JPH09508525A - エネルギー転移連結の色素によりラベルされたプローブ - Google Patents

エネルギー転移連結の色素によりラベルされたプローブ

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Abstract

(57)【要約】 ドナー及び受容体色素分子の対を担持する螢光ラベルの組を含んで成る組成物が提供されており、前記組成物は、単一の波長でドナーの効果的な励起及び異なった波長で前記個々の対における受容体からの発光のために企画されている。異なったドナー−受容体対を有する異なった分子は、与えられた対におけるドナーと受容体との間の距離を変えることによって、分離条件下で実質的に同じ移動性を有するように変性され得る。特に、螢光組成物は、核酸の配列決定においてラベルとして使用される。

Description

【発明の詳細な説明】 エネルギー転移連結の色素によりラベルされたプローブ 技術分野 本発明の分野は螢光標識及びそれらの使用に関する。 背景 混合物の構成成分を同定し、そして定量するための需要が増々増大している。 混合物の複雑性が高まるほど、存在する多くの成分を同時に検出できる興味が高 まる。この情況の例として、DNA配列決定が存在し、この場合、多くの個別の波 長で螢光シグナル発光を提供しながら、単一の波長でレーザー源により1〜4種 の螢光標識された成分を効果的に励起することが望ましい。この情況においては 、異なったラベルは、それらが結合される配列の電気泳動移動性に悪影響を及ぼ すべきではない。 現在、自動化された DNA配列決定のために使用される次の4種の方法が存在す る:(1)DNAフラグメントが1つの螢光団によりラベルされ、そして次に、そ のフラグメントが隣接する配列決定レーンで実験され(Ansorge et al.,Nuclei c Acids Ros.15,4593-4602(1987);(2)DNAフラグメントが4種の異なった 螢光団によりラベルされ、そしてすべてのフラグメントが電気泳動的に分離され 、そして単一のレーンで検出され(Smith et al.,Nature 321,674-679(1986) ;(3)終結反応における個々のジデオキシヌクレオシドが異なった螢光団によ りラベルされ、そして4組のフラグメントが同じレーンにおいて実験され(Prob er et al.,Science 238,336-341(1987);あるいは(4)DNAフラグメントの組 が2種の異 なった螢光団によりラベルされ、そして DNA配列が色素比を伴ってコードされる (Huang et al.,Anal.Chem.64,2149-2154(1992))。 そられの技法のすべてはかなりの欠点を有する。方法1は、移動性におけるレ ーンからレーンの変動及び低い処理量の潜在的な問題を有する。方法2及び3は 、4種の色素が1つのレーザー源により十分に励起され、そしてそれらが明確に 異なった発光スペクトルを有することを必要とする。実際、単一のレーザーによ り効果的に励起され得、そして十分に分離された螢光シグナルを発光する複数の 色素を見出すことはひじょうに困難である。 特有の赤色シフトされた発光スペクトルを有する色素を選択できるので、それ らの吸光最大値もまた、赤色に移動し、そしてすべての色素は同じレーザー源に よりもはや効果的に励起され得ない。また、より異なった色素が選択されるので 、色素がラベルされた分子の同じ移動性シフトを引き起こすようなすべての色素 を選択することはより困難になる。 従って、多くの構成成分が同じシステム及び一回の実施で決定され得るように 、サンプルの多重化を可能にする改良された方法を提供することが実質的な興味 の対象である。また、個々のラベルが、共通する波長で強い吸光性を有し、螢光 のために高い収量を有し、発光の大きなストークスシフトを有し、種々の発光が 個別であり、そしてラベルが同じ移動性シフトを導びくことが望まれる。単一色 素により分子を単純にラベルすることによってそれらの矛盾する目的を達成する ことは困難である。 発明の要約 本発明は、多くの螢光ラベルを用いて混合物を分析するための組 成物及び方法を提供する。ラベルを生ぜしめるためには、螢光団の対又は種類が 主鎖、特に核酸主鎖に結合され、ここで前記種類のメンバーの1つがほぼ同じ波 長で励起される。エネルギー転移の現象を開発することによって、前記個々の種 類の他のメンバーが検出的に異なった波長で発光することが見出された。ドナー 及び受容体発色団との間の距離の範囲が、効果的なエネルギー転移を確保するた めに選択される。さらに、結合して使用されるラベルが別のシステムにおいてほ ぼ同じ移動性を有するように選択される。これは、螢光団の種類の複数のメンバ ー間の距離を変えることによりラベルされた存在物の移動性を変え、そして同じ 移動性を有するラベルを選択することによって達成される。本発明は特に配列決 定に適用され、ここで螢光団がユニバーサルプライマー又は他のプライマー及び 異なったジデオキシヌクレオシドのために使用される異なった螢光団組合せに結 合され得る。ラベルの組合せのキットもまた提供される。 図面の簡単な説明 図1は、1×TBE における FAM-3-TAMの吸光及び発光スペクトルのグラフであ る。 図2は、FAM-3-TAMのCEエレクトロフェログラムである。サンプルは 488nmの 励起を有する典型的な細管電気泳動 DNA配列決定条件により分析された。緑の痕 跡は緑のチャネルに検出される螢光シグナルであり(525nm)、そして赤の痕跡 は赤のチャネルに検出される螢光シグナルである(590nm)。