JPH10509322A - Rapid detection and identification of nucleic acid variants and pathogens - Google Patents

Rapid detection and identification of nucleic acid variants and pathogens

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JPH10509322A
JPH10509322A JP8516227A JP51622796A JPH10509322A JP H10509322 A JPH10509322 A JP H10509322A JP 8516227 A JP8516227 A JP 8516227A JP 51622796 A JP51622796 A JP 51622796A JP H10509322 A JPH10509322 A JP H10509322A
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エム. ハイスラー,ローラ
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サード ウェーヴ テクノロジーズ,インコーポレーテッド
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、部位特異的方法で核酸開裂構造体を開裂するための手段に関する。核酸の単一塩基変化などの既知および未知の突然変異をスクリーニングするために、5’ヌクレアーゼおよび3’エキソヌクレアーゼを含めた、酵素が用いられる。サンプル中のヒト遺伝子配列(ヒトp53遺伝子を含む)の遺伝子変異の同定を可能にする方法が提供される。サンプル中の細菌およびウイルス病原体および種の検出・同定を可能にする方法が提供される。   (57) [Summary] The present invention relates to means for cleaving a nucleic acid cleavage structure in a site-specific manner. Enzymes, including 5 'nucleases and 3' exonucleases, are used to screen for known and unknown mutations, such as single base changes in nucleic acids. Methods are provided that allow the identification of genetic mutations in human gene sequences (including the human p53 gene) in a sample. Methods are provided that enable the detection and identification of bacterial and viral pathogens and species in a sample.

Description

【発明の詳細な説明】 核酸変異体および病原体の迅速な検出および同定 発明の分野 本発明は、核酸を処理するための方法および組成物、特に、核酸配列および配 列変化を検出および特徴づけするための方法および組成物に関する。 発明の背景 特異的核酸配列および配列変化の検出および特徴づけは、感染の指標となるウ イルスまたは微生物の核酸配列の存在、疾患およびガンに関連した哺乳動物遺伝 子の変異体または対立遺伝子の存在の検出および法医学サンプル中に見いだされ る核酸の起源の同定、ならびに父子決定に利用されている。 当該分野では、特異的な核酸配列および配列変化を検出および特徴づけするの に使用されうる種々の方法が公知である。それにもかかわらず、ヒトゲノムおよ び病原生物ゲノムの核酸配列データが蓄積するつれて、迅速で信頼しうる、費用 効率が高く、使用者に好都合な、特異的配列についての試験に対する要求が増大 し続けている。重要なことは、これらの試験が、関心ある配列の非常に低いコピ ー数から検出可能なシグナルを生成することができなければならないことである 。以下の議論は、現在使用されている3段階の核酸検出、すなわち、I.希有配 列の検出のためのシグナル増幅技術、II.より高いコピー数の配列の検出のため の直接検出技術、およびIII.定められたDNA断片内のどこかにある配列変化 の迅速スクリーニングのための未知配列変化の検出、を検討する。 I.増幅のためのシグナル増幅技術方法 「ポリメラーゼ連鎖反応」(PCR)は第一世代の核酸増幅方法を含む。しかし ながら、同じ特異性原理を用いるが異なる増幅機構によりシグナルを生成させる 、いくつかの他の方法が開発されている。これらの方法には、「リガーゼ連鎖反 応」(LCR)、「セルフサステインド合成反応(Self-Sustained Synthetic Reac tion)」(3SR/NASBA)および「Qβ−レプリカーゼ」(Qβ)が含まれる 。 ポリメラーゼ連鎖反応(PCR) ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)は、MullisおよびMullisらの米国特許第4,683, 195号および第4,683,202号に記載のとおり、クローニングまたは精製をすること なくゲノムDNA混合物中の標的配列のセグメントの濃度を増加させる方法をい う。この技術は、低い標的配列濃度の問題に対する1つのアプローチを提供する 。PCRは、検出が容易にできるレベルにまで標的濃度を直接増加させるのに使 用することができる。標的配列を増幅させるこの方法は、所望の標的配列を含有 するDNA混合物に、二本鎖標的配列のそれぞれの鎖に相補的な1モル過剰の2 つのオリゴヌクレオチドプライマーを導入することを含む。該混合物を変性させ 、ついでハイブリッド形成させる。ハイブリッド形成の後、該プライマーをポリ メラーゼで伸長させて相補鎖を形成させる。比較的高い濃度の所望の標的配列の セグメントを得るために、変性、ハイブリッド形成およびポリメラーゼ伸長の工 程を必要な回数繰り返すことができる。 所望の標的配列のセグメントの長さは、該プライマーのそれぞれに対する相対 位置により決定することができ、したがって、この長さは制御可能なパラメータ ーである。標的配列の所望のセグメントが該混合物中で優勢な配列(濃度の点で) となるため、それらは「PCR増幅された」と言われる。 リガーゼ連鎖反応(LCRまたはLAR) リガーゼ連鎖反応(LCR:Barany,Proc.Natl.Acad.Sci.,88:189(1991); Barany,PCR Methods and Applic.,1:5(1991)およびWuおよびWallace,Genomi cs 4:560(1989)に記載されている「リガーゼ増幅反応」(LAR)と称されること もある)は、よく認識されたもう1つの核酸増幅方法へと発展している。LCR では、4個のオリゴヌクレオド(すなわち、標的DNAの一方の鎖と唯一にハイ ブリッド形成する2個の隣接オリゴヌクレオチドと、反対側の鎖とハイブリッド 形成する隣接オリゴヌクレオチドの相補性セット)を混合し、DNAリガーゼを 該混合物に加える。該結合部に完全な相補性があれば、リガーゼは、ハイブリッ ド形成分子の各セットを共有結合させることとなる。重要なことは、LCRでは 、ギャップや誤対合なく2個のプローブが標的サンプル中の配列と塩基対合する 場合にのみ、それらが互いに連結されることである。変性、ハイブリッド形成お よび連結のサイクルを繰り返すことにより、短いDNAセグメントが増幅される 。また、単一塩基変化の検出を増強するために、LCRはPCRと組み合わせて 使 用されている(Segev,PCT国際公開WO09001069号 A1(1990))。しかしながら、 このアッセイで使用する4個のオリゴヌクレオチドは対形成して2個の短い連結 可能断片を形成しうるため、標的非依存的バックグラウンドシグナルを生成する 可能性がある。突然変異体スクリーニングのためのLCRの使用は、特異的核酸 位置の調査に限定される。 セルフ−サステインド合成反応(3SR/NASBA) セルフ−サステインド配列複製反応(3SR)(Guatelliら,Proc.Natl.Acad. Sci.,87:1874-1878[1990]、およびProc.Natl.Acad.Sci.,87:7797[1990]の 正誤表)は、一定温度でRNA配列を指数関数的に増幅させることができる、転 写に基づくin vitro増幅系である(Kwokら,Proc.Natl.Acad.Sci.,86:1173-1 177[1989])。ついで、増幅されたRNAは突然変異検出に利用できる(Fahyら,P CR Meth.Appl.,1:25-33[1991])。この方法では、関心ある配列の5'末端にフ ァージRNAポリメラーゼプロモーターを付加するために、オリゴヌクレオチド プライマーを使用する。第2プライマー、逆転写酵素、リボヌクレアーゼH、R NAポリメラーゼおよびリボ−およびデオキシリボヌクレオシド三リン酸を含む 酵素および基質の反応混液中、転写、cDNA合成および第2鎖合成の反復循環 に該標的配列を付して、関心ある領域を増幅させる。突然変異を検出するための 3SRの使用は、小さなDNAセグメント(例、200〜300塩基対)のスクリ ーニングに動力学的に限定される。 Q−ベータ(Qβ)レプリカーゼ この方法では、関心ある配列を認識するプローブを、Qβレプリカーゼのため の複製可能なRNA鋳型に結合させる。ハイブリッド形成していないプローブの 複製から生じる誤陽性に関する既に確認されている大きな問題は、配列特異的連 結工程の使用を通じて提示されている。しかしながら、入手可能な耐熱性DNA リガーゼはこのRNA基質上で有効ではなく、したがって、該連結はT4DNA リガーゼにより低温(37℃)で行わなければならない。このため、特異性を得る ための手段としての高温の使用が妨げられ、LCRの場合と同様、該連結事象は 該結合部位のみ(他のどこでもない)の突然変異を検出するのに使用できる。 以下の表1には、鋭敏な核酸診断法で有用な系のための望ましい特徴のいくつ かを記載し、主要増幅方法それぞれの能力を要約する(Landgren,Trends in Gen etics 9:199[1993]も参照されたし)。 ある診断方法が成功するためには、それは非常に特異的でなければならない。 核酸ハイブリッド形成の特異性を制御する直接的方法は、反応の温度を制御する ことによるものである。3SR/NASBAおよびQβ系はすべて多量のシグナ ルを生成させることができるが、それぞれに関与している酵素の少なくとも1つ は高温(すなわち55℃以上)では使用できない。したがって、プローブの非特異 的ハイブリッド形成を防ぐため、反応温度を上昇させることはできない。プロー ブを低温でより容易に融解させるためにプローブを短くすれば、複数の完全対合 を複合ゲノム中に有する可能性が高くなる。これらの理由により、現在、PCR およびLCRは検出技術の研究分野で優位を占めている。 PCRおよびLCRにおける増幅方法の基礎は、1つのサイクルの生成物がそ れに続くすべてのサイクルで使用可能な鋳型となり、その結果、各サイクルで個 数が2倍になるということである。このようないずれの2倍系の最終収率も、( 1+X)n=y[式中、「X」は平均効率(各サイクルで複製された割合)を、「n 」はサイクル数を、「y」は通算効率または反応収率を示す]で表すことがで きる(Mullis,PCR Methods Applic.,1:1[1991])。標的DNAの各コピーがポリ メラーゼ連鎖反応の各サイクルで鋳型として利用されるなら、平均効率は100 %である。PCRを20サイクル行えば、収量は出発物質の220、すなわち1, 048,576コピーとなる。反応条件により平均効率が85%まで減少するな ら、その20サイクルの収量は出発物質のわずか1.8520、すなわち220,5 13コピーとなる。すなわち、85%の効率で行うPCRは、100%の効率で 行う反応に比べてわずか21%の最終生成物を与えるにすぎない。平均効率が5 0%まで減少した反応は、可能な生成物の1%未満しか与えない。 実際には、通常のポリメラーゼ連鎖反応はめったに理論最大収量を与えること はなく、通常20サイクル以上のPCRを行って低収量を補う。理論的には20 サイクルで得られる百万倍増幅を得るためには、50%の平均効率では34サイ クル必要であり、より低効率では、必要なサイクル数は桁外れなものとなる。ま た、バックグラウンド生成物が所望標的より良好な平均効率で増幅されれば、該 バックグラウンド生成物はいずれも優勢生成物となるだろう。 また、標的DNAの長さおよび二次構造、プライマーの長さおよび設計、プラ イマーおよびdNTPの濃度、緩衝液組成物など(少数ながら列挙してみた)の多 数の変数が、PCRの平均効率に影響を及ぼしうる。外因性DNA(例、実験室 表面上にこぼされたDNA)による反応の汚染または相互汚染も大きな考慮すべ き点である。反応条件はそれぞれの異なるプライマー対および標的配列に関して 注意深く最適化されなければならず、熟練した研究者であってもこの過程に何日 も費やすことがある。多数の技術的考慮点および他の因子を含むこの方法の困難 性のため、PCRを臨床場面で用いる際の重要な障害が現れる。実際、未だPC Rは臨床的市場に重要な態様で浸透していない。各標的配列に異なるオリゴヌク レオチド配列を使用するためにLCRも最適化しなければならないため、LCR でも同じ懸念が生じる。また、どちらの方法も、正確な温度循環を可能にする高 価な設備を要する。 核酸検出技術の応用の多く(例えば、対立遺伝子変異の研究の場合など)は、複 合的なバックグラウンド中の特異的配列の検出だけでなく、ヌクレオチド相違が ほとんどないか単一のヌクレオチド相違しかない配列間の識別も含む。PCRに より対立遺伝子特異的変異を検出する方法は、鋳型鎖とプライマーの3'末端と の間に誤対合がある場合にはDNA鎖を合成するのがTaqポリメラーゼでは困難 であるという事実に基づく。対立遺伝子特異的変異は、可能な対立遺伝子の一方 だけと完全に対合するプライマーを使用することによっても検出できる。つまり 、もう一方の対立遺伝子との誤対合は該プライマーの伸長を阻害するように作用 し、それによりその配列の増幅が阻害される。該誤対合の塩基組成が、該誤対合 を越える伸長を阻害する能力に影響を及ぼし、また、ある誤対合は伸長を阻害し ないか最小の影響しか及ぼさない点で、この方法は本質的な制限を有する(Kwok ら,Nucl.Acids Res.,18:999[1990])。 同様の3'誤対合戦略は、LCRにおける連結を防ぐのにより効果的に使用さ れる(Barany,PCR Meth.Applic.,1:5[1991])。いずれの誤対合も該耐熱性リガ ーゼの作用を効果的に阻害するが、それでもまだLCRは標的非依存的バックグ ラウンド連結生成物で増幅が開始するという欠点を有する。また、個々の位置の ヌクレオチドを同定するためにPCRについでLCRを組み合わせることも、臨 床実験室には明らかにめんどうな提案である。 II.直接検出技術 検出すべき十分な量の核酸が入手可能な場合には、その標的のより多くのコピ ーを作る(例えばPCRおよびLCRの場合のように)ことなくその配列を直接検 出できるという利点がある。最も注目すべきは、シグナルを指数関数的に増幅し ない方法のほうが定量的分析になじみ易いことである。たとえ単一オリゴヌクレ オチドに複数の染料を結合させてシグナルを増強したとしても、最終シグナル強 度と標的量との間の相互関係は直接的である。このような系は、反応生成物それ 自体が反応をさらに促進せず、該生成物による実験室表面の汚染が大した問題と ならないという追加的な利点を有する。ノーザンブロッティング、サザンブロッ ティング、リボヌクレアーゼ保護アッセイなどの直接検出の伝統的な方法では、 通常、放射能を使用しなければならず、自動化になじみにくい。最近工夫された 技術では、放射能の使用を回避し、および/または自動化可能な形態で感度を向 上させようとしている。例えば、「サイクリングプローブ反応(Cycling Probe R eaction)」(CPR)および「分枝(Branched)DNA」(bDNA)の2例が挙げら れる。 サイクリングプローブ反応(CPR)(Duckら,BioTech.,9:142[1990])は、中 央部がRNAよりなり両末端がDNAよりなる長いキメラオリゴヌクレオチドを 使用する。該プローブを標的DNAとハイブリッド形成させ、耐熱性リボヌクレ アーゼHにさらすことにより、該RNA部分が消化される。このため、残りの二 重らせんDNA部分が不安定化し、該標的DNAから残りのプローブが遊離され 、もう1つのプローブ分子により該工程が反復される。開裂プローブ分子形態の シグナルが直線的割合で蓄積する。該反復工程によりシグナルは増大するが、該 オリゴヌクレオチドのRNA部分は、サンプル調製により運ばれうるリボヌクレ アーゼの攻撃を受け易い。 Urdeaら,Gene 61:253-264(1987)に記載されている分枝DNA(bDNA)は、 個々のオリゴヌクレオチドのそれぞれに35〜40個の標識を運搬させる分枝構 造を有するオリゴヌクレオチドを含む(例、アルカリホスファターゼ酵素)。これ によりハイブリッド形成事象からのシグナルが増大するが、非特異的結合からの シグナルも同様に増大する。 III.未知配列変化の検出 特異的核酸配列および配列変化の検出を可能にする試験に対する要求が、臨床 診断で急速に増大している。ヒトおよび病原生物からの遺伝子についての核酸配 列データが蓄積するにつれて、特異的配列内の未知突然変異についての迅速で費 用効率が高く、使い易い試験に対する要求が急速に増大している。 突然変異について核酸セグメントをスキャンする方法が少数ながら工夫されて いる。1つの選択肢は、各試験サンプル(例、細菌単離物)の全遺伝子配列を決定 することである。約600ヌクレオチド未満の配列の場合には、増幅された物質 (例、PCR反応生成物)を使用することにより、これを行ってもよい。これによ り、関心あるセグメントのクローニングに関連する時間と経費を省略することが できる。しかしながら、特別の装置と高度に訓練された人員が必要となり、該方 法はあまりにも労働集約的で不経済であるため、臨床場面で実用性がなく効果的 でもない。 配列決定に関連した困難性を考慮すると、与えられた核酸セグメントはいくつ かの他の段階で特徴づけしてもよい。最も低い分解能では、電気泳動により、同 じゲル上で移動させた公知標準と比較して分子の大きさを決定することができる 。定序地図(ordered map)を構築できるように電気泳動の前に複数の制限酵素の 組み合わせで開裂することにより、より詳細な分子像を得ることができる。該断 片内の特異的配列の存在は、標識プローブのハイブリッド形成により検出するこ とができ、あるいは、部分的化学分解または鎖終結ヌクレオチド類似体の存在下 でのプライマー伸長により、正確なヌクレオチド配列を決定することができる。 同じ配列間の単一塩基相違の検出の場合には、該分析に最高レベルの分解能が 必要となることが多い。問題となっているヌクレオチドの位置が前もってわかっ ている場合には、直接配列決定することなく単一塩基変化を調べるためのいくつ かの方法が開発されている。例えば、関心のある突然変異がたまたま制限認識配 列内に位置すれば、消化パターンの変化を診断手段として用いることができる( 例、制限断片長多形性[RFLP]分析)。 RFLPの作製または破壊により単点突然変異も検出されている。誤対合部位 で開裂して生成したRNA断片の存在および大きさにより突然変異が検出され位 置決定される。いくつかの化学物質によりDNAヘテロ二本鎖中の単一ヌクレオ チド誤対合も認識および開裂され、これにより、「誤対合化学開裂(Mismatch Ch emical Cleavage)」(MCC)(Gogosら,Nucl.Acids Res.,18:6807-6817[1990] )と一般に称されている単一塩基置換を検出するためのもう1つの戦略が提供さ れる。しかしながら、この方法では、臨床実験室での使用に適さない非常に有毒 な2つの化学物質、すなわち四酸化オスミウムおよびピペリジンを使用しなけれ ばならない。 RFLP分析は低感度であり、大量のサンプルを要する。点突然変異の検出に RFLP分析を使用する場合、その性質により、それは公知の制限エンドヌクレ アーゼの制限配列内に位置する単一塩基変化の検出に限定される。そのうえ、入 手可能な酵素の大多数は4〜6個の塩基対認識配列を有し頻繁に開裂しすぎるた め大規模DNA操作には適さない(EcksteinおよびLilley編,Nucleic Acids and Molecular Biology,vol.2,Springer-Verlag,Heidelberg[1988])。したがって 、ほとんどの突然変異はそのような部位に位置しないため、それはごく一部の場 合 にしか適用できない。 8個の塩基対特異性を有する希有切断制限酵素が少数ながら単離されており、 これらは遺伝地図作製に広く用いられるが、これらの酵素は非常に数が少なく、 G+Cに富む配列の認識に限定され、非常にクラスター形成しやすい部位で開裂 する(BarlowおよびLehrach,Trends Genet.,3:167[1987])。最近、12個以上 の塩基対特異性を有すると考えられるグループIイントロンによりコードされる エンドヌクレアーゼが発見されたが(PerlmanおよびButow,Science 246:1106[19 89])、この場合もまた、これらは非常に数が少ない。 該変化が認識配列内になければ、プライマー伸長または連結事象を対合または 誤対合の指標として使用することができるよう、未知ヌクレオチドの近くでハイ ブリッド形成するように対立遺伝子特異的オリゴヌクレオチド(ASO)を設計す ることができる。また、放射能標識対立遺伝子特異的オリゴヌクレオチド(AS O)を用いるハイブリッド形成が、特異的点突然変異の検出に適用されている(Co nnerら,Proc.Natl.Acad.Sci.,80:278-282[1983])。この方法は、単一ヌク レオチドで相違する短いDNA断片の融解温度の相違に基づく。緊縮的ハイブリ ッド形成および洗浄条件により、突然変異体と野生型の対立遺伝子が識別される 。また、PCR生成物に適用されたASOアプローチは、ラス遺伝子およびgsp/ gipガン遺伝子中の点突然変異を検出し特徴づけするために種々の研究者により 広く利用されている(ラス遺伝子についてはVogelsteinら,N.Eng.J.Med.,31 9:525-532[1988]およびFarrら,Proc.Natl.Acad.Sci.,85:1629-1633[1988] 、gsp/gipガン遺伝子についてはLyonsら,Science 249:655-659[1990])。種々の ヌクレオチド変化が複数位置に存在するため、可能なすべてのガン遺伝子突然変 異を適用範囲とするために、該ASO法では多数のオリゴヌクレオチドを使用す る必要がある。 前記技術(すなわちRFLPおよびASO)のいずれかを用いる場合も、疑われ る突然変異の正確な位置が試験の前にわかっていなければならない。すなわち、 それらは、関心ある遺伝子または配列内での性質および位置が知られていない突 然変異の存在を検出する必要がある場合には適用できないのである。 他の2つの方法は、小さな配列変化に応じた電気泳動移動度の変化を検出する ことによるものである。「変性勾配ゲル電気泳動(Denaturing Gradient Gel Ele ctrophoresis)」(DGGE)と称されるこれらの方法の1つは、勾配ゲル上で電 気泳動的に分離した場合、わずかに異なる配列が局所融解の異なるパターンを示 すという観察に基づくものである。このように、単一ヌクレオチドで相違するホ モ二本鎖対ヘテロ二本鎖の融解性の相違により、標的配列中の突然変異の存在が それらの電気泳動移動度の対応する変化により検出できるため、変異体を識別す ることができるのである。関心ある配列が完全に鎖解離することなく完全に変性 するように、分析すべき断片(通常はPCR生成物)は、長く伸長するG−C塩基 対(30〜80)により一方の末端で「クランプ(固定)(clamped)」されている。 GC「クランプ」が該DNA断片へ結合することにより、DGGEにより認識さ れうる突然変異の割合が増加する(Abramsら,Genomics 7:463-475[1990])。該増 幅配列が低い解離温度を有することを保証するためには、GCクランプを1つの プライマーに結合させることが重要である(Sheffieldら,Proc.Natl.Acad.Sc i.,86:232-236[1989]、およびLermanおよびSilverstein,Meth.Enzymol.,155 :482-501[1987])。温度勾配を用いて該技術を修飾することも開発されており(Wa rtellら,Nucl.Acids Res.,18:2699-2701[1990])、該方法はRNA:RNA二 本鎖にも適用することができる(Smithら,Genomics 3:217-223[1988])。 DGGEの有用性の制限としては、試験する各型のDNAについて変性条件を 最適化しなければならないという必要性が挙げられる。さらに、該方法は、該ゲ ルを調製し電気泳動中に必要な高温を維持するために特別の装置を必要とする。 試験する各配列について1つのオリゴヌクレオチド上で該クランピングテイル(c lamping tail)を合成するのに関連した経費も大きな考慮すべき点である。また 、DGGEには長い運転時間が必要である。DGGEの長い運転時間は、定常変 性剤ゲル電気泳動(constant denaturant gel electrophoresis)(CDGE)と称 されるDGGEの修飾において短縮化された(Borrensenら,Proc.Natl.Acad. Sci.USA 88:8405[1991])。CDGEでは、未知の突然変異の検出のために高い 効率性を得るために、異なる変性剤条件下でゲルを使用する必要がある。 温度勾配ゲル電気泳動(temperature gradient gel electrophoresis)(TGG E)と称されるDGGEに類似した技術では、化学変性剤勾配ではなく温度勾配 を用いる(Scholzら,Hum.Mol.Genet.,2:2155[1993])。TGGEでは、電場に 関して垂直に配向した温度勾配を生成できる特別の装置を使用しなければならな い。TGGEでは比較的小さいDNA断片中の突然変異を検出することができる ため、大きな遺伝子セグメントのスキャンでは、ゲルの使用前に複数のPCR生 成物を使用することが必要である。 「一本鎖コンホメーション多形性(Single-Strand Conformation Polymorphism )」(SSCP)と称されるもう1つの一般的な方法は、Hayashi,Sekyaら(Hayash iにより概説されているPCR Meth.Appl.,1:34-38[1991])により開発され、これ は、核酸の一本鎖が非変性条件中で特徴的なコンホメーションをとることができ 、これらのコンホメーションが電気泳動移動度に影響を及ぼすという観察に基づ くものである。該相補鎖は、一方の鎖が他方から分離されるのに十分な程度に異 なる構造をとる。また、該断片内の配列の変化は該コンホメーションを変化させ 、その結果、移動度を変化させ、これが配列変異のアッセイとして使用可能とな る(Oritaら,Genomics 5:874-879[1989])。 該SSCP法は、両鎖上で標識されたDNAセグメント(例、PCR生成物)を 変性させ、ついで非変性ポリアクリルアミドゲル上でゆっくりと電気泳動的に分 離させる(分子内相互作用が形成できるようにし、また、これが運転中に乱され ないようにするため)ことを含む。この技術は、ゲル組成および温度の変化に非 常に敏感である。この方法の重要な限界は、異なる研究室で得られたデータを一 見同様の条件下で比較するのが比較的困難であることである。 ジデオキシフィンガープリント法(ddF)は、未知の突然変異の存在に関して 遺伝子をスキャンするために開発されたもう1つの技術である(LiuおよびSommer ,PCR Methods Appli.,4:97[1994])。該ddF技術では、サンガージデオキシ配 列決定法の構成要素をSSCPと組み合わせている。1個のジデオキシターミネ ーターを用いてジデオキシ配列決定反応を行い、ついで、SSCP分析の場合と 同様、該反応生成物を非変性ポリアクリルアミドゲル上で電気泳動にかけて該終 結セグメントの移動度の変化を検出する。ddFは感度を増大させた点でSSC Pを改良したものであるが、ddFは高価なジデオキシヌクレオチドの使用を要 し、この技術は、SSCPに適した大きさの断片(すなわち、突然変異の最適検 出のための200〜300個の塩基の断片)の分析に限定されている。 前記限定に加え、これらの方法はすべて、分析しうる核酸断片の大きさに関し て限定される。直接配列決定アプローチでは、全断片を適用範囲に含めるために 、600塩基対以上の配列ではクローニングが必要であり、その結果、欠失サブ クローニングまたはプライマーウォーキングのための遅延および出費を伴う。S SCPおよびDGGEは、より一層厳しい大きさの制限を受ける。配列変化に対 する感度が減少しているため、これらの方法はより大きな断片には不適切と考え られる。SSCPは200塩基対断片内の単一塩基置換の90%を検出すると報 告されているが、該検出は400塩基対断片の場合には50%未満に落ちてしま う。同様に、断片の長さが500塩基対に到達するにつれてDGGEの感度は減 少する。また、該ddF技術は、直接配列決定とSSCPとの組み合わせの場合 と同様、スクリーニングされうる比較的小さい大きさのDNAに限定される。 明らかに、遺伝子断片でなく全遺伝子が分析できるように大きさにそれほど敏 感でない方法が依然として必要とされている。また、多様な背景と技術を有する 研究者が得た異なる研究室からのデータを比較できるように、そのような手段は 強靭(robust)でなければならない。理想的には、そのような方法は、「多重化」 (すなわち、単一反応またはゲルレーン中で行ういくつかの分子または遺伝子の 同時分析であって、通常、識別標識またはプローブによりお互いから分離するも の)に適合性のあるものであろう。このような分析手法は、その後の分析および データ比較のための内部標準の使用を促進し、人員および装置の生産性を増加さ せるであろう。また、この理想的な方法は自動化も容易であろう。 発明の概要 本発明は、核酸を処理するための方法および組成物、特に、ヒト遺伝子配列中 および微生物遺伝子配列中の核酸配列および配列変化を検出および特徴づけする ための方法および組成物に関する。本発明は、部位特異的方法で核酸開裂構造体 を開裂するための手段を提供する。1つの実施態様では、該開裂手段は、核酸基 質上の開裂構造体を開裂する能力を有する酵素であり、特異的核酸配列の新規検 出方法の基礎を形成する。本発明は、とりわけ、1)ヒト遺伝子配列中の突然変 異および2)病原生物の、検出および同定を含む(これらに限定されるものではな い)臨床診断目的のための該新規検出方法の使用を意図する。 1つの実施態様では、本発明は、天然(すなわち「野生型」)DNAポリメラー ゼから改変されたDNA合成活性を示すように天然配列と比較して配列が改変さ れたDNAポリメラーゼ(すなわち「突然変異」DNAポリメラーゼ)をコードす るDNA配列を意図する。該ポリメラーゼに関しては、合成が全く起こらないこ とが必要なのではなく、ポリメラーゼ活性の不存在下でそれが該方法を阻害する レベルで開裂反応が生じることが望まれる。そのコードされるDNAポリメラー ゼは、天然DNAポリメラーゼから減少した合成活性を示すように改変されてい ることが好ましい。このように、本発明の酵素はヌクレアーゼであり、構造特異 的に核酸を開裂する能力を有する。重要なことは、本発明のヌクレアーゼは、開 裂構造体を開裂して別個の開裂生成物を生成する能力を有することである。 本発明では、耐熱性ヌクレアーゼを含む種々の起源からのヌクレアーゼが意図 される。耐熱性ヌクレアーゼは、核酸ハイブリッド形成が非常に特異的に生じる 温度で作用可能であり、対立遺伝子特異的検出(単一塩基誤対合を含む)を可能に するため、特に有用と考えられる。1つの実施態様では、該耐熱性5'ヌクレア ーゼは、テルムス・アクアチクス(Thermus aquaticus)、テルムス・フラバス(Th ermus flavus)およびテルムス・サーモフィルス(Thermus thermophilus)を含む( これらに限定されるものではない)種々のテルムス(Thermus)種の天然ポリメラー ゼ由来の改変ポリメラーゼよりなる群から選ばれる。 本発明は、耐熱性ヌクレアーゼの使用に限定されるものではない。本明細書で 示すとおり、本発明方法では中温性生物からのヌクレアーゼ(例、大腸菌(E.col i)Exo III、サッカロミセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)Rad1/Rad1 0複合体)を使用してもよい。 本発明は、核酸配列および配列変化を検出および特徴づけする方法においてヌ クレアーゼを使用する。本発明は、部位特異的方法で核酸開裂構造体を開裂する ための手段に関する。核酸の単一塩基変化などの既知および未知の突然変異をス クリーニングするために、ヌクレアーゼ活性を用いる。 1つの実施態様では、本発明は、核酸を処理する方法であって、a)i)開裂手 段、およびii)核酸基質を用意し、b)該核酸基質が1以上の開裂構造体を生成す るような条件下で該基質を処理し、そしてc)該開裂手段を該開裂構造体と反応 させて1以上の開裂生成物を得る、ことを含んでなる方法を意図する。 1つの実施態様では、該開裂手段は酵素である。好ましい実施態様では、該開 裂手段はヌクレアーゼである。もう1つの好ましい実施態様では、該ヌクレアー ゼは、クリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素、テルムス・アクアチクス(Thermus a quaticus)DNAポリメラーゼ、テルムス・サーモフィルス(Thermus thermophil us)DNAポリメラーゼ、大腸菌(Escherichia coli)Exo IIIおよびサッカロミセ ス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)Rad1/Rad10複合体よりなる群から選 ばれる。 該核酸基質は、7−デアザ−dATP、7−デアザ−dGTPおよびdUTP よりなる群(これらに限定されるものではない)から選ばれるヌクレオチド類似体 を含むと意図される。1つの実施態様では、工程の核酸は本質的に一本鎖である 。該核酸基質がいずれかの特定の形態に限定されるとは意図されず、実際、該核 酸基質は一本鎖または二本鎖のDNAまたはRNAであると意図される。 1つの実施態様では、二本鎖核酸基質を用いる場合、該処理工程(b)は、該二 本鎖核酸を本質的に一本鎖となし、そして該一本鎖核酸が二次構造または特徴的 な折り畳み構造をとるような条件に該一本鎖核酸をさらす、ことを含んでなる。 1つの好ましい実施態様では、温度を上昇させることにより該二本鎖核酸を本質 的に一本鎖とする。 もう1つの実施態様では、本発明方法は、前記の1以上の開裂生成物を検出す る工程をさらに含む。 好ましい実施態様では、該核酸基質は、ヒトp53遺伝子配列を含有するオリ ゴヌクレオチドを含む。もう1つの実施態様では、該核酸基質は、微生物遺伝子 配列を含有するオリゴヌクレオチドを含む。 本発明は、さらに、核酸を処理する方法であって、a)i)マンガンを含む溶液 中の開裂手段、およびii)核酸基質を用意し、b)該核酸基質を上昇温度で処理し 、c)該基質が1以上の開裂構造体を生成するような条件下で該温度を低下させ 、d)該開裂手段を該開裂構造体と反応させて1以上の開裂生成物を得、そして e)該開裂生成物を検出する、ことを含んでなる方法を意図する。この場合もま た、 該開裂手段は酵素であってもよい。前記のとおり、該開裂手段はヌクレアーゼで あってもよい。もう1つの好ましい実施態様では、該ヌクレアーゼは、クリーブ アーゼ(Cleavase)TMBN酵素、テルムス・アクアチクス(Thermus aquaticus)DN Aポリメラーゼ、テルムス・サーモフィルス(Thermus thermophilus)DNAポリ メラーゼ、大腸菌(Escherichia coli)Exo IIIおよびサッカロミセス・セレビシ エ(Saccharomyces cerevisiae)Rad1/Rad10複合体よりなる群から選ばれる。 該核酸基質は、7−デアザ−dATP、7−デアザ−dGTPおよびdUTP よりなる群(これらに限定されるものではない)から選ばれるヌクレオチド類似体 を含むと意図される。1つの実施態様では、工程の核酸は本質的に一本鎖である 。該核酸基質がいずれかの特定の形態に限定されるとは意図されず、実際、該核 酸基質は一本鎖または二本鎖のDNAまたはRNAであると意図される。 好ましい実施態様では、該核酸基質は、ヒトp53遺伝子配列を含有するオリ ゴヌクレオチドを含む。もう1つの実施態様では、該核酸基質は、微生物遺伝子 配列を含有するオリゴヌクレオチドを含む。 本発明は、さらに、ヒトp53遺伝子中の突然変異を検出する方法であって、 a)i)開裂手段、およびii)ヒトp53遺伝子配列を含む核酸基質を用意し、b) 該核酸基質が1以上の開裂構造体を生成するような条件下で該基質を処理し、c )該開裂手段を該開裂構造体と反応させて1以上の開裂生成物を得、そしてd)該 開裂生成物と基準p53遺伝子配列の開裂により得られる開裂生成物とを比較す る、ことを含んでなる方法を意図する。 好ましい実施態様では、基準p53遺伝子配列の開裂により得られる開裂生成 物が、配列番号79〜81、84〜89および94〜97よりなる群から選ばれ るヒトp53遺伝子配列を含む核酸基質の開裂により生成される。本明細書中に 、追加的p53突然変異配列を提供し、配列番号79に野生型p53cDNAの 配列を記載する。以下の表2では、多数の公知p53突然変異の同一性および位 置を示す。表2の情報を配列番号79の野生型p53cDNAの配列と組み合わ せることにより、表2に記載の多数のp53突然変異に対応するcDNAについ ての完全なヌクレオチド配列を得ることができる。また、本明細書中で十分に説 明するとおり、本発明方法は、ヒトp53遺伝子などのヒト遺伝子配列内の未だ 特 徴づけされていない突然変異のスクリーニングまたは「スキャン」を可能とする 。 また、本発明は、ヒトp53遺伝子の1以上の対立遺伝子に特徴的な(すなわ ち診断用の)遺伝子フィンガープリントの記録基準ライブラリーの製造法であっ て、a)i)開裂手段、およびii)ヒトp53遺伝子配列由来の核酸基質を用意し 、b)該核酸基質と開裂手段とを、該抽出核酸が1以上の二次構造体を形成しか つ該開裂手段が該二次構造体を開裂して複数の開裂生成物を生じるような条件下 で接触させ、c)前記の複数の開裂生成物を分離し、そしてd)前記の分離された 開裂生成物の試験可能な記録基準を維持する、ことを含んでなる製造法を意図す る。 「遺伝子フィンガープリント」なる語は、核酸配列の変化(例、欠失、挿入ま たは単点置換)が形成構造を改変し、それによりバンドパターン(すなわち、「フ ィンガープリント」または「バーコード」)を変化させて該配列の相違を発現さ せ、変異体の迅速な検出および同定を可能にすることを意味する。 また、本発明は、真核生物(例、哺乳動物)からの1以上の遺伝子の1以上の対 立遺伝子に特徴的な(すなわち診断用の)遺伝子フィンガープリントの記録基準ラ イブラリーの製造法であって、a)i)開裂手段、およびii)真核生物由来遺伝子 の1以上の対立遺伝子に由来する核酸基質を用意し、b)該核酸基質と開裂手段 とを、該抽出核酸が1以上の二次構造体を形成しかつ該開裂手段が該二次構造体 を開裂して複数の開裂生成物を生じるような条件下で接触させ、c)前記の複数 の開裂生成物を分離し、そしてd)前記の分離された開裂生成物の試験可能な記 録基準を維持する、ことを含んでなる製造法を意図する。 また、本発明は、微生物の菌株を同定する方法であって、a)i)開裂手段、お よびii)1以上の微生物に由来する配列を含む核酸基質を用意し、b)該核酸基質 が1以上の開裂構造体を生成するような条件下で該基質を処理し、そしてc)該 開裂手段を該開裂構造体と反応させて1以上の開裂生成物を得る、ことを含んで なる方法を意図する。 好ましい開裂手段は、ヌクレアーゼなどの酵素である。本発明方法を成功させ るために使用できる酵素としては、例えば、クリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素 、テルムス・アクアチクス(Thermus aquaticus)DNAポリメラーゼ、テルムス ・サーモフィルス(Thermus thermophilus)DNAポリメラーゼ、大腸菌(Escheri ch ia coli)Exo III、サッカロミセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)Rad 1/Rad10複合体などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。 該核酸基質は、7−デアザ−dATP、7−デアザ−dGTPおよびdUTP よりなる群(これらに限定されるものではない)から選ばれるヌクレオチド類似体 を含むと意図される。1つの実施態様では、工程の核酸は本質的に一本鎖である 。該核酸基質がいずれかの特定の形態に限定されるとは意図されず、実際、該核 酸基質は一本鎖または二本鎖のDNAまたはRNAであると意図される。 1つの実施態様では、二本鎖核酸基質を用いる場合、該処理工程(b)は、該二 本鎖核酸を本質的に一本鎖となし、そして該一本鎖核酸が二次構造または特徴的 な折り畳み構造をとるような条件に該一本鎖核酸をさらす、ことを含んでなる。 1つの好ましい実施態様では、温度を上昇させることにより該二本鎖核酸を本質 的に一本鎖とする。 もう1つの実施態様では、本発明方法は、前記の1以上の開裂生成物を検出す る工程をさらに含む。 本発明の微生物は、種々の微生物から選ばれると意図される。本発明がいずれ かの特定の型の微生物に限定されるとは意図されない。逆に、本発明は、細菌、 真菌、原虫、繊毛虫およびウイルスを含む(これらに限定されるものではない)微 生物を用いて実施されると意図される。該微生物が特定の属、種、株または血清 型に限定されるとは意図されない。実際、該細菌は、カンピロバクター(Campylo bacter)属、エシェリキア(Escherichia)属、マイコバクテリウム(Mycobacterium )属、サルモネラ(Salmonella)属、シゲラ(Shigella)属およびスタフィロコッカ ス(Staphylococcus)属のメンバーよりなる群(これらに限定されるものではない) から選ばれることが意図される。1つの好ましい実施態様では、該微生物は多剤 耐性のヒト結核菌(Mycobacterium tuberculosis)の菌株を含む。また、本発明は 肝炎C型ウイルスおよびサル免疫不全ウイルスを含む(これらに限定されるもの ではない)ウイルスを用いて実施されると意図される。 本発明のもう1つの実施態様は、微生物の菌株を検出して同定する方法であっ て、1以上の微生物を含む疑いのあるサンプルから核酸を抽出し、そして、抽出 した核酸と開裂手段とを、該抽出核酸が1以上の二次構造体を形成しかつ該開裂 手段が該二次構造体を開裂して1以上の開裂生成物を生じるような条件下で接触 させる工程を含んでなる方法を意図する。 1つの実施態様では、該方法は、前記の開裂生成物を分離する工程をさらに含 む。さらにもう1つの実施態様では、該方法は、前記の開裂生成物を検出する工 程をさらに含む。 1つの好ましい実施態様では、本発明は、前記のサンプルから単離した前記抽 出核酸の開裂より得られ検出された開裂生成物を、1以上の基準微生物に由来す る核酸の開裂より得られ分離された開裂生成物と比較することをさらに含む。そ のような場合、1以上の基準微生物からの核酸の配列は、関連していてもよいが 異なっている(例、突然変異配列または公知または既に特徴づけされている突然 変異配列に関する野生型対照)。 もう1つの好ましい実施態様では、本発明は、該抽出工程の後、前記抽出核酸 から多形性遺伝子座を単離して核酸基質を得、該基質を該開裂手段と接触させる 工程をさらに含んでなる。1つの実施態様では、多形性遺伝子座の単離は核酸増 幅により行う。本発明は、用いる核酸増幅の方法により限定される。核酸増幅を 行う1つの方法はポリメラーゼ連鎖反応である。もう1つの実施態様では、7− デアザ−dATP、7−デアザ−dGTPおよびdUTPよりなる群(これらに 限定されるものではない)から選ばれるヌクレオチド類似体の存在下で該核酸増 幅を行う。該核酸増幅(例、PCR)は、1)該多形性遺伝子座由来の共通遺伝子 配列に合致するオリゴヌクレオチドプライマー(すなわち、該プライマーは、該 遺伝子座由来の核酸の鎖上に見いだされる同一の配列を含む)、または2)該多形 性遺伝子座由来の共通遺伝子配列に相補的なオリゴヌクレオチドプライマー(す なわち、それらは該多形性遺伝子座由来の核酸の鎖の相補体である)を使用する と意図される。1つの実施態様では、該多形性遺伝子座はリボソームRNA遺伝 子を含む。特に好ましい実施態様では、該リボソームRNA遺伝子は16Sリボ ソームRNA遺伝子である。 本方法の1つの実施態様では、該開裂手段は、ヌクレアーゼなどの酵素である 。特に好ましい実施態様では、該ヌクレアーゼは、クリーブアーゼ(Cleavase)TM BN、テルムス・アクアチクス(Thermus aquaticus)DNAポリメラーゼ、テルム ス ・サーモフィルス(Thermus thermophilus)DNAポリメラーゼ、大腸菌(Escheri chia coli)Exo IIIおよびサッカロミセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisi ae)Rad1/Rad10複合体よりなる群(これらに限定されるものではない)から選ばれ る。また、該酵素は、真正高温細菌[これは、テルムス・アクアチクス(Thermus aquaticus)、テルムス・フラバス(Thermus flavus)およびテルムス・サーモフィ ルス(Thermus thermophilus)よりなる群から選ばれる]由来の耐熱性DNAポリ メラーゼのアミノ酸配列の一部と相同的なそのアミノ酸配列の一部を有していて もよいと意図される。 該核酸基質はいずれかの特定の形態に限定されるとは意図されず、実際、該核 酸基質は一本鎖または二本鎖のRNAまたはDNAであると意図される。二本鎖 核酸基質を用いる場合、該方法の処理工程は、二本鎖核酸を本質的に一本鎖とな し、該一本鎖核酸が二次構造をとるような条件に該一本鎖核酸をさらす、ことを 含んでなるものであってもよい。1つの好ましい実施態様では、温度を上昇させ ることにより二本鎖核酸を本質的に一本鎖とする。 本発明の微生物は、種々の微生物から選ばれると意図される。本発明はいずれ かの特定の型の微生物に限定されるとは意図されない。逆に、本発明は、細菌、 真菌、原虫、繊毛虫およびウイルスを含む(これらに限定されるものではない)微 生物を用いて実施されると意図される。該微生物が特定の属、種、株または血清 型に限定されるとは意図されない。実際、該細菌は、カンピロバクター(Campylo bacter)属、エシェリキア(Escherichia)属、マイコバクテリウム(Mycobacterium )属、サルモネラ(Salmonella)属、シゲラ(Shigella)属およびスタフィロコッカ ス(Staphylococcus)属のメンバーよりなる群(これらに限定されるものではない) から選ばれると意図される。1つの好ましい実施態様では、該微生物は多剤耐性 のヒト結核菌(Mycobacterium tuberculosis)の菌株を含む。また、本発明は、肝 炎C型ウイルスおよびサル免疫不全ウイルスを含む(これらに限定されるもので はない)ウイルスを用いて実施されると意図される。 また、本発明は、種々の微生物の1以上の対立遺伝子に特徴的な(すなわち診 断用)遺伝子フィンガープリントの記録基準ライブラリーの製造法であって、開 裂手段および微生物遺伝子配列由来の核酸基質を用意し、該核酸基質と開裂手段 とを、該抽出核酸が1以上の二次構造体を形成しかつ該開裂手段が該二次構造体 を開裂して複数の開裂生成物を生じるような条件下で接触させ、前記の複数の開 裂生成物を分離し、そして前記の分離された開裂生成物の試験可能な記録基準を 維持する工程を含んでなる製造法を意図する。 本発明は、該微生物の性質により限定されるとは意図されない。該検出および 同定は、ウイルスおよび細菌を含むすべての微生物に適用できる。 また、本発明は、病原微生物に特徴的な(すなわち診断用の)遺伝子フィンガー プリントの記録基準(例、ライブラリー)の製造法であって、a)i)開裂手段、お よびii)公知病原微生物から単離された特徴的な(例、多形性遺伝子座由来の)核 酸基質を用意し、b)該核酸基質と開裂手段とを、該抽出核酸が1以上の二次構 造体を形成しかつ該開裂手段が該二次構造体を開裂して複数の開裂生成物を生じ るような条件下で接触させ、c)前記の複数の開裂生成物を分離し、そしてd)前 記の分離された開裂生成物の試験可能な記録基準を維持する、ことを含んでなる 製造法を意図する。 また、本発明は、核酸処理キットであって、a)開裂構造体と反応して開裂生 成物を生じる酵素、およびb)マンガンを含有する溶液を含んでなるキットを意 図する。該キットの酵素はヌクレアーゼであってもよい。好ましい実施態様では 、該ヌクレアーゼは、クリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素、テルムス・アクアチ クス(Thermus aquaticus)DNAポリメラーゼ、テルムス・サーモフィルス(Ther mus thermophilus)DNAポリメラーゼ、大腸菌(Escherichia coli)Exo IIIおよ びサッカロミセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)Rad1/Rad10複合体よ りなる群(これらに限定されるものではない)から選ばれる。本発明は、核酸処理 に有用な他の試薬を意図する。例えば、該キットは、前記の開裂生成物を検出す るための試薬を含んでいてもよい。さらに該キットは、塩溶液(例、KClおよ びNaCl溶液)、塩化マンガン溶液、緩衝溶液、および該開裂反応を終結する 溶液を含む該開裂反応のための試薬を含んでいてもよい。 本発明方法は、両鎖(例、センスおよびアンチセンス鎖)の同時分析を可能とし 、高レベルの多重化に理想的なものである。得られる生成物は、定性的、定量的 および位置分析になじみ易い。該方法は自動化してもよく、また、溶液中でまた は 固相中(例、固体支持体上)で実施してもよい。該方法は、現在の方法より長い核 酸断片の分析を可能にする点で効果的である。 図面の記載 図1は、テルムス・アクアチクス(Thermus aquaticus)(配列番号1)、テルム ス・フラバス(Thermus flavus)(配列番号2)およびテルムス・サーモフィルス(T hermus thermophilus)(配列番号3)から単離されたDNAP遺伝子のヌクレオチ ド構造の比較である。共通配列(配列番号7)を各列の最上部に示す。 図2は、テルムス・アクアチクス(Thermus aquaticus)(配列番号4)、テルム ス・フラバス(Thermus flavus)(配列番号5)およびテルムス・サーモフィルス(T hermus thermophilus)(配列番号6)から単離されたDNAP遺伝子のアミノ酸配 列の比較である。共通配列(配列番号8)を各列の最上部に示す。 図3は、特徴的なフィンガープリントを核酸基質から生成するCFLPTM法を 示す図である。 図4は、ヒトp53遺伝子の体制を示す。エキソンは黒塗りの四角で表し、1 〜11と標識する。5個のホットスポット領域は、エキソン5〜8を含む領域の 引き伸ばしとして示し、該ホットスポット領域はA、A'、B、CおよびDと標 識する。 図5は、p53突然変異を含有するDNA断片の生成のための第1の2段階P CR技術の使用を示す図を提供する。 図6は、p53突然変異を含有するDNA断片の生成のための第2の2段階P CR技術の使用を示す図を提供する。 図7は、DNAPTaqを用いて増幅できない構造を示す。 図8は、DNAPTaqまたはDNAPStf(Stoffel)を用いて分岐2重らせんを 増幅する試みを示すエチジウムブロミド染色ゲルである。 図9は、DNAPTaqによる分岐2重らせんの開裂およびDNAPStfによる 開裂の喪失を分析するゲルのオートラジオグラムである。 図10A〜Bは、分岐2重らせんをDNAPTaqで開裂する試みの間に異なる 反応成分を添加しインキュベーション温度を変化させた場合の、開裂または開裂 の喪失を分析するゲルの1組のオートラジオグラムである。 図11A〜Bは、プライマーを使用した場合と使用しない場合の、計時された 開裂反応を示すオートラジオグラムである。 図12A〜Bは、分岐2重らせんを種々のDNAPで開裂する試み(プライマ ーを使用した場合と使用しない場合)を示すゲルの1組のオートラジオグラムで ある。 図13Aは、先導オリゴヌクレオチドの標的となった基質DNAの特異的開裂 を試験するのに用いた基質およびオリゴヌクレオチドを示す。 図13Bは、図13Aに示す基質およびオリゴヌクレオチドを用いる開裂反応 の結果を示すゲルのオートラジオグラムを示す。 図14Aは、先導オリゴヌクレオチドの標的となった基質RNAの特異的開裂 を試験するのに用いた基質およびオリゴヌクレオチドを示す。 図14Bは、図14Aに示す基質およびオリゴヌクレオチドを用いる開裂反応 の結果を示すゲルのオートラジオグラムを示す。 図15は、ベクターpTTQ18の図である。 図16A〜Gは、野生型および合成欠損DNAPTaq遺伝子の1組の図である 。 図17は、ベクターpET-3cの図である。 図18Aは、野生型テルムス・フラバス(Thermus flavus)ポリメラーゼ遺伝子 を示す。 図18Bは、合成欠損テルムス・フラバス(Thermus flavus)ポリメラーゼ遺伝 子を示す。 図19A〜Eは、DNAPの5'ヌクレアーゼ活性による開裂に適当な基質で ある1組の分子を示す。 図20は、合成欠損DNAPを用いて行った開裂反応の結果を示すゲルのオー トラジオグラムである。 図21は、合成欠損DNAPTaqクローン中の合成活性のアッセイ生成物を分 離するPEIクロマトグラムのオートラジオグラムである。 図22Aは、合成欠損DNAPが短いヘアピン構造を開裂する能力を試験する のに用いた基質分子を示す。 図22Bは、図22Aに示す基質を用いて行った開裂反応の生成物を分離する ゲルのオートラジオグラムを示す。 図23は、本発明の5'ヌクレアーゼの基質として用いた完全206マー(206- mer)二重らせん配列を提供する。 図24AはおよびBは、テルムス・アクアチクス(Thermus aquaticus)および テルムス・フラバス(Thermus flavus)から単離された野生型DNAPおよび5' ヌクレアーゼによる線状核酸基質(図23の206マーを基礎とする)の開裂を示 す。 図25Aは、本発明のDNAPで検出された「ニブリング(nibbling)」現象を 示す。 図25Bは、図25Aの「ニブリング(nibbling)」が、ホスファターゼ開裂で なく5'ヌクレオチド開裂であることを示す。 図26は、該「ニブリング(nibbling)」現象が二重らせん依存的であることを 示す。図27は、MgCl2またはMnCl2の存在下で行った開裂反応の生成物 を分離するゲルのオートラジオグラフを示す。 図28は、同様の大きさに調製した4つのDNA基質上で行う開裂反応の生成 物を分離するゲルのオートラジオグラフを示す。 図29は、野生型および2つの突然変異チロシナーゼ遺伝子基質を用いて行っ た開裂反応の生成物を分離するゲルのオートラジオグラフを示す。 図30は、157ヌクレオチド〜1.587kbの種々の長さの野生型または突 然変異チロシナーゼ基質のいずれかを用いて行った開裂反応の生成物を分離する ゲルのオートラジオグラフを示す。 図31は、種々の濃度のMnCl2中で行った開裂反応の生成物を分離するゲ ルのオートラジオグラフを示す。 図32は、種々の濃度のKCl中で行った開裂反応の生成物を分離するゲルの オートラジオグラフを示す。 図33は、種々の反応時間で行った開裂反応の生成物を分離するゲルのオート ラジオグラフを示す。 図34は、種々の温度で行った開裂反応の生成物を分離するゲルのオートラジ オグラフを示す。 図35は、種々の量の酵素クリーブアーゼ(Cleavase)TMBNを用いて行った開裂 反応の生成物を分離するゲルのオートラジオグラフを示す。 図36は、DNA基質の4つの異なる調製物を用いて行った開裂反応の生成物 を分離するゲルのオートラジオグラフを示す。 図37は、4つの異なるチロシナーゼ遺伝子基質のセンスまたはアンチセンス 鎖上で行った開裂反応の生成物を分離するゲルのオートラジオグラフを示す。 図38は、2つの異なる濃度のKCl中4つの異なる温度で野生型β−ブロビ ン基質上で行った開裂反応の生成物を分離するゲルのオートラジオグラフを示す 。 図39は、5つの異なる濃度のKCl中2つの異なる突然変異β−ブロビン基 質上で行った開裂反応の生成物を分離するゲルのオートラジオグラフを示す。 図40は、野生型および3つの突然変異β−ブロビン基質上で行った開裂反応 の生成物を分離するゲルのオートラジオグラフを示す。 図41は、RNA基質上で行った開裂反応の生成物を分離するゲルのオートラ ジオグラフを示す。 図42は、酵素クリーブアーゼ(Cleavase)TMBNまたはTaqDNAポリメラーゼ のいずれかを5'ヌクレアーゼとして用いて行った開裂反応の生成物を分離する ゲルのオートラジオグラフを示す。 図43は、開裂反応の多重化を示すために二本鎖DNA基質上で行った開裂反 応の生成物を分離するゲルのオートラジオグラフを示す。 図44は、ヒトチロシナーゼ遺伝子のエキソン4に由来する419および42 2突然変異対立遺伝子よりなる二本鎖DNA基質上、種々の濃度のMnCl2中 で行った開裂反応の生成物を分離するゲルのオートラジオグラフを示す。 図45は、異なる標識をされた2つの基質(該チロシナーゼ遺伝子のエキソン 4に由来する野生型および422突然変異基質)を含む開裂反応に由来する開裂 断片についての2つのチャンネルシグナル(JOEおよびFAM蛍光染料)を表す 2つの記録を示す。細線は該JOE標識野生型基質を表し、太線はFAM標識4 22突然変異基質を表す。該記録上に、チロシナーゼ遺伝子のエキソン4に由来 する野生型および422突然変異対立遺伝子よりなる二本鎖DNA基質上で行っ た開裂反応の生成物を分離するゲルのオートラジオグラフを示す。 図46は、配列番号63〜68に対応する6つのSIVLTRクローンのヌク レオチド配列を示す。 図47は、(−)鎖の5'末端にビオチン標識を含有する6つの異なる二本鎖S IVLTR基質上で行った開裂反応の生成物を分離するゲルのオートラジオグラ フを示す。 図48は、(+)鎖の5'末端にビオチン標識を含有する6つの異なる二本鎖S IVLTR基質上で行った開裂反応の生成物を分離するゲルのオートラジオグラ フを示す。 図49は、種々の濃度のNaCl中で行った一本鎖開裂反応の生成物を分離す るゲルのオートラジオグラフを示す。 図50は、種々の濃度の(NH4)2SO4中で行った一本鎖開裂反応の生成物を 分離するゲルのオートラジオグラフを示す。 図51は、増大する濃度のKCl中で行った一本鎖開裂反応の生成物を分離す るゲルのオートラジオグラフを示す。 図52は、2種類の濃度のKCl中種々の反応時間で行った一本鎖開裂反応の 生成物を分離するゲルのオートラジオグラフを示す。 図53は、一本鎖または二本鎖形態の同一基質上で行った開裂反応の生成物を 分離するゲルのオートラジオグラフを示す。 図54は、種々の濃度のKCl中で行った二本鎖開裂反応の生成物を分離する ゲルのオートラジオグラフを示す。 図55は、種々の濃度のNaCl中で行った二本鎖開裂反応の生成物を分離す るゲルのオートラジオグラフを示す。 図56は、種々の濃度の(NH4)2SO4中で行った二本鎖開裂反応の生成物を 分離するゲルのオートラジオグラフを示す。 図57は、種々の反応時間で行った二本鎖開裂反応の生成物を分離するゲルの オートラジオグラフを示す。 図58は、5秒間または1分間、種々の量のクリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵 素を用いて行った二本鎖開裂反応の生成物を分離するゲルのオートラジオグラフ を示す。 図59は、種々の温度で行った二本鎖開裂反応の生成物を分離するゲルのオー トラジオグラフを示す。 図60は、種々の量のクリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素を用いて行った二本 鎖開裂反応の生成物を分離するゲルのオートラジオグラフを示す。 図61Aは、種々のpHを有する緩衝液中で行った一本鎖開裂反応の生成物を 分離するゲルのオートラジオグラフを示す。 図61Bは、7.5または7.8のいずれかのpHを有する緩衝液中で行った一 本鎖開裂反応の生成物を分離するゲルのオートラジオグラフを示す。 図62Aは、8.2または7.2のいずれかのpHを有する緩衝液中で行った二 本鎖開裂反応の生成物を分離するゲルのオートラジオグラフを示す。 図62Bは、7.5または7.8のいずれかのpHを有する緩衝液中で行った二 本鎖開裂反応の生成物を分離するゲルのオートラジオグラフを示す。 図63は、種々の量のヒトゲノムDNAの存在下で行った一本鎖開裂反応の生 成物を分離するゲルのオートラジオグラフを示す。 図64は、2つの異なる濃度のKCl中TflDNAポリメラーゼを用いて行っ た一本鎖開裂反応の生成物を分離するゲルのオートラジオグラフを示す。 図65は、2つの異なる濃度のKCl中TthDNAポリメラーゼを用いて行っ た一本鎖開裂反応の生成物を分離するゲルのオートラジオグラフを示す。 図66は、2つの異なる濃度のKCl中大腸菌(E.coli)Exo III酵素を用いて 行った一本鎖開裂反応の生成物を分離するゲルのオートラジオグラフを示す。 図67は、3つの異なるチロシナーゼ遺伝子基質(配列番号34、41および 42)上TthDNAポリメラーゼ、大腸菌(E.coli)Exo III酵素またはクリーブア ーゼ(Cleavase)TMBNのいずれかを用いて行った一本鎖開裂反応の生成物を分離す るゲルのオートラジオグラフを示す。 図68は、開裂構造体上の5'および3'開裂部位の位置を示す図面である。 図69は、3つの異なるチロシナーゼ遺伝子基質(配列番号34、41および 42)上クリーブアーゼ(Cleavase)TMBNまたはRad1/Rad10複合体のいずれかを用 いて行った一本鎖開裂反応の生成物を分離するゲルのオートラジオグラフを示す 。 図70は、野生型および2つの突然変異β−グロビン基質上で行った二本鎖開 裂反応の生成物を分離するゲルのオートラジオグラフを示す。 図71Aは、野生型および3つの突然変異β−グロビン基質上で行った一本鎖 開裂反応の生成物を分離するゲルのオートラジオグラフを示す。 図71Bは、5つの突然変異β−グロビン基質上で行った一本鎖開裂反応の生 成物を分離するゲルのオートラジオグラフを示す。 図72は、反応成分の添加の順序がさまざまである二本鎖開裂反応の生成物を 分離するゲルのオートラジオグラフを示す。 図73は、野生型および2つの突然変異p53基質上で行った開裂反応の生成 物を分離するゲルのオートラジオグラフを示す。 図74は、野生型および3つの突然変異p53基質上で行った開裂反応の生成 物を分離するゲルのオートラジオグラフを示す。 図75は、野生型および突然変異p53基質上で行う開裂反応であって該突然 変異および野生型基質がお互いに対して種々の濃度で存在する開裂反応の生成物 を分離するゲルのオートラジオグラフを示す。 図76では、HCVクローン1.1(配列番号108)、HCV2.1(配列番号 109)、HCV3.1(配列番号110)、HCV4.2(配列番号111)、HC V6.1(配列番号112)およびHCV7.1(配列番号113)を整列させて提供 する。 図77は、センスまたはアンチセンス鎖上で標識された6つの二本鎖HCV基 質上で行った開裂反応の生成物を分離するゲルのフルオロイメージャースキャン (fluoroimager scan)を示す。 図78は、野生型および2つの突然変異ヒト結核菌(M.tuberculosis)rpoB基 質上で行った開裂反応の生成物を分離するゲルのオートラジオグラムを示す。 図79Aは、dTTPまたはdUTPのいずれかを用いて調製した野生型およ び2つの突然変異ヒト結核菌(M.tuberculosis)rpoB基質上で行った開裂反応の 生成物を分離するゲルのフルオロイメージャースキャン(fluoroimager scan)を 示す。 図79Bは、より長時間の電気泳動後の図85Aに示すゲルのフルオロイメー ジャースキャン(fluoroimager scan)を示す。 図80は、センス鎖上で標識された野生型および3つの突然変異ヒト結核菌(M .tuberculosis)katG基質上で行った開裂反応の生成物を分離するゲルのオート ラジオグラムを示す。 図81は、アンチセンス鎖上で標識された野生型および3つの突然変異ヒト結 核菌(M.tuberculosis)katG基質上で行った開裂反応の生成物を分離するゲルの フルオロイメージャースキャン(fluoroimager scan)を示す。 図82は、大腸菌(E.coli)rrsE遺伝子(配列番号145)の配列に沿ったプラ イマーの位置を示す。 図83では、大腸菌(E.coli)rrsE(配列番号145)、カンピロバクター・ジ ェジュニ(Cam.jejuni)5(配列番号146)およびスタフィロコッカス・アウレウ ス(Stp.aureus)(配列番号147)rRNA遺伝子(共通PCRrRNAプライマ ーの位置が太字で示されている)を整列させて提供する。 図84は、4つの細菌16SrRNA基質上で行った開裂反応の生成物を分離 するゲルのフルオロイメージャースキャン(fluoroimager scan)を示す。 図85Aは、5つの細菌16SrRNA基質上で行った開裂反応の生成物を分 離するゲルのフルオロイメージャースキャン(fluoroimager scan)を示す。 図85Bは、5つの細菌16SrRNA基質上で行った開裂反応の生成物を分 離するゲルの細菌フルオロイメージャースキャン(fluoroimager scan)を示す。 図86は、種々の細菌16SrRNA基質上で行った開裂反応の生成物を分離 するゲルの細菌フルオロイメージャースキャン(fluoroimager scan)を示す。 図87は、8つの細菌16SrRNA基質上で行った開裂反応の生成物を分離 するゲルの細菌フルオロイメージャースキャン(fluoroimager scan)を示す。 図88は、天然に存在するデオキシヌクレオチドまたはデオキシヌクレオチド 類似体を用いて調製した野生型および突然変異チロシナーゼ遺伝子基質上で行っ た開裂反応の生成物を分離するゲルのオートラジオグラムを示す。 定義 本発明の理解を容易にするために、いくつかの語句を以下のとおり定義する。 「遺伝子」なる語は、ポリペプチドまたは前駆体の生成に必要な制御配列およ びコーディング配列を含んでなるDNA配列を意味する。該ポリペプチドは、完 全長コーディング配列により、または、所望の酵素活性が保持される場合に限り 該コーディング配列のいずれかの一部分によりコードされうる。 「野生型」なる語は、天然に存在する起源から単離された場合の遺伝子または 遺伝子産物の特徴を有する、遺伝子または遺伝子産物を意味する。野生型遺伝子 は、ある個体群中で最も頻繁に観察され、したがって該遺伝子の「正常」または 「野生型」形態と勝手きままに称されているものである。それに対し、「修飾( された)」または「突然変異体」なる語は、野生型遺伝子または遺伝子産物と比 較した場合、配列の修飾および/または機能的性質の修飾(すなわち、改変され た性質)を示す遺伝子または遺伝子産物を意味する。天然に存在する突然変異体 は単離することができ、これらは、野生型遺伝子または遺伝子産物と比較した場 合、改変された性質を有するという事実により同定されることが注目される。 本明細書中で使用する「組換えDNAベクター」なる語は、所望のコーディン グ配列、および特定の宿主生物中での作動可能的に結合した該コーディング配列 の発現に必要な適当なDNA配列を含有するDNA配列を意味する。原核生物中 での発現に必要なDNA配列には、プロモーター、所望により必要なオペレータ ー配列、リボソーム結合部位および可能な他の配列が含まれる。真核細胞は、プ ロモーター、ポリアデニル化シグナルおよびエンハンサーを利用することが知ら れている。 本明細書中で使用する「LTR」なる語は、プロウイルス(すなわち、レトロ ウイルスの組込み形態)の各末端に見いだされる長末端反復を意味する。該LT Rは、転写制御因子、ポリアデニル化シグナル、および該ウイルスゲノムの複製 および組込みに必要な配列を含む多数の調節シグナルを含有する。該ウイルスL TRは、U3、RおよびU5と称される3つの領域に分けられる。 U3領域は、エンハンサーおよびプロモーター因子を含有する。U5領域は、 ポリアデニル化シグナルを含有する。R(反復)領域は、U3領域およびU5領域 を分離し、R領域の転写配列は該ウイルスRNAの5'および3'の両末端に出現 する。 本明細書中で使用する「オリゴヌクレオチド」なる語は、2個以上、好ましく は3個以上、通常10個以上のデオキシリボヌクレオチドまたはリボヌクレオチ ドよりなる分子と定義される。正確な大きさは多数の因子に依存し、これらの因 子は今度は該オリゴヌクレオチドの究極機能または用途に依存する。該オリゴヌ クレオチドは、化学合成、DNA複製、逆転写またはその組み合わせを含むいず れの方法で生成させてもよい。 モノヌクレオチドは、1つのモノヌクレオチドペントース環の5'リン酸基が その隣の3'酸素にリン酸ジエステル結合を介して1方向に結合するような態様 で反応してオリゴヌクレオチドを生成するため、オリゴヌクレオチドの末端は、 その5'リン酸基がモノヌクレオチドペントース環の3'酸素に結合していないな ら「5'末端」と、その3'酸素が後続のモノヌクレオチドペントース環の5'リ ン酸基に結合していないなら「3'末端」と称される。本明細書では、たとえ核 酸配列がより大きなオリゴヌクレオチドの内部にある場合であっても、それが5 'および3'末端を有すると称することもある。 2つの異なる非オーバーラップオリゴヌクレオチドが同じ線状相補的核酸配列 の異なる領域に対してアニーリングし、一方のオリゴヌクレオチドの3'末端が 他方の5'末端に面する場合、前者を「上流」オリゴヌクレオチドと、後者を「 下流」オリゴヌクレオチドと称することがある。 「プライマー」なる語は、プライマー伸長が開始する条件下に置かれた場合、 合成開始点として作用する能力を有するオリゴヌクレオチドを意味する。オリゴ ヌクレオチド「プライマー」は、精製された制限消化物として天然に存在しても よいし、合成的に生成されてもよい。 プライマーは、鋳型の特異的配列の鎖に対して「本質的に」相補的となるよう 選ばれる。プライマーは、プライマー伸長が生じるよう、鋳型鎖とハイブリッド 形成するのに十分な程度に相補的でなければならない。プライマー配列は、鋳型 の正確な配列を反映している必要はない。例えば、非相補的ヌクレオチド断片が プライマーの5'末端に結合していてもよく、この場合、該プライマー配列の残 りの部分は該鎖に本質的に相補的となっている。ハイブリッド形成、およびそれ によるプライマー伸長生成物合成のための鋳型プライマー複合体形成に十分な程 度に、該プライマー配列が鋳型配列との相補性を有していれば、非相補的塩基ま たはより長い配列が該プライマー中に点在していてもよい。 「ハイブリッド形成」方法には、標的核酸(検出すべき配列)に対する相補的配 列のアニーリングが含まれる。相補的配列を含有する2つの核酸ポリマーが塩基 対合相互作用によりお互いを見いだしかつアニールしうることは、よく認識され ている現象である。MarmurおよびLane(Proc.Natl.Acad.Sci.USA 46:453(196 0))およびDotyら(Proc.Natl.Acad.Sci.USA 46:461(1960))による「ハイブリ ッド形成」過程の最初の観察の後、この過程はさらに洗練されて、現代生物学に 欠くことのできない手段となっている。それにもかかわらず、いくつかの問題に より、ヒト診断法における手段としてのハイブリッド形成の広範な規模での使用 が妨げられている。とりわけ解決困難な問題としては、1)ハイブリッド形成が 非効率的であること、2)ゲノムDNA混合物中、特異的標的配列の濃度が低い こと、および3)一部の相補的プローブおよび標的しかハイブリッド形成しない こと、が挙げられる。 効率に関しては、プローブ−標的複合体の可能な数のごく一部しかハイブリッ ド形成反応中で形成されないことが実験的に観察されている。これは、短いオリ ゴヌクレオチドプローブ(長さ100塩基未満)に特に当てはまる。これはつぎの 3つの根本的な原因による:a)二次および三次構造相互作用のため、ハイブリ ッド形成が生じ得ない、b)標的配列を含有するDNA鎖がその相補鎖に対して 再ハイブリッド形成(リアニーリング)する、およびc)いくつかの標的分子は、 標的核酸を固相に固定化するハイブリッド形成フォーマットで使用される場合、 ハイブリッド形成が阻害される。 プローブ配列が標的配列(すなわち、標的の一次構造)と完全に相補的である場 合であっても、標的配列はより高次構造の再配列を介して該プローブに近づかな ければならない。これらのより高次構造の再配列は、該分子の二次構造または三 次構造のいずれかに関与しているかもしれない。二次構造は分子内結合により決 定される。DNAまたはRNA標的の場合、これは、単一の連続塩基鎖内のハイ ブリッド形成(2つの異なる鎖間のハイブリッド形成とは対照的)よりなる。分子 内結合の程度および位置に依存して、該プローブが標的配列から離れ(置換され) 、ハイブリッド形成が阻害されうる。 変性二本鎖DNAに対するオリゴヌクレオチドプローブの液中ハイブリッド形 成は、より長い相補標的鎖が復元またはリアニーリングしうるため、一層複雑で ある。この場合もまた、ハイブリッド形成されたプローブがこの過程で離れる( 置換される)。この結果、プローブおよび標的の出発濃度に対するハイブリッド 形成の収率が低くなる(低カバリッジ(coverage))。 標的配列濃度が低いことに関しては、標的配列を含有するDNA断片は、通常 、ゲノムDNA中の存在量が比較的低い。このことは大きな技術的困難性を示す ものであり、オリゴヌクレオチドプローブを用いる最も一般的な方法は、このよ うな低いレベルでハイブリッド形成を検出するのに必要な感度を欠く。 この標的配列濃度の問題を解決するための1つの試みは、検出シグナルの増幅 である。最も多くの場合、これは、1以上の標識をオリゴヌクレオチドプローブ 上に配置することを必要とする。非放射性標識の場合、最も高度なアフィニティ ー試薬でさえ、オリゴヌクレオチドプローブを用いるゲノムDNA中の単コピー 遺伝子の検出には不適切であることが判明している。Wallaceら、Biochimie 67: 755(1985)を参照されたし。放射性オリゴヌクレオチドプローブの場合、非常に 高い特異的活性のみが満足な結果を示すことが判明している。StudenckiおよびW allace、DNA 3:1(1984)およびStudenckiら、Human Genetics 37:42(1985)を参照 されたし。 相補性に関しては、いくつかの診断的適用では、ハイブリッド形成が完全な相 補性を示すか部分的な相補性を示すかを判定することが重要である。例えば、病 原DNA(例えばウイルス、細菌、真菌、マイコプラズマ、原虫からのもの)の存 在または不存在を簡単に検出することが望まれる場合には、ハイブリッド形成法 がハイブリッド形成を保証することが重要であるにすぎない(関連配列が存在す る場合、部分相補的プローブおよび完全相補的プローブが共にハイブリッド形成 する条件を選択することができる)。しかしながら、他の診断的適用では、該ハ イブリッド形成法が部分的および完全相補性を識別する必要があるかもしれない 。遺伝的多形性を検出することに関心があるかもしれない。例えば、ヒトヘモグ ロビンは、部分的に4つのポリペプチド鎖よりなる。これらの鎖の2つは141 個のアミノ酸(α鎖)の同一鎖で、これらの鎖の2つは146個のアミノ酸(β鎖) の同一鎖である。β鎖をコードする遺伝子は、多形性を示すことが知られている 。 該正常対立遺伝子は、6位にグルタミン酸を有するβ鎖をコードする。該突然変 異対立遺伝子は、6位にバリンを有するβ鎖をコードする。このアミノ酸相違は 、臨床的に鎌状赤血球貧血として知られている意味深い(突然変異対立遺伝子に 関して個体がホモ接合である場合に最も意味深い)生理学的影響を有する。アミ ノ酸変化の遺伝的基礎に、正常対立遺伝子DNA配列と突然変異対立遺伝子DN A配列との間の単一塩基相違が含まれることはよく知られている。 部分的および完全相補性のどちらの場合にも同レベルのハイブリッド形成を許 容する方法は、他の技術(例えば制限酵素分析)と組み合わせなければ、典型的に はそのような適用に不適切である。該プローブは、正常および変異の両標的配列 にハイブリッド形成するであろう。ハイブリッド形成は、使用する方法に関係な く、アッセイされている配列(標的配列)と該試験を行うのに使用するDNA断片 (プローブ)との間に、ある程度の相補性を必要とする。(勿論、相補性が全くな くても結合を得ることができるが、この結合は非特異的であり、避けられるべき である。) 本明細書中で使用する核酸配列の相補性は、一方の配列の5'末端が他方の3' 末端と対合するように該核酸配列と整列した場合に「逆平行対合」となるオリゴ ヌクレオチドを意味する。天然核酸中で一般に見いだされないある塩基が本発明 の核酸中に含まれていてもよく、例えば、イノシン、7−デアザグアニンなどが 挙げられる。相補性は完全である必要はなく、安定な二重らせんが誤対合塩基対 または非対合塩基を含有していてもよい。核酸技術分野の当業者であれば、例え ばオリゴヌクレオチドの長さ、オリゴヌクレオチドの塩基組成および配列、イオ ン強度および誤対合塩基対の頻度を含む多数の変数を考慮して、二重らせんの安 定性を経験的に決定することができる。 核酸二重らせんの安定性は、融解温度、すなわち「Tm」により測定すること ができる。一定条件下での特定の核酸二重らせんのTmは、平均して塩基対の半 分が解離する温度である。 本明細書中で使用する「プローブ」なる語は、別の核酸中の配列と二重らせん 構造を形成する(その相手の核酸中の配列との該プローブ中の少なくとも1つの 配列の相補性による)、標識されたオリゴヌクレオチドを意味する。 本明細書中で使用する「標識」なる語は、検出可能な(好ましくは定量可能な) シグナルを得るのに使用することができ、核酸またはタンパク質に結合すること ができる、いずれかの原子または分子を意味する。標識は、蛍光、放射能、比色 分析、重量分析、X線回折または吸収、磁性、酵素活性などにより検出可能なシ グナルを与えるものであってもよい。 本明細書中で使用する「開裂構造体」なる語は、二次構造を含有する一本鎖核 酸基質の領域であって、酵素を含む(これに限定されるものではない)開裂手段に より開裂可能であるもの意味する。二次構造と関係なく(すなわち、基質の折り 畳みの必要なく)核酸分子を開裂するホスホジエステラーゼなどの作用物質によ る非特異的開裂の基質である核酸分子とは対照的に、該開裂構造体は前記開裂手 段による特異的開裂の基質である。 本明細書中で使用する「開裂手段」なる語は、開裂構造体を開裂する能力を有 するいずれかの手段を意味し、例えば酵素が挙げられるが、これに限定されるも のではない。該開裂手段としては、5'ヌクレアーゼ活性を有する天然DNAP( 例、Taq DNAポリメラーゼ、大腸菌(E.coli)DNAポリメラーゼI)、より詳 細には、5'ヌクレアーゼ活性を有するが合成活性を欠く修飾DNAPなどが挙 げられる。核酸鋳型中の天然に存在する構造体を開裂(構造特異的開裂)するとい う5'ヌクレアーゼが有する能力は、該核酸中の特異的配列を前もって知ること なく核酸中の内部配列相違を検出するのに有用である。このように、それらは構 造特異的酵素である。構造特異的酵素は、核酸分子中の特異的二次構造を認識し 、これらの構造体を開裂する酵素である。該開裂部位は該開裂構造体の5'側ま たは3'側のいずれにあってもよく、あるいは、該開裂部位は該開裂構造体の5' 側と3'側との間(すなわち、該開裂構造体の内部)にあってもよい。本発明の開 裂手段は、開裂構造体の形成に応答して核酸分子を開裂する。該開裂手段が、該 開裂構造体中のいずれかの特定の位置で該開裂構造体を開裂することは必ずしも 必要ではない。 該開裂手段は、5'ヌクレアーゼ活性を有する酵素に限定されるものではない 。該開裂手段は、クリーブアーゼ(Cleavase)TM、Taq DNAポリメラーゼ、大腸 菌(E.coli)DNAポリメラーゼIおよび真核構造体特異的エンドヌクレアーゼ 、 マウスFEN−1エンドヌクレアーゼ[HarringtonおよびLiener,(1994)Genes a nd Develop.8:1344]および子ウシ胸腺5'から3'エキソヌクレアーゼ[Murante, R.S.ら,(1994)J.Biol.Chem.269:1191]を含む種々の起源から提供されるヌク レアーゼ活性を含んでいてもよい。また、DNA修復エンドヌクレアーゼのファ ミリーのメンバー(例、キイロショウジョウバエ(Drosophila melanogaster)から のRrpI酵素、酵母RAD1/RAD10複合体および大腸菌(E.coli)Exo III)などの3'ヌ クレアーゼ活性を有する酵素も、本発明方法の実施に適した開裂手段である。 本明細書中で使用する「開裂生成物」なる語は、開裂手段を開裂構造体と反応 させること(すなわち、開裂構造体を開裂手段で処理すること)により生成される 生成物を意味する。 「核酸基質」および「核酸鋳型」なる語は、本明細書中で互換的に使用し、変 性させ再生させた(すなわち、鎖内水素結合の形成により折り畳ませる)場合に、 少なくとも1つの開裂構造体を形成する核酸分子を意味する。該核酸基質は、一 本鎖または二本鎖のDNAまたはRNAよりなるものであってもよい。 核酸基質に関して使用する「本質的に一本鎖」なる語は、該基質分子が主に一 本鎖核酸として存在することを意味し、鎖内塩基対合相互作用により一緒になる 二本の核酸鎖として存在する二本鎖基質とは対照的である。 核酸は、安定性のために塩基対合に依存する二次構造を形成する。一本鎖の核 酸(一本鎖DNA、変性二本鎖DNAまたはRNA)を異なる配列(また密接に関 連している配列)と共にそれら自体の上に折り畳ませた場合、それらは特徴的な 二次構造をとる。「上昇温度」にて該構造の二重らせん領域は不安定性の縁に追 いやられ、その結果、配列中の小さな変化の影響が最大になり、開裂パターンの 変化として現れる。すなわち、「上昇温度」は、折り畳まれた基質分子の一定の 二重らせん領域の二重らせんが融解する温度付近の温度である。ついで、おそら く、基質配列の改変により二重らせん領域の破壊が生じ、そのため、構造認識に 依存する開裂剤を該反応に用いた場合には、異なる開裂パターンが得られるであ ろう。いずれかの特定の理論に限定されるものではないが、標的(すなわち基質) 群中の個々の分子は、それぞれ、わずか1つまたは数個の潜在的開裂構造(すな わち二重らせん領域)をとり得ると考えられるが、該サンプルを全体として分析 した場合には、すべての開裂部位を示す複合パターンが検出される。活性開裂部 位として認識される構造の多くは、わずか数個の塩基対長であると考えられ、該 開裂反応中に上昇温度を用いた場合には不安定であると考えられる。それにもか かわらず、これらの構造の過渡形成により、前記開裂手段によるこれらの構造の 認識および開裂が可能となる。小さな配列変化に応答したこれらの構造の形成ま たは破壊により、開裂パターンが変化する。40〜85℃の範囲の温度(55〜 85℃の範囲が特に好ましい)が、本発明方法の実施に適した上昇温度である。 本明細書中で使用する「配列変異」なる語は、2つの核酸鋳型間の核酸配列の 相違を意味する。例えば、野生型構造遺伝子およびこの野生型構造遺伝子の突然 変異形態は、単一塩基置換および/または1以上のヌクレオチドの欠失または挿 入の存在により、配列が変化することがある。該構造遺伝子のこれらの2つの形 態は、互いに配列が変化すると言われている。該構造遺伝子の第2の突然変異形 態が存在することがある。この第2突然変異形態は、該野生型遺伝子と該遺伝子 の第1突然変異形態との両方から配列が変化すると言われている。しかしながら 、本発明では、配列変異を検出するために1以上の遺伝子形態の間で比較する必 要がないことが注目される。本発明方法は与えられた核酸基質に関して特徴的で 再現性のある開裂生成物パターンを与えるため、野生型または他の対照に関係な く、いずれかの核酸基質から特徴的な「フィンガープリント」が得られうる。本 発明では、対照と無関係に核酸を「フィンガープリンティング」し、基質核酸の 突然変異形態を野生型または公知の突然変異対照と比較することにより該基質核 酸の突然変異形態を同定する方法の使用が意図される。 本明細書中で使用する「遊離させる」なる語は、5'ヌクレアーゼの作用によ る、より大きい核酸断片(例えばオリゴヌクレオチド)から核酸断片を遊離させる ことを意味し、この場合、該遊離断片はもはや、該オリゴヌクレオチドの残りに 共有結合していない。 本明細書中で使用する「基質鎖」なる語は、5'ヌクレアーゼ活性により媒介 される開裂が生じる開裂構造体中の核酸鎖を意味する。 本明細書中で使用する「鋳型鎖」なる語は、該基質鎖に対して少なくとも部分 的に相補的であり、該基質鎖に対してアニーリングして開裂構造体を形成する、 該開裂構造体中の核酸鎖を意味する。 本明細書中で使用する「Km」なる語は、ある酵素についてのミカエリス・メ ンテン定数を意味し、与えられた酵素が酵素触媒反応においてその最大速度の2 分の1を与える特異的基質の濃度と定義される。 本明細書中で使用する「ヌクレオチド類似体」なる語は、7−デアザプリン( すなわち、7−デアザ−dATPおよび7−デアザ−dGTP)などの修飾され たまたは天然に存在しないヌクレオチドを意味する。ヌクレオチド類似体には塩 基類似体が含まれ、デオキシリボヌクレオチドおよびリボヌクレオチドの修飾形 態よりなる。核酸増幅混合物(例、PCR混合物)中に存在する基質に関して本明 細書で使用する場合の「ヌクレオチド類似体」なる語は、dATP、dGTP、 dCTPおよびdTTP以外のヌクレオチドの使用を意味し、したがって、PC RでのdUTP(天然に存在するdNTP)の使用は、該PCRでのヌクレオチド 類似体の使用を含む。dUTP、7−デアザ−dATP、7−デアザ−dGTP またはいずれかの他のヌクレオチド類似体を該反応混合物中で用いて生成させた PCR生成物は、ヌクレオチド類似体を含有すると言われる。 「遺伝子配列に合致するまたは相補的なオリゴヌクレオチドプライマー」は、 一本鎖または二本鎖の核酸の鋳型依存的合成を促進する能力を有するオリゴヌク レオチドプライマーを意味する。遺伝子配列に合致するまたは相補的なオリゴヌ クレオチドプライマーをPCR、RT−PCRなどで使用してもよい。 「共通遺伝子配列」は、2以上の遺伝子配列を比較することにより導き出され 、該遺伝子のあるセグメント中に最も多く存在するヌクレオチドを表す遺伝子配 列を意味する。該共通配列は規定配列である。 「多形性遺伝子座」なる語は、集団中のメンバー間で変異を示すような集団中 に存在する遺伝子座である(すなわち、最も一般的な対立遺伝子は0.95未満の 頻度を有する)。これに対し、「単形性遺伝子座」は、該集団のメンバー間で見 られるほとんどないか全くない変異の遺伝子座である(該集団の遺伝子プール中 の最も一般的な対立遺伝子が0.95の頻度を上回る遺伝子座と一般にみなされ ている)。 本明細書中で使用する「微生物」なる語は、小さすぎて肉眼で観察できない生 物を意味し、細菌、ウイルス、原虫、真菌および繊毛虫が含まれるが、これらに 限定されるものではない。 「微生物遺伝子配列」なる語は、微生物由来の遺伝子配列を意味する。 「1以上の微生物に由来する配列」なる語は、1つの微生物または2以上の微 生物の混合物から抽出された核酸配列を意味する。該微生物核酸配列よりなる開 裂構造体を形成させ次いで開裂するための処理の前に、該抽出配列をさらに核酸 増幅(例、ポリメラーゼ連鎖反応)などの処理に付してもよい。 「細菌」なる語は、真正細菌種および原始細菌種を含むいずれかの細菌種を意 味する。 「ウイルス」なる語は、自律複製能を有さない(すなわち、複製には宿主細胞 装置の使用を要する)偏性限外顕微鏡的細胞内寄生体を意味する。 「多剤耐性」なる語は、微生物の処理に使用される2以上の抗生物質または抗 微生物剤に耐性である微生物を意味する。 本明細書中で使用する「CFLPTM(クリーブアーゼ(Cleavase)TM断片長多形 性)分析」なる語は、核酸鎖をi)変性させ、ii)冷却し、さもなくば、鎖内二次 構造を形成させ、そしてiii)前記構造に応答して鎖内二次構造を有する核酸を認 識し開裂する開裂剤で開裂し、それにより該核酸基質に特徴的な断片の集合(す なわち開裂生成物)を与える反応の生成物の分析(多くの場合、電気泳動による) を意味する。対照または基準核酸基質と配列が異なる核酸基質は、この方法で分 析した場合、開裂生成物プール内の断片の改変された発現を示し、これは、該基 質間の前記の配列の相違の存在を示すものである。 発明の記載 本発明は、核酸を処理するための方法および組成物、特に、核酸配列および配 列変化を検出および特徴づけするための方法および組成物に関する。 本発明は、部位特異的方法で核酸開裂構造体を開裂するための手段に関する。 特に、本発明は、核酸合成能を阻害することなく5'ヌクレアーゼ活性を有する 開裂酵素に関する。 本発明は、天然耐熱性DNAポリメラーゼから改変されたDNA合成活性を示 す耐熱性DNAポリメラーゼ由来の5'ヌクレアーゼを提供する。該ポリメラー ゼの5'ヌクレアーゼ活性は保持されているが、その合成活性は減少しているか または喪失している。そのような5'ヌクレアーゼは、合成活性を阻害せずに、 核酸の構造特異的開裂を触媒する能力を有する。開裂反応中に合成活性が欠損し ているため、核酸開裂生成物は一定の大きさとなる。 本発明のポリメラーゼの新しい性質は、特異的核酸配列を検出する方法の基礎 を形成する。この方法は該検出分子の増幅に依るものであり、現存する特異的標 的配列検出方法の場合のような該標的配列自体の増幅に依るものではない。 DNAポリメラーゼ(DNAP)[例えば、大腸菌(E.coli)から単離されたも の、またはテルムス(Thermus)属の高温細菌から単離されたもの]は、新しいD NA鎖を合成する酵素である。公知DNAPのいくつかは、該酵素の合成活性に 加え、関連ヌクレアーゼ活性を含有する。 いくつかのDNAPは、DNA鎖の5'および3'末端からヌクレオチドを除去 することが知られている[Kornberg,DNA Replication,W.H.Freeman and Co. ,San Francisco,pp 127-139(1980)]。これらのヌクレアーゼ活性は、通常、そ れぞれ5'エキソヌクレアーゼ活性および3'エキソヌクレアーゼ活性と称されて いる。例えば、いくつかのDNAPのN−末端ドメインにある5'エキソヌクレ アーゼ活性は、DNA複製中のラギング鎖合成中のRNAプライマーの除去およ び修復中の損傷ヌクレオチドの除去に関与する。いくつかのDNAP、例えば大 腸菌(E.coli)DNAポリメラーゼ(DNAPEcl)も、DNA合成中にプルーフリ ーディングを起こす3'エキソヌクレアーゼ活性を有する(Kornberg、前掲)。 Taq DNAポリメラーゼ(DNAPTaq)と称されるテルムス・アクアチクス(Th ermus aquaticus)から単離されたDNAPは、5'エキソヌクレアーゼ活性を有 するが、機能的3'エキソヌクレアーゼドメインを欠く[TindallおよびKunkell ,Biochem.27:6008(1988)]。それぞれクレノウ断片およびストフェル(Stoffel) 断片と称されるDNAP EclおよびDNAP Taqの誘導体は、酵素的操作または 遺伝子操作の結果、5'エキソヌクレアーゼドメインを欠く[Brutlagら,Bioche m.Biophys.Res.Commun.37:982(1969): Erlichら,Science 252:1643(1991); SetlowおよびKornberg,J.Biol.Chem.247:232(1972)]。 DNAPTaqの5'エキソヌクレアーゼ活性には同時合成が必要であると報告さ れている[Gelfand,PCR Technology-Principles and Applications for DNA Amp lification(H.A.Erlich編),Stockton Press,New York,p.19(1989)]。DNA PTaqおよびDNAPEclの5'エキソヌクレアーゼ消化生成物のなかではモノヌ クレオチドが優勢となるが、短いオリゴヌクレオチド(12ヌクレオチド以下)も 観察することができ、このことは、これらのいわゆる5'エキソヌクレアーゼが エンドヌクレアーゼ的に機能できることを暗示するものである[Setlow,前掲; Ho llandら,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 88:7276(1991)]。 国際公開WO 92/06200号で、Gelfandらは、耐熱性DNAポリメラーゼの5'エ キソヌクレアーゼ活性の好ましい基質は置換一本鎖DNAであると示している。 該置換一本鎖DNAと該二重らせんDNAとの間でリン酸ジエステル結合が加水 分解されるが、この場合、好ましいエキソヌクレアーゼ開裂部位は二重らせん領 域中のリン酸ジエステル結合である。したがって、通常、DNAPと関連してい る5'エキソヌクレアーゼ活性は構造依存的一本鎖エンドヌクレアーゼであり、 より適切には5'ヌクレアーゼと称される。エキソヌクレアーゼは、核酸分子の 末端からヌクレオチド分子を開裂する酵素である。一方、エンドヌクレアーゼは 、末端部位ではなく内部で核酸分子を開裂する酵素である。いくつかの耐熱性D NAポリメラーゼと関連しているヌクレアーゼ活性は、エンドヌクレアーゼ的に 開裂するが、この開裂には、開裂されている分子の5'末端との接触が必要であ る。したがって、これらのヌクレアーゼは5'ヌクレアーゼと称される。 5'ヌクレアーゼ活性が真正細菌A型DNAポリメラーゼと関連している場合 、それは、独立した機能ドメインとして、該タンパク質のN−末端領域の3分の 1に見いだされる。該分子のC−末端の3分の2は、DNA合成を起こす重合ド メインを構成する。また、いくつかのA型DNAポリメラーゼは、該分子の3分 の2のC−末端領域に関連した3'エキソヌクレアーゼ活性を有する。 DNAPの5'エキソヌクレアーゼ活性および重合活性は、該ポリメラーゼ分 子のタンパク質分解開裂または遺伝子操作により分離されている。現在までに、 ポリメラーゼ活性をそのまま残しながら5'ヌクレアーゼ活性量を除去または減 少させるために、耐熱性DNAPが修飾されている。 DNAPEclのクレノウ断片または大きなタンパク質分解開裂断片はポリメラ ーゼ活性および3'エキソヌクレアーゼ活性を有するが、5'ヌクレアーゼ活性を 欠く。DNAPTaq(DNAPStf)のストフェル(Stoffel)断片は、該ポリメラー ゼ分子のN−末端の289個のアミノ酸を欠失させる遺伝子操作により5'ヌク レアーゼ活性を欠く[Erlichら,Science 252:1643(1991)]。国際公開WO 92/062 00号は、改変されたレベルの5'から3'エキソヌクレアーゼを有する耐熱性DN APを記載している。米国特許第5,108,892号は、5'から3'エキソヌクレアー ゼを有さないテルムス・アクアチクス(Thermus aquaticus)DNAPを記載して いる。しかしながら、分子生物学分野では、合成活性量がより減少した耐熱性D NAポリメラーゼを欠いている。 本発明は、5'ヌクレアーゼ活性を保持するが合成活性が減少しているかまた は全く無い耐熱性A型DNAポリメラーゼ由来の5'ヌクレアーゼを提供する。 該酵素の合成活性を5'ヌクレアーゼ活性から脱共役できることは、既に報告さ れているように(Gelfand,PCR Technology、前掲)該5'ヌクレアーゼ活性が同時 DNA合成を必要としないことを証明するものである。 本発明の記載は、I.耐熱性DNAポリメラーゼ由来の5'ヌクレアーゼの生 成、II.二次構造の検出のためのクリーブアーゼ(Cleavase)TM断片長多形性、II I.CFLPTM法を用いるp53腫瘍サプレッサー遺伝子中の突然変異の検出、 およびIV.CFLPTM法を用いる病原体の検出および同定に分けられる。 I.耐熱性DNAポリメラーゼ由来の5'ヌクレアーゼの生成 本発明の方法は、特異的核酸配列の検出に5'ヌクレアーゼを使用する。該5' ヌクレアーゼは耐熱性DNAポリメラーゼから誘導されてもよい。しかしながら 、本発明の方法は5'ヌクレアーゼの使用に限定されるものではなく、基質核酸 から特有の(すなわち特徴的な)開裂生成物パターンを生成させ得るいずれの開裂 剤を使用してもよい。5'ヌクレアーゼを使用しようとする場合には、以下に記 載するように、該5'ヌクレアーゼは耐熱性DNAポリメラーゼから誘導しても よい。 A型DNAポリメラーゼをコードする遺伝子は、DNA配列レベルで互いに約 85%の相同性を共有する。耐熱性ポリメラーゼの好ましい具体例としては、テ ルムス・アクアチクス(Thermus aquaticus)、テルムス・フラバス(Thermus flav us)、テルムス・サーモフィルス(Thermus thermophilus)などが挙げられる。し かしながら、5'ヌクレアーゼ活性を有する他の耐熱性A型ポリメラーゼも適当 である。図1および2では、前記の3つのポリメラーゼのヌクレオチド配列およ びアミノ酸配列を比較する。図1および2では、その3つの耐熱性DNAポリメ ラーゼのヌクレオチド(図1)またはアミノ酸(図2)配列の比較から得られた共通 または主要(majority)配列を最上列に示す。与えられた配列中のアミノ酸残基が 該共通アミノ酸配列中に含有されるものと同一であれば、これらの3つのポリメ ラーゼのそれぞれの配列中に点を付す。表示配列間の整列を最大にするために、 間隙を導入するのにダッシュ記号を使用する。与えられた位置に共通ヌクレオチ ドまたはアミノ酸が全く存在しない場合には、該共通配列中に「X」を付す。配 列番号1〜3は、その3つの野生型ポリメラーゼのヌクレオチド配列を示し、配 列番号4〜6はアミノ酸配列を示す。配列番号1は、YT−1株から単離された 野生型テルムス・アクアチクス(Thermus aquaticus)DNAポリメラーゼ遺伝子 の核酸配列に対応する[Lawyerら,J.Biol.Chem.264:6427(1989)]。配列番号 2は、野生型テルムス・フラバス(Thermus flavus)DNAポリメラーゼ遺伝子の 核酸配列に対応する[AkhmetzjanovおよびVakhitov,Nucl.Acids Res.20:5839( 1992)]。配列番号3は、野生型テルムス・サーモフィルス(Thermus thermophilu s)DNAポリメラーゼ遺伝子の核酸配列に対応する[Gelfandら,国際公開WO 91/ 09950号(1991)]。配列番号7〜8は、それぞれ、前記の3つのDNAPの共通 ヌクレオチド配列およびアミノ酸配列を示す(図1および2の最上列にも示す)。 耐熱性ポリメラーゼ由来の本発明の5'ヌクレアーゼは合成能が減少している が、天然DNAポリメラーゼと本質的に同じ5'エキソヌクレーゼ活性を保持す る。本明細書中で使用する「本質的に同じ5'ヌクレアーゼ活性」なる語は、該 修飾酵素の5'ヌクレアーゼ活性が、構造依存的一本鎖エンドヌクレアーゼとし て機能する(ただし、該非修飾酵素と比較して必ずしも同じ速度の開裂ではない) 能力を保持することを意味する。また、増大した5'ヌクレアーゼ活性を有する が減少した合成活性レベルを有する酵素を生成するように、A型DNAポリメラ ーゼは修飾されてもよい。減少した合成活性および増大した5'ヌクレアーゼ活 性を有する修飾酵素も、本発明で意図される。 本明細書中で使用する「減少した合成活性」なる語は、該修飾酵素が、該非修 飾または「天然」酵素で見いだされる合成活性レベルを下回る合成活性レベルを 有することを意味する。該修飾酵素は合成活性を全く残してなくてもよく、ある いは、以下に記載する検出アッセイでの該修飾酵素の使用を阻害しない合成活性 レベルを有していてもよい。本発明の5'ヌクレアーゼは、該ポリメラーゼの開 裂活性は望ましいが合成能は望ましくない場合(例えば、本発明の検出アッセイ の場合など)に有利である。 前記のとおり、該ポリメラーゼ合成を欠損させるのに必要な改変の性質により 本発明が限定されるとは意図されない。本発明は、1)タンパク質分解、2)組換 え構築物(突然変異体を含む)、3)物理的および/または化学的修飾および/ま たは阻害を含む(これらに限定されるものではない)種々の方法を意図する。 1.タンパク質分解 タンパク質分解酵素で非修飾酵素を物理的に開裂して、合成活性を欠損してい るが5'ヌクレアーゼ活性を保持している酵素断片を生成させることにより、減 少したレベルの合成活性を有する耐熱性DNAポリメラーゼを生成させる。タン パク分解消化の後、得られた断片を標準的なクロマトグラフィー技術により分離 し、DNAを合成し5'ヌクレアーゼとして作用する能力についてアッセイする 。合成活性および5'ヌクレアーゼ活性を測定する該アッセイについては、以下 に説明する。 2.組換え構築物 以下の実施例では、耐熱性DNAポリメラーゼ由来の5'ヌクレアーゼをコー ドする構築物を生成させる好ましい方法を記載する。A型DNAポリメラーゼは DNA配列が同様であるため、テルムス・アクアチクス(Thermus aquaticus)お よびフラバス(flavus)ポリメラーゼに用いるクローニング戦略を、他の耐熱性A 型ポリメラーゼにも適用できる。一般に、耐熱性A型DNAポリメラーゼを含有 する細菌から分子生物学的方法を用いてゲノムDNAを単離することにより、耐 熱性DNAポリメラーゼをクローニングする。このゲノムDNAを、該ポリメラ ーゼ遺伝子をPCRにより増幅する能力を有するプライマーにさらす。 ついで、この増幅されたポリメラーゼ配列を、標準的な欠失法に付して該遺伝 子のポリメラーゼ部分を欠失させる。適当な欠失法を以下の実施例に記載する。 以下の実施例では、5'ヌクレアーゼ活性を失うことなくDNAPTaqポリメラ ーゼドメインのどの部分を除去できるかを決定するのに用いる戦略を議論する。 該タンパク質からのアミノ酸の欠失は、突然変異またはフレームシフトによる該 コーディング遺伝物質の欠失または翻訳停止コドンの導入のいずれかにより行う ことができる。さらに、該タンパク質のセグメントを除去するために、該タンパ ク分子のタンパク質分解処理を行うことができる。 以下の実施例において、Taq遺伝子の特異的改変は、ヌクレオチド1601〜 2502(該コーディング領域の末端)の欠失、2043位での4ヌクレオチド挿 入、およびヌクレオチド1614〜1848およびヌクレオチド875〜177 8(番号づけは配列番号1のとおり)の欠失であった。これらの修飾配列は、以下 の実施例および配列番号9〜12に記載する。 当業者は、単一塩基対変化では酵素の構造および機能に害を及ぼさないものと 理解する。同様に、これらの酵素のエキソヌクレアーゼまたはポリメラーゼ機能 を本質的に変化させることなく、小さな付加および欠失が存在しうる。 他の欠失も、本発明の5'ヌクレアーゼの製造に適している。本発明の検出ア ッセイにおける5'ヌクレアーゼの使用を合成活性が阻害しないレベルにまで、 該欠失により該5'ヌクレアーゼのポリメラーゼ活性を減少させることが好まし い。該合成能が存在しないのが最も好ましい。以下に記載するアッセイの場合と 同様、合成および5'ヌクレアーゼ活性の存在に関して修飾ポリメラーゼを試験 する。これらのアッセイを十分検討することにより、未知構造の候補酵素のスク リーニングが可能となる。すなわち、以下に記載するプロトコルに従い構築物「 X」を評価して、それが、構造的にではなく機能的に定義される本発明の5'ヌ クレアーゼの属のメンバーであるか否かを判定することができる。 以下の実施例では、増幅されたテルムス・アクアチクス(Thermus aquaticus) ゲノムDNAのPCR生成物は、天然ゲノムDNAと同一のヌクレオチド構造を 有さず、もとのクローンと同じ合成能を有さなかった。ポリメラーゼ遺伝子のP CR増幅中のDNAPTaqの不忠実性により生じる塩基対変化も、ポリメラーゼ 遺伝子の合成能を不活性化させ得る1つの方法である。以下の実施例および図4 Aおよび5Aは、天然テルムス・アクアチクス(Thermus aquaticus)およびフラ バス(flavus)DNAポリメラーゼ中の領域が合成能に重要であるらしいことを示 す。該ポリメラーゼを不活性化しそうな他の塩基対変化および置換もある。 しかしながら、DNAポリメラーゼから5'ヌクレアーゼを生成させる方法を 、そのような突然変異増幅生成物から開始する必要は必ずしもない。これは、合 成欠損DNAPTaq突然変異体を得るために以下の実施例で行った方法であるが 、5'ヌクレアーゼを生成させるための欠失、挿入および置換の導入のための出 発物として野生型DNAポリメラーゼ配列を使用してもよいと当業者には理解さ れる。例えば、合成欠損DNAPTfl突然変異体を生成させるために、配列番号 13〜14に記載のプライマーを使用してテルムス・フラバス(Thermus flavus) AT−62株から該野生型DNAポリメラーゼ遺伝子を増幅した。ついで、該増 幅ポリメラーゼ遺伝子を制限酵素消化に付して、該合成活性をコードするドメイ ンの大部分を欠失させた。 本発明の核酸構築物が適当な宿主中で発現能を有することが、本発明で意図さ れる。効率的発現を得るために種々のプロモーターおよび3'配列を遺伝子構造 に結合させる方法は当業者に公知である。以下の実施例では、2つの適当なベク ターおよび6つの適当なベクター構築物を開示する。勿論、適当な他のプロモー ター/ベクターの組み合わせもある。本発明の核酸構築物の発現のために宿主生 物を使用することは必ずしも必要でない。例えば、核酸構築物によりコードされ るタンパク質の発現は、無細胞in vitro転写/翻訳系を使用することにより行っ てもよい。そのような無細胞系の一例は、商業的に入手可能なTnTTM共役網状赤 血球ライゼート系(Promega Corporation,Madison,WI)である。 適当な核酸構築物を作製したら、該構築物から5'ヌクレアーゼを製造しても よい。以下の実施例および標準的な分子生物学的教示により、異なる適当な方法 で該構築物を操作することが可能となる。 5'ヌクレアーゼが発現されたら、以下に記載するとおり、合成およびヌクレ アーゼの両活性について該ポリメラーゼを試験する。 3.物理的および/または化学的な修飾および/または阻害 熱安定性DNAポリメラーゼの合成活性は化学的および/または物理的手段に よって低下させることができる。ひとつの態様においては、ポリメラーゼの5'- ヌクレアーゼ活性により触媒される開裂反応がポリメラーゼの合成活性を優先的 に阻害する条件下に操作される。合成活性レベルは、何ら有意な合成活性を必要 としない開裂反応を妨害しないレベルの活性まで低下されることを必要とするの みである。 以下の実施例に示されるとおり、5mMより大きい濃度のMg--により天然DNA PTaqの重合活性が阻害される。合成活性が阻害されている条件下で5'-ヌクレア ーゼが機能する能力は、ある範囲の濃度のMg--(5−10mM)の存在下に以下に記載 する合成活性および5'-ヌクレアーゼ活性に関するアッセイを操作することによ り試験される。所定濃度のMg--の効果は、各アッセイについて標準反応と比較し た試験反応における合成および開裂の量を定量することにより測定される。 ほかのイオン、ポリアミン、変性剤例えば尿素、ホルムアミド、ジメチルスル ホキシド、グリセリンおよび非イオン界面活性剤(Triton X-100およびTween-20) 、核酸結合性化学物質例えばアクチノマイシンD、エチジウムブロミドおよびソ ラレンの阻害効果は、合成および5'-ヌクレアーゼアッセイのための標準反応緩 衝液へのそれらの付加により試験される。次に熱安定性ポリメラーゼの合成活性 に対する優先的な阻害作用を有する化合物を使用して、5'-ヌクレアーゼ活性( 開裂)が保持される一方で合成活性が低下または排除される反応条件をつくる。 ポリメラーゼの合成活性を優先的に阻害するために物理的手段を用いることが できる。例えば、熱安定性ポリメラーゼの合成活性は、ポリメラーゼを極端な熱 (代表的には96-100℃)に長時間(20分かまたはそれ以上)さらすことにより破 壊される。詳細な熱耐容性に関しては酵素のそれぞれに小さな相違しか存在しな いが、それらは容易に測定される。ポリメラーゼを種々の期間、熱で処理し、合 成活性および5'-ヌクレアーゼ活性に及ぼす熱処理の効果を測定する。 II.二次構造の検出のためのクリーブアーゼ(Cleavase)TM断片長多形現象 核酸は安定のために塩基対に依存する二次構造をとる。たとえ密接に関連する としても配列の異なる核酸の1本鎖(1本鎖DNA、変性DNAまたはRNA)が それら自体折り畳むことが可能な場合、それらは特徴的な二次構造をとる。構造 におけるこれらの相違により、密接に関連した配列を有するDNA断片間を分別 するための一本鎖コンホーメーション多形現象(SSCP)分析能が説明される。 ある種のDNAポリメラーゼの5'-ヌクレアーゼドメインは、配列特異的な様 式(制限エンドヌクレアーゼがそうであるように)よりむしろ特異的な構造で核 酸を認識および開裂させる特異的なエンドヌクレアーゼである。ここに記載され るDNAPTaqの単離されたヌクレアーゼドメイン(酵素クリーブアーゼ(Cleavas e)TMと呼ばれる)は末端で非塩基対ストランドを有する二本鎖の末端を認識する 。5'-末端を有するストランドは一本鎖と二本鎖の間の接合点で開裂される。 図3は野性型基質および突然変異体基質を示し、突然変異体基質は一つの塩基 変化(示されるようにAからGへの変化)が野性型と相違する。本発明の方法に よれば、基質構造物は核酸が変性されそしてそれら自身上に折り畳むことができ る場合に生ずる(図3、工程1および2参照)。変性工程は核酸を熱処理、低( <3)または高(>10)pH処理、低塩濃度の使用、カチオン、化学薬品(例えば 尿素、ホルムアミド)またはタンパク質(例えばヘリカーゼ)の非存在により達 成できる。核酸の折り畳みまたは再結合は、温度の低下、塩の添加、pHの中和、 化学薬品またはタンパク質の除去により達成される。 基質が折り畳む様式はその基質の配列の如何による。本発明の5'-ヌクレアー ゼは構造物を開裂させる。(図3、工程3参照)。生成する断片の終末点は開裂 部位の位置を反映する。開裂それ自身は、開裂部位での特定の配列にではなく、 特定の構造の形成に依存する。 本発明の5'-ヌクレアーゼが核酸基質を開裂させる場合、開裂産物または断片 の集合物が生成する。これら断片は核酸の検出できる特徴的なフィンガープリン トを構成する[(例えば、ゲル上での電気泳動による(工程4参照)]。核酸配列に おける変化(例えば野性型と突然変異体遺伝子との間の1点突然変異)は形成さ れる開裂構造物のパターンを変える。本発明の5'-ヌクレアーゼが基質の野性型 および変更されたかまたは突然変異形態物により形成された構造物を開裂させる 場合、生成する開裂断片の分布は2種の基質の間で相違して、2種の基質の配列 の相違を反映しているであろう(図3、工程5参照)。 クリーブアーゼ(Cleavase)TM酵素は基質核酸について特有の開裂産物パターン を生成する。大きい長さ(例えば1.6kb長)のDNA分子の1塩基変化を検出す るためにクリーブアーゼ(Cleavase)TM酵素での消化を用い、特徴的な開裂産物パ ターンを生成させることができる。本発明の方法は「クリーブアーゼ(Cleavase)TM 断片長多形現象(CFLPTM)」と呼ばれる。しかしながら、本発明は酵素クリーブ アーゼ(Cleavase)TMの使用に限定されるものではなく、好適な酵素的開裂活性は クリーブアーゼ(Cleavase)TM酵素、Taq DNAポリメラーゼ、E.coli DNAポ リメラーゼIおよび真核生物構造特異的なエンドヌクレアーゼを含む種々の起源 から提供されうることが注目される(例えば酵母RAD2タンパク質およびRAD1/RAD1 0複合体[Harrington,J.J.およびLiener(1994)Genes and Develop.8:1344] 、マウスFEN-1エンドヌクレアーゼ(HarringtonおよびLiener上記)および、子 牛胸腺5'→3'エキソヌクレアーゼ[Murante,R.S.ら、(1994)J.Biol.Chem.269 :1191])。事実、ここでは基質核酸に対し特有の開裂産物パターンを生成させる ために多数の酵素が使用できることを示す実際の実験データが提供される。CFLPTM 法に使用するのに好適であることがここで示される酵素には、クリーブアーゼ (Cleavase)TMBN酵素、Taq DNAポリメラーゼ、Tth DNAポリメラーゼ、Tfl DNAポリメラーゼ、E.coli ExoIIIおよび酵母RAD1/RAD10複合体が包含される 。 本発明は、3'エキソヌクレアーゼであることが文献上特徴づけられている酵素 を含む非常に多くの酵素がCFLPTM法で使用するのに好適でありうることを示す。 酵素がCFLPTM法における開裂手段としての使用に好適である(すなわち、基質核 酸にとって特有の開裂産物パターンを生成しうる)か否かを試験するために以下 の工程を採用する。以下に記載される工程を注意深く考慮することにより、CFLPTM 法における使用に関して任意の酵素(「酵素X」)の評価が可能となる。 当初のCFLPTM反応物は先に特性決定された基質核酸[例えばヒトチロシナーゼ 遺伝子(配列番号34)のエキソン4の157 ヌクレオチド断片]を用いて調製され る。基質核酸(約100fモル、この核酸鋳型は開裂産物の容易な検出を可能にする ために5'−末端または他の標識を含有しうる)を、その酵素(すなわち酵素X) の特徴づけられた活性にとって最適であると報告された反応条件を包含する溶液 中、薄壁マイクロ遠心チューブに入れる。例えば、もしその酵素XがDNAポリ メラーゼである場合は、当初の反応条件はポリメラーゼの重合活性にとって最適 であると報告されている緩衝液を使用するであろう。もし酵素Xがポリメラーゼ でない場合、またはもし特異的構成分が活性にとって何ら必要でないと報告され ている場合は、当初の反応物は基質核酸をpH7.2-8.2の1X CFLPTM緩衝液(10mM M OPS,0.05% Tween-20,0.05% Nonidet P-40)、0.2-1.0mM MnCl2を包含する溶液 中に入れることにより組み立てることができる。 基質核酸はサンプルチューブを95℃に5秒間加熱することにより変性され、次 に反応物を試験中の酵素にとって好適な温度まで冷却する(例えば、熱安定性ポ リメラーゼが試験中である場合は、開裂反応は72℃のような高められた温度で進 行しうる。もし中温酵素が試験中である場合は、開裂反応のためにチューブを37 ℃に冷却する)。変性および標的温度への冷却に続き、試験予定の酵素(すなわ ち酵素X、この酵素は所望の場合はpH8.2の1X CFLPTM緩衝液中に希釈すること ができる)の1−200単位を含有する溶液を添加することにより開裂反応を開始さ せる。 酵素X溶液の添加に続き、開裂反応を標的温度で2−5分間進行せしめる。次 に開裂反応を終止させ[これは停止溶液(95%ホルムアミド、10mM EDTA、0.05% ブロモフェノールブルー、0.05%キシレンシアノール)の添加により達成されう る]、そして開裂産物を任意の好適な方法を用いて解析および検出する(例えば 変性ポリアクリルアミドゲルでの電気泳動に続いて固形支持体に移し、そして非 アイソトープ検出)。生成する開裂パターンをCFLPTM最適化試験に関して以下に 記載する基準により調べる。 ある酵素はそれが基質核酸から特有の(すなわち特徴的な)開裂産物パターン を生成しうる場合にCFLPTM法での使用に適する。この開裂は酵素の存在に依存す ることが示されねばならない。加えて、酵素は所定の基質が同じ反応条件下に開 裂された場合に同じ開裂パターンを再現的に生成できねばならない。再現性に関 して試験するには、評価予定の酵素を同じ反応条件を用いて異なる機会に操作さ れた少なくとも2つの別の開裂反応に使用する。もし両方の機会に実質的に同じ 開裂パターンが得られる場合は、その酵素は開裂パターンを再現的に生成でき、 それゆえCFLPTM法での使用に適する。 中温菌に由来する酵素をCFLPTM反応で試験すべき場合は、それらは初めに37℃ で試験できる。しかしながら、これら酵素を開裂反応で比較的高い温度で使用す ることが望ましい可能性がある。ある範囲の温度にわたり核酸基質を開裂させる 能力は、その開裂反応が異なる基質間の配列変異(すなわち突然変異)を検出す るのに使用されている場合に望ましい。開裂パターンを左右しうる強力な二次構 造が1塩基変化によって不安定化される可能性はあまりなく、そしてそれゆえ突 然変異検出を妨害しうる。そこで、高められた温度を使用してこれら堅固な構造 を不安定性の瀬戸際にもってゆくことができ、それにより配列内の小変化の影響 を最大となし、そして開裂パターンにおける変化として明白なものとなすことが できる。中温酵素は当業上知られたある種の条件下37℃より高い温度で使用でき る。これらの条件には、反応条件における高濃度(すなわち、10-30%)のグリセ リンの使用が包含される。さらに、ある酵素は中温細菌から単離されうるが、こ の事実だけではその酵素が熱安定性を示していない可能性を意味しないことが注 目される。それゆえ、CFLPTM反応において中温酵素の適合性を試験する場合は、 反応は37℃およびそれより高い温度で操作されるべきである。あるいはまた、比 較的低温で核酸基質を不安定化するために緩和な変性剤を使用することができる (例えば1−10%ホルムアミド、−10%DMSOおよび1−10%グリセリンが熱不安 定化を模倣するために酵素反応において使用されている)。 5'ヌクレアーゼのような開裂手段を用いて分析できる核酸基質には多くの種類 のRNAおよびDNAの両方が包含される。かかる核酸基質はすべて標準的な分 子生物学的技術を用いて得ることができる。例えば、基質は組織サンプル、組織 培養細胞、細菌またはウイルスから単離でき、DNA鋳型からin vitro転写でき 、または化学的に合成できる。さらに、基質はゲノム物質としてまたはプラスミ ド若しくは同様の染色体外DNAとして細菌から単離することもでき、または制 限エンドヌクレアーゼまたは他の開裂剤での処理により生成されたかかる物質の 断片であることができ、または合成物であることができる。 基質はまたPCRを用いる増幅により生産することもできる。基質が一本鎖基質 分子であるべき場合は、その基質は一方のストランドの優先的増幅を伴うPCRに より生産できる(非対称PCR)。一本鎖基質はまた、他の方法で好都合に生成さ せることもできる。例えば、2本のストランドの一方の末端でビオチン標識を含 有する二本鎖分子をストレプトアビジン部分に連結された固形支持体(例えば磁 気ビーズ)に結合させることができる。ビオチン標識ストランドはストレプトア ビジン−ビーズ複合体に結合することにより選択的に捕捉される。続く開裂反応 は固形支持体に結合された基質を用いて実施できることが注目される。というの は、酵素クリーブアーゼ(Cleavase)TMはビーズに結合されたままの基質を開裂で きるからである。一本鎖基質はまた二本鎖分子から一方のストランドをエキソヌ クレアーゼで消化することによっても生産できる。 問題の核酸は開裂反応に続くそれらの検出を助けるために標識を含有しうる。 標識は核酸の5'または3'末端のいずれかに置かれたラジオアイソトープ(例えば32 P-または35S-標識ヌクレオチド)であることができるし、または標識は核酸全 体にわたって分布していることができる(すなわち内部的に標識された基質)。 標識は直接検出できる発蛍光団のような非アイソトープ検出可能部分であるかま たは二次試薬による特異的な認識が可能な反応基であることもできる。例えば、 ビオチン化核酸は指示薬(例えばアルカリホスファターゼまたは発蛍光団)に結 合されたストレプトアビジン分子を用いて探索することにより検出できるし、ま たはジゴキシゲニンのようなハプテンは同様の指示薬に結合された特異的な抗体 を用いて検出できる。あるいはまた、未標識核酸を開裂させそして染色(例えば エチジウムブロミド染色または銀染色)することによるか、または標識プローブ を用いるハイブリッド形成により可視化できる。好ましい態様においては、基質 核酸を5'末端でビオチン分子を用いて標識し、そしてアルカリホスファターゼに 結合されたアビジンまたはストレプトアビジンを用いて検出する。別の好ましい 態様においては、基質核酸を5'末端でフルオレセイン分子を用いて標識し、抗− フルオレセイン抗体−アルカリホスファターゼ結合体を用いて検出する。 開裂パターンは実質的に反応における基質の部分的消化物である。基質を一方 の末端で標識すると(例えばビオチンで)、すべての検出しうる断片が共通の末 端を共有する。活性開裂部位として認識される構造の多くはほんの数塩基対長で ある可能性があり、そしてクリーブアーゼ(Cleavase)TM反応で用いられた高めら れた温度で不安定であることが明らかとなろう。小さな配列変化に応答したこれ ら構造物の形成または崩壊により、開裂パターンの変化が生ずる。 開裂反応の産物は、投入核酸の構造特異的な開裂により生成された断片の集合 物である。寸法の異なる核酸を分析し、そして電気泳動、クロマトグラフィー、 蛍光分極、質量分光測定および細片(chip)ハイブリダイゼーションを含む多数 の方法により解析できる。本発明を電気泳動分離を用いて説明する。しかしなが ら、開裂産物の解析は電気泳動に限定されないことは注目される。電気泳動は本 発明の方法を説明するために選択される。なぜなら電気泳動は当業上広く実施さ れており、そして平均的な実施者にとって容易に手掛けることができるからであ る。 もし分析用に豊富な量のDNAを入手できる場合は、開裂断片の検出に直接蛍 光を使用し、同じチューブ及び同じゲルで数種のサンプルを分析する可能性をも たらすことが好都合でありうる。この「多重化」により、遺伝子の野性型および 突然変異型のような密接に関連した基質の自動化された比較が可能となろう。 CFLPTM反応は同様の核酸分子間の相違を迅速に選別するのに有用である。任意 の所望の核酸系(例えば野性型核酸および野性型核酸の一つまたはそれ以上の突 然変異体形)に関するCFLPTM反応を最適なものとなすには、最善のCFLPTM反応条 件を判定するために試験系からの一つの基質(例えば野性型基質)を使用するの が最も好都合である。一つの好適な条件が、対象となる問題の他の分子について の比較CFLPTM反応を行うために選択される。例えば、開裂反応は野性型配列に関 して最適化でき、そして突然変異体配列を次に野性型パターンと比較するために 同じ条件下に開裂させることができる。CFLPTM最適化試験の目的は、試験分子に 、構造特異的な開裂剤、例えばクリーブアーゼ(Cleavase)TM酵素またはDNAPT aqでの処理が開裂産物のサイン列を生ずるに十分に安定であるがしかし試験分子 内の小さなまたは一塩基変化が開裂産物の列に顕著な変化を生ずる可能性がある に十分不安定であるストランド内構造の一団(すなわち集団)を形成せしめるよ うな条件セットの同定である。 下記論議により一本鎖基質と共に使用するためのCFLPTM法の最適化を説明する 。 塩濃度および温度の変動を伴う一団の反応条件を初めに実施して、一本鎖CFLPTM のための最適の条件セットを同定する。「最適CFLPTM」はこの試験例では電気 泳動による分離後にバンド間に最も一様なシグナル強度を有し、最も広く空間を 占めるバンドのセットを生ずる条件セットとして定義される。 核酸構造物の安定性に有意に影響する開裂反応の2つの要素は、開裂反応が実 施される温度および反応溶液中の塩の濃度である。同様に、ホルムアミド、尿素 または極端なpHのような核酸構造に影響する他の因子を使用することもできる。 当初の試験は代表的には、4種の温度(50℃、55℃、60℃および65℃)で3種の 異なる塩濃度(0mM、25mMおよび50mM)で実施される合計12種の個々の反応を包 含する。本発明は用いられた塩に限定されることを意図するものではない。利用 される塩は塩化カリウム、塩化ナトリウム、等から選択でき、塩化カリウムが好 ましい塩である。 試験予定の塩濃度のそれぞれについて、DNA基質、緩衝液および塩を含有す るマスター混合物30μlを調製する。基質がDNAである場合は、好適な緩衝液 にはpH6.5-9.0の3-[N-モルホリノ]プロパンスルホン酸(MOPS)が包含され、pH7 .2-8.4が特に好ましく、および他の「良好な」生物学的緩衝液、例えばpH6.5-9. 0のトリス[ヒドロキシメチル]アミノメタン(トリス(Tris))またはN,N-ビス[2- ヒドロキシエチル]グリシン(Bicine)が包含され、pH7.5-8.4が特に好ましい。核 酸基質がRNAである場合は、緩衝液のpHは6.0-8.5の範囲に低下され、pH6.0-7 .0が特に好ましい。反応物中にマンガンを二価カチオンとして使用予定の場合は トリス緩衝液の使用は好ましくない。もし二価カチオンが緩衝液に長期間(例え ば5分間を越えるインキュベーションまたは原緩衝液の貯蔵におけるような)さ らされる場合は、マンガンはトリス中に酸化マンガン(II)として沈殿する傾向 がある。マンガンを二価カチオンとして使用予定の場合は、好ましい緩衝液はMO PS緩衝液である。 塩を含有しない反応(「0mM KCl」混合物)に関しては、この混合物は1.7mM MnCl2またはMgCl2(二価カチオンの最終濃度は1mMであろう)を含有する1X CFL PTM緩衝液(10mM MOPS,pH7.2-8.2)30μl中の5消化物に関する充分に検出しう るDNAを包含する(例えば5'ビオチン化DNA約500fモルまたは32P-5'末 端標識DNA約100fモル)。他の濃度の二価カチオンは、もし選択された開裂剤 にとって適当であるならば使用できる(例えば、E.coliDNAポリメラーゼIは 通常5mM MgCl2を含有する緩衝液中で使用される)。「25mM KCl」混合物は上記 成分に加え41.5mM KClを包含し、「50mM KCl」混合物は上記成分に加え83.3mM K Clを包含する。 混合物は標識された反応チューブ(0.2ml,0.5mlまたは1.5mlの「エッペンド ルフ」様式マイクロ遠心チューブ)中に6μlずつ分配し、軽質ミネラルオイル または同様の障壁で被覆し、そして使用時まで氷上で貯蔵する。MnCl2を含有し ない1X CFLPTM緩衝液中における好適な濃度の5'ヌクレアーゼを包含する60μlの 酵素希釈カクテルを組み立てる。好ましい5'ヌクレアーゼおよび濃度はクリーブ アーゼ(Cleavase)TMBN酵素25-100ngであり、25ngまたはTaq DNAポリメラーゼ (または他のユーバクテリアPol A型DNAポリメラーゼ)の5ユニットが特に 好ましい。MnCl2を含有しない1X CFLPTM緩衝液中における同様の構造特異的な開 裂剤の好適な量も使用できる。 もし強力な(すなわち安定な)二次構造が基質により形成される場合は、一つ のヌクレオチド変化がその構造、またはそれが生成する開裂パターンを有意に変 更させそうではない。構造物を不安定性の瀬戸際に追いやるために高められた温 度を使用でき、それにより配列における小変化の効果を最大となし、そして標的 基質内の開裂パターンにおける変更として顕在化させ、こうしてそのポイントで 開裂反応を起こさせることができる。結果として、反応を高められた温度(すな わち、50℃より上)で操作することがしばしば望ましい。 好ましくは、反応は50℃、55℃、60℃および65℃で行われる。試験予定の各温 度に関しては、3種のKCl濃度のそれぞれで3とおりのチューブを95℃に5秒間 保ち、次に選択された温度に冷却する。次に酵素カクテル4μlの添加により直 ちに反応を開始させる。これらの反応条件下における核酸安定性を査定するため に2重の3とおりのチューブを包含させることができる(これらのチューブに酵 素またはMnCl2を含有しない1X CFLPTM緩衝液4μlが注がれる)。すべての反応 は5分間進行し、そして20mM EDTAおよび0.05%キシレンシアノールおよび0.05 %ブロモフェノールブルーを含有する95%ホルムアミド8μlの添加により停 止させる。反応物は必要ならば氷上で組み立て、貯蔵される。完結した反応物は 反応シリーズにおけるすべてが実施されるまで氷上で貯蔵される。 サンプルを72℃に2分間加熱し、そして各反応物の3−7μlを適当なゲル、 例えば約1.5kbまでの核酸用として、pH8.3の45mMトリスボレート緩衝液中の7M尿 素、1.4mM EDTAを含有する6-10%ポリアクリルアミド(19:1架橋)、またはそれ より大きい分子用として天然のまたは変性性アガロースゲルによる電気泳動によ り解析する。