JPH06504427A - 多重核酸配列の存在または不存在の検出による識別および父性決定 - Google Patents

多重核酸配列の存在または不存在の検出による識別および父性決定

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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】 多重核酸配列の存在または不存在の検出による識別および父性決定技術分野 本発明は、DNAフィンガープリント法に関する。
発明の背景 本発明は、ヒト、他の動物または植物個体を同定し且つ区別するのに用いること ができる模範的なハイブリダイゼーション結果を生じる方法に関する。伝統的に は、核酸バンドパターンの独特性がヒトの指紋と概念的に似ているので、この種 類の識別を「核酸(D N A )フィンガープリント法」またはrDNAプロ フィリング(Profiling) Jと称する。DNAフィンガープリント法 の現行の方法は、サザンブロッティングを用いる必要がある。本発明による方法 は、実施するのに簡単であり、説明を必要としないし、そして計算機蓄積および 検索用の簡単なバーコードに変換される結果を提供する。
サザンプロット 核酸ハイブリダイゼーションは25年以上の間一般的な方法論として用いられて きた。DNAフィンガープリント法の現行の方法は、サザンブロッテイング1と して知られる最新の分子生物学ハイブリダイゼーション技術を用いている。サザ ンプロットは、1975年のその発明以来、分子生物学者にとって主要な支えで あった。サザンプロット法においては、最初にDNA分子を各種抽出方法の一つ によって他の細胞性成分から単離する必要がある。抽出後、ある程度純粋なりN Aを1種類またはそれ以上の制限酵素によって切断して特定のDNA断片セット を生成する。DNAの切断に続いて、断片のDNAをアガロースゲル中の電気泳 動によって分離する。この標準技法はDNA断片をそれらの寸法(分子量)に基 づいて分析し、そして他のサイジング法よりも識別能力が大きい。大型の分子は 電界力の下では小型の分子はど容易にマトリックスを通過することができない。
したがって、大型の分子はより遅く移動する。ゲルはDNA断片を独特の寸法の 区域またはバンドに分離する。
しかしながら、アガロースゲルは次のハイブリダイゼーション反応に対して安定 な支持を与えない。その結果、DNAはゲルから、通常はナイロンまたはニトロ セルロースから成る固体支持体膜へと移される。DNAは毛管作用かまたは真空 力によって膜上に移され、そこにおいてその表面に結合する。DNAを乾燥また は紫外線架橋によって膜に永久的に固定させる。
膜を特別な溶液中でプレハイブリッド形成させて任意の非特異的結合部位をブロ ックする。次に、標識した変性プローブを含む溶液中に膜を入れ且つインキュベ ートして相補的な標的分子に対してハイブリッド形成させる。多数の因子がハイ ブリダイセ一シヨン反応の速度、程度および特異性に影響を与える。
ハイブリダイモーションは一本鎖核酸の相補的塩基対合の結果である。この結合 は極めて特異的な二本鎖核酸の生成を引き起こす。典型的には、一本鎖の一つを 、それを後で測定するかさもなければ新規のIシブリッドの一部分として検出す ることができるように標識する。概して、ハイブリッド分子は残りの一本鎖材料 から分離されるので、ハイブリッド形成した標識は非ノ\イブリッド形成標識の 不存在下で検出することができる。反応後、過剰のプローブを洗剤および稀塩溶 液中の一連の洗浄工程によって洗い落とす。
プローブを32pで放射性標識した場合、オートラジオグラフ法を用いて、プロ ーブが結合している任意のDNAバンドの位置をつきとめることができる。膜を 単純に1枚のX線フィルムの隣に数分間〜数時装置いた後、フィルムを現像する 。
放射性粒子がフィルムに当たったところはいずれも暗色領域が形成され、そして 標的DNAを確認することができる。プローブは非同位体によって標識すること もでき、そして適当な検出方法、例えば、蛍光分光光度法、比色分析および化学 発光検出を用いて位置決定することができる。 サザンブロツテイングによって 、標識プローブを結合した正確な断片の寸法が正確にみきわめられる。サザン法 により高分解能ハイブリダイセーソヨン分析が行われて、そして慣用的なフィン ガープリント法技術の基礎が形成された。
慣用的DNAフィンガープリント法 フィンガープリントを示すのに用いられた慣用的な方法は、サザンプロット技法 によって制限酵素断片長条型(RFLP) 2.3または対立遺伝子変異2−4 を示すプローブを用いている。これらの慣用的な多重性プローブは、制限酵素2 3で切断された後に邑圭が変化する標的DNA断片を有する。これらの多重性プ ローブは制限断片かまたはミニサテライトである。本発明は、以下、多重存在多 重(Multiple Presence Polymorphisms (M P P)と称する、集団においてその産金が変化する核酸配列において支配され たプローブを用いる。
1985年にシェフリーズ(Jeffries) ”は、ミニサテライトとして も知られているDNAの単純な縦列反復領域がヒト個体間で極めて大きい断片長 条型性を示すことを報告した。シェフリーズは、い(つかの制限酵素セットとの 組合わせでこのプローブを用いて、試験された各個体に独特の安定なりNAバン ドパターンを生じることができるということを提案した。更に、彼は、その独特 のパターンをヒトの身元確認および父性決定の問題に適用することができるとい うことを提案した。
サザンブロッティングを用いるDNAフィンガープリント法の現行の方法は、そ れに関係した下記の問題を有する。
1、時間の浪費−完了するのに1週間またはそれ以上を要する。
2、実施の難しさ一100種類を越える工程。
3、高度に熟練し且つ精通した技術者を必要とする。
4、非標準化−試験毎および実験室毎に変化しやすい結果。
