JPH10257900A - ミスマッチを含む核酸を分離する方法およびそのための試薬 - Google Patents

ミスマッチを含む核酸を分離する方法およびそのための試薬

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JPH10257900A
JPH10257900A JP8337026A JP33702696A JPH10257900A JP H10257900 A JPH10257900 A JP H10257900A JP 8337026 A JP8337026 A JP 8337026A JP 33702696 A JP33702696 A JP 33702696A JP H10257900 A JPH10257900 A JP H10257900A
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nucleic acid
mismatch
double
dna
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JP8337026A
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English (en)
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Migaku Arakawa
琢 荒川
Hideki Kamimura
秀喜 上村
Fumikiyo Kawakami
川上  文清
Yoshihisa Kawamura
川村  良久
Shigenori Kuramitsu
成紀 倉光
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Toyobo Co Ltd
Original Assignee
Toyobo Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】2本鎖DNA集団中に含まれるミスマッチを含
む2本鎖DNAを分離する方法及び該方法に使用する試
薬の提供。 【解決手段】2本鎖核酸集団に、捕捉可能な物質、例え
ばビオチンを結合した2本鎖核酸のミスマッチに特異的
に結合する物質、例えばサーマス・サーモフィラス(The
rmus thermophilus)由来のMutS蛋白質を接触させ、
ミスマッチを含む2本鎖核酸と結合させ、該結合した物
質を、捕捉可能な物質と結合し得る物質、例えばストレ
プトアビジンを結合した固相担体と反応させ、該核酸集
団からミスマッチを含む核酸を分離することを特徴とす
るミスマッチを含む核酸を分離する方法及びそのための
試薬。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は2本鎖核酸、特に2
本鎖DNA集団中に含まれるミスマッチを含む2本鎖D
NAを分離する方法および該方法に使用する試薬に関す
る。
【0002】
【従来の技術】DNAポリメラーゼが鋳型鎖相補的にD
NAを合成していく際に、ある頻度で複製の誤りを起こ
すことが知られている。これらは、間違ったヌクレオチ
ドを取り込む挿入(ミスインコーポレーション)、欠
失、付加からなる。DNA増幅反応によく用いられるp
olIファミリーに属するDNAポリメラーゼにおけ
る、これらの複製の誤りの頻度がMathurらによって測定
されたことが開示される(Gene 108, 1-6,1991)。これに
よれば、Taq DNAポリメラーゼを用いて約100,000塩
基対を合成する度に、1.4〜2.5回の割合で複製の
誤りが起こることが示されている。また、3'-5' エキソ
ヌクレアーゼ活性(プルーフリーディング活性)をもつ
DNAポリメラーゼ、例えば、Pfu DNAポリメラーゼ
では、これよりも頻度が低く、約 1,000,000塩基対を合
成する度に、1.2〜2.0回の割合で複製の誤りが起
こるとされている。
【0003】これらのDNAポリメラーゼを用いて、D
NA増幅反応を行った場合、複製の誤りが起こった断片
を鋳型として、さらに増幅が進むため、得られた増幅産
物には鋳型とは異なる配列を持つ断片が多数存在するこ
とになる。従って、これらのDNAポリメラーゼを用い
て増幅反応を行い、得られた遺伝子断片を取得し解析し
ようとする場合、その信頼性が常に問題となっていた。
【0004】Wagnerらはグルコカイネースのエクソン3
領域の増幅反応を行い、得られたDNA断片を変性し、
再結合して、鋳型とは異なる配列をもつ断片にミスマッ
チを形成させ、固相化した大腸菌由来のミスマッチDN
A結合蛋白質、MutSを用いて、それを分離する方法
を提案した(WO 95/12689)。しかしながら、この方法で
は大腸菌由来のMutSを固相支持担体に結合させると
いう煩雑な工程を必要とする。また、固相上でミスマッ
チDNA結合反応を行うため、少量のサンプルを用いる
場合、反応液の回収効率が悪く不向きである。さらに大
腸菌由来のMutSは非常に不安定であり、DNA増幅
反応中の温度では使えないうえに保存が難しいという問
