JPH05500598A - Solid-phase sequencing method for single-stranded and double-stranded nucleic acids - Google Patents

Solid-phase sequencing method for single-stranded and double-stranded nucleic acids

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JPH05500598A
JPH05500598A JP50605589A JP50605589A JPH05500598A JP H05500598 A JPH05500598 A JP H05500598A JP 50605589 A JP50605589 A JP 50605589A JP 50605589 A JP50605589 A JP 50605589A JP H05500598 A JPH05500598 A JP H05500598A
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JP50605589A
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ラマルホ―オルティガオ,ホセ フラビオ
グレーゲル,ガブリエル
ジリカウスキー,グスタフ
セリゲル,ハルトムト
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アプライド バイオシステムズ,インコーポレイテッド
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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。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 1本鎖および2本鎖核酸の固相配列決定方法発明の背景 遺伝子工学および分子生物学における核酸の配列分析の進歩は、非常に急速であ り、今後数年に渡って続くと期待される。核酸の一次構造物に関する情報を得る ことは、遺伝病、発ガン遺伝子、生物学の発展、タンパクの生成、および他の分 野の分子レベルにおける理解のために欠くことができない。[Detailed description of the invention] Solid-phase sequencing method for single-stranded and double-stranded nucleic acids Background of the invention Advances in nucleic acid sequence analysis in genetic engineering and molecular biology are very rapid. and is expected to continue for years to come. Obtain information about the primary structure of nucleic acids This includes genetic diseases, oncogenes, advances in biology, protein production, and other essential for understanding the field at the molecular level.

長鎖DNA分子の全核酸配列の解明は、困難であり、時間がかかる。従って、核 酸配列決定をより迅速で筒単にするために、多数の努力がなされている。一般に 、核酸の配列分析は、化学的または酵素による方法でなされ得る。この2つの方 法を比較すると、MaXallおよびG11bertによる化学的アプローチ( 1)は、Sangerおよびその協力者による酵素的方法(2)またはその変形 に対していくつかの基本的な欠点を有する。化学的配列決定の手法は、非常に範 囲が狭く、長配列の分析にはしばしば比較的高率で誤りが生じる。酵素による配 列決定においては、DNAは、例えば適切なベクターにクローン化され、プライ マーとのハイブリダイゼーションの後に、このプライマー分子は、DNAポリメ ラーゼおよびヌクレオチドトリフオスフェートを使用することによって延長され る。Elucidating the entire nucleic acid sequence of a long DNA molecule is difficult and time consuming. Therefore, the nucleus Numerous efforts have been made to make acid sequencing faster and more convenient. in general , sequence analysis of nucleic acids can be done by chemical or enzymatic methods. these two people Comparing the methods, the chemical approach by MaXall and G11bert ( 1) is the enzymatic method of Sanger and co-workers (2) or a modification thereof. has some fundamental drawbacks. Chemical sequencing techniques are very versatile. Analysis of long sequences often has a relatively high error rate. Enzymatic distribution In sequence determination, the DNA is, for example, cloned into a suitable vector and primed. After hybridization with the DNA polymer, this primer molecule extended by using enzymes and nucleotide triphosphates. Ru.

いわゆる停止試薬であるジデオキシヌクレオチドトリフオスフェートの混合物、 または単量体の1つの濃度を下げることによって、既知の末端基を有する相補鎖 のより短い相同片が生成される。プライマーの放射性標識、放射標識された単量 体の導入、または非放射標識部分、例えば蛍光性物質の導入によって、更にマー カーを付与する場合には、ゲル電気泳動分離を行い、オートラジオグラフィーま たは実時間レーザー分光測光法によって、新たに生成された配列が観察され得る 。a mixture of dideoxynucleotide triphosphates, the so-called stopping reagents, or complementary strands with known end groups by lowering the concentration of one of the monomers. A shorter homologous piece of is generated. Radiolabeling of primers, radiolabeled monomers Further marking can be achieved by introducing a non-radiolabeled moiety, e.g. a fluorescent substance. If a car is added, gel electrophoresis separation is performed, followed by autoradiography or or by real-time laser spectrophotometry, the newly generated arrays can be observed. .

化学的および酵素による配列決定における反応は、通常、溶液反応で行われる。Reactions in chemical and enzymatic sequencing are typically performed in solution reactions.

このような溶液反応の自動化には、比較的費用がかかり、ロボット装置(3)の ような複雑な装置が必要とされる。従って、重要な進歩は、配列決定における反 応に用いられる固相材の使用であった。しかし、化学的(Maxarn−G i  1ber t )配列決定方法についてJiosentaniら(4)によっ て説明されているような固相を用いるアプローチにおいては、上記のような欠点 のために、非常に長い核酸の配列決定においてはその使用が限定される。Automation of such solution reactions is relatively expensive and requires robotic equipment (3). Such complex equipment is required. Therefore, important advances in sequencing This was the use of a solid-phase material that is commonly used. However, chemical (Maxarn-Gi 1ber t) Regarding the sequencing method, Jiosentani et al. (4) Solid-phase approaches such as those described in This limits its use in sequencing very long nucleic acids.

配列分析の酵素による方法では、固相技術を使用する唯一のアプローチが出版さ れている(S、 5tahlら(5)を参照)。この方法では、特定のベクター であるcRrT 28内の配列決定されるべきDNAのクローニングが包含され る。この方法では、目的とする核酸配列が、酵素Bg12またはPstE 2に 関連する粘着末端で切り出され、ビオチン化UTPおよびクレノーDNAポリメ ラーゼで充填することによって標識が可能となる。次いで、2本鎖DNAは、ア ビジン−セファロース支持体にビオチン−アビジン相互作用によって結合する。For enzymatic methods of sequence analysis, the only published approach uses solid phase technology. (S, see 5tahl et al. (5)). In this method, a specific vector This includes the cloning of the DNA to be sequenced within cRrT28, which is Ru. In this method, the target nucleic acid sequence is transferred to the enzyme Bg12 or PstE2. Biotinylated UTP and Klenow DNA polymers were excised with associated sticky ends. Labeling is possible by loading with lase. Next, the double-stranded DNA is Binds to the Vidin-Sepharose support by biotin-avidin interaction.

その後、DNAは変性されて、適切なプライマーのハイブリダイゼーション後に 配列決定が進められる。しかし、5tahlらによって説明された方法は、いく つかの基本的な欠点を有する。まず第一の限定は、特定のベクターが必要とされ ることである。The DNA is then denatured and after hybridization of appropriate primers Sequencing proceeds. However, the method described by 5tahl et al. It has some basic drawbacks. The first limitation is that a specific vector is required. Is Rukoto.

このベクターは、特殊なものであって、クローニング実験において選択されるベ クターとは異なる。これには、一般に、クローン化された配列を新しいベクター に移すことが包含され、更に費用と労力が必要である。特に、目的とする核酸カ イ1本鎖核酸である場合には、まずこの核酸を標識するため1こ2本鎖DNAに 変化させ、配列決定の前に変性によって第2の鎖を廃棄しなければならない。This vector is a special type of vector that is selected in a cloning experiment. It is different from the vector. This generally involves converting the cloned sequence into a new vector. This involves moving to another location, which requires additional cost and effort. In particular, (b) If it is a single-stranded nucleic acid, firstly, to label this nucleic acid, convert it into double-stranded DNA. the second strand must be discarded by denaturation before sequencing.

