JPH09504950A - 核酸検出用ハイブリダイゼーションプローブ、共通ステム、方法およびキット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 標的相補配列と、標的配列の非存在下で閉じた形態にプローブを保持する親和性ぺアと、プローブが開いた状態にあるときに相互作用するラベルペアとを含む核酸標的配列を検出するためのユニタリーハイブリダイゼーションプローブ。標的と標的相補配列とのハイブリダイゼーションにより、プローブが開いた形態に変形する。この変形は、ラベルペアの相互作用を減少させるために、検出可能である。ユニタリープローブは、単一分子または二分子であってもよい。また、共通ステムおよびキットは、前記プローブを作成するのに使用できる。また、アッセイは、このようなアッセイを行うために前記プローブとキットを利用する。このようなプローブの一つ（１）が図示されている。

Description

【発明の詳細な説明】 核酸検出用ハイブリダイゼーションプローブ、共通ステム、方法およびキット 本発明は、核酸ハイブリダイゼーションプローブを含むアッセイの分野に関す る。アッセイは、特定の遺伝子、遺伝子セグメント、ＲＮＡ分子および他の核酸 の検出に使用できる。このようなアッセイは、例えば組織、血液および尿のサン プル等のように臨床的に、また食物技術の分野、農業および生物学的研究の分野 で用いられる。 発明の背景 複合混合物中の特異的標的配列を検出するために、核酸ハイブリダイゼーショ ンプローブが用いられる。GillespieおよびSpiegelman(1965)に記載されたよう な従来の不均一なハイブリダイゼーションアッセイは、典型的に以下の工程、す なわち、キャプチャープローブを用いてあるいは用いずに、紙、ビーズもしくは プラスチック表面に対する少なくとも標的核酸の固定化；標的の配列に相補的な 過剰の標識プローブの添加；ハイブリダイゼーション；ハイブリダイズしないプ ローブの除去；および固定された標的に結合した残存するプローブの検出を含む 。 ハイブリダイズしないプローブは、ハイブリッドの大量の洗浄によって除去す る。これは、一般的に最も時間のかかる工程の一部分であって、しばしばサンド ウィッチハイブリダイゼーション等の複雑な構成を利用する。固体表面の使用に より、標的の可動性または標的への接近を制限することによって、ハイブリダイ ゼーションにかかる時間が延びる。固体表面により提示された広いエリアは、非 限定的にハイブリダイズしないプローブを維持し、バックグラウンドシグナルを もたらす。さらに、固体表面は、プローブからのシグナルに抵触する。プローブ −標的ハイブリッドが単離される要件が、in vivoでの検出および合成反応中に おける核酸の同時検出（リアルタイム検出）を妨げる。 時として不均一アッセイと称される、いくつかの溶液-相検出機構が知られて いる。“不均一(homogeneous)”により、プローブ-標的ハイブリッドからハイブ リ ダイズしないプローブを分けることなく行われるアッセイを意味する。これらの 機構は、多くの蛍光ラベルの蛍光は当面の化学的環境によって影響され得るとい う事実を利用している。このような機構の一つは、Hellerら（１９８３）および Cardulloら（１９８８）によて記述されている。これは、標的ＤＮＡ鎖の連続領 域に相補的な一対のオリゴデオキシヌクレオチドプローブを用いる。一方のプロ ーブは、その５’末端に蛍光ラベルを含み、他のプローブはその３’末端に別の 蛍光ラベルを含む。プローブが標的配列にハイブリダイズする際に、この二つの ラベルが互いに非常に近接する。サンプルが適切な周波数の光で刺激されると、 一方のラベルから他方へ蛍光共鳴エネルギー転移(fluorescence resonance ener gy transfer)（“ＦＲＥＴ”）が起こる。このエネルギー転移は、標的の存在の 間接的信号化するスペクトル反応における測定可能な変化をもたらす。しかしな がら、変化したスペクトル特性は微妙であり、この変化はバックグラウンドシグ ナルに比べて小さい。モニタリングには精巧な装置が必要とされ、感度が制限さ れている。さらに、場合によっては、ハイブリダイゼーションシグナルがネガテ ィブである、すなわち標的の存在により特定の波長で測定される蛍光の量が減少 する。 この技術は、二つの会合していないプローブが一本鎖の標的配列に同時に結合 することを必要とする。この３分子間ハイブリダイゼーションの機構は、この技 術をリアルタイム検出に適合させるにはあまりにも遅い。標的が一本鎖であると いう要件は、この技術を二本鎖の核酸のin vivo検出に不適切にしてしまう。 他の溶液-相機構も一対のオリゴデオキシヌクレオチドプローブを利用する。 しかしながら、ここで二つのプローブは、互いにおよび標的ＤＮＡの相補鎖に対 して完全に相補的である（Morrison，1987; Morrison，1989; Morrisonら，1989 ; MorrisonとStols，1993）。各プローブは、その３’末端に結合した発蛍光団 およびその５’末端結合した消光分子を含む。 この二つのオリゴヌクレオチドプローブが互いにアニールされる際に、各プロ ーブの発蛍光団は、他のプローブの消光分子に近接して保持される。蛍光ラベル が適切な周波数の光で刺激されれば、蛍光は消光分子によって消光される。しか しながら、各プローブが標的に結合すれば、相補プローブの消光効果はなくなる 。このプローブは十分に長いので、標的に結合した際に自分で消光することはな い。 この種のアッセイでは、二つの対立するデザインの考慮がある。標的に対する プローブのハイブリダイゼーションを確実に急速にする高濃度のプローブを有す ることが望ましい。標的に結合したプローブからのシグナルが、標的または他の プローブのいずれかにハイブリダイズしていないプローブからのバックグラウン ドシグナルによって圧倒されないような低い濃度のプローブを有することも好ま しい。この状況は、蛍光シグナルを読む前にバックグラウンドの蛍光を低下させ るのに比較的長時間待つ必要がある。 この計画に係るアッセイは、プローブと標的配列を含むサンプルとの混合物を 融解させることによって始まる。次いで温度を下げて、競合ハイブリダイゼーシ ョンを導く。あるプローブは標的にハイブリダイズし、存在すれば、あるものは 相補プローブにハイブリダイズする；そしてあるものはハイブリダイズせずバッ クグラウンドシグナルを産する。平衡した対照アッセイ（a parallel control a ssay）は標的無しに行われ、蛍光のバックグラウンドレベルのみを与える。サン プルが十分な標的を含有するものであれば、検出可能なより高レベルの残余蛍光 が得られる。 この計画では、ほとんど全ての過剰プローブがそれらの相補物にアニールさせ るためにかなりの時間の間残余蛍光の読みとりを遅延させる必要がある。また、 平衡した対照反応が行われなければならない。さらに、低濃度のプローブが、蛍 光バックグラウンドを減少するために用いられる。しかして動力学が貧弱で、本 質的に遅いアッセイになってしまう。これは、リアルタイムの検出を妨げる。プ ローブ並びに標的は、融解が必要であり、アッセイをin vivoでの使用に不適切 なものとする。また、シグナルは残余のみならず、外部のコントロールとの比較 とは別のシグナルである。 鎖置換（strand）として知られるこの現象を利用した他の溶液相計画は、Diam ondら、1988によって記載されている。典型的に、これらのアッセイは、二分子 核酸プローブ複合体を含む。標的配列のサブセットを含む短い方の一本鎖は、プ ローブの完全な標的結合領域を含む長い方のプローブの一本鎖にアニールする。 しかして、報告されたプローブ複合体は、一本鎖と二本鎖の部位の両方を含む。 この参考文献は、これらのプローブ複合体が、短い方の鎖に結合した³²Ｐラベル 、またはプローブ複合体が形成された際に互いに近接して保持される蛍光および 消光剤をさらに含んでもよいことを提案している。 これらのプローブ複合体を利用するアッセイにおいて、標的検出が二段階の工 程で行われることが述べられている。最初に、複合体の一本鎖部分が標的にハイ ブリダイズする。分岐点移動のメカニズムを介して、標的核酸がプローブ複合体 から短いラベル保持鎖を移動させた後に、標的認識が行われることが記載されて いる。標的保持鎖は、溶液に放出されるとされており、溶液から単離および検出 される。捕捉工程における³²Ｐ標識プローブとして報告された選択的調整におい ては、二本の一本鎖核酸は単一分子に結合される。 これらの鎖置換プローブ複合体は、欠点を有している。このメカニズムは二段 階であり、そこではプローブ複合体が最初に標的に結合しなければならず、次い で分岐点移動を介して、標的が認識されシグナルが産生される前に、鎖置換が起 こらなければならない。二分子プローブ複合体は、高い効率で形成するとは報告 されておらず、標的結合領域の大部分が標識鎖にアニールされないようにプロー ブを調製する。これは、同じ標的配列に対する、ラベル保持およびラベル無しの 標的結合領域間の競合を導く。さらに、標識鎖の非特異的減少を伴う問題がある 。さらに、置換された標識鎖は、シグナルが検出される前にハイブリダイズして いないプローブ複合体から分離される必要がある。この必要により、プローブ複 合体が均一なアッセイに不適切なものとされる。 本発明の目的は、上述したような、従来のハイブリダイゼーションプローブと アッセイ、並びに現在の均一なハイブリダイゼーションプローブとアッセイの制 限を克服することである。 本発明の他の目的は、標的核酸配列とハイブリダイゼーションしてシグナルを 生成するが、ハイブリダイズしていないときには、ほとんどあるいは全くシグナ ルを生成しないハイブリダイゼーションプローブであり、これらのプローブを用 いたアッセイである。 さらに、本発明の目的は、選択された標的配列に特異的な核酸プローブを作製 するために用いられるキットである。 さらに、本発明の目的は、このようなプローブを用いた均一なアッセイである 。 さらに、本発明の目的は、ハイブリダイゼーションプローブと、検出が早く遅 延することなく行われる急速な方法である。 本願発明のさらなる目的は、ハイブリダイゼーションプローブと、in vivoで 核酸を検出できる方法である。 本願発明のさらなる目的は、ハイブリダイゼーションプローブと、in situで 核酸を検出できる方法である。 本発明の更なる目的は、リアルタイムで、核酸増幅および他の合成反応におけ る核酸標的配列を検出できるハイブリダイゼーションプローブと方法である。 本発明の更なる目的は、高価な装置を使用することなく核酸標的を検出できる ハイブリダイゼーションプローブおよびアッセイである。 診断および検索の分野におけるハイブリダイゼーション方法の十分な可能性を 実現させるために、標的にハイブリダイズした際に検出できるシグナルを産生す るまではほとんどあるいは全くシグナルを有しないプローブとの溶液内における ハイブリダイゼーションを観察する技術が必要である。好ましくは、直線的また は指数的動力学で核酸を産生する反応の進行を観察することができるものである 。また、プローブは、組織または細胞を破壊することなくin vivo（およびin si tu）で核酸の検出ができるものとすべきである。もちろん、プローブは従来のハ イブリダイゼーションアッセイにも用いられる。さらに、このアッセイは、直接 的にあるいは増幅技術と共に標的の非常に敏感な検出ができるべきである。また 好ましくは、このプローブは、裸眼で検出可能なハイブリダイゼーションシグナ ルを生成するべきである。最後に、このプローブは、一度のアッセイで別の標的 の検出が可能であるべきである。本発明の目的は、上記の要求の全てまたはほぼ 全てを満たす核酸ハイブリダイゼーションアッセイおよびプローブである。 発明の概要 本発明は、形態的に検出できるハイブリダイゼーションプローブ、アッセイお よびキットを含む。また、共通ステム（universal stems）およびプローブを作 製するために前記ステムを含むキットを含む。 本発明に係るプローブは“ユニタリー(unitary)”であり、ユニタリーとは、 ペアとして結合しかつ連結してアッセイで操作される二分子プローブ、あるいは 単一の一本鎖を意味する。これらは、少なくとも、所望の標的核酸に相補的な一 本鎖核酸配列、ここでは“標的相補配列”と称する；相補的な核酸配列または他 の親和性ペアの結合部材によって可逆的に相互作用する前記標的相補配列に隣接 する５’および３’領域；およびシグナルを生成する相互作用するラベル分子を 含む。本発明の好ましいプローブは、標的相補配列が標的に結合していないとき の検出条件下で互いにハイブリダイズすることによって可逆的に相互作用する相 補的な核酸配列または“腕”を含む。ユニタリープローブが単一分子なら、上述 の全ての成分が一分子である。ユニタリープローブが二分子であれば、標的相補 配列の半分またはほぼ半分と、親和性ペアの一方と、ラベルペアの一方とが各分 子中に存在する。 シグナル生成ラベル分子は、十分に離されたときではなく近接したときに、少 なくとも一方のラベル分子が他のラベル分子の少なくとも一つの物理学的に測定 可能な特性を変えることができるように適合した“ペア”である。ラベル分子は 、ラベル分子の互いの近接が、親和性ペアの相互作用の状態によって制御される ようにプローブに結合される。