JPH07231799A - Method for detecting specific polynucleotide and kit for detection used for the same method - Google Patents

Method for detecting specific polynucleotide and kit for detection used for the same method

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JPH07231799A
JPH07231799A JP31871194A JP31871194A JPH07231799A JP H07231799 A JPH07231799 A JP H07231799A JP 31871194 A JP31871194 A JP 31871194A JP 31871194 A JP31871194 A JP 31871194A JP H07231799 A JPH07231799 A JP H07231799A
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polynucleotide
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dna polymerase
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哲 長谷
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Abstract

PURPOSE:To provide a method for detecting a polynucleotide containing a specific basic sequence existing in a sample effective in diagnosis for genetic diseases or infectious diseases and a kit for detecting the polynucleotide used in the detection method. CONSTITUTION:This method for detecting a polynucleotide comprises hybridizing a polynucleotide in which the basic sequence to be detected is known with an oligonucleotide primer having a sequence complementary to a part of the polynucleotide and having nuclease resistance, adding at least one kind of deoxynucleoside triphosphoric acid, a DNA polymerase and a nuclease thereto, synthesizing a complementary strand of a base series adjacent to 3' end of a primer and complementary to the polynucleotide and successively decomposing the strand and repeating synthesis and decomposition of the complementary strand one or more times and detecting the produced pyrophosphate or deoxynucleoside monophosphoric acid. This kit for detection is used for the method for detecting the polynucleotide.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、遺伝的疾患や感染症の
診断に有効な試料中に存在する特定の塩基配列を含むポ
リヌクレオチド(以下、標的ポリヌクレオチドという)
の検出方法、及び当該検出方法に使用するポリヌクレオ
チド検出用キットに関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a polynucleotide containing a specific nucleotide sequence present in a sample effective for diagnosing a genetic disease or an infectious disease (hereinafter referred to as a target polynucleotide).
And a kit for detecting a polynucleotide used in the detection method.

【0002】[0002]

【従来の技術】核酸塩基配列の相補性に基づく分析方法
は、遺伝的な特徴を直接的に分析することが可能であ
る。そのため、遺伝的疾患、癌化、微生物の識別等には
非常に有力な手段である。また遺伝子そのものを検出対
象とするために、例えば培養のような時間と手間のかか
る操作を省略できる場合もある。
2. Description of the Related Art Analysis methods based on the complementarity of nucleic acid base sequences can directly analyze genetic characteristics. Therefore, it is a very effective means for genetic diseases, canceration, identification of microorganisms, and the like. In addition, since the gene itself is the detection target, it may be possible to omit a time-consuming and troublesome operation such as culturing.

【0003】しかし、検体中に目的の遺伝子量が少ない
場合の検出は一般に容易ではなく、標的遺伝子そのもの
を、あるいは検出シグナル等を増幅することが必要とな
る。標的遺伝子を増幅する方法の一つとしてPCR(Pol
ymerase Chain Reaction) 法が知られている。PCR法
は、in vitroにおける核酸の増幅技術として最も一般的
な方法である。しかしながら、当該PCR法において
は、実施のために特別な温度調節装置が必要なこと;増
幅反応が対数的に進むことから定量性に問題があるこ
と;試料や反応液が外部からの汚染を受け、誤って混入
した核酸が鋳型として機能してしまうコンタミネーショ
ンの影響を受け易いこと等の問題点が知られている。
However, it is generally not easy to detect when the amount of the target gene in the sample is small, and it is necessary to amplify the target gene itself or the detection signal. As one of the methods to amplify the target gene, PCR (Pol
ymerase Chain Reaction) method is known. The PCR method is the most general method for amplifying nucleic acids in vitro. However, in the PCR method, a special temperature control device is required for implementation; there is a problem in quantitativeness because the amplification reaction proceeds logarithmically; the sample and the reaction solution are contaminated from the outside. However, it is known that nucleic acids that are erroneously mixed in are likely to be affected by contamination that functions as a template.

【0004】即ち、PCRのようにDNAを数百万倍に
まで増幅させる反応では混入した微量DNAも同様に増
幅されるため、誤った結果が提供される傾向がある。こ
れは特に多数の検体を同時に扱う場合には重大な問題で
ある。かかるコンタミネーション対策として、実験室を
区別したり、あるいはPCR反応でウラシル基を取り込
ませておき、新たにPCR反応を行う前にその検体をウ
ラシルグリコシラーゼ処理し、検体中に誤って混入した
他の反応系の増幅産物のみを分解するというような工夫
がなされているが、前記対策としては必ずしも十分では
ない。
That is, in a reaction such as PCR in which DNA is amplified up to several million times, a small amount of contaminated DNA is also amplified, so that an erroneous result tends to be provided. This is a serious problem especially when a large number of specimens are handled at the same time. As a countermeasure against such contamination, different laboratories may be used, or a uracil group may be incorporated in a PCR reaction, and the sample is treated with uracil glycosylase before a new PCR reaction, so that other samples erroneously mixed in the sample may be used. Although measures have been taken to decompose only the amplification product of the reaction system, these measures are not always sufficient.

【0005】また、検出シグナルを増幅する方法として
はQβレプリカーゼでシグナルRNAを増幅する方法
(Bio/Technology, 6, 1197-1202(1988), P.M.Lizardi
et al.)が報告されている。しかし、この方法は増幅さ
せる配列をレプリカーゼが認識する配列内に挿入する必
要があり、その立体構造上の制約から挿入の位置や配列
が制限される等の問題がある。またQβレプリカーゼで
シグナルRNAを増幅する方法でもPCR法と同様のコ
ンタミネーションの問題があり、根本的な解決とは言い
難い。
As a method for amplifying the detection signal, a method for amplifying signal RNA with Qβ replicase (Bio / Technology, 6, 1197-1202 (1988), PM Lizardi
et al.) has been reported. However, in this method, it is necessary to insert the sequence to be amplified into the sequence recognized by the replicase, and there is a problem that the insertion position or sequence is restricted due to the restriction on the three-dimensional structure. Further, the method of amplifying the signal RNA by Qβ replicase has the same contamination problem as the PCR method, and it cannot be said to be a fundamental solution.

【0006】前記の方法は検出対象となる塩基配列を増
幅する方法であるが、更に以下に述べるような分解産物
を検出するシグナル増幅法も考案されている。例えば、
標的核酸にオリゴヌクレオチドプローブDNAをハイブ
リダイズさせた後、制限酵素処理し、切断されたプロー
ブ断片を検出するシグナル増幅法が知られている(EP-04
55517/A1) 。この方法は、PCR法に比べて検出感度は
低いものの、定量性に優れ、実施に際して特別な装置を
必要としない等の利点がある。しかし、この方法ではプ
ローブDNA以外に反応が繰り返し起こるようにするた
めの特異的な配列を持つ第二のオリゴヌクレオチドを系
に共存させる必要がある。また検出する部位に制限酵素
切断部位が必要であるために検出可能な部位が制限され
る等の欠点も持つ。
The above method is a method for amplifying a base sequence to be detected, and a signal amplification method for detecting a degradation product as described below has also been devised. For example,
A signal amplification method is known in which an oligonucleotide probe DNA is hybridized with a target nucleic acid, followed by treatment with a restriction enzyme and detection of the cleaved probe fragment (EP-04.
55517 / A1). Although this method has a lower detection sensitivity than the PCR method, it has the advantages that it is excellent in quantification and that no special device is required for its implementation. However, in this method, in addition to the probe DNA, it is necessary to allow a second oligonucleotide having a specific sequence for allowing repeated reactions to coexist in the system. Further, it has a drawback that the detectable site is limited because the site to be detected requires a restriction enzyme cleavage site.

【0007】そのほかに2本鎖DNAを特異的に切断す
るλエクソヌクレアーゼを用いたサイクリングアッセイ
法も開発されている(BioTechniques, Vol.13, No.6, 8
82-892(1992), C.G. Copley et al.)。この方法は、オ
リゴヌクレオチドプローブが相補的な配列とハイブリダ
イズして形成された2本鎖DNAにλエクソヌクレアー
ゼを作用させ、プローブDNAが2本鎖を維持できない
程度まで分解されると新たなプローブDNAと置き替わ
り、続いてこの新たなプローブも分解されることにより
サイクリング反応が起こるというものである。この方法
は、当該プローブの分解産物を検出することにより特定
のDNA配列の有無を判定することが可能である。また
反応原理が単純であり、しかも検出部位の配列が制限さ
れないという点では制限酵素を用いる方法(EP-0455517/
A1) よりも有利である。
In addition, a cycling assay method using λ exonuclease that specifically cleaves double-stranded DNA has been developed (BioTechniques, Vol. 13, No. 6, 8).
82-892 (1992), CG Copley et al.). In this method, a double-stranded DNA formed by hybridizing an oligonucleotide probe with a complementary sequence is reacted with λ exonuclease, and when the probe DNA is decomposed to the extent that the double-stranded DNA cannot be maintained, a new probe is produced. Cycling reaction occurs due to the fact that this new probe is replaced by DNA and is subsequently decomposed. This method can determine the presence or absence of a specific DNA sequence by detecting the degradation product of the probe. In addition, since the reaction principle is simple and the sequence of the detection site is not limited, a method using a restriction enzyme (EP-0455517 /
It has an advantage over A1).

【0008】しかし、λエクソヌクレアーゼは基質とし
て5’末端がリン酸化されたプローブDNAを要求す
る。DNA合成機を用いてプローブDNAを化学合成し
た場合5’末端はリン酸化されておらず、そのため合成
後改めて末端をリン酸化する必要がある。そして、5’
末端が完全にリン酸化されているのかどうかを確認する
ことが難しいためプローブ調製の再現性の点で問題が残
る。更に、λエクソヌクレアーゼを用いたサイクリング
アッセイ法はプローブDNAが鋳型DNAに繰り返しハ
イブリダイズすることが必要であるが、ハイブリダイゼ
ーションの反応は一定温度では起こりにくいため、これ
が反応系全体における律速となり、サイクリング反応の
ターンオーバー数が少ないという問題点もある(文献で
は約500回/時間)。
However, λ exonuclease requires a probe DNA whose 5'end is phosphorylated as a substrate. When the probe DNA is chemically synthesized using a DNA synthesizer, the 5'end is not phosphorylated, and therefore it is necessary to phosphorylate the end again after the synthesis. And 5 '
Since it is difficult to confirm whether or not the ends are completely phosphorylated, there remains a problem in terms of reproducibility of probe preparation. Further, the cycling assay method using λ exonuclease requires the probe DNA to repeatedly hybridize to the template DNA, but since the hybridization reaction does not easily occur at a constant temperature, this becomes the rate-determining factor in the entire reaction system, and the cycling There is also a problem that the number of reaction turnovers is small (about 500 times / hour in the literature).

【0009】エクソヌクレアーゼを用いたサイクリング
アッセイ法としては、特開平5−130870号公報記載の方
法も知られている。この公報記載の方法はプライマーを
起点とする相補鎖の合成反応とともに5’→3’エクソ
ヌクレアーゼを作用させてプライマーを逆方向から分解
する方法である。即ち、5’→3’エクソヌクレアーゼ
によって分解されたプライマーに代って新たなプライマ
ーがハイブリダイズし、DNAポリメラーゼによって相
補鎖の合成と先に合成された鎖を外す反応が進行しサイ
クリング反応が成立する。当該方法においては、PCR
反応のような複雑な温度制御は要求されないが、プライ
マーのハイブリダイズ工程を繰り返す必要があるのでや
はりターンオーバー数(プローブDNAのハイブリダイ
ゼーションの繰り返し数)を上げにくいという問題が残
る。
As a cycling assay method using exonuclease, the method described in JP-A-5-130870 is also known. The method described in this publication is a method in which a primer is decomposed from the reverse direction by allowing a 5 ′ → 3 ′ exonuclease to act together with a synthetic reaction of a complementary strand starting from a primer. That is, a new primer is hybridized in place of the primer decomposed by 5 '→ 3' exonuclease, the synthesis of complementary strand by DNA polymerase and the reaction of removing the previously synthesized strand proceed, and a cycling reaction is established. To do. In this method, PCR
Although a complicated temperature control such as a reaction is not required, it is still difficult to increase the turnover number (probe DNA hybridization repetition number) because it is necessary to repeat the primer hybridization step.

【0010】本発明者等は、これらの問題点の解消を目
的として、特定の反応促進剤をエクソヌクレアーゼIII
とともに用いる塩基配列検出方法を開発した(特開平6-
327499号公報)。この方法はプローブの合成が容易な
上、反応時には特殊な温度制御が不要となり、しかもコ
ンタミネーションの影響を殆ど受けずに塩基配列を検出
することが可能となる優れた方法である。しかし、この
技術では反応促進剤は、ターンオーバー数(λエクソヌ
クレアーゼを用いたサイクリングアッセイ法での説明と
同様のプローブDNAのハイブリダイゼーションの繰り
返し数)を増加させる効果は認められるものの、プロー
ブDNAが繰り返しハイブリダイズしなければならない
ことには変わりはなく、必ずしも高感度を得られないと
いう問題点を残していた。
The present inventors have used a specific reaction promoter as an exonuclease III for the purpose of solving these problems.
We have developed a nucleotide sequence detection method for use with
327499 publication). This method is an excellent method because the probe can be easily synthesized, special temperature control is not required during the reaction, and the base sequence can be detected with almost no influence of contamination. However, in this technique, the reaction promoter has the effect of increasing the turnover number (the number of repetitions of hybridization of probe DNA similar to the description in the cycling assay method using λ exonuclease), but There was no change in that they had to be hybridized repeatedly, and there was a problem that high sensitivity could not always be obtained.