5、不正確な測定値−結果は、特定の電気泳動条件、緩衝液および環境の温度お よび用いられたアガロースゲルの種類によって変化するDNA断片長さの測定値 を必要とする。長さの測定は、更に、DNAバンドの位置の極めて主観的な測定 である。
したがって、実施するのに容易であり、比較的速(、有意の専門技術を必要とし ない、そして主観的な説明を必要としない診断または検出技術に対する一定の要 求が存在している。本発明は、日常的な実験室用技術のみを必要とする比較的少 ない工程から成ることによって、市場において現在入手可能な機器の修正によっ て容易1こ自動化しうることによって、そして約1日の内に結果を提供すること によってこれらの要求を解決する。更に、結果を標準的な実験室リーダー、例え ば、エライザプレートリーダー、分光光度計、蛍光光度計または類似の計測器で 測定する。その結果は使用者の説明を全(必要とせず;出力測定値は数字の1( 陽性)または0(陰性)に変換される。
発明の概要 複数の新規の多重存在多重(MPP)プローブを、一連の順序の核酸ハイブリダ イゼーション試験において用いる。組合わされた陽性および陰性の結果は一つの パターンを示す。このパターンは個々に特異的であり、したがって、身元確認パ ターン(Personal Identification PatternX PIP)である。MPPプローブとして用いられる特定の核酸は、実験下での集 団において存在(または不存在)が制限されている遺伝的多重に対して向けられ ている。
図面の説明 図1は、試験中の個々の配列反復の確率である。
図2は、全パターン反復頻度に対する個々の存在多重性の効果である。
図3は、慣用的な微量滴定プレート形状である。
喝発明の詳細な説明 多重存在多重によるDNAプロフィリング本発明により、時間の浪費であるし、 しかも標準化し且つ制御するのが難しいサザンプロットの使用が避けられる。そ の方法は、DNAフィンガープリント法の現行の方法を、実施するのに簡単で且 つ速く、説明を必要としないし、そして電子計算機で処理するのに容易な結果を 生じる方法で置き換えることができる。
ンによって試験する。MPPの分析により、生物集団における存在の回数、同一 性または父性が100%未満である核酸配列を決定することができる。
試験システムは現行のサザンプロット法に関係したパターン独自性にまさるもの であり、そして父性確定すなわち法医学的に標準化される。更に、PIFシステ ムは、一つにはそれが簡単な陽性または陰性結果から成るという理由で、複雑な 非標準化サザンブロツティングよりはるかに優れている。更に、バックグラウン ドは十分な量の検体に関して有意ではない。
本発明は、多数の核酸ハイブリダイゼーション試験により、ゲル電気泳動および サザンプロットを用いることなく個体を識別する方法を含む。
その方法は、 a、個体内の複数のヌクレオチド配列(全遺伝子、遺伝子断片、ポリヌクレオチ ドまたはオリゴヌクレオチド)の存在を、それぞれが独特のヌクレオチド配列に 対して向けられている個々の試験のMPPSに対する複数のプローブを用いて決 定し、そして す1個体から破壊されまたは抽出された検体に対してプローブをl\イブリッド 形成(結合)させた後、ハイブリッド形成したプローブおよび標的を非結合プロ ーブから分離する(または非Iシブリッド形成標識を別の方法で除去する)こと を含み、そして C3任意の適当な測定システムによってハイブリッドを検出し、そこにおいて、 d、陽性シグナルは個体における特定の核酸配列の存在を示し;そして完全で且 つ順序付けられた一連のものとして得られた陽性および陰性ハイブリダイセーシ ョン結果は、身元確認パターン(P I F)と称するその個人に独特のパター ン(「指紋」)を提供すること、 を含む。
微量滴定プレートなどの特定の形状において各遺伝子の存在を試験した後、その 結果は陽性または陰性結果のあるパターンを示す。これらの結果は、1(陽性) またはO(陰性)として電子計算機で処理し且つ単純なバーコードに変換するこ とができる。このようにして、分析し且つ比較するのに容易なパターンが得られ る。
好ましい核酸配列は、一般的な集団(集団はヒト、ウマ、ネズミ、植物または任 意の他の生物でありうる)での存在または不存在に関して多重性を示すものであ り、そこにおいて、集団における各「存在」多重性の出現頻度はパターン認識の 全頻度に影響を与え、最適の陽性配列頻度は50%である。下記並びに図1およ び図2のMPPプローブの説明においてこれを更に説明する。
典型的な血液検体からの検出感度は、標的またはシグナル増幅を用いることなく 検出するのに十分である。これは、日常的な父性確定試験にまたは個人の身元確 認パターン(P I F)を達成するのに理想的である。しかしながら、限られ た検体を用いる法的用途に対しては、プローブの周囲の領域を様々な標的増幅方 法の一つによって増幅してよい。或いは、シグナルを増幅して、測定可能な水準 まで検出を増大させることができる。
多重存在多重性プローブ プローブとして用いられる特定の核酸断片は、実験下での個体集団において「存 在」 (または不存在)が制限されている遺伝的多重に対して向けられている。
これらを「存在」多重と称し、そしてP[’を開発するのにこれらの内のいくつ かを用いることを多重存在多重(MPP)と称する。これらの核酸プローブは任 意の長さ、例えば、全遺伝子、遺伝子断片または短合成りNAであってよい。
本発明の好ましい実施態様において、これらの核酸プローブは、約10〜約30 ヌクレオチド長さの合成りNAオリゴヌクレオチドおよびポリヌクレオチドから 成る。当業者は、他の寸法および/または種類のプローブを用いてもよいという ことを理解するであろう。