標的がなければ、ラベル分子は、親和性ペアの結 合相互作用により互いに近接に保持される。この形態を、“閉じた”状態と称す る。閉じた状態では検出可能なシグナルが生成されない、これはほとんどの実施 態様を伴う事実であり、閉じた状態を“オフ”の状態と称する。 標的相補配列がその標的にハイブリダイズすると、形態変化がユニタリープロ ーブ内に起こり、親和性ペアを分離させ、結果としてラベル分子を分離させる。 この形態を“開いた”状態と称し、ほとんどの実施態様において“オン”の状態 である。分離は、標的相補配列−標的配列ヘリックスの形成の熱力学によって行 われる。標的相補配列−標的配列ヘリックスの形成は、完全であっても切り込み (nicked)が入っていても、アッセイ条件下での親和性ペアの誘引を克服する。親 和性ペアの分離がラベル分子の相互作用を変えるので、シグナルが生成され、そ の後、プローブに結合した少なくとも一つのラベル分子の少なくとも一つの特性 における差異を測定することができる。本発明のプローブの重要な特徴は、非特 異的に結合した場合には、開いた形態に変形しないことである。 本発明に係るプローブは、測定可能な特徴を備えており、しばしば“シグナル ”と称し、プローブが開いているか閉じているかによって異なる。測定可能な特 徴は、ラベル分子の相互作用の関数であり、これらの分子間の相互作用の度合い はこれらの分子の分離に応じて変化する。上述したように、本発明のユニタリー プローブは、閉じた形態と開いた形態とを有する。ラベル分子は閉じた形態より 開いた形態においていっそう分離しており、この差異は少なくとも一つの測定可 能な特徴における検出可能な変化を生ずるのに十分である。閉じた状態ではラベ ル分子の形態は互いに“近接”しており、すなわち、相互作用するのにこれらが 十分に近いので、測定できる特徴が、検出できる量、質、もしくはレベルにおい て、このように相互作用しない開いた形態と区別される。もちろん、この差はで きるだけ大きい方が好ましい。場合によっては、“オフ”の状態で、測定可能な 特徴ができるだけゼロに近いシグナルであることが好ましい。 測定可能な特徴は、蛍光共鳴エネルギー転移(fluorescence resonance energy transfer）（ＦＲＥＴ）ペアの少なくとも一方を刺激するから得られる特有の 光シグナルでもよい。それは、検出可能な産物を生成するために基質に対する酵 素／抑制ペアまたは酵素／補助因子ペアの作用から得られる色変化でもよい。こ れらのどの場合においても、プローブは特有のシグナルを有し、そのレベルは、 プローブが閉じた状態にあるためにラベル分子が近接しているか、またはプロー ブが開いた状態にあるためにラベル分子が離れているかに依存すると言える。 上述したように、検出できるシグナルは、開いたまたは閉じた形態にあるプロ ーブによって生成される。ラベル分子の選択は、その状態でシグナルが生成され るか、あるいは異なるシグナルが各状態で生成されるかを支配する。最も好まし い相互作用ラベル分子は、発蛍光団／消光剤ペアであり、好ましくはプローブに 共有結合しており、最も好ましくは標的に相補的でない腕部に共有結合したもの である。しかして最も好ましいプローブは、開いた状態で標的に結合し、適切な 光源で刺激された際に特定の波長の陽性蛍光シグナルを生成する。これらのプロ ーブを称する際に、“オン”の状態のこの形態も称する。 本発明は、“共通ステム”とこれらを含むキットも含む。本発明に係る共通ス テムは、所望の標的配列に相補的な配列を含むオリゴヌクレオチドまたはオリゴ ヌクレオチド類を共通ステムにリゲートあるいは共有結合させることにより、一 つまたは他の標的配列を検出するための本発明に係るプローブを作製するために 使用することができる。 本発明は、さらに本発明に係る少なくとも一つのユニタリープローブを利用す るアッセイ方法を含む。本発明のアッセイは、一本鎖または二本鎖の標的に対し て用いることができる。しかしながら、標的とは無関係に親和性ペアを分けるか もしれない一つのまたは複数の段階を含むアッセイでは、単一分子のプローブの みが適している。本発明に係るアッセイは、in vitroまたはin vivoで行うこと ができる。このアッセイは、組織を破壊することなく生物または固定された組織 におけるin situで行うことができる。本発明の好ましいアッセイは、未結合の プローブを除去するために分離または洗浄を必要としないが、洗浄は性能を上げ る。最も好ましいアッセイは、均一(homogeneous)アッセイである。 本発明に係るアッセイは、本発明に係る少なくとも一つのユニタリープローブ を、標的配列を含む核酸鎖を含むと思われるサンプルに、プローブに適したアッ セイ条件下で添加することを少なくとも含む。そして、標的配列がない同一条件 下における特徴と比較して、プローブの測定可能な特徴における変化があるか否 かを評価する。アッセイは、定性的または定量的とすることができる。ある実施 態様では、標的を含まないコントロールを行い、コントロールでの反応とサンプ ルでの反応とを比較することが望ましい。シグナルのレベルは、定量的な定量と して測定される。変化は単に定量的アッセイに検出される。コントロールが用い られれば、サンプルとコントロールとの間のングナルの変化の差異が算出される 。 本発明に係るアッセイは、本発明の少なくとも一つの単一分子プローブを、増 幅または他の核酸合成反応と関連させてもよく、例えば：ポリメラーゼチェーン 反応,ＰＣＲ，(Erlichら，1991)；Ｑ-βレプリカーゼ仲介増幅反応，(Lomeliら ，1989)；鎖置換増幅反応，ＳＤＡ，(Walkerら,1992)；自己維持配列反応(self- su stained sequence reactions)，３ＳＲ，(Guatelliら,1990)；および転写並びに 複製反応である。上述したように二分子プローブは、あらゆる反応において使用 するには不適切であり、例えば親和性ペアが標的に依存して分けられるＰＣＲ等 では不適切であるが、別の反応、例えば転写で用いることができる。しかしなが ら、上記のどの方法においても単一分子プローブが好ましい。これらは、合成さ れた標的をリアルタイムに検出することができる。もちろん、本発明の単一分子 または二分子プローブのいずれでも、完了した反応のアッセイで用いることがで きる。 この発明は、増幅された標的の位置決め（ロケーティング）および単離の手段 も提供する。例えば、発蛍光団／消光剤ラベルペアを含む好ましいプローブを利 用して、ＰＣＲ産物が同定、定量そして任意にゲル電気泳動後にゲル中のハイブ リダイズしたプローブを剌激することによって単離され、得られたシグナルの全 てが、標的の存在、量および位置を示している。同様に、本発明は、核酸の混合 物からあらゆる所望の核酸を同定もしくは単離する手段を提供するものであり、 クロマトグラフィーまたは電気泳動等の物理的手段で分離される。 本発明は、本発明に係るアッセイを行うための試薬および高分子のキットも含 む。 この記載において、“プローブ”、“標的”、“オリゴヌクレオチド”、“核 酸”、“鎖”および他の用語をときとして単数で称している。分子を記載するの に用いられる多くの用語が単数形で用いられ、単一の分子あるいは複数を意味す ることが当業者に理解されている。例えば、標的配列はアッセイでプローブによ って検出されるが（実際に個々のプローブ個々の標的配列と相互作用する）、ア ッセイはプローブの多くのコピーと標的の多くのコピーを必要とする。この場合 には、用語は文脈で理解されるべきである。このような用語は、単一の分子また は複数の分子のいずれかの意味に限定されない。 図面の簡単な説明 図１は、“閉じた”形態にある本発明の好ましい二分子プローブを示す図であ る。 図２は、“開いた”形態にある図１のプローブを示す図である。 図３は、最も好ましい単一分子プローブである実施例Ｉのプローブを示す図で ある。 図４は、実施例IIの共通ステムの使用を示す図である。 図５は、実施例IIIの単一分子プローブを示す図である。 図６は、実施例ＩおよびIIIのプローブの温度変性曲線を示す。 図７は、実施例Ｖの結果を示す写真である。 図８は、実施例Ｖのプローブのハイブリダイゼーションの動力学のグラフであ る。 図９は、標的配列に結合した、腕にヘアピン配列を備えた単一分子プローブを 示す図である。 図１０は、本発明に係る繋がれた単一分子プローブを示す図である。 発明の詳細な説明 本発明のハイブリダイゼーションプローブは、ＤＮＡ、ＲＮＡまたはこれら二 つの組み合わせからなる。プローブは修飾ヌクレオチドを含むこともできる。プ ローブにおけるヌクレオシド間の結合は、ホスホジエステル結合以外の結合を含 んでもよい。図１は、ユニタリープローブ１の二分子バージョンを図式的に示す 。プローブ１は、５’末端と３’末端とを有する一本鎖標的相補配列２を含み、 二分子プローブ１に配列２ａと配列２ｂとを含み、これらは共に核酸標的鎖内に 含まれる予め選択された標的配列に相補的である。プローブ１は、一本鎖、すな わち単一分子バージョンと見なされ、単一標的相補配列２はそのほぼ中部に配さ れている。以下の記載は、プローブ１がこのように考えられたものとして、すな わち簡便のために単一分子バージョン考えられたものとして記載する。しかして 、本記載は、二分子および単一分子バージョンの両方に適用される。 親和性ペアは、配列２から伸び、これに結合しており、ここではオリゴヌクレ オチドの腕３、４として示されている。親和性ペアは、互いに親和性を備えた一 対の分子である。図１に示すような相補核酸配列の方が好ましいが、他の親和性 ペアを用いることができる。例えば、タンパク−リガンド、抗体−抗原、タンパ クサブユニット類、および核酸結合タンパク−結合部位が含まれる。さらなる例 は当業者にとって明らかであろう。ある場合には、一つ以上の親和性ペアの使用 が、相互作用に適切な強度を与える。親和性ペアは、標的配列の存在しない検出 条件下で近接した状態にプローブを維持するのに十分に強く、しかし、その標的 相補配列とその標的配列のハイブリダイゼーションが熱力学的に親和性ペアの相 互作用以上に支持されるのに十分に弱く可逆的に相互作用する。このバランスは 、プローブを閉じた状態から開いた状態へと形態的に変化させる。さらに、親和 性ペアが分離するのは、プローブが標的に結合した場合のみであって、プローブ が非特異的に結合した場合ではない。 プローブが閉じた形態から開いた形態に変形するメカニズムは、親和性ペアが 相補的なオリゴヌクレオチドの腕である実施態様について記載するが、他の親和 性ペアに対する一般論は示されていない。図１では、腕３、４は、検出温度を含 む予め選択されたアッセイ条件下で互いにハイブリダイズし、腕ステムと称する 場合があるステム二重鎖５を形成するように選択される。標的がなければ、腕３ 、４の連結は熱力学的に支持され、図１に示された閉じた形態にプローブ１を保 持して、ステム二重鎖５を維持する。図２では、標的相補配列２（配列２ａと２ ｂを含む）は、標的核酸９の標的配列８にハイブリダイズする。このハイブリダ イゼーションは、適切な長さの比較的厳密なダブルヘリックスを形成する。図２ の二分子バージョンでは、切り込みの入ったヘリックスである。本発明のプロー ブでは、標的相補配列と標的配列との相互作用によるヘリックスの形成は、検出 温度におけるアッセイ条件下で熱力学的に支持され、腕３、４を分離させ、結果 的にステム二重鎖５を溶解させ、図２に示された開いた形態を維持する。腕領域 ３、４は、標的相補配列２が標的配列８にハイブリダイズした際には、ステム二 重鎖を形成するように互いに相互作用することがない。標的相補配列２と標的配 列８の相補作用が腕３と４の分離を誘導するので、このメカニズムを“スプリン グ(spring)”と称する場合がある。標的相互配列が標的配列にハイブリダイズし たときに起こる閉じた形態からの開いた形態への変化は、切り込みの存在または 一つ以上の核酸のミスマッチの存在にもかかわらず成される。重要なのは、プロ ーブの非特異的結合によっては、このような腕の結合が克服されないことである 。この特徴は、不適切に“開けられた”プローブから非常に低いバックグラウン ドシグナルに導く。 図１および２の好ましい実施態様に図示された親和性ペアは、一対の相補性核 酸配列である。腕３、４は、ステム二重鎖５（図１）が標的相補配列２と標的配 列８のハイブリッドより小さいハイブリッドである（図２）。二分子バージョン では、ステム二重鎖５は、２ａおよび２ｂを含む切り込みの入ったヘリックスの 各部位より小さくあるべきである。この限定が満たされれば、２ａおよび２ｂは それぞれ標的相補配列２の“約半分”を含むと言える。他の親和性ペアは、上述 したように、ある場合には非相補的な腕を介して、または非核酸の腕に、標的相 補配列に結合される。適切な親和性ペアは、当該技術分野で知られた方法で標的 相補配列に結合することができる。親和性ペアは、標的相補配列に直接的に共有 結合していることが好ましい。 本発明に係るユニタリープローブは、ラベルペアによる特徴的なシグナルまた は単にシグナルと称する場合がある測定可能な特徴を備えている。プローブ１は 、ステム二重鎖５の５’および３’末端のそれぞれにおいて、プローブ１に結合 しかつプローブ１の一部を形成するラベル分子６、７を含む。