50℃で5分であ った。
繰り返し加熱完了後、反応物1−4 (1000分子の標的)を合体した。同様 に、反応物5と6(0分子の標的)を合体した。これは、被修飾増幅産物や対応 するゼロ分子コントロール両方の、均質保存液を作るためである。合体した反応 物1−4を反応物IKと呼び、一方、コントロールすなわち反応物5と6の合体 物を反応物OKと呼ぶ。
増幅産物は、反応物IKまたは反応物OKどちらかの10μmと、1μlの P −標識検出フロー1 PAD5(7GO[l Ci/m5ole。
100フェムトモル/μm)と結合させ、2分間で95℃まで加熱し、その後6 0℃で10分間加熱して検出した。室温に冷却後、10μmの負荷用バッファー を加え、反応物を3分間で90℃まで加熱し、その後室温に冷却した。反応産物 は、標本を10%変性PAGE上に走らせた後、オートラジオグラフィーによっ て分析した。
第24図に示すとおり、1000モルの反応物(レーン1の反応IK)からは、 きわめて強力な検出信号(PADプライマー上に、75マーと4個のアデノシン 残基が加わってできた797−)が得られたが、0モル反応物(レーン2の反応 OK)からは検出可能な信号は得られなかった。これによって、このタイプの被 修飾プライマーは、PCRタイプの増幅法にふされしいことが明かである。
増幅産物の量を、次のようにして推定した。すなわち、PCR増幅物を、既知量 の野生種標的と一緒に、反応物IKの連続希釈液上に走らせて行なった。
増幅反応はすべて、0.5 if Eppendorf”if中で、全容量50 μlの1x反応バッファーにおいて行なった。この反応は、それぞれ200μM 濃度のdNTP、 それぞれ25ピコモルの増幅プライマー(八P1&、^p2 .. )、s、oμgのHP−DNA、3.2単位の7M Aa+pliTaq DNAポリメラーゼを含んでいた。さらに、各反応物には 次のものも含まれ“Cいた。
反応物7 1000分子の標的 反応物8 1000分子の標的 反応物9200 分子の標的 反応物10 200 分子の標的 反応物11 0 分子の標的 反応物12 0 分子の標的 反応物13 Rxn1Kの1/3X1θ5の5g1反応物14 Rxn1Kの1 /3X105の5μm反応物L 5 Rxn IKの1/3X10’の5μm反 応物16 Rxr IK c7) I/3X 1G’ (05μm反応物17  Rxn IKの1/3XI[i7の5μl反応物18 RIII IKの1/3 X107の5μ+各試験管にミネラル・オイルを2滴加え、増幅中の蒸発を防止 し、た0各反応管は、Perkin−Hnur、/(41n%サイク4加4%装 置で、30回サイクル繰り返した。加熱は、各サイクル、95℃で30秒行い、 その後、50℃で5分であった。これによって増幅を行なった。得られた増幅産 物は、各反応管から得た10μmを1μmの32P標識オリゴヌクレオチドPA D5(7000C+/m5ole、1(10フェムトモル/μm)溶液と合体し 、2分間で95℃まで加熱し、その後、65℃で10分間加熱して検出した。室 温に冷却後、各反応物に10μmの負荷用バッファーを加え、検出産物を3分間 で90℃まで加熱し、その後室温に冷却し7て変性した。検出産物は、標本を1 0%変性P A、 G E上に走らせ、次ぎに1−トラジオグラフィ・−によっ て視像化した。
第25図に示したオートラジオグラムの写真から、反応物IK(レーン17.1 8)の1/3X107希釈液から得られる産物は、1.1100モルの野生種標 準(レーン7.8)にたいして等しい強度の信号を呈することが分かる。このこ とから、反応物IKは、5μmの反応容量当り被修飾増幅産物を3X1.0”分 子含む。
これは、もとの増幅法にたいして、サイクル当り平均92%の効率に相当する。
B、RNA5e A による被修飾増幅産物の切断この実験においては、実施例 6. Aから得た被修飾増幅産物を、オリゴヌクレオチドPAD5による検出直 前にR11^seAに暴露した。もしもリボヌクレオチドが増幅産物にあるなら ば、完全長の産物より15塩基短い検出産物を見ることができるはずである。R ,NAseA はリボ−ピリミジンにたいして特異的であるから、下方路のみが この反応で切断される(すなわち1、被修飾増幅産物の下方路は単一のウラシル ・リボヌクレオチド結合を含んでいるが、」二方鎖の唯一のりボヌクレオチド成 分はリボ・グアノシン、すなわち、プリンである)。さらに、標識検出ブラ・イ マーは下方路と交雑し、延長するのであるから、切断の程度は短い方の(64マ ー)検出産物の存在によって明かとなる。
RNA5eA は、 Sigmz Chemical CompaBから購入し 、TE/150 d NaClにlQmg/mlの濃度で溶解した。DNA5e 活性は、この溶液を沸騰水浴で15分間加熱して破壊した。150 sMN g 、 CI中のこの保存液の1/200希釈液(5(lμg/IIりを、さらに1 5分間沸騰水浴で加熱し、室温に冷却し、下記の実験に用いた。
検出プライマーPAD5は、実施例6. Aで既に記載したものと同じである。
