JPH10243785A - 核酸塩基配列決定方法及び、核酸塩基配列決定装置 - Google Patents
核酸塩基配列決定方法及び、核酸塩基配列決定装置Info
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- JPH10243785A JPH10243785A JP9047821A JP4782197A JPH10243785A JP H10243785 A JPH10243785 A JP H10243785A JP 9047821 A JP9047821 A JP 9047821A JP 4782197 A JP4782197 A JP 4782197A JP H10243785 A JPH10243785 A JP H10243785A
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Abstract
マッチの問題を解決し、高感度迅速な核酸塩基配列決定
方法及び装置の提供。 【解決手段】 一重鎖核酸の塩基配列決定方法におい
て、複数の各領域に種類ごとに配置された一群のオリゴ
ヌクレオチドプローブと前記核酸とのハイブリダイズ体
を形成し、係るハイブリダイズ体の前記プローブをプラ
イマーとして前記核酸を鋳型とする伸張反応を行い、前
記伸張量を検出して被検体核酸の塩基配列を決定する。
塩基配列決定装置は、前記一重鎖核酸の塩基配列決定方
法において、一群のオリゴヌクレオチドプローブを複数
の各領域に種類ごとに配置する手段と、プローブと核酸
とのハイブリダイズ体を形成する手段と、ハイブリダイ
ズ体の前記プローブをプライマーとして前記核酸を鋳型
とする伸張反応を行う手段と、前記伸張量を検出して被
検体核酸の塩基配列を決定する手段を有する。
Description
に関するものである。
Sangerらのジデオキシチェーンターミネーター法
及びMaxam−Glibertの化学分解法の2つ
が実用化されている。いずれも塩基配列を決定される核
酸(被検核酸、又は被検DNA)のいろいろの長さの断
片の末端塩基の種類が同定できるように放射性同位元素
や蛍光色素等でラベルされるようにして合成もしくは分
解した後、ゲル電気泳動することにより、各断片を短い
順に分離し短い方から順番に末端の塩基の種類を読み取
って行くことにより配列を推測する方法である。これら
の方法は改良されて現在に至っているが、いずれも、各
断片の再クローニングや、電気泳動による分離操作が必
要とされ、時間的、精度的な制約がある。
encing by hybrization)と称さ
れる方法がある。この方法は、連続するk塩基数の長さ
の全てのオリゴヌクレオチドの組合せ(組成FKとし、
4k個ある)からなるオリゴヌクレオチドプローブの群
(セット)のそれぞれと被検核酸をハイブリダイズさせ
ることにより被検体核酸の塩基配列を決定する方法であ
る。この方法では、例えばk個の塩基配列からなる上記
のプローブ群を使用することにより4k種類のプローブ
を用いることとなり、係るプローブ群の使用により決定
され得る被検体の塩基配列数は約2k塩基数となる。
する際のミスマッチの問題があり、完全に相補的でない
プローブでも被検核酸とハイブリダイズし得ることであ
り、このことは被検体の塩基配列の正確で迅速な決定の
上で問題となる。
法においてハイブリダイズに伴う上記ミスマッチの問題
を解決し、高感度でかつ迅速な被検体核酸の塩基配列を
決定する方法を提供するものである。
感度迅速塩基配列決定装置を提供するものである。
検体核酸(DNA)たる一重鎖の核酸塩基配列の決定方
法を対象とするものであり、一重鎖の被検核酸の塩基配
列決定方法において、複数の各領域に種類ごとに配置さ
れた一群のオリゴヌクレオチドプローブ(プライマー)
と、前記被検核酸とをハイブリダイズさせ、ハイブリダ
イズ体を形成し、係るハイブリダイズ体の前記プローブ
をプライマーとして前記被検核酸を鋳型とする伸張反応
を行い、前記伸張した量を検出して被検体核酸の塩基配
列を決定するものである。
決定方法に関するものであり、k個の塩基配列の全ての
組合せからなる4K個のオリゴヌクレオチドプローブを
プライマーとして、分離して(例えばマトリックス状の
場所、それぞれの場所を以下ウエルとする)配置するス
テップと、上記各ウェルに被検体たる一重鎖の核酸を加
え、適当なハイブリダイズ条件とし、前記プライマーと
前記被検核酸とのハイブリダイズ体を形成するステップ
と、さらに上記各ウェルにおいて、前記プライマーの前
記被検核酸を鋳型とする伸長反応を行うステップと、前
記伸長反応により伸長した量を検出するステップと、前
記各プライマーの伸長量に基づき前記被検体の塩基配列
を決定するステップとを含む方法である。
に関するものであり、前記各プライマーの伸張量に基づ