【0011】加えて今まで述べた遺伝子の増幅法におい
ては、プライマーとして加えたオリゴヌクレオチドは増
幅産物となってプライマーとしては機能しなくなるの
で、予め予想される検出対象量に対して大過剰量のオリ
ゴヌクレオチドをプライマーとして用意しなければなら
ない。特にPCR法のように対数的に増幅産物が生成す
る系では、非常に多量のオリゴヌクレオチドを用意する
必要があった。オリゴヌクレオチドプライマーは化学的
に合成するにしろ、生物材料に原料を求めるにしろ試薬
成分のコストの点から使用量は少ない方が好ましい。
In addition, in the gene amplification methods described so far, the oligonucleotide added as a primer becomes an amplification product and does not function as a primer. Oligonucleotides must be prepared as primers. Particularly in a system in which an amplification product is logarithmically generated like the PCR method, it was necessary to prepare a very large amount of oligonucleotide. The oligonucleotide primer is preferably used in a small amount from the viewpoint of the cost of the reagent component, whether it is chemically synthesized or a raw material is required for a biological material.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、特殊な装置
が要求される複雑な温度制御によらず、単純な反応系で
コンタミネーションの影響を受け難い塩基配列の検出技
術の提供を課題とする。また本発明は、これらの目的を
達成するために検出対象となる塩基配列の制限のない、
汎用性に優れる検出技術の提供をも課題とするものであ
る。更に、検出系の選択によっては高い感度と定量性を
得ることが可能な塩基配列の検出技術の提供をも課題と
するものである。
DISCLOSURE OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a technique for detecting a base sequence that is not easily affected by contamination in a simple reaction system, regardless of complicated temperature control that requires a special device. To do. Further, the present invention has no limitation on the base sequence to be detected in order to achieve these objects,
It is also an object to provide a detection technique having excellent versatility. Furthermore, it is another object to provide a technique for detecting a base sequence that can obtain high sensitivity and quantification depending on the selection of the detection system.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明者等は、前記課題
の解決を目的として鋭意検討を行った。その結果、一本
鎖DNAには作用せず二本鎖となったDNAのみを切断
し、かつ塩基配列には限定されないヌクレアーゼをDN
Aポリメラーゼとともに利用したシグナル増幅法を開発
し、本発明を完成した。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have made extensive studies for the purpose of solving the above problems. As a result, a nuclease that does not act on single-stranded DNA, cuts only double-stranded DNA, and is not limited to a base sequence is DN
The present invention was completed by developing a signal amplification method used together with A polymerase.

【0014】即ち、本発明は以下の事項をその要旨とす
るものである。 (1)検出対象のその塩基配列が既知であるポリヌクレオ
チドに、当該ポリヌクレオチドの一部と相補的な配列を
有しかつヌクレアーゼ耐性を有するオリゴヌクレオチド
プライマーをハイブリダイズさせ、次いでこれに少なく
とも1種のデオキシヌクレオシドトリリン酸、DNAポ
リメラーゼ及びヌクレアーゼを加えて、前記プライマー
の3’末端に隣接しかつ前記ポリヌクレオチドと相補的
である塩基種を相補鎖合成し引き続いて分解し、かつ当
該相補鎖合成及び分解を少なくとも1回以上繰り返し
て、生成するピロリン酸又はデオキシヌクレオシドモノ
リン酸を検出することを特徴とする、前記ポリヌクレオ
チドの検出方法。
That is, the gist of the present invention is as follows. (1) A polynucleotide whose base sequence to be detected is known is hybridized with an oligonucleotide primer having a sequence complementary to a part of the polynucleotide and having nuclease resistance, and then at least one kind Deoxynucleoside triphosphates, DNA polymerase and nuclease are added to synthesize complementary strands of base species adjacent to the 3'end of the primer and complementary to the polynucleotide, and subsequently decomposed, and the complementary strand synthesis and The method for detecting a polynucleotide, wherein the pyrophosphate or deoxynucleoside monophosphate produced is detected by repeating the decomposition at least once or more.

【0015】(2)オリゴヌクレオチドプライマーが、当
該オリゴヌクレオチドプライマーの3’末端でホスホロ
チオエート化されたものであることを特徴とする前記
(1) 記載のポリヌクレオチドの検出方法。
(2) The oligonucleotide primer is phosphorothioated at the 3'end of the oligonucleotide primer.
(1) The method for detecting a polynucleotide as described.

【0016】(3)DNAポリメラーゼが、DNAポリメ
ラーゼI、DNAポリメラーゼIのクレノウフラグメン
ト、T4DNAポリメラーゼ、T7DNAポリメラーゼ
及びPhi29DNAポリメラーゼからなる群から選ば
れるDNAポリメラーゼであることを特徴とする前記
(1) 又は(2) 記載のポリヌクレオチドの検出方法。
(3) The DNA polymerase is a DNA polymerase selected from the group consisting of DNA polymerase I, Klenow fragment of DNA polymerase I, T4 DNA polymerase, T7 DNA polymerase and Phi29 DNA polymerase.
(1) or the method for detecting a polynucleotide according to (2).

【0017】(4)ヌクレアーゼがエクソヌクレアーゼIII
であることを特徴とする前記(1) 〜(3) のいずれかに
記載のポリヌクレオチドの検出方法。
(4) The nuclease is exonuclease III
The method for detecting a polynucleotide according to any one of (1) to (3) above, wherein

【0018】(5)デオキシヌクレオシドトリリン酸のβ
位及びγ位のリン酸分子以外の分子又は原子が、放射性
同位元素で置換標識されており、かつヌクレアーゼによ
る反応により生成するデオキシヌクレオシドモノリン酸
を検出することを特徴とする前記(1) 〜(4) のいずれか
に記載のポリヌクレオチドの検出方法。
(5) β of deoxynucleoside triphosphate
A molecule or atom other than the phosphate molecule at position and γ-position is substituted and labeled with a radioisotope, and is characterized by detecting deoxynucleoside monophosphate produced by a reaction with nuclease (1) to ( The method for detecting a polynucleotide according to any one of 4).

【0019】(6)ヌクレアーゼによる反応により生成す
るデオキシヌクレオシドモノリン酸をクロマトグラフィ
ーによって分離し当該デオキシヌクレオシドモノリン酸
を光学的に測定することを特徴とする前記(1) 〜(4) の
いずれかに記載のポリヌクレオチドの検出方法。
(6) The deoxynucleoside monophosphate produced by the reaction with a nuclease is separated by chromatography to optically measure the deoxynucleoside monophosphate. In any one of the above (1) to (4) A method for detecting a polynucleotide as described.

【0020】(7)前記(1) 〜(4) のいずれかに記載のポ
リヌクレオチドの検出方法において、DNAポリメラー
ゼによる相補鎖合成により生成するピロリン酸を、アデ
ノシン−5’−ホスホサルフェート及びアデノシントリ
リン酸スルフリラーゼと反応させてアデノシントリリン
酸を生成させ、当該アデノシントリリン酸を検出するこ
とを特徴とするポリヌクレオチドの検出方法。
(7) In the method for detecting a polynucleotide according to any one of (1) to (4) above, pyrophosphate generated by complementary strand synthesis by a DNA polymerase is converted into adenosine-5'-phosphosulfate and adenosinetrilin. A method for detecting a polynucleotide, which comprises reacting with acid sulfurylase to generate adenosine triphosphate and detecting the adenosine triphosphate.

【0021】(8)アデノシントリリン酸をルシフェリン
−ルシフェラーゼ反応によって測定することを特徴とす
る前記(7) 記載のポリヌクレオチドの検出方法。
(8) The method for detecting a polynucleotide according to (7) above, wherein adenosine triphosphate is measured by a luciferin-luciferase reaction.

【0022】(9)以下の1〜4の成分: 1.検出対象のその塩基配列が既知であるポリヌクレオ
チドの一部と相補的な配列を有しかつヌクレアーゼ耐性
を有するオリゴヌクレオチドプライマー、 2.DNAポリメラーゼ、 3.少なくとも1種のデオキシヌクレオシドトリリン
酸、及び 4.3’→5’方向に2本鎖DNAを分解する活性を有
するヌクレアーゼ。を含む前記(1) 〜(8) のいずれかに
記載のポリヌクレオチドの検出方法に使用するポリヌク
レオチド検出用キット。
(9) Components 1 to 4 below: 1. An oligonucleotide primer having a sequence complementary to a part of a polynucleotide whose base sequence to be detected is known and having nuclease resistance. DNA polymerase, 3. At least one kind of deoxynucleoside triphosphate, and a nuclease having an activity of degrading double-stranded DNA in the 4.3 ′ → 5 ′ direction. A kit for detecting a polynucleotide used in the method for detecting a polynucleotide according to any one of (1) to (8) above, which comprises:

【0023】(10) 前記(9) 記載のポリヌクレオチド検
出用キットにおいて、当該検出用キットに、デオキシヌ
クレオシドモノリン酸検出用試薬を含有させたことを特
徴とするポリヌクレオチド検出用キット。
(10) The polynucleotide detection kit according to the above (9), wherein the detection kit contains a deoxynucleoside monophosphate detection reagent.

【0024】(11) 前記(9) 記載のポリヌクレオチド検
出用キットにおいて、当該検出用キットに、ピロリン酸
検出用試薬を含有させたことを特徴とするポリヌクレオ
チド検出用キット。
(11) The polynucleotide detection kit according to (9), wherein the detection kit contains a reagent for detecting pyrophosphate.

【0025】以下、本発明について詳細に説明する。 A.本発明の検出対象は、その塩基配列が既知のポリヌ
クレオチドである。本発明の検出対象は、動物、植物、
細菌、酵母、糸状菌、マイコプラズマ、リケッチア、ウ
イルス他あらゆるものに由来するポリヌクレオチドにお
よぶ。またポリヌクレオチドとしては、ゲノミック核酸
はもちろん、RNAウイルスやmRNAから誘導された
cDNAを検出対象とすることも可能である。なお実際
に検体を分析するときには、検体に含まれる検出対象以
外のDNAの配列や、DNA合成のプライマーとなりう
る配列の存在が問題となることがある。また、DNAポ
リメラーゼやヌクレアーゼの活性阻害物質、デオキシヌ
クレオシドトリリン酸も混入している可能性もある。更
にピロリン酸を検出対象とする場合には、検体中に共存
するピロリン酸も分析を妨害する要因となる。
The present invention will be described in detail below. A. The detection target of the present invention is a polynucleotide whose base sequence is known. The detection target of the present invention is an animal, a plant,
It extends to polynucleotides from bacteria, yeasts, filamentous fungi, mycoplasma, rickettsia, viruses and everything else. As the polynucleotide, not only genomic nucleic acid but also cDNA derived from RNA virus or mRNA can be used as a detection target. When actually analyzing a sample, the presence of a sequence of DNA other than the detection target contained in the sample and a sequence that can serve as a primer for DNA synthesis may pose a problem. In addition, there is a possibility that DNA polymerase, nuclease activity inhibitor, and deoxynucleoside triphosphate are also mixed. Furthermore, when pyrophosphoric acid is the detection target, pyrophosphoric acid coexisting in the sample also becomes a factor that interferes with the analysis.

【0026】従って、本発明においては増幅反応を行う
ためには可能な限り前記混入物を除去することが好まし
い。例えば、固相に結合した捕捉プローブ等を用いて標
的DNAを捕捉し、続いて洗浄により前記不純物を除去
し、その後に本発明を適用するとバックグランドのない
高感度の検出系が可能となる。このとき捕捉プローブを
5’末端で固相と結合しておけば(Eur.J.Immunol., 2
3, 1895-1901(1993), H.Kohsaka et al.; Nucleic Acid
s Research,21, 3469-3472 (1993), H.Kohsakaet al.
)、捕捉プローブそのものをプライマーとして本実験の
方法を適用することも可能となる。なお、前記ピロリン
酸の除去についてはピロホスファターゼによる酵素的な
除去も可能である。
Therefore, in the present invention, it is preferable to remove the contaminants as much as possible in order to carry out the amplification reaction. For example, when the target DNA is captured by using a capture probe or the like bound to a solid phase, and then the impurities are removed by washing, and then the present invention is applied, a highly sensitive detection system without background becomes possible. At this time, if the capture probe is bound to the solid phase at the 5'end (Eur.J.Immunol., 2
3 , 1895-1901 (1993), H. Kohsaka et al .; Nucleic Acid
s Research, 21 , 3469-3472 (1993), H. Kohsaka et al.
), The method of this experiment can be applied using the capture probe itself as a primer. The pyrophosphate can be removed enzymatically with pyrophosphatase.

【0027】また、特に1塩基の伸長〜分解を1サイク
ルとして繰り返す、本発明の好ましい方法においては、
後述するように点突然変異の検出に応用することができ
る。なお、点突然変異の検出方法として、特開昭59-208
465 号公報記載の方法が既に知られている。この方法
は、プライマーに続く相補配列の合成反応において基質
としてヌクレオチドの誘導体を用いることによって点突
然変異が存在する場合(又は存在しない場合)に限りこ
のヌクレオチド誘導体が取り込まれるという反応原理に
基づく方法である。即ち、基質としてヌクレオチド誘導
体を取り込んだ場合には反応産物がエクソヌクレアーゼ
に対する耐性を獲得するので、当該ヌクレアーゼによる
ヌクレオチドの分解の有無を特定することによって点突
然変異を検出することができる。
Further, in a preferred method of the present invention, in which extension-decomposition of one base is repeated as one cycle,
It can be applied to the detection of point mutations as described later. As a method for detecting a point mutation, Japanese Patent Laid-Open No. 59-208
The method described in Japanese Patent No. 465 is already known. This method is based on the reaction principle that the nucleotide derivative is incorporated only when the point mutation is (or is not) present by using the derivative of the nucleotide as a substrate in the synthesis reaction of the complementary sequence following the primer. is there. That is, when a nucleotide derivative is incorporated as a substrate, the reaction product acquires resistance to exonuclease, and thus the point mutation can be detected by specifying the presence or absence of nucleotide decomposition by the nuclease.

【0028】確かに、前記方法で用いられている要素の
一部は本発明と共通するものである。しかしながら、そ
もそも前記方法がヌクレアーゼ耐性獲得の有無を点突然
変異が存在する指標とすることを特徴とする方法である
のに対し、本発明は反応が繰り返し起きるかどうかを点
突然変異の存在の指標として用いるものであるという点
において本質的に異なる。そして、本発明方法による点
突然変異の検出は、前記方法による当該変異の検出に比
べても感度の点で良好であり有利である。
Indeed, some of the elements used in the method are common with the present invention. However, in the first place, the method is characterized in that the presence or absence of nuclease resistance is used as an index for the presence of a point mutation, whereas the present invention determines whether the reaction is repeated or not by the presence of a point mutation. Are essentially different in that they are used as. The detection of the point mutation by the method of the present invention is advantageous in terms of sensitivity as compared with the detection of the mutation by the method, which is advantageous.