候補遺伝子の好ましい種類はRFLP由来である。定義により、RFLPは、多 重性である制限部位を含む。多重性酵素部位の周囲の領域を単離し且つ配列決定 することによって、少なくとも1個の塩基対が変化しているプローブが速やかに 得られる。850種類を越えるこれらのRFLPは既に確認されており、これら の大部分で集団における変異の頻度を示す予備データが得られた−これらの内の 可否種類もが、MPPに有用であるRFLP度数を示す。これらのRFLPの内 、サザンプロットで単一バンドを示すものは、100%相同と95%またはそれ 未満の相同とを区別するハイブリダイゼーション条件を決定することが一層容易 であるので好ましいMPPプローブである。
MPPプローブを単離することができるもう一つの群の遺伝子は、褐色眼の遺伝 子のように優性および劣性の特徴ゆえにヒト集団において高度の変異を示す遺伝 子である。青色眼の被験者は褐色眼の遺伝子を完全に欠失している。褐色眼のよ うな概して優性の遺伝子はMPPプローブに良好な候補である。その理由は、特 定の表現型の特徴を欠いている被験者においては、通常、これらの遺伝子が完全 に不存在であるということである。この種類の多数の優性遺伝子がヒト集団にお いて確認された。同様に、X染色体上の多数の遺伝子はある人々においてのみそ れらの表現型を示し;したがって、これらの遺伝子は、その特徴を欠いている全 男性および若干の女性において不存在である。
腫瘍遺伝子ras’、’に関して検出されたような後天性疾患突然変異を検出す るプローブを避けることは重要である。これらの突然変異が、個人のP[’変化 を引き起こすと考えられる疾患の進行中に生じる場合にこれらのプローブは変化 を検出することがある。一方、出生時に存在している突然変異に基づいている遺 伝疾患を検出する遺伝子は可能なMPPプローブである。しかしながら、特定の 遺伝疾患の「存在」頻度は、MPPとして有用であるには低すぎることがある。
集団における個々の配列反復の確率の決定特定のMPPプローブに関係した「存 在」多型性の頻度は、核酸ハイブリダイゼーションによって評価される生物集団 に関して決定することができる。用いられるハイブリダイゼーション形式は集団 における出現頻度に対して重要ではない。
液体、ドツト、スロット、フィルター、捕捉またはサンドイッチ検定などのいず れかのハイブリダイゼーション技術を用いて正確な結果を提供することができる 。
その方法は、サザンまたはノザンプロットを用いて行うことができるが、これら は好ましくない。本発明により、ミクロ規模での方法を、完全な細胞の現場での ハイブリダイゼーション試験として行う。 「存在」多型性を検出するプローブ はMPP分析に対して重要である。多数の核酸配列はこれらの部位を検出する可 能性を有する。MPPプローブのハイブリダイセーショと結果は、集団の100 %未満の個体において陽性である。本発明の好ましい実施態様において、MPP プローブの「存在」頻度は集団の20%〜80%であり、最適プローブは50% の個体において存在する。これを下記並びに図1および図2で説明する。
個々のMPPプローブの「存在」頻度は、統計的に有意の数の異なる個体(例え ば、500〜1,000)においてそれを試験することによって経験的に決定さ れる。MPPプローブが試験された1、000個の無作為の個体から700回現 れたと仮定されたい。経験的存在頻度(f)は0. 7 (70%)である。こ の値を用いて、PIPの比較において任意の2種類の個体間に対合が生じるであ ろう確率を決定する。確率は式1にしたがって計算される。
式1・ PIF試験中に繰り返される各プローブ結果の確率(Xn)を決定する。試験中 に繰り返される特定の配列の確率は式1によって定義され、式中、fは一般的な 集団における特定の配列の経験的に決定された頻度である。
(f)(f)+(1−f)(1−f)=X。
式中、Xnは、この特定の配列に関する一般的な集団での個々の配列反復の確率 X1= (0,7)(0,7)+ (0,3)(0,3)=0.58図1は、0 〜1の経験的存在頻度の範囲を越えるこれらの確率の計算の結果を示す。明らか であるように、(f)が0または1である場合、反復の確率は100%である。
理解しつるように、曲線は対称であり、頻度0.5で最小値を有する。したがっ て、配列が一般的な集団において度数50%で現れる場合、個々の配列反復の確 率は最小値である。
次に、個々の配列反復の確率を用いて、集団におけるパターン反復の全確率を決 定する。この確率は式2にしたがって計算される。
集団におけるパターン反復の確率の決定全部のPIFがMPP分析において統計 的に独特であるのが最も好ましい。さもなければ、それらは適当な「フィンガー プリント」ではないと考えられる。集団におけるパターン反復の確率は、(1) 試験されたプローブの数と、(2)用いられた各MPPプローブの個々の配列反 復の確率との組合わせの関数である。
パターン反復の確率は、十分な数のプローブを用いることによって地球の全集団 (約50億人)よりはるかに少なく計算されることがある。したがって、パター ン反復の確率は、関数的に独特であるためにIQIO中1未満である必要がある 。
本発明により、いずれのプローブ数を用いてもよい。実用的には、十分な数のプ ローブを用いて、統計的に有意の水準の独自性を達成する。本明細書中で用いら れる統計的に有意の数とは、使用者の目的に応じていずれの数でもありうるが、 約20個を上回るプローブであるのが好ましい。用いられるプローブの上限を規 定する必要はないが、MPP分析の好ましい実施態様が96ウ工ル微量滴定プレ ートであるので、90個のプローブが現行の商業的限界である。したがって、対 照用に6ウエルを与え、好ましくは、試験はMPP分析用に最大90ウエルまで 用いる。好ましい実施態様は20〜90個のプローブを含む。90個のプローブ を用いるMPP分析に関して、図2に示したように、パターン反復の確率は10 2T中1未満でありうる。これは既知の用途のいずれにもまさる。
図2は、式2を用いるパターン反復の確率の計算の結果を示す。理解しつるよう に、この曲線も「存在」頻度50%(0,5)のところにその限界を有する。
この存在頻度では、存在頻度50%での90個のプローブを用いるパターン反復 の確率はIQ−27未満である。