き前記被検体の塩基配列を決定するステップが、さらに
つぎの特徴を有するものである。
てもよい場合: (A−1)同一の前記伸張量(Ii)を示す前記プライ
マーをグループGiとし、前記グループGi毎に、任意の
プライマーを選択し、前記プライマーの塩基配列と、1
塩基のみ異なるプライマー、2塩基のみ異なるプライマ
ー、3塩基のみ異なるプライマー、さらに4以上異なる
プライマーにそれぞれ分ける。
よび前記1塩基のみ異なるプライマーの塩基配列を比較
し、各プライマーの各位置(5’末端から数えて1、
2、・・・番目)毎に塩基(A,T,G,C)が最も共通
する塩基を選択し、得られる塩基配列を真の配列とす
る。
基配列および前記1塩基のみ異なるプライマーの塩基配
列、前記2塩基のみ異なるプライマーの塩基配列を比較
し、各プライマーの各位置(5’末端から数えて1、
2、・・・番目)毎に塩基(A,T,G,C)が最も共通
する塩基を選択し、得られる塩基配列を真の配列とす
る。
るプライマー、さらに4以上異なるプライマーの塩基配
列も考慮する。
(Ii)を示すグループGiの真の塩基配列としてSiを
決定する。
から真の塩基配列Siを決定する。
ものから小さいものへと並べる。最も大きい値のものを
S1とし順次S2、S3、・・・、S(最も小さい値)とす
る。
の5’末端及び3’末端近辺の塩基配列が重なるように
S1、S2、S3、・・・、S(最も小さい値)を比較して並
べて塩基配列を決定する。得られた塩基配列は、被検体
の塩基配列の相補的塩基配列であり、これから被検体の
塩基配列が決定される。
合:この場合は、(A)の場合と異なり、同一の前記伸
張量(Ii)を示すプライマーグループGiのみならず同
様の伸張量(Iiと測定誤差に基づきお互いに区別でき
ない2以上の伸張量Ii'、Ii''、Ii'''、・・・)を示す
プライマーのグループGi'、Gi''、Gi'''、・・・からな
るグループとし、 (B−1) 任意の1つのプライマーを選択し、前記プ
ライマーの塩基配列と、1塩基のみ異なるプライマー、
2塩基のみ異なるプライマー、3塩基のみ異なるプライ
マー、さらに4以上異なるプライマーにそれぞれ分け、
係る選択により選択されなかったプライマーと区別す
る。
たプライマーのうちでさらに、任意のプライマーを選択
し、(B−1)と同様の操作を行う。
2)を繰返し、前記プライマーのグループGi'、
Gi''、Gi'''、・・・が決定される。
Gi'、Gi''、Gi'''、・・・内で、(A)で記載した方法
によりそれぞれのグループの真の塩基配列(Si'、
Si''、Si'''、・・・)が決定される。
Si'''、・・・のそれぞれの塩基配列のそれぞれの5’末
端及び3’末端近辺の塩基配列が重なるように並べて塩
基配列Siを決定する。
様の方法で被検体の塩基配列の相補的塩基配列であり、
これから被検体の塩基配列が決定される。
プライマーとポリメラーゼによる伸長反応であり、前記
伸長量の検出が、前記反応に伴って遊離するピロリン酸
の量を測定することにより行うことを特徴とする核酸塩
基配列の決定方法である。
プライマーとポリメラーゼによる伸長反応であり、前記
伸長量の検出が、前記反応で取り込まれる蛍光標識ヌク
レオチドの蛍光を測定することにより行うことを特徴と
する核酸塩基配列の決定方法である。
たる一重鎖の核酸塩基配列の決定方法を対象とするもの
であり、k個の塩基配列(A,T,G,Cからなる)の
全ての組合せからなる4K個のオリゴヌクレオチドプロ
ーブをプライマーとして使用し、分離して(例えばマト
リックス状の場所、それぞれの場所を以下ウエルとす
る)配置し、上記各ウェルに被検体たる一重鎖の核酸を
加え、適当なハイブリダイズ条件で前記プライマーと前
記被検核酸とのハイブリダイズ体を形成させ、さらに、
前記プライマーの前記被検核酸を鋳型とする伸長反応を
行い伸長した量を検出して前記被検体の塩基配列を決定
するものである。
酸とのハイブリダイズ体の形成において、完全に相補性
のないプライマーともハイブリダイズするというミスマ
ッチの可能性がある。
伸張反応により伸張した量の測定手段に応じて測定誤差
が生じ、係る測定誤差に基づき、本来なら、個々区別さ
れるべき各プライマーが、区別できなくなるという可能
性がある。
き検出された伸張量の測定値は、通常はこれらの可能性
がともに生じて得られたものであると考えられ、かかる
伸張量の測定値からは被検体の塩基配列を一義的に決定
することは困難となる。
とで、前記のプローブと被検体のミスマッチハイブリダ
イズが生じ、さらに、前記伸張量の測定が測定誤差を有
する場合においても、被検体の塩基配列を決定可能とす
るものである。以下より詳しく説明する。
たように、SBH法はハイブリダイズする際のミスマッ
チの問題があり、完全に相補的な塩基配列を有するプロ