【0029】B.本発明は、前記の既知のポリヌクレオ
チドに、当該ポリヌクレオチドの一部と相補的な配列を
有しかつヌクレアーゼ耐性を有するオリゴヌクレオチド
プライマーをハイブリダイズさせることを特徴とする。
本発明において、「相補的」とは、塩基配列が塩基対の
ワトソン・クリック則に従って、もう一方の核酸と水素
結合による二重鎖を形成し得る状態のことをいう。具体
的には、アデニン(A)に対してはチミン(T);グア
ニン(G)に対してはシトシン(C)が対応する相補性
を有する状態である。なお、本発明に用いるプライマー
は、標的となるポリヌクレオチドの塩基配列に対して完
全に相補的である必要はなく、少なくとも当該オリゴヌ
クレオチドが全体として前記標的ポリヌクレオチドに対
してハイブリダイズすることが可能であれば足りる。具
体的には、オリゴヌクレオチドの3’末端の塩基が標的
ポリヌクレオチドの塩基と対応することを必須として、
オリゴヌクレオチドの塩基全体の少なくとも70%が前記
の相補性を標的ポリヌクレオチドとの関係において有す
ることが必要である。かかる相補性が70%未満になると
前記ハイブリダイズ自体が困難になるため好ましくな
い。一方、3’末端の塩基が標的ポリヌクレオチドの塩
基と対応するという条件は、本発明が3’末端において
塩基の付加反応を行うための必須の条件である。3’末
端で塩基が対応せずプライマーが1本鎖となっている
と、ポリメラーゼやヌクレアーゼが認識できなくなって
しまう。
B. The present invention is characterized in that the known polynucleotide is hybridized with an oligonucleotide primer having a sequence complementary to a part of the polynucleotide and having nuclease resistance.
In the present invention, “complementary” refers to a state in which a base sequence can form a double strand by hydrogen bonding with another nucleic acid according to the Watson-Crick rule of base pairing. Specifically, it is a state in which thymine (T) corresponds to adenine (A) and cytosine (C) corresponds to guanine (G). The primer used in the present invention does not need to be completely complementary to the base sequence of the target polynucleotide, and at least the oligonucleotide as a whole can hybridize to the target polynucleotide. That's enough. Specifically, it is essential that the base at the 3'end of the oligonucleotide corresponds to the base of the target polynucleotide,
It is necessary that at least 70% of all the bases of the oligonucleotide have said complementarity in relation to the target polynucleotide. If the complementarity is less than 70%, the hybridization itself becomes difficult, which is not preferable. On the other hand, the condition that the base at the 3'end corresponds to the base of the target polynucleotide is an essential condition for the present invention to carry out a base addition reaction at the 3'end. If the base does not correspond to the 3'end and the primer is single-stranded, polymerase and nuclease cannot be recognized.

【0030】また、本発明に用いるオリゴヌクレオチド
プライマーは、既知の標的ポリヌクレオチドの「一部」
と相補的であることを特徴とする。これは、本発明方法
が、オリゴヌクレオチドプライマーの3’末端側にDN
Aポリメラーゼによって付加される予め反応系に存在さ
せた特定のデオキシヌクレオチドを検出することを特徴
とすることに起因する。即ち、プライマーの3’末端側
に付加されるデオキシヌクレオチドに対して鋳型となる
ヌクレオチドが既知でなければ、予め特定のデオキシヌ
クレオチドを系内に存在させることが困難である故に、
本発明に用いるオリゴヌクレオチドプライマーは、既知
の標的ポリヌクレオチドの「一部」と相補的であること
が必要となる。
The oligonucleotide primer used in the present invention is a "part" of a known target polynucleotide.
It is characterized by being complementary to. This is because the method of the present invention is
Due to the feature of detecting a specific deoxynucleotide added to the reaction system in advance and added by A polymerase. That is, if the nucleotide serving as the template for the deoxynucleotide added to the 3′-terminal side of the primer is not known, it is difficult to allow a specific deoxynucleotide to exist in the system in advance,
The oligonucleotide primer used in the present invention needs to be complementary to a "portion" of a known target polynucleotide.

【0031】また、本発明に用いるオリゴヌクレオチド
プライマーは、ヌクレアーゼに対して耐性を有すること
が必要である。これは、本発明においては、系内にヌク
レアーゼを存在させることが必要であるため、かかるヌ
クレアーゼによりオリゴヌクレオチドプライマーが分解
されてしまえば本発明方法を実施することが困難になる
からである。オリゴヌクレオチドプライマーにヌクレア
ーゼ耐性を付与する方法は特に限定されるものではな
く、この分野において通常用いられる方法をいずれも利
用することができる。
Further, the oligonucleotide primer used in the present invention is required to have resistance to nuclease. This is because, in the present invention, it is necessary to allow a nuclease to exist in the system, and therefore, if the oligonucleotide primer is decomposed by such a nuclease, it becomes difficult to carry out the method of the present invention. The method for imparting nuclease resistance to the oligonucleotide primer is not particularly limited, and any method commonly used in this field can be used.

【0032】具体的には、例えばDNA合成装置でプラ
イマーとなるオリゴヌクレオチドを合成するときに公知
の方法によって必要な部位にホスホロチオエート(Phosp
horothioate)結合を導入すればオリゴヌクレオチドプラ
イマーにヌクレアーゼ耐性を与えることができる。この
ような方法としては、例えば固相ホスホルアミダイト(P
hosphoramidite) 法でDNAを合成する場合であれば、
ヨウ素水等による酸化工程に代えて適当なS化試薬(ホ
スホロチオエート化試薬)によって酸化処理を行うこと
で通常のリン酸ジエステル結合ではなくホスホロチオエ
ート結合をオリゴヌクレオチドに導入することができ
る。S化試薬としては、3H-1,2-benzodithiole-3-one
1,1-dioxide(Beaucage's Reagent)、TETD/Acetonitril
e(TETD:tetraethylthiuram disulfide) 等が知られてい
る。この方法によれば、ホスホロチオエート結合をオリ
ゴヌクレオチドの任意の部位に導入することができる。
Specifically, for example, when synthesizing an oligonucleotide serving as a primer in a DNA synthesizer, a phosphorothioate (Phosp
Introducing a horothioate) bond can impart nuclease resistance to the oligonucleotide primer. Examples of such a method include solid-phase phosphoramidite (P
hosphoramidite) method to synthesize DNA,
Instead of the oxidation step with iodine water or the like, an oxidation treatment with an appropriate S-forming reagent (phosphorothioate-forming reagent) can be carried out to introduce a phosphorothioate bond into the oligonucleotide instead of the usual phosphodiester bond. As the S reagent, 3H-1,2-benzodithiole-3-one
1,1-dioxide (Beaucage's Reagent), TETD / Acetonitril
e (TETD: tetraethylthiuram disulfide) and the like are known. According to this method, a phosphorothioate bond can be introduced at any site of the oligonucleotide.

【0033】あるいは、DNAポリメラーゼによってD
NAを合成する際に、デオキシリボヌクレオシドトリリ
ン酸のα位のリン原子に結合した酸素を硫黄に置換した
ものを基質として用いることによってオリゴヌクレオチ
ドにホスホロチオエート結合を導入することができる。
このような置換化合物としては、α−S−デオキシチミ
ジントリリン酸、α−S−デオキシシトシントリリン
酸、α−S−デオキシアデニントリリン酸及びα−S−
デオキシグアニントリリン酸等(これらの置換化合物を
総称してSdXTPと省略する)を例示することができ
る。DNAポリメラーゼによる合成反応を行うときに、
デオキシヌクレオシドトリリン酸(以下、dXTPと省
略する)に代えてSdXTPを基質とすることにより、
合成されたオリゴヌクレオチドはホスホロチオエート化
され、ヌクレアーゼ耐性を獲得する。DNAポリメラー
ゼによってホスホロチオエート結合を導入する場合は、
実際に検出対象であるポリヌクレオチドにハイブリダイ
ズした状態でこの反応を進行させることができる。つま
り、本発明におけるヌクレアーゼ耐性オリゴヌクレオチ
ドプライマーは、必ずしも予め準備されている必要はな
く反応時にヌクレアーゼ耐性を獲得する方法を採ること
も可能である。
Alternatively, DNA polymerase
When synthesizing NA, a phosphorothioate bond can be introduced into an oligonucleotide by using, as a substrate, deoxyribonucleoside triphosphate in which the oxygen bonded to the phosphorus atom at the α-position is replaced with sulfur.
Examples of such a substitution compound include α-S-deoxythymidine triphosphate, α-S-deoxycytosine triphosphate, α-S-deoxyadenine triphosphate and α-S-.
Examples thereof include deoxyguanine triphosphate and the like (these substituted compounds are generically abbreviated as SdXTP). When performing a synthetic reaction by DNA polymerase,
By using SdXTP as a substrate instead of deoxynucleoside triphosphate (hereinafter abbreviated as dXTP),
The synthesized oligonucleotide is phosphorothioated and acquires nuclease resistance. When introducing a phosphorothioate bond by DNA polymerase,
This reaction can be allowed to proceed in the state in which it hybridizes with the polynucleotide that is actually the detection target. That is, the nuclease-resistant oligonucleotide primer of the present invention does not necessarily have to be prepared in advance, and a method of acquiring nuclease resistance during the reaction can be adopted.

【0034】一旦ヌクレアーゼ耐性とすれば以降の反応
を後述する反応原理に従って進行させることができる。
なお、この場合はまずSdXTPが付加し、次いでdX
TPが付加し、少なくとも2塩基分の伸長反応が必要に
なるが、2つめのdXTPに対してはヌクレアーゼが作
用するので本発明方法を実施することができる。いずれ
にしても、プライマーの3’末端付近のホスホジエステ
ル結合をホスホロチオエート結合とすることによって、
3’側から攻撃するヌクレアーゼに耐性を示すオリゴヌ
クレオチドプライマーとなる。ただし、オリゴヌクレオ
チド全体をホスホロチオエート結合とすればヌクレアー
ゼ耐性度は更に上昇するが、同時にハイブリダイズする
効率が低下することになる。従ってホスホロチオエート
結合の数は、末端から1〜数個とすることが好ましい。
ホスホロチオエート結合は末端の1個のみでもよいが、
数個分、好ましくは3個分を連続してホスホロチオエー
ト結合とすれば、より完全なヌクレアーゼ耐性を期待で
きる。
Once nuclease-resistant, the subsequent reaction can proceed according to the reaction principle described later.
In this case, SdXTP is added first, and then dX
Although TP is added and an extension reaction of at least 2 bases is required, the nuclease acts on the second dXTP, so that the method of the present invention can be carried out. In any case, by converting the phosphodiester bond near the 3'end of the primer into a phosphorothioate bond,
It serves as an oligonucleotide primer resistant to a nuclease attacking from the 3'side. However, if the entire oligonucleotide is phosphorothioate-bonded, the nuclease resistance will increase further, but at the same time, the efficiency of hybridization will decrease. Therefore, the number of phosphorothioate bonds is preferably 1 to several from the end.
The phosphorothioate bond may be only one terminal,
More complete nuclease resistance can be expected if several, preferably three, phosphorothioate bonds are consecutively formed.

【0035】ただし、前記のようにDNAポリメラーゼ
によるDNAへの取り込みの効率はSdXTPがdXT
Pよりかなり低いので、始めにSdXTPを取り込ませ
た後に分解用のdXTPを加えるか、あるいはSdXT
P濃度を高めに設定しておくといった工夫が必要な場合
もある。
However, as described above, the efficiency of incorporation into DNA by the DNA polymerase is such that SdXTP is dXT.
Since it is much lower than P, SdXTP is first taken in and then dXTP for decomposition is added, or SdXT
In some cases, it is necessary to devise to set the P concentration higher.

【0036】ヌクレアーゼ耐性の付与手段としては、前
記ホスホロチオエート化の他に、メチルホスホネート(M
ethylphosphonate) 結合、ホスホロアミデート(Phospho
roamidate)結合、ポリアミド核酸(Polyamide nucleic a
cid(PNA) )結合等の導入を示すことができる。これらの
結合によってヌクレオチドのリン酸結合部位、リボース
部位、そして核酸の塩基部位が修飾、あるいは構造をモ
ディファイされてヌクレアーゼ耐性を獲得する。
As a means for imparting nuclease resistance, methylphosphonate (M
ethylphosphonate) bond, phosphoramidate (Phospho
roamidate binding, Polyamide nucleic acid
The introduction of a cid (PNA)) bond or the like can be shown. These bonds modify the phosphate binding site of the nucleotide, the ribose site, and the base site of the nucleic acid, or modify the structure to acquire nuclease resistance.

【0037】この他に、オリゴヌクレオチドプライマー
としてRNAプライマーを用いることも可能である。R
NAはDNAに作用するヌクレアーゼに対してほぼ耐性
を有するものである。従って、RNAプライマーを用い
れば、特別な修飾を施さなくてもDNAに作用するヌク
レアーゼ耐性を有するオリゴヌクレオチドプライマーを
用意することが可能である。ただし、DNAに作用する
ヌクレアーゼやDNAポリメラーゼの中にはRNase
H活性を併せ持つものも存在し、このような場合にはR
NAプライマー自身が分解されるため酵素の組み合わせ
によっては高感度を得にくい場合もある。
In addition to this, it is also possible to use an RNA primer as the oligonucleotide primer. R
NA is almost resistant to nuclease acting on DNA. Therefore, by using an RNA primer, it is possible to prepare an oligonucleotide primer having nuclease resistance that acts on DNA without any special modification. However, among nucleases and DNA polymerases that act on DNA, RNase
Some of them also have H activity, and in such a case R
Since the NA primer itself is degraded, it may be difficult to obtain high sensitivity depending on the combination of enzymes.

【0038】本発明におけるオリゴヌクレオチドプライ
マーは、塩基数で少なくとも6以上、好ましくは10〜5
0、特に好ましくは15〜30程度とする。6未満では通常
の条件ではハイブリダイズしにくいばかりでなく、確率
的にも非特異的な反応につながる可能性が増す。他方例
えばホスホロチオエート化することによってヌクレアー
ゼ耐性としたオリゴヌクレオチドプライマーは、鋳型に
対する親和性(Tm)が低下するので、この低下分を補
うためにもある程度の長さを与えることが必要になる。
これに対して30を越えると化学的に合成する時に収率が
低下し易くなるので経済的に不利であるので好ましくな
い。更に、必要以上に長いプライマーを用いる場合はプ
ライマー間、あるいはプライマー内の水素結合による2
本鎖が形成されやすくなり非特異的な反応が起こりやす
くなる。このように不必要に長いプライマーは、非特異
増幅等の原因となる場合が有るので好ましくない。
The oligonucleotide primer of the present invention has at least 6 or more bases, preferably 10 to 5 bases.
The value is 0, particularly preferably about 15 to 30. If it is less than 6, not only is it difficult to hybridize under normal conditions, but there is an increased possibility that a stochastic non-specific reaction will occur. On the other hand, an oligonucleotide primer made nuclease resistant by phosphorothioation, for example, has a low affinity (Tm) with respect to the template, and therefore it is necessary to provide a certain length to compensate for this decrease.
On the other hand, if it exceeds 30, the yield tends to decrease when chemically synthesized, which is economically disadvantageous and is not preferable. In addition, when using a primer longer than necessary, it is possible to
A single strand is easily formed and a nonspecific reaction is likely to occur. Such an unnecessarily long primer is not preferable because it may cause nonspecific amplification or the like.