両チャネルは同時 に検出される。 図3は、1×TBE における FAM-4-ROXの吸光及び発光スペクトルのグラフであ る。 図4は、FAM-4-ROXのCEエレクトロフェログラムである。サンプ ルは、488nmの励起を有する典型的な細管電気泳動 DNA配列決定条件により分析 される。緑の痕跡は緑のチャネルに検出される螢光シグナルであり(525nm)、 そして赤の痕跡は赤のチャネルに検出される螢光シグナルである(590nm)。両 チャネルは同時に検出される。 図5は、FAM-4-ROX及び ROXプライマーのCEエレクトロフェログラムである。 同じ濃度での2種のプライマーが80%ホルムアミドにおいて一緒に混合され、そ して細管中に注入された。螢光シグナルが 476nmでの励起を伴って緑及び赤のチ ャネルにおいて同時に検出された。 図6は、ドナーと受容体との間の距離に対しての移動性の依存性を示す、FAM- 3-ROX,FAM-4-ROX及びFAM-10-ROX混合物のCEエレクトロフェログラムである。サ ンプルは、488nmの励起を有する典型的な細管電気泳動 DNA配列決定条件により 分析される。 図7は、M13mp18A フラグメント DNAサンプルに対しての異なった色素プラ イマーの移動シフトの比較である。 特定の態様の記載 新規螢光ラベル、そのラベルの組合せ、及び多くの成分の分離を包含する分離 システムへのそれらの使用が提供される。特に、螢光ラベルは、複数対の螢光団 を含んで成り、その1種を除いて、螢光団は同じであり、オーバーラップするス ペクトルを有する異なった螢光団を含み、ここでドナー発光が受容体吸光とオー バーラップし、その結果、励起された螢光団から他の対のメンバーへのエネルギ ー転移が存在する。励起された螢光団が実際に螢光を発することは必須ではなく 、励起された螢光団がその励起エネルギーを効果的に吸収でき、そしてそれを発 光性螢光団に効果的に転移することで十分である。 螢光団の異なった種類におけるドナー螢光団は、同じであっても又は異なって いても良いが、しかし狭いバンド幅の単一光源、特にレーザー源により効果的に 励起され得るべきである。ドナー螢光団は、有意な吸光性、すなわち、お互い20 nm以内、普通10nm以内、より普通には5nm以内で、吸収最大値(absorption moxi ma)の少なくとも約10%、好ましくは少なくとも約20%の吸光性を有するであろ う。発光性又は受容性螢光団は、ドナー螢光団からのエネルギーを受け、そして 光を発することができるように選択され、それらは明確且つ検出できるほど異る であろう。従って、異なったラベルが結合されている混合物の成分間を区別する ことができるであろう。通常、ラベルは、少なくとも10nm、好ましくは少なくと も15nm及びより好ましくは少なくとも20nmだけ分離された発光最大値(emission moxima)で発光するであろう。 通常、ドナー螢光団は、約 350〜 800nmの範囲で、より通常には約 350〜 600 nm又は 500〜 750nmの範囲で吸光し、そして受容体螢光団は、約 450〜1000nmの 範囲で、通常約 450〜 800nmの範囲で光を発するであろう。続いて論ずるように 、一対よりも多くの吸収性分子を有することができ、その結果、3種又はそれ以 上の分子を有することができ、ここで、吸光と観察される発光との間での波長の 差異を高度に増加させるために、エネルギーはより高い波長で1つの分子から次 の分子に転移される。 2種の螢光団が、主鎖又は鎖、通常重合鎖により連結され、ここで前記2種の 螢光団間の距離は変えられ得る。ラベルの企画の背後にある物理学は、ドナーか ら受容体への光学的励起の転移は1/R6(ここでRは2種の螢光団間の距離で ある)に依存するということである。従って、前記距離は、良く知られたFoerst er機構を通してドナーから受容体への効果的なエネルギー転移を提供するように 選択されるべきである。従って、2種の螢光団を分離する鎖における原子の数に より決定されるような、2種の螢光団間の距離は、鎖の性質に従って変えられ得 る。種々の鎖又は主鎖、たとえば核酸、DNA及び RNAの両者、修飾された核酸、 たとえば酸素が硫黄、炭素又は窒素により置換されているもの、ホスフェートが スルフェート又はカルボキシレート等により置換されていのもの、ポリペプチド 、多糖類、段階的に付加され得る種々の基、たとえば二官能基、たとえばハロア ミン、又は同様のものが使用され得る。螢光団は、適当であれば種々の構築ブロ ックの適切な官能価により置換され得、ここで螢光団はラベルの形成の間、その 構築ブロック上に存在し、又は適切であれば、続いて付加され得る。種々の従来 の化学が、2種の螢光団間に適切な空間が得られることを確保するために使用さ れ得る。 ラベル(螢光団+それらが結合される主鎖)の分子量は一般的に、少なくとも 約250Dal(ドルトン)でありそして約5,000Dalよりも高くなく、通常、約2,000D alよりも高くないであろう。螢光団の分子量は一般的に約 250〜1,000Dalの範囲 であり、ここで一緒に使用されるべき異なったラベル上の受容体−ドナー対の分 子量は通常、約20%以上、異ならないであろう。螢光団は、中央部で鎖に、両末 端で鎖に、又は一端で鎖に及び内部部位で他の鎖に結合され得る。螢光団は、類 似する化学物質の種類、たとえばシアニン色素、キサンテン又は同様のものから であるように選択される。従って、同じ化学物質の種類からのドナー、同じ化学 物質の種類からの個々のドナー−受容体対又は同じ化学物質の種類からの個々の 受容体を有することができる。 