核酸は前記したようにして染色、オートラジオグラフィー(ラジオ アイソトープのための)によるかまたはナイロンまたは他のメンブラン支持体に 移行させ、続いてハイブリダイゼーションおよび/または非アイソトープ検出に より可視化することができる。生成したパターンを前記した基準により検査し、 そして変異体比較CFLPTMの性能に関して反応条件を選択する。 「酵素なし」対照により、特定の反応条件下における核酸基質の安定性を査定 できる。この場合、酵素以外のすべての反応成分を含有するチューブに基質を入 れ、酵素含有反応と同じ処理をする。他の対照反応を行うこともできる。新たな 突然変異体基質を試験する毎に野性型基質を開裂させることができる。あるいは また、異なる突然変異を含有することが疑われる基質と平行して先に特性決定さ れた突然変異体を操作することもできる。先に特性決定された突然変異体により 、新たな試験基質により生成された開裂パターンを既知開裂パターンと比較する ことができる。この方法で、新たな試験基質における変更を確認できる。 一本鎖基質の開裂により生成されたCFLPTMパターンが過度に強力な(すなわち 強い)バンドを含有する場合、このことは非常に安定した構造の存在を示す。好 ましいシグナル再分布法は構造安定性を増大させるため反応条件を変更すること である(例えば、開裂反応温度を低下させる;1価塩濃度を上げる)。これによ り他のより安定性の劣る構造がより有効に開裂について競合できる。 CFLPTM反応を二本鎖基質の開裂に関して最適化すべき場合は、以下の工程を採 用する。2,000塩基対までの二本鎖DNA基質の開裂はこの方法で最適化できる 。 二本鎖基質は、当業上知られた任意の方法を用いて、それが一つの末端標識を 含有するように調製される。最適化反応で使用されるDNAのモル量は、一本鎖 基質を利用する反応の最適化に用いられるそれと同じである。一本鎖対二本鎖基 質のCFLPTM反応最適化の間の最も著明な相違は、二本鎖基質が緩衝液を含有しな い蒸留水中で変性されること、反応物中のMnCl2濃度が0.2mMに低下されること、 KCl(または他の1価塩)が省かれること、および酵素濃度が反応あたり10−25n gに低下されることである。1価塩(例えばKCl)の濃度の変動が決定的に重要な 制御ファクターである一本鎖CFLPTM反応の最適化(前記)と対照的に、二本鎖CF LPTM反応の最適化においては温度範囲が反応の最適化にとってより決定的に重要 な制御ファクターである。二本鎖CFLPTM反応を最適化する場合、基質および以下 に記載する他の成分を含有する反応チューブは下記温度:40℃、45℃、50℃、55 ℃、60℃、65℃、70℃、および75℃のそれぞれで反応を行いうるように設定され る。 試験予定の各温度については、一本末端標識二本鎖DNA基質および15μl容 量の蒸留水を含有する混合物を調製し、そして薄壁マイクロ遠心チューブ中に入 れる。この混合物を軽質ミネラルオイルまたは液状ワックスで被覆することがで きる(この被覆は一般的に必要とされるわけではないが、しかしいくつかの二本 鎖DNA基質でより一貫した結果を生ずるであろう)。 MnCl2の2mM溶液を調製する。それぞれのCFLPTM反応には、10X CFLPTM緩衝液 (pH7.2-8.2の100mM MOPS,0.5% Tween-20,0.5% Nonidet P-40)の2μl、2mM MnCl2の2μlおよびクリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素25ngおよび蒸留水を加 えて最終容量5μlとしたものを含有する希釈酵素溶液5μlを調製する。 DNA混合物を95℃に10-30秒間加熱し、次にそれぞれのチューブを試験予定 の反応温度(例えば40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、および75℃) に冷却する。開裂反応は各チューブに標的反応温度で希釈酵素溶液5μlを加え ることにより開始する。反応物を標的温度で5分間インキュベートし、反応を終 止させる(例えば、10mM EDTAを含有する95%ホルムアミドおよび0.05%キシレ ンシアノールおよび0.05%ブロモフェノールブルーからなる停止溶液16μlの添 加による)。 サンプルを72℃に1−2分間加熱し、そして各反応物の3−7μlを適当なゲ ル、例えば約1.5kbまでの核用としてpH8.3の45mMトリスボレート緩衝液中の7M尿 素、1.4mM EDTAを含有する6-10%ポリアクリルアミド(19:1架橋)、またはそ れより大きい分子用として天然のまたは変性性アガロースゲルによる電気泳動に より解析する。核酸は前記したようにして染色、オートラジオグラフィー(ラジ オアイソトープのための)によるかまたはナイロン製または他のメンブラン支持 体に移行させ、続いてハイブリダイゼーションおよび/または非アイソトープ検 出により可視化することができる。生成したパターンを前記した基準により検査 し、そして二本鎖CFLPTMの性能に関して反応条件を選択する。対照反応は、核酸 安定性を査定するために、または参照用パターンを生成させるために前記したよ うにして操作することができる。 二本鎖CFLPTM反応を遂行する場合、MnCl2濃度は0.25mMを越えないことが好ま しいであろう。もし二本鎖DNA基質上の末端標識が消失する(すなわち、開裂 産物の検出に際してシグナルの消失により判定して5'末端標識を失う)場合は、 MnCl2濃度は0.1mMに低下されうる。DNA貯蔵緩衝液中に存在する任意のEDTAは 反応中の遊離のMn2-の量を減少させるであろう。従って、二本鎖DNAはEDTA濃 度0.1mMまたはそれ以下のトリス−HCl中または水中に溶解させるべきである。 核酸基質を一方の末端で(例えばビオチンまたは32Pを用いて)標識する場合 、すべての検出可能な断片は共通の末端を共有する。短いDNA基質(250ヌク レオチドより小)には、酵素(例えばクリーブアーゼ(Cleavase)TMBN)の濃度お よびインキュベーションの長さはシグナル強度の分布に最小限の影響しか及ぼさ ず、このことは開裂パターンが核酸基質により想定される単一構造物の部分消化 物ではなく、むしろ基質により形成された安定な構造物の集合物の比較的完全な 消化物であることを示している。比較的長いDNA基質(250ヌクレオチドより 大)では、各構造物に多重の開裂部位を有する機会がより多く、何ら残留完全長 物質が存在しないことにより示されるような明らかな過剰消化を来す。これらの DNA基質については、酵素濃度は開裂反応では低下させることができる(例え ばもし当初50ngのクリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素を使用しそして過剰消化が 明らかな場合、酵素濃度は反応あたり25、10または1ngまで低下させることがで きる)。あるいはまた、開裂速度を弱めるためにMn2-およびMg2-の組み合わせ物 をCFLPTM緩衝液中に使用することができる。前記したように0.2mM MnCl2が(一 本鎖または二本鎖核酸基質のいずれかと共に)CFLPTM反応に使用される場合、Mn2- に加えて1mM Mg2-の使用により開裂速度が低下する。図30で見られる1059bpア ンプリコン(amplicon)の場合、開裂速度はおよそ3分の一に低下する(Mn2-単 独に比較したMn2-/Mg2-混合物において)。もし0.2-1.0mM Mn2-の存在下に基質 を反応温度で2−5分間インキュベートした場合に過剰消化が観察されるならば 、0.2mM Mn2-/1mM Mg2-混合物が5−20分の反応時間と共に使用できる。 ビオチン標識を含有する一本鎖または二本鎖基質のいずれかの開裂により生成 された開裂産物は、下記の非アイソトープ検出方法を用いて検出できる。以下の 記載は説明のためのみに掲げる。当業者はビオチン標識産物を検出するための代 替法を承知している。反応生成物を電気泳動したのち、ゲルプレートを分離する とゲルが一つのプレート上に平坦に残る。寸法に切断され、0.5X TBE(45mMトリ スボレート,pH8.3、1.4mM EDTA)中で予め湿潤させた正に荷電したナイロンメ Schleicher and Schuell,Keene,NH)を露出されたゲルの頂点にのせる。ゲル とメンブランとの間に捕捉された全ての空気泡を除去する(例えばメンブランを しっかりと横切って10mlピペットを転がすことによる)。次に3MM濾紙(Whatma n)2片をメンブランの頂点にのせ、他のガラスプレートを戻し、そしてそのサ ンドイッチをバインダークリップで締めるかまたは本または重量物で圧する。こ の移行を2時間ないし一夜進行させる(シグナルは移行が長くなるほど増大する )。 移行後、メンブランを注意深くゲルから剥がして風乾する。絞り出しボトルか らの蒸留水をメンブランに固着したゲルを解き放つのに使用できる。完全に乾燥 したのち、メンブランを1.2Xシークエナーゼイメージズブロッキング緩衝液(Se quenase Images Blocking Buffer(United States Biochemical,Cleveland,OH 、デカンテーションまたは濾過によりブロッキング緩衝液中のすべての沈殿を除 く))中で30分間かきまぜる。メンブラン1cm2あたり0.3mlの緩衝液が使用され る(例えば10cm×10cmブロットにつき30ml)。ストレプトアビジン−アルカリホ スファターゼ結合体(SAAP,United States Biochemical)を1:4000の希釈度で ブロッキング溶液に直接加え(メンブランに直接スポットするのを避ける)、そ して15分間かき混ぜる。メンブランをdH2Oで簡単にすすぎ、ついでメンブラン cm2あたり0.5mlの緩衝液を使用して0.1%ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)を含有す る1X SAAP緩衝液(100mM トリス-HCl,pH10、5mM NaCl)中で3回洗浄する(1 洗浄あたり振盪5分間)。各洗浄の間は軽く水ですすぐ。次にメンブランを1mM MgCl2を含有する1X SAAP緩衝液(SDSなし)中で2回洗浄し、完全に水を切り、 そしてプラスチック製ヒートシール可能なバッグに入れる。滅菌ピペット先端を 用い、バッグにCDP-StarTM(Tropix,Bedford,MA)の0.05ml/cm2を加え、メンブ ラン全体に5分間分配させる。過剰の液体および空気泡すべてをメンブランから 排除し、シールし、そしてメンブランをX-線フィルム(例えばKodak XRP)に30 分間露出させる。露出時間は解析および明解度にとっての必要に応じて調整され る。 今日まで、CFLPTMシステムで試験されたすべての核酸基質は再現性のある断片 パターンを生成している。開裂反応の感度および特異性により、この分析方法が 癌の診断、組織分類、遺伝子同定、細菌およびウイルス分類、多形現象分析、構 造分析、遺伝子交差における突然変異体スクリーニング、等における突然変異の 迅速なスクリーニングにとって非常に好適なものとなっている。これは増強され たRNA分析、高レベル多重化およびより長い断片への伸張にも応用できよう。 核酸の特性決定にクリーブアーゼ(Cleavase)TM反応を使用することの一つの明確 な利点は開裂産物のパターンが特徴的なフィンガープリントを構成し、従ってあ りうる突然変異体を配列決定することなく以前に特性決定された突然変異体と比 較できることである。また、断片パターン中の変化が観察される場所が、突然変 異の位置の良い指標を与える。しかし突然変異は開裂の正確な部位である必要は なく、その構造の安定性に影響する領域にある必要があるのみであることに注意 すべきである。 III.CFLPTM法を用いるp53腫瘍サプレッサー遺伝子における突然変異の検出 腫瘍サプレッサー遺伝子は組織ホメオスタシスにとって重要な細胞増殖および 種々の他の過程を制御する。これらのうち最も広範に研究されたものの一つ、p5 3遺伝子は、癌細胞の増殖を抑制しうるのみならず細胞トランスフォーメーショ ンを阻害しうる細胞サイクル機構の調節体をコードする(Levine,Annu.Rev.B iochem.62:623[1993])。正常なp53機能を変更または消し去る腫瘍サプレッサ ー突然変異は通常である。 p53腫瘍サプレッサー遺伝子における突然変異はヒトの癌の全例のおよそ半分 で見られ、それがp53遺伝子における変化を遺伝子レベルで知られた最も普通の 癌関連遺伝子変化となしている。野性型または非突然変異形では、p53遺伝子は3 93アミノ酸からなる53kDの核燐タンパク質をコードしており、このものは細胞性 増殖の制御に関与している。p53遺伝子における突然変異は一般的に(90%以上 )、タンパク質の不活性化を引き起こすナンセンス変異よりむしろアミノ酸の同 一性に変化を引き起こすミスセンス変異である。ヒト腫瘍で見られる高頻度のp5 3突然変異は、ミスセンス変異が腫瘍サプレッサー機能の喪失および腫瘍遺伝子 機能の獲得の両方を引き起こすという事実に起因すると仮定されている(Lane,D .P.and Benchimol,S.,Genes Dev.4:1(1990))。 p53 タンパク質をコードする遺伝子は大きくて20,000塩基対にわたっており、 11個のエキソンに分割される(図4参照)。突然変異の存在に関して大きなp53 遺伝子を走査する能力は重要な臨床的用途を有する。幾種かの主要なヒト癌では 、腫瘍p53突然変異の存在は予後の悪さと関連する。p53突然変異はリンパ節陰性 乳癌における生存低下の、臨床家がより攻撃的な治療処置に関する決定に到達す るのを助けうる所見である独立したマーカーであることが示されている。また、 Loweおよび共同研究者は、腫瘍細胞の照射または化学療法に対する傷つき易さは p53依存性アポトーシスを破壊する突然変異により大きく低下されることを示し ている(Loweら、Cell 74:957(1995)). およそ10,000個の腫瘍からのp53遺伝子の領域がここ4−5年の間に配列決定 されており、その結果3,700を越える突然変異で特性決定され、そのうち約1,200 が独立したp53突然変異である(すなわち、点突然変異、挿入または欠失)。デ ータベースが編集され、ヨーロッパ分子生物学ライブラリー(European Molecul ar Biology Laboratory(EMBL)データライブラリーに寄託されており、そして電 子形態で入手できる[Hollstein,M.ら、(1994)Nucleic Acids Res.22:3551およ びCariello,N.F.ら、(1994)Nucleic Acids Res.22:3549]。加えて、データベ ース中の情報を分析するためにIBM PC両立式のソフトウェアパッケージが開発さ れている[Cariello ら、Nucleic Acids Res.22:3551(1994)]。データベー ス中の点突然変異はPCR増幅産物のDNA配列決定により同定された。大抵の場 合、SSCPまたはDGGEによる突然変異の予備スクリーニングが行われた。 p53突然変異の分析では、p53遺伝子は進化論上高度に保存されたタンパク質ド メイン(ECD)間の緊密な相関を示し、トランスフォーメーション過程に特異的に 関与すると思われるヒト腫瘍の最も頻繁に突然変異する5個のホットスポット領 域(HSR)を含有することが示される(図4参照。バーの高さは5つのHSRと関連 する総突然変異の相対的なパーセンテージを示す)。5つのHSRはエキソン5− 8に限定され、そして検出された突然変異の85%以上の原因である。しかしなが ら、これらの研究は一般的にそれらの分析がPCR増幅およびエキソン5−8間に 位置する領域の配列決定に限定されるので、この領域外の突然変異は少なく表示 してあることを心に留めておかなければならない。突然変異の10−15%がこの領 域の外側にあるので、臨床的に有効なp53遺伝子DNA診断は、遺伝子全体にわ たって拡散された生命を脅かす突然変異を費用効果的に走査できねばならない。 以下の表に多数の知られたp53突然変異を列挙する。 A.臨床サンプル中のp53突然変異体のCFLPTM分析 臨床サンプルからのp53遺伝子中の突然変異の同定を可能にするために、p53遺 伝子配列を含む核酸を調製する。核酸はp53遺伝子のゲノムDNA形態、 RN A形態またはcDNA形態を含んでいてもよい。核酸は、種々の標準的な技術ま たは市販のキットを使用して種々の臨床サンプル[新しい組織または凍結された 組織、細胞(例えば、血液)の懸濁液、脳脊髄液、痰等]から抽出し得る。例え ば、組織サンプルからのRNAまたはDNAの単離を可能にするキットがQiagen .Inc.(Chatsworth,CA)及びStratagene(LaJolla,CA)からそれぞれ入手できる 。全RNAは当業者に知られている幾つかの方法により組織および腫瘍から単離 さ ット(Qiagen.Inc.(Chatsworth,CA)はプロトコル、試薬およびプラスチックウ ェアを提供して、その製造業者の指示を変更しないで、約20分で組織、培養細胞 またはバクテリアからの全RNAの単離を可能にする。真核RNA単離物の場合 に、メッセンジャーRNAを更に濃縮することが望ましい場合、その混合物中の オリゴ−デオキシチミジンマトリックスへの結合により特異的に単離し得る。こ れらの両方の工程のための匹敵する単離キットが幾つかの商用供給業者により入 手できる。 加えて、RNAは都合良くは、0.22M NaCl、0.75mM MgCl2、0.1M Tris-HCl、p H8.0、12.5mM EDTA、0.25%NP40、1%SDS、0.5 mM DTT、500u/ml胎盤RNAaseイ ンヒビターおよび200μg/ml Proteinase Kを含む緩衝液中に均質にされた組織を 溶解することにより、バイオプシー標本を含むサンプルから抽出し得る。37℃で 30分間のインキュベーション後に、RNAがフェノール:クロロホルム(1:1) で抽出され、RNAがエタノール沈殿により回収される。 p53突然変異体の大半がエクソン5−8中で見られるので、この領域をスパン するPCR断片を調べることが最初の分析として都合が良い。エクソン5−8をス パンするPCR断片は、RT-PCR(逆転写PCR)の技術を使用して臨床サンプルから増幅 し得る。使用者が組織から開始してPCR産物を生成できるキットが、Perkin El-m er(Norwalk,CT)およびStratagene(LaJolla,CA)から入手できる。RT-PCR技術は RNAの逆転写を使用することにより遺伝子のコード領域の選択されたセグメン トに相当する一本鎖cDNAを生成する。次に一本鎖cDNAがPCRで鋳型とし て使用される。p53遺伝子の場合、エクソン5−8をスパンする約600bp断片が、 RT-PCRでエクソン5および8に直ぐに隣接するコード領域中に配置されるプライ マーを使用して生成される。次にPCR増幅セグメントがCFLP反応にかけられ、反 応生成物が節VIIIに上記されたようにして分析される。 また、CFLP分析に適した断片はゲノムDNAのPCR増幅により生成し得る。D NAがサンプルから抽出され、イントロン4および8中に存在する配列に相当す るプライマーがイントロン5−7(約2kb断片)を含むエクソン5−8をスパン するp53遺伝子のセグメントを増幅するのに使用される。CFLP反応でDNAの更 に小さい断片を使用することが望ましい場合、プライマーがゲノムDNAの更に 小さい(1kb以下)セグメントを増幅するのに選択されてもよく、または大きいPCR 断片が制限酵素を使用して二つ以上の更に小さい断片に分けられてもよい。 臨床セッティングにおいてp53突然変異体の同定を促進するために、先に特性 決定された突然変異体により生じたCFLPパターンを含むライブラリーが用意され てもよい。既知の特性決定されたp53突然変異体の開裂により生じたパターンと 臨床サンプルに由来する核酸を使用して生じたパターンの比較は、患者の組織中 に存在する特定のp53突然変異体の迅速な同定を可能にするであろう。ライブラ リー中に存在するパターンに対する臨床サンプルからのCFLPパターンの比較は種 々の手段により達成し得る。最も簡単かつ最も高価ではない比較は目視比較を伴 う。p53遺伝子座で知られている多数の特有の突然変異体を考慮すると、目視( すなわち、手動)比較は、特に多数の臨床単離物がスクリーニングされる時に、 あまりにも時間を消費するかもしれない。それ故、CFLPパターンまたは「バーコ ード」が比較の容易さおよび効率のために電気的フォーマットで準備されてもよ い。電気的エントリーは基準p53突然変異体(例えば、GeneReader and Gel Doct or Fluorescence Geldocumentation system(BioRad.Hercules,CA)またはthe Im ageMaster(Pharma-cia Biotech.Piscataway.NJ)を使用する)のCFLP産物を含む ゲルのスキャンの貯蔵を含み得る。また、開裂パターンの検出がDNA配列決定 装置(実施例18を参照のこと)を使用して自動化し得るので、バンディングパタ ーンは自動化実験中に適当なチャンネルから回収されたシグナルとして貯蔵し得 る[このような分析およびデータ収集に適した装置の例として、蛍光に基くゲル イメージャー(imag-er)、例えば、Molecular DynamicsおよびHitachiにより、ま たはリアルタイム電気泳動検出システム、例えば、ABI 377またはPharmaciaALF DNA Sequencerにより生じたフルオロイメージャーが挙げられる]。 B.特性決定されたp53突然変異体のライブラリーの作製 特性決定された突然変異のライブラリーの作製により、臨床サンプルを最も普 通のp53突然変異体の存在について迅速かつ直接的にスクリーニングできるであ ろう。p53バーコードライブラリーに対する臨床サンプルから生じたCFLPパター ンの比較は、コストがかかるとともに時間を消費するDNA配列分析を必要とし ないでp53遺伝子中の突然変異の存在およびその正確な同定の両方を確立するで あろう。 p53バーコードライブラリーは逆方向の遺伝学を使用して作製される。p53突然 変異体の操作は、それぞれの操作された突然変異がDNA配列決定により確認さ れるので、突然変異のそれぞれの同定および純度を確かめる。p53バーコードラ イブラリー中の個々のp53突然変異体は、2工程「組換えPCR」技術[Higuchi,R .(1991)In Ehrlich,H.A.(Ed.)PCR Technology: Principles and Applicat-ion s for DNA Amplification.Stockton Press.New York.pp.61-70およびNel-son ,R.M.およびLong,G.L.(1989)Analytical Biochem.180:147]を使用して作製さ れる。図5はp53突然変異体の作製に使用し得る2工程組換えPCR技術の一つの方 法の略図を示す。 PCR増幅の鋳型は完全ヒトp53cDNA遺伝子である。二つのPCRの最初(図5 中「PCR1」と称される)では、操作された突然変異を含むオリゴヌクレオチド (図5中「oligo A」)および約20非相補的塩基の5'アームを含むオリゴヌクレ オチド(「oligo B」)が標的DNAの比較的小さい領域(100-200bp)を増幅する のに使用される。得られる増幅産物はその極限5'末端に突然変異体を含み、その 3'末端に外来遺伝子を含むであろう。3'配列は最終増幅断片の方向性クローニン グ(突然変異体を含むDNAを配列決定し、公的記録する目的に重要)を助ける ための特異な制限部位(例えば、EcoRI)を含むように設計される。上流または第 一PCR中に産生された生成物は所望により第二PCR中のこの第一PCR産物の使用の 前にゲル精製されてもよい。しかしながら、ゲル精製は、この断片がPCRで増幅 された唯一の種であることが一旦証明されば、必要とされない。 次に操作された突然変異体を含む小さいPCR断片がPCRの第二ラウンド(PCR2) を誘導するのに使用される。PCR2では、標的DNAはp53cDNAの同じサブク ローン化領域の更に大きい断片(約1kb)である。小さいPCR断片の3'末端の配 列は標的DNA中に存在する配列のいずれとも相補性ではないので、不適合が極 限5'末端に起こるそのストランドのみがPCR2で増幅される(3'非鋳型アームは PCRでは延長し得ない)。増幅は、操作された突然変異体の遺伝子座の上流の標 的 DNAの領域に相補性のプライマー(「oligo C」)の添加およびPCR1の小 さい生成物の5'非相補的配列に相補性のプライマー(「oligo D」)の添加によ り行われる。非相補的配列から増幅を誘導することにより、この操作は突 然変異体を含むそれらの配列のみの特異的増幅をもたらす。通常のベクターへの これらのPCR産物のクローニングを促進するために、第二の特異な制限部位がoli go Cに操作し得る(例えば、HindIII)。 この2工程PCRアプローチの使用は、それぞれの変異体がその系の初期セット アップ後に作製されるために唯一のプライマーが合成されることを必要とする( 即ち、oligo A)。oligo B、oligo Cおよびoligo Dは所定の領域内で生じた全て の突然変異体に使用し得る。oligo Cおよびoligo Dは異なる特異の制限部位を含 むように設計されるので、プラスミドベクター(例えば、pUC 19)へのこれらの PCR産物のその後の方向性クローニングが大いに簡素化される。所望の突然変異 の変化を含むこれらの配列のみの選択的増幅は、突然変異体を含むクローンの同 定を簡素化する。何となれば、プラスミドを含むインサートの配列の確認のみが 必要とされるからである。インサートの配列が一旦確認されると、それぞれの突 然変異体を含むクローンが細菌マスター株として不定に維持されてもよい。加え て、それぞれの変異体のDNA系統が大規模PCR調製物の形態で維持し得る。こ れは臨床サンプル中のp53突然変異体のスキャンのための試薬を含むキット中の 個々の対照として、または補足的マスターp53突然変異体ライブラリー対照キッ トの一部として分配されるべき所定の突然変異体を含むプラスミドを宿している 細菌または PCR調製物の分配を可能にする。 別の2工程組換えPCRが図6に図示され、また実施例30に記載される。この方 法では、二つの突然変異誘発性オリゴヌクレオチド(それぞれのストランドにつ いて一つ)が合成される。これらのオリゴヌクレオチドは実質的に互いに相補的 であるが、配向が反対である。すなわち、一方が上部ストランドまたはセンスス トランドの3'基部領域にとり込まれた突然変異体を有するDNAの「上流」領域 の増幅を可能にするように配置され、一方、他方が上部ストランドまたはセンス ストランドの5'基部領域にとり込まれた意図された突然変異を含む「下流」セグ メントの増幅を可能にするように配置される。これらの二つの二本鎖生成物はこ れらの突然変異誘発性オリゴヌクレオチドにより与えられた配列を共有する。精 製され、結合され、変性され、アニールされた時に、陥凹3'末端でアニールする これらのストランドはDNAポリメラーゼの作用により延長またはフィルインさ れ、こうして中央領域中に突然変異体を有する完全長分子を再生し得る。この組 換え体は「アウター」プライマー対(「上流」の5'末端および「下流」中間体断 片の3'末端をつくるのに使用されるプライマー対)の使用により増幅し得る。 アウタープライマーは組換え体および未修飾配列の両方を増幅し得るので、特 別な注意が(上記の方法と比較して)この方法で払われる必要があるが、この方 法は迅速な組換えPCRが既存の末端プライマーを使用して、外来配列を導入しな いで行われることを可能にする。要するに、この方法は、少ない組換えのみが行 われる場合にしばしば使用される。大きな体積の突然変異誘発PCRが行われるべ きである時、第一の記載された方法が好ましい。何となれば、第一方法は単一ol igoがそれぞれの突然変異誘発について合成されることを必要とし、組換え体の みが増幅されるからである。 臨床サンプル中のp53突然変異体の同定に設計されたキットの重要な特徴は、C FLPについて分析すべきであるPCR断片を生成するのに使用される特定プライマー のとり込みである。100bpから1500bp以上までのDNA断片がこの技術により配 列多形性の存在について再現性良くかつ正確に分析されるが、同じインプット DNA配列の異なる長さの断片から生じた正確なパターンは勿論変化するであろ う。パターンはインプットDNAの長さに応じて互いに対しシフトされるだけで なく、或る場合には、長いDNA断片の離れている領域間の更に広い範囲の相互 作用が短いインプットDNA生成物では見られない付加的な開裂生成物の生成を もたらし得る。この理由のために、バーコードライブラリーとの正確な適合が、 p53バーコードライブラリーの所定のバージョンを生じるのに使用されたのと臨 床サンプルからの同じサイズの断片を増幅するように設計されたプライマーの使 用により確実にされるであろう。 C.p53突然変異体に特異なCFLPTMパターンの検出 CFLPTM反応で生成されたDNA断片を分析する最も簡単かつ最も直接の方法は ゲル電気泳動によるものである。電気泳動は広く実施され、容易に利用可能であ るので、初期の努力はこの良く知られているフォーマットのデータベースを作成 することを目的としていた。しかしながら、CFLPTM分析により生成されたDNA 断片の解明は電気泳動方法に限定されないことが注目されるべきである。マスス ペクトロメトリー、クロマトグラフィー、蛍光偏光、およびチップハイブリダイ ゼーションが幾つかの研究所で現在改良され、開発されている全てのアプローチ である。一旦作成されると、CFLPTMデータベースはこれらの方法のいずれによっ ても分析に容易に採用される。 CFLPパターンの検出に利用できる幾つかの可能な別法がある。CFLP分析の重要 な使用者の利益は、結果がDNA検出の選択された方法に依存しないことである 。DNA断片は核酸の5'末端もしくは3'末端に配置された放射性同位元素(例え ば32Pまたは35S標識ヌクレオチド)で標識されてもよく、または標識が核酸中 に分布されていてもよい(すなわち、内部標識基質)。標識は非同位元素的検出 可能部分、例えば、直接検出し得る蛍光体、または二次薬剤による特異的認識を 可能にする反応性基であってもよい。CFLPパターンは免疫染色、ビオチン−アビ ジン相互作用、オートラジオグラフィーおよび直接蛍光イメージングにより検出 されてきた。放射線使用は臨床セッティングにおいて迅速に減少しているので、 また免疫染色およびビオチン−アビジンに基く検出スキームは高価な膜支持体へ のDNAの時間を浪費する移動を必要とするので、蛍光に基く検出方法が好まし いかもしれない。しかしながら、上記方法のいずれもがデータベースにインプッ トすべきCFLPバーコードを作成するのに使用し得ることを注目することが重要で ある。 それらがCFLPパターンを検出する直接の非同位元素的手段であることに加えて 、蛍光に基くスキームは臨床適用において注目に値する付加的な利点を与える。 CFLPは同じ管およびゲルの同じレーン中の幾つかのサンプルの分析を可能にする 。この「多重性(multiplexing)」がそれぞれのサンプルの個々の分析により実現 し得るよりも低いコストでわずかの時間で多数のサンプルの迅速かつ自動化され た比較を可能にする。このアプローチは幾つかの別の適用への門戸を開く。研究 者は所定のゲルについて実験するサンプルの数を2倍、3倍または4倍(4種ま での色素がABI 373/377の如き市販のDNA配列決定装置中で単一レーン中で検 出可能かつ適合性であることが実証されている)にすることを決定することがで きた。また、分析物は通常のp53遺伝子および推定変異体の間のパターンの相違 の 存在および正確な位置の両方を確かめるための内部標準物質としての差別標識さ れたサイズ標準物質とともに、それぞれの管およびそれぞれのゲルレーン中に通 常のp53遺伝子サンプルを含んでもよい。 VI.CFLPTM方法を使用する病原体の検出および同定 A.C型肝炎ウイルスの検出および同定 C型肝炎ウイルス(HCV)感染は世界中の輸血後の非A、非B(NANB)肝炎の主た る原因である。加えて、HCVは肝細胞癌(HCC)および世界中の慢性肝臓疾患の主要 な病因物質である。HCV感染は主として輸血レシピエントおよび静脈内薬剤使用 者に伝染されるが、子孫への母系伝染および臓器移植のレシピエントへの伝染が 報告されている。 陽性ストランドRNAC型肝炎ウイルスのゲノムは、5'および3'非コード領域 (すなわち、5'および3'未翻訳領域)並びにコアータンパク質(C)、二つのエン ベロープ糖タンパク質(E1およびE2/NS1)および6つの非構造糖タンパク質(NS2-N S5b)をコードするポリタンパク質コード領域を含む幾つかの領域を含む。小さ い(9.4kb)RNAゲノムの分子生物学的分析により、ゲノムの幾つかの領域が単 離物中に非常に高度に保存され、一方、その他の領域がかなり迅速に変化し得る ことが示された。5'非コード領域(NCR)はHCV中の最も高度に保存された領域であ る。これらの分析は、これらのウイルスが6つの基本的遺伝子型グループに分け られ、次に12のサブタイプに更に分類されることを可能にした[HCV遺伝子型の 命名法および分割が発展している:最近の分類スキームについてAltamiranoら, J.Inf-ect.Dis.171:1034(1995)を参照のこと]。これらのウイルスグループは 異なる地理上の領域に関連しており、大発生中のその物質の正確な同定がその疾 患をモニターするのに重要である。グループ1 HCVのみが米国で観察されたが、 多数のHCV遺伝子型がヨーロッパおよび日本の両方で観察された。 また、ウイルス単離物の遺伝子型を測定する能力は、HCVの異なる型による感 染、および単一個体中の多重型による感染からの臨床結果の比較を可能にする。 また、HCV型はインターフェロンによる治療の異なる効力とも関連しており、グ ループ1感染個体はわずかな応答を示した[Kanaiら,Lancet 39:1543(1992) およびYoshiokaら,Hepatology 16:293(1992)]。ウイルス型に関する感染個体 のプレースクリーニングは臨床医が更に正確な診断をし、コストがかかるが、成 果のない薬剤治療を回避することを可能にするであろう。 HCV単離物の遺伝子型の既存の測定方法として、DNA配列決定またはHCV特異 性プローブへのハイブリダイゼーションと対にされたHCVゲノムのセグメントのP CR増幅、PCR増幅されたHCV DNAのRFLP分析その他が挙げられる。これらの方法の 全てが先に説明した制限に問題がある(すなわち、DNA配列決定はあまりに労 力集中的かつ高価であり、臨床研究セッティングには実用的ではない;RFLP分析 は低感度に問題がある)。 万能かつ遺伝子型特異性のプライマーが血漿または血清から抽出されたRNA からのHCV配列の増幅について設計されている[Okamotoら,J.Gen.Virol.73:67 3(1992); Yoshiokaら,Hepatology 16:293(1992)およびAltamiranoら,上記文献 ]。これらのプライマーは本発明のCFLPTMアッセイにおいて基質として利用でき るPCR産物を生成するのに使用し得る。本明細書に示されるように、CFLPTM分析 はHCP単離物のタイピングの迅速かつ正確な方法を提供する。HCV基質のCFLPTM分 析はHCVの主要な遺伝子型およびサブタイプの間で区別することを可能にし、こ うしてHCV単離物の遺伝子タイピングの改良された方法を提供する。 B.多剤耐性のヒト結核菌の検出および同定 過去10年間に、この国および世界中で結核菌の発生率のものすごい復活があっ た。米国では、結核菌の発生率は過去10年間に着実に上昇し、年間2000人の死亡 の原因であり、1000万もの多くのアメリカ人がその疾患に感染した。その状況は ニューヨーク市で重大であり、そこでは発生率が過去10年間で2倍より多く、19 90年には米国における全ての新しい症例の14%に相当した[Friedenら,New Eng l.J.Med.328:521(1993)]。 ニューヨーク市の危機は特に悲惨である。何となれば、最近の症例のかなりの 割合(1/3程度)が一種以上の抗結核菌薬剤に耐性であるからである[F-rieden ら,上記文献およびHughes,Scrip Magazine May(1994)]。多剤耐性の結核菌(M DR-TB)は一次感染の不完全な治療により生じる医原性疾患である[Jac-obs,Jr. ,Clin.Infect.Dis.19:1(1994)]。MDR-TBは免疫悪化した人に特に重大なリス クを課することが明らかであり、これらの人はおそらくそれ以外の健康な個体よ りもMDR-TB菌株で感染される[Jacobs,Jr.,上記文献]。免疫悪化個体の死亡率 は驚く程高く、それ以外の悪化していない個体の50%未満の死亡率と比較して90 %をしばしば越える[Donnabellaら,Am.J.Respir.Dis.11:639(1994)]。 臨床上の観点から、結核菌はヒト結核菌の極めて長い発生時間並びにその他の 速く増殖するマイコバクテリウム種の環境的罹患率のために常に診断し難かった 。ヒト結核菌の倍加時間は20〜24時間であり、通常の方法による増殖はヒト結核 菌を陽性と同定するのに典型的には4〜6週を要する[Jacobs,Jr.ら,Science 260:819(1993)およびShinnickおよびJones Tuberculosis: Pathogenesis.Prote ct-ion and Control.Bloom.編,American Society of Microbiology.Washing ton,D.C.(1994),pp.517-530]。所定の菌株の薬剤感受性を診断するのに更に 3〜6週を要することがある[ShinnickおよびJones,上記文献]。言うまでもな く、患者が症候性であり、または症候性ではないかもしれないが、殆ど確かに伝 染性である遅延期間中の感染した個体、並びに公衆に対する健康上のリスクはか なりのものである。薬剤耐性プロフィールが一旦解明され、診断がなされると、 単一患者の治療は250.000ドルまでコストがかかり、24ケ月を要し得る。 MDR菌株により課せられた悲惨なリスクとその疾患の発生率の最近の急増とが 組み合わさって、ヒト結核菌の検出並びにヒト結核菌臨床単離物の薬剤耐性プロ フィールの解明を加速することを目的とする研究活動並びに操作および製品の商 業上の開発の激発を促進した。これらの方法の幾つかは、所定の菌株がヒト結核 菌または結核菌以外のマイコバクテリウム種であることを測定する仕事に主とし て集中される。培養に基く方法および核酸に基く方法の両方が開発され、これら の方法は古典的方法によるよりも迅速にヒト結核菌が陽性と同定されることを可 能にする。検出時間が6週以上からわずかに2週(培養に基く方法)または2日 (核酸に基く方法)まで短縮された。培養に基く方法は現在臨床研究所に広がっ て使用されているが、臨床サンプルに直接適用し得る迅速な核酸に基く方法の幾 つかが開発中である。下記の技術の全てについて、非マイコバクテリウム種によ る汚染を減少するために痰の如き臨床サンプルを最初に「除染」することが必要 である(N−アセチルL−システインおよびNaOHによる前処理により通常行われ る)[ShinnickおよびJones,上記文献]。 ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)がヒト結核菌の検出に適用されており、1日〜2 日以内に臨床標本から直接にその存在を検出するのに使用し得る。更に感度の良 い技術は2工程操作に頼る。その第一工程はPCR増幅それ自体であり、第二工程 はヒト結核菌特異性オリゴヌクレオチドプローブへのアンプリコンのハイブリダ イゼーション、またはRFLPもしくはDNA配列決定による分析[Shinnickおよび Jones,上記文献]の如き分析工程である。 増幅されたヒト結核菌Direct Test(AMTDT; Gen-Probe)は臨床標本から直接に 標的rRNA配列を増幅するためにTranscription Mediated Amplication[TMA; 本質的に自己持続配列反応(3SR)増幅]に頼る。rRNA配列が一旦増幅される と、次にそれはPACE2 の如き色素標識アッセイにより検出される。このアッセイ は臨床サンプル中に存在する物質による抑制を高度に受ける。 Cycling Probe Reaction(CPR; ID Biomedical).ヒト結核菌の存在を検出する ための診断手段として開発中であるこの技術はシグナルプローブ分子の蓄積を測 定する。シグナル増幅は三層DNA-RNA-DNAプローブをヒト結核菌特異性配列の如 き標的核酸にハイブリッドを形成することにより行われる。RNAse Hの添加後に 、キメラプローブのRNA部分が分解され、DNA部分を放出し、これらが経時 に線形に蓄積して、標的配列が存在することを示す[Yule.Bio/Technology 12:1 335(1994)]。RNAプローブの使用の必要が、特に粗臨床サンプル中の使用に ついて欠点であり、この場合、RNase汚染がしばしば激しい。 上記核酸に基く検出方法および判別方法は従来の培養に基く方法よりも明らか な時間節約を与える。それらが臨床セッティングに入り始めているが、ヒト結核 菌のルーチン診断におけるそれらの有用性が、主として培養に基く方法に対し交 差汚染および低感度と関連する問題のために、依然として問題である。加えて、 これらの操作の多くが呼吸系標本の分析に制限される[Yule.Bio/Technology 12 :1335(1994)]。 ii)ヒト結核菌の抗生物質耐性プロフィールの測定 a)培養に基く方法:ヒト結核菌の陽性同定が一旦なされると、抗生物質に 対する菌株の耐性の程度および性質を特性決定することが必要である。抗生物質 耐性を測定するのに使用された従来の方法は比例寒天希釈方法であり、この方法 では培養の希釈液が抗生物質を含む培地および抗生物質を含まない対照培地に塗 布される。この方法は典型的には未知の臨床サンプルの診断および特性決定に必 要とされる時間に追加の2〜6週を加える[Jacobs,Jr.ら,上記文献]。 ルシフェラーゼ リポーター マイコバクテリオファージ(LRM)アッセイが199 3年に最初に記載された[Jacobs,Jr.ら,Science 260:819(1993)]。このアッセ イでは、ルシフェラーゼ遺伝子のクローン化コピーを含むマイコバクテリオファ ージがマイコバクテリウム培養物を感染するのに使用される。ルシフェラーゼお よびATPの存在下で、発現されたルシフェラーゼは目またはルミノメーターによ り容易に区別できる光子を生じ、抗生物質の存在下のマイコバクテリウム増殖の 程度の正確な測定を可能にする。充分な培養物が一旦得られると(通常、接種後 10〜14日)、アッセイが2日で完結し得る。この方法は、LRMがヒト結核菌に特 異的ではないという事実に問題がある。それらはまたマイコバクテリウムスメグ マチス(M.smegmatis)およびマイコバクテリウム ボビス(M.bovis)(例えば、BCG )を感染し、それにより陽性結果の解読を複雑にする。その二つの種の間の識別 はヒト結核菌の増殖を支持しない特殊培地(例えば、NAP培地)による増殖によ り行われる必要がある。この確認は更に2〜4日を要する。 抗生物質耐性を測定するための上記の培養に基く方法は推定の新規な抗マイコ バクテリウム剤および遺伝的標的が未だに同定されていない薬剤の有効性を評価 するのに役割を果たし続けるであろう。しかしながら、最前線の薬剤の多くを含 む、幾つかの抗マイコバクテリウム剤に対する耐性に関する分子的基礎を解明す る最近の成功は、極めて速く、更に正確かつ更に情報の多いDNA多形性に基く アッセイの使用を可能にした。 b)DNAに基く方法: イソニアジド、リファムピン、ストレプトマイシン、 フルオロキノロン、およびアチオンアミドに対する耐性に関係する遺伝子座が同 定されていた[Jacobs,Jr.ら,上記文献; Heymら,Lancet 344:293(1994)およ びMorrisら,J.Infect.Dis.171:954(1995)]。ピラジンアミドおよびエタムブ トールまたはストレプトマイシンと一緒のイソニアジド(inh)およびリファムピ ン(rif)の組み合わせがヒト結核菌の確認された症例に対する攻撃の最初のライ ンとして常套に使用される[Banerjeeら,Science 263:227(1994)]。従って、 一種以上のこれらの薬剤に対する耐性は短いコースの化学療法治療について悲惨 な意味を有し得る。このような耐性菌株の増大する発生率は、それらを検出し、 それにより続行している無効な、おそらく有害な治療の費用および社会の健康上 の危険を軽減する迅速なアッセイの開発を必要とする。薬剤耐性に関係する遺伝 子座の幾つかの同定が薬剤耐性をもたらすヌクレオチド変化の迅速なスクリーニ ングに関する突然変異検出技術の採用を促進した。臨床標本から直接に多量の標 的DNAを複製するのに成功していた、PCRおよびSDAの如き増幅操作の利用可能 性が、抗生物質プロファイリングへのDNAに基くアプローチを通常の培養に基 く方法よりもかなり迅速にする。 薬剤耐性をもたらす突然変異体の遺伝子同定に最も広く使用される技術はDN A配列決定、Restriction Fragment Length Polymorphism(RFLP)、PCR-Single Stranded Conformational Polymorphism(PCR-SSCP)、およびPCR-dideoxyfin g-erprinting(PCR-ddf)である。これらの技術の全てが先に説明されたような欠 点を有する。それらのいずれもが個々の対立遺伝子を正確かつ特異的に同定する 迅速な、再現性のある手段を与えない。 対照的に、本発明のCFLPTM方法はDNA断片の明確な回収を生じるための構造 特異的開裂に頼るアプローチを提供する。この方法は配列多形性を検出するその 能力において高度に感度が良く(〉98%)、上記の技術の時間、技能および費用 の一部を必要とする。 MDR-TBの検出へのCFLPTM方法の適用が、rpoB遺伝子およびkatG遺伝子から増幅 されたDNAのセグメントを使用して本明細書に説明される。イソニアジド(inh A)、ストレプトマイシン(rpsLおよびrrs)、およびフルオロキノリン(gyrA)に対 する耐性を与えるのに関係する遺伝子を含むが、これらに限定されない、MDR-TB と関連するその他の遺伝子が、CFLPTMアッセイに同等に良く適している。 C.細菌病原体の検出および同定 細菌病原体の同定およびタイピングは感染症の臨床措置に重要である。微生物 の正確な同定は症状を健康状態から区別するのに使用されるだけでなく、抗生物 質またはその他の抗菌療法のいずれが治療に最適であるかを決める上での基礎で ある。病原体タイピングの従来の方法は、成長特性、色、細胞またはコロニーの 形態、抗生物質感受性、染色、臭気および細菌を同定するための特定の抗体との 反応性を含む、種々の表現型の特徴を使用した。これらの方法の全てが疑わしい 病原体の培養を必要とし、これが高い材料費および労働コスト、作業者被爆の危 険、誤った取扱いのための偽陽性および少数の生存細胞または多くの病原体の細 心の注意を要する培養要件のための偽陰性を含む、幾つかの重大な欠点を問題と している。加えて、培養方法は診断を得るために比較的長い時間を必要とし、ま たこのような感染の潜在的に寿命に脅威となる性質のために、結果が得られる前 に抗菌療法がしばしば開始される。多くの症例では、病原体は通常のフローラを 構成する生物に非常に似ており、先に引用した方法により無害の菌株から区別で きないかもしれない。これらの症例では、病原性菌株の存在の測定は最近開発さ れた分子タイピング方法により与えられる高度の解明を必要とし得る。 関係する生物からの遺伝物質の幾つかの試験方法が開発されていた。この型の 分析を行う一つの方法は、試験すべき生物からのDNAまたはRNAへの種特異 的核酸プローブのハイブリダイゼーションによるものである。これは試験すべき 変性核酸を膜支持体に固定し、病原体からのDNAまたはRNAの存在下でのみ 結合する標識核酸で探査することにより行い得る。このようにして、病原体が同 定し得る。生物は上記のRFLP方法を使用することにより更に区別でき、この場合 、ゲノムDNAが、電気泳動分離およびニトロセルロースまたはナイロン膜支持 体への移動の前に、一種以上の制限酵素で消化される。種特異的核酸プローブに よる探査は、それが単離物間の変化を示す場合に、菌株を識別する再現性のある 方法として使用し得るバンディングパターンを明らかにするであろう。しかしな がら、これらの方法は先に概説した欠点の余地がある。ハイブリダイゼーション に基くアッセイは時間を消費し、またハイブリダイゼーションのストリンジェン シーが良く制御されない場合には誤った結果または紛らわしい結果を生じること があ り、またRFLP同定は分析すべきDNA中の好適な制限部位の存在に依存する。 診断手段としてのハイブリダイゼーションおよびRFLPに関するこれらの関心に 取り組むために、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)増幅に基く分子分析の幾つかの方 法が人気を獲得していた。PCRフィンガープリンティングと称される、一つの良 く受け入れられた方法では、PCRにより生じた断片のサイズが同定手段として使 用される。この型のアッセイでは、プライマーが可変数のタンデム反復配列(真 核生物ではVNTRと称される)を含む領域に標的される。リピートの数、ひいては PCRアンプリコンの長さが所定の病原体の特徴であり、単一反応におけるこれら の遺伝子座の幾つかの同時増幅が特定かつ再現性のあるフィンガープリントを生 じて、密接に関連する種の間の識別を可能にすることができる。 しかしながら、生物が密接に関連する幾つかの場合には、増幅の標的はサイズ の相違を示さず、更に正確な同定を得るためには、増幅されたセグメントが更に 探査される必要がある。これは上記の全ゲノムハイブリダイゼーションに類似す る様式で固体担体で行われてもよいが、これはそのアッセイと同じ可変ストリン ジェンシーの問題を有する。また、PCR断片の内部は配列特異的結合イベントの 鋳型として使用し得る。LCRについて先に概説されたように、この方法では、結 合すべき一本鎖プローブが同定多形性の両側の関係する配列に沿って配置され、 その結果、結合の成功または失敗がその部位における特定のヌクレオチド配列の 存在または不在を示すであろう。PCR産物分析のハイブリダイゼーション方法ま たは結合方法により、プローブ結合の領域中の正確な配列の知識が前もって得ら れる必要があり、プローブ結合領域の外部の相違が検出されない。これらの方法 は充分に特性決定されなかった新規な単離物の試験およびタイピングにあまり適 していない。 本発明の方法では、細菌のリボソームRNA遺伝子の保存領域を認識するプラ イマーが、変化の部位を含むこれらの遺伝子のセグメントの増幅を可能にする。 リボソーム遺伝子配列の変化はDNA配列レベルについて同類の生物間で区別す る容認された方法になっただけでなく、変化のそれらの一致する速度がこれらの 配列を生物の進化の関係を評価するのに使用することを可能にする。すなわち、 核酸が配列レベルで似ている程、検討中の生物は密接に関係していると考えられ る[Woese,Bacterial Evolution.Microbiological Reviews,vol 51,No.2,198 7]。本発明はこれらの配列に由来する増幅産物を個々のバーコード(すなわち 、開裂パターン)を高度に生じるのに使用することを可能にし、部位、形質また は更には前記多形性の存在の先の知識をもたないで配列多形性の検出を可能にす る。プライマーの適当な選択により、増幅を全て包括的(例えば、最も高度に保 存されたリボソーム配列を使用して)であるようにして、離れた関係の生物の比 較を可能にし、またはプライマーが所定の属について非常に特異的であるように 選択できて、種および亜種レベルでの試験を可能にする。リボソーム遺伝子の試 験はこれらの特性決定に極めて有益であるが、細菌タイピングにおけるCFLPTM方 法の使用はこれらの遺伝子に限定されない。特定の成長特性(例えば、炭素源選 択、抗生物質耐性、メチシリンに対する耐性または抗原産生)、または特別な細 胞形態(例えば、線毛形成)と関連する遺伝子を含むが、これらに限定されない 、その他の遺伝子がCFLPTMアッセイに同等に良く適している。 D.臨床サンプルからの核酸の抽出 CFLPTMアッセイを使用して臨床サンプル中の微生物の検出および同定に使用す るための核酸基質を提供するために、核酸がサンプルから抽出される。核酸は種 々の通常の技術または市販のキットを使用して、種々の臨床サンプル[新鮮な組 織または凍結組織、細胞(例えば、血液)の懸濁液、脳脊髄液、痰、尿等]から 抽出し得る。例えば、組織サンプルからのRNAまたはDNAの単離を可能にす るキットはQiagen.Inc.(Chatsworth,CA)およびStratagene(LaJolla,CA)から入 手できる。例えば、QIAamp Bloodキットは血液(新鮮、凍結または乾燥)並びに 骨髄、体液または細胞懸濁液からのDNAの単離を可能にする。QIAamp組織キッ トは筋肉、臓器および腫瘍の如き組織からのDNAの単離を可能にする。 比較的均一な標本(例えば、血液、細菌コロニー、ウイルスプラーク、または 脳脊髄液)からの粗抽出物が更に複合の標本(例えば、尿、痰または糞便)より も特異なPCR 産物の増幅の鋳型として利用するのに良く適していることが判明し ていた[Shibata PCR:The Polymerase Chain Reaction,Mullis ら編集,Birkh- auser,Boston(1994),pp.47-54]。増幅すべき物質(すなわち、標的核酸)の 比較的少ないコピーを含むサンプル、例えば、脳脊髄液はPCRに直接添加し得る 。血液サンプルは赤血球の抑制性のためにPCRに特別な問題を課していた。赤血 球はPCR中の血液の使用の前に除去される必要がある。この目的のために、古典 的方法および商業上利用できる方法の両方がある[例えば、QIAamp Bloodキット 、Chelex100 カラム(BioRad)中の通過等]。ヒト結核菌の直接検出に選ばれた標 本である痰からの核酸の抽出は、除染の前にその他の細菌種を死滅させ、または その増殖を抑制することを必要とする。この除染は典型的にはN−アセチルL− システインおよび NaOHによるサンプルの処理により行われる(ShinnickおよびJ ones,上記文献)。この除染プロセスは、痰標本が分析の前に培養される時にの み必要である。 実験 下記の実施例は本発明の或る好ましい実施態様および側面を説明するのに利用 でき、本発明の範囲を限定するものと見なされるべきではない。 以下の開示において、下記の略号が適用される:℃(摂氏温度);g(重力場); vol(容積);w/v(重量対容積);v/v(容積対容積);BSA(ウシ血清アルブミン);CTAB( セチルトリメチルアンモニウムブロミド);HPLC(高圧液体クロマトグラフィー); DNA(デオキシリボ核酸);IVS(介在配列);p(プラスミド);μl(マイクロリット ル);ml(ミリリットル);μg(マイクログラム);pmol(ピコモル);mg(ミリグラム);M OPS(3−[N−モルホリノ]プロパンスルホン酸);M(モル/リットル);mM(ミリ モル/リットル);μM(マイクロモル/リットル);nm(ナノメーター);kdal(キロダ ルトン);OD(光学密度);EDTA(エチレンジアミンテトラ酢酸);FITC(フルオレセイ ンイソチオシアネート);SDS(ドデシル硫酸ナトリウム);NaPO4(リン酸ナトリウム );Tris(トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン);PMSF(フェニルメチルスルホ ニルフルオリド);TBE(トリス−ボレート−EDTA、即ち、HClではなくホウ酸で滴 定され、EDTAを含むTris緩衝液);PBS(リン酸緩衝生理食塩水);PPBS(1mM PMSFを 含むリン酸緩衝生理食塩水);PAGE(ポリアクリルアミドゲル電気泳動);Tween(ポ リオキシエチレン−ソルビタン);Boehringer Mannheim(Boehringer Mannheim,I ndianolis,IN);Dynal(Dynal A.S.,Oslo,Norway); Epicentre(Epicentre Technologies,Ma-dison,WI); National Biosciences(Na tional Biosciences,Plymouth,MN);New England Biolabs(New England Biolab s,Beverly,MA); Novagen(Novagen,Inc.,Madison,WI); Perkin Elmer(Perkin Elmer,Norwalk,CT); Promega Corp.(Promega Corp.,Madison,WI); RJ Res earch(RJ Research,Inc.,Wat-ertown,MA); Stratagene(Stratagene Cloning S ystems,La Jolla,CA); USB(U.S.Biochemical,Cleveland,OH)。 実施例1 天然熱安定性DNAポリメラーゼの特性 A.DNAPTaqの5'ヌクレアーゼ活性 ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)[Saikiら,Science 239:487(1988); Mullisおよ びFaloona,Methods in Enzymology 155:335(1987)]中に、DNAPTaqは全てでは ないが多くのDNA配列を増幅することができる。DNAPTaqを使用して増幅し得 ない一つの配列が図7に示される(ヘアピン構造は配列番号15であり、プライマ ーは配列番号16〜17である)。このDNA配列はそれ自体で折り畳んで二つの一 本鎖アーム(これらはPCRに使用されるプライマーに相当する)を有するヘアピ ンを形成することができるという顕著な特性を有する。 増幅のこの失敗はその酵素の5'ヌクレアーゼ活性のためであるか否かを試験す るために、本発明者らはPCRの30サイクル中にこのDNA配列を増幅するDNAPTaq およびDNAPStfの能力を比較した。合成オリゴヌクレオチドをWisconsin-Madison の大学にあるBiotechnology Centerから入手した。DNAPTaqおよびDNAPStfを Pe rkin Elmerから入手した(すなわち、AmpliTaq DNAポリメラーゼおよびAmpli-Ta q DNAポリメラーゼのStoffel断片)。基質DNAはpUC19に二本鎖形態でクロー ン化された図7に示されたヘアピン構造を含んでいた。増幅に使用したプライマ ーを配列番号16-17として記載する。プライマー配列番号17は図7中でヘアピン 構造の3'アームにアニールされて示されている。プライマー配列番号16は図7中 でヘアピンの5'アームのボールド体の最初の20ヌクレオチドとして示されている 。 ポリメラーゼ連鎖反応液は10mM Tris Cl pH8.3の50μl溶液中にスーパーコイ ルプラスミド標的DNA1ng、それぞれのプライマー5 pmole、それぞれのdNTP4 0μM、および2.5ユニットのDNAPTaqまたはDNAPStfを含んでいた。DNAPTaq反応液 には50mM KClおよび1.5mM MgCl2を含ませた。温度プロフィールは30サイクル中 に95℃で30秒、55℃で1分間および72℃で1分間であった。それぞれの反応の10 %を45mM Tris Borate、pH8.3、1.4mM EDTA(0.5X TBE)の緩衝液中6%ポリアク リルアミド(29:1で架橋された)中のゲル電気泳動により分析した。 結果を図8に示す。予想生成物をDNAPTaq(「T」として示される)ではなくDNAP Stf(単に「S」として示される)によりつくった。本発明者らは、DNAPTaqのヌク レアーゼ活性がこのDNA配列の増幅の欠如の原因であると結論する。 この構造DNAの基質領域中の5'未対合ヌクレオチドがDNAPTaqにより除去さ れるか否かを試験するために、同2種ポリメラーゼを使用してPCRの4サイクル 中の末端標識5'アームの運命を比較した(図9)。DNAPStfおよび32P-5'末端標 識プライマーを使用して、図6に記載されたヘアピン鋳型の如きヘアピン鋳型を つくった。そのDNAの5'末端をDNAPStfではなくDNAPTaqにより数個の大きい断 片として放出した。これらの断片のサイズ(それらの運動性に基く)は、それら がDNAの未対合5'アームの殆どまたは全部を含むことを示す。こうして、開裂 は分岐二重鎖の基部またはその付近で起こる。これらの放出された断片は直接配 列分析、および末端デオキシヌクレオチジルトランスフェラーゼにより延長され る断片の能力により証明されるように3'OH基で終端する。 図10-12はDNAPTaqにより触媒された開裂反応を特性決定するように設計された 実験の結果を示す。特にことわらない限り、開裂反応液は合計容積10μlの10mM Tris-Cl、pH8.5、50mM KClおよび1.5 mM MgCl2中0.01 pmole熱変性された末端標 識ヘアピンDNA(未標識相補ストランドも存在する)、1pmoleプライマー(3 'アームに相補性)および0.5ユニットのDNAPTaq(0.026pmoleであると推定)を含 んでいた。示されるように、幾つかの反応液は異なる濃度のKClを有し、それぞ れの実験に使用した正確な時間および温度を個々の図に示す。プライマーを含ん だ反応液は図6に示されたプライマーを使用した(配列番号17)。或る場合に は、ポリメラーゼおよび選択されたヌクレオチドを用意することによりプラ イマーを結合部位まで延長した。 反応をMgCl2または酵素の添加により最終反応温度で開始した。反応を20mM ED TAおよび0.05%マーカー色素を含む95%ホルムアルデヒド(停止溶液)8μl の 添加によりそれらのインキュベーション温度で停止した。National Bioscien-ce s,Inc.からのOligoTMプライマー分析ソフトウェアを使用して、リストされたTm 計算を行った。15または65mM合計塩でDNA濃度として0.25μMを使用して、こ れらを測定した(全反応中の1.5mM MgCl2がこれらの計算について15mM塩の値を 与えられた)。 図10は開裂部位に関する一組の実験および条件の結果を含むオートラジオグラ ムである。図10Aは開裂を可能にする反応成分の測定である。5'末端標識ヘアピ ンDNAのインキュベーションは、示された成分を用いて55℃で30分間行なった 。生成物を変性ポリアクリルアミドゲル電気泳動により分解し、生成物の長さ( 単位:ヌクレオチド数)を示す。図10Bは添加プライマーの不在下の開裂の部位 に関する温度の効果を記載する。反応液をKClの不在下で示された温度で10分間 インキュベートした。生成物の長さ(単位:ヌクレオチド数)を示す。 驚くことに、DNAPTaqによる開裂はプライマーまたはdNTPのいずれをも必要と しない(図10Aを参照のこと)。こうして、5'ヌクレアーゼ活性は重合とは関連 し得ない。ヌクレアーゼ活性はマグネシウムイオンを必要とするが、マグネシウ ムイオンは特異性および活性の潜在的な変化はあるが置換し得る。亜鉛イオンま たはカルシウムイオンのいずれもが開裂反応を支持しない。反応は25℃から85℃ までの広い温度範囲にわたって起こり、開裂の速度が高温で増大する。 図10を参照して、プライマーは添加dNTPの不在下で伸長されない。しかしなが ら、プライマーはヘアピンの開裂の部位および速度の両方に影響する。開裂の部 位の変化(図10A)はDNA基質のアームの間に形成された短い二重鎖の分断によ り生じることが明らかである。プライマーの不在下で、図7に下線を施すことに より示された配列が対合して、延長された二重鎖を形成することができた。延長 された二重鎖の末端における開裂は、プライマーを添加しないで図10Aレーンに 見られる11ヌクレオチド断片を放出するであろう。過剰のプライマーの添加(図 10A、レーン3および4)または高温におけるインキュベーション(図10B)は二 重鎖の短い延長を乱し、長い5'アームひいては長い開裂生成物をもたらす。 プライマーの3'末端の位置は開裂の正確な部位に影響し得る。電気泳動分析は 、プライマーの不在下で、開裂が第一塩基対と第二塩基対の間で基質二重鎖(温 度に応じて、延長形態または短縮形態)の末端で起こることを明らかにした。プ ライマーが二重鎖の基部まで延長する時、開裂がまた二重鎖中で一つのヌクレオ チドを生じる。しかしながら、4または6ヌクレオチドのギャップがプライマー の3'末端と基質二重鎖の間に存在する時、開裂部位は5'方向に4ヌクレオチドか ら6ヌクレオチドにシフトする。 図11はプライマーオリゴヌクレオチドの存在下(図11A)または不在下(図11B)の 開裂の速度論を記載する。50mM KCl(図11A)または20mM KCl(図11B)を用いて反応 を55℃で行った。反応生成物を変性ポリアクリルアミドゲル電気泳動により分解 し、生成物の長さ(単位:ヌクレオチド数)を示す。マーカーを示す「M」は5' 末端標識19-ntオリゴヌクレオチドである。これらの塩条件下で、図11Aおよび11 Bは、反応がプライマーの不在下よりもプライマーの存在下で約20倍速いことが 明らかであることを示す。効率に関するこの効果は基質上の酵素の適切な配列お よび安定化に寄与し得る。 両方の反応を50mM KCl中で行う時、開裂速度に関するプライマーの相対的な影 響が極めて大きくなる。プライマーの存在下で、開裂の速度は約50mMまでKCl濃 度につれて増大する。しかしながら、プライマーの存在下のこの反応の抑制が10 0mMで明らかであり、150mM KClで完全である。対照的に、プライマーの不在下で は、その速度が20mMまでKClの濃度により増進されるが、それは30mM以上の濃度 で低下される。50mM KClでは、反応が殆ど完全に抑制される。プライマーの不在 下のKClによる開裂の抑制は温度により影響され、低温で更に顕著である。 切断すべきアームの5'末端の認識は基質認識の重要な特徴であることが明らか である。遊離5'末端を欠いている基質、例えば、円形M13 DNAは試験したいずれ の条件でも開裂し得ない。5'アームを形成した基質でさえも、DNAPTaqによる開 裂の速度がアームの長さにより影響される。プライマーおよび50mM KClの存在下 で、27ヌクレオチドの長さである5'延長の開裂は55℃で2分以内に実質的に完結 する。対照的に、84ヌクレオチドおよび188ヌクレオチドの5'アームを有する分 子の開裂は20分後に約90%および40%の完結であるにすぎない。高温におけるイ ンキュベーションは5'アーム中の二次構造を示す長い延長の抑制効果を低下し、 または酵素中の熱不安定構造がその反応を抑制し得る。過剰の基質の条件下で行 われた混合実験は、長いアームを有する分子が非生産的複合体(non-productive complex)中で利用可能な酵素を優先的に束縛しないことを示す。これらの結果は 、5'ヌクレアーゼドメインが5'アームを一つの末端から他の末端に移動すること により、分岐二重鎖の末端にある開裂部位への接近を獲得することを示し得る。 更に長い5'アームは更に偶発の二次構造を有するものと予想され(特にKCl濃度 が高い時)、これがおそらくこの移動を妨げるのであろう。 開裂は少なくとも2キロ塩基までの基質ストランド標的分子またはパイロット 核酸の長い3'アームにより抑制されないことが明らかである。その他の極限では 、1ヌクレオチドのように短いパイロット核酸の3'アームは効率が良くないもの のプライマー非依存性反応で開裂を支持することができる。充分に対合されたオ リゴヌクレオチドはプライマー延長中にDNA鋳型の開裂を誘発しない。 相補的ストランドが唯一の不対合3'ヌクレオチドを含む時でさえも、分子を開 裂するDNAPTaqの能力は対立遺伝子特異的PCRを最適化するのに有益であるかもし れない。不対合3'末端を有するPCRプライマーはパイロットオリゴヌクレオチド として作用してヌクレオシドトリホスフェートの不在下でDNAPTaqと一緒の潜在 的鋳型−プライマー複合体のプレインキュベーション中に望ましくない鋳型の選 択的開裂を誘導することができた。 B.その他のDNAPの5'ヌクレアーゼ活性 その他のDNAP中のその他の5'ヌクレアーゼが本発明に適しているか否かを測定 するために、酵素のアレイ(その幾つかが文献中に明らかな5'ヌクレアーゼ活性 のないものであると報告された)を試験した。構造特異的様式で核酸を開裂する これらのその他の酵素の能力を、それぞれの酵素による合成に最適であると報告 された条件下で図7に示されたヘアピン基質を使用して試験した。 DNAPEclおよびDNAPクレノーをPromega Corporationから入手した。ピロコッカ ス フリアウス(Pyrococcus furious)[「Pfu」、Bargseidら,Strategies 4:3 4(1991)]のDNAPはStratageneからのものであった。テルモコッカス リトラリ ス(Thermococcus litoralis)[「Tli」、Vent(exo-)、Perlerら,Proc.Natl.Aca d.Sci.USA 89: 5577(1992)]のDNAPはNew England Biolabsからのものであっ た。テルムス フラブス(Thermus flavus)[「Tfl」、Kaledinら,Biokhimiya 4 6:1576(1981)]のDNAPはEpicentre Technologiesからのものであり、またテルム ス テルモフィルス(Thermus thermophilus)[「Tth」、Carballeiraら,Biotec hni-ques 9:276(1990); Myersら,Biochem.30:7661 (1991)]のDNAPはU.S.Bioc h-emicalsからのものであった。 プライマー依存性反応のために製造業者により供給された緩衝液、または10mM Tris Cl、pH8.5、1.5mM MgCl2、および20mM KClを使用して、0.5ユニットのそれ ぞれのDNAポリメラーゼを20μl反応液中でアッセイした。反応混合物を酵素 の添加の前に72℃に保った。 図12はこれらの試験の結果を記録するオートラジオグラムである。図12Aは幾 つかの好熱性細菌のDNAPのエンドヌクレアーゼの反応を示す。反応液をプライマ ーの存在下で55℃で10分間またはプライマーの不在下で72℃で30分間インキュベ ートし、生成物を変性ポリアクリルアミドゲル電気泳動により分解した。生成物 の長さ(単位:ヌクレオチド数)を示す。図12BはDNAPEclの5'ヌクレアーゼによ るエンドヌクレオリチック(endonucleolytic)開裂を示す。DNAPEcl反応液および DNAPクレノー反応液を37℃で5分間インキュベートした。DNAPEclレーン(それ ぞれ、プライマーの存在下および不在下でつくられた)中の25ヌクレオチドおよ び11ヌクレオチドの開裂生成物の光バンドに注目されたい。また、図12Bはプラ イマーの存在下(+)または不在下(-)のDNAPTaq反応を示す。これらの反応をそれ ぞれ50mMおよび20mM KCl中で行い、55℃で10分間インキュベートした。 図12Aを参照して、真正細菌テルムス テルモフィルスおよびテルムス フラ ブスからのDNAPはプライマーの存在下および不在下の両方でDNAPTaqと同じ位置 で基質を開裂する。対照的に、古細菌ピロコッカス フリオサスおよびテルモコ ッカス リトラリスからのDNAPは基質をエンドヌクレオリチックに開裂すること ができない。ピロコッカス フリオウスおよびテルモコッカス リトラリスから のDNAPは真正細菌酵素と配列相同性を殆ど共有しない(Itoら,Nucl.Acids Res. 19:4045(1991); Mathurら,Nucl.Acids Res.19:6952(1991);またPerlerらを参 照のこと)。図12Bを参照して、DNAPEclはまた基質を開裂するが、得られる開裂 生成物は、3'エンドヌクレアーゼが抑制されない限り検出し難い。DNAPEclおよ びDNAPTaqの5'ヌクレアーゼドメインのアミノ酸配列は約38%相同性である(Gelf and、上記文献)。 また、DNAPTaqの5'ヌクレアーゼドメインはバクテリオファージT7の遺伝子6 によりコードされた5'エキソヌクレアーゼと約19%相同性を共有する[Dunnら, J.Mol.Biol.166:477(1983)]。DNAP重合ドメインに共有結合されないこのヌク レアーゼは添加プライマーの不在下で上記5'ヌクレアーゼにより切断される部位 と同様または同一の部位でDNAをエンドヌクレオチックに開裂することもでき る。 C.トランス開裂 特定の配列で有効に開裂するように誘導される5'ヌクレアーゼの能力を下記の 実験で実証した。「パイロットオリゴヌクレオチド」と称される部分相補性オリ ゴヌクレオチドを開裂の所望の位置で配列とハイブリッドを形成した。パイロッ トオリゴヌクレオチドの非相補性部分は鋳型の3'アームに類似する構造を与え( 図7を参照のこと)、一方、基質ストランドの5'領域は5'アームになった。パイ ロットがそれ自体で折り畳んで安定化テトラ−ループを有する短いヘアピンを生 じるようにパイロットの3'領域を設計することにより、プライマーを用意した[A ntaoら,Nucl.Acids Res.19:5901(1991)]。2種のパイロットオリゴヌクレオ チドを図13Aに示す。オリゴヌクレオチド19-12(配列番号18)および30-12(配列 番号19)はそれぞれ31ヌクレオチドまたは42ヌクレオチドの長さである。しかし ながら、オリゴヌクレオチド19-12(配列番号18)および34-19(配列番号19)はそれ ぞれ19ヌクレオチドおよび30ヌクレオチドを有するにすぎず、これらは基質スト ランド中の異なる配列に相補性である。パイロットオリゴヌクレオチドは約50℃ (19-12)および約75℃(30-12)でそれらの相補体を融解するように計算される。両 方のパイロットはそれらの3'末端で12ヌクレオチドを有し、これらは塩基対合プ ライマーを付着する3'アームとして作用する。 開裂がパイロットオリゴヌクレオチドにより誘導し得ることを実証するために 、本発明者らは2種の潜在的パイロットオリゴヌクレオチドの存在下で一本鎖標 的DNAをDNAPTaqとともにインキュベートした。標的およびパイロット核酸が 共有結合されないトランス開裂反応液は、同緩衝液の容積20μl中に0.01 pmole の単一末端標識基質DNA、1ユニットのDNAPTaqおよび5pmoleのパイロットオ リゴヌクレオチドを含む。これらの成分を95℃で1分間のインキュベーション中 に合わせてPCR生成された二本鎖基質DNAを変性し、次に反応の温度をそれら の最終インキュベーション温度に低下した。オリゴヌクレオチド30-12および19- 12は標的ストランドの5'末端から85ヌクレオチドおよび27ヌクレオチドである基 質DNAの領域にハイブリッドを形成することができる。 図23は完全206-mer配列(配列番号26)を示す。206-merをPCRにより作製した 。New England Biolabs(それぞれ、カタログ番号1233および1224)からのM13/pUC 24-mer逆配列(-48)プライマーおよびM13/pUC配列(-47)プライマーを、標的配列 を含む鋳型(10ng)としてpGEM3z(f+)プラスミドベクター(Promega Corp.)ととも に使用した(それぞれ50pmole)。PCRの条件は以下のとおりであった。100μlの 1X PCR緩衝液(20mM Tris-Cl、pH8.3、1.5mM MgCl2、0.05%Tween-20および0.05 %NP-40)を含む50mM KCl中50μMのそれぞれのdNTPおよび2.5ユニットのTaq DNA ポリメラーゼ。反応を95℃で45秒、63℃で45秒、次に72℃で75秒で35回サイクル した。サイクリング後に、反応を72℃で5分間インキュベーションして終わらせ た。得られる断片を0.5X TBE(45mM Tris-Borate、pH8.3、1.4mM EDTA)中6% ポリアクリルアミドゲル(29:1架橋)による電気泳動により精製し、臭化エチジ ウム染色またはオートラジオグラフィーにより視覚化し、ゲルから切除し、受動 拡散により溶離し、エタノール沈殿により濃縮した。 基質DNAの開裂はパイロットオリゴヌクレオチド19-12の存在下で50℃で起 こったが(図13B、レーン1および7)、75℃では起こらなかった(レーン4お よび10)。オリゴヌクレオチド30-12の存在下では、開裂が両温度で観察された 。たとえ50℃で基質中の偶発構造がKClの不在下でプライマー非依存性開裂を可 能にしたとしても(図13B、レーン9)、開裂は添加オリゴヌクレオチドの不在 下(レーン3、6および12)または約80℃で起こらなかった。基質DNAに相補 性 を有しない非特異的オリゴヌクレオチドは50mM KClの不在下または存在下で50℃ で開裂を誘導しなかった(レーン13および14)。こうして、開裂反応の特異性は 基質に対する相補性の程度およびインキュベーションの条件により調節し得る。 D.RNAの開裂 上記のトランス開裂実験に使用した配列の短縮RNAバージョンを、その反応 中の基質として利用するその能力について試験した。RNAは、パイロットオリ ゴヌクレオチドの存在に依存性である反応において、予想された位置で開裂する 。[α−32P]UTPの存在下のT7 RNAポリメラーゼによりつくられたRNA基質は 図13Bに使用したDNA基質の末端切断型に相当する。反応条件は上記DNA基 質に使用した条件と同様であり、50mM KClを用いた。インキュベーションは55℃ で40分間であった。使用したパイロットオリゴヌクレオチドを30-0(配列番号20 )と称し、図14Aに示す。 開裂反応の結果を図14Bに示す。反応を図14Bに示されるようにDNAPTaqまたは パイロットオリゴヌクレオチドの存在下または不在下で行った。 印象的なことに、RNA開裂の場合、3'アームはパイロットオリゴヌクレオチ ドに必要とされない。この開裂は30塩基対の長さのRNA-DNA二重鎖に沿って幾つ かの位置でRNAを切断すると予想される前記RNaseHによるとはあまり考えられ ない。DNAPTaqの5'ヌクレアーゼはヘテロ二重鎖領域の5'末端付近の単一部位で RNAを開裂する構造特異的RNaseHである。 驚くことに、3'アームを欠いているオリゴヌクレオチドはRNA標的の有効な 開裂を誘導する際にパイロットとして作用することができる。何となれば、この ようなオリゴヌクレオチドは天然DNAPを使用してDNA標的の有効な開裂を誘導 することができないからである。しかしながら、本発明の幾つかの5'ヌクレアー ゼ(例えば、図16に示されたクローンE、FおよびG)は3'アームの不在下でD NAを開裂することができる。換言すれば、非延長性開裂構造は熱安定性DNA に由来する本発明の幾つかの5'ヌクレアーゼによる特異的開裂に必要とされない 。 本発明者らは、完全相補性プライマーの存在下のDNAPTaqによるRNA鋳型の 開裂が、何故にDNAPTaqが逆転写酵素の反応に近似する反応においてRNA鋳型 についてDNAオリゴヌクレオチドを延長することができないのかを説明する助 けとなるか否かを試験した。別の好熱性DNAP、DNAPTthはMn++の存在下でのみで あるがRNAを鋳型として使用することができ、こうして本発明者らはこの酵素 がこの陽イオンの存在下でRNAを開裂しないと予想した。それ故、本発明者ら はMg++またはMn++を含む緩衝液中でDNAPTaqまたはDNAPTthの存在下で適当なパイ ロットオリゴヌクレオチドとともにRNA分子をインキュベートした。予想され たように、両酵素はMg++の存在下でRNAを開裂した。しかしながら、DNAPTth ではなくDNAPTaqはMn++の存在下でRNAを分解した。本発明者らは、多くのDNA Pの5'ヌクレアーゼ活性がRNAを鋳型として使用できないことに寄与し得ると 結論した。 実施例2 安定性DNAポリメラーゼ由来5'ヌクレアーゼの生成 本発明の検出アッセイにおけるDNA開裂中の望ましくない副反応である活性 である合成活性を低下したが、熱安定性ヌクレアーゼ活性を維持した熱安定性D NAポリメラーゼを生成した。結果物は極めて特異的に核酸DNAを開裂する熱 安定性ポリメラーゼである。属テルムスの真正細菌からのDNAポリメラーゼA 型は広範囲のタンパク質配列同一性(DNAStar,WIからのDNA分析ソフトウェア でLipman-Pearson方法を使用して、重合ドメイン中90%)を共有し、重合および ヌクレアーゼアッセイの両方で同様に挙動する。それ故、本発明者らはこのクラ スの代表としてテルムス アクアチクス(DNAPTaq)およびテルムス フラブス(DN APTfl)のDNAポリメラーゼの遺伝子を使用した。その他の真正細菌生物、例え ば、テルムス テルモフィルス、テルムスsp.、テルモトガ マリチマ、テルモ シフォ アフリカヌスおよびバチルス ステアロテルモフィルス、からのポリメ ラーゼ遺伝子が同等に好適である。これらの好熱性生物からのDNAポリメラー ゼは高温で生存し、行動することができ、こうして温度が核酸ストランドの非特 異的ハイブリダイゼーションに対する選択手段として使用される反応に使用し得 る。下記の欠失突然変異誘発に使用した制限部位を便宜上選択した。同様の便宜 にある異なる部位がテルムス テルモフィルス遺伝子中で利用でき、関連生物か らのその他の型Aポリメラーゼ遺伝子と同様の構造をつくるのに使用し得る。 A.5'ヌクレアーゼ構造体の生成 1.修飾DNAPTaq遺伝子 第一工程は誘導プロモーターの制御下でプラスミドについてTaqDNAポリメラー ゼの修飾遺伝子を入れることであった。修飾Taqポリメラーゼ遺伝子を以下のよ うにした単離した。TaqDNAポリメラーゼ遺伝子を、配列番号13-14に記載された オリゴヌクレオチドをプライマーとして使用して、テルムス アクアチクス、株 YT-l(Lawyerら,上記文献)からのゲノムDNAからポリメラーゼ連鎖反応によ り増幅した。得られるDNAの断片はコード配列の5'末端に制限エンドヌクレア ーゼEcoRIの認識配列を有し、3'末端にBglII配列を有する。BglIIによる開裂はB amHIにより生じた末端と適合性である5'オーバーハングまたは“付着末端”を残 す。PCR増幅されたDNAをEcoRIおよびBamHIで消化した。ポリメラーゼ遺伝子 のコード領域を含む2512 bp断片をゲル精製し、次に誘導プロモーターを含むプ ラスミドにつないだ。 本発明の一実施態様では、ハイブリッドtrp-lac(tac)プロモーターを含む、pT TQ18ベクターを使用し[M.J.R.Stark,Gene 5:255(1987)]、図15に示す。tacプ ロモーターはE.coli lacリプレッサーの制御下にある。抑制は、細菌増殖の所望 のレベルに達するまで、抑制すべき遺伝子産物の合成を可能にし、その時点で抑 制が特異的インデューサー、イソプロピル−b−D−チオガラクトピラノシド(I PTG)の添加により除去される。このような系が形質転換体の増殖を遅延または阻 止し得る外来タンパク質の発現を可能にする。 tacの如き細菌プロモーターは、それらが多数のコピープラスミドに存在する 時には適当に抑制されないかもしれない。高度に毒性のタンパク質がこのような プロモーターの制御下に置かれる場合、制御を免れる少量の発現が細菌に有害で あり得る。本発明の別の実施態様では、クローン化遺伝子産物の合成を抑制する ための別の選択肢を使用した。プラスミドベクター系列pET-3中に見られるバク テリオファージT7からの非細菌プロモーターを使用してクローン化変異体Taqポ リメラーゼ遺伝子を発現した[図15;StudierおよびMoffatt,J.Mol.Biol.189: 113(1986)]。このプロモーターはT7 RNAポリメラーゼのみにより転写を開 始する。BL21(DE3)pLYSの如き好適な株中で、このRNAポリメラーゼの遺伝子 がlacオペレーターの制御下で細菌ゲノムで運ばれる。このアレンジメントは、 多数のコピー遺伝子の発現(プラスミドに関する)がT7 RNAポリメラーゼの発現 に完全に依存し、これが容易に抑制されるという利点を有する。何となれば、そ れは単一コピー中に存在するからである。 pTTQ18ベクター(図15)への結合について、Taqポリメラーゼコード領域を含 むPCR産物DNA(mutTaq、クローン4B、配列番号21)をEcoRIおよびBglIIで消化 し、この断片を通常の「付着末端」条件下[Sambrookら,Molecular Cloning,Co ld Spring Harbor Laboratory Press,Cold Spring Harbor,pp.1.63-1.69(1989 )]でプラスミドベクターpTTQ18のEcoRI部位およびBamHI部位につないだ。この 構造体の発現は、天然タンパク質の最初の二つの残基(Met-Arg)がベクターから の三つの残基(Met-Asn-Ser)により置換されている翻訳融合生成物を生じるが、 その天然タンパク質の残部は変化しないであろう。その構造体をE.coliのJM109 株に形質転換し、形質転換体を天然タンパク質を発現する細菌の増殖を許さない 不完全抑制条件下に置いた。これらの平板培養(plating)条件は増幅プロセス中 のTaqポリメラーゼの不忠実度から生じるもののような既存の突然変異を含む遺 伝子の単離を可能にする。 この増幅/選択プロトコルを使用して、本発明者らは突然変異したTaqポリメ ラーゼ遺伝子(mutTaq、クローン4B)を含むクローン(図16Bに示される)を単離 した。その突然変異体を最初にその表現型により検出し、この場合、粗細胞抽出 物中の温度安定性5'ヌクレアーゼ活性は通常であったが、重合活性は殆ど不在で あった(野生型Taqポリメラーゼ活性の約1%未満)。 組換え遺伝子のDNA配列分析は、それが二つのアミノ酸置換をもたらすポリメ ラーゼドメインでの変化を有することを示した。ヌクレオチド位置1394のAから Gへの変化がアミノ酸位置465(天然核酸配列およびアミノ酸配列、配列番号1お よび4に従ってナンバリングした)のGluからGlyへの変化を生じ、またヌクレオ チド位置2260のAからGへの変化がアミノ酸位置754のGlnからArgへの変化を生 じる。GlnからGlyへの突然変異は非保存位置にあるので、またGluからArgへの突 然変異は既知のA型ポリメラーゼの実質上全ての中に保存されるアミノ酸を変化 させるので、この後者の突然変異はおそらくこのタンパク質の合成活性が減少す る原因となる突然変異である。クローン4B構築物のヌクレオチド配列(図16B)を 配列番号21に示す。配列番号21のヌクレオチド配列によりコードされた相当する アミノ酸配列を配列番号72に示す。 次に、DNAPTaq構築物の誘導体をmutTaq遺伝子からつくり、こうして、それら は、これらの特別な領域が欠失されない限り、それらのその他の変化の他にこれ らのアミノ酸置換を全て有する。これらの突然変異部位を図16中の図式中のこれ らの位置において黒色ボックスにより示す。図16中、表示“3'Exo”を使用してD NAPTaq中に存在しないA型ポリメラーゼと関連する3'エキソヌクレアーゼ活性の 位置を示す。図16E、FおよびGに示された遺伝子以外の全ての構築物をpTTQ18ベ クター中で作製した。 図16EおよびF中の遺伝子について使用したクローニングベクターは上記の市販 のpET-3系列からのものであった。このベクター系列はT7プロモーターの下流の クローニング用のBamHI部位のみを有するが、その系列は三つのリーディングフ レームのいずれへのクローニングも可能にする変異体を含む。上記PCR産物のク ローニングについて、pET-3cと称した変異体を使用した(図17)。そのベクター をBamHIで消化し、仔ウシ腸ホスファターゼで脱リン酸し、DNAPEclおよびdNTPの クレノウ断片を使用して付着末端にフィルインした。図16Bに示された変異体Taq DNAP(mutTaq、クローン4B)の遺伝子をEcoRIおよびSalIによる消化によりpTTQ18 から放出し、ベクターで行ったように“付着末端”をフィルインした。その断片 を標準的な平滑末端条件(Sambrookら,Molecular Cloning,上記文献)下でベクタ ーに連結し、その構築物をE.coliのBL21(DE3)pLYS株に形質転換し、 単離物をスクリーニングして、プロモーターに対して適当な配向で遺伝子と連結 した単離物を同定した。この構築物により別の翻訳融合産物を生じ、この場合、 DNAPTaqの最初の二つのアミノ酸(Met-Arg)がベクターから13個+PCRプライマー から2個により置換される(Met-Ala-Ser-Met-Thr-Gly-Gly-Gln-Gln-Met-Gly-Arg -Ile-Asn-Ser)(配列番号23)。 本発明者らの目標は、DNAを合成する能力を欠いているが、5'ヌクレアーゼ活 性を有する、核酸を開裂する能力を保持する酵素を作製することであった。DNA のプライマーを用いた鋳型合成の作用は実際に一連の調整された現象であり、こ うしてその他の現象に影響しないで一つの現象を乱すことによりDNA合成を不能 にすることができる。これらの工程としては、プライマー認識および結合、dNTP 結合およびヌクレオチド間のホスホジエステル結合の触媒作用が挙げられるが、 これらに限定されない。DNAPEcIの重合ドメイン中のアミノ酸の幾つかがこれら の機能に関連していたが、正確なメカニズムはまだ十分には明らかにされていな い。 DNAポリメラーゼの重合能力を破壊する一つの方法はそのタンパク質について そのドメインをコードする遺伝子セグメントの全部または一部を欠失させるか、 またはそうでない場合には遺伝子が完全重合ドメインをつくることができないよ うにすることである。個々の変異型酵素は細胞内および細胞外の両方で安定性お よび溶解性が互いに異なる可能性がある。例えば、DNAPEcIの5'ヌクレアーゼド メイン(これは穏やかなタンパク質分解により重合ドメインから活性型で放出さ れ得る[SetlowとKornberg,J.Biol.Chem.247:232(1972)])とは対照的に、テ ルムス(Thermus)ヌクレアーゼドメインは、同様に処理すると、可溶性が減少し 、その開裂活性がしばしば失われる。 出発物質として図16Bに示された変異体遺伝子を使用して、幾つかの欠失構築 物を作出した。クローニング技術はすべて標準的なものであり(Sambrookら,上 記文献)、簡単にまとめると以下のようになる。 図16C: mutTaq構築物をPstIで消化し、示されるようにポリメラーゼコード領 域内で1回切断し、そのベクターの多重クローニング部位で遺伝子の少し下流で 切断する。これらの二つの部位の間の断片の放出後に、ベクターを再度連結して 、 894-ヌクレオチド欠失を生じさせ、フレーム中の結合の下流に終止コドン40ヌク レオチドを入れた。この5'ヌクレアーゼ(クローン4C)のヌクレオチド配列を配 列番号9に示す。配列番号9のヌクレオチド配列によりコードされた相当するア ミノ酸配列を配列番号73に示す。 図16D: mutTaq構築物をNheIで消化し、これは遺伝子中の位置2047で1回切断 する。得られる4ヌクレオチド5'突出部末端を上記のようにしてフィルインし、 平滑末端を再度連結した。得られる4ヌクレオチド挿入はリーディングフレーム を変化させ、突然変異の10アミノ酸下流で翻訳の終止させる。この5'ヌクレアー ゼ(クローン4D)のヌクレオチド配列を配列番号10に示す。配列番号10のヌクレ オチド配列によりコードされた相当するアミノ酸配列を配列番号74に示す。 図16E: EcoRIおよびSalIを使用して、完全mutTaq遺伝子をpTTQ18から切断し 、上記のようにしてpET-3cにクローン化した。このクローンを、図16Eに示され たように位置している特有の部位でBstXIおよびXcmIで消化した。そのDNAをDNAP Ec1およびdNTPのクレノウ断片で処理し、両部位の3'突出部をトリミングして平 滑末端とした。これらの平滑末端を一緒に連結し、1540ヌクレオチドのアウト− オブ−フレーム(out-of-frame)欠失をもたらした。イン−フレーム終止コドンが 結合部位の18トリプレット後に生じる。この5'ヌクレアーゼ(クローン4E)のヌ クレオチド配列を配列番号11に示す[配列番号11のヌクレオチド配列によりコー ドされた相当するアミノ酸配列を配列番号75に示す]。適当なリーダー配列を配 列番号24に示す[配列番号24のヌクレオチド配列によりコードされた相当するア ミノ酸配列を配列番号76に示す]。それはまたCleavaseTMBX酵素と称される。 図16F: EcoRIおよびSalIを使用して、完全mutTaq遺伝子をpTTQ18から切断し 、上記のようにしてpET-3cにクローン化した。このクローンを、図示されたよう に位置している特有の部位でBstXIおよびBamHIで消化した。そのDNAをDNAPEc1お よびdNTPのクレノウ断片で処理し、両部位の3'突出部をトリミングして平滑末端 とし、一方、BamHI部位の5'突出部をフィルインして平滑末端とした。これらの 末端を一緒に連結し、903ヌクレオチドのイン−フレーム欠失をもたらした。こ の5'ヌクレアーゼ(クローン4F)のヌクレオチド配列を配列番号12に示す。それ はまたCleavaseTMBB酵素と称される。配列番号12のヌクレオチド配列によりコ ードされた相当するアミノ酸配列を配列番号77に示す。 図16G: このポリメラーゼは図16Eに示されたポリメラーゼの変異体である。 それをプラスミドベクターpET-21(Novagen)にクローン化した。このベクター中 に見られるバクテリオファージT7由来の非細菌プロモーターはT7 RNAポリメラー ゼによらなければ転写を開始しない。StudierとMoffatt,上記文献を参照のこと 。(DES)pLYSのような適した株中で、このRNAポリメラーゼの遺伝子がlacオペレ ーターの制御下で細菌ゲノムによって運ばれる。この配置は、多重コピー遺伝子 の発現(プラスミド上での)がT7 RNAポリメラーゼの発現に完全に依存性し、こ れが容易に抑制されるという利点を有する。なぜなら、それが単一コピー中に存 在するからである。これらの変異体遺伝子の発現がこのしっかりと制御されたプ ロモーターのもとで起こるので、宿主細胞に対する発現されたタンパク質の毒性 の潜在的な問題は関心事ではない。 また、pET-21ベクターは、発現されたタンパク質のカルボキシ末端に付加され る6連続ヒスチジン残基の広がりである“His-タグ”を特徴とする。次に得られ るタンパク質が、固定されたNi++イオンを含む市販(Novagen)カラム樹脂を使用 して金属キレート化クロマトグラフィーにより単一工程で精製できる。2.5mlカ ラムが再使用可能であり、天然の条件または変性(グアニジン-HClまたは尿素) 条件下で20mgまでの標的タンパク質を結合することができる。 通常の形質転換技術を使用して、E.coli(DES)pLYS細胞を上記構築物で形質転 換し、通常の増殖培地(例えば、Luria-Bertaniブロス)に接種するのに使用す る。T7 RNAポリメラーゼの産生をIPTGの添加により対数期増殖中に誘導し、更に 12〜17時間インキュベートする。培養物のアリコートを誘導の前後に取り出し、 タンパク質をSDS-PAGEにより試験する。外来タンパク質が細胞タンパク質の約3 〜5%を占め、かつ主要宿主タンパク質バンドのいずれとも共泳動しない場合、 クーマシーブルーによる染色が外来タンパク質の視覚化を可能にする。主要宿主 タンパク質と共泳動するタンパク質は、分析のこの段階で見られるためには全タ ンパク質の10%以上として発現される必要がある。 幾つかの変異体タンパク質は細胞により封入体中に取り込まれる。これらは細 菌が高レベルの外来タンパク質を発現するように作出された時に細胞質中で形成 される顆粒であり、それらを粗溶解産物から精製し、SDS-PAGEにより分析してそ れらのタンパク質含量を測定できる。クローン化タンパク質が封入体中に存在す る場合、それは開裂活性およびポリメラーゼ活性を評価するために放出される必 要がある。様々な可溶化方法が様々なタンパク質に適しており、種々の方法が知 られている。例えば、Builder &Ogezの米国特許第4,511,502号(1985);Olsonの 米国特許第4,518,526号(1985);Olson &Paiの米国特許第4,511,503号(1985);Jon esらの米国特許第4,512,922号(1985)を参照のこと。これらの全てが参考として 本明細書に含まれる。 次に可溶化タンパク質を、製造業者(Novagen)の指示に従って上記のようにし てNi++カラムで精製する。洗浄したタンパク質をイミダゾール競合物質(1M)と高 塩(0.5M NaCl)の組み合わせによりカラムから溶離し、透析して緩衝液を交換し 、変性タンパク質を再生させる。典型的な回収は出発培養液1ml当たり約20μg の特定タンパク質をもたらす。DNAP変異体をクリーブアーゼ(Cleavase TMBN)酵 素と称し、その配列を配列番号25に示す。配列番号25のヌクレオチド配列により コードされた対応するアミノ酸配列を配列番号78に示す。 2.修飾DNAPTfl遺伝子 テルムス・フラバスのDNAポリメラーゼ遺伝子をATCCから入手した“T.フラバ ス”AT-62株(ATCC 33923)から単離した。この株はAkhmetzjanovおよびVakhitov ,上記文献により公表された配列を生成するのに使用されたT.フラバスとは異な る制限地図を有する。公表された配列を配列番号2に示す。T.フラブスのAT-62 株からのDNAポリメラーゼ遺伝子についての配列データは公表されていなかった 。 T.アクアチクスDNAポリメラーゼ遺伝子(配列番号13-14)を増幅するのに使用し たのと同じプライマーを使用して、T.フラバスからのゲノムDNAを増幅した。約2 500塩基対PCR断片をEcoRIおよびBamHIで消化した。突出末端をDNAPEc1クレノウ 断片およびdNTPで平滑にした。N末端のコード領域を含む、得られた約1800塩基 対断片を上記のようにしてpET-3cに連結した。この構築物、クローン5Bを図18B に示す。野生型T.フラブスDNAポリメラーゼ遺伝子を図18Aに示す。図18 中、表示“3'Exo”を使用して、DNAPTfl中に存在しないA型ポリメラーゼと関連 する3'エキソヌクレアーゼ活性の位置を示す。5BクローンはpET-3cにクローン化 されたDNAPTaqクローン4EおよびFと同じリーダーアミノ酸を有する。翻訳終止が どこで起こるのかは正確には知られていないが、そのベクターはクローニング部 位のすぐ下流に強い転写終止シグナルを有する。 B.形質転換された細胞の増殖および誘導 通常の形質転換技術を使用して、細菌細胞を上記構築物で形質転換し、通常の 増殖培地(例えば、Luria-Bertaniブロス)2mlに接種するのに使用した。得ら れた培養物は使用した特定の株に適するようにインキュベートし、特定の発現系 に必要とされるのであれば誘導した。図16および18に示した構築物の全てについ ては、培養物を0.5 ODの光学密度(波長600nm)まで増殖させた。 クローン化遺伝子の発現を誘導するために、培養物を0.4mM IPTGの最終濃度に し、インキュベーションを12〜17時間続けた。それぞれの培養液の50μl アリコ ートを誘導の前後に取り出し、ドデシル硫酸ナトリウム−ポリアクリルアミドゲ ル電気泳動(SDS-PAGE)のために通常のゲルローディング緩衝液20μlと合わせた 。外来タンパク質が細胞タンパク質の約3〜5%を占め、主要E.coliタンパク質 バンドのいずれとも共泳動しない場合、クーマシーブルーによるその後の染色(S ambrookら,上記文献)は外来タンパク質の視覚化を可能にする。主要宿主タンパ ク質と共泳動するタンパク質は、分析のこの段階で見られるためには全タンパク 質の10%以上として発現される必要がある。 C.熱溶解および分画化 粗細菌細胞抽出物を加熱して、それ程安定ではないE.coliタンパク質を変性お よび沈殿させることにより、発現された熱安定性タンパク質、すなわち5'ヌクレ アーゼを単離した。次に沈殿したE.coliタンパク質をその他の細胞破砕物ととも に遠心分離により除去した。培養液1.7mlを12,000〜14,000rpmで30〜60秒の微量 遠心分離によりペレット化した。上清の除去後に、細胞を緩衝液A(50mM Tris- HCl、pH7.9、50mMデキストロース、1mM EDTA)400μl 中で再度懸濁させ、再度 遠心分離し、次に4mg/mlリゾチームとともに緩衝液A80μl 中で再度懸濁 させた。細胞を室温で15分間インキュベートし、次に緩衝液B(10mM Tris-HCl 、pH7.9、50mM KCl、1mM EDTA、1mM PMSF、0.5%Tween-20、0.5%Nonidet-P40 )80μlと合わせた。 この混合物を75℃で1時間インキュベートして宿主タンパク質を変性し、沈殿 させた。この細胞抽出物を4℃で14,000 rpmで15分間遠心分離し、上清を新しい チューブに移した。この上清0.5〜1μl のアリコートをそれぞれの試験反応に 直接使用し、7μl を上記のようにして電気泳動分析にかけることにより、抽出 物のタンパク質含量を測定した。もとの組換えTaq DNAポリメラーゼ[Englke,A nal.Biochem 191:396(1990)]、および図16Bに示した二点突然変異タンパク質は 両方ともこの時点で可溶性かつ活性である。 外来タンパク質は封入体への細胞による外来タンパク質の取込みのために熱処 理後に検出されないことがある。これらは、細菌が高レベルの外来タンパク質を 発現するように作出された時に細胞質中で形成される顆粒であり、それらを粗溶 解産物から精製し、SDS PAGEで分析してそれらのタンパク質含量を測定し得る。 多くの方法が文献に記載されており、一つのアプローチが以下に記載される。 D.封入体の単離および可溶化 小培養物を増殖させ、上記のようにして誘導した。1.7mlアリコートを短時間 の遠心分離によりペレット化し、細菌細胞を溶解緩衝液(50mM Tris-HCl、pH8.0 、0.1mM EDTA、100mM NaCl)100μl 中で再度懸濁させた。20mM PMSF 2.5μl を0 .5mMの最終濃度で添加し、リゾチームを1.0mg/mlの濃度まで添加した。細胞を室 温で20分間インキュベートし、デオキシコール酸を1mg/ml(100mg/ml溶液1μl )まで添加し、その混合物を約15分間または粘稠になるまで37℃でインキュベー トした。DNAseIを10μg/mlまで添加し、その混合物を室温で約30分間またはそ れが最早粘稠ではなくなるまでインキュベートした。 この混合物から、封入体を4℃で14,000 rpmで15分間遠心分離により回収し、 上清を捨てた。ペレットを10mM EDTA(pH8.0)および0.5%Triton X-100を含む溶 解緩衝液100μl中で再度懸濁させた。室温で5分後、封入体を前記のようにして ペレット化し、上清をその後の分析のために貯蔵した。封入体を蒸留水50μl 中で再度懸濁させ、5μlをSDSゲルローディング緩衝液(これは封入体を溶解す る)と合わせ、上清のアリコートとともに電気泳動で分析した。 クローン化タンパク質が封入体中に存在する場合は、開裂活性およびポリメラ ーゼ活性を評価するためにそれを放出させる。可溶化の方法は特定の活性と適合 性である必要がある。様々な可溶化方法が様々なタンパク質に適しており、種々 の方法がMolecular Cloning(Sambrookら,上記文献)に説明されている。以下 は、本発明者らが本発明者らの単離物の幾つかに使用した改良法である。 封入体−水懸濁液20μlを室温で4分間にわたって14,000 rpmで遠心分離によ りペレット化し、上清を捨てた。封入体を更に洗浄するために、ペレットを2M尿 素を含む溶解緩衝液20μl中で再度懸濁させ、室温で1時間インキュベートした 。次に洗浄した封入体を8M尿素を含む溶解緩衝液2μl中で再度懸濁させた。封 入体が溶解するにつれて、その溶液が目視で透明になった。未溶解破砕物を室温 で4分間にわたって14,000rpmで遠心分離により除去し、抽出物上清を新しいチ ューブに移した。 尿素濃度を低下させるために、抽出物をKH2PO4中で希釈した。180μlの50mM K H2PO4(pH9.5)、1mM EDTAおよび50mM NaClを含む新しいチューブを調製した。抽 出物のアリコート2μlを添加し、素早くボルテックスして混合した。抽出物の 全てが合計10回の添加で添加されてしまうまで、この工程を繰り返した。その混 合物を室温で15分間放置し、その間にしばしば若干の沈殿が生じる。沈殿を室温 で15分間にわたって14,000rpmで遠心分離により除去し、上清を新しいチューブ に移した。KH2PO4溶液中200μlのタンパク質に、飽和(NH4)2SO4140-200μlを添 加し、その結果、得られる混合物は約41%〜50%飽和(NH4)2SO4であった。その 混合物を氷で30分間冷却してタンパク質を沈殿させ、次にタンパク質を室温で4 分間にわたって14,000rpmで遠心分離により回収した。上清を捨て、ペレットを 緩衝液C(20mM HEPES(pH7.9)、1mM EDTA、0.5%PMSF、25mM KClおよびそれぞ れ0.5%のTween-20およびNonidet P40)20μlに溶解した。タンパク質溶液を再度 4分間にわたって遠心分離して不溶性物質をペレット化し、上清を新しいチュー ブに分離した。1〜4μl をSDS-PAGEにより分析することにより、この方法で調 製した抽出物のタンパク質含量を視覚化した。抽出物0.5〜1μlは記 載したような開裂アッセイおよび重合アッセイで試験した。 E.ヌクレアーゼの存在および合成活性に関するタンパク質分析 上記され、図16および18に示された5'ヌクレアーゼを下記の方法により分析し た。 1.構造特異的ヌクレアーゼアッセイ 候補である修飾ポリメラーゼを、構造体特異的開裂を触媒するその能力を試験 することにより、5'ヌクレアーゼ活性について試験した。本明細書に使用される “開裂構造体”という用語は、DNAPの5'ヌクレアーゼ活性による開裂のための基 質である核酸構造体を意味する。 ポリメラーゼを図19に示された構造を有する試験複合体に曝す。5'ヌクレアー ゼ活性に関する試験は三つの反応を伴う。1)プライマー特異的開裂(図19B)を行 う。何となれば、それが反応の塩濃度の変化に対し比較的非感受性であり、それ 故、修飾酵素が活性に必要とするどのような溶質条件でも行い得るからである。 これは、一般に未修飾ポリメラーゼに好適な条件と同じである。2)同様のプライ マー特異的開裂をプライマー非依存性開裂を可能にする緩衝液、すなわち、酵素 がこれらの条件下で生存することを実証するための低塩濃度緩衝液中で行い、か つ3)プライマー非依存性開裂(図19A)を同じ低塩濃度緩衝液中で行う。 分岐二重鎖を図19に示した基質鎖と鋳型鎖の間で形成する。本明細書に使用さ れる“基質鎖”という用語は、5'ヌクレアーゼ活性により仲介される開裂が起こ る核酸鎖を意味する。基質鎖は5'ヌクレアーゼ開裂の基質として利用できる分岐 複合体中の上部鎖として常に示される(図19)。本明細書に使用される“鋳型鎖 ”という用語は、基質鎖に少なくとも部分相補的であり、基質鎖にアニールして 開裂構造体を形成する核酸の鎖を意味する。鋳型鎖は分岐開裂構造体の下部鎖と して常に示される(図19)。プライマー依存性開裂が試験される時のように、プ ライマー(長さ19〜30ヌクレオチドの短いオリゴヌクレオチド)を複合体に添加 する場合、鋳型鎖の3'腕にアニールするように設計される(図19B)。その反応に 使用されるポリメラーゼが合成活性を有する場合、このようなプライマーは鋳型 鎖に沿って伸長されるはずである。 開裂構造体は一本鎖ヘアピン分子としてつくられてもよく、標的の3'末端およ び図19Eに示すようなループとして結合されたパイロットの5'末端を有する。ま た、これらの試験には、3'腕に相補的のプライマーオリゴヌクレオチドが必要と され、その結果、プライマーの存在に対する酵素の感受性を試験し得る。 試験開裂構造体を形成するのに使用される核酸は化学的に合成でき、または通 常の組換えDNA技術により作製し得る。後者の方法により、その分子のヘアピン 部分は、互いに隣接するが逆向きの短いDNAセグメントの二重コピーをクローニ ングベクターに挿入することによりつくることができる。次に、この逆向きのリ ピートを含み、短い(約20ヌクレオチド)の対を形成していない5'腕および3'腕 を得るのに充分なフランキング配列を含む二本鎖断片が、制限酵素消化、または 5'エキソヌクレアーゼを欠いている酵素(例えば、AmpItaqTMDNAポリメラーゼの Stoffel断片、VentTMDNAポリメラーゼ)で行われるPCRによりベクターから放出 し得る。 試験DNAは、放射性同位元素または非同位元素タグで、いずれかの末端、また は内部を標識し得る。ヘアピンDNAが合成一本鎖またはクローン化二本鎖である かを問わないで、DNAを使用前に加熱して全ての二重鎖を溶融する。氷上で冷却 した時、図19Eに示された構造体が形成され、この構造体はこれらのアッセイを 行うのに充分な時間、安定である。 プライマー特異的開裂(反応1)について試験するために、検出可能な量の試 験分子(典型的には1-100 fmoleの32P標識ヘアピン分子)および10〜100倍モル 過剰のプライマーを、試験酵素と適合性であることが知られている緩衝液に入れ る。反応2について、プライマー特異的開裂がプライマー非依存性開裂を可能に する条件下で行われる場合、同じ量の分子を、pH、酵素安定剤(例えば、ウシ血 清アルミン、ノニオン系界面活性剤、ゼラチン)および還元剤(例えば、ジチオ スレイトール、2−メルカプトエタノール)に関して反応1に使用された緩衝液 と同じであるが、1価陽イオン塩を20mM KClで置換する溶液に入れる。20mM KCl がプライマー非依存性開裂に最適と実証されている。塩の非存在下で通常作用す るDNAPEc1の如き酵素のための緩衝液は、この濃度を達成するためには添加しな い。プライマー非依存性開裂(反応3)について試験するために、プライマー ではなく、同じ量の試験分子を反応2に使用されたのと同じ緩衝条件のもとに一 緒にする。 次に三つの反応全てを、酵素対試験複合体のモル比が約1:1であるのに充分な 酵素にさらす。酵素安定性または複合体安定性により許容される温度以下の範囲 の温度(これは好熱性菌からの酵素にとって80℃以下である)で、開裂を可能に するのに充分な時間(10〜60分)、反応液をインキュベートする。反応1、2およ び3の生成物を変性ポリアクリルアミドゲル電気泳動により分離し、オートラジ オグラフィーまたは使用した標識系に適した同等な方法により視覚化する。別の 標識系として、ケミルミネセンス検出、銀染色またはその他の染色、ブロッティ ングおよびプロービング等が挙げられる。開裂産物の存在は、未開裂試験構造体 よりも低分子量で移動する分子の存在により示す。これらの開裂産物は、候補の ポリメラーゼが構造特異的5'ヌクレアーゼ活性を有することを示す。 修飾DNAポリメラーゼが天然DNAポリメラーゼの5'ヌクレアーゼ活性と実質的に 同じ5'ヌクレアーゼ活性を有するか否かを測定するために、上記試験の結果を天 然DNAポリメラーゼを用いて行ったこれらの試験から得られた結果と比較する。 “実質的に同じ5'ヌクレアーゼ活性”は、修飾ポリメラーゼおよび天然ポリメラ ーゼが両方とも同じ様式で試験分子を開裂することを意味する。修飾ポリメラー ゼが天然DNAポリメラーゼと同じ速度で開裂することは必要ではない。 幾つかの酵素または酵素調製物は、上記開裂条件の下で機能性であり、かつ5' ヌクレアーゼ検出を妨害し得る、他の関連した活性または夾雑物による活性(con taminating activity)を有し得る。反応条件は、基質の分解、または5'ヌクレア ーゼ開裂およびその産物の他のマスキングを回避するために、これらのその他の 活性を考慮して改良し得る。例えば、E.coliのDNAポリメラーゼI(Pol I)は、そ のポリメラーゼ活性および5'ヌクレアーゼ活性の他に、DNAを3'から5'方向に分 解し得る3'エキソヌクレアーゼ活性を有する。従って、図19E中の分子が上記条 件下でこのポリメラーゼにさらされる時、3'エキソヌクレアーゼ活性は対を形成 していない3'腕を速やかに除去して、5'エキソヌクレアーゼ開裂の基質に必要と される分岐構造体を破壊し、開裂は検出されない。その構造体を開裂するPolIの 真の能力は、3'エキソヌクレアーゼが、条件(例えば、pH)の変化、突然変 異、またはその活性にとっての競合物質の添加により阻害される場合に、明らか にし得る。Pol Iによる開裂反応に対して、図19E構造体に無関係の、500pmoleの 一本鎖競合オリゴヌクレオチドを添加すると、5'腕の5'エキソヌクレアーゼの遊 離を妨害せずに、図19E構造体の3'腕の消化が有効に抑制される。競合物質の濃 度は重要ではないが、その反応の期間にわたって3'エキソヌクレアーゼを占有す るのに充分に高くすべきである。 試験分子の同様の分解は、候補ポリメラーゼ調製物中の混入成分により引き起 こされるかもしれない。構造体特異的ヌクレアーゼ反応を、候補ヌクレアーゼの 純度を測定し、研究されるポリメラーゼ調製物への試験物質の過剰暴露および過 少暴露の間のウィンドウを見出すために、幾つかのセットで実行することができ る。 上記の修飾ポリメラーゼを、以下のようにして5'ヌクレアーゼ活性について試 験した。反応1を、10mM Tris-HCl(pH8.5)、20℃、1.5mM MgCl2および50mM KCl の緩衝液中で行い、反応2では、KCl濃度を20mMに低下させた。反応1および2 では、図16Eに示された試験基質分子10fmoleを1pmoleの指示されたプライマー および修飾ポリメラーゼを含む抽出物(上記のようにして調製した)0.5〜1.0μ lと合わせた。次にこの混合物を、55℃で10分間インキュベートした。試験した 変異体ポリメラーゼの全てについて、これらの条件は完全な開裂を得るのに充分 であった。図19Eに示された分子を5'末端で標識した時、25ヌクレオチド長の遊 離された5'断片を0.5X TBEの緩衝液中に7M尿素を含む20%ポリアクリルアミドゲ ル(19:1架橋)で簡易に分離した。クローン4C-Fおよび5Bは、未修飾DNAポリメラ ーゼの開裂に匹敵する構造特異的開裂を示した。更に、クローン4E、4Fおよび4G は、上記のように3'腕の非存在下でDNAを開裂する、付加された能力を有する。 代表的な開裂反応を図20に示す。 図20に示された反応について、変異体ポリメラーゼクローン4E(Taq変異体)お よび5B(Tfl変異体)を、図19Eに示されたヘアピン基質分子を開裂するそれらの能 力について試験した。基質分子を5'末端で32P標識した。10fmoleの熱変性した、 末端標識基質DNAおよび0.5ユニットのDNAPTaq(レーン1)もしくは0.5μlの4eも しくは5b抽出物(図20、レーン2−7、抽出物を上記のようにして調製 した)を、10mM Tris-HCl(pH8.5)、50mM KClおよび1.5mM MgCl2を含む緩衝液中 で一緒に混合した。最終反応容積は10μl であった。レーン4および7に示され た反応液はその他に50μMのそれぞれのdNTPを含む。レーン3、4、6および7 に示された反応液は、0.2μMのプライマーオリゴヌクレオチド(基質の3'腕に相 補的かつ図19Eに示される)を含む。反応液を55℃で4分間インキュベートした 。反応を反応容積10μl 当たり8μl の停止溶液の添加により停止した。次にサ ンプルを12%変性アクリルアミドゲルにアプライした。電気泳動後に、ゲルをオ ートラジオグラフィーにかけた。図20は、クローン4Eおよび5Bが天然DNAPTaqの 活性と同様の開裂活性を示すことを示す。或る種の開裂がプライマーの非存在下 でこれらの反応中に起こることを注目されたい。ここに使用した構造体(図19E) の如き長いヘアピン構造体を、50mM KClを含む緩衝液中で行われる開裂反応に使 用する時、低レベルのプライマー非依存性開裂が見られる。更に高い濃度のKCl はこれらの条件下でこのプライマー非依存性開裂を抑制するが、排除しない。 2.合成活性に関するアッセイ 修飾酵素をアッセイ系に添加することにより、修飾酵素またはタンパク質分解 断片の能力を評価する。このアッセイ系では、プライマーが鋳型にアニールし、 DNA合成が添加酵素により触媒される。多くの標準的な実験技術でこのようなア ッセイが使用される。例えば、ニックトランスレーションおよび酵素の配列決定 は、ポリメラーゼ分子によるDNA鋳型に沿ったプライマーの伸長を伴う。 修飾酵素の合成活性を測定するのに好ましいアッセイでは、オリゴヌクレオチ ドプライマーを一本鎖DNAの鋳型(例えば、バクテリオファージM13DNA)にアニ ールし、プライマー/鋳型二重鎖を、当該修飾ポリメラーゼ、デオキシヌクレオ シドトリホスフェート(dNTP)並びに未修飾酵素または天然酵素に適していること が知られている緩衝液および塩の存在下でインキュベートする。プライマー伸長 (変性ゲル電気泳動による)またはdNTPとり込み(酸沈殿またはクロマトグラフ ィーによる)の検出が、活性ポリメラーゼの指標である。同位元素標識または非 同位元素標識がプライマーまたはdNTPとして含まれ、重合産物の検出を促進する ことが好ましい。合成活性は成長するDNA鎖にとり込まれた遊離ヌクレオチドの 量として定量され、特定反応条件下である単位時間当たりでとり込まれた量とし て表される。 合成活性に関するアッセイの代表的な結果を図21に示す。変異体DNAPTaq クロ ーン4B-Fの合成活性を以下のようにして試験した。下記の緩衝液のマスター混合 物をつくった。12X PCR緩衝液、それぞれ50μMのdGTP、dATPおよびdTTP、5μM dCTPおよび0.125μMの600Ci/mmolのα-32P-dCTP。この混合物をその最終容積に 調節する前に、それを二つの等しいアリコートに分けた。このアリコートの一方 に、50μlのまでの水を加えて上記の濃度とした。他方には、一本鎖M13mp18 DNA (約2.5pmoleまたは0.05μM最終濃度)および250pmoleのM13配列決定プライマー( 5μM最終濃度)および蒸留水を加えて、最終容量を50μlとした。それぞれのカ クテルを75℃に5分間温め、次に室温まで冷却した。これにより、DNAを含む混 合物中で、プライマーをDNAにアニールさせた。 それぞれのアッセイについて、DNAを含むカクテル4μlを、記載されたように して調製された変異体ポリメラーゼ1μl、または1ユニットの DNAPTaq(Perki n Elmer)を含むdH2O1μlと合わせた。“DNAなし”の対照を、DNAPTaqの存在下 で合わせ(図21、レーン1)、また酵素に代えて水を使用して“酵素なし”の対 照を行った(レーン2)。それぞれの反応液を混合し、次に室温(約22℃)で5 分間インキュベートし、次に55℃で2分間、次に72℃で2分間インキュベートし た。この段階インキュベートを行って、72℃より低い至適温度を有し得るすべて の突然変異体における重合を検出した。最終インキュベーション後に、チューブ をさっと遠心して縮合物を回収し、氷の上に置いた。それぞれの反応液1μlを ポリエチレンイミン(PEI)セルロース薄層クロマトグラフィープレートの下端か ら1.5cmの位置にオリジンとしてスポットし、乾燥させた。緩衝液のフロントが オリジンから約9cm上がるまで、クロマトグラフィープレートを0.75M NaH2PO4( pH3.5)中に置いた。プレートを乾燥させ、プラスチックラップで包み、蛍光イン キでマークし、X線フィルムに露光した。最初にスポットした位置にとどまって いるカウントとしてとり込みを検出し、一方、とり込まれなかったヌクレオチド はオリジンからこの塩溶液により移動された。 二つの対照レーンでのカウントの位置の比較により、変異体調製物中の重合活 性の欠如を確認した。修飾DNAPTaqクローンの中で、クローン4Bのみが図21に示 されるように残存合成活性を保持する。 実施例3 熱安定性DNAポリメラーゼに由来する5'ヌクレアーゼが 短いヘアピン構造体を特異的に開裂させることができる ヘアピン構造体を開裂させて、検出分子として適した開裂されたヘアピン構造 体を作製する5'ヌクレアーゼの能力を試験した。ヘアピン試験分子の構造および 配列を図22A(配列番号15)に示す。ヘアピン試験分子の3'腕上で、その相補的配 列にアニールしたオリゴヌクレオチド(図22A中のプライマー、配列番号22)を 示す。ヘアピン試験分子は、ポリメラーゼ連鎖反応において標識T7プロモーター プライマーを使用して、32Pで単一末端標識された。標識はヘアピン試験分子の5 '腕に存在し、図22A中星印により表される。 10fmoleの熱変性された末端標識ヘアピン試験分子を、0.2μMのプライマーオ リゴヌクレオチド(ヘアピンの3'腕に相補的)、50μMの各dNTPおよび0.5ユニッ トのDNAPTaq(Perkin Elmer)または5'ヌクレアーゼを含む抽出物(上記のように して調製した)0.5μlを、10mM Tris-HCl(pH8.5)、50mM KClおよび1.5mM MgCl2 を含む総量10μlの緩衝液に添加することにより、開裂反応を行った。レーン3 、5および7に示された反応をdNTPの非存在下で行った。 反応液を55℃で4分間インキュベートした。反応を、反応量10μl当たり8μl の停止溶液の添加により55℃で停止した。サンプルを加熱せず、その後に変性ポ リアクリルアミドゲル(10%ポリアクリルアミド、19:1架橋、および7Mの尿素を 含む1X TBE[89mM Tris-ボレート(pH8.3)、2.8mM EDTA])にロードした。サンプ ルを加熱せずに、一本鎖ヘアピン分子および再度二重鎖にされた未開裂ヘアピン 分子を分離した。 図22Bは、オリゴヌクレオチドがヘアピンの一本鎖3'腕にアニールされて開裂 産物の単一種を生じる時に、検出可能な合成活性を欠いている変化されたポリメ ラーゼがヘアピン構造体を開裂することを示す(図22B、レーン3および4)。 レーン3および4に示された、クローン4Dの如き5'ヌクレアーゼはdNTPの存在下 でさえも単一の開裂産物を生じる。残存量の合成活性(野生型活性の1%未満) を保持する5'ヌクレアーゼは、多種の開裂生成物を生じる。何となれば、ポリメ ラーゼがヘアピンの3'腕にアニールされたオリゴヌクレオチドを伸長させ、それ により開裂の部位を移動させることができるからである(クローン4B、レーン5 および6)。天然DNATaqは残存合成活性を保持する変異体ポリメラーゼよりも更 に多くの種の開裂産物を生じ、dNTPの存在下で、天然ポリメラーゼ中の高レベル の合成活性によりヘアピン構造体を二本鎖形態に更に変換する。 実施例4 直鎖状核酸基質の開裂 以上から、天然(すなわち、”野生型”)熱安定性DNAポリメラーゼは特定の 様式でヘアピン構造体を開裂することができ、この発見が検出アッセイに成功裏 に応用できることが明らかなはずである。この実施例では、本発明の変異体DNAP を図24Aに示された3種の異なる開裂構造体に対して試験する。図24A中の構造体 1は、単純な一本鎖206-merである(その調製および配列情報は先に説明された )。構造体2および3は二重鎖である。構造体2は図13A(下部)に示されたのと 同じヘアピン構造体であり、一方、構造体3は構造体2のヘアピン部分が除去さ れている。 開裂反応液は、合計容積10μlの10mM Tris-HCl、pH8.3、100mM KClおよび1mM MgCl2中に0.01pmoleの得られた基質DNAおよび1pmoleのパイロットオリゴヌク レオチドを含んでいた。反応液を55℃で30分間インキュベートし、停止溶液8μ lの添加により停止した。サンプルを75℃で2分間加熱し、その直後に7M尿素を 含む0.5X TBEの緩衝液中の10%ポリアクリルアミドゲル(19:1架橋)で電気泳動に かけた。 結果をオートラジオグラフィーにより視覚化し、以下に示す酵素とともに図24 Bに示す。Iは天然Taq DNAPであり、IIは天然Tfl DNAPであり、IIIは図16Eに示 されたクリーブアーゼTMBX酵素であり、IVは図16Fに示されたクリーブアーゼTMB B酵素であり、Vは図18Bに示された突然変異体であり、またVIは図16Gに示され たクリーブアーゼTMBN酵素である。構造体2を使用して比較を“標準化”す る。例えば、30分間に構造体2で同量の開裂を生じさせるには、50ngのTaq DNAP および300ngのクリーブアーゼTMBN酵素を要することがわかった。これらの条件 下では、天然Taq DNAPは構造体3を有意な程度まで開裂することができない。天 然Tfl DNAPは多種の産物を生じるような様式で構造体3を開裂させる。 対照的に、試験した突然変異体の全てが構造体3の直鎖状二重鎖を開裂する。 この知見は、突然変異体DNAポリメラーゼのこの特徴が好熱性種にわたって熱安 定性ポリメラーゼに合致するものであることを示す。 実施例5 熱安定性DNAPによる 5' エキソヌクレアーゼ加水分解的開裂(「ニブリング」”Nibbling”) 熱安定性DNAP(本発明のものを含む)は、直鎖状二重鎖核酸構造体の5'末 端をニブリング(噛み取るnibbling)することが可能な真の5'エキソヌクレアーゼ を有することが判明した。本実施例では、206塩基対のDNA二重鎖基質(上記 参照)を再度使用する。この場合、上記基質はポリメラーゼ連鎖反応において1 個の32P標識プライマーおよび1個の非標識プライマーを用いて生成された。開 裂反応は、全容量10μlの10mM Tris-Cl,pH8.5,50mM KCl,1.5mM MgCl2中の、 0.01pmolの熱変性させ、末端標識した基質DNA(非標識鎖をも有する)、5pm olのパイロットオリゴヌクレオチド(図13Aのパイロットオリゴ参照)および 0.5ユニットのDNAP Taqまたは大腸菌抽出物(上記参照)中の0.5μlのクリ ーブアーゼTMBB酵素からなっていた。 前もって温めておいた酵素の添加により65℃で反応を開始させ、次に30分間最 終インキュベーション温度に変えた。結果を図25Aに示す。レーン1〜4のサン プルは天然のTaq DNAPの存在下における結果であり、レーン5〜8はクリー ブアーゼTMBBの存在下における結果を示す。レーン1、2、5および6の反応 は65℃で実施し、レーン3、4、7及び8の反応は50℃で実施した。そして、す べての反応は20mM EDTAおよび0.05%マーカー色素を含有する8μlの95%ホルムア ミド溶液の添加により停止させた。0.5X TBE緩衝液に溶解した、7M尿素を含む10 %アクリルアミドゲル(19:1架橋)中を泳動させる電気泳動の直前に、サンプルを 2分間75℃に加熱した。反応1、2、5および6において予測される生成物は長 さが85ヌクレオチドである。反応3および7において予測される生成物は長さが 27ヌクレオチドである。反応4および8はパイロットを添加せずに実施され、生 成物の長さは206ヌクレオチドに留まるはずである。24ヌクレオチドに見られる 微かなバンドは、PCR由来の残留末端標識化プライマーである。 これらの条件下でクリーブアーゼTMBB酵素が非常に少ない種において標識の 全てを出現させることは驚くべき結果であり、この酵素が基質を完全に加水分解 した可能性を示唆している。レーン5〜8(欠失突然変異体を用いて実施した反 応)において見られた最も速く移動するバンドの成分を確認するため、206塩基 対二重鎖のサンプルをT7遺伝子6エキソヌクレアーゼ(USB)または子ウシ腸ア ルカリホスファターゼ(Promega)を用いて製造者の指示にしたがって処理し、標 識化モノヌクレオチド(図25Bのレーンa)または遊離の32P標識無機リン酸塩( 図25Bのレーンb)をそれぞれ生成した。これらの生成物およびパネルAのレーン 7の生成物を、0.5X TBE緩衝液に溶解した、7M尿素を含有する20%アクリルアミ ドゲル(19:1架橋)中を短時間電気泳動させて分画した。このように、クリーブア ーゼTMBB酵素は基質をモノヌクレオチドに変換することができる。 実施例6 ニブリングは二重鎖依存性である 酵素クリーブアーゼTMBBによるニブリングは、二重鎖依存性である。本実施 例では、非標識206bp断片を鋳型として用いた、非標識dNTPの4種全部と組み合 わせたα-32P標識dCTPを組み入れる15サイクルのプライマー伸長により、前記20 6-merの内部的に標識された一本鎖を生成した。0.5X TBE緩衝液に溶解した非変 性6%ポリアクリルアミドゲル(29:1架橋)中の電気泳動により、一本鎖および二本 鎖生成物を分画し、オートラジオグラフィーにより可視化し、ゲルから切り出し 、受動拡散により溶出し、エタノール沈殿により濃縮した。 開裂反応は、全容量40μlの10Tris-Cl,pH8.5,50mM KCl,1.5mM MgCl2中の、 0.04pmolの基質DNAおよび0.2μlの酵素クリーブアーゼTMBB(上記の大腸菌 抽出物中)からなっていた。前もって温めておいた酵素の添加により反応を開始 させた。5、10、20および30分後に10μlのアリコートを取り、30mM EDTAおよび0 .05%マーカー色素を含む8μlの95%ホルムアミド溶液を含有する用意した試験管 に移した。