【0039】なお、本発明に使用し得るDNAポリメラ
ーゼは後述するが、その中にはDNAポリメラーゼIの
ように弱いながら2本鎖DNAに対する5’→3’エク
ソヌクレアーゼ活性を有するものも存在する。この種の
酵素をDNAポリメラーゼとして用いる時にはハイブリ
ダイズしたプローブが5’側からの分解を受けるので
5’側もヌクレアーゼ耐性としておくとよい。なお、同
じDNAポリメラーゼでもクレノウフラグメントやPh
i29DNAポリメラーゼはこの活性を有しないので
5’側は特に修飾する必要がなく、この点においては好
ましい。
The DNA polymerase which can be used in the present invention will be described later. Among them, there is a DNA polymerase such as DNA polymerase I which has a weak 5 ′ → 3 ′ exonuclease activity for double-stranded DNA. When this kind of enzyme is used as a DNA polymerase, the hybridized probe is decomposed from the 5'side, so it is preferable to make the 5'side resistant to nucleases. Even with the same DNA polymerase, Klenow fragment and Ph
Since i29 DNA polymerase does not have this activity, it is not necessary to modify the 5'side, and this is preferable.

【0040】オリゴヌクレオチドプライマーの使用量
は、検出対象となる塩基配列に対して十分量となるよう
に添加する。従来の塩基配列の増幅法では、プライマー
として加えたオリゴヌクレオチドが増幅産物となってプ
ライマーとしては機能しなくなるので鋳型となる塩基配
列の量に対して大過剰量で用いる必要があったが、本発
明では1度ハイブリダイズしたオリゴヌクレオチドプラ
イマーが繰り返しプライマーとして機能するため少なく
とも鋳型となる塩基配列と等モル存在すれば定量的な反
応が可能となる。実際には、平衡状態をハイブリダイズ
する方に傾けるために十分量のオリゴヌクレオチドプラ
イマーを利用するのが好ましい。検出対象となる標的配
列の量をあらかじめ予想することは困難であるが、少な
くとも希望する検出範囲の量に対して等モルを越える量
を、好ましくは5倍以上の過剰量でオリゴヌクレオチド
プライマーを用いることが高い感度を確保するうえで好
ましい条件となる。
The amount of the oligonucleotide primer used is added so that it is sufficient for the base sequence to be detected. In the conventional base sequence amplification method, the oligonucleotide added as a primer becomes an amplification product and does not function as a primer, so it was necessary to use it in a large excess amount with respect to the amount of the base sequence serving as a template. In the present invention, the once-hybridized oligonucleotide primer functions repeatedly as a primer, so that a quantitative reaction is possible if at least equimolar to the base sequence serving as the template. In practice, it is preferable to utilize a sufficient amount of oligonucleotide primer to tilt the equilibrium towards hybridizing. Although it is difficult to predict the amount of target sequence to be detected in advance, the oligonucleotide primer is used in an amount at least equimolar to the amount of the desired detection range, preferably in a 5-fold or more excess amount. Is a preferable condition for ensuring high sensitivity.

【0041】ハイブリダイズの条件は特に限定されない
が、ハイブリダイズ後はDNAポリメラーゼとヌクレア
ーゼの存在下で全ての反応を進行させる必要があること
に着目する必要がある。特にヌクレアーゼはPCR法で
用いられるTaqポリメラーゼのような高度の耐熱性を
持たないので、当該ヌクレアーゼの酵素活性を維持でき
る条件を採用する必要がある。また温度以外の要素であ
る緩衝液の選択やpHの設定等も、ハイブリダイズのみ
ならずヌクレアーゼの活性が十分に発現できる条件を選
択すべきである。具体的な条件を例示すれば、緩衝液と
してトリス−塩酸緩衝液等を用いたとき、pHは約7〜
9とし、20〜55℃で反応を行わせる。特に好ましい条件
としては、pH7.5 〜8.5 、温度は30〜45℃を示すこと
ができる。
The conditions of hybridization are not particularly limited, but it is necessary to pay attention to the fact that after the hybridization, all the reactions need to proceed in the presence of DNA polymerase and nuclease. In particular, nucleases do not have a high degree of heat resistance as Taq polymerase used in the PCR method, so it is necessary to adopt conditions that can maintain the enzymatic activity of the nuclease. In addition, selection of a buffer solution, which is an element other than temperature, and setting of pH should select conditions under which not only hybridization but also nuclease activity can be sufficiently expressed. For example, when Tris-hydrochloric acid buffer is used as the buffer, the pH is about 7 to
9 and the reaction is carried out at 20 to 55 ° C. Particularly preferable conditions are pH 7.5 to 8.5 and temperature of 30 to 45 ° C.

【0042】例えば、実施例に示したように、0.1pmol
のプライマー、50mMのTris/HCl緩衝液(pH7.
5)、10mM MgCl2 のみからなる溶液中で加熱処理
(100 ℃で5分間)後、65℃で10分間アニーリングす
る。この場合は、すぐに37℃でDNAポリメラーゼ反応
及びヌクレアーゼ反応を進行させることが可能である。
なお、最終的に反応系に蓄積されるピロリン酸を酵素的
に測定する場合には、この酵素反応についても好適な反
応条件が提供されなければならない。即ちpH、塩濃
度、温度等を酵素反応に適するように設定する。
For example, as shown in the examples, 0.1 pmol
50 mM Tris / HCl buffer (pH 7.
5) After heat treatment (100 ° C. for 5 minutes) in a solution consisting of 10 mM MgCl 2 alone, anneal at 65 ° C. for 10 minutes. In this case, it is possible to immediately proceed with the DNA polymerase reaction and the nuclease reaction at 37 ° C.
In addition, when the pyrophosphoric acid finally accumulated in the reaction system is enzymatically measured, suitable reaction conditions must be provided also for this enzymatic reaction. That is, pH, salt concentration, temperature, etc. are set to be suitable for the enzyme reaction.

【0043】また、反応液中にDNAポリメラーゼやヌ
クレアーゼの安定化剤を添加することができる。かかる
安定化剤としては、例えば牛血清アルブミン(BS
A)、ジチオスレイトール(DTT)、β−メルカプト
エタノール等を挙げることができる。かかる安定化剤の
添加量は、BSAは10〜500 μg/ml、DTTは1mM程
度、β−メルカプトエタノールは10mM程度である。検出
対象となるポリヌクレオチドが二本鎖状態である場合に
は、予め一本鎖に変性する必要がある。かかる変性方法
としては、通常公知の変性方法、例えば加熱変性、酸変
性、アルカリ変性等を挙げることができるが、方法の簡
便性と確実性に鑑みれば、加熱変性(90℃〜100 ℃で5
分以上加熱)を採用するのが好ましい。
Further, a stabilizing agent for DNA polymerase or nuclease can be added to the reaction solution. Examples of such stabilizers include bovine serum albumin (BS
A), dithiothreitol (DTT), β-mercaptoethanol and the like can be mentioned. The amount of the stabilizer added is 10 to 500 μg / ml for BSA, about 1 mM for DTT, and about 10 mM for β-mercaptoethanol. When the polynucleotide to be detected is in a double-stranded state, it needs to be denatured into a single strand in advance. Examples of such denaturing methods include generally known denaturing methods such as heat denaturation, acid denaturation, and alkali denaturation. In view of the simplicity and certainty of the method, heat denaturation (at 90 ° C to 100 ° C,
It is preferable to adopt heating for more than a minute).

【0044】また、目的としたプライマー以外のDNA
のハイブリダイズを抑制するか、又は非特異的にハイブ
リダイズしたDNAを除去して非特異的な反応を抑制す
るために、DNAポリメラーゼ添加前にあらかじめエク
ソヌクレアーゼ処理を行うこともできる。
DNA other than the intended primer
In order to suppress the non-specific reaction by suppressing the hybridization of the DNA or the non-specifically hybridized DNA is removed, the exonuclease treatment can be performed before the addition of the DNA polymerase.

【0045】C.本発明は、次いで、前記ハイブリダイ
ズの後、系に少なくとも1種のデオキシヌクレオシドト
リリン酸、DNAポリメラーゼ及びヌクレアーゼを加え
て、前記プライマーの3’末端に隣接しかつ前記ポリヌ
クレオチドと相補的である塩基種を相補鎖合成し引き続
いて分解し、かつ当該相補鎖合成及び分解を少なくとも
1回以上繰り返すことを特徴とする。以下に本発明の反
応原理を示す。本発明の反応原理を図1及び下記式1に
示す。
C. The present invention then comprises the addition of at least one deoxynucleoside triphosphate, a DNA polymerase and a nuclease to the system after said hybridizing to the base adjacent to the 3'end of said primer and complementary to said polynucleotide. The species is characterized by synthesizing complementary strands, subsequently degrading, and repeating the synthesis and degrading of the complementary strands at least once or more. The reaction principle of the present invention is shown below. The reaction principle of the present invention is shown in FIG. 1 and the following formula 1.

【0046】[0046]

【化1】 [Chemical 1]

【0047】まず、検出対象となる1本鎖の核酸にハイ
ブリダイズしたオリゴヌクレオチドプライマーをもとに
DNAポリメラーゼの作用によって相補鎖の合成がスタ
ートする。このときに1分子のdXTPの付加にともな
い1分子のピロリン酸(以下PPiと省略することもあ
る)が生成する。一方、この状態で2本鎖のDNAの
3’末端から分解していくヌクレアーゼを作用させる
と、伸長した部分を分解する反応が進行する。しかしオ
リゴヌクレオチドプライマーはヌクレアーゼ耐性である
ためプライマー部分は分解されないでそのまま残り、再
度DNAポリメラーゼによる伸長反応の起点となる。こ
のように繰り返し反応が起ることによって反応系にはピ
ロリン酸、あるいはヌクレアーゼの分解によって生成す
るデオキシヌクレオシドモノリン酸が蓄積していく。
First, the synthesis of the complementary strand is started by the action of DNA polymerase based on the oligonucleotide primer hybridized to the single-stranded nucleic acid to be detected. At this time, one molecule of pyrophosphoric acid (hereinafter sometimes abbreviated as PPi) is generated along with the addition of one molecule of dXTP. On the other hand, when a nuclease that decomposes from the 3'end of the double-stranded DNA acts in this state, the reaction of decomposing the extended portion proceeds. However, since the oligonucleotide primer is nuclease resistant, the primer portion remains as it is without being decomposed, and becomes the starting point of the extension reaction by the DNA polymerase again. By repeating the reaction in this manner, pyrophosphate or deoxynucleoside monophosphate produced by the decomposition of nuclease accumulates in the reaction system.

【0048】なお前述したように、前記反応時にDNA
ポリメラーゼの作用により、オリゴヌクレオチドプライ
マーをヌクレアーゼ耐性として前記工程に付することも
可能である。このピロリン酸か、又はヌクレアーゼによ
る分解によって生成するデオキシヌクレオシドモノリン
酸を検出することによって検出対象となる塩基配列の有
無を検出又は定量することが可能となる。
As mentioned above, DNA is used during the reaction.
It is also possible to subject the oligonucleotide primer to nuclease resistance in the above step by the action of a polymerase. The presence or absence of the base sequence to be detected can be detected or quantified by detecting this pyrophosphate or deoxynucleoside monophosphate generated by decomposition with nuclease.

【0049】更に、本発明の検出方法によって点突然変
異を検出する系を構成することが可能である。即ち、予
め点突然変異の起る部位がわかっている場合に、当該部
位の5’側に隣接する領域に相補な配列をオリゴヌクレ
オチドプライマーとして利用する。伸長する鎖の基質と
なるdXTPとして、正常な配列のときのみ伸長が起る
ように1種の基質のみ加えておけば、点突然変異がおき
ている場合には伸長できないので反応が停止する。この
ようにして点突然変異の有無を容易に確認することが可
能となる(下記式2)。
Furthermore, it is possible to construct a system for detecting point mutations by the detection method of the present invention. That is, when a site where a point mutation occurs is known in advance, a sequence complementary to a region adjacent to the 5'side of the site is used as an oligonucleotide primer. If dXTP, which serves as a substrate for the chain to be extended, is added to only one type of substrate so that extension will occur only in the case of a normal sequence, the reaction will be stopped when point mutation occurs and the reaction cannot be performed. In this way, it becomes possible to easily confirm the presence or absence of a point mutation (Equation 2 below).

【0050】[0050]

【化2】 [Chemical 2]

【0051】またオリゴヌクレオチドプライマーがハイ
ブリダイズすべき領域に変異が起れば、当然のことなが
らハイブリダイズの効率が低下するので反応全体が進行
しにくくなり、これにより点突然変異の有無を知ること
ができる。前記において使用するDNAポリメラーゼ
は、鋳型となる1本鎖の核酸に相補鎖がハイブリダイズ
して構成された2本鎖部分を起点として5’→3’方向
に相補鎖を伸長する反応を触媒するDNAポリメラーゼ
を用いる。実際には現在知られているDNAポリメラー
ゼは、全て5’→3’方向へのDNA合成酵素活性を持
つ。また、DNA合成が起こるには必ずプライマーが必
要であり、プライマーが存在しない場合やハイブリダイ
ズできない場合にはDNAの合成は起こり得ない。これ
が、本発明がプライマーと鋳型鎖に依存して特異性が高
くなる理由の一つである。具体的に本発明において用い
るDNAポリメラーゼとしては、DNAポリメラーゼ
I、DNAポリメラーゼIのクレノウフラグメント、T
4DNAポリメラーゼ、T7DNAポリメラーゼ、Ph
i29DNAポリメラーゼ等又はこれらのDNAポリメ
ラーゼの変異体を挙げることができる。
Further, if a mutation occurs in a region to be hybridized with an oligonucleotide primer, the efficiency of hybridization is naturally lowered, so that the whole reaction is difficult to proceed, whereby it is possible to know the presence or absence of a point mutation. You can The DNA polymerase used in the above catalyzes a reaction of extending a complementary strand in the 5 ′ → 3 ′ direction starting from a double-stranded portion formed by hybridizing the complementary strand to a single-stranded nucleic acid serving as a template. A DNA polymerase is used. In fact, all of the currently known DNA polymerases have DNA synthase activity in the 5 ′ → 3 ′ direction. In addition, a primer is always required for DNA synthesis to occur, and DNA synthesis cannot occur if there is no primer or if hybridization is not possible. This is one of the reasons why the present invention has high specificity depending on the primer and template strand. Specific examples of the DNA polymerase used in the present invention include DNA polymerase I, Klenow fragment of DNA polymerase I, T
4 DNA polymerase, T7 DNA polymerase, Ph
Examples thereof include i29 DNA polymerase and the like, or mutants of these DNA polymerases.