式2: 集団において繰り返される特定のプローブ試験セットの確率を決定する。一般的 な集団において繰り返される一定順序のセットの結果(パターン)の確率は、全 部の個々の配列反復確率の倍数である。これは式2によって公式化され、式中、 Xl、X2、X、〜Xnまでは式1から計算された個々の配列反復確率である。
(XI) (X2) (Xs) ・” (Xn) ==p式中、Pは一般的な集 団におけるパターン反復の確率である。
実施例:Xが全部0. 5であり且つ90個の配列が分析される場合。X全部が 0、 5である場合、パターン反復の確率はその最小値である。
(0,5+) (0−52) (0,53) ・・・ (0,5”)−(0,5 )”=8xlO−” 本発明において言及するキットは、同一性および父性双方を決定するのに用いる ことができる。キットは、試薬、フィルター、プレートおよび分析を行うのに必 要なプローブ全部を含むことができる。全部のプローブを同時に用いるが:微量 滴定プレートでのような別個な試験においては、身元確認パターン(PIF)  。
と称する陽性および陰性結果の独特のパターンを生じる。 当業者は、本発明が キットを含むことができるということを理解する。キットは「存在」多型性の検 出用であり、そして本発明にしたがって処理するための多重存在多型性プローブ 、フィルターまたはプレートおよび試薬を含むことができる。試験システムは核 酸プローブのセットを含み(用いられるプローブの数が多いほどパターン反復の 公算は少ない)、このようなプローブは、被験者核酸の一部分に別個にハイブリ ッド形成させて、各プローブ試験に関する別個の結果を提供する方式で用いられ るので、微量滴定プレート形式の場合のように予め決定された一定順序の配列で 試験結果を組合わせることにより、その結果は試験される被験者に独特のパター ンであるPIFを形成する。試薬としては、(a)処理用材料、例えば、(a) フィルターまたはプレート、(b)ハイブリダイゼーション、洗浄および検出用 溶液、(c)MPPに特異的な核酸プローブ並びに(d)陽性および陰性対照の ためのDNAおよびプローブがある。
即 多数の異なる種類の標識をMPPプローブと一緒に有効に用いる。多数の標識お よびそれらに付随する標識方法の十分な説明は、ケラ−(Keller)および マナク(Manak)によるD N A Probes’の中にある。各種標識 の例としては、ビオチンまたは任意のその誘導体、発蛍光団、化学発光または生 物発光標識、ジゴキシゲニン、酵素、水銀、ハプテン、臭素、DNA結合タンパ ク質、ユウロピウムーソラレン、ランタニド、修飾アミノ、修飾ヌクレオチド、 スルホン酸塩、AAIF、DNP、放射性同位体または引き続き検出しうる他の 分子がある5゜プローブは、制限されないが、ニックトランスレーション、フォ トアフィニティーラベリング、ランダムブライミング、直接酵素結合、末端標識 、化学修飾、テーリング、転写、直接合成またはコンシュゲージコンを含む技法 によって標識される5゜細胞溶解/核酸抽出 MPPの決定は制限酵素消化を必要としないので、検体を高度に精製する必要が ない。これは、核酸抽出をしない簡単な細胞および生物の破壊を可能にする。
細胞は、チオシアン酸グアニジニウム、SDSまたは他の界面活性剤を用いるこ とによって溶解される。
核酸捕捉 前記のように調製された粗製溶解物を、捕捉またはサンドイッチ検定を用いるハ イブリダイセーソヨン反応において直接用いるかまたは濾過して、ドツト、スポ ットまたは微量滴定プロット用に核酸試料を捕捉する。ある種の検定では、細胞 を直接スポットし、そしてそれらをフィルター上(フィルター現場)で破壊する ことが可能である。
プロッティングは、ドツトプロットまたはスロットプロットマニホールド、マニ ホールドなしの簡単なスポットプロット、細胞の直接「フィルター現場」プロッ ティングまたは他の方法によることができる。これらの操作は各種ラボマニュア ルおよび教本1.10. 11に記載されている。
ハイブリダイゼーション反応 異なる寸法のプローブは異なる結合親和性を示す。更に、プローブおよび標的間 の相同%は結合親和性に影響を与える。MPPに選択されたハイブリダイセーシ ョンおよび洗浄条件は、特定のヌクレオチド配列またはプローブに用いられたそ の配列の一部分の存在または不存在を区別することができる。これらの条件の確 立はストリンジエンシー(stringency)を設定する。適当な/S’l ’プリダイセーンヨン条件は、下記の7ゾブリダイセ一シヨン式に記載した式を 用いて算定されるが、最終の最適条件は個々のプローブそれぞれに関して経験的 に決定される。
検出/測定 ハイブリダイゼーション後に、用いられる検出システムは放射性同位体または非 同位体、例えば、比色分析、蛍光分析若しくは発光であってよい。唯一の判定基 準はバックグラウンド上での容易な検出である。検出方法はプローブを修飾する のに用いた標識の性質に依る。
ハイブリダイゼーション式 式3:長プローブを用いるDNA:DNAハイブリダイゼーションに関する融解 温度(Tm)を決定する。Tmは、DNA:DNAハイブリッドが一本鎖に分離 (変性)し始める点である。
Tm=81.5°C+16.61ogM+0.41 (G+C%)−0,7(ホ ルムアミド%) 式中、M= [Na”]モル/リットルである。
害亘烈・l M −N a+および50%ホルムアミド中、G+Cを45%含有 する250塩基のプローブに関して: Tm=81.5+16.6 log (1) +0.41 (45) −0,7 (50) Tm=81.5+ (0) +18、5−35=65°C 行われるべき温度である。
T、=Tm−20°C 上記の実施例を用いることにより: Th、、=65°C−20℃=45℃ 式5:14〜40塩基の短オリゴヌクレオチドプローブのTmの決定。短プロー ブに関する式Tmは経験的に決定されており;それは、プローブおよび標的の相 対塩基対含量の関数である。ホルムアミド不含の標準ナトリウムイオン濃度は、 用いられる反応条件である。