ーブのみを被検核酸とハイブリダイズさせるハイブリダ
イズ条件を設定することは極めて困難である。一方、前
記ハイブリダイズに伴うミスマッチを減少させるための
条件として、種々の要因が考えられるが特に、ハイブリ
ダイズの温度、及び被検体、プローブのGC含量の制御
が重要である。一般には、ハイブリダイズの温度が低い
程ミスマッチの確率は高くなる傾向にあり、ある程度高
い温度でハイブリダイズする必要があるが、あまり高い
温度では、ハイブリダイズ体が不安定となる。従って、
ミスマッチを抑制し、かつハイブリダイズ体を安定させ
る適当な温度幅がある。さらに、GC含量が多いほどハ
イブリダイズ体の安定性は増加することが知られてい
る。従って、本発明に係る方法においては、本発明に係
るプローブと被検体核酸とが完全にミスマッチなくハイ
ブリダイズさせる条件を必要とするものではないが、で
きるがけミスマッチが少なくなるハイブリダイズ条件を
設定することが好ましい。
の生じる確率は、種々の方法で見積りが可能であり、そ
れに基づき最適のハイブリダイズ条件を決定することが
可能である。係る条件下では、ほとんどが完全ハイブリ
ダイズし、1塩基配列が異なるプローブがわずかにミス
マッチハイブリダイズし、さらにごくわずかな2塩基配
列が異なるプローブがミスマッチハイブリダイズする。
上記GC含量及びハイブリダイズ温度を考慮に入れてハ
イブリダイズ条件を設定する際には、プローブのGC含
量に応じて温度が異なる条件を設定することも好まし
い。以下説明するように本発明に係る方法においては、
係るミスマッチが存在することは何等制限とはならない
が、ミスマッチが少ないことはより好ましい。
量は、その測定手段に応じて測定誤差が伴う。従って、
被検体が長い場合においては、各プローブに基づく伸張
反応の伸張量の差は小さくなり、前記誤差と区別できな
くなる場合が生じ得る。係る場合には、各プローブを個
々区別することができず、同程度の伸張量を示す複数の
プローブがそれぞれグループに分けられるのみである。
この際、それぞれのグループはしかし、有意の差の伸張
量を示すものである。本発明に係る方法は、係る測定誤
差の存在に何等制限されず、上記のグループ化可能な場
合には、被検体の塩基配列を決定することを可能とする
ものである。
数)本発明に係る方法で決定可能な一重鎖の被検核酸の
塩基配列については制限されず、A、T、G、Cの4種
類の塩基からなる通常のオリゴヌクレオチド、ポリヌク
レオチドであればよい。決定可能な塩基数については、
プローブを形成する塩基数に依存する。
ヌクレオチドの数がk個の場合には、すべての組合せは
4k個となり、これを用いて決定可能な被検体核酸の塩
基数の最大値は2k個となる。例えば、プローブが8〜
12ヌクレオチドからなる場合は以下の表に示した。本
発明に係る方法では全てのプローブにハイブリダイズし
ても伸張反応に従って整列できるのでシーケンス可能で
あり、最大値は以下右端の数値になる。
る4K個のオリゴヌクレオチドプローブをプライマーと
して用いる場合に、上の表で示すように極めて多数の分
離した場所(ウエル)が必要となるが、本発明はその形
状、装置には特に制限はない(例えば、特開平7-203998
参照のこと)。具体的には、適当なサイズの反応試験管
(ガラス製等の)を必要量並べる方法や、さらに、ガラ
ス製もしくはシリコン製の材料から構成されるキャピラ
リープレート等が好ましく使用される。より具体的には
係るキャピラリープレート形状としては、被検核酸のシ
ーケンシングの観点からはコラムがマトリックス状に配
列しており、方形状のが有用であるが、本発明ではこの
形状として円形や三角形のものでも適用される。また、
このようなキャピラリープレートのコラムは、一般的に
は直径数ないし数百μm程度の円筒穴で規定されるの
で、コラム内にプライマーや被検核酸などの液体を導入
する際には、表面張力を考慮してキャピラリープレート
の厚み方向への電気泳動を用いることも望ましい。ま
た、DNAチップも本発明において好ましく用いること
もできる(SCIENCE 1991年9月27日 RESEARCH NE
WS 1489)。
るプライマーが、前記ウエル内に固定されるほうが望ま
しいが、磁気ビーズに結合したプライマーをそれぞれの
ウエル内に設けてもよい。前記ウエル内に固定する方法
についても特に制限はなく通常の公知の化学反応による
処理、蛋白質蛋白質相互作用による結合等が好ましく使
用される。
は、前記プローブと被検体核酸とのハイブリダイズが必
要であるが、その条件についても特に制限はない。被検
体核酸の大体の長さ(塩基数)、GC含量等の推定に基
づき、プローブの塩基数を決定し、通常公知のハイブリ
ダイズ条件を設定することは容易である。本発明におい
ては、ミスマッチによるハイブリダイズ体の存在は問題