【0052】なお、DNAポリメラーゼとしてT4DN
AポリメラーゼやT7DNAポリメラーゼのように強力
な3’→5’エクソヌクレアーゼ活性を併せ持つものを
用いれば、別途添加するヌクレアーゼ量を節約すること
が可能であり、又は核酸に作用する酵素として1種の強
力な3’→5’エクソヌクレアーゼ活性を有するDNA
ポリメラーゼのみを加えることで本発明の反応系を構成
することも可能である。ただし、これらのDNAポリメ
ラーゼはヌクレアーゼ耐性であるホスホロチオエート結
合もある程度分解するので、高感度を期待できない場合
もあり得る。故に、この場合はプライマーの末端付近の
ホスホジエステル結合を、複数の結合に亙って修飾する
か、あるいはホスホロチオエート化以外の修飾によって
ヌクレアーゼ耐性とすることが望ましい。
As a DNA polymerase, T4DN was used.
If one that also has a strong 3 '→ 5' exonuclease activity, such as A polymerase or T7 DNA polymerase, is used, it is possible to save the amount of nuclease added separately, or one type of strong enzyme acting on the nucleic acid. DNA with excellent 3 '→ 5' exonuclease activity
It is also possible to construct the reaction system of the present invention by adding only a polymerase. However, since these DNA polymerases also decompose phosphorothioate bonds that are nuclease resistant to some extent, high sensitivity may not be expected in some cases. Therefore, in this case, it is desirable to modify the phosphodiester bond near the end of the primer over a plurality of bonds or to make it nuclease resistant by a modification other than phosphorothioation.

【0053】前記において使用するヌクレアーゼは、2
本鎖のDNAを3’→5’方向に分解する活性を持つヌ
クレアーゼである。このようなヌクレアーゼとしては、
エクソヌクレアーゼIII が知られている。エクソヌクレ
アーゼIII としては現在のところ大腸菌由来のものが市
販されているが、これに限定されるものではなく他の微
生物やあるいは遺伝子組み換えによって得られたもので
あっても利用することができる。エクソヌクレアーゼII
I を用いた場合には、DNAポリメラーゼとして例示し
たDNAポリメラーゼI、そのクレノウフラグメント、
T4DNAポリメラーゼ等とほぼ同じ反応条件で酵素活
性を示すため、DNAポリメラーゼによる反応と平行し
て同一の反応液中で同時に反応を進行させることができ
る。エクソヌクレアーゼIII は、2本鎖DNAを3’→
5’方向に特異的に分解すること、1本鎖DNAには作
用しないので検出対象である配列やプライマーは攻撃さ
れない、SdXTPによりプライマーを簡単にヌクレア
ーゼ耐性にすることができる、等の特徴から本発明の反
応サイクルの循環に非常に好適な酵素である。
The nuclease used in the above is 2
It is a nuclease that has the activity of degrading single-stranded DNA in the 3 '→ 5'direction. Such nucleases include:
Exonuclease III is known. As the exonuclease III, those derived from Escherichia coli are commercially available at present, but the exonuclease III is not limited to this, and other microorganisms or those obtained by gene recombination can also be used. Exonuclease II
When I is used, DNA polymerase I exemplified as the DNA polymerase, Klenow fragment thereof,
Since the enzyme activity is exhibited under almost the same reaction conditions as T4 DNA polymerase and the like, the reaction can proceed simultaneously in the same reaction solution in parallel with the reaction by the DNA polymerase. Exonuclease III converts double-stranded DNA into 3 '→
Due to the fact that it decomposes specifically in the 5'direction, it does not act on single-stranded DNA, the sequence or primer to be detected is not attacked, and that SdXTP makes the primer easily nuclease resistant. It is a very suitable enzyme for circulation in the reaction cycle of the invention.

【0054】DNAポリメラーゼによるオリゴヌクレオ
チドプライマーを起点とするDNAの伸長反応の基質に
は、デオキシヌクレオシドトリリン酸(dXTP)を用
いる。そして、本発明においては予め配列の明らかな部
分について少なくとも1塩基分が伸長すれば分析が可能
となるので、少なくともこの1塩基分に対応する1種の
ヌクレオチドのみを用いることで所望の反応を進行させ
ることができる。当該基質濃度は、検出対象となる塩基
配列のモル数に対して十分量となるように添加する。一
般的には検出対象の量を正確に予測することは困難なの
で、少なくとも0.1 μM 、好ましくは1μM 以上のヌク
レオチドを添加しておけば、ほとんどの場合は基質が不
足する事態を避けることができる。
Deoxynucleoside triphosphate (dXTP) is used as a substrate for the extension reaction of DNA originating from an oligonucleotide primer by a DNA polymerase. In the present invention, analysis can be performed if at least one base portion is extended in advance for an apparent portion of the sequence. Therefore, by using at least one kind of nucleotide corresponding to this one base portion, the desired reaction proceeds. Can be made. The substrate concentration is added so as to be a sufficient amount with respect to the number of moles of the base sequence to be detected. In general, it is difficult to accurately predict the amount to be detected. Therefore, in most cases, a situation where the substrate is insufficient can be avoided by adding at least 0.1 µM, preferably 1 µM or more nucleotides.

【0055】D.本発明は、生成するピロリン酸又はデ
オキシヌクレオシドモノリン酸を検出することを特徴と
する。 生成するデオキシヌクレオシドモノリン酸の検出 本発明方法では、ヌクレアーゼによるヌクレオチド鎖の
分解反応により生成するデオキシヌクレオシドモノリン
酸(以下、dXMPと記載する)を検出することで、即
ちDNAポリメラーゼによる伸長反応によって付加した
dXTPに対応するdXMPを検知することによって、
所望のポリヌクレオチドを検出することができる。
D. The present invention is characterized in that the produced pyrophosphate or deoxynucleoside monophosphate is detected. Detection of Deoxynucleoside Monophosphate Produced In the method of the present invention, deoxynucleoside monophosphate (hereinafter referred to as dXMP) produced by a nucleotide chain decomposition reaction by a nuclease is detected, that is, added by an extension reaction by a DNA polymerase. By detecting dXMP corresponding to dXTP,
The desired polynucleotide can be detected.

【0056】基質として用いるdXTPのα位のリン原
子を放射性同位元素(32P又は33P)で置換標識するこ
とにより;α位のリン酸の、デオキシリボースの、若し
くは塩基の水素原子を3Hで置換標識することにより;
又はデオキシリボースの炭素原子を14Cで標識すること
により、dXTPとdXMPとをイオン交換樹脂などで
クロマト的に分離して放射活性を追跡することによって
分解産物であるdXMPの放射活性を測定することが可
能である。なお、現在α位のリン原子が32P標識したd
XTPとしては、dATP,dCTP,dGTP及びd
TTPが市販されている。また、現在α位のリン原子が
33P標識したdXTPとしては、dATP及びdCTP
が市販されている。また、塩基部分を3H標識したもの
としては、dATP,dCTP,dGTP及びdTTP
が市販されている。
By substituting and labeling the phosphorus atom at the α-position of dXTP used as a substrate with a radioisotope ( 32 P or 33 P), the hydrogen atom at the phosphate, deoxyribose, or base at the α-position is 3 H. By substitution labeling with;
Alternatively, by labeling the carbon atom of deoxyribose with 14 C, dXTP and dXMP can be chromatographically separated by an ion exchange resin or the like and the radioactivity can be traced to measure the radioactivity of the degradation product dXMP. Is possible. At present, the phosphorus atom at the α-position is labeled with 32 P d
As XTP, dATP, dCTP, dGTP and d
TTP is commercially available. In addition, the phosphorus atom at the α position is currently
33 P The labeled dXTP, dATP and dCTP
Is commercially available. Further, as having been 3 H labeled base moiety, dATP, dCTP, dGTP and dTTP
Is commercially available.

【0057】ラジオアイソトープ標識を持つdXMP
は、イオン交換樹脂を用いた薄層クロマトグラフィーで
分離すれば放射活性をオートラジオグラフィーによって
簡便に、かつ定性的に検出することができる。また、実
施例に示すようにこの放射活性を有するスポットを削り
取ってシンチレーションカウンターで計数すれば、定量
的な分析も可能である。更に必ずしもアイソトープで標
識した基質を用いなくとも次のような操作によればdX
MPの分離、測定が可能である。即ち、反応液を市販の
蛍光色素を塗布した薄層クロマトグラフィーによって分
離し、これに紫外線を照射すればヌクレオチドが紫外線
を吸収するため、非蛍光スポットとしてdXMPを視認
することができる。また、液体クロマトグラフィーによ
って分離し紫外線吸収を計測すればdXMPを定量的に
検出することができる。
DXMP with radioisotope label
The radioactivity can be easily and qualitatively detected by autoradiography by separation by thin layer chromatography using an ion exchange resin. Further, as shown in the examples, if the spot having the radioactivity is scraped off and counted by a scintillation counter, a quantitative analysis is possible. Even if a substrate labeled with an isotope is not necessarily used, dX
It is possible to separate and measure MP. That is, when the reaction solution is separated by thin layer chromatography coated with a commercially available fluorescent dye and irradiated with ultraviolet rays, the nucleotides absorb the ultraviolet rays, so that dXMP can be visually recognized as a non-fluorescent spot. In addition, dXMP can be quantitatively detected by separating by liquid chromatography and measuring ultraviolet absorption.

【0058】DNAポリメラーゼによる鎖伸長反応に
より生ずるピロリン酸の定量 本発明方法では、DNAポリメラーゼによるdXMPの
付加にともなうPPiの生成を測定することにより、所
望のポリヌクレオチドを検出することができる。このD
NAポリメラーゼによるdXMPの付加にともない生成
するPPiを追跡する方法によれば、酵素的に測定する
ことが可能なうえ、反応液をクロマトグラフィー等で分
離する作業も省略できるため非常に簡便な方法となる。
具体的には、下記式3の反応等が知られている。当該式
3の反応(J. Immunological Methods, 156, 55-60 (19
92), T.Tabary et al.)では、高感度な測定が可能とな
るうえ、均一系で分析できるため操作も簡単である。
Quantification of Pyrophosphate Generated by Chain Extension Reaction with DNA Polymerase In the method of the present invention, the desired polynucleotide can be detected by measuring the production of PPi accompanying the addition of dXMP by DNA polymerase. This D
According to the method of tracing PPi generated by the addition of dXMP by NA polymerase, it is possible to enzymatically measure it, and the work of separating the reaction solution by chromatography or the like can be omitted. Become.
Specifically, the reaction of the following formula 3 and the like are known. Reaction of the formula 3 (J. Immunological Methods, 156, 55-60 (19
92), T. Tabary et al.) Enables highly sensitive measurement, and the operation is simple because it allows analysis in a homogeneous system.

【0059】[0059]

【化3】 [Chemical 3]

【0060】この他のピロリン酸の測定法としては、
「Anal. Biochem., 94, 117-120 (1979)」に引用された
方法等が知られている。
As another method for measuring pyrophosphate,
The method and the like cited in "Anal. Biochem., 94 , 117-120 (1979)" are known.

【0061】E.具体例 以下に具体的なオリゴヌクレオチドプライマーの配列と
その配列を用いた場合の本発明による反応系を例示する
(下記式4)。
E. Specific Example The specific sequence of the oligonucleotide primer and the reaction system according to the present invention when the sequence is used are illustrated below (Formula 4 below).

【0062】[0062]

【化4】 [Chemical 4]

【0063】ヒトサイトメガロウイルス(以下CMV
と省略する)の検出を例にとると、CMVゲノムDNA
中の制限酵素EcoRI 切断断片のDフラグメントに由来
し、CMVゲノムに特異的な配列をプライマーとする。
具体的な配列は式4に示したとおりである。式4に示す
配列のどの部分を用いても良いが、以下の説明では式4
中の→←で挟まれた部分にハイブリダイズする相補鎖を
プライマーとする(配列番号1)。3’側のA-T の間の
ホスホジエステル結合をホスホロチオエート結合とす
る。PPi又は分解産物であるdAMPを測定すること
により、CMV配列が検体中に存在するか否かを知るこ
とができる。
Human cytomegalovirus (hereinafter CMV
For example, CMV genomic DNA
A sequence derived from the D fragment of the restriction enzyme EcoRI digested fragment and specific to the CMV genome is used as a primer.
The specific sequence is as shown in Formula 4. Although any part of the array shown in Expression 4 may be used, in the following description, Expression 4
The complementary strand that hybridizes to the part sandwiched between → ← is used as a primer (SEQ ID NO: 1). The phosphodiester bond between ATs on the 3'side is a phosphorothioate bond. By measuring PPi or the degradation product dAMP, it is possible to know whether or not the CMV sequence is present in the sample.

【0064】特に1塩基の伸長〜分解を1サイクルと
して繰り返す、本発明の好ましい方法では、先に述べた
ように点突然変異の検出に応用することができる。以下
に点突然変異の検出例としてヒト癌遺伝子Ki−ras
/12の検出系を示す。Ki−ras/12には、下記
式5に示されるような変異体が知られている(下記式5
中でドットで示したのは異常の生じていない正常な配列
部分である)。
Particularly, the preferred method of the present invention in which the extension to the decomposition of one base is repeated in one cycle can be applied to the detection of point mutation as described above. As an example of detecting a point mutation, the human oncogene Ki-ras will be described below.
/ 12 detection system is shown. For Ki-ras / 12, mutants represented by the following formula 5 are known (formula 5 below).
In the figure, the dots indicate the normal sequence part where no abnormality has occurred).

【0065】[0065]

【化5】 [Chemical 5]

【0066】プライマーとしては式5中に示した部分の
配列(配列番号2)を用いる。なお3’側のT-G 間をホ
スホロチオエート結合としヌクレアーゼ耐性としてお
き、DNAポリメラーゼによる合成用の基質としてはd
GTPのみを加えておく。この例では、検出対象が正常
であればdGTPを取りこむ反応が進行し、PPiとd
GMPが蓄積される。しかし、検出対象が変異体である
場合には、相補鎖の合成に必要なdTTPがないため反
応が進行しない。逆にdTTPのみを基質に加えた時に
反応が進行すれば、検出対象となった配列には点突然変
異が含まれていることがわかる。本発明ではこのように
して点突然変異を検出することが可能である(下記式6
参照)。
As the primer, the sequence of the portion shown in Formula 5 (SEQ ID NO: 2) is used. The 3'side TG was phosphorothioate-bonded to make it nuclease-resistant, and d was used as a substrate for synthesis by DNA polymerase.
Only GTP is added. In this example, if the detection target is normal, the reaction that takes in dGTP proceeds and PPi and d
GMP is accumulated. However, when the detection target is a mutant, the reaction does not proceed because there is no dTTP required for the synthesis of the complementary strand. On the contrary, if the reaction proceeds when only dTTP is added to the substrate, it can be seen that the sequence to be detected contains a point mutation. In the present invention, it is possible to detect a point mutation in this way (Equation 6 below).
reference).