題点を抱えていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】そこで、2本鎖核酸、
特にDNAの集団からミスマッチを持つ核酸断片を分離
する簡便な方法の開発が望まれていた。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは種々鋭意検
討した結果、捕捉可能な物質、例えばビオチンと結合し
た2本鎖DNAのミスマッチに特異的に結合する物質を
用いることによって、2本鎖DNA集団からミスマッチ
配列を含む断片を簡便に分離できる方法を構築した。さ
らに、2本鎖DNAのミスマッチに特異的に結合する物
質として、高度好熱菌由来の2本鎖DNAのミスマッチ
に特異的に結合するMutS蛋白質を用いることによっ
て、高温のDNA増幅反応液中で2本鎖DNA集団から
ミスマッチ配列を含むDNA断片を簡便に分離できる方
法を見い出し本発明に到達した。
【0007】すなわち本発明は2本鎖核酸集団(A)
に、捕捉可能な物質(B)を結合した2本鎖核酸のミス
マッチに特異的に結合する物質(C)を接触させ、該2
本鎖核酸のミスマッチに特異的に結合する物質(C)と
2本鎖核酸集団(A)中のミスマッチを含む2本鎖核酸
(D)を結合させ、該結合した物質(E)の捕捉可能な
物質(B)を、該物質(B)を捕捉しうる固相化した物
質(F)と結合させ、該核酸集団(A)からミスマッチ
を含む核酸(D)を分離することを特徴とするミスマッ
チを含む核酸を分離する方法である。
【0008】また、本発明は捕捉可能な物質(B)を結
合した2本鎖核酸のミスマッチに特異的に結合する物質
(C)および該物質(B)を捕捉しうる固相化した物質
(F)を含むことを特徴とするミスマッチを含むDNA
を分離するための試薬キットである。
【0009】
【発明の実施態様】本発明において、2本鎖核酸集団
(A)とは2本鎖DNA、2本鎖RNAまたはDNA/
RNAハイブリッドなどがあり、ミスマッチ配列を含む
核酸断片を含む。本発明において、ミスマッチ配列を含
む核酸(D)とはG−C、A−T以外の塩基対が含まれ
るもの、あるいは5塩基対以内の相補鎖をもたない部分
(ループ構造)が含まれるものをいう。
【0010】本発明において、捕捉可能な物質(B)と
しては、例えばビオチン、アビジン、ジゴキシゲニンま
たは抗ジゴキシゲニン抗体などが挙げられる。また、該
捕捉可能な物質(B)を捕捉しうる物質(F)として
は、ビオチンではアビジン、アビジンではビオチン、ジ
ゴキシゲニンでは抗ジゴキシゲニン抗体、抗ジゴキシゲ
ニン抗体ではジゴキシゲニンまたはMutSでは抗Mu
tS抗体が挙げられる。アビジンとしてはストレプトア
ビジンなども使用できる。該捕捉しうる物質(F)は担
体に結合されて固相化されている。
【0011】本発明において使用する担体としては、水
不溶性有機高分子材料、例えば多孔質シリカ、多孔質ガ
ラス、珪藻土、セライトなどの珪素含有物質、ニトロセ
ルロース、ヒドロキシアパタイト、アガロース、デキス
トラン、セルロース、カルボキシメチルセルロースなど
の多糖類の架橋体やメチル化アルブミン、ゼラチン、コ
ラーゲン、カゼインなどのタンパク質の架橋体などが例
示される。また、ポリスチレン、ポリ(メタ)アクリレ
ート、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリルま
たはこれらの共重合体なども例示される。また、水不溶
性無機高分子材料、例えば酸化アルミニウム、酸化チタ
ンなどがある。固相としては、その形状は粒子、膜、フ
ィルターなどがある。固相としては粒子が特に好まし
く、その表面は多孔質または非多孔質であってもよい。
粒子の平均的な粒径は、遠心分離などの簡便な操作で粒
子を回収するために、0.01μm以上、好ましくは
0.05μm以上である。一方、粒子の単位沈降体積当
たりの表面積を大きくし、かつハイブリッド形成に適当
な条件下で固相が均一に分散する状態を保つことによっ
て、高いハイブリッド形成効率を達成するためには、2
0μm以下、好ましくは10μm以下である。磁性化さ
れた固相としては、磁性酸化鉄のビーズ、磁性酸化鉄の
微粉砕粒子を表面に有する単分散、超常磁性粒子(特表
平4-501959) 、重合性シラン被膜によって覆われた超常
磁性酸化鉄を有する磁気応答粒子 (特公平7-6986) 、有
機ポリマー中に封入された微粉末状の磁化可能な粒子な
どが例示される。磁性化された固相は、固体および液体
の分離を磁力を利用して簡単に行うことができる。
【0012】本発明において使用する2本鎖核酸のミス
マッチに特異的に結合する物質(C)とは、ミスマッチ
を含む核酸、特にDNAを認識し、かつ結合する蛋白質
であり、ミスマッチ結合蛋白質(MutS蛋白質)と称
する。このMutS蛋白質としては、E.coliミスマッチ
修復系の成分などが確認されている。また、サルモネラ
・チフムリウム (Salmonella typhimurim)のMutS、
ストレプトコッカス・ニューモニア(Streptococcus pne
umoniae)のhexAなどを含む他の微生物由来のものも
知られている。さらに、高度好熱菌、例えばサーマス・