ラベル分子６、７ は、それらの近接、従ってそれらの互いの相互作用が、腕３、４の相互作用によ って変えられるように配される。ラベル分子６、７は、腕３、４の他の場所に、 あるいはステム５との結合に近い配列２、すなわち腕３、４の近くに結合させる ことができる。あるラベル分子は、腕に沿って内部的に結合した際に検知可能に 高度に相互作用するであろう。これは、末端が解けないことによって影響されな いからである。 一つ以上のペアのラベル分子を用いることができる。さらに、ラベルペアの要 素間に一対一の分子の対応は必要ではなく、特に、一つの要素が、別の要素の一 分子以上に影響し、影響されることができる。本発明のプローブの使用に適した ラベル分子は、少なくとも一つの分子が、他のラベル分子の少なくとも一つの物 理学的に測定可能な特徴を近接依存的に変えることができるように相互作用する 。ラベルペアの特徴シグナルは、プローブが開いた形態か閉じた形態かに依存し て検出可能に異なる。 例えば、図１および２を参照すると、好ましい標的分子はＦＲＥＴペアであり 、最も好ましくは発蛍光団７と消光剤６である。この実施態様では、特徴シグナ ルは、特定の波長の蛍光である。プローブ１が閉じた状態のとき（図１）、ラベ ル分子６は分子７から蛍光を消光する。分子７が適切な周波数の光で刺激される と、蛍光シグナルは最初のレベルでプローブから生成されるが、それはゼロであ ろう。プローブ１は、“オフ”である。プローブ１が開いた状態にある場合（図 ２）、ラベル分子６はラベル分子７から十分に離れおり、それらの間の蛍光共鳴 エネルギー転移は、完全ではないにしても実質的に妨げられる。それゆえ、ラベ ル分子６は、ラベル分子７の蛍光を効果的に消光することができない。分子７が 刺激されれば、第一レベルよりも高い第二レベルの蛍光シグナルが発生する。プ ローブ１は“オン”である。蛍光の二つのレベル間の違いは検出可能かつ測定可 能である。このように蛍光および消光分子を用いて、プローブは“開いた”形態 で“オン”になり、プローブが標的に結合したことが容易に検出可能なシグナル を発することにより示される。プローブの形態的状態は、ラベル分子間の相互作 用を制御することにより、プローブから生じるシグナルを変える。 親和性ペアが相補的オリゴヌクレオチドの腕である実施態様では、標的相補配 列および腕配列の長さは、計画されたハイブリダイゼーションアッセイの条件下 でプローブの適切な熱力学的機能のために選択される。ハイブリダイゼーション アッセイの技術者であれば、適切な条件が、プローブ、標的および溶質濃度、検 出温度、変性剤および体積排除剤(volume excluders)、並びに他のハイブリダイ ゼーション影響因子を含むことがわかるであろう。標的相補配列の長さは、１０ ヌクレオチドから約１４０ヌクレオチドの範囲とすることができる。二分子の実 施態様では、標的相補配列の各部位は、少なくとも１０ヌクレオチドの長さを有 するべきである。低い方の限定は、プローブが閉じている場合にラベル分子間の 相互作用によって影響される測定可能な特徴（または特徴的なシグナル）と、プ ローブが開いている場合の測定可能な特徴との間に検出可能な違いがない、最小 の距離で決められている。しかして、適切なプローブにとっての標的相補配列２ の最小の長さは、ラベルペアの個性とプローブへのその結合に依存する。ラベル 分子は、蛍光分子５−［（２−アミノエチル）アミノ］ナフタレン−１−スルホ ン酸（ＥＤＡＮＳ）と消光分子４−（４−ジメチルアミノフェニラゾ）安息香酸 （ＤＡＢＣＹＬ）が最も好ましい。ＥＤＡＮＳとＤＡＢＣＹＬでは、消光は、長 さが二重らせん核酸の約２０ヌクレオチドペアに等しい、６０オングストローム の分離によって必須に除去される。しかして、図１および２の好ましい実施態様 では、２ａと２ｂを含む標的相補配列２は、少なくとも２０ヌクレオチドの長さ とすべきである。短い配列２は、ハイブリダイズしたプローブからのシグナルを 漸進的に弱め、開いたプローブと閉じたプローブとの間のシグナルレベルにおけ る違いを減少する。 プローブの最長は制限が少なく、二重らせん核酸分子の既知の柔軟性によって 決定されている（Shoreら，1981）。プローブ−標的二重らせんの長さが約１４ ０ヌクレオチド対を超えると、プローブ−標的ハイブリッドの柔軟性により、二 重らせん核酸分子の末端が互いに接触することが可能である。当業者にとって明 らかなように、この距離は、二重らせん状の核酸（ＤＮＡ：ＤＮＡ、ＤＮＡ：Ｒ ＮＡまたはＲＮＡ：ＲＮＡ）および形成された二重らせんの種類（Ａ型、Ｂ型、 Ｚ型等）に依存して変えてもよい。例えば、標的相補配列２（図１）が１４０ヌ クレオチドより長くＡ型のＤＮＡ：ＲＮＡ二重らせんを形成するように標的に結 合すれば、開いた形態で望ましくない消光が起こるであろう。時々の消光は、検 出可能なシグナルを生成するプローブの能力を完全に破壊しないかもしれないが 、プローブの性能を破壊してしまう。望ましくない消光は、腕または他の親和性 ペアの末端以外の位置にラベルペアを結合することによって減少することができ る。 標的相補配列の最大の長さは、プローブが標的に結合した際の熱力学的に支持 された開いた形態を帯びる機能的要求により拘束される。過剰に長い標的相補配 列は、プローブ−標的ヘリックスと腕ステムヘリックスの両方が同じ複合体で存 在できるのに十分な柔軟性を備えたプローブ−標的二重らせんを形成してしまう 。プローブは、閉じた状態のままである。それゆえ、標的相補配列の最大の長さ は、標的に結合した際にプローブが開いた形態を帯びるのに十分に短く、かつ得 られたプローブ−標的ヘリックスが十分に堅固なものでなければならない。以上 の理由から、標的相補配列の最大の長さは、どんなことがあっても約１４０ヌク レオチドを超えないべきであり、これによって上述した因子に依存する数の１０ パーセント以内を意味する。 本発明のプローブを設計する際に、二本鎖ＤＮＡのらせんの性質に考慮が払わ れるべきである。単一分子プローブが開いた形態にある場合、分子がプローブ− 標的二重らせんの反対側に位置していれば、ラベル分子の最大の分離がなされる 。例えば、ラベル分子が、標的相補配列結合の末端のステム二重鎖の５’および ３’末端に結合していれば、Ｂ型標的相補配列−標的配列二重らせんは、１６− 、２６−、３７−、４７−、５８−、６８−または７９−ヌクレオチド長の標的 相補配列の選択は、ラベル分子６、７が図２に示されているように、二重らせん の逆側にトランス形態に標的分子を配向させることにより、最大の分離をなすと 予想される。このサイズの範囲では、これらの長さの１〜３ヌクレオチド以内に ある標的相補配列が好ましい。２０〜６０ヌクレオチドの範囲の長さを有する標 的相補配列が好ましい。これまでに作製された最も好ましい実施態様の標的相補 配列は、３５ヌクレオチドである。 親和性ペア等の核酸配列を有する好ましい実施態様では、腕の配列は、アッセ イの条件下および検出温度において、プローブが標的に結合していない場合に、 腕が結合し、ラベル分子が互いに近接に保持されるのに十分な長さであるべきで ある。用いられるアッセイ条件に依存して、３−２５ヌクレオチドの腕の長さこ の機能を行うことができる。中間の範囲である６−１５ヌクレオチドは、しばし ば適切である。実際の長さは、標的のない状態ではプローブが閉じた形態をとり 、標的に結合したときには開いた形態を帯びるように標的相補配列に関連して選 択される。標的相補配列が長さで１００ヌクレオチドまで含むのであれば、腕の 長さは１０−２５ヌクレオチドまで増やすことができる。標的相補配列が１００ ヌクレオチド以上では、腕の長さをさらに増やすことはできない。 オリゴヌクレオチド配列が親和性ペアとして用いられるなら、腕の長さの上限 は本発明に係るプローブの熱力学に関連した二つの基準によって支配される。ま ず、腕ステムの融解温度は、アッセイ条件下で、アッセイの検出温度より高いこ とが好ましい。アッセイ温度より少なくとも５℃、好ましくは少なくとも１０℃ 高い融解温度を備えたステムが好ましい。 第二に、プローブの標的仲介開裂が熱力学的に支持されるように、ステムの形 成によって放出されるエネルギーが、標的相補配列−標的配列ハイブリッドの形 成によって放出されるエネルギーより小さくあるべきである。しかして、標的相 補配列−標的配列ハイブリッドの融解温度はステムの融解温度より高い。それゆ え、腕の配列は標的相補配列より短くあるべきである。二分子の実施態様では、 既に述べたように、腕の配列は各標的相補配列より短くあるべきである。 従って、標的相補配列が標的にハイブリダイズする前にプローブが開かないよ うに、腕ステムの融解温度はアッセイ温度より高くなければならず、しかもなお 、適切なプローブ機能およびそれによる検出可能なシグナルの生成を確実にする ために、標的相補配列と標的配列の完全または切り込みの入ったハイブリッドの 融解温度より十分低くなければならない。腕ステムの融解温度は、アッセイ温度 より少なくとも５℃、さらに好ましくは少なくとも１０℃高く、標的相補配列と 標的配列とのハイブリッドの融解温度より少なくとも約２０度低いことが好まし い。 当業者であれば、これらのパラメーターがハイブリダイゼーションアッセイの 条件で変わるであろうこと、並びにこれらの条件が本発明のプローブの核酸配列 を設計する際に考慮されなければならないことを理解するであろう。別の方法で は、プローブは、本発明に係るプローブであるために用いられるアッセイ条件下 で上述のように機能するように設計されなければならない。特定の作製物は、あ るセットのアッセイ条件下では本発明に係るプローブであっても、別のセットの アッセイ条件では違うことがある。腕の長さおよびそれらのグアノシン−シチジ ン含有率はステム二重鎖の融解温度に影響する。所望の融解温度では、特定のア ッセイ条件下で、腕の長さおよびグアノシン−シチジン含有率は、当業者に容易 に算定される。プローブの二重ステムの融解温度は、以下の実施例IVに記載され た方法を用いて所定のアッセイ条件用に経験的に決定することができる。 これらのパラメーターを、ガイドラインとして使用できる設計の考慮と見なす 。複合溶液中のプローブの挙動が常に確実に予想できとは限らないので、特定の アッセイ条件下で最適に行うために、すなわちオフシグナルとオンシグナルの違 いを最大にし、所望であればオフのシグナルレベルを最小にするために、本発明 に係る作製プローブでは、経験的な試験が非常に有効である。 ある好ましい実施態様では、それぞれの腕の配列が、プローブが開いた際に、 ヘアピンステム等の第二の内部構造を形成する。このデザインのユニタリープロ ーブ９０が、図９に例証されている。プローブ９０は単一分子であるが、このデ ザインの特徴は、同様に二分子プローブに適用される。標的相補配列９１が標的 ９３の標的配列９２に結合し、プローブ−標的ヘリックスを形成したら、腕９４ 、９５が分離し、シグナルがラベル分子９６、９７の分離によって精製される。 開いた腕９４、９５が自分でホールドバックしてヘアピン９８、９９を形成する から、図９に示された開いた形態は安定である。ヘアピンは、長さにして少なく とも３つのヌクレオチドペアのステムを形成する隣接する相補配列を有する。こ れは、それぞれ分かれた腕９４、９５が内部ヘアピン構造を形成する際にさらな るエネルギーが放出されるので、開いた形態を安定させる。さらに、これらのヘ アピン構造を含む腕は効果的に短くなり、互いに相互作用しそうもない。この特 徴を備えることにより、１０−２５ヌクレオチドの範囲内の腕を用いることがで き、これは、閉じた形態でラベル分子をよりしっかりとホールドするこの特徴を 具備しない腕に適切な長さより比較的長い。結果的に、閉じた形態のバックグラ ウンドレベルがより低いために、この特徴を備えたプローブはよりシャープなシ グナルを示すことができる。 開いた形態を安定化する別の方法は、一方または他方の腕の配列が、標的配列 に隣接する配列に少なくとも部分的に相補的であることである。相補配列は、腕 の内部の、腕と標的相補配列との接合部の近くまたは遠位に配置することができ る。さらに、一方の腕の配列は、特定の標的に適合されたプローブのデザインに 過度の限定をすることなく、標的に隣接する配列に完全に相補的であってもよい 。この特徴は、開いた形態の熱力学的安定性を増す。腕の部分が標的に相補的で あってもよいが、標的配列と標的相補配列との相互作用は、開いた形態にプロー ブを変形させるのに十分でなければならないことに注意すべきである。このデザ インの特徴は、単一分子の実施態様と二分子の実施態様の両方に適用される。 図１−５は、蛍光分子（７、３７、４６、５５）および消光分子（６、３８、 ４５、５６）の好ましいラベルペアを示す。近接しているときには、ペアの一方 がもう一方の少なくとも一つの物理学的に測定可能な特徴を検出可能に変更でき 、分離したときには異なる程度になる、あらゆるラベルペアをシグナル生成のた めに使用できる。さらに、ラベル分子がプローブに結合していなければならない 。 適切な消光分子と組み合わされる蛍光ラベル分子は、以下の既知の範囲、すな わち蛍光ラベル、放射性蛍光ラベル(a radioluminescent label)、化学蛍光ラベ ル(a chemiluminescent label)、生物蛍光ラベル(a bioluminescent label)およ び電気化学蛍光ラベル(an electrochemiluminescent label)のいずれかから選択 することができる。