JPH0699A - 核酸の検出法 - Google Patents
核酸の検出法Info
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Abstract
すること。 【構成】 核酸を付着または含有している疑のある固形
担体に、測定可能なシグナルを発生し得る標識またはそ
の前駆体を結合させたポリアミンを接触させて、核酸と
ポリアミンとの間で複合体を形成させ、前駆体を用いた
場合は標識に変換し、その前または後に複合体を形成し
ていないポリアミンを除去し、その後、標識を検索する
ことを特徴とする、核酸の検出法。
Description
静電気的に結合する性質を利用した核酸の検出法に関す
るものである。
の検出法としては、従来、臭化エチジウムを用いる方法
が広く行なわれている。この方法は、核酸に臭化エチジ
ウムを複合(インターカレーション)させ、その際発せら
れる蛍光によって核酸の位置を知る方法である。しか
し、この方法によるときは明所では蛍光を確認できない
ため、暗所で紫外線照射下に撮影した像を現物と対照し
て核酸の位置を知らねばならず、不便であった。また、
臭化エチジウムは強い発がん性を有するので[例えば
「遺伝子操作マニュアル」(講談社サイエンティフィッ
ク)第2頁第18−21行]、取扱いが危険であった。そ
のほかの方法として、アニオン性金コロイドを用いる方
法およびカチオン性カコジル酸鉄コロイドを用いる方法
[ジーン・アナリシス・テクニックス(Gene Anal.T
echn.)1986年、1−5頁]が知られている。しか
し、これらは何れも感度が悪く、また金コロイドによる
方法は背景染色であるから識別が容易でなく、さらに染
色後のハイブリダイゼーションが影響を受けるという欠
点があり、鉄コロイドによる方法はハイブリダイゼーシ
ョン後の染色ができないという欠点があった。したがっ
て、上記のような欠点のない、容易、安全、確実、簡便
な核酸検出法の開発が望まれていた。
にも親和性を有することは既に知られている[バイオケ
ミカル・ジャーナル(Biochem.J.)103巻,811-815頁(19
67)、ジャーナル・オブ・モレキュラー・バイオロジー
(J.Mol.Boil.)24巻,113-122頁(1967)、ジャーナル・
オブ・モレキュラー・バイオロジー(J.Mol.Boil.)42
巻,363-373頁(1969)、ジャーナル・オブ・モレキュラー
・バイオロジー(J.Mol.Boil.)121巻,327-337頁(1978)
等]。また、ポリアミンで修飾した蛋白質相補的ポリヌ
クレオチドと共有結合させてなるプローブを、標的ポリ
ヌクレオチドの検出に用いることも公知である(特表昭
60−501488号、その公告公報である特公平2−
59720号およびその分割出願である特開平1−12
4400号)。しかし、標識したポリアミンを核酸に複
合させることによる核酸検出法は知られていない。
付着または含有している疑のある固形担体に、測定可能
なシグナルを発生し得る標識またはその前駆体を結合さ
せたポリアミンを接触させて、核酸とポリアミンとの間
で複合体を形成させ、前駆体を用いた場合は標識に変換
し、その前または後に複合体を形成していないポリアミ
ンを除去し、その後、標識を検索することを特徴とす
る、核酸の検出法、(2)標的核酸を付着または含有して
いる疑のある固形担体に、(イ)測定可能なシグナルを発
生し得る標識またはその前駆体を結合させた標的核酸に
ハイブリダイズし得るプローブをハイブリダイゼーショ
ン条件下で接触させて、ハイブリッドを形成させ、前駆
体を用いた場合は標識に変換し、その前または後にハイ
ブリッドを形成していないプローブを除去し、その後、
標識を検索することを含む第1の検出操作、および(ロ)
測定可能なシグナルを発生し得る別の標識またはその前
駆体を結合させたポリアミンを接触させて、核酸とポリ
アミンとの間で複合体を形成させ、前駆体を用いた場合
は標識に変換し、その前または後に複合体を形成してい
ないポリアミンを除去し、その後、標識を検索すること
を含む第2の検出操作、を組合わせて任意の順序で実施
することを特徴とする、標的核酸とそれ以外の核酸の識
別検出法および(3)(イ)酵素で標識したポリアミン、お