0.5X TBE緩衝液に溶解した、7M尿素を含有する10%アクリルアミドゲ ル(19:1架橋)中を泳動させる電気泳動の直前に、サンプルを2分間75℃に加熱し た。図26に示すように、結果をオートラジオグラフィーにより可視化した。明ら かに、クリーブアーゼTMBB酵素による開裂は二重鎖構造に依存する。206-mer 二重鎖の開裂は完全であるのに対し、一本鎖構造の開裂は検出されない。 実施例7 クリーブアーゼTM酵素の精製 上記のように、発現された熱安定性タンパク質(すなわち、5'ヌクレアーゼ) を細菌細胞の粗抽出物により単離した。つぎに、沈殿した大腸菌タンパク質を他 の細胞破砕物と共に遠心により除去した。本実施例では、クリーブアーゼTMBN クローンを発現する細胞を培養し、回収した(500g)。大腸菌各1グラム(湿重量 )に対し、3mlの溶菌緩衝液(50mM Tris-HCl,pH8.0,1mM EDTA,100μM NaCl) を添加した。200μg/mlのリゾチームを用いて室温で20分間細胞を溶菌させた。 次に、最終濃度が0.2%となるようにデオキシコール酸を添加し、混合物を室温で 15分間インキュベートした。 溶菌物を約6〜8分間0℃で超音波処理した。沈殿物を遠心(39,000gで20分間 )により除去した。上清にポリエチレンイミンを添加し(0.5%)、混合物を氷上で1 5分間インキュベートした。 この混合物を遠心にかけ(5,000gで15分間)上清を回収した。これを30分間60℃ で加熱し、次に再度遠心にかけ(5,000gで15分間)上清を再度回収した。 35%硫酸アンモニウムを用いて、この上清を4℃で15分間沈殿させた。次に混 合物を遠心にかけ(5,000gで15分間)上清を除去した。次に、沈殿物を0.25M KCl ,20mM Tris,pH7.6,0.2% Tweenおよび0.1 EDTAに溶解し、結合緩衝液(8X結 合緩衝液は40mMイミダゾール、4M NaCl,160mM Tris-HCl,pH7.9よりなる)を 外液として透析した。 次に、Ni++カラム(Novagen)を用いて可溶化タンパク質を精製した。結合緩 衝液をカラム床の頂部まで注いで十分に流出させ、次に、調製した抽出物をカラ ムにロードした。効率的精製には1時間あたり約10カラム容量の流速が最適であ る。流速が速すぎると、溶出画分を汚染する不純物が多くなる。 25ml(10容量)の1X結合緩衝液でカラムを洗浄し、次に15ml(6容量)の1X洗 浄緩衝液(8X洗浄緩衝液は480mMイミダゾール、4M NaCl,160mM Tris-HCl,p H7.9よりなる)で洗浄した。15ml(6容量)の1X溶出緩衝液(4X溶出緩衝液は 4mMイミダゾール、2M NaCl,80mMTris-HCl,pH7.9よりなる)を 用いて結合タンパク質を溶出した。次に、35%硫酸アンモニウムを用いて上記の ようにタンパク質を再沈殿させる。次に沈殿物を溶解して、20mM Tris,100mMKC l,1mM EDTAを外液として透析した。溶液をTween20およびNP-40のそれぞれ0.1% とし、4℃で保存した。 実施例8 5' ヌクレアーゼは核酸基質を天然に存在する二次構造の領域で切断する 実施例1C(図13、レーン9)において、パイロットオリゴヌクレオチドの 非存在下で、核酸基質を天然に存在する二次構造の領域で認識し開裂する5'ヌク レアーゼの能力(すなわち、プライマー非依存性開裂)を示した。10mM Tris-HC l,pH8.5および1.5mM MgCl2を含有する緩衝液中で、206bp DNA基質(単一末 端標識した、二本鎖鋳型)の存在下で、DNAP Taqを50℃でインキュベートし た場合、DNA基質における付随の(すなわち天然に存在する)構造が酵素の5' ヌクレアーゼ活性により開裂された。この開裂は、3つの顕著な断片(図13、 レーン9)を生成した。この開裂パターンはDNA鋳型の「フィンガープリント 」を提供する。 核酸鋳型における天然に存在する構造を開裂する5'ヌクレアーゼの能力(構造 特異的開裂)は、核酸の特定の配列を前もって知ることなしに、核酸における内 部配列の相違を検出するのに有用である。5'ヌクレアーゼを用いた核酸の突然変 異〔例えば1塩基変化(点突然変異)、小さい挿入または欠失等〕を走査する一 般的な方法を開発するため、以下の一連の実験を実施した。 A.開裂反応生成物におけるMgCl2のMnCl2による置換は、開裂パターンを増強さ せた。 二本鎖DNA基質に対する5'ヌクレアーゼ活性により創成される開裂パターン に及ぼす、Mg2+のMn2+による置換の効果を調べた。野生型(配列番号27)また は突然変異体G419R(配列番号28)チロシナーゼ遺伝子のエキソン4由来 の157bp断片をPCRにより以下のように調製した。 一対のプラィマー、すなわち5'ビオチン−CACCGTCCTCTTCAAGAAG3(配列番号 29)および5'フルオレセイン−CTGAATCTTGTAGATAGCTA3'(配列番号30)を用 いてPCRを開始させた。合成プライマーはPromegaより入手した。プライマー は合成の間に5'末端をビオチンまたはフルオレセインで標識されていた。 突然変異体G419R(King R.A.ら,(1991)Mol.Biol.Med.8:19;以後419 突然変異体と称する)の157bp断片生成のための標的DNAは、419突然変異体に ホモ接合であるゲノムDNAを用いて生成された339bp PCR生成物(配列番号3 1)であった。ゲノムDNAは、患者から単離した末梢血白血球より標準的技法 を用いて単離した。この339bp PCR生成物は、以下のように調製した。 対称PCR反応は、1X PCR緩衝液中の10ngの419突然変異体由来ゲノムD NA、100pmolのプライマー5'ビオチン−GCCTTATTTTACTTTAAAAAT-3'(配列番号 32)、100pmolのプライマー5'フルオレセイン−TAAAGTTTTGTG TTATCTCA-3'( 配列番号33)および各50μMのdNTPからなっていた。配列番号32および33 のプライマーはIntegrated DNA Technologies,Coralville,IAより入手した。4 5μlの上記混合物を含有する試験管に2滴の軽質ミネラルオイルを重層し、試験 管を1分間95℃に加熱した。次に、5μlの1X PCR緩衝液中の1.25ユニット の酵素としてTaqポリメラーゼを添加した。試験管を40秒間94℃に加熱し、50秒 間55℃に冷却し、70秒間72℃に加熱し、これを29回繰り返した。そして、最後の 繰り返しの後、72℃で5分間インキュベートした。 PCR生成物を以下のようにゲル精製した。0.5X TBEを含有する緩衝液に溶解 した6%ポリアクリルアミドゲル(29:1架橋)中の電気泳動により、生成物を分画し た。エチジウムブロミド染色によりDNAを可視化し、339bp断片をゲルから切 り出した。一晩の受動拡散によりゲル切片からDNAを0.5M NH4OAc,0.1% SDS および0.1M EDTAを含有する溶液中に溶出させた。次に、4μgのグリコーゲンキ ャリアーの存在下で、エタノールを用いてDNAを沈殿させた。このDNAをペ レットにし、40μlのTE(10mM Tris-HCl,pH8.0,0.1mM EDTA)に再懸濁した。 419突然変異体由来の157bp断片を生成するため、非対称PCRにおいて標的と して精製339bp 419PCR断片を用いた。非対称PCR反応は、1X PCR援衝 液中の100pmolの配列番号32のビオチン化プライマー、1pmolの配列番号33 のフルオレセイン化プライマーおよび各50μMのdNTPからなっていた。45μlの上 記混合物を含有する試験管に2滴の軽質ミネラルオイルを重層し、試験管を5秒 間95℃に加熱し、70℃に冷却した。次に、5μlの1X PCR緩衝液中の1.25ユ ニットの酵素としてTaqポリメラーゼを添加した。試験管を45秒間95℃に加熱し 、45秒間50℃に冷却し、1分15秒間72℃に加熱し、これを30回繰り返した。そし て、最後の繰り返しの後、72℃で5分間インキュベートした。 非対称PCR生成物を以下のようにゲル精製した。0.5X TBEを含有する緩衝液 に溶解した6%ポリアクリルアミドゲル(29:1架橋)中の電気泳動により、生成物を 分画した。エチジウムブロミド染色によりDNAを可視化した。二本鎖DNAは 、非対称PCRにより生成された一本鎖DNAに共通して見られる移動度の差に より、一本鎖DNAから区別された(非対称PCRにおいては、一本鎖および二 本鎖生成物の両方が生成される:典型的には、一本鎖生成物はゲル中でより遅い 移動速度を有し、二本鎖生成物よりも起点の近くに現れる)。419突然変異体に 対応する二本鎖157bp基質(配列番号28)をゲルから切り出した。 標的DNAを10ngの超コイルpcTYR-N1TyrプラスミドDNAとした以外は上記 と同じ方法で、非対称PCRにより419突然変異体の157bp野生型断片を生成した 。このpcTYR-N1Tyrプラスミドは完全な野生型チロシナーゼcDNAを含有する[ Geibel,L.B.ら,(1991)Genomics 9:435]。 非対称PCRに続いて、上記のように反応生成物をアクリルアミドゲル上で分 画し、関心のある二本鎖断片を切り出し、溶出させ、そして沈殿させた。沈殿し た157bpの野生型(配列番号27)および419突然変異体(配列番号28)断片を 40μlのTEに再懸濁した。 開裂反応液は、全容量10μlの10mM MOPS,pH8.2,1mM二価カチオン(MgCl2ま たはMnCl2)および1ユニットのDNAP Taq中に100fmolの得られた二本鎖基質 DNA(基質はセンス鎖の5'末端にビオチン部分を含有する)を含んでいた。反 応液に1滴の軽質ミネラルオイルを重層した。反応液を5秒間95℃に加熱して基 質を変性させ、次に試験管を急速に65℃に冷却した(この工程は、相補的塩基の 間に鎖間水素結合の形成を可能とすることによって、DNAが独特の二次構造を もつのを可能とする)。上記の反応は、5秒間95℃に加熱し、次に温度を急速 に65℃に下げるようにプログラムしたサーモサイクラー(MJ Research,Watertow n,MA)を用いて実施することができる。または、試験管を95℃に設定したヒート ブロックに手で入れ、次に65℃に設定した第2のヒートブロックに移すこともで きる。 反応液を65℃で10分間インキュベートし、8μlの停止緩衝液の添加により反 応を停止させた。サンプルを2分間72℃に加熱した。各反応液の5μlを、0.5X TBEを含有する緩衝液に溶解した、7M尿素を含む10%ポリアクリルアミドゲル(19 :1架橋)中の電気泳動により分画した。 電気泳動後、ゲルプレートを取り外し、ゲルが1枚のプレート上に平らに残る ようにした。0.5X TBEであらかじめ湿らせておいた、0.2μmの細孔を有する正に 帯電したナイロン膜(Schleicher and Schuell,Keene,NH)を、露光したアクリ ルアミドゲルの一番上に載せた。ゲルと膜の間に閉じ込められたすべての気泡を 除去した。次に、3MMの濾紙(Whatman)2枚を膜の上に載せ、他のガラスプレート を取り換え、そしてサンドイッチをバインダークリップではさんだ。移行(トラ ンスファー)を一晩進行させた。移行後、膜を注意深くゲルから剥がし、空気乾 燥させた。完全に乾燥させた後、1.2X Sequenase Imagesブロッキング緩衝液(Un ited States Biochemical)中で30分間膜を洗浄した。膜cm2あたり上記緩衝液を3 /10ml用いた。ストレプトアビジン-アルカリホスファターゼ結合体(SAAP,Unite d States Biochemical)を1:4000の希釈になるまで上記のブロッキング溶液に直 接添加し、15分間攪拌した。膜を水で短時間すすぎ、次に0.1%ドデシル硫酸ナト リウム(SDS)を含有する1X SAAP緩衝液(100mM Tris-HCl,pH10; 50mM NaCl)中で 3回洗浄した(5分/1洗浄)。0.5ml緩衝液/cm2の緩衝液を用い、各洗浄の間に短時 間水ですすいだ。同様に、フルオレセイン標識DNAについては、抗フルオレセ イン断片(Boehringer Mannheim Biochemicals,Indianapolis,IN)を1:20,000の 最終希釈で添加し、その後0.1% SDSおよび0.025% Tween20を含有する1X SAAP緩 衝液中で3回洗浄することができる(5分/1洗浄)。次に、膜をSDSを含まない1X S AAP緩衝液中で1回洗浄し、完全に水を切りヒートシール可能なプラスチック製の 袋に入れた。無菌のピペットの先端部を用いて、0.05ml/cm2のCDP-StarTM(Tropi x,Bedford,MA)を袋に加え、5分間膜全体に行き渡らせた。膜 から全ての過剰な液体および気泡を除去した。次に膜をX線フィルム(Kodax XRP) に最初30分間露光した。分画および明晰さにとって必要な場合は露光時間を調整 した。結果を図27に示す。 図27において、「M」とマークしてあるレーンは分子量マーカーを含有する 。マーカー断片は、HaeIIIを用いてpUC19消化し、次にターミナルトランスフェ ラーゼ(Promega)を用いて切断末端にビオチン化ジデオキシヌクレオチド(Boehri nger Mannheim Biochemicals,Indianapolis,IN)を加えて生成させた。レーン 1、3および5は、DNAP Taq酵素の非存在下(レーン1)、MgCl2および酵 素の存在下(レーン3)、またはMnCl2および酵素の存在下(レーン5)におけ る野生型157ヌクレオチド基質のインキュベーション由来の反応生成物を含有す る。レーン2、4および6は、酵素の非存在下(レーン2)、MgCl2および酵素 の存在下(レーン4)、またはMnCl2および酵素の存在下(レーン6)における4 19突然変異体由来の157ヌクレオチド基質のインキュベーションによる反応生成 物を含有する。 図27は、開裂反応におけるMgCl2よりもむしろMnCl2の使用が増強された開裂 パターンの生成をもたらすことを示している。開裂生成物のすべてがゲルの一端 に群がらないように、開裂生成物は異なる大きさであることが望ましい。開裂生 成物をゲルの全長にわたって分散させる能力は、野生型および突然変異体基質の 間の開裂生成物における変化が同定される可能性をより大きくする。図27は、 二価のカチオンとしてMg2+が用いられた場合、開裂生成物の大半がゲルの上部に 群がることを示している。対照的に、二価のカチオンとしてMn2+が用いられた場 合、基質は、開裂されると大幅に異なる移動度を有する生成物を生じる構造をも つ。これらの結果は、開裂反応にとってMn2+が好ましい二価のカチオンであるこ とを示している。 B.大きさが類似した異なるDNAの5'ヌクレアーゼ開裂は、独特な開裂断片を 生成する。 同じくらいの大きさの4つのDNA基質をクリーブアーゼTMBN酵素と共にイ ンキュベートすることにより、特定のDNA断片に独特の開裂パターンまたは 「フィンガープリント」を生成する5'ヌクレアーゼの能力が示された。使用した 4つのDNA基質は、野生型チロシナーゼ遺伝子のエキソン4のセンス(または コード)鎖由来の157ヌクレオチド断片(配列番号34);野生型チロシナーゼ 遺伝子のエキソン4のアンチセンス(または非コード)鎖由来の157ヌクレオチ ド断片(配列番号35);pGEM3Zf(+)由来の165ヌクレオチドDNA断片(配列 番号36);およびpGEM3Zf(+)由来の206ヌクレオチドDNA断片(配列番号3 7)であった。これらDNA基質は、5'または3'末端にビオチンまたはフルオレ セイン標識を含んでいた。これらの基質は以下のように作成された。 野生型チロシナーゼ遺伝子のエキソン4に対応するセンスおよびアンチセンス 一本鎖基質を生成するため、対称PCRを用いて長さ157ヌクレオチドの二本鎖 DNA断片(配列番号27)を生成した。対称PCRの標的は野生型チロシナー ゼ遺伝子を含むゲノムDNAであった。対称PCR反応は50μlの1X PCR緩 衝液中の、50〜100ngの野生型ゲノムDNA、各25pmolのプライマー(配列番号 42および43)、各50μMのdNTP、および1.25ユニットのTaqポリメラーゼから なっていた。反応混合物に2滴の軽質ミネラルオイルを重層し、試験管を30秒間 94℃に加熱し、1分間50℃に冷却し、72℃に2分間加熱し、これを30回繰り返し た。上記a)に記述したように、二本鎖PCR生成物をゲル精製し、沈殿させ、 40μlのTE緩衝液に再懸濁した。 上記の157bp野生型DNA断片(配列番号27)を用いて、2つの非対称PC R反応により、一本鎖センスおよびアンチセンス157ヌクレオチドDNA断片を 生成した。センス鎖断片は、5μlの上記精製157bp断片(配列番号27)を標的 として用いて、非対称PCRにより生成した。非対称PCRの反応混合物は、反 応を開始させるのに100pmolのビオチン標識センスプライマー(配列番号29) および1pmolのフルオレセイン標識アンチセンスプライマー(配列番号30)を 用いた以外は、非対称PCRについて記述したものと同じであった。アンチセン ス断片は、5μlの上記精製157bp断片を標的として用いて、非対称PCRにより 生成した。非対称PCRの反応条件は、反応を開始させるのに1pmolのセンスプ ライマー(配列番号29)および100pmolのアンチセンスプライマー(配列番号 30)を用いた以外は、対称PCRについて上に記述したものと同じ であった。 非対称PCRの反応条件は、95℃45秒間、50℃45秒間、72℃1分15秒間を30回 繰り返し、最後の繰り返しの後、72℃で5分間インキュベーションするものであ った。前記のように反応生成物を可視化し、抽出し、回収した。一本鎖DNAは 、対照二本鎖DNAと比較して移動度の差により同定された。 pGEM3Zf(+)由来の一本鎖165ヌクレオチド断片(配列番号36)を非対称PC Rにより生成した。PCR反応は、1X PCR緩衝液中の、50pmolの5'ビオチ ン−AGCGGATAACAATTTCACACAGGA-3'(配列番号38:Promega)および1pmolのCACGG ATCCTAATACGACTCACTATAGGG-3'(配列番号39:Integrated DNA Technologies,C oralville,IA)および各50μMのdNTPからなっていた。45μlの上記反応混合物に 2滴の軽質ミネラルオイルを重層し、試験管を5秒間95℃に加熱し、70℃に冷却 した。次に、5μlの1X PCR緩衝液中の1.25ユニットの酵素としてTaqポリ メラーゼを添加した。試験管を45秒間95℃に加熱し、45秒間50℃に冷却し、1分 15秒間72℃に加熱し、これを30回繰り返した。そして、最後の繰り返しの後、72 ℃で5分間インキュベートした。前記のように反応生成物を可視化し、抽出し、 回収した。164ヌクレオチドDNA断片は、対照二本鎖DNAと比較して移動度 の差により同定された。 206ヌクレオチドDNA断片(配列番号37)を、1pmolの二本鎖206bp PC R生成物(実施例1Cに記述するように生成された)および50pmolのプライマー 5'-CGCCAGGGTTTTCCCAGTCACGAC-3(配列番号40)を用いて、上記のように実施し た非対称PCRにより調製した。試験管を45秒間95℃に加熱し、45秒間63℃に冷 却し、72℃に1分15秒間加熱し、これを15回繰り返した。最後の繰り返しの後、7 2℃で5分間インキュベートした。前記のように反応生成物を可視化し、抽出し、 回収した。206ヌクレオチドDNA断片は、対照二本鎖DNAと比較して移動度 の差により同定された。沈殿したDNAを70μlのTE緩衝液に再懸濁した。 50μlの反応液中で10〜20ユニットのターミナルデオキシヌクレオチジルトラ ンスフェラーゼ(TdT)(Promega)を用いて、25μlの上記生成物の3'末端をビ オチン化した。反応液は0.5mmolのビオチン-16-ddUTP(Boehringer Mannhei m)および1X TdT緩衝液(500mMカコジル酸緩衝液,pH6.8,5mM CoCl2,0.5mM D TTおよび500μg/ml BSA)を含んでいた。試験管を37℃で15分間インキュベート し、次に4μgのグリコーゲンの存在下でエタノール沈殿を実施した。DNAを 再度エタノール沈殿させ、次に25μlのTEに再懸濁した。 開裂反応は、約100fmolの基質DNAおよび250ngの酵素クリーブアーゼTMBN を用いて、1mM MnCl2を含有する最終容量10μlの10mM MOPS,pH8.2中で実施し た。酵素クリーブアーゼTMBNを欠く並行反応(対照酵素なし)は、オートラジ オグラフィー上のシグナルのバランスをとるため1/3のDNA鋳型(約33fmol の各鋳型)を使用した他は、上記と同じように実施した。 各基質DNAを、2mM MnCl2を含有する5μlの10mM MOPS,pH8.2に混合して2 00μlの壁の薄い微小遠心管(BioRad,Hercules,CA)に入れた。この溶液に2滴 の軽質ミネラルオイルを重層した。試験管を5秒間95℃に加熱して基質を変性さ せ、次に試験管を急速に65℃に冷却した。 5μlのMnCl2を含まない10mM MOPS,pH8.2中の1μlの酵素クリーブアーゼTM BN[1X希釈緩衝液(0.5% NP40,0.5% Tween20,20mM Tris-HCl,pH8.0,50mM KC l,10mg/ml BSA)1μlあたり250ng]からなる希釈酵素混合物を添加することに より開裂反応を直ちに開始させた。酵素溶液は開裂反応液に加える前に室温にし ておいた。5分後に65℃で、8μlの停止緩衝液の添加により反応を停止させた 。サンプルを2分間72℃に加熱し、各反応液の5μlを、0.5X TBEを含有する緩 衝液に溶解した7M尿素含有10%ポリアクリルアミドゲル(19:1架橋)中の電気泳動 により分画した。 電気泳動後、ゲルプレートを取り外し、0.45μmの細孔を有する正に帯電した ナイロン膜(United States Biochemical)をかぶせた。前述のようにDNAを膜 に移行させ、膜を乾燥させ、1.2X Sequenase Imagesブロッキング緩衝液中で洗 浄し、SAAP緩衝液で処理した。CDP-StarTMの代わりにLumiphos-530(United Stat es Biochemical)またはQuantum Yield化学発光基質(Promega)を用いてシグナル を発生させた。次に前述のように膜をX線フィルムに露光した。得られたオート ラジオグラフを図28に示す。 図28は、クリーブアーゼTMBN酵素の存在下または非存在下で、上記の4つ の基質をインキュベートした結果を示す。4セットの反応が示されている。セッ ト1は、クリーブアーゼTMBN酵素の非存在下または存在下におけるチロシナー ゼ遺伝子の157ヌクレオチドセンス鎖断片(配列番号34)のインキュベーション 由来の反応生成物を含有する。セット2は、クリーブアーゼTMBN酵素の非存在 下または存在下におけるチロシナーゼ遺伝子の157ヌクレオチドアンチセンス鎖 断片(配列番号35)のインキュベーション由来の反応生成物を含有する。セッ ト3は、クリーブアーゼTMBN酵素の非存在下または存在下におけるプラスミド pGEM3Zf(+)の165塩基ボトム(bottom)鎖断片(配列番号36)のインキュベーシ ョン由来の反応生成物を含有する。セット4は、クリーブアーゼTMBN酵素の非 存在下または存在下におけるプラスミドpGEM3Zf(+)の206塩基トップ(top)鎖断片 (配列番号37)のインキュベーション由来の反応生成物を含有する。「M」と マークしたレーンは、上記のように調製したビオチン標識分子量マーカーを含有 する。クリーブアーゼTMBN酵素の非存在下では、基質の開裂は全く見られない 。クリーブアーゼTMBN酵素の存在下では、各基質は開裂され、1セットの独特 な開裂生成物を生ずる。これらの開裂生成物をポリアクリルアミドゲル上で分画 すると、各基質DNAについて独特のパターンまたはフィンガープリントが見ら れる。したがって、上記4つの基質は大きさが類似しているが(157〜206塩基) 、クリーブアーゼTMBN酵素は各基質から独特の1セットの開裂生成物をもたら す。これらの独特の開裂パターンは、各基質DNAがもつ特徴的なコンホメーシ ョンに由来する。 本発明は、同じ大きさの2以上のDNA基質について独特の開裂パターンを生 成する能力を、遺伝子の突然変異を検出する方法の一部として考えている。この 方法は、正常な(または野生型の、または突然変異していない)基質を、その基 質に突然変異を有する疑いのある患者由来の基質と比較するものである。この場 合、2つの基質は同じ長さであろう。そして、野生型対照基質において見られる パターンと比較してコンホメーション的な変化について患者のDNA基質を精査 するために、開裂反応が使用されるであろう。 実施例9 クリーブアーゼTMBN酵素によって引き出される開裂は、 DNA基質における1塩基の変化を検出できる。 大きさが同じ複数のDNA基質であるが、その間で1塩基の変化があるDNA 基質を開裂するクリーブアーゼTMBN酵素の能力をここに示す。モデル系として ヒトチロシナーゼ遺伝子を選択した。なぜなら、この遺伝子のエキソン4におい て多数の点突然変異が同定されているからである[Spritz,R.A.(1994)Human Mol ecular Genetics 3:1469]。チロシナーゼ遺伝子の突然変異は、ヒトにおいて眼 皮膚の白皮症をもたらす。 3つの一本鎖基質DNAを調製した。これらの基質は5'末端にビオチン標識を 含有する。野生型基質は、ヒトチロシナーゼ遺伝子のセンス鎖由来の157ヌクレ オチド断片〔(配列番号34);Geibel,L.B.ら,(1991)Genomics 9:435]を含有 する。突然変異を有する基質を2つ使用した。419基質は(配列番号41)は、 グリシン(GGA)からアルギニン(AGA)への置換を有するチロシナーゼ突 然変異体G418Rに由来する。この突然変異体は、ヌクレオチド2675における 1個の塩基変化により野生型エキソン4断片と異なっている[King,R.A.ら,(19 91)Mol.Biol.Med.8:19]。422基質(配列番号42)は、アルギニン(CGG )からグルタミン(CAG)への置換を有するチロシナーゼ突然変異体R422 Qに由来する。この突然変異体は、ヌクレオチド2685における1個の塩基変化に より野生型エキソン4断片と異なっている[Geibel,L.B.ら,(1991)J.Clin.Inv est.87:1119]。 各基質について5'末端にビオチン標識を有する一本鎖DNAを実施例8aに記載 の非対称PCRを用いて生成した。だだし、二本鎖生成物ではなく、一本鎖PC R生成物をゲルから回収した。 以下のプライマー対を用いて各DNAを増幅した(419および422突然変異体は 、このプライマー対によって増幅されるエキソン4断片の内部に位置する。した がって、野生型および2つの突然変異体鋳型を増幅するのに同一のプライマー対 を用いることができる)。配列番号29に記載のプライマー(センスプライマー )は、5'末端にビオチン標識を含み、配列番号30のアンチセンスプライマーに 対し100倍過剰で使用された。 一本鎖基質を生成するため、以下の鋳型を用いた。10ngの超コイルプラスミド DNAを、野生型(プラスミドpcTYR-N1Tyr)または422突然変異体(プラスミドp cTYR-A422)157ヌクレオチド断片を生成するための標的として用いた。419突然 変異体にホモ接合であるゲノムDNA(実施例8aに記載)由来の、5μlのゲ ル精製した339bpPCR断片(配列番号31)を157ヌクレオチド419突然変異断 片(配列番号41)を生成するための標的として用いた。 標的DNAのそれぞれについて、非対称PCR反応は1X PCR緩衝液中の、100p molの配列番号29および1pmolの配列番号30、および50μMの各dNTPからなってい た。反応混合物(45μl)に2滴の軽質ミネラルオイルを重層し、試験管を5秒間9 5℃に加熱し、70℃に冷却した。次に、5μlの1X PCR緩衝液中の1.25ユニ ットの酵素としてTaqポリメラーゼを添加した。試験管を45秒間95℃に加熱し、4 5秒間50℃に冷却し、1分15秒間72℃に加熱し、これを30回繰り返した。そして 、最後の繰り返しの後、72℃で5分間インキュベートした。一本鎖PCR生成物 を前述のようにゲル精製し、沈殿させ、40μlのTE緩衝液に再懸濁した。 開裂反応は実施例8bに記述するように実施した。サンプルを2分間72℃に加 熱し、各反応液の7μlを、0.5X TBEを含有する緩衝液に溶解した7M尿素含有10% ポリアクリルアミドゲル(19:1架橋)中の電気泳動により分画した。電気泳動後、 DNAをナイロン膜に転写し、実施例8aに記述するようにSAAPおよびCDPStar で処理した。得られたオートラジオグラフを図29に示す。 図29において、「M」とマークしたレーンは実施例8に記述するように調製 した分子量マーカーを含有する。レーン1〜3は、野生型(配列番号34)、41 9突然変異体(配列番号41)および422突然変異体(配列番号42)のそれぞれ に対して、対照酵素を含まない。レーン4は野生型鋳型由来の開裂生成物を含有 する。レーン5は419突然変異体由来の開裂生成物を含有する。レーン6は422突 然変異体由来の開裂生成物を含有する。 図29は、クリーブアーゼTMBN酵素を用いた3つの鋳型DNAの消化によって 、開裂生成物の類似しているが明白に異なるパターンが生成されることを示して いる。突然変異体422の消化物においは数個の新しいバンドが53ヌクレオチドの 付近に現れているが、て突然変異体419の消化物においては野生型と比較した時 約 40ヌクレオチドの下のバンドが無いことに注意されたい。 上記3つの鋳型DNAは157ヌクレオチドのうちだた1つが異なるのみであっ たが、それぞれについて独特の開裂断片パターンが生成された。したがって、15 7ヌクレオチド断片における1塩基の変化が、クリーブアーゼTM酵素によって認 識される異なる2次構造をもたらすのである。 実施例10 酵素クリーブアーゼTMBNによって 大きいDNA断片における1塩基の変化が検出される 前の実施例は、クリーブアーゼTMBN酵素の5'ヌクレアーゼ活性を用いて157 ヌクレオチドDNA断片内の1個の点突然変異を検出することが可能であること を示した。本実施例では、より大きいDNA断片内で1個の点突然変異を検出す るクリーブアーゼTMBN酵素の能力を示す。 大きさを徐々に大きくした422チロシナーゼ突然変異体由来の断片を、野生 型チロシナーゼ遺伝子由来の同じ大きさの断片と比較した。4セットの一本鎖基 質を用いた。すなわち、1)野生型(配列番号34)および422突然変異体( 配列番号42)のエキソン4のセンス鎖由来の157ヌクレオチド鋳型;2)野 生型(配列番号43)および422突然変異体(配列番号44)由来のエキソン 4および5を含有する378ヌクレオチド断片;3)野生型(配列番号45)お よび422突然変異体(配列番号46)由来のエキソン1〜4を含有する1.059k b断片;および4)野生型(配列番号47)および422突然変異体(配列番号 48)由来のエキソン1〜5を含有する1.587kb断片である。野生型鋳型と42 2突然変異体鋳型の間の唯一の相違は、用いた鋳型の長さに関係なく、エキソン 4におけるGからAへの変化である。GからAへの点突然変異は、157塩基、378 塩基、1.059kbおよび1.6kb基質DNAの標識された末端から、それぞれ27、27、 929および1237ヌクレオチドの位置に存在する。 A)基質DNAの調製 上記の基質DNAを生成するためのPCRにおいて、野生型[pcTYR-N1Tyr,B ouchard,B.ら,(1989)J.Exp.Med.169:2029]または422突然変異体[pcTY R-A422,Giebel,L.b.ら,(1991)87:1119]チロシナーゼ遺伝子を含有するcD NAクローンを標的DNAとして用いた。配列番号42および43からなるプライマ ー対を用いて、突然変異体または野生型cDNAクローン由来の二本鎖157bpD NA断片を生成した。配列番号29および49からなるプライマー対を用いて、突然 変異体または野生型cDNAクローン由来の二本鎖378 bpDNA断片を生成した 。配列番号50および30からなるプライマー対を用いて、突然変異体または野生型 cDNAクローン由来の二本鎖1.059kbpDNA断片を生成した。配列番号51およ び49からなるプライマー対を用いて、突然変異体または野生型cDNAクローン 由来の二本鎖1.587kbp DNA断片を生成した。いずれの場合も、センス鎖プラ イマーは5'末端にビオチン標識を含んでいた。 PCR反応を以下のように実施した。1X PCR緩衝液中に50mMの各dNTPおよび1 μMの特定プライマー対の各プライマーを含有する100μlの反応液において、1 〜2ngの野生型または422突然変異体由来プラスミドDNAを標的DNAとして 用いた。上記の混合物を有する試験管に3滴の軽質ミネラルオイルを重層し、1 分間94℃に加熱し、次に70℃に冷却した。次に、5μlの1X PCR緩衝液中の2.5ユ ニットの酵素としてTaqポリメラーゼを添加した。試験管を45秒間93℃に加熱し 、2分間52℃に冷却し、1分45秒間72℃に加熱し、これを35回繰り返した。そし て、最後の繰り返しの後、72℃で5分間インキュベートした。 PCR反応の後、QIA Quick-Spin PCR精製キット(Qiagen,Inc.Chatsworth,C A)を製造者の指示にしたがって用いて、過剰のプライマーを除去した。DNAを 50μlのTEに溶出した。野生型および422突然変異体遺伝子由来の各二本鎖断片の センス鎖を以下のように単離した。ストレプトアビジン被覆常磁性ビーズ(Dynal M280ビーズ)[50μl中0.5mg;2X結合および洗浄(B&W)緩衝液(2M NaCl,10mM Tr is-HCl,pH7.5,1mM EDTA,0.1% Tween 20)中であらかじめ洗浄した]を精製P CR生成物のそれぞれに添加した。ときおり振とうしながら、サンプルを室温で 15分間インキュベートした。試験管を磁気プレートにさらすことにより上清から ビーズを除去した。ビーズ-DNA複合体を2X B&W緩衝液中で2回洗浄した。100 μlの0.1M NaOHをビーズに加え、サンプルを室温で15分間イン キュベートした(157および378bpDNAの場合)。1kbより大きいDNA断片に ついては、ビーズを47℃で30分間インキュベートした。最後に、ビーズ-ssDN A複合体を50μlの2X B&W緩衝液に再懸濁し、4℃で保存した。 B)開裂反応の条件 開裂反応は、一本鎖DNA-ビーズ複合体上で直接実施した。5〜10μlのDN A-ビーズ複合体(約100fmolのDNA)を200μlの微小遠心管に入れ、10μlの 滅菌水で1回洗浄した。次に、1.3mM MnCl2を(最終濃度が1mMとなるように)含 有する10mM MOPS,pH8.2を各試験管に7.5μl加えた。反応試験管はあらかじめ2 分間65℃に暖めておいた。そして、2.5μlの酵素クリーブアーゼTMBN(1X希釈 緩衝液中に10-50ng)の添加により開裂を開始させた。反応を65℃で5分間実施し た。 この5分間のインキュベーションの直後に、ビーズを試験管の底の沈ませ、上 清を除去し廃棄した。次に、10〜40μlの停止液をビーズに加え、サンプルを5〜 10分間90℃でインキュベートした。フルムアミド/EDTA溶液はビーズからビオチ ン化DNAを放出させる。ビーズを放置して試験管の底に沈ませた。開裂生成物 を含む上清を回収した。2〜8μlの上清溶液を、0.5X TBE含有緩衝液に溶解し た7M尿素含有6%ポリアクリクアミドゲル(19:1架橋)にロードした。 電気泳動後、実施例8aに記述するように、DNAをナイロン膜に転写し、SA AP及びCDPStarを用いて処理した。図30に得られたオートラジオグフを示す。 図30において、「M」とマークしたレーンは実施例8に記述するように調製 した分子量マーカーを含有する。レーン1、3、5および7は、野生型チロシナ ーゼ遺伝子由来の157、378、1056または1587ヌクレオチドセンス鎖断片を用いた 開裂生成物をそれぞれ含有する。レーン2、4、6および8は、422突然変異体 チロシナーゼ遺伝子由来の157、378、1056または1587ヌクレオチドセンス鎖断片 を用いた開裂生成物をそれぞれ含有する。 図30に示すように、野生型および422突然変異体の間に見られる明確な開裂 パターンは、より長いDNA断片に1個の塩基変化がある場合においても不明瞭 にならなかった。したがって、本発明の開裂反応は、DNAの大きな断片を走査 して突然変異を検出するのに用いることができる。長さが約500bp以上の断片は 、SSCPまたはDGGE分析等の既存の方法論では走査することができない。 実施例11 クリーブアーゼTM反応は反応条件の大きな変化に非感受性である 上記の結果は、クリーブアーゼTMBN酵素は、構造特異的であるが配列に依存 しない方法でDNA鋳型を精査するのに用いることができることを示した。これ らの結果は、配列変異によって引き起こされる核酸のコンホメーション変化を認 識するための効率的な方法として、クリーブアーゼTMBN酵素を用いうることを 示した。これは、野生型鋳型と比較しての配列変化について核酸鋳型を走査する 方法を開発するために、クリーブアーゼTMBN酵素の5'ヌクレアーゼ活性を使用 できることを示唆した。以下の実施例はこれが正しいことを示した。さらに、本 発明の方法は条件の大きな変化に比較的非感受性で、そのためこの方法を臨床ラ ボにおける実戦に適したものとしていることを以下に示す。 第1に、MnCl2濃度の変化が開裂反応に及ぼす効果を確認した。第2に、異な る量の塩(KCl)が開裂パターンに及ぼす効果を調べた。第3に、いつ完全な開裂 が得られるかを調べるため、経時変化を調べた。第4に、温度変化が開裂パター ンに及ぼす効果を確認するため、温度滴定を実施した。次に、酵素濃度における 50倍変化が開裂反応に及ぼす効果を確認するため、酵素を滴定した。これらの 実験の結果は、クリーブアーゼTM反応は条件の大きい変化に対して著しく耐性で あることを示した。 A)MnCl2滴定 MnCl2濃度の変動に対する開裂反応の感受性を確認するため、一定量のクリー ブアーゼTMBN酵素(250ng)の存在下で、10mM MOPS,pH8.2および種々の量のMnC l2を含有する緩衝液中で1個の鋳型をインキュベートした。開裂反応を以下のよ うに実施した。チロシナーゼ遺伝子の157ヌクレオチドセンス鎖断片(配列番号 42;実施例9に記述するように非対称PCRにより調製)100fmolを、 (最終濃度が0.1,0.4,6.8または10mM MnCl2となるように)0.2、4.8、12また は20mM MnCl2を含有する5μlの10mM MOPS,pH8.2に混合して、200μlの壁の薄 い微小遠心管(BioRad)に入れた。10MnCl2を含有する10mM MOPS,pH8.2(5μl)に 混合した100fmolの鋳型DNAを含有する試験管を用意し、無酵素(または非切 断)対照として用いた。各反応混合物に1滴の軽質ミネラルオイルを重層した。 試験管を5秒管95℃に加熱し、次に65℃に冷却した。 開裂反応は、実施例8bに記述するように開始させ、停止させた。停止液の添加 後、サンプルを2分間72℃に加熱し、各反応液の8μlを、0.5X TBEを含有する 緩衝液に溶解した7M尿素含有10%ポリアクリルアミドゲル(19:1架橋)中の電気泳 動により分画した。電気泳動後、DNAをナイロン膜に転写し、実施例8aに記 述するようにSAAPおよびCDPStarで処理した。得られたオートラジオグラフを図 31に示す。 図31において、「M」とマークしたレーンは分子量マーカーを含有する。レ ーン1は無酵素対照を含んでおり、開裂されていない鋳型DNAの移動を示す。 レーン2〜8は、クリーブアーゼTMBN酵素の存在下で、それぞれ10、8、6、 4、2、1または0mM MnCl2を含有する緩衝液中でインキュベートされた反応生 成物を含有する。 図31は、二価カチオンの非存在下では全く開裂が起こらないことを示してい る(レーン8、0mM MnCl2)。MnCl2の包含によって開裂断片の効率的生成が促進 された。最も明瞭な開裂パターンが1mM MnCl2の濃度で見られたが(レーン7) 、Mn2-濃度が1から4mMに変わってもパターンには殆ど変化が見られなかった。 MnCl2の高い濃度は開裂反応を抑制する傾向がある(6mMを上回る濃度)。これらの 結果は、開裂反応は二価カチオンを必要とするが、存在する二価カチオンの量の 変化は開裂パターンに殆ど効果を及ぼさないことを示す。 B)塩濃度の開裂反応に及ぼす効果 塩濃度の開裂反応に及ぼす効果を確認するため、一定量のクリーブアーゼTMB N酵素(250ng)の存在下で、10mM MOPS,pH8.2,1mM MnCl2および種々の量のKCl を含有する緩衝液中で1個の鋳型をインキュベートした。チロシナーゼ遺伝 子のエキソン4のセンス鎖由来の157塩基断片(配列番号34;実施例8aに記述 するよう調製した)100fmolを10mM MOPS,pH8.2および1mM MnCl2を含有する緩 衝液に混合して200μlの壁の薄い微小遠心管(BioRad)に入れた。KClを最終濃度 が0,10,20,30,40または50mMとなるように添加した。最終反応容量は10μlで あった。 10mM MOPS、pH8.2、1mM MnCl2、33fmol鋳型DNAおよび50mM KClを含有する 試験管を用意し、無酵素(または非切断)対照として用いた。各反応混合物に1 滴の軽質ミネラルオイルを重層した。試験管を5秒管95℃に加熱し、次に65℃に 冷却した。 開裂反応は、実施例8bに記述するように開始させ、停止させた。停止液の添加 後、サンプルを2分間72℃に加熱し、各反応液の8μlを、0.5X TBEを含有する 緩衝液に溶解した7M尿素含有10%ポリアクリルアミドゲル(19:1架橋)中の電気泳 動により分画した。電気泳動後、DNAをナイロン膜に転写し、実施例8bに記 述するようにSAAPおよびLumiphos-530(United States Biochemical)またはQuant um Yield化学発光基質(Promega Corp.,Madison WI)で処理し、X線フィルムに 露光した。得られたオートラジオグラフを図32に示す。 図32において、「M」とマークしたレーンは分子量マーカーを含有する。レ ーン1は無酵素対照を含んでおり、開裂されていない鋳型DNAの移動を示す。 レーン2〜7は、クリーブアーゼTMBN酵素の存在下で、50、40、30、20、10ま たは0mM KClをそれぞれ含有する緩衝液中でインキュベートされた反応生成物を 含有する。 図32に示す結果は、クリーブアーゼTM反応は塩濃度の変化に対して比較的非 感受性であることを示している。クリーブアーゼTMBN酵素を用いて157ヌクレ オチドチロシナーゼDNA鋳型(配列番号34)をインキュベートした場合、KC l濃度の0から50mMまでの変化に係わりなく同一の開裂パターンが得られた。 C)開裂反応の経時変化 いかに迅速に開裂反応が完了するかを確認するため、1個の鋳型を一定量のク リーブアーゼTMBN酵素の存在下で様々な長さの時間インキュベートした。10m M MOPS、pH8.2、2mM MnCl2および440fmolのチロシナーゼ遺伝子のエキソン4の センス鎖由来の157塩基断片(配列番号34;実施例8bに記述するよう調製した )を含有する20μlの溶液からなるマスター混合物を調製した。測定する各時間 用に5μlのアリコートを200μlの壁の薄い微小遠心管(BioRad)に入れた。無酵 素対照試験管を作成した。この反応液は1mM MnCl2を含有する10mM MOPS,pH8.2( 最終反応容量10μl)中に33fmolの鋳型DNAを含んでいた。各反応液に1滴の軽 質ミネラルオイルを重層した。試験管を5秒管95℃に加熱して鋳型を変性させ、 次に65℃に冷却した。 開裂反応は、実施例8bに記載するように希釈酵素混合物の添加により開始させ た。指定された時点で8μlの停止液の添加により直ちに反応を停止させた。無 酵素対照は65℃で10分間インキュベートし、そして他の反応と同じ方法で8μl の停止液を添加して反応を停止させた。サンプルを2分間72℃に加熱し、各反応 液の5μlを、0.5X TBEを含有する緩衝液に溶解した7M尿素含有10%ポリアクリル アミドゲル(19:1架橋)中の電気泳動により分画した。電気泳動後、DNAをナイ ロン膜に転写し、実施例8bに記述するようにSAAPで処理した後Lumiphos-530(U nited States Biochemical)またはQuantum Yield化学発光基質(Promega Corp., Madison WI)と反応させ、X線フィルムに露光した。得られたオートラジオグラ フを図33に示す。 図33において、「M」とマークしたレーンは実施例8に記述するように調製 した分子量マーカーを含有する。レーン1は10分間インキュベートした無酵素対 照を含有する。レーン2〜5は、65℃で0.1、1、5または10分間インキュベー トした反応液由来の開裂生成物を含有する。図36は、クリーブアーゼTMBN酵 素により媒介される開裂反応は非常に迅速であることを示している。6秒未満( <0.1分)ですでに開裂が見られ、1分以内に完了する。これらの結果はまた、 反応を1分実施しても10分実施しても、同一の開裂パターンが生成することを示 している。 D)クリーブアーゼ反応の温度滴定 温度変化の開裂パターンに及ぼす効果を確認するため、チロシナーゼ遺伝子の エキソン4のセンス鎖由来の157塩基断片(配列番号34)を一定量のクリーブ アーゼTMBN酵素の存在下で5分間、種々の温度でインキュベートした。100fmo lの基質DNA(実施例8bに記述するように調製した)を、2mM MnCl2を含有 する5μlの10mM MOPS,pH8.2に混合して200μlの壁の薄い微小遠心管(BioRad) に入れた。「無酵素」試験対照試験管を2本、上記のように調製した。ただし、 これらの反応液は1mM MnCl2を含有する上記緩衝液10μl中に33fmolの基質DNA を含んでいた。各反応液に1滴の軽質ミネラルオイルを重層した。試験管を5秒 管95℃に加熱して鋳型を変性させ、次に所望の温度に冷却した。 実施例8bに記載するように希釈酵素混合物の添加により開裂反応を直ちに開始 させた。試験管を55、60、65、70、75または80℃にした。5分後に所定の温度で 、8μlの停止緩衝液の添加により反応を停止させた。 サンプルを2分間72℃に加熱し、各反応液の5μlを、0.5X TBEを含有する緩 衝液に溶解した7M尿素含有10%ポリアクリルアミドゲル(19:1架橋)中の電気泳動 により分画した。電気泳動後、DNAをナイロン膜に転写し、実施例8bに記述 するようにSAAPで処理した後Lumiphos-530(United States Biochemical)またはQ uantum Yield化学発光基質(Promega Corp.,Madison WI)と反応させ、X線フィ ルムに露光した。得られたオートラジオグラフを図34に示す。 図34において、「M」とマークしたレーンは実施例8に記述するように調製 した分子量マーカーを含有する。レーン1および2は、55℃および80℃でそれぞ れインキュベートした無酵素対照を含有する。レーン3〜8は、55、60、65、70 、75または80℃でそれぞれインキュベートした、クリーブアーゼTMBN酵素含有 反応液由来の開裂生成物を含有する。 図34は、クリーブアーゼTM反応が広い温度範囲において実施可能であること を示している。55〜75℃の範囲のインキュベーション温度に応答して、開裂パタ ーンは徐々に変化した。数本のバンドは、より高い温度でインキュベートした場 合にのみ明らかになった。おそらく、中間の温度において開裂に関与する幾つか の構造は、より低い温度では有利にはこばなかったのだろう。予想されたように 、試験した温度範囲の上限では構造が溶けてしまったため、開裂は徐々に少なく なっていった。80℃で、おそらく鋳型の完全な変性により、開裂は完全に抑制さ れ た。 これらの結果は、開裂反応が広い温度範囲において実施可能であることを示し ている。高い温度において開裂反応を行わせる能力は重要である。鋳型が強い( すなわち、安定した)二次構造を持つ場合、1個のヌクレオチド変化がこの構造 又はそれが生成する開裂パターンを有意に変更する可能性は低い。配列における 小変化の効果を最大限にし、それが標的鋳型内の開裂パターンの変化として現れ るように、高い温度を用いて構造を不安定の瀬戸際にもっていくことが可能であ り、その結果その点で開裂反応が起こるようにすることができる。 E)クリーブアーゼTMBN酵素の滴定 開裂反応における種々の濃度のクリーブアーゼTMBN酵素の効果を調べた。チ ロシナーゼ遺伝子のエキソン4のセンス鎖由来の157塩基断片(配列番号34)1 00fmolを2mM MnCl2を含有する5μlの10mM MOPS,pH8.2に混合して4本の微小 遠心管に入れた。無酵素対照試験管を調製した。この反応液は1mM MnCl2を含有 する10μlの10mM MOPS,pH8.2中に33fmolの基質DNAを含んでいた。各反応液 に1滴の軽質ミネラルオイルを重層した。試験管を5秒管95℃に加熱して鋳型を 変性させ、次に65℃に冷却した。 10、50、100または250ngの酵素がMnCl2を含まない5μlの10mM MOPS,pH8.2中 にあって試験管内に存在するように、1X希釈緩衝液中の1μlのクリーブアーゼT M BN酵素からなる希釈酵素混合物を添加することにより、開裂反応を直ちに開 始させた。65℃で5分間反応後、8μlの停止緩衝液の添加により反応を停止さ せた。サンプルを2分間72℃に加熱し、各反応液の7μlを、0.5X TBEを含有す る緩衝液に溶解した7M尿素含有10%ポリアクリルアミドゲル(19:1架橋)中の電気 泳動により分画した。 電気泳動後、DNAをナイロン膜に転写し、実施例8bに記述するようにSAAP で処理した後Lumiphos-530(United States Biochemical)またはQuantum Yield化 学発光基質(Promega Corp.,Madison WI)と反応させ、X線フィルムに露光した 。得られたオートラジオグラフを図35に示す。 図35において、「M」とマークしたレーンは分子量マーカーを含有する。レ ーン1は無酵素対照を含み、切断されていない基質の移動を示す。レーン2〜5 は、クリーブアーゼTMBN酵素をそれぞれ10、50、100または250ng含有する反応 液由来の反応生成物を含有する。 これらの結果は、反応に用いた酵素の量が25倍以上の範囲で変化してもそれに 係わりなく、157ヌクレオチドチロシナーゼDNA基質を用いて同一の開裂パタ ーンが得られることを示している。したがって、この方法は研究ラボにおけるほ ど反応条件がコントロールされない臨床ラボにおける実施に理想的に適っている 。 F)異なるDNA調製物を用いて不変の(consistent)開裂パターンが得られる 特定の基質から同一の開裂パターンが一貫して得られることを示すため、チロ シナーゼ遺伝子のエキソン4のセンス鎖由来の157塩基断片(配列番号34)の 数個の異なる調製物を作成した。基質は実施例8bに記述するように調製した。そ れぞれ別の日に3つの別個のPCR反応を実施した。これらPCRサンプルの1 つを2つに分割し、一方のアリコートを生成した日にゲル精製し、他方のアリコ ートは4℃で一晩保存して翌日ゲル精製した。 開裂反応を実施例8bに記述するように実施した。サンプルをアクリルアミドゲ ル上で泳動し、実施例8bに記述するように処理した。得られたオートラジオグラ フを図36に示す。 図36において、「M」とマークしたレーンはビオチン化分子量マーカーを含 有する。セット1は、調製物no.1を用いて酵素の非存在下(−)または存在下 (+)で実施した開裂反応由来の生成物を含有する。セット2は、調製物no.2 を用いて酵素の非存在下(−)または存在下(+)で実施した開裂反応由来の生 成物を含有する。セット3は、調製物no.3を用いて酵素の非存在下(−)また は存在下(+)で実施した開裂反応由来の生成物を含有する。調製物no.3は調 製物no.2に由来するもので、調製物no.3が調製物no.2の1日後にゲル精製 されたほかは、同一である。セット4は、調製物no.4を用いて酵素の非存在下 (−)または存在下(+)で実施した開裂反応由来の生成物を含有する。これら の別々に調製された基質サンプルから、開裂生成物の同一パターンが生成されて いる。 これらの結果は、157ヌクレオチドDNA断片の別個に作成された調製物が同 一の開裂パターンをもたらしたことを示している。したがって、クリーブアーゼTM 反応は基質調製物の間に存在する小さい差異に影響されない。 実施例12 チロシナーゼ遺伝子のセンス鎖またはアンチセンス鎖を用いて 点突然変異が検出される 遺伝子断片のセンス(コード)鎖またはアンチセンス(非コード)鎖を用いて 開裂生成物の独特なパターン(すなわち、フィンガープリント)を創成するクリ ーブアーゼTM酵素の能力を調べた。 野生型チロシナーゼ遺伝子由来の157ヌクレオチド断片のセンス鎖(配列番 号34)またはアンチセンス鎖(配列番号35)に対応する一本鎖DNA基質を 、非対照PCRを用いて実施例8aに記述するように調製した。センス鎖野生型 基質は5'末端にビオチン標識を含有する。アンチセンス鎖は5'末端にフルオレセ イン標識を含有する。 419突然変異体チロシナーゼ遺伝子由来の157ヌクレオチド断片のセンス鎖に対 応する一本鎖DNA基質(配列番号41)を、非対照PCRを用いて実施例9に 記述するように調製した。センス鎖419突然変異体基質は5'末端にビオチン標識 を含有する。 419突然変異体チロシナーゼ遺伝子由来の157ヌクレオチド断片のアンチセンス 鎖に対応する一本鎖DNA基質(配列番号52)を、非対照PCRを用いて実施 例9に記述するように調製した。だだし、100pmolのフルオレセイン標識アンチ センスプライマー(配列番号30)および1pmolのビオチン標識センスプライマ ー(配列番号29)を用いた。得られたアンチセンス鎖419突然変異体基質は5' 末端にフルオレセイン標識を含有する。 422突然変異体チロシナーゼ遺伝子由来の157ヌクレオチド断片のセンス鎖に対 応する一本鎖DNA基質(配列番号42)を、非対照PCRを用いて実施例9に 記述するように調製した。センス鎖422突然変異体基質は5'末端にビオチン標識 を含有する。 422突然変異体チロシナーゼ遺伝子由来の157ヌクレオチド断片のアンチセンス 鎖に対応する一本鎖DNA基質(配列番号53)を、非対照PCRを用いて実施 例9に記述するように調製した。だだし、100pmolのフルオレセイン標識アンチ センスプライマー(配列番号30)および1pmolのビオチン標識センスプライマ ー(配列番号29)を用いた。得られたアンチセンス鎖422突然変異体基質は5' 末端にフルオレセイン標識を含有する。 非対称PCRの後、実施例8に記述するように、一本鎖PCR生成物をゲル精 製し、沈殿させ、そして40μlのTE緩衝液に再懸濁した。 実施例9に記述するように開裂反応の実施し、実施例8aに記述するように生成 物を電気泳動により分画した。電気泳動後、DNAをナイロン膜に転写し、SAAP 結合体および抗フルオレセイン抗体(Fab)-アルカリホスファターゼ結合体を用い て処理し、実施例8aに記述するようにCDPStarを用いて可視化した。得られたオ ートラジオグラフを図37に示す。 図37において、「M」とマークされたレーンは、実施例8に記述するように 調製されたビオチン化分子量マーカーを含有する。レーン1〜6は、野生型419 および422突然変異体157ヌクレオチド断片由来のビオチン化センス鎖基質を含有 する。レーン1〜3は、野生型、419および422突然変異体断片に対する無酵素対 照をそれぞれ含有する。レーン4〜6は、野生型、419および422突然変異体断片 のセンス鎖をクリーブアーゼTMBN酵素と共にインキュベートして得た反応生成 物をそれぞれ含有する。レーン7〜12は、野生型、419および422突然変異体15 7ヌクレオチド断片由来のフルオレセイン化アンチセンス鎖基質を含有する。レ ーン1〜3は、それぞれ野生型、419および422突然変異体断片に対する「無酵素 」対照を含有する。レーン4〜6は、野生型、419および422突然変異体断片のア ンチセンス鎖をクリーブアーゼTMBN酵素と共にインキュベートして得た反応生 成物をそれぞれ含有する。 予想されたように、センスまたはアンチセンス断片を用いた場合、野生型、41 9および422突然変異体断片に対して開裂生成物の別個であるが独特のパターンが 生成される。基質として遺伝子のセンス鎖またはアンチセンス鎖のどちらも使用 することができる能力は有利である。なぜなら、特定の反応条件下では、2つの 鎖のうち一方がより望ましいバンドパターンを生成する(すなわち、開裂生成物 がゲルの片方の端に集まるのではなく、ゲルの全長にわたって広がる)ことがあ るからである。または、一方の鎖が、有意な構造変化を創り出すのにより都合の よい場所位置した突然変異を有することがあるからである。このことは、どちら かの端部付近に突然変異を有する長いDNA基質の分析において、より重要とな り得るであろう。さらに、両方の鎖を用いた検出は、配列変化の確認として役立 つ。 実施例13酵素クリーブアーゼTMを用いたヒトβ-グロビン遺伝子における突然変異の検出 実施例8〜12に示す結果は、クリーブアーゼTM反応を用いて157ヌクレオチ ドから1.6kbまでの範囲のチロシナーゼ遺伝子断片における1個の塩基変化を検 出することができることを示している。クリーブアーゼTM反応は突然変異の検出 に広く適用できることを示すため、第2のモデル系を検討した。 ヒトβ-グロビン遺伝子は、鎌状赤血球貧血およびβ-サラセミア等の多数の異 常ヘモグロビン症において突然変異を起こしていることが知られている。これら の疾患は一般に野生型β-グロビン遺伝子のDNA配列において少数(1〜4)のヌ クレオチド変化をともなう[Orkin,S.H.およびKazazian,H.H.,Jr.(1984)Annu .Rev.Genet.18:131およびCollins,F.S.およびWeissman,S.M.(1984)Prog. Nucleic Acid Res.Mol.Biol.31:315]。、β-グロビン遺伝子における少なく とも47の異なる突然変異はどれがβ-サラセミアを引き起こすのか同定されてい る。 クリーブアーゼTM反応を用いて、3つのβ-グロビン突然変異体を野生型β-グ ロビン遺伝子[Lawn,R.M.ら,(1980)Cell 21:647]と比較した。突然変異体1 はコドン39にナンセンス突然変異を含んでいる。コドン39の野生型配列はCAG である。このコドンにおける突然変異体1の配列はTAGである[Orkin,S.H.お よびGoff,S.C.(1981)J.Biol.Chem.256:9782]。突然変異体2は一次転写物 の不適当なスプライシングをもたらすTからAへの置換をコドン24に有する[Gol dsmith,M.E.ら,(1983)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 80:2318]。突然変異体3 はリーディングフレームの移動度の差をもたらす2個のA残基の欠失をコドン8 に有する。突然変異体3はまた、コドン9にCからTへのサイレントな置換を有 する[Orkin,S.H.およびGoff,S.C.(1981)J.Biol.Chem.256:9782]。 A)野生型および突然変異体グロビン遺伝子基質の調製 上記の野生型および突然変異体β-グロビン遺伝子から、一本鎖基質DNAを 以下のように調製した。適当なプラスミドを有する細菌を抗生物質プレートにス トリークし、37℃で一晩増殖させた。(野生型プラスミドおよび突然変異体3を 含有するプラスミドを有する細菌をテトラサイクリンプレート上で増殖させた。 突然変異体1および突然変異体2配列を含有するプラスミドを有する細菌をアン ピシリンプレート上で増殖させた。)次に、これらのプレート由来のコロニーを 用いて、そしてWizard Minipreps DNA Purification System(Promega Corp.,Ma dison,WI)を用いて、プラスミドDNAを単離した。コロニーを上記キット由来 の200μlの「細胞再懸濁緩衝液」に再懸濁した。製造者のプロトコルにしたがっ てDNAを抽出した。各プラスミドで約2.5μgという最終収量が得られた。 50μlの1X PCR緩衝液中に、5ngのプラスミドDNA、各25pmolの5'末端ビオ チン化KM29プライマー(配列番号54)および5'末端フルオレセイン標識RS42プラ イマー(配列番号55)、50μMの各dNTPおよび1.25ユニットのTaq DNAポリメ ラーゼを含むポリメラーゼチェーンリアクションにより、上記のプラスミドのそ れぞれから536(野生型、突然変異体1および2)または534(突然変異体3)ヌク レオチド断片を増幅した。反応液を2滴の軽質ミネラルオイルで重層し、サーモ サイクラー(MJ Research,Watertown,MA)を用いて30秒間95℃で加熱し、30秒間 55℃に冷却し、60秒間72℃に加熱し、これを35回繰り返した。Wizard PCR Clean up kit(Promega Corp.,Madison,WI)を用いてこれらの反応の生成物を残存dNTP 及びプライマーより精製し、二重鎖DNAを50μlのTEに溶解した。 これらのDNAの一本鎖コピーを作製するため、1μlの二重鎖PCR DNA を鋳型として用い、RS42プライマーを省いて、上記のPCRを繰り返した。この 非対称PCRの生成物を、二本鎖DNA生成物の位置を同定するための最初のP CR DNAと一緒に、0.5X TBE緩衝液中の6%ポリアクリルアミドゲル(29:1架橋 )に直接ロードした。電気泳動による分離の後、エチジウムブロミドを用いた染 色によりDNAを可視化した。そして、二重鎖DNAと比較した時の変化した移 動度によって同定した一本鎖DNAを切り出し、一晩の受動拡散によりゲルスラ イスから0.5M NH4OAc,0.1% SDSおよび0.2mM EDTAを含む溶液に溶出した。エタ ノール沈殿により生成物を回収し、40μlのTEに溶解した。 野生型β-グロビン遺伝子由来の536ヌクレオチド断片の配列を配列番号56に示 す。突然変異体3由来の534ヌクレオチド断片の配列を配列番号57に示す。突然 変異体1由来の536ヌクレオチド断片の配列を配列番号58に示す。突然変異体2 由来の536ヌクレオチド断片の配列を配列番号59に示す。 B)野生型β-グロビン基質を用いた開裂反応の最適化 β-グロビン基質から大きく異なる移動度を有する一アレイの開裂生成物を 生成する最適条件(塩濃度、温度)を確認した。バンド間で最も均一な強度をも った、最も広く分散した一アレイの開裂パターンをつくる条件を確認した(この ような一並びのバンドの生成は、野生型と突然変異体基質の間に見られる差異の 検出を助ける)。この実験は、KClの非存在下または50mM KClの存在下で、幾つ かの異なる温度で、野生型β-グロビン基質(配列番号56)を用いて開裂反応を実 施することを包含した。 試験すべき各KCl濃度について、DNA、CFLPTM緩衝液および塩類を含有する3 0μlのマスター混合物を調製した。「0mM KCl」反応のためには、上記混合物は1 .7mM(最終反応では1mM)MnCl2を含有する30μlの10mM MOPS,pH 8.2中に約50fm olのプラスミドpHBG1由来一本鎖5'ビオチン化536merPCR DNAを含んでいた 。「50mM KCl」混合物は、上記の成分に加えて83.3mM KClを含んでいた。これら の混合物をラベルを付けた反応用試験管に6μlずつ分注し、使用時まで氷上に保 存した。酵素希釈カクテルは、MnCl2を含まない10mM MOPS,pH8.2中に450ngのク リーブアーゼTMBNを含んでいた。 開裂反応を60、65、70および75℃で実施した。試験すべき各温度について、KC lを含むものと含まないものの1対の試験管を5秒間95℃に加熱し、次に選択さ れた温度まで冷却した。次に、4μlの酵素カクテルの添加により反応を直ちに 開始させた。75℃の試験にはさらに1対の試験管が使用され、これらの試験管に は酵素を添加する代わりにMnCl2を含まない10mM MOPS,pH8.2を4μl加えた。オ イル重層は用いなかった。全ての反応は5分間進行させた後、8μlの停止緩衝 液の添加により停止させた。完了した反応液およびこれから開始させる反応液は 、全反応が実施されるまで氷上に保存した。サンプルを2分間72℃に加熱し、各 反応液の5μlを、0.5X TBEを含有する緩衝液に溶解した7M尿素含有6%ポリアクリ ルアミドゲル(19:1架橋)中の電気泳動により分画した。 電気泳動後、ゲルプレートを取り外し、ゲルが1枚のプレート上に平らに残る ようにした。水であらかじめ湿らせておいた、0.2mmの細孔を有する正に帯電し たナイロン膜(NYTRAN,Schleicher and Schuell,Keene,NH)を露光したゲルの 一番上に載せた。すべての気泡を除去した。次に、3MMの濾紙(Whatman)2枚を膜 の上に載せ、他のガラスプレートを取り換え、そしてサンドイッチしたものをバ インダークリップではさんだ。移行を一晩進行させた。移行後、膜を注意深くゲ ルから剥がし、空気乾燥させた。完全に乾燥させた後、1.2X Sequenase Images ブロッキング緩衝液(United States Biochemical)中で、膜1cm2あたり上記緩衝 液を0.3ml用いて洗浄した。洗浄は30分間実施した。ストレプトアビジン-アルカ リホスファターゼ結合体(SAAP,United States Biochemical)を1:4000の希釈に なるまで上記のブロッキング溶液に直接添加し、15分間攪拌した。膜を水で短時 間すすぎ、次に膜1cm2あたり0.5mlの0.1%ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)含有1X SAAP緩衝液(100mM Tris-HCl,pH10; 50mM NaCl)を用いて、1回あたり5分で3 回洗浄した。各洗浄の間に膜を短時間水ですすいだ。次に、SDSを含まない1X SA AP/l mM MgCl2で膜を1回洗浄し、完全に水を切り、プラスチック製のヒートシー ルできる袋に入れた。滅菌ピペットを用いて、アルカリホスファターゼのための CSPDTMまたはCDP-StarTM(Tropix,Bedford,MA)化学発光基質を5ml、この袋に加 え、2〜3分間膜全体に行き渡らせた。CSPDTMで処理した膜は、XRPX線フィルム (Kodak)への最初の露光(60分間)に先立って37℃で30分間インキュベートした。 CDP-StarTMで処理した膜はプレインキュベーションの必要はなく、最初の露光は 10分間であった。分解能および明晰さにとって必要な場合は露光時間を調整した 。結果を図38に示す。 図38において、「M」とマークしてあるレーンは分子量マーカーを含有する 。レーン1〜5は、KClの非存在下で実施した反応由来の反応生成物を含有する 。レーン1は酵素なしで75℃で実施した反応の反応生成物を含有する。レーン2 〜5は60、65、70および75℃でそれぞれ実施した反応の反応生成物を含有する。 レーン6〜10は、50mM KClの存在下で実施した反応の反応生成物を含有する。レ ーン6は酵素なしで75℃で実施した反応の反応生成物を含有する。レーン7〜10は 60、65、70および75℃でそれぞれ実施した反応の反応生成物を含有する。 一般に、開裂生成物の好ましいパターンは反応液が50mM KClを含んでいた場 合に生成された。レーン7〜10に見られるように、試験したいずれの温度でも、K Clの非存在下で実施した反応に較べ(レーン2〜5:より多くの開裂生成物が切 断されていない基質の近くのゲルの頂部に群がっているのが分かる)、反応生成 物は50mM KClを含有する反応においてより広範囲に分散した。図41のレーン7 に見られるように、50mM KClを用いて65℃で実施した開裂反応が、他の反応条件 でのパターンと較べ、生成物が特にゲルの上部で最大限に分散した開裂生成物の パターンを生じた。 この実験で得られた結果から、野生型β-グロビン遺伝子由来の536ヌクレオチ ドセンス鎖断片(配列番号56)の最適開裂条件は、60℃で、1mM MnCl2および50 mM KClを含有する10mM MOPS,pH8.2であることが確認された。 C)2つの突然変異体β-グロビン基質を用いた開裂反応の最適化 上記a)およびb)で得た結果より、β-グロビン基質が用いられる場合の開 裂反応の最適温度として60℃を選択した。野生型基質を用いる場合、50mM KClの 存在下で開裂反応を実施すると開裂生成物の最適なパターンを生成する。野生型 および突然変異体β-グロビン基質の両方を用いた時に生成される開裂パターン に及ぼすKCl濃度の変化を次に調べて、野生型と突然変異体β-グロビン基質の間 の比較を可能とする最適塩濃度を決定した。 長さが536ヌクレオチドの、突然変異体1(配列番号58)および突然変異体 2(配列番号59)突然変異に対応する一本鎖基質を上記a)に記述するように 調製した。これら2つの突然変異体は野生型配列とそれぞれ1個のヌクレオチド だけ異なっている。これら2つは相互に2個のヌクレオチドだけ異なっている。 試験した各基質について、DNA、CFLPTM緩衝液およびMnCl2を含有する39μl のマスター混合物を調製した。これらの混合物は、約500fmolの一本鎖5'ビオチ ン化536ヌクレオチド基質DNA、1.54mM MnCl2(最終濃度1mM MnCl2を与える)を 含有する39μlの10mM MOPS,pH8.2を含んでいた。これらの混合物をラベルを付 けた反応試験管に6.5μlアリコートずつ分注した。次に各アリコートに、各10mM 最終KCl濃度について0.5μlの200mM KClを加えた(例えば、40 mM反応試験管には2.0μlを加えた)。そして、dH2Oを用いてすべての容量を9μl にした。オイル重層は使用しなかった。反応液を5秒間95℃に加熱し、次に65℃ に冷却した。1μlの希釈緩衝液(20mM Tris-HCl,pH8.0,50mM KCl,0.5% NP40 ,0.5% Tween 20,10mg/μl BSA)中の50ngの酵素クリーブアーゼTMBNを添加す ることにより、開裂反応を直ちに開始させた。全ての反応は5分間進行させた後 、8μlの停止緩衝液の添加により停止させた。サンプルを2分間72℃に加熱し 、各反応液の5μlを、0.5X TBEを含有する緩衝液に溶解した7M尿素含有6%ポリア クリルアミドゲル(19:1架橋)中の電気泳動により分画した。 電気泳動後、ゲルプレートを取り外し、先に記述したようにゲルに1枚のナイ ロン膜を重層した。DNAを膜に転写し、膜を上記a)に記述するように処理し 、そしてX線フィルムに露光した。得られたオートラジオグラフを図39に示す 。 図39において、「M」とマークしてあるレーンは分子量マーカーを含有する 。レーン1、3、5、7、9および11は、それぞれ0、10、20、30、40または50m M KClの存在下で突然変異体1基質を用いた開裂反応由来の反応生成物を含有す る。レーン2、4、6、8、10および12は、それぞれ0、10、20、30、40または5 0mM KClの存在下で突然変異体2基質を用いた開裂反応由来の反応生成物を含有 する。 図39は、KCl濃度が増大するにつれ各突然変異体から生成される開裂生成物 のパターンは変化するが、各突然変異体から別個のパターンが生成され、試験し たどのKCl濃度においてもバンドパターンの相違は上記2つの突然変異体の間で 見られることを示している。中間塩濃度範囲(10〜20mM KCl)では、大きい開裂バ ンドが消え、小さい分子量のバンドが現れる(レーン3〜6)。塩濃度がそれより高 くなると(30〜50mM KCl)、小さい分子量のバンドのコミナント(cominant)な喪失 と共に大きい分子量の開裂バンドが再び現れる(レーン7〜12)。図39に示された 結果より、最適な反応条件として50mM KClの使用を含む反応条件を選択した。約 200ヌクレオチドの位置に現れているバンド(図39の矢印参照)の強度におけ る明確な差が、これらの反応条件下にある上記2つの突然変異体基質の間に見ら れる。 D)酵素クリーブアーゼTMは野生型及び突然変異体β-グロビン基質から独特の 開裂生成物を生成する。 上に実施した実験より、野生型または突然変異体β-グロビン基質を用いる場 合、最適反応条件は50mM KClの使用および60℃の温度であることが確認された。 そこで、野生型基質(配列番号56)を突然変異体1(配列番号58)、突然変 異体2(配列番号59)および突然変異体3(配列番号57)基質と比較する場 合に、生成された開裂パターンの比較を可能とするために、これらの条件が用い られた。 野生型、突然変異体1、突然変異体2および突然変異体3β-グロビン遺伝子 について、長さ534または536ヌクレオチドの一本鎖基質DNAを上記a)に記述 するように調製した。開裂反応を以下のように実施した。1.1mM MnCl2(最終濃 度1mM)および55.6mM KCl(最終濃度50mM)を含有する9μlの1.10mM MOPS,pH8.2 (最終濃度1X)中に約10 fmolの各DNA基質を含有する反応試験管を用意した 。各基質DNAについて「無酵素」または非切断対照を作成した。非切断対照は 、オートラジオグラフ上に見られるシグナルのバランスをとるため、酵素含有反 応液の1/3のDNA(約33fmol)を含有していた。 試験管を5秒間95℃に加熱し、65℃に冷却し、そして1μlのクリーブアーゼTM BN酵素(1X希釈緩衝液中μlあたり50ng)を添加することにより、開裂反応を直 ちに開始させた。非切断対照には1μlの1X希釈緩衝液を加えた。 反応を5分間進行させ、次に8μlの停止緩衝液の添加により停止させた。サン プルを2分間72℃に加熱し、各反応液の5μlを、0.5X TBEを含有する緩衝液に溶 解した7M尿素含有6%ポリアクリルアミドゲル(19:1架橋)中の電気泳動により分画 した。 電気泳動後、ゲルプレートを取り外し、先に記述したようにゲルに1枚のナイ ロン膜を重層した。DNAを膜に転写し、膜を上記b)に記述するように処理し 、そしてX線フィルムに露光した。得られたオートラジオグラフを図40に示す 。 図40には2つのパネルが示されている。第1のパネルは上記の開裂反応由来 の反応生成物を示す。非切断対照はレーン1〜4に示され、開裂生成物はレーン 5〜6に示されている。第2のパネルは、ゲルの上部で基質DNA間に見られる 異なるバンドパターンを一層良く示すためレーン5〜6を拡大したものである。 図40において、「M」とマークされたレーンは、実施例8に記述するように 調製されたビオチン化分子量マーカーを含有する。レーン1〜4は、野生型、突 然変異体1、突然変異体2および突然変異体3β-グロビン基質に対する非切断 対照をそれぞれ含有する。レーン5〜8は、野生型、突然変異体1、突然変異体 2および突然変異体3β-グロビン基質由来の開裂生成物をそれぞれ含有する。 図40に示す結果より、クリーブアーゼTMBN酵素は試験した各β-グロビン 基質から独特の開裂生成物パターンを生成する。バンドパターンの相違が野生型 と各突然変異体の間に見られる。各突然変異体について異なったバンドパターン が見られ、野生型と突然変異体との識別ばかりでなく、各突然変異体と他の突然 変異体との識別も可能としている。 β-グロビン遺伝子についてここに示す結果およびチロシナーゼ遺伝子につい て先に示した結果は、クリーブアーゼTM反応が突然変異した遺伝子の検出のため の強力な新しい道具を提供することを示している。 実施例14 RNA基質の処理は独特な開裂パターンを生成する 本発明は、特定の基質に特徴的な独特のバンドパターンを生成するための、一 本鎖または二本鎖DNA基質の5'ヌクレアーゼ開裂を意図している。クリーブア ーゼTMBN酵素の5'ヌクレアーゼ活性の、基質核酸としてRNAを利用する能力 を 次に示す。この実験は、適切な条件を用いて(pHを8.2から6.5に下げて、マ ンガンによって媒介されるRNA基質の分解を減少させる)、開裂パターン生成 のための基質としてRNAを使用できることを示した。実験を以下のように実施 した。 ビオチンで内部的に標識されたRNA転写物を作成して基質として用いた。プ ラスミドpGEM3Zf(Promega)をEcoRIで消化した。EcoRIはプラスミドを切断し、直 鎖状の鋳型を生成する。Promega Corp.製のRiboprobe Gemini Systemキット を用いて、上記の直鎖状化鋳型のSP6転写により、長さ64ヌクレオチドのRNA 転写物(配列番号60)を作製した。製造者の指示に従ったが、ただし反応液中 のUTPの25%をビオチン-UTP(Boehringer Mannheim)と置き換えて、内部的に標識 された転写物を産生した。転写反応(1時間、35℃)の後、RQ1 RNase-free DNA se(Riboprobeキット由来、製造者の指示に従って使用)で処理してDNA鋳型 を除去した。そして、RNAを回収し、2M NH4OAcおよびエタノールの存在下で サンプルを2回沈殿させることにより精製した。得られたRNAペレットを70% エタノールですすぎ、空気乾燥させ、40μlの10mM Tris-HCl,pH8.0および1mM E DTAに再懸濁した。 開裂反応液は、10μlの1X RNA-CFLPTM緩衝液(10mM MOPS,pH6.3)および1mMのM gCl2またはMnCl2中の、1μlの上記RNA基質および50ngの酵素クリーブアーゼTM BNからなった。反応液に酵素以外のすべての成分を入れ、そして30秒間45℃ に加熱した。1μlの希釈緩衝液(20mM Tris-HCl,pH8.0,50mM KCl,0.5% NP40, 0.5% Tween 20,10μg/ml BSA)中の50 ngの酵素クリーブアーゼTMBNを添加す ることにより反応を開始させた。反応を10分間進行させた後、8μlの停止緩衝 液の添加により停止させた。サンプルを2分間72℃に加熱し、各反応液の5μlを 、0.5X TBEを含有する緩衝液に溶解した7M尿素含有10%ポリアクリルアミドゲル( 19:1架橋)中の電気泳動により分画した。 電気泳動後、ゲルプレートを取り外し、実施例8bに記述したようにゲルに1 枚のナイロン膜を重層した。実施例8bに記述したようにDNAを膜に転写し、 膜を乾燥し、1.2X Sequenase Imagesブロッキング緩衝液で洗浄し、1X SAAP緩衝 液で処理し、そしてLumiphos-530(United States Biochemical)またはQuantum Y ield化学発光基質(Promega)と反応させ、X線フィルムに露光した。得られたオ ートラジオグラフを図41に示す。 図41において、「M」とマークしたレーンは分子量マーカーを含有する。レ ーン1は無酵素対照を含み、切断されていない基質の移動を示す。レーン2およ び3は、クリーブアーゼTMBN酵素の存在下または非存在下で、MgCl2を含有す る緩衝液中でそれぞれ実施したRNA基質のインキュベーション由来の反応生成 物を含有する。レーン4および5は、クリーブアーゼTMBN酵素の存在下または 非存在下で、MnCl2を含有する緩衝液中でそれぞれ実施したRNA基質のインキ ュベーション由来の反応生成物を含有する。MnCl2の存在下でRNA基質と共に 酵素をインキュベートした場合に(レーン5)、開裂生成物のパターンが見られ る。 これらの結果は、配列の変化(例えば、点突然変異、欠失、置換)についてR NA基質をプローブするためにクリーブアーゼTMBN酵素を用いることができる ことを示している。この能力は、コード配列を中断する非常に大きい(例えば10 kbより大きい)イントロンをもつ遺伝子の検査を可能とする。スプライシングさ れたRNA転写物は突然変異の走査のためのより単純な標的を表す。さらに、R NAの開裂により得られる構造的(すなわち、折りたたみの)情報は、RNAの 非構造(unstructured)領域へのハイブリダイゼーションまたはリボザイムプロー ブの標的を定める際にも有用であろう。さらに、開裂反応は非常に速く起こるの で、クリーブアーゼTMBN酵素を用いて種々の型のRNA折りたたみ、およびこ の折りたたみが起こる速度論を研究することが可能である。 実施例15 クリーブアーゼTMBN酵素およびTaqポリメラーゼのどちらの 5' ヌクレアーゼ活性も二本鎖DNA基質を用いて独特の開裂パターンを生成する 一本鎖DNA鋳型を用いて開裂パターンを生成するクリーブアーゼTMBN酵素 およびTaqポリメラーゼの両方の能力を調べた。この実験で使用される基質は、 野生型(配列番号43)または422突然変異体(配列番号44)チロシナーゼ遺 伝子由来の378ヌクレオチド断片であった。これらの一本鎖基質は実施例10aに記 述するように生成された。 開裂反応を実施例10bに記述するように実施した。ただし、反応液の半分は記 述されるようにクリーブアーゼTMBN酵素で切断され、並行してセットした反応 液はTaqポリメラーゼで切断された。Taqポリメラーゼ反応は、10mM MOPS,pH8.2 中の1.25ユニットのTaqポリメラーゼからなった。実施例10bに記述するように反 応生成物を電気泳動により分離し、オートラジオグラフを作製した。このオート ラジオグラフを図42に示す。 図42において、「M」とマークしたレーンはビオチン化分子量マーカーを含 有する。レーン1および2は、クリーブアーゼTMBN酵素によって開裂された野 生型または422突然変異体基質をそれぞれ含有する。レーン3および4は、Taqポ リメラーゼによって開裂された野生型または422突然変異体基質をそれぞれ含有 する。 図42は、クリーブアーゼTMBN酵素およびTaqポリメラーゼの両方とも各基 質について開裂バンドの特徴的なセットを生成し、野生型および422突然変異体 基質の区別を可能にすることを示している。これら2つの酵素は、各鋳型につい て類似しているが異なった一アレイのバンドを生成する。 これらの結果は、クリーブアーゼTMBN酵素およびTaqポリメラーゼの両方の5 'ヌクレアーゼが、本発明の開裂反応を実施するのに有用であることを示してい る。Taqポリメラーゼによる開裂は、基質がPCRによって生成され、そしてア ルカリホスファターゼを用いた過剰のヌクレオチドの除去以外に何ら介在する精 製工程が採用されていない場合に、用途を見いだすであろう。 実施例16 多重開裂反応 これまで記述した実施例は、開裂反応を用いて一本鎖DNAおよびRNA基質 から特徴的な1セットの開裂生成物を生成することができることを示している。 開裂反応の二本鎖DNA鋳型を用いる能力を調べた。多くの用途にとって、二本 鎖PCR生成物を直接用いて開裂反応を実施するは、最初のPCRから一本鎖基 質を単離する必要がなく、理想的であろう。さらに、同一の反応試験管で多数の 基質を分析できることは有利であろう(「多重」反応)。 センス鎖に5'ビオチン標識を、そしてアンチセンス鎖にフルオレセイン標識を 担持する二本鎖鋳型を用いて開裂反応を実施した。開裂に先立って、二本鎖基質 を変性させた。Taqポリメラーゼを用いて二本鎖基質を開裂した。この実験にはT aqポリメラーゼを使用した。なぜなら、これはクリーブアーゼTMBN酵素よりも 弱い二重鎖依存性5'→3’エキソヌクレアーゼ活性を有し、したがってTaqポリメ ラーゼはクリーブアーゼTMBN酵素ほど効率的に再生されたDNA二重鎖から 5'末端標識を除去しないからである。それゆえ、反応において失われるシグナル が少ない。 使用した基質は、チロシナーゼ遺伝子の野生型(配列番号34)、419突然変異体( 配列番号41)または422突然変異体(配列番号42)由来の157bp断片であった。野生 型断片は実施例8aに記載のように、419突然変異体断片は実施例8aに記載のよう に、そして422突然変異体断片は実施例9に記載のように、PCRを用いて生成 された。センス鎖プライマー(配列番号29)は5'ビオチン標識を含有し、アン チセンスプライマー(配列番号30)は5'フルオレセイン標識を含有し、各鎖が 異なる標識で標識されている二本鎖PCR生成物の生成をもたらす。PCR生成 物を実施例8aに記述するようにゲル精製した。 開裂反応を以下のように実施した。反応試験管に、5μlの10mM MOPS,pH8.2 ,1mM MnCl2中の約100fmolの二本鎖DNA基質を入れた。この溶液を1滴の軽 質ミネラルオイルで重層した。試験管を30秒間95℃に加熱し、1ユニットのTaq ポリメラーゼ(Promega)を加えた。非切断対照は、5μlの10mM MOPS,pH8.2,1 mM MnCl2中に33fmolの二本鎖DNA基質を含有していた。反応液を65℃に冷却し 、この温度で15分間インキュベートした。8μlの停止緩衝液の添加により反応 を停止させた。サンプルを2分間72℃に加熱し、各反応液の5μlを、0.5X TBEを 含有する緩衝液に溶解した7M尿素含有10%ポリアクリルアミドゲル(19:1架橋)中 の電気泳動により分画した。反応の全セットを有するナイロン膜が2枚できるよ うに、2組のサンプルを用いて反応液の全セットをゲルにロードした。ナイロン 膜に移し(実施例8aに記述するように実施)た後、膜を半分に切断した。片方の 半分はストレプトアビジン-アルカリホスファターゼ結合体を用いてプローブし てビオチン化センス鎖生成物を可視化した(実施例8aに記述するように)。膜の残 る半分は、抗フルオレセイン抗体-アルカリホスファターゼ結合体を用いてプロ ーブしてフルオレセイン標識アンチセンス鎖生成物を可視化した(実施例5に記 述するように)。ビオチン標識およびフルオレセイン標識DNAについて、それ ぞれ実施例8aおよび5に記載の化学発光手順を用いてブロットを可視化した。そ のオートラジオグラフを並べて図43に示す。 図43において、「M」とマークされたレーンは、実施例8に記述するように 調製されたビオチン化分子量マーカーを含有する。「M2」とマークされたレーン は、MspI用いてpUC19を消化し、次に末端平滑化のためにクレノウ処理すること により生成する分子量マーカーを含有する。次に、ターミナルトランスフェラー ゼ(Promega)を用いて、平滑末端をフルオレセイン化ジデオキシヌクレオチド(Bo ehringer Mannheim)で標識した。レーンM-1および1〜6はビオチン化DNAのた めのプロトコルを用いて現像した。レーン7〜12およびM2は、フルオレセイン標 識DNAのためのプロトコルを用いて現像した。すべてのレーンに基質の両方の 鎖が存在することに注意されたい。特定の現像プロトコルでは、1つの鎖のみが 可視化される。 図43において、レーン1〜3および7〜9は、野生型、419または422突然変 異体基質をそれぞれ用いた「無酵素」または非切断対照を含有する。レーン4〜 6および10〜12は、野生型、419または422突然変異体基質にそれぞれ由来する開 裂生成物を含有する。試験した3つの基質のそれぞれの各鎖について開裂生成物 の独特のパターンが見られる。したがって、1つの反応が、試験した3つのチロ シナーゼ断片のそれぞれのセンス鎖またはアンチセンス鎖由来の独特なフィンガ ープリントの生成を可能にしたのである。 図43に示す結果は、開裂反応を実施する前にDNA断片を変性することによ って、二本鎖DNA断片から開裂パターンを生成しうることを示している。図4 3において、開裂パターンが変性のための加熱と開裂のための冷却という1回り の過程で生成されたことを、また基質の多くが非切断形態で残ること、に注意さ れたい。この反応は、サーモサイクラーを用いた変性および開裂の多数サイクル の実施を受け入れることができるだろう。そのような繰り返し条件は、開裂生成 物について見られるシグナル強度を増大させるであろう。標準PCR緩衝液(50m M KCl,10mM Tris-HCl,pH8.3,1.5mM MgCl2,0.01%ゼラチン)を用いて実施した PCRにより生成した基質を処理して残留dNTPを除去し(例えば、アルカリ ホスファターゼの添加)、またMn2+を供給することができる。これらの条件下で 、上記PCRにおいて生成された1以上の生成物の両方の鎖を用いて開裂反応が 実施されうる。このようなプロトコルは、サンプル調製を最小限にまで減少させ 、時間と費用の両方の節約をもたらす。 上記の実施例はまた、1つの反応において2つの異なる基質を分析することが でき、それにより開裂反応の「多重化」が可能となることを示している。 実施例17 二本鎖DNA基質の開裂のためのマンガンイオン濃度の最適化 先に述べたように、平衡または対称PCRにより生成した制限断片またはセグ メント等の二本鎖DNA基質を用いて開裂反応を実施することが望ましいかもし れない。二本鎖DNA基質を用いる開裂反応においてMn2-の濃度を変える効果を 調べた。以下の示す結果は、二本鎖DNA基質が開裂反応に用いられる場合は、 一本鎖DNA基質の場合と較べてMn2+の最適濃度は低くなることを示している。 チロシナーゼ突然変異体419(配列番号27)および422(配列番号71)由来 の長さ157bpの2つの二本鎖(ds)DNA基質を、ヒトチロシナーゼ遺伝子のエキ ソン4領域のPCR増幅により実施例16に記述するように調製した。419および4 22チロシナーゼ突然変異体基質のセンス鎖は、PCRの後で5'末端をビオチン標 識した。PCR生成物を実施例8aに記述するようにゲル精製した。 開裂反応を以下のように実施した。10μlの水に入れた約40fmolのdsDNA基 質を反応試験管に入れた。PTC-100TMProgrammable Thermal Controller(MJ Rese arch,Inc.)を用いて試験管を10秒間95℃にしてDNAを変性させた。1μlのク リーブアーゼTMBN酵素(1X希釈緩衝液中25ng)および反応混合物(最終容量20μ l)におけるMnCl2の最終濃度が0.5mM,0.25mM,0.15mM,0.1mM,0.05Mmまたは0m Mとなるように異なる濃度のMnCl2を含有する10μlの2X CFLPTM緩衝液(pH8.2)を 添加することにより反応を開始させた。混合後、サンプルを直ちに65℃に冷却し 、この温度で5分間インキュベートした。サンプルを氷上に置き、そして10μl の停止緩衝液を添加することにより反応を停止させた。サンプルを30秒間85℃に 加熱し、各反応液の10μlを、0.5X TBEを含有する緩衝液に溶解した7M尿素含有1 0%ポリアクリルアミドゲル(19:1架橋)中の電気泳動により分画した。 電気泳動後、実施例8aに記述するようにゲルプレートを取り外し、ナイロン膜 で覆った。実施例8aに記述するようにDNAを膜に転写し、膜を乾燥し、1X Seq uenase Imagesブロッキング緩衝液(USB)で洗浄し、1X SAAP緩衝液で処理し、そ してCDP-StarTM(Tropix)と反応させ、X線フィルムに露光した。得られたオート ラジオグラフを図44に示す。 図44において、”M”で示すレーンは実施例8に記載したようにして調製し た分子量マーカーを含む。レーン1−6は419突然変異体の開裂で生じた生成 物を、またレーン7−12は422突然変異体の開裂で生じた生成物を含む。0. 5mM(レーン1、7): 0.25mM(レーン2、8): 0.15mM(レーン3、9): 0.1mM(レーン4、10) :0.05mM(レーン5、11)及び0mM MnCl2(レーン6、12)を含む10mM MOPS,pH8.2中に おいて、dsDNA基質の開裂によって生じた反応生成物を示す。 図44に示す結果は、ssDNA基質の開裂の場合と同様に(実施例11(a )及び図31参照)、二価カチオンのないときには開裂が見られないことを示す 。dsDNA基質の最適の開裂(すなわち、最もはっきりした開裂断片パターン の生成)は0.25mM MnCl2の存在下で見られた。この最適濃度はssDNA基質を 用いて得られた最適濃度よりもかなり低い(実施例11及び図31は、ssDN A基質の開裂は1mM MnCl2で最適であることを示す)。図44は、dsDNA基 質の開裂効率がMnCl2濃度の低下とともに減少することを示し、この効果はMnCl2 濃度の低下に伴って酵素の効率が低くなるためであると思われる。 図44は、高濃度のMnCl2(0.5mM、レーン1及び7)を開裂反応に用いると、 dsDNA基質の開裂パターンが明らかに消えることを示す。この結果は、開裂 反応を一本鎖DNA(ssDNA)基質で行ったときに得られた結果と対照的で ある。実施例11(a)は、ssDNA基質の効率のよい開裂が1mM MnCl2で得 られ、Mn2+濃度が1〜4mMの間では開裂パターンにほとんど変化が観察されない ことを示す。 高濃度のMnCl2を含む緩衝液中でdsDNA基質を開裂するときにシグナルが 消えることは以下のように説明できる。高濃度の二価イオンの存在が、開裂反応 の進行中にds基質のDNA鎖の再結合を促進する。酵素クリーブアーゼ(Clea vase)TMBNはdsDNA基質を5’末端から切断していくことができる(すなわ ち、この酵素は5’末端からエキソヌクレアーゼ的に短いDNA断片を除去する :実施例5参照)。この切断の結果、一見したところ基質DNAから標識が除去 される(DNAは5’末端標識を含むので)。5’末端標識を含む非常に短いD NA断片はゲルから流れ出してしまうか、又は膜に効率よく移されないので、可 視化できない。 実施例18 開裂パターン検出の自動化が可能である 蛍光標識された基質と全自動DNA配列決定装置とを組み合わせて用いること により開裂反応で得られる核酸基質の特徴的な遺伝的フィンガープリントを検出 することができるので、臨床及び研究用途の両方でCFLPTM法の使用が可能と なる。本実施例では、異なる標識をした単離物(2つの異なる染料)を1つの反 応管中で開裂し、全自動DNA配列決定装置を用いて分析できることを示す。 PCR及び蛍光染料で標識したプライマーを用いて、センス鎖にN−ヒドロキ シスクシンイミジルエステルJOE−NHS(JOE)又はFAM−NHS(F AM)のいずれかを含む二本鎖DNA基質を作製した。アンチセンス鎖にはビオ チン標識を含んでいた。この実験に用いた基質はチロシナーゼ遺伝子のエキソン 4の野生型(配列番号27)及び422突然変異体(配列番号71)由来の15 7bp断片であった。 野生型及び422突然変異体チロシナーゼ遺伝子基質は、チロシナーゼ遺伝子 の野生型(pcTYR-N1Try: Bouchard,B.,et al.,J.Exp.Med.169:2029,1989 )又は422突然変異体(pcTYR-A422: Giebel,L.B.,et al.,87:1119,1991 )のいずれかを含むcDNAプラスミドクローンから増幅した。以下のプライマ ー対を用いるPCRで、それぞれの二本鎖基質を増幅し、5’末端をビオチン分 子又は蛍光染料のいずれかで標識した。5’ビオチン分子を含む配列番号30の アンチセンスプライマーはIntegrated DNA Technologies,Inc.(IDT,Coralvil le,IA)から入手した。ビオチン化アンチセンスプライマーを用いて野生型及び 422突然変異体基質の両方の合成を開始した。JOEで標識した配列番号29 のセンスプライマーを用いて野生型チロシナーゼ遺伝子の合成を開始した。FA Mで標識した配列番号29のセンスプライマーを用いて422突然変異体チロシ ナーゼ遺伝子の合成を開始した。JOE及びFAM標識プライマーはGenset(Par is,France)から入手した。 PCR反応は以下のようにして実施した。1X PCR緩衝液中に各dNTP 50μM及び定められたプライマー対の各プライマー1μMを含む反応液100μL中 で、野生型又は422突然変異体由来のプラスミドDNA1〜2ngを標的D NAとして用いた。上記混合物を含む反応管にChill Out 14TM液体ワックス(MJ Research,Watertown,MA)70μLを上乗せした。反応管を95℃に1分加熱し、 次に70℃まで冷却した。次にTaq DNAポリメラーゼ(Perkin-Elmer)を、 1X PCR緩衝液5μL中2.5ユニットの酵素として加えた。管を95℃で 45秒加熱、50℃で45秒冷却、72℃で1分15秒加熱し、35サイクル繰 り返した。最後のサイクルの後、管を72℃で5分インキュベートした。 PCR生成物を以下のようにして精製した。0.5X TBEを含む緩衝液中 の6%ポリアクリルアミドゲル(29:1架橋)による電気泳動で分離した。D NAを臭化エチジウム染色で可視化し、ゲルから157bpの断片を切り出した 。ゲルスライスからDNAを0.5M NH4OAc,0.1% SDS及び0.1M EDTAを含む溶液中 に受動拡散法により一晩かけて溶出した。次にDNAをグリコーゲン担体4μg の存在下にエタノールで沈殿させた。DNAをペレットにし、H2O30μLに 再懸濁した。 開裂反応は以下のようにして行った。H2O全量6μL中の、各二本鎖DNA 基質約100fモル(各ゲル精製したDNA1−3μL)を500μLの薄壁ミ クロ遠心管(Perkin-Elmer)に入れた。管を95℃に10秒加熱して基質を変性し 、次に管を50℃まで急冷した(このステップにより、相補的塩基間に鎖内水素 結合が形成されて独特の二次構造をとるようになる)。50mM MOPS(pH7.2)2μ L、1mM MnCl2 1μL及びクリーブアーゼ(Cleavase)TMBN(50ng/μL)1μLを加 えて開裂反応を開始した。95℃で10秒加熱し、50℃に急冷するようにプロ グラムされたサーモサイクラー(Perkin-Elmer DNA Thermal Cycler 480,Norwa lk,CT)中で開裂反応を行った。次に反応物を50℃で5分インキュベートし、 10mM EDTAを1μL加えて反応を停止した。 開裂反応の後、サンプルをABI 373A DNA Sequencer(Foster City,CA)を用 いるゲル電気泳動で分離した。充填の前に、95%ホルムアミド及び10mM EDTA を含む溶液5μLを加えてサンプルを変性し、90℃に2分加熱した。1X T BE緩衝液(89mMトリス-硼酸、pH8.3,2mM EDTA)中の、6%ポリアクリルアミ ドゲル(19:1架橋)と6M尿素による電気泳動でサンプル5μLを分離した 。ゲルは30ワットで14時間流した。4つの波長チャンネルから得られるシグ ナ ルを、MacintoshコンピューターのApplied Biosystem Data Collectionプログラ ムを用いて回収した。生のデータをBaseFinderプログラム(Giddings,M.et al .,Nucl.Acids Res.21:4530,1993)で分析し、これによって4つのチャンネ ルシグナル中のオーバーラップ及び異なる染料標識の使用によって生じる移動シ フトを補正した。 結果を図45に示す。図45は、野生型及び突然変異体サンプルに対応する2 つのチャンネルシグナルを表す2つの線を示す。JOE染料で標識した野生型サ ンプルを細い線で示す。FAM染料で標識した突然変異体サンプル(R422Q )を太い線で示す。比較のため、分離した開裂生成物を含む高分解度ポリアクリ ルアミドゲル(19:1の架橋度を有する10%ゲル)の写真を線の上に示す( 上のレーンは野生型基質の開裂によって生成した開裂断片を含み、下のレーンは R422Q突然変異体基質の開裂によって生成した開裂断片を含む)。センス鎖 の5’末端にビオチン標識を含むゲルに示す開裂生成物を生じさせ、ナイロン膜 に移しとり、実施例8aに記載するようにして可視化した。矢印は、422突然 変異体基質の開裂で見られる選択されたバンドから全自動DNA配列決定装置で 作製した線の対応するピークまでを指す(矢印は図45の左側から始めて1〜7 とつけてある)。 2つの線の比較は、同じ反応において野生型及び422突然変異体基質の開裂 によって生じた開裂パターンの相違が全自動DNA配列決定装置で検出されたこ とを示す。例えば、422基質の開裂は約56ヌクレオチドの開裂生成物を生じ るが、これは野生型基質を開裂しても見られない。この56ヌクレオチドの生成 物は図45の矢印6で示すピークとして見られる。図45は、突然変異体基質の 開裂によって新しい開裂生成物が生じるだけでなく、突然変異体基質では野生型 基質と比較してある種の構造体の開裂が増強されることを示す(野生型と突然変 異体の線における矢印2〜5に対応するピークの強度を比較されたい)。さらに 、ある種の開裂生成物が2つの基質で共通して見られ、これらは参照マーカーと して働く(矢印1及び7に注目のこと)。 上述した結果は、開裂反応によって生じた核酸基質の特徴的遺伝フィンガープ リントを全自動DNA配列決定装置を用いて検出できることを示す。この結果は また、開裂反応を複数の反応として行うことができることも示す。この実験では 、野生型と突然変異体dsDNA基質の両方を同じ反応(すなわち、複数の反応 )で開裂し、次に全自動DNA配列決定装置を用いて同じ電気泳動で分離した。 実施例19 クリーブアーゼ(Cleavase)TM反応を用いるウイルス株の同定 上述の実施例ではクリーブアーゼ(Cleavase)TMを用いてヒトβ−グロビン及 びチロシナーゼ遺伝子由来の各種サイズの断片中の単一塩基変化を検出できるこ とを示す。これらの実施例ではヒト集団における突然変異の検出と性状決定にク リーブアーゼ(Cleavase)TM反応を使用できることを示した。種々のウイルス株 に特徴的な配列多様性を検出するのにクリーブアーゼ(Cleavase)TM反応が使用 できることを次に示す。 サルのサル免疫不全ウイルス(SIV)感染は、ヒトにおけるヒト免疫不全ウ イルス1型(HIV)伝染の動物モデルとしてよく使われている。SIVの生物 学的単離物は複数のウイルス株を含む。サルをSIVの生物学的単離物で感染す ると、感染動物から特有のウイルスストックのサブセットが得られる(特定の株 は組織培養細胞を感染することもできる)。感染経路により感染動物から異なる ウイルス遺伝子型が単離される(Trivedi,P.et al.,Journal of Virology 68 :7649,1994)。SIVのロングターミナルリピート(LTR)は異なるウイル ス株の間で異なる配列を含み、ウイルス遺伝子型を同定するマーカーとして用い られる。 サンプル(例えば、臨床単離物)中のウイルス株を同定する迅速な方法を開発 するために、クローン化されていない生物学的SIVストックを用いて、in vit roの培養細胞を感染した後に、あるいは静脈内又は直腸内接種のいずれかでアカ ゲザルを感染した後に単離された性状決定されたSIV遺伝子型に対してクリー ブアーゼ(Cleavase)TM反応を用いた。CEMx174セルラインのin vitro感 染後(L.CEM/251/12クローン)、サルの静脈内接種後(L100. 8−1クローン)、サルの直腸内低投与量接種後(L46.16−10及びL4 6.16−12クローン)及びサルの直腸内高投与量接種後(L19.16−3 及びL36.8−3クローン)に単離したウイルスDNAから作製した6つのク ローンはC.David Pauza(Wisconsin Primate Research Center,Madison,WI) から入手した。これらのクローンは文献(Trivedi,P.et al.,Journal of Vir ology 68:7649,1994)記載の方法で作製した。これらのプラスミドクローンは ウイルスLTR配列を含んでおり、開裂反応のための二本鎖DNA(dsDNA )作製に用いられた。 A)基質DNAの調製 開裂反応のためのdsDNA基質を作製するために、6つのSIVプラスミド をPCRの鋳型として用いた。用いたプライマー対はSIV LTRのU3−R 境界にまたがり、約350bpの断片を増幅する。SIV LTRのこの部分に は転写因子の認識配列(Sp1及びNF−kBを含む)ならびに転写開始のため のTATAボックスが含まれており、種々のウイルス株で多型である(Trivedi, P.et al.,前出)。 SIV LTRクローンをPCRで増幅するために、配列番号74と75から なるプライマー対を用いた。配列番号61はSIV LTRの(+)鎖の合成を 開始し、5’−GGCTGACAAGAAGGAAACTC−3’からなる。配 列番号62はSIV LTRの(−)鎖の合成を開始し、5’−CCAGGCG GCGGCTAGGAGAGATGGG−3’からなる。LTRの(+)鎖の開 裂によって生じた開裂パターンを可視化するために、5’末端にビオチン標識を 含む配列番号61からなるプライマーと、配列番号62からなる未標識プライマ ーを用いてPCRを実施した。ウイルスLTRの(−)鎖の開裂によって生じた 開裂パターンを可視化するために、5’末端にビオチン標識を含む配列番号62 と、未標識プライマー配列番号61からなるプライマーとの対を用いてPCRを 実施した。 PCR反応は以下のようにして行った。それぞれに各dNTP 60μM、定め られたプライマー対の各プライマー0.2μM、10mM Tris-Cl,pH9.0(25℃)、2mM MgCl2,50mM KCl、0.1% Triton X-100を含む反応液100μL中で、上述の6つの SIV LTRクローンのそれぞれから得たプラスミドDNA 10-20ngを標的D NAとして用いた。上記混合物を含む反応管に軽質ミネラルオイル2滴を上乗せ して、管を96℃で3分加熱し、次にTaq DNAポリメラーゼ(Perkin-Elm er)を20mM Tris-HCl,pH8.0,0.5μL,100mM KCl,0.1mM EDTA,1mM DTT,50% グリセロール及び0.5% Tween 20及び0.5% Nonidet P-40中に酵素2.5ユニット として加えた。管を96℃で45秒加熱、60℃で45秒冷却、72℃で1分加 熱を35サイクル繰り返した。PCRの後、反応混合物をミネラルオイルから分 離し、水性PCRサンプルに5M NaCl 5μL,10mg/mlグリコーゲン4μL及び10 0%エタノール250μLを加えた。−20℃で1時間インキュベートした後、DN AをMarathon Micro A遠心機(Fisher Scientific)で最大速度で5分遠心するこ とによってペレットにし、10mM Tris-HCl,pH8.0,0.1mM EDTA TE 40μL中に 再懸濁した。 PCR生成物を以下のようにしてゲル精製した。DNAを充填緩衝液(95%ホ ルムアミド、5mM EDTA,0.02%ブロムフェノールブルー,0.02%キシレンシアノー ル)0.5容量と混合し、75℃で2分加熱した。生成物を7M尿素,0.5X TBEを 含む緩衝液中、6%ポリアクリルアミド変性ゲル(19:1架橋)を用いる電気 泳動で分離した。DNAを臭化エチジウム染色で可視化し、生成物のバンドをゲ ルから切り出した。ゲルスライスからDNAを0.5M NH4OAc,0.1% SDS及び0.1M EDTAを含む溶液中に動拡散法により一晩かけて溶出した。次にDNAをtRNA 担体4μgの存在下にエタノールで沈殿させた。DNAをペレットにし、0.2M N aCl,10mM Tris-HCl,pH8.0,0.1mM EDTA 50μLに再懸濁した。DNAをエタノ ールで沈殿させ、TE50μLに再懸濁した。最終DNA濃度は、各二本鎖SIV LTR PCR生成物において40fモル/μLと推定された。 B)SIV LTR PCR生成物のDNA配列分析 上記A)で作製した6つのPCR断片のDNA配列を、製造者の指示に従って fmolTMDNA Sequencing System(Promega)を用いて決定した。各配列決定反応につ き、PCR生成物を0.2pモルと、2つの5’−ビオチン化PCRプライマー 配列番号74及び75のうちの一方を2pモルで用いた(すなわち、PCR断片 の両方の鎖を配列決定した)。配列決定反応の後、反応決定生成物を電気泳動で 分離した。電気泳動の後、以下の修飾を伴う実施例17記載の方法で、DNAバ ンドをナイロン膜に移した後、可視化した。TBS緩衝液(100mM Tris-HCl,pH 7.4,68mM NaCl)中に0.2%ブロッキング試薬(Boehringe-Manheim)及び 0.2%SDSを含む溶液を、1X Sequence Images Blocking Buffer(USB)に代 えて使用した。 L100.8−1 LTRクローンに由来する351bpの断片の配列を配列 番号63に示す。L46.16−10 LTRクローンに由来する340bpの 断片の配列を配列番号64に示す。L46.16−12 LTRクローンに由来 する340bpの断片の配列を配列番号65に示す。L19.16−3 LTR クローンに由来する351bpの断片の配列を配列番号66に示す。LCEM/ 251/12 LTRクローンに由来する351bpの断片の配列を配列番号6 7に示す。L36.8−3 LTRクローンに由来する351bpの断片の配列 を配列番号68に示す。 配列決定したLTR断片の分析は、L100.8−1 LTR配列(配列番号 63)と比べてこれらが複数の置換と欠失を有することを示す。6つのLTRク ローンの間の比較をするために、L100.8−1 LTR配列を対照として選 択した。議論を簡単にするために、L100.8−1 LTR配列(配列番号6 3)の(+)鎖の最初又は5’末端のヌクレオチドを番号1と定義し、配列の最 後又は3’末端のヌクレオチドを番号351と定義する。 図46は、6つのLTRクローンのヌクレオチド配列を示す。対照クローンで あるL100.8−1(配列番号63)を再上段に示す。太字で示す配列はクロ ーンL100.8−1の配列(配列番号63)と比較したときの配列の変化を表 す。図46中で括弧で示す配列は、14塩基対のステムをもつ非常に安定なヘア ピン構造(ステム中12/14塩基が相補的である)と、対照クローンL100 .8−1(配列番号63)中で7ヌクレオチドのループを形成しうるパリンドロ ーム配列を表す。このヘアピン構造は6つのLTRクローンの全てに存在するが 、ステムの配列及びループ構造はクローン間で異なる。 L100.8−1配列(配列番号63)と比較して、L46.16−10配列 (配列番号64)は7つの置換と、配列番号63のヌクレオチド65−75に対 応する11ヌクレオチドからなる1つの欠失を有する。置換は以下の通りである :位置28でCがTに置換(C28T)、C57T、G90A、C97T、G2 38A、G242A及びG313A。L46.16−12配列(配列番号6 5)は7つの置換と、配列番号63のヌクレオチド65−75に対応する11ヌ クレオチドからなる1つの欠失を有する。置換は以下の通りである:C28T、 C57T、G90A、C97T、A103G、G242A及びG313A。L1 9.16−3配列(配列番号66)は2つの置換:A94CとA317Tを有す る。LCEM/251/12配列(配列番号67)は7つの置換:G26A、G 72A、C97T、G258A、A281C、G313A及びC316Tを有す る。L36.8−3配列(配列番号68)は6つの置換:G60A、G172A 、G207A、G221A、T256C及びC316Tを有する。 C)SIV LTRの(−)鎖の開裂反応条件及びCFLPTM分析 配列番号62−68に示すSIV LTR配列に対応する二本鎖基質を、PC R及び配列番号61と62に対応するプライマー対を用いて(−)鎖上で標識し た。配列番号62のプライマー((−)鎖プライマー)は5’末端にビオチン標 識を含んでいた。PCRを行い、反応生成物をA)節で記載したようにして単離 した。 開裂反応は以下のようにして行った。水6μL中にdsDNA基質約60fモ ルで反応管を構成した。以下の試薬をDNAに加えた:150mM KClを含む5X CFLPTM 緩衝液(pH7.2)(最終濃度30mM KClを与える)2μL及びクリーブアーゼ(Cleav ase)TMBN酵素(1X希釈緩衝液中25ng)。クリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素に代え て、H2O 1μLを用いる以外は上記の全ての成分を含む反応管を、未切断又は 酵素不含対照として実施した。反応管をPTC-100TMProgrammable Thermal Contro ller(MJ Research.Inc.)中、95で10秒加熱してDNAを変性した。変性工 程の次に、管を40℃に急冷した。2mM MnCl21μL(最終濃度0.2mMを与える)を 加えて開裂反応を即座に開始した。管を40℃で5分インキュベートした。停止 緩衝液6μLを加えて反応を停止した。サンプルを85℃で30秒加熱し、各反 応物の5μLを、12%ポリアクリルアミドゲル(19:1架橋)と0.5X TBEを含む緩衝液中の7M尿素を用いる電気泳動によって分離した。 電気泳動の後、ゲルプレートを分離して実施例8aに記載するようにナイロン 膜をのせた。DNAを膜に移し、膜を乾燥し、0.2%ブロッキング試薬(Boeh ringer Manheim):100mM Tris-HCl,pH7.4,68mM NaCl中の0.2% SDS中で洗浄し 、 1X SAAP緩衝液で処理し、CDP-StarTM(Tropix)と反応させて実施例8a で記載したようにX線フィルムに露光した。得られるオートラジオグラフを図4 7に示す。 図47は、二本鎖LTR基質の(−)鎖の開裂に対応する開裂パターンを示す 。図47で、”M”で示すレーンは分子量マーカー(実施例8に記載したように して調製)を含む。レーン1−6はL100.8−1、L46.16−10、L 46.16−12、L19.16−3、LCEM/251/12及びL36.8 −3 LTR PCR断片の開裂によって生じた開裂生成物をそれぞれ示す。レ ーン7−12はレーン1−6で記載したのと同じ順序で6つのLTR基質のそれ ぞれの未切断対照を含む。 図47に示す結果は、各LTR基質に対応する開裂又はCFLPTMパターンは 、約350ヌクレオチド(未切断基質)から24ヌクレオチド以下までのサイズ の複数のバンドを含むことを示す。長さ約100ヌクレオチド以下に位置するバ ンドは、6つのクローン間で異なっており、これは異なるSIV LTR単離物 に特徴的なヌクレオチド変化を意味する。CFLPTMパターンを検討することに より、6つのSIV LTR単離物に5つの独特の開裂パターンが反応によって 検出されたことが明らかとなった。DNA配列データから、6つのLTRクロー ンの全てが独特であることがわかった。しかしながら、CFLPTMパターンはレ ーン2と3に示すクローンでは同じであるように見えた。 6つの基質全ての(−)鎖の開裂によって生じたCFLPTMパターンは長さ約 100ヌクレオチドの断片に対応する強いバンドを含む。このバンドは(−)鎖 の5’末端から97ヌクレオチドに位置する長いパリンドローム配列における6 つのLTR基質全ての開裂に対応する(図46の括弧で示す領域を参照のこと) 。このパリンドローム配列は、一本鎖DNAで非常に安定なヘアピン構造を形成 し、クリーブーゼ(Cleavase)TMBN酵素にとっての最適な基質を提供する。この ヘアピン構造の開裂は約100ヌクレオチドの断片を生じることが予測される。 レーン2及び3に示すLTR基質であるL46.16−10(配列番号64) とL46.16−12(配列番号65)は同じ感染経路を用いて同じ動物から作 製したものである(Trivedi,P.et al.,前出)。これらの基質は検出可能な開 裂部位に対応する領域(すなわち、100ヌクレオチド以下)で単一塩基以外は 同じ配列をもつ:L46.16−10クローン(配列番号64)は配列番号63 に示す対照配列と比較して位置239でGがAに変わっている(G239A)。 これらの2つのクローンのDNA配列を検討することにより、この置換は強いヘ アピン構造のループ領域に位置していることが明らかである(図46中の括弧で くくったパリンドローム領域を参照のこと)。これら2つの配列の間の単一塩基 の相違がヘアピン構造のループ領域に位置しているので、本実験で用いた条件下 では異なるCFLPTMパターンを生じるのに十分なほど2つの基質のDNA二次 構造に変化がないのかも知れない。強いヘアピン構造を不安定にするような反応 条件に変えることによって、これら2つのクローンの間の単一塩基の相違を検出 できるようになるであろう。 図47に示す結果は、CFLPTM反応を用いて研究に用いた6つのSIV L TRクローン中に存在する配列多様性の大部分(5/6又は83%)を検出でき ることを示す。さらに、図47は、CFLPTM反応が一本鎖核酸の二次構造を探 るための感度のよい手段であることを示す。 D)SIV LTRの(+)鎖の開裂反応条件とCFLPTM分析 配列番号76−81に示すSIV LTR配列に対応する二本鎖基質を、PC R並びに、配列番号74及び75に対応するプライマー対を用いて(+)鎖上で 標識した。配列番号61のプライマー((+)鎖プライマー)は5’末端にビオ チン標識を含んでいた。A)節で記載したようにしてPCRを実施し、反応生成 物を単離した。C)節で記載したようにして開裂反応、電気泳動及びDNA可視 化を行った。得られるオートラジオグラフを図48に示す。 図48は、6つのSIV LTR断片の(+)鎖の開裂生成物に対応する得ら れたパターンを示す。”M”で示すレーンは分子量マーカー(実施例8に記載し たようにして調製)を含む。レーン1−6はL100.8−1、L46.16− 10、L46.16−12、L19.16−3、LCEM/251/12及びL 36.8−3 LTR PCR断片の開裂によって生じた開裂生成物をそれぞれ 示す。レーン7−12はレーン1−6で記載したのと同じ順序で6つのLTR基 質のそれぞれの未切断対照を含む。 LTRクローンの(−)鎖の開裂で示したのと同様に、SIV LTR基質の 各(+)鎖に対応するCFLPTMパターンは特定のヌクレオチド置換の大部分を 特徴付ける独特の性質を含む。例えば、L46.16−10(配列番号64)と L46.16−12(配列番号65)(図48のレーン2と3)では11ヌクレ オチドの欠失が容易に検出できる。この欠失は3つのSp1結合部位のうちの1 つを除去し、ウイルスストックを低投与量の直腸内接種によって感染させた動物 で優勢なSIVの遺伝子型に特徴的な変化である(Trivedi,P.et al.,前出) 。クローンL46.16−10及びL46.16−12に由来する基質の(+) 鎖の開裂によって生じるCFLPTMパターンもこれらの反応条件下で同じであっ た。 上述の結果は、CFLPTMを異なる株(すなわち遺伝子型)のウイルスの迅速 な同定の手段として使用できることを示す。サンプル中のウイルス又はその他の 病原性生物の特定の株を迅速に同定できることは臨床上重要である。上述の結果 は、CFLPTM反応を用いて株又は種を迅速に同定する方法を提供できることを 示している。 実施例20 一本鎖DNA基質を用いる開裂反応における塩濃度変更の効果 実施例11では、一本鎖DNAを基質として用いるときにはクリーブアーゼ( Cleavase)TM反応が反応条件における大きな変化に対して感受性でないことが示 された。実施例11では、開裂反応を、広範囲の塩濃度(0-50mM KCl)と一本鎖 基質とを組み合わせて用いることにより実施できることが示された。本実施例で は、KClに代えてその他の塩を用いる効果を、一本鎖DNA基質を用いる開裂 反応において検討した。 A)一本鎖鋳型を用いる開裂反応においてKClに代えてNaClを用いる効果 KClに代えてNaClを用いることが、一本鎖DNA基質上において5’ヌ クレアーゼ活性により作られる開裂パターンに及ぼす効果を検討するために、以 下の実験を実施した。1mM MOPS,pH8.2,1mM MnCl2及び種々の量のNaClを含む緩 衝液中の一定量のクリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素(50ng)の存在下に1つの鋳 型をインキュベートした。 チロシナーゼ遺伝子のエキソン4のセンス鎖由来の157ヌクレオチド断片 (配列番号47:実施例8bの方法で調製)約100fモルを、500μLの薄 壁ミクロ遠心管(Perkin-Elmer,Norwalk,CT)中に、1X CFLPTM緩衝液,pH8.2 及び1.33mM MnCl2(最終濃度1mM MnCl2を与える)を15μL容量で入れた。最終 濃度が0、10、20、30、40、50、75又は100mMとなるようにNaClを加えた。最終的 な反応容量は20μLであった。 10mM MOPS,pH8.2,1mM MnCl2及び100fモルの基質DNAを含む管を塩不含、 酵素不含の対照として用いた(クリーブアーゼ(Cleavase)TMBNに代えて滅菌蒸 留水を用い、全ての反応成分を95℃での変性の前に加えた)。 管を95℃で20秒加熱し、次に65℃に急冷した。MnCl2を含まない10mM MO PS,pH8.2中のクリーブアーゼ(Cleavase)TMBN 1μLを含む希釈酵素混合物[1 X希釈緩衝液(0.5% NP40,0.5% Tween 20,20mM Tris-HCl,pH8.0,50mM KCl,10 μg/ml BSA)中の50ng/μL]5μLを即座に加えることによって開裂反応を開 始した。 65℃で5分後、停止緩衝液(95%ホルムアミド、10mM EDTA,0.05%ブロム フェノールブルー、0.05%キシレンシアノール)16μLを加えて反応を停止した 。サンプルを72℃で2分加熱し、実施例8aに記載のようにして、各反応物の 7μLを、10%ポリアクリルアミドゲル(19:1架橋)と0.5X TBE を含む緩衝液中の7M尿素を用いる電気泳動によって分離した。 電気泳動の後、ゲルプレートを分離して実施例8aに記載するようにナイロン 膜をのせた。DNAを膜に移し、膜を乾燥し、ストレプトアビジン−アルカリ性 ホスファターゼ(United States Biochemical)と結合させた1X I-Block(Tropi x,Bedford,MA)中でブロックし、洗浄し、実施例8aで記載のようにしてCDP- StarTM(Tropix,Bedford,MA)と反応させた。ただし膜1cm2当たり0.01mlのCD P-StarTMを加えた。実施例8aで記載したように膜をX線フィルムに露光した。 得られた結果を図49に示す。 図49では、”M”で示すレーンは分子量マーカー(実施例8aに記載したよ うにして調製)を含む。レーン1は塩不含、酵素不含の対照を含み、開裂されて いない鋳型DNAの移動度を示す。レーン2から9は、それぞれ0、10、20、30 、40、50、75又は100mMのNaClを含む緩衝液中で、クリーブアーゼ(Cleavase)T M BN酵素の存在下にインキュベートした反応生成物を含む。 図49に示す結果は、KClに代えてNaClを使用することは、157ヌク レオチドのチロシナーゼDNA基質(配列番号34)を用いて生じる開裂パター ンにほとんど又は全く影響を及ぼさないことを示す。開裂反応にKCl(実施例 13b、図32参照)を用いてもNaCl(図49)を用いても、この一本鎖D NA基質を用いると、開裂パターンは塩濃度に本質的に同じようにして依存する ことが観察された。 B)一本鎖鋳型を用いる開裂反応においてKClに代えて(NH42SO4を用 いる効果 上記A)節で記載したのと類似の方法で、KClに代えて(NH42SO4を 用いることが、一本鎖DNA基質上において5’ヌクレアーゼ活性により作られ る開裂パターンに及ぼす効果を試験した。開裂反応はA)節で記載したのと全く 同じにしたが、NaClに代えて種々の量の(NH42SO4を用いた。 チロシナーゼ遺伝子のエキソン4のセンス鎖由来の157ヌクレオチド断片( 配列番号47:実施例8aの方法で調製)約100fモルを、500μLの薄壁 ミクロ遠心管(Perkin-Elmer,Norwalk,CT)中に、1X CFLPTM緩衝液,pH8.2及 び1.33mM MnCl2(最終濃度1mM MnCl2を与える)を15μL容量で入れた。最終濃 度が0、10、20、30、40、50、75又は100mMとなるように(NH42SO4を加え た。最終的な反応容量は20μLであった。 10mM MOPS,pH8.2,1mM MnCl2及び100fモルの基質DNAを含む管を塩不含、 酵素不含の対照として用いた(クリーブアーゼ(Cleavase)TMBNに代えて滅菌蒸 留水を用い、全ての反応成分を95℃での変性の前に加えた)。 管を95℃で20秒加熱し、次に65℃に急冷した。MnCl2を含まない10mM MO PS,pH8.2中のクリーブアーゼ(Cleavase)TMBN 1μLを含む希釈酵素混合物[1 X希釈緩衝液(0.5% NP40,0.5% Tween 20,20mM Tris-HCl,pH8.0,50mM KCl,10 mg/ml BSA)中の50ng/ml]5μLを即座に加えることによって開裂反応を開始し た。 65℃で5分後、停止緩衝液16μLを加えて反応を停止した。サンプルを72 ℃で2分加熱し、実施例8aに記載のようにして、各反応物の7μLを、10% ポリアクリルアミドゲル(19:1架橋)と0.5X TBEを含む緩衝液中の 7M尿素を用いる電気泳動によって分離した。 電気泳動の後、DNAを膜に移し、A)節で上述したようにして検出した。得 られたオートラジオグラフを図50に示す。 図50では、”M”で示すレーンは実施例10aで記載する分子量マーカーを 含む。レーン1は酵素不含の対照を含み、開裂されていない鋳型DNAの移動度 を示す。レーン2から9は、それぞれ0、10、20、30、40、50、75又は100mMの( NH42SO4を含む緩衝液中で、クリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素の存在 下にインキュベートした反応生成物を含む。 図50に示す結果は、(NH42SO4の存在によって開裂パターンは厳しく 阻害されたことを示す。反応は20mMの(NH42SO4という少量でも完全 に阻害され、10mM(NH42SO4中での開裂反応の程度は、50mMのK Cl又はNaClで得られたものと同程度であり、0mMの(NH42SO4で 得られたものと比較して有意に低下していた。しかしながら、10mM(NH4 2SO4で得られた開裂パターンは、157ヌクレオチドの鋳型(配列番号34 )を(NH42SO4又はKCl又はNaClの不在下にインキュベートしたと きに得られる開裂パターンと同じである。これは開裂反応に含まれる塩の選択は 、クリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素によって認識される基質としての部位の 性質に何ら影響を及ぼさないことを示唆する(すなわち、観察された阻害効果は (NH42SO4の酵素活性に及ぼす効果であって、開裂構造に及ぼす効果では ない)。 C)一本鎖基質の開裂に及ぼすKCl濃度増加の効果 一本鎖DNA基質を用いる開裂反応におけるKCl濃度増加の効果を、0−1 00mMの範囲のKCl濃度での開裂反応を行うことによって試験した。開裂反 応はA)節で記載したようにして行ったが、反応では0、25、50、75又は 100mMの最終濃度を与えるようにKClを加え、200fモルの基質を用い 、また基質DNAは95℃で5秒インキュベートすることによって変性した。 開裂反応の後、A)節で上述したようにしてサンプルを電気泳動に付し、膜に 移し、検出した。得られるオートラジオグラフを図51に示す。 図51では、”M”で示すレーンは実施例8aで記載する分子量マーカーを含 む。レーン1は酵素不含の対照であり、レーン2−7はそれぞれ0、25、50 、75、100又は100mM KCl(100mMのサンプルは2回繰り返し た)の存在下に行った反応物を含む。 図51に示す結果は、開裂反応の開裂程度はKCl濃度の増加の関数として低 下することを示す(ただし100mM KClでも検出しうる開裂は残っていた )。さらに、一本鎖基質をクリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素で開裂すること によって生じる断片のパターンは反応中に存在するKCl濃度によって影響を受 けない。 D)一本鎖基質を用いる開裂反応に及ぼす高濃度KClの効果 比較的高濃度のKClで行うクリーブアーゼ(Cleavase)TM反応の能力を、1 00mMを越える種々の濃度のKClの存在下の開裂反応を実施することにより 試験した。C)節で上述したようにしてチロシナーゼ遺伝子のエキソン4由来の 157ヌクレオチド(配列番号34)を用いて反応を行ったが、0、100、1 50、200、250又は300mMの最終濃度を与えるようにKClを加えた 。 開裂反応の後、A)節で上述したようにしてサンプルを電気泳動に付し、膜に 移し、検出した。結果(データ示さず)は、100mMを越えるKCl濃度では 開裂反応が厳しく阻害されることを示す。しかしながら、300mM KClま で塩濃度を増加してもいくらかの開裂は残っていた。 E)長いインキュベーション時間における開裂パターンの安定性に及ぼすKCl 濃度の効果 上述の結果は、クリーブアーゼ(Cleavase)TM反応が高濃度(すなわち50m M以上)のKCl又はNaClによって阻害されることを示す。この阻害が反応 時間を長くした後の開裂パターンの安定性に有効に効果を及ぼすか(すなわち、 酵素活性の阻害のために)を決定するために、0及び50mM KClで種々の 延長時間で反応を試験した。 チロシナーゼ遺伝子のエキソン4のセンス鎖由来の157ヌクレオチド断片( 配列番号47:実施例10aの方法で調製)約100fモルを、200μLの薄 壁ミクロ遠心管(BioRad,Richmond,CA)中に、1X CFLPTM緩衝液,pH8.2,1 .33mM MnCl2(最終濃度1mM MnCl2を与える)及び最終濃度0又は50mMを与えるKCl を入れた。最終反応容量は20μLであった。 試験した各時点について、酵素を含まない対照反応を平行して用意した。