単一の蛍光分子と多数の消光分子を使用すれば、消光が増す であろう。この場合には、一つのラベルペアは、いくつかの消光分子と“ペアに なった”一つの蛍光分子を有する。他の使用できるラベルペアは、レポーター酵 素と適切な阻害剤を含む。 好ましくはないが、閉じた形態でシグナルを生成し、開いた形態で不活性化さ れるラベルペアを使用することができる。このようなペアの例としては、酵素が 活性化されるように互いに近づけられなければならない、酵素とその補助因子お よび酵素のフラグメントまたはサブユニットである。この種の実施態様において は、近づけられた形態は“オン”の状態である。 好ましいラベルは、蛍光共鳴エネルギー転移が二つのラベル間の相互作用のモ デルであるように選択される。このような場合には、ラベルの測定可能な物理的 特徴は、一方のラベルの励起状態の寿命の減少、一方のラベルの蛍光の完全また は部分的な消光、一方のラベルの蛍光の増強、あるいは一方のラベルの蛍光の減 極とすることができる。ラベルは、狭い波長帯の放射線または広い波長帯の放射 線で励起されうる。同様に放射された放射線は、装置を用いて、あるいは直接的 な視覚による観察により狭いまたは広い範囲の波長で観察することができる。こ のようなペアの例は、フルオレセイン／スルホローダミン１０１、フルオレセイ ン／ピレンブタノアート、フルオレセイン／フルオレセイン、アクリジン／フル オレセイン、アクリジン／スルホローダミン１０１、フルオレセイン／エテノア デノシン、フルオレセイン／エオシン、フルオレセイン／エリスロシンおよびア ントラニルアミド−３−ニトロチロシン／フルオレセインである。この種の他の ラベルペアは、当業者にとって明らかであろう。 実施例に特別に記載されている最も好ましいプローブ、単一分子および二分子 の両方は、裸眼でハイブリダイゼーションの検出ができるものであり、励起装置 として単なる紫外線ランプのみを必要とするものである。これらのプローブは以 下の基準を満たす；すなわち一方のラベル分子のみが蛍光であって、その蛍光は 裸眼で観察され；他方のラベル分子がこの蛍光を極度に効率的に消光し；核酸の 二重らせんの約二回転以上離れるとあまり消光しないものである。もちろん、一 方または他方のラベル分子の複数のコピーを用いることができる。 最も好ましい蛍光ラベルはＥＤＡＮＳであり、最も好ましい消光分子はＤＡＢ ＣＹＬである。ＤＡＢＣＹＬの吸収スペクトルは、ＥＤＡＮＳ発光スペクトルと 良好にオーバーラップするので、非常に効率的なエネルギー転移が行われる。オ クタペプチドスペーサーを介してＤＡＢＣＹＬに結合させることによりＥＤＡＮ Ｓの蛍光を４０倍減少できたこと、およびＤＡＢＣＹＬに直接的にＥＤＡＮＳを 結合することにより蛍光を２００倍以上減少し得たことが示されている。また、 ６０オングストローム以上離すとＤＡＢＣＹＬによってＥＤＡＮＳの蛍光が消光 されない。最後に、ＤＡＢＣＹＬは、それ自身では全く蛍光を有していない（Ma tayoshiら，1990; Wangら，1991）。 ＥＤＡＮＳおよびＤＡＢＣＹＬは、オリゴヌクレオチドの腕または他の親和性 ペアの領域でプローブに結合される。これまで最も好ましいプローブとしては、 ＥＤＡＮＳおよびＤＡＢＣＹＬが、腕と標的相補配列の結合の遠位であって腕の ５’および３’末端に共有結合した、単一分子および二分子の両方である。それ ぞれ５’および３’末端に位置するＥＤＡＮＳとＤＡＢＣＹＬの位置は、当然な がら逆にすることができる。ＥＤＡＮＳとＤＡＢＣＹＬの分子は、プローブが閉 じた形態では互いに近接し、開いた形態では互いに十分に離れていさえすれば、 プローブの末端部位にそったあらゆる場所に結合させることができる。 図１を参照すると、腕のフリーの５’および３’末端よりむしろ、ステム二重 鎖５にそってラベル分子が位置されているので、プローブが閉じた形態にある場 合に、ラベル分子間の相互作用を増幅する。二重らせんの末端ヌクレオチドが解 かれ、温度に依存した速度で不規則的に再度ハイブリダイズすることが良く知ら れている。それゆえ、ステムに沿って内部に分子を配することにより、末端が解 けることによる分子の分離を低減することができるであろう。 ステム二重鎖に沿って分子を配した際に、考慮すべきことは、ステム二重鎖の らせん構造に与えられる。この分子は、腕がアニールした際に分子がステム二重 らせんの同じ側に来るように、各腕に沿って互い違いに配されたヌクレオチドに 結合させてもよい。この位置づけは、閉じた形態におけるラベル分子の相互作用 をさらに増強するであろう。 前にも述べたように、複数のラベル、例えば、多数のＥＤＡＮＳおよびＤＡＢ ＣＹＬ分子を用いることができる。多数のラベルは、時として、より高い厳密性 でアッセイをすることを可能にする。例えば、親和性ペアがオリゴヌクレオチド の腕である場合に、腕ステムヘリックスが形成された際に、各ＥＤＡＮＳ分子が ＤＡＢＣＹＬ分子に近接できるように、一方の腕にある数のＥＤＡＮＳ分子を配 し、他方の腕に対応する数のＤＡＢＣＹＬ分子を配することにより、ラベルの多 重性が達成される。また、多重性は、ブドウの房に似た方法で、腕に多数のラベ ルを共有結合させることによってもなされる。ラベルの多重性は、自発的に消光 するラベル分子と共に用いられるべきではない。好ましい適用では、ステムヘリ ックスが形成された際に、少なくとも一つのＤＡＢＣＹＬ分子がいつでもＥＤＡ ＮＳ分子に隣接するように、一方の腕に一つのＥＤＡＮＳ分子を配し、もう一方 の腕に多数のＤＡＢＣＹＬ分子を配することにより、閉じた形態における消光を 増幅することができる。 プローブのあらゆる位置に対するラベル分子の結合は、アッセイ条件下で安定 でなければならない。結合は共有結合でもよく、これが好ましい。非共有結合の 例は、限定されることなく、イオン結合、挿入、タンパク−リガンド結合並びに 疎水性および親水性相互作用を含む。プローブに対するラベル分子の結合の適切 に安定な手段は、当業者には明らかであろう。ここで“結合”という用語の使用 は、使用条件下で安定なプローブに対するラベル分子の結合の全ての意味を包括 する。安定に結合したラベル分子とは、それらが結合するプローブ分子の内部に 含まれるものと考えられる。 場合によって、スペーサー、好ましくは直鎖アルキルスペーサーを介した共有 結合でプローブにラベル分子を結合する。スペーサーの性質は、臨界的ではない 。例えば、ＥＤＡＮＳとＤＡＢＣＹＬは、当該技術分野において良く知られかつ 一般的に用いられている６炭素長のアルキルスペーサーを介して結合することが できる。アルキルスペーサーは、効率的な蛍光共鳴エネルギー転移、結果的には 効率的な消光のために、互いに相互作用するのに十分柔軟なラベル分子を与える 。適切なスペーサーの化学的成分は、当業者によって理解されるだろう。炭素鎖 スペーサーの長さは、少なくとも１〜１５炭素の間で変えることができる。しか しながら、“ブドウの房”状に腕に結合した多重性のラベルでは、多数の分岐し たスペーサーが望ましい。 本発明のハイブリダイゼーションプローブおよび共通ステムは、一般的に知ら れた固相合成法、合成配列または制限フラグメントのリゲーション、もしくはこ れらの技術の組み合わせによって組み立てるられる核酸分子を含む。最も簡単な プローブは、標的相補配列に隣接する腕配列を有する単一のオリゴヌクレオチド の合成によって組み立てることができる。次いで、オリゴヌクレオチドの末端に ラベル分子が結合される。二分子プローブは、二つが別々に合成され、オリゴヌ クレオチドがラベルされて調製される。二分子プローブを、標的相補配列部位に 結合させ、副木上でリゲーションすることによって、対応する単一分子プローブ に変形することができる。許容される収率で行われるならば、直接的な合成が特 に適切である。 合成およびリゲーションの組み合わせの一つの使用は、単一分子ＤＮＡプロー ブを二つの直接的に合成されたオリゴデオキシヌクレオチドから組み立てること によって例証される。一方のオリゴヌクレオチドは、標的相補配列、ラベル分子 の一方と共有結合した完全な第一の腕配列、および第二の腕配列の一部を含む。 腕とこのオリゴヌクレオチドの腕の一部とは互いにハイブリダイズする。第二の オリゴヌクレオチドは、もう一方のラベル分子に共有結合した第二の腕配列の残 部を含む。第二のオリゴヌクレオチドは、第一の腕配列のハイブリダイズしてい ない、すなわち突き出た領域に相補的である。二つのオリゴヌクレオチドは互い にアニールする。最後に、プローブはアニールした複合体のリゲーションによっ て組み立てられる。 あるいは、それぞれが、標的相補配列の本質的な部位すなわち“約半分”と称 される部位、一方のオリゴヌクレオチドの５’および他方の３’に位置した腕配 列、並びに適切なラベル分子を含有する二つのオリゴヌクレオチドを合成する。 単一分子プローブが所望であれば、これらの二つのオリゴヌクレオチドを副木オ リゴヌクレオチドでアニールさせてリゲートする。次いで、このプローブをゲル 濾過または当該技術分野で知られた他の手段によって副木から精製する。二分子 プローブが所望であれば、プローブは二つのオリゴヌクレオチドをアニールする ことによって組み立てられる。 本発明は、共通ステム、並びに種々の予め選択された標的配列を検出するため の本発明に係るプローブを調製するためにこの共通ステムを使用するための説明 を含むキットを含んでいる。共通ステムは腕領域の部位を含み、それぞれラベル ペアの要素に結合している。本発明に係る単一分子プローブを作製するのに使用 するために、反応基を含む二重鎖の結合端が形成されるように、腕が互いにハイ ブリダイズした状態で、ステムはユニットとして提供および使用されてもよい。 任意に、結合端はリゲートし得る平滑端または突き出た端部を含んでもよい。あ るいは、他の生物学的結合剤、または化学的成分が、共通ステムの５’および３ ’結合端に存在してもよい。化学的リゲーションは、ヒドロキシル基、リン酸基 、スルフヒドリル基、アミノ基、アルキルリン酸基、アルキルアミノ基またはヒ ドロキシアルキル基等の反応基を含むことができる。共有反応基が好ましい。 プローブの両端に同じ腕領域が結合することが自動的に避けられるため、プロ ーブが調製される際に共通ステムがハイブリダイズされていると有利である。し かしながら、それぞれの腕部に相互に排他的な付着反応がなされるのであれば、 共通ステムはプローブ調製中にハイブリダイズしている必要はない。この場合に は、腕部は連続的な反応の間には分かれたままでよいが、腕部を共通ステムと称 する。二分子プローブの調製における使用では、また二分子プローブのリゲーシ ョンによる単一分子プローブの調製における使用では、二つのステム部が別々に 提供および使用されると好ましい。 共通ステムが、長さにして５〜２０ヌクレオチドのオリゴヌクレオチド腕部を 含むことが好ましい。本発明に係る共通ステムの腕部のヌクレオチドは標的配列 認識に無関係であり、このことが特別な場合でも適用されることは理解されるで あろう。ステムは、ユニタリープローブの形状を制御することに関係することの みを必要とする。好ましい共通ステムは、ラベル分子としてＦＲＥＴペア、最も 好ましくはＥＤＡＮＳおよびＤＡＢＣＹＬを含み、それぞれ以下に記載するよう に、結合端の遠位でステム二重鎖の一端に結合されている。二つの共通ステムオ リゴヌクレオチドを固相合成法によって調製した。しかしながら、適切な長さお よび融解温度の天然配列もステムとしての使用に適用することができる。 当業者であれば理解できるように、自身に相補的な突出した配列を含有するオ リゴヌクレオチドを有するステムは、二つのステムの望ましくない結合を導く。 しかして、必要ではないが、このような二量体を形成するオリゴヌクレオチドの 使用を避けることが好ましい。 本発明に係る共通ステムを使用することは、最終的なプローブの腕配列の残余 部に隣接した標的相補配列を含むオリゴヌクレオチドの合成を含んでもよい。こ のオリゴヌクレオチドは、残余腕部を介して自己的にハイブリダイズして、結合 しうる末端を作製する。共通ステムが突出部を含むのであれば、オリゴヌクレオ チドは、共通ステムの突出部に相補的な突出部を備えているべきである。次いで 、このオリゴヌクレオチドを、好ましくは上述したように酵素的または化学的リ ゲーションによって共通ステムに結合される。このようにして、共通ステムは、 本発明に係る単一分子プローブの最終的なプローブステムに取り込まれる。 本発明に係る共通ステムは、種々の単一分子または二分子のプローブを設計す ることを望む研究者にとって特に利益がある。共通ステムは、一つ以上のステム と、適切な標的相補配列オリゴヌクレオチド、または適切な制限フラグメントを 調製してステムに結合させるための説明を含むキットの一部とすることができる 。この説明は、もし記載するとすれば、上述したように標的相補配列に隣接し適 切な結合端を形成することが必要とされる、腕配列の一部について記載するべき である。キットは、形成すべき最終的なプローブステムの融解温度および／また は長さによって変わる多重性共通ステムを含んでもよい。キットは、一つの共通 なステムオリゴヌクレオチドおよび長さが違う多数の種類の他のステムオリゴヌ クレオチドを具備することができる。