前の実験の反応物IK、OKを被修飾増幅産物の原料として用いた。
切断反応物は下記のように設定した。
反応物 産 物 RNA5e 1 10μmの反応物IK 1μm 2 111μmの反応物IK [1μm3 10μmの反応物OK 1 μm 4 10μmの反応物OK Oμm 切断反応を室温で2時間進行させ、得られた産物は、17z1の P標識オリゴ ヌクレオチドPAD5C’1000 Ci/mmole、fO1lフェムトモル /μl)溶液を加え、2分間で95℃まで加熱し、その後、65℃で10分間加 熱して検出した。室温に冷却後、10μmの負荷用バッファーを加え、標本を3 分間で90℃まで加熱し、その後室温に冷却して変性した。反応産物は、標本を 10%変性PAGE上に走らせ、次ぎにオートラジオグラフィーによって分析し た。
オートラジオグラムの写真を第26図に示す。RNA、se熱処理よる被修飾増 幅産物と未処理のもの(それぞれ、反応物1、レーン1、および、反応物2、レ ーン2)とを比較することによって、RNA5eはリボヌクレオチド部位で切断 することが確かめれた。すなわち、レーン1に短い方の検出産物があるからであ る。さらに、反応は定量的であるようである。予想通り、0分子・コントロール (レーン3.4)のいずれにも、検出信号は存在しなかった。
C1強塩基切断を受ける、又は受けない、汚染物の存在下におけるH■vのPC R増幅 この実験においては、野生種標的分子(プラスミド981410)を、反応物I Kから得た被修飾増幅産物で汚染し、次ぎに、KOH(切断剤)かKCI (コ ントロール)で処理した。汚染物を破壊するための切断を行なった後、標本を中 和し、PCR増幅を行い、汚染分子が破壊されていることを確かめた。
汚染は、反応物IKから得た。これは、実施例6. Aで定量したように、被修 飾増幅産物を6X 109分子/μmの濃度で含んでいる。この標本を連続的に 希釈し、5μm当り被修飾増幅産物1000モルを含む保存液を得た。この保存 液はまた、11P−DNAを0.25μg/μIの濃度で含んでいる。これは、 非特異的結合による産物分子の損失を防止するためである。
標的DNA、 )IP−DNA1反応バッファー、dNTP@、増幅プライマー ^P AP 、標識検出プライマーPAD5は、実施例6゜18’ 21’ Aで前述したものと同じである。
A+apliTiqT1N^ポリラーゼは、Pe+kin−E1met/Cet ogから入手した。濃度は5単位/μmであった。
水酸化カリウム(KOH)は脱イオン水に溶かして、600 InM濃度の保存 液を得た。
塩化カリウム(KCI )は脱イオン水に溶かして、600μ濃度の保存液を得 た。
塩酸(1’lCI )は脱イオン水に溶かして、600 mM濃度の保存液を得 た。
標的分子は、5μlの標的(1000又は0分子)と5μlの汚染保存液(10 00分子)を混ぜることで汚染した。これらの標本を、5μmのKOI(または KCI保存液のどちらか(600mM、最終カリウム濃度が200 InM ) で処理し、60分間で94℃まで加熱して、切断反応を完了した。次ぎに、5μ lのHCIをKOI(処理標本に加えるか、または5μmのH2OをKCI処理 の標本に加えるかして、標本を中和した。この反応は下記のように指定した。
反応 KOI(KCI −焦り−1120鼾1 0 μm 5 μm 0 μm  5 μm 10002 0 μm 5 μm 0 μm 5 μm 1000 3 0 μm 5 μm 0 μm 5 μm04 QμJ 5 77j Qμ l 5μm 85 5 μm 0 μm 5 μm 0 μm 100(165 μm 0 μm 5 μm0 μm 10(IO25μm 0 μm 5 μm  0 μm08 5 μm 0 μm 5 μm 0 μm0次に、反応物すべ てを100μmの最終容量になるようにし、反応バッファーが1xになるように 調節し、各dNTPが100μM。
7M 各増幅プライマー(AP18.^’21”が50ピコモル、^悶p+山qDNA ポリメラーゼが3.2単位含まれるようにした。各反応は、[’erkin−E 1mer/Cejusサイクル加熱装置で、30回サイクル繰り返した。加熱は 、各サイクル、95℃で2分間秒行い、その後、50℃で5分であった。得られ た増幅産物は、各反応物から得た10μmを1μmの32P標識オリゴヌクレオ チドPAD5(7000Ci/mmole、100フェムトモル/μm)溶液と 合体し、2分間で95℃まで加熱し、その後、65℃で10分間加熱して検出し た。室温に冷却後、各反応物に10μmの負荷用バッファーを加え、産物を3分 間で90℃まで加熱し、その後、室温に冷却して変性した。産物は、標本を10 %変性PAGE上に走らせ、次ぎに、オートラジオグラフィーによって分析した 。
オートラジオグラムの写真を第27図に示す。予想通り、標本をKCIで(それ ぞれ、反応物1−4、レーン1−4)処理した場合には、1000分子標的反応 物と0分子標的コントロールとは区別できない。これは、KCI処理では影響さ れない、1000分子の汚染物が存在するために生ずる、強い偽像陽性信号のた めである。逆に、増幅前に標本をKOHで処理した標本の場合には、1000分 子標的増幅(それぞれ、反応物5と6、レーン5と6)は対応する0分子・コン i・ロール(それぞれ、反応物7と8、レーン7と8)から簡単に区別される。