Tm=GC対当り4°C+AT対当り2°CTm=48C(10)+2℃(10 )=60°C式6:短オリゴヌクレオチドプローブのT。、bの決定。
Thyb=Tm−5°C したがって、上記の20マーのThybは55℃であろう。
実施例1゜ 以下は、マイクロタイタードツトプロット形式においてD N A / zイブ リダイセーンヨンを用いる実施例である。実施例1において言及される多数の具 体的な工程は、マニアナイス(Maniatis)ら10などの多数の実験室マ ニュアルで見出される。
ヒトDNAプロフィリング用検体 血液、精液、組織、または核酸を含む任意の検体を用いる。細胞を破壊してその 核酸を、それらの分解を防止する媒質中に遊離させる。核酸は、検体または生物 の必要性に応じて抽出してよいしまたはしなくてもよい。
核酸抽出:全血液から 1、血液検体を抗凝血物質EDTA中に集める。
2、血液を室温において400Xgで5分間遠心分離して赤血球を白血球から分 離する。白血球は赤血球の上部に層を形成する。白血球層をバスツールビベ・ノ ドで注意深く除去し、そして新しいポリプロピレン試験管に入れる。
3、細胞を再懸濁させ且つ溶解緩衝液(Lysis Buffer) (20m M )リス−ITcI、pH7,5; 20mM−NaC1: 20aM−ED TA)を加えて全容量を2mlにする。10%SO3を0. LD11加えるこ とによって細胞を溶解させる。
4、20mg/mlのプロテイナーゼKを0.2ml加える。50℃で1時間イ ンキュベートしてタンパク質を消化する。
5、等量(2,3m1)のPCI (フェノール:クロロホルム:イソアミルア ルコール: 25:24:1)を加え且つ1分間激しくかき回すことによって核 酸を抽出する。10分間遠心分離して2相を分離する。
6 上方の水性層を新しい試験管に移す。等量のPCIで再度抽出する。
7、再度、上方の水性層を新しい試験管に移す。等量のクロロホルム、イソアミ ルアルコール(24・1)を加え且つ1分間かき回す。10分間遠心分離する。
8 水性層を新しい試験管に移す。1/10容量(0,2m1)の2M−酢酸N a、 pH5,0および2容量の水冷100%エタノールを加える。−20℃で 少なくとも1時間インキュベートする。ミクロフユージで10分間遠心分離する 。
9 エタノールを試験管から注意深く除去してDNAペレットを残す。冷70% エタノール2mlを加え且つ静かにかき回すことによってベレットを洗浄する。
ミクロフユーンで10分間遠心分離する。
10、エタノールを注意深く除去し、そして試験管をペーパータオル上に倒置す るかまたは真空下で乾燥させることによって過剰のエタノールを排除する。ペレ ットが完全に乾燥しないようにし、さもなければ再溶解するのが難しくなるだけ である。
11、DNA/RNAを10mM トリス−HCl、pf17.5.1mM − EDTAの0.5ml中に溶解用途に応じて、RNAは陽性または陰性の利点を 有していてよい。したがって、必要な場合にこの操作を実施してRNAを除去す る。RNAの除去は、MPPプローブがリポソームRNAまたはバックグラウン ドとなった若干の他のRNAに対して交差反応する場合に必要であることがある 。
12、RNアーゼAを最終濃度100μg/mlまで加え且つ37℃で30〜6 0分間インキュベートする。
13、SDSを最終濃度0.5%までおよびプロテイナーゼKを最終濃度100 μg/mlまで加える。37°Cで30〜60分間インキュベートする。
14、工程4および5の場合と同様に、溶液をPCIで抽出する。
15、工程7の場合と同様に、溶液をクロロホルムで抽出する。
16、工程8〜11の場合と同様に、DNAを沈殿させ、洗浄し、そして再溶解 させる。
17、DNA溶液を一20℃で貯蔵する。
膜上の核酸プロッティング 被験者のDNA試料を多数の異なる部分(実施される個々のプローブ試験の数に 応じて最大90種類まで)に分割する。検体をメンブランフィルタ−上にプロッ トして、多数の異なるプローブを用いるハイブリダイゼーシヨンの用意をする。
ブロッティングを行う好ましい方法は、ナイロン膜がウェルの底部に1寸着した ミリポア(Mi 1lipore)微量滴定プレート(または他の製造業者から の同等物)を用いるマイクロタイタードツトプロット(MicrotiterD ot Blot)形式である。この種類のプレートは、濾過、各ウェル中での種 々のプローブとのハイブリッド形成および他のウェルから干渉(交雑混入または 滲出)されない試料の洗浄を可能にする。
18、微量滴定フィルタープレートと一緒に用いるのに適したノ(キューム・プ レナム(++acuum Plenum)装置を組立てる(商業的に入手可能な 96ウエルの71キユーム・プレナムのいずれでも十分である)。
19、微量滴定フィルター(ナイロン)プレートをプレナムに入れる。05M− NaOHを用いて各ウェルに0.2ml加えることによって膜を湿潤させる。
20、被験者の核酸溶液の試料を取出し且つIQM−NaOHを最終濃度0.5 Mまで加えることによって変性させる。RNAが試料中にある場合、直ちに工程 21へと続け、さもなければRN 、Aが破壊される。
21、変性核酸溶液200μmを試験される各ウェルに加える。
22、マニホールドに真空を適用して、ウェルの内容物を多孔質膜を介して吸引 する。核酸は膜に対して結合する。
RNA含有試料の使用に関する選択的工程工程23 23.1Mトリス−1’lC1、pH7,0を200μm加え且つ工程22の場 合と同様に濾過する。
24、試料をウェルから完全に除去した後に装置を取り外し、そして膜を60° Cで30分間焼くかまたは完全に自然乾燦させる。
標識プローブ プローブはDNAかまたはRNAから成る。用いられるプローブ標識方法は、用 いられた標識の種類に依る。標識に関する唯一の要件はノ<・ソクグラウ〉下層 での明確な検出能力である。好ましい標識は、標準エライザリーダーで容易に測 定しつるフィルター上の変色を生じる。例えば、ビオチニル化プローブはこの種 類の検出ノ又テムに適している。オリゴヌクレオチドを標識するには、化学的付 着5または光−ビオチニル化5が最良のプローブを生じる。