しかして、種々のまたは異なる所定のアッ セイ条件下で使用するために、種々の長さの標的配列または同じ標的配列を備え た、本発明のプローブの調製に適したステムを含むことができる。このようなキ ットの説明は、使用者を、ここで教示したことに関連する特定の標的相補配列と ともに使用するための適切な共通ステムに向ける。また、キットの使用者が、本 発明のプローブを設計および調製するのに共通ステムを容易に使用することがで きるように、キットが任意に酵素および試薬を含んでもよい。 定量的または定性的とされる本発明に係るアッセイは、非結合プローブを洗浄 および除去する必要がない。しかして、本発明に係るアッセイは、本発明に係る ユニタリープローブを標的配列を含む鎖を含有すると思われるサンプルに添加し 、検出温度におけるアッセイ条件下において検出可能なシグナルが発生するか否 かを確かめることをを含む。均質なアッセイが好ましいが、本発明に係るプロー ブを不均一なハイブリダイゼーションアッセイに用いてもよい。標的配列を含ま ないコントロールを同時に行っても良く、二つを測定して差異を算定することに よって定量的または定性的にサンプルおよびコントロールのシグナル生成を比較 することができる。本発明のアッセイは、核酸合成反応の特異的一本鎖または二 本鎖産物のリアルタイムおよび終点検出を含み、例えば、転写、複製、ポリメラ ーゼチェーン反応（ＰＣＲ）、自己維持配列反応（３ＳＲ）、鎖置換増幅反応（ ＳＤＡ）、およびＱ-βレプリカーゼ仲介増幅反応等が挙げられる。ユニタリー プローブが融解または他の変性にさらされるようなアッセイでは、プローブは単 一分子でなければならない。 定量的アッセイは、当該技術分野で知られた定量的方法を用いることができる 。サンプルの終点は、例えば、一連の標的の希釈物の終点と比較することができ る。また、読みとりを時間中ずっと行い、陽性または陰性のコントロール、また は両方の読みとりと比較しても、一つ以上の一連の標的希釈物の曲線と比較して もよい。 本発明に係るアッセイは、組織を破壊することなく、例えば固定された組織に おける核酸の定量的または定性的なin situ検出を含む。洗浄する必要なしにか つ大きなバックグラウンドシグナルを生成することなく大過剰のプローブを用い ることができるため、本発明のin situアッセイは特に有益である。本発明に係 るi n situハイブリダイゼーションは、クロモソームマッピングを目的として、およ びクロモソームの異常を検出するために“クロモソームペインティング”を含む (Lichterら，1990)。 本発明のアッセイはin vivoアッセイを含む。大過剰のプローブを、洗浄する 必要無しに用いることができる。アッセイは、二重鎖標的のため、並びに一本鎖 標的のためとすることができる。本発明に係るプローブは、in vivoでの標的の 検出用アッセイにおいて“生体染色剤”（殺すことなく細胞の特異的成分を染色 する試薬）として有用である。これらは、種々の生きた細胞内の特異的な核酸ま たは生きた細胞内のオルガネラを位置を定めるアッセイにおいて使用できる。こ れらは、組織内または生きた生物内の特定の細胞の種類を同定するためのアッセ イに用いることができる。本発明に係るアッセイにおいて、既知の技術、例えば 、リポソームによりまたは核酸分子に対して浸透性の細胞膜を作製することによ って、プローブを細胞の内部に輸送することができる。 例えば、異なる波長の蛍光または蛍光および着色したサンプル形成等の、異な る抵触しない検出可能なシグナルを生成する多重性プローブを用いることにより 、本発明のアッセイは一回のアッセイで多数の標的を検出することができる。ま た、同じ標的核酸の異なる領域にそれぞれ特異的な多数のプローブは、シグナル を増強するために用いられる。多数のプローブが同じ標的に用いられれば、隣接 するプローブが互いに消光しないように標的に結合するべきである。 さらに、本発明に係る特別なプローブを、多数の標的配列を検出するように設 計することができる。多重する標的相補配列が一つのプローブに取り込まれれば 、プローブのデザインは、標的に対するいずれか一つの配列のハイブリダイゼー ションによって、プローブを閉じた状態から開いた状態に変形させるようなデザ インでなければならない。 本発明に係るアッセイのある好ましい実施態様は、本発明に係るプローブのサ ンプルへの添加と、複合混合物中の特定の標的核酸配列の検出を裸眼で視認する ことを含む。陽性のスタンダードと比較することにより、または陽性のスタンダ ードで得られた結果により、視認することにより大まかに定量できる。核酸のサ イズの情報が所望されるある状況では、サンプルの核酸を先ず非変性ゲル電気泳 動で分画し、次いでそのゲル自体を直接にアッセイすることができる。あるいは 、ハイブリダイゼーションを、実施例VIのように、分画することなくまたは分画 する前に、制限フラグメントで行うことができる。 しかして、本発明を用いて、サザンブロッティングやノーザンブロッティング （Sambrook，1989）等のしばしば用いられる工程に要求されるものを削除するこ とができる。しかしながら、本発明のプローブは、不均一のアッセイ等でも非常 に有益である。これらのアッセイの主な欠点、すなわち、標的にハイブリダイズ していないプローブからバックグラウンドシグナルを減少させるために過度の洗 浄を必要とすることは、本発明のプローブの使用により改善される。 単一分子および二分子の両方において、標的に結合した場合、すなわち開いた 形態の場合にのみ高レベルの陽性シグナルを発し、閉じた形態ではほとんどシグ ナルを発しないプローブが好ましい。さらに、標的に結合しなければ開いた形態 を呈することがなく、非特異的に結合した場合には閉じたままであるようなプロ ーブが好ましい。上述したように、このことによって、バックがラウンドシグナ ルが存在しなか、あるいは非常に低くなる。従って、これらのプローブを使用す ることによって、洗浄が全く不要であるか、あるいは、ハイブリダイゼーション 後に存在するバックグラウンドシグナルをさらに減少させるために、やさしく、 厳密性の低い洗浄が用いられればよいことから、従来の不均一なアッセイが非常 に簡単になる。さらに、従来のハイブリダイゼーションを、一般的に低い厳密条 件下で行うことができる。 本発明に係るプローブは、標的配列との相互作用で非常に早く開く。ハイブリ ダイゼーションアッセイの技術者であれば知っているように、相互作用の能力は 濃度依存性である。アッセイ条件を、プローブが標的核酸の存在に反応してシグ ナルを非常に早く生成するように選択することができる。このため、本発明に係 るアッセイは特定の核酸の生成のリアルタイムの観察を含む。転写、複製または 増幅等の合成方法は、反応混合物中にプローブを含みかつ連続的または断続的に 蛍光を測定することにより観察することができる。標的が相補鎖の結合によって 隠される前に、相対的に豊かなプローブが、初期の核酸鎖中の標的を見つけだす ことができるように、プローブは実質的に過剰に用いられる。 核酸増幅反応の産物の同定のためのアッセイにおける本発明のプローブの使用 により、所望の産物を同定し、不要な副反応やバックグラウンドの産物から所望 の産物を区別する増幅後分析の必要性が一般的に排除される。もちろん、本発明 に係るプローブは、産物の終点検出のために、合成工程の最後に添加することが できる。増幅反応の進行を監視するアッセイでは、プローブは合成中に存在する ことができる。プローブの存在により、標的核酸濃度の概算の正確さ、および動 力学的レンジが改良される。閉ざされたチューブでの反応は、これまでのように チューブを開けることなしに観察することができる。従って、これらのプローブ を用いるアッセイでは、混入を制限することができるため、誤った陽性の数を制 限することができる。 本発明に係る単一分子プローブは、本発明に係るプローブが温度サイクルの速 さよりも速い速度で開閉できるため、追跡ポリメラーゼチェーン反応のアッセイ に特に使用できる。プローブ、好ましくは閉じた状態“オフ”であって、所望の 増幅産物に相補的な標的相補配列を含むプローブを、ポリメラーゼチェーン反応 混合物中に含める。この実施態様では、プローブは、ポリメラーゼチェーン反応 のアニーリング温度における反応条件下で閉じたままであるような融解点を備え ている。必要ではないが、アニーリング温度より高ければ、延長温度においてプ ローブが閉じたままであってもよい。アニーリング温度では、標的相補配列がそ の標的にハイブリダイズし、プローブがシグナルを生成する。変性温度からアニ ーリング温度に下がる間並びにアニーリング温度において、標的を見つけだして いない融解された（すなわち開いた）プローブは、急速に分子内反応を介して閉 じる。しかして、蛍光等のシグナルは、アニーリング温度において読むことがで きる。また、蛍光が読みとられる別個の温度を反応サイクル中に組み込んでもよ い。ＰＣＲ反応で用いるためのプローブを設計する際に、ＰＣＲプライマーの一 つに相補的でない標的相補配列を自然に選択するであろう。 あるプローブは、ＰＣＲプライマーのような産物の相補鎖のアニーリングによ って標的配列から除去されうる。これは、プローブの濃度を増すことによって、 もしくはポリメラーゼチェーン反応における産物鎖の合成に非対称性を設計する ことによって克服することができる。非対称性増幅では、相補鎖の合成に比べて 、標的を含むより多くの鎖が合成される。 同様に、本発明のプローブの実施態様を用いて、他の核酸増幅機構（Landegre n，1993を参照）が、観察あるいはアッセイされる。増幅機構をなにも変更せず に、例えばＱ-βレプリカーゼ仲介増幅反応、自己維持配列複製反応、転写増幅 反応、および鎖置換増幅反応等において、適切なプローブを用いることができる 。 本発明に係るアッセイのある実施態様では、固体表面に結合した複数のハイブ リダイゼーションプローブを利用する。本発明のプローブが用いられているため 、洗浄は不要である。プローブが固体表面に結合された場合、それらを“繋がれ たプローブ”と称する。この種のプローブは、図１０に示されており、標的相補 配列１０４、相補的な腕１０５および１０６、並びに腕１０５、１０６に結合し たラベルペア１０７、１０８を備えたプローブ１０１を示している。プローブ１ ０１は、結合分子１０２によって固体表面１０３に繋がれている。結合分子１０ ２は、共有結合であっても、非共有結合であってもよい。共有結合が好ましい。 ビーズ、膜、ミクロタイターウェル、および計量棒を含むあらゆる種類の表面１ ０３を用いることができる。プローブの成分に関して中性な表面、すなわち、核 酸と相互作用せず、ラベル分子と相互作用せず、かつプローブシグナルと抵触し ない表面が好ましい。このような表面の例としては、シリコーン処理剤で被覆さ れた表面である。 使用できる表面は、本質的に以下のものと抵触しない：ａ）閉じた形態を維持 するためのプローブの親和性ペア、好ましくは腕の配列の能力；ｂ）標的に対す る標的相補配列のハイブリダイゼーション；ｃ）開いた形態の場合に、親和性ペ アが離れたままである能力、好ましくはプローブの腕配列が互いにハイブリダイ ズしていないままである能力；ｄ）閉じた形態における近接したラベル分子の相 互作用、好ましくは消光分子による蛍光分子の消光；およびｅ）開いた形態にお けるラベル分子の作用、好ましくは適切な周波数の光で刺激された際に蛍光分子 が蛍光を発する作用。このような表面は、当該技術分野で知られている。 本発明のプローブは、当業者に知られている巨大分子結合分子１０２によって 繋ぐことができる。例えば、適切な結合分子１０２は、アルキル鎖またはオリゴ ヌクレオチド鎖（オリゴウリジン等）を含む。容易にプローブに取り込まれるこ とから、オリゴヌクレオチド結合分子が好ましい。当業者が理解しているように 、このようなオリゴヌクレオチド結合分子のヌクレオチド配列は、プローブ中の 別のどの配列とも実質的に相補的であるべきではない。 繋がれたプローブは、予め決定されたセットの標的配列の同時の決定のための アッセイに有利に使用できる。例えば、一連の蛍光プローブを調製することがで き、それぞれが異なる標的相補配列を含有する。各プローブを、計量棒等の同じ 支持表面に所定の位置に結合することができる。ハイブリダイゼーション条件下 で支持体とサンプルとを接触させた後、支持体を適切な周波数の光で刺激するこ とができる。繋がれたプローブがサンプルの標的分子とハイブリッドを形成した 位置で、蛍光が発生する。 このようなアッセイは、例えば患者が明らかに感染しており、医師が早急に効 果的な処置を処方するために感染性の作因の同一性を知る必要がある場合に、診 療の状況において特に有益である。 本発明に係るアッセイキットは、本発明の少なくとも一つのプローブとアッセ イを行うための説明を含む。またキットは、塩類、バッファー類、ヌクレアーゼ 阻害剤、制限酵素および変性剤等のアッセイ試薬を含んでもよい。キットは陽性 対照試験用の標的またはモデル標的、および陰性対照試験用の標的を含まない“ サンプル”を含んでもよい。 増幅アッセイキットは、上記のいくつかまたは全てに加えて、アッセイ用およ び対照アッセイ用の、プライマー類、ヌクレオチド類、ポリメラーゼ類およびポ リメラーゼ鋳型を含んでもよい。 生体染色キットは、プローブおよび説明に加えて、透過剤、リポソーム前駆体 、バッファー類、塩類、カウンター染料類(counterstains)および光学的フィル ター類を含んでもよい。 