サーモフィラス(Thermus thermophilus)由来のMutS
蛋白質がある。該蛋白質は、本発明者らによってクロー
ニングされ、大量発現に成功しており、その性質が解析
され、60℃においてもミスマッチDNA結合能が保持さ
れており、熱安定性に優れる(Nucleic Acids Research
24, 640-647 (1996)) 。
【0013】高度好熱菌、サーマス・サーモフィラス(T
hermus thermophilus)由来のMutS蛋白質が熱安定性
に優れることは、以下の点で大きな効果をもたらす。す
なわち、従来より使用されていた大腸菌由来のMuts
蛋白質は、特に不安定で−80℃で保存しなければなら
ない。また、上記のミスマッチを含むDNAを分離する
ために、固相化あるいはビオチン化する場合などは回収
率が悪いことが予想される。これに対し、高度好熱菌、
サーマス・サーモフィラス(Thermus thermophilus)由来
のMutS蛋白質は4℃で6ヶ月以上安定で、かつ固相
化あるいはビオチン化する場合などでも回収率が良い。
【0014】さらには、高度好熱菌、サーマス・サーモ
フィラス(Thermus thermophilus)由来のMutS蛋白質
は60℃でもミスマッチDNA結合能が保持されている
ため、増幅反応中の高温下でも作用させることが可能と
なる。DNA増幅反応の任意のサイクルにおけるプライ
マーと鋳型のアニーリング、またはプライマーの伸長反
応、またはその両方の反応を行い、それらの反応終了
後、捕捉可能な物質、例えばビオチンを固相化した、捕
捉可能な物質と結合し得る物質、例えばストレプトアビ
ジンと結合させ、増幅中のDNA集団からミスマッチを
含むDNAを分離することができる。
【0015】精製されたMutS蛋白質はミスマッチ結
合対の塩基を含むDNAと結合するが、ミスマッチを有
しないDNAまたは1本鎖DNAとは結合しない。この
MutS−DNAの相互作用は、DNAの分解(degrada
tion) や変性(modification)を生じえない。
【0016】本発明ではミスマッチを含むDNA断片の
分離をさらに簡便に行うために、MutS蛋白質を捕捉
可能な物質、例えばビオチンと結合する。これにより液
相中でミスマッチを含む核酸を該Mus蛋白質と結合し
た後、結合した物質のビオチンを固相化されたストレプ
トアビジンと結合させ、ミスマッチを含む核酸を液相か
ら分離することができる。
【0017】MutS蛋白質と捕捉可能な物質、例えば
ビオチンとの結合は、以下のように簡単に行うことがで
きる。例えばビオチンアミドカプロエート−N−ヒドロ
キシサルフォスクシニミドエステル(BAC-SulfoNHS)を用
いて、室温でMus蛋白質と30分間反応するだけで、
容易にビオチン結合Mus蛋白質を合成することができ
る。MutS蛋白質1分子あたりのビオチン分子の結合
数は、好ましくは1から3分子である。これは反応時の
MutS蛋白質とBAC-SulfoNHSのモル比を1:8から
1:16にすることで合成される。MutS蛋白質1分
子あたりのビオチン分子の結合数が5分子を超えると、
MutS蛋白質の結合能が阻害されるので好ましくな
い。
【0018】このようにあらかじめ、捕捉可能な物質、
例えばビオチンと結合されたMutS蛋白質を用いるこ
とにより、比較的少量の溶液(100μl以下)でミス
マッチを含むDNAとの結合反応を行い、固相化された
捕捉可能な物質と結合し得る物質、例えばアビジンと捕
捉可能な物質、例えばビオチンを結合させることによ
り、ミスマッチを含むDNAを液相中から除くことがで
きる。固相化された、捕捉可能な物質と結合し得る物質
(F)、例えば固相化されたアビジンは、例えば磁気ビ
ーズに結合されたアビジンである。この場合は磁石を接
近させてビーズを集合させ、液相のみを効率よく回収で
きる。また、固相化されたストレプトアビジンは、例え
ばビーズに結合されたストレプトアビジンがある。この
場合は遠心分離によりビーズを集合させて、液相のみを
効率よく回収できる。回収された反応液はそのまま次の
反応に供することができる。
【0019】本発明において回収された反応液はそのま
ま、次の増幅サイクルに供することができる。上記分離
操作はアニーリング、伸長反応、2本鎖分離の各サイク
ル毎に行っても良いし、ある間隔を置いたサイクル毎に
行っても良い。また、任意のサイクルのあとに1回行っ
ても良い。このように増幅サイクルの途中でミスマッチ
を含むDNAを分離すると、これが鋳型となって増幅す
ることを防止することができ、従って、本来の鋳型とは
異なる配列を含むがミスマッチを含まない断片の生成を
抑制することができる。
【0020】ミスマッチ配列を含むDNA断片を分離さ
れるべき2本鎖DNA集団(A)はどのような由来のも
のであってもよいが、例えばDNA増幅反応の任意のサ
イクル終了後に得られる集団、または、DNA増幅反応
の任意のサイクル終了後に変性し、再結合を行った集団
が含まれる。ある増幅サイクルの伸長反応で複製の誤り
が起こると、その後、それが鋳型として使用されるため
に、本来の鋳型とは異なる配列を含むがミスマッチを含
まない断片が生じる。この断片を一旦変性し、他の本来