としないが、少ない方が好ましい。従って、あらかじめ
適当な手段にてハイブリダイズ条件を設定することは好
ましい。例えば、各プローブをGC含量に応じてハイブ
リダイズ温度を設定することが好ましい。これにより、
よりミスマッチの少ないハイブリダイズ体を得ることが
可能となる。
DNAと完全相補的プライマーのみならず、任意(塩基
の種類と位置および数を変えた)のミスマッチさせた不
完全相補的プライマーを用いて条件の最適化を行うこと
も可能である。
酸を鋳型とする伸張反応)本発明に係る方法では、プロ
ーブとハイブリダイズした被検体核酸を鋳型として、前
記プローブをプライマーとするポリメラーゼ反応により
伸張反応させるものであるが、使用可能なポリメラーゼ
の種類、その反応条件についても特に制限はない。被検
体核酸の長さは、例えばプライマーとして10個の塩基
からなる場合には被検体の決定可能な塩基数は約100000
0となり、この場合、完全に伸張反応が起こることが必
要であるが、係るポリメラーゼ反応条件、又はポリメラ
ーゼの種類の選択は当業者にとって可能である(具体的
にはエキソヌクレアーゼ活性を有するポリメラーゼを使
用する等)。(伸張量の測定)本発明に係る方法では、
前記伸張反応による伸張量をできるだけ正確に検出する
ことが必要であるが、その方法には特に制限はない。具
体的には、伸張反応に伴って遊離するピロリン酸をAP
S(アデノシン5’−ホスホ硫酸)と反応させてATP
(アデノシン5’−三リン酸)を生成し、このATPの
ルシフェラーゼ反応に伴う発光量を検出することにより
行うことが可能である。この場合測定される発光量は伸
張量に比例する。または、伸張反応に蛍光ラベル化デオ
キシリボヌクレオチド三リン酸(dNTP)を用いて行
い、蛍光ラベルからの発光量を検出することにより行う
ことも可能である。この場合測定される傾向量は伸張量
に比例する。さらには、伸張反応が終了した後に、TO
TO、YOYO等のインターカレータ型の色素で染色
し、その蛍光量を測定する方法も好ましく使用可能であ
る。
本発明に係る方法は、上記説明した、各プローブについ
て測定された伸張量に基づき被検体の塩基配列を決定す
るものである。ここでミスマッチなく、完全相補的なプ
ローブのみが被検体とハイブリダイズ体を形成する場合
には、各プローブはそれぞれ異なる伸張量を有し、同じ
伸張量を示すプローブが複数存在することはない。図1
に模式的に示されるように、この場合には各完全に相補
的なプローブのみがハイブリダイズ可能であり、従っ
て、伸張反応による伸張量は単一の値を示す。被検体核
酸がN個の塩基数からなる場合、k塩基数のプライマー
により最も大きな伸張量は(N−k)であり、次に大き
な伸張量は(N−k−1)と順に1ずつ小さな伸張量を
示す。一方ミスマッチが生じた場合には、図2、又は3
に示すように、数塩基が異なるプローブであるにも拘ら
ず完全相補的プローブと同様にハイブリダイズし、従っ
て、同じ伸張量を示すことになる。通常のハイブリダイ
ズ条件、及びポリメラーゼ伸張反応条件下では、上記の
ミスマッチに基づくハイブリダイズ体の形成は完全には
避けることが困難である。図2に示すようにミスマッチ
塩基が1つある場合には同じ伸張量を示すプローブ数は
kx3通りあり、この場合特定の位置の塩基がミスマッ
チである確率は(1/k)となる。同様に図3には2つ
の塩基がミスマッチする場合を示す。この場合には同じ
伸張量を示すプローブの数はkC2x32通りあり、この場
合特定の位置の塩基がミスマッチである確率は(2/
k)となる。図には示されていないが、k塩基のプロー
ブのi個がミスマッチの場合において、特定の位置の塩
基がミスマッチである確率は(i/k)となる。
よるハイブリダイズが各塩基の種類に大きく依存せずに
ランダムに生じ、また、伸張反応の条件を適当に設定す
ることにより、上記ミスマッチを抑制し、3個以上のミ
スマッチが実質的に生じない条件とすることは容易であ
る。従って、プローブ塩基数が8〜12個程度であれ
ば、特定の位置でのミスマッチする確率は、最も悪い場
合でも3/8であり、最も低い場合には1/12とな
る。この程度の確率であれば、最も確からしい塩基を選
択することは極めて容易となる。すなわち、被検体の核
酸塩基配列を決定可能とする。
測定誤差が存在する場合においても、係る誤差内で同じ
伸張量と判断されるプローブが存在する。すなわち、伸
張量が極めて大きくなると、それぞれのプローブの伸張
量の差が、測定誤差に比較して有意差と判別不可能とな
る場合がある。係る場合には、区別不可能な複数のプロ
ーブが同一の伸張量を示すものとして取り扱わなければ
ならない。本発明に係る方法を使用すると、係る場合に
おいても被検体核酸の塩基配列を決定することが可能と
なる。