ハイブリダイゼーション反応 引き続き検出される標識を含んでいるオリゴヌクレオチドプローブを、標的(被 験者の)核酸を含んでいる媒質に加える。溶液を、塩、ホルムアミド、プローブ と標的を結合(ハイブリッド形成)させる温度および時間を含む適当なハイブリ ダイゼーション条件でインキュベートする。
ナイロン膜を用いて作業するのに好ましいプレハイブリダイゼーション溶液は下 記の化学物質を含む。
Q、 1mg/mlの酵母tRNA(試薬を除去する濾過が引き続きの工程に用 いられない場合、音波処理したニシン精子DNAで置き換えることができる)0 .2%フィコール 02%2%ランアルブミン(またはグリシン)02%ポリビニルピロリドン 6X SSC(塩化ナトリウム、クエン酸ナトリウム)1%SO3(ドデシル硫 酸ナトリウム)25、全部のウェルの膜を適当なプレハイブリダイゼーション溶 液でプレハイブリッド形成して、プローブの非特異的結合を阻止する。好ましい 方法において、プレハイブリダイゼーション溶液は各プローブのハイブリダイゼ ーションの場合と同一のものである。378Cで30〜60分間プレハイブリッ ド形成させる。
26、プレハイブリダイゼーションに続いて、過剰の溶液を真空下で濾過するこ とによってまたは溶液を注ぎ出すことによって除去する。
27、ウェルを6XSSCで1回濯ぎ洗浄し、そして濾過して過剰の試薬を除去 する。
マイクロタイタードツトプロット形式において、ハイブリダイゼーシヨンおよび 洗浄に用いられる温度は全部のウェルに関して同一であるのが好適である。これ は処理を一層容易にさせる。反応の厳格さは所望のプローブ特異性(または相同 %)を設定するものであり、塩またはホルムアミド濃度によって制御される。
(適当なハイブリダイゼーション条件を決定する方法を示す詳述された式に関す る前記のハイブリダイゼーション式を参照されたい。) ハイブリダイセーノヨ ン条件は、95%またはそれ未満の相同性を示す標的からの標的核酸配列に対し て100%相同の20塩基対のオリゴヌクレオチド毎に区別することかできる。
20マーでのこの識別度に近い反応条件を下記の実施例で示す。
ナイロン膜を用いて作業するのに好ましいプレノ\イブリダイセーノヨン溶液は 下記の化学物質を含む。
0、1+ng/+nlの酵母tRNA(試薬を除去する濾過が引き続きの工程て 用いられない場合、音波処理したニシン精子D N 、Aで置き換えることがで きる)0.2%フィコール 0.2%ウン血1llfアルブミン(またはグリシン)02%ポリビニルピロリ ドン 6X 5SPE 1%SOS <ドデシル硫酸ナトリウム)場合によりホルムアミド(150%) 場合により硫酸デキスラン(5〜10%)この基本的試薬の変更は多数存在する 。これらの試薬の最終濃度は、膜材料(ナイロン、ニトロセルロースまたは紙) 、プローブの長さおよびGC含看並びに用いられる標識の種類(例えば、放射性 同位体、ヒオチン、発光等)に依る。
28 各標識プローブ(30〜90種類の異なる溶液を調製する)をハイブリダ イセーンヨン溶液中に適当な最終1度まで混合する(最終濃度は標識の性質に依 る)。ビオチニル化プローブに関しては、ハイブリダイセーソヨン溶液中におい て0゜1〜0.2二g/ml用いる。
29 プローブ溶液1の0.2mlをウェル1に、プローブ溶液2の0.2ml をウェル2に入れ、そして全部のプローブ溶液が加えられるまで続ける。
30、用いられた特定のプローブ長さおよびノ\イブリダイセーション溶液に適 当な温度でインキュベートする。ホルムアミドまたは硫酸デキストラン不含の前 記に記載したハイブリダイゼーション溶液中のGC含量50%のビオチニル化2 0マーに関して、Thl。は約55℃である(計算に関しては前記の/%イブリ ダイセーション式を参照されたい)1゜ 3155°Cで16時間ハイブリッド形成させる。
鯖 過剰の非結合プローブを、物理的分離によってまたは化学的分解などの別の手段 によって除去して非結合プローブを破壊する。残りのプローブはその特異的相補 的配列に対してハイブリッド形成するものであり、検出される。
32、過剰のハイブリダイゼーション溶液を、溶液を注ぎ出すことによって除去 する。
33 各ウェルを室温において洗浄溶液(0、IX SSCO,2ml、1%5 DS)で3回イ1ぎ洗浄して、非結合の過剰プローブを除去する。洗浄溶液濃度 は、種々のプローブを同一の洗浄温度で調節するように変更することができる。
34、最終の極めてストリンジエンシーな洗浄に関して、洗浄溶液0.2mlを 各ウェルに加え且つ55℃で30分間インキュベートして、誤対合プローブを除 去する。
過剰の洗浄溶液を濾過するかまたは注ぎ出す。この洗浄を1回繰り返す。
検出 検出方法はプローブを修飾するのに用いられた標識の性質に依る。ビオチニル化 プローブシグナルを生じさせる典型的な方法を以下に記載する。これらの工程の いずれの間にも膜を完全に転環させないことが重要である。インキュベーション は全て室温においてである。
35、各ウェルに対してブロッキング溶液1 (50mMトリス−HCl中3% BSA、pi17.4.20mM−NaC1,0,3%トゥイージー20.0. 01%チメロサール)0.2mlを加え且つ15分間インキュベートする。
36 過剰のブロッキング溶液を濾過するかまたは注ぎ出す。各ウェルに対して 酵素コンジュゲート(Conjugate) (ブロッキング溶液中、アルカリ ホスファターゼ−ストレプトアビジン(streptavidin)コンジュゲ ートl+g/ml) 0.2mlを加え且つ10分間インキュベー1・する。
37 酵素コンジュゲート溶液を濾過するかまたは注ぎ出す。各ウェルを洗浄溶 液2 (50mM)リス−1(C1、I)H7,4,2hll−NaC1,0, 3%トウィーンー20.0.O1%チメロサール)0.2ml中においてそれぞ れ5分間3回洗浄する。各洗浄毎に洗浄溶液2を濾過するかまたは注ぎ出す。