の鋳型と同じ配列を持つ断片と再結合させることによ
り、任意のサイクルで複製の誤りが起こった部位にミス
マッチ配列を形成させることができる(図2参照)。
【0021】このようにして得られた核酸集団に対し、
本発明の方法でミスマッチ配列を含む核酸断片を分離す
ることにより、本来の鋳型とは異なる配列を含む断片を
除去することができる。上記分離操作は増幅の各サイク
ル毎に行っても良いし、ある間隔を置いたサイクル毎に
行っても良い。また、任意のサイクルのあとに1回行っ
ても良い。このように増幅サイクルの途中でミスマッチ
を含むDNAを分離すると、これが鋳型となって増幅す
ることを防止することができ、従って、本来の鋳型とは
異なる配列を含むがミスマッチを含まない断片の生成を
抑制することができる。DNA増幅反応はPCR、NA
SBA、鎖置換増幅、3SRなどが含まれる。
【0022】PCRとは、下記工程を含む核酸配列の増
幅方法である。 工程A.必要により標的核酸を熱変性して、1本鎖核酸
とする: 工程B.該1本鎖核酸と標的核酸に相補的な塩基配列を
有する正方向および逆方向プライマーおよび4種のdN
TPを熱安定性DNAポリメラーゼを含む緩衝溶液中で
反応させて、1本鎖核酸に上記プライマーをアニールさ
せ、プライマー伸長反応を行う: 工程C.プライマー伸長物を部売りして、1本鎖とす
る: 工程D.上記工程B.および工程C.を繰り返す。
【0023】NASBAおよび3SRとは、下記工程を
含む核酸配列の増幅方法である。 工程A.標的核酸を必要により変性処理した1本鎖の第
1鋳型に、第1鋳型の核酸配列(RNA)に対して充分
に相補的な配列およびその5’末端側にプロモーター配
列を有する第1プライマーをハイブリダイズさせ、RN
A依存DNAポリメラーゼにより伸長させて、第1鋳型
RNAに相補的な第2鋳型である第1プライマー伸長物
(DNA)を得る: 工程B.第1鋳型DNAから第2鋳型DNAを分離し
て、1本鎖の第2鋳型核酸(DNA)を得る: 工程C.1本鎖の第2鋳型DNAに、第2鋳型の核酸配
列(DNA)に相補的な核酸配列(DNA)を有する第
2プライマーをハイブリダイズさせ、DNA依存DNA
ポリメラーゼにより伸長し、第2鋳型DNAに相補的な
第2プライマー伸長物(DNA)を得、このようにして
標的核酸配列に上流にプロモーター配列を有する2本鎖
DNA中間体を生成させ: 工程D.前記プロモーター配列を認識することができる
DNA依存RNAポリメラーゼを用いて、前記2本鎖D
NA中間体から前記標的核酸の多数のRNAコピーを増
加させ: 工程E.必要により、前記RNAコピーを用いて、下記
工程1〜4を必要な回数繰り返す。
【0024】NASBAは工程B.においてRNase
Hを使用し、3SRは熱変性により第1鋳型DNAから
第2鋳型DNAを分離する。
【0025】鎖置換増幅とは、下記工程を含む核酸配列
の増幅方法である。 工程A.少なくとも1つが置換された過剰量のデオキシ
ヌクレオシド3リン酸、5’→3’エキソヌクレアーゼ
活性を欠くDNAポリメラーゼ、標的配列の1本鎖に相
補的で、5’末端にエンドヌクレアーゼのための認識配
列を有する複数のプライマー、および前記認識配列から
なる2本鎖の一方の鎖が置換塩基対を含む場合にいずれ
か一方の鎖を切断できるエンドヌクレアーゼからなる反
応混合物を標的核酸配列に添加し: 工程B.反応産物を生成するのに充分な時間、反応混合
物と1本鎖断片を反応させる。
【0026】本発明の具体的な実施態様としては、2本
鎖DNA集団にビオチン化したミスマッチ結合物質(高
度好熱菌由来のDNA修復に関与する蛋白質)を接触さ
せ、ミスマッチ配列を含む2本鎖DNAと結合させ、該
結合した物質を固相化したストレプトアビジンと結合さ
せ、該DNA集団からミスマッチ配列を含む2本鎖DN
Aを分離することよりなる方法がある(図1参照)。
【0027】さらに具体的な実施態様としては、2本鎖
DNA集団に、ビオチン化したサーマス・サーモフィラ
ス(Thermus thermophilus)由来のMutS蛋白質を接触
させ、ミスマッチ配列を含む2本鎖DNA断片と結合さ
せ、該結合した物質を固相化したストレプトアビジンと
結合させ、該DNA集団からミスマッチ配列を含むDN
Aを分離する方法がある。
【0028】本発明の別な実施態様としては、DNA増
幅反応の任意のサイクル終了後に得られる2本鎖DNA
集団に、ビオチン化した2本鎖DNAのミスマッチ配列
に特異的に結合する物質を接触させ、ミスマッチ配列を
含む2本鎖DNAと結合させ、該結合した物質を固相化
したストレプトアビジンと結合させ、該DNA集団から
ミスマッチ配列を含むDNAを分離する方法がある。
【0029】本発明のさらに別な実施態様としては、D
NA増幅反応の任意のサイクル終了後に変性し、再結合
して得られる2本鎖DNA集団に、ビオチン化した2本
鎖DNAのミスマッチに特異的に結合する物質を接触さ
せ、ミスマッチ配列を含む2本鎖DNAと結合させ、該
結合した物質を固相化したストレプトアビジンと結合さ
せ、該DNA集団からミスマッチを含むDNAを分離す
る方法もある。
【0030】本発明としては、DNA増幅反応の任意の