【0067】[0067]

【化6】 [Chemical 6]

【0068】なお、式5及び式6ではプライマーが上段
に、鋳型配列が下段に表示されており、前記式1、2及
び4(鋳型配列が上段で、プライマーが下段)とは表示
が異なっている。
In Formulas 5 and 6, the primers are shown in the upper row and the template sequences are shown in the lower row, which is different from the expressions in Formulas 1, 2 and 4 (the template sequences are in the upper row and the primers are in the lower row). There is.

【0069】F.本発明ポリヌクレオチド検出用キット 以上のような本発明に必要な各種成分は、予め組み合せ
た試薬の形で供給することができる。あらためて本発明
による塩基配列検出用試薬の構成を次に示す。以下に示
す試薬には、更に標識の検出に必要な資材や反応液を構
成する緩衝剤、あるいは陰性や陽性の対照等の任意の成
分を組み合せてキットの形とすることもできる。
F. Polynucleotide Detection Kit of the Present Invention The various components necessary for the present invention as described above can be supplied in the form of pre-combined reagents. The constitution of the reagent for detecting a base sequence according to the present invention is shown below. The reagents shown below may be combined in the form of a kit with a combination of materials necessary for the detection of the label, a buffer that constitutes the reaction solution, or any component such as a negative or positive control.

【0070】本発明ポリヌクレオチド検出用キットの構
成は以下のごとくである。 1.検出対象のその塩基配列が既知であるポリヌクレオ
チドの一部と相補的な配列を有しかつヌクレアーゼ耐性
を有するオリゴヌクレオチドプライマー、 2.DNAポリメラーゼ、 3.少なくとも1種のデオキシヌクレオシドトリリン
酸、 4.3’→5’方向に2本鎖DNAを分解する活性を有
するヌクレアーゼ。
The composition of the polynucleotide detection kit of the present invention is as follows. 1. 1. An oligonucleotide primer having a sequence complementary to a part of a polynucleotide whose base sequence to be detected is known and having nuclease resistance. DNA polymerase, 3. At least one type of deoxynucleoside triphosphate, a nuclease having the activity of degrading double-stranded DNA in the 4.3 ′ → 5 ′ direction.

【0071】以上1〜4を含むキットに、前記のポリヌ
クレオチドの検出の指標に応じて、検出用試薬を含ませ
ることができる。即ち、dXMPの検出を企図する場合
には、デオキシヌクレオシドモノリン酸検出用試薬を含
有させることができる。かかる検出用キットの具体例と
しては、例えば以下に挙げる検出用キットを挙げること
ができる。
The kit containing the above 1 to 4 may contain a detection reagent according to the above-mentioned index for detecting the polynucleotide. That is, when the detection of dXMP is intended, a reagent for detecting deoxynucleoside monophosphate can be contained. Specific examples of such a detection kit include the following detection kits.

【0072】即ち、反応用試薬として、ホスホロチオエ
ート化オリゴヌクレオチド、DNAポリメラーゼI ク
レノウフラグメント、デオキシヌクレオシドトリリン酸
32P標識)、エクソヌクレアーゼIII 、Tris/H
Cl緩衝液、MgCl2 、BSA及びDTTを含み;反
応停止液としてEDTAを含み;dXMP検出用試薬と
して、薄層クロマトグラフィー用イオン交換セルロース
(PEI=ポリエチレンイミンセルロース)及びLiC
l(展開溶媒)、又はピロリン酸検出用試薬として、A
TPスルフィラーゼ、アデノシン−5’−ホスホサルフ
ェート、ルシフェリン及びルシフェラーゼを含む検出用
キットを挙げることができる。
That is, as a reaction reagent, phosphorothioated oligonucleotide, DNA polymerase I Klenow fragment, deoxynucleoside triphosphate ( 32 P-labeled), exonuclease III, Tris / H
Cl buffer, MgCl 2 , BSA, and DTT; stop solution containing EDTA; dXMP detection reagent, thin-layer chromatography ion exchange cellulose (PEI = polyethyleneimine cellulose) and LiC
l (developing solvent) or as a reagent for detecting pyrophosphate, A
A detection kit containing TP sulfylase, adenosine-5′-phosphosulfate, luciferin and luciferase can be mentioned.

【0073】以下に、本発明の作用機序と実際上の効果
を集約して記載する。本発明におけるオリゴヌクレオチ
ドプライマーは、検出対象となる塩基配列に特異的にハ
イブリダイズしDNAポリメラーゼによる伸長反応の起
点となる。また予めヌクレアーゼ耐性としておくか、あ
るいはDNAポリメラーゼの作用でデオキシヌクレオチ
ド誘導体(SdXTP等)を付加してヌクレアーゼ耐性
とすることによって、以下に続くDNAポリメラーゼの
作用によるデオキシヌクレオシドトリリン酸(dXT
P)の付加〜ヌクレアーゼの作用による分解という2つ
の反応を繰り返し起こすことを可能とする。この反応が
繰り返し直線的に起きるので、本発明においてはヌクレ
アーゼ分解産物が反応系に蓄積し、定量的でしかも高感
度な検出系が実現できる。
The mechanism of action and the actual effect of the present invention will be summarized below. The oligonucleotide primer of the present invention specifically hybridizes to a base sequence to be detected and serves as a starting point of an extension reaction by a DNA polymerase. In addition, by making it nuclease-resistant in advance, or by adding a deoxynucleotide derivative (SdXTP etc.) by the action of DNA polymerase to make it nuclease-resistant, deoxynucleoside triphosphate (dXT) by the action of the following DNA polymerase is obtained.
It is possible to repeatedly cause two reactions of addition of P) to decomposition by the action of nuclease. Since this reaction repeatedly and linearly occurs, in the present invention, a nuclease degradation product accumulates in the reaction system, and a quantitative and highly sensitive detection system can be realized.

【0074】そして、プライマーがミスマッチにより非
特異的な配列にハイブリダイズしたとしても、それに隣
接する領域の相補鎖を合成していく工程において予め基
質として用意したdXTPが適合していなければ以降の
反応が進まず誤った結果は生じないという利点を有す
る。また、本発明では高温処理によるDNAの変性操作
を繰り返す必要がないのでDNAポリメラーゼをはじめ
とする試薬成分には熱安定性が要求されず、しかも複雑
な温度制御を必要としない。そのため、操作を自動化す
ることが容易であるという利点をも有する。
Even if the primer hybridizes to a non-specific sequence due to a mismatch, if the dXTP prepared in advance as a substrate is not suitable in the step of synthesizing the complementary strand of the region adjacent thereto, the subsequent reaction Has the advantage that no erroneous results will occur. Further, in the present invention, it is not necessary to repeat the denaturation operation of DNA by high temperature treatment, so that the reagent components such as DNA polymerase are not required to have thermal stability, and complicated temperature control is not required. Therefore, there is also an advantage that the operation can be easily automated.

【0075】本発明におけるDNAポリメラーゼは、前
記プライマーがハイブリダイズした領域に隣接する配列
に対して相補な鎖を合成するものである。合成時には、
1モルのdXTPの付加反応について1モルのPPiを
生成する。PPiは酵素反応により特異的に測定するこ
とができるので、本発明においては合成反応によって同
時に信号を生成するシステムとなっている。また、別の
実施態様においては、この反応で伸長した部分がヌクレ
アーゼによって分解された産物を検出対象とすることが
できる。DNAポリメラーゼは、オリゴヌクレオチドプ
ライマーとしてヌクレアーゼ耐性でないものを利用する
ときにデオキシヌクレオチド誘導体を基質とすることに
よってこれをヌクレアーゼ耐性に変換する作用を持つ。
The DNA polymerase of the present invention synthesizes a strand complementary to the sequence adjacent to the region hybridized with the primer. At the time of synthesis,
For the addition reaction of 1 mol of dXTP, 1 mol of PPi is produced. Since PPi can be specifically measured by an enzymatic reaction, the present invention is a system that simultaneously generates a signal by a synthetic reaction. In another embodiment, a product obtained by decomposing a portion extended by this reaction with a nuclease can be used as a detection target. When a non-nuclease-resistant oligonucleotide primer is used as a DNA polymerase, it has the action of converting the deoxynucleotide derivative into a nuclease-resistant substrate by using it as a substrate.

【0076】本発明におけるヌクレアーゼは、検出対象
となる配列とハイブリダイズしたオリゴヌクレオチドプ
ライマーを起点として伸長した部分を前記ヌクレアーゼ
耐性部位まで特異的に加水分解する作用を持つ。標的配
列が存在しない時にはこの分解は起こらず、またたとえ
標的配列が存在していてもオリゴヌクレオチドプライマ
ーのハイブリダイズとDNAポリメラーゼによる伸長反
応が起きない限り加水分解されることはない。ヌクレア
ーゼのこのような特性により本発明において反応液中に
蓄積する分解産物は、検出対象に対して特異的に、そし
て直線的に増加し、定量性の高い分析が可能となる。
The nuclease in the present invention has the action of specifically hydrolyzing the extended portion starting from the oligonucleotide primer hybridized with the sequence to be detected up to the nuclease resistant site. This degradation does not occur when the target sequence is not present, and even if the target sequence is present, it is not hydrolyzed unless the hybridization of the oligonucleotide primer and the extension reaction by the DNA polymerase occur. Due to such characteristics of nuclease, the degradation products accumulated in the reaction solution in the present invention increase specifically and linearly with respect to the detection target, which enables highly quantitative analysis.

【0077】また、本発明の利点の一つとして、コンタ
ミネーションの影響を受け難いことが挙げられる。即
ち、たとえ反応後のサンプルがこれから反応させようと
する溶液中に誤って混入しても、蓄積した分解産物その
ものは新たな鋳型としては機能しないのでこれをもとに
反応が進行することがなく実用上大変有利である。
Further, one of the advantages of the present invention is that it is not easily affected by contamination. That is, even if the sample after the reaction is mistakenly mixed in the solution to be reacted, the accumulated degradation product itself does not function as a new template, so that the reaction does not proceed based on this. It is very advantageous in practical use.

【0078】更に、本発明の固有の効果として、均一系
で簡便な操作を提供できる点が挙げられる。DNAポリ
メラーゼによるdXTPの付加にともない生成するPP
iを追跡する方法を採用すれば、付加的なプローブとの
ハイブリダイズや電気泳動による分離等の操作を全く必
要としない反応系を提供できる。PPiは純粋に酵素的
な反応によって特異的に測定することができるので、合
成と分解反応を行った反応液中でそのまま連続して反応
を継続することが可能となり非常に実用的である。本発
明のこのような利点は、PCR法による増幅産物を検出
するためにはプローブとのハイブリダイズや電気泳動に
よる分離が要求されることと比べるとより明瞭である。
Furthermore, as a unique effect of the present invention, it is possible to provide a simple system and a simple operation. PP produced by addition of dXTP by DNA polymerase
By adopting the method of tracking i, it is possible to provide a reaction system that does not require any operation such as hybridization with an additional probe or separation by electrophoresis. Since PPi can be specifically measured by a purely enzymatic reaction, the reaction can be continuously continued as it is in the reaction solution in which the synthesis and decomposition reactions have been performed, which is very practical. Such an advantage of the present invention is clearer than that hybridization with a probe or separation by electrophoresis is required to detect an amplification product by the PCR method.

【0079】その他、反応の第一段階で検出対象配列に
ハイブリダイズしたプライマーをそのまま継続して反応
に利用するメリットとして、プライマーを比較的少量し
か用意しなくてもよいことが挙げられる。PCRのよう
に増幅産物によってプライマーが消費される系では大過
剰のプライマーを用意しなければならないが、本発明で
は検出対象配列のモル数に対してわずかに過剰のプライ
マーを用意すれば十分である。そして、同様のことは基
質となるデオキシヌクレオシドトリリン酸についてもい
える。即ち、例えばPCRでは伸長する領域に必要な基
質を全て用意しなければならない。本発明では、ハイブ
リダイズした領域に隣接する配列に相補な塩基を少なく
とも1種類だけ用意すればよいので試薬構成を単純化で
きるという利点を有する。
Another advantage of continuously using the primer hybridized to the detection target sequence in the reaction in the first step of the reaction is that a relatively small amount of primer needs to be prepared. In a system in which primers are consumed by amplification products such as PCR, a large excess of primers must be prepared, but in the present invention, it is sufficient to prepare a slight excess of primers with respect to the number of moles of a sequence to be detected. . The same applies to deoxynucleoside triphosphate, which is a substrate. That is, for example, in PCR, it is necessary to prepare all necessary substrates for the region to be extended. The present invention has an advantage that the reagent composition can be simplified because at least one kind of base complementary to the sequence adjacent to the hybridized region needs to be prepared.

【0080】本発明の付随的な効果として点突然変異の
検出に応用可能なことを挙げることができる。即ち、予
め点突然変異を起こす部位が判明している時には、この
部分に隣接する領域をプライマーとして選び点突然変異
の起った時には反応が進行しないように反応系を設定す
ることにより点突然変異の有無を確認することが可能で
ある。以上のように本発明によるポリヌクレオチドの検
出方法は種々の利点を有するものであり、遺伝子の分析
において有効な方法となることが期待できる。
An additional effect of the present invention is that it can be applied to the detection of point mutations. That is, when the site causing the point mutation is known in advance, the region adjacent to this part is selected as a primer and the reaction system is set so that the reaction does not proceed when the point mutation occurs. It is possible to confirm the presence or absence of. As described above, the method for detecting a polynucleotide according to the present invention has various advantages and can be expected to be an effective method in gene analysis.

【0081】[0081]

【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を更に詳細に
説明する。しかしながら、本実施例により本発明の技術
的範囲が限定されて解釈されるものではない。 〔実施例〕 HBV・DNAのHBV−e抗原遺伝子の
検出 HBV・DNAのHBV−e抗原遺伝子の検出を試み
た。ヌクレアーゼには大腸菌由来のエクソヌクレアーゼ
III (寶酒造製)を、またプライマーDNAには配列番
号3に示す塩基配列を持つオリゴヌクレオチドを化学合
成して用いた。
The present invention will be described in more detail based on the following examples. However, the technical scope of the present invention is not limited to the present embodiment. [Example] Detection of HBV-e antigen gene of HBV DNA An attempt was made to detect the HBV-e antigen gene of HBV DNA. Exonuclease derived from E. coli is used as the nuclease.
III (manufactured by Takara Shuzo Co., Ltd.) and an oligonucleotide having a base sequence shown in SEQ ID NO: 3 was chemically synthesized and used as a primer DNA.