現在の方法の欠点を考慮すると、特に、迅速で自動化された、そして安価に多数 の非常に長鎖の核酸配列の配列分析を行うための、核酸配列または核酸断片の配 列分析に適用される適切な固相が要求される。このような技術の発展は、特にヒ トゲノムの配列決定(6)および異なる生物体のその他の大規模な配列決定プロ ジェクトを考慮すると、重要な目的とl帆立l監 本発明は、特に、上述の大規模な配列決定プロジェクト(こ適切な核酸の酵素配 列分析のための新しい固相の開発(こ関す好ましい実施態様によれば、本発明は 、固相支持体(こお(する1本鎖および2本鎖核酸の配列分析の方法およびその 装置を含む。これによって、配列決定を目的とした核酸力;、水1こ不溶で固体 のポリマー支持体にそれら自身が固定されるように作用する、変性核酸ユニット により末端から延長する。好ましい方法においては、化学反応または酵素触媒反 応によって核酸鎖に付着する変性ヌクレオチドは、特に、5−ブロモ−2゛ 〜 デオキシウリジレ〜トあるいは一般に、ハロゲン化されたヌクレオチド、または その塩基または糖部分が適切に置換されたヌクレオチドである。このように固定 化され得る核酸は、1本鎖DNAまたはRNA鎖あるいは2本鎖DNAまたはR NAの一部分のような鎖である。水に不溶で固体の支持体は、セルロース、セフ ァロースまたはセファデックス等のポリマーおよび無機支持体、特に主としてシ リコンと酸素原子によって形成される骨格構造を有する支持体である。Considering the shortcomings of current methods, it is especially arrangement of nucleic acid sequences or nucleic acid fragments for sequence analysis of very long nucleic acid sequences. A suitable solid phase is required for column analysis. The development of such technology is especially genome sequencing (6) and other large-scale sequencing projects of different organisms. Considering the project, important objectives and The present invention is particularly useful for large-scale sequencing projects such as those described above, including enzyme alignment of suitable nucleic acids. Development of new solid phases for column analysis (in accordance with a preferred embodiment of the present invention) , a method for sequence analysis of single-stranded and double-stranded nucleic acids on a solid-phase support, and its Including equipment. This allows nucleic acids for sequencing purposes to be solid and insoluble in water. modified nucleic acid units that act to anchor themselves to a polymeric support of Extend from the end. In a preferred method, a chemical or enzyme-catalyzed reaction is Denatured nucleotides that are attached to nucleic acid strands by reaction include, in particular, 5-bromo-2 deoxyuridylate or generally a halogenated nucleotide, or A nucleotide with appropriate substitutions in its base or sugar moieties. fixed like this Nucleic acids that can be converted into single-stranded DNA or RNA strands or double-stranded DNA or R It is a chain like a part of NA. Solid supports that are insoluble in water include cellulose, Polymers and inorganic supports such as wallose or Sephadex, especially primarily silicon It is a support having a skeleton structure formed by silicon and oxygen atoms.

水に不溶で固体の支持体は、エフェクター基(effector gr。The solid support, which is insoluble in water, contains effector groups.

ups)を有し、特にそれらは5−ブロモ−2′−デオキシーウリジレートに特 異的に固定化された抗体、あるいは他のハロゲン化されたヌクレオチドまたは塩 基や糖部分が適切に置換されたヌクレオチドと選択的に相互作用し得るその他の 適切なユニットを含み得る。配列決定されるべき核酸鎖のポリマー支持体への結 合は、支持体に固定されたエフェクター基と変性ヌクレオチドユニットとの相互 作用、特に受容体リガンド相互作用によって行われる。好ましい方法によれば、 固相に固定化された核酸を、溶液反応またはその変形について上述した酵素手法 に従って配列決定する。特に、配列分析が、1本鎖および2本鎖核酸について本 発明において記述した手法に従って、適用され得る。これによって、配列決定さ れるべき核酸またはプライマーは、上述の方法によって固相に結合され得る。更 に、この工程は自動化され得、それによって、上述の支持材料および固定手法を 適用し一連のオリゴヌクレオチドブライマー(染色体ウオーキング)を使用して 、連続的に配列分析を行うことができる。ups), in particular they are specific for 5-bromo-2'-deoxy-uridylate. Differentially immobilized antibodies or other halogenated nucleotides or salts Other groups or sugar moieties that can selectively interact with appropriately substituted nucleotides may include appropriate units. Attachment of the nucleic acid strand to be sequenced to a polymer support In this case, the interaction between the effector group immobilized on the support and the modified nucleotide unit is action, particularly through receptor-ligand interactions. According to a preferred method: Nucleic acids immobilized on a solid phase are subjected to solution reactions or modifications thereof using the enzymatic methods described above. Sequence according to. In particular, sequence analysis has been It can be applied according to the approach described in the invention. This allows the sequenced The nucleic acids or primers to be treated can be attached to a solid phase by the methods described above. Change , this process can be automated, thereby using the support materials and fixation techniques described above. Apply a series of oligonucleotide primers (chromosome walking) using , sequence analysis can be performed continuously.

盈証旦i臣呈五皿 第1図は、本発明の方法による固相DNA配列決定法を示す。Five dishes of Yeongseodan I Ching FIG. 1 shows a solid-phase DNA sequencing method according to the method of the present invention.

第2図は、本発明の2本鎖核酸についての方法を示す。FIG. 2 shows the method for double-stranded nucleic acids of the invention.

第3図は、本発明によるプライマーの固定化方法を示す。FIG. 3 shows a method for immobilizing primers according to the present invention.

第4図は、本発明によるテンプレートの固定化方法を示す。FIG. 4 shows a template immobilization method according to the present invention.

第5図は、本発明による核酸の3′末端における5−ブロモウリジンの化学的導 入方法を示す。Figure 5 shows chemical induction of 5-bromouridine at the 3' end of a nucleic acid according to the invention. Show how to enter.

第6図は、本発明による亜リン酸塩−トリエステル法でのオリゴヌクレオチドの 5′末端におけるブロモウリジンの導入方法を示す。FIG. 6 shows the preparation of oligonucleotides by the phosphite-triester method according to the present invention. A method for introducing bromouridine at the 5' end is shown.

第7図は、本発明の方法を実施するための装置の概略図を示す。FIG. 7 shows a schematic diagram of an apparatus for carrying out the method of the invention.

定義 F固相Jとは、セファロース、セファデックス、他のグリコンドポリマーのよう な固体で水に不溶なポリマー、および無機支持体、特に、制御された細孔ガラス 、シリカゲル等を指していう。definition Solid phase J refers to materials such as Sepharose, Sephadex, and other glycodopolymers. solid, water-insoluble polymers, and inorganic supports, especially controlled pore glasses , refers to silica gel, etc.

「固定基(anchoring group川は、リガンド−受容体の複合体、 例えばプロティンA抗体複合体またはその他の複合タンパク等の抗原抗体複合、 およびビオチン−ストレプトアビジノの組合せである。"Anchoring group is a ligand-receptor complex, antigen-antibody complexes, such as protein A-antibody complexes or other complex proteins; and a biotin-streptavidino combination.

「核酸(配列)」は、核酸配列のすべての可能なタイプおよび構造物である。核 酸(配列〉は、DNAおよびRNAを含み、更に、デオキシおよびリボモノマー によって構成されるポリヌクレオチドを含む。核酸(配列)は、1本鎖または2 本鎖として存在し得る。A "nucleic acid (sequence)" is all possible types and structures of nucleic acid sequences. nuclear Acids (sequences) include DNA and RNA, and also include deoxy and ribomonomers. Contains a polynucleotide composed of. Nucleic acids (sequences) can be single-stranded or double-stranded. Can exist as a main chain.

「核酸断片」は、モノヌクレオチドまたは2−100の単量体ユニットで構成さ れるオリゴマーによるヌクレオチドを包含する成分であり得る。A "nucleic acid fragment" is composed of mononucleotides or 2-100 monomeric units. The components may include nucleotides in oligomers.

「変性核酸(配列)」は、生物学的な核酸配列あるいは酵素または化学的方法に よって得られ、その塩基または糖残基において置換を(部分的に)含む断片であ る。"Denatured nucleic acid (sequence)" means a biological nucleic acid sequence or a modified nucleic acid (sequence) fragments containing (partially) substitutions in their bases or sugar residues. Ru.

「−次構造物」は、塩基の配列に関する。"-order structure" refers to a sequence of bases.

な 態 の−な言H 本発明の主題である核酸の酵素的配列分析のための固相システムにおいては、そ の表面において酵素で触媒された重合が手作業によりまたは自動装置によってな され得る、不溶性ポリマーが使用される。配列決定反応は、特に迅速であり、担 体の空洞の部位に過剰の水溶液(緩衝溶液)を保つことが可能なポリマー支持体 を使用して、所望の様式で行われる。- Na words H In the solid-phase system for enzymatic sequence analysis of nucleic acids, which is the subject of the present invention, The enzyme-catalyzed polymerization on the surface of the An insoluble polymer is used, which can be used. Sequencing reactions are particularly rapid and Polymeric support capable of retaining excess aqueous solution (buffer solution) in the body cavity site in the desired manner.