サイクル終了後に得られる2本鎖DNA集団とビオチン
化した高度好熱菌由来のMutS蛋白質を接触させる工
程を、DNA増幅反応の任意のサイクルにおけるプライ
マーと鋳型のアニーリングまたはプライマーの伸長反応
またはその両方の反応で行い、それらの反応終了後、該
物質を固相化したストレプトアビジンと結合させ、該D
NA集団からミスマッチ配列を含むDNA断片を分離す
る方法もある。
【0031】本発明は、捕捉可能な物質(B)を結合し
た2本鎖核酸のミスマッチに特異的に結合する物質
(C)および該捕捉可能な物質(B)を捕捉しうる固相
化した物質(F)を含むことを特徴とするミスマッチを
含むDNA断片を分離するための試薬であり、その一実
施態様としてはビオチン化した2本鎖DNAのミスマッ
チに特異的に結合する物質および固相化したアビジン類
を含む。2本鎖核酸のミスマッチに特異的に結合する物
質1分子あたりに結合された捕捉可能な物質(B)の分
子数は、1〜10、好ましくは1〜2である。捕捉可能
な物質(B)を結合した2本鎖核酸のミスマッチに特異
的に結合する物質(C)を含む試薬は、他に蒸留水、バ
ッファーを含む。また、該捕捉可能な物質(B)を捕捉
しうる固相化した物質(F)は、捕捉可能な物質(B)
を結合した2本鎖核酸のミスマッチに特異的に結合する
物質(C)を含む試薬と別個な試薬とすることが好まし
い。該捕捉可能な物質(B)を捕捉しうる固相化した物
質(F)は捕捉可能な物質(B)より多いことが好まし
い。
【0032】
【実施例】次に本発明を実施例を用いて説明する。実施例1 サーマス・サーモフィラス(Thermus thermop
hilus)HB8株由来のMutS蛋白質のビオチン化反応 サーマス・サーモフィラス(Thermus thermophilus)HB
8株由来のMutS蛋白質(以下、TthMutSと記す)の
調製は、高松らによって開示された方法(Nucleic Acids
Research, 24 640-647, 1996)に従った。ビオチン化反
応はイムノプローブTMビオチニレーションキット(シ
グマ社製)を使用した。精製されたTthMutS 250μg
とビオチンアミドカプロエート−N−ヒドロキシサルフ
ォスクシニミドエステル(BAC-SulfoNHS)10μgとを
0.1Mリン酸ナトリウム緩衝液(pH7.5) 100ml中
で室温で30分間反応した。反応液を10mMリン酸ナ
トリウム液で緩衝化したセファクリルG−25カラム(1
cmφX 5cm)にかけ、未反応の BAC-SulfoNHS と TthMutS
を分離した。TthMutS 1分子あたりに結合されたビオチ
ン分子の数を、上記キットに添付された試薬を用いて、
アビジンーHABAアッセイによって測定した。その結
果、TthMuts 1分子あたり2.5個のビオチン分子が結
合されていた。
【0033】実施例2 pMOL21のPCRによる増
幅 プラスミド、pMOL21(奈良先端大学 真木教授よ
り入手)はその分子中にアンピシリン耐性遺伝子及びr
psL遺伝子を有する。rpsL遺伝子の産物は大腸菌
細胞内12SrRNAに結合することにより、その細胞
をストレプトマイシン感受性とする。従って、この遺伝
子に変異が生じ産物が機能しなくなったとき、その細胞
はストレプトマイシン耐性となる。DNA増幅産物中に
含まれる複製の誤りの有無を評価するため、このプラス
ミドをPCRにより増幅し、自己環状化した後、このプ
ラスドでもって大腸菌を形質転換し、ストレプトマイシ
ンを含む培地または含まない培地にて形成されたコロニ
ー数の比をもって、その変異率を算出した。
【0034】以下に、PCRの条件を記す。PCR反応液の調製 制限酵素EcoRIで消化されたpMOL21 1ng 増幅プライマーP1(配列番号1) 10pmoles 増幅プライマーP2(配列番号2) 10pmoles Pfu用10×バッファー(Stratagene製) 5μl Pfu DNAポリメラーゼ(Stratagene製) 2.5単位 2mM dNTPs 5μl 全量 50μl反応温度条件 94℃、30秒 55℃、30秒 72℃、3分サイクル数 25回
【0035】得られた反応液に、以下の物質を添加し
た。 5mg/ml グリコーゲン(ベーリンガーマンハイム) 5μl 5M 酢酸アンモニウム 50μl イソプロパノール 100μl
【0036】室温で上記反応液を10分間放置した後、
15000rpmで10分間遠心分離し、DNA沈殿を回収
した。75%エタノール50μlで洗浄し、乾燥した
後、蒸留水45μlに溶解した。これに10×Hバッフ
ァー(東洋紡)5μl、EcoRI(東洋紡)10単位
を加え、37℃で16時間反応した。反応終了後、フェ
ノール抽出、クロロホルム抽出、エタノール沈殿を行
い、50μlのTEバッファーに溶解して、pMOL2
1増幅産物を得た。
【0037】実施例3 ビオチン化TthMutSによるミス
マッチを含むDNA断片の分離変性および再結合 実施例2で得られたpMOL21増幅産物を変性し、再
結合させ、複製の誤りが起こった部分にミスマッチを形
成させた。変性および再結合の条件は以下の通りであ