よび(ロ)酵素作用によりシグナルを発生する色原体を含
む、核酸検出用キットを提供するものである。
と次の通りである。「核酸」は、プリンまたはピリミジ
ン塩基、ペントースおよびりん酸が結合してなるヌクレ
オチドを基本単位とし、りん酸のエステル結合によって
重合したポリマーである。塩基としては、アデニン、シ
トシン、グアニン、チミン、ウラシルおよびそれらの修
飾塩基が含まれる。また、核酸には糖部分の違いによっ
てDNAとRNAがあり、さらに1本鎖、2本鎖等およ
び立体構造の違いがある。「固形担体」は、核酸の分離
または検出に用いられる薄板、シート、ストリップ、ス
ラブ、フィルム、メンブラン等を包含する。代表的なも
のは、アガロースゲル、ナイロン膜、濾紙、ニトロセル
ロース膜等である。
る物質であり、酵素(基質との組合わせとして)、スピン
化合物、放射性核種、蛍光物質、化学発光物質、吸光物
質等が含まれる。好ましい標識は酵素である。酵素とし
ては、ペルオキシダーゼ、β−ガラクトシダーゼ、グル
コースオキシダーゼ、アルカリホスファターゼ、グルコ
ース−6−りん酸脱水素酵素等が含まれる。酵素活性の
測定法には、吸光度法、蛍光法および化学発光法があ
る。例えば、ペルオキシダーゼは色原体としては2,2'
−アジノジ(3−エチルベンズチアゾリン)−6'−スル
ホン酸(ABTS)のような基質を用い、生じた色素を吸
光度法で測定する。グルコースオキシダーゼはグルコー
スを基質として過酸化水素を生ずるので、ペルオキシダ
ーゼと共役させて上と同様に測定できる。β−ガラクト
シダーゼはo−ニトロフェニル−β−D−カラクトシド
を基質として測定できる。蛍光法としては、例えばペル
オキシダーゼはp−ヒドロキシフェニルプロピオン酸を
基質として、β−ガラクトシダーゼはフルオレスセイン
−β−D−ガラクトシドまたは4−メチルウンベリフェ
リル−β−D−ガラクトシドを基質として、またホスフ
ァターゼはウンベリフェリルりん酸またはブロモクロロ
インドリルホスフェート/ニトロブルーテトラゾリウム
を基質として測定できる。化学発光法としては、例えば
ペルオキシダーゼはルミノールと過酸化水素を基質とし
て測定できる。標識(例えば酵素)をポリアミンに結合さ
せるには、例えばベンゾキノン(キンヒドロン)、ビス
[2−(スクシンイミドカルボニルオキシ)エチル]スルホ
ン(BSOCOES)、ビス(スルホスクシンイミジル)ス
ベラート(BS3)、1,2−ジフルオロ−2,4−ジニト
ロベンゼン(DFDNB)、4,4'−ジイソチオシアノ−
2,2'−ジスルホスチルベン、ジナトリウム塩(CDI
DS)、アジピンイミド酸ジメチル・ジ塩酸塩、N−(γ
−マレイミドブチリルオキシ)スクシンイミド(GMB
S)、N−(4−アジドフェニルチオ)フタルイミド(AP
TP)、N−スクシンイミジル−6−(4'−アジド−フ
ェニル)−1,3'−ジチオプロピオナート(SADP)、
ピリジンジスルフィド、チオフタルイミド等の架橋試薬
を用いる。「標識前駆体」は、例えば阻害物質でブロック
された標識のように、標識に転換され得る物質である。
「シグナル」は、可視光、蛍光、放射能、その他の電磁波
等である。測定値をそれを発生した物質の量と関連づけ
ることができるものが好ましい。「標識の探索」は、上記
のようなシグナルを肉体的または機械的手段で検出する
ことを含む。
上有する脂肪族骨格の化合物であり、天然(生体)アミン
および合成ポリマーが含まれる。通常炭素原子数3〜5
0、好ましくは6〜15または20程度の脂肪族鎖の両
端に第1級アミノ基があり、鎖がイミノ基で中断される
ことがあり得る。代表的な天然ポリアミンは、1,3−
ジアミノプロパン、プトレツシン、カダベリン、ノルス
ペルミジン、スペルミジン、ホモスペルミジン、アミノ
プロピルカダベリン、テルミン、スペルミン、テルモス
ペルミン、カナバルミン、アミノペンチルノルスペルミ
ジン、N,N'−ビス(アミノプロピル)カダベリン、カル
ドペンタミン、ホモカルドペンタミン、カルドヘキサミ
ン等である。代表的な合成ポリアミンには、ジエチレン
トリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレン
ペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン、ヘキサメチレ