このような支持材料の例としては、セルロース、セファロースまたは無機ポリマ ー、特にシリコンおよび酸素原子のバックボーンから構成される無機ポリマーが 挙げられる。酵素で触媒された配列分析に特に有用な材料は、セファロースおよ び制御された細孔ガラス材(7)であることが見い出された。Examples of such supporting materials are cellulose, sepharose or inorganic polymers. – especially inorganic polymers composed of a backbone of silicon and oxygen atoms. Can be mentioned. Particularly useful materials for enzyme-catalyzed sequence analysis are Sepharose and It was found that the glass material (7) has a controlled pore size.

ポリマー支持体の特性は、核酸の酵素配列決定方法への応用に対して幾分かの重 要性がある。The properties of the polymeric support are of some importance for applications in enzymatic sequencing of nucleic acids. There is a need.

支持材に、目的とする核酸または核酸断片を支持体に固定することは、幾つかの 方法によってなされ得る。下記の固定化方法は、核酸小断片および100kbま での1本鎖または2本鎖核酸を結合するのに特に有利であることが示されている 。There are several ways to immobilize a target nucleic acid or nucleic acid fragment on a support material. method. The following immobilization method is used for small nucleic acid fragments and up to 100 kb. have been shown to be particularly advantageous for binding single- or double-stranded nucleic acids in .

好ましい方法においては、付着は、目的とする核酸をスペーサーを介して支持体 に結合させることからなる。多数の異なる物質が、使用の条件に従って、特に、 選択された一連の配列決定の反応において必要とされる安定性に依存して、スペ ーサとして使用され得る。酵素配列決定法の特に良好な結果は、一般的な組成物 ■の支持システムを使用して得られた。In a preferred method, attachment involves attaching the nucleic acid of interest to the support via a spacer. It consists of being combined with. A large number of different substances are available, depending on the conditions of use, in particular: Depending on the stability required in the sequence of sequencing reactions selected, can be used as a server. Particularly good results of enzyme sequencing methods have shown that the common composition ■ Obtained using the support system.

この組成物Iは、ポリマータンパク抗体核酸であり、ポリマーが例えばセファロ ースまたは制御された細孔ガラスであり、タンパクが例えばプロティンAまたは 他の適切なタンパクであり、抗体が例えばマウス抗BrdU抗体または変性ヌク レオチドに対する他の抗体であり、ヌクレオチドが、例えば1本鎖または2本鎖 核酸、あるいは例えば、保護されていないBrclU鎖または池の変性ヌクレオ チド鎖が3″ または5″末端に連結した(保護されていないBrdU鎖または 他の変性ヌクレオチド鎖により3” または5′末端がテールされた)核酸断片 である。この核酸またはヌクレオチド断片のサイズは、1不鎖短鎖オリゴヌクレ オチドから幾千もの単量体ユニットを有する大DNA (1本鎖および2本鎖) までの範囲に渡り得る。対応する抗体に相互に関連する、例えば5−プロモデオ キシウリジレートの変性核酸成分は、3′または5′末端部位において、または 核酸鎖内において好適に固定され得る。This composition I is a polymeric protein antibody nucleic acid, wherein the polymer is e.g. glass or controlled pore glass in which the protein is e.g. protein A or other suitable protein, the antibody being e.g. a mouse anti-BrdU antibody or a modified protein. Other antibodies against leotide, in which the nucleotides are e.g. Nucleic acids, or e.g. unprotected BrclU strands or denatured nucleos BrdU chain linked to the 3″ or 5″ end (unprotected BrdU chain or Nucleic acid fragment (tailed at the 3” or 5’ end by another modified nucleotide strand) It is. The size of this nucleic acid or nucleotide fragment is one non-stranded short oligonucleotide. Large DNA with thousands of monomer units (single-stranded and double-stranded) It can range up to. Correlated to the corresponding antibody, e.g. 5-promodeo The modified nucleic acid component of the xyuridylate may be present at the 3' or 5' terminal region, or It can be suitably immobilized within the nucleic acid strand.

タンパクの支持体への付着は、例えば抗体がポリマーへ直接結合する場合には、 そのような試薬は必ずしも必要ではないが、カルボジイミドカップリング等によ ってなされ得る。Attachment of the protein to the support can be accomplished by, for example, direct binding of the antibody to the polymer. Although such reagents are not absolutely necessary, they can be It can be done.

タンパク、特にプロティンAをスペーサーとして使用することが推奨されるが、 他のタンパクも類似の手法において適用され得る。Although it is recommended to use proteins, especially protein A, as spacers, Other proteins can also be applied in a similar manner.

更に、本発明の局面は、目的とする核酸をリガンド受容体結合を介して固定化す ることであり、例えばポリマーマトリ、クス自身に固定化されたタンパクに対す る抗体である。好適な使用においては、ブロモウリジン、ハロゲンで置換された 他のウリジン誘導体、またはヌクレオチドくアデノンン、チミジン、グア/シン 、7チジン、イ/シン等ンの誘導体、あるいは他の置換または変性塩基または糖 部分に対する抗体である。他の実施態様においては、ビオチン ストレプトアビ ジン系が使用される。Furthermore, an aspect of the present invention is to immobilize a nucleic acid of interest via ligand receptor binding. For example, the polymer matrix or the protein immobilized on the alcoholic acid itself It is an antibody that In preferred use, bromouridine, halogen-substituted Other uridine derivatives or nucleotides such as adenone, thymidine, guar/sine , 7tidine, i/sine derivatives, or other substituted or modified bases or sugars. It is an antibody against a part. In other embodiments, biotin streptavidin Gin type is used.

目的とする核酸の付着には、3′ または5′末端において変性ヌクレオチドに より一次延長すること、または核酸鎖内に変性ヌクレオチドを導入することが必 要とされる。例えば、核酸は、末端ヌクレオチド転移酵素によって触媒された核 酸の3′末端反応により、Ort igaoら〈文献8)に従って、プロモデオ キシウリジレートによって延長され得る。同様に、その塩基が変性された他のヌ クレオチドは、オリゴヌクレオチド、または大きな分子11(kb)までの1本 鎖または2本鎖DNAであり得る、目的とする核酸の3′末端に付加されるべき 基質として使用され得る。Attachment of the desired nucleic acid involves adding modified nucleotides at the 3' or 5' end. More primary extension or introduction of degenerate nucleotides into the nucleic acid strand is necessary. considered essential. For example, nucleic acids are transferred to the nucleus catalyzed by terminal nucleotide transferases According to Ortigao et al. (Reference 8), promodeo It can be extended by xyuridylate. Similarly, other nuclei whose bases have been denatured Cleotides are oligonucleotides or large molecules up to 11 (kb) to be added to the 3' end of the nucleic acid of interest, which can be stranded or double-stranded DNA. Can be used as a substrate.

(以下糸口) あるいは、オリゴヌクレオチドまたはポリヌクレオチドは、5゛位または3゛位 でテイルされるか、または修飾された核酸構成要素との化学反応によってその配 列の範囲内で伸長され得る。そのような化学合成では、■−ホスホネート法と同 様に、リン酸ジエステル、リン酸トリエステル、亜!/ン酸トリエステルのそれ ぞれを用いたホスホロアミダイト法が用いられ得る。そして、後者の3つの方法 は、固相化学合成法で最も頻繁に用いられている。(Hereafter the clue) Alternatively, the oligonucleotide or polynucleotide is located at the 5' or 3' position. its configuration by chemical reaction with a nucleic acid component that is tailed or modified with May be expanded within the column. In such chemical synthesis, the same method as ■-phosphonate method is used. Like, phosphodiester, phosphate triester, submersible! / that of phosphoric acid triester A phosphoramidite method using each can be used. And the latter three methods is the most frequently used solid-phase chemical synthesis method.

上記の方法の1つで標識あるいはティルされた、オリゴヌクレオチドまたはポリ ヌクレオチドのいずれも、本発明によるポリマー支持体に結合され得る。本発明 の1局面は、配列分析のためのプライマーとして適切な修飾を有するオリゴヌク レオチドの固定、および配列決定反応のためのテンプレート、すなわち、配列決 定の標的として長い1本鎖または2本鎖のポリヌクレオチドを固定することの両 方である。Oligonucleotides or polynucleotides labeled or tiled by one of the methods described above. Any of the nucleotides can be attached to a polymeric support according to the invention. present invention One aspect of this is to use oligonucleotides with appropriate modifications as primers for sequence analysis. Immobilization of leotide and template for sequencing reaction, i.e. Both immobilizing long single-stranded or double-stranded polynucleotides as fixed targets That's the way to go.