【0082】(1)-1 プライマーDNAの調製 前記配列(配列番号3)のオリゴヌクレオチドは、β−
シアノエチルアミダイト法(J.Am.Chem.Soc., 112, 125
3-1254 (1990))に従って合成した。S化試薬として、3H
-1,2-benzodithiole-3-one 1,1-dioxide(Beaucage's Re
agent)を用い、3’末端側のT-C 間をホスホロチオエー
ト結合としてヌクレアーゼ耐性プライマーDNAを得
た。DNA合成機としてCyclone(登録商標)P
lus DNA/RNAシンセサイザー(日本ミリポア
リミテッド)を用いた。合成したホスホロチオエート化
オリゴヌクレオチドは、常法に従いHPLCで精製して
使用した。
(1) -1 Preparation of primer DNA The oligonucleotide of the above sequence (SEQ ID NO: 3) is β-
Cyanoethyl amidite method (J. Am. Chem. Soc., 112, 125
3-1254 (1990)). 3H as S reagent
-1,2-benzodithiole-3-one 1,1-dioxide (Beaucage's Re
A nuclease-resistant primer DNA was obtained by using an agent) as a phosphorothioate bond between TCs on the 3′-terminal side. Cyclone (registered trademark) P as a DNA synthesizer
The lus DNA / RNA synthesizer (Japan Millipo Limited) was used. The synthesized phosphorothioated oligonucleotide was used after being purified by HPLC according to a conventional method.

【0083】(1)-2 塩基配列の検出 プライマーDNAを、標的配列となるHBV・DNAを
一部にもつM13 ファージDNAと混合し、実際に本発明
による反応を行わせた。具体的な反応液の組成は下に示
す通りであった。なお、下に示した数値はいずれも最終
濃度である。反応が実際に進行しているのかどうかを確
認するために、各成分を除いた反応系を設けて結果を比
較した。またヌクレアーゼ耐性プライマーの必要性を確
認するため同じ配列を持つがヌクレアーゼ耐性を持たな
いプライマーについても実験を行った。本実施例で用い
たプライマーをハイブリダイズさせた場合、3’側に隣
接する配列はGであり、従ってその相補鎖の合成にはd
CTPが必要である。そしてこのdCTPのヌクレアー
ゼ分解産物は、dCMPとなる。
(1) -2 Detection of Nucleotide Sequence The primer DNA was mixed with M13 phage DNA having a part of HBV DNA as a target sequence, and the reaction according to the present invention was actually carried out. The specific composition of the reaction solution was as shown below. The numerical values shown below are all final concentrations. In order to confirm whether or not the reaction actually proceeded, a reaction system excluding each component was provided and the results were compared. In order to confirm the necessity of a nuclease-resistant primer, an experiment was also performed on a primer having the same sequence but not having nuclease resistance. When the primer used in this example was hybridized, the sequence adjacent to the 3'side was G, and therefore d was used for the synthesis of its complementary strand.
CTP is required. Then, the nuclease degradation product of this dCTP becomes dCMP.

【0084】<反応液の組成> 第1反応(5μl ) 10fmol 標的配列(M13ファージDNA上にHBV−e
抗原遺伝子領域を持つ1本鎖DNA) 1pmol プライマーDNA 50mM Tris/HCl(pH7.5 ) 10mM MgCl2 第2反応(10μl ) 1unit DNAポリメラーゼIクレノウフラグメン
ト 5units エクソヌクレアーゼIII 10μM dCTP(32P 標識、5×104cpm) 50μg/ml 牛血清アルブミン(以下BSAと略す) 10mM ジチオスレイトール
<Composition of reaction solution> First reaction (5 μl) 10 fmol target sequence (HBV-e on M13 phage DNA)
Single-stranded DNA having antigen gene region 1 pmol Primer DNA 50 mM Tris / HCl (pH 7.5) 10 mM MgCl 2 Second reaction (10 μl) 1 unit DNA polymerase I Klenow fragment 5 units Exonuclease III 10 μM dCTP ( 32 P labeling, 5 × 10 4 cpm) 50 μg / ml Bovine serum albumin (abbreviated as BSA below) 10 mM dithiothreitol

【0085】第1反応では反応液(5μl )を100 ℃で
5分間加熱してDNAを1本鎖とした後、65℃で10分間
置いてプライマーDNAをハイブリダイズさせた。次い
で第2反応に必要な成分を含む試薬液を加えて更に37℃
で反応させた。1時間反応させた後、20mMのEDTAを1μ
l 加えて反応を停止した。反応を停止した反応液の全量
を薄層クロマトグラフィー(薄層:PEI−Cellulose
F(メルク(Merck)社製),展開溶媒:0.4M LiCl によ
り室温で40分間展開)により分離し、ヌクレアーゼ分解
産物であるdCMPをオートラジオグラフィーによって
確認した。
In the first reaction, the reaction solution (5 μl) was heated at 100 ° C. for 5 minutes to make the DNA single-stranded, and then left at 65 ° C. for 10 minutes to hybridize the primer DNA. Next, add a reagent solution containing the components necessary for the second reaction and further add 37 ° C.
It was made to react with. After reacting for 1 hour, add 1μ of 20mM EDTA.
l In addition, the reaction was stopped. Thin layer chromatography (thin layer: PEI-Cellulose)
F (manufactured by Merck), developing solvent: developed with 0.4 M LiCl for 40 minutes at room temperature), and dCMP as a nuclease degradation product was confirmed by autoradiography.

【0086】図2から明らかなように、検出対象となる
配列、クレノウフラグメント、エクソヌクレアーゼIII
のいずれを欠いてもヌクレアーゼ分解産物であるdCM
Pは検出されず(レーン2−4)、本発明の反応が特異
的に進行していることが確認された(レーン1)。な
お、レーン1は検出対象配列+全ての試薬成分について
の系であり、レーン2は試薬成分のみの系であり、レー
ン3は試薬成分中クレノウフラグメントを除く系であ
り、レーン4は試薬成分中、エクソヌクレアーゼIII を
除く系である。
As is clear from FIG. 2, the sequence to be detected, the Klenow fragment, and the exonuclease III
DCM, which is a nuclease degradation product without any of
P was not detected (lanes 2-4), confirming that the reaction of the present invention proceeded specifically (lane 1). In addition, lane 1 is a system for detection target sequence + all reagent components, lane 2 is a system for reagent components only, lane 3 is a system for removing Klenow fragment in the reagent components, and lane 4 is a reagent component. Among them, it is a system excluding exonuclease III.

【0087】またプライマーとしてヌクレアーゼ耐性を
持たないものを用いた場合には、他の成分を満足する反
応系であってもヌクレアーゼ分解産物としてdCMPが
蓄積しないことを確認した(図3:レーン1はヌクレア
ーゼ耐性プライマーを利用、レーン2は修飾を施してい
ないプライマー、即ちヌクレアーゼ感受性のプライマー
を利用)。これは、ヌクレアーゼによりプライマーの
3’側領域(即ち、dCTPの付加部位)が分解される
ためにdCTPが付加できなくなることが原因と考えら
れる。
When a primer having no nuclease resistance was used as a primer, it was confirmed that dCMP did not accumulate as a nuclease degradation product even in a reaction system satisfying other components (Fig. 3: lane 1 shows A nuclease-resistant primer is used, and a lane 2 is an unmodified primer, that is, a nuclease-sensitive primer). It is considered that this is because dCTP cannot be added because the 3'side region of the primer (that is, the addition site of dCTP) is decomposed by the nuclease.

【0088】(2)鋳型特異性 プライマーが検出対象配列と相補性を持つ場合にのみ、
ヌクレアーゼによる基質の分解が起きることを確認する
ため次のような実験を行った。即ち、検出対象配列とし
てプライマーと全く相補性を持たない配列を用いる場
合、及び検出対象配列の存在しない場合という2つの条
件について、前記(1) と同じ操作により実際に反応を行
った。
(2) Template Specificity Only when the primer has complementarity with the sequence to be detected,
The following experiment was conducted to confirm that the degradation of the substrate by nuclease occurred. That is, the reaction was actually performed by the same operation as the above (1) under the two conditions of using a sequence having no complementarity with the primer as the detection target sequence and not detecting the detection target sequence.

【0089】その結果、図4(レーン1:検出対象配列
がプライマー配列と相補、レーン2:検出対象配列がプ
ライマー配列と同じセンス配列、即ち相補でない、レー
ン3:検出対象配列を含まない)に示すように検出対象
配列とプライマーDNAが相補的であれば分解産物であ
るdCMPが蓄積する(レーン1)が、センス配列、即
ちプライマーと同じ配列であり相補的でない場合(レー
ン2)、及び検出対象配列が存在しない場合(レーン
3)には分解産物は蓄積しないことが確認された。この
実験により、本発明の反応は検出対象配列がプライマー
と相補的な配列を持つ時に進行することが立証された。
As a result, in FIG. 4 (lane 1: the detection target sequence is complementary to the primer sequence, lane 2: the detection target sequence is the same sense sequence as the primer sequence, that is, not complementary, lane 3: does not include the detection target sequence). As shown, if the target sequence and the primer DNA are complementary, dCMP, which is a degradation product, accumulates (lane 1), but the sense sequence, that is, the same sequence as the primer and not complementary (lane 2), and detection It was confirmed that the degradation product did not accumulate when the target sequence did not exist (lane 3). This experiment proved that the reaction of the present invention proceeds when the target sequence has a sequence complementary to the primer.

【0090】(3)基質(デオキシヌクレオシドトリリン
酸)特異性 基質であるデオキシヌクレオシドトリリン酸がプライマ
ーに取り込まれるdCTPの時にのみヌクレアーゼによ
る分解が起ることを確認するために、前記(1)における
基質をdGTPに置き換えて反応させた。その結果、図
5(レーン1:基質としてdCTPを利用、レーン2:
基質としてdGTPを利用、レーン3:マーカーとして
dCMPとdCTPを展開、レーン4:マーカーとして
dGMPとdGTPを展開)に示すとおり基質がdCT
Pの時にのみ反応が進行し分解産物であるdCMPが確
認され(レーン1)、dGTPを加えた時には反応が進
行しない(分解産物は生成しない、レーン2)ことを確
認した。そして、この結果から本発明による検出方法が
点突然変異の検出に利用できることが明らかになった。
(3) Substrate (deoxynucleoside triphosphate) specificity In order to confirm that the degradation by nuclease occurs only when dCTP, which is the substrate deoxynucleoside triphosphate, is incorporated into the primer, the substrate in (1) above is used. Was replaced with dGTP and reacted. As a result, FIG. 5 (lane 1: using dCTP as a substrate, lane 2:
Using dGTP as a substrate, lane 3: dCMP and dCTP developed as markers, lane 4: dGMP and dGTP developed as markers)
It was confirmed that the reaction proceeded only when P and dCMP which is a decomposition product was confirmed (lane 1), and that when dGTP was added, the reaction did not proceed (decomposition product was not generated, lane 2). From this result, it became clear that the detection method according to the present invention can be used to detect a point mutation.

【0091】(4)本発明の検出感度 前記(1) と同じ操作で検出対象となるDNA量を0〜1
pmolに変化させて本発明による検出方法の感度を確認し
た(表1参照)。図6(レーン1:検出対象配列を含む
DNAを1pmol添加し反応させた、レーン2:検出対象
配列を含むDNAを0.1pmol 添加し反応させた、レーン
3:検出対象配列を含むDNAを0.01pmol添加し反応さ
せた、レーン4:検出対象配列を含むDNAを1fmol添
加し反応させた、レーン5:検出対象配列を含むDNA
を0.1fmol 添加し反応させた、レーン6:検出対象配列
を含むDNAを0.01fmol添加し反応させた、レーン7:
検出対象配列を含むDNAを1amol添加して反応させ
た、レーン8:検出対象配列を含むDNAを添加せず、
反応させた)に示すように、1fmol(レーン4)のDN
Aを検出可能なことが確認された。この結果により、本
発明による検出方法の感度は極めて高いことが判明し
た。また本発明による塩基配列検出方法の定量性を確認
するため、各バンドを切り出して液体シンチレーション
カウンターにより放射活性を測定した。結果を表1に示
す。表1において、(A)及び(B)の値は、各スポッ
トの放射活性(CPM)を示す。0.1fmol 〜0.01pmolの
範囲で定量性を確保できることが確認された。
(4) Detection Sensitivity of the Present Invention The amount of DNA to be detected is 0 to 1 by the same operation as the above (1).
The sensitivity of the detection method according to the present invention was confirmed by changing to pmol (see Table 1). Figure 6 (Lane 1: 1 pmol of DNA containing the sequence to be detected was reacted, Lane 2: 0.1 pmol of DNA containing the sequence to be detected was added and reacted, Lane 3: 0.01 pmol of DNA containing the sequence to be detected Lane 4: DNA containing detection target sequence, added and reacted, 1 fmol of DNA containing detection target sequence, lane 5: DNA containing detection target sequence
Was reacted by adding 0.1 fmol of lane 6: 0.01 fmol of DNA containing the sequence to be detected was added and reacted, lane 7:
1 amol of DNA containing the sequence to be detected was added and reacted, Lane 8: DNA containing the sequence to be detected was not added,
1 fmol (lane 4) of DN
It was confirmed that A could be detected. From this result, it was found that the detection method according to the present invention has extremely high sensitivity. Further, in order to confirm the quantitativeness of the method for detecting a nucleotide sequence according to the present invention, each band was cut out and the radioactivity was measured by a liquid scintillation counter. The results are shown in Table 1. In Table 1, the values of (A) and (B) show the radioactivity (CPM) of each spot. It was confirmed that the quantitative property could be secured in the range of 0.1 fmol to 0.01 pmol.

【0092】なお本実施例では、32P標識したdCTP
の使用量をオートラジオグラフィーのスポットの大きさ
に差が生じやすい範囲に非標識のdCTPで予め希釈調
整している。従って、dCTPに占める標識物の割合を
高くすれば、更に高感度を実現することが可能である。
In this example, 32 P-labeled dCTP was used.
The amount used of is adjusted beforehand by dilution with unlabeled dCTP within a range in which a difference in spot size of autoradiography is likely to occur. Therefore, higher sensitivity can be realized by increasing the proportion of the labeled substance in dCTP.