これは、1000分子汚染物由来の干渉性信号がKOH処理によって有効に取り 除かれたからである。
この実施例では、いくつかの脆弱修飾を、LCRタイプの増幅によって生産され た増幅産物の各鎖に導入した。本実施例の脆弱結合は、その3°末端に単一のり ボヌクレオチドを含む増幅プローブの結合によって生成した。実施例6の、同様 の修飾を受りた、PCR由来の増幅産物の場合と同様に、このタイプの脆弱結合 を、修飾増幅産物に導入すると、その増幅産物は、酵素的破壊にたいしても(低 温では、RN A s e ) 、化学的破壊(高温での強塩基の存在下で)に たいしても感受性を持つようになった。
本実施例では、)IIVの45塩基対領域を、増幅配列として用いた。この45 マーの標的を、3対の増幅プローブUp、8/pAPl&1.1lAP19/I IAPI9− 、 pAP2[1/pAP20’ )を用いて増幅[5た。これ については、第28図に示す通りである。
本実験においては、HIvクローン、pBBO245塩基対領域を、3対の増幅 プローブ(^P18/^P18. 、 pAP19/pAP19. 、 pAl ’20””2G”を用いて増幅した。これに・ついては第28図に示す通りであ る。増幅プローブ、^Pts、 11API9. pAP、、、、 1lAP2 G、 pAP2G’ は、その3′末端に単一リボヌクレオチド残基を含むが、 その結合によって、脆弱なリボヌクレオチド結合が生ずる。次ぎに、得られた修 飾増幅産物を、標準との比較、連続希釈、その後の既知量の野生型旧V標的を標 準とする再増幅によって、定量した。次ぎに、この定量済み増幅産物を、調整伝 搬汚染として後の実験に用いた。
thermaa lhermophilus、 H[18(^TCCNo、27 634)から得た熱安定性リガーゼ(TSL ) 、および、熱安定性DNAリ ガ・−ゼ・バッファ・・−(TSLB)は、実施例2.B、で用いたものと同じ である。
オリゴヌクレオチド八P18は、実施例6、A、と同じもので、その3°末端に リボ・グアノシン残基を含んでいる。
5゛末端が化学的に燐酸化されているオリゴヌクレオチドpAP、8.は、実施 例1に記載した通りに合成、精製した。
オリゴヌクレオチドpAP19. pAP19. 、 pAP2o、 pAP2 o、は、5゛末端に燐酸基、3“末端に単一のりボヌクレオチド残基を含むよう に、合成した。燐酸基は、実施例1に記載したように、化学的燐酸化によって、 導入した。3′ リボヌクレオチドは、適当なRNA支持体(すなわち、pAP 19は、RNA−C支持体から合成し、 IIAP I9− は、RNA−C支 持体から合成し、9AP20は、RNA−A支持体から合成し、9AP2o、は 、R1i^−υ支持体から合成した)から合成を始めることによって合成し、た 。RNA支持体は、Glen [1eseareh Corporation  (He+ndon、Vi+ginit) から購入した。合成後、オリゴヌクレ オチドに、標準の脱保護と、精製処理を行なった。これについては実施例1に記 載した通りである。
注意しなければならないのは、下記の実験において、pAP2oは、その3′末 端にリボヌクレオチドを含まなくてもよいし、また、オリゴヌクレオゲート[1 AP20.は、その5′末端が燐酸化されている必要はない、ということである 。この修飾を組み込むのは、このシステムを、将来の実験において、多数の増幅 プローブの使用に適合させるためである。
増幅プローブ・ペア八P1g””18’ は、γ−Pデオキシアデノシン三燐酸 と、T4キナーゼを用いて、比活性的7000 Ci/mII山まで32Pで標 識した。これについては実施例2.C9で記載した通りである。注意しなければ ならないのは、増幅プローブAP、8だけを標識するということである。なぜな ら、オリゴヌクレオチドpAPis、の5゛末端は既に燐酸化されているからで ある。
HP−11N^は実施例6.A、で記載したものと同じである。
標的DNA (クローンpBH1[1)を、HP−11N^溶液中に、適当な濃 度(1μg/μm)まで希釈し、次に、沸騰水浴中で、15分加熱し、プラスミ ドDNAを断片化し、変性した。
反応はすべて、0.5 ml Eppendo+f管中で、全容量40μ+の1 、XTsLBにおいて行なった。この反応バッファーは、それぞれ2ピコモルの 増幅プローブ(APH8,pAPxsl、pAPlg、9AP191. flA [’20’ pA’20” ’さらに100フェムトモルの32P標識増幅ペア ^P /^P、0.06単位のTSL、10PgのHP−DNAを含Ill 1 8’ み、NADにおいて66PMであった。各反応物は、合計2.10ピコモルの増 幅ベア^’+8””1g’ を含んでおり、その平均比活性は、333 Ci/ +nmoleであった。この標識によって、得られた増幅反応物を視像化する手 段を与える。上記に加えて、反応物にはさらに次のものが含まれていた。