次いで、固相配列分析は、第1図〜第4図に従って、固定化された標的DNAま たは固定化されたプライマーを用いてなされる。プライマー鎖のハイブリダイゼ ーションに先だって、分離がなされてもよい。ハイブリッドしない第2のストラ ンドは、続いて再度固定化され、第2のプライマーを用いて配列決定され得る。Solid-phase sequence analysis is then performed on the immobilized target DNA or or using immobilized primers. Primer strand hybridization Separation may be performed prior to separation. Non-hybrid second stratum The second primer can then be re-immobilized and sequenced using a second primer.

標的核酸の固定化または配列決定プライマーの固定化の間に選択がある場合、配 列決定の標的核酸が固定化されるのが好ましいので、この場合、ポリメラーゼの 反応によって得られた配列類似体は、変性によって容易に単離され得る。プライ マーの固定化によって、配列決定された場合、得られた伸長生成物は、まず標的 核酸から変性され、そして、新しく形成されたジデオキシ末端配列が、例えば、 高濃度塩溶液または低pi(溶液によってポリマー支持体から開裂されなければ ならない。If there is a choice between immobilization of target nucleic acids or immobilization of sequencing primers, In this case, the target nucleic acid for sequence determination is preferably immobilized, so that Sequence analogs obtained by the reaction can be easily isolated by denaturation. ply By immobilization of the mer, the resulting extension product, when sequenced, first Denatured from the nucleic acid and the newly formed dideoxy terminal sequence e.g. High concentration salt solution or low pi (unless cleaved from the polymer support by solution) No.

そのような配列分析は、標的核酸をあらかじめクローニングする必要のない、溶 液中の酵素的配列決定(2)に類似してなされ得る。後に分離され、配列決定用 ゲル上で同定される断片は、停止試薬としてジデオキシヌクレオチド、およびD NAポリメラーゼを用いて通常のサンが−の反応に類似の方法でプライマーから 伸長される。このように合成された類似体は、プライマーまたはヌクレオシド3 リン酸の1種のいずれかに対する標識を読み取ることによって可視化され得る。Such sequence analysis is a solution-based method that does not require prior cloning of the target nucleic acid. It can be done analogously to in-liquid enzymatic sequencing (2). later isolated and for sequencing Fragments identified on the gel were treated with dideoxynucleotides as stopping reagents, and D from the primers in a manner similar to the conventional San- reaction using NA polymerase. Extended. Analogs synthesized in this way can be used with primers or nucleoside 3 It can be visualized by reading the label for either one of the phosphates.

そのような標識は、32pまたは353のような放射標識、あるいは、当該技術 分野で公知の蛍光部分であり得る。特に、後者のトリホスフェートの標識は、新 たに合成されたヌクレオチド断片に標識を導入することを実質的に可能にし、そ して、固相法によって約5000塩基までの核酸配列の読み取りを可能にする。Such labels may be radiolabels such as 32p or 353, or It can be any fluorescent moiety known in the art. In particular, the latter triphosphate labeling This makes it virtually possible to introduce labels into newly synthesized nucleotide fragments; This makes it possible to read nucleic acid sequences of up to about 5000 bases by solid phase method.

より長い核酸の配列決定には、数種のプライマーの適用が必要である(第4図) 。配列決定は、第1のプライマーを用いて開始される。そして、新しく生成した 最も長い断片の3′末端を読み取り、その末端付近にはめ込まれた( nest ed)プライマーを、新しい配列決定サイクルの開始に用いる。この循環法は、 核酸の全配列が解明されるまで繰り返される。Sequencing of longer nucleic acids requires the application of several types of primers (Figure 4) . Sequencing is initiated using the first primer. And the newly generated The 3' end of the longest fragment was read and inserted near the end (nest ed) Primers are used to start a new sequencing cycle. This circulation method is This process is repeated until the entire sequence of the nucleic acid is solved.

本発明の方法は、以下の工程を包含する:修飾された塩基で標識された核酸また は断片を、適切なレセプターを通して不溶性のポリマーまたは類似の吸着手段に 固定すること; プライマー(または配列決定標的)のハイブリダイゼーション;および マニュアルまたは自動の、酵素で触媒される配列分析である。The method of the invention includes the following steps: a nucleic acid labeled with a modified base or transfer the fragments through suitable receptors to insoluble polymers or similar adsorption means. to fix; hybridization of primers (or sequencing targets); and manual or automated enzyme-catalyzed sequence analysis.

レセプター−リガンド結合に可逆性がある場合、上記の方法は、標的核酸のアフ ィニティークロマトグラフィーによる精製と組み合わされ得る。If the receptor-ligand binding is reversible, the method described above will It can be combined with purification by identity chromatography.

以下の実施例は、本発明の好ましい実施態様の種々の局面の詳細な記述を提供す るが、添付の請求の範囲に記載されている本発明の概念を限定する意味はない。The following examples provide detailed descriptions of various aspects of preferred embodiments of the invention. However, there is no meaning in limiting the inventive concept as set forth in the appended claims.

1皿皿 吏匪工旦左践ユ dATP デオキシアデノシン3リン酸ddATP ジチオキンアデノシン3リ ン酸ddeTP ジデオキシシチジン3リン酸ddGTP ジデオキシグアノシ ン3リン酸ddTTP ジデオキシチミジン3リン酸BSA ラフ血清アルブミ ン BrdU 5−ブロモ−2−チオキシウリジンDTT ジチオスレイトール PAGE ポリアクリルアミドゲル PBS リン酸緩衝生理食塩水 SB 配列決定緩衝液 尖1!口。1 plate Practicing employee dATP deoxyadenosine triphosphate ddATP dithioquine adenosine triphosphate ddeTP phosphate dideoxycytidine triphosphate ddGTP dideoxyguanosyl ddTTP dideoxythymidine triphosphate BSA rough serum albumin hmm BrdU 5-bromo-2-thioxyuridine DTT dithiothreitol PAGE polyacrylamide gel PBS phosphate buffered saline SB Sequencing buffer Tip 1! mouth.

抗体を用いた支持体材料の機能化 500mg プロティンAセファロース5ml O,9%NaC1およびO,O S%NaN3を含有する1xPBS5 ml IXPBS 500ml ?ウスーBrdU−抗体溶液(500mlの2回蒸留蒸留水中の2 5mg凍結乾燥物)プロティンAセファロースをNaC1とNaN3とを含有す る5mlの1xPBS中で室温にて15分間膨潤させ、冷凍庫で貯蔵した。沈澱 した250m1のゲルプローブをカラムに移し、カラムをガラスウールでシール し、2方向バルブに接続した。セファロースを各々1mlの1xPBSで5回洗 浄した。洗浄溶液は、カラムを通して、手で弱く加圧した。マウスBrdU抗体 溶ti、500m1をゲルに添加し、混合物を終夜振盪した。抗体溶液をすすぎ 、支持体材料を20m1の1xPBSで洗浄した。Functionalization of support materials using antibodies 500mg Protein A Sepharose 5ml O,9% NaCl and O,O 1xPBS 5 ml IXPBS containing S% NaN3 500ml? Us-BrdU-antibody solution (2 in 500 ml double-distilled water) 5mg lyophilizate) Protein A Sepharose containing NaCl and NaN3 The cells were swollen in 5 ml of 1x PBS for 15 minutes at room temperature and stored in the freezer. precipitation Transfer 250ml of gel probe to the column and seal the column with glass wool. and connected to a two-way valve. Wash Sepharose 5 times with 1 ml of 1x PBS each. Purified. The wash solution was gently pressurized by hand through the column. Mouse BrdU antibody 500 ml of molten Ti was added to the gel and the mixture was shaken overnight. Rinse the antibody solution , the support material was washed with 20 ml of 1xPBS.