本発明のラベルは、種々の分離技法、たとえば電気泳動、クロマトグラフィー 又は同様のものに特に適用され得、ここで最適化され た分光特性、高い感受性及び分析される成分の移動性向に対してのラベルの比較 できる影響を有することが望まれる。特に、電気泳動、たとえばゲル、細管、等 の電気泳動が興味の対象である。クロマトグラフィー技法の中には、HPLC、アフ ィニティークロマトグラフィー、薄層クロマトグラフィー、紙クロマトグラフィ ー及び同様のものがある。 2種の螢光団間の空間はラベルの移動性に影響を及ぼすであろうことが見出さ れた。従って、異なった色素対を使用することができ、そして良好なエネルギー 転移を可能にする範囲内で、異なった色素対間の距離を変えることによって、ラ ベルのために実質的に一定した移動性を提供することができる。その移動性は特 定の空間に関係されず、その結果、特定のラベルの移動性に対するその空間の効 果を経験的に決定できるであろう。しかしながら、ラベルにおける螢光団の空間 の柔軟性のために、異なった空間及び異なった色素対を有する数種類の異なった ラベルを合成することによって、強く且つ明確な発光及び実質的に共通する移動 性を有する、通常の励起を共有する螢光ラベルの種類を提供することができる。 通常、移動性は、特別な分離に使用される場合、お互い約20%以下、好ましくは お互い約10%以下、及びより好ましくは、お互い約5%以内で異なるであろう。 移動性は通常、単独でラベルの分離を、又は特定の分離に関連する共通の分子、 たとえば配列決定に興味ある場合、適切な大きさの核酸分子に結合されるラベル の分離を実施することによって決定され得る。 広範囲の種類の螢光色素が使用れ得る。それらの色素は、種々のクラスに分け られ、ここで色素の組合せが同じクラス内に又は異なったクラス間に使用され得 る。それらのクラス内には、色素、たとえばキサンテン色素、たとえばフルオレ セイン及びローダミン、ク マリン、たとえばウンベリフェロン、ベンズイミド色素、たとえばHuechest 332 58、フェナントリジン色素、たとえば Texas Red、及びエチジウム色素、アクリ ジン色素、シアニン色素、たとえばチアゾールオレンジ、チアゾールブルー、Cy 5及びCyfr、カルバゾニル色素、フェノキサジン色素、ポルフィリン色素、キノ リン色素、又は同様のものが包含される。従って、色素は紫外線、可視又は赤外 線範囲で吸収することができる。多くの場合、螢光分子は、約2KDal以下、一般 的には約 1.5KDal以下の分子量を有するであろう。 エネルギードナーは、所望する励起波長で強い吸光度係数、望ましくは約104 以上、好ましくは約105cm 1-1以上の吸光度係数を有すべきである。ドナーの 励起最大値及び受容体(螢光体)の発光最大値は、少なくとも15nm又はそれ以上 分離されるであろう。ドナー発色団の発光スペクトルと受容体発色団の吸光性ス ペクトルとの間のスペクトルオーバーラップ全体及び発色団間の距離は、ドナー から受容体へのエネルギー転移の効率が20%〜 100%の範囲になるように存在す るであろう。 鎖中の原子の数に基づいてのドナー及び受容体の分離は、主鎖の性質、硬質か 又は柔軟か、たとえば環構造か又は非環状構造か、又は同様の性質に依存して変 化するであろう。一般的に、鎖中の原子の数(環構造中の原子は鎖に包含される 環の片側のまわりの原子の最低数として計数されるであろう)は、約 200以下、 通常約 150以下、好ましくは約 100以下であり、ここで主鎖の性質がドナーと受 容体との間のエネルギー転移の効率に影響を及ぼすであろう。 ほとんどの場合、螢光団の対が使用されるが、4種までの異なった、通常、3 種よりも多くない異なった、同じ主鎖に結合される螢光団が使用され得る情況が 存在する。多くの螢光団を用いることによって、ストークスシフトを非常に拡張 することができ、その結果 、可視波長範囲で励起することができ、そして通常、約1000nm以下、より通常に は約 900nm以下の赤外線波長範囲で発光することができる。赤外線波長範囲での 光の検出は多くの利点を有する。なぜならば、励起光に起因するラマン及びレイ リー光からの障害を受けやすくないであろうからである。移動性の恒常性を維持 するためには、大きなストークスシフトのために異なった螢光団を有するラベル 上の螢光団の数を調和するために多数の同じ螢光団を有するラベル上に同じ数の 螢光団を用いることができる。 本発明は、核酸鎖に特に適用でき、ここで前記核酸鎖は配列決定、特にサイジ ングのためのポリメラーゼ鎖反応、又はプライマーが核酸拡張のために使用され 、そして特定のラベルに関する混合物の種々の成分間を区別したい場合の他のシ ステムにおいて、プライマーとして使用される。たとえば、異なった対の螢光団 が配列決定の間、拡張のために使用される異なった個々のジデオキシヌクレオシ ドのために使用される配列決定においては、ユニバーサルプライマーが使用され 得る。 官能化される多数のヌクレオシドが利用でき、そしてポリヌクレオチドの合成 に使用され得る。対象の核酸ラベルを合成することによって、螢光団が存在する 特定部位を定義できる。市販の合成機が従来の手法に従って使用され得、その結 果、適切な空間を有する螢光団の対を有するいづれかの配列が達成され得る。 異なったプライマーが PCRに使用される場合、個々のプライマーが本発明に従 ってラベルされ、その結果、異なったプライマーの個々に対して相補的な標的配 列の存在を容易に検出することができる。使用される他の用途は、特定の抗体を 用いてのアイソザイムの同定、異なった多糖類を用いてのレクチンの同定、及び 同様の同定を包含する。 すでに指摘されたように、本発明のラベルは特に配列決定に使用される。