これ らの酵素不含対照は上述のようにして調製した。ただしクリーブアーゼ(Cleava se)TMBNに代えて滅菌蒸留水を用い、全ての反応成分を95℃での変性の前に加 えた。 管を95℃で20秒加熱し、次に65℃に急冷した。MnCl2を含まない10mM MO PS,pH8.2中のクリーブアーゼ(Cleavase)TMBN1μLを含む希釈酵素混合物[1 X希釈緩衝液(0.5% NP40,0.5% Tween20,20mM Tris-HCl,pH8.0,50mM KCl,10 μg/ml BSA)中の50ng/ml]5μLを即座に加えることによって開裂反応を開始 した。酵素添加後、各管にChill Out 14TM(MJ Research,Watertown,MA)20μ Lを加えた。反応を65℃で、5分、30分、1時間、2時間、4時間及び17 時間行った。 所望の時点で、停止緩衝液16μLを加えて反応を停止した。サンプルを72℃ で2分加熱し、実施例8aに記載のようにして、各反応物の7μLを、10%ポ リアクリルアミドゲル(19:1架橋)と0.5X TBEを含む緩衝液中の7 M尿素を用いる電気泳動によって分離した。 電気泳動の後、A)節で上述したようにしてDNAを膜に移し、検出した。得 られたオートラジオグラフを図52に示す。 図52では、”M”で示すレーンは実施例10aで記載した分子量マーカーを 含む。レーン1−10は、KClの不在下に行った反応生成物を含み、レーン1 1−20は、50mM KClの存在下に行った反応生成物を含む。レーン1、 3、5、7及び9はそれぞれ5分、30分、1時間、2時間、4時間及び17時 間インキュベートした酵素不含対照を含む。レーン2、4、6、8及び10は、 それぞれ65℃で5分、30分、1時間、2時間、4時間及び17時間インキュ ベートした反応生成物を含む。レーン11、13、15、17及び19は、それ ぞれ5分、30分、1時間、2時間、4時間及び17時間、50mM KCl中 でインキュベートした酵素不含対照を含む。レーン12、14、16、18及び 20は、それぞれ65℃で5分、30分、1時間、2時間、4時間及び17時間 、 50mM KCl中でインキュベートしたCFLPTM反応の反応生成物を含む。 結果は、50mM KClの存在下では開裂が遅れることを示し、その結果開 裂パターンの有意な安定化が得られた(すなわち、開裂速度が劇的に遅くなるこ とによって、大きな開裂断片はさらに小さい断片へと開裂されなかったので、時 間がたっても開裂パターンは同じままで維持された)。インキュベーション時間 が長くなると、KClの不在下で行った反応はかなり過剰消化され、65℃で1 時間後には、実質的に大きな断片は残っておらず、小さい開裂生成物が相当蓄積 する。これとは対照的に、50mM KClで行った反応では、30分から4時 間の間で実質的に安定であり、最長時点でのみ過剰消化が観察され、その程度は KCl不在下で観察されたほどではなかった。 実施例21 一本鎖及び二本鎖DNA基質の開裂により生じる開裂パターンの比較 クリーブアーゼ(Cleavase)TMBNによって媒介される二本鎖DNA基質のプラ イマー非依存性開裂においては、酵素の添加前の変性工程でDNAの二本鎖が分 離される。従って、二本鎖鋳型の開裂によって生じるパターンは一本鎖鋳型の開 裂によって生じるパターンと同じであるはずである。この推定を以下の実験によ って確認した。 チロシナーゼ遺伝子のエキソン4のセンス鎖由来の157ヌクレオチド断片を 含む一本鎖基質(配列番号34)を以下の修飾を伴う実施例10b記載の方法で 調製した。ゲル精製とグリコーゲン担体の存在下での沈殿の後、PCR生成物を TE(10mM Tris-HCl,pH8.0,1mM EDTA)中に再懸濁し、2M NH4OAcと 2.5容量のエタノールで再沈殿させた。次にDNAをTE400μLに再懸濁 した。 一本鎖の157ヌクレオチド断片(配列番号47)約50又は100fモルを 、200μLの遠心管(BioRad,Richmond,CA)中に、1X CFLPTM緩衝液,pH8.2 ,及び1.33mM MnCl2(最終濃度1mM MnCl2を与える)を15μL容量で入れた。 最終反応容量は20μLであった。塩不含、酵素不含の対照20μLを平行して 用意した。これらの対照反応物は、クリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素に代え て滅菌蒸留水を含み、全ての反応成分を95℃での変性の前に加えた。 反応管を95℃で5秒加熱し、次に65℃に急冷した。MnCl2を含まない10mM MOPS,pH8.2中のクリーブアーゼ(Cleavase)TMBN1μLを含む希釈酵素混合物[ 1X希釈緩衝液(0.5% NP40,0.5% Tween20,20mM Tris-HCl,pH8.0,50mM KCl,1 0μg/ml BSA)中の50ng/μL]5μLを即座に加えることによって開裂反応を開 始した。65℃で5分後に、停止緩衝液16μLを加えて反応を停止した。 二本鎖形の157ヌクレオチドの基質を同じ実験でクリーブアーゼ(Cleavase )TMBNで開裂した。この二本鎖基質(配列番号27)は以下の修飾を伴って実施 例8b記載の方法で調製した。ゲル精製とグリコーゲン担体の存在下での沈殿の 後、PCR生成物をTE(10mMT ris-HCl,pH8.0,1mM EDTA)中に再懸濁し、2 M NH4OAcと2.5容量のエタノールで再沈殿させた。次にDNAをTE 400μLに再懸濁した。 二本鎖の157bp断片(配列番号27)約33又は66fモルを、200μ Lの薄壁ミクロ遠心管(BioRad,Richmond,CA)中に入れた。滅菌蒸留水を15 μL加えた。 反応管を95℃で5秒加熱し、次に65℃に急冷した。10mM MOPS,pH8.2,0. 8mM MnCl2(最終濃度10mM MOPS,pH8.2及び0.2mM MnCl2を与える)を含む希釈酵 素混合物5μL及びクリーブアーゼ(Cleavase)TMBN[1X希釈緩衝液(0.5% NP40 ,0.5% Tween20,20mM Tris-HCl,pH8.0,50mM KCl,10μg/ml BSA)中の50ng/ μL]0.5μLを加えることによって即座に開裂反応を開始した。塩不含、酵素 不含の二本鎖基質対照20μLを平行して用意した。この反応にはクリーブアー ゼ(Cleavase)TMBN酵素に代えて滅菌蒸留水を含む。 65℃で5分後、停止緩衝液16μLを加えることによって反応を停止した。 サンプルを次に72℃で2分加熱し、反応生成物を実施例8aに記載のようにし て、10%ポリアクリルアミドゲル(19:1架橋)と0.5X TBEを含む 緩衝液中の7M尿素を用いる電気泳動によって分離した。 電気泳動の後、ゲルプレートを分離して実施例10aに記載するようにナイロ ン膜をのせた。DNAを膜に移し、膜を乾燥し、ストレプトアビジン−アルカリ 性ホスファターゼ(United States Biochemical)と結合させた1X I-Block(Tro pix,Bedford,MA)中でブロックし、洗浄し、実施例20aで記載のようにして CDP-StarTM(Tropix,Bedford,MA)と反応させて、膜をX線フィルムに露光した 。得られた結果を図53に示す。 図53では、レーン1−3は、一本鎖基質を含む反応からの反応生成物を含み 、レーン4−7は、二本鎖基質を含む反応からの反応生成物を含む。レーン1及 び3は、それぞれ50又は100fモルの一本鎖基質を含む開裂反応からの反応 生成物7.0μLを含む。レーン2は、未切断の一本鎖基質対照反応7.0μL を含む。レーン4及び6は、それぞれ33及び66fモルの未切断の二本鎖基質 対照反応7.0μLを含む。レーン5及び7は、それぞれ33又は66fモルの 二本鎖基質を含む開裂反応からの反応生成物7.0μLを含む。未切断の二本鎖 対照は157bpの基質を含む主要バンドの下に二重線として示されることに注 意されたい。この二重線は分解生成物というよりはむしろ異なる移動度をもって 移動する別の構造体を表すと信じられる。この二重線は変性ゲルから精製された 二本鎖DNAを用いた実験では現れない(実施例22参照)。 一本鎖又は二本鎖基質の開裂によって生じる開裂パターンの比較から、両者か ら同じパターンが生じることが示された。 実施例22 二本鎖DNA鋳型を用いるクリーブアーゼ(Cleavase)TM反応は 反応条件の大きな変化に感受性である 実施例11に示す結果は、クリーブアーゼ(Cleavase)TM反応がMnCl2及 びKCl濃度、温度、インキュベーション時間、添加するクリーブアーゼ(Clea vase)TMBN酵素の量、及びDNA調製物を含む多数の反応条件の有意な変化に対 して比較的感受性でないことを示した。実施例11に示す結果は、一本鎖基質を 用いてクリーブアーゼ(Cleavase)TM反応を行うときには、条件の大きな変化に 対して反応が極めて安定であることを示す。以下に示す実験では二本鎖基質の開 裂がやや狭い範囲の反応条件に限定されることを示す。 A)チロシナーゼ遺伝子のエキソン4の二本鎖157bp断片の作製 以下の実験では、二本鎖DNA鋳型をクリーブアーゼ(Cleavase)TM反応に用 いるときの反応条件の変化が与える効果を試験する。使用した二本鎖基質は野生 型チロシナーゼ遺伝子の157bp断片(配列番号27)であった。この157 bp断片は実施例8bに記載する対称的PCRを用いて作製した。簡単に述べる と、二本鎖基質DNA約75fモルを、1X PCR緩衝液中のプライマー5’ ビオチン−GCCTTATTTTACTTTAAAAAT−3’(配列番号32 )50pモル、プライマー5’フルオレセイン−TAAAGTTTTGTGTT ATCTCA−3’(配列番号33)50pモル、及び各dNTP 50mMと ともにインキュベートした。上記混合物95μLを含む管を95℃で5秒加熱し 、70℃に冷却した。1X PCR緩衝液中のTaq DNAポリメラーゼ1. 25ユニットを含む酵素混合物5μLを加えた。各管にChill Out 14TM(MJ Res earch,Watertown,MA)50μLを加えた。 管を95℃で45秒加熱、50℃で45秒冷却、72℃で75秒加熱し、これ を30サイクル繰り返し、最後のサイクルの後に72℃で5分インキュベートし た。次に反応物をエタノール沈殿させてゲル精製する容量を小さくした。NaC lを最終濃度400mMまでを加え、グリコーゲン(蒸留水中)を最終濃度20 0μg/mlまで加えた。各管に100%エタノール2.5容量を加えて、管を −70℃で2.5時間冷却した。DNAをペレット化し、元の1/5容量の滅菌 蒸留水中に再懸濁した。 PCR生成物は以下のようにしてゲル精製した。各管に等容量の停止緩衝液を 加え、管を72℃で2分加熱した。生成物を6%変性ポリアクリルアミドゲル( 19:1架橋)と、45mM Tris-硼酸,pH8.3及び1.4mM EDTAを含む緩衝液中の7 M尿素を用いる電気泳動で分離した。DNAを臭化エチジウム染色で可視化し、 ゲルから157bp断片を切り出した。実施例8aに記載するようにしてゲルス ライスからDNAを受動拡散法によって溶出した。ただし拡散は室温で2日間行 わせた。次にDNAを200mM NaClの存在下で担体分子を添加しないで 沈殿させた。DNAをペレットにし、150μL TEに再懸濁した。 B)二本鎖開裂反応に及ぼすKCl濃度の効果 二本鎖基質を用いるときに開裂反応に及ぼす塩濃度の効果を検討するために、 10mM MOPS,pH7.5,0.2mM MnCl2及び0-100mMの種々の濃度のKClを含む緩衝液 中の固定量のクリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素(25ng)の存在下に1つの基質を インキュベートした。 チロシナーゼ遺伝子のエキソン4由来の157bp断片(配列番号27:A) 節記載の方法で調製)約100fモルを、200μLの薄壁ミクロ遠心管(BioR ad,Richmond,CA)中に、滅菌蒸留水6.25μL(最終反応容量10μL)中 で、入れた。管を95℃で15秒加熱し、45℃に急冷した。2.7X CFLPTM緩衝 液,pH7.5(最終濃度1Xを与える),0.53mM MnCl2(最終濃度0.2mMを与える),クリ ーブアーゼ(Cleavase)TMBN[1X希釈緩衝液(0.5% NP40,0.5% Tween20,20mM Tris-HCl,pH8.0,50mM KCl,10μg/ml BSA)中の50ng/μL]5μL及び最終濃 度0、2.5、5、10、15、20、25、30、50又は100mMを与えるKClを含む酵素混合物3 .75μLを加えることによって開裂反応を開始した。最終反応容量は10μLで あった。開裂反応に加える前に酵素溶液を室温にしておいた。酵素不含(すなわ ち、未切断)対照を0又は100mM KClで平行して用意し、これはクリーブアーゼ( Cleavase)TMBNに代えて滅菌蒸留水を用いる点で異なっていた。 45℃で5分後、停止緩衝液8μLを加えて反応を停止した。サンプルを72 ℃で2分加熱し、各反応物の4μLを、10%ポリアクリルアミドゲル(19: 1架橋)と0.5X TBEを含む緩衝液中の7M尿素を用いる電気泳動によっ て分離した。 電気泳動の後、ゲルプレートを分離して実施例8aに記載するようにナイロン 膜をのせた。DNAを膜に移し、膜を乾燥し、1X I-Blockブロッキング緩衝液で 洗浄し、洗浄し、そして実施例20aで記載のようにして膜をX線フィルムに露 光したが、蒸留水による洗浄は省略した。得られたオートラジオグラフを図54 に示す。 図54で、”M”で示すレーンは分子量マーカーを含む。レーン1は、0mM KC l中での未切断対照を含み、未開裂の鋳型DNAの移動度を示す。レーン2−1 1は、それぞれ0、2.5、5、10、15、20、25、30、50又は100mM KClを含む緩衝液 中で、クリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素の存在下に基質をインキュベートし て生じた反応生成物を含む。レーン12は、100mM KClを含む緩衝液中でインキ ュベートした未切断対照を含む。 図54に示す結果は、二本鎖DNA鋳型で実施したクリーブアーゼ(Cleavase )TM反応は塩濃度の変化に感受性であることを示した。30mM KCl以上を含む反 応では実質的に開裂が検出されなかった。157bpのチロシナーゼDNA基質 (配列番号27)をクリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素とインキュベートする ときは、KClの濃度が0-30mMで変化しても同じ開裂パターンが得られた。 C)二本鎖開裂反応に及ぼすNaCl濃度の効果 KClに代えてNaClを用いることの、二本鎖DNA基質上における5’ヌ クレアーゼ活性によって作られる開裂パターンに及ぼす効果を試験した。チロシ ナーゼ遺伝子のエキソン4由来の157bp断片(配列番号40:実施例22a 記載の方法で調製)約100fモルを、200μLの薄壁ミクロ遠心管(BioRad ,Richmond,CA)中に、滅菌蒸留水6.25μL(最終反応容量10μL)中で 入れ、95℃で15秒加熱した。管を45℃に急冷した。2.7X CFLPTM緩衝液,p H7.5(最終濃度1Xを与える),0.53mM MnCl2(最終濃度0.2mMを与える),クリーブ アーゼ(Cleavase)TMBN[1X希釈緩衝液(0.5% NP40,0.5% Tween20,20mM Tris -HCl,pH8.0,50mM KCl,10μg/ml BSA)中の50ng/μL]0.5μL及び最終濃度0 、2.5、5、10、15、20、25、30、50又は100mMを与えるNaClを含む酵素混合物3.7 5μLを加えることによって開裂反応を開始した。最終反応容量は10μLであ った。酵素不含(すなわち、未切断)対照を0又は100mM NaClで平行して用意し 、これはクリーブアーゼ(Cleavase)TMBNに代えて滅菌蒸留水を用いる点で異な っていた。 反応を45℃で5分インキュベートした後、停止緩衝液8μLを加えて反応を 停止した。サンプルを72℃で2分加熱し、各反応物の4μLを、10%ポリア クリルアミドゲル(19:1架橋)と0.5X TBEを含む緩衝液中の7M尿 素を用いる電気泳動によって分離した。 電気泳動の後、ゲルプレートを分離して実施例8bに記載するようにナイロン 膜をのせた。DNAを膜に移し、膜を乾燥し、1X I-Blockブロッキング緩衝液で 洗浄し、洗浄し、そして実施例20aで記載のようにして膜をX線フィルムに露 光したが、蒸留水による洗浄は省略した。得られたオートラジオグラフを図55 に示す。 図55で、”M”で示すレーンは分子量マーカーを含む。レーン1は、0mM Na Clを含む緩衝液中でインキュベートした酵素不含対照を含み、未開裂の鋳型DN Aの移動度を示す。レーン2−11は、それぞれ0、2.5、5、10、15、20、25、3 0、50又は100mM NaClを含む緩衝液中で、クリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素 の存在下に157bpの基質(配列番号27)を開裂して生じる反応生成物を含 む。レーン12は、100mM NaClを含む緩衝液中でインキュベートした酵素不含対 照を含む。 図55に示す結果は、二本鎖DNA鋳型で実施したクリーブアーゼ(Cleavase )TM反応はNaCl濃度の変化に感受性であることを示した。20mM NaCl以上では実 質的に開裂が検出されなかった。157bpのチロシナーゼDNA鋳型(配列番 号27)をクリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素とインキュベートするときは、 NaClの濃度が0-20mMで変化しても同じ開裂パターンが得られた。 D)二本鎖鋳型の開裂においてKClに代えて(NH42SO4を用いる効果 実施例20bで記載したのと類似の方法で、二本鎖基質を用いるときの開裂反 応においてKClに代えて(NH42SO4を用いることができるかを試験した 。開裂反応は実施例22b及びcで記載したのと全く同じにしたが、KCl又は NaClに代えて種々の量の(NH42SO4を用いた。 チロシナーゼ遺伝子のエキソン4由来の157bp断片(配列番号40:A) 節で上述した方法で調製)約100fモルを、200μLの薄壁ミクロ遠心管( BioRad,Richmond,CA)中に、滅菌蒸留水6.25μL(最終反応容量10μL )中で入れ、95℃で15秒加熱した。管を45℃に急冷した。 2.7X CFLPTM緩衝液,pH7.5(最終濃度1Xを与える),0.53mM MnCl2(最終濃度0.2 mMを与える),クリーブアーゼ(Cleavase)TMBN[1X希釈緩衝液(0.5% NP40,0.5 % Tween20,20mM Tris-HCl,pH8.0,50mM KCl,10μg/ml BSA)中の50ng/μL] 0.5μL及び最終濃度0、2.5、5、10、15、20、25、30、50又は100mMを与える(NH4 )2SO4を含む酵素混合物3.75μLを加えることによって開裂反応を開始した。最 終反応容量は10μLであった。酵素不含(すなわち、未切断)対照を0又は100 mM(NH4)2SO4で平行して用意し、これはクリーブアーゼ(Cleavase)TMBNに代え て滅菌蒸留水を用いる点で異なっていた。 反応を45℃で5分インキュベートした後、停止緩衝液8μLを加えて反応を 停止した。サンプルを72℃で2分加熱し、各反応物の4μLを、10%ポリア クリルアミドゲル(19:1架橋)と0.5X TBEを含む緩衝液中の7M尿 素を用いる電気泳動によって分離した。 電気泳動の後、ゲルプレートを分離して実施例8bに記載するようにナイロン 膜をのせた。DNAを膜に移し、膜を乾燥し、1X I-Blockブロッキング緩衝液で 洗浄し、洗浄し、そして実施例20aで記載のようにして膜をX線フィルムに露 光したが、蒸留水による洗浄は省略した。得られたオートラジオグラフを図56 に示す。 図56で、”M”で示すレーンは分子量マーカーを含む。レーン1は、0mM(NH4 )2SO4を含む緩衝液中でインキュベートした酵素不含対照を含み、未開裂の基質 DNAの移動度を示す。レーン2−11は、それぞれ0、2.5、5、10、15、20、2 5、30、50又は100mM(NH4)2SO4を含む緩衝液中で、クリーブアーゼ(Cleavase)T M BN酵素の存在下に基質をインキュベートして生じる反応生成物を含む。レーン 12は、100mM(NH4)2SO4を含む緩衝液中でインキュベートした酵素不含対照を含 む。 図56に示す結果は、クリーブアーゼ(Cleavase)TM反応は(NH4)2SO4の存在 によって厳しく阻害されることを示す。15mM(NH4)2SO4という少量でも反応は完 全に阻害され、5mM(NH4)2SO4における開裂反応の程度は20mM KClにおける開裂程 度とほぼ同じであり、0mM(NH4)2SO4で得られた開裂程度と比較してかなり低かっ た。しかしながら、5mM(NH4)2SO4を用いて得られた開裂パターンは(NH4)2SO4の 不在下又あるいはKCl又はNaClの中で157bp基質をインキュベートしたとき に観察される開裂パターンと同じであり、これはクリーブアーゼ(Cleavase)TM 反応に含まれる塩の選択は酵素によって認識される部位の性質に影響を及ぼさな いことを示唆する。 E)二本鎖開裂反応の経時変化 二本鎖開裂反応がどれくらい速く完了するのかを決定するために、単一の基質 を固定量のクリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素の存在下に種々の時間でインキ ュベートした。チロシナーゼ遺伝子のエキソン4の157bp断片(配列番号4 0:実施例22aの方法で調製)約100fモルを、200μLの薄壁ミクロ遠 心管(BioRad,Richmond,CA)中に、滅菌蒸留水中の容量6.25μLで入れ た。B)節で記載したように管を95℃で15秒加熱し、45℃に急冷した。 2.7X CFLPTM緩衝液,pH7.5(最終濃度1Xを与える),0.53mM MnCl2(最終濃度0 .2mMを与える),クリーブアーゼ(Cleavase)TMBN[1X希釈緩衝液(0.5% NP40,0 .5% Tween20,20mM Tris-HCl,pH8.0,50mM KCl,10μg/ml BSA)中の50ng/μL ]0.5μLを含む酵素混合物3.75μLを加えることによって開裂反応を開始した 。最終反応容量は10μLであった。酵素不含(すなわち、未切断)対照を平行 して用意し、5分又は120分で停止したが、これはクリーブアーゼ(Cleavase )TMBNに代えて滅菌蒸留水を用いる点で異なっていた。 以下の時間において停止緩衝液8μLを加えることにより開裂反応を停止した :5秒、1、2、5、10、15、20、30、60又は120分。サンプルを 72℃で2分加熱し、各反応物の4μLを、10%ポリアクリルアミドゲル(1 9:1架橋)と0.5X TBEを含む緩衝液中の7M尿素を用いる電気泳動に よって分離した。 電気泳動の後、ゲルプレートを分離して実施例8bに記載するようにナイロン 膜をのせた。DNAを膜に移し、膜を乾燥し、1X I-Blockブロッキング緩衝液で 洗浄し、洗浄し、そして実施例20aで記載のようにして膜をX線フィルムに露 光したが、蒸留水による洗浄は省略した。得られたオートラジオグラフを図57 に示す。 図57で、レーン1は、45℃で5分インキュベートした酵素不含対照を含み 、未開裂の鋳型DNAの移動度を示す。レーン2−10は、それぞれ5秒、1、 2、5、10、15、20、30、60(1時間)又は120分(2時間)、ク リーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素の存在下に基質をインキュベートして生じる 開裂断片を含む。レーン11は、45℃で120分インキュベートした後の酵素 不含対照を含む。 図57に示す結果は、クリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素によって媒介され る二本鎖DNA鋳型の開裂は迅速であることを示す。1分以内に完全な開裂パタ ーンが得られ、実質的に完了する。一本鎖DNA鋳型の開裂の実施例(実施例1 1c)とは異なり、5秒後ではごくわずかな開裂が検出される。この反応には実 施例11cで記載した反応で用いた酵素の1/10量を含んでいた。さらに、 一本鎖の開裂反応を長時間インキュベートすると短く切断された断片が増加して いった(実施例20e)が、二本鎖開裂反応を長時間インキュベートするとシグ ナルが完全に消失した(図57、レーン10)。この結果は多分、再結合した鎖 からの5’ビオチン分子の酵素による切断によるものであろう。この結果は、反 応を1分又は30分行おうとも、一本鎖の場合と同様に、二本鎖DNAの開裂に よって同じ開裂パターンが生じることを示していることが重要である。すなわち 、インキュベーション時間が30倍であっても完全な開裂生成物(すなわちバン ド)を示すのであり、従って、二本鎖のCFLPTM反応ではインキュベーション 時間に関しては厳密にコントロールする必要がない。 図58に示す結果は、種々の酵素濃度で行った開裂反応の経時変化を含む。チ ロシナーゼ遺伝子のエキソン4の二本鎖157bp断片(配列番号27)約10 0fモルを、200μLの薄壁ミクロ遠心管(BioRad,Richmond,CA)中に、滅 菌蒸留水中の容量6.25μLで入れた。実施例22bで記載したように管を9 5℃で15秒加熱し、45℃に急冷した。2.7X CFLPTM緩衝液,pH7.5(最終濃度1 Xを与える),0.53mM MnCl2(最終濃度0.2mMを与える),クリーブアーゼ(Cleavase )TMBN[1X希釈緩衝液(0.5% NP40,0.5% Tween20,20mM Tris-HCl,pH8.0,50m M KCl,10μg/ml BSA)中の50,100,200又は500ng/μLであり、これは最終酵 素量25,50,100又は250ngを与える]0.5μLを含む酵素混合物3.75μLを加え ることによって開裂反応を開始した。最終反応容量は10μLであった。酵素不 含対照を平行して用意し、これはクリーブアーゼ(Cleavase)TMBNに代えて滅菌 蒸留水を用いる点で異なっており、45℃で1分後に停止した。 5秒又は1分後に停止緩衝液8μLを加えることにより開裂反応を停止した。 サンプルを72℃で2分加熱し、各反応物の4μLを、10%ポリアクリルアミ ドゲル(19:1架橋)と0.5X TBEを含む緩衝液中の7M尿素を用いる 電気泳動によって分離した。 電気泳動の後、ゲルプレートを分離して実施例8bに記載するようにナイロン 膜をのせた。DNAを膜に移し、膜を乾燥し、1X I-Blockブロッキング緩衝液で 洗浄し、洗浄し、そして実施例20aで記載のようにして膜をX線フィルムに露 光したが、蒸留水による洗浄は省略した。得られたオートラジオグラフを図58 に示す。 図58で、”M”で示すレーンは実施例8aに記載する分子量マーカーを含む 。レーン1は、酵素不含対照を含む。レーン2及び3は、それぞれ25ngのク リーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素の存在下での基質の開裂により生じた反応生 成物を含み、レーン2の反応は5秒後に停止し、レーン3では1分後に停止した 。レーン4及び5は、それぞれ50ngのクリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素 の存在下での基質の開裂により生じた反応生成物を含み、レーン4の反応は5秒 後に停止し、レーン5では1分後に停止した。レーン6及び7は、それぞれ10 0ngのクリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素の存在下での基質の開裂により生 じた反応生成物を含み、レーン6の反応は5秒後に停止し、レーン7では1分後 に停止した。レーン8及び9は、それぞれ250ngのクリーブアーゼ(Cleava se)TMBN酵素の存在下での基質の開裂により生じた反応生成物を含み、レーン8 の反応は5秒後に停止し、レーン9では1分後に停止した。 図58に示す結果は、二本鎖DNAの開裂速度は酵素濃度の増加とともに増加 することを示す。酵素濃度の増加につれて、1分後に残る未切断DNAの量が対 応して減少することに注目されたい。以下に示すように、図60では開裂反応に 含まれる酵素濃度は生じる開裂パターンに何ら影響を及ぼさない。250ngの ときの反応(図58、レーン8及び9)と実施例11cに記載する短時間消化と を比較すると、二本鎖か一本鎖かという基質の性質よりはむしろ酵素の量がごく 初期の開裂程度を制御することを示唆する。 F)二本鎖開裂反応の温度滴定 開裂パターンに及ぼす温度変化の効果を決定するために、チロシナーゼ遺伝子 のエキソン4の157bp断片(配列番号27)を、固定量のクリーブアーゼ( Cleavase)TMBN酵素の存在下に種々の温度で5分インキュベートした。基質DN A約100fモル(実施例22aの記載に従い調製)を200μLの薄壁ミクロ 遠心管(BioRad,Richmond,CA)中に、滅菌蒸留水中の容量6.25μLで入れ た。管を95℃で15秒加熱し、37、40、45、50、55、60、65、 70、75又は80℃のいずれかに冷却した。2.7X CFLPTM緩衝液,pH7.5(最終 濃度1Xを与える),0.53mM MnCl2(最終濃度0.2mM MnCl2を与える),クリー ブアーゼ(Cleavase)TMBN[1X希釈緩衝液(0.5% NP40,0.5% Tween20,20mM Tr is-HCl,pH8.0,50mM KCl,10μg/ml BSA)中の50ng/μL]0.5μLを含む酵素 混合物3.75μLを加えることによって開裂反応を開始した。酵素混合物は実験を 通して氷上に保持したが、個々の酵素混合物の少量を室温に戻してから反応に加 えた。実験の終わりに、2回目の反応を37℃で行い、実験中に起きたかも知れ ない酵素活性の消失を制御した。酵素不含対照物を平行して用意し、これはクリ ーブアーゼ(Cleavase)TMBNに代えて滅菌蒸留水を用いて37℃又は80℃のい ずれかでインキュベートする点で異なっていた。停止緩衝液8μLを加えること により反応を停止した。 サンプルを72℃で2分加熱し、各反応物の5μLを、10%ポリアクリルア ミドゲル(19:1架橋)と0.5X TBEを含む緩衝液中の7M尿素を用い る電気泳動によって分離した。 電気泳動の後、ゲルプレートを分離して実施例8bに記載するようにナイロン 膜をのせた。DNAを膜に移し、膜を乾燥し、1X I-Blockブロッキング緩衝液で 洗浄し、洗浄し、そして実施例20aで記載のようにして膜をX線フィルムに露 光したが、蒸留水による洗浄は省略した。得られたオートラジオグラフを図59 に示す。 図59で、”M”で示すレーンは実施例8aに記載する分子量マーカーを含む 。レーン1は、37℃で5分インキュベートした後の酵素不含対照を含む。レー ン2及び3は、それぞれ実験の最初と最後に行った37℃でインキュベートした 反応を含む。レーン4−13は、40、45、50、55、60、65、70、 75又は80℃でインキュベートした反応物を含む[80℃のサンプルは2つあ る:1つ目はChill Out 14TM(MJ Research,Watertown,MA)で覆われていない物 、2つ目は酵素混合物の添加後にChill Out 14TM20μLで覆った]。レーン14 は80℃で5分インキュベートした酵素不含対照を含む。 図59は、二本鎖DNA基質の開列は低温で最も効率よく進行することを示す 。37℃から60℃の範囲ではインキュベーション温度に応答して開裂シグナル とパターンの分布が滑らかに変化した。いくつかの開裂生成物は高温でのインキ ュベーションでのみ現れたが、その他のものは低温ではるかに顕著であった。多 分、 温度範囲の一端におけるクリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素のための基質であ るいくつかの構造体が他端では好適でないのであろう。予期された通り、開裂構 造体の溶融のために、最高温領域では開裂断片の生成は徐々に少なくなった。7 0℃以上では、開裂生成物は小さい断片に限られ、これは多分基質が大きく変性 するためであろう。長いDNA(350〜1000ヌクレオチド)を用いるとき には、有用な開裂パターンが75℃まで生じることが見いだされた。 これらの結果は、二本鎖DNA基質を用いるとかなり広範囲の温度で開裂反応 を実施できることを示す。一本鎖開裂反応の場合と同様に、広範囲の温度で二本 鎖が開裂できるのは重要である。開裂パターンを支配する強い二次構造体は単一 塩基の変化によって不安定にならず、従って突然変異の検出を妨害する。よって 高温を用いるとこれらの強固な構造体を不安定寸前の状態にさせ、配列中の小さ な変化の効果を最大にして開裂パターンの違いを明らかにすることができる。ま たこの結果は、有用な温度領域ではブロックドリフトやその他の装置部品を加熱 することによる反応温度の小さな変化が開裂パターンに大きな変化をもたらさな いことも示す。 G)二本鎖開裂反応におけるクリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素の滴定 二本鎖開裂反応におけるクリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素の濃度変化の効 果を試験した。チロシナーゼ遺伝子のエキソン4の157bp断片(配列番号2 7:実施例22aの記載に従い調製)約100fモルを、200μLの薄壁ミク ロ遠心管(BioRad,Richmond,CA)中に、滅菌蒸留水中の容量6.25μLで入 れた。管を95℃で15秒加熱し、45℃に急冷した。 2.7X CFLPTM緩衝液,pH7.5(最終濃度1Xを与える),0.53mM MnCl2(最終濃度0.2 mM MnCl2を与える),クリーブアーゼ(Cleavase)TMBN[1X希釈緩衝液(0.5% NP4 0,0.5% Tween20,20mM Tris-HCl,pH8.0,50mM KCl,10μg/ml BSA)中の2,10 ,50,100,200又は500ng/μLであり、これは反応に加える酵素量を1,5,10, 25,50,100又は250ngを与える]0.5μLを含む酵素混合物3.75μLを加えるこ とによって開裂反応を開始した。酵素不含対照を平行して用意し、これはクリー ブアーゼ(Cleavase)TMBNに代えて1X希釈緩衝液を用いる点で異なっている。 45℃で5分後に停止緩衝液8μLを加えることにより開裂反応を 停止した。サンプルを72℃で2分加熱し、各反応物の4μLを、10%ポリア クリルアミドゲル(19:1架橋)と0.5X TBEを含む緩衝液中の7M尿 素を用いる電気泳動によって分離した。 電気泳動の後、ゲルプレートを分離して実施例8bに記載するようにナイロン 膜をのせた。DNAを膜に移し、膜を乾燥し、1X I-Blockブロッキング緩衝液で 洗浄し、洗浄し、そして実施例20aで記載のようにして膜をX線フィルムに露 光したが、蒸留水による洗浄は省略した。得られたオートラジオグラフを図60 に示す。 図60で、”M”で示すレーンは分子量マーカーを含む。レーン1は、酵素不 含対照を含み、未切断基質の移動度を示す。レーン2−8は、それぞれ1,5,10 ,25,50,100又は250ngのクリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素を含む反応に由 来する開裂生成物を含む。 これらの結果は、反応に用いる酵素の量が50倍以上異なっても157bpの チロシナーゼDNA基質(配列番号27)を用いて同じ開裂パターンが得られる ことを示す。従って、二本鎖開裂反応は、反応条件を研究所内で制御する必要の ない臨床試験室で行うのに理想的である。しかしながら、一本鎖基質で観察され た(実施例11e)のとは対照的に、二本鎖鋳型では中程度の酵素濃度で行うと きに開裂が最適となることに注意されたい。二本鎖反応において、クリーブアー ゼ(Cleavase)TMBNの濃度増加とともにシグナルが徐々に消失するのは、再結合 した二本鎖鋳型の末端から5’ビオチン標識が切断されるためであろう。 実施例23 一本鎖及び二本鎖開裂反応のための最適pHの決定 2種類のプライマー非依存性の開裂反応(すなわち、一本鎖及び二本鎖開裂反 応)のための最適pH条件を決定するために、種々のpH領域でクリーブアーゼ (Cleavase)TM反応緩衝液を調製した。 A)一本鎖開裂反応のための最適pHの決定 一本鎖基質の開裂に用いるクリーブアーゼ(Cleavase)TM反応(すなわち、C FLPTM)緩衝液のpHを変更する効果を試験した。1M MOPS溶液,pH6.3を6N N aOHで滴定することにより、pHが6.3,7.2,7.5,7.8,8.0及び8.2の0.5M M OPSを用いて、いくつかの10X緩衝溶液を調製した。次に各pHで0.5M溶液となるよ うに容量を調整した。 チロシナーゼ遺伝子のエキソン4のセンス鎖から調製した一本鎖基質(配列番 号34:実施例8aの記載に従い調製)約100fモルを、200μLの薄壁ミ クロ遠心管(BioRad,Richmond,CA)中に、種々のpHの1X CFLPTM緩衝液 15μL、及び1.33mM MnCl2(最終濃度1mMを与える)で入れた。最終反応容量 は20μLであった。反応混合物を95℃で5秒過熱し、65℃に急冷した。再 び適当なpHの1X CFLPTM緩衝液(MnCl2不含)中のクリーブアーゼ(Cleav ase)TMBN[1X希釈緩衝液(0.5% NP40,0.5% Tween20,20mM Tris-HCl,pH8.0, 50mM KCl,10μg/ml BSA)中の50ng/μL]1μLを含む希釈酵素混合物5μLを 加えることによって反応を開始した。塩不含、酵素不含の対照20μLを平行し て用意し、各指示したpHで65℃でインキュベートした。この反応はクリーブア ーゼ(Cleavase)TMBN酵素に代えて滅菌蒸留水を含み、全ての反応成分は変性前 に加える点で異なっていた。5分後に、停止緩衝液16μLを加えることによっ て反応を停止した。 サンプルを次に72℃で2分加熱し、各反応生成物7μLを実施例8aに記載 のようにして、10%ポリアクリルアミドゲル(19:1架橋)と0.5X T BEを含む緩衝液中の7M尿素を用いる電気泳動によって分離した。 電気泳動の後、ゲルプレートを分離して実施例8aに記載するようにナイロン 膜をのせた。DNAを膜に移し、膜を乾燥し、ストレプトアビジン−アルカリ性 ホスファターゼ(United States Biochemical)と結合させた1X I-Block(Tropi x,Bedford,MA)中でブロックし、洗浄し、実施例20aで記載のようにしてCD P-StarTM(Tropix,Bedford,MA)と反応させて、膜をX線フィルムに露光したが 、蒸留水による洗浄は省略した。得られた結果を図61に示す。 図61で、パネルA及びBは一本鎖DNA基質を用いた反応を含む。パネルA では、5対の反応を示す。それぞれの場合で、対の第1レーンは酵素不含対照で あり、第2レーンは一本鎖開裂反応である。レーン1及び2はpH6.3;レー ン3及び4はpH7.2;レーン5及び6はpH7.8;レーン7及び8はpH 8.0;レーン9及び10はpH8.2の反応緩衝液を用いて得られた反応生成 物を示す。パネルBはpH7.5(レーン1及び2はそれぞれ未切断及び切断を 示す)ならびにpH7.8(レーン3及び4はそれぞれ未切断及び切断を示す) の反応緩衝液を用いて行った開裂反応を比較する別の実験の結果を含む。 図61、パネルA及びBに示す結果は、一本鎖DNA鋳型の開裂は比較的小さ いpH変化に感受性であることを示唆する。pH7.5から8.0に反応の最適 pHがあった。MOPSのpKaは7.2であるので、開裂を支持するこの値に 最も近いpHであるpH7.5が一本鎖開裂反応に最適であると決定した。 B)二本鎖開裂反応のための最適pHの決定 二本鎖基質の開裂に用いるクリーブアーゼ(Cleavase)TM反応(すなわち、C FLPTM)緩衝液のpHを変更する効果を試験した。A)節で記載したようにし て、pHが7.2,7.5,7.8,及び8.0の0.5M MOPSを用いて、いくつかの10X緩衝溶液 を調製した。チロシナーゼ遺伝子のエキソン4の二本鎖の157bp断片(配列 番号27:実施例8の記載に従い調製)約100fモルを、200μLの薄壁ミ クロ遠心管(BioRad,Richmond,CA)中に全容量6.25μLで入れた。管を9 5℃で15秒加熱し、45℃に冷却した。2.7X CFLPTM緩衝液,pH7.5(最終濃度1 Xを与える),0.53mMMnCl2(最終濃度0.2mM MnCl2を与える),クリーブアーゼ(Cle avase)TMBN[1X希釈緩衝液(0.5% NP40,0.5% Tween20,20mM Tris-HCl,pH8.0 ,50mM KCl,10μg/ml BSA)中の50ng/μL]を含む酵素混合物3.75μLを加え ることによって開裂反応を開始した。 開裂反応を5分インキュベートし、停止緩衝液8μLを加えることによって反 応を停止した。 サンプルを次に72℃で2分加熱し、各反応生成物4μLを10%ポリアクリ ルアミドゲル(19:1架橋)と0.5X TBEを含む緩衝液中の7M尿素を 用いる電気泳動によって分離した。 電気泳動の後、ゲルプレートを分離して実施例8bに記載するようにナイロン 膜をのせた。DNAを膜に移し、膜を乾燥し、1X I-Blockブロッキング緩衝液で 洗浄し、洗浄し、そして実施例20aで記載のようにして膜をX線フィルムに露 光したが、蒸留水による洗浄は省略した。得られたオートラジオグラフを図62 、パネルA及びBに示す。 図62のネルAでは、レーン1及び2はpH8.2の緩衝液中で行った反応の 開裂生成物を含む(レーン1は開裂反応を含み、レーン2は未切断対照である) 。レーン3及び4はpH7.2の緩衝液中で行った反応の開裂生成物を含む(レ ー ン3は開裂反応を含み、レーン4は未切断対照である)。パネルBでは、レーン 1及び2はpH7.5の緩衝液中で行った反応の開裂生成物を含む(レーン1は 未切断対照であり、レーン2は開裂反応を含む)。レーン3及び4はpH7.8 の緩衝液中で行った反応の開裂生成物を含む(レーン3は未切断対照であり、レ ーン4は開裂反応を含む)。 図62、パネルA及びBに示す結果は、二本鎖DNAの開裂は試験した緩衝液 条件のpH領域の変化に感受性でなかったことを示唆する。しかしながら、一本 鎖DNAの開裂はpH変化に感受性であったので、一本鎖開裂反応で最適と決定 された緩衝液条件を以下の二本鎖開裂実験に用いた。 実施例24 競合DNAの存在は開裂パターンを変更しない 開裂反応における競合体(すなわち、非標識基質)DNAの存在の及ぼす影響 を試験した。ヒトチロシナーゼ遺伝子のセンス鎖由来の157ヌクレオチド断片 (配列番号34)及びヒトゲノムDNAを用いて開裂反応を行った。以下に示す 結果は、非基質性DNAの存在は開裂反応で得られるCFLPTMパターンに何ら 影響を及ぼさないことを示す。 A)基質DNAの調製及び開裂反応 5’末端にビオチン標識を含む157ヌクレオチドの一本鎖野生型チロシナー ゼ基質(配列番号34)は実施例9に記載のようにして調製した。Tris-HCl,pH 8.0; 1mM EDTA中に235μg/mlで存在するヒトゲノムDNA(Promega)をエタノ ール沈殿し、Tris-HCl,pH8.0; 1mM EDTA中に最終濃度400μg/mlで再懸濁した。 このDNAを標準CFLPTM一本鎖反応(実施例9に記載)における競合体とし て用いた。チロシナーゼDNA基質(配列番号34)及びヒトゲノムDNAをH2 O中、最終容量6μLで混合した。サンプルを95℃で10秒加熱してDNA を変性し、65℃の標的温度に冷却し、5X CFLPTM緩衝液,pH7.5を2μL,10mM MnCl2を1μL,及び希釈緩衝液中の酵素クリーブアーゼ(Cleavase)TMBNを1μ L(25ng)を加えた。65℃で5分後に停止緩衝液6μLを加えることによって反 応を停止し、各サンプル5μLを10%変性ポリアクリルアミドゲル上で分離し た。実施例19に記載のようにして、膜に移し、DNAを可視化した。 B)ゲノムDNAの存在はCFLPTMパターンを変更しない 図63は、0μg/ml(レーン2)、20μg/ml(レーン3)、40μg/ml(レーン 4)、80μg/ml(レーン5)、120μg/ml(レーン6)及び200μg/ml(レーン7 )の未標識ヒトゲノムDNAの存在下に、野生型チロシナーゼ基質のセンス鎖( 配列番号34)の開裂生成物に対応して得られるパターンを示す。レーン1は酵 素クリーブアーゼ(Cleavase)TMBNの不在下での未切断対照を示し、”M”で示 すレーンは実施例8で記載のようにして調製した分子量マーカーを含む。 図63は、開裂反応中のゲノムDNAの存在は生じる生成物バンドの位置又は 相対強度のいずれをも変更しなかったことを示す。しかしながら、反応中に非特 異的DNAの量が増加すると、開裂反応の効率が低下し、全体としてのパターン 強度が減少した。これらの結果は、クリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素が非特 異的DNAに結合し、これが反応中の有効酵素濃度を減少させる効果をもつこと で説明できる。この効果は反応中のゲノムDNAの濃度が120μg/ml又はそれ以 上になったときに顕著になった[図63、120μg/ml(レーン6)及び200μg/ml (レーン7)]。これらの条件下では、ゲノムDNAは特異的基質DNAと比較 して20000倍以上過剰で存在していたが、これらの条件下でもCFLPTMパ ターンはなお認識できた。ゲノムDNAの存在下でCFLPTMパターンが安定で あると観察されたことは、非特異的DNAが基質DNAの構造を顕著に変更しう るか、あるいは基質とクリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素との相互作用を変更 するという可能性を排除するものである。 実施例25 CFLPTM反応は種々の酵素を用いて実施できる 以上の実施例ではTaq DNAポリメラーゼ由来の5’ヌクレアーゼである クリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素が核酸基質から特徴的な開裂断片のセット を生じ得る能力について示した。以下の実験では、多数のその他の酵素を用いて 特定の核酸に特徴的な開裂生成物のセットを生じ得ることを示す。 A)サーマス(Thermus)属由来のその他のDNAポリメラーゼで生じる開裂パ ターン Taq DNAポリメラーゼ(DNAP)以外のDNAPと関連する5’ヌク レアーゼ活性が核酸基質から独特な開裂パターンを生じ得るかどうかを決定する ために、サーマス属の2つの種からのDNAPを試験した。サーマス・フラバス (Thermus flavus)[”Tfl”,Kaledin et al.Biokhimiya 46:1576,1981: Promega Corp.,Madison,WIから入手]のDNAP及びサーマス・サーモフィ ルス(Thermus thermophilus)[”Tth”,Carballeira et al.,Biotechniq ues 9:276,1990: Myers et al.,Biochem.30:7661,1991: U.S.Biochemical ,Cleaveland,OHから入手]のDNAPを用いて、適当な開裂パターン(すなわ ち、特定の核酸基質を特徴付けるのに用いることのできるパターン)を生じる能 力を試験した。 これらのその他の酵素が構造特異的に核酸を開裂する能力を、各酵素によるD NA合成に最適であると報告されている条件下で、チロシナーゼ遺伝子のエキソ ン4のセンス鎖由来の一本鎖の157ヌクレオチド断片(配列番号34)を用い て試験した。 チロシナーゼ遺伝子のエキソン4のセンス鎖由来の157ヌクレオチド断片( 配列番号47:実施例10aの記載に従い調製)約100fモルを、200μL の薄壁ミクロ遠心管(BioRad,Richmond,CA)中に、1X CFLPTM緩衝液, pH8.2及び1.33mM MnCl2(最終濃度1mMを与える)及び最終濃度0又は50mMを与え るKClを入れた。最終反応容量は20μLであった。サンプルを95℃で5秒加 熱し、65℃に冷却した。塩不含、酵素不含の対照20μLを平行して用意し、 これは、クリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素に代えて滅菌蒸留水を含み、全て の反応成分は95℃で変性する前に加える点で異なっていた。 1X CFLPTM緩衝液,pH8.2中の指示された酵素混合物(以下参照)1. 25又は5ユニットを含む希釈酵素混合物5μLを加えることによって反応を開 始した。5分後に、停止緩衝液16μLを加えることによって反応を停止した。 サンプルを72℃で2分加熱し、7μL(Tflで消化したサンプルの場合) 又は5μL(Tthで消化したサンプルの場合)を実施例8aに記載のようにし て、10%ポリアクリルアミドゲル(19:1架橋)と0.5X TBEを含む 緩衝液中の7M尿素を用いる電気泳動によって分離した。 電気泳動の後、ゲルプレートを分離して実施例8aに記載するようにナイロン 膜をのせた。DNAを膜に移し、膜を乾燥し、ストレプトアビジン−アルカリ性 ホスファターゼ(United States Biochemical,Cleaveland,OH)と結合させた1 X I-Block(Tropix,Bedford,MA)中でブロックし、洗浄し、実施例20aで記 載のようにしてCDP-StarTM(Tropix,Bedford,MA)と反応させて、膜をX線フィ ルムに露光したが、蒸留水による洗浄は省略した。得られた結果を図64及び6 5に示す。 図64で、レーン1は酵素不含対照を含み、未切断DNAの移動度を示す。レ ーン2−5は、Tfl DNAPでインキュベートした反応由来の開裂生成物を 含む。レーン2及び3に表す反応はそれぞれTfl DNAP5ユニットを含み 、レーン2のサンプルは0mM KClを含む反応緩衝液中でインキュベートしたが、 レーン3のサンプルは50mM KClを含む反応緩衝液中でインキュベートした。レー ン4及び5に表す反応はそれぞれTfl DNAP1.25ユニットを含み、レ ーン4のサンプルは0mM KClを含む反応緩衝液中でインキュベートしたが、レー ン5のサンプルは50mM KClを含む反応緩衝液中でインキュベートした。 図65で、レーン1及び2はTth DNAP1.25ユニットでインキュベ ートした反応由来の開裂生成物を含む。レーン1のサンプルは0mM KClを含む反 応緩衝液中でインキュベートしたが、レーン2のサンプルは50mM KClを含む反応 緩衝液中でインキュベートした。レーン3及び4はTth DNAP5ユニット でインキュベートした反応由来の開裂生成物を含む。レーン3のサンプルは0mM KClを含む反応緩衝液中でインキュベートしたが、レーン4のサンプルは50mM KC lを含む反応緩衝液中でインキュベートした。 図64及び65は、Tth DNAP及びTfl DNAPのどちらもがクリ ーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素で見られたのと類似の性質の構造特異的エンド ヌクレアーゼ活性をもつことを示す。図64と65に示す結果を比較すると、試 験した反応条件ではTth DNAPの方がより効率よく開裂パターンを生じる ことを示す。Tth DNAPで生じる開裂パターンをクリーブアーゼ(Cleava se)TMBN酵素で生じる開裂パターンと比較すると、これら2つの酵素は実質的に 同じ構造体を認識することを示唆する[図66、レーン2(クリーブアーゼ(Cl eavase)TMBNと図65(Tth DNAP)を比較されたい]。 B)3’ヌクレアーゼとして特徴付けられる酵素を独特な開裂パターンを生じる ために使用できる 3’ヌクレアーゼ活性をもつ酵素も独特な開裂パターンを生じることができる かどうかを決定するために、DNAP(5’ヌクレアーゼをもっている)以外の 酵素で開裂反応を試験した。大腸菌(Escherichia coli)由来のエキソヌクレア ーゼIII(E.coli Exo III)を、チロシナーゼ遺伝子のエキソン4のセンス鎖由 来の157ヌクレオチド断片(配列番号34)を用いる開裂反応で試験した。比 較として、この基質(配列番号34)とクリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素を 含む反応も用意した。 チロシナーゼ遺伝子のエキソン4のセンス鎖由来の157ヌクレオチド断片( 配列番号34:実施例8aの記載に従い調製)約100fモルを、200μLの 薄壁ミクロ遠心管(BioRad,Richmond,CA)中に、1X CFLPTM緩衝液,pH 8.2及び1.33mM MnCl2(最終濃度1mMを与える)及び最終濃度0又は50mMを与えるK Clを容量15μLで入れた。最終反応容量は20μLであった。 サンプルを95℃で5秒加熱し、37℃に急冷した。塩不含、酵素不含の対照 20μLを平行して用意し、これはにはクリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素に 代えて滅菌蒸留水を含み、全ての反応成分は95℃で変性する前に加える点で異 なっていた。 0mM KClを含む緩衝液中に157ヌクレオチド断片(配列番号34)100f モルとクリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素50ngを含む反応管を用意し、実施例 21で記載するように処理した(すなわち、95℃で5秒インキュベートして変 性し、次に65℃に冷却し、酵素を加えて65℃で5分インキュベートした)。 1X CFLPTM緩衝液,pH8.2(MnCl2不含)中に、Exo III(United States Biochemical,Cleveland,OH)1.25又は200ユニットを含む希釈酵素混 合物5μLを反応物15μLに加えることによって反応を開始し、反応物を5分 インキュベートした。37℃で5分後に、停止緩衝液16μLを加えることによ って反応を停止した。 サンプルを72℃で2分加熱し、5μLを実施例8aに記載のようにして、1 0%ポリアクリルアミドゲル(19:1架橋)と0.5X TBEを含む緩衝液 中の7M尿素を用いる電気泳動によって分離した。 電気泳動の後、ゲルプレートを分離して実施例10aに記載するようにナイロ ン膜をのせた。DNAを膜に移し、膜を乾燥し、ストレプトアビジン−アルカリ 性ホスファターゼ(United States Biochemical,Cleaveland,OH)と結合させ た1X I-Block(Tropix,Bedford,MA)中でブロックし、洗浄し、実施例20a で記載のようにしてCDP-StarTM(Tropix,Bedford,MA)と反応させて、膜をX線 フィルムに露光したが、蒸留水による洗浄は省略した。得られた結果を図66に 示す。 図66のレーン1は酵素不含対照を含み、未切断DNAの移動度を示す。レー ン2は、クリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素で基質をインキュベートすること により生じる開裂断片を含み、2つの異なる酵素により生じるパターンの比較を 提供する。レーン3−6は、Exo IIIで基質をインキュベートすることにより生 じる開裂断片を含む。レーン3及び4は、それぞれExo III200ユニットを含 む反応で生じた反応生成物を含み、レーン3の反応は0mM KClを含む緩衝 液中で行い、レーン4の反応は50mM KClを含む緩衝液中で行った。レー ン5及び6は、それぞれExo III1.25ユニットを含む反応で生じた反応生成 物を含み、レーン5の反応は0mM KClを含む緩衝液中で行い、レーン6の 反応は50mM KClを含む緩衝液中で行った。 図66に示す結果は、Exo IIIは一本鎖DNA基質とインキュベートすると独 特な開裂パターンを生じることを示す。Exo IIIで生じるパターンはクリーブア ーゼ(Cleavase)TMBN酵素で生じるパターンとは全く異なっていた。図66に示 す結果は、Exo IIIで生じる開裂パターンにおける有意な相違は、反応に含まれ る酵素とKCl濃度の両方に依存して観察されることも示す。 C)単一塩基の変化を同定するための代替酵素の能力 上述のA)及びB)節では、クリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素以外の酵素 が、核酸基質の存在下でインキュベートすると独特なパターンを生じることがで きることを示した。Tth DNAP及びE.coli Exo IIIはいずれも一本鎖D NAで独特な開裂パターンを生じるので、同じサイズのDNA基質中に存在する 単一塩基の変化を検出するためのこれらの酵素の能力を試験した。実施例9と同 様に、ヒトチロシナーゼ遺伝子のエキソン4では多数の単一点突然変異(ポイン トミューテーション)が同定されているので、この遺伝子をモデル系として選択 した。 3つの一本鎖基質DNAを調製した:これらの3つの基質は全て5’末端にビ オチン標識を含んでいた。野生型基質はヒトチロシナーゼ遺伝子のセンス鎖由来 の157ヌクレオチド(配列番号34)を含む。2つの突然変異含有基質を用い た。419基質(配列番号41)及び422基質(配列番号42)はいずれも実 施例9に記載したものである。5’末端にビオチン標識をもつ一本鎖DNAは、 各基質について実施例8aで記載する非対称PCRを用いて作製し、ただし二本 鎖生成物ではなく一本鎖PCR生成物をゲルから回収した。 開裂反応は以下のようにして実施した。各基質DNA(約100fモル)を2 00μLの薄壁ミクロ遠心管(BioRad,Richmond,CA)中に、10mM MOPS,pH8.2 及び1.33mM MnCl2(最終濃度1mMを与える)5μLで入れた。酵素不含の対照を 野生型DNA断片で平行して用意し、指示されたそれぞれの時間、65℃インキ ュベートし、これにはクリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素に代えて滅菌蒸留水 を含み、全ての反応成分は95℃で変性する前に加える点で異なっていた。反応 管を95℃で5秒加熱して基質を変性し、次にTth DNAPを含む反応では 65℃に、Exo IIIを含む反応では37℃に急冷した。 5μLのMnCl2を含まない10mM MOPS,pH8.2中にTth DNAP又はExo IIIのいずれかの酵素1.25ユニットを含む希釈酵素混合物を加えることによ って開裂反応を開始した。開裂反応に加える前に酵素溶液を室温に戻しておいた 。65℃で5分後に、停止緩衝液8μLを加えることによって反応を停止した。 サンプルを72℃で2分加熱し、各反応物7μLを10%ポリアクリルアミドゲ ル(19:1架橋)と0.5X TBEを含む緩衝液中の7M尿素を用いる電気 泳動によって分離した。 電気泳動の後、ゲルプレートを分離して実施例10aに記載するようにナイロ ン膜をのせた。DNAを膜に移し、膜を乾燥し、ストレプトアビジン−アルカリ 性ホスファターゼ(United States Biochemical)と結合させた1X I-Block(Tro pix,Bedford,MA)中でブロックし、洗浄し、実施例20aで記載のようにして CDP-StarTM(Tropix,Bedford,MA)と反応させて、膜をX線フィルムに露光した が、蒸留水による洗浄は省略した。得られた結果を図67に示す。 図67で、レーン1−3はそれぞれチロシナーゼ遺伝子の野生型、突然変異体 419及び突然変異体422対立遺伝子のいずれかをTth DNAPとインキ ュベートして生じる開裂断片を含む。レーン4−6はそれぞれ野生型、突然変異 体419及び突然変異体422基質のいずれかをExo IIIと0mM KCl を含む緩衝液中でインキュベートして生じる開裂断片を含む。レーン7−9はそ れぞれ野生型、突然変異体419及び突然変異体422基質のいずれかをExo IIIと50mM KClを含む緩衝液中でインキュベートして生じる開裂断片 を含む。レーン10は野生型DNA基質をクリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素 と0mM KClを含む緩衝液中でインキュベートして生じる開裂断片を含み、 この反応は3つの異なる酵素(すなわち、クリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素 、Tth DNAP及びExo III)によって生じるパターンの比較を提供す る。レーン11は50mM KClの存在下に野生型DNA基質とインキュベー トした酵素不含対照を含む。 図67の結果は、Tth DNAP及びExo IIIのいずれもが、一本鎖D NA基質中の野生型DNA基質に対して単一塩基の変化を検出できることを示す 。Tth DNAPで生じるパターンは3つの基質全てについてクリーブアーゼ (Cleavase)TMBN酵素で生じるパターンと比較しうるものであった(クリーブア ーゼ(Cleavase)TMBN酵素でしうるパターンとの比較については図29参照のこ と)。 Exo IIIで生じるパターンはサーマス属由来の酵素(すなわち、クリーブ アーゼ(Cleavase)TMBN酵素及びTth DNAP)で生じるパターンとは全く 異なっていた。さらに、Exo IIIによるDNA基質の開裂で生じるパターン は反応に用いたKCl濃度によってはっきり異なっていた(図67参照)。いず れのKCl濃度でも419突然変異体については独特なパターン変化が明らかで あった。図67に示すように、0mM KClでは419突然変異体では40ヌ クレオチド領域内でバンドが出現し(レーン5);50mM KClでは419 突然変異体は70ヌクレオチド領域内で追加のバンドを含む(レーン8)。42 2 突然変異体ではExo III消化でパターン変化は認識できず(野生型と比較し て);この単一塩基の変化を検出する大腸菌Exo III酵素の能力の差は、構 造特異的開裂反応の基質として作用する二次構造体に関しての変化の相対位置、 及び好ましい開裂部位(5’又は3’)と比較した標識の位置(5’又は3’) に関連する。図68。 D)ショウジョウバエ(Drosophila)RrpI酵素を開裂パターンの生成に使用 できる DNA修復エンドヌクレアーゼのExo IIIファミリーの別のタンパク質で ある、キイロショウジョウバエ(Drosophila melanogaster)由来のRrpI(N ugent,M.Huang,S.-M.and Sander,M.Biochemistry 1993:32,pp.11445-114 52)の、一本鎖DNA鋳型上での独特の開裂パターンを生じる能力を試験した。 開裂アッセイにおけるこの酵素の性質はまだわかっていないので、種々の緩衝液 条件で試験した。種々の量の酵素(1ng又は30ng)をチロシナーゼ遺伝子のエキ ソン4のセンス鎖の157ヌクレオチド断片(配列番号47)約100fモルと 、1mM MnCl2又は5mM MgCl2中で、そして1X CFLPTM緩衝液,pH8.2又は1X CFLPTM 緩衝液,pH7.8と10mM NaCl中でインキュベートした。サンプルを95℃に加熱し 、1X CFLPTM緩衝液中の1又は30ngのRrpIを含む希釈酵素混合物を加えること によって反応を開始した。反応は30℃で5分又は30分実施した。得られた結 果(データ示さず)は、この酵素が一本鎖DNA鋳型上で弱いが独特の開裂パタ ーンを生じることを示した。 E)Rad1/Rad10複合体を開裂パターンの生成に使用できる S.セレビシエ(cerevisiae)由来のRad1−Rad10エンドヌクレアー ゼ(Rad1/10)は、酵母のヌクレオチド除去修復に関与する特異的3’エ ンドヌクレアーゼである。この酵素は2つのタンパク質であるRad1とRad 10からなるヘテロダイマーである。Rad1及びRad10は単独では酵素活 性をもたない。Rad1/10は二股に分かれたDNA二本鎖を含む構造体を認 識し、二本鎖の末端にある一本鎖の3’アームを開裂する(Bardwell,A.J.et al.,Science 265:2082,1994)。この意味では、Rad1/10はクリーブア ーゼ(Cleavase)TMBM酵素が行うのと同じ基質特異性を共有する。しかしなが ら、Rad1/10は二本鎖にある3’一本鎖アームを開裂するのに対して、ク リーブアーゼ(Cleavase)TMBM酵素は5’一本鎖アームを切断するので、Rad 1/10とクリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素とでは生じる開裂生成物が異な る。 図68は、二股に分かれたDNA二本鎖(図に示すヘアピン構造から形成され る)上における、これら2つの酵素による開裂部位を示す模式図である。図68 で、上に示すヘアピン構造は5’ヌクレアーゼ(例えば、クリーブアーゼ(Clea vase)TMBN酵素)による開裂部位を示す。図68の下に示すヘアピン構造は3’ 一本鎖アームで開裂する酵素(例えば、Rad1/10)による開裂部位を示す 。5’一本鎖アームで開裂する酵素をクリーブアーゼ(Cleavase)TM5’酵素と 呼び、3’一本鎖アームで開裂する酵素をクリーブアーゼ(Cleavase)TM3’酵 素と呼ぶ。 Rad1/10タンパク質がDNA基質中の単一塩基の変化を検出できるかど うかを決定するために、Rad1/10と、クリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵 素によるDNA基質の開裂によって生じる開裂パターンを比較した。この比較で は以下の基質を用いた。実施例9に記載するような5’末端にビオチン標識を含 む、ヒトチロシナーゼ遺伝子のエキソン4のセンス鎖由来の野生型(配列番号3 4)、419突然変異体(配列番号41)及び422突然変異体(配列番号42 )対立遺伝子から得た157ヌクレオチド断片を作製した。 Rad1及びRad10タンパク質はErrol C.Friedberg博士(The Univesit y of Texas Southwestern Medical Center,Dallas)から恵与された。Rad1 /10複合体は、Rad1及びRad10タンパク質を1X希釈緩衝液(0.5% N P40,0.5% Tween20,20mM Tris-HCl,pH8.0,50mM KCl,10μg/ml BSA)中に、 各タンパク質の最終濃度が0.1mMとなるように混合して調製した。 Rad1/10エンドヌクレアーゼを用いる開裂反応は以下のようにして実施 した。1X希釈緩衝液1μL中の基質DNA及びRad1/10複合体15ng (0.1pモル)を氷上で10μLの10mM MOPS,pH7.8,1mM MnCl2と混合した。 次に反応を37℃で5分インキュベートした。停止緩衝液6μLを加えて開裂反 応を停止した。 クリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素を用いる開裂反応はRad1/10開裂 で記載したのと全く同様に行ったが、クリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素は1 0ng加え、37℃でのインキュベーションは3分行った。各基質DNAにつき 未切断又は酵素不含対照を行い、酵素を含む反応で記載したのと同様に調製した が、酵素に代えて滅菌蒸留水を加えた(データ示さず)。 実施例19の記載に従い、開裂生成物(各3μL)を10%変性ポリアクリル アミドゲルの電気泳動で分離し、膜に移して、可視化した。得られるオートラジ オグラフを図69に示す。 図69は、野生型チロシナーゼ基質(配列番号34)(レーン1及び4)、4 19突然変異体(配列番号41)(レーン2及び5)ならびに422突然変異体 (配列番号42)(レーン3及び6)のセンス鎖の開裂生成物に対応する生成パ ターンを示す。レーン1−3は3つの基質DNAをクリーブアーゼ(Cleavase)TM BN酵素とインキュベートして生じる開裂パターンを、そしてレーン4−6は3 つの基質DNAをRad1/10酵素とインキュベートして生じる開裂パターン を示す。”M”で示すレーンは実施例8に記載するようにして調製した分子量マ ーカーを含む。 図69に示す結果は、Rad1/10酵素が基質DNA(レーン4−6)から 独特の開裂パターンを生じることができることを示しており、基質の開裂によっ て生じる生成物の平均の長さはクリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素によって生 じるものよりも長いことを示す。重要なことは、図69に示す結果が、突然変異 体チロシナーゼ基質に見られる単一塩基置換によって、その他の点では類似の開 裂パターンをもつチロシナーゼ基質において特異的変化をもたらすことを証明し たことである(レーン5及び6をレーン4と比較されたい)。Rad1/10に よる突然変異体419基質の消化では、野生型と比較して約40ヌクレオチド以 下のバンドの強度が弱くなっており、1つのバンドがない。一方、突然変異体4 22基質の消化では、42−80ヌクレオチドの領域でいくつかの新しいバンド が出現している。どちらの酵素も同じ反応条件を用いたので、これらの結果はR ad1/10が、クリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素によって認識されたDN A二次構造体中の同じ相違を検出できることを示す。Rad1/10はクリ ーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素によって生じる開裂パターンとは異なるパター ンを生じるが、これはDNAヘアピンの3’末端で開裂が起こり、基質が5’末 端標識を含むときにはより長い断片を生じるからである。 実施例26 二本鎖DNA基質を使用した ヒトβ-グロビン遺伝子における突然変異の検出 実施例13に示した結果は、CleavaseTMBN酵素による一本鎖DNA基質の開裂に よりβ-グロビン遺伝子の断片中の単一の塩基変化が検出できることを示してい る。この実施例においては、β-グロビン遺伝子における突然変異がCleavaseTMB N酵素を使用した二本鎖DNA基質の開裂により検出できることを示す。 PCRを使用して、野生型β-グロビン遺伝子(配列番号56)、変異体1(配列番号 58)及び変異体2(配列番号59)から得た536bp断片を含み、センス鎖上の5'ビオチ ン標識を含む二本鎖基質DNAを生成した。これらの基質のPCR増幅は実施例13a に記載したようにして行った。二本鎖断片のゲル精製及び単離は実施例19aに記 載したようにして行った。 開裂反応は実施例19cに記載したように行った。簡単に述べると、TE中の2μl のストックDNA(80ng)を3μlのH2Oと混合し、95℃で20秒間変性した。変性D NAを70℃に冷却し、2μlの5X CFLPTMバッファーpH7.5、2μlの2mM MnCl2及び1 μl(25ng)の希釈バッファー中の酵素CleavaseTMBNを加え、開裂反応を開始し た。1分後に6μlの停止バッファーを添加して開裂反応を停止した。1μlのCle avaseTMBN酵素の代わりに1μlのH2Oを使用した以外は上記のようにして対照非切 断反応を行った。開裂生成物(各5μl)を、6%変性ポリアクリルアミドゲルでの電 気泳動により分離し、膜に移し、実施例19に記載したようにして可視化した。得 られたオートラジオグラフを図70に示す。 図70は、野生型β-グロビン536bp断片(レーン4)、変異体1断片(レーン5)及び 変異体2断片(レーン6)のセンス鎖の開裂に対応する開裂パターンを示す。レー ン1〜3は、野生型、変異体1及び変異体2基質の非切断対照をそれぞれ示す。 「M」を付したレーンは、実施例8に記載したようにして製造したビオチン化分 子量マーカーを含む。 図70に示したように、野生型開裂パターンと比較した場合、変異体1に存在す る塩基置換により、非切断DNA(レーン5)近くに移動するバンドの強度が減少 する。野生型開裂パターンと比較した場合、変異体2に存在する塩基置換により 主要生成物バンド(約174ヌクレオチド)の直上の領域に存在するバンドが消失 する。 上記の二本鎖開裂反応について、実施例13に記載した単鎖β-グロビンDNA 基質の開裂に使用したものとは異なる反応条件を使用した。二本鎖基質の切断に 使用した条件としては、実施例13で使用した条件と比較して、より低いMnCl2濃 度を使用し、KClは加えず、より高い温度及びより短い反応時間を使用した。二 本鎖及び単鎖β-グロビンDNAの開裂により生成された開裂パターンは若干異 なったが、変異体1及び2についてのパターン変化の位置は実施例13で示された ものと同様であり、両方の二本鎖の場合について塩基置換が検出できた。これら の結果は、より大きいDNA基質における単一の塩基置換により起こるDNA二 次構造のわずかな変化は、DNA基質の単鎖及び二本鎖形態のいずれを使用した 場合もCleavaseTMBN酵素により検出できることを示している。 実施例27 パターンの存在するライブラリーとの比較による未知の ヒトβ-グロビン遺伝子CFLPTMパターンにおける突然変異の同定 実施例13に示した結果は、CleavaseTMBN酵素が試験したβ-グロビン基質のそ れぞれから開裂生成物のユニークなパターンを生成することを示している。バン ド形成パターンの相違は野生型及び各変異体の間に見られ、また異なるバンド形 成パターンが各変異体についてみられ、変異体を野生型から区別することを可能 とするだけでなく、各変異体を他のものから区別することも可能とする。同定と 分類のためにCleavaseTM反応の生成物をこれまでに特性化された変異体と比較す ることができることを示すため、β-グロビン変異体の第二のセットを特性化し 、実施例13において分析したセットとの比較によりCFLPTMパターンを使用して第 二のセット中の変異体が第一のセットのいずれかのものと同じであるか、第二の セットに対してはユニークなものであるかどうかを判断した。これらの単離物は 全てこれまでに記載されたものであるが(これらの単離物については本実施例の 最後に具体的に記載する)、番号だけを記載したサンプルを使用して「ブライン ド」で実験を行った。 5つのβ-グロビン変異体を第一のセット、野生型β-グロビン遺伝子(配列番 号56)、または変異体1(配列番号58)、変異体2(配列番号59)あるいは変異体3(配 列番号57)からのCFLPTMパターンと比較した。これらの5つの新しい単離物を含 むプラスミドを増殖させて精製し、実施例13aにおいて上記したように5つのβ- グロビン遺伝子のそれぞれについて534及び536ヌクレオチド長の単鎖基質DNA を調製した。開裂反応を行い、反応生成物を実施例13に記載したようにして分離 した。得られたオートラジオグラフを図71に示す。 図71においては2つのパネルを示す。パネルAは実施例13に記載した(そして 図40に示した)β-グロビン単離物からの反応生成物を示す。パネルBは番号4、 5、6、7及び8を付した5つの追加の単離物の反応生成物を示す。「M」を付 したレーンは実施例8に記載したようにして製造したビオチン化分子量マーカー を含む。 パネルAに示したCFLPTMパターンとの比較によりパネルBに示した単離物を特 性化できる。単離物4(パネルB、レーン1)のバンド形成パターンはパネルA (レーン1)に示した野生型β-グロビン基質についてみられたものと同じであ り、単離物8(パネルB、レーン5)は先に特性化された変異体3(パネルA、 レーン4)と同等であり、単離物6(パネルB、レーン3)はパターンの2つの 領域において変化を有しており、単離物2(パネルA、レーン3)及び3(パネ ルA、レーン4)の両方の特徴を有しているようであり、単離物5及び7(それ ぞれパネルB、レーン2及び4)は同一であるようであり、パネルAでは見られ ないパターンを示すことが判る。 その後、異なる単離物の間の関係を確認するため、PCRプライマー[5'-ビオチ ン化KM29プライマー(配列番号54)及び5'-ビオチン化RS42プライマー(配列番号 55)]を使用してfmoleTMDNA Sequencing System(Promega Corp.,Madison,W I)での、製造者の方法に従ったプライマー延長配列決定により突然変異の実体 を同定した。配列決定反応は、実施例13bに記載したβ-グロビンCFLPTM反応に使 用したものと同じ手順により可視化した。 CFLPTMパターン分析により当初のセットのメンバーとマッチした2つの単離物 は配列においてもマッチした。単離物4は野生型配列(配列番号56)と同じであ り、単離物8は変異体3(配列番号57)の複製物である。 CFLPTMパターンによれば単離物6は当初のセットの変異体2及び変異体3の両 方と同様な変化を有するようである。変異体6(配列番号69)の配列は、それが 変異体3とは1つの塩基変化、コドン3におけるCからTへのサイレント置換を 有していることを示している。変異体6は、変異体2(配列番号59)に見られた もののたった4塩基下流のコドン26にGからAへの置換も有する。この突然変異 は、非機能性タンパク質をコードするmRNAのフラクションを生じる隠れたス プライス部位を促進することが示されている[Orkin.S.H.ら(1982)Nature,300: 768]。変異体6及び変異体2の両方が約200ヌクレオチドに移動するバンドにお ける変化を示した(例えば、変異体2においてはバンドが消失するか弱くなるが 、変異体6においては3つの弱いバンドに分離する)が、これらの変化は同一の 外観を有しているものではないことは注目に値する。4ヌクレオチド離れた突然 変異により生じたこれらのCFLPTM変化は互いに区別できる。 最後の2つの単離物5及び7は同一の配列(配列番号70)を有しており、IVS 位置110の最初のイントロン内での単一の塩基の変化が明らかになった。この突 然変異は、β-グロビンタンパク質の翻訳の未成熟な終結を招く異常なスプライ シングと関連している[R.A.Spritzら、(1981)Proc.Natl.Acad.Sci.USA.78 :2455]。これらの変異体についてのCFLPTMにおいて消失するバンド(サイズマー カーと比較して約260ヌクレオチドにおける)が、変異体1(約400ヌクレオチド)及 び変異体2(約200ヌクレオチド)CFLPTMパターンにおける指示バンドの間にあり、 実際の突然変異(標識5'末端からヌクレオチド334)はそれぞれヌクレオチド380及 び207における変異体1及び2のものの間にあることは注目に値する。このよう に、CFLPTM分析は変化の存在を示すだけではなく、位置情報も与える。 図71に示した結果から、試験した最初の4つ(野生型及び3種の変異体)のβ -グロビン基質のそれぞれからCleavaseTMBN酵素により生成された開裂生成物の ユニークなパターンを参照として使用して別のβ-グロビン単離物を特性化した 。バンド形成パターンは全体的な「族的」類似性を示し、それぞれの特定の変異 種に関連する僅かな相違(例えばバンドの消失や移動)を有する。バンド形成パ ターンの相違が野生型と各変異体との間に見られ、また異なるバンド形成パター ン が各変異体に見られ、変異体の野生型からの区別を可能とするばかりではなく、 各変異体を互いに区別することも可能とする。 実施例28 二本鎖開裂パターンに対する反応成分の添加の順の影響 二本鎖DNA基質を使用する開裂反応は2段階工程と考えられる。第1段階は DNA基質の変性であり、第2段階は標的温度での開裂反応の開始である。得ら れる開裂パターンは、変性の間における条件(例えば、DNAが水中で変性され るか、バッファー中で変性されるか等)、及び反応開始の条件(例えば、開裂反 応が酵素の添加により開始されるか、MnCl2の添加により開始されるか等)によ り変化し得る可能性があるので、以下の実験を行った。 得られる開裂パターンに対する反応成分の添加の影響を調べるため、4つの反 応成分(即ち、DNA、CFLPTMバッファー、MnCl2及びCleavaseTMBN酵素)の全 ての混合の組み合わせを変化させた。野生型β-グロビン遺伝子から得た536bp断 片(配列番号56)を含む単一のDNA基質を使用した。基質DNAはセンス鎖の 5'末端にビオチン標識を含み、実施例26に記載したように製造した。 反応成分の添加について異なる組み合わせを変性及び開始段階で使用した8種 の異なる開裂反応で基質を切断した。これらの反応について以下に記載する。 図72は、野生型β-グロビン536-bp基質(配列番号56)のセンス鎖の開裂によ り生成された得られたパターンを示す。レーン1においては、基質DNA(5μl のH2Oと混合したTEの1μl中の40fmoleのDNA)を95℃で10秒変性し、55℃に冷 却し、150mM KClを含む2μlの5X CFLPTMバッファー、1μlの2mM MnCl2及び1μl( 50ng)のCleavaseTMBN酵素を加えることにより反応を開始した。レーン2におい ては、DNAを2μlの5X CFLPTMバッファーの存在下に変性し、1μlのMnCl2及び 1μl(50ng)のCleavaseTMBN酵素を添加することにより55℃で反応を開始した。レ ーン3においては、MnCl2の存在下においてDNAを変性し、バッファー及び酵 素を添加することにより反応を開始した。レーン4においては、変性混合物は基 質DNA及び酵素を含むものとし、反応はバッファー及びMnCl2を添加すること により反応を開始した。レーン5においては、CFLPTMバッ ファー及びMnCl2の存在下に基質DNAを変性し、酵素を55℃で添加した。レー ン6においては、CFLPTMバッファー及び酵素の存在下に基質DNAを変性し、そ の後MnCl2を55℃で添加した。レーン7は非切断対照を示す。レーン8において は、酵素及びMnCl2の存在下にDNAを変性し、次いで55℃でバッファーを加え た。レーン9においては、酵素、MnCl2及びCFLPTMバッファーの存在下に基質D NAを変性し、次いで混合物を55℃で5分間インキュベートした。「M」を付し たレーンは、実施例8に記載したように製造したビオチン化分子量マーカーを含 む。 全ての場合において反応は6μlの停止バッファーを加えることにより停止した 。反応生成物(各5μl)を10%変性ポリアクリルアミドゲルによる電気泳動で分離 し、DNAを膜に移し、実施例19に記載したようにして可視化した。得られたオ ートラジオグラフを図72に示す。 図72に示した結果は、レーン3に示した反応を除いて使用した変性開始プロト コルの殆どが同じ開裂パターンを生成したことを示している。レーン3に示した 反応においては、MnCl2の存在下、CFLPTMバッファーの不存在下にDNAを変性 した。酵素及びMnCl2を変性段階の前に添加した場合(レーン8、9)は、標識 物質は検出されなかった。これらの場合においては、標識は、二本鎖DNAテン プレートの5'末端からの標識のニッブリング(即ち末端ヌクレオチド削除)の結果 物として生成された短いDNA断片の形態で放出された。 図72に示した結果は、反応成分の添加順は、1)MnCl2の存在下、何らかのバッ ファー溶液の不存在下にはDNAを変性すべきでないこと、及び2)CleavaseTMBN 酵素及びMnCl2を変性段階の前にDNAに同時に加えるべきでないことを除いて 、開裂パターンに殆ど影響しないことを示している。これらの2つの例外的な条 件下では、5'標識は酵素により基質の5'末端から除去され、シグナルを喪失する 。 実施例29 CleavaseTM断片長多形態性(CFLPTM) 分析によるヒトp53遺伝子における突然変異の検出 先の実施例に示した結果は、CFLPTM反応によりヒトβ-グロビン及びチロシナ ーゼ遺伝子からの種々のサイズの断片における単一の塩基変化を検出でき、CFLPTM 反応をウイルスの異なる株を同定するのに使用し得ることを示している。次に 、ヒト腫瘍サプレッサー遺伝子p53における単一の塩基変化を検出するCleavaseT M 反応の能力を調べた。ヒトp53遺伝子の突然変異は最もよく見られる腫瘍関連遺 伝子変化であり、p53遺伝子における突然変異はヒト癌の全ての場合の約半分に 見られる。 CleavaseTMBN酵素の、ヒトp53遺伝子から得たDNA断片を開裂する能力、及 び同じサイズの断片における単一の塩基変化を検出する能力を調べた。野生型ま たは変異体p53配列のいずれかを含むcDNAクローンを有するプラスミドを使 用してCFLPTM反応における分析用のテンプレートを製造した。p53遺伝子はかな り大きく、20,000塩基対にわたり、11のエキソンに分かれる。cDNAから得た テンプレートを使用することにより、所与のサイズのDNA断片において調べら れるタンパク質コード配列の量を最大にすることができる。 野生型ヒトp53 cDNA遺伝子のコード領域のヌクレオチド配列を配列番号79 に示す。変異体143ヒトp53 cDNA遺伝子のコード領域のヌクレオチド配列を 配列番号80として示す。変異体249(サイレント)ヒトp53 cDNA遺伝子のコ ード領域のヌクレオチド配列を配列番号81として示す。以下のようにしてこれら の3種のp53 cDNAからエキソン5〜8に渡る601ヌクレオチド断片を生成し た。 A) 基質DNAの調製 6種の二本鎖基質DNAをCFLPTM反応における分析のために調製した。これら の基質は5'あるいは3'末端にビオチン標識を有するものとした。野生型基質はヒ トp53遺伝子のcDNA配列のエキソン5〜8に渡る601ヌクレオチド断片(配列 番号79)を含む[Baker,S.J.ら、Science(1990)249:912]。2つの突然変異を 含む基質を使用した。変異体143基質(配列番号93)は、バリン(GTG)からアラニ ン(GCG)への置換を含むp53変異体V143Aから得られ、この突然変異は単一のヌク レオチド変化により野生型p53エキソン5-8断片と異なっている[Baker,S.J.ら、 Science(1990)249:912]。変異体249(サイレント)基質は、アミノ酸249におけ るAGGからAGAへの単一の塩基変化を含むp53変異体から得られる(配列番号81) 。この単一の塩基変化は対応するアミノ酸変化を生じず、従って サイレント突然変異と呼ばれる。 前記601bp二本鎖PCRフラグメントは以下のようにして生成した。プライマー対 5'-TCTGGGCTTCTTGCATTCTG(配列番号82)及び5'-GTTGGGCAGTGCTCGCTTAG(配列番号8 3)を使用してPCRを開始した。合成プライマーはIntegrated DNA Technologies(C oralville,IA)から入手した。これらのプライマーは、USB-Amersham(Clevelan d,OH)から購入したOligonucleotide Biotinylation Kitを使用して製造者のプ ロトコルに従って、その5'末端においてビオチン化した。センス鎖をCFLPTM反応 において分析する場合は、配列番号82として挙げたプライマーの5'末端をビオチ ンで標識した。CFLPTM反応でアンチセンス鎖を分析する場合は、配列番号83とし て挙げたプライマーの5'末端をビオチンで標識した。 野生型p53 cDNAから得た601bp断片の生成のためのPCRにおいて使用したタ ーゲットDNAはプラスミドCMV-p53-SN3であり[Baker,S.J.ら、上出]、この プラスミドは配列番号79に挙げたコード領域を含むものである。変異体143から 得た601bp断片の生成のためのターゲットはプラスミドCMV-p53-SCX3であり[Bake r,S.J.ら、上出]、このプラスミドは配列番号80,REFに挙げたコード領域を含 むものである。変異体249(サイレント)から得た601bp断片の生成のためのターゲ ットはプラスミドLTR 273Hisであり[Chen.P.-L.ら、Science(1990)250:1576] 、このプラスミドは配列番号81に挙げたコード領域を含むものである。DNAは 細菌に保持される各プラスミドから製造した(プラスミドDNAは標準的な方法 により単離した)。601bp PCR生成物は以下のようにして製造した。 対称PCR反応物は50ngのプラスミドDNA、50pmolのプライマー5'-TCTGGGCTTC TTGCATTCTG(配列番号95)、50pmolのプライマー5'-GTTGGGCAGTGCTCGCTTAG(配列番 号96)及び95μlの1X PCRバッファー中の各50μMのdNTPを含むものとした。反応 混合物を50μlのChillOutTM(MJ Research,Watertown,MA)で重層し、チューブ を95℃に2.5分間加熱した。次いでTaq DNAポリメラーゼ(Promega Corp.,Mad ison,WI)を1X PCRバッファーの5μl中の1.25ユニットの酵素として添加した。 その後チューブを95℃に45秒間加熱し、55℃に45秒間冷却し、72℃に75秒間加熱 する工程を34サイクル行い、最後のサイクルの後に72℃で5分間インキュベート した。 PCR生成物を以下のようにゲル精製した。最終濃度0.4MのNaCl、20μgのグリコ ーゲンキャリアー及び500μlのエタノールを加えて生成物を沈殿させた。遠心分 離によりDNAをペレット化し、等容量の95%ホルムアミド、20mM EDTA及びキシ レンシアノール及びブロモフェノールブルーをそれぞれ0.05%含む溶液を添加し た25または50μl殺菌蒸留水にPCR生成物を再懸濁した。その後チューブを85℃で 2分加熱し、0.5X TBEを含むバッファー中に7M尿素を含む6%ポリアクリルアミド ゲル(19:1架橋)での電気泳動により反応生成物を分離した。DNAをエチジウ ムブロミド染色により可視化し、0.5M NH4OAc、0.1%SDS及び0.1%EDTAを含む溶液 中へのパッシブディフュージョンを一晩行うことにより601bp断片をゲルスライ スから切り出した。4μgのグリコーゲンキャリアの存在下にDNAをエタノー ルにより沈殿させた。DNAをペレット化し、殺菌蒸留水中に再懸濁し、水性最 終濃度0.2MのNaCl及び80%エタノールを添加することにより再沈殿させた。2回 目の沈殿の後、DNAをペレット化し、30μl殺菌蒸留水またはTE中に再懸濁さ せた。 これらの601bpテンプレートのヌクレオチド配列を配列番号84〜89に挙げる。6 01ヌクレオチド野生型断片のセンス鎖を配列番号84に挙げる。601ヌクレオチド 野生型断片のアンチセンス鎖を配列番号85に挙げる。601ヌクレオチド変異体143 断片のセンス鎖を配列番号86に挙げる。601ヌクレオチド変異体143断片のアンチ センス鎖を配列番号87に挙げる。601ヌクレオチド変異体249(サイレント)断片の センス鎖を配列番号88に挙げる。601ヌクレオチド変異体249(サイレント)断片の アンチセンス鎖を配列番号89に挙げる。 B) 開裂反応条件 開裂反応物は、5μlの殺菌蒸留水の全容量中に約100fmoleの得られた二本鎖 基質DNA(この基質はセンスまたはアンチセンス鎖の5'末端にビオチン部分を 含む)を含むものとした。反応物を95℃に15秒加熱して基質を変性させ、その後 素早く50℃に冷却した(この段階により、相補的塩基間の鎖内水素結合の形成が 可能となりDNAが特有の二次構造を取る)。 95℃に15秒加熱し、その後直ちに50℃に冷却するようにプログラムされたサー モサイクラー(MJ Research,Watertown,MA)内で反応を行った。 チューブを50℃の反応温度に冷却した後、以下の成分、0.2μlのCleavaseTMBN を含む5μlの希釈酵素混合物[50g/μl 1X CleavaseTMBN希釈バッファー(0.5% NP 40,0.5% Tween20,20mMトリス-Cl,pH8.0,50mM KCl,10μg/ml BSA]: 1μlの1 0X CFLPTM反応バッファー(100mM MOPS,pH7.5,0.5% NP40,0.5% Tween20)及び1 μlの2mM MnCl2を加えた。 それぞれの調べたPCR断片について酵素を含まない対照(10μl)を平行して設け た。この対照は、CleavaseTMBN酵素を殺菌蒸留水で置き換えたことのみにおいて 上記の反応混合物と異なるものであった。3分後に8μlの停止バッファーを加え ることにより反応を停止した。 その後サンプルを85℃に2分間加熱し、4μlのそれぞれの反応混合物を、0.5X TBEを含むバッファー中に7M尿素を含む6%ポリアクリルアミドゲル(19:1架橋)で の電気泳動により分離した。 電気泳動の後、ゲルプレートを分離してゲルが1つのプレート上で平坦なまま となるようにした。0.5X TBEで前もって濡らした孔径0.2μmの正に帯電したナイ ロン膜(Schleicher and Schuell,Keene,NH)を露出したアクリルアミドゲル上 に重ねた。ゲルと膜の間に残った気泡を全て除去した。その後2枚の3MM濾紙(Wh atman)を膜上に置き、他方のガラスプレートを戻し、サンドウィッチ状のものを クリップで挟んだ。移動は一晩行った。移動の後、膜を注意深くゲルから剥がし 、1X Sequencase Images Blocking Buffer(United States Biochemical)により1 5分の間隔で穏やかに攪拌しながら2回洗浄した。膜のcm2あたり3/10mlのバッフ ァーを使用した。ストレプトアビジン−アルカリホスファターゼ抱合体(SAAP,U nited States Biochemical,Cleaveland,OH)を1:3000の希釈度でブロッキング 溶液に直接加え、15分間攪拌した。膜を0.1%SDSを含む1X SAAPバッファー(100mM トリス-HCl,pH10: 50mM NaCl)中で、膜のcm2あたり0.5ml使用して3回(5分/洗 浄)洗浄した。次いで膜を、SDSを含まないが1mM MgCl2を含む1X SAAPバッファー で2回洗浄し、十分に水分を切り、ヒートシール可能な袋に入れた。殺菌ピペッ トチップを使用して、0.05ml/cm2のCDP-StarTM(Tropix,Bedford,MA)を袋に加 え、5分間膜に行き渡らせた。袋から余分な液体と気泡を全て除いた。その後膜 をX-線フィルム(Kodak XRP)に露出し、最初の30分間の 露出を行った。露出時間は解像度と明度を得るのに必要なように調整した。得ら れたオートラジオグラフを図73に示す。 図73においては、Mと表示したレーンはビオチン化分子量マーカーを含む。マ ーカー断片はAmersham(Arlington Heights,IL)から購入した。レーン1〜4は 、CleavaseTMBN酵素の不存在下での二本鎖DNA基質のインキュベート(即ち非 切断対照)から得られた反応生成物を含む。レーン1は601bp PCR断片のセンス 鎖に標識した野生型断片を含む。レーン2は601bp PCR断片のセンス鎖に標識し た変異体143断片を含む。レーン3はPCR生成物のアンチセンス鎖に標識した野生 型断片を含む。レーン4はPCR生成物のアンチセンス鎖に標識したアミノ酸249に おけるサイレント突然変異をコードする断片を含む。レーン5〜8は601bp二本 鎖基質をCleavaseTMBN酵素とインキュベートして得られた反応生成物を含む。レ ーン5はセンス鎖に標識した野生型断片を使用して生成した生成物を含み、レー ン6はセンス鎖に標識した変異体143を使用して生成した生成物を含む。レーン 7及び8はアンチセンス鎖に標識した野生型及び変異体249(サイレント)基質 をそれぞれ使用して生成した生成物を含む。 図73に示した結果は、CleavaseTMBN酵素による野生型及び変異体を含むテンプ レートの消化により類似しているがはっきりと異なる開裂生成物のパターンが得 られたことを示している。レーン5と6との比較により、100ヌクレオチドの範 囲のバンドパターンにおける相違が明らかである。具体的には、野生型に存在す る強いバンド(100ヌクレオチド付近)がV143A変異体では失われるが、この強いバ ンドの直下の2つのバンドは前記変異体において顕著であり、野生型では明確で ない。200ヌクレオチドの範囲においては、野生型において見られる明確なダブ レットは変異体では失われており、その代わり野生型ダブレットよりもわずかに 速く移動する強い単一のバンドを含んでいた。同様に、レーン7及び8の比較に より、野生型断片と変異体249(サイレント)断片のアンチセンス鎖の開裂から生 成されたパターンの間の相違が明らかである。100ヌクレオチドの範囲において は、野生型断片は強いダブレットを示したが、このダブレットの上側のバンドは 変異体249(サイレント)断片においては見られなかった。さらに、150〜180bpの 範囲に野生型パターンにおいて存在する2つの優勢なバンドは変異体249(サ イレント)開裂生成物には全く見られなかった。 図73において分析した各変異体断片は601ヌクレオチドの1つのみにおいて野 生型と異なるが、それぞれについて開裂断片の独特なパターンが生成された。さ らに、DNA配列変化の直近(即ち10〜20ヌクレオチドの範囲内)において各変 異体で少なくとも1つのパターン変化が起こった。この実験は、CFLPTMがp53遺 伝子のエキソン5〜8を含むPCR断片における単一の塩基変化の存在を区別でき ることを示している。 実施例30 ヒトp53遺伝子のPCR断片における 遺伝子工学的に形成された突然変異の検出 ヒトp53遺伝子のエキソン5〜8を含むPCR断片中に遺伝子工学的に形成された 単一の塩基変化を検出するCleavaseTMBN酵素の能力を分析した。導入した単一の 塩基変化は、1)アミノ酸249におけるアルギニン(AGG)からセリン(AGT)への変化( R249S突然変異と称する)及び2)アミノ酸273におけるアルギニン(CGT)からヒスチ ジン(CAT)への変化(R273H突然変異と称する)であった。これらの突然変異はいず れもヒト腫瘍において見られ、突然変異ホットスポットとして同定されている[H ollsteinら、Science 253:49(1991)]。R249S突然変異は、アフラトキシンBに曝 されること及び/またはB型肝炎ウイルスによる感染と強い相関を有している[Ca ron de Fromental and Soussi,Genes,Chromosomes and Cancer(1992)pp.1-15 ]。R273H突然変異は、CpGジヌクレオチドにおける変化の結果として起こる。そ のような変化は公知のp53突然変異の約3分の1に達し、種々の腫瘍型の特徴で ある[Caron de Fromental and Soussi,上出: Hollsteinら、上出]。 R249S及びR273H突然変異を含むプラスミドはR.Higuchi[PCR Technology: Pri nciple and Applications for DNA Amplificarion,H.A.Ehrlich,Ed.(1989)St ockton Press.NY.pp.61-70]により記載されたプロトコルを改変したものによ り製造した。この方法により、公知のp53突然変異に対応するDNA配列を含む プラスミドのコレクションを製造できる。このコレクションが使用できる ことにより、CleavaseTM酵素を使用したp53変異体の開裂により生成されたCFLPT Mパターンを含むp53「バーコード」ライブラリーが生成される。 A) R249S突然変異を含む601bp PCR断片の構築 R249S突然変異を含む601 bp断片を生成するために、2段階の組換体PCRを行っ た(この2段階組換体PCRの概略については図6を参照)。最初、あるいは「上 流」PCRにおいては、オリゴヌクレオチド5'-TCTGGGCTTCTTGCATTCTG(配列番号82) 及び5'-GAGGATGGGACTCCGGTTCATG(配列番号90)を使用してR249S突然変異を生じる GからTへの塩基変化を含む427bp断片を増幅した。この427bp断片の配列は配列番 号98に挙げる。第2の、あるいは「下流」PCRはオリゴヌクレオチド5'-CATGAACC GGAGTCCCATCCTCAC(配列番号91)及び5'-GTTGGGCAGTGCTCGCTTAG(配列番号83)を使 用して相補鎖に同じ塩基変化を含む196bp断片を増幅した。この196bp断片の配列 は配列番号99に挙げる。 各PCRについて、野生型p53遺伝子をコードするcDNAクローン(配列番号79 に挙げたコード領域)の10ngを50μl PCR反応物中でテンプレートとして使用し た。上流断片の場合は、45μlの1X PCRバッファー中の5pmoleのオリゴヌクレオ チド5'-TCTGGGCTTCTTGCATT CTG(配列番号82)、5pmoleのオリゴヌクレオチド5' -GAGGATGGGACTCC GGTTCATG(配列番号90)及び50μMの各dNTPを含むチューブに10n gのテンプレートを加えた。下流断片については、1X PCRバッファー中の5pmole のオリゴヌクレオチド5'-CATGAACCGGAGTCCCATCCTCAC(配列番号91)及び5pmoleの オリゴヌクレオチド5'-GTTGGGCAGTGCTCGCTTAG(配列番号83)及び50μMの各dNTPに 、10ngの野生型テンプレート、プラスミドCMV-p53-SN3(実施例29)を加えた。 増幅される各テンプレートについて上記混合物の45μlを含むチューブに50μl のChillOutTM(MJ Research,Watertown,MA)を重層し、チューブを95℃に2.5分 間加熱し、その後70℃に冷却した。Taq DNAポリメラーゼ(Promega)を1X PCR バッファーの5μl中の1.25ユニットの酵素として添加した。その後24サイクルに 渡ってチューブを95℃に45秒間加熱し、55℃に45秒間冷却し、72℃に75秒間加熱 し、最後のサイクルの後に72℃で5分間インキュベートした。 PCR生成物を以下のようにゲル精製した。10μlの各PCR生成物を10μlの停 止バッファーと混合した。その後チューブを85℃で2分加熱し、0.5X TBEを含む バッファー中に7M尿素を含む6%ポリアクリルアミドゲル(19:1架橋)での電気泳動 により反応生成物を分離した(使用したポリアクリルアミドゲル溶液は新しく調 製した)。DNAをエチジウムブロミド染色により可視化し、0.5M NH4OAc、0.1 %SDS及び0.1%EDTAを含む溶液中への37℃におけるパッシブディフュージョンを一 晩行うことにより断片をゲルスライスから切り出した。 各溶出PCR生成物の10μlを合わせて組換体テンプレートとして使用し、2回目 のPCRを開始した。このテンプレートに、1X PCRバッファー中の10pmoleの5'-ビ オチンエキソン8プライマー(配列番号83)、10pmoleの5'-エキソン5プライマ ー(配列番号82)及び各50μMのdNTPを加えた。増幅される各テンプレートにつ いて上記混合物の90μlを含むチューブに50μlのChillOutTM(MJ Research,Wate rtown,MA)を重層し、チューブを95℃に2.5分間加熱し、その後70℃に冷却した 。Taq DNAポリメラーゼ(Promega)を1X PCRバッファーの5μl中の2.5ユニット の酵素として添加した。その後チューブを95℃に45秒間加熱し、47℃に冷却して 2つのテンプレート分子をアニールさせ、次いで72℃に加熱してTaq DNAポリ メラーゼによりプライマーを延長した。この変性、アニーリング及び延長の最初 のサイクルの後、反応物を95℃に45秒間加熱し、55℃に45秒間冷却し、72℃に1 分間加熱するサイクルを25サイクル行い、その後72℃で5分間延長した。その後 実施例29に記載したようにして断片をエタノール沈殿させ、ゲル精製した。 B) R273H突然変異を含む601bp PCR断片の構築 R273H突然変異を含む601bp断片を生成するために、a)の項に記載した手順を使 用して2段階の組換体PCRを行い、アミノ酸273においてアルギニン(CGT)からヒ スチジン(CAT)への単一の塩基変化をコードするPCR断片を同時に増幅した。最初 、あるいは「上流」PCRにおいては、オリゴヌクレオチド5'-TCTGGGCTTCTTGCATTC TG-3'(配列番号82)及び5'-GCACAAACATGCACCTCAAAGCT-3'(配列番号92)を使用して 配列番号100に挙げた498bp断片を生成した。第2の、あるいは「下流」PCRでは 、オリゴヌクレオチド5'-CAGCTTTGAGGTGCATGTTTGT-3'(配列番号93)をオリゴヌ クレオチド5'-GTTGGGCAGTGCTCGCTTAG-3'(配列番号83)と対とし て配列番号101に挙げた127ヌクレオチド断片を生成した。これらのDNA断片を 電気泳動にかけ、溶出し、合わせてa)の項に記載したようにして2回目のPCRを 開始し、R273H突然変異を含む601bp PCR生成物を生成した。 C) 601ヌクレオチドPCR断片の配列分析 この2段階PCR手順から生成された組換体601bp PCR生成物を実施例29に記載 ゴヌクレオチド5'-ビオチン-GTTGGGCAGTGCTCGCTTAG(配列番号83)とともに使用し て、製造者による標準的なプロトコルによりPCR生成物を配列決定し、形成した 突然変異の存在を確かめた。 601ヌクレオチドR249S変異体断片のセンス鎖に対応するヌクレオチド配列は配 列番号94に挙げる。601ヌクレオチドR249S変異体断片のアンチセンス鎖は配列番 号95に挙げる。601ヌクレオチドR273H変異体断片のセンス鎖は配列番号96に挙げ る。601ヌクレオチドR273H変異体断片のアンチセンス鎖は配列番号97に挙げる。 D) 開裂反応 その後のCFLPTM分析のための多量のDNAを生成するため、追加のPCRの繰り 返しでR249SまたはR273H突然変異のいずれかを含む601bp断片をテンプレートと して使用した。それぞれの601bp断片の約2fmoleを、配列番号82及び83(配列番 号83は5'末端にビオチンを含む)に対応するプライマーの20pmole、dNTPをそれ ぞれ50μM,20mMトリス-HCl,pH8.3,1.5mM MgCl2,50mM KCl,0.05% Tween20及 び0.05% NP40に加えた。90μlの上記混合物を含むチューブをそれぞれの増幅す るテンプレートについて用意し、各チューブに50μlのChillOutTM(MJ Research ,Watertown,MA)を重層し、チューブを95℃に2.5分間加熱し、その後70℃に冷 却した。その後Taq DNAポリメラーゼ(Promega)を1X PCRバッファーの5μl中 の2.5ユニットの酵素として添加した。その後チューブを95℃に45秒間加熱し、4 ℃Cに冷却して2つのテンプレート分子をアニールさせ、次いで72℃に加熱してT aq DNAポリメラーゼによりプライマーを延長した。この変性、アニーリング 及び延長の最初のサイクルの後、反応物を95℃に45秒間加熱し、55℃に45秒間冷 却し、72℃に1分間加熱するサイクルを25サイクル行い、その後72 ℃で5分間延長した。その後実施例29に記載したようにして断片をエタノール沈 殿させ、ゲル精製した。その後ゲル精製した断片を以下のようにCFLPTM反応に使 用した。 開裂反応物は、5μlの全容量(容量を5μlにするのに殺菌蒸留水を使用した) 中に約100fmoleの得られた二本鎖基質DNA(この基質はセンスまたはアンチセ ンス鎖の5'末端にビオチン部分を含む)を含むものとした。反応物を95℃に15秒 加熱して基質を変性させ、その後素早く50℃に冷却した(この段階により、相補 的塩基間の鎖内水素結合の形成が可能となりDNAが特有の二次構造を取る)。 反応は、95℃に15秒加熱し、その後直ちに50℃に冷却するようにプログラムされ たサーモサイクラー(MJ Research,Watertown,MA)内で行うか、チューブを手作 業で95℃にセットしたヒートブロック上に載せ、次に50℃にセットしたヒートブ ロック上に移動して行った。 チューブを50℃の反応温度に冷却した後、0.2μlのCleavaseTMBN酵素を含む5 μlの希釈酵素混合物[50ng/μl 1X CleavaseTM希釈バッファー(0.5% NP40,0.5% Tween20,20mMトリス-Cl,pH8.0,50mM KCl,10μg/ml BSA)]、1μlの10X CFLPTM 反応バッファー(100mM MOPS,pH7.5,0.5% NP40,0.5% Tween20)及び1μlの2m M MnCl2を加えた。それぞれの調べたPCR断片について平行して酵素を含まない10 μlの対照を設けた。この対照は、CleavaseTMBN酵素を殺菌蒸留水で置き換えた ものであった。50℃での2分の後に8μlの停止バッファーを加えることにより反 応を停止した。 サンプルを85℃に2分間加熱し、7μlのそれぞれの反応物を0.5X TBEを含むバ ッファー中の7M尿素を含む10%ポリアクリルアミドゲル(19:1架橋)での電気泳動 により分離した。 電気泳動の後、ゲルプレートを分離してゲルが1つのプレート上で平坦なまま となるようにした。0.5X TBEで前もって濡らした孔径0.2μmの正に帯電したナイ ロン膜(Schleicher and Schuell,Keene,NH)を露出したアクリルアミドゲル上 に重ねた。ゲルと膜の間に残った気泡を全て除去した。その後2枚の3MM濾紙(Wh atman)を膜上に置き、他方のガラスプレートを戻し、サンドウィッチ状のものを クリップで挟んだ。移動は一晩行った。移動の後、膜を注意深くゲルから剥 がし、1X Sequencase Images Blocking Buffer(United States Biochemical)に より15分の間隔で穏やかに攪拌しながら2回洗浄した。膜のcm2あたり3/10mlの バッファーを使用した。ストレプトアビジン−アルカリホスファターゼ抱合体(S AAP,United States Biochemical,Cleaveland,OH)を1:3000の希釈度でブロッ キング溶液に直接加え、15分間攪拌した。膜を0.1%SDSを含む1X SAAPバッファー (100mMトリス-HCl,pH10: 50mM NaCl)中で、膜のcm2あたり0.5ml使用して3回(5 分/洗浄)洗浄した。次いで膜をSDSを含まないが1mM MgCl2を含む1X SAAPバッフ ァーで2回洗浄し、十分に水分を切り、ヒートシール可能な袋に入れた。殺菌ピ ペットチップを使用して、0.05ml/cm2のCDP-StarTM(Tropix,Bedford,MA)を袋 に加え、5分間膜に行き渡らせた。袋から余分な液体と気泡を全て除いた。その 後膜をX-線フィルム(Kodak XRP)に露出し、最初の30分間の露出を行った。露出 時間は解像度と明度を得るのに必要なように調整した。結果を図74に示す。 図74においては、Mと表示したレーンはビオチン化分子量マーカーを含む。マ ーカー断片はAmersham(Arlington Heights,IL)から購入したものであり、50、1 00、200、300、400、500、700及び1000ヌクレオチド長に対応するバンドを含む ものである。レーン1〜4は、CleavaseTMBN酵素の不存在下でのアンチセンス鎖 に標識された二本鎖DNA基質のインキュベートから得られた反応生成物を含む 。レーン1は野生型断片(配列番号85)からの反応生成物を含む。レーン2は形 成したR249S突然変異(配列番号95)からの反応生成物を含む。レーン3は249( サイレント)突然変異(配列番号89)からの反応生成物を含む。レーン4は形成 したR273H突然変異(配列番号97)からの反応生成物を含む。 レーン5〜8は、CleavaseTMBN酵素の存在下でインキュベートした場合のこれ らのテンプレートのそれぞれのセンス鎖から生成された開裂生成物を含む。レー ン5は野生型断片(配列番号84)からの開裂生成物を含む。レーン6はR249S断 片(配列番号94)からの開裂生成物を含む。レーン7は249(サイレント)変異体 断片(配列番号88)からの開裂生成物を含む。レーン8はR273S断片(配列番号9 6)からの開裂生成物を含む。 図74に示した結果は、単一の塩基変化を含むこれらのテンプレートのそれぞれ から、類似しているがはっきりと異なる開裂のパターンが生成されたことを示し ている。レーン6は、レーン5に示した野生型のパターンと比較したときに、15 0〜180ヌクレオチドの範囲のバンドが弱化し、100ヌクレオチド範囲のバンドが 消失することを示している。さらにレーン6は140ヌクレオチド範囲の新たなバ ンドの出現と、約120ヌクレオチドのダブレットの上部バンドの強度の増加を示 している。R249S(レーン6)と同じヌクレオチド位置で野生型とは異なっているサ イレント249変異体(レーン7)を調べると、野生型(レーン5)並びにR249S(レーン6 )突然変異の両方に対してのパターンの相違が明らかになった。具体的には、レ ーン5と比較すると、レーン6で見られたように、150〜180ヌクレオチドの範囲 のバンドが弱化し、100ヌクレオチド範囲のバンドが消失することを示している 。しかしレーン7のサンプルは140ヌクレオチド範囲の別のバンドを示さず、レ ーン6で見られた120ヌクレオチド範囲のダブレットの上部バンドの強度の増加 も示さない。この結果は、CFLPTM法が、同じヌクレオチド位置における異なる塩 基の変化を区別できることを示している。 レーン8の反応生成物を調べると、レーン5に示した野生型のパターンと比較 して、R273S断片における100ヌクレオチド範囲のバンドが消失していることが判 る。しかしこのCFLPTMパターンは、150〜180ヌクレオチドの範囲のバンドの弱化 を示さないことにおいてレーン6及び7のものとは異なっており、ゲルのこの領 域においてはこのパターンは野生型断片から生成されたものと実質的に区別でき ない。 上記の結果は、ヒトp53における臨床的に有意義な突然変異を検出するのにCFL PTMを使用できることを示している。さらにこれらの結果は、CFLPTM法は同じ位 置における異なる塩基変化を互いに区別し、また野生型から区別するのに十分な 感度を有していることを示している。またこれらの結果は、公知のp53突然変異 を含むPCR断片のコレクションを製造するのに2-PCR法を使用できることを示して いる。そのようなコレクションにより、異なるp53突然変異により生成されたCFL PTMパターンを含むp53バーコードライブラリーが生成され得る。 実施例31 混合サンプル中の野生型及び変異体配列の存在の検出 混合サンプル中の同じサイズとしたPCR断片の異なる対立遺伝子、例えば異種 接合体あるいは不均一組織、サンプルに見いだされ得るようなものの存在を検出 するCFLPTM反応の能力を調べた。 野生型p53(配列番号84)及び変異体143(配列番号86)601-bp断片について、実施 例29で記載したように、センス鎖上にビオチンラベルを含むPCR生成物を製造し 、精製した。これらのサンプルのアリコートを最終的な濃度が約12.5fmole/μl となるように希釈し、異なる割合で混合し、野生型対変異体DNAの比のスペク トルを得た。種々の組み合わせで混合した各サンプル中の全部で約50fmoleのD NAについて、希釈DNAサンプルの4μlをマイクロフュージチューブに入れ 、95℃で15秒加熱した。このチューブを50℃まで急冷し、0.2μlのCleavaseTMBN 酵素を含む希釈酵素混合物[50ng/μlの1XCleavaseTM希釈バッファー(0.5% NP40 、0.5% Tween20、20mMトリス-Cl,pH8.0,50mM KCl,10μg/ml BSA)]の6μl、1 μlの10X CFLPTM反応バッファー(100mM MOPS,pH7.5,0.5% NP40,0.5% Tween20) 及び1μlの2mM MnCl2を加えた。CleavaseTMBN酵素の代わりに滅菌蒸留水を用い た点で異なる、酵素を含まない対照10μlを調べた各PCR断片について並行して用 意した。50℃で1.5分経過後、停止バッファー8μlを加えて反応を停止した。さ らに混合サンプルとの比較のために、4μlの野生型のみ及び4μlのV143Aのみ を同様の方法で分析した。 サンプルを85℃で2分間加熱し、0.5X TBEを含むバッファー中の7Mの尿素を含 む10%ポリアクリルイミドゲル(19:1架橋)での電気泳動により7μlの反応物を分 離した。 電気泳動後、ゲルプレートを離し、ゲルが1枚のプレート上で平坦なままにな るようにした。予め0.5X TBEで濡らした孔径0.2μmの正に帯電したナイロン膜(S chleicher and Schuell,Keene NH)を露出したアクリルアミドゲル上に重ねた。 ゲルと膜との間の気泡をすべて除去した。2枚の3MM濾紙(Whatman)を膜の上に置 き、他方のガラス板を再び置き、サンドイッチ状のものをクリップで挟んだ。移 動は一晩行った。移動後、膜をゲルから注意深く剥がし、穏やかに攪拌しながら 1X Sequencase Inages Blocking Buffer(United States Biochmical)中で15分 間隔で2回洗浄した。膜1cm2に対し、3/10mlのバッファーを使用した。スト レプトアビジン−アルカリフォスファターゼ抱合体(SAAP,United States Bioch emical,Cleaveland,OH)を1:3000希釈度まで直接ブロッキング溶液に加え、15 分間攪拌した。膜を、0.1%のSDSを含む1X SAAPバッファー(100mMトリス-HCl,pH 10,50mM NaCl)中で、膜1cm2につき0.5ml用いて、3回(5分/洗浄)洗浄した。次 いで膜をSDSを含まないが1mM MgCl2を含む1X SAAPバッファーで2回洗浄し、十 分に水分を切り、ヒートシール可能な袋に入れた。殺菌ピペットチップを使用し て、0.05ml/cm2のCDP-StarTM(Tropix,Bedford,MA)を袋に加え、5分間膜に行 き渡らせた。袋から余分な液体と気泡を全て除いた。その後膜をX-線フィルム(K odak XRP)に露出し、最初の30分間の露出を行った。露出時間は解像度と明度を 得るのに必要なように調整した。得られたオートラジオグラムを図75に示す。 図75においては、Mと表示したレーンはビオチン化分子量マーカーを含む。マ ーカーはAmersham(Arlington Heights,IL)から入手したものであり、50、100、 200、300、400、500、700及び1000ヌクレオチド長に対応するバンドを含むもの である。レーン1及び2は、それぞれ野生型及びV143A変異体断片についての酵 素を含まない対照からの反応生成物を含んでいる。レーン3は、野生型断片のみ を含むサンプルからの開裂生成物を含んでいる。レーン4は、1:1の比で混合 した野生型及び変異体断片からの開裂生成物を含んでいる。レーン5は、野生型 及び変異体断片を1:2の比で含む反応からの開裂生成物を含んでいる。レーン 6は、野生型と変異体断片が1:9の比で存在する反応生成物を含んでいる。レ ーン7はV143A変異体DNAだけを含むサンプルからの開裂生成物を含んでいる 。レーン8は、野生型及び変異体を2:1の比でで混合した開裂生成物を含んで いる。レーン9は、野生型及び変異体を4:1の比で混合した開裂生成物を含ん でいる。レーン10は、野生型及び変異体を9:1の比で混合した開裂生成物を含 んでいる。 図75に示す結果は、異なる対立遺伝子の存在を混合サンプル中で検出できるこ とを示している。レーン4〜6及びレーン8〜10をレーン3またはレーン7と比 較すると、混合反応物を含むレーンはいずれかのサンプルのみから識別できる差 異を示すことがわかる。特に100ヌクレオチド領域では、変異体ではシフトする ダブレットが野生型サンプルにある(実施例29の図74の考察を参照)。レーン3及 び7では1つあるいは他の対のいずれかだけを検出できたのに対し、混合サンプ ル中ではにこれらの3つのバンド全てが存在している(レーン4〜6及びレーン 8〜10)。 実施例32 CleavaseTM断片長多形性分析による C型肝炎ウイルス遺伝子型の検出と同定 C型肝炎ウイルス(HCV)感染は、世界中で輸血後の非A非B(NANB)肝炎の主要 な原因となっている。さらにHCVは、世界的に肝細胞癌(HCC)及び慢性肝疾患の主 要な病原物質となっている。小さい(9.4kb)RNAゲノムの分子生物学的分析に より、他の領域がかなり急速な突然変異を起こすのに対し、ゲノムのある領域は 単離物間で非常に高度に保存されることが示されている。この分析では、これら ウイルスを6種の基本的な遺伝子型群に分け、さらにいくつかのサブタイプに分 類している[Altamiranoら、J.Infect.Dis.171:1034(1995)]。これらウイルス 群は異なる地理学的地域と関連があり、疾病の監視においては、流行発生の病原 物質を正確に同定することが重要である。アメリカ合衆国では遺伝子型1HCVし か見られないが、ヨーロッパと日本の両方では複数のHCV遺伝子型が見つかって いる。またHCV遺伝子型は、インターフェロンによる治療の効果の差にも関連し ており、グループ1に感染した個体はほとんど反応を示さない。感染した個体に 存在するHCV遺伝子型を同定することができれば、異なる型のHCVによる感染から の臨床的結果と単一の個体での複数の型のHCVによる感染からの臨床的結果との 比較が可能となる。感染個体をウイルス型について予めスクリーニングすれば、 臨床医はより正確な診断を行うことができ、費用がかかり、しかも効果のない治 療を避けることができることになる。 感染個体に存在するHCVをタイプ分けする迅速且つ正確な方法を開発するため に、CleavaseTM反応によりHCVの主な遺伝子型とサブタイプ間を識別し、検出す ることができるかどうかを調べた。6種の異なるHCV RNA単離物の保存された5' 非翻訳領域から得たDNAを含むプラスミドを使用して、CFLPTM反応での分析用 のテンプレートを生成した。これら6つのプラスミド内に含まれるHCV配列は、 遺伝子型1(1a、1b、1c及びΔ1で表される4つのサブタイプ)、2及び3を代 表するものである。使用したHCV遺伝子型の命名法は、Simmondsらの命名法であ る(Altamiranoら、上出に記載されている)。 A) HCV配列を含むプラスミドの生成 血液提供者の血清サンプルから抽出されたRNAを使用し、RT-PCRによって、 HCVから得た6種のDNA断片を生成した。これらのPCR断片は、M.Altamirano博士 (University of British Columbia,Vancouver)から提供されたものである。こ れらのPCR断片は、HCV遺伝子型1a、1b、1c、Δ1c、2c及び3aから得たHCV配列を 代表する。 RNA抽出、逆転写及びPCRは、標準的な手法[Altamiranoら、J.Infect.Dis .171:1034(1995)]を用いて実施した。簡単に説明すると、グアニジンイソチオ シアネート、ラウリルサルコシン酸ナトリウム及びフェノールクロロホルムを用 いてRNAを100μlの血清から抽出した[Inchauspeら、Hepatology 14:595(1991 )]。逆転写は、外部アンチセンスプライマーHCV342の存在下で、GeneAmprTh逆転 写酵素RNA PCRキット(Perkin-Elmer)を用いて製造者の説明書に従って実施した 。HCV342プライマーの配列は、5'-GGTTTTTCTTTGAGGTTTAG-3'(配列番号102)であ る。RT反応の終了後、センスプライマーHCV7[5'-GCGACACTCCACCATAGAT-3'(配列 番号103)]及びマグネシウムを加え、最初のPCRを行った。最初のPCR生成物のア リコートを、プライマーHCV46[5'-CTGTCTTCACGCAGAAAGC-3')(配列番号104)]及び HCV308[5'-GCACGGTCTACGAGACCTC-3')(配列番号105)]の存在下で、第2の(ネステ ッド)PCRに用いた。これらのPCRにより、HCVゲノムの284及び4位置間のHCVの領 域である、保存5'非コード領域(NCR)に対応する281bp生成物が生成された[Altam iranoら、J.Infect.Dis.171:1034(1995)]。 6種の281bp PCR断片は直接クローニングに使用するか、付加的な増幅段階に かけた。この段階では、10mMトリス-HCl、pH8.3、50mM KCl、1.5mM MgCl2及び0. 1% Tween20を含むバッファー中に、約10fmoleのDNA、それぞれ0.1μMのHCV46 及びHCV308プライマー、100μMの4つ全てのdNTP及び2.5ユニットのTaqポリメラ ーゼを含む50μlのPCRを用いた。PCRは、96℃で45秒、55 ℃で45秒及び72℃で1分のサイクルを25回行った。もとのDNAサンプルあるい は再増幅したPCR生成物の2μlを用いて、製造者のプロトコルに従い、線状pT7B lue T-ベクター(Novagen,Madison,WI)中にクローニングした。PCR生成物をpT7 Blue T-ベクターに結合した後、結合反応混合物を使用してコンピテントJM109細 胞(Promega)を形質変換した。挿入物を有するpT7Blue T-ベクターを含むクロー ンを、40μg/mlのX-Gal、40μg/mlのIPTG及び50μg/mlのアンピシリンを含むLB プレート上で、白色のコロニーの存在により選択した。各PCRサンプルについて 4つのコロニーを採取し、50μg/mlのカルベニシリンを含む2mlのLB培地で一晩 増殖させた。下記のアルカリミニプレッププロトコルを用いてプラスミドDNA を単離した。一晩培養物1.5mlからの細胞をマイクロ遠心分離器(14K rpm)で2分 間遠心分離して集め、上清を捨て、細胞ペレットを10μg/mlのRNアーゼA(Phar macia)を含むTEバッファー50μl中に再懸濁させた。0.2N NaOH、1%SDSを含む溶 液100μlを加え、細胞を2分間溶解させた。溶解物を100μlの1.32M酢酸カリウ ム、pH4.8と静かに混合し、混合物をマイクロ遠心分離器(14K rpm)で4分間遠心 分離して、細胞デブリスを含むペレットを捨てた。プラスミドDNAを200μlの エタノールで上清から沈殿させ、マイクロ遠心分離(14K rpm)によりペレット化 した。DNAペレットを15分間風乾し、次いで50μlのTEに再溶解した。 クローン化されたHCV挿入物を分析するために、30サイクルの増幅を使用した 以外は上記と同様にして、HVCV46及びHCV308プライマーを用いて、1μlのプラス ミドDNA(約10から100ng)を50μlのPCR中で再増幅した。0.5X TBEバッファー 中の6%非変性アクリルアミドゲル(29:1架橋)上での電気泳動によりPCR生成物を 分離し、281bp PCR生成物を生じるクローンをさらに分析するために選択した。 配列決定のために、選択されたクローンからのプラスミドDNAを以下のよう にPEG精製した。TEバッファー中のプラスミドDNA50μl(約10〜100ng/μl)に 、25μlの5M NaCl及び10μlの20%PEG(M.W.8,000:Fisher)を加え、十分に混合 し、混合物を氷上で1時間インキュベートした。次いで混合物を卓上マイクロ遠 心分離(14K rpm)で5分間遠心分離し、ペレットを除去し、上清にさらに20% PEGを15μl加えた。氷上で1時間インキュベートした後、第二のペレットを遠心 分離により集め、上清をすて、ペレットを20μlのH2Oに再溶解させた。PEG精製 プラスミドDNA(約100ng)の2μlを、HCV46あるいはHCV308プライマー 製造者プロトコルに従うサイクル配列決定反応に使用した。HCV46あるいはHCV30 8プライマーは、配列決定反応に用いる前に、Oligonucleotide Biotin Labeling キット(Amersham,Arlington Heights,IL)を用いて、5'末端をビオチン化した 。配列決定反応物は、10%変性アクリルアミドゲル上で分離し、ナイロン膜に移 し、実施例19に記載したように可視化した。 別な方法として、5'末端をテトラクロロフルオレセイン(TET)色素(Integrated DNA Technologies)で標識したBlue-T1[5'-GATCTACTAGTCATATGGAT-3')(配列番号 106)]及びBlue-T2[5'-TCGGTACCCGGGGATCCGAT-3')(配列番号107)]のいずれかを用 いてDNA配列決定を行った。この場合、配列決定反応物は、10%変性アクリル アミドゲル上で分離し、生成物はFMBIO-100 Image Analyzer(Hitachi)を用いて 視覚化した。6種のHCVクローンは、HCV1.1、HCH2.1、HCV3.1、HCV4.2、HCV6.1 及びHCV7.1と称し、これらのクローンの二本鎖DNA配列は、それぞれ配列番号 108〜113に挙げる。6種のHCVクローンそれぞれのセンス鎖の配列は、配列番号1 08〜113の最上行に示す。HCVクローン、HCV1.1、HCH2.1、HCV3.1、HCV4.2、HCV6 .1及びHCV7.1のアンチセンス鎖の配列は、配列番号114〜118にそれぞれ挙げる。 6種のHCVクローンのそれぞれのDNA配列を図76に並べる。図76において、 6種のHCVクローン間の変化を表すヌクレオチドは、太字及びアンダーラインで 示す。配列間の整列を最大化するために導入されたギャップを示すためにダッシ ュを使用する(クローンHCV4.2に見られる挿入のために必要である)。この整列は 、これら6種のHCVクローンが6種の異なる遺伝子型を表すことを示している。