反応物]20 アトモルの標的 反応物2 20 アトモルの標的 反応物3 2アトモルの標的 反応物4 275七ルの標的 反応物5 0.2アトモルの標的 反応物6 0.2アトモルの標的 反応物7 0.0アトモルの標的 反応物8 0.Oアトモルの標的 各試験管にミネラル・オイルを2滴加え、増幅中の蒸発を防止した。各反応管は 、Perkin−E1mer/Ceju+サイクル加熱装置で、15回サイクル 繰り返した。加熱は、各サイクル、2分間で90℃まで、その後、50℃で5分 であった。各反応物(5μl)の8分の1を取り出し、10μmの負荷用バッフ ァーに加えた。標本は、3分間で90℃まで加熱し、その後、室温に冷却して変 性した。増幅反応物は、標本を、10%変性PAGE上に走らせ、次ぎに、オー トラジオグラフィーによって分析した。電気泳導分離が完了する約5分前に、既 知量のオリゴヌクレオチド・ペア人’18”AP18”実験に使用したものと同 じ比活性のもの)を、ゲルに負荷して、増幅産物収量推定用の、標準として用い た。この標準は、レーン9(25フ工ムトモル)、レーン10 (2,5フ工ム トモル)、レーン11 (0,25フ工ムトモル)に見られる。
オートラジオグラムの写!!t(第29図)から、予想された45マ一増幅産物 が、増幅反応の開始時にあった標的の量にたいする直接の反応として形成される ことが分かる。ゼロ分子コントロール(反応7と8、レーン7と8)には検出可 能な信号はないが、一方、最低レベルの標的(0,2アトモル、反応5と6、レ ーン5と6)からでも、45塩基増幅産物が、オートラジオグラムから見て取れ る。反応物1−6(レーン1−6)における45マ一増幅産物からのシグナルを 、標準(レーン9−11)にたいして比較した結果に基づいて言うと、この反応 は、10、 [100倍に増幅したと推定される。これは、サイクルあたり85 %の平均効率を表わす。
修飾増幅産物の定量の確かさを確保するために、反応物1を連続的に希釈しく修 飾増幅産物の推定収量に基づ<)、野生型標的標準と共に再増幅した。
反応はすヘテ、0.5 p! Eppendotl管中で、全容量40μmのI XTSL[lにおいて行なった。この反応バッファーは、それぞれ2ピコモルの 増幅プローブ(^P 18.pAP 181. pAP 19. pAP 19 7゜pAPu、 1lAP20.) 、さらに100フェムトモルの P標識増 幅ペアへP /^P、0.06単位のTSL、5μgのHP−DNA18 18 ’ を含み、NADにおいて66μMであった。上記に加えて、反応物にはさらに次 のものが含まれていた。
反応物 標的(アトモル) 修飾増幅産物(アトモル)!2 +0 0 18 Q 1.0 [1 各試験管にミネラル・オイルを2滴加え、増幅中の蒸発を防止した。各反応物は 、l’erkin−E1met/Cejusサイクル加熱装置で、15回サイク ル繰り返した。加熱は、各サイクル、2分間で90℃まで、その後、50℃で5 分であった。各反応物(10μl)の4分の1を取り出し、10μmの負荷用バ ッファーに加えた。標本は、3分間で90℃まで加熱し、その後、室温に冷却し て変性した。増幅反応物は、標本を、10%変性PAGE上に走らせ、次ぎに、 オートラジオグラフィーによって分析した。
オートラジオグラムの写真(第30図)から、計算値10アトモルの修飾増幅産 物(それぞれ、反応20と21、レーン20と21)の増幅から得られるシグナ ル、および、10アトモルの野生型標的(それぞれ、反応12と13、レーン1 2と13)のシグナルは、等しいということが分かる。このことから、反応物1 の産物推定量は正確であることが確かめられる。
反応物1から得られた修飾産物は、この後の実施例で、汚染性の増幅産物として 用いた。
この実験においては、野生型標的分子(プラスミドpBHIG)を、反応物1か ら得た修飾増幅産物で汚染し、次ぎに、KOH(切断剤)かKCI (コントロ ール)で処理した。汚染物を破壊するための切断を行なった後、標本を中和し、 LCR増幅を行い、汚染分子が破壊されていることを確かめた。
汚染は、反応物1から得た修飾増幅産物の形で与えた。これは、(実施例7.A 、で定量したように) 1μIの反応混合物当り5フ工ムトモルの濃度である。
この標本を希釈し、所期の濃度が得られるまで、反応混合液に加えた。
水酸化カリウム(KOH)は、脱イオン水に溶かして、700 mM濃度の保存 液を得た。
塩化カリウム(KCI )は、脱イオン水に溶かして、7001M濃度の保存液 を得た。
塩酸()ICI )は、脱イオン水に溶かして、700 mM濃度の保存液を得 た。
他の試薬はすべて実施例7.A、の場合と同様であった。
標的を含む反応物(10アトモルないし0アトモル)、汚染物(10アトモル)  、I(P−DNA(5μg)、増幅プローブ(それぞれ2ピコモルの、^P1 8/9AP18. 、 pAP19/pAP19. 、 pAP2o/pAP2 0.および、0.10ピコモルの32P標識AP18/9AP1g’ )は、1 8μI容量に含まれるが、次にこれを、4μmのKOI(またはKCI保存液の どちらか(700InM、最終反応濃度が127園M)で処理し、30分間で9 0℃まで加熱して、切断反応を完了した。次ぎに、4μmのI’ICIまたは、 H20で中和し、下記のようにL C,R増幅を行なった。