たと えば、プライマーへの2種の螢光団の結合により修飾されている、ユニバーサル プライマーのいづれかの1種であり得るユニバーサルプライマーが調製され得る 。従って、種々の商業的プライマー、たとえば pUC/M13,λgt10,λgt11,及 び同様のものからのプライマーが利用できる。Sambrook et al.,Molecular Clo ning:A Laboratory Manual,2nd ed.,CSHL,1989,Section13を参照のこと。DN A配列が、配列決定されるべき配列に連結されるプライマー配列を有する適切な ベクターでクローン化される。異なった2′,3′ddNTP が使用され、その結果 、終結が、鎖拡張に存在する特定の ddNTPに依存して、異なった部位で生じる。 本発明のプライマーを用いることによって、個々の ddNTPは特定のラベルに関連 するであろう。クレノウフラグメントによる拡張の後、その得られるフラグメン トは、電気泳動による単一のレーンにおいて、又は電気泳動による単一の細管に おいて分離され、ここでラベルの螢光により終結ヌクレオチドを検出することが できる。 本発明のラベルを免疫複合体と共に使用することもでき、ここでリガンド又は 受容体、たとえば抗体が異なった複合体又は複合体のメンバーを検出するために ラベルされ得る。リガンドが分離方法において同じ移動性向を有する場合、1又 は複数のそのようなリガンドの存在を検出するために、分離における組成のオー バーラップが存在する場合でさえ、検出できるように、異なった抗体が異なった 波長で螢光を発する異なったラベルによりラベルされ得る。 ラベルの組合せ、通常少なくとも2種のラベルを有するキットが提供される。 個々のラベルは、通常比較しうる主鎖と共に受容体−ドナー対を有し、ここでラ ベルは使用される分離方法において比較しうる移動性を与えるために主鎖にそっ て分離される。一緒に使用 されるグループにおける個々のラベルは、ほぼ同じ波長で吸光し、そして異なっ た波長で発光する。グループにおける個々のラベルは、主鎖にそっての異なった 螢光団の配置の変動の結果として、分離方法における移動性に対してほぼ同じ効 果を有するであろう。 キットは、マッチする約6種までの、通常約4種までの異なったラベルを有す るが、しかし2〜6種の異なったラベルを有する、複数組のマッチするラベルを 有することができる。 核酸主鎖を含んで成るラベルが特に興味の対象であり、ここで前記ラベルは一 般的に、少なくとも約10個のヌクレオチドそして約50個よりも多くないヌクレオ チド、通常約30個よりも多くないヌクレオチドを有するであろう。ラベルは、相 補的配列にハイブリダイズするヌクレオチド上に存在し、又はそれらのヌクレオ チドから分離され得る。螢光団は通常、鎖に約2〜20個、通常4〜16個の原子を 有する便利な結合アームによりヌクレオチドに連結されるであろう。前記鎖は多 くの官能基、特に非−オキソカルボニル、より特定にはエステル及びアミド、ア ミノ、オキソ及び同様のものを有する。鎖は、通常、炭素、窒素、酸素、硫黄又 は同様のものを鎖に含んで成る、脂肪族、脂環式、芳香族、複素環式炭化水素、 又はそれらの組合せであり得る。 完全な核酸配列は、5′プライマー配列に対して相補的であり、又はその配列 の3′部分に対してのみ相補的であり得る。通常、コピーされるべき配列に対し て相補的である、少なくとも約4個のヌクレオチド、より通常には少なくとも約 5個のヌクレオチドが存在するであろう。プライマーは、コピーされるべき鎖の 3′端でプライマー配列を有する適切なプラスミドにおいてコピーされるべき配 列、及び少量の適切な ddNTPと共に添加されるdNTPと共に組合される。拡張の後 、DNAは単離され、そして分離のためにゲル又は細管 に移される。 使用されるキットは少なくとも2種の対象ラベルを有し、これはドナー分子の ために実質的に同じ吸光度、別個の発光スペクトル及び実質的に同じ移動性を有 することによってマッチするであろう。一般的に、一本鎖核酸のためには、分離 は螢光団間で約1〜15個、より通常には1〜12個、好ましくは約2〜10個のヌク レオシドからであろう。 次の例は例示的であって、本願発明を限定するものではない。 実験 遺伝子分析のための、エネルギー転移螢光色素により標識されたオリゴヌクレ オチドラベルの設計及び合成 M13ユニバーサルプライマーから選択された、配列5′−GTTTTCCCAGTC−3′ を有するデオキシオリゴヌクレオチド(12塩基の長さ)を、異なった距離により 分離されたドナー−受容体螢光団対により合成した。特に、前記12ーマーは、C −5位置で第一アミンリンカーアームを有する、下記の5′ジメトキシトリチル −5−〔N−(トリフルオロアセチルアミノヘキシ)−3−アクリルイミド〕− 2′−デオキシウリジン、3′−〔(2−シアノエチル)−(N,N−ジイソプ ロピル)〕−ホスホラミジット(Amino-Modifier C6dT)(構造体1)の使用に より導入される修飾された塩基を含む: ドナー色素はオリゴマーの5′側に結合され、そして受容体色素は修飾された T上の第1アミン基に結合される。ドナーと受容体との間の距離は、オリゴマー 上の修飾されたTの位置を変えることによって変えられた。プライマーはD−N −A(ここでAはドナーであり、Aは受容体であり、そしてNはDとAとの間の 塩基の数である)とに示される。調製されるすべてのプライマーにおいては、D はApplied Biosystems Inc.(“ABI”)製の色素 FAM、すなわちフルオレセイン 誘導体であり、Aは ABI色素 TAM又は ROX(両者ともロダミン誘導体である)で ある。