H CV1.1は遺伝子型1c HCVを表し、HCV2.1は遺伝子型1a HCVを表し、HCV3.1は遺伝 子型1b HCVを表し、HCV4.2は遺伝子型1c HCVを表し、HCV6.1は遺伝子型2c HCVを 表し、HCV7.1は遺伝子型3a HCVを表している。一つのサンプル、HCV4.2について 、「G」ヌクレオチドの挿入が146位置で見られ(プロティピカルHCVに対し て:Altamiranoら、上出)、HCV NCRには挿入や削除がこれまで報告されたことが ないので、HCV4に対応するPCR生成物から得られた第2の独立クローンが配列決 定された。この第2のHCV4クローンは、HCV4.2について図76に示したのと同じ配 列を有していることがわかった。 B) HCV基質の調製 CFLPTM反応での分析のために、6種の二本鎖基質DNAを調製した。この基質 は、PCR中に標識されたプライマーを用いることによってセンス及びアンチセン ス鎖どちらかの5'末端が標識されており、HCV DNA基質の各鎖をCFLPTM分析す ることができる。 otide Phosphate Labeling Kit(Molecular Probes.Inc.,Eugene.OR)を用い、 製造者のプロトコルに従って、HCV46及びHCV308プライマーの5'末端をTMR色素で 標識した。6種のHCV 281bp NCR配列は全て10ngのテンプレートを用いてa)の項 に記載したように30サイクルの増幅でPCR増幅した。 センス鎖の分析については、TMRで標識されたHCV46プライマー(配列番号104) 及び標識されていないHCV308プライマー(配列番号105)を用いてPCRを行った。ア ンチセンス鎖の分析については、標識されていないHCV46プライマー(配列番号10 4)とTMRで標識されたHCV308プライマー(配列番号105)を用いてPCRを行った。PCR 生成物は、実施例19で記載したように、6%の変性アクリルアミドゲル上で電気泳 動により精製し、一晩溶出した。ゲル精製DNA基質を、20μlのH2Oに濃度約10 0fmole/μlで再溶解した。 C) 開裂反応条件 開裂反応物は、それぞれ0.5%のTween20とNP-40TMR及び10ngのCleavaseTMBN酵 素を含む10nMのMOPS、pH7.5、10μl全量中に、TMR-標識PCR生成物1μl(約100fm oleの二本鎖基質)を含むものとした。MnCl2以外の全ての成分を8μl容量中に 合わせた。反応物を95℃に15秒加熱して基質を変性させ、その後素早く55℃に冷 却した。反応は、95℃に15秒加熱し、その後直ちに55℃に冷却するようにプログ ラムされたサーモサイクラー(MJ Research,Watertown,MA)内で行うか、チュー ブを手作業で95℃にセットしたヒートブロック上に載せ、次に55℃ にセットした第2のヒートブロック上に移動して行った。 チューブを反応温度の55℃まで冷却した後、2μlの1mM MnCl2を添加すること により開裂反応を開始する。55℃で2分経過後、95%ホルムアミド、10mMEDTA及 び0.02%のメチルバイオレットを含む溶液を5μl添加することにより反応を停止 した。 各反応混合物の5μlを85℃で2分間加熱し、0.5X TBEバッファー中の7Mの尿 素を含む12%変性ポリアクリルアミドゲル(19:1架橋)で電気泳動することにより 分離した。ゲルは33ワットで1.5時間泳動させた。標識された反応生成物をFMBIO -100 Image Analyzer(Hitachi)を用いて視覚化した。得られたフルオロイメージ ャースキャンを図77に示す。 図77において、センス鎖上に標識された6種のHCVサンプルの開裂によって生 成されたCFLPTMパターンをレーン1〜6に示す。アンチセンス鎖上に標識された 6種のHCVサンプルの開裂によって生成されたCFLPTMパターンは、レーン7〜12 に示す。分子量マーカーの位置は、フルオロイメージャースキャンの左側に大き な矢印によって示す。マーカーのサイズはヌクレオチドで示す。 図77に示された実験により、6種の別個のC型肝炎ウイルスを区別するCFLPTM の能力が示されている。パネルの左側の6つのサンプル(レーン1〜6)は、セン ス鎖の5'末端が標識されており、右の6つ(レーン7〜12)はアンチセンス鎖の5' 末端が標識されていた。各セットの最初の4つのサンプルは全てHCVタイプ1か ら増幅されたサンプルを含む。サブタイプa、b及びcは、タイプ1c(即ち、Δ1c) の1つの塩基の削除として表される。各鎖の分析から、サブタイプ間の多くの類 似性といくつかの明確な差異とが指摘される。センス鎖における類似性のうち最 も顕著なものは、A、B及びCとして示した優勢なバンドである。具体的には、 バンドB及びCはサブタイプ1a及び1bの両方から生成されたパターンにおいて明 確であるのに対し(そして実際にはサブタイプ1aよりも1bにおいてより優勢であ る)、サブタイプ1cでは殆ど見ることができない。バンドAは、これらサンプル の4つ全部に存在するが、サブタイプ1c及び1aから生成されたパターンにおいて より優勢である。サブタイプ2c及び3aとサブタイプ1サンプルの全てとの間の差 異は、センス鎖の50ntと100ntとの間の領域(バンドD及びEを比較のこ と)及びアンチセンス鎖の80ntと150ntとの間の領域(バンドF〜Jを比較のこと) で明確である。ウイルスタイプ3はタイプ1と同様に見えるが、タイプ2は最も 有意に変化したCFLPTMパターンを示す。この関係は、異なる単離物間の配列の相 違の相対数と一致しているようである。 図77に示す結果から、CFLPTM法がHCV株の遺伝子型を決定する簡単で迅速な方 法を提供することが示された。この方法はHCV感染の診断を容易にし、HCV感染患 者の適切な治療を可能にし、HCVの発生を監視するのに役立つ。 実施例33 結核菌(Mycobacterium tuberculosis) における抗生物質耐性と関連する突然変異の検出 過去10年間、本国及び世界中で結核発生の移しい復活が見られる。世界的規模 では、1年間に報告される新しい症例の数は1990年の750万から2000年までに102 0万に増加すると予想される。結核の復活の警告すべき特徴は、1またはそれ以 上の抗結核剤に耐性のある結核菌株[即ち、複数薬剤耐性結核(MDR-TB)]を呈する 患者数の増加である。 抗生物質リファンピン(rif)及びイソニアジド(inh)のどちらかあるいは両方に 対する耐性は、結核菌株が複数薬剤耐性であるかどうかを判断する標準である。 それらの強力な殺菌作用とこれらの薬剤に対する一次耐性を得ることがまれであ ることから(リファンピン耐性の自発的突然変異率は約10-8、イソニアジド耐性 では10-8から10-9)、つい最近までこれら2つの抗生物質は、進行し蔓延する結 核を根絶するために使われる最も強力な最前線薬剤であった。しかし米国の結核 患者の調査では、3分の1もの患者が1またはそれ以上の抗結核剤耐性株に感染 しており、分離された結核菌培養物の25%を越えるものがイソニアジド耐性で、1 9%がイソニアジドとリファンピンの両方に耐性であることがわかった[Friedenら 、New Eng.J.Med.,328:521(1993)]。 上記で説明したように(発明の説明)、リファンピン耐性は結核菌のrpoB遺伝子 の突然変異に関連している。イソニアジド耐性の正確な機構は明確ではないが、 inhr突然変異の多く(80%まで)は、結核菌のkatG遺伝子とinhA遺伝子で起こる。 CFLPTMがMDR-TBに関与する遺伝子の突然変異を検出するのに使用できるかどうか を調べるために、DNA断片を結核菌のrpoB遺伝子及びkatG遺伝子から増幅した 。結核菌の野生型(即ち抗生物質感受性)株あるいは変異体(即ち抗生物質耐性)株 から得たDNA断片をCFLPTM分析した。 A) 結核菌のrpoB遺伝子における突然変異のCFLPTM分析 i) rpoB遺伝子配列を含むプラスミドの生成 野生型結核菌あるいはリファンピン耐性に関連するrpoB遺伝子の突然変異を含 む結核菌株から単離されたゲノムDNAは、T.Schinnick博士(Centers for Dis ease Control and Prevention,Atlanta,GA)から入手した。リファンピン耐性 株#13(91-3083)は、rpoB遺伝子のコドン451に、野生型株で見られるヒスチジン 残基の代わりにチロシン残基を含んでいる(即ちH451Y)。この突然変異は、リフ ァンピン耐性TB単離物の28%に存在する。H451Y突然変異は、以下変異体1と称す る。リファンピン耐性株#56(91-2763)は、rpoB遺伝子のコドン456に、野生型株 で見られるセリン残基の代わりにロイシン残基を含んでいる(即ちS456L)。この 突然変異はリファンピン耐性TB単離物の52%に存在する。S456L突然変異は、以下 変異体2と称する。 野生型、変異体1及び変異体2株から得たDNAから、PCRを用いてTB rpoB遺 伝子の620bp領域を増幅した。rpoB遺伝子配列を増幅するために使用したプライ マーは、PolB-5A[5'-ATCAACATCCGGCCGGTGGT-3'(配列番号120)]及びPolB-5B[5'-G GGGCCTCGCTACGGACCAG-3'(配列番号121)]であり、これらPCRプライマーは、H451Y とS456L突然変異の両方にわたるrpoB遺伝子の620bp領域を増幅する[Millerら、A ntimicrob,Agents Chemother.,38:805(1994)]。PCRは、PolB-5A及びPolB-5Bプ ライマーを1μM、1X PCRバッファー及び4つの全てのdNTPの60μMを含む最終反 応容量50μl中で行った。反応混合物を95℃で3分間加熱した。2.5ユニットのTa qポリメラーゼを添加して増幅を開始し、95℃で1分、60℃で1分及び72℃で2 分のサイクルを35サイクル続けた。 PCR増幅された断片をクローン化するために、各PCR生成物1μlを用いて線状p T7Blue T-ベクター(Novagen,Madison,WI)に結合した。結合生成物を使用して コンピテントJM109細胞を形質変換し、40μg/mlのX-Gal、40μg/mlのIPTG及 び50μg/mlのアンピシリンを含むLBプレート上で、白い色により挿入物を含むpT 7Blue T-ベクターを含むクローンを選択した。各PCRサンプル(即ち、野生型、変 異体1及び2)について、5つの独立したコロニーを採取し、50μg/mlのカルベ ニシリンを含む2mlのLB培地で一晩増殖させた。実施例32に記載したアルカリミ ニプレッププロトコルを用いてプラスミドDNAを単離した。 クローン化された断片を分析するために、PolB-5A及びPolB-5Bプライマーを1 μM、1XPCRバッファー、4つの全dNTPを60μM及び2.5ユニットのTaqポリメラー ゼを含む50μlの反応物を用いて、各クローンからの1μlのプラスミドDNAを PCRにより増幅した。PCRは、95℃で1分、60℃で1分及び72℃で2分のサイクル で35サイクル行った。PCR生成物を0.5X TBEバッファー中の6%未変性アクリルア ミドゲル上での電気泳動により分離し、620bp断片を生じるクローンをさらに分 析するために選択した。 配列決定を行うために、選択されたクローンからのプラスミドDNAを実施例 32に記載したようにPEG精製した。PEG精製プラスミドDNAの2μl(約100ng) キット(Promega,Madison,WI)を用いたサイクル配列決定反応に使用した。プラ イマーのビオチン化は、Oligo Nucleotide Biotin Labelingキット(Amersham)を 用いて行った。実施例19で記載したようにして配列決定反応物を8%変性アクリル アミドゲル上で分離し、ナイロン膜に移し、視覚化した。野生型、変異体1及び 変異体2株から得た620bp rpoB遺伝子断片のDNA配列を配列番号122〜124に挙 げる。3つのTB株のそれぞれのセンス鎖の配列は、配列番号122〜124の最上行に 示す。野生型、変異体1及び変異体2株についてのアンチセンス鎖の配列はそれ ぞれ配列番号125〜127に挙げる。 ii) 結核菌rpoB遺伝子基質の調製 CFLPTM反応で用いる基質を生成するために、野生型、変異体1及び変異体2rp oB遺伝子から得たクーロン化620bp断片をPCRを用いて増幅した。PCRは、結果と して生成するPCR生成物によりrpoB遺伝子断片のセンス及びアンチセンス鎖のい ずれかの分析が可能となるように、5'末端が標識されたプライマー対の1つのプ ライマーを用いて行った。アンチセンス鎖上に標識された基質を生成するため に、配列決定されたクローンからのプラスミドDNAの10ngを、1μMのPolB-5A プライマー(非標識)及びOligo Nucleotide Biotin Labelingキット(Amersham)を 用いてを用いて5'末端でビオチン化されたPolB-5Bプライマー、IX PCRバッファ ー、60μMの4つの全dNTP及び2.5ユニットのTaqポリメラーゼを含む50μlの反応 物中でテンプレートとして用いた。反応は、95℃で1分、60℃で1分及び72℃で 2分のサイクルを35回繰り返した。得られたビオチン標識されたアンチセンス鎖 を含む620bp PCR生成物を実施例19に記載したように精製した。精製された断片 を20μlのH2Oに溶解した。 rpoB遺伝子断片(野生型、変異体1及び変異体2)の620bp断片のセンス鎖に ate Labeling Kit(Molecular Probes,Inc.,Eugene.OR)を用いてTMR色素で5' 末端を標識されたPolB-5Aプライマーと、標識されていないPolB-5Bプライマーを 各1μM用いてPCRを行った。このPCR反応物は、最終容量100μl中に、1X PCRバ ッファー、4種のdNTP全部の60μM及び5ユニットのTaqポリメラーゼ及び配列決 定されたクローンからのプラスミドDNAの10ngをテンプレートとしてさらに含 むものとした。反応は、95℃で1分、60℃で1分及び72℃で2分のサイクルを全 部で35サイクル繰り返した。 上記PCR条件に加えて、dTTPの代わりにdUTPを用いてPCR反応を行い、ウリジン 含有PCR断片を生成した。ウリジン含有PCR断片は、臨床実験室で分析されたPCR 断片の標準タイプとなっている。620bp断片内の単一の塩基対の変化により変化 する基質からの識別し得るCFLPTMパターンを生成するためにウリジン含有PCR断 片が使用できるということを示すため、センス鎖上に5'TMR標識と、チミジンの 代わりにウリジンを含むrpoB遺伝子断片を以下のようにして生成した。1.5mM Mg Cl2の代わりに2.5mM MgCl2を用い、4種のdNTP(即ち、dATP、dCTP、dGTP及びdT TP)全てをそれぞれ60μM含む混合物の代わりに100μMのdATP、100μMのdCTP、1 00μMのdGTP及び200μMのdUTPを用いた以外は、TMRでセンス鎖の5'末端を標識さ れた断片の生成について上述したPCRプロトコルに従い、ウリジン含有620bp断片 (野生型、変異体1及び2)を増幅した。 TMRで標識されたセンス鎖(ウリジンあるいはチミジン含有)を含む620bp P CR生成物は、上述したように6%の変性ゲルで精製し、実施例19で記載したように して一晩溶出し、エタノールで沈殿させ、濃度約15fmole/μlとなるように20μl のH2Oに溶解した。 iii)開裂反応条件 ビオチン標識されたアンチセンス鎖を含む620bp rpoB 断片の分析のための開 裂反応条件は以下の通りである。ビオチン標識されたPCR生成物6μlを1μlの10 X CFLPTMバッファー(100mMのMOPS、pH7.5、それぞれ0.5%のTween20とNP-40)及び 25ngのCleavaseTMBN酵素と合わせた。開裂反応の開始に先だって、DNA混合物 を95℃で10秒間インキュベートすることにより変性した。その後この反応物を60 ℃に冷却し、2mM MnCl2を1μl添加することにより反応を開始した。開裂反応は 60℃で2分間行った。開裂反応は、5μlの停止バッファーを添加することによ り2分後に停止した。各サンプルの6μlを6%変性ポリアクリルアミドゲルで電 気泳動することにより分離し、標識された断片を実施例19で記載したようにして 視覚化した。得られたオートラジオグラムを図78に示す。 図78において、Mを付したレーンは、Amersham(Arlington Heights IL)から入 手したビオチン化分子量マーカーを含有し、長さ200、300、400、500ヌクレオチ ドに対応するバンドを含んでいる。マーカー及び開裂されなかったrpoB基質(620 )のサイズは、大きな矢印を用いてオートラジオグラフの左側に示す。レーン1 〜3は、アンチセンスに標識された変異体1、野生型及び変異体2基質の開裂に より生成した反応生成物をそれぞれ含んでいる。5'末端標識からの点突然変異( 野生型配列に対する)の距離は、変異体1基質について511ヌクレオチド、変異体 2基質について499ヌクレオチドであった。 図78に示す結果から、アンチセンス鎖上に標識されたrpoB基質のそれぞれから 、類似しているが明らかに異なる開裂パターンが生成されることが示された。野 生型基質により生成された開裂パターンと比べると、変異体1基質の開裂により 生成されたパターンではバンドAが消失している。野生型及び変異体2基質の開 裂により生成されたパターンを比較すると、変異体2基質ではバンドBの強度が 有意に減少している。このように2つの変異体を野生型から、また互いに識別す ることができる。 TMR-標識されたセンス鎖を含む620bp rpoB断片の分析のための開裂反応条件は 次の通りである。4μlのTMR-標識されたPCR生成物を上述のように開裂した。開 裂反応は、95%ホルムアミド5μl、10mM EDTA及び0.02% のメチルバイオレット(S igma)を添加することにより停止した。 反応物を85℃まで2分間加熱し、各反応混合物の5μlを、0.5X TBEを含むバッ ファー中7Mの尿素を含む12%変性ポリアクリルアミドゲル(19:1架橋)で電気泳動 することにより分離した。ゲルは33ワットで1.5時間泳動させた。標識された反 応生成物はFMBIO-100 Image Analyzer(Hitachi)を用いて視覚化した。得られた フルオロイメージャースキャンを図79、パネルAに示す。ゲルをさらに1時間電 気泳動し、2回目のスキャンをパネルBに示す。 図79には2つのパネルA及びBを示す。パネルBは、パネルAに示したものよ りも長い時間の電気泳動の後のパネルAに示したものと同じゲルのスキャンを示 している。従って、パネルBはパネルAの上側部分に見られるバンドパターンを 展開するようにしたものである(パネルA及びBを結ぶ線は拡張の領域を示して いる)。図79のパネルA及びBにおいて、レーン1〜4は、変異体1、野生型、 変異体2及び野生型と変異体2基質との混合物からそれぞれ得た、センス鎖上に TMR-標識を持つチミジン含有基質を開裂することにより生成した反応生成物を含 んでいる。パネルA及びBのレーン5は、マーカーとしてのTETで標識されたチ ロシナーゼ遺伝子(配列番号27)のエキソン4から得た157bp断片を含んでいる。 パネルA及びBのレーン6〜9は、変異体1、野生型、変異体2及び野生型と変 異体2基質との混合物からそれぞれ得た、センス鎖上にTMR-標識を持つウリジン 含有基質を開裂することにより生成した反応生成物を含んでいる。野生型と変異 体2基質との混合物(レーン4及び9)は、開裂反応の後に各基質5μlを混合す ることにより生成され、その後混合物の6μlをゲルに加えた。5'末端標識から 点突然変異(野生型配列に対する)の距離は、変異体1基質について100ヌクレオ チド、変異体2基質について116ヌクレオチドであった。 図79に示した結果は、センス鎖上に標識されたrpoB基質のそれぞれから、類似 しているが明らかに異なる開裂パターンが生成されることを示している。各パネ ルの左側のセットは、dNTPを含むPCR生成物から生成したCFLPTMパターンを含み 、 右側のセットは、dUTPがdTTPに置き換わったPCR生成物から生成したCFLPTMパタ ーンを含む。変異体1及び野生型のdNTP含有アンプリコンから生成したCFLPTMパ ターンを比較すると、この変異体の配列変化の付近(標識された5'末端から100bp )において、標識された5'末端から約80ntのバンド(バンドA)の強度が顕著に減 少することがわかる。さらに標識された5'末端から約200〜250ntに泳動するバン ド(バンドB)は変異体1では消失している。これに対し、野生型と変異体2から 生成したパターンを比較すると、5'末端から約120ntのバンド(バンドC)の消失 が明らかとなった。さらに120ntに対応するゲル領域を調べると、特にパネルB において、変異体2では野生型に対しバンドDが下側にシフトしていることが示 された。パネルBにおいては、バンドD(標識バンドD)の直上に泳動する別のバ ンドが、変異体2では野生型に対し下側にシフトするようである。各パネルのレ ーン4は、電気泳動の前に野生型と変異体CFLP反応からのアリコートを混合した ものであるが、変異体2におけるこのシフト(バンドDにおける)は実際に存在す るものであって電気泳動のアーチファクトによるものではないことを示している 。 dUTP含有アンプリコンから生成されたCFLPTMパターンを調べた結果、これらの 変異体を互いに、並びに野生型から識別する能力は、dUTPをdTTPに置き換えても 悪影響を受けず、実際には増強され得ることが示された。この実施例では、パタ ーンがdTTPではなくdUTPを含むアンプリコンから生成されたときに、変異体1及 びの両方がより容易に野生型から識別されている。パネルAの右側部分において 、変異体1と野生型を含むレーンを比較すると、2つのアンプリコン間の明確な 差異がいくつか明らかとなったが、その他のものは新しいものであり予想するこ とはできない。具体的には、バンドAは、このパネルの左側部分におけるのと同 様に、野生型と比較して変異体における強度が減少した。約110ntに泳動するバ ンド(バンドE)は、約250ntのバンドと同様に変異体から消失していることが認 められる(ゲルの左側部分のバンドBと比較せよ)。さらに強い標識されたバンド Fは、dTTPを含む3つのサンプルでは顕著な差異はないものの、dUTP含有アンプ リコンから生成された野生型パターンにおいては変異体においてよりもずっと強 い。野生型及び変異体2から生成されたパターンの比較により、いくつかの際 だった差異も明らかとなった。最も注目すべきものは、約150ntに移動する2つ の新しいバンドの複合体のように(バンドH)、約60ntに移動するバンドが変異体 2で見られることである(バンドG)。興味深いことに、これらのパターンのそれ ぞれを他から識別できるものとしている要素のいくつかは、PCR増幅においてdTT PにdUTPが置き換わると異なるが、開裂断片の殆どは2つの実験で同一である。 この結果は、dUTPの置換により、二次構造の安定性の変化の結果あるいは修飾ヌ クレオチドを含む二次構造に対するCleavaseTM酵素の親和性の変化の結果であり 得る1本鎖DNA基質にわずかな変化しか生じないことを示唆している。dUTP含 有DNA断片における二次構造をCleavaseTMにより認識した際のこれらの差異は 、このようなヌクレオチド置換を用いることの予想できなかった利益をもたらす ものである。 B)結核菌(M.tuberculosis)のKatG遺伝子における突然変異のCFLPTM分析 i) KatG遺伝子配列を含むプラスミドの作製 野生型結核菌(M.tuberculosis)またはイソニアジド耐性に関連するKatG遺伝 子に突然変異を含む結核菌(M.tuberculosis)菌株から単離したゲノムDNAを 、J.Uhl博士(Mayo Clinic,Rochester,MN)から入手した。これら4種類の菌株 を、野生型、S315T、R463LおよびS315T;R463Lと呼ぶ[Cockerill,IIIら、J.In fect.Dis.171:240(1995)]。菌株S315Tは、野生型KatG遺伝子のコドン315にG →Cの突然変異を含む。菌株R463Lは、野生型遺伝子のコドン 463にG→Tの突 然変異を含み、菌株S315T;R463Lは、コドン 315のG→C突然変異およびコドン4 63のG→T突然変異の両方を含む。 結核菌KatG遺伝子の620bp領域を、上記4種類の菌株由来のDNAからPCR を使用して増幅した。KatG遺伝子配列を増幅するために使用したプライマーは、 KatG904[5'-AGCTCGTATGGCACCGGAAC-3'(配列番号128)]およびKatG1523[5 '-TTGACCTCCCACCCGACTTG-3'(配列番号129)]であった。これらのプライマ ーは、S315TおよびR463L突然変異の両方にわたるKatG遺伝子の620bp領域を増幅 する。PCRは、0.5μMのKatG904およびKatG1523プライマー、1X PCR緩衝液 、60μMの全4種類のdNTPを含む100μlの最終反応体積で行った。反応混合 物を95℃で3分間加熱した後、5ユニットのTaqポリメラーゼの添加により増幅 を開始し、95℃で1分間、60℃で1分間および72℃で2分間を35サイクル続け た。 PCR増幅したKatG断片をクローン化するために、各PCR産物の1μlを、鎖 状pT7ブルーT−ベクター(Novagen,Madison,WI)へのライゲーションに使用 した。該ライゲーション産物を使用してコンピテントJM109細胞を形質転換し、 挿入物を有するpT7ブルーT−ベクターを含むクローンを、40μg/mlのX-Gal、40 μg/mlのIPTGおよび50μg/mlのアンピシリンを含むLBプレート上での白色 によって選択した。4種類のPCRサンプルの各々について、4個のコロニーを 拾い上げ、50μg/mlのカルベニシリンを含む2mlのLB培地で一夜増殖させた。 プラスミドDNAを、実施例32に記載したアルカリミニプレッププロト コルを使用して単離した。 クローン化したKatG断片を分析するために、各クローンからの1μlのプラスミ ドDNAを、0.5μMのKatG 904およびKatG 1523プライマー、1X PCR緩衝液、 60μMの全4種類のdNTPならびに5ユニットのTaqポリメラーゼを含む100μl の反応液を使用して、PCRにより増幅した。PCRは、95℃で1分間、60℃で 1分間および72℃で2分間を35サイクル行った。PCR産物を0.5X TBE緩 衝液中、6%の天然ポリアクリルアミドゲル上での電気泳動により分離し、620bp 断片を生じるクローンを選択して、さらに分析を行った。 シークエンシングの目的ために、選択クローンからのプラスミドDNAを、実 施例32に記載のプロトコルに従ってPEG精製した。2μlのプラスミドDN A(約100ng)を使用して、5’末端にビオチン部分を含むKatG 904およびKatG 15 23プライマーとともにfmolRキット(Promega,Madison,WI)を使用するサイクル シークエンシングを行った。プライマーのビオチン化は、オリゴヌクレオチドビ オチン標識キット(Amersham)を使用して行った。シークエンシング反応液は、 8%変性ポリアクリルアミドゲルにおいて分離し、ナイロン膜に移して、上記実 施例19に記載したように可視化した。野生型ならびに突然変異菌株S315T、R46 3LおよびS315T;R463L由来の620bp katG遺伝子断片のDNA配列を、各々、配列 番号130〜133に示す。4種類のkatG遺伝子断片の各々に対するセンス鎖の 配列は、各々、配列番号130〜133の最上列として示す。野生型ならびに突 然変異菌株S315T、R463LおよびS315T;R463L由来の620bp katG遺伝子断片のアン チセンス鎖の配列は、各々、配列番号134〜137に示す。 ii) 結核菌(M.tuberculosis)katG遺伝子基質の調製 CFLPTM反応で使用するための基質を作製するために、野生型ならびにS315 T、R463LおよびS315T;R463Lの結核菌(M.tuberculosis)菌株からのクローン化62 0bp断片を、PCRを使用して増幅した。PCRを、各0.5μMのKatG 904およびK atG 1523プライマー、1X PCR緩衝液、60mMの全4種類のdNTP、5ユニッ トのTaqポリメラーゼならびに配列分析したクローンからの鋳型としてのプラス ミドDNA 10ngを含む100μlの最終反応体積で行った。反 応は、95℃で1分間、60℃で1分間および72℃で2分間を35サイクル行った。 センス鎖上にビオチン標識を有するKatG遺伝子の620bp PCR断片を得るため に、未標識KatG 1523プライマー(配列番号129)および5’−ビオチン化Kat G 904プライマー(配列番号128)をPCRで使用した。ビオチン化は、オリ ゴヌクレオチドビオチン標識キット(Amersham)を使用して行った。アンチセン ス鎖上にTMR標識を有する同様の断片の作製には、未標識KatG 904(配列番号 128)およびTMR標識化KatG 1523(配列番号129)プライマーをPCR で使用した。増幅したPCR産物は、6%変性ゲル上で精製し、一夜溶離し、エ タノールで沈殿させ、実施例19に記載したように50μlのH2Oに再溶解した。 iii)開裂反応条件 センス鎖上に標識のあるKatG基質を分析するための開裂反応条件は、以下の通 りであった。ビオチン標識したPCR産物5μlを、1μlの10X CFLPTM緩衝液 (100mMのMOPS、pH7.5、各0.5%のTween20およびNP-40)および25ngのクリ ーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素と合わせた。開裂反応を開始する前に、DNA混 合物を、95℃で10秒間インキュベートすることにより変性させた。次いで、反応 物を50℃に冷却し、1μlの2mM MnCl2を添加することにより反応を開始した 。開裂反応は、50℃で2分間インキュベートし、5μlの停止緩衝液を添加するこ とにより停止した。各サンプルの4.5μlを10%変性ポリアクリルアミドゲルにか け、実施例19に記載したようにナイロン膜に移した後、標識断片を可視化した 。得られたオートラジオグラムを図80に示す。 図80において、「M」と記したレーンは、Amersham(Arlington Heights,IL) から入手したビオチン化分子量マーカーを含み、50、100、200、300、400、500 、700および1000ヌクレオチドの長さに対応するバンドを含む。マーカーの大き さは、大きい矢じりを使って示す。レーン1〜4は、クリーブアーゼ(Cleavase)TM BN酵素の存在下、各々、R463L、R463L;S315T、S315Tおよび野生型KatG基質を インキュベートすることにより得られた反応産物を含む。突然変異の5’末端標 識からの距離は、標識がセンス鎖上にある場合、R463L突然変異 に対しては485ヌクレオチドであり、S315T突然変異に対しては41ヌクレオチドで ある。 図80に示す結果は、センス鎖上で標識された野生型およびS315L突然変異体(S 315TおよびS315T;R463L基質の両方に認められる)KatG基質からは、類似してい るが、はっきり異なる開裂パターンが生成したことを示す。野生型断片(レーン 4)に対するCFLPTMパターンと比較すると、S315T突然変異(R463L;S315Tお よびS315Tの両方の突然変異体(レーン2および3)に認められる)により、野 生型基質の末端標識から約40ヌクレオチドのところに位置するバンドBが消失す ることが分かる。バンドBの消失は、5’末端からのS315T突然変異の距離(セ ンス鎖上の5’末端標識から41ヌクレオチド)と非常によく相関する。続く実験 により、R463L突然変異体が、センス鎖上の5'端標識から約500ntで移動するバン ド(R463L突然変異体では、下方へのバンドシフト)における移動度シフトによ って野生型から区別できることが示されたが、多くのゲル系では展開は困難であ る。 アンチセンス鎖上で標識したKatG基質を分析するための開裂反応条件は、セン ス鎖に対して記載した通りであった。各サンプルの4.5μlを10%変性ポリアクリ ルアミドゲルにかけ、標識断片を、実施例33(a)(iii)に記載したように、H itachi FMBIO-100蛍光画像解析器を使用して可視化した。得られた走査を図81に 示す。 図81において、「M」を記したレーンは、MspIで消化し、実施例8に記載した ように末端デオキシヌクレオチジルトランスフェラーゼを使用して3’末端をフ ルオレセインddUTPで標識したプラスミドpUC19DNAを含む。このマーカ ーは、110/111、147、190、242、331、404、489および501bpの長さに対応するバ ンドを含む。さらに別の26、34および67bpのマーカーバンドは、この図では明ら かでない。マーカーの大きさは、大きな矢じりを使って示す。レーン1〜4は、 クリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素の存在下、各々、R463L、S315T;R463L、S315 Tおよび野生型KatG基質をインキュベートすることにより得られた反応産物を含 む。単一塩基突然変異の5’末端標識からの位置は、アンチセンス鎖上に標識が 存在する場合、R463L突然変異に対しては136ヌクレオチ ドであり、S315T突然変異に対しては580ヌクレオチドである。 図81に示す結果は、野生型がアンチセンス鎖上にR463L置換を含む突然変異体 から区別できることを示す。S315T;R463L二重突然変異体またはR463L突然変異体 単独で含むレーンと比較すると、R463L突然変異は、約130ntで移動する強バンド (バンドA)の存在と関連することが分かる。この結果を図80に示した結果と合 わせると、これら3つの突然変異体は全て、CFLPTM分析により、互いに区別 でき、同様に野生型とも区別できることが分かる。 CFLPTM技術は、ゲル電気泳動処理時間を12〜18時間から5〜10分に短縮す ることにより、経費の上で有利である。読出を多重レーン蛍光画像検出器に適合 させると、同時処理を48反応まで可能にすることにより、処理体積の増大が可能 である。その結果、分析遂行時間が減少することにより、患者への結果報告に要 する時間が数日から数時間に短縮され、あるいは、MDR−TB患者の場合は、 数週間から数時間に短縮される。MDR−TBの早期検出は、種々の抗生物質に よる治療の効力を調べる間過ごす隔離病棟での長期滞在の費用の削減により、患 者一人につき数千ドルの節約を可能にする。 実施例34 CFLPTM分析による細菌株の迅速な同定 上記で示した結果は、CFLPTM分析を使用すると、薬物耐性と関連する遺伝 子(例えば、rpoBおよびkatG)の一部を調べることにより、結核菌(M.tuberculo sis)の野生型および薬物耐性突然変異の有無を検出することができることを示し た。CFLPTM分析が、種々の微生物の検出および同定法として使用できるかど うかを調べるために、CFLPTM分析を、細菌の16S rRNA遺伝子に由来する 基質を使用して行った。 細菌の16S rRNA遺伝子は、系統樹全体にわたって変わる。これらの遺伝子 は、種、属または界のレベルで保存されるセグメントを含んでいる。これらの特 徴を利用して、可変領域の側面に位置する共通配列を含むプライマーを作製した 。これらのプライマーを使用して、細菌の16S rRNA遺伝子のセグメントを増 幅した。そのセグメントは、次いで、サザンブロットハイブリダイゼーション[G reisenら、J.Clin.Microbiol.32:335(1994)]またはSSCP分析[Widjojoa tmondjoら、J.Clin.Microbiol.32:3002(1994)]のどちらかにより解析する。 これらの型の分析は、伝統的な培養法よりも速いが、高々、特定の属および高等 細菌分類群内で種を区別するにとどまる。しかし、しばしば、同じ種の異なる菌 株間の区別をすることが望まれる。例えば、所与の種が、害のない生物および病 原性生物を含む亜種を含む可能性がある。種および/または亜種間の区別を可能 にする技術を開発するために、CFLPTM分析を、細菌の16S rRNA遺伝子に 由来するセグメントに応用した。 A)細菌菌株 下記表3に、本研究で使用した細菌菌株を列挙する。これらの菌株は、Deutsc he Sammlung von Mikroorganismen(DSM)から入手した寄託物に由来するデ スルフロコッカス・アミロリテイカス(Desulfurococcus amylolyticus)菌株Z-53 3を除いて、下記に挙げたATCC菌株に由来した。 表3に挙げた菌株は、大腸菌(E.coli)菌株BおよびK-12ならびにデスルフロ コッカス・アミロリティカス(Desulfurococcus amylolyticus)を除いて、病原性 微生物を表す。デスルフロコッカス・アミロリティカス(Desulfurococcus amylo lyticus)は、その設計が公知のrRNA遺伝子配列に基づく共通プライマーを使 用して、そのrRNA遺伝子配列が報告されていない古細菌種からのrRNA遺 伝子断片配列を増幅することができるかどうか調べるために本研究に含めた。表 3に挙げた菌株は、いくつかの異なる属(例えば、エシェリキア(Escherichia) 、シゲラ(Shigella)、サルモネラ(Salmonella)およびカンピロバクター(Campylo bacter)など)から代表例が提供されるとともに、所与の属内で異なる種(また は亜種)のいくつかの代表例が提供されるように選択した。例えば、3種類の大 腸菌(E.coli)菌株は、rRNA遺伝子基質の開裂によって生じるCFLPTMバ ンドパターンの合致(またはその欠如)が、所与の属内の種の間で調べられるよ うに選択した。さらに、大腸菌(E.coli)血清型 O157:H7は、この菌株が出血性 大腸炎の発生において関係が深かったので調べた。大腸菌(E.coli)菌株Bおよ びK-12由来のrRNA遺伝子基質の開裂により認められるCFLPTMパターンが 大腸菌(E.coli)血清型O157:H7由来のrRNA遺伝子基質の開裂により生成する ものと異なっているかどうかを調べることは興味深かった。 下記表4に、本実施例で使用した菌株間の系統発生的関係を記載する。 B)微生物の増殖 病原性菌株の処理を最小にするために、微生物の増殖を、液体培養ではなく斜 面培養または平板培養で行った。 i)エシエリキア(Escherichia)、シゲラ(Shigella)、サルモネラ(Salmonella) およびスタフィロコッカス(Staphylococcus)種の増殖 菌株は全て、上記表3で挙げたATCC菌株から次のようにして得た。トリプ ティカーゼ大豆培養液および15%グリセロール(Remel Corp.,Lenexa,KS.カタ ログ06-5024)で予め凍結した1白金耳の培養物を、トリプティカーゼ大豆寒天 斜面(Remel.カタログ06-4860)上で継代培養した。培養物を37℃で一夜インキ ュベートした。 ii)カンピロバクター(Campylobacter)種の増殖 トリプティカーゼ大豆培養液および15%グリセロール(Remel Corp.,Lenexa, KS.カタログ06-5024)で予め凍結した1ループの培養物を、10%ヒツジ血、アン ホテリシンB、セファロチン、トリメトプリム、バンコマイシンおよびポリミキ シンB(BBL、カタログ21727)を補充したカンピロバクター寒天上で継代培養し た。接種した平板をCampy微好気性ポーチ(BBL、カタログ4360656)に入れて密 閉し、42℃で3日間インキュベートした。 C)微生物からのゲノムDNAの抽出 各細菌サンプルに対して、300μlのTE緩衝液および300μlのフェノール:ク ロロホルム:イソアミルアルコール(25:24:1)を1.5mlのマイクロ遠心チューブに 入れた。この混合物を抽出緩衝液と呼ぶ。1ループ(約0.1ml)の所望の細菌菌株 を斜面培養または平板培養から取り出し、1.5mlのマイクロ遠心チューブで抽出 緩衝液と合わせ、中身を2分間ボルテックスで攪拌した。水相に抽出されたDN Aを、下記で説明するように、さらに精製するために処理した。 大腸菌(E.coli)およびC.jejuni菌株のサンプルをエタノール沈殿させ、50μ lのTE緩衝液に溶解した。次いで、サンプルを37℃で30分間、0.5μgのRNア ーゼAで処理した。DNAをエタノール沈殿させ、遠心分離により採集して、20 0μlの10mMトリス−HCl(pH8.0、25℃)に溶解した。 シゲラ(Shigella)、サルモネラ(Salmonella)およびスタフィロコッカス(Staph ylococcus)菌株のサンプルをMicroconTM30フィルター(Amicon)を使用して50μl に濃縮し、MicrospinTMS-200HRゲル濾過カラム(Pharmacia Biotech)を使用して TE緩衝液に移した。次いで、サンプルを37℃で80分間、0.5μgのRNアーゼA で処理した。DNAをエタノール沈殿させ、遠心分離により採集して、200μlの 10mMトリス−HCl(pH8.0、25℃)に溶解した。 大腸菌(E.coli)菌株B(ATCC 11303)のゲノムDNAをPharmacia Biotech(Pi scataway,NJ; カタログ27-4566-01、ロット411456601)から入手した。DNA を10mMトリス−HCl(pH8.0、25℃)に溶解した。 デスルフロコッカス・アミロリテイカス(Desulfurococcus amylolyticus)菌株 Z-533(DSM3822)からのゲノムDNAを単離し、塩化セシウム遠心分離の標準的技 術を使用して精製した[Bonch-Osmolovskayaら、Microbiology(Engl.Transl.o f Mikrobiologiya)57:78(1988)]。 ゲノムDNA調製物の濃度を、調製物のOD260を測定することにより求めた 。 D)細菌種の16srRNA遺伝子の増幅用プライマーの設計 種々の細菌菌株由来の16SrRNA配列の増幅または検出を可能にするプライ マーおよびプローブが報告されている。これらのオリゴヌクレオチドプライマー またはプローブは、種々の真正細菌種からの16srRNA遺伝子配列の比較によ り得られた共通配列を表す。例えば、細菌rRNA遺伝子配列のPCR増幅また はドットブロットハイブリダイゼーションに適するオリゴヌクレオチドプライマ ーが報告されている[例えば、PCT公開公報第90/15157号; Widjojoatmodjoら、J .Clin.Microbiol.32:3002(1994)]。典型的には、プライマーの保存配列を、 種特異的配列を有する16srRNA遺伝子の非保存領域が隣接するように設計す る。 16SrRNA遺伝子配列から得られた先に公表された多数の共通プライマーを 、CFLPTM反応で使用するための基質産生能に関して調べた。プライマー1638 、1659および1743は、PCT公開公報第90/15157号に記載されている。プライマ ーER10は、Widjojoatmodjoら(前出)に記載されている。プライマーSB-1、SB-3 およびSB-4は、新規プライマーを表す(すなわち、以前に公表されていない)。 本実施例で使用したプライマーを下記表5に列挙する。 オリゴヌクレオチドプライマーを、Integrated DNA Technologies,Inc.から 入手した。オリゴヌクレオチドを10mMトリス−HCl(pH8、25℃)に20μMの 濃度で溶解した。2組のプライマーを合成した。一方の組は5’末端にOH基を 有し(すなわち、未標識プライマー)、他方の組は、5’末端に蛍光染料TET (6−カルボキシフルオレセインの四塩素化類似体、Applied Biosystems)を有 する(すなわち、TET−標識プライマー)。TET−標識プライマーは、プラ イマーの名称に添字として「TET」を使用することにより示す(例えば、TET- 1638は、5’TET標識を有する1638プライマーを示す。)。 表5に挙げたプライマーの各々の位置は、図82に、大腸菌(E.coli)rrsE遺伝 子(16SrRNAをコードする)の配列に沿って示す。図82では、プライマー配 列を太字で示し、下線は、プライマー配列と大腸菌(E.coli)rrsE遺伝子配列と の間の完全な一致を示すために使用する。大腸菌(E.coli)rrsE遺伝子の配列は 、配列番号145に示す。図82に示すように、1638、ER10、SB-1、SB-3、SB-4プ ライマーは、16S rRNA遺伝子のセンス鎖上に存在する配列に対応する。1659 、1743プライマーは、16S rRNA遺伝子のアンチセンス鎖上に存在する配列に 対応する。 図83は、大腸菌(E.coli)rrsE遺伝子(配列番号145)、Cam.jejun5遺 伝子(C.jejuniからのrRNA遺伝子)(配列番号146)およびStp.aureus 遺伝子(S.aureusからのrRNA遺伝子)(配列番号147)の整合を提供す る。1638、ER10、1659(1659の相補体として示す)、SB-1、SB-3、SB-4および17 43(1743の相補体として示す)プライマーの位置は太字で示す。rRNA遺伝子 間の整合を最大にするために、間隙(ダッシュ)を導入する。 原核生物では、リボソームRNA遺伝子が2〜10コピー存在し、エシェリキア( Escherichia)菌株では平均7コピーである。PCR増幅により、これらの遺伝子 の混合集団が産生され、本質的には、その菌株からの「多重」PCRである。C FLPは、その微生物内でわずかに変化したrRNA遺伝子による複合パターン を表すので、「バーコード」全体に直接関与する特定のrRNAはない。いくつ かの場合は、これらの小さい変化(rRNA遺伝子間、例えば、図82における大 腸菌(E.coli)rRNA遺伝子間の小さい変化を参照)が、CFLPTMパターン において小さい(信号が小さい)バンドのシフトを引き起し、非常に密接に関連 した生物間の区別を可能にする。これらの遺伝子のほとんどまたは全てのコピー に見られる配列のより大きい変化は、関連性が低い生物どうしを比較する場合に 見られ(例えば、図83における大腸菌(E.coli)、C.jejuniおよびS.aureusの rRNA遺伝子間の広範囲の変化を参照)、これらの大きな相違は、CFLPパ ターンでは、より大きなパターン変化として示される。これらの遺伝子の可変性 にもかかわらず、PCRによる増幅は、rRNA遺伝子の保存領域間で行うこと ができるので、対象のどの微生物に対しても、rRNA配列の集まり全てについ て予め知っておく必要はない。 3種類のプライマー(TET-1638、TET-ER10およびTET-SB-4)を使用して、16S rRNA遺伝子のセンス鎖の5’末端が蛍光標識された断片を作製した。他の2 つのプライマー(TET-1659およびTET-1743)は、アンチセンス鎖の標識断片の作 製に使用した。 示したプライマー対を使用して種々の細菌属由来の16S rRNA遺伝子配列の 増幅により産生されるPCR産物の予想される大きさを表6に示す。表6におい て、予想されるPCR産物の大きさは、示した種の16S rRNA遺伝子の既知配 列に基づく。表6では、次の略語を使用する。すなわち、Dco(Desulfurococcu s)、E.co(E.coli)、Cam(Campylobacter)およびStp(Staphylococus)であ る。大腸菌(E.coli)rrsE遺伝子(図82参照)の配列に対するPCR産物の位 置は、最後の欄に示す。 E)16S rRNA遺伝子配列のPCR増幅 表6に挙げた各プライマー対について、表3に挙げた各細菌菌株由来の16S r RNA遺伝子配列増幅能に対して調べた。組換えTaqDNAポリメラーゼの市販 の調製物が種々の量の大腸菌(E.coli)16SrRNA遺伝子配列を含むことは周 知である。細菌DNAサンプルの増幅中に、混入している大腸菌(E.coli)16S rRNA配列の増幅を最小にするために、AmpliTaqDNAポリメラーゼ,LD(低 DNA)(Perkin Elmer)をPCRで使用した。このTaq DNAポリメラーゼ調 製物は、製造者によって試験され、標準的な2.5ユニットの酵素アリコート中に 、10コピー以下の細菌16SリボソームRNA遺伝子配列が存在することが確認さ れている。 各プライマー対(表6)を、PCRにおいて試験した。PCR反応液は、10mM のトリス−HCl(pH8.3、25℃)、50mMのKCl、1.5mMのMgCl2、0.001 %w/vのゼラチン、各60μMのdGTP、dATP、dTTPおよびdCTP、各1 μMの1つの5’−TET標識プライマーおよび1つの未標識プライマー、2.5ユ ニットのAmpliTaq DNAポリメラーゼ,LDを含んでいた。反応は、AmpliTaq D NAポリメラーゼ,LD.ロットE0332を使用して50μlの最終体積で、またはAmpl iTaq DNAポリメラーゼ,LD.ロット D0008を使用して100μlの最終体積で行 った。添加したゲノムDNAの量は、各PCRにつき6〜900ngであった。細菌ゲ ノムDNAを添加しなかった対照反応も行って、AmpliTaq DNAポリメラーゼ ,LD調製物における混入物により産生される16SrRNA産物の量を調べた。 PCR反応は、PTC-100TMプログラム熱コントローラー(MJ Research,Inc.)で 行った。2組のサイクル条件を使用した。第一組の条件は、95℃で30秒間、60℃ で1分間および72℃で30秒間が30サイクルであり、最終サイクルの後、試験管を 4℃に冷却した。第二組の条件は、95℃で30秒間、60℃で1分間および72℃で90 秒間が30サイクルであり、最終サイクルの後、試験管を4℃に冷却した。すなわ ち、二つのサイクル条件の違いは、反応液を伸長温度(72℃)で保持する時間であ る。これら二つの伸長時間を試験したのは、16S rRNA標的の予想される大き さが、増幅で使用するプライマー対に応じて208〜1388bp の範囲で変わるからである。 経験則にしたがって、増幅すべき標的の長さが500bp未満の場合は、30秒間の 伸長工程を使用し、標的の長さが500〜1000bpの場合は、30〜60秒間の伸長工程 を使用し、標的の長さが1kbより大きい場合は、長さ1kbにつき約1分の伸長を 行う。第一組のPCR条件(30秒間の伸長工程)は、より長いアンプリコン(amp licons)で作用したが、その収量は、第二組のPCR条件(90秒間の伸長)を使 用した場合よりも低かった。 熱サイクルの後、1mMのEDTAを含む400μlのホルムアミドを各サンプルに 添加し、そのサンプルを、Microcon 30で40μlの体積に濃縮した。サンプル(40 μl)を変性6%ポリアクリルアミドゲル(7Mの尿素、0.5XTBE泳動用緩衝液) にローディングしたが、予め50〜55℃に温めた後、サンプルをローディングした 。サンプルは、20Wで20分間(200〜350bp断片)または40分間(1kbより大きい断 片)泳動させた。ゲルは、585または505nmのフィルターを用いたFluorescent Me thod Bio Image Analyzer Model 100(FMBIO-100,Hitachi)を使用して走査し た。 これらのPCRの結果から、試験した各プライマー対(表6)は予想された大 きさの断片をうまく増幅することが分かった。すなわち、表6に示すプライマー 対は、古細菌、グラム陽性菌およびグラム陰性菌、同じ属の異なる種および同じ 種の異なる菌株などの種々の原核生物由来のゲノムDNAを使用した末端標識D NA断片の増幅に適する。これらのPCRはまた、PCR中に存在するゲノムD NAの量は菌株によって異なるが、増幅産物の収量はいつも、細菌ゲノムDNA を添加しなかった反応液で見られる、AmpliTaq DNAポリメラーゼ,LDに存在 する大腸菌(E.coli)ゲノムDNAからの痕跡量の産物より何倍も高いことを示 した。 F)16S rRNA遺伝子基質の調製 CFLPTM反応で使用するための細菌16S rRNA配列に対応する標識PCR 産物を生成するために、下記プライマー対をPCRで使用した。 1.SB-1/TET-1743対を使用して、デスルフロコッカス・アミロリティカス(Desu lfurococcus amylolyticus)(DSM 3822)、大腸菌(E.coli)菌株K-12(ATCC 14 948)、S.aureus subsp.aureus(ATCC 33591)およびS.aureus subsp.aureus( ATCC 33592)由来のゲノムDNAから約297bp断片を増幅した。得られたPCR 産物は、アンチセンス鎖上に5’TET−標識を含む。 2.TET-SB-4/1743対を使用して、大腸菌(E.coli)菌株B(ATCC 11303)、大腸 菌(E.coli)菌株K-12(ATCC 14948)、大腸菌(E.coli)血清型O157:H7(ATCC 4389 5)、シゲラ(Shigella)dysenteriae血清型2(ATCC 29027)およびサルモネラ(Sa lmonella)choleraesuis subsp.choleraesuis血清型typhi(ATCC 6539)由来のゲ ノムDNAから約208bp断片を増幅した。得られたPCR産物は、センス鎖上に 5’TET−標識を含む。 3.1638/TET-1659対を使用して、大腸菌(E.coli)菌株B(ATCC 11303)、大腸 菌(E.coli)菌株K-12(ATCC 14948)、大腸菌(E.coli)血清型O157:H7(ATCC 4389 5)、シゲラ(Shigella)dysenteriae血清型2(ATCC 29027)およびサルモネラ(Sa lmonella)choleraesuis subsp.choleraesuis血清型typhi(ATCC 6539)由来のゲ ノムDNAから約350bp断片を増幅した。得られたPCR産物は、アンチセンス 鎖上に5’TET−標識を含む。 4.TET-ER10/1743対を使用して、大腸菌(E.coli)菌株K-12(ATCC 14948)および カンピロバクター(Campylobacter)jejuni subsp.jejuni(ATCC 33291)由来の ゲノムDNAから約1292bp断片を増幅した。得られたPCR産物は、センス鎖上 に5’TET−標識を含む。 5.1638/TET-1659対を使用して、大腸菌(E.coli)血清型O157:H7(ATCC 43895 )、サルモネラ(Salmonella)choleraesuis subsp.choleraesuis血清型typhi(AT CC 6539)、シゲラ(Shigella)dysenteriae 血清型2(ATCC 29027)、S.aureus subsp.aureus(ATCC 33591)、S.aureus subsp.aureus(ATCC 33592)、S.aureu s subsp.aureus(ATCC 13565)、S.hominis(ATCC 29885)およびS.warneri(AT CC 17917)由来のゲノムDNAから約350bp断片を増幅した。 PCRは、上記E)に記載した通りに行った。2つの別々のPCR反応を、カ ンピロバクター(Campylobacter)jejuni subsp.jejuni(ATCC 33291)由来のゲ ノムDNA 0.2μgおよびTET-ER10/1743プライマー対を使用して行った。一方の 反応は、最終体積50μlで行い、熱サイクル中は、72℃で30秒間の伸長工 程を使用した。第二の反応は、最終体積100μlで行い、72℃で90秒間の伸長工程 を使用した。第二の反応で産生したPCR産物の収量は76%であり、(第一の反 応と比較して)より高かった。増幅反応の後、上記E)で記載したように、サン プルを処理して、変性ポリアクリルアミドゲル上で電気泳動を行った。電気泳動 の後、所望のバンドをゲルから切り出し、ゲル切片を0.5Mの酢酸アンモニウム、 0.1mMのEDTAおよび0.1%のSDSを含む溶液0.4mlに入れることにより溶離し た。次いで、混合物を55℃で2時間、次いで37℃で12時間インキュベートした。 サンプルをMicrocon 30(Amicon)を使用して25μlに濃縮し、S-200マイクロス ピンカラム(Pharmacia)を使用して水中に移した。 G)開裂反応条件 開裂反応は、(下記に示すように)約0.2〜1pmolの5’TET−標識DNA基 質、10ngのクリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素(Third Wave Technologies)、1X CFLP緩衝液および0.2mMのMnCl2を含む10μlの最終体積で行った。反応 液は、最初、MnCl2を含まない9μlの混合物として調製した。この混合物を 95℃に10秒間加熱し、次いで所望のインキュベーション温度(45℃、50℃または 65℃)に冷却した。各基質の最適反応温度は、バンドの均等な分布、および全長 までの広い範囲で分子を表示するための、いくつかの未消化物質の存在に基づい て選択した。各基質に対して選択した最適温度は、下記の図84〜87の説明におい て示す。 開裂反応は、1μlの2mM MnCl2を添加することにより開始した。所望の温 度で2分間インキュベートした後、95%のホルムアミド、5mMのEDTA、5%のグ リセロールおよび0.02%のメチルバイオレットを含む10μlの溶液の添加によって 反応を停止した。切断されていない、すなわち「酵素を含まない」対照は、クリ ーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素の代わりにH2Oを使用したこと以外は上記と同 様にして、各基質について行った。サンプル(約4〜8μl)を、45mMのトリスホ ウ酸塩、pH8.3、1.4mMのEDTAを含む緩衝液中の7Mの尿素とともに、6〜1 2%の変性ポリアクリルアミドゲル(19:1の架橋)上、15〜20Wで9分間、電気泳 動させた(特定のゲル%は、下記の図84〜87の説明において示す。)。次いで、 ゲルを、585nmのフィルターを用いてFMB10-100 (Hitachi)を使用することにより走査した。 得られた蛍光画像走査を図84〜87に示す。図84には、SB-1/TET-1743対ならび にデスルフロコッカス・アミロリティカス(Desulfurococcus amylolyticus)(DSM 3822)、大腸菌(E.coli)菌株K-12(ATCC 14948)、S.aureus subsp.aureus(ATC C 33591)およびS.aureus subsp.aureus(ATCC 33592)に由来するゲノムDN Aを使用して生成させた約297bpの16SrRNA基質の開裂により生じた開裂産物 を示す。レーン1〜4は、各々、クリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素の不存在下 で、デスルフロコッカス・アミロリティカス(Desulfurococcus amylolyticus)(D SM 3822)、大腸菌(E.coli)菌株K-12(ATCC 14948)、S.aureus subsp.aureus(A TCC 33591)およびS.aureus subsp.aureus(ATCC 33592)に由来する基質をイン キュベートすることにより生じた産物を含む。レーン5〜8は、各々、クリーブ アーゼ(Cleavase)TMBN酵素の存在下で、デスルフロコッカス・アミロリティカス (Desulfurococcus amylolyticus)(DSM 3822)、大腸菌(E.coli)菌株K-12(ATCC 1 4948)、S.aureus subsp.aureus(ATCC 33591)およびS.aureus subsp.aureus (ATCC 33592)に由来する基質をインキュベートすることにより生成した産物を 含む。CFLPTM反応は、約1pmolの各PCR産物を使用して行い、開裂反応液 は、50℃で2分間インキュベートした。開裂産物は、上記したように、8%ポリア クリルアミドゲル上での電気泳動により展開した。 図84に示す結果は、デスルフロコッカス・アミロリティカス(Desulfurococcus amylolyticus)(DSM 3822)、大腸菌(E.coli)菌株K-12(ATCC 14948)およびS.au reus subsp.aureus基質の使用により、明確なCFLPTMパターンが得られるこ とを示す。2種類のS.aureus subsp.aureus基質(レーン7および8)の開裂 により同じCFLPTMパターンが生じた。これら2種類のS.aureus subsp.aur eus菌株(ATCC 33591および33592)は、抗生物質のメチシリンおよびゲンタマイシ ンに対する感受性における相違に基づいて異なる亜種であると考えられる。これ らの抗生物質に対する耐性または感受性は、16SrRNA遺伝子の突然変異には 関係しない。従って、ある16SrRNA基質の使用により、異なるCFLPTMパ ターンが確認されるとは予想されなかった。 図84に示す結果は、SB-1/TET-1743対を使用すると、デスルフロコッカス・ア ミロリティカス(Desulfurococcus amylolyticus)(DSM 3822)、大腸菌(E.coli) 菌株K-12(ATCC 14948)およびS.aureus subsp.aureusの同定および区別を可能 にするCFLPTM分析用の基質を生成することができることを示す。 図85において、パネルAは、TET-SB-4/1743対ならびに大腸菌(E.coli)菌株B (ATCC 11303)、大腸菌(E.coli)菌株K-12(ATCC 14948)、大腸菌(E.coli)血 清型O157:H7(ATCC 43895)、シゲラ(Shigella)dysenteriae血清型2(ATCC 2 9027)およびサルモネラ(Salmonella)choleraesuis subsp.choleraesuis血清型 typhi(ATCC 6539)由来のゲノムDNAを使用して生成させた約208bpの16SrRN A基質の開裂によって生成した反応産物を示す。TET-SB-4/1743対は、遺伝子の 3’領域に位置する16SrRNA遺伝子の一部を増幅する(図82参照)。 図85、パネルAに示すCFLPTM反応は、約0.7pmolの各PCR産物を使用し て行い、開裂反応液は50℃で2分間インキュベートした。開裂産物は、図84につ いて記載したように、8%の変性ポリアクリルアミドゲル上での電気泳動により 展開した。 図85において、パネルBは、1638/TET-1659対ならびに大腸菌(E.coli)菌株B (ATCC 11303)、大腸菌(E.coli)菌株K-12(ATCC 14948)、大腸菌(E.coli)血清 型O157:H7(ATCC 43895)、シゲラ(Shigella)dysenteriae血清型2(ATCC 290 27)およびサルモネラ(Salmonella)choleraesuis subsp.choleraesuis血清型ty phi(ATCC 6539)由来のゲノムDNAを使用して作製した約350bpの16SrRNA基 質の開裂によって生成した反応産物を示す。1638/TET-1659対は、遺伝子の5’ 領域に位置する16SrRNA遺伝子の一部を増幅する(図82参照)。 図85、パネルBに示すCFLPTM反応は、約1pmolの各PCR産物を使用して 行い、開裂反応液は45℃でインキュベートした。開裂産物は、8%のポリアクリ ルアミドゲル上での電気泳動により展開した。 図85のパネルAおよびBで「M」と記したレーンは、MspIで消化したプラスミ ドpUC19DNA、および実施例8に記載したように末端デオキシヌクレオチジ ルトランスフェラーゼを使用してフルオレセインddUTPにより標識した3’ 末端を含む。このマーカーは、26、34、67、110/111、147、190、242および331b pの長さに対応するバンドを含む。404、489および501bpの別のマーカーバンドは 、この図では明らかでない。パネルAにおいて、レーン1〜5は、切断されてい ない(すなわち、酵素を含まない)対照を含み、レーン6〜10は、各々、大腸 菌(E.coli)菌株B(ATCC 11303)、大腸菌(E.coli)菌株K-12(ATCC 14948)、大 腸菌(E.coli)血清型O157:H7(ATCC 43895)、シゲラ(Shigella)dysenteriae 血清型2(ATCC 29027)およびサルモネラ(Salmonella)choleraesuis subsp.ch oleraesuis血清型typhi(ATCC 6539)由来の基質をインキュベートすることにより 生じた開裂産物を含む。パネルBにおいて、レーン1〜5は、切断されていない (すなわち、酵素を含まない)対照を含み、レーン6〜10は、各々、大腸菌(E .coli)菌株K-12(ATCC 14948)、大腸菌(E.coli)菌株B(ATCC 11303)、大腸菌 (E.coli)血清型O157:H7(ATCC 43895)、シゲラ(Shigella)dysenteriae血清 型2(ATCC 29027)およびサルモネラ(Salmonella)choleraesuis subsp.choler aesuis血清型typhi(ATCC 6539)由来の基質をインキュベートすることにより生成 した開裂産物を含む。 「切断されていない」レーンに見られる分子量のより低い物質は、dH2O中 に数日間保存した後のゲル精製物質の分解によることが分かった。この分解は、 EDTAが保存溶液に存在しない(すなわち、必要な金属イオンが痕跡量存在す る可能性がある)場合に活性である周囲のヌクレアーゼによると考えられる。こ の分解は、保存溶液にtRNAを含めることにより効果的に抑制される(実施例 19参照)。これらの切断されていない対照(パネルB、レーン1〜5)に見ら れる分解は、CFLPTMの結果には影響を及ぼさない。 図85に示す結果は、16S rRNA遺伝子のいくつかの領域が、他よりも可変性 が大きく、これらの領域の分析は、非常に密接に関連した生物どうしを比較する 場合に特に有用であることを示している。例えば、1638/TET-1659対(遺伝子の 5’領域に位置する16S rRNA遺伝子の一部を増幅する)によって生成する基 質を使用すると、エシェリキア(Escherichia)、シゲラ(Shigella)およびサルモ ネラ(Salmonella)属(パネルB、レーン6〜10)由来のDNA間を区別する だけでなく、試験した3種類の大腸菌(E.coli)菌株(すなわち、菌株B、K-12 および0157:H7)(パネルB、レーン6〜8)由来のDNAからも明確に異なる 開裂パターンをもたらすCFLPTMパターンを生成することができる。 これに対して、16S rRNA遺伝子の3’末端付近に位置する約208bpの断片 生成するTET-SB-4/1743対の使用により作製されるDNA断片の場合、エシェリ キア(Escherichia)−サルモネラ(Salmonella)群の菌株間に、CFLPTMパター ンの実質的な相違は認められなかった(パネルA、レーン6〜10)。16S rR NA遺伝子の5’および3’領域間の可変性の度合におけるこの対比は、エシェ リキア(Escherichia)−サルモネラ(Salmonella)群の菌株間の比較をSSCP分 析によって行った、Widjojoatmondjoら(前出)によって報告された結果と一致 している。 各生物は16SrRNA遺伝子の多重コピーを有し、これらは各PCRにおいて 共増幅するので、同一生物からの種々の増幅産物が同じ開裂パターンを生じるこ とを示すことが重要であった。図86では、カンピロパバター(Campylobacter)jej uni subsp.jejuni(ATCC 33291)から、2つの別々のPCR反応においてTET-E R10/1743対の使用により作製される約1292bpの16SrRNA基質の開裂によって 生成した開裂産物をレーン2および3に示す。比較のために、大腸菌(E.coli) 菌株K-12(ATCC 14948)から増幅した同じ領域をレーン1に示す。CFLPTM反応 は、約60fmoleの各PCR産物を使用して行い、開裂反応液は、50℃で2分間イ ンキュベートした。反応の停止は、95%のホルムアミド、5mMのEDTA、5%のグ リセロールおよび0.02%のメチルバイオレットの添加により行った。開裂産物は 、上記したように、6%の変性ポリアクリルアミドゲル上での電気泳動により展開 した。 図86に示す結果は、非常に異なるCFLPTMパターンが、紅色細菌(Purplebac teria)のγ(エシェリキア(Escherichia)、レーン1)およびε(カンピロバク ター(Campylobacter)、レーン2および3)亜門由来の基質を使用して生成した が、同じゲノムDNA上での個々のPCR反応の産物間には同じCFLPTMパタ ーンが認められた(レーン2および3)ことを示す。 図87では、1638/TET-1659対ならびに大腸菌(E.coli)血清型O157:H7(ATCC 43895)、S.choleraesuis subsp.choleraesuis血清型typhi(ATCC 6539)、シゲ ラ(Shigella)dysenteriae血清型2(ATCC 29027)、S.aureus subsp.aureus (ATCC 33591)、S.aureus subsp.aureus(ATCC 33592)、S.aureus subsp.aureu s(ATCC 13565)、S.hominis(ATCC 29885)およびS.warneri(ATCC 17917)由来 のゲノムDNAを使用して作製した約350bpの16SrRNA基質の開裂によって生 成した開裂産物を、各々、レーン1〜8に示す。CFLPTM反応は、約200fmol の各PCR産物を使用して上記したように行い、開裂反応液は、65℃で2分間イ ンキュベートした。開裂産物は、上記したように、10%の変性ポリアクリルアミ ドゲル上での電気泳動により展開した。 図87に示す結果は、非常に異なるCFLPTMパターンが、紅色細菌(レーン1 〜3)およびグラム陽性菌門(レーン4〜8)を代表する菌株に由来するDNA を使用して生成したことを示している。CFLPTMパターン間の実質的な相違は 、エシェリキア(Escherichia)(レーン1)、サルモネラ(Salmonella)(レーン2 )およびシゲラ(Shigella)(レーン3)属の間で検出された。 さらに、CFLPTMパターン間の実質的な相違は、スタフィロコッカス・アウ レウス(Staphylococcus aureus)(レーン4〜6)、hominis(レーン7)および warneri(レーン8)の種の間で検出された。スタフィロコッカス・アウレウス( Staphylococcus aureus)subsp.aureus ATCC 33591(レーン4)、ATCC 33592( レーン5)およびATCC 13565(レーン6)の3つの菌株の間では、CFLPTMパ ターンに実質的な相違は認められなかった。これらのS.aureus単離物は、報告 された抗生物質耐性において異なるが、密接に関連しているので、rRNA遺伝 子は、CFLPTM分析ではまだ分岐を示さない。 上記結果は、CFLPTM分析を使用すると、(基質として使用する16SrRN A遺伝子の領域に応じて)細菌属間ならびに異なる種および亜種の間を区別する ことができる。同一または類似の属(例えば、サルモネラ(Salmonella)、シゲラ (Shigella)および大腸菌(E.coli))内で生成するCFLPTMパターンを比較 すると、バンドパターンは全体的に類似していて、相違は、小さいサブセットの バンドにおける変化として示されることが分かる。異なる属(例えば、大腸菌(E .coli)とS.aureusとの間)にわたって比較すると、バーコードパターンに おいてより顕著な変化が明らかであり、これは、CFLPTMパターンを使用して 生物間の相違を検出することができるだけでなく、パターンの変化の程度により 、生物間の進化論における分岐の程度を評価することができる。 CFLPTM分析用の基質を、種々のプライマーセットを使用してPCR増幅に より産生した。いくつかのプライマー対(セット)は、全ての原核生物に対して 普遍的であることが報告され、他のプライマー対は、下等分類群の典型に対して 特異的であることが認められている(PCT公開公報第90/15157号参照)。プライ マー配列を除いて、特定の生物に由来するrRNA遺伝子のDNA配列に関する 知見は、細菌の16SrRNA遺伝子の増幅およびCFLPTM分析には必要ない。 典型的な古細菌および真正細菌、真正細菌の異なる門、真正細菌内の異なる門 、同じ門の異なる亜門、同じ群の異なる属、同じ属の異なる種および同じ種の異 なる菌株の間で、明確に異なるCFLPTMパターンが認められた。CFLPTMパ ターンにおける明確な特徴は、食中毒と関連のあるもの、正常なフローラの害の ないメンバーに由来するものなどの病原性単離物の区別を可能にすることが認め られた。 同じプライマーセットにより種々の生物由来のゲノムDNAを使用して作製し たPCR産物は、ゲル電気泳動(勾配のないポリアクリルアミドゲル)の際の移 動度によって区別することができないが、クリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素は 、これらのPCR産物をより短い断片に開裂し、それによって、特徴的な開裂産 物(すなわち、明確なCFLPTMの特徴)のセットを生じる。生成した開裂産物 のパターンは再現性があり、独立したPCRにおいて所与のプライマー対を使用 して同じ生物から作製したDNA基質は、同じパターンの開裂産物を与える。 CFLPTMパターンは、大きいDNA断片(例えば、少なくとも約1.6kb)を 使用して得ることができ、従って、細菌16SrRNA遺伝子の全体の長さをカバ ーすることができる。また、CFLPTMは、16SrRNA遺伝子全体にわたって 異なる位置にある、より短いDNA断片(約200bp)と共に使用することができ る。 実施例35 ヌクレオチド類似体を含む基質のCFLPTM分析 種々のヌクレオチド類似体を使用することによるCFLPTM反応の基質生成の 効果を調べた。下記で論じるように、ヌクレオチド類似体は、いくつかの理由に よりPCRで使用される。従って、CFLPTM分析によるPCRの改変産物(す なわち、ヌクレオチド類似体含有PCR産物)の分析能を調べた。7−デアザプ リン類似体(7−デアザ−dATPおよび7−デアザ−dGTP)は、多重隣接 プリンの鎖内のスタッキングを弱めることにより二次構造の領域を不安定化する ように作用する。この効果により、強い二次構造のために天然のdNTPの使用 では増幅に対して耐性を有する核酸の増幅が可能になる[McConlogueら、Nucleic Acids Res.,16:20(1988)]。 同様に、類似体dUTPは、しばしばdTTPの代わりに使用されるが、それ は別の理由による。dUTP−含有DNA(この命名は、dUTPを使用して生 成するPCR産物に対する速記名である。実際のPCR産物は、dUMPを含む 。)は、ウラシルDNAグリコシラーゼ(UDG)の酵素活性によって破壊でき るが、dTTP−含有DNAはそのままである。PCR産物を、dTMPの代わ りにdUMPを含んで産生する場合、UDGを使用すると、続く全ての反応にお いて、対象の正常なDNAからの増幅を妨げることなく、初期PCRからの持ち 越しによる擬陽性結果を排除することができる。この方法は、PCRを行うのに 臨床研究室で広く使用され、従って、この方法は、病原体の分類のためのCFL PTMと共にPCRを使用するほとんどの臨床研究室で使用されるだろう。すなわ ち、CFLPTM反応の、dUTP−含有DNA断片を適切に開裂する(すなわち 、再現性の強いバンドパターンを生じる)能力を調べた。 これらの比較のために、ヒトチロシナーゼ遺伝子の野生型およびR422Q突然変 異体のエクソンに由来する157bp断片に対応する基質を、1)dNTP(すなわ ち、dATP、dCTP、dGTPおよびdTTP)の標準的混合物;2)dT TPの代わりのdUTP;3)dGTPの代わりの7−デアザ−dGTP(d7 GTP);および4)dATPの代わりの7−デアザ−dATP(d7ATP) のいずれかを使用するPCR増幅によって作製した。これらの基質は、次いで、 クリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素とともにインキュベートし、種々のヌ クレオチド類似体の存在の開裂パターンに対する影響を調べた。 B)ヌクレオチド類似体を含む基質の調製 ヒトチロシナーゼ遺伝子の157bp断片(エクソン4)を、5'CACCGTCCTCTTCAAGA AG3'(配列番号29)および5’ビオチン-CTGAATCTTGTAGATAGCTA3’(配列番号 30)の一対を使用してPCRで増幅した。チロシナーゼ遺伝子の野生型または R422Q突然変異体に由来するcDNAを含むプラスミドを鋳型として使用した( これらのプラスミドの説明については実施例8を参照)。得られる二本鎖PCR 産物は、アンチセンス鎖上に5’ビオチン標識を含むので、CFLPTM反応で検 出される配列は、配列番号35(野生型アンチセンス鎖)または配列番号53( R422Q突然変異体アンチセンス鎖)である。全てのPCRは、最終体積100μlで 行った。dATP、dCTP、dGTP、dTTPおよびdUTPは、Perkin E lmerから入手した。d7ATPおよびd7GTPは、Pharmaciaから入手した。Taq DNAポリメラーゼは、Promegaから入手した。PCR混合物は、下記表7に示 すように調製した。 野生型および突然変異体R422Q基質を、上記で挙げた天然および置換ヌクレオ チド類似体を使用して増幅した。天然のdNTP、d7ATPおよびd7GTPを 含む反応液の場合、全ての反応成分は一緒に添加した。dUTPを含む反応液は 、最初に、ポリメラーゼを含めないで調製した(下記参照)。 調製した反応液は、95℃に予熱した熱サイクラー(MJ Research,Watertown,M A)に入れた。試験管は、増幅を行う前に、95℃で1分間インキュベートした。 次いで、プログラムを、94℃で30分間、50℃で1分間、72℃で2分間が34サイク ル、最後に72℃のインキュベーションを5分間となるようにセットした。 dUTPを含む反応は、「ホットスタート」によって行った。ポリメラーゼを 除く全成分を混合し、95℃に1分間加熱した後、72℃に冷却した。次いで、Taq ポリメラーゼ(2.5ユニット)を10μlの1X PCR緩衝液に添加して、最終体積 を100μlとした。 PCR産物は、増幅の終わりに、dUTPを含む反応液を除いて、0.3M Na O4Ac溶液とし、dUTP含有反応液は、2M NH4OAc溶液とした。次いで 、2.5体積(全水性体積)の無水エタノールの添加により全てを沈殿させた。D NAペレットを遠心分離によって集めた後、減圧乾燥した。ペレットを10μlの TEおよび10μlのSTOP緩衝液(dUTP含有反応液の場合は、20μlのT10E 0.1および16μlのSTOP)に再懸濁した。次いで、試験管を85℃に2分間加熱 し、混合物を0.5X TBEの緩衝液中の7Mの尿素を使用した10%(dUTPの場合 は6%)の変性アクリルアミドゲル(19:1架橋)による電 気泳動により展開した。 野生型およびR422Q突然変異体由来の157bpの基質に対応するPCR産物を、実 施例19に記載したようにゲル精製した。ゲル精製したDNAを、次の体積でT1 0E0.1緩衝液に再懸濁した。すなわち、dNTPのみを含む断片の場合は40μl; d7ATPを含む断片の場合は40μl;d7GTPを含む断片の場合は25μl;およ びdUTPを含む断片の場合は25μlであった。 B)開裂反応条件 天然のデオキシヌクレオチドおよびヌクレオチド類似体を含む、ゲル精製した 157bpのチロシナーゼ基質を、次のように開裂反応で分析した。最終の反応混合 物は、20μlの体積中に1μlの再懸濁したゲル精製DNA(上記(a)節参照)、0. 2mMのMnCl2を含む10mMのMOPS、pH7.5中の25ngのクリーブアーゼ(Clea vase)TMBN、ならびに各0.05%のTween 20およびNP-40を含む。酵素を含まない対 照は、クリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素を蒸留水で置き換えて調製した。基質 DNAを反応チューブに分配して、H2Oにより体積を15μlとした。残りの反応 成分を混合して体積を5μlとした(すなわち、4X濃度)。DNAを95℃で15秒間 加熱して、DNAを変性させた。開裂反応は、5μlの酵素/緩衝液混合物(該4X 濃度)の添加により開始した。開裂反応液を45℃で3分間インキュベートし、反 応を、16μlのSTOP溶液((a)節に記載)の添加により停止した。7μlの各サ ンプルを85℃に2分間加熱した後、45mMのトリスホウ酸塩、pH8.3、1.4mMのE DTAの緩衝液中の7Mの尿素を使用した10%の変性アクリルアミドゲル(19:1架 橋)上にローディングした。ゲルは、ブロモフェノールブルーがゲルの長さを移 動するまで、一定の800Vで泳動させた。 電気泳動の後、ビオチン化断片を、4μlのSAAPコンジュゲートを100μlの USB遮蔽緩衝液(1:25,000の希釈度)に添加したことを除いて、実施例8に記 載したように検出した。洗浄後、5μlのCDP−StarTMを化学発光基質として使 用した。得られたオートラジオグラムを図88に示す。 図88において、「M」と記したレーンは、Amersham(Arlington Heights,IL) から入手したビオチン化分子量マーカーを含み、50、100および200ヌクレオ チドの長さに対応するバンドを含む(大きさは、数字および大きい矢じりを使用 して示す。)。レーン1〜8は、クリーブアーゼ(Cleavase)TMBN酵素の不存在下 で基質をインキュベートすることにより得た反応産物を含む(すなわち、酵素を 含まない、または切断されていない対照)。レーン9〜16は、クリーブアーゼ (Cleavase)TMBN酵素の存在下で基質をインキュベートすることにより得た反応産 物を含む。レーン1、3、5、7、9、11、13および15は、野生型基質を 含む。レーン2、4、6、8、10、12、14および16は、R422Q突然変異 体基質を含む。レーン1、2、9および10に示す産物は、PCRでdNTPを 使用して作製した基質から生成した。レーン3、4、11および12に示す産物 は、PCRでdTTPの代わりにdUTPを使用して作製した基質から生成した 。レーン5、6、13および14に示す産物は、PCRでdGTPの代わりにd7 GTPを使用して作製した基質から生成した。レーン7、8、15および16 に示す産物は、PCRでdATPの代わりにd7ATPを使用して作製した基質 から生成した。本実施例から明らかなように、改変DNA断片は、CFLP反応 での開裂に適する。バンドパターンは、これらの置換によってかなり異なるが、 野生型およびR422Q突然変異体DNAは、全ての場合において容易に区別するこ とができる 本発明は特定の理論に限定されるものではないが、ヌクレオチド類似体を使用 する場合に認められるバンドパターンにおける変化は、二つの原因によると考え られる。全ての場合、特に7−デアザプリンを参照すると、ヌクレオチド類似体 の使用は、開裂反応中に生成した鎖内折り畳み構造の性質および安定性を実質的 に変化させると考えられる。その結果、開裂部位の位置が自然にシフトする。さ らに、改変ヌクレオチドでの置き換えは、開裂酵素の折り畳み開裂構造体に対す る親和性を変化させ、特定の部位での開裂を強化したり弱めたりする。 種々の類似体を使用する場合の野生型およびR422Q突然変異体の間に見られる 変化を調べると、これらの置換体の使用が、変形間の差異を高め得ることが分か る。例えば、50bpマーカーのすぐ上の領域における2つの基質DNA(dUTP またはdTTPを使用して作製)の開裂産物に関して、野生型と突然変異体との 間で強度を低下させる一つの重要なバンドが、dU−含有サンプルでは、より 大きく低下する。 図88に示す結果は、ヌクレオチド類似体を使用してCFLPTM基質を作製する ことができることを示す。ヌクレオチド類似体を含むチロシナーゼ遺伝子の野生 型またはR422Q突然変異体に由来する基質は、突然変異体および野生型の対立遺 伝子の区別および同定を可能にする明確な開裂パターンを生成する。 本実施例は、開裂の正確な部位は、dNTP含有基質および7−デアザ−dN TP含有基質において異なるが、dGTPを7−デアザ−GTPで、またはdA TPを7−デアザ−ATPで100%置き換えても、はっきりしたCFLPパターン が生じることを示す。上記結果はまた、ヌクレオチド類似体を含むDNA断片内 に存在する1個の塩基変化が、折り畳み構造体に十分影響を及ぼし、ヌクレオチ ド類似体を含まないDNA断片をCFLPTMアッセイを使用して分析したときに 見られるものと類似した開裂パターン変化を引き起こすことを示す。 上記から明らかなように、本発明は、変異に対する核酸配列の迅速なスクリー ニングを可能にする試薬および方法を提供する。これらの方法は、ウイルスおよ び細菌病原体の同定を可能にするとともに、遺伝子配列に関連した突然変異(例 えば、結核菌(M.tuberculosis)における多剤耐性に関連する突然変異またはヒ トの病気に関する突然変異)の検出を可能にする。これらの方法は、病原体の同 定および解析についての改善された手段を提供する。 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION                Rapid detection and identification of nucleic acid variants and pathogens Field of the invention   The present invention provides methods and compositions for treating nucleic acids, particularly nucleic acid sequences and arrangements. Methods and compositions for detecting and characterizing column changes. Background of the Invention   Detection and characterization of specific nucleic acid sequences and sequence changes are indicative of infection. Presence of irs or microbial nucleic acid sequences, mammalian inheritance associated with disease and cancer Detection of the presence of offspring mutants or alleles and found in forensic samples It has been used to identify the origin of nucleic acids, as well as to determine paternity.   The art is concerned with detecting and characterizing specific nucleic acid sequences and sequence changes. There are various known methods that can be used. Nevertheless, the human genome and As the nucleic acid sequence data of genomes of pathogens and pathogens accumulate, it is quick, reliable, and cost-effective. Increased demand for specific sequences that are efficient and user-friendly Continue to do. Importantly, these tests will produce very low copies of the sequence of interest. Must be able to generate a detectable signal from the . The following discussion discusses the three stages of nucleic acid detection currently in use, namely, I.I. Rare distribution Signal amplification techniques for detection of columns, II. For detection of higher copy number sequences Direct detection technology, and III. Sequence change somewhere within a defined DNA fragment Detection of unknown sequence changes for rapid screening of DNA.   I. Signal amplification technology method for amplification   "Polymerase chain reaction" (PCR) involves a first generation method of nucleic acid amplification. However While using the same specificity principle but generating signals with different amplification mechanisms Some other methods have been developed. These methods include "ligase chain reaction. Response (LCR), Self-Sustained Synthetic Reac tion) ”(3SR / NASBA) and“ Qβ-Replicase ”(Qβ) .   Polymerase chain reaction (PCR)   The polymerase chain reaction (PCR) is described in Mullis and Mullis et al., U.S. Pat. Cloning or purification as described in 195 and 4,683,202 Methods to increase the concentration of segments of a target sequence in a genomic DNA mixture U. This technique offers one approach to the problem of low target sequence concentration . PCR is used to directly increase the target concentration to a level that is easily detectable. Can be used. This method of amplifying a target sequence contains the desired target sequence. The resulting DNA mixture contains a 1 molar excess of 2 complementary to each strand of the double-stranded target sequence. And introducing two oligonucleotide primers. Denaturing the mixture And then hybridized. After hybridization, the primer is It is extended with merase to form a complementary strand. Relatively high concentrations of the desired target sequence Denaturation, hybridization, and polymerase extension The process can be repeated as many times as necessary.   The length of the segment of the desired target sequence is relative to each of the primers. Can be determined by the position, so this length is a controllable parameter It is. The sequence in which the desired segment of the target sequence predominates in the mixture (in terms of concentration) They are said to be "PCR amplified".   Ligase chain reaction (LCR or LAR)   Ligase chain reaction (LCR: Barany, Proc. Natl. Acad. Sci., 88: 189 (1991);  Barany, PCR Methods and Applic., 1: 5 (1991) and Wu and Wallace, Genomi. cs 4: 560 (1989) described as "ligase amplification reaction" (LAR) Has evolved into another well-recognized method of nucleic acid amplification. LCR Four oligonucleotides (ie, only one strand of the target DNA Hybridize with two adjacent oligonucleotides that form a bridge and the opposite strand (A complementary set of adjacent oligonucleotides to form) and mix DNA ligase Add to the mixture. If there is complete complementarity at the junction, the ligase will hybridize. Each set of code forming molecules will be covalently linked. The important thing is that in LCR Probes base-pair with sequences in target sample without gaps or mismatches Only if they are connected to each other. Denaturation, hybridization and And ligation cycles are repeated to amplify short DNA segments . LCR can also be combined with PCR to enhance detection of single base changes. Use (Segev, PCT International Publication WO09001069 A1 (1990)). However, The four oligonucleotides used in this assay are paired into two short ligations. Generates a target-independent background signal as it can form possible fragments there is a possibility. The use of LCR for mutant screening involves the use of specific nucleic acids Limited to location surveys.   Self-sustained synthesis reaction (3SR / NASBA)   Self-sustained sequence replication reaction (3SR) (Guatelli et al., Proc. Natl. Acad. Sci., 87: 1874-1878 [1990], and Proc. Natl. Acad. Sci., 87: 7797 [1990]. The errata shows that RNA sequences can be amplified exponentially at a certain temperature. A transcription-based in vitro amplification system (Kwok et al., Proc. Natl. Acad. Sci., 86: 1173-1). 177 [1989]). The amplified RNA can then be used for mutation detection (Fahy et al., P. CR Meth. Appl., 1: 25-33 [1991]). In this method, the 5 'end of the sequence of interest is Oligonucleotides to add a large RNA polymerase promoter Use primers. Second primer, reverse transcriptase, ribonuclease H, R Contains NA polymerase and ribo- and deoxyribonucleoside triphosphates Iterative circulation of transcription, cDNA synthesis and second strand synthesis in a reaction mixture of enzyme and substrate To amplify the region of interest. For detecting mutations The use of 3SR is useful for screening small DNA segments (eg, 200-300 base pairs). Kinetic.   Q-beta (Qβ) replicase   In this method, a probe recognizing a sequence of interest is used for Qβ replicase. To a replicable RNA template. Of non-hybridized probe A major identified problem with false positives arising from replication is sequence-specific linkage. Presented through the use of a knotting process. However, available thermostable DNA Ligase is not effective on this RNA substrate, so the ligation is It must be performed at low temperature (37 ° C.) with ligase. Because of this, gain specificity The use of elevated temperatures as a means to prevent It can be used to detect mutations in the binding site only (and nowhere else).   Table 1 below lists some of the desirable features for systems useful in sensitive nucleic acid diagnostics. And summarize the capabilities of each of the major amplification methods (Landgren, Trends in Gen etics 9: 199 [1993]).   For a diagnostic method to be successful, it must be very specific. A direct way to control the specificity of nucleic acid hybridization controls the temperature of the reaction It is because of that. The 3SR / NASBA and Qβ systems are all large signal At least one of the enzymes involved in each Cannot be used at high temperatures (ie above 55 ° C.). Therefore, the non-specificity of the probe The reaction temperature cannot be increased to prevent dynamic hybridization. Plow Shortening the probe to make it easier to melt Is more likely to be present in the composite genome. For these reasons, PCR And LCR dominates the field of detection technology research.   The basis for amplification methods in PCR and LCR is that one cycle of product is A template that can be used in all subsequent cycles, and as a result, That is, the number is doubled. The final yield of any such double system is ( 1 + X)n= Y [where “X” is the average efficiency (the ratio of replicated in each cycle) and “n "Indicates the number of cycles, and" y "indicates the total efficiency or the reaction yield.] (Mullis, PCR Methods Applic., 1: 1 [1991]). Each copy of the target DNA is If used as a template in each cycle of the merase chain reaction, the average efficiency is 100 %. After 20 cycles of PCR, the yield is 2 starting materials.20I.e. 1, 048,576 copies. Do not reduce the average efficiency to 85% by the reaction conditions. Showed that the 20 cycle yield was only 1.85 of the starting material.20Ie, 220,5 13 copies. That is, PCR performed at 85% efficiency is 100% efficient. Only 21% of the final product is obtained compared to the reaction performed. Average efficiency is 5 Reactions reduced to 0% give less than 1% of possible product.   In practice, the normal polymerase chain reaction rarely gives the theoretical maximum yield However, PCR is usually performed for 20 cycles or more to compensate for the low yield. Theoretically 20 To obtain a million-fold amplification obtained in cycles, 34 cycles at 50% average efficiency. At lower efficiencies, the number of cycles required is extraordinary. Ma Also, if the background product is amplified with better average efficiency than the desired target, Any background products will be the predominant products.   In addition, the length and secondary structure of the target DNA, the length and design of the primer, The concentration of immersion and dNTPs, buffer composition, etc. A number of variables can affect the average efficiency of the PCR. Exogenous DNA (eg, laboratory Consideration should also be given to contamination or cross-contamination of the reaction by DNA spilled on the surface. It is a point. Reaction conditions are for each different primer pair and target sequence It must be carefully optimized, and even experienced researchers can May also spend. Difficulties in this method involving numerous technical considerations and other factors Due to gender, a significant obstacle appears in the use of PCR in clinical settings. In fact, still PC R has not penetrated the clinical market in a significant way. Different oligonucleotides for each target sequence Since the LCR must also be optimized to use the leotide sequence, the LCR But the same concerns arise. In addition, both methods provide high temperature Requires expensive equipment.   Many applications of nucleic acid detection technology (e.g., when studying allelic variants) Nucleotide differences as well as detection of specific sequences in Also includes discrimination between sequences that have little or no single nucleotide difference. For PCR A method for detecting a more allele-specific mutation is to use the template strand and the 3 ′ end of the primer. It is difficult for Taq polymerase to synthesize DNA strand when there is a mismatch between Based on the fact that Allele-specific mutation is one of the possible alleles It can also be detected by using a primer that perfectly matches with only. I mean , A mismatch with the other allele acts to inhibit extension of the primer Thereby inhibiting amplification of the sequence. The base composition of the mispairing is Affects the ability to inhibit elongation beyond, and some mismatches inhibit elongation. This method has inherent limitations in that it has no or minimal impact (Kwok Et al., Nucl. Acids Res., 18: 999 [1990]).   A similar 3 'mismatch strategy can be used more effectively to prevent ligation in LCR. (Barany, PCR Meth. Applic., 1: 5 [1991]). In any case, the heat resistant rig Effectively inhibits the action of Lase, but still LCR is a target-independent background It has the disadvantage that amplification starts with the round ligation product. Also, for each position Combining LCR followed by PCR to identify nucleotides is also an option. Clearly a tricky proposal to the floor lab.   II. Direct detection technology   If a sufficient amount of nucleic acid is available to be detected, more copies of that target Direct detection of the sequence without creating a sequence (e.g., as in PCR and LCR). There is an advantage that you can get out. Most notably, the signal is exponentially amplified. The method that is not used is easier to adapt to quantitative analysis. Even a single oligonucleotide Even if multiple dyes are attached to the otide to enhance the signal, The correlation between degree and target amount is straightforward. Such a system is a reaction product that The product itself does not further accelerate the reaction, and contamination of the laboratory surface with the product is a serious problem. It has the additional advantage of not having to. Northern blotting, Southern block In traditional methods of direct detection, such as ligating and ribonuclease protection assays, Usually, radioactivity must be used, and it is not easy to automate. Recently devised The technology avoids the use of radioactivity and / or increases sensitivity in a form that can be automated. I'm trying to get it up. For example, "Cycling Probe R" eaction) "(CPR) and" Branched DNA "(bDNA). It is.   The cycling probe reaction (CPR) (Duck et al., BioTech., 9: 142 [1990]) A long chimeric oligonucleotide consisting of RNA at the center and DNA at both ends use. The probe is hybridized with the target DNA, and Exposure to ase H digests the RNA portion. Because of this, the remaining two The heavy helical DNA is destabilized and the remaining probe is released from the target DNA. , The process is repeated with another probe molecule. Cleavage probe molecular form The signal accumulates at a linear rate. The signal is increased by the repeated steps, The RNA portion of the oligonucleotide is a ribonucleic acid that can be carried by sample preparation. Vulnerable to Aase attacks.   The branched DNA (bDNA) described in Urdea et al., Gene 61: 253-264 (1987) is: Branching structures that carry 35-40 labels on each individual oligonucleotide (Eg, alkaline phosphatase enzyme). this Increases the signal from the hybridization event, but increases the signal from non-specific binding. The signal increases as well.   III. Detect unknown sequence changes   The need for tests that can detect specific nucleic acid sequences and sequence changes It is increasing rapidly with diagnosis. Nucleic acid sequences for genes from humans and pathogens As column data accumulates, rapid and costly unknown mutations in specific sequences The demand for highly efficient and easy-to-use tests is rapidly increasing.   A few ways to scan nucleic acid segments for mutations I have. One option is to determine the entire gene sequence of each test sample (eg, bacterial isolate) It is to be. If the sequence is less than about 600 nucleotides, the amplified material This may be done by using (eg, a PCR reaction product). This And eliminates the time and expense associated with cloning the segment of interest. it can. However, special equipment and highly trained personnel are required, The law is too labor-intensive and uneconomic, making it impractical and effective in clinical settings not.   Given the difficulties associated with sequencing, the number of nucleic acid segments Or at other stages. At the lowest resolution, the same The size of the molecule can be determined by comparison with a known standard run on the same gel . Prior to electrophoresis, multiple restriction enzymes can be constructed so that an ordered map can be constructed. By cleavage in combination, a more detailed molecular image can be obtained. The cut The presence of specific sequences within the strip can be detected by hybridization of the labeled probe. Or in the presence of partial chemical degradation or chain terminating nucleotide analogs The exact nucleotide sequence can be determined by primer extension at   In the case of detection of single base differences between the same sequences, the highest resolution Often needed. The location of the nucleotide in question is known in advance If so, how do you look for single base changes without direct sequencing? That method has been developed. For example, if the mutation of interest happens to be a restriction recognition If located in the column, changes in digestion pattern can be used as diagnostic means ( Example, restriction fragment length polymorphism [RFLP] analysis).   Single point mutations have also been detected by the creation or disruption of RFLP. Mismatch site Mutation was detected by the presence and size of the RNA fragment generated by cleavage at Is determined. Single Nucleotide in DNA Heteroduplex Due to Several Chemicals Peptide mismatches are also recognized and cleaved, resulting in `` Mismatch Chlo emical Cleavage) "(MCC) (Gogos et al., Nucl. Acids Res., 18: 6807-6817 [1990]. ) Provides another strategy for detecting single base substitutions, commonly referred to as It is. However, this method is very toxic, not suitable for use in clinical laboratories Two chemicals, osmium tetroxide and piperidine, must be used. Must.   RFLP analysis is insensitive and requires large samples. For point mutation detection When using RFLP analysis, by its nature, it is known to be a restriction endonuclease. It is limited to the detection of single base changes located within the restriction sequences of ase. In addition, The majority of available enzymes have 4-6 base pair recognition sequences and are frequently cleaved too often Not suitable for large-scale DNA manipulation (Eckstein and Lilley eds., Nucleic Acids and  Molecular Biology, vol. 2, Springer-Verlag, Heidelberg [1988]). Therefore , Since most mutations are not located at such sites, Combination Applicable only to   A small number of rare cleavage restriction enzymes having eight base pair specificities have been isolated, Although they are widely used in genetic mapping, these enzymes are in very small numbers, Limited to recognition of G + C-rich sequences, cleavage at sites that are highly prone to cluster formation (Barlow and Lehrach, Trends Genet., 3: 167 [1987]). Recently, 12 or more Encoded by a group I intron thought to have a base pair specificity of Endonuclease was discovered (Perlman and Butow, Science 246: 1106 [19 89]), again, these are very few.   If the change is not within the recognition sequence, a primer extension or ligation event is paired or High near an unknown nucleotide so that it can be used as an indicator of mismatch Designing allele-specific oligonucleotides (ASO) to form a bridge Can be In addition, radiolabeled allele-specific oligonucleotides (AS O) has been applied to the detection of specific point mutations (Co nner et al., Proc. Natl. Acad. Sci., 80: 278-282 [1983]). This method uses a single Based on differences in melting temperatures of short DNA fragments differing in leotide. Astringent hybrid Pad and wash conditions distinguish between mutant and wild-type alleles . Also, the ASO approach applied to the PCR product was a ras gene and gsp / By various investigators to detect and characterize point mutations in the gip oncogene It is widely used (for the ras gene, see Vogelstein et al., N. Eng. J. Med., 31). 9: 525-532 [1988] and Farr et al., Proc. Natl. Acad. Sci., 85: 1629-1633 [1988] For the gsp / gip oncogene, see Lyons et al., Science 249: 655-659 [1990]). Various Multiple possible oncogene mutations due to multiple nucleotide changes In order to cover the differences, the ASO method uses a large number of oligonucleotides. Need to be   The use of any of the above techniques (ie, RFLP and ASO) is The exact location of the mutation must be known prior to testing. That is, They are suddenly unknown in their nature and location within the gene or sequence of interest. However, it cannot be applied when it is necessary to detect the presence of the mutation.   