る。 反応液 pMOL21増幅産物 31μl 20%PEG20000 5μl 10×Hバッファー(東洋紡) 4μl 上記反応液を94℃、2分加熱した後、約2℃毎分で3
7℃まで冷却した。
【0038】ビオチン化TthMutSによるミスマッチを含
むDNA断片の分離のために、下記反応液を用意した。 蒸留水 12μl 変性再結合したDNA 4μl 10×TthMutSバッファー 2μl (500mMTris−HCl(pH7.5)、1mM EDTA、5mM MgCl2 、7mM2メルカプトエタノール) ビオチン化TthMutS 2μl
【0039】上記反応液を60℃、30分保温したの
ち、あらかじめ1×TthMutS バッファー50μlで3回
洗浄したストレプトアビジン磁気ビーズ(ダイナル)
0.5mgを懸濁した。室温で5分間放置したのち、磁
気スタンドでビーズを寄せ、上清を回収した。回収した
反応液のうち2μlをとり、ライゲーションハイ(東洋
紡)2μlと混合し、室温で2時間反応した後、大腸菌
MF101のコンピテントセル200μlに加えた。氷
上で30分間放置した後、42℃で30秒間保温し、直
後に氷上に戻した後、SOC培地800μlを加え、3
7℃で1時間保温した。このうち、100μlをアンピ
シリン100μg/mlを含むLB培地プレート上で、
他の900μlをアンピシリン100μg/mlおよび
ストレプトマイシン200μg/mlを含むLB培地プ
レート上で20時間培養した。アンピシリンを含む培地
で形成されたコロニー数(Ca)、アンピシリン及びス
トレプトマイシンを含む培地で形成されたコロニー数
(Cb)をそれぞれ計数し、下記式により変異率(m.
f.)を算出した。 m.f.=Cb*100/(Ca*9)
【0040】図3に示されるように、TthMutSを加えて
いない試料に比して、TthMutSを加えた試料は有意に変
異率が低下し、従って、変性および再結合により複製の
誤りが起こった部分にミスマッチを形成させたDNAが
分離されたことを示す。
【0041】実施例4 DNA増幅反応中のビオチン化
TthMutS によるミスマッチを含むDNA断片の分離PCR反応液の調製 制限酵素EcoRIで消化されたpMOL21 1ng (pMOL21は奈良先端大 真木教授より入手) 増幅プライマーP1 10pmoles 増幅プライマーP2 10pmoles Pfu用10×バッファー(Stratagene製) 5μl Pfu DNA ポリメラーゼ (Stratagene製) 2.5単位 2mMdNTPs 5μl 全量 50μl反応温度条件 94℃、30秒 55℃、30秒 72℃、3分
【0042】反応サイクル5回目のアニーリング開始時
(55℃、30秒開始時)にビオチン化TthMutS 1μ
g、または10回目のアニーリング開始時(55℃、3
0秒開始時)にビオチン化TthMutS 2μgを反応液に添
加した。それぞれ伸長反応終了時(72℃、3分終了
時)にあらかじめ1×TthMutS バッファー50μlで3
回洗浄したストレプトアビジン磁気ビーズ(ダイナル)
0.2mg(反応サイクル5回目の場合)または0.4
mg(反応サイクル10回目の場合)を懸濁した。室温
で5分間放置したのち、磁気スタンドでビーズを寄せ、
上清を回収した。回収した反応液は引き続いて増幅反応
に供した。
【0043】25回サイクルが終了した反応液につい
て、以下の物質を添加した。 5mg/mlグリコーゲン(ベーリンガーマンハイム) 5μl 5M酢酸アンモニウム 50μl イソプロパノール 100μl 室温で10分間放置した後、15000 rpmで10分間遠
心分離し、DNA沈殿を回収した。75%エタノール5
0μlで洗浄し、乾燥した後、蒸留水45μlに溶解し
た。これに10×Hバッファー(東洋紡)5μl、Ec
oRI(東洋紡)10単位を加え、37℃で16時間反
応した。反応終了後、フェノール抽出、クロロホルム抽
出、エタノール沈殿を行い、50μlのTEバッファー
に溶解した。このうち、2μlをとり、ライゲーション
ハイ(東洋紡)2μlと混合し、室温で2時間反応した
後、大腸菌MF101のコンピテントセル200μlに
加えた。氷上で30分間放置した後、42℃で30秒間
保温し、直後に氷上に戻した後、SOC培地800μl
を加え、37℃で1時間保温した。このうち、100μ
lをアンピシリン100μg/mlを含むLB培地プレ
ート上で、他の900μlをアンピシリン100μg/
mlおよびストレプトマイシン200μg/mlを含む
LB培地プレート上で20時間培養した。アンピシリン
を含む培地で形成されたコロニー数(Ca)、アンピシ
リンおよびストレプトマイシンを含む培地で形成された
コロニー数(Cb)をそれぞれ計数し、下記式により変
異率(m.f.)を算出した。 m.f.=Cb*100/(Ca*9)
【0044】図4に示されるように、TthMutS を加えて
いない試料に比して、TthMutS を加えた試料は有意に変
異率が低下し、従って、DNA増幅反応中に複製の誤り
が起こった部分のミスマッチを含むDNAが分離された
ことを示す。
【0045】
【発明の効果】本発明は2本鎖核酸、特にDNA集団に
捕捉可能な物質、例えばビオチンと結合したした2本鎖