代表的な例として、FAM-3-TAMの構造体が下記に示される(構造体2): 本明細書に記載されるエネルギー転移アプローチの利点は、(1)488nmで励 起する場合、大きなストークスシフト及びより強い螢光シグナルが生成され得、 そして(2)プライマーの移動性が同じ移動性を達成するためにドナーと受容体 との間の距離を変えることにより調整され得ることである。FAM-3-TAMの可視ス ペクトルはFAM(495nm)及びTAM(560nm)の両者の吸光性を有するが、しかしながら 、488nmでの励起に関しては、ほぼすべての発光は 579nmで最大であるTから発 生する(図1)。これは FAMから TAMへの効果的な螢光エネルギー転移を示す。 これはまた、細管電気泳動(CE)カラム下にプライマーを負荷し、そして赤及び 緑色のチャネルに検出することによっても見られ得る。FAM-及びTAM-ラベルされ たプライマーにより、ほぼすべての発光が赤色のチャネル(590nm)に見られる( 図2)、これはドナー FAMからのエネルギーが受容体 TAMにほとんど完全に転移 され、91nmのストークスシフトを生成することを示唆する。単一のピークの観察 は、プライマーが純粋であることを示す。同じ結果が、114nmの大きなストーク スシフトを付与する FAM-4 -ROXに関して見られる(図3及び4)。単一の色素によりラベルされたプライマ ーに比較してエネルギー転移プライマーの螢光シグナルの増強が見られ、ここで は FAM-4-ROXの濃度と同じ濃度(UVにより測定される)での ABI ROXプライマー が同じ細管に注入されている。FAM-4-ROXのその得られる螢光シグナルは、ROXプ ライマーのシグナルよりも10倍以上高いことが見出された(図5)。 DNA配列決定へのドナー受容体螢光団によりラベルされたプライマーの好結果 をもたらす適用のためには、プライマーは DNAフラグメントの同じ移動性シフト を生成し、そして明確な螢光シグナルを示すことが不可欠である。プライマーの 移動性はドナーと受容体との間の距離に依存することが見出された(図6)。FA M-4-ROX,FAM-3-ROX及びFAM-10-ROXが細管から分離され、そして赤及び緑色のチ ャネルに検出された。FAM-10-ROXに関しては、色素間の距離の増加がエネルギー 転移の量を減じ、2つのチャネルにほとんど等しいシグナルをもたらす。低下し た相対的な緑色のシグナルにより示されるように、分離距離が減じられるにつれ て、エネルギー転移の量は増加する。FAM-3-ROX及び FAM-4-ROXの両者は卓越し たエネルギー転移を示すが、しかしそれらの移動性は明白に異なっており、すな わち距離を変えることにより移動性シフトを調整する可能性を提供する。明確に 異なった発光スペクトルを有する2種のプライマーの移動性の正確な整合を得る ために、FAM-3-FAM,FAM-4-FAM及びFAM-10-FAMもまた調製された。調製されたプ ライマー(FAM-N-FAM,FAM-N-TAM,FAM-N-ROX)のライブラリー間で、Sequenase 2を用いてFAM-10-FAM及び FAM-3-ROXにより生成される、Aで終結する配列決定 フラグメントがひじょうに類似する移動性シフトを有する(図7)ことが見出さ れており、これは DNA配列の分析のための可能性を示す。FAM-10-FAM及びFAM-3- ROXの発光は、それぞれ 525nm及び 605 nmに存在する。水のラマンシグナルは、それらの2種の波長において、とるにた らない。従って、シグナル:ノイズの比は劇的に高められる。 I.修飾されたT及び5′位での FAMラベルを含む12ーマーのオリゴヌクレオチ ドの調製 次の3種のプライマーを、0.2μモル規模でABI Model394 DNA合成機上で調製 した: アミノリンカーアームを含む修飾された塩基T*が、Amino-Modifier C6 dTホ スホラミジット(Glen Research)を用いることにより、定義された位置に導入 され、そして FAMが合成の最後の段階で6-FAM アミジット(ABI)を用いて導入さ れた。塩基配列が完結された後、オリゴヌクレオチドを、1mlの濃NH4OH により 固体支持体(CPG)から切断した。塩基上のアミノ保護基(A,G,C及びT*)を 、55℃で4時間、NH4OH 溶液を加熱することによって除去した。細管電気泳動分 析は、オリゴマーが約80%の純度であり、そしてそれらが次の色素カップリング 段階に直接使用されることを示唆した。 II.オリゴマー1,2及び3のアミノリンカーアームへの第2螢光色素の結合 代表的な例として、オリゴマー1に第2色素(TAM)を結合せしめる反応スキー ムが下記に示される: 0.5MのNa4CO3/NaHCO3緩衝液40μl中、FAM-ラベルのオリゴヌクレオチド( 1,2及び3)を、12μlのDMSO中、約 150倍過剰量の TAM-NHSエステル又は R OX-NHSエステル又は FAM-NHSエステルと共に室温で一晩インキュベートした。反 応しなかった色素を、Sephadex G-25カラム上でのサイズ排除クロマトグラフィ ーにより除去した。次に、2種の色素ラベルのオリゴヌクレオチドを、6M尿素 −TBE,20 %アクリルアミドゲル電気泳動(40cm×0.8cm)により精製した。純粋 なプライマーをゲルから除去し、そしてOligonucleotide Purification Cartrid ge により脱塩した。プライマーの純度は、細管ゲルクロマトグラフィーにより9 9%以上であることが示された。 