び(B)測定誤差がある場合の本発明に係る方法につい
て説明する。
てもよい場合:この場合においてはミスマッチに基づく
同じ伸張量を示す複数のプライマーが存在するが、それ
ぞれの伸張量の値自体には誤差は含まれていない。この
場合、本発明において好ましく使用可能な被検体核酸の
塩基配列決定方法の一例を以下に示す。
の前記伸張量(Ii)を示す前記プライマーが複数ある
場合にそのプライマーからなるグループをGiとし、前
記グループGi毎に以下の手順を行う。ここで同一の伸
張量を示すことは、被検体核酸の同一の部分にハイブリ
ダイズしたことを意味する。
ライマーを選択し、選択されてプライマーの塩基配列
と、そのグループに属する他の全てのプライマーの塩基
配列を比較して、1塩基のみ異なるプライマー、2塩基
のみ異なるプライマー、3塩基のみ異なるプライマー、
さらに4以上異なるプライマーにそれぞれ分ける。この
際、本発明においてはハイブリダイズ条件を選択するこ
とにより、ミスマッチの確率を低くすることが可能であ
り、上記の分け方は任意である。
および前記1塩基のみ異なるプライマーの塩基配列を比
較すると、各プライマーの各位置(5’末端から数えて
1、2、・・・番目)毎に塩基(A,T,G,C)が共通
するプライマーと、その共通する塩基とは異なる塩基で
あるプライマーが存在する。従って、最も共通する塩基
を選択することは容易である。この操作を続けることで
最も確からしい塩基配列を有するプライマー、すなわ
ち、完全相補的プローブを見出すことが可能となる。係
る塩基配列を真の配列とする。
基配列および前記1塩基のみ異なるプライマーの塩基配
列及び前記2塩基のみ異なるプライマーの塩基配列を比
較し、各プライマーの各位置(5’末端から数えて1、
2、・・・番目)毎に塩基(A,T,G,C)が最も共通
する塩基を真の塩基とすることも可能である。また、必
要ならば、さらに3塩基のみ異なるプライマー、さらに
4以上異なるプライマーの塩基配列も考慮することで、
上記得られた配列を確認することが可能となる。実際に
は、前記任意のプライマーの塩基配列および前記1塩基
のみ異なるプライマーの塩基配列を比較することで充分
完全相補的塩基配列に到達可能である。
(Ii)を示すグループGiの真の塩基配列としてSiを
決定することが可能となる。
Giから真の塩基配列Siを決定可能である。
ものから小さいものへと並べ、最も大きい値のものをS
1とし順次S2、S3、・・・、S(最も小さい値)とする。
れた塩基配列のそれぞれの5’末端及び3’末端近辺の
塩基配列が重なるようにS1、S2、S3、・・・、S(最も
小さい値)を比較して並べて塩基配列を決定する。この
場合、S2はS1に比較して1塩基分ずれていることにな
り、また、S3はS2に比較して1塩基分ずれていること
になり、以下順に1塩基ずつずれた配列となっているの
でこれらから塩基配列を決定することが可能となる。得
られた塩基配列は被検体の塩基配列の相補的塩基配列で
あり、これから被検体の塩基配列が決定される。
イマーの伸張反応が起こらず、その部分の塩基配列が1
塩基以上離れた形で連続することも有り得る。この場合
には、少なくとも適当な数の塩基配列が重なり合うよう
にすべての配列を並べることで決定することが可能とな
る。
合:係る測定誤差の本発明において許容される程度は特
に制限はないが、当該測定方法及び、その繰返し測定回
数、測定時間に依存するが、CV値で5%以下が好まし
くより好ましくは1%以下である。ここで1%のCV値
を有する測定条件では最大の測定値が任意単位で1000の
場合には10〜30程度の測定値は有意差なしとして同じ値
のグループに分けられることとなる。上で説明したよう
に遊離リン酸を用いて測定する場合、CV値は約1〜5
%程度になる。
に示すように、同一の前記伸張量(Ii)を示すプライ
マーグループGiのみならず同様の伸張量と判断される
伸張量(Iiと測定誤差に基づきお互いに区別できない
2以上の伸張量Ii'、Ii''、Ii'''、・・・)を示す複数
のプライマーのグループGi'、Gi''、Gi'''、・・・から
なるグループを、他のプライマーから選別することが可
能となる。
Gi'''、・・・からなるグループGiを構成するすべてのプ
ライマーについて、任意の1つのプライマーを選択し、
そのプライマーの塩基配列と、1塩基のみ異なるプライ
マー、2塩基のみ異なるプライマー、3塩基のみ異なる
プライマー、さらに4以上異なるプライマーにそれぞれ
分け、係る選択により選択されなかったプライマーと区
別する。
れなかったプライマーのうちでさらに、任意のプライマ
ーを選択し、(B−1)と同様の操作を行う。
2)の操作を繰返すことで、プライマーのグループ
Gi'、Gi''、Gi'''、・・・が決定される。
れのグループGi'、Gi''、Gi'''、・・・においては、す