in situキットは、プローブと説明に加えて、固定液類、脱水素剤類、プロテ アーゼ類、カウンター染料類、界面活性剤類、光学的フィルター類および被覆さ れた顕微鏡スライド類を含んでもよい。 フィールド（携帯用）キットは、説明に加えて、本発明に係る繋がれたプロー ブを含む。少なくとも一つのプローブが、ビーズ、ウェルまたは計量棒に繋がれ てもよい。未感作のサンプルの成分にハイブリダイズする陽性対照プローブを含 む複数のプローブが含まれてもよい。 フィールドキットは、説明に加えて、本発明に係る繋がれていないプローブを 含んでもよい。このようなキットは、感染性の作因または遺伝子用であってもよ い。遺伝子用のキットは、陰性の、また時には陽性の標的を含んでもよい。 プローブの構成が、特定のアッセイ条件下で本発明のユニタリープローブであ るか否かを決定するために試験が行われてもよい。プローブの構成に用いられた 親和性ペアおよびラベル分子に適した試験を、設計することができる。この試験 は、用いられるべき検出剤を用いて、ハイブリダイゼーションアッセイの条件下 で行われるべきであり、一般的に以下の工程を含む：第一に、標的のない条件下 で生成されるシグナルレベルを測定し、次いで検出を必要とする最小レベルの標 的存在下でプローブが過剰に存在する場合に生成されるシグナルレベルを測定す る。第一の測定のシグナルレベルが、近接したラベル分子から予測されるレベル と一致し、第二の測定のシグナルレベルがプローブの開裂によって予測されるレ ベルと一致し、かつ、検出剤が二つの測定のシグナルレベル間を確実に区別でき るならば、その構成はそのアッセイにおいて本発明に係るプローブである。 プローブの構成が親和性ペアとしてオリゴヌクレオチドの腕を有する場合には 、プローブの構成は、本発明に係るプローブであるためには、実施例IVに記載さ れた試験をパスしなければならない。 以下の実施例は本発明のいくつかの実施態様を例証する。これらは、本発明を 制限するものではなく、これらの特異的な実施態様に限定されるものではない。 実施例Ｉ：プローブＡの合成 プローブＡは、図３に示されている。図３は、標的相補配列３１および相補性 の腕を有する単一分子プローブ３０のヌクレオチド配列を示している。図３に示 された特定のプローブは、ヒト免疫不全ウイルスＨＩＶ−１のインテグラーゼ遺 伝子の検出用である（Muesingら，1985）。ヌクレオチド３２からヌクレオチド ３３まで５’から３’に伸びる標的相補配列３１は、標的配列５’−ＡＡＴＧＧ ＣＡＧＣＡＡＴＴＴＣＡＣＣＡＧＴＡＣＴＡＣＡＧＴＴＡＡＧＧＣ−３’に相補 的 である。同じ長さの、他方の標的に相補的な標的相補配列が代用されることは、 理解されるであろう。プローブ３０は、上述した最初の二つのオリゴヌクレオチ ドをリゲーションする方法を用いて組み立てられた。二つのオリゴヌクレオチド ３４、３５はいずれも、固相合成法によって調製された。図３で四角に囲まれた オリゴデオキシヌクレオチド３４の合成中に、被修飾ヌクレオチドを５’末端に 導入した。このヌクレオチドは、ヘキサアルキルスペーサーを介して５’リン酸 塩に共有結合したスルフヒドリル基を有する。次いで、オリゴヌクレオチド３４ は、ＥＤＡＮＳラベル分子３７に結合される。参照としてここに取り込むConnol yとRider(1985)の方法を、チオエーテル結合を介してオリゴヌクレオチドにＥＤ ＡＮＳ（１，５−ＩＡＥＤＡＮＳ、モレキュラープローブ(Molecular Probes)、 Eugene、オレゴン）のスルフヒドリル反応性形態を結合するために用いた。次い で、オリゴヌクレオチド３４を、高圧液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）で精 製した。オリゴヌクレオチド３５の合成中に、参照としてここに取り込むNelson ら(1989)の方法を用いて、３’末端ヌクレオチドの３’酸素にヘキサアルキルス ペーサーを介して共有結合された一次アミノ基を導入した。約２．５ｍｇのオリ ゴヌクレオチド３５は、その５’末端においてＴ４ポリヌクレオチドキナーゼを 用いて³²Ｐでリン酸基転移された。この³²Ｐは、合成および精製中にオリゴヌク レオチドを追跡するために用いられた。次いで、リン酸基転移されたオリゴヌク レオチド３５を３００１の０．２Ｍ炭酸水素ナトリウム中に溶解し、３００１の ６０ｍｇ／ｍｌのラベル分子３８、ＤＡＢＣＹＬスクシンイミジルエステル（モ レキュラープローブ、Eugene、オレゴン）のアミノ反応性の形態と反応させた。 アミノ反応性ＤＡＢＣＹＬを、７２時間以上、それぞれ２０１の１５の画分の連 続的に撹拌された反応混合物に添加した。反応混合物をエチルアルコールで沈殿 させた。次いで、オリゴヌクレオチド３５をＨＰＬＣで精製した。オリゴヌクレ オチド３４および３５を、互いにアニールし、１６℃でＴ４ＤＮＡリガーゼとの インキュベーションによってリゲートした。リゲートされた産物を、７Ｍの尿素 の存在下でポリアクリルアミドゲル電気泳動で精製した。プローブＡを含むバン ドは、尿素の存在下で青白い蛍光を示し（ＥＤＡＮＳによる）、オレンジ色を呈 し（ＤＡＢＣＹＬによる）、放射活性を有していた（³²Ｐによる）。精製された プローブＡをゲルから溶出し、１ｍＭのＥＤＴＡを含む１０ｍＭＴｒｉｓ−ＨＣ ｌ、ｐＨ８．０（ＴＥバッファー）に保存した。 実施例II：共通ステムとその使用方法 図４は、本発明にかかる共通ステムを用いて設計された、ここではプローブＢ と称するプローブを示す。図４を参照すると、明確にするために線４２で描かれ た共通ステム４１は、以下に記載するあらゆる標的相補配列を含有する鎖をリゲ ートし得る腕領域４３、４４を含む。 共通ステム４１を作成するために、二つのオリゴヌクレオチド４３、４４を固 相合成法によって作成した。オリゴヌクレオチド４３は、Ｔ４ポリヌクレオチド キナーゼを用いてリン酸基転移された。オリゴヌクレオチド４３、４４は相補的 である。一方、すなわちこの場合にはオリゴヌクレオチド４３は、他方、すなわ ちオリゴヌクレオチド４４より５ヌクレオチド長い。図４を参照すると、これら の５ヌクレオチドは５’−ＡＴＣＣＧである。オリゴヌクレオチド４３は、その ３’末端において、ラベル分子４５、すなわちＤＡＢＣＹＬ分子に結合している 。オリゴヌクレオチド４４は、その５’末端において、ラベル分子４６、すなわ ちＥＤＡＮＳ分子に結合している。これらの結合を行い、結合したオリゴヌクレ オチドを実施例Ｉで記載したように精製した。次いでオリゴヌクレオチド４３、 ４４をアニールし、それによってラベル分子４５、４６を互いに近接させた。 固相合成法によって調製されたオリゴヌクレオチド４７は、図４で線で表示さ れた、腕配列の残りの部分４８、４９を含む領域に隣接した、標的相補配列を含 む。腕配列４８、４９を互いにアニールし、共通配列の突出部に相補的な突出部 を形成した。この突出部、５’−ＡＴＣＣＧは、腕部４８の最初の５ヌクレオチ ドを含む。次いで、実施例Ｉの条件下で、オリゴヌクレオチド４７を共通ステム ４１にアニールし、リゲートした。プローブＢを、ゲル電気泳動でリゲーション 混合物から単離した。ステム配列４３、４４及び腕部４８、４９は混合前には別 々にアニールされたが、混合後にはアニールされうる。プローブ４０の最終的な 腕ステムは、領域４４及び４８と領域４３及び４９の組み合わせをそれぞれ備え ている。 実施例III：プローブＣの合成 プローブＣ、図５に示された単一分子プローブを、上述した第二の二つのオリ ゴヌクレオチド方法で作成した。プローブ５０の５’末端からヌクレオチド５２ にのびるオリゴヌクレオチド５１、及びヌクレオチド５４からプローブ５０の３ ’末端にのびるオリゴヌクレオチド５３を固相合成法によって調製した。オリゴ ヌクレオチド５１は、その５’末端でＥＤＡＮＳ５５に結合され、オリゴヌクレ オチド５３はその３’末端においてＤＡＢＣＹＬ５６に結合された。結合された オリゴヌクレオチドの結合及び精製は、実施例Ｉに記載されたようにして行われ た。 ここで、二つの分子、オリゴヌクレオチド５１と５３は、本発明の二分子プロ ーブを形成するようにアニールすることができる。単一分子プローブは、これら のオリゴヌクレオチドから、配列５’−ＡＡＴＧＧＣＡＧＣＡＡＴＴＴＣＡＣＣ ＡＧＴＡＣＴＡＣＡＧＴＴＡＡＧＧＣ−３’のオリゴヌクレオチドの副木にこれ らをアニールすることによって形成され、ヌクレオチド５２と５４の接合部にお いてリゲートされる。次いで、単一分子プローブを実施例Ｉに記載されたように 電気的に精製した。プローブＣは、異なる条件下で使用するように設計されてい るものの、プローブＡと同じ標的相補配列を備えている。この標的相補配列は、 ヌクレオチド５７からヌクレオチド５８に、５’から３’に伸びている。プロー ブＣのステム二重鎖は、８塩基対の長さである。 実施例IV：プローブ作成物の試験 この実施例は、核酸腕配列を用いて構成されたプローブが、特定のアッセイ条 件下で本発明のプローブであるか否かを調べる試験について記載する。このよう なプローブ作成物、プローブＡのデータについて、提供および評価する。プロー ブＡは、塩を含まない２０℃のアッセイにおいて本発明のプローブであることが わかった。 本発明のプローブは、二つのハイブリダイズした核酸鎖が温度エネルギーのた めに分離する、特徴的な融解温度Ｔｍを示す。プローブＡの融解温度は、所定の アッセイ条件下、すなわち塩が添加されていないＴＥバッファーで、１０℃から ８０℃まで温度を上げながらその蛍光シグナルのレベルを観察することによって 測定された。プローブの濃度は、２ｍｌのＴＥバッファー当たり１５０ｐモルで あった。温度による変性または転移曲線は、パーキンエルマーＬＳ−５Ｂ蛍光測 定器で記録された。プローブＡのＥＤＡＮＳ分子は３３６ｎｍで励起され、４８ ０ｎｍにおける蛍光が観察された。結果は図６に示されている。装置追跡６０は 、これらのアッセイ条件下におけるプローブＡの温度変性曲線を示す。プローブ のＴｍは、その温度変性曲線の屈曲点で示される。プローブＡの融解点Ｔｍは２ ７℃であった。 以下のレベルのシグナル、すなわちここでは蛍光が、温度変性曲線からわかる ：Ｔｍ−１０℃の第一レベル、Ｔｍ＋１０℃の第二レベル、並びに所定のアッセ イの検出温度における第三レベルである。もし検出温度において、過剰のモデル 標的の添加により、Ｔｍ−１０℃とＴｍ＋１０℃におけるシグナルレベル間の差 異の少なくとも１０％に相当する量でＴｍ＋１０℃のレベルの方向へのシグナル レベルの変化がもたらされるのであれば、そのプローブ作成物は、所定のアッセ イ条件下における本発明のプローブである。“モデル標的”は、プローブ作成物 の標的相補配列に相補的な配列を含有する核酸鎖であり、その５’または３’に 直接的に隣接する付加的なヌクレオチドを一つも含まない。しばしば、実際の標 的はこの定義に合う。モデル標的の存在下でシグナルレベルを測定するために用 いられるプローブ作成物の濃度は、標的のない条件下でシグナルレベルを測定す るために用いられた濃度、すなわち温度変性曲線を得るために用いられた濃度と 同じである。 プローブＡでは、シグナルレベルは、図６に示された装置追跡６０から以下の ように決定された。すなわち、Ｔｍ−１０℃で２ユニットのレベル；Ｔｍ＋１０ ℃で１６ユニットのレベル；並びに検出温度、すなわち２０℃で２．５ユニット のレベルであった。以下に記載するような大過剰のモデル標的を用いて、検出温 度における過剰の標的の添加により、３時間で２．５ユニットから１４．５ユニ ットへと変化した。しかして、プローブＡは、このような所定のアッセイ条件下 で本発明のプローブである。 モデル標的は、固相合成法によって調製され、ＨＰＬＣで精製された５’−Ｃ ＡＧＡＣＡＡＴＧＧＣＡＧＣＡＡＴＴＴＣＡＣＣＡＧＴＡＣＴＡＣＡＧＴＴＡＡ ＧＧＣ ＣＧＣＣＴＧＴ−３’の配列を有するＤＮＡ鎖であった。下線を施した配 列は、プローブＡの標的配列と同じである。モデル標的２５ｎモルを、１５０ｐ モルのプローブＡを含有する２ｍｌのＴＥバッファーに添加した。蛍光を、検出 温度で維持した石英キュベットを備えたパーキンエルマーＬＳ−５Ｂで連続して 観察した。図８の装置による追跡８２は、この結果を示している。図８は、蛍光 の急速な変化が、早期に起こり、徐々に減少して、安定に至ることを示している 。この場合では、“試験通過”レベルが早期になされるならば、そのように長く 待つ必要はないが、試験の点は安定のレベルである。理解されるように、安定レ ベルまでの時間はモデル標的の濃度に依存する。例えば、モデル標的の濃度を５ 倍減少すれば、すなわち図８の装置の追跡８１では、１０時間後でさえ安定には 到達しない。 もう一方の作成物、プローブＣは、別の所定のアッセイ条件、３７℃でＴＥバ ッファー中の１０ｍＭのＭｇＣｌ₂で試験した。その温度変性曲線、すなわち図 ６の装置の追跡６１は、６１℃のそのＴｍを与えた。装置の追跡６１のデータ、 および３７℃での過剰なモデル標的の存在下におけるシグナルの測定から、プロ ーブＣが所定のアッセイ条件下で本発明のプローブであることがわかった。ユニ タリープローブＣの二分子の実施態様を、ユニタリープローブＣの単一分子の実 施態様を試験するために用いられたアッセイ条件と同じ条件下で試験した。二分 子プローブが、本発明のプローブであることもわかった。