III. FAM-3-ROX及びFAM-10-FAMによる DNA配列決定フラグメントの調製 Aで終結されるM13mp18の DNA配列決定フラグメントを、Sequenase2.0(USB) を用いて製造した。次の2種のアニーリング溶液を 600μlのバイアルに調製し た:(1)10μlの反応緩衝液、40μlのM13mp18一本鎖 DNA及び6μlの FAM -3-ROX;(2)6μlの反 応緩衝液、20μlのM13mp18一本鎖 DNA及び3μlのFAM-10-FAM。個々のバイア ルを65℃で5分間加熱し、そして室温に30分間冷却し、そして次に、20分間、氷 上に置き、短いプライマーが鋳型に完全にハイブリダイズしたことを確認した。 3μlの DTT,20μlの ddA終結混合物及び12μlの希釈されたSequenase2.0を 、氷上の個々のバイアルに添加した。その反応混合物を20℃で20分間、及び次に 、37℃でさらに20分間インキュベートした。反応を、50mMのEDTA 10 μl,4M のNH4OH 40μl及び95%EtOH 300μlの添加により停止した。前記溶液を十分に 混合し、そして次に、氷上に20分間、置いた。フラグメントを75%冷EtOHにより 2度脱塩し、真空下で乾燥せしめ、そして95%(v/v)ホルムアミド4μl及 び50mMのEDTAに溶解した。サンプルを3分間、加熱し、DNAを変性し、そして次 に、細管電気泳動装置上へのサンプルの注入まで、氷上に置いた。電気運動学的 注入は、10KVで30秒間実施された。 実質的に同じ励起−吸光性及び移動性を有すると共に、異なった発光波長及び 高い発光量子量を付与するために、関連する組成物、たとえば2種の螢光団によ り官能化されたポリヌクレオチドを調製できることは、上記結果から明らかであ る。この手段においては、組成物の混合物は独立して分析され、ここで異なった 成分が異なった螢光発光バンドを有するラベルにより特異的にラベルされ得る。 さらに、前記組成物は容易に調製され得、広範囲の種類の内容物に使用され得、 そして増強された螢光性質及び良好な安定性を有する。 引用されるすべての出版物及び特許出願は、それぞれ個々の出版物又は特許出 願が引用により組込まれていることを特異的且つ個々に示されているかのように 、引用により本明細書に組込まれている。 前述の発明は一層の理解のために例示的且つ例的にいくらか詳細に記載されて 来たけれども、一定の変更及び修飾が本発明の範囲内で行なわれ得ることは明ら かである。
【手続補正書】特許法第184条の8 【提出日】1995年11月30日 【補正内容】 請求の範囲 1.注目の少なくとも2種の構成成分を検出するために異なる螢光ラベルを用 いて複数成分の混合物中の構成成分を同定し、そして検出するための方法であっ て、前記個々のラベルが、 (1)主鎖に結合されるドナー−受容体螢光対を有し、ここで前記ドナーから前 記受容体への効果的なエネルギー転移が生ずるものであり;そして (2)前記個々のラベルが実質的に同じ波長で吸光し、そして異なる波長で発光 する、 ことによって特徴づけられており; 前記複数成分の混合物の異なった成分に異なった発光波長を有する異なったラ ベルを結合し; 前記ドナーの吸光波長において共通の光源により照射することにより前記ラベ ルされた個々の成分を検出し、そして前記個々のラベルの螢光を検出することを 含んで成る方法。 2.前記ドナー−受容体対の個々のドナーが 350〜 800nmの波長範囲で光を吸 収し、そして前記ドナー−受容体対の受容体が 450〜1000nmの波長範囲で光を発 する請求の範囲第1項記載の方法。 3.前記ドナー−受容体対が9−フェニルキサンテンである請求の範囲第2項 記載の方法。 4.注目の少なくとも2種の構成成分を検出するために異なる螢光ラベルを用 いて複数成分の混合物中の構成成分を同定し、そして検出するための方法であっ て、前記個々のラベルが、 (1)オリゴヌクレオチド鎖に結合されたドナー−受容体螢光対を有し、ここで 前記ドナーから前記受容体への効果的なエネルギー転移が生ずるものであり;そ して (2)前記個々のラベルが実質的に同じ波長で吸光し、そして異なった波長で発 光する、 ことによって特徴づけられており; 前記複数成分の混合物の異なる成分に異なる発光波長を有する異なるラベルを 結合し; 前記ドナーの吸光波長において共通の光源により照射することにより前記ラベ ルされた個々の成分を検出し、そして前記個々のラベルの螢光を検出することを 含んで成る方法。 5.前記ドナー−受容体対の個々のドナーが 350〜 800nmの波長範囲で光を吸 収し、そして前記ドナー−受容体対の受容体が 450〜1000nmの波長範囲で光を発 する請求の範囲第4項記載の方法。 6.前記ドナー−受容体対が9−フェニルキサンテンである請求の範囲第5項 記載の方法。 7.複数成分の混合物の構成成分を分離するための方法であって、注目の個々 の異なる成分が異なるラベルによりラベルされ、前記ラベルが、 (1)オリゴヌクレオチド鎖に結合されたドナー−受容体螢光対を有し、ここで 前記ドナーから前記受容体への効果的なエネルギー転移が生ずるものであり; (2)前記個々のラベルが実質的に同じ波長で吸光し、そして異なった波長で発 光し;そして (3)前記個々の異なるラベルが、前記オリゴヌクレオチド鎖にそって前記ドナ ー−受容体対のスペーサーを変えることの結果として前記分離において実質的に 同じ移動性を有する、 ことによって特徴づけられており、 前記複数成分の混合物の異なる成分に異なる発光波長を有する異なったラベル を結合し; 前記成分を個々の画分に分離し;そして 前記受容体の吸光波長において共通の光源により照することにより前記ラベル された個々の成分を検出し、そして前記個々のラベルの螢光を検出することを含 んで成る方法。 