ンジアミン、ポリエチレンイミン(平均分子量約10,0
00−約200,000、好ましくは約20,000−約
100,000、例えば約50,000−約60,000
のもの、例えばBASF社のポリミンG35)等が含ま
れる。
または物理的結合または結合物を意味し、共有結合また
は結合物を意味しない。通常、複合は可逆的であり、容
易に解離させることができる。「ハイブリダイズ」または
「ハイブリダイゼーション」とは、2本の1本鎖ポリヌク
レオチドが相補的またはほぼ(例えば70%以上、好ま
しくは80または85%以上、特に90または95%以
上)相補的である場合に、結合して2本鎖を形成するこ
とをいう。「ハイブリダイゼーション条件下」とは、ハイ
ブリダイズし得るポリヌクレオチドがハイブリッドを形
成する条件をいう。一般に、この条件は、温度として約
70℃以下、好ましくは約60℃以下、通常、約40−
55℃を含む。時間は短時間で充分である。「標的」は、
関心の対象であることを表わす。「プローブ」は、標的D
NAまたはその一部分と相補性が高いDNAであり、通
常、標的DNAより短く、約5−50塩基、好ましくは
約10−40塩基、例えば約20−30塩基からなる。
ある。ベンゾキノンを用いる酵素とポリアミンの結合を
例にとると、反応は、下記反応式に従って進行すると考
えられている。
Aはポリアミンからアミノ基を除いた残基、Xは第1級
または第2級アミノ基である]
る。透析のような手段で精製した酵素(約150部)にベ
ンゾキノン(約1部)を加え、好ましくは僅かに加温して
反応させるとワイン赤色の反応液となる。これをゲル濾
過等の方法でクロマトグラフィー的に分離すると紫色、
黄色およびワイン赤色のフラクションに分かれる。ワイ
ン赤色のフラクションをとり、弱塩基の存在下にポリア
ミン(酵素の数分の1量)を僅かな加温下に反応させ、適
宜精製すると酵素標識したポリアミンが得られる。
ことができる。 (イ)核酸試料をメンブランにドットスポットするか、ま
たはアガロースゲル電気泳動後メンブランにエレクトロ
トランスファーし、ベーキングして固定する。緩衝液に
入れたうし血清アルブミンで処理後、標識または前駆体
を結合したポリアミンを加えて反応させる。洗浄後、標
識前駆体の場合は標識に変換し、検索する。 (ロ)DNAフラグメントをアガロースゲル電気泳動に付
し、サザンブロッティングする。放射能標識したプロー
ブを用いて、加温下にプレハイブリダイゼーション後、
ハイブリダイゼーションを行なう。洗浄後、X線フィル
ムでDNAの位置を調べる。その後、標識または前駆体
を結合したポリアミンを反応させ、適宜発色させて検索
する。 (ハ)DNAフラグメントをドットブロッティングによる
かまたはアガロースゲル電気泳動後のサザンブロッティ
ングによりメンブランに固定し、プレハイブリダイゼー
ション後Bio−DNAプローブを用いてハイブリダイゼ
ーションを行なう。洗浄、ブロック後、酵素標識したス
トレプトアビジンを反応させ、洗浄、プレインキュベー
ション後さらに別の酵素で標識したポリアミンを反応さ
せる。洗浄後、それぞれの酵素の発色処理に付すると、
2色の発色により、ハイブリダイズしたDNAとハイブ
リダイズしないDNAが異なる色に発色した像が得られ
る。例えば、アルカリホスファターゼ/BCIP−NB
T系は紫、ペルオキシダーゼ/DAB系は褐色に発色す
る。この方法において、プローブとポリアミンの処理順
序は逆にすることもできる。
線フィルムとしてではなくメンブランそのものが発色し
ているので、直接メンブラン上に核酸を確認することが
できる。また、PCRの場合、同程度の分子量をもつが
配列が異なる増幅物を、ハイブリダイゼーションにより
区別することができる。この発明の方法は、危険な試薬
を用いる必要がなく、高感度(例えば、DNAは数ピコ
グラム、RNAは数十ピコグラム)であり、しかも、操
作が容易であるという利点を有する。なお、この発明の
実施に必要な試薬類をキットにしておくと、操作がさら
に容易となる。
様を説明する。 実施例1 (ペルオキシダーゼまたはアルカリホスファターゼ標識
ポリエチレンイミンの製造)アルカリホスファターゼ(C
IP、ベーリンガー・マイハイム社、グレードI)0.