二分子プローブは、実 際にその単一分子の片割れと同じハイブリダイゼーションの動力学を示す。 実施例Ｖ：プローブ機能の論証 プローブＡを用いたさらなる試験を、プローブ機能を論証するために行った。 プローブＡを、過剰のＤＮＡ標的及び過剰のＲＮＡ標的を用いて試験した。ＤＮ Ａ標的は、上述のモデル標的である。ＲＮＡ標的は、ＨＩＶ−１のインテグラー ゼ遺伝子に対応する８８０ヌクレオチドＲＮＡであった（Muesingら、1985）。 ＤＮＡモデル標的の配列は、ＲＮＡ標的の配列の内部に含まれている。 この標的核酸及びプローブＡを、ＴＥバッファーに懸濁した。５つの０．５ｍ ｌのプラスティックスナップキャップチューブを、以下を含むように調製した： １）１０００ｐモルのＤＮＡ標的；２）８０ｐモルのＲＮＡ標的；３）８０ｐモ ルのＲＮＡ標的及び１５ｐモルのプローブＡ；４）１０００ｐモルのＤＮＡ標的 及び１５ｐモルのプローブＡ；及び５）１５ｐモルのプローブＡ。各試験の最終 体積を、ＴＥバッファーで６μｌに調整した。 トランシルミネーター（Model No．3-3100，Fotodyne，New Berlin，Wisconsi n）からの紫外線でチューブを照射しながら、チューブをギルソン(Gilson)マイ クロピペッターで二度優しくピペッティングして混合した。プローブＡによる標 的の検出を意味する、強く青い蛍光が目で観察され、撮影された。チューブ１− ５に対応する、結果７１−７５は、それぞれ図７に示されている。 蛍光シグナルの外観は、ＤＮＡ標的を含むチューブで実際に瞬間的であり、Ｒ ＮＡ標的を有するチューブでは数分で起こった。ＲＮＡ標的における遅れは、Ｒ ＮＡ中の周辺配列によって標的配列が隠されたためかもしれないが、使用された 標的が低量であったためと考えられる。対照試験では、無関係の核酸がプローブ Ａと混合された。これらの対照では蛍光が全く観察されなかった（データは示さ ず）。 これらの実験の結果から、ａ）標的のない条件では、本発明のよく設計された プローブは大変低いレベルのバックグラウンドシグナルを有する；ｂ）プローブ −標的ハイブリダイゼーションは、ヒトの目によって検出可能なシグナル変化を 生ずることができる；ｃ）本発明のプローブはＲＮＡまたはＤＮＡ標的のいずれ かと作用する；およびｄ）標的の存在下では、本発明のプローブは、数分以内に 非常に急速に“オン”になることができる、ことが推論される。さらに、標的配 列のない条件下でプローブＡを急速に熱しかつ冷却することにより、プローブが 非常に速く、実際には瞬間的に“オフ”になることが示された。 図８で報告された試験に用いられたサンプル、追跡８２は、９５℃に熱せられ 、アイスバスで急速に冷却され、検出温度である２０℃で再度インキュベートさ れた。シグナル生成の動力学は、上述のようであった。２０℃でのインキュベー ション中の追跡は、実際に追跡８２と区別できなかった。これは、親和性ペアと してオリゴヌクレオチドの腕を有する本発明のよく設計された単一分子プローブ を用いて、プローブ−標的ハイブリッドが可逆的に温度的に変性し得ることを証 明している。しかして、このような実施態様は、増幅産物のリアルタイム検出の ためのＰＣＲ等のサイクル反応への取り込みに適している。 実施例ＶＩ：アッセイ 本発明のプローブを利用するアッセイは、ハイブリダイゼーションのための条 件下で、調べるべき物質にプローブを添加することによって簡単に開始する。サ ンプルの処理方法及び蛍光シグナルの観察方法は、サンプルの性質によって変え てもよい。組織は、機械的に、またはカオトロピック塩類とのインキュベーショ ンによって分裂されてもよい。ほとんどの分裂組織は、アッセイに直接的に用い ることができる。しかしながら、ある組織は、シグナルの検出と抵触し得る天然 の蛍光物質を含む。このような場合には、核酸をハイブリダイゼーションの前後 で蛍光物質から単離してもよい。開裂したプローブの蛍光は、蛍光測定器によっ て観察することができる。 本発明の好ましいユニタリープローブは、感染性疾患のためのフィールド（携 帯）試験で有益である。例えば、マラリアの試験は、細胞を溶かすために血液サ ンプルにグアニジンチオシアナートを添加することによって開始し、細胞を解毒 し、成分を変性してもよい。次いで、マラリア虫のリボソームＲＮＡに相補的な 大過剰のプローブ（期待される最大の標的濃度と比べて）を加えて、ハイブリダ イゼーションさせる。開いたプローブ蛍光は、視覚的にまたは蛍光測定器の補助 を伴って観察することができる。陽性蛍光シグナルの検出は、マラリア虫による 感染を示す。 本発明にかかるプローブは、例えば特定の核酸のサイズの情報が所望とされる ような場合に、ゲルまたは他の媒体における特定の核酸フラグメントを位置づけ るために用いることができる。サンプル中の核酸を最初にゲル電気泳動で分画し 、次いでゲル自体をプローブを含有する溶液中に浸してもよい。標的核酸が移動 したゲルにおける位置は、ハイブリダイゼーションの結果として特徴的なシグナ ルによって検出されるだろう。 好ましくは単一分子、好ましくはラベル分子として蛍光剤と消光剤を有する、 本発明のプローブは、標的核酸を有する細胞の検出のための生体染色として用い ることができる。このようなプローブのために修飾されたヌクレオチドが特に有 益である。プローブを細胞中に輸送するために、トルエン等の透過剤を、プロー ブを添加する前に組織に加える。あるいは、プローブをリポソームに内包させ、 これらのリポソームを細胞と融合させることができる。プローブの輸送後に、ハ イブリダイゼーションが細胞の内部で行われる。組織を蛍光顕微鏡で観察すると 、標的核酸を含有する細胞が蛍光を発して見えるであろう。標的核酸の細胞下の 位置も、これらの実験で見つけることができる。 合成反応における核酸の生成は、適切に設計されたプローブを反応混合物中に 含み、蛍光等のシグナルレベルをリアルタイムで観察することによって観察する ことができる。このプローブは、生成される核酸のセグメントに相補的であるよ うに設計されるべきである。このような反応の例は、ＤＮＡ依存ＲＮＡポリメラ ーゼ及びＱ−βレプリカーゼによるＲＮＡ合成である。単一分子プローブは、こ の反応で用いられる温度サイクルのスピードより速いスピードで開閉するために 、ポリメラーゼチェーン反応を追跡するのに特に有益である。プローブのステム の溶解温度より５−１２℃低い、各サイクルにおけるさらなる温度を、検出温度 として含むことができる。各サイクルにおいて、蛍光のレベルは標的ＤＮＡ鎖の 存在量を示す。過剰なＰＣＲプライマーとして、反応混合物における過剰なプロ ーブを用いるべきである。ＰＣＲは非対称でもよい。終点検出に対し、正しい産 物のリアルタイム観察は、ポリメラーゼチェーン反応による標的核酸の濃度の概 算の正確さ及び動的範囲を改良し、増幅後の分析の必要性をなくす。 本発明のプローブは、鎖置換増幅反応及び自己維持配列複製反応等の他の核酸 増幅反応を観察するためにも用いることができる。使用できるプローブは、ポリ メラーゼチェーン反応の産物のプローブと類似の方法で設計および使用される。 実施例VII：繋がれたプローブ 本発明のプローブは、上述しかつ図１０に示したような固体の支持体に繋がれ たアッセイで用いることができる。 好ましい実施態様としては、多重プローブを調製する。各プローブは、独特の 標的相補配列を含む。全てが、同じラベルペア、すなわち発蛍光団及び消光剤を 含んでもよい。また、各プローブは、一方の腕の端部から伸びるオリゴヌクレオ チド鎖も含む。 各プローブは、それに割り当てられた計量棒上の特定の位置にオリゴヌクレオ チド鎖を介して繋がれる。この設計は、均一なハイブリダイゼーションができる ように標的相補配列を自由にさせる。この実施態様を利用するアッセイでは、計 量棒を、一つまたはいくつかの異なる標的配列を含むサンプルと接触させる。 次いで、繋がれたプローブが、対応する標的配列と相互作用する。このように 相互作用したプローブは、開いた状態に変形するであろう。計量棒を、適切な周 波数の光で照らす。計量棒の特定の位置からの蛍光は、対応する標的配列の存在 を示す。繋がれたプローブアッセイのさらなる構成は、当業者には明らかであろ う。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ)，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＴ， ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，Ｎ Ｚ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＩ，ＳＫ ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 クレイマー，フレッド アール アメリカ合衆国 ニューヨーク 10463 リヴァデイル ウェスト 231スト スト リート 561 (72)発明者 リザーディ，ポール エム メキシコ国 62120 クエアナヴァーカ コロニア ランチョー コーティズ プラ イヴァーダ セアリートス ＃99（番地な し)

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 検出温度を含む所定のアッセイ条件下で、所定の核酸標的配列を含む少な くとも一つの核酸鎖を検出するためのラベルされたユニタリープローブであって 、 １０から約１４０ヌクレオチドを有し、５’末端と３’末端とを備えかつ標的 配列に相補的である一本鎖標的相補配列と、 前記５’末端に隣接かつ共有結合した５’腕配列と、前記３’末端に隣接かつ 共有結合した３’腕配列とからなり、長さが３から２５ヌクレオチドであって、 所定のアッセイ条件下の前記検出温度以上の融解温度を備えたステム二重鎖と、 前記５’腕配列の近くでプローブに結合した第一ラベル分子と、該第一ラベル 分子に近接しかつ前記３’腕配列の近くでプローブに結合した第二ラベル分子を 含む少なくとも一つのラベルペアとを含み、 前記プローブは、前記標的配列の存在しない前記所定のアッセイ条件下で、そ のレベルが前記第一ラベル分子及び第二ラベル分子の相互作用の度合いに応じた 特徴的なシグナルを有し、前記シグナルは前記融解温度より１０℃低いところで 第一レベル、前記融解温度より１０℃高いところで第二レベル、かつ前記検出温 度において第三レベルを備え、 検出温度における所定のアッセイ条件下かつ過剰の前記標的配列の存在下にお いて、標的配列に対する標的相補配列のハイブリダイゼーションが、前記特徴的 なシグナルのレベルを、前記第三レベルから第二レベル方向に、第一レベルと第 二レベルとの間の差異の少なくとも１０パーセント変えるプローブ。 ２． 前記ユニタリープローブが単一分子プローブである請求項１記載のプロー ブ。 ３． 前記ユニタリープローブが、前記５’末端を含む前記標的相補配列の約半 分、５’腕配列及び第一ラベル分子を含む第一分子と、前記３’末端を含む前記 標的相補配列の約半分、３’腕配列及び第二ラベル分子を含む第二分子とからな る二分子プローブである、請求項１記載のプローブ。 ４． 前記少なくとも一つのラベルペアがＦＲＥＴペアである請求項１記載のプ ローブ。 ５． 前記溶解温度が前記検出温度より少なくとも５℃高いクレーム１記載のプ ローブ。 ６． 前記少なくとも一つのラベルペアがＦＲＥＴペアである請求項５記載のプ ローブ。 ７． 請求項６記載の単一分子プローブ。 ８． 前記５’及び３’腕配列が前記標的相補配列に直接的に隣接している請求 項６記載のプローブ。 ９． 請求項８記載の単一分子プローブ。 １０． 前記第一及び第二ラベル分子が前記単一プローブに共有結合している、 請求項６記載のプローブ。 １１． 請求項１０記載の単一分子プローブ。 １２． 前記融解温度が前記検出温度より少なくとも１０℃高い請求項６記載の プローブ。 １３． 請求項１２記載の単一分子プローブ。 １４． 前記ＦＲＥＴペアが蛍光剤と消光剤である請求項６記載のプローブ。 １５． 請求項１４記載の単一分子プローブ。 １６． 前記ＦＲＥＴペアがＥＤＡＮＳとＤＡＢＣＹＬである請求項７記載のプ ローブ。 １７． 前記５’及び３’腕配列が、前記標的相補配列に直接的に共有結合して いる請求項１記載のプローブ。 １８． 請求項１７記載の単一分子プローブ。 １９． 少なくとも一つの前記５’及び３’腕配列が、標的配列を含む核酸鎖に 少なくとも部分的に相補的である請求項１記載のプローブ。 ２０． 請求項１９記載の単一分子プローブ。 ２１． ５’及び３’腕配列のいずれも、少なくとも３ヌクレオチドの隣接した 相補配列を有する請求項１記載のプローブ。 ２２． 請求項２１記載の単一分子プローブ。 ２３． プローブ配列が、ＤＮＡ、ＲＮＡ及びＤＮＡとＲＮＡとの混合物からな る群から選択される、請求項１記載のプローブ。 ２４． 前記第一ラベル分子及び第二ラベル分子が、前記ユニタリープローブに 共有結合している請求項１記載のプローブ。 ２５． 前記第一ラベル分子及び第二ラベル分子が、アルキルスペーサーを介し て共有結合している、請求項２４記載のプローブ。 ２６． 請求項２５記載の単一分子プローブ。 ２７． 固体表面に繋がれた、請求項１記載のプローブ。 ２８． 請求項２７記載の単一分子プローブ。 ２９． 