反応物 KOI(KCI HCI lT2O標的(アトモル)1 4 μm 0 μm 4μm 0μm 102 4 μm 0 μm 4 μm 0μm[03 4μm 0 μm 4 μm 0 μm04 4 μm 0μm 4μm 0μ m05 0μm 4 μm 0μm 4μm106 0μm 4μm 0μm  4μ+ 1[110μm 4 μm 0μm 4 μm08 0μm 4 μm 0 μm 4 μm0次ぎに、反応物すべてを、40μmの最終容量になるよう にし、TSLBにおいてl x、 HADで66MMになるようにし、0.06 単位のTSLを含んでいた。各反応物にミネラル・オイルを2滴加え、増幅中の 蒸発を防止した。各反応物は、Perkin−HIIet/Cejusサイクル 加熱装置で、15回サイクル繰り返した。加熱は、各サイクル、2分間で90℃ まで、その後、50℃で5分であった。各反応物(5μm)の8分の1を取り出 し、10μmの負荷用バッファーに加えた。標本は、3分間で90℃まで加熱し て変性した。得られた反応物は、標本を、15%変性PAGE上に走らせ、次ぎ に、オートラジオグラフィーによって分析した。
オートラジオグラムの写真(第31図)から、KCIで処理した汚染標本は、1 0アトモルの標的シグナルを与えたが(それぞれ、反応物5と6、レーン5と6 )、このシグナルは、ゼロ・アトモルの標的シグナル(それぞれ、反応7と8、 レーン7と8)と区別できなかった。これは、10アトモルの汚染物から生ずる 干渉性のシグナルがあることから、予想できることであった。逆に、KOHで処 理された標本では、ゼロ・アトモル標的反応物(それぞれ、反応3と4、レーン 3と4)からは、シグナルが得られないのに、10アトモルの標的シグナル(そ れぞれ、反応1と2、レーン1と2)は、明らかにゼロよりは正である。これは 、KOH切断剤は、汚染によって生ずる干渉性のシグナルを効果的に除去するこ とを示している。
C,RNA5e Aによる切断後の、HIVのLCR増幅本実施例では、HIV の一部を、前の実施例で用いたのと同じ修飾増幅プローブ(箪28図)を用いて 増幅した。得られた増幅産物を、切断剤としてのRNA5e^に暴露した。RN A5e^は、ピリミジン残基にたいして特異的であるから、この処置は、増幅産 物の上方績だけを切断する。得られた修飾増幅産物の上方績は、2個の内部的リ ボ・ピリミジン結合を含んでいるが、一方、上方績は2個の内部的リボ・プリン 残基を含んでいる。このため、増幅プローブpAP2o、は、 Pによって標識 されるが、この時、得られる増幅産物の上方績のみが標識される。
11AP20.は既に5゛燐酸基を含んでいるのであるから、 P標識は、下記 の操作により、交換キナーゼ法によって導入する。
10単位のT4ポリヌクレオチド嗜キナーゼ(New EnglandBiol sbs、toe、)を、10μlのバッファ −(40l11M Trig、p H7、5/10 mlJ MgCl2/12.5 mV DTD中に、1.0ピ コモルのオリゴヌクレオチドpAP、2.5ナノモルのアデノシン5′−20′ 燐酸(^DP、Sigma Cbea+1cal Company ) 、10 0ピコモルのγ32p−アデノシン5° −三燐酸(ATP、7000 Ci/ +mole)を含む溶液に加えた。この反応混合物を、37℃で30分、次に、 5分間で90℃までインキュベートし、交換反応を停止した。次に標識されたオ リゴヌクレオチドを、余分の標識から分離した。
これは、反応物を、10iの1−リエブ・ル重炭酸アンモニウムを溶出剤として 用い、5ephadet G−50カラム(Sigmg CbeiiclICa mpu7 )を通過させて行なった。オリゴヌクレオチドを含む分画を合わせ、 5peedVxc濃縮器(Sayant Instruments、Inc、。
Fa+mingdxle、 New Yolk )を用いて蒸発させた。この産 物を、20μmのTE(50フ工ムトモル/μm)で再懸濁し、測定すると、約 35(to Ci/mmoleの比活性を持っていた。
増幅プローブ(^P18/pAP18. 、IIAP19/9AP、9. 、I IAP2o/IIAP2o、 )、熱に安定なりガーゼ(TSL)、熱に安定な りNAリガーゼ・バッファー(TSLB)、キャリアDNA (IIP−DII A) 、標的DNA (プラスミド、pB)110 )は、実施例7.A、に記 載したものと同じである。
RNA5e^(Sigmg Chelicxl Coll1pan7)を、TE /150 mM中に、10mg/+Iの濃度で溶解した。汚染性DNA5e活性 は、この溶液を、沸騰水浴中で、15分間加熱すると、破壊された。TEに溶か したこの保存液のl/20希釈液を下記の実験に用いた。