【0093】[0093]

【表1】 表1 本発明検出方法の検出感度の検討 ──────────────────────────────────── 検出対象 (A) (B) A-B/Total dCMP 蓄積率 DNA量 dCTP dCMP (%) (pmol) (dCMP/Target DNA) ──────────────────────────────────── 1pmol 6566 17883 70.9 70.9 70.9 0.1 8805 25204 72.5 72.5 725 0.01 18381 15212 43.7 43.7 4370 1fmol 32552 1808 3.67 3.67 3670 0.1 31550 681 0.42 0.42 4200 none 35997 547 - - ────────────────────────────────────[Table 1] Table 1 Examination of detection sensitivity of the detection method of the present invention ──────────────────────────────────── ─ Detection target (A) (B) AB / Total dCMP accumulation rate DNA amount dCTP dCMP (%) (pmol) (dCMP / Target DNA) ───────────────────── ───────────────── 1pmol 6566 17883 70.9 70.9 70.9 0.1 8805 25204 72.5 72.5 725 0.01 18381 15212 43.7 43.7 4370 1fmol 32552 1808 3.67 3.67 3670 0.1 31550 681 0.42 0.42 4200 none 35997 547 --────────────────────────────────────

【0094】(5) T4DNAポリメラーゼによる本発
明の検出方法 前記(1) におけるクレノウフラグメントに代えてT4D
NAポリメラーゼを用い、本発明による塩基配列の検出
方法を試みた。T4DNAポリメラーゼは、先に述べた
とおり3’→5’エキソヌクレアーゼ活性を合わせ持つ
酵素であるため、ヌクレアーゼ活性を持つ酵素として別
の酵素を加えなくても反応系を構成することが可能であ
る。
(5) Detection method of the present invention using T4 DNA polymerase Instead of the Klenow fragment in the above (1), T4D
The method for detecting a nucleotide sequence according to the present invention was tried using NA polymerase. Since T4 DNA polymerase is an enzyme that also has a 3 ′ → 5 ′ exonuclease activity as described above, it is possible to configure a reaction system without adding another enzyme as an enzyme having a nuclease activity.

【0095】T4DNAポリメラーゼを4units 用い、
反応系を下に示す組成とした。他は前記(1) と同じ条件
に基づいて反応を行った。結果は図7(レーン1:クレ
ノウフラグメント+エクソヌクレアーゼのみで検出対象
配列を含まない、レーン2:クレノウフラグメント+エ
クソヌクレアーゼ+検出対象配列、レーン3:T4DN
Aポリメラーゼのみ、レーン4:T4DNAポリメラー
ゼ+検出対象配列)に示すとおりである。対照として示
した前記(1) の結果に比べるとスポットは小さいが、ヌ
クレアーゼ分解産物であるdCMPの生成が確認され
た。このようにT4DNAポリメラーゼを用いればヌク
レアーゼ活性を持つ酵素として別の物質を加えなくても
本発明による反応が進行することが判明した。
Using 4 units of T4 DNA polymerase,
The reaction system had the composition shown below. Other than that, the reaction was carried out under the same conditions as in (1) above. The results are shown in FIG. 7 (lane 1: Klenow fragment + exonuclease alone and no detection target sequence, lane 2: Klenow fragment + exonuclease + detection target sequence, lane 3: T4DN.
A polymerase only, lane 4: T4 DNA polymerase + target sequence for detection). Although the spot was smaller than the result of (1) shown as a control, the production of dCMP which is a nuclease degradation product was confirmed. Thus, it was revealed that the use of T4 DNA polymerase allows the reaction according to the present invention to proceed without adding another substance as an enzyme having nuclease activity.

【0096】<反応液の組成> 第一反応(5μl ) 10fmol 標的配列 1pmol プライマーDNA 67mM Tris/ HCl (pH8.8) 6.7mM MgCl2 16.7mM (NH4)2SO4 6.7mM EDTA 第二反応(10μl ) 10mM β- メルカプトエタノール 10μM dCTP (32P 標識、5 x 104cpm) 50μg/ml BSA 4 units T4DNAポリメラーゼ(寶酒造製)<Composition of reaction solution> First reaction (5 μl) 10 fmol Target sequence 1 pmol Primer DNA 67 mM Tris / HCl (pH8.8) 6.7 mM MgCl 2 16.7 mM (NH 4 ) 2 SO 4 6.7 mM EDTA Second reaction ( 10 μl) 10 mM β-mercaptoethanol 10 μM dCTP ( 32 P-labeled, 5 × 10 4 cpm) 50 μg / ml BSA 4 units T4 DNA polymerase (manufactured by Takara Shuzo)

【0097】[0097]

【発明の効果】本発明によれば、遺伝的疾患や感染症の
診断に有効な試料中に存在する特定の塩基配列を含むポ
リヌクレオチドの検出方法及び当該検出方法に使用する
ポリヌクレオチド検出用キットが提供される。
INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, a method for detecting a polynucleotide containing a specific nucleotide sequence present in a sample effective for diagnosing a genetic disease or an infectious disease, and a polynucleotide detection kit used in the detection method Will be provided.

【0098】[0098]

【配列表】[Sequence list]

配列番号:1 配列の長さ:25 配列の型:核酸 鎖の数:一本鎖 トポロジー:直鎖状 配列の種類:他の核酸 合成DNA 起源 生物名:サイトメガロウィルス(CMV) 配列 CCCCGAAATG GGACCCAGTA CGGAT SEQ ID NO: 1 Sequence Length: 25 Sequence Type: Nucleic Acid Number of Strands: Single Strand Topology: Linear Sequence Type: Other Nucleic Acid Synthetic DNA Origin Biological Name: Cytomegalovirus (CMV) Sequence CCCCGAAATG GGACCCAGTA CGGAT

【0099】配列番号:2 配列の長さ:24 配列の型:核酸 鎖の数:一本鎖 トポロジー:直鎖状 配列の種類:他の核酸 合成DNA 起源 生物名:ヒト癌遺伝子Ki−ras/12 配列 ATAAACTTGT GGTAGTTGGA GCTG 24SEQ ID NO: 2 Sequence length: 24 Sequence type: Nucleic acid Number of strands: Single strand Topology: Linear Sequence type: Other nucleic acid Synthetic DNA Origin organism name: Human oncogene Ki-ras / 12 sequences ATAAACTTGT GGTAGTTGGA GCTG 24

【0100】配列番号:3 配列の長さ:25 配列の型:核酸 鎖の数:一本鎖 トポロジー:直鎖状 配列の種類:他の核酸 合成DNA 起源 生物名:HBV・DNAのHBV−e抗原遺伝子 配列 AATGCCCCTA TCTTATCAAC ACTTC 25SEQ ID NO: 3 Sequence length: 25 Sequence type: Nucleic acid Number of strands: Single strand Topology: Linear Sequence type: Other nucleic acid Synthetic DNA Origin organism name: HBV-HBV-e of DNA Antigen gene sequence AATGCCCCTA TCTTATCAAC ACTTC 25

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の反応原理を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing the reaction principle of the present invention.

【図2】本発明によるHBV−e抗原遺伝子の検出方法
によって得られたオートラジオグラフィ−の結果を示す
図である。
FIG. 2 is a diagram showing the results of autoradiography obtained by the method for detecting an HBV-e antigen gene according to the present invention.

【図3】本発明による反応系におけるヌクレアーゼ耐性
プライマーの必要性について調査したオートラジオグラ
フィーの結果を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the result of autoradiography for investigating the necessity of a nuclease-resistant primer in the reaction system according to the present invention.

【図4】プライマーの配列と検出対象のポリヌクレオチ
ドの塩基配列の相補性とヌクレアーゼ分解産物の関係を
調査したオートラジオグラフィーの結果を示す図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing the result of autoradiography for investigating the relationship between the complementarity between the primer sequence and the nucleotide sequence of the polynucleotide to be detected and the nuclease degradation product.

【図5】基質とヌクレアーゼ分解産物の関係を調査した
オートラジオグラフィーの結果を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing the result of autoradiography for investigating the relationship between a substrate and a nuclease degradation product.

【図6】標的ポリヌクレオチドの濃度を変化させて感度
を調査したオートラジオグラフィーの結果を示す図であ
る。
FIG. 6 shows the results of autoradiography in which the sensitivity was investigated by changing the concentration of the target polynucleotide.

【図7】T4DNAポリメラーゼを用いた場合について
調査したオートラジオグラフィーの結果を示す図であ
る。
FIG. 7 shows the results of autoradiography investigated for the case of using T4 DNA polymerase.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C12Q 1/66 6807−4B ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI technical display location C12Q 1/66 6807-4B

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 検出対象のその塩基配列が既知であるポ
リヌクレオチドに、当該ポリヌクレオチドの一部と相補
的な配列を有しかつヌクレアーゼ耐性を有するオリゴヌ
クレオチドプライマーをハイブリダイズさせ、次いでこ
れに少なくとも1種のデオキシヌクレオシドトリリン
酸、DNAポリメラーゼ及びヌクレアーゼを加えて、前
記プライマーの3’末端に隣接しかつ前記ポリヌクレオ
チドと相補的である塩基種を相補鎖合成し引き続いて分
解し、かつ当該相補鎖合成及び分解を少なくとも1回以
上繰り返して、生成するピロリン酸又はデオキシヌクレ
オシドモノリン酸を検出することを特徴とする、前記ポ
リヌクレオチドの検出方法。
1. A polynucleotide having a known base sequence to be detected is hybridized with an oligonucleotide primer having a sequence complementary to a part of the polynucleotide and having nuclease resistance, and then at least this is hybridized. One kind of deoxynucleoside triphosphate, DNA polymerase and nuclease is added to synthesize a complementary strand of a base species adjacent to the 3'end of the primer and complementary to the polynucleotide, and subsequently decomposed, and the complementary strand. The method for detecting a polynucleotide, which comprises repeating the synthesis and the decomposition at least once to detect the produced pyrophosphate or deoxynucleoside monophosphate.
【請求項2】 オリゴヌクレオチドプライマーが、当該
オリゴヌクレオチドプライマーの3’末端でホスホロチ
オエート化されたものであることを特徴とする請求項1
記載のポリヌクレオチドの検出方法。
2. The oligonucleotide primer is phosphorothioated at the 3 ′ end of the oligonucleotide primer.
A method for detecting a polynucleotide as described.
【請求項3】 DNAポリメラーゼが、DNAポリメラ
ーゼI、DNAポリメラーゼIのクレノウフラグメン
ト、T4DNAポリメラーゼ、T7DNAポリメラーゼ
及びPhi29DNAポリメラーゼからなる群から選ば
れるDNAポリメラーゼであることを特徴とする請求項
1又は2記載のポリヌクレオチドの検出方法。
3. The DNA polymerase is a DNA polymerase selected from the group consisting of DNA polymerase I, Klenow fragment of DNA polymerase I, T4 DNA polymerase, T7 DNA polymerase and Phi29 DNA polymerase. The method for detecting a polynucleotide.
【請求項4】 ヌクレアーゼがエクソヌクレアーゼIII
であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に
記載のポリヌクレオチドの検出方法。
4. The nuclease is exonuclease III
The method for detecting a polynucleotide according to any one of claims 1 to 3, wherein:
【請求項5】 デオキシヌクレオシドトリリン酸のβ位
及びγ位のリン酸分子以外の分子又は原子が、放射性同
位元素で置換標識されており、かつヌクレアーゼによる
反応により生成するデオキシヌクレオシドモノリン酸を
検出することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項
に記載のポリヌクレオチドの検出方法。
5. A molecule or atom other than the β- and γ-position phosphate molecules of deoxynucleoside triphosphate is substituted and labeled with a radioactive isotope, and deoxynucleoside monophosphate produced by the reaction with nuclease is detected. The method for detecting a polynucleotide according to any one of claims 1 to 4, wherein:
【請求項6】 ヌクレアーゼによる反応により生成する
デオキシヌクレオシドモノリン酸をクロマトグラフィー
によって分離し当該デオキシヌクレオシドモノリン酸を
光学的に測定することを特徴とする請求項1〜5のいず
れか1項に記載のポリヌクレオチドの検出方法。
6. The deoxynucleoside monophosphate produced by the reaction with a nuclease is separated by chromatography, and the deoxynucleoside monophosphate is measured optically, according to any one of claims 1 to 5. A method for detecting a polynucleotide.
【請求項7】 請求項1〜4のいずれか1項に記載のポ
リヌクレオチドの検出方法において、DNAポリメラー
ゼによる相補鎖合成により生成するピロリン酸を、アデ
ノシン−5’−ホスホサルフェート及びアデノシントリ
リン酸スルフリラーゼと反応させてアデノシントリリン
酸を生成させ、当該アデノシントリリン酸を検出するこ
とを特徴とするポリヌクレオチドの検出方法。
7. The method for detecting a polynucleotide according to any one of claims 1 to 4, wherein pyrophosphate produced by complementary strand synthesis by a DNA polymerase is converted into adenosine-5'-phosphosulfate and adenosine triphosphate sulfurylase. A method for detecting a polynucleotide, which comprises reacting with adenosine triphosphate to produce adenosine triphosphate and detecting the adenosine triphosphate.
【請求項8】 アデノシントリリン酸をルシフェリン−
ルシフェラーゼ反応によって測定することを特徴とする
請求項7記載のポリヌクレオチドの検出方法。
8. Adenosine triphosphate is added to luciferin-
The method for detecting a polynucleotide according to claim 7, which is performed by a luciferase reaction.
【請求項9】 以下の1〜4の成分: 1.検出対象のその塩基配列が既知であるポリヌクレオ
チドの一部と相補的な配列を有しかつヌクレアーゼ耐性
を有するオリゴヌクレオチドプライマー、 2.DNAポリメラーゼ、 3.少なくとも1種のデオキシヌクレオシドトリリン
酸、及び 4.3’→5’方向に2本鎖DNAを分解する活性を有
するヌクレアーゼ。 を含む請求項1〜8のいずれか1項に記載のポリヌクレ
オチドの検出方法に使用するポリヌクレオチド検出用キ
ット。
9. The following 1-4 components: 1. An oligonucleotide primer having a sequence complementary to a part of a polynucleotide whose base sequence to be detected is known and having nuclease resistance. DNA polymerase, 3. At least one kind of deoxynucleoside triphosphate, and a nuclease having an activity of degrading double-stranded DNA in the 4.3 ′ → 5 ′ direction. A kit for detecting a polynucleotide used in the method for detecting a polynucleotide according to any one of claims 1 to 8, which comprises:
【請求項10】 請求項9記載のポリヌクレオチド検出
用キットにおいて、当該検出用キットに、デオキシヌク
レオシドモノリン酸検出用試薬を含有させたことを特徴
とするポリヌクレオチド検出用キット。
10. The kit for detecting a polynucleotide according to claim 9, wherein the detection kit contains a reagent for detecting deoxynucleoside monophosphate.
【請求項11】 請求項9記載のポリヌクレオチド検出
用キットにおいて、当該検出用キットに、ピロリン酸検
出用試薬を含有させたことを特徴とするポリヌクレオチ
ド検出用キット。
11. The polynucleotide detection kit according to claim 9, wherein the detection kit contains a reagent for detecting pyrophosphate.
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JP2005537000A (en) * 2002-08-29 2005-12-08 アマシャム・バイオサイエンス・コーポレイション Specimen detection method
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