前記融解温度が前記検出温度より少なくとも５℃高く、前記５’及び３ ’腕配列が前記標的相補配列に直接的に共有結合しており、前記第一ラベル分子 及び第二ラベル分子が前記５’及び３’腕配列に共有結合しており、前記少なく とも一つのラベルペアが蛍光剤及び消光剤である、請求項１記載のプローブ。 ３０． 請求項２９記載の単一分子プローブ。 ３１． 固体支持体に繋がれた請求項２９記載のプローブ。 ３２． 請求項３１記載の単一分子プローブ。 ３３． 前記標的相補配列が、２０ないし６０ヌクレオチドを有する請求項２９ 記載のプローブ。 ３４． 請求項３３記載の単一分子プローブ。 ３５． 固体支持体に繋がれた請求項３４記載のプローブ。 ３６． 所定の核酸ハイブリダイゼーションアッセイ条件下で、所定の標的配列 を含む少なくとも一つの核酸標的を検出するためのユニタリーハイブリダイゼー ションプローブであって、該プローブは閉じた形態及び開いた形態を呈すること ができ、 ａ）５’末端と３’末端とを備える、前記所定の核酸標的配列に相補的な１０ ないし約１４０ヌクレオチドの標的相補配列、 ｂ）前記５’末端に共有結合した第一親和性分子と前記３’末端に共有結合し た第二親和性分子とを有し、前記核酸標的が存在しない前記所定のアッセイ条件 下で前記プローブを閉じた形態に保持するのに十分に相互作用する親和性ペア、 および ｃ）前記プローブに前記第一親和性分子の近くで結合した第一ラベル分子と、 前記プローブに前記第二親和性分子の近くで結合した第二ラベル分子とを備え、 前記プローブが閉じた形態にあるときにこれらのラベル分子の少なくとも一つの 測定可能な特徴に影響するように相互作用するラベルペア を含み、 所定のアッセイにおける前記標的配列に対する前記標的相補配列のハイブリダ イゼーションにより、前記プローブが、前記ラベル分子が上記のように相互作用 しない開いた形態を呈するプローブ。 ３７． 前記ユニタリープローブが単一分子プローブである、請求項３６記載の プローブ。 ３８． 前記ユニタリープローブが、前記５’末端を含む前記標的相補配列の約 半分、５’第一親和性分子及び第一ラベル分子を含む第一分子と、前記３’末端 を含む前記標的相補配列の約半分、第二親和性分子及び第二ラベル分子を含む第 二分子とからなる二分子プローブである、請求項３６記載のプローブ。 ３９． 前記第一ラベル分子が前記第一親和性分子に結合し、前記第二ラベル分 子が前記第二親和性分子に結合している、請求項３６記載のプローブ。 ４０． 請求項３９記載の単一分子プローブ。 ４１．前記親和性ペアが、長さが３ないし２５ヌクレオチドの相補的オリゴヌク レオチドの腕配列を有する請求項３６記載のプローブ。 ４２． 前記第一ラベル分子が前記第一親和性分子に共有結合しており、前記第 二ラベル分子が前記第二親和性分子に共有結合している、請求項４１記載のプロ ーブ。 ４３． 請求項４２記載の単一分子プローブ。 ４４． 前記ラベルペアがＦＲＥＴペアを含む請求項３９記載のプローブ。 ４５． 請求項４４記載の単一分子プローブ。 ４６． 前記親和性ペアが、抗体及び抗原を含む請求項３６記載のプローブ。 ４７． 固体表面に繋がれた請求項３６記載のプローブ。 ４８． 請求項４７記載の単一分子プローブ。 ４９． 共通ステムが、 ３’末端に第一の共有結合性反応基を備え、かつ、その３’末端以外の位置に 第一ラベルペアの少なくとも一つの第一ラベル分子が結合した、５ないし２０ヌ クレオチドの第一オリゴヌクレオチド、および 前記第一オリゴヌクレオチドに相補的で、５’末端に第二の共有結合性反応基 を備え、かつ、その５’末端以外の位置に前記第一ラベルペアの少なくとも一つ の第二ラベル分子が結合し、前記オリゴヌクレオチドが互いにハイブリダイズす ると前記ラベル分子が近接する、５ないし２０ヌクレオチドの第二オリゴヌクレ オチドを含み、 前記第一及び第二ラベル分子が、互いに近接していない場合との違いを検出で きる程度まで近接した際に、前記第一ラベルペアの少なくとも一つのラベル分子 が、他方の物理学的に測定可能な特徴に影響する共通ステム。 ５０． 前記第一及び第二オリゴヌクレオチドが、ＤＮＡ、ＲＮＡ及びＤＮＡと ＲＮＡとの混合物からなる群から選択される、請求項４９記載の共通ステム。 ５１． 前記第一の共有結合性反応基及び第二の共有結合性反応基が、ヒドロキ シル基、リン酸基、スルフヒドリル基、アミノ基、アルキルリン酸基、アルキル アミノ基およびヒドロキシアルキル基からなる群からそれぞれ選択される、請求 項５０記載の共通ステム。 ５２． 前記第一及び第二オリゴヌクレオチドが、少なくとも３ヌクレオチドの 隣接する相補配列を含む請求項４９記載の共通ステム。 ５３． 前記第一ラベルペアがＦＲＥＴペアである請求項４９記載の共通ステム 。 ５４． 前記第一および第二オリゴヌクレオチドが互いにハイブリダイズして、 ５’末端および３’末端の一方が少なくとも２ヌクレオチドだけ他方より長く伸 びたリゲートし得る突出部を与える、請求項４９記載の共通ステム。 ５５． 前記第一ラベルペアがＦＲＥＴペアである請求項５４記載の共通ステム 。 ５６． 前記第一および第二オリゴヌクレオチドが、一組の容器に別々に収容さ れる請求項４９記載の共通ステム。 ５７． 前記第一および第二オリゴヌクレオチドの一方が、固体表面に繋がれる 請求項４９記載の共通ステム。 ５８． 請求項４９記載の共通ステム、および前記ステムに請求項１記載の標的 相補配列を共有結合させるのに十分な情報を含む、共通ステムを用いて請求項１ 記載の少なくとも一つのプローブを作成するためのキット。 ５９． 前記共通ステムの第一ラベルペアがＦＲＥＴペアである請求項５８記載 のキット。 ６０． 前記共通ステムの第一および第二オリゴヌクレオチドが、別々に収容さ れている請求項５８記載のキット。 ６１． 前記情報が、第一オリゴヌクレオチドに、３’末端を含む請求項１記載 の標的相補配列の約半分を含む第一核酸鎖を共有結合させ、かつ、第二オリゴヌ クレオチドに、５’末端を含む前記標的相補配列の約半分を含む第二核酸鎖を共 有結合させるのに十分である、請求項６０記載のキット。 ６２． 前記第一および第二オリゴヌクレオチドの一方が固体表面に繋がれてい る請求項６１記載のキット。 ６３． 前記ステムの第一および第二オリゴヌクレオチドが互いにハイブリダイ ズして、５’末端および３’末端の一方が少なくとも２ヌクレオチドだけ他方よ り長く伸びたリゲートし得る突出部を与え、かつ、前記情報が、前記突出部に相 補的であって請求項１記載の標的相補配列を含む自発的にハイブリダイズし得る 一本鎖を前記ステムにリゲートするのに十分である、請求項４９記載の共通ステ ム。 ６４． 所定のアッセイ条件下で異なる融解温度を備えた、少なくとも２つのス テムを含む請求項６３記載のキット。 ６５． 前記ステムが共通する第一または第二オリゴヌクレオチドを有する請求 項６４記載のキット。 ６６． 前記共通ステムの第一ラベルペアがＦＲＥＴペアである請求項６３記載 のキット。 ６７． 前記ステムの前記第一および第二オリゴヌクレオチドが、少なくとも３ ヌクレオチドの隣接する相補配列を含む請求項６３記載のキット。 ６８． 前記第一および第二オリゴヌクレオチドが固体表面に繋がれている請求 項６３記載のキット。 ６９． 検出温度を含む所定のアッセイ条件下で、所定の標的配列を含む少なく とも一つの核酸鎖を検出するためのアッセイであって、 前記所定のアッセイ条件下で請求項１記載のユニタリープローブをサンプルに 添加し、かつ、 前記検出温度における前記特徴的シグナルのレベルの変化を調べることを含む アッセイ。 ７０． 前記調べる段階が測定を含む請求項６９記載のアッセイ。 ７１． 請求項７０記載のリアルタイムアッセイ。 ７２． 請求項６９記載のリアルタイムアッセイ。 ７３． 調べる段階が、時間の関数の測定を含む請求項７０記載のアッセイ。 ７４． 前記所定のアッセイ条件下で請求項１記載のプローブを標的のないコン トロールに添加する工程と、前記コントロールのレベル変化を測定する工程とを さらに含み、前記調べる段階が前記コントロールのレベル変化と前記サンプルの レベル変化との間の差異を算定することを含む、請求項７０記載のアッセイ。 ７５． 標的を含まないコントロールに請求項１記載のプローブを添加する工程 をさらに含む請求項６９記載のアッセイ。 ７６． 前記プローブが請求項３記載の二分子プローブであり、アッセイが前記 プローブの融解温度以下で完全に行われる、請求項６９記載のアッセイ。 ７７． 前記プローブの融解温度が前記検出温度より少なくとも５℃高く、前記 ５’および３’腕配列が前記標的相補配列に直接的に共有結合しており、前記第 一および第二ラベル分子が前記５’および３’腕配列に共有結合しており、前記 少なくとも一つのラベルペアが蛍光剤および消光剤である、請求項６９記載のア ッセイ。 ７８． 請求項７７記載のリアルタイムアッセイ。 ７９． 前記プローブが請求項３記載の二分子プローブであり、アッセイが前記 プローブの融解温度以下で完全に行われる、請求項７７記載のアッセイ。 ８０． 調べる段階が定量的である請求項６９記載のアッセイ。 ８１． 前記プローブが単一分子プローブである請求項６９記載のアッセイ。 ８２． 調べる段階が定量的である請求項８１記載のアッセイ。 ８３． 標的を含まないコントロールに請求項２記載の前記単一分子プローブを 添加する段階をさらに含む、請求項８１記載のアッセイ。 ８４． 前記プローブの融解温度が前記検出温度より少なくとも５℃高く、前記 ５’および３’腕配列が前記標的相補配列に直接的に共有結合しており、前記第 一および第二ラベル分子が前記５’および３’腕配列に共有結合しており、前記 少なくとも一つのラベルペアが蛍光剤および消光剤である、請求項８１記載のア ッセイ。 ８５． 前記核酸標的配列が増幅反応の産物であり、サンプルへの前記プローブ の添加段階を前記増幅反応の完了前に行う、請求項８１記載のアッセイ。 ８６． 陰性コントロールに前記プローブを添加する工程をさらに含み、この工 程を前記陰性コントロールにおける前記増幅反応の完了前に行う、請求項８５記 載のアッセイ。 ８７． 請求項８６記載のリアルタイムアッセイ。 ８８． 前記調べる工程が、前記コントロールのレベル変化と前記サンプルのレ ベル変化との間の差異を算定することを含む請求項８７記載のアッセイ。 ８９． 前記調べる工程が、前記増幅反応の間中反復して測定することを含む、 請求項８５記載のアッセイ。 ９０． 前記プローブの融解温度が前記検出温度より少なくとも５℃高く、前記 ５’および３’腕配列が前記標的相補配列に直接的に共有結合しており、前記第 一および第二ラベル分子が前記５’および３’腕配列に共有結合しており、前記 少なくとも一つのラベルペアが蛍光剤および消光剤である、請求項８９記載のア ッセイ。 ９１． 前記増幅反応がＲＮＡポリメラーゼによるＲＮＡレポーターの増幅であ る請求項８５記載のアッセイ。 ９２． 前記増幅反応がＰＣＲ反応である請求項８５記載のアッセイ。 ９３． 前記増幅反応がＳＤＡ反応である請求項８５記載のアッセイ。 ９４． 前記ラベルペアがＦＲＥＴペアである請求項８５記載のアッセイ。 ９５． 請求項１記載の前記プローブが固体表面に繋がれている請求項６９記載 のアッセイ。 ９６． 異なる標的相補配列を有し、同一の支持体表面に所定の位置で結合され た本発明にかかる少なくとも一つの付加の繋がれたプローブを含む請求項９５記 載のアッセイ。 ９７． 所定のアッセイ条件下で請求項３６記載のユニタリープローブをサンプ ルに添加する工程、および前記測定し得る特徴のレベル変化を調べる工程を含む 、所定の標的配列を含有する少なくとも一つの核酸標的を検出するためのアッセ イ。 ９８． 前記調べる工程が測定することを含む請求項９７記載のアッセイ。 ９９． 前記測定が、基準と視覚的に比較することを含む請求項９８記載のアッ セイ。 １００． 前記核酸標的が増幅反応の産物であり、前記プローブが単一分子であ る請求項９７記載のアッセイ。 １０１． 前記プローブの添加工程を前記増幅反応が完了する前に行う請求項１ ００記載のアッセイ。 １０２． 請求項１記載のプローブおよびアッセイを行うための説明を含む請求 項６９記載のアッセイを行うためのキット。 １０３． 塩類、バッファー類、ヌクレアーゼ阻害剤類、制限酵素類および変性 剤からなる群から選択された一つ以上の試薬をさらに含む請求項１０２記載のキ ット。 １０４． プライマー類、ヌクレオチド類、ポリメラーゼ類およびポリメラーゼ の鋳型類からなる群から選択された一つ以上の成分を含む請求項１０２記載の増 幅キット。 １０５． プローブが単一分子である請求項１０２記載の増幅キット。 １０６． 浸透剤類、リポソーム前駆体類およびカウンター染料類からなる群か ら選択された一つ以上の成分を含む請求項１０２記載の生体染色アッセイキット 。 １０７． 固定化剤類、脱水素剤類、プロテアーゼ類、カウンター染料類および 界面活性剤類からなる群から選択された一つ以上の成分を含む請求項１０２記載 のin situアッセイキット。 １０８． 前記プローブが繋がれたプローブである請求項１０２記載のフィール ドキット。 １０９． 異なる標的相補配列を有し、同一の支持体表面に所定の位置で結合さ れた本発明にかかる少なくとも一つの付加の繋がれたプローブを含む請求項９５ 記載のアッセイ。 １１０． 本発明に係る陽性コントロールプローブを含む請求項１０８記載のキ ット。 １１１． 前記プローブが単一分子である請求項１０８記載のキット。