尖亘五主 修飾された塩基を用いた核酸の標識 代替法A)末端デオ牛7ヌクレオチジルトランスフエラーゼ(terminal −deoxynucleotidyl−tranferase)を用いた5−ブ ロモデオキシウリジンと核酸との反応 0.2〜10p+aol オリゴまたはポリヌクレオチドz、B、 M13 β−メルカプトエタノール 1mM カコジル酸カリウム IQQmM BSA 100μg/m1 CoC121mM 5−ブロモデオキシウリジン 400mM5−3リン酸 16U 末端デオキシヌクレオチジルトランスフェラーゼ ブロモデオキシウリジンの取り込みは、酵素、末端デオキシヌクレオチジルトラ ンスフェラーゼによって触媒され、核酸の3゛位で起こる。反応物質は、触媒す る酵素を添加した後緩衝系(上記)中全容積15■lで37°Cにて15分間イ ンキュベートされた。核酸の放射標識が用いられる場合には、10〜15pmo 1のa −32P−dATPまたはa−35S−dATPを添加して、同じ反応 でこれを得ることができる。あるいは、テイル反応の前または後に、T4−ポリ ヌクレオチドキナーゼと、γ−32P−ATPまたはγ−” 5−ATPのいず れかとによって触媒される核酸の5゛リン酸化を用いることができる。The Five Lords of Senwa Labeling of nucleic acids using modified bases Alternative A) Terminal debovine 7 nucleotidyl transferase (terminal -deoxynucleotidyl-transferase) Reaction between lomodeoxyuridine and nucleic acid 0.2-10p+aol oligo or polynucleotide z, B, M13 β-Mercaptoethanol 1mM Potassium cacodylate IQQmM BSA 100μg/m1 CoC121mM 5-bromodeoxyuridine 400mM 5-3 phosphate 16U terminal deoxynucleotidyl transferase Incorporation of bromodeoxyuridine is carried out by enzymes, terminal deoxynucleotidyl It is catalyzed by spherase and occurs at the 3' position of the nucleic acid. The reactant is the catalyst After adding the enzyme, incubate for 15 minutes at 37°C in a total volume of 15 μl in the buffer system (described above). Incubated. If radiolabeling of nucleic acids is used, 10-15 pmo Repeat the same reaction by adding a-32P-dATP or a-35S-dATP of 1. You can get this with . Alternatively, the T4-polymer can be used before or after the tail reaction. Nucleotide kinase and either γ-32P-ATP or γ-”5-ATP 5' phosphorylation of nucleic acids catalyzed by molecules can be used.

テイル反応の後に、反応生成物を脱塩し、長さ10cI++、直径5mmのセフ ァデックスカラム上で濾過し、過剰のBrdUを精製する。このようにして、未 反応のブロモデオキシウリジン3リン酸を含む反応物から、反応生成物を遊離さ せる。溶出溶媒は、pF18の2回蒸留蒸留水である。After the tail reaction, the reaction product was desalted and made into a 10 cI++ long and 5 mm diameter septum. Purify excess BrdU by filtration on a Addex column. In this way, The reaction product is liberated from the reactant containing bromodeoxyuridine triphosphate in the reaction. let The elution solvent is double distilled water with pF18.

代替法B)化学オリゴヌクレオチド合成によるBrdUの取り込み 固体支持体上で化学的にオリゴヌクレオチドを合成する開に、BrdUはあらゆ る所望の位置に取り込まれ得る。Alternative B) Incorporation of BrdU by chemical oligonucleotide synthesis During the chemical synthesis of oligonucleotides on a solid support, BrdU is can be captured at the desired location.

a)BrdUがオリゴヌクレオチドの3゛末端に取り込まれるべきである場合、 支持体材料の誘導体化が必要である(第5図に示す)。a) If BrdU is to be incorporated at the 3′ end of the oligonucleotide, Derivatization of the support material is required (as shown in Figure 5).

b)BrdUがオリゴヌクレオチドの5゛末端に取り込まれるべきである場合に は、合成されるヌクレオチド鎖中にBrdUホスホロアミダイトを用いることに よって取り込みが起こる(第6図に示す)。b) If BrdU is to be incorporated at the 5′ end of the oligonucleotide by using BrdU phosphoramidites in the synthesized nucleotide chain. Uptake thus occurs (as shown in Figure 6).

現時点では修飾された塩基に比較的高いコストがかかるので代替法Aが好ましい 。Alternative A is currently preferred due to the relatively high cost of modified bases. .

爽立五主 固体支持体の担持能 10m1 抗体を担持したゲル xPBs 10pmol BrdUで標識され、放射標識されたオリゴヌクレオチド 実施例1で述べた支持体の結合能力を、BrdUで標識したオリゴヌクレオチド を用いて決定した。より簡単に検出するために、ブロモウリジル化ステップの後 にα−32P−ATPを添加することによって、オリゴヌクレオチドを放射標識 した。取り込み率は、40. OOOcpm/pmolであった。凍結乾燥した (lyophilysed)オリゴヌクレオチドは、1 piol/10μlの 濃度で再度懸濁された。10μlのゲル試料をカラムに移し、ガラスウールでシ ールした。セファロースを各々100μmのIXPBSで2回洗浄した。1 p molのオリゴヌクレオチドをカラムにかけ加圧した。Sourachi Goshu Supporting capacity of solid support 10ml Gel carrying antibodies xPBs 10 pmol BrdU labeled and radiolabeled oligonucleotide The binding ability of the support described in Example 1 was demonstrated by using the BrdU-labeled oligonucleotide. It was determined using After the bromouridylation step for easier detection Radiolabel the oligonucleotide by adding α-32P-ATP to did. The uptake rate was 40. It was OOOcpm/pmol. freeze-dried (lyophilysed) oligonucleotide at 1 piol/10μl resuspended at concentration. Transfer 10 μl of gel sample to the column and seal with glass wool. I did a rule. Sepharose was washed twice with 100 μM IXPBS each. 1p mol of oligonucleotide was applied to the column and pressurized.

37°Cで15分間インキュベートした後、ゲルを1mlの1xPBSで5回洗 浄した。担持能力は、1μlのゲル当りの0.05pmolのオリゴヌクレオチ ドであると決定され得る。この方法は、さらに増加が認められなくなるまで繰り 返された。担持能力の限界は、約0.2μmol/μmゲルであった。After incubating for 15 minutes at 37°C, the gel was washed 5 times with 1 ml of 1x PBS. Purified. The loading capacity is 0.05 pmol oligonucleotide per 1 μl gel. It may be determined that the This method is repeated until no further increase is observed. returned. The limit of loading capacity was approximately 0.2 μmol/μm gel.

固定化された核酸の35%が、50μlの1M酢酸(pH2)を用いた5回の洗 浄工程によって支持体から再溶出され得た。固定された核酸の87%が、50μ mの1xPBS中2MNaC1による5回の洗浄で回収された。pH13のグゾ シン緩衝液を用いて溶出すると、核酸が支持体からほとんど定量的に(98%) 放出されることが認められた。35% of the immobilized nucleic acids were washed 5 times with 50 μl of 1M acetic acid (pH 2). It could be re-eluted from the support by a cleaning step. 87% of the immobilized nucleic acids were was recovered with 5 washes with 2M NaCl in 1x PBS. pH 13 Guzo Nucleic acids are almost quantitatively (98%) removed from the support when eluted with thin buffer. It was confirmed that it was released.

ゲルから核酸を除去した後、支持体材料は、再び、新たな配列決定反応のサイク ルに用いられ得る。After removing the nucleic acids from the gel, the support material is again cycled in a new sequencing reaction. It can be used for

BrdUで標識されたM13とM13配列決定プライマーこの方法は、以下の工 程を包含する二 1、支持体にM13標的をアニーリング4種の容量5μlのゲル試料を各々10 0μmの1xPBSで2回洗浄した。5μlのSB中の0.2μgの5°Brd U標識標的を各ゲル試料に担持させ、前反応混合物を37℃で15分間インキュ ベートした。各試料を各々50μmのSBで洗浄した。BrdU-labeled M13 and M13 sequencing primers This method uses the following steps: two that encompass the process 1. Annealing the M13 target to the support. Washed twice with 0 μm 1×PBS. 0.2μg 5°Brd in 5μl SB The U-labeled target was loaded onto each gel sample and the pre-reaction mixture was incubated at 37°C for 15 minutes. I bet. Each sample was washed with 50 μm SB.

2、プライマーのアニーリング 1μmのオリゴヌクレオチドブライマー(濃度: 0.2μmol/μl)を4 種のゲル試料の各々に添加し、37℃で15分間ハイブゾノドした。2. Primer annealing 4 μm oligonucleotide primer (concentration: 0.2 μmol/μl) Seed was added to each of the gel samples and incubated for 15 minutes at 37°C.