反応はすべて、0.5 ml Eppendorf管中で、全容量20μlのl x TSLBにおいて行なった。この反応バッファーは、それぞれ1.0ピコモ ルの増幅プローブ(AP、8. pAP、8. 、 pAf’19. pAP1 9゜、、、、32 、pAP2Q1pAP2o、)、さらに5Gフ工モトモwcv P標w4増幅プ ローブpAP 、0. 03単位のTSL、5μgのHP−DNA、を20′ 含み、MADにおいて66 mMであった。各反応物は、合計1.05ビコモル の1lAP2G−を含んでおり、その最終的比活性は、167 Ci/smol eであった。この標識によって、得られた増幅反応物の下方鎖を視像化する手段 が得られる。上記に加えて、反応物にはさらに次のものが含まれていた。
反応物1 0.0アトモルの標的 反応物2 0.0アトモルの標的 反応物3 10.0 アトモルの標的 反応物4 10.0 アトモルの標的 各試験管にミネラル・オイルを2滴加え、増幅中の蒸発を防止した。反応物は、 Perkin−Hme+/Ce1usサイクル加熱装置で、15回サイクル繰り 返した。加熱は、各サイクル、2分間で90℃まで、その後、50℃で5分であ った。反応物(5μl)の4分の1を取り出し、5μmの負荷用バッファーに加 えた。
次に、3分間で90℃まで加熱し、室温に冷却して変性した。
さらに各々の反応物の4分の1(5μm)を取り出し、2μmのRNA5e A 溶液(1,、OIt g )で処理した。それぞれの反応物を、室温で60分イ ンキュベートし、その後、各標本に、5μmの負荷用バッファーを加え、その後 90℃で3分間加熱し、室温で冷却して停止した。RNA5e Aで処理した反 応物は、反応物1R,2R,3R,4Rと名付けた。
反応産物は、標本を10%変性PAGE上に走らせ、次ぎに、オートラジオグラ フィーによって分析した。オートラジオダラムの写真(第32図)から、10ア トモルの標的反応(それぞれ、反応3と4、l、/−ン3と4)からは、予想通 り45マーの増幅産物が得られたが、対応するゼロ標的コントロール(それぞれ 、反応1と2、レーン1と2)には、増幅産物の黴は見られなかった。逆に、R NA1e Aで処理した標本にはいずれのものにも、457−増幅標本(それぞ れ、反応IR,2R,3R。
4R,レーン5.6.7.8)の黴は認められなかった。これによって、修飾増 幅産物は、RNA5e A切断剤によって効果的に破壊されることが確認された 。
FIG、I L−リガンド修飾 S=特異的結合パートナ− FIG、2 L=リガンド修飾 S=特異的結合バートナ− FIG、 3 XL=架橋剤 FIG、4 XL= 架橋剤 FIG、5 =2.= 増幅プローブベア R5 R8;制限部位 VR3=偽制陽部位 x、x’=増幅配列と合わないヌクレオチドFIG、6 R5 RS=制限部位 yR5=偽制限部位 χ、X°=増幅配列と合わないヌクレオチドFIG、7 − x P CRプライマー RS= 制限部位 8.X′工増幅配列と合わないヌクレオチドFIG、8 −x、−1□ PCRプライマー R5工制限部位 yR5=偽制限部位 C3=切断部位 x、x’ =増幅配7+1と合わないヌクレオチドFIG、9 □X□ 増幅プローブペア ー x ’ − ψR5 増幅配列コピー R5=制限酵素 vR5−偽制限酵素 C5=切断部位 x、 x’ =増幅配列と合わないヌクレオチドFIG、10 FIG、 l Iへ 増幅配列 As、” 3 、TAACCTAC?CGTCGATTp5 + 3 、τAAGAGCC CGACGTTAT5 。
31CCACACCGGTTCTGp5 。
pAP2“ FIG、 I Ic 途1プローブ 増幅産物 FIG、12 FIG、13A FIG、I5 □X□ □y′□ PCRプライマー ok I yFok I=偽Fokl制限部位 C5=切断部位 x、y“= 増幅配列と合わないヌクレオチドFiG、+6 yFok I FIG、I8 FIG、 19 FIG、20 FIG、21 FIG、22 FIG、24 FIG、25 レーン 7 8 9101112131415161718FIG、26 FIG、27 レーン 1234 5678 FIG、28 APl@ pAPlg PAP20 ”CGTTACTCGACAGA(rG) pGAGAGCAAGAAATGF rGl pAGccAGTAQATccT+rA)3゜”GCAATGAGCT GTCTCp TCrlTCTCGTTCTTTACCp (υrlCGGTC ATCTAGGATp”P”18” pAPl+7 pAP、。
p111リン酸基 rll+リボヌクレオチド レーン 1234567891011 FIG、30 121314151617 181920212223 レーンもe−−・・− 龜−−−45b、p。
%@@・・・・ ・・・・・・ FfG、3ル −ン 1234 5678 45 b、p、→・・・・ ・・・− FIG、32 要 約 書 本発明は、増幅法における、伝搬増幅産物汚染を減少するための、効率的かつ経 済的方法を提供する。本発明は、少なくとも1個の修飾を増幅産物の中に組み込 むことによって、汚染性の(contaiinxnl )増幅産物のもたらすバ ックグラウンドを減少ないし除去することを可能にする。この修飾された増幅産 物は、試験サンプル中の標的配列とはすぐに区別できる。新しいサンプル中の標 的配列を増幅する前に、その新しいサンプルを処理して、汚染物を選択的に除去 し、それによって、その産物が新しいサンプル中で増幅できないようにする。