81ml/4.05mg/7500単位または西洋わさびペ
ルオキシダーゼ(ベーリンガー・マンハイム社製)を、4
0℃で一夜、0.1Mりん酸緩衝液で透析し、イムノケ
ミストリー(Immuno Chemistry)14巻767−774
頁(1977年)記載の方法にしたがって、p−ベンゾキ
ノン(120μl/30mg/エタノール)と遮光下37℃
で60分間反応させ、セファデックスG−25でゲル濾
過後、ワイン赤色のフラクション(2.7ml)を分取し
た。これに300μlの1M−NaHCO3(pH9.0)、
30μlのポリエチレンイミン(エポミン)を加え、よく
混合した。これを37℃で遮光下に一夜反応させた後、
5mMりん酸緩衝液(pH6.8)で透析して酵素・ポリエ
チレンイミン・コンジュゲートを得た。本品は4℃で1
年以上安定であった。
「モレキュラー・クローニング」(“Molecular Clonin
g", 1982年、コールド・スプリング・ハーバー・ラ
ボラトリー)記載の方法に従って、ナイロンメンブラン
(ポール社製Biodyne A)上に変性したλHind III
DNAまたはエシエリキア・コリ(E.coli)K−12 r
RNAをドットブロッティングした。また、ベクター p
BR322のHind III 部位にランダムクローニン
グしたスタフィロコッカス・アウレウス(St.aureus)
ゲノムDNAのクローンを、定法により増幅、抽出した
後、Hind IIIで処理した。試料を1%アガロースゲ
ル電気泳動で分離後、メンブラン上にエレクトロブロッ
ティングした。(40V,4時間)。同様に、λHind
III DNAもブロッティングした。これらのDNA
またはRNA試料はベーキング(80℃、2時間)するこ
とにより、メンブラン上に固定した。
固定されたDNAまたはRNAを含むメンブランを5m
Mりん酸緩衝液−1%うし血清アルブミン(BSA、シ
グマ社、フラクションV)に浸し、室温で60分間イン
キュベートした。次に、アルカリホスファターゼ(また
はペルオキシダーゼ)標識ポリエチレンイミンを100
μl/20mlの割合で加え、37℃で120分間インキ
ュベートした。メンブランを5mMりん酸緩衝液−1%
BSA−0.1%ツイーン20で10分間づつ3回洗浄
し、0.1MトリスHCl(pH9.5)−10mM−MgC
l2でリンスした。ブロモクロロインドリルホスフェート
(BCIP)75mg/ml 0.1MトリスHCl(pH9.
5)−10mM−MgCl2 20mlおよびニトロブルーテ
トラゾリウム(NBT)50mg/ml各300μl/50ml
を加えた発色液中でメンブランを発色させた。
ョン)スタフィロコッカス・アウレウス(St.aureus)ゲ
ノムkbpフラグメントDNAを使用し、常法に従って32
P−dCTPまたはBio−11−dUTP(BRL)を用い
てニックトランスレーション反応を実施し、32P−DN
AまたはBio−DNAを調製した。変性したプローブを
含むハイブリダイゼーション緩衝液(5×SSC、0.
1%BSA、0.1%ツイーン20)により、メンブラ
ンを42−55℃で一夜ハイブリダイゼーション処理し
た。その後、55℃で30分間、0.16×SSC−
0.1%ツイーン20で洗浄した(時点A)。32P−DN
Aプローブを用いた場合は、時点Aでメンブランを湿っ
たままサランラップに包み、X線フィルムに露出してシ
グナルを検出した。その後、メンブランを42℃で3時
間以上にわたり3%BSA−0.1%ツイーン20−り
ん酸緩衝食塩水(PBS)でブロッキング処理し、ペルオ
キシダーゼ標識ポリエチレンイミンを100μl/シー
トの割で0.1%BSA−0.1%ツイーン−PBSに
加え、2−3時間反応させた。ついで、0.1%ツイー
ン20−PBSで20分間づつ3回洗浄し、ジアミノベ
ンジデイン(DAB)−H2O2系で発色させた。Bio−D
NAプローブを用いた場合は、時点A後、PBS−0.
5%ツイーン20を用いて室温で60分間処理した。つ
いで、アルカリホスファターゼ標識ストレプトアビジン
を含むPBS−0.05%ツイーン20により室温で2
0分間処理後、PBS−0.5%ツイーン20で10分
間づつ2回洗浄した。次に、PBS−1%BSA−0.