8.前記分離が電気泳動によるものである請求の範囲第7項記載の方法。 9.前記ドナー−受容体対の個々のドナーが 350〜 800nmの波長範囲で光を吸 収し、そして前記ドナー−受容体対の受容体が 450〜1000nmの波長範囲で光を発 する請求の範囲第7項記載の方法。 10.前記ドナー−受容体対が9−フェニルキサンテンである請求の範囲第9項 記載の方法。 11.一本鎖核酸をコピーするためのプライマー及び特定のヌクレオチドで前記 コピーに起因する鎖を終結するためのジデオキシヌクレオシドを用いて核酸配列 を配列決定するための方法であって、 配列決定されるべき核酸フラグメントを、プライマーに結合する前記フラグメ ントの5′側配列を含んで成るベクターでクローンニングし; 異なる反応容器において、前記プライマー、dNTP及び少量の異なった1種のジ デオキシヌクレオチドの存在下で DNAポリメラーゼにより前記フラグメントをコ ピーし;そして 一本鎖 DNAフラグメントの得られる混合物を分離し、そしてゲル上に存在する バンドにより配列を決定することを含んで成り、 ここで、(1)前記プライマー結合配列に対して相補的な核酸鎖に結合される ドナー−受容体螢光対を有し、ここで前記ドナーが前記受容体の螢光のために前 記受容体にエネルギーを効果的に転移し、(2)前記個々のプライマーが実質的 に同じ波長で吸光し、そして異なった波長で発光し;そして(3)前記個々のプ ライマーが、 前記核酸鎖にそって前記ドナー−受容体対の空間及び螢光団を変えることに起因 する、前記分離において実質的に同じ移動性を有することにより特徴づけられる プライマーを用いることを特徴とする方法。 12.前記ドナー−受容体螢光対のメンバーの1つが前記プライマーの5′末端 に結合される請求の範囲第11項記載の方法。 13.異なったドナー−受容体対を有する4種のプライマーが存在し、個々は異 なった発光波長を有することによって異なっている請求の範囲第11項記載の方法 。 14.前記ドナー−受容体螢光対が10よりも多くないヌクレオチドにより分離さ れる請求の範囲第11項記載の方法。 15.少なくとも2つのドナー−受容体螢光対がキサンテン化合物である請求の 範囲第11項記載の方法。 16.前記キサンテン化合物がフルオレセイン及びローダミンを含んで成る請求 の範囲第15項記載の方法。 17.少なくとも2種の螢光化合物を含んで成るキットであって、前記個々の螢 光化合物が、 (1)主鎖に結合されたドナー−受容体螢光対を有し、ここで前記ドナーが前 記受容体の螢光のために前記受容体にエネルギーを効果的に転移し;(2)個々 のラベルが実質的に同じ波長で吸光し、そして異なった波長で発光し;そして( 3)個々のラベルが、前記主鎖にそって前記ドナー−受容体対の空間及び螢光団 を変えることに起因する、電気泳動による核酸の分離において実質的に同じ移動 性を有することを特徴とするキット。 18.前記主鎖が核酸鎖であり、そして前記ドナー−受容体螢光対が約10個より も多くないヌクレオチドにより分離される請求の範囲第17項記載のキット。 19.前記ドナー−受容体螢光対の前記ドナーが 350〜 800nmの波長範囲で光を 吸光し、そして前記ドナー−受容体対の受容体が 450〜1000nmの波長範囲で光を 発する請求の範囲第17項記載のキット。 20.少なくとも2つのドナー−受容体螢光対がキサンテン化合物である請求の 範囲第19項記載のキット。 21.前記キサンテン化合物がフルオレセイン又はローダミンである請求の範囲 第20項記載のキット。
───────────────────────────────────────────────────── 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,EE,ES,FI,GB,GE ,HU,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LK, LR,LT,LU,LV,MD,MG,MN,MW,M X,NL,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD ,SE,SI,SK,TJ,TT,UA,UZ,VN (72)発明者 グレーザー,アレキサンダー アメリカ合衆国,カリフォルニア 94563, オリンダ,キャノン ドライブ 135 (72)発明者 ジュ,ジンギュー アメリカ合衆国,カリフォルニア 94704, バークレー,ヒルドブランド 329,デパ ートメント オブ ケミストリー,ユニバ ーシティ オブ カリフォルニア

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.注目の少なくとも2種の構成成分を検出するために異なる螢光ラベルを用 いて複数成分の混合物中の構成成分を同定し、そして検出するための方法であっ て、前記ラベルが、 (1)主鎖に結合されるドナー−受容体螢光対を有し、ここで前記ドナーから前 記受容体への効果的なエネルギー転移が生ずるものであり;そして (2)前記個々のラベルが実質的に同じ波長で吸光し、そして異なる波長で発光 すること、 によって特徴づけられており; 前記複数成分の混合物の異なった成分に異なったラベルを結合し; 前記受容体の吸光波長において共通の光源により照射することにより前記ラベ ルされた個々の成分を検出し、そして前記個々のラベルの螢光を検出することを 含んで成る方法。 2.