国際調査報告 ;1頁の続き 優先権主張61991年4月19日@米国(US)@686,478発 明 者  ジョーンズ、シオドー アメリカ合衆国、コブ・ウェ付423 )発 明 者 スニットマン、ディピッド・エ アメリカ合衆国、コル リート ・3421 )発 明 者 ブラウン、グレゴリ−・ニス アメリカ合衆国、ニス・7447 特表平4−506906 (40) コロラド・80226、レイクウッド、サウス・ケーlロラド・80302、ボ ウルダー、フォース・ストゴロラド・80301、ボウルダー、パーク・プレイ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.(a)少なくとも1個の修飾を増幅産物に組み込み、得られた修飾増幅産物 が標的配列から区別できるようにし;(b)上記修飾増幅産物を該修飾増幅産物 を選択的に除去する手段に接触させる; ことから成る、増幅法における増幅産物汚染を減少させる方法。 2.前記修飾が、リガンド、架橋結合剤、酵素認識部位、および、化学的に切断 可能な部位、から成るグループから選ばれる請求項1の方法。 3.前記修飾が酵素認識部位であり、前記修飾増幅産物を選択的に除去する手段 が酵素である請求項2の方法。 4.前記酵素認識部位がRNAse認識部位であり、前記修飾増幅産物を選択的 に除去する前記手段がRNAseである請求項3の方法。 5.前記RNAseが、RNAseH,及びRNAseAから成るグループから 選ばれる請求項4の方法。 6.前記RNAseがRNAseAである請求項5の方法。 7.前記酵素認識部位が、制限酵素認識部位であり、前記修飾増幅産物を選択的 に除去する手段が、制限酵素である請求項3の方法。 8.前記制限酵素認識部位が隔離切断制限酵素によって認識される請求項7の方 法。 9.前記隔離切断制限酵素がFokIである請求項8の方法。 10.前記修飾がリガンドであり、前記修飾増幅産物を選択的に除去する前記手 段が前記リガンドにたいして特異的に結合する固定パートナーである請求項2の 方法。 11.前記リガンドがビオチンとフルオレセインから成るグループから選ばれた ものである請求項10の方法。 12.前記修飾が架橋結合剤であり、前記修飾増幅産物を選択的に除去する前記 手段が、前記架橋結合剤にたいする活性化剤である請求項2の方法。 13.前記修飾が化学的に切断可能な部位である請求項2の方法。 14.前記化学的に切断可能な部位が、増幅プローブに組み込まれており、部分 的プローブ配列の3′と5′末端を、ジチオビス(サクシニミジル−プロピオネ ート)、ジサクシニミジルータータレート及びグリコビス(サクシニミジルサク シネート)から成るグループから選ばれる相同二官能結合試薬をもって結合する ことにより増幅プローブに組み込まれている請求項13の方法。 15.化学的切断可能な部位が内部リボヌクレオチド結合である請求項13の方 法。 16.前記増幅法が、ポリメラーゼ連鎖タイプの増幅法であるか、リガーゼ連鎖 反応タイプの増幅法である請求項1の方法。 17.(a)少なくとも1個の修飾をPCR由来増幅産物中に取り込むことがで きる、少なくとも1個の修飾増幅プライマーであって、得られた修飾PCR由来 増幅産物が、標的配列と区別できるようなものであるもの;及び(b)前記修飾 PCR由来増幅産物を選択的に除去するための手段; から成るポリメラーゼ連鎖反応タイプの増幅法に使用されるキット。 18.前記修飾増幅プライマーが、リガンド修飾による増幅プライマー、架橋結 合剤修飾による増幅プライマー、酵素認識部位修飾による増幅プライマー及び化 学的に切断可能な部位のあることによって修飾されている増幅プライマーから成 るグループから選ばれる請求項17のキット。 19.前記修飾増幅プライマーが酵素認識部位修飾増幅プライマーであり、前記 PCR由来修飾増幅産物を選択的に除去する前記手段が酵素である請求項18の キット。 20.前記酵素認識部位が、RNAse認識部位であり、前記PCR由来修飾増 幅産物を選択的に除去する前記手段がRNAseである請求項19のキット。 21.前記RNAseが、RNAseH,及びRNAseAから成るグループか ら選ばれた請求項20のキット。 22.前記RNAseがRNAseAである請求項21のキット。 23.前記酵素認識部位が制限酵素認識部位であり、前記PCR由来修飾増幅産 物を選択的に除去する前記手段が制限酵素である請求項19のキット。 24.前記制限酵素認識部位が隔離切断制限酵素によって認識される請求項23 のキット。 25.前記隔離切断制限酵素がFokIである請求項24のキット。 26.前記修飾増幅プライマーが化学的に切断可能な部位の存在によって修飾さ れた増幅プライマーであり、前記PCR由来修飾増幅産物を除去する前記手段が 強塩基である請求項18のキット。 