38、基質溶液(NBT/BCIP)0.2mlを各ウェルに加え且つ暗所にお いて発色するまで15分間〜2時間インキュベートする。
39、各ウェルを脱イオン水中で洗浄することによって展開を停止させる。ウェ ルを濾紙上で乾燥させる。
実施例2゜ この技法は、ハイブリダイゼーション溶液6中の塩化ナトリウムの代わりに塩化 テトラメチルアンモニウム(または塩化テトラエチルアンモニウム)を代用する 。
他の工程は全て実施例1の場合と同一である。この塩の変更により、生成された ハイブリッドの安定性に対する相対匡含量%の影響が避けられる。これはオリゴ ヌクレオチド配列がハイブリダイゼーション反応を同様に実施するのに同様の闇 含量を必要としないので、MPPプローブを調製するのに有用である。試薬シス テムはより一層単純である。従来、この変法はヒト結腸直腸癌におけるras遺 伝子突然変異の分析?4に適用されてきた。
ハイブリダイゼーション反応 実施例1の場合と同様に、ビオチニル化オリゴヌクレオチドプローブを、標的( 被験者の)核酸を含んでいる媒質に加える。下記のハイブリダイゼーション溶液 を含む適当なハイブリダイゼーション条件で溶液をインキュベートする。プロー ブおよび標的を結合(ハイブリッド形成)させる温度および時間を以下で論理す る。
ナイロン膜を用いて作業するのに好ましいプレハイブリダイゼーション溶液は下 記の化学物質を含む。
0、1mg/mlの酵母tRNA(試薬を除去する濾過が引き続きの工程に用い られない場合、音波処理したニシン精子DNAで置き換えることができる)0. 2%フィコール 0.2%ウシ血清アルブミン(またはグリシン)0.2%ポリビニルピロリドン 3M塩化テトラメチルアンモニウム 50IIIIIトリス−11CI、 pnlll、 02mM EDTA 1%SO3(ドデシル硫酸ナトリウム)25、全部のウェルの膜を適当なプレハ イブリダイゼーション溶液でブレI\イブリッド形成して、プローブの非特異的 結合を阻止する。好ましい方法において、プレハイブリダイゼーション溶液は各 プローブのハイブリダイモーション中にもちいられるのと同一のものである。5 6°Cで30〜60分間プレハイブリッド形成させる。
26、プレハイブリダイセージコンに続いて、過剰の溶液を真空下で濾過するこ とによってまたは溶液を注ぎ出すことによって除去する。
ハイブリダイゼーション条件は単一の塩基対誤対合を示す標的からの標的拡散配 列に対して100%相同の20塩基対のオリゴヌクレオチド毎に区別するまうに 決定された。正確な反応条件は経験的に決定されるが、20マーでのこの識別度 に近い反応条件を下記の実施例で示す。
27、各プローブ(30〜90種類の異なる溶液を調製する)をハイブリダイゼ ーシヨン溶液中に適当な最終濃度まで混合する(最終濃度は標識の性質による) 。ビオチニル化プローブに関しては、ハイブリダイゼーション溶液中において0 .1〜Q、 2n+g/mlを用いる。
28、プローブ溶液1の0.2mlをウェル1に、プローブ溶液2の0.2ml をウェル21;入れ、そして全体のプローブ溶液が加えられるまで続ける。
29、用いられた特定のプローブ長およびハイブリダイゼーション溶液に適当な 温度でインキュベートする。Thfbは約56℃である(計算に関しては前記の ハイブリダイゼ一シヨン式を参照されたい)。
30.50℃で16時間ハイブリッド形成させる。
紗 過剰の非結合プローブを、物理的分離によってまたは化学的分解などの別の手段 によって除去して非結合プローブを破壊する。残りのプローブはその特異的相補 的配列に対してハイブリッド形成したものであり、検出される。
31、過剰のハイブリダイゼーション溶液を、溶液を注ぎ出すことによって除去 する。
32、各ウェルを洗浄溶液1(2X 5SPE 0.2吐1%5DS)を用いて 室温において5分間3回濯ぎ洗浄して、非結合の過剰プローブを除去する。洗浄 溶液1度は、種々のプローブを同一の洗浄温度で調節するように変更することが できる。
33、最終の極めてストリンジエンシーな洗浄に関して、高塩洗浄溶液(5xS SPE1.0%5DS)0.2mlを各ウェルに加え且つ59℃〜73℃で(プ ローブに応じて)5分間インキュベートして誤対合プローブを除去する。過剰の 洗浄溶液を濾過するかまたは注ぎ出す。
34、フィルターを、0.2%フィコール、0.2%ウシ血清アルブミン(また はグリシンL0.2%ポリビニルピロリドンまたは酵母tRNA(またはDNA )不含のハイブリダイゼーション溶液中において59℃〜60℃で1時間2回洗 浄する。
実施例1または2の結果 陽性の結果は、バックグラウンド(陰性対照)上で識別しつるシグナルによって 示される。ビオチニル化プローブおよびアルカリホスファターゼコンジュゲート に関するシグナルは紫がかった青色である。
陽性の結果を1と記録し且つ陰性の結果を0と記録する。結果を、他のパターン と比較するための予め決定された形状によるコンピュータープログラムに入れる 。典型的な微量滴定プレートパターンを図3に示す。
結果の分析 39個体の識別 単一の個体は、特定のプローブセットに関して陽性および陰性結果のある安定な パターンを示す(微量滴定プレートでの実際的な理由で、これは最大90種類ま でのMPPプローブである)。この個体はいずれの分析においても同一のパター ンを与える。したがって、前の結果との比較は常に、同一の遺伝子断片セットに 関して同一のパターンを示す。同一個体の別個の組織から得られた共通の検体は 全て同一のパターンを示す。例外は一卵性双生児である。十分な数のMPPプロ ーブを用いて10I0中1未満の水準の独自性が達成される場合、2種類の非同 −性個体が同一のパターンを有することはない。存在頻度が0,5のMPPプロ ーブを用いると、式2により、33種類のプローブのみが必要とされる。「存在 」頻度が0.2のプローブを用いると、1010中1の水準の独自性に対して6 0種類のプローブが必要である。したがって、「存在」頻度が数と組合わされた 用いられるプローブがPIF独自性を決定する。