DNAのミスマッチ配列に特異的に結合する物質を接触
させ、ミスマッチ配列を含む2本鎖DNAと結合させた
後、該物質を固相化したストレプトアビジンと結合さ
せ、該DNA集団から簡便に分離することができる。
【0046】また、熱安定性に優れる高度好熱菌、サー
マス・サーモフィラス(Thermus thermophilus)由来のM
utS蛋白質を用いることで、固相化あるいはビオチン
化する場合でも回収率が良くなり、かつ、その長期保存
安定性も改善される。さらには、増幅反応中の高温下で
もMus蛋白質を作用させることが可能となり、DNA
増幅反応の任意のサイクルにおけるプライマーと鋳型の
アニーリング、またはプライマーの伸長反応、またはそ
の両方の反応で行い、それらの反応終了後、ビオチンを
固相化したストレプトアビジンと結合させ、増幅中のD
NA集団からミスマッチを含むDNAを分離することも
可能となる。
【0047】従来から、大腸菌由来のMutS蛋白質を
固相化してミスマッチを含むDNA断片を分離する方法
が知られている(WO 95/12689, Wagner R. Nucleic Aci
ds Research 23, 3944-3948 (1995)) が、この方法では
該蛋白質を固相支持担体に結合せねばならず、非常に煩
雑な工程を要し、またこれら支持担体に結合したMut
S蛋白質を用いるため、例えばDNA増幅反応液中で、
そのまま用いるには不向きであった。しかしながら、本
発明ではMutS蛋白質に捕捉可能な物質を結合し、該
物質を捕捉しうる固相化した物質を用いて、固相にMu
tS蛋白質に結合したミスマッチ配列を有する核酸を液
相から容易に分離することが可能となる。
【0048】
【配列表】
配列番号: 1 配列の長さ: 30 配列の型: 核酸 鎖の数: 1 本鎖 配列の種類: 他の核酸 合成DNA 配列 GGGGAATTCA GTTTGTAGAA ACGCAAAAAG 30
【0049】配列番号1: 2 配列の長さ: 28 配列の型: 核酸 鎖の数: 1 本鎖 配列の種類: 他の核酸 合成DNA 配列 GGGGAATTCT TGAAGACGAA AGGGCCTC 28
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のミスマッチを含む核酸を分離する過程
を示す図である。
【図2】DNA増幅反応により得られたミスマッチを有
する2本鎖核酸を変性し、増幅前の鋳型と同じ配列をも
つ断片を再結合して、ミスマッチを有する2本鎖核酸を
得る過程を示す図である。
【図3】pMOL21増幅産物を変性し、再結合させ、
複製の誤りが起こった部分にミスマッチを形成させたD
NA集団からビオチン化TthMutSによりミスマッチを含
むDNA断片の分離する前後でのrpsL遺伝子の変異
率を比較した図である。
【図4】pMOL21増幅反応中にビオチン化TthMutS
によりミスマッチを含むDNA断片を分離した増幅産物
のrpsL遺伝子の変異率を比較した図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI G01N 33/53 G01N 33/566 33/566 C12N 15/00 ZNAA (72)発明者 川村 良久 福井県敦賀市東洋町10番24号 東洋紡績株 式会社敦賀バイオ研究所内 (72)発明者 倉光 成紀 大阪府豊中市宮山町2丁目16番41号

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2本鎖核酸集団(A)に、捕捉可能な物
    質(B)を結合した2本鎖核酸のミスマッチに特異的に
    結合する物質(C)を接触させ、該2本鎖核酸のミスマ
    ッチに特異的に結合する物質(C)と2本鎖核酸集団
    (A)中のミスマッチを含む2本鎖核酸(D)を結合さ
    せ、該結合した物質(E)の捕捉可能な物質(B)を、
    該物質(B)を捕捉しうる固相化した物質(F)と結合
    させ、2本鎖核酸集団(A)からミスマッチを含む核酸
    (D)を分離することを特徴とするミスマッチを含む核
    酸を分離する方法。
  2. 【請求項2】 2本鎖核酸集団(A)が、2本鎖DN
    A、2本鎖RNAまたはDNA/RNAハイブリッドで
    ある請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 捕捉可能な物質(B)がビオチン、アビ
    ジン、ジゴキシゲニンまたは抗ジゴキシゲニン抗体であ
    る請求項1記載の方法。
  4. 【請求項4】 捕捉可能な物質(B)を捕捉しうる固相
    化した物質(F)が、固相に結合したアビジン、ビオチ
    ン、抗ジゴキシゲニン抗体、ジゴキシゲニンまたは抗M
    utS抗体である請求項1記載の方法。
  5. 【請求項5】 固相が有機高分子材料、無機高分子材料
    または磁性化された、これらの物質である請求項4記載
    の方法。
  6. 【請求項6】 2本鎖核酸のミスマッチに特異的に結合
    する物質(C)が、高度好熱菌由来のDNA修復に関与
    する蛋白質、大腸菌由来のDNA修復に関与する蛋白