27.前記修飾増幅プライマーがリボヌクレオチド置換を含む請求項18のキッ ト。 28.前記リボヌクレオチド置換が前記修飾増幅プライマーの3′末端にある請 求項27のキット。 29.(a)デオキシヌクレオシド三燐酸の混合物であってそのデオキシヌクレ オシド三燐酸の少なくとも一つが、得られた修飾PCR由来増幅産物が標的配列 と区別できるようにPCR由来増幅産物に少なくとも1個の修飾を組み込むよう に修飾されているもの;及び (b)前記修飾PCR由来増幅産物を選択的に除去する手段;から成るポリメラ ーゼ連鎖反応タイプの増幅法に使用されるキット。 30.前記修飾デオキシヌクレオシド三燐酸が、リガンド修飾によるデオキシヌ クレオシド三燐酸、架橋結合剤修飾によるデオキシヌクレオシド三燐酸、酵素認 識部位修飾によるデオキシヌクレオシド三燐酸及び、化学的に切断可能な部位の あることによって修飾されているデオキシヌクレオシド三燐酸から成るグループ から選ばれる請求項29のキット。 31.前記酵素認識部位がデオキシリボヌクレオシド三燐酸であり、前記PCR 由来増幅産物を選択的に除去する前記手段がRNAseである請求項30のキッ ト。 32.前記修飾デオキシヌクレオシド三燐酸がデオキシリボヌクレオシド三燐酸 であり、前記PCR由来修飾増幅産物を選択的に除去する前記手段が強塩基であ る請求項30のキット。 33.(a)少なくとも1個の修飾増幅プローブであって、得られた修飾LCR 由来増幅産物が標的配列と区別できるように少なくとも1個の修飾をLCR由来 増幅産物に組み込むことができるもの;及び (b)前記修飾LCR由来増幅産物を選択的に除去する手段;から成る、リガー ゼ連鎖反応タイプの増幅法に使用されるキット。 34.前記修飾増幅プローブが、リガンド修飾による増幅プローブ、架橋結合剤 修飾による増幅プローブ、酵素認識部位による修飾増幅プローブ、および、化学 的に切断可能な部位のあることによって修飾されている増幅プローブから成るグ ループから選ばれる請求項33のキット。 35.前記修飾増幅プローブが酵素認識部位修飾増幅プローブであり、前記LC R由来修飾増幅産物を選択的に除去する前記手段が酵素である請求項34のキッ ト。 36.前記酵素認識部位がRNAse認識部位であり、前記LCR由来修飾増幅 産物を選択的に除去する前記手段がRNAseであるもの請求項35のキット。 37.前記RNAseが、RNAseH及びRNAseAから成るグループから 選ばれた請求項36のキット。 38.前記RNAseがRNAseAである請求項37のキット。 39.前記酵素認識部位が制限酵素認識部位であり、前記修飾LCR由来増幅産 物を選択的に除去する前記手段が制限酵素である請求項35のキット。 40.前記制限酵素認識部位が隔離切断制限酵素によって認識される請求項39 のキット。 41.前記隔離切断制限酵素がFokIであるもの請求項40のキット。 42,前記修飾増幅プローブが化学的に切断可能な部位の存在によって修飾され る増幅プローブであり、前記LCR由来修飾増幅産物を除去する前記手段が強塩 基である請求項34のキット。 43.前記修飾増幅プローブがリボヌクレオチド置換を含む請求項34のキット 。 44.前記リボヌクレオチド置換が前記修飾増幅プライマーの3′末端にある請 求項43のキット。 45.(a)増幅配列を、過剰な少なくとも2個の増幅プライマーと、過剰なデ オキシヌクレオシド三燐酸と、重合剤の存在下に、前記増幅配列に対する前記増 幅プライマーのハイブリダイゼーションを促進する条件下で、接触させ、前記増 幅プライマーおよび/または前記デオキシヌクレオシド三燐酸の少なくとも一つ に、リガンド、架橋結合剤、酵素認識部位、化学的に切断可能な部位から成るグ ループから選ばれる修飾が組み込まれており、 (b)修飾増幅産物を形成させ、 (c)前記修飾増幅産物の前記標的配列からの分離を実行し、(d)(a)から (d)までの諸手順を繰り返し、(e)前記修飾増幅産物を前記修飾増幅産物を 選択的に除去する手段に接触させること; から成る、標的増幅配列を増幅する方法。 46.手順(e)が増幅操作の最初に行なわれる請求項45の方法。 47.(a)増幅配列を、過剰な少なくとも2ペアの増幅プローブと、結合剤の 存在下に、前記増幅配列に対する前記増幅プローブのハイブリダイゼーションを 促進する条件下で、接触させ、前記増幅プローブの少なくとも一つに、リガンド 、架橋結合剤、酵素認識部位、化学的に切断可能な部位から成るグループから選 ばれる修飾が組み込まれており、(b)修飾増幅産物を形成させ、 (c)前記修飾増幅産物の前記標的配列からの分離を実行し、(d)(a)から (d)までの諸手順を繰り返し、(e)前記修飾増幅産物を前記修飾増幅産物を 選択的に除去する手段に接触させること; から成る、標的増幅配列を増幅する方法。 48.手順(e)が増幅操作の最初に行なわれる請求項47の方法。
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