The other two methods detect changes in electrophoretic mobility in response to small sequence changes It is because of that. `` Denaturing Gradient Gel Ele ctrophoresis) (DGGE), one of these methods is electrophoresis on gradient gels. Slightly different sequences show different patterns of local melting when separated by electrophoresis It is based on the observation that Thus, different nucleotides at a single nucleotide Differences in the melting properties of mono- and heteroduplexes may lead to the presence of mutations in the target sequence. Mutants can be identified because they can be detected by corresponding changes in their electrophoretic mobilities. You can do it. Complete denaturation of the sequence of interest without complete strand dissociation As described above, the fragment to be analyzed (usually the PCR product) is composed of long extending GC bases. It is "clamped" at one end by pairs (30-80). The GC “clamp” is recognized by DGGE by binding to the DNA fragment. The rate of possible mutations increases (Abrams et al., Genomics 7: 463-475 [1990]). Increase To ensure that the width array has a low dissociation temperature, one GC clamp It is important to attach to the primers (Sheffield et al., Proc. Natl. Acad. Sc. i., 86: 232-236 [1989], and Lerman and Silverstein, Meth. Enzymol., 155 : 482-501 [1987]). Modification of the technique using temperature gradients has also been developed (Wa rtell et al., Nucl. Acids Res., 18: 2699-2701 [1990]). It can also be applied to main strands (Smith et al., Genomics 3: 217-223 [1988]).   One limitation of the utility of DGGE is that denaturing conditions must be met for each type of DNA tested. There is a need to optimize. Further, the method further comprises: Special equipment is required to prepare and maintain the required high temperatures during electrophoresis. The clamping tail (c) on one oligonucleotide for each sequence tested The costs associated with synthesizing the lamping tail are also a major consideration. Also , DGGE requires a long operation time. The long operating time of DGGE is Called constant denaturant gel electrophoresis (CDGE) Truncation in the modification of DGGE (Borrensen et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88: 8405 [1991]). High in CDGE due to detection of unknown mutations To obtain efficiency, it is necessary to use the gel under different denaturant conditions.   Temperature gradient gel electrophoresis (TGG In a technique similar to DGGE called E), a temperature gradient rather than a chemical denaturant gradient is used. (Scholz et al., Hum. Mol. Genet., 2: 2155 [1993]). In TGGE, the electric field Special equipment must be used to create a vertically oriented temperature gradient No. TGGE can detect mutations in relatively small DNA fragments Therefore, scanning large gene segments requires multiple PCR products before using the gel. It is necessary to use a product.   "Single-Strand Conformation Polymorphism ) "(SSCP) is another common method described by Hayashi, Sekya et al. (Hayash PCR Meth. Appl., 1: 34-38 [1991]) Allows a single-stranded nucleic acid to adopt a characteristic conformation in non-denaturing conditions. Based on the observation that these conformations affect electrophoretic mobility. It is a spider. The complementary strands are sufficiently different that one strand is separated from the other. Take a structure that: Alterations in the sequence within the fragment also alter the conformation. As a result, it alters the mobility, which can be used as an assay for sequence variation. (Orita et al., Genomics 5: 874-879 [1989]).   The SSCP method uses a DNA segment labeled on both strands (eg, a PCR product). Denaturation followed by slow electrophoretic separation on a non-denaturing polyacrylamide gel. Release (allows intramolecular interactions to form, which are disturbed during operation) Not to include). This technique is insensitive to changes in gel composition and temperature. Always sensitive. An important limitation of this method is that it combines data from different laboratories. It is relatively difficult to compare under apparently similar conditions.   Dideoxy fingerprinting (ddF) has been described for the presence of unknown mutations. Another technique developed for scanning genes (Liu and Sommer , PCR Methods Appli., 4:97 [1994]). In the ddF technology, the Sanger dideoxy distribution The components of the column determination method are combined with SSCP. One dideoxy termine The dideoxy sequencing reaction was carried out using a Similarly, the reaction product is subjected to electrophoresis on a non-denaturing polyacrylamide gel, A change in the mobility of the connection segment is detected. ddF is SSC at the point where sensitivity is increased. P is an improvement over P, but ddF requires the use of expensive dideoxynucleotides. However, this technique uses fragments of a size suitable for SSCP (ie, optimal detection of mutations). (200-300 base fragment) for analysis.   In addition to the foregoing limitations, all of these methods relate to the size of Limited. The direct sequencing approach requires that all fragments be included in the coverage. , Cloning is required for sequences longer than 600 base pairs, resulting in It involves delays and expense for cloning or primer walking. S SCP and DGGE are subject to even more severe size restrictions. Against sequence changes These methods are not considered appropriate for larger fragments due to reduced sensitivity Can be SSCP reports that it detects 90% of single base substitutions within a 200 base pair fragment As reported, the detection dropped to less than 50% for the 400 bp fragment. U. Similarly, the sensitivity of DGGE decreases as fragment length reaches 500 base pairs. Less. Also, the ddF technique is used in the case of a combination of direct sequencing and SSCP. Similarly, the DNA is limited to DNA of a relatively small size that can be screened.   Obviously, the size is so sensitive that all genes can be analyzed, not gene fragments. There is still a need for an insensitive method. It also has a variety of backgrounds and technologies Such a means is available so that researchers can compare data obtained from different laboratories. Must be robust. Ideally, such a method would be "multiplexing" (I.e., several molecules or genes performed in a single reaction or gel lane Simultaneous analysis, usually separated from each other by identifying labels or probes ) Would be compatible. Such analytical techniques will be Facilitates the use of internal standards for data comparison and increases personnel and equipment productivity I will let you. This ideal method would also be easy to automate.   Summary of the Invention   The present invention relates to methods and compositions for treating nucleic acids, particularly in human gene sequences. And characterize nucleic acid sequences and sequence changes in genetic and microbial gene sequences Methods and compositions. The present invention relates to a nucleic acid cleavage structure in a site-specific manner. Providing a means for cleaving. In one embodiment, the cleavage means comprises a nucleic acid group Is an enzyme that has the ability to cleave cleavage structures on proteins, Form the basis of the delivery method. The invention relates, inter alia, to 1) mutations in human gene sequences. And 2) detection and identification of pathogenic organisms, including but not limited to I) The use of the novel detection method for clinical diagnostic purposes is contemplated.   In one embodiment, the invention relates to native (ie, "wild-type") DNA polymerases. The sequence has been modified in comparison to the native sequence to show altered DNA synthesis activity from Encoding a modified DNA polymerase (ie, a "mutant" DNA polymerase) Intended DNA sequence. For the polymerase, no synthesis should take place. Is not necessary, but it inhibits the method in the absence of polymerase activity It is desired that a cleavage reaction occurs at the level. The encoded DNA polymerase Is modified to show reduced synthetic activity from the natural DNA polymerase. Preferably. Thus, the enzyme of the present invention is a nuclease, It has the ability to specifically cleave nucleic acids. Importantly, the nucleases of the present invention The ability to cleave the cleaved structure to produce a separate cleavage product.   The present invention contemplates nucleases from various sources, including thermostable nucleases. Is done. Thermostable nucleases cause nucleic acid hybridization to occur very specifically Operable at temperature, enabling allele-specific detection (including single base mismatches) To be particularly useful. In one embodiment, the thermostable 5 'nucleus is These are Thermus aquaticus, Thermus flavus (Th ermus flavus) and Thermus thermophilus ( (Non-limiting) Natural polymerers of various Thermus species Selected from the group consisting of modified polymerases derived from zeolites.   The present invention is not limited to the use of thermostable nucleases. In this specification As shown, in the method of the present invention, nucleases from mesophilic organisms (eg, E. coli (E. coli) i) Exo III, Saccharomyces cerevisiae Rad1 / Rad1 0 complex).   The present invention relates to methods for detecting and characterizing nucleic acid sequences and sequence changes. Use creatase. The present invention cleaves nucleic acid cleavage structures in a site-specific manner Means for. Scan for known and unknown mutations, such as single base changes in nucleic acids. Nuclease activity is used for cleaning.   In one embodiment, the present invention relates to a method of treating nucleic acids, comprising: a) i) a cleavage procedure. And ii) providing a nucleic acid substrate, b) said nucleic acid substrate producing one or more cleavage structures. Treating said substrate under conditions such as: and c) reacting said cleavage means with said cleavage structure. To obtain one or more cleavage products.   In one embodiment, the cleavage means is an enzyme. In a preferred embodiment, the open The cleavage means is a nuclease. In another preferred embodiment, the nucleus Ze is a CleavaseTMBN enzyme, Thermus aquaticus quaticus) DNA polymerase, Thermus thermophils us) DNA polymerase, Escherichia coli Exo III and Saccharomyces Selected from the group consisting of the Saccharomyces cerevisiae Rad1 / Rad10 complex. Devour.   The nucleic acid substrates include 7-deaza-dATP, 7-deaza-dGTP and dUTP. Nucleotide analogs selected from the group consisting of, but not limited to, It is intended to include In one embodiment, the nucleic acid of the step is essentially single-stranded . It is not intended that the nucleic acid substrate be limited to any particular form; The acid substrate is intended to be single-stranded or double-stranded DNA or RNA.   In one embodiment, when using a double-stranded nucleic acid substrate, the processing step (b) is Making the single-stranded nucleic acid essentially single-stranded, and wherein the single-stranded nucleic acid has a secondary structure or characteristic Exposing the single-stranded nucleic acid to conditions that result in a highly folded structure. In one preferred embodiment, the temperature is increased to essentially eliminate the double-stranded nucleic acid. Single-stranded.   In another embodiment, the method comprises detecting one or more cleavage products as described above. Further comprising the step of:   In a preferred embodiment, the nucleic acid substrate is an oligonucleotide containing a human p53 gene sequence. Gogonucleotides. In another embodiment, the nucleic acid substrate is a microbial gene. Includes oligonucleotide containing sequence.   The present invention further relates to a method for treating nucleic acids, comprising: a) a) a solution comprising manganese. C) providing a nucleic acid substrate, and b) treating the nucleic acid substrate at an elevated temperature. C) reducing the temperature under conditions such that the substrate forms one or more cleavage structures. D) reacting the cleavage means with the cleavage structure to obtain one or more cleavage products; e) detecting the cleavage product. In this case too Was The cleavage means may be an enzyme. As mentioned above, the cleavage means is a nuclease. There may be. In another preferred embodiment, the nuclease is cleaved. AleaseTMBN enzyme, Thermus aquaticus DN A polymerase, Thermus thermophilus DNA polymerase Merase, Escherichia coli Exo III and Saccharomyces cerevisiae D (Saccharomyces cerevisiae) selected from the group consisting of Rad1 / Rad10 complex.   The nucleic acid substrates include 7-deaza-dATP, 7-deaza-dGTP and dUTP. Nucleotide analogs selected from the group consisting of, but not limited to, It is intended to include In one embodiment, the nucleic acid of the step is essentially single-stranded . It is not intended that the nucleic acid substrate be limited to any particular form; The acid substrate is intended to be single-stranded or double-stranded DNA or RNA.   In a preferred embodiment, the nucleic acid substrate is an oligonucleotide containing a human p53 gene sequence. Gogonucleotides. In another embodiment, the nucleic acid substrate is a microbial gene. Includes oligonucleotide containing sequence.   The present invention further provides a method for detecting a mutation in the human p53 gene, a) providing a cleavage means, and ii) a nucleic acid substrate comprising a human p53 gene sequence, b) Treating the substrate under conditions such that the nucleic acid substrate produces one or more cleavage structures; c. C) reacting said cleavage means with said cleavage structure to obtain one or more cleavage products; Comparing the cleavage product with the cleavage product obtained by cleavage of a reference p53 gene sequence A method comprising:   In a preferred embodiment, the cleavage generated by cleavage of the reference p53 gene sequence Are selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 79-81, 84-89 and 94-97 Generated by cleavage of a nucleic acid substrate containing the human p53 gene sequence. In this specification Provides an additional p53 mutant sequence, wherein SEQ ID NO: 79 contains the wild-type p53 cDNA Describe the sequence. Table 2 below shows the identity and position of a number of known p53 mutations. Position. Combining the information in Table 2 with the sequence of the wild-type p53 cDNA of SEQ ID NO: 79 As a result, cDNAs corresponding to a number of p53 mutations listed in Table 2 were obtained. Complete nucleotide sequences can be obtained. In addition, it is fully explained in this specification. As will be appreciated, the method of the present invention is not yet limited to human gene sequences such as the human p53 gene. Special Enables screening or "scanning" for unmarked mutations .   The present invention also relates to one or more alleles of the human p53 gene. A method for producing a reference library of gene fingerprints (for diagnostics) And a) i) a cleavage means, and ii) a nucleic acid substrate derived from a human p53 gene sequence. , B) determining whether the nucleic acid substrate and the cleavage means form one or more secondary structures with the extracted nucleic acid. Under conditions such that the cleavage means cleaves the secondary structure to produce a plurality of cleavage products. C) separating said plurality of cleavage products, and d) separating said separated products. Maintaining a recordable testable standard for cleavage products. You.   The term "gene fingerprint" refers to changes in the nucleic acid sequence (e.g., deletions, insertions, Or single point substitution) alters the formation structure and thereby the band pattern (i.e. `` Inger print '' or `` barcode '') to express the sequence differences. And allowing rapid detection and identification of the mutant.   The invention also relates to one or more pairs of one or more genes from a eukaryote (eg, a mammal). Generic fingerprint recording criteria characteristic of progeny (i.e., diagnostic) A method for producing an library, comprising: a) i) a cleavage means; and ii) a eukaryotic gene. B) providing a nucleic acid substrate derived from one or more alleles of The extracted nucleic acid forms one or more secondary structures and the cleavage means comprises Are cleaved to produce a plurality of cleavage products, and c) And d) a testable description of said separated cleavage product Recording standards are intended.   The present invention also provides a method for identifying a strain of a microorganism, comprising: a) i) a cleavage means; And ii) providing a nucleic acid substrate comprising a sequence derived from one or more microorganisms, b) the nucleic acid substrate Treating the substrate under conditions such that produces one or more cleavage structures; and c) Reacting a cleavage means with the cleavage structure to obtain one or more cleavage products. Intended way.   Preferred cleavage means are enzymes such as nucleases. Successful method of the present invention Examples of enzymes that can be used for, for example, CleavaseTMBN enzyme , Thermus aquaticus DNA polymerase, Thermus ・ Thermus thermophilus DNA polymerase, Escherichia coli (Escheri ch ia coli) Exo III, Saccharomyces cerevisiae Rad Examples include, but are not limited to, the 1 / Rad10 complex.   The nucleic acid substrates include 7-deaza-dATP, 7-deaza-dGTP and dUTP. Nucleotide analogs selected from the group consisting of, but not limited to, It is intended to include In one embodiment, the nucleic acid of the step is essentially single-stranded . It is not intended that the nucleic acid substrate be limited to any particular form; The acid substrate is intended to be single-stranded or double-stranded DNA or RNA.   In one embodiment, when using a double-stranded nucleic acid substrate, the processing step (b) is Making the single-stranded nucleic acid essentially single-stranded, and wherein the single-stranded nucleic acid has a secondary structure or characteristic Exposing the single-stranded nucleic acid to conditions that result in a highly folded structure. In one preferred embodiment, the temperature is increased to essentially eliminate the double-stranded nucleic acid. Single-stranded.   In another embodiment, the method comprises detecting one or more cleavage products as described above. Further comprising the step of:   The microorganism of the present invention is intended to be selected from various microorganisms. The present invention It is not intended to be limited to that particular type of microorganism. Conversely, the present invention relates to bacteria, Microorganisms, including (but not limited to) fungi, protozoa, ciliates and viruses It is intended to be performed using living organisms. The microorganism is of a specific genus, species, strain or serum It is not intended to be limited to types. In fact, the bacteria are Campylobacter bacter), Escherichia, Mycobacterium ), Salmonella, Shigella and Staphylococca Group consisting of (but not limited to) members of the genus Staphylococcus It is intended to be chosen from. In one preferred embodiment, the microorganism is a multidrug Includes strains of resistant Mycobacterium tuberculosis. Also, the present invention Including but not limited to hepatitis C virus and simian immunodeficiency virus (Not) using a virus.   Another embodiment of the present invention is a method for detecting and identifying a strain of a microorganism. Extracting nucleic acids from a sample suspected of containing one or more microorganisms; The extracted nucleic acid forms one or more secondary structures and the cleavage means Contacting under conditions such that the means cleaves the secondary structure to produce one or more cleavage products. A method comprising the step of:   In one embodiment, the method further comprises the step of separating the cleavage product. No. In yet another embodiment, the method comprises the steps of detecting the cleavage product. Step.   In one preferred embodiment, the present invention provides a method for isolating said extract isolated from said sample. The detected cleavage product obtained from the cleavage of the output nucleic acid is derived from one or more reference microorganisms. Further comprising comparing the isolated cleavage products obtained from the cleavage of the nucleic acid. So In such a case, the sequence of the nucleic acid from one or more reference microorganisms may be related Different (eg, mutated sequence or suddenly known or already characterized) Wild-type control for the mutant sequence).   In another preferred embodiment, the present invention provides the method of the invention, wherein To obtain a nucleic acid substrate, and contacting the substrate with the cleavage means Further comprising a step. In one embodiment, isolating the polymorphic locus comprises nucleic acid amplification. Perform by width. The invention is limited by the method of nucleic acid amplification used. Nucleic acid amplification One way to do this is the polymerase chain reaction. In another embodiment, 7- The group consisting of deaza-dATP, 7-deaza-dGTP and dUTP (to these The nucleic acid in the presence of a nucleotide analogue selected from, but not limited to) Do width. The nucleic acid amplification (e.g., PCR) comprises: 1) a common gene from the polymorphic locus An oligonucleotide primer that matches the sequence (i.e., the primer (Including the same sequence found on the strand of nucleic acid from the locus), or 2) the polymorphism Oligonucleotide primers complementary to the consensus gene sequence from the That is, they are the complement of a strand of nucleic acid from the polymorphic locus). Is intended. In one embodiment, the polymorphic locus is a ribosomal RNA gene. Including children. In a particularly preferred embodiment, the ribosomal RNA gene is a 16S ribosome. It is a somatic RNA gene.   In one embodiment of the method, the cleavage means is an enzyme such as a nuclease. . In a particularly preferred embodiment, the nuclease is Cleavase.TM BN, Thermus aquaticus DNA polymerase, Term S ・ Thermus thermophilus DNA polymerase, Escherichia coli (Escheri chia coli) Exo III and Saccharomyces cerevisi ae) selected from the group consisting of (but not limited to) the Rad1 / Rad10 complex You. In addition, the enzyme is a euthermic bacterium [this is Thermus aquaticus (Thermus aquaticus), Thermus flavus and Thermus thermophile Selected from the group consisting of Rus (Thermus thermophilus)] Has a portion of the amino acid sequence that is homologous to a portion of the amino acid sequence of merase It is also intended to be good.   The nucleic acid substrate is not intended to be limited to any particular form; The acid substrate is intended to be single- or double-stranded RNA or DNA. Double strand When using a nucleic acid substrate, the processing step of the method essentially converts the double-stranded nucleic acid to single-stranded. Subjecting the single-stranded nucleic acid to conditions such that the single-stranded nucleic acid assumes a secondary structure. May be included. In one preferred embodiment, the temperature is increased This makes the double-stranded nucleic acid essentially single-stranded.   The microorganism of the present invention is intended to be selected from various microorganisms. The present invention It is not intended to be limited to that particular type of microorganism. Conversely, the present invention relates to bacteria, Microorganisms, including (but not limited to) fungi, protozoa, ciliates and viruses It is intended to be performed using living organisms. The microorganism is of a specific genus, species, strain or serum It is not intended to be limited to types. In fact, the bacteria are Campylobacter bacter), Escherichia, Mycobacterium ), Salmonella, Shigella and Staphylococca Group consisting of (but not limited to) members of the genus Staphylococcus It is intended to be chosen from. In one preferred embodiment, the microorganism is multi-drug resistant Of Mycobacterium tuberculosis. In addition, the present invention Influenza C virus and simian immunodeficiency virus (including but not limited to Is not intended to be performed using a virus.   Also, the present invention provides a method for characterizing (ie, identifying) one or more alleles of various microorganisms. A method for producing a reference library of gene fingerprints, Providing a nucleic acid substrate derived from a microbial gene sequence with the cleavage means and the nucleic acid substrate and the cleavage means The extracted nucleic acid forms one or more secondary structures and the cleavage means comprises Are contacted under conditions such that the cleavage results in a plurality of cleavage products, The cleaved product is separated and a testable record basis for the separated cleaved product is established. A process comprising the step of maintaining is contemplated.   The present invention is not intended to be limited by the nature of the microorganism. The detection and Identification is applicable to all microorganisms, including viruses and bacteria.   In addition, the present invention also relates to gene fingers characteristic (i.e., for diagnosis) of pathogenic microorganisms. A method for producing print recording standards (eg, libraries), comprising: a) i) a cleavage means; And ii) a characteristic (e.g., from a polymorphic locus) nucleus isolated from a known pathogenic microorganism Preparing an acid substrate, b) combining said nucleic acid substrate and cleavage means with said extracted nucleic acid in one or more secondary structures. Forming a structure and the cleavage means cleaving the secondary structure to produce a plurality of cleavage products. C) separating said plurality of cleavage products, and d) Maintaining testable record standards for the separated cleavage products of the above. Intended manufacturing method.   The present invention also provides a kit for treating a nucleic acid, comprising: a) reacting with a cleavage structure to produce a cleavage product; A kit comprising a product-forming enzyme and b) a solution containing manganese. Figure. The enzyme of the kit may be a nuclease. In a preferred embodiment , The nuclease is a CleavaseTMBN enzyme, Termus aquachi Cousin (Thermus aquaticus) DNA polymerase, Thermus thermophilus (Ther mus thermophilus) DNA polymerase, Escherichia coli Exo III and And Saccharomyces cerevisiae Rad1 / Rad10 complex Selected from the group consisting of (but not limited to): The invention relates to nucleic acid processing Other reagents useful for are contemplated. For example, the kit detects the cleavage product. May be included. The kit further includes a salt solution (eg, KCl and And NaCl solution), manganese chloride solution, buffer solution, and terminate the cleavage reaction A reagent for the cleavage reaction including a solution may be included.   The method of the present invention allows simultaneous analysis of both strands (e.g., sense and antisense strands). , Ideal for high level multiplexing. The products obtained are qualitative and quantitative Easy to adapt to location analysis. The method may be automated, and Is It may be performed in a solid phase (eg, on a solid support). The method has a longer core than current methods. It is effective in allowing analysis of acid fragments.   Description of drawings   FIG. 1 shows that Thermus aquaticus (SEQ ID NO: 1) Thermus flavus (SEQ ID NO: 2) and Thermus thermofilus (T hermus thermophilus) (SEQ ID NO: 3) This is a comparison of the memory structures. The consensus sequence (SEQ ID NO: 7) is shown at the top of each column.   FIG. 2 shows that Thermus aquaticus (SEQ ID NO: 4) Thermus flavus (SEQ ID NO: 5) and Thermus thermofilus (T hermus thermophilus) (SEQ ID NO: 6). A column comparison. The consensus sequence (SEQ ID NO: 8) is shown at the top of each column.   FIG. 3 shows a CFLP that produces a characteristic fingerprint from a nucleic acid substrate.TMThe law FIG.   FIG. 4 shows the organization of the human p53 gene. Exons are represented by solid black squares. Label as ~ 11. The five hot spot areas are the areas including exons 5 to 8 Shown as enlargements, the hot spot areas are labeled A, A ', B, C and D. Understand.   FIG. 5 shows the first two stages P for the generation of a DNA fragment containing the p53 mutation. FIG. 4 provides a diagram illustrating the use of CR technology.   FIG. 6 shows a second two-stage P for generation of a DNA fragment containing the p53 mutation. FIG. 4 provides a diagram illustrating the use of CR technology.   FIG. 7 shows a structure that cannot be amplified using DNAPTaq.   FIG. 8 shows that a branched double helix was formed using DNAPTaq or DNAPStf (Stoffel). 7 is an ethidium bromide stained gel showing an attempt to amplify.   FIG. 9 shows cleavage of branched double helix by DNAPTaq and DNAPStf. Figure 4 is an autoradiogram of a gel analyzing for loss of cleavage.   FIGS. 10A-B differ during attempts to cleave a branched duplex helix with DNAPTaq. Cleavage or cleavage when the reaction components are added and the incubation temperature is changed 1 is a set of autoradiograms of a gel analyzing the loss of DNA.   FIGS. 11A-B show timed with and without primers. It is an autoradiogram showing a cleavage reaction.   Figures 12A-B show an attempt to cleave a branched double helix with various DNAPs (primer primers). Auto-radiogram of a set of gels with and without is there.   FIG. 13A shows specific cleavage of the substrate DNA targeted by the leading oligonucleotide. 2 shows the substrates and oligonucleotides used to test the.   FIG. 13B shows a cleavage reaction using the substrate and the oligonucleotide shown in FIG. 13A. 5 shows an autoradiogram of the gel showing the results of the above.   FIG. 14A shows specific cleavage of the substrate RNA targeted by the lead oligonucleotide. 2 shows the substrates and oligonucleotides used to test the.   FIG. 14B shows a cleavage reaction using the substrate and the oligonucleotide shown in FIG. 14A. 5 shows an autoradiogram of the gel showing the results of the above.   FIG. 15 is a diagram of the vector pTTQ18.   FIGS. 16A-G are a set of diagrams of wild-type and synthetic defective DNAPTaq genes. .   FIG. 17 is a diagram of the vector pET-3c.   FIG. 18A shows the wild-type Thermus flavus polymerase gene. Is shown.   FIG. 18B shows a synthetic defective Thermus flavus polymerase gene. Indicates a child.   Figures 19A-E show suitable substrates for cleavage of DNAP by 5 'nuclease activity. Shows a set of molecules.   FIG. 20 is a gel autograph showing the results of the cleavage reaction performed using the synthesis-deficient DNAP. It is a tradogram.   FIG. 21 shows the assay products of the synthetic activity in the synthesis-deficient DNAPTaq clone. It is an autoradiogram of a PEI chromatogram separated.   FIG. 22A tests the ability of synthetic deficient DNAP to cleave short hairpin structures. The substrate molecule used for the measurement is shown.   FIG. 22B separates the products of the cleavage reaction performed using the substrate shown in FIG. 22A. 3 shows an autoradiogram of a gel.   FIG. 23 shows the complete 206 mer (206-mer) used as a substrate for the 5 ′ nuclease of the present invention. mer) Provides a double helix sequence.   FIGS. 24A and 24B show Thermus aquaticus and Wild-type DNAP isolated from Thermus flavus and 5 ' FIG. 9 shows the cleavage of a linear nucleic acid substrate (based on the 206 mer in FIG. 23) by a nuclease. You.   FIG. 25A shows the “nibbling” phenomenon detected with the DNAP of the present invention. Show.   FIG. 25B shows that “nibbling” in FIG. Not 5 'nucleotide cleavage.   FIG. 26 shows that the "nibbling" phenomenon is double helix dependent. Show. FIG. 27 shows MgClTwoOr MnClTwoOf the cleavage reaction performed in the presence of 1 shows an autoradiograph of a gel for separating S.   FIG. 28 shows the generation of a cleavage reaction performed on four similarly sized DNA substrates. Fig. 3 shows an autoradiograph of a gel separating substances.   FIG. 29 shows the results obtained using wild-type and two mutant tyrosinase gene substrates. 2 shows an autoradiograph of a gel that separates the products of the cleaved cleavage reaction.   Figure 30 shows various lengths of wild-type or protruding from 157 nucleotides to 1.587 kb. Isolate the products of cleavage reactions performed with any of the mutated tyrosinase substrates 3 shows an autoradiograph of a gel.   FIG. 31 shows various concentrations of MnCl.TwoTo separate the products of the cleavage reaction performed in 3 shows an autoradiograph of the radiator.   FIG. 32 shows gels that separate the products of cleavage reactions performed in various concentrations of KCl. 3 shows an autoradiograph.   FIG. 33 shows the gel auto-separation product of the cleavage reaction performed at various reaction times. 3 shows a radiograph.   FIG. 34 shows the autoradiography of the gel separating the products of the cleavage reaction performed at various temperatures. 3 shows an ograph.   FIG. 35 shows various amounts of the enzyme Cleavase.TMCleavage performed with BN Figure 4 shows an autoradiograph of a gel separating the products of the reaction.   FIG. 36 shows the products of cleavage reactions performed using four different preparations of DNA substrate. 1 shows an autoradiograph of a gel for separating S.   FIG. 37 shows the sense or antisense of four different tyrosinase gene substrates. Figure 4 shows an autoradiograph of a gel separating the products of the cleavage reaction performed on the chains.   FIG. 38 shows wild-type β-blobi at four different temperatures in two different concentrations of KCl. FIG. 4 shows an autoradiograph of a gel separating the products of a cleavage reaction performed on a substrate. .   FIG. 39 shows two different mutant β-brobin groups in five different concentrations of KCl. Figure 4 shows an autoradiograph of a gel separating the products of the cleavage reaction performed on the mass.   FIG. 40 shows cleavage reactions performed on wild-type and three mutant β-brobin substrates. 5 shows an autoradiograph of a gel separating the products of Example 1.   FIG. 41 is an autograph of a gel separating the products of cleavage reactions performed on RNA substrates. 3 shows a geograph.   FIG. 42 shows the enzyme Cleavase.TMBN or Taq DNA polymerase Is used as a 5 'nuclease to separate the products of cleavage reactions 3 shows an autoradiograph of a gel.   FIG. 43 shows the cleavage reaction performed on double-stranded DNA substrate to show the multiplexing of the cleavage reaction. 3 shows an autoradiograph of a gel separating the corresponding products.   FIG. 44 shows 419 and 42 derived from exon 4 of the human tyrosinase gene. Various concentrations of MnCl on a double-stranded DNA substrate consisting of two mutant allelesTwoDuring ~ 5 shows an autoradiograph of a gel for separating a product of the cleavage reaction performed in the step (a).   FIG. 45 shows two differently labeled substrates (exons of the tyrosinase gene). Cleavage resulting from a cleavage reaction involving the wild type and 422 mutant substrates from Represents the two channel signals (JOE and FAM fluorescent dye) for the fragment Two records are shown. The thin line represents the JOE-labeled wild-type substrate, and the thick line represents FAM-labeled 4 Represents the 22 mutant substrate. On the record, it is derived from exon 4 of the tyrosinase gene. Performed on double-stranded DNA substrates consisting of the wild-type and 422 mutant alleles 2 shows an autoradiograph of a gel that separates the products of the cleaved cleavage reaction.   FIG. 46 shows the nuclei of the six SIVLTR clones corresponding to SEQ ID NOs: 63-68. Shows the reotide sequence.   FIG. 47 shows six different duplexes S containing a biotin label at the 5 ′ end of the (−) strand. Autoradiographic gel separation of the products of cleavage reactions performed on IVLTR substrates Shows   Figure 48 shows six different double stranded S containing a biotin label at the 5 'end of the (+) strand. Autoradiographic gel separation of the products of cleavage reactions performed on IVLTR substrates Shows   FIG. 49 isolates the products of single-strand cleavage reactions performed in various concentrations of NaCl. 1 shows an autoradiograph of a gel.   FIG. 50 shows various concentrations of (NHFour)TwoSOFourThe product of the single-strand cleavage reaction performed in 4 shows an autoradiograph of a gel to be separated.   FIG. 51 isolates the products of single-strand cleavage reactions performed in increasing concentrations of KCl. 1 shows an autoradiograph of a gel.   FIG. 52 shows the results of single-strand cleavage reactions performed in KCl at two concentrations and at various reaction times. Figure 3 shows an autoradiograph of a gel separating the products.   FIG. 53 shows the products of cleavage reactions performed on the same substrate in single-stranded or double-stranded form. 4 shows an autoradiograph of a gel to be separated.   FIG. 54 isolates the products of double-strand cleavage reactions performed in various concentrations of KCl. 3 shows an autoradiograph of a gel.   FIG. 55 isolates the products of double-strand cleavage reactions performed in various concentrations of NaCl. 1 shows an autoradiograph of a gel.   FIG. 56 shows various concentrations of (NHFour)TwoSOFourThe product of the double-strand cleavage reaction performed in 4 shows an autoradiograph of a gel to be separated.   FIG. 57 shows gels separating the products of double-strand cleavage reactions performed at various reaction times. 3 shows an autoradiograph.   FIG. 58 shows various amounts of Cleavase for 5 seconds or 1 minute.TMBN yeast Autoradiograph of a gel separating the products of a double-strand cleavage reaction performed with iodine Is shown.   FIG. 59 shows gel gels separating the products of double-strand cleavage reactions performed at various temperatures. Shows a tradograph.   FIG. 60 shows various amounts of Cleavase.TMTwo using BN enzyme Figure 4 shows an autoradiograph of a gel separating the products of the chain cleavage reaction.   FIG. 61A shows the products of a single-strand cleavage reaction performed in buffers with different pH. 4 shows an autoradiograph of a gel to be separated.   FIG. 61B shows one run in a buffer having a pH of either 7.5 or 7.8. 3 shows an autoradiograph of a gel separating the products of this strand cleavage reaction.   FIG. 62A shows two runs performed in a buffer having a pH of either 8.2 or 7.2. 3 shows an autoradiograph of a gel separating the products of this strand cleavage reaction.   FIG. 62B shows that two runs were performed in a buffer having a pH of either 7.5 or 7.8. 3 shows an autoradiograph of a gel separating the products of this strand cleavage reaction.   FIG. 63 shows the results of single-strand cleavage reactions performed in the presence of various amounts of human genomic DNA. 1 shows an autoradiograph of a gel separating the product.   FIG. 64 was performed using two different concentrations of Tfl DNA polymerase in KCl. 1 shows an autoradiograph of a gel separating the products of the single-strand cleavage reaction.   FIG. 65 shows the results obtained using two different concentrations of Tth DNA polymerase in KCl. 1 shows an autoradiograph of a gel separating the products of the single-strand cleavage reaction.   FIG. 66 shows the use of E. coli Exo III enzyme in KCl at two different concentrations. Figure 4 shows an autoradiograph of a gel separating the products of the performed single-strand cleavage reactions.   FIG. 67 shows three different tyrosinase gene substrates (SEQ ID NOs: 34, 41 and 42) Upper Tth DNA polymerase, E. coli Exo III enzyme or CleavaseTMIsolate the products of single-strand cleavage reactions performed with any of BN 1 shows an autoradiograph of a gel.   FIG. 68 is a drawing showing the positions of the 5 ′ and 3 ′ cleavage sites on the cleavage structure.   FIG. 69 shows three different tyrosinase gene substrates (SEQ ID NOs: 34, 41 and 42) Upper CleavaseTMUse either BN or Rad1 / Rad10 complex Shows an autoradiograph of the gel separating the products of the single-strand cleavage reaction performed .   FIG. 70 shows double-stranded cleavage performed on wild-type and two mutant β-globin substrates. Figure 4 shows an autoradiograph of a gel separating the products of the cleavage reaction.   FIG. 71A shows single strands performed on wild-type and three mutant β-globin substrates. Figure 4 shows an autoradiograph of a gel separating the products of the cleavage reaction.   FIG. 71B shows the results of single-strand cleavage reactions performed on five mutant β-globin substrates. 1 shows an autoradiograph of a gel separating the product.   FIG. 72 shows the products of the double-strand cleavage reaction in which the order of addition of the reaction components varies. 4 shows an autoradiograph of a gel to be separated.   FIG. 73 shows the generation of cleavage reactions performed on wild-type and two mutant p53 substrates. Fig. 3 shows an autoradiograph of a gel separating substances.   FIG. 74 shows the generation of cleavage reactions performed on wild-type and three mutant p53 substrates. Fig. 3 shows an autoradiograph of a gel separating substances.   FIG. 75 shows the cleavage reaction performed on wild-type and mutant p53 substrates, The products of the cleavage reaction where the mutant and wild-type substrates are present at various concentrations relative to each other. 1 shows an autoradiograph of a gel for separating S.   In FIG. 76, HCV clone 1.1 (SEQ ID NO: 108) and HCV 2.1 (SEQ ID NO: 108) 109), HCV 3.1 (SEQ ID NO: 110), HCV 4.2 (SEQ ID NO: 111), HC V6.1 (SEQ ID NO: 112) and HCV 7.1 (SEQ ID NO: 113) provided in alignment I do.   FIG. 77 shows six double-stranded HCV groups labeled on the sense or antisense strand. Scan of a gel to separate the products of cleavage reactions performed on a sample (fluoroimager scan).   FIG. 78 shows wild-type and two mutant M. tuberculosis rpoB groups. 1 shows an autoradiogram of a gel separating the products of the cleavage reaction performed on the mass.   FIG. 79A shows wild-type and dTTP or dUTP prepared using either dTTP or dUTP. Of cleavage reactions performed on two mutant M. tuberculosis rpoB substrates Perform a fluoroimager scan of the gel to separate the products. Show.   FIG. 79B shows the fluoroimage of the gel shown in FIG. 85A after longer electrophoresis. 2 shows a jar scan (fluoroimager scan).   FIG. 80 shows wild-type and three mutant M. tuberculosis (M. .tuberculosis) Automated gel to separate the products of cleavage reactions performed on katG substrate 3 shows a radiogram.   FIG. 81 shows wild-type and three mutant human ligation labeled on the antisense strand. Gels that separate the products of cleavage reactions performed on M. tuberculosis katG substrate 1 shows a fluoroimager scan.   FIG. 82 shows a plasmid along the sequence of the E. coli rrsE gene (SEQ ID NO: 145). Indicates the position of the immer.   In FIG. 83, E. coli rrsE (SEQ ID NO: 145), Campylobacter di Jejuni5 (SEQ ID NO: 146) and Staphylococcus aureu Aureus (SEQ ID NO: 147) rRNA gene (common PCR rRNA primer Key positions are shown in bold).   FIG. 84 isolates the products of cleavage reactions performed on four bacterial 16S rRNA substrates 1 shows a fluoroimager scan of a running gel.   FIG. 85A shows the products of cleavage reactions performed on five bacterial 16S rRNA substrates. Figure 4 shows a fluoroimager scan of the gel to be released.   FIG. 85B shows the products of cleavage reactions performed on five bacterial 16S rRNA substrates. Figure 5 shows a bacterial fluoroimager scan of the gel to be released.   FIG. 86 isolates the products of cleavage reactions performed on various bacterial 16S rRNA substrates. 1 shows a bacterial fluoroimager scan of a running gel.   FIG. 87 isolates the products of cleavage reactions performed on eight bacterial 16S rRNA substrates. 1 shows a bacterial fluoroimager scan of a running gel.   FIG. 88 shows naturally occurring deoxynucleotides or deoxynucleotides. Performed on wild-type and mutant tyrosinase gene substrates prepared using analogs 5 shows an autoradiogram of a gel that separates the products of the cleavage reaction.   Definition   To facilitate understanding of the invention, some terms are defined below.   The term "gene" refers to the regulatory sequences and necessary sequences necessary for the production of a polypeptide or precursor. And a DNA sequence comprising the coding sequence. The polypeptide is Only by full-length coding sequence or if desired enzyme activity is retained It can be encoded by any part of the coding sequence.   The term "wild-type" refers to a gene or gene when isolated from a naturally occurring source or A gene or gene product having the characteristics of a gene product is meant. Wild-type gene Is most frequently observed in a population and therefore the "normal" or It is referred to as "wild type" without permission. In contrast, "modification ( The term `` modified '' or `` mutant '' refers to a wild-type gene or gene product. When compared, a modification of a sequence and / or a modification of a functional property (ie, an altered Gene or gene product exhibiting the above properties). Naturally occurring mutants Can be isolated, and these can be compared to wild-type genes or gene products. It is noteworthy that they are identified by the fact that they have altered properties.   As used herein, the term “recombinant DNA vector” refers to a desired coding sequence. Coding sequence and said coding sequence operably linked in a particular host organism Means a DNA sequence containing an appropriate DNA sequence necessary for the expression of In prokaryotes DNA sequences required for expression in E. coli include a promoter, if necessary, an operator Sequences, ribosome binding sites and possible other sequences. Eukaryotic cells Use of promoters, polyadenylation signals and enhancers Have been.   As used herein, the term "LTR" refers to provirus (ie, retrovirus). (Integrated form of the virus). The LT R is a transcription factor, polyadenylation signal, and replication of the viral genome And contains a number of regulatory signals including sequences required for integration. The virus L TR is divided into three regions called U3, R and U5.   The U3 region contains enhancer and promoter elements. U5 area Contains a polyadenylation signal. R (repeat) region is U3 region and U5 region And the transcribed sequence of the R region appears at both the 5 ′ and 3 ′ ends of the viral RNA. I do.   The term "oligonucleotide" as used herein is more than one, preferably Is 3 or more, usually 10 or more deoxyribonucleotides or ribonucleotides. Is defined as a molecule consisting of The exact size depends on many factors, and these factors The child in turn depends on the ultimate function or use of the oligonucleotide. The oligonu Nucleotides include any, including chemical synthesis, DNA replication, reverse transcription or a combination thereof. It may be generated by any of these methods.   Mononucleotides have the 5 'phosphate group of one mononucleotide pentose ring. An embodiment in which the 3 'oxygen adjacent thereto is bonded in one direction via a phosphodiester bond To produce an oligonucleotide, the end of the oligonucleotide, The 5 'phosphate group is not attached to the 3' oxygen of the mononucleotide pentose ring. Et al., The "5 'end" and the 3' oxygen of the 5 'end of the subsequent mononucleotide pentose ring. If not attached to the acid group, it is called the "3 'end". In this specification, even if the nucleus Even if the acid sequence is inside a larger oligonucleotide, Sometimes referred to as having 'and 3' ends.   Two different non-overlapping oligonucleotides having the same linear complementary nucleic acid sequence Annealed to different regions of one of the oligonucleotides, the 3 ' When facing the other 5 'end, the former is the "upstream" oligonucleotide and the latter is the "upstream" oligonucleotide. Sometimes referred to as "downstream" oligonucleotides.   The term "primer", when placed under conditions where primer extension begins, An oligonucleotide capable of acting as a starting point for synthesis is meant. Oligo Nucleotide `` primers '' may be present naturally as purified restriction digests. Alternatively, it may be generated synthetically.   Primers should be "essentially" complementary to the strand of the template's specific sequence. To be elected. The primer is hybridized with the template strand so that primer extension occurs. Must be complementary enough to form. The primer sequence is the template Need not reflect the exact sequence of For example, if a non-complementary nucleotide fragment It may be attached to the 5 'end of the primer, in which case the remaining primer sequence The other portion is essentially complementary to the strand. Hybridization, and it Sufficient to form a template-primer complex for the synthesis of primer extension products Each time the primer sequence has complementarity with the template sequence, Alternatively, longer sequences may be interspersed in the primer.   The “hybridization” method involves complementary arrangement with the target nucleic acid (the sequence to be detected). Includes column annealing. Two nucleic acid polymers containing complementary sequences are base It is well recognized that pairing interactions can find and anneal to each other. That is the phenomenon. Marmur and Lane (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 46: 453 (196 0)) and Doty et al. (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 46: 461 (1960)). After the first observations of the "ad formation" process, the process became more sophisticated and It is an indispensable means. Nevertheless, on some issues More extensive use of hybridization as a tool in human diagnostics Is hindered. Particularly difficult problems are: 1) Hybridization Inefficient 2) Low concentration of specific target sequence in genomic DNA mixture And 3) only some of the complementary probes and targets hybridize That.   In terms of efficiency, only a small fraction of the possible number of probe-target It has been observed experimentally that it is not formed during the metal-forming reaction. This is a short cage This is especially true for oligonucleotide probes (less than 100 bases in length). This is Due to three root causes: a) Hybridization due to secondary and tertiary structure interactions B) the DNA strand containing the target sequence is Rehybridization (re-annealing), and c) some target molecules When used in a hybridization format where the target nucleic acid is immobilized on a solid phase, Hybridization is inhibited.   If the probe sequence is completely complementary to the target sequence (i.e., the primary structure of the target) Even so, does the target sequence approach the probe via higher order rearrangements? I have to. The rearrangement of these higher-order structures may be due to the secondary or triad of the molecule. It may be involved in any of the following structures: Secondary structure is determined by intramolecular bonds Is determined. For DNA or RNA targets, this may be a high within a single contiguous base strand. Consists of bridging (as opposed to hybridization between two different strands). molecule Depending on the degree and location of internal binding, the probe separates from (displaces) the target sequence. , Hybridization can be inhibited.   Hybrid forms of oligonucleotide probes for denatured double-stranded DNA in liquid Synthesis is more complicated because longer complementary target strands can be reconstituted or rear-annealed. is there. Again, the hybridized probe is detached in this process ( Replaced). This results in a hybrid to the starting concentration of probe and target The yield of formation is low (low coverage).   Regarding the low target sequence concentration, the DNA fragment containing the target sequence is usually And its abundance in genomic DNA is relatively low. This shows great technical difficulty And the most common method using oligonucleotide probes is It lacks the sensitivity required to detect hybridization at such low levels.   One attempt to solve this target sequence concentration problem involves amplification of the detection signal. It is. Most often, this involves using one or more labels with oligonucleotide probes. Need to be placed on top. Highest affinity for non-radioactive labels -Single copy in genomic DNA using oligonucleotide probes, even reagents It has been found to be unsuitable for gene detection. Wallace et al., Biochimie 67: See 755 (1985). For radioactive oligonucleotide probes, very Only high specific activity has been found to give satisfactory results. Studencki and W See allace, DNA 3: 1 (1984) and Studencki et al., Human Genetics 37:42 (1985). It was done.   With respect to complementation, in some diagnostic applications, hybridization is a complete phase. It is important to determine whether it exhibits complementarity or partial complementarity. For example, disease Presence of original DNA (eg, from viruses, bacteria, fungi, mycoplasmas, protozoa) If simple detection of presence or absence is desired, hybridization methods Is only important to ensure hybridization (if related sequences are present). When partially complementary and fully complementary probes hybridize together Conditions can be selected). However, in other diagnostic applications, the Hybridization may need to distinguish between partial and complete complementarity . You may be interested in detecting genetic polymorphisms. For example, human hemog Robin is partially composed of four polypeptide chains. Two of these chains are 141 Of the same amino acid (α chain), two of which are 146 amino acids (β chain) Are the same chains. Genes encoding beta chains are known to exhibit polymorphism . The normal allele encodes a beta chain with glutamic acid at position 6. Sudden change The heteroallele encodes a beta chain with a valine at position 6. This amino acid difference Meaningful (mutant allele known clinically as sickle cell anemia) (The most significant if the individual is homozygous). Ami On the genetic basis of the acid changes, the normal allele DNA sequence and the mutant allele DN It is well known that single base differences from the A sequence are involved.   Allows the same level of hybridization in both partial and full complementarity Methods that are typically combined with other techniques (e.g., restriction enzyme analysis) Is inappropriate for such an application. The probe has both normal and mutant target sequences. Will hybridize to Hybridization is related to the method used. The sequence being assayed (target sequence) and the DNA fragment used to perform the test (Probe) requires some degree of complementarity. (Of course, there is no complementarity No binding can be obtained, but this binding is non-specific and should be avoided It is. )   As used herein, the complementarity of a nucleic acid sequence is such that the 5 'end of one sequence is 3' to the other. Oligos that are "anti-parallel" when aligned with the nucleic acid sequence to match the ends Means nucleotide. Certain bases not commonly found in natural nucleic acids May be contained in the nucleic acid of, for example, inosine, 7-deazaguanine and the like. No. Complementarity need not be perfect; stable double helices form mismatched base pairs Alternatively, it may contain an unpaired base. For those skilled in the nucleic acid art, Oligonucleotide length, oligonucleotide base composition and sequence, Considering a number of variables, including the strength of mismatches and the frequency of mismatched base pairs, The qualitative can be determined empirically.   The stability of a nucleic acid duplex is measured by its melting temperature, ie, "Tm". Can be. Under certain conditions, the Tm of a particular nucleic acid duplex is on average half a base pair. The temperature at which a minute dissociates.   The term "probe," as used herein, refers to a double helix with a sequence in another nucleic acid. Forming a structure (with at least one of the sequences in the probe nucleic acid (Due to sequence complementarity) and labeled oligonucleotides.   The term `` label '' as used herein is detectable (preferably quantifiable) Can be used to obtain a signal and bind to nucleic acids or proteins Means any atom or molecule. Labels are fluorescence, radioactivity, colorimetric Analysis, gravimetric analysis, X-ray diffraction or absorption, magnetism, enzyme activity, etc. It may give a signal.   As used herein, the term "cleavable structure" refers to a single-stranded nucleus containing a secondary structure. A region of an acid substrate that can be used as a cleavage means, including but not limited to enzymes. Means more cleavable. Regardless of secondary structure (i.e., substrate folding) (Without the need for folding) by agents such as phosphodiesterases that cleave nucleic acid molecules. In contrast to nucleic acid molecules that are substrates for non-specific cleavage, the cleavage structure Substrate for specific cleavage by the step.   