    質、枯草菌由来のDNA修復に関与する蛋白質またはヒ
    ト由来のDNA修復に関与する蛋白質である請求項1記
    載の方法。
  7. 【請求項7】 2本鎖核酸のミスマッチに特異的に結合
    する物質(C)が、高度好熱菌由来のDNA修復に関与
    する蛋白質である請求項1記載の方法。
  8. 【請求項8】 2本鎖DNAのミスマッチに特異的に結
    合する物質(C)が、サーマス・サーモフィラス(Therm
    us thermophilus)由来のMutS蛋白質である請求項1
    記載の方法。
  9. 【請求項9】 2本鎖DNA集団に、ビオチンが結合し
    た2本鎖DNAのミスマッチに特異的に結合する物質を
    接触させ、該物質と2本鎖DNA集団中のミスマッチを
    含む2本鎖DNAを結合させ、該結合した物質のビオチ
    ンを固相化したアビジン類と結合させ、該2本鎖DNA
    集団からミスマッチを含むDNAを分離することを特徴
    とするミスマッチを含むDNAを分離する方法。
  10. 【請求項10】 核酸増幅反応の任意のサイクル終了後
    に得られる2本鎖DNA集団に、ビオチン化した高度好
    熱菌由来のMutS蛋白質を接触させて、該蛋白質とミ
    スマッチを含む2本鎖DNAを結合させ、次いで、DN
    A増幅反応の任意のサイクルにおけるプライマーと鋳型
    のアニーリングまたはプライマーの伸長反応またはその
    両方を行い、それらの終了後、結合した前記物質のビオ
    チンを固相化したアビジン類と結合させ、該2本鎖DN
    A集団からミスマッチを含むDNAを分離することを特
    徴とするミスマッチを含むDNAを分離する方法。
  11. 【請求項11】 核酸増幅反応が、PCR、NASB
    A、鎖置換増幅および3SRよりなる群から選択される
    反応である請求項10記載の方法。
  12. 【請求項12】 捕捉可能な物質(B)を結合した2本
    鎖核酸のミスマッチに特異的に結合する物質(C)およ
    び該捕捉可能な物質(B)を捕捉しうる固相化した物質
    (F)を含むことを特徴とするミスマッチを含む核酸を
    分離するための試薬。
  13. 【請求項13】 捕捉可能な物質(B)がビオチン、ア
    ビジン、ジゴキシゲニンまたは抗ジゴキシゲニン抗体で
    ある請求項12記載の試薬。
  14. 【請求項14】 捕捉可能な物質(B)を捕捉しうる固
    相化した物質(F)が、固相に結合したアビジン、ビオ
    チン、抗ジゴキシゲニン抗体、ジゴキシゲニンまたは抗
    MutS抗体である請求項12記載の試薬。
  15. 【請求項15】 固相が有機高分子材料、無機高分子材
    料または磁性化された、これらの物質である請求項12
    記載の試薬。
  16. 【請求項16】 2本鎖核酸のミスマッチに特異的に結
    合する物質(C)が、高度好熱菌由来のDNA修復に関
    与する蛋白質、大腸菌由来のDNA修復に関与する蛋白
    質、枯草菌由来のDNA修復に関与する蛋白質またはヒ
    ト由来のDNA修復に関与する蛋白質である請求項12
    記載の試薬。
  17. 【請求項17】 2本鎖核酸のミスマッチに特異的に結
    合する物質(C)が、高度好熱菌由来のDNA修復に関
    与する蛋白質である請求項12記載の試薬。
  18. 【請求項18】 2本鎖DNAのミスマッチに特異的に
    結合する物質(C)が、サーマス・サーモフィラス(The
    rmus thermophilus)由来のMutS蛋白質である請求項
    12記載の試薬。
  19. 【請求項19】 ビオチン化した2本鎖DNAのミスマ
    ッチに特異的に結合する物質および固相化したアビジン
    類を含むことを特徴とするミスマッチを含むDNAを分
    離するための試薬。
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WO2005063977A1 (ja) * 2003-12-25 2005-07-14 Riken 核酸の増幅法およびこれを利用した変異核酸の検出法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2005063977A1 (ja) * 2003-12-25 2005-07-14 Riken 核酸の増幅法およびこれを利用した変異核酸の検出法
JP3897805B2 (ja) * 2003-12-25 2007-03-28 独立行政法人理化学研究所 核酸の増幅法およびこれを利用した変異核酸の検出法
US8206902B2 (en) 2003-12-25 2012-06-26 Riken Method of amplifying nucleic acid and method of detecting mutated nucleic acid using the same

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