1%BSA−0.1%ツイーン20を用い室温で20分
間プレインキュベーション後ペルオキシダーゼ標識ポリ
エチレンイミンを加え、42℃で3時間反応させた。メ
ンブランをPBS−0.1%ツイーン20で10分間づ
つ3回洗浄後、0.1MトリスHCl(pH9.5)−1
0mM−MgCl2でリンスし、BCIP−NBT系を用い
て室温で20分間発色処理した。PBSで10分間づつ
3回洗浄後、さらにDAB−H2O2系で発色処理した。
メンブランをPBS−0.1%ツイーン20で洗浄後保
存した。
NAをドットスポットし、アルカリホスファターゼ標識
ポリエチレンイミンで検出した結果をそれぞれ図1およ
び図2に示す。スポット量は、図1の上からλDNA
4.7μg、470ng、47ng、4.7ng、47
0pg、47pg、4.7pg、470fg、図2の上か
らγRNA5μg、500ng、50ng、5ng、
500pg、50pgである。DNAでは470fg、R
NAでは50pgの感度で検出できた。 (ロ) λHind III DNAの希釈系列を作り、その各
試料をアガロースゲル電気泳動で分り後、ゲルからメン
ブランへエレクトロブロッティングしたものを、アルカ
リホスファターゼ標識ポリエチレンイミンで検出した結
果を図3に示す。ここでは、希釈系列(0.06μg)の試
料においても、ゲル分り後のエチジウムブロミド染色パ
ターンと、ブロッティングの検出パターンは完全に一致
していた。これによりこの発明の方法の正しさが裏づけ
られた。 (ハ) λHind III DNAのサイズマーカーを含むp
BR322に挿入されたDNA断片を、制限酵素で切り
出した後、アガロースゲル電気泳動で分りし、メンブラ
ン上にエレクトロブロッティングし、32P−DNAプロ
ーブでハイブリダイズして、そのハイブリッドをX線フ
ィルムに露出して、シグナル(図5)を得た。このハイ
ブリダイズしたDNAの種類を特定するために、そのメ
ンブランをペルオキシダーゼ標識ポリエチレンイミン処
理し、すべてのブロッティングされたDNAの位置(図
4)を確認した。 (ニ) 上記(ハ)と同様に行なったものを、Bio−DNA
プローブを用いた系でハイブリダイズすることにより、
ハイブリダイズしたDNAとハイブリダイズしなかった
DNAを同時に検出した。ここでは、Bio−プローブと
アルカリホスファターゼストレプトアビジン、ペルオキ
シダーゼ標識ポリエチレンイミンのそれぞれ酵素を使い
分けることにより、ハイブリダイズしたDNAと非ハイ
ブリダイズDNAを2重染色することにより区別するこ
とができた。結果を図7に示す。また、色の違いを図8
に示す。図中、斜線部は褐色(ペルオキシダーゼ標識ポ
リエチレンイミン系)、黒色部は紫色(アルカリホスフ
ァターゼ/ストレプトアビジン系)を示す。そのパター
ンは、同様に行なってエチジウムブロミド染色した結果
(図6)と一致していた。
である。
i)rRNAの検出結果を示す図である。
動の写真である。
DNA断片を制限酵素で消化したもの(本発明による発
色)の電気泳動の写真である。
DNA断片を制限酵素で消化したもの(X線像)の電気
泳動の写真である。
動の写真である。
Aの電気泳動の写真である。
Claims (3)
- 【請求項1】 核酸を付着または含有している疑のある
固形担体に、測定可能なシグナルを発生し得る標識また
はその前駆体を結合させたポリアミンを接触させて、核
酸とポリアミンとの間で複合体を形成させ、前駆体を用
いた場合は標識に変換し、その前または後に複合体を形
成していないポリアミンを除去し、その後、標識を検索
することを特徴とする、核酸の検出法。 - 【請求項2】 標的核酸を付着または含有している疑の
ある固形担体に、(イ)測定可能なシグナルを発生し得る
標識またはその前駆体を結合させた標的核酸にハイブリ
ダイズし得るプローブをハイブリダイゼーション条件下
で接触させて、ハイブリッドを形成させ、前駆体を用い
た場合は標識に変換し、その前または後にハイブリッド
を形成していないプローブを除去し、その後、標識を検
索することを含む第1の検出操作、および(ロ)測定可能
なシグナルを発生し得る別の標識またはその前駆体を結
合させたポリアミンを接触させて、核酸とポリアミンと
の間で複合体を形成させ、前駆体を用いた場合は標識に
変換し、その前または後に複合体を形成していないポリ
アミンを除去し、その後、標識を検索することを含む第
2の検出操作、を組合わせて任意の順序で実施すること
を特徴とする、標的核酸とそれ以外の核酸の識別検出
法。 - 【請求項3】(イ)酵素で標識したポリアミン、および
(ロ)酵素作用によりシグナルを発生する色原体を含む、
核酸検出用キット。
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