でに説明した上記(A)で説明した方法により真の塩基
配列(Si'、Si''、Si'''、・・・)が決定されることに
なる。
Si'''、・・・のそれぞれの塩基配列のそれぞれの5’末
端及び3’末端近辺の塩基配列が重なるように並べて塩
基配列Siを決定する。
様の方法で被検体の塩基配列の相補的塩基配列であり、
これから被検体の塩基配列が決定される。
る。例えば、測定方法として上で説明したピロリン酸法
を用いた場合、被検体核酸が1000塩基からなり、またプ
ローブの塩基数が10個とすると、ピロリン酸は最大で99
0個放出される。従って、測定方法がいま5%程度とす
ると50個程度の差のピロリン酸の放出の差は区別され
ず、同じ数の放出と判断される。従って、この場合に
は、50個ずつの差を持ったグループに分けるとすると、
990-940個のプローブを1グループ、940-890個のプロー
ブを1グループ、・・・と分けることとなる。この各グル
ープ内にはさらにミスマッチによるプローブも含まれ
る。
生率測定 被検体核酸と完全には相補的でないオリゴヌクレオチド
プローブが、特定の条件下でもハイブリダイズするし伸
張反応する確率を推定するために、PCR法を用いた以
下の測定を行った。すなわち、被検体核酸としてpBlues
criptIIを鋳型として使用し、12塩基配列からなるP
CRReverseプライマー(5’−TAAGGCGCAG
CG−3’)、及びForwardプライマーとして完全相補
的な12塩基プライマー及び種々の塩基置換されたミス
マッチプライマー(下表)を合成して用いた。この場合
PCR反応の増幅物は777塩基数を有する核酸であり、
この産物生成は電気泳動法に基づいて確認した。
幅産物を得られた場合は、当該プライマーは被検体核酸
とミスマッチにも拘らずハイブリダイズしPCR反応が
進行したことを意味する。PCR反応の反応温度に依存
してミスマッチプライマーによるPCR増幅反応の増加
減少を観察することで、ハイブリダイズ温度とミスマッ
チの頻度を推定できる。
メータ)、1分;72℃、1分を30サイクル行った。
マッチさせた塩基配列を有するプローブを用いた結果
(F-Primer を5’側から1塩基ずつ、他の3種の塩基に変
える,Reverse Primer : pBS R12 5'-ATACCGTCGACC-3、
Forward Primer : pBS800-7 5'-TAAGGCGCAGCG-3'、PCR
Product : 777bp)を示す。
に基づくハイブリダイズが生じていることを示す。さら
に、通常のPCR反応温度条件では1塩基ミスマッチプ
ローブは高い確率で被検体核酸にハイブリダイズ可能で
あることを示す。
のをミスマッチさせた塩基配列のいくつかを有するプロ
ーブを用いた結果(5’側から1,2 or 2,3 or 3,4 or 4,5
or8,9 or 9,10 or 10,11 番目の2塩基ずつがミスマッ
チになるようにプライマーを作製。
GACC-3'、Forward Primer : pBS800-75'-TAAGGCGCAGCG-
3'、PCR Product : 777bp)を示す。
に基づくハイブリダイズが増加する傾向が同じく見ら
れ、さらに3’末端部近辺ミスマッチがあるプライマが
5’末端部近辺にミスマッチがあるプライマーよりもP
CR反応が進行しないのは、ミスマッチハイブリダイズ
にみならず、ポリメラーゼ反応が進行しないことも原因
と考えられる。5’末端部近辺にミスマッチのあるプロ
ーブは高い確率でハイブリダイズ可能であることを示
す。シーケンス可能なアニーリング温度は、当プローブ
では61.4℃が限界だと考えられる。GC含量によりこの
温度は変化する。
をミスマッチさせた塩基配列のいくつかを有するプロー
ブを用いた結果(F-Primer の5'末端側から3つの塩基を
各々、ミスマッチに変えたプライマーを使用した)を示
す。
に基づくハイブリダイズが増加する傾向が同じく見ら
れ、さらに12塩基のうち3塩基ミスマッチがあるプラ
イマでさえもPCR反応が進行することは、3塩基ミス
マッチがあるプローブでさえも被検体核酸とハイブリダ
イズ可能であることを示す。
ハイブリダイズ条件でミスマッチハイブリダイズする可
能性があるのは、1塩基のみならず、2塩基、さらには
条件により3塩基のミスマッチプローブでも可能である
ことが示される。さらに、ミスマッチハイブリダイズ
は、ハイブリダイズ条件、特に温度に大きく依存するこ
とが見出される。さらに、ハイブリダイズ体の安定性
は、GC含量にも依存することは知られている。
最も確からしい塩基配列情報から、被検体核酸の塩基配
列決定を、pBluescriptII(Stratagene社)の一部を用
いて実施した。
配列は、5'-ACCggATAAggCgCAgCggTCgggCTgAACggggggTTC