The term "cleaving means" as used herein has the ability to cleave a cleavage structure. Means, for example, an enzyme, but is not limited thereto. Not. As the cleavage means, natural DNAP having 5 'nuclease activity ( For example, Taq DNA polymerase, E. coli DNA polymerase I), more details Specifically, there are modified DNAPs having 5 'nuclease activity but lacking synthetic activity. I can do it. Cleavage of naturally occurring structures in nucleic acid templates (structure-specific cleavage) The ability of the 5 'nuclease to determine the specific sequence in the nucleic acid in advance And is useful for detecting internal sequence differences in nucleic acids. In this way, they are It is a production specific enzyme. Structure-specific enzymes recognize specific secondary structures in nucleic acid molecules. Are enzymes that cleave these structures. The cleavage site extends to the 5 'side of the cleavage structure. Or on the 3 ′ side, or alternatively, the cleavage site is 5 ′ of the cleavage structure. Between the side and the 3 ′ side (ie, inside the cleavage structure). Opening of the present invention The cleavage means cleaves the nucleic acid molecule in response to the formation of a cleavage structure. The cleavage means is Cleavage of the cleavage structure at any particular position in the cleavage structure is not necessarily Not necessary.   The cleavage means is not limited to an enzyme having 5 'nuclease activity . The cleaving means is Cleavase.TM, Taq DNA polymerase, colon E. coli DNA polymerase I and eukaryotic structure-specific endonuclease , Mouse FEN-1 endonuclease [Harrington and Liener, (1994) Genes a nd Develop. 8: 1344] and calf thymus 5 'to 3' exonuclease [Murante, R.S. et al., (1994) J.R. Biol. Chem. 269: 1191] It may contain a lease activity. In addition, DNA repair endonuclease Millie members (eg, from Drosophila melanogaster) RrpI enzyme, yeast RAD1 / RAD10 complex and 3 ′ nuclei such as E. coli Exo III) Enzymes having creatase activity are also suitable cleavage means for carrying out the method of the invention.   As used herein, the term "cleavage product" refers to a means of cleaving reacting with a cleaved structure. (I.e., treating the cleavage structure with cleavage means) Means product.   The terms "nucleic acid substrate" and "nucleic acid template" are used interchangeably herein and And regenerated (i.e., folded by the formation of intrachain hydrogen bonds), A nucleic acid molecule that forms at least one cleavage structure. The nucleic acid substrate comprises It may be composed of single-stranded or double-stranded DNA or RNA.   The term "essentially single-stranded" as used in reference to a nucleic acid substrate refers to the It means that it exists as a single-stranded nucleic acid, and joins together by intrachain base-pairing interaction In contrast to double-stranded substrates that exist as two nucleic acid strands.   Nucleic acids form secondary structures that depend on base pairing for stability. Single-stranded nucleus Acids (single-stranded DNA, denatured double-stranded DNA or RNA) are used to separate different sequences (and When folded on their own (with a contiguous array), they have a characteristic Takes secondary structure. At “elevated temperature”, the double helix region of the structure follows the edge of instability. Healing results in maximizing the effect of small changes in the sequence and Appear as change. That is, the "elevated temperature" is a constant The temperature is around the temperature at which the double helix in the double helix region melts. Then In addition, the alteration of the substrate sequence results in the destruction of the double helix region, Different cleavage patterns may be obtained if dependent cleavage agents are used in the reaction. Would. Without being limited to any particular theory, the target (i.e., substrate) Each individual molecule in the group has only one or several potential cleavage structures (such as Double helix region), but the sample was analyzed as a whole. In this case, a composite pattern indicating all cleavage sites is detected. Active cleavage part Many of the structures recognized as positions are thought to be only a few base pairs long, It is considered unstable when elevated temperatures are used during the cleavage reaction. Or maybe Nevertheless, due to the transient formation of these structures, the cleavage means Recognition and cleavage are possible. The formation of these structures in response to small sequence changes Or the fracture alters the cleavage pattern. Temperatures in the range of 40-85 ° C (55- (A range of 85 ° C. is particularly preferred.)   As used herein, the term “sequence variation” refers to the sequence of a nucleic acid sequence between two nucleic acid templates. Means the difference. For example, the wild-type structural gene and the sudden Mutant forms may be single base substitutions and / or deletions or insertions of one or more nucleotides. The sequence may change due to the presence of the input. These two forms of the structural gene It is said that the arrangement changes with each other. Second mutant form of the structural gene Condition may exist. This second mutant form comprises the wild-type gene and the gene It is said that the sequence changes from both of the first mutant form. However In the present invention, it is necessary to compare between one or more gene forms to detect a sequence variation. It is noted that there is no need. The method of the invention is characteristic for a given nucleic acid substrate. Relevant to wild-type or other controls to give reproducible cleavage product patterns Alternatively, a characteristic "fingerprint" can be obtained from any nucleic acid substrate. Book The invention "fingerprints" the nucleic acid independently of the control, and By comparing the mutant form with a wild-type or known mutant control, Use of the method to identify a mutated form of the acid is contemplated.   The term "releasing" as used herein is due to the action of 5 'nuclease. Release nucleic acid fragments from larger nucleic acid fragments (e.g., oligonucleotides) In which case the free fragments are no longer present in the remainder of the oligonucleotide. Not covalently bonded.   The term “substrate strand” as used herein is mediated by 5 ′ nuclease activity Means the nucleic acid strand in the cleavage structure in which the cleavage to be performed occurs.   The term "template strand" as used herein refers to at least a portion of the substrate strand. Are complementary to each other and anneal to the substrate strand to form a cleavage structure; It means the nucleic acid chain in the cleavage structure.   As used herein, the term "Km" refers to the Michaelis Means the maximum rate of the enzyme in an enzyme-catalyzed reaction. It is defined as the concentration of the specific substrate that gives a factor of one.   As used herein, the term “nucleotide analog” refers to 7-deazapurine ( That is, modified such as 7-deaza-dATP and 7-deaza-dGTP) Or non-naturally occurring nucleotides. Salts for nucleotide analogs Modified forms of deoxyribonucleotides and ribonucleotides, including group analogs State. The present invention relates to the substrate present in the nucleic acid amplification mixture (e.g., PCR mixture). The term "nucleotide analog" as used in the textbook refers to dATP, dGTP, implies the use of nucleotides other than dCTP and dTTP, The use of dUTP (naturally occurring dNTP) in R Including the use of analogs. dUTP, 7-deaza-dATP, 7-deaza-dGTP Or any other nucleotide analog was used in the reaction mixture The PCR product is said to contain a nucleotide analog.   "Oligonucleotide primers that match or are complementary to the gene sequence" Oligonucleotides capable of promoting template-dependent synthesis of single- or double-stranded nucleic acids Reotide primer is meant. Oligones that match or are complementary to the gene sequence Nucleotide primers may be used in PCR, RT-PCR, and the like.   A "common gene sequence" is derived by comparing two or more gene sequences. A gene sequence representing the nucleotide most frequently present in a certain segment of the gene Means column. The consensus sequence is a defined sequence.   The term “polymorphic locus” is used in a population where mutations occur among members of the population. (Ie, the most common allele is less than 0.95) With frequency). In contrast, “monomorphic loci” are seen among members of the population. Loci with few or no mutations (in the gene pool of the population) Are generally considered to be loci with a frequency greater than 0.95 ing).   As used herein, the term "microorganism" refers to a microorganism that is too small to be observed with the naked eye. Substance, including but not limited to bacteria, viruses, protozoa, fungi and ciliates It is not limited.   The term "microbial gene sequence" refers to a gene sequence derived from a microorganism.   The term “sequence from one or more microorganisms” refers to one or more microorganisms. A nucleic acid sequence extracted from a mixture of organisms. An opening comprising the nucleic acid sequence of the microorganism. Prior to processing to form and then cleave the cleaved structure, the extracted sequence It may be subjected to a treatment such as amplification (eg, polymerase chain reaction).   The term "bacteria" refers to any bacterial species, including eubacteria and archaea. To taste.   The term "virus" is not capable of autonomous replication (i.e., (Requires use of the device) means oblique ultramicroscopic intracellular parasites.   The term "multidrug resistance" refers to two or more antibiotics or antimicrobial agents used to treat microorganisms. A microorganism that is resistant to a microbial agent is meant.   As used herein, “CFLPTM(Cleavase)TMFragment length polymorphism The term "sex) analysis" refers to i) denaturation of a nucleic acid strand, ii) cooling, or otherwise intrachain secondary. Iii) identify nucleic acids having an intrachain secondary structure in response to said structure. The nucleic acid substrate is cleaved with a cleaving agent that is aware and cleaves, whereby the collection of fragments characteristic of the nucleic acid substrate. Analysis of the products of the reaction giving the cleavage product (i.e., often by electrophoresis) Means Nucleic acid substrates that differ in sequence from a control or reference nucleic acid substrate are separated in this manner. When analyzed, it shows an altered expression of the fragment in the cleavage product pool, 1 illustrates the presence of the sequence differences between qualities.   Description of the invention   The present invention provides methods and compositions for treating nucleic acids, particularly nucleic acid sequences and arrangements. Methods and compositions for detecting and characterizing column changes.   The present invention relates to means for cleaving a nucleic acid cleavage structure in a site-specific manner. In particular, the present invention has 5 'nuclease activity without inhibiting nucleic acid synthesis ability. It relates to a cleavage enzyme.   The present invention shows a DNA synthesis activity modified from a natural thermostable DNA polymerase. 5 'nuclease derived from a thermostable DNA polymerase is provided. The polymerer 5 'nuclease activity is retained, but its synthetic activity is reduced? Or lost. Such 5 'nucleases, without inhibiting synthetic activity, It has the ability to catalyze the structure-specific cleavage of nucleic acids. Lack of synthetic activity during the cleavage reaction As a result, the nucleic acid cleavage product has a fixed size.   The novel properties of the polymerases of the present invention are the basis for methods for detecting specific nucleic acid sequences. To form This method relies on the amplification of the detection molecule, and does not It does not depend on the amplification of the target sequence itself as in the case of the target sequence detection method.   DNA polymerase (DNAP) [e.g., isolated from E. coli Or from a thermophilic bacterium of the genus Thermus] It is an enzyme that synthesizes NA chains. Some of the known DNAPs increase the synthesis activity of the enzyme. In addition, it contains related nuclease activity.   Some DNAPs remove nucleotides from the 5 'and 3' ends of the DNA strand [Kornberg, DNA Replication, W.C. H. Freeman and Co. , San Francisco, pp 127-139 (1980)]. These nuclease activities are usually These are called 5 'exonuclease activity and 3' exonuclease activity, respectively. I have. For example, the 5 'exonucleotide in the N-terminal domain of some DNAPs The activity of the enzyme is determined by the removal of RNA primers during lagging strand synthesis during DNA replication. And removal of damaged nucleotides during repair and repair. Some DNAPs, for example large Enterobacteriaceae (E. coli) DNA polymerase (DNAPEcl) is also proofread during DNA synthesis. It has 3 'exonuclease activity that causes loading (Kornberg, supra).   Thermus Aquatics (Th) called Taq DNA Polymerase (DNAPTaq) ermus aquaticus) has 5 'exonuclease activity. But lacks a functional 3 'exonuclease domain [Tindall and Kunkell Biochem. 27: 6008 (1988)]. Klenow fragment and Stoffel, respectively Derivatives of DNAP Ecl and DNAP Taq, called fragments, can be obtained by enzymatic manipulation or As a result of the genetic manipulation, the 5 'exonuclease domain is missing [Brutlag et al., Bioche m. Biophys. Res. Commun. 37: 982 (1969): Erlich et al., Science 252: 1643 (1991);  Setlow and Kornberg, J .; Biol. Chem. 247: 232 (1972)].   It has been reported that simultaneous synthesis is required for the 5 'exonuclease activity of DNAPTaq. [Gelfand, PCR Technology-Principles and Applications for DNA Amp lification (H.A. Erlich), Stockton Press, New York, p.19 (1989)]. DNA Among the 5 'exonuclease digestion products of PTaq and DNAPEcl, Nucleotides predominate, but also short oligonucleotides (less than 12 nucleotides) Can be observed, which indicates that these so-called 5 'exonucleases Implies that it can function as an endonuclease [Setlow, supra; Ho] lland et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88: 7276 (1991)].   In International Publication WO 92/06200, Gelfand et al. The preferred substrate for exonuclease activity is indicated to be substituted single-stranded DNA. A phosphodiester bond is formed between the substituted single-stranded DNA and the double-stranded DNA. Degradation, but in this case the preferred exonuclease cleavage site is a double helix It is a phosphodiester bond in the region. Therefore, it is usually associated with DNAP. 5 ′ exonuclease activity is a structure-dependent single-stranded endonuclease, More suitably referred to as 5 'nuclease. Exonucleases are nucleic acid molecules It is an enzyme that cleaves a nucleotide molecule from its end. On the other hand, endonuclease , An enzyme that cleaves nucleic acid molecules not at the terminal site but inside. Some heat resistance D The nuclease activity associated with NA polymerase is endonuclease-wise. Cleavage, but this cleavage requires contact with the 5 'end of the molecule being cleaved. You. Therefore, these nucleases are called 5 'nucleases.   When 5 'nuclease activity is associated with eubacteria type A DNA polymerase , As independent functional domains, three minutes of the N-terminal region of the protein Found in one. Two-thirds of the C-terminus of the molecule is the polymer that initiates DNA synthesis. Configure the main. Also, some type A DNA polymerases have three minutes of the molecule. Has 3 'exonuclease activity associated with the two C-terminal regions.   The 5 'exonuclease activity and polymerization activity of DNAP were determined by the polymerase component. Offspring have been isolated by proteolytic cleavage or genetic manipulation. from now on, Remove or reduce 5 'nuclease activity while leaving polymerase activity intact The heat-resistant DNAP has been modified to reduce it.   DNA Klenow fragment or large proteolytic cleavage fragment of PEcl But has 5 'nuclease activity and 3' exonuclease activity. Lack. The Stoffel fragment of DNAPTaq (DNAPStf) is 5 ′ nucleus by genetic engineering to delete the N-terminal 289 amino acids Lack of lease activity [Erlich et al., Science 252: 1643 (1991)]. International Publication WO 92/062 No. 00 is a thermostable DN with an altered level of 5 'to 3' exonuclease. AP is described. U.S. Pat. No. 5,108,892 discloses a 5 'to 3' exonucleus. Description of the Thermus aquaticus DNAP without Zeze I have. However, in the field of molecular biology, heat-resistant D with a reduced amount of synthetic activity is used. Lacks NA polymerase.   The present invention relates to a method for retaining 5 'nuclease activity, but having reduced synthetic activity. Provides a 5 'nuclease from thermostable A-type DNA polymerase that is completely absent. It has already been reported that the synthesis activity of the enzyme can be uncoupled from the 5 'nuclease activity. As described (Gelfand, PCR Technology, supra), the 5 'nuclease activity It demonstrates that DNA synthesis is not required.   The description of the present invention can be found in I.D. Production of 5 'nuclease derived from thermostable DNA polymerase II. Cleavase for detection of secondary structureTMFragment length polymorphism, II I. CFLPTMDetecting mutations in the p53 tumor suppressor gene using the method And IV. CFLPTMMethod is used to detect and identify pathogens.   I. Generation of 5 'nuclease from thermostable DNA polymerase   The method of the present invention uses a 5 'nuclease for detecting a specific nucleic acid sequence. The 5 ' The nuclease may be derived from a thermostable DNA polymerase. However The method of the present invention is not limited to the use of 5 'nuclease, Any cleavage that can generate a unique (i.e., characteristic) cleavage product pattern from Agents may be used. If you want to use 5 'nuclease, write As noted, the 5 'nuclease can be derived from a thermostable DNA polymerase. Good.   The genes encoding type A DNA polymerase are about one another at the DNA sequence level. Shares 85% homology. Preferred examples of thermostable polymerases include Thermus aquaticus, Thermus flav us), Thermus thermophilus and the like. I However, other thermostable A-type polymerases having 5 'nuclease activity are also suitable It is. 1 and 2 show the nucleotide sequences of the three polymerases and And compare the amino acid sequences. FIGS. 1 and 2 show the three heat-resistant DNA polymers. Common sequences obtained from comparison of nucleotide (FIG. 1) or amino acid (FIG. 2) sequences of the lase Alternatively, the majority sequence is shown in the top row. Amino acid residues in a given sequence These three polymers are identical if they are identical to those contained in the consensus amino acid sequence. A dot is placed in each sequence of the enzyme. To maximize alignment between display sequences, Use dashes to introduce gaps. Common nucleotchi at given position If no amino acids or amino acids are present, an "X" is added to the consensus sequence. Arrangement Column Nos. 1-3 show the nucleotide sequences of the three wild-type polymerases, Column numbers 4 to 6 show amino acid sequences. SEQ ID NO: 1 was isolated from strain YT-1 Wild-type Thermus aquaticus DNA polymerase gene [Lawyer et al., J. Am. Biol. Chem. 264: 6427 (1989)]. Sequence number 2 is for the wild-type Thermus flavus DNA polymerase gene Corresponding to the nucleic acid sequence [Akhmetzjanov and Vakhitov, Nucl. Acids Res. 20: 5839 ( 1992)]. SEQ ID NO: 3 is a wild-type Thermus thermophilu s) corresponding to the nucleic acid sequence of the DNA polymerase gene [Gelfand et al., International Publication WO 91 / 09950 (1991)]. SEQ ID NOs: 7 and 8 are common to the three DNAPs, respectively. The nucleotide and amino acid sequences are shown (also shown in the top row of FIGS. 1 and 2).   The 5 'nuclease of the present invention derived from a thermostable polymerase has reduced synthetic ability Retains essentially the same 5 'exonuclease activity as the native DNA polymerase You. As used herein, the term “essentially the same 5 ′ nuclease activity” refers to the term The 5 'nuclease activity of the modifying enzyme is changed to a structure-dependent single-stranded endonuclease. (But not necessarily the same rate of cleavage compared to the unmodified enzyme) It means retaining ability. Also has increased 5 'nuclease activity A-type DNA polymerases such that they produce enzymes with reduced levels of synthetic activity The protease may be modified. Reduced synthetic activity and increased 5 'nuclease activity Modified enzymes having the property are also contemplated by the present invention.   As used herein, the term “reduced synthetic activity” refers to a condition in which the modifying enzyme Synthetic activity levels below those found in decorative or "natural" enzymes Means to have. The modifying enzyme may not have any synthetic activity left, Or a synthetic activity that does not inhibit the use of the modified enzyme in the detection assays described below. May have a level. The 5 'nuclease of the present invention opens the polymerase. When cleavage activity is desired but synthesis ability is not desired (e.g., detection assays of the invention) Is the case).   As noted above, due to the nature of the modifications required to disrupt the polymerase synthesis, It is not intended that the invention be limited. The present invention relates to 1) proteolysis, 2) recombination Constructs (including mutants), 3) physical and / or chemical modifications and / or A variety of methods are contemplated, including but not limited to or inhibition.   1. Proteolysis   Physical cleavage of the unmodified enzyme with a proteolytic enzyme But by generating an enzyme fragment that retains 5 'nuclease activity, This produces a thermostable DNA polymerase with some level of synthetic activity. Tan After paq digestion, the resulting fragments are separated by standard chromatographic techniques And assay for the ability to synthesize DNA and act as a 5 'nuclease . The assay for measuring synthetic activity and 5 'nuclease activity is described below. Will be described.   2. Recombinant construct   In the following examples, 5 ′ nuclease derived from thermostable DNA polymerase was Preferred methods for producing constructs to be loaded are described. Type A DNA polymerase Because the DNA sequences are similar, Thermus aquaticus and The cloning strategy used for DNA and flavus polymerases was It is also applicable to type polymerases. Generally contains thermostable A-type DNA polymerase By isolating genomic DNA from bacteria that become infected using molecular biology methods, Clone the thermophilic DNA polymerase. This genomic DNA is The protease gene is exposed to primers capable of amplifying by PCR.   The amplified polymerase sequence is then subjected to standard deletion procedures to The polymerase portion of the offspring is deleted. A suitable deletion strategy is described in the examples below.   In the following examples, DNAPTaq polymer without loss of 5 'nuclease activity Discuss the strategy used to determine which parts of the protease domain can be removed. Deletion of amino acids from the protein may be due to mutation or frameshifting. Either by deleting the coding genetic material or by introducing a translation stop codon be able to. Further, to remove segments of the protein, the protein The protein can be subjected to proteolytic treatment.   In the examples below, the specific modification of the Taq gene is from nucleotide 1601 2502 (end of the coding region) deletion, 4 nucleotide insertion at position 2043 And nucleotides 1614 to 1848 and nucleotides 875 to 177 8 (numbering as in SEQ ID NO: 1). These modified sequences are: And SEQ ID NOs: 9-12.   One of skill in the art will recognize that a single base pair change would not harm the structure and function of the enzyme. to understand. Similarly, the exonuclease or polymerase function of these enzymes There can be small additions and deletions without essentially altering   Other deletions are also suitable for producing the 5 'nuclease of the present invention. The detection method of the present invention The use of 5 'nuclease in the assay to a level where synthetic activity does not inhibit Preferably, the deletion reduces the polymerase activity of the 5 'nuclease. No. Most preferably, the ability to synthesize is not present. For the assays described below Similarly, test modified polymerases for synthesis and presence of 5 'nuclease activity I do. A thorough study of these assays will allow for the screening of candidate enzymes of unknown structure. Leaning becomes possible. That is, the construct “ X "to determine that it is a 5 ' It can be determined whether or not a member of the genus creatase.   In the following examples, amplified Thermus aquaticus The PCR product of genomic DNA has the same nucleotide structure as natural genomic DNA. And did not have the same synthetic capacity as the original clone. Polymerase gene P Base pair changes caused by infidelity of DNAPTaq during CR amplification were also This is one method that can inactivate the ability to synthesize genes. Example below and FIG. A and 5A are natural Thermus aquaticus and Fra Shows that region in flavus DNA polymerase appears likely to be important for synthesis You. There are other base pair changes and substitutions that are likely to inactivate the polymerase.   However, a method for producing 5 'nuclease from DNA polymerase has been developed. It is not necessary to start with such a mutated amplification product. This is A method performed in the following example to obtain a DNA-deficient DNAPTaq mutant is described below. Out for the introduction of deletions, insertions and substitutions to produce 5 'nucleases One of skill in the art will understand that a wild-type DNA polymerase sequence may be used as a birthplace. It is. For example, to generate a synthetically deficient DNA PTfl mutant, SEQ ID NO: Thermus flavus using the primers according to 13-14 The wild-type DNA polymerase gene was amplified from the AT-62 strain. Then, the increase The width polymerase gene is subjected to restriction enzyme digestion to obtain a domain encoding the synthetic activity. Most of the amino acids were deleted.   It is contemplated by the present invention that the nucleic acid construct of the present invention is capable of expression in a suitable host. It is. Various promoters and 3 'sequences for efficient expression Methods for conjugation to are known to those skilled in the art. In the following example, two suitable vectors And six suitable vector constructs are disclosed. Of course, other suitable promotions There are also combinations of ter / vector. For expression of a nucleic acid construct of the present invention, a host It is not necessary to use things. For example, encoded by a nucleic acid construct The expression of the protein is performed by using a cell-free in vitro transcription / translation system. You may. One example of such a cell-free system is the commercially available TnTTMConjugate reticulated red It is a blood cell lysate system (Promega Corporation, Madison, WI).   Once a suitable nucleic acid construct has been made, the 5 'nuclease may be produced from the construct. Good. According to the following examples and standard molecular biology teachings, different suitable methods Allows the construct to be manipulated.   Once the 5 'nuclease has been expressed, synthesis and nucleation are performed as described below. The polymerase is tested for both activities of ase. 3. Physical and / or chemical modification and / or inhibition   Synthetic activity of thermostable DNA polymerases is subject to chemical and / or physical means Therefore, it can be reduced. In one embodiment, the 5'- Cleavage reaction catalyzed by nuclease activity favors polymerase synthesis activity Operating under conditions that inhibit Synthetic activity level requires any significant synthetic activity Need to be reduced to a level that does not interfere with the cleavage reaction It is only.   Mg in concentrations greater than 5 mM as shown in the examples below-By natural DNA The polymerization activity of PTaq is inhibited. 5'-nuclease under conditions where synthetic activity is inhibited The ability of the enzyme to function is a range of concentrations of Mg-(5-10 mM) described below By manipulating assays for the activity of synthetic and 5'-nucleases Test. Predetermined concentration of Mg-The effect of It is determined by quantifying the amount of synthesis and cleavage in the test reaction.   Other ions, polyamines, denaturants such as urea, formamide, dimethyl sulf Foxide, glycerin and nonionic surfactants (Triton X-100 and Tween-20) , Nucleic acid binding chemicals such as actinomycin D, ethidium bromide and sodium The inhibitory effect of ralen is the standard moderator for synthesis and 5'-nuclease assays. Tested by their addition to the spar. Next, the synthesis activity of thermostable polymerase 5′-nuclease activity (using compounds that have a preferential inhibitory effect on Cleavage) is maintained, while reducing or eliminating synthetic activity.   The use of physical means to preferentially inhibit the polymerase's synthetic activity it can. For example, the synthetic activity of thermostable polymerases (Typically 96-100 ° C) for prolonged exposure (20 minutes or more) Destroyed. There is only a small difference between each of the enzymes with respect to detailed heat tolerance. But they are easily measured. The polymerase is treated with heat for various periods of time, The effect of the heat treatment on the synthetic activity and the 5'-nuclease activity is determined. II. Cleavase for detection of secondary structureTMFragment length polymorphism   Nucleic acids adopt a base-pair dependent secondary structure for stability. Even closely related Even if a single strand of nucleic acid having a different sequence (single-stranded DNA, denatured DNA or RNA) When they can fold themselves, they adopt a characteristic secondary structure. Construction These differences in the separation of DNA fragments with closely related sequences The ability to analyze single-stranded conformational polymorphism (SSCP) to perform   The 5'-nuclease domain of certain DNA polymerases has a sequence-specific Nuclear with a specific structure rather than expression (as does restriction endonucleases) It is a specific endonuclease that recognizes and cleaves acids. Described here DNAPTaq isolated nuclease domain (Cleavasase enzyme) e)TM) Recognizes double-stranded ends with non-base-paired strands at the ends . Strands having a 5'-end are cleaved at the junction between the single and double strands.   FIG. 3 shows a wild-type substrate and a mutant substrate, wherein the mutant substrate has one base. Changes (changes from A to G as shown) differ from the wild type. In the method of the present invention According to the substrate structures, the nucleic acids can be denatured and fold on themselves. (See FIG. 3, steps 1 and 2). In the denaturation step, the nucleic acid is heat-treated, <3) or high (> 10) pH treatment, use of low salt concentration, cations, chemicals (eg, Achieved by the absence of urea, formamide) or proteins (eg helicase) Can be achieved. Nucleic acid folding or recombination can be caused by lowering the temperature, adding salts, neutralizing pH, Achieved by removal of chemicals or proteins.   The manner in which the substrate folds depends on the sequence of the substrate. 5'-Nuclear of the present invention Ze cleaves the structure. (See FIG. 3, Step 3). The end point of the generated fragment is cleaved Reflect the position of the part. The cleavage itself is not a specific sequence at the cleavage site, Depends on the formation of a particular structure.   When the 5'-nuclease of the present invention cleaves a nucleic acid substrate, the cleavage product or fragment Is generated. These fragments are characteristic fingerprints of nucleic acids that can be detected. [Eg, by electrophoresis on a gel (see step 4)]. (Eg, a single point mutation between the wild type and the mutant gene) Change the pattern of the cleaved structure. The 5'-nuclease of the present invention is a wild-type substrate And cleave structures formed by altered or mutated forms In this case, the distribution of the generated cleavage fragments differs between the two substrates, and the sequence of the two substrates (See FIG. 3, step 5).   CleavaseTMEnzymes are unique cleavage product patterns for substrate nucleic acids Generate Detect single base changes in large length (eg, 1.6 kb) DNA molecules Cleavase forTMUsing enzymatic digestion, the characteristic cleavage product Turns can be generated. The method of the present invention is based on "Cleavase".TM Fragment length polymorphism (CFLPTM) ". However, the present invention does not AleaseTMThe preferred enzymatic cleavage activity is not limited to the use of CleavaseTM enzyme, Taq DNA polymerase, E. coli DNA Various sources including limase I and eukaryotic structure-specific endonucleases (E.g., yeast RAD2 protein and RAD1 / RAD1). 0 complex [Harrington, J.J. And Liener (1994) Genes and Develop. 8: 1344] Mouse FEN-1 endonuclease (Harrington and Liener above) and offspring Bovine thymus 5 '→ 3' exonuclease [Murante, R.S. et al., (1994) J. Med. Biol. Chem. 269 : 1191]). In fact, this creates a unique cleavage product pattern for the substrate nucleic acid The actual experimental data is provided to show that a large number of enzymes can be used. CFLPTM Enzymes shown here to be suitable for use in the method include Cleavase (Cleavase)TMBN enzyme, Taq DNA polymerase, Tth DNA polymerase, Tfl Includes DNA polymerase, E. coli ExoIII and yeast RAD1 / RAD10 complex .   The present invention relates to an enzyme characterized in the literature to be a 3 'exonuclease Numerous enzymes, including CFLPTMIndicates that it may be suitable for use in the method. The enzyme is CFLPTM(Ie, substrate nuclei) To generate a unique cleavage product pattern for the acid) Is adopted. By carefully considering the steps described below, CFLPTM Any enzyme ("enzyme X") can be evaluated for use in the method.   Initial CFLPTMThe reaction is a previously characterized substrate nucleic acid [eg, human tyrosinase 157 nucleotide fragment of exon 4 of the gene (SEQ ID NO: 34). You. Substrate nucleic acid (about 100 fmol, this nucleic acid template allows for easy detection of cleavage products (Which may contain a 5'-end or other label) for the enzyme (ie, enzyme X) Solutions containing reaction conditions reported to be optimal for the characterized activity of Medium, put in thin-walled microcentrifuge tubes. For example, if the enzyme X is a DNA poly If it is a merase, the initial reaction conditions are optimal for the polymerization activity of the polymerase Will be used. If enzyme X is a polymerase If not, or if no specific component is reported to be necessary for activity If the initial reaction is a 1X CFLP with pH 7.2-8.2TMBuffer solution (10 mM M OPS, 0.05% Tween-20, 0.05% Nonidet P-40), 0.2-1.0 mM MnClTwoContaining solution It can be assembled by putting it inside.   The substrate nucleic acid is denatured by heating the sample tube to 95 ° C for 5 seconds. Cool the reaction to a temperature suitable for the enzyme under test (eg, heat stable If limerase is being tested, the cleavage reaction will proceed at an elevated temperature, such as 72 ° C. Can do it. If the mesophilic enzyme is being tested, tube 37 for cleavage reaction. Cool to ° C). Following denaturation and cooling to the target temperature, the enzyme to be tested (ie, Enzyme X, if desired, 1X CFLP at pH 8.2TMDilute in buffer The cleavage reaction is initiated by adding a solution containing 1-200 units of Let   Following the addition of the enzyme X solution, the cleavage reaction is allowed to proceed at the target temperature for 2-5 minutes. Next To terminate the cleavage reaction [this is a stop solution (95% formamide, 10 mM EDTA, 0.05% Bromophenol blue, 0.05% xylene cyanol) And the cleavage products are analyzed and detected using any suitable method (eg, Following electrophoresis on a denaturing polyacrylamide gel, transfer to a solid support and Isotope detection). CFLP for the generated cleavage patternTMBelow is the optimization test Check according to the criteria described.   Certain enzymes have a unique (ie, characteristic) cleavage product pattern from the substrate nucleic acid. CFLP if it can produceTMSuitable for use in law. This cleavage depends on the presence of the enzyme Must be shown. In addition, the enzyme is activated by a given substrate under the same reaction conditions. It must be able to reproducibly generate the same cleavage pattern when split. Regarding reproducibility To test, the enzyme to be evaluated is manipulated on different occasions using the same reaction conditions. Used in at least two additional cleavage reactions. If both occasions are practically the same If a cleavage pattern is obtained, the enzyme can reproducibly generate the cleavage pattern, Hence CFLPTMSuitable for use in law.   CFLP for enzymes derived from mesophilic bacteriaTMIf tested in reactions, they should first be 37 ° C Can be tested at However, these enzymes are used at relatively high temperatures in the cleavage reaction. May be desirable. Cleavage nucleic acid substrates over a range of temperatures The ability to detect sequence variations (ie, mutations) between different substrates whose cleavage reactions It is desirable when used for Strong secondary structure that can influence the cleavage pattern Is unlikely to be destabilized by a single base change, and therefore Naturally, it can interfere with mutation detection. So, using elevated temperature these solid structures Can be brought to the brink of instability, thereby effecting small changes in the array To be maximal and manifest as changes in the cleavage pattern it can. Mesophilic enzymes can be used at temperatures above 37 ° C under certain conditions known in the art. You. These conditions include high concentrations of glycemic (ie, 10-30%) in the reaction conditions. Includes the use of phosphorus. In addition, some enzymes can be isolated from mesophilic bacteria, Note that this fact alone does not imply that the enzyme may not be thermostable. Eyed. Therefore, CFLPTMWhen testing the suitability of a mesophilic enzyme in a reaction, The reaction should be operated at 37 ° C. and higher. Or also the ratio Mild denaturants can be used to destabilize nucleic acid substrates at relatively low temperatures (E.g. 1-10% formamide, -10% DMSO and 1-10% glycerin are heat anxious Used in enzymatic reactions to mimic stabilization).   There are many types of nucleic acid substrates that can be analyzed using cleavage means such as 5 'nucleases. Both RNA and DNA are included. All such nucleic acid substrates are standard It can be obtained using progeny biological techniques. For example, the substrate is a tissue sample, tissue Can be isolated from cultured cells, bacteria or viruses and transcribed in vitro from DNA templates Or chemically synthesized. In addition, the substrate can be genomic material or plasmid. Or similar extrachromosomal DNA from bacteria, or Of such substances produced by treatment with restriction endonucleases or other cleavage agents. It can be a fragment or it can be synthetic.   Substrates can also be produced by amplification using PCR. Substrate is a single-stranded substrate If it should be a molecule, the substrate can be used for PCR with preferential amplification of one strand. Can be produced more (asymmetric PCR). Single-stranded substrates can also be conveniently produced by other methods. It can also be done. For example, two strands contain a biotin label at one end. A solid support (for example, a magnetic support) in which a double-stranded molecule having Gas beads). Biotin-labeled strand is streptor It is selectively captured by binding to the vidin-bead complex. Subsequent cleavage reaction It can be noted that can be performed using a substrate bound to a solid support. That Is the enzyme CleavaseTMCan cleave the substrate that remains attached to the beads Because it can. A single-stranded substrate also exonucleates one strand from a double-stranded molecule. It can also be produced by digestion with creatase.   The nucleic acids in question may contain labels to aid their detection following the cleavage reaction. The label may be a radioisotope located at either the 5 'or 3' end of the nucleic acid (eg,32 P- or35S-labeled nucleotide) or the label can be It can be distributed throughout the body (ie, an internally labeled substrate). The label is a non-isotopic detectable moiety such as a fluorophore that can be directly detected. Alternatively, it may be a reactive group that can be specifically recognized by a secondary reagent. For example, Biotinylated nucleic acid binds to an indicator (eg, alkaline phosphatase or fluorophore). Can be detected by searching using the combined streptavidin molecule, Or haptens such as digoxigenin are specific antibodies conjugated to similar indicators Can be detected. Alternatively, unlabeled nucleic acids are cleaved and stained (eg, By ethidium bromide staining or silver staining) or labeled probes Can be visualized by hybridization using In a preferred embodiment, the substrate Nucleic acids are labeled at the 5 'end with a biotin molecule and conjugated to alkaline phosphatase. Detection is performed using bound avidin or streptavidin. Another preferred In one embodiment, the substrate nucleic acid is labeled at the 5 'end with a fluorescein molecule and the anti- Detection is performed using a fluorescein antibody-alkaline phosphatase conjugate.   The cleavage pattern is essentially a partial digest of the substrate in the reaction. Substrate Labeling at the ends (eg, with biotin) ensures that all detectable fragments are Share the edge. Many of the structures recognized as active cleavage sites are only a few base pairs long There is a possibility, and CleavaseTMRag used in the reaction It will be apparent that it is unstable at elevated temperatures. This in response to small sequence changes The formation or collapse of the structure causes a change in the cleavage pattern.   The product of the cleavage reaction is the assembly of fragments generated by the structure-specific cleavage of the input nucleic acid. Things. Analyze nucleic acids of different sizes and analyze them by electrophoresis, chromatography, Numerous, including fluorescence polarization, mass spectrometry and chip hybridization It can be analyzed by the method described above. The present invention will be described using electrophoretic separation. However It is noted that the analysis of cleavage products is not limited to electrophoresis. Electrophoresis book Selected to illustrate the method of the invention. Because electrophoresis is widely practiced in the industry And is easily accessible to the average practitioner. You.   If abundant amounts of DNA are available for analysis, direct detection of the cleavage The possibility of using light to analyze several samples in the same tube and the same gel It can be convenient to add. This “multiplexing” allows the wild-type and Automated comparison of closely related substrates such as mutants would be possible.   CFLPTMReactions are useful for rapidly sorting out differences between similar nucleic acid molecules. Any A desired nucleic acid system (e.g., wild-type nucleic acid and one or more nucleic acids of wild-type nucleic acid). CFLP for natural mutant form)TMFor optimal reaction, use the best CFLPTMReaction strip Use one substrate from a test system (eg, a wild-type substrate) to determine Is most convenient. One preferred condition is that for other molecules of interest Comparison of CFLPTMSelected to carry out the reaction. For example, cleavage reactions involve wild-type sequences. And then compare the mutant sequence to the wild-type pattern It can be cleaved under the same conditions. CFLPTMThe purpose of optimization testing is to test molecules , A structure-specific cleavage agent such as CleavaseTMEnzyme or DNAPT Treatment with aq is stable enough to give the signature sequence of the cleavage product, but the test molecule Small or single base changes in the DNA can cause significant changes in the sequence of cleavage products Will form a group (or group) of intrastrand structures that are sufficiently unstable Identification of such a condition set.   CFLP for use with single-stranded substrates as discussed belowTMExplain method optimization .   A panel of reaction conditions with variations in salt concentration and temperature was first performed to produce single-stranded CFLP.TM The optimal set of conditions for "Optimal CFLPTMIs an electrical It has the most uniform signal intensity between bands after electrophoretic separation, and Defined as a set of conditions that results in a set of occupied bands.   Two factors in the cleavage reaction that significantly affect the stability of nucleic acid constructs are that The temperature applied and the concentration of salt in the reaction solution. Similarly, formamide, urea Alternatively, other factors that affect nucleic acid structure, such as extreme pH, can be used. Initial testing typically involves three tests at four temperatures (50 ° C, 55 ° C, 60 ° C, and 65 ° C). Includes a total of 12 individual reactions performed at different salt concentrations (0 mM, 25 mM and 50 mM) Include. The present invention is not intended to be limited to the salts used. Use The salt used can be selected from potassium chloride, sodium chloride, etc., with potassium chloride being preferred. It is a good salt.   For each salt concentration to be tested, include DNA substrate, buffer and salt. Prepare 30 μl of the master mix. If the substrate is DNA, a suitable buffer Contains 3- [N-morpholino] propanesulfonic acid (MOPS) at pH 6.5-9.0, pH7 .2-8.4 is particularly preferred, and other `` good '' biological buffers, e.g., pH 6.5-9. Tris [hydroxymethyl] aminomethane (Tris) or N, N-bis [2- [Hydroxyethyl] glycine (Bicine), pH 7.5-8.4 is particularly preferred. Nuclear If the acid substrate is RNA, the pH of the buffer is reduced to the range 6.0-8.5, .0 is particularly preferred. If you plan to use manganese as a divalent cation in the reaction The use of Tris buffer is not preferred. If divalent cations are present in the buffer for a long time (eg For more than 5 minutes of incubation or storage of the original buffer). Manganese tends to precipitate as manganese (II) oxide in Tris There is. If manganese is to be used as the divalent cation, the preferred buffer is MO PS buffer.   For reactions without salt ("0 mM KCl" mixture), this mixture was 1.7 mM MnClTwoOr MgClTwo1X CFL containing (final concentration of divalent cation will be 1 mM) PTMDetect well for 5 digests in 30 μl buffer (10 mM MOPS, pH 7.2-8.2) (Eg, about 500 fmoles of 5 ′ biotinylated DNA or32P-5 'end End-labeled DNA about 100 fmol). Other concentrations of divalent cations may be Can be used if appropriate (eg, E. coli DNA polymerase I Usually 5mM MgClTwoUsed in buffers containing). "25mM KCl" mixture is above In addition to the components, 41.5 mM KCl was included, and the “50 mM KCl” mixture was 83.3 mM KCl in addition to the above components. Includes Cl.   Mix the mixture in labeled reaction tubes (0.2 ml, 0.5 ml or 1.5 ml “eppend 6 μl each in a light mineral oil Or cover with a similar barrier and store on ice until use. MnClTwoContains Not 1X CFLPTM60 μl containing the appropriate concentration of 5 ′ nuclease in buffer Assemble the enzyme dilution cocktail. Preferred 5 'nucleases and concentrations are cleaved AleaseTM25-100ng of BN enzyme, 25ng or Taq DNA polymerase (Or other eubacterial Pol A DNA polymerase) preferable. MnClTwoDoes not contain 1X CFLPTMSimilar structure-specific cleavage in buffer Any suitable amount of tearing agent may be used.   If a strong (ie, stable) secondary structure is formed by the substrate, one Nucleotide changes significantly alter its structure or the cleavage pattern it produces. Not likely to change. Increased temperature to drive structures to the brink of instability Degree can be used, thereby maximizing the effect of small changes in the sequence and targeting Is manifested as a change in the cleavage pattern within the substrate, thus at that point A cleavage reaction can take place. As a result, the reaction was run at elevated temperatures (eg, That is, it is often desirable to operate above 50.degree.   Preferably, the reaction is performed at 50 ° C, 55 ° C, 60 ° C and 65 ° C. Each temperature to be tested As for the degree, three tubes at each of the three KCl concentrations were placed at 95 ° C. for 5 seconds. Keep and then cool to the selected temperature. Next, add 4 μl of enzyme cocktail to The reaction is started immediately. To assess nucleic acid stability under these reaction conditions Can contain three different tubes (enzymes in these tubes). Elemental or MnClTwoDoes not contain 1X CFLPTM4 μl of buffer are poured). All reactions Proceeded for 5 minutes and 20 mM EDTA and 0.05% xylene cyanol and 0.05 Stopped by the addition of 8 μl of 95% formamide containing 5% bromophenol blue. To stop. The reactions are assembled on ice if necessary and stored. The completed reaction is Store on ice until all of the reaction series have been performed.   Heat the sample to 72 ° C. for 2 minutes and transfer 3-7 μl of each reaction to the appropriate gel For example, for nucleic acids up to about 1.5 kb, 7 M urine in 45 mM Tris borate buffer at pH 8.3 Element, 6-10% polyacrylamide containing 1.4 mM EDTA (19: 1 cross-linked), or Electrophoresis on natural or denaturing agarose gels for larger molecules Analysis. Nucleic acids are stained and autoradiographed (radio By isotope) or on nylon or other membrane support For subsequent hybridization and / or non-isotopic detection It can be more visualized. Inspect the generated pattern according to the criteria described above, And mutant comparison CFLPTMReaction conditions are selected for the performance of.   "No enzyme" control assesses nucleic acid substrate stability under specific reaction conditions it can. In this case, the substrate is placed in a tube containing all reaction components except the enzyme. And perform the same treatment as the enzyme-containing reaction. Other control reactions can be performed. New Each time a mutant substrate is tested, the wild-type substrate can be cleaved. Or It has also been previously characterized in parallel with substrates suspected of containing different mutations. The mutants can also be engineered. By a previously characterized mutant Compares cleavage patterns generated by new test substrates with known cleavage patterns be able to. In this way, changes in the new test substrate can be identified.   CFLP generated by cleavage of single-stranded substrateTMIf the pattern is overly powerful (ie If it contains a (strong) band, this indicates the presence of a very stable structure. Good Good signal redistribution modifies reaction conditions to increase structural stability (Eg, lower the cleavage reaction temperature; increase the monovalent salt concentration). This Other less stable structures can compete more effectively for cleavage.   CFLPTMIf the reaction should be optimized for double-stranded substrate cleavage, take the following steps: To use. Cleavage of double-stranded DNA substrates up to 2,000 base pairs can be optimized in this way .   The double-stranded substrate may be labeled with a single end label using any method known in the art. It is prepared to contain. The molar amount of DNA used in the optimization reaction is single-stranded. It is the same as that used for optimizing a reaction utilizing a substrate. Single-stranded versus double-stranded groups Quality CFLPTMThe most striking difference between the reaction optimizations is that the double-stranded substrate contains no buffer. MnCl in the reaction productTwoThe concentration is reduced to 0.2 mM, KCl (or other monovalent salt) is omitted and the enzyme concentration is 10-25n per reaction g. Variation in the concentration of monovalent salts (eg KCl) is critical Single-strand CFLP as a control factorTMIn contrast to the reaction optimization (described above), double-stranded CF LPTMTemperature range is more critical for reaction optimization in reaction optimization Control factor. Double-stranded CFLPTMWhen optimizing the reaction, the substrate and The reaction tubes containing the other components described in (1) are at the following temperatures: 40 ° C, 45 ° C, 50 ° C, 55 ° C. C, 60 ° C, 65 ° C, 70 ° C, and 75 ° C You.   For each temperature to be tested, single-end labeled double-stranded DNA substrate and 15 μl volume Prepare a mixture containing an amount of distilled water and place in a thin-walled microcentrifuge tube. It is. This mixture can be coated with light mineral oil or liquid wax. (This coating is not generally required, but some Stranded DNA substrates will produce more consistent results).   MnClTwoPrepare a 2 mM solution of Each CFLPTMFor the reaction, 10X CFLPTMBuffer 2 μl of 2 mM (100 mM MOPS of pH 7.2-8.2, 0.5% Tween-20, 0.5% Nonidet P-40)  MnClTwo2 μl and CleavaseTMAdd 25ng of BN enzyme and distilled water Then, 5 μl of a diluted enzyme solution containing the final volume of 5 μl is prepared.   Heat the DNA mixture to 95 ° C for 10-30 seconds, then test each tube Reaction temperature (eg 40 ° C, 45 ° C, 50 ° C, 55 ° C, 60 ° C, 65 ° C, 70 ° C, and 75 ° C) Cool. For the cleavage reaction, add 5 μl of the diluted enzyme solution to each tube at the target reaction temperature. Start by doing Incubate the reaction at the target temperature for 5 minutes to terminate the reaction. (Eg, 95% formamide and 0.05% xyle containing 10 mM EDTA). Add 16 μl of stop solution consisting of cyanol and 0.05% bromophenol blue Addition).   The sample was heated to 72 ° C for 1-2 minutes and 3-7 μl of each reaction was added to For example, 7 M urine in 45 mM Tris borate buffer at pH 8.3 for nuclei up to about 1.5 kb Element, 6-10% polyacrylamide containing 1.4 mM EDTA (19: 1 cross-linked), or For electrophoresis on natural or denaturing agarose gels for larger molecules Analyze more. Nucleic acids are stained and autoradiographed (radio For oisotope) or nylon or other membrane support Transfer to the body, followed by hybridization and / or non-isotopic detection It can be visualized by output. Inspection of generated pattern according to the above criteria And double-stranded CFLPTMReaction conditions are selected for the performance of. Control reactions are nucleic acid To assess stability or generate a reference pattern Can be operated.   Double-stranded CFLPTMWhen performing the reaction, use MnClTwoPreferably the concentration does not exceed 0.25 mM Would be good. If the end label on the double-stranded DNA substrate is lost (ie, When the product is detected, the 5′-end label is lost as judged by the disappearance of the signal). MnClTwoThe concentration can be reduced to 0.1 mM. Any EDTA present in the DNA storage buffer Free Mn during reaction2-Will decrease the amount of Therefore, double-stranded DNA is It should be dissolved in Tris-HCl or water at a concentration of 0.1 mM or less.   A nucleic acid substrate may be attached at one end (eg, biotin or32Labeling with P) , All detectable fragments share a common end. Short DNA substrate (250 nu Enzymes (eg, Cleavase)TMBN) concentration And incubation length have minimal effect on signal intensity distribution However, this means that partial digestion of a single structure whose cleavage pattern is assumed by the nucleic acid substrate Rather than a relatively complete collection of stable structures formed by the substrate It indicates that it is digested. Relatively long DNA substrates (from 250 nucleotides) Large) have more chances of having multiple cleavage sites in each structure, and no residual full length The result is a clear overdigestion as indicated by the absence of the substance. these For DNA substrates, the enzyme concentration can be reduced in the cleavage reaction (eg, If initially 50ng of CleavaseTMUsing BN enzyme and overdigestion Where apparent, enzyme concentrations can be reduced to 25, 10 or 1 ng per reaction. Wear). Alternatively, Mn to reduce the rate of cleavage2-And Mg2-Combination of CFLPTMCan be used in buffers. 0.2 mM MnCl as described aboveTwoIs (one CFLP (with either single-stranded or double-stranded nucleic acid substrate)TMWhen used in reactions, Mn2- 1mM Mg in addition to2-The use of reduces the rate of cleavage. The 1059 bp DNA shown in FIG. In the case of the amplicon, the cleavage rate is reduced to about one third (Mn2-single Mn compared to Germany2-/ Mg2-In the mixture). 