3、配列決定反応 各ゲル試料に、1μlのDTT、2μIの希釈GTP標識混合物、0.5μmの a−”’P −dATP (1pa+ol)または0.5μlのα−355−d ATP (1pmol)および2μmの希釈シークエ不一スを添加し、室温で1 0分間インキュベートした。他の塩基に対しても同様にした。当業者には、他の 標識、例えば、蛍光標識されたプライマー、または蛍光ジブオキ/ターミネータ も同様に用いられ得ることは認められるであろう。同様に、他のチェーンエクス テンダー、例えば、DNAポリメラーゼI (クレノー断片)、T7シークエネ ース、および、Taqポリメラーゼも用いられ得る。4.停止反応 Cカラムに対して2.5μIのddGTP。3. Sequencing reaction For each gel sample, add 1 μl of DTT, 2 μl of diluted GTP labeling mixture, 0.5 μl of a-”’P-dATP (1pa+ol) or 0.5μl α-355-d Add ATP (1 pmol) and 2 μm diluted Seq. Incubated for 0 minutes. The same procedure was performed for other bases. Those skilled in the art are aware of other Labels, e.g. fluorescently labeled primers or fluorescent markers/terminators It will be appreciated that may be used as well. Similarly, other chain exchanges Tender, e.g. DNA polymerase I (Klenow fragment), T7 sequence Polymerase and Taq polymerase may also be used. 4. Termination reaction 2.5 μI ddGTP for C column.

Aカラムに対して25μmのdclATP。25 μm dclATP for A column.

Cカラムに対して2.5μJのddeTP、およびTカラムに対して2.5μm のddTTPを添加し、反応混合物を37℃で30分間インキュベートした。そ の後、支持体を各々50μ】の1xPBSで2回洗浄した。2.5 μJ ddeTP for C column and 2.5 μM for T column of ddTTP was added and the reaction mixture was incubated at 37°C for 30 minutes. So Afterwards, the support was washed twice with 50μ each of 1×PBS.

5、溶出 合成後、新たにハイブリッドした核酸をホルムアミド青色マーカー溶液を添加し て変性させた。40. OOOcpm当り、溶離剤1μmを用いる。5. Elution After synthesis, add formamide blue marker solution to the newly hybridized nucleic acid. and denatured it. 40. Use 1 μm of eluent per OOO cpm.

6、ゲル電気泳動 溶離剤を直接0.2mmの変性PAGEに担持させ、分離した。ウェル半り、4 0. OOOcpmを担持させた。ゲルを流した後、オートラジオグラフを作製 した。6. Gel electrophoresis The eluent was directly supported on 0.2 mm denaturing PAGE for separation. Well half, 4 0. OOOcpm was supported. After running the gel, create an autoradiograph did.

K皇五二 ビオチン−ストレプトアビジンを用いた固相配ダドこの方法は、抗原−抗体の相 互作用ではなく、ビオチン−ストレプトアビジンの相互作用を使用することを包 含する。そして、リガンド−レセプター結合の別のクラスを用いて本発明の一般 的な概念の他の実施例を示す。方法は次の通りである: 1.11−ビオチン−dUTPを用いる核酸の標識0.2〜10pmol 核酸 またはオリゴヌクレオチドβ−メルカプトエタノール 1mM カコジル酸カリウム 100mM BSA 100μg/m1 CoC121mM ll−ビオチン−dUTP 200μM16U 末端デオキシヌクレオチジルト ランスフェラビオチンーdUTPの取り込みは、酵素、末端デオキシヌクレオチ ジルトランスフェラーゼによって触媒され、核酸の3°位で起こる。反応物質は テイル緩衝液(上記の組成)中に溶解され、末端デオキシヌクレオチジルトラン スフェラーゼの添加後、37℃で30分間インキュベートされた。反応物の全容 量は50μlである。核酸は、ビオチン化の間に10〜15 pmo 1のα− 32P−dNTPまたはα−35S−dNTPを添加することによって放射標識 され得る(実施例2参照)。あるいは、核酸は、テイル反応の前または後の、放 射活性3リン酸エステルとのリン酸化反応によっても放射標識され得る。K Kogoji Solid-phase conjugation using biotin-streptavidin This method uses an antigen-antibody phase. This includes using biotin-streptavidin interactions rather than interactions. Contains. The present invention also uses another class of ligand-receptor binding. Here is another example of this concept. The method is as follows: 1. Labeling of nucleic acids using 11-biotin-dUTP 0.2-10 pmol of nucleic acids Or oligonucleotide β-mercaptoethanol 1mM Potassium cacodylate 100mM BSA 100μg/m1 CoC121mM ll-biotin-dUTP 200μM 16U terminal deoxynucleotidyl Transfer of biotin-dUTP is carried out by enzymes, terminal deoxynucleotides, It is catalyzed by Dyltransferase and occurs at the 3° position of the nucleic acid. The reactant is The terminal deoxynucleotidyl trans is dissolved in tail buffer (composition above). After addition of spherase, it was incubated for 30 minutes at 37°C. Complete list of reactants The volume is 50 μl. During biotinylation, the nucleic acid has 10-15 pmo of α- Radiolabeling by adding 32P-dNTPs or α-35S-dNTPs (see Example 2). Alternatively, the nucleic acid can be released before or after the tail reaction. It can also be radiolabeled by a phosphorylation reaction with a radioactive triphosphate.

生成物は、セファデックスカラムに担持させることによって脱塩され、蒸留水( pHf8、微量のNH,を供給する)で溶出される。The product was desalted by loading on a Sephadex column and washed with distilled water ( It is eluted at pH f8 (supplying a trace amount of NH).

ビオチン化モノマーを取り込む第2の方法は、オリゴヌクレオチドの化学合成の 間である。この化学標識は実施例2で述べられている、代替法Bである。化学標 識は、特に支持体にプライマーをアニーリングする配列分析の場合に重要である (第3図)。A second method of incorporating biotinylated monomers is through chemical synthesis of oligonucleotides. It is between. This chemical label is Alternative B, described in Example 2. chemical label This is particularly important for sequence analysis where primers are annealed to a support. (Figure 3).

2、ビオチン化された核酸の固体支持体へのアニーリング40μm ストレプト アビジン−アガロース(市販品)10pmol ビオチン化された核酸またはオ リゴヌクレオチド1χPBS ストレプトアビジン−アガロースを1xPBS (各々200μl)で2回洗浄 する。ビオチン化核酸を全容量20μlで支持体に担持させ、懸濁液を37°C で30分間インキュベートする。上清を除き、支持体を200μlのIXPBS で3回洗浄する。放射標識されたオリゴヌクレオチドを用いた試験によって、支 持体材料中に75〜85%取り込み率が得られた。2. Annealing of biotinylated nucleic acid to solid support 40 μm strept Avidin-agarose (commercial product) 10 pmol Biotinylated nucleic acid or Ligonucleotide 1χPBS Wash streptavidin-agarose twice with 1x PBS (200 μl each) do. Biotinylated nucleic acid was supported on the support in a total volume of 20 μl, and the suspension was incubated at 37°C. Incubate for 30 minutes. Remove the supernatant and add the support to 200 μl of IXPBS. Wash 3 times with Studies using radiolabeled oligonucleotides have shown that A 75-85% incorporation into the carrier material was obtained.

3、断片の検出にオートラジオグラフィーが用いられる場合、BrdU抗体固定 化テンプレートに対して記述されたように配列分析が実施される。3. If autoradiography is used to detect fragments, BrdU antibody immobilization Sequence analysis is performed as described for the template.

当業者には、蛍光プライマーおよび蛍光ターミネータも上記のように使用可能で あることが理解されるであろう。ビオチン−ストレプトアビジン系は、 Brd U配列決定法をしのぐ明確な長所がある。すなわち、a)プライマーをテンプレ ートに(より高い特異性で)アニーリングし、b)合成された断片を回収するた めにより高い温度を使用することができることである。Those skilled in the art will appreciate that fluorescent primers and terminators can also be used as described above. One thing will be understood. The biotin-streptavidin system is Brd It has clear advantages over U-sequencing. That is, a) the primer is used as a template. b) to recover the synthesized fragments (with higher specificity). The advantage is that higher temperatures can be used.