gTgCACACAgCCCAgCTTggAgCgAACgA-3' であり、これに対
し1塩基ずつずれた12塩基配列プローブを以下のよう
に合成して用いた。これらのプライマー及び約750塩基
下流部分に対するリバースプライマ(以下表中に示す)
を使用することで約730〜780塩基の伸張反応を起こす。
得られたPCR増幅産物はABIシーケンサーのゲル電気
泳動し、バンド位置を標準マーカの位置を規準に測定し
た。
いくつかのプライマーはPCR反応を全く示さないこと
が見出されたが、PCR反応条件、またはプローブの構
造に基づくものと考えられる。計算値との差は測定誤差
とするとCVとして約2.7%となる。
の表に示す結果となる。
差が無い場合には、上記の順は各プライマー1から50
になることとなるが、実際は上で見られるように伸張反
応が不完全でありまた、その測定誤差もあることに基づ
くものである。
うち6塩基数以上が重なるものであり、かつ前記測定誤
差以内という条件で並べると配列が決定される。
以内いう条件で並べたものが以下に示されている。
をグループ化すると目視にて被検体核酸を決定すること
が明らかである。この際、ハイブリダイズせずに伸張量
が測定できなかったプローブが存在しても充分他のプロ
ーブからの情報に基づいて決定することが可能であるこ
とを示す。
被検体とハイブリダイズ体を形成する場合における本発
明に係る方法を示す模式図である。
被検体とハイブリダイズ体を形成する場合における本発
明に係る方法を示す模式図である。
体とハイブリダイズ体を形成する場合における本発明に
係る方法を示す模式図である。
体とハイブリダイズ体を形成する場合における本発明に
係る方法を示す模式図である。
より最も確からしい配列の順が決定されることを示す模
式図である。
明に係る方法により最も確からしい配列の順が決定され
ることを示す模式図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 一重鎖の被検核酸の塩基配列決定方法に
おいて、k個の塩基配列の全ての組合せからなるプライ
マーとしての4K個のオリゴヌクレオチドプローブを分
離して配置する第1のステップと、前記プローブと前記
被検核酸とをハイブリダイズしてハイブリダイズ体を形
成する第2のステップと、前記被検核酸を鋳型とし、前
記プローブをプライマーとする伸長反応を行う第3のス
テップと、前記伸長反応により前記プライマーの伸長量
を測定する第4のステップと、前記伸長量に基づき前記
被検体の塩基配列を決定する第5のステップとを含む方
法。 - 【請求項2】 前記第4のステップにおけるプライマー
の伸張量の測定を、前記第3のステップの伸張反応に伴
う遊離ピロリン酸と、APSとの反応に基づくATPの
ルシフェラーゼ反応に伴う発光量を検出することにより
行うことを特徴とする請求項1に記載の核酸塩基配列決
定方法。 - 【請求項3】 前記第4のステップにおけるプライマー
の伸張量の測定を、前記伸張反応に伴い取り込まれた蛍
光ラベルしたデオキシリボヌクレオチド三リン酸(dN
TP)の蛍光発光量を検出することにより行うことを特
徴とする請求項1に記載の核酸塩基配列決定方法。 - 【請求項4】 前記第5のステップが、さらに同一の前
記伸張量(Ii)を有する前記プライマーからなるグル
ープGiに属する任意のプライマーを選択し、前記選択
されたプライマーの塩基配列と、前記グループGiに属
する他の全てのプライマーの塩基配列とを比較して、1
塩基のみ異なるプライマーを選択し、前記任意のプライ
マーの塩基配列および前記1塩基のみ異なるプライマー
の塩基配列を比較して、対応する各位置で最も出現頻度
の高い塩基(A,T,G,又はC)を選択して、前記グ
ループGiの真の塩基配列を決定するステップと、前記
決定されたGiの真の塩基配列を、前記伸張量の順に並
べることにより被検体核酸の塩基配列を決定するステッ
プとを有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか
に記載の核酸塩基配列決定方法。 - 【請求項5】 前記第5のステップが、さらに同一の前
記伸張量(Ii)を有する前記プライマーからなるグル
ープGiにおいて、前記Giに属する任意の1つのプライ
マーの塩基配列と、前記グループGiに属する他の全て
のプライマーの塩基配列とを比較して、1塩基のみ異な
るプライマーを選別し、前記任意のプライマーの塩基配
列および前記1塩基のみ異なるプライマーの塩基配列を
比較して、対応する各位置で最も出現頻度の高い塩基
(A,T,G,又はC)を選択して決定された真の塩基
配列を有するプライマーを見出す第6のステップと、前
記ステップ6で選別されなかった全てのプライマーにつ