0.2-1.0mM Mn2-Substrate in the presence of If overdigestion is observed when incubating at the reaction temperature for 2-5 minutes , 0.2mM Mn2-/ 1mM Mg2-The mixture can be used with a reaction time of 5-20 minutes.   Generated by cleavage of either single-stranded or double-stranded substrates containing a biotin label The resulting cleavage product can be detected using the following non-isotopic detection method. below The description is provided for explanation only. One skilled in the art will have an alternative to detecting biotin-labeled products. I understand the alternative law. Separate the gel plate after electrophoresis of the reaction product And the gel remains flat on one plate. Cut to dimensions, 0.5X TBE (45mM Positively charged nylon pre-moistened in sborate, pH 8.3, 1.4 mM EDTA). Schleicher and Schuell, Keene, NH) on top of the exposed gel. gel Remove any air bubbles trapped between the membrane and By rolling a 10 ml pipette tightly across). Next, 3MM filter paper (Whatma n) Place the two pieces on top of the membrane, replace the other glass plate, and Tighten the sandwich with binder clips or press with a book or heavy object. This Progresses for 2 hours to overnight (signal increases with longer transition) ).   After transfer, carefully remove the membrane from the gel and air dry. Is it a squeezed bottle These distilled waters can be used to release the gel that has adhered to the membrane. Completely dry After that, the membrane was washed with 1.2X Sequenase Images blocking buffer (Se quenase Images Blocking Buffer (United States Biochemical, Cleveland, OH Remove any precipitate in the blocking buffer by decantation or filtration. Stir for 30 minutes. 1cm membraneTwo0.3 ml of buffer is used per (Eg, 30 ml per 10 cm × 10 cm blot). Streptavidin-alkalipho Sphatase conjugate (SAAP, United States Biochemical) at 1: 4000 dilution Add directly to the blocking solution (avoid spotting directly on the membrane) And stir for 15 minutes. DH membraneTwoRinse easily with O, then membrane cmTwo0.1% sodium dodecyl sulfate (SDS) using 0.5 ml buffer Wash three times in 1X SAAP buffer (100 mM Tris-HCl, pH 10, 5 mM NaCl) (1 Shake 5 minutes per wash). Rinse briefly with water between each wash. Next, 1mM membrane  MgClTwoWashes twice in 1X SAAP buffer (without SDS) containing Then put in a plastic heat sealable bag. Sterile pipette tip Use CDP-Star in the bagTM(Tropix, Bedford, MA) 0.05ml / cmTwoAdd the membrane Allow 5 minutes to distribute throughout the run. Remove any excess liquid and air bubbles from the membrane Remove, seal, and place membrane on X-ray film (eg, Kodak XRP) for 30 minutes. Expose for a minute. Exposure time is adjusted as needed for analysis and clarity You.   To date, CFLPTMAll nucleic acid substrates tested in the system are reproducible fragments Generating a pattern. Due to the sensitivity and specificity of the cleavage reaction, Diagnosis of cancer, tissue classification, gene identification, bacterial and virus classification, polymorphism analysis, Mutation in genetic analysis, gene cross-over screening, etc. It is very suitable for rapid screening. This is augmented RNA analysis, high-level multiplexing and extension to longer fragments. Cleavase for nucleic acid characterizationTMOne clear use of reaction A significant advantage is that the pattern of cleavage products constitutes a characteristic fingerprint, Previously characterized mutants and ratios without sequencing possible mutants It can be compared. Also, the places where changes in the fragment pattern are observed suddenly change. Give a good index of different positions. But mutations need not be the exact site of cleavage Note that it only needs to be in an area that affects the stability of its structure Should. III. CFLPTMOf Mutations in the p53 Tumor Suppressor Gene Using the Assay   Tumor suppressor genes are important for tissue homeostasis Controls various other processes. One of the most widely studied of these, p5 The three genes not only can suppress the growth of cancer cells, but also (Levine, Annu. Rev. B) iochem. 62: 623 [1993]). Tumor suppressors alter or obliterate normal p53 function -Mutations are common.   Mutations in the p53 tumor suppressor gene are approximately half of all human cancers And it is the most common known change at the genetic level in the p53 gene Cancer-related genetic changes. The p53 gene is 3 Encodes a 53kD nuclear phosphoprotein consisting of 93 amino acids, which is cellular It is involved in the control of proliferation. Mutations in the p53 gene are generally (> 90% ), Amino acid equivalents rather than nonsense mutations that cause protein inactivation It is a missense mutation that causes a change in sex. High frequency of p5 found in human tumors 3 mutations indicate that missense mutations result in loss of tumor suppressor function and It is assumed to be due to the fact that it causes both gains of function (Lane, D .P. and Benchimol, S., Genes Dev. 4: 1 (1990)).   The gene encoding the p53 protein is large, spanning 20,000 base pairs, It is divided into 11 exons (see FIG. 4). Large p53 for the presence of a mutation The ability to scan genes has important clinical applications. In some major human cancers The presence of tumor p53 mutations is associated with poor prognosis. p53 mutation is node-negative Clinicians reach decision on more aggressive therapeutic treatment for reduced survival in breast cancer It has been shown to be an independent marker that is a finding that could help in the control. Also, Lowe and co-workers report that tumor cells are less susceptible to irradiation or chemotherapy. Significantly reduced by mutations that disrupt p53-dependent apoptosis (Lowe et al., Cell 74: 957 (1995)).   Regions of the p53 gene from approximately 10,000 tumors have been sequenced in the last 4-5 years Have been characterized, resulting in over 3,700 mutations, of which about 1,200 Are independent p53 mutations (ie, point mutations, insertions or deletions). De Database has been compiled and the European Molecular Biology Library (European Molecul ar Biology Laboratory (EMBL) data library and [Hollstein, M. et al., (1994) Nucleic Acids Res. 22: 3551 and And Cariello, N.F. et al. (1994) Nucleic Acids Res. 22: 3549]. In addition, the database IBM PC compatible software package developed to analyze information in [Cariello et al., Nucleic Acids Res. 22: 3551 (1994)]. Database A point mutation in the DNA was identified by DNA sequencing of the PCR amplification product. Most places Preliminary screening for mutations by SSCP or DGGE was performed.   Analysis of p53 mutations shows that the p53 gene is a highly conserved protein Close correlation between the main (ECD), specific to the transformation process Five Most Frequently Mutated Hotspot Regions of Human Tumors That Are Involved Area (HSR) is shown (see Figure 4. Bar height is associated with 5 HSRs) The relative percentage of total mutations shown is shown). Five HSRs are exon 5- 8 and is responsible for more than 85% of the detected mutations. However Et al., These studies generally indicate that their analysis is between PCR amplification and exons 5-8. Limited to sequencing of the region located, so fewer mutations outside this region are displayed You have to keep in mind what you have done. 10-15% of mutations Clinically effective p53 gene DNA diagnostics It must be able to scan for life-threatening mutations that have just been spread in a cost-effective manner.   The following table lists a number of known p53 mutations.   A. CFLP of p53 mutant in clinical samplesTManalysis   To allow the identification of mutations in the p53 gene from clinical samples, A nucleic acid containing a gene sequence is prepared. Nucleic acid is genomic DNA form of p53 gene, RN It may include Form A or cDNA form. Nucleic acids are available from a variety of standard technologies. Or various clinical samples [new tissue or frozen Tissue, cell (eg, blood) suspension, cerebrospinal fluid, sputum, etc.]. example Qiagen offers kits that allow the isolation of RNA or DNA from tissue samples. . Inc. (Chatsworth, CA) and Stratagene (LaJolla, CA) respectively . Total RNA is isolated from tissues and tumors by several methods known to those skilled in the art Sa Qiagen. Inc. (Chatsworth, CA) provides protocols, reagents and plastic Tissue, cultured cells in about 20 minutes, providing the manufacturer with the manufacturer's instructions Alternatively, it allows for the isolation of total RNA from bacteria. For eukaryotic RNA isolates If it is desired to further concentrate the messenger RNA, It can be specifically isolated by binding to an oligo-deoxythymidine matrix. This Comparable isolation kits for both of these steps are available from several commercial suppliers. I can do it.   In addition, the RNA is conveniently 0.22 M NaCl, 0.75 mM MgClTwo, 0.1 M Tris-HCl, p H8.0, 12.5 mM EDTA, 0.25% NP40, 1% SDS, 0.5 mM DTT, 500 u / ml placental RNAase Homogenized tissue in buffer containing inhibitor and 200 μg / ml Proteinase K Upon lysis, it can be extracted from a sample containing the biopsy specimen. At 37 ° C After 30 minutes incubation, RNA is converted to phenol: chloroform (1: 1) And the RNA is recovered by ethanol precipitation.   Since most of the p53 mutants are found in exons 5-8, this region spans It is convenient to examine the PCR fragment to be used as the first analysis. Exons 5-8 Panning PCR fragments are amplified from clinical samples using RT-PCR (reverse transcription PCR) technology I can do it. A kit that allows users to generate PCR products starting from tissue is available from Perkin El-m er (Norwalk, CT) and Stratagene (LaJolla, CA). RT-PCR technology Selected segments of the coding region of a gene by using reverse transcription of RNA To generate a single-stranded cDNA corresponding to the Next, single-stranded cDNA is used as a template in PCR. Used. In the case of the p53 gene, an approximately 600 bp fragment spanning exons 5-8 The primers located in the coding region immediately adjacent to exons 5 and 8 by RT-PCR Produced using a marker. The PCR amplified segment is then subjected to a CFLP reaction, The reaction product is analyzed as described above in Section VIII.   Also, fragments suitable for CFLP analysis can be generated by PCR amplification of genomic DNA. D NA was extracted from the sample and corresponded to the sequences present in introns 4 and 8. Primer spans exon 5-8 containing intron 5-7 (about 2 kb fragment) Used to amplify a segment of the p53 gene. Updating DNA by CFLP reaction If it is desired to use smaller fragments for PCR may be selected to amplify small (<1 kb) segments, or large PCR A fragment may be split into two or more smaller fragments using restriction enzymes.   To facilitate identification of p53 mutants in clinical settings, first characterize A library containing CFLP patterns generated by the determined mutants is provided. You may. Patterns generated by cleavage of known and characterized p53 mutants Comparisons of patterns generated using nucleic acids from clinical samples can be found in patient tissues. Will allow for the rapid identification of a particular p53 mutant present in S. Libra Comparison of CFLP patterns from clinical samples to patterns present in This can be achieved by various means. The easiest and least expensive comparison involves a visual comparison U. Given the many unique mutants known at the p53 locus, That is, the manual) comparison is particularly useful when large numbers of clinical isolates are being screened. Might consume too much time. Therefore, the CFLP pattern or "Barco Mode may be prepared in electronic format for ease of comparison and efficiency. No. Electrical entries were made with reference p53 mutants (eg, GeneReader and Gel Doct or Fluorescence Geldocumentation system (BioRad.Hercules, CA) or the Im ageMaster (Pharma-cia Biotech. Piscataway. NJ)) It may include storage of a scan of the gel. In addition, the detection of the cleavage pattern is used for DNA sequencing. The banding pattern can be automated using the equipment (see Example 18). Can be stored as signals collected from appropriate channels during automated experiments. [Examples of suitable instruments for such analysis and data collection include fluorescence-based gels. An imager (imag-er) such as Molecular Dynamics and Hitachi Or real-time electrophoresis detection system, such as ABI 377 or Pharmacia ALF Fluoroimagers generated by DNA Sequencer].   B. Construction of a library of characterized p53 mutants   The creation of a library of characterized mutations makes clinical samples most popular. Can be screened rapidly and directly for the presence of Would. CFLP pattern generated from clinical samples against p53 barcode library Comparisons require costly and time-consuming DNA sequence analysis. Without establishing both the presence of the mutation in the p53 gene and its precise identification There will be.   The p53 barcode library is created using reverse genetics. p53 suddenly The engineering of the mutants was such that each engineered mutation was confirmed by DNA sequencing. Ascertain the identity and purity of each of the mutations. p53 barcodera Individual p53 mutants in the library were identified using a two-step “recombinant PCR” technique [Higuchi, R . (1991) In Ehrlich, H.A. (Ed.) PCR Technology: Principles and Applicat-ion s for DNA Amplification. Stockton Press. New York. pp.61-70 and Nel-son , R.M. and Long, G.L. (1989) Analytical Biochem. 180: 147] It is. FIG. 5 shows one of the two-step recombinant PCR techniques that can be used to generate p53 mutants. 1 shows a schematic diagram of the law.   The template for PCR amplification is the fully human p53 cDNA gene. First of two PCRs (Figure 5 , Referred to as "PCR1"), the oligonucleotide containing the engineered mutation (“Oligo A” in FIG. 5) and an oligonucleotide containing a 5 ′ arm of about 20 non-complementary bases Otide ("oligo B") amplifies a relatively small region (100-200 bp) of target DNA Used for The resulting amplification product contains a mutant at its extreme 5 'end, It will contain a foreign gene at the 3 'end. 3 'sequence is the directional clonin of the final amplified fragment (Important for sequencing and officially documenting DNA containing mutants) Designed to include a unique restriction site (eg, EcoRI). Upstream or first The product produced during one PCR is optionally used for this first PCR product during a second PCR. It may be gel purified before. However, in gel purification, this fragment was amplified by PCR. Once proved to be the only species done, it is not needed.   Next, a small PCR fragment containing the engineered mutant is the second round of PCR (PCR2) Used to guide In PCR2, the target DNA is the same subunit of p53 cDNA. Larger fragment (about 1 kb) of the loaned region. 3 'end arrangement of small PCR fragment Since the sequence is not complementary to any of the sequences present in the target DNA, mismatches are extremely Only that strand that occurs at the 5 'end is amplified by PCR2 (the 3' non-template arm is It cannot be extended by PCR). Amplification is a marker upstream of the engineered mutant locus. Of primer (“oligo C”) complementary to the target DNA region and PCR1 The addition of a primer ("oligo D") complementary to the 5 'non-complementary sequence of the product Is performed. This operation is sudden by inducing amplification from non-complementary sequences. Naturally, this results in specific amplification of only those sequences, including mutants. To a normal vector To facilitate cloning of these PCR products, a second unique restriction site is Go to C (eg, HindIII).   The use of this two-step PCR approach requires that each mutant be the initial set of Only one primer needs to be synthesized to be made after up ( That is, oligo A). oligo B, oligo C and oligo D all occur within a given area May be used. oligo C and oligo D contain different specific restriction sites So that these plasmids (eg, pUC19) Subsequent directional cloning of the PCR product is greatly simplified. Desired mutation Selective amplification of only those sequences containing changes in Simplify the configuration. What is the only way to confirm the sequence of the insert containing the plasmid Because it is needed. Once the insert sequence is confirmed, However, the clone containing the mutant may be maintained indefinitely as the bacterial master strain. In addition Thus, the DNA strain of each mutant can be maintained in the form of a large-scale PCR preparation. This It is included in a kit containing reagents for scanning for p53 mutants in clinical samples. As an individual control or as a supplemental master p53 mutant library control kit Harbors a plasmid containing the given mutant to be distributed as part of the Allows distribution of bacteria or PCR preparations.   Another two-step recombinant PCR is illustrated in FIG. 6 and described in Example 30. This one The method uses two mutagenic oligonucleotides (one for each strand). Are combined. These oligonucleotides are substantially complementary to each other , But with opposite orientations. That is, one is the upper strand or the sense strand. The "upstream" region of DNA with the mutant incorporated in the 3 'base region of the strand Are arranged to allow amplification of one strand, while the other strand is A "downstream" seg containing the intended mutation incorporated into the 5 'base region of the strand Arranged to allow amplification of the These two double-stranded products are They share the sequence provided by these mutagenic oligonucleotides. Spirit Anneal at the recessed 3 'end when made, bonded, denatured and annealed These strands are extended or filled in by the action of DNA polymerase. Thus, a full-length molecule having a mutant in the central region can be regenerated. This group The recombinant is the “outer” primer pair (the 5 ′ end of the “upstream” and the “downstream” intermediate Amplification can be achieved by the use of a primer pair used to create the 3 'end of the piece.   Since outer primers can amplify both recombinant and unmodified sequences, Another precaution needs to be taken in this way (compared to the method above), The method uses rapid recombination PCR to introduce foreign sequences using existing terminal primers. To be able to be done. In short, this method requires only few recombination. Often used when Large volume mutagenesis PCR should be performed. When this is the case, the first described method is preferred. What the first way is a single ol igo needs to be synthesized for each mutagenesis, This is because only the signal is amplified.   An important feature of kits designed for the identification of p53 mutants in clinical samples is the C Specific primers used to generate PCR fragments that should be analyzed for FLP Incorporation of DNA fragments from 100 bp to over 1500 bp are distributed by this technology. Analyze reproducibly and accurately for the presence of column polymorphisms, but with the same input The exact pattern arising from different length fragments of the DNA sequence will, of course, vary. U. The patterns are only shifted relative to each other according to the length of the input DNA Rather, in some cases, a greater extent of mutual interaction between distant regions of a long DNA fragment. Generate additional cleavage products not seen with short-acting input DNA products Can bring. For this reason, an exact match with the barcode library is The same as that used to generate the given version of the p53 barcode library Use primers designed to amplify fragments of the same size from the floor sample. Will be more secure.   C. CFLP specific for p53 mutantTMPattern detection   CFLPTMThe easiest and most direct way to analyze the DNA fragments generated in the reaction is It is based on gel electrophoresis. Electrophoresis is widely performed and readily available So the initial effort was to create a database in this well-known format Was intended to be. However, CFLPTMDNA generated by analysis It should be noted that elucidation of the fragments is not limited to electrophoretic methods. Massus Spectrometry, chromatography, fluorescence polarization, and chip hybridization All approaches that are currently being improved and developed in several laboratories It is. Once created, CFLPTMThe database can be created using any of these methods. Even easily adopted for analysis.   There are several possible alternatives available for detecting CFLP patterns. Importance of CFLP analysis The benefit of a good user is that the result does not depend on the chosen method of DNA detection . DNA fragments are radioisotopes (eg, 5 'or 3' Ba32P or35S-labeled nucleotide), or the label (Ie, an internally labeled substrate). Label is non-isotopic detection Possible recognition, such as a fluorophore that can be directly detected, or a secondary agent. It may be a reactive group that enables it. CFLP pattern is immunostained, biotin-avi Detected by gin interaction, autoradiography and direct fluorescence imaging It has been. Radiation use is rapidly decreasing in clinical settings, Also, immunostaining and biotin-avidin based detection schemes can be applied to expensive membrane supports. Fluorescence-based detection methods are preferred because they require time-consuming migration of DNA. Maybe. However, none of the above methods can It is important to note that it can be used to create CFLP barcodes is there.   In addition to being a direct non-isotopic means of detecting CFLP patterns Fluorescence-based schemes offer additional notable advantages in clinical applications. CFLP allows analysis of several samples in the same tube and gel in the same lane . This "multiplexing" is achieved by individual analysis of each sample Fast and automated large numbers of samples in a fraction of the time at a lower cost than possible Allow comparisons. This approach opens the door to several other applications. the study One can double, triple or quadruple the number of samples to be tested on a given gel (up to four Dye in a single lane in a commercial DNA sequencer such as ABI 373/377 Have been proven to be available and compatible). Came. Also, analytes differ in pattern between the normal p53 gene and the putative mutant. of Differentiated labeling as internal standard to confirm both presence and correct location Through each tube and each gel lane with the size standards It may contain a normal p53 gene sample. VI. CFLPTMDetection and identification of pathogens using the method   A. Detection and identification of hepatitis C virus   Hepatitis C virus (HCV) infection is the leading non-A, non-B (NANB) hepatitis after blood transfusion worldwide. Cause. In addition, HCV is a major cause of hepatocellular carcinoma (HCC) and chronic liver disease worldwide. Is a major etiological agent. HCV infection is primarily transfusion recipient and intravenous drug use Transmitted to offspring, but maternal transmission to offspring and transmission to organ transplant recipients. It has been reported.   The genome of the positive strand hepatitis C virus contains 5 'and 3' non-coding regions. (Ie, the 5 'and 3' untranslated regions) and the core protein (C), The envelope glycoprotein (E1 and E2 / NS1) and the six nonstructural glycoproteins (NS2-N It contains several regions, including the polyprotein coding region encoding S5b). small Analysis of a large (9.4 kb) RNA genome has identified some regions of the genome. Very highly preserved during shedding, while other areas can change fairly quickly It was shown that. The 5 'non-coding region (NCR) is the most highly conserved region in HCV. You. These analyzes show that these viruses were divided into six basic genotype groups. And subsequently subdivided into 12 subtypes [of HCV genotypes Nomenclature and division have evolved: Altamirano et al. For a recent classification scheme. J. Inf-ect. Dis. 171: 1034 (1995)]. These virus groups Accurate identification of the substance during an outbreak is related to different geographic It is important to monitor the case. Only Group 1 HCV was observed in the United States, Numerous HCV genotypes have been observed in both Europe and Japan.   Also, the ability to determine the genotype of a virus isolate is sensitive to the different types of HCV. It allows comparison of clinical results from infections and infections by multiple types in a single individual. HCV is also associated with different efficacy of interferon treatment, Loop 1 infected individuals showed a slight response [Kanai et al., Lancet 39: 1543 (1992) And Yoshioka et al., Hepatology 16: 293 (1992)]. Infected individuals related to the virus type Place cleaning is more costly to the clinician and more costly, but It will make it possible to avoid fruitful drug treatments.   Existing methods for determining the genotype of HCV isolates include DNA sequencing or HCV-specific P of the segment of the HCV genome paired with hybridization to a sex probe CR amplification, RFLP analysis of PCR amplified HCV DNA, and the like. Of these methods All suffer from the limitations described above (ie, DNA sequencing is too labor intensive). Intensive and expensive, not practical for clinical study setting; RFLP analysis Has a problem with low sensitivity).   Universal and genotype-specific primers extracted from plasma or serum RNA [Okamoto et al., J. Gen. Virol. 73:67 3 (1992); Yoshioka et al., Hepatology 16: 293 (1992) and Altamirano et al., Supra. ]. These primers are the CFLP of the present invention.TMCan be used as a substrate in assays Can be used to generate a different PCR product. As shown herein, CFLPTManalysis Provides a rapid and accurate method of typing HCP isolates. CFLP for HCV substrateTMMinute The analysis makes it possible to distinguish between the major genotypes and subtypes of HCV, Thus, there is provided an improved method of genotyping HCV isolates.   B. Detection and identification of multidrug-resistant Mycobacterium tuberculosis   Over the past decade, there has been a tremendous resurgence in the incidence of M. tuberculosis in this country and around the world. Was. In the United States, the incidence of Mycobacterium tuberculosis has risen steadily over the past decade, with 2,000 deaths annually The disease caused as many as 10 million Americans to become infected. The situation is It is significant in New York City, where the incidence has more than doubled in the last decade, with 19 In 1990, this represented 14% of all new cases in the United States [Frieden et al., New Eng. l.J.Med. 328: 521 (1993)].   The crisis in New York City is particularly disastrous. What is going on This is because a proportion (about 1/3) is resistant to one or more antituberculosis drugs [F-rieden And Hughes, Scrip Magazine May (1994)]. Mycobacterium tuberculosis (M (DR-TB) is an iatrogenic disease caused by incomplete treatment of primary infections [Jac-obs, Jr. , Clin. Infect. Dis. 19: 1 (1994)]. MDR-TB is a particularly serious squirrel in immunocompromised people It is clear that these individuals are likely to be other healthy individuals. Infected with MDR-TB strain [Jacobs, Jr., supra]. Mortality of immunocompromised individuals Is surprisingly high, compared to a mortality rate of less than 50% in other unimpaired individuals. % Often [Donnabella et al., Am. J. Respir. Dis. 11: 639 (1994)].   From a clinical point of view, M. tuberculosis has a very long onset time and other Always difficult to diagnose due to environmental morbidity of fast growing Mycobacterium species . The doubling time of M. tuberculosis is 20-24 hours, and growth by the usual method is It typically takes 4-6 weeks to identify a bacterium as positive [Jacobs, Jr. et al., Science. 260: 819 (1993) and Shinnick and Jones Tuberculosis: Pathogenesis. Prote ct-ion and Control. Bloom. Ed., American Society of Microbiology. Washing ton, D.C. (1994), pp. 517-530]. Further to diagnose drug sensitivity of a given strain It can take 3-6 weeks [Shinnick and Jones, supra]. Needless to say Patients may or may not be symptomatic, but almost certainly What are the health risks to infected individuals and the public during the delay period that are It's a thing. Once the drug resistance profile has been elucidated and diagnosed, Treatment of a single patient can cost up to $ 250.000 and can take up to 24 months.   The tragic risks imposed by MDR strains and the recent surge in the incidence of the disease In combination, the detection of M. tuberculosis and the drug resistance of M. tuberculosis clinical isolates Research activities aimed at accelerating the elucidation of the feel Promoted the explosion of industrial development. Some of these methods require that certain strains be Mainly for the purpose of measuring mycobacterium species other than mycobacterium or mycobacterium Be concentrated. Both culture-based and nucleic acid-based methods have been developed, Method allows for more rapid identification of M. tuberculosis than the classical method. Make it work. Detection time from 6 weeks or more to only 2 weeks (culture-based method) or 2 days (Method based on nucleic acid). Culture-based methods are now being spread to clinical laboratories. Some of the rapid nucleic acid-based methods that have been used, but can be applied directly to clinical samples. A few are under development. Non-Mycobacterium spp. Clinical samples such as sputum need to be first "decontaminated" to reduce contamination (Usually performed by pretreatment with N-acetyl L-cysteine and NaOH). Shinnick and Jones, supra).   The polymerase chain reaction (PCR) has been applied for the detection of M. tuberculosis, It can be used to detect its presence directly from clinical specimens within days. Good sensitivity New technologies rely on two-step operation. The first step is the PCR amplification itself and the second step Is a hybrid of amplicons to M. tuberculosis-specific oligonucleotide probes Analysis or analysis by RFLP or DNA sequencing [Shinnick and Jones, supra.].   Amplified Mycobacterium tuberculosis Direct Test (AMTDT; Gen-Probe) Transcription Mediated Amplication [TMA; to amplify target rRNA sequence Essentially self-sustained sequence reaction (3SR) amplification]. rRNA sequence is amplified once And then it is detected by a dye-labeled assay such as PACE2. This assay Is highly inhibited by substances present in clinical samples.   Cycling Probe Reaction (CPR; ID Biomedical). Detect the presence of Mycobacterium tuberculosis This technology, which is being developed as a diagnostic tool for Set. For signal amplification, a three-layer DNA-RNA-DNA probe can be used, such as a M. tuberculosis-specific sequence. By forming a hybrid with the target nucleic acid. After adding RNAse H The RNA portion of the chimeric probe is degraded, releasing the DNA portion, which Shows that the target sequence is present [Yule. Bio / Technology 12: 1 335 (1994)]. Need to use RNA probes, especially for use in crude clinical samples This is a disadvantage, in which case RNase contamination is often severe.   The nucleic acid-based detection and discrimination methods are more evident than conventional culture-based methods Give you a great time saver. Although they are beginning to enter clinical settings, human tuberculosis Their usefulness in routine diagnosis of fungi has largely shifted to culture-based methods. It remains a problem because of the problems associated with differential contamination and low sensitivity. in addition, Many of these procedures are restricted to the analysis of respiratory samples [Yule. Bio / Technology 12 : 1335 (1994)].   ii) Determination of antibiotic resistance profile of M. tuberculosis       a) Culture-based method: Once the positive identification of M. tuberculosis has been made, It is necessary to characterize the degree and nature of the resistance of the strain to it. Antibiotics The conventional method used to measure resistance is the proportional agar dilution method, The culture diluent is applied to the medium containing antibiotics and the control medium without antibiotics. Clothed. This method is typically required for the diagnosis and characterization of unknown clinical samples. Add an additional 2-6 weeks to the required time [Jacobs, Jr. et al., Supra].   Luciferase reporter Mycobacteriophage (LRM) assay 199 First described in 3 years [Jacobs, Jr. et al., Science 260: 819 (1993)]. This asse In b, a mycobacterial phasor containing a cloned copy of the luciferase gene Used to infect mycobacterial cultures. Luciferase Expressed luciferase in the presence of ATP and ATP Produces photons that are easily distinguishable, and is responsible for the growth of Mycobacterium in the presence of antibiotics. Enables accurate measurement of degree. Once a sufficient culture is obtained (usually after inoculation 10-14 days), the assay can be completed in 2 days. This method is specific to LRM for M. tuberculosis. There is a problem with the fact that it is not unusual. They are also Mycobacterium smeg M. smegmatis and Mycobacterium bovis (e.g., BCG ), Thereby complicating the decoding of positive results. Discrimination between the two species Is due to growth in a special medium that does not support the growth of M. tuberculosis (eg, NAP medium). Needs to be done. This confirmation takes another two to four days.   The above culture-based method for measuring antibiotic resistance is a putative novel anti-mycotic Assess the efficacy of bacterial agents and drugs for which genetic targets have not yet been identified Will continue to play a role. However, it includes many of the frontline drugs. Elucidate the molecular basis for resistance to several anti-mycobacterial agents Recent success has been based on extremely fast, more accurate and more informative DNA polymorphisms. Enabled use of the assay.   b) DNA based method: isoniazid, rifampin, streptomycin, The loci associated with resistance to fluoroquinolones and ationamides are the same. Jacobs, Jr. et al., Supra; Heym et al., Lancet 344: 293 (1994) and And Morris et al., J. Infect. Dis. 171: 954 (1995)]. Pyrazinamide and ethambu Isoniazid (inh) and rifamppi with toll or streptomycin Rif combination is the first line of attack against confirmed cases of M. tuberculosis Used routinely [Banerjee et al., Science 263: 227 (1994)]. Therefore, Resistance to one or more of these drugs is disastrous for short course chemotherapy treatment Can have various meanings. The increasing incidence of such resistant strains has detected them, The cost of invalid and possibly harmful treatments that continue thereby and the social health Requires the development of rapid assays that reduce the risk of Genetics associated with drug resistance Rapid Screening of Nucleotide Changes That Identify Some Locus Can Lead to Drug Resistance And promoted the use of mutation detection techniques for signaling. Large numbers of targets directly from clinical specimens Of amplification procedures, such as PCR and SDA, that have successfully replicated specific DNA Is a DNA-based approach to antibiotic profiling based on normal culture To be much quicker than the method.   The most widely used technique for gene identification of mutants conferring drug resistance is DN A sequencing, Restriction Fragment Length Polymorphism (RFLP), PCR-Single   Stranded Conformational Polymorphism (PCR-SSCP) and PCR-dideoxyfin g-erprinting (PCR-ddf). All of these technologies have the shortcomings described above. Have a point. Each of them accurately and specifically identifies individual alleles Does not provide a quick, reproducible means.   In contrast, the CFLP of the present inventionTMThe method is structured to produce a distinct recovery of DNA fragments. Provides an approach that relies on specific cleavage. This method detects sequence polymorphisms. Highly sensitive in ability (> 98%), time, skill and cost of the above technology Need some of.   CFLP to MDR-TB detectionTMApplication of method amplified from rpoB and katG genes Described herein using segments of DNA that have been described. Isoniazid (inh A), streptomycin (rpsL and rrs), and fluoroquinoline (gyrA) MDR-TB, including but not limited to genes involved in conferring resistance Other genes associated with CFLPTMEqually well suited for assays.   C. Detection and identification of bacterial pathogens   Identification and typing of bacterial pathogens are important for clinical management of infectious diseases. Microorganism Accurate identification of antibiotics is not only used to distinguish symptoms from health On the basis of deciding which quality or other antimicrobial therapy is best for treatment is there. Traditional methods of pathogen typing include growth characteristics, color, cell or colony With specific antibodies to identify morphology, antibiotic susceptibility, staining, odor and bacteria Various phenotypic features were used, including reactivity. All of these methods are suspicious Requires the cultivation of pathogens, which results in high material and labor costs, Rugged, false positives due to mishandling and small numbers of viable cells or many pathogens There are several significant drawbacks, including false negatives due to sensitive culture requirements. doing. In addition, culture methods require a relatively long time to obtain a diagnosis, Due to the potentially life-threatening nature of such infections, Antibiotic therapy is often started. In many cases, the pathogen has a normal flora It is very similar to its constituent organisms and can be distinguished from harmless strains by the methods cited above. May not come. In these cases, the determination of the presence of pathogenic strains has recently been developed. It may require a high degree of elucidation provided by advanced molecular typing methods.   Several test methods for genetic material from the organism concerned have been developed. Of this type One way to perform the analysis is to use species-specific DNA or RNA from the organism to be tested. By hybridization of a target nucleic acid probe. This should be tested Immobilize denatured nucleic acids on a membrane support and only in the presence of DNA or RNA from pathogens This can be done by probing with bound labeled nucleic acids. In this way, the pathogen Can be determined. Organisms can be further distinguished using the RFLP method described above, in which case Genomic DNA is electrophoretically separated and supported on nitrocellulose or nylon membrane Before being transferred to the body, it is digested with one or more restriction enzymes. For species-specific nucleic acid probes Exploration is reproducible, identifying strains if they indicate a change between isolates It will reveal a banding pattern that can be used as a method. But However, these methods have the shortcomings outlined above. Hybridization -Based assays are time consuming and require less stringency of hybridization. Inaccurate or misleading results if the sea is not well controlled There RFLP identification also depends on the presence of suitable restriction sites in the DNA to be analyzed.   To address these concerns regarding hybridization and RFLP as diagnostic tools Some approaches to molecular analysis based on polymerase chain reaction (PCR) amplification to address Law had gained popularity. One good, called PCR fingerprinting In a well-accepted method, the size of the fragment generated by PCR is used as an identification tool. Used. In this type of assay, the primers have a variable number of tandem repeats (true In nuclear organisms, it is targeted to the region containing the VNTR). Number of repeats, and thus The length of the PCR amplicon is characteristic of a given pathogen, and these Co-amplification of several loci produces specific and reproducible fingerprints Thus, it is possible to enable discrimination between closely related species.   However, in some cases where organisms are closely related, the target of amplification is size In order to obtain a more accurate identification without showing any differences in Needs to be explored. This is similar to whole genome hybridization described above. May be performed on a solid support in a manner similar to that of the assay. Have a gender problem. In addition, the inside of the PCR fragment contains sequence-specific binding events. Can be used as a template. As outlined above for LCR, this method Single-stranded probes to be matched are arranged along the relevant sequence on both sides of the identified polymorphism, As a result, the success or failure of binding is determined by the specific nucleotide sequence at that site. Will indicate presence or absence. Hybridization method for PCR product analysis Or the binding method provides advance knowledge of the exact sequence in the region of probe binding. And differences outside the probe binding region are not detected. These methods Is less suitable for testing and typing of poorly characterized new isolates I haven't.   In the method of the present invention, a plasmid recognizing a conserved region of a bacterial ribosomal RNA gene is used. Imers allow amplification of the segments of these genes that contain the site of change. Ribosomal gene sequence changes distinguish between similar organisms at the DNA sequence level Not only has it become an accepted method, but their consistent rate of change It allows the sequence to be used to assess the evolutionary relationships of an organism. That is, The more similar the nucleic acids are at the sequence level, the closer the organism under consideration is considered to be [Woese, Bacterial Evolution. Microbiological Reviews, vol 51, No. 2, 198 7]. The present invention relates to the amplification products derived from these sequences as individual barcodes (ie, , Cleavage patterns) can be used to generate highly Also allows for the detection of sequence polymorphisms without prior knowledge of the existence of said polymorphism. You. With proper choice of primers, all amplifications are comprehensive (eg, Ratio of the distantly related organisms (using the stored ribosome sequence). Allows the primers to be compared or is very specific for a given genus Can be selected to allow testing at the species and subspecies level. Trial of ribosomal gene Experiments are extremely useful for these characterizations, but CFLP in bacterial typingTMOne The use of the method is not limited to these genes. Certain growth characteristics (eg, carbon source selection) Selection, antibiotic resistance, methicillin resistance or antigen production), or special Includes, but is not limited to, genes associated with vesicle morphology (eg, pili formation) , Other genes are CFLPTMEqually well suited for assays.   D. Extraction of nucleic acids from clinical samples   CFLPTMUse assays to detect and identify microorganisms in clinical samples. Nucleic acids are extracted from a sample to provide a nucleic acid substrate for. Nucleic acids are species Various clinical samples [fresh sets] using various conventional techniques or commercially available kits Tissue or frozen tissue, cell (eg, blood) suspension, cerebrospinal fluid, sputum, urine, etc.] Can be extracted. For example, it allows the isolation of RNA or DNA from tissue samples. Kits from Qiagen. Inc. (Chatsworth, CA) and Stratagene (LaJolla, CA). I can do it. For example, the QIAamp Blood kit contains blood (fresh, frozen or dried) and Allows isolation of DNA from bone marrow, body fluids or cell suspensions. QIAamp organization kit Allows the isolation of DNA from tissues such as muscle, organs and tumors.   A relatively uniform specimen (eg, blood, bacterial colonies, viral plaques, or Cerebrospinal fluid) from more complex specimens (eg, urine, sputum or feces) Are also well suited for use as templates for amplification of specific PCR products. [Shibata PCR: The Polymerase Chain Reaction, edited by Mullis et al., Birkh- auser, Boston (1994), pp. 47-54]. Of the substance to be amplified (ie, the target nucleic acid) Samples containing relatively few copies, such as cerebrospinal fluid, can be added directly to PCR . Blood samples had a special problem with PCR due to the inhibitory nature of red blood cells. Red blood The spheres need to be removed before using the blood during PCR. For this purpose, classic There are both standard and commercially available methods [eg, QIAamp Blood Kit , Passing through a Chelex 100 column (BioRad), etc.]. Target chosen for direct detection of M. tuberculosis Extraction of nucleic acid from sputum, a book, kills other bacterial species before decontamination, or It needs to suppress its growth. This decontamination typically involves N-acetyl L- This is done by treating the sample with cysteine and NaOH (Shinnick and J ones, supra). This decontamination process occurs when sputum specimens are cultured before analysis. Only necessary.   Experiment   The following examples serve to illustrate certain preferred embodiments and aspects of the present invention. Yes, and should not be considered as limiting the scope of the invention.   In the following disclosure, the following abbreviations apply: ° C. (Celsius); g (Gravity field); vol (volume); w / v (weight to volume); v / v (volume to volume); BSA (bovine serum albumin); CTAB ( Cetyltrimethylammonium bromide); HPLC (high pressure liquid chromatography); DNA (deoxyribonucleic acid); IVS (intervening sequence); p (plasmid); μl (microliter (Ml); ml (milliliter); μg (microgram); pmol (picomolar); mg (milligram); M OPS (3- [N-morpholino] propanesulfonic acid); M (mole / liter); Mol / liter); μM (micromol / liter); nm (nanometer); kdal (kilo Luton); OD (optical density); EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid); FITC (fluorescein) Isothiocyanate); SDS (sodium dodecyl sulfate); NaPOFour(Sodium phosphate ); Tris (tris (hydroxymethyl) aminomethane); PMSF (phenylmethylsulfo TBE (tris-borate-EDTA, i.e., with boric acid rather than HCl) Tris buffer containing EDTA); PBS (phosphate buffered saline); PPBS (1 mM PMSF Phosphate buffered saline); PAGE (polyacrylamide gel electrophoresis); Tween Loxyethylene-sorbitan); Boehringer Mannheim (Boehringer Mannheim, I ndianolis, IN); Dynal (Dynal A.S., Oslo, Norway); Epicentre (Epicentre Technologies, Ma-dison, WI); National Biosciences (Na National Biosciences, Plymouth, MN); New England Biolabs (New England Biolab) s, Beverly, MA); Novagen (Novagen, Inc., Madison, WI); Perkin Elmer (Perkin  Elmer, Norwalk, CT); Promega Corp. (Promega Corp., Madison, WI); RJ Res earch (RJ Research, Inc., Wat-ertown, MA); Stratagene (Stratagene Cloning S ystems, La Jolla, CA); USB (U.S. Biochemical, Cleveland, OH).   Example 1   Properties of natural thermostable DNA polymerase   A. 5 'nuclease activity of DNAPTaq   Polymerase chain reaction (PCR) [Saiki et al., Science 239: 487 (1988); Mullis and And Faloona, Methods in Enzymology 155: 335 (1987)], DNAPTaq Not many DNA sequences can be amplified. Can be amplified using DNAPTaq One sequence is shown in Figure 7 (the hairpin structure is SEQ ID NO: 15 and the primer is Are SEQ ID NOs: 16 to 17). This DNA sequence folds itself into two Hairpipes with main-chain arms (these correspond to the primers used for PCR) Has the remarkable characteristic that it can form   Test if this failure of amplification is due to the 5 'nuclease activity of the enzyme To achieve this, we used DNAPTaq to amplify this DNA sequence during 30 cycles of PCR. And the performance of DNAPStf were compared. Wisconsin-Madison Obtained from the Biotechnology Center at the University of New York. DNAPTaq and DNAPStf to Pe rkin Elmer (ie, AmpliTaq DNA polymerase and Ampli-Ta q Stoffel fragment of DNA polymerase). Substrate DNA is cloned into pUC19 in double-stranded form. The hairpin structure shown in FIG. Primers used for amplification As SEQ ID NOs: 16-17. Primer SEQ ID NO: 17 is a hairpin in FIG. Shown annealed to the 3 'arm of the structure. Primer SEQ ID NO: 16 is in FIG. Shown as the first 20 nucleotides of the bold of the 5 'arm of the hairpin .   Polymerase chain reaction solution is supercoiled in 50 μl of 10 mM Tris Cl pH 8.3. 1 ng of plasmid target DNA, 5 pmole of each primer, each dNTP4 It contained 0 μM, and 2.5 units of DNAPTaq or DNAPStf. DNAPTaq reaction solution Contains 50 mM KCl and 1.5 mM MgClTwoWas included. Temperature profile during 30 cycles At 95 ° C for 30 seconds, 55 ° C for 1 minute and 72 ° C for 1 minute. 10 of each reaction % Of polyammonium in a buffer of 45 mM Tris Borate, pH 8.3, 1.4 mM EDTA (0.5X TBE). Analyzed by gel electrophoresis in rilamide (crosslinked 29: 1).   FIG. 8 shows the results. The expected product is DNAP instead of DNAPTaq (shown as `` T '') Made by Stf (shown simply as "S"). The present inventors have determined that the DNAPTaq It is concluded that rease activity is responsible for the lack of amplification of this DNA sequence.   5 ′ unpaired nucleotides in the substrate region of this structural DNA are removed by DNAPTaq. 4 cycles of PCR using the same polymerase to test The fate of the middle end-labeled 5 'arm was compared (Figure 9). DNAPStf and32P-5 'terminal mark A hairpin mold such as the hairpin mold described in FIG. I made it. The 5 'end of the DNA was cut by DNAPTaq rather than DNAPStf by several large Released as strips. The size of these fragments (based on their motility) Contains most or all of the unpaired 5 'arm of DNA. Thus, cleavage Occurs at or near the base of the branched duplex. These released fragments are directly distributed. Sequence analysis and extended by terminal deoxynucleotidyl transferase Terminate at the 3'OH group as evidenced by the ability of the fragment to   Figure 10-12 was designed to characterize the cleavage reaction catalyzed by DNAPTaq The results of the experiment are shown. Unless otherwise noted, cleavage reactions were 10 mM in a total volume of 10 μl. Tris-Cl, pH 8.5, 50 mM KCl and 1.5 mM MgClTwo0.01 pmole heat-denatured end label Hairpin DNA (there are also unlabeled complementary strands), 1 pmole primer (3 'Complementary to the arm) and 0.5 units of DNAPTaq (estimated to be 0.026 pmole). I was out. As shown, some reactions have different concentrations of KCl, and The exact times and temperatures used for these experiments are shown in the individual figures. Includes primer The primer shown in FIG. 6 was used as the reaction solution (SEQ ID NO: 17). In some cases Is prepared by providing a polymerase and selected nucleotides. The immer was extended to the binding site.   Reaction MgClTwoOr started at the final reaction temperature by addition of enzyme. Reaction 20 mM ED 8 μl of 95% formaldehyde (stop solution) containing TA and 0.05% marker dye The addition was stopped at their incubation temperature. National Bioscien-ce Oligo from s, Inc.TMUsing primer analysis software, the listed Tm A calculation was made. Using 0.25 μM as DNA concentration with 15 or 65 mM total salt, These were measured (1.5 mM MgCl in all reactions).TwoCalculated the value of 15 mM salt for these calculations. Given the).   FIG. 10 shows an autoradiograph containing the results of a set of experiments and conditions for the cleavage site. It is. FIG. 10A is a measurement of a reaction component that allows for cleavage. 5 'end labeled hairpi Incubation of DNA was performed at 55 ° C. for 30 minutes using the indicated components. . The product is resolved by denaturing polyacrylamide gel electrophoresis and the product length ( (Unit: number of nucleotides). FIG. 10B shows the cleavage site in the absence of the added primer. Describe the effect of temperature on The reaction is allowed to proceed for 10 minutes at the indicated temperature in the absence of KCl Incubated. Indicates the length (unit: number of nucleotides) of the product.   Surprisingly, DNAPTaq cleavage requires either primers or dNTPs. No (see FIG. 10A). Thus, 5 'nuclease activity is related to polymerization I can't. Nuclease activity requires magnesium ions, but magnesium Mions can be substituted with potential changes in specificity and activity. Zinc ion Or none of the calcium ions support the cleavage reaction. Reaction is from 25 ° C to 85 ° C And the rate of cleavage increases at higher temperatures.   Referring to FIG. 10, primers are not extended in the absence of added dNTPs. However Thus, primers affect both the site and rate of hairpin cleavage. Cleavage part The change in position (Figure 10A) is due to the break in the short duplex formed between the arms of the DNA substrate. It is clear that this occurs. In the absence of primer, the underlining in FIG. The more shown sequences could pair to form an extended duplex. Extension Cleavage at the end of the resulting duplex was observed in lane 10A without the addition of primer. Will release the 11 nucleotide fragment seen. Addition of excess primer (Figure 10A, lanes 3 and 4) or high temperature incubation (FIG. 10B) Disrupts the short extension of the heavy chain, resulting in a long 5 'arm and thus a long cleavage product.   The position of the 3 'end of the primer can affect the exact site of cleavage. Electrophoresis analysis In the absence of a primer, the cleavage occurs between the first and second base pair substrate duplex (warmth). (In extended or shortened form, depending on the degree). Step When the primer extends to the base of the duplex, cleavage also occurs at one nucleoside in the duplex. This produces tides. However, a primer of 4 or 6 nucleotides gap The cleavage site is 4 nucleotides in the 5 'direction when present between the 3' end of 6 nucleotides.   Figure 11 shows the presence (Figure 11A) or absence (Figure 11B) of the primer oligonucleotide. The kinetics of cleavage is described. Reaction with 50 mM KCl (Figure 11A) or 20 mM KCl (Figure 11B) At 55 ° C. Decompose reaction products by denaturing polyacrylamide gel electrophoresis And the length of the product (unit: number of nucleotides). "M" for marker is 5 ' End-labeled 19-nt oligonucleotide. Under these salt conditions, FIGS. B indicates that the reaction is about 20 times faster in the presence of primer than in the absence of primer. Indicates that it is clear. This effect on efficiency is due to the proper sequence of the enzyme on the substrate. And contribute to stabilization.   When both reactions are performed in 50 mM KCl, the relative shadow of the primer on the cleavage rate The sound becomes extremely large. In the presence of primer, the rate of cleavage is up to about 50 mM in KCl concentration. Increase with degree. However, suppression of this reaction in the presence of primer It is evident at 0 mM and complete at 150 mM KCl. In contrast, in the absence of primer Is increased by the concentration of KCl up to 20 mM, but at concentrations above 30 mM It is lowered by. At 50 mM KCl, the reaction is almost completely suppressed. Absence of primer The inhibition of cleavage by KCl below is affected by temperature and is even more pronounced at lower temperatures.   Recognition of the 5 'end of the arm to be cleaved appears to be an important feature of substrate recognition It is. Substrates lacking a free 5 'end, e.g., circular M13 DNA, It cannot be cleaved under the conditions of Even 5′-armed substrates can be opened by DNAPTaq. The speed of the crack is affected by the length of the arm. In the presence of primer and 50 mM KCl The cleavage of the 5 'extension, which is 27 nucleotides in length, is substantially complete within 2 minutes at 55 ° C I do. In contrast, fractions with 5 'arms of 84 and 188 nucleotides. The cleavage of the offspring is only about 90% and 40% complete after 20 minutes. B. Incubation reduces the effect of suppressing long elongation indicating secondary structure in the 5 'arm, Alternatively, a thermolabile structure in the enzyme may inhibit the reaction. Run under conditions of excess substrate The mixing experiments described above show that molecules with long arms are non-productive complexes (non-productive complexes). complex)). These results That the 5 'nuclease domain moves the 5' arm from one end to the other May indicate gaining access to the cleavage site at the end of the branched duplex. Longer 5 'arms are expected to have more accidental secondary structure (especially KCl concentration This is probably preventing this movement.   Cleavage should be at least 2 kilobases substrate strand target molecule or pilot It is clear that it is not suppressed by the long 3 'arm of the nucleic acid. In other extremes The 3 'arm of a pilot nucleic acid as short as one nucleotide is not efficient Can support cleavage in a primer independent reaction. Well matched pair Ligonucleotides do not trigger cleavage of the DNA template during primer extension.   Open the molecule even when the complementary strand contains only one unpaired 3 'nucleotide. The ability of DNAPTaq to cleave may be beneficial in optimizing allele-specific PCR Not. PCR primers with unpaired 3 'ends are pilot oligonucleotides Potential with DNAPTaq in the absence of nucleoside triphosphates acting as Of unwanted templates during pre-incubation of the active template-