より高い温度を使用することによって、配列決定反応にTaqポリメラーゼを使 用する十分な利点が得られる。By using higher temperatures, Taq polymerase can be used in sequencing reactions. There are sufficient benefits to be gained by using

相配ダf゛ の 装 本発明による装置を第7図に例示する。その装置は、クロマトグラフィーカラム のようなカラム1〜4を含み、各々は、4種の核酸塩基(nucleobase )のなかの1種を同定する反応のためのものである。カラムは温度調節される。Aiida f゛'s outfit A device according to the invention is illustrated in FIG. The device is a chromatography column columns 1-4, each containing four types of nucleobases (nucleobases). ) is for a reaction that identifies one of the following. The column is temperature controlled.

洗浄溶液、テンプレート溶液、プライマー溶液、酵素混合物、ddATP、 d dCTP、 ddGTP、 ddTTP溶液、および溶出緩衝液を含有するリザ ーバーを具備する。洗浄溶液、テンプレート、プライマーおよび酵素混合物、並 びに溶出緩衝液を、4つのカラムのいずれか、または4つのカラムの全てに同時 に供給できるように、バルブ1〜9は並べられており、一方、ddATP、 d dCTP、 ddGTP、 ddTTPは、それぞれ4つのカラムのただ1つに 供給される。Washing solution, template solution, primer solution, enzyme mixture, ddATP, d Reservoir containing dCTP, ddGTP, ddTTP solution, and elution buffer Equipped with a bar. Wash solutions, templates, primers and enzyme mixtures, and elution buffer to any or all four columns simultaneously. Valves 1 to 9 are arranged so that ddATP, d dCTP, ddGTP, ddTTP are each placed in only one of the four columns. Supplied.

各カラムの流出物は、排出するか、またはコレクター(または配列決定ゲル)に 入るかのいずれかを割り当てる2方回バルブを通る。空気、アルゴン、または窒 素圧をかけて、溶液をリザーバーからカラムに移動させる。バルブは、プログラ ム可能なコンピュータコントローラによって時間制御される。The effluent of each column can be drained or placed into a collector (or sequencing gel). Assign either one to enter through a two-way valve. air, argon, or nitrogen Apply atmospheric pressure to move the solution from the reservoir to the column. The valve is programmed time controlled by a programmable computer controller.

本発明の方法によれば、配列決定のための核酸の断片(配列決定テンプレートま たはプライマーとして)は、水に不溶性の固体支持体に固定される。カラムは、 支持体材料で充填される。配列決定のための試薬は、次いで、コンピュータの制 御下で、配列決定サイクルに含まれる、種々の反応の必要に応じてカラムに供給 される。固定化配列決定標的の場合には、ジデオキシ末端伸長生成物は、実施例 4に記載されたように固定化されたテンプレートDNAにハイブリツドされる。According to the method of the present invention, fragments of nucleic acids for sequencing (sequencing templates or or as a primer) is immobilized on a water-insoluble solid support. The column is Filled with support material. The reagents for sequencing are then processed under computer control. Under the control, the columns are fed as needed for the various reactions involved in the sequencing cycle. be done. In the case of immobilized sequencing targets, dideoxy terminal extension products are 4. Hybridized to immobilized template DNA as described in Section 4.

それらは、続いて、上記のように、ホルムアミド染料緩衝液で溶出され、直接配 列決定ゲルにかけられる。次いで、ポリアクリルアミドゲル電気泳動および固定 化DNAの配列の同定が、公知の方法で実施される。They are subsequently eluted with formamide dye buffer and directly distributed as described above. Run on column determination gel. Then polyacrylamide gel electrophoresis and fixation Identification of the sequence of the conjugated DNA is carried out using known methods.

装置および固相法の利点は、全ての反応および洗浄工程を通して、テンプレート を固相支持体に固定しておくことができ、したがって、さらに配列決定サイクル に利用できることである。このように、適当な1組のプライマーを用いることに よって、ゲノムDIJAのような大きな断片の配列を単純で比較的安価な方法で 分析することができる。他の利点は、酵素、過剰のモノマーなどをジデオキシ末 端伸長生成物の脱ハイブリダイゼーションの前の洗浄によって除去できるという オプションがあることである。該装置は、サンガージデオキシ配列決定に含まれ る全ての工程を完全に機械化できることが特徴である。それは、既存の「シーケ ンサ−」、すなわちゲル分離および読み取り工程を自動化する機械に直接結合す ることができる。The advantage of the equipment and solid-phase method is that the template remains intact throughout all reaction and washing steps. can be kept immobilized on a solid support and thus further sequencing cycles. It can be used for In this way, by using an appropriate set of primers, Therefore, it is possible to sequence large fragments such as genome DIJA in a simple and relatively inexpensive manner. can be analyzed. Other advantages include eliminating enzymes, excess monomer, etc. The end extension products can be removed by washing before dehybridization. It's about having options. The device is included in Sanger dideoxy sequencing. The feature is that all processes involved can be completely mechanized. It is directly coupled to a machine that automates the gel separation and reading process. can be done.

カラムを固定化された配列決定プライマーで充填することによって、この装置の 他の用途も可能である。その場合、あらかじめハイブリダイゼーション工程を行 うことによって、混合物または生物学的材料から配列決定の標的となるDNAを 単離することができる。次いで、脱ハイブリダイゼーション工程が配列決定テン プレートを除き、ジデオキシ末端断片が続いて前述の高濃度の塩溶液または低p H溶液によってカラムから放出されるべきであること以外は、実施例4で記述し たのと実質的に同様に配列決定が進められる。The device is activated by packing the column with immobilized sequencing primers. Other uses are also possible. In that case, perform the hybridization step in advance. extract DNA targets for sequencing from mixtures or biological materials by Can be isolated. A dehybridization step is then performed on the sequencing template. The plates were removed and the dideoxy-terminated fragments were then washed with the aforementioned high concentration salt solution or low p As described in Example 4, except that it should be released from the column by the H solution. Sequencing proceeds in substantially the same manner as before.

配ダ1決定のための準 : 1、カラムを支持体材料で充填する。Preliminary for determining the number 1: 1. Pack the column with support material.

2、緩衝溶液で約2分間平衡化する(洗浄溶液リザーバーからの洗浄溶液)。2. Equilibrate for approximately 2 minutes with buffer solution (wash solution from wash solution reservoir).

3、例えば、固定化抗BrdU抗体を含有するカラムに配列決定すべき核酸テン プレートを担持させる。このテンプレートは、実施例2で述べたように、あらか じめプロモデオキシリジレート(bromodeoxyridylate)でテ イルされている。(すなわち、テンプレートリザーバーより) 4.37°Cでインキュベートすることによって結合が生じる(温度調節)。3. For example, place the nucleic acid template to be sequenced on a column containing immobilized anti-BrdU antibody. Hold the plate. As mentioned in Example 2, this template is Treatment with bromodeoxyridylate is being written. (i.e. from the template reservoir) 4. Binding occurs by incubation at 37°C (temperature control).

注意:工程3および4は、約30分を要する。Note: Steps 3 and 4 require approximately 30 minutes.

ダ■゛ サイクル: 5、プライマー溶液をブライマーリザーバーから4つのカラムに15分間供給す る。プライマーは、例えば、放射性同位体、または蛍光マーカーなどで標識され 得る。Da■゛ Cycle: 5. Supply the primer solution from the primer reservoir to the four columns for 15 minutes. Ru. Primers may be labeled with, for example, radioactive isotopes or fluorescent markers. obtain.

6、ポリメラーゼと、デオキシヌクレオチド3リン酸と、滅菌試薬とを適切な緩 衝液中に含有する「酵素混合物」を酵素混合物リザーバーから各カラムに供給す る。6. Combine the polymerase, deoxynucleotide triphosphate, and sterile reagents in an appropriate The enzyme mixture contained in the buffer is supplied to each column from the enzyme mixture reservoir. Ru.

7、約10分のブレインキュベーション時間で、重合が開始する。7. Polymerization begins with a break incubation time of approximately 10 minutes.

8、 ddATPまたはddCTPまたはddGTPまたはddTTPと、重合 酵素、および滅菌試薬を含有する、4種の「停止混合物」の各々を、各々のりザ ーバーから適切なカラムに供給する。8. Polymerization with ddATP or ddCTP or ddGTP or ddTTP Each of the four "stop mixes" containing enzymes and sterile reagents were added to each glue bottle. feed the appropriate column from the server.

9、さらに10分間インキュベートすると、重合が停止する。9. Incubating for an additional 10 minutes stops polymerization.

10、緩衝液リザーバーから緩衝溶液を供給することによって、緩衝液による洗 浄を30秒間行い、過剰の3リン酸エステルと酵素を除く。10. Wash with buffer by supplying buffer solution from buffer reservoir. Clean for 30 seconds to remove excess triphosphate and enzyme.

11、溶出緩衝液をそのリザーバーから1分間供給し、変性して、ハイブリッド したジデオキシ末端プライマー伸長生成物を溶出させる。11. Deliver elution buffer from its reservoir for 1 minute to denature and remove hybrid The dideoxy-terminated primer extension product is eluted.

工程5〜11を「染色体ウオーキング」に対する、新しいプライマーを用いて繰 り返す。固定化されたプライマーを用いた配列決定では、工程5〜7の逆転(r eversal)が必要である。Repeat steps 5-11 using new primers for “chromosome walking”. Go back. For sequencing using immobilized primers, steps 5-7 are reversed (r ever) is required.

さらに、分離物の回収と、ゲル電気泳動の前の、固定化されたジデオキシ末端伸 長生成物の処理とでなる、12番目の工程が含まれる。In addition, the collection of isolates and immobilized dideoxy-terminated extensions prior to gel electrophoresis were A twelfth step is included, consisting of processing the long product.

参考文献 1、 Maxam、A、M、、とG11bert、!、(1980)、 r塩基 特異的化学開裂を用いた末端標識DNAの配列決定J 、Methods in  Enzymology 65. Grossman、L、とMo1dave、  L、 編集(Academic Press、ニューヨーク州) pp、49 9−560゜2、Sanger、 F、 、 N1klen、 S、 、および Coulson、A、R,(1977)、 r連鎖停止阻害剤を用いたDNA配 列決定J 、Proc、Natl、 Acad、Sci、USA 74.546 3−5467゜3、 Wada、A、、Yamamoto、M、、および5oe da、E、 (1983)、 r目動DNAシーケンサー: Maxam−Gi lbert配列決定法のためのコンピュータプログラムされたミクロケミカルマ ニピコレータ」、Rev、sci、Instrum、 54.1569−157 2゜4、 Rosenthal、A、、5chvertner、S、、Hahn 、V、、およびHunger、 I(。References 1. Max, A, M,, and G11bert! , (1980), r base Sequencing of end-labeled DNA using specific chemical cleavage J, Methods in Enzymology 65. Grossman, L., and Moldave, Edited by L. (Academic Press, New York) pp, 49 9-560゜2, Sanger, F, , N1klen, S, and Coulson, A. R. (1977), DNA alignment using r-chain termination inhibitors. Column determination J, Proc, Natl, Acad, Sci, USA 74.546 3-5467゜3, Wada, A., Yamamoto, M., and 5oe da, E. (1983), r-movement DNA sequencer: Maxam-Gi computer programmed microchemistry for lbert sequencing Nipicolator”, Rev, sci, Instrum, 54.1569-157 2゜4, Rosenthal, A., 5chvertner, S., Hahn , V., and Hunger, I.

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浄書(内容に変更なし) Fig、 1 サンガーのジデオ牛ン法Iこよる固相DNA配列決定 断片を分離する Fig、 2 固定化された目的とする二本鎖 AGE Fig、 3 固定化されたプライマー AGE Fl(!、4 500塩基より長いテンプレートの固定化1、変性、溶出およびゲル上での配列 の読み取り2新しいプライマーの合成 E!c。Engraving (no changes to the content) Fig, 1 Solid-phase DNA sequencing using Sanger's dideogen method I separate the pieces Fig, 2 Immobilized target duplex AGE Fig, 3 immobilized primer AGE Fl(!, 4 Immobilization of templates longer than 500 bases 1, denaturation, elution and sequencing on gels Read 2 Synthesis of new primers E! c.

Fig、 5 公知の方法による化学的核酸合成 および配列の単離 FTg、 6 2、、保護基から除去し、固定化断片を開裂させるFig、 7Fig, 5 Chemical nucleic acid synthesis by known methods and isolation of sequences FTg, 6 2. Removal from protecting group and cleavage of immobilized fragmentsFig. 7

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 1.固相支持体上での1本鎖核酸および2本鎖核酸の配列分析の方法における、 修飾された核酸単位で核酸配列の末端を伸長させる工程であって、 該核酸単位はそれ自身を該固相支持体に固定するための単位として機能し、 該固相支持体が、セルロース、セファロース、またはセファデックスのような水 不溶性のポリマーであるか、あるいは、例えば、主としてケイ素と酸素原子とで 形成された主鎖構造を有する支持体のような無機支持体であり;該固相支持体が 、例えば、5−プロモ−2′−デオキシウリジレート、あるいは、他のハロゲン 化されたヌクレオチドまたは塩基または糖部分が適切に置換されたヌクレオチド と選択的に相互作用し得る他の適切な単位、あるいは、ストレトアピジン(st retavidin)に特異的な、固定化された抗体のようなエフェクター基を 有し;そして、 ポリマー支持体に配列される(sequence)べき核酸鎖が、該支持体に固 定化されたエフェクター基と修飾された核酸単位との相互作用、特に、リガンド ーレセプター結合の相互作用によって影響される、工程。1. In a method for sequence analysis of single-stranded and double-stranded nucleic acids on a solid support, A step of extending the end of a nucleic acid sequence with a modified nucleic acid unit, the step comprising: The nucleic acid unit functions as a unit for immobilizing itself to the solid support, The solid support is aqueous, such as cellulose, Sepharose, or Sephadex. It is an insoluble polymer, or it is composed mainly of silicon and oxygen atoms, for example. an inorganic support such as a support having a formed backbone structure; , such as 5-promo-2'-deoxyuridylate or other halogen nucleotides or nucleotides in which the base or sugar moiety is appropriately substituted or other suitable units capable of selectively interacting with streptapidine (st effector groups such as immobilized antibodies specific for retavidin). have; and Nucleic acid strands to be sequenced on a polymeric support are immobilized on the support. Interactions between defined effector groups and modified nucleic acid units, especially ligands - A process that is influenced by receptor binding interactions. 2.請求項1に記載の方法であって、前記固相に固定化された前記核酸が溶液反 応またはその変形に用いられる酵素法によって配列決定され、配列決定されるべ き該核酸または配列決定に用いられるプライマーが、前記エフェクター基で固相 に結合される、方法。2. 2. The method according to claim 1, wherein the nucleic acid immobilized on the solid phase is in a solution reaction. sequenced and sequenced by enzymatic methods used for reaction or modification thereof. The nucleic acid or the primer used for sequencing is attached to a solid phase with the effector group. The method is combined with the method. 3.請求項2に記載の方法であって、前記工程が自動的に実施され、連続的な配 列分析が、固定化リガンドーレセプター結合を利用して、染色体ウォーキングの ための1連のオリゴヌクレオチドプライマーを用いて実施される、方法。3. 3. The method of claim 2, wherein said steps are performed automatically and in a continuous manner. Column analysis uses immobilized ligand-receptor binding to investigate chromosome walking. A method carried out using a series of oligonucleotide primers for. 4.酵素的配列決定法による、1本鎖または2本鎖核酸断片の配列決定のための 装置であって、 該装置は、 エフェクター基を有する固相支持体を保持するための4つのカラム; 該カラムの1つにddATPを、該カラムの他の1つにddCTPを、該カラム のさらに他の1つにddGTPを、そして、該第4のカラムにddTTPを提供 する投入手段; プライマー、テンプレート、および酵素を該4つのカラムの各々に提供する投入 手段、ここで、該プライマーおよびテンプレートの少なくとも一方が該エフェク ター基に対して親和性を有する;および 配列決定サイクルを実施するためにプログラムされたスケジュールに従って、該 投入手段の各々を自動制御するための制御手段を包含する。4. For sequencing single-stranded or double-stranded nucleic acid fragments by enzymatic sequencing A device, The device is four columns for holding solid phase supports with effector groups; ddATP in one of the columns, ddCTP in the other one of the columns, and ddTTP to the fourth column. means of input; Inputs that provide primers, templates, and enzymes to each of the four columns means, wherein at least one of the primer and the template is linked to the effector; has an affinity for the ter group; and According to the programmed schedule for performing sequencing cycles, It includes control means for automatically controlling each of the input means.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH10239300A (en) * 1997-02-28 1998-09-11 Kagaku Gijutsu Shinko Jigyodan Full automation gene analysis system

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