いて前記ステップ6を繰りかえすことにより、前記グル
ープGiに属するプライマーの真の塩基配列を有するプ
ライマーを選択するステップ7と、前記ステップ7で選
択されたプライマーの塩基配列が最も重なるように並べ
て前記グループGiの真の塩基配列を決定するステップ
8と、前記ステップ8で得られた各グループGiの真の
塩基配列を塩基配列が最も重なるように並べて被検体核
酸の塩基配列を決定するステップ9とを有することを特
徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の核酸塩基配列
決定方法。 - 【請求項6】 一重鎖の被検核酸の塩基配列決装置にお
いて、プライマー(オリゴヌクレオチド)を複数の領域
に種類ごとに分離して配置する手段と、前記プライマー
と前記被検核酸とをハイブリダイズしてハイブリダイズ
体を形成する手段と、前記被検核酸を鋳型にした前記プ
ライマーの5´から3´方向への伸張反応を行う手段
と、前記伸張反応に基づき前記プライマーの伸張量を測
定する手段と、前記伸張量から前記被検体核酸の塩基配
列を決定する手段とを有することを特徴とする核酸塩基
配列決定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4782197A JP3598194B2 (ja) | 1997-03-03 | 1997-03-03 | 核酸塩基配列決定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4782197A JP3598194B2 (ja) | 1997-03-03 | 1997-03-03 | 核酸塩基配列決定方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10243785A true JPH10243785A (ja) | 1998-09-14 |
JP3598194B2 JP3598194B2 (ja) | 2004-12-08 |
Family
ID=12786028
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4782197A Expired - Fee Related JP3598194B2 (ja) | 1997-03-03 | 1997-03-03 | 核酸塩基配列決定方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3598194B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6376184B1 (en) | 2000-01-13 | 2002-04-23 | Hamamatsu Photonics K.K. | Method for gene analysis |
EP1130115A3 (de) * | 2000-03-03 | 2003-04-02 | GSF - Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit, GmbH | Oligonukleotidsonden zum art- und/oder gattungsspezifischen Nachweis von das Pflanzenwachstum fördernden Bakterien |
-
1997
- 1997-03-03 JP JP4782197A patent/JP3598194B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6376184B1 (en) | 2000-01-13 | 2002-04-23 | Hamamatsu Photonics K.K. | Method for gene analysis |
EP1130115A3 (de) * | 2000-03-03 | 2003-04-02 | GSF - Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit, GmbH | Oligonukleotidsonden zum art- und/oder gattungsspezifischen Nachweis von das Pflanzenwachstum fördernden Bakterien |
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Publication number | Publication date |
---|---|
JP3598194B2 (ja) | 2004-12-08 |
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