前記ドナーが 350〜 800nmの波長範囲で光を吸収し、そして前記受容体が 450〜1000nmの波長範囲で光を発する請求の範囲第1項記載の方法。 3.前記受容体−ドナー対が9−フェニルキサンテンである請求の範囲第2項 記載の方法。 4.注目の少なくとも2種の構成成分を検出するために異なる螢光ラベルを用 いて複数成分の混合物中の構成成分を同定し、そして検出するための方法であっ て、前記ラベルが、 (1)オリゴヌクレオチド鎖に結合されたドナー−受容体螢光対を有し、ここで 前記ドナーから前記受容体への効果的なエネルギー転移が生ずるものであり;そ して (2)前記個々のラベルが実質的に同じ波長で吸光し、そして異なる波長で発光 する、 ことによって特徴づけられており; 前記複数成分の混合物の異なる成分に異なるラベルを結合し; 前記受容体の吸光波長において共通の光源により照射することにより前記ラベ ルされた個々の成分を検出し、そして前記個々のラベルの螢光を検出することを 含んで成る方法。 5.前記ドナーが 350〜 800nmの波長範囲で光を吸収し、そして前記受容体が 450〜1000nmの波長範囲で光を発する請求の範囲第4項記載の方法。 6.前記受容体−ドナー対が9−フェニルキサンテンである請求の範囲第5項 記載の方法。 7.複数成分の混合物の構成成分を分離するための方法であって、注目の個々 の異なる成分が異なるラベルによりラベルされ、前記ラベルが、 (1)オリゴヌクレオチド鎖に結合されたドナー−受容体螢光対を有し、ここで 前記ドナーから前記受容体への効果的なエネルギー転移が生ずるものであり; (2)前記個々のラベルが実質的に同じ波長で吸光し、そして異なった波長で発 光し;そして (3)前記個々の異なるラベルが、前記オリゴヌクレオチド鎖にそって前記ドナ ー−受容体対のスペーサーを変えることの結果として前記分離において実質的に 同じ移動性を有する、 ことによって特徴づけられており、 前記複数成分の混合物の異なる成分に異なるラベルを結合し; 前記成分を個々の画分に分離し;そして 前記受容体の吸光波長において共通の光源により照することによ り前記ラベルされた個々の成分を検出し、そして前記個々のラベルの螢光を検出 することを含んで成る方法。 8.前記分離が電気泳動によるものである請求の範囲第7項記載の方法。 9.前記ドナーが 350〜 800nmの波長範囲で光を吸収し、そして前記受容体が 450〜1000nmの波長範囲で光を発する請求の範囲第7項記載の方法。 10.前記受容体−ドナー対が9−フェニルキサンテンである請求の範囲第9項 記載の方法。 11.一本鎖核酸をコピーするためのプライマー及び特定のヌクレオチドで前記 コピーに起因する鎖を終結するためのジデオキシヌクレオシドを用いて核酸配列 を配列決定するための方法であって、 配列決定されるべき核酸フラグメントを、プライマーに結合する前記フラグメ ントの5′側配列を含んで成るベクターでクローンニングし; 異なる反応容器において、前記プライマー、dNTP及び少量の異なる1種のジデ オキシヌクレオチドの存在下で DNAポリメラーゼにより前記フラグメントをコピ ーし;そして 一本鎖 DNAフラグメントの得られる混合物を分離し、そしてゲル上に存在する バンドにより配列を決定することを含んで成り、 ここで、(1)前記プライマー結合配列に対して相補的な核酸鎖に結合される 受容体−ドナー螢光対を有し、ここで前記ドナーが前記受容体の螢光のために前 記受容体にエネルギーを効果的に転移し、(2)前記個々のプライマーが実質的 に同じ波長で吸光し、そして異なった波長で発光し;そして(3)前記個々のプ ライマーが、前記核酸鎖にそって前記ドナー−受容体対の空間及び螢光団を変え ることに起因する、前記分離において実質的に同じ移動性を有する ことにより特徴づけられるプライマーを用いることを特徴とする方法。 12.前記受容体−ドナー螢光対のメンバーの1つが前記プライマーの5′末端 に結合される請求の範囲第11項記載の方法。 13.異なった受容体−ドナー対を有する4種のプライマーが存在する請求の範 囲第11項記載の方法。 14.前記受容体−ドナー螢光対が10よりも多くないヌクレオチドにより分離さ れる請求の範囲第11項記載の方法。 15.少なくとも2つの受容体−ドナー螢光対がキサンテン化合物である請求の 範囲第11項記載の方法。 16.前記キサンテン化合物がフルオレセイン及びローダミンを含んで成る請求 の範囲第15項記載の方法。 17.少なくとも2種の螢光化合物を含んで成るキットであって、前記個々の螢 光化合物が、 (1)主鎖に結合された受容体−ドナー螢光対を有し、ここで前記ドナーが前 記受容体の螢光のために前記受容体にエネルギーを効果的に転移し;(2)個々 のラベルが実質的に同じ波長で吸光し、そして異なった波長で発光し;そして( 3)個々のラベルが、前記主鎖にそって前記ドナー−受容体対の空間を変えるこ とに起因する、前記分離において実質的に同じ移動性を有することを特徴とする キット。 18.前記主鎖が核酸鎖であり、そして前記受容体−ドナー螢光対が約10個より も多くないヌクレオチドにより分離される請求の範囲第17項記載のキット。 19.前記ドナーが 350〜 800の波長範囲で光を吸光し、そして前記受容体が 4 50〜1000の波長範囲で光を発する請求の範囲第17項記載のキット。 20.少なくとも2つの受容体−ドナー螢光対がキサンテン化合物である請求の 範囲第19項記載のキット。 21.前記キサンテン化合物がフルオレセイン又はローダミンである請求の範囲 第20項記載のキット。
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