HLA DQ−α遺伝子座に対するプローブは、殺人容疑者を除外する場合に役 立てるのに用いられてきた。場合においては、被害者および犯罪現場からの毛髪 などの検体が種々のHLA DQ−α対立遺伝子を示す場合に、それらを試験し て識別することができる。この遺伝子座の識別しうる形態は6種類存在する。
比較は、容疑者、被害者および攻撃者のHLA DQ−α遺伝子地図から行われ る。この情報は若干の容疑者を除外するのに用いることができるが、極めて正確 に容疑者を確認するのに用いることはできない。HLA DQ−α遺伝子座から の情報を用いる可能性による同一である確率の範囲は10中1〜100中1であ る。MPP分析は、最大25までの大きさの程度までの更に十分な精度を有する ことがありうるし、そして可能性のある容疑者を除外するのに用いるべきである と考えられる。
更に、被験者の生涯の間にある種の遺伝子を変化させることがある癌細胞の場合 のように、突然変異誘発性疾患を検出するMPPプローブを避けるように注意す る。この変化は被験者のPIFに対する変化を引き起こすと考えられる。
PIFに関して、用いられるMPPプローブの数は、各プローブの個々の配列反 復の確率および前記の本発明の詳細な説明において記載したように使用者にとっ て必要なパターン反復の確率の関数である。微量滴定プレート形式を用いる実際 的な理由で、用いられるMPPプローブの数は90個またはそれ未満である。P IFの一つの重要な使用法は、未知検体と容疑者から得られた検体とを対合させ ることによって血液、精液または他の組織試料から身元を確認することである。
b、父性確定 PIFと同様に、父性決定に用いられるMPPプローブの数は、各プローブの個 々の配列反復の確率、および関係を確立するのに必要なパターン反復の確率の関 数である。
母親と子とのパターンの比較は特定の遺伝子の結果において相違を示す。これら の種々の遺伝子の推定による父親との比較は、これらの遺伝子が父親に由来した ものかどうかを示す。可能な対合は、母親とは異なる遺伝子全部を父親が寄与し ている場合に達成される。
場合においては、母親とは異なる子の遺伝子の数が少数しかないことがある。
これは、完全な対合を有することができる可能性のある父親の数を増大させると いう影響を与える。したがって、ある対合が唯一であるという確率を決定するこ とが望ましい。推定上の父親が真の父親であるという確率は、母親とは異なる子 の遺伝子の頻度の組合わせから決定される。
母親由来の遺伝子変異の数が十分である場合、確率は、推定による父親が真に父 親であるということを決定する。必要な排斥頻度はおそら<10”中1以下であ る。存在頻度が50%のMPPを用いると、式2により、排斥頻度は母親と子と の間に16プローブの相違を必要とする。
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11 、 Nucleic Ac1d Hybridization、 A P ractical Approach(1985)ヘイムズiH awes) 、 BDおよびハイジン(Higine)、 SJ、監修、 IR Lプレス(Press)、ワシントン DC0 浄書(内容に変更なし) 集団における経験的頻度(f) 浄書(内容に変更なし) 集団における1EF11の頻度(f) 国際調査報告 手続補正書彷痴 1、事件の表示 PCT/US91107685 平成3年特許願第518077号 2、発明の名称 多重核酸配列の存在または不存在の検出による識別および父性決定3、補正をす る者 事件との関係 特許出願人 住所 氏 名 ラブ、ジャック 4、代理人 住 所 東京都千代田区大手町二丁目2番1号新大手町ビル 206区 5、補正命令の日付 平成 5年12月14日 侵送日)6、補正の対象

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.(a)複数の独特のヌクレオチド配列を選択し;(b)それぞれの独特の配 列を適当なプローブとハイブリッド形成させ;そして (c)陽性のシグナルの種類および数を分析することを含む方法。
  2. 2.独特のヌクレオチド配列が、多重存在多型性を有する配列を含む請求項1に 記載の方法。
  3. 3.独特のヌクレオチド配列が、集団の一部分に存在するヌクレオチド配列を含 む請求項2に記載の方法。
  4. 4.プローブが少なくとも10個のヌクレオチドを含む請求項1に記載の方法。
  5. 5.約20〜約90個のヌクレオチド配列を選択する請求項1に記載の方法。
  6. 6.請求項1に記載の工程「c」が、陽性および陰性シグナルの識別しうるパタ ーンを提供する請求項5に記載の方法。
  7. 7.プローブ配列が集団の約10%〜約90%に存在している請求項3に記載の 方法。
  8. 8.プローブ配列が集団の約50%に存在している請求項7に記載の方法。
  9. 9.ヌクレオチド配列が制限断片長多型を示す請求項2に記載の方法。
  10. 10.父性を決定する方法であって、 (a)母性のヌクレオチド配列セットに関して請求項1に記載の方法を実施し( b)子のヌクレオチド配列セットに関して請求項1に記載の方法を実施し;(c )推定上の父性のヌクレオチド配列セットに関して請求項1に記載の方法を実施 し; (d)工程「a」および「b」の結果の類似点および相違点を分析し;そして( e)工程「d」において見出された相違点と工程「c」の結果とを比較すること を含む上記の方法。
  11. 11.それぞれが多重存在多型性を有する複数のヌクレオチド配列;および適当 な容器、を含むキット。
  12. 12.下記、すなわち、 フィルター; 微量滴定プレート; ハイブリッド形成試薬; 洗浄試薬; 検出または標識試薬;並びに 陽性および陰性対照用のヌクレオチド配列の少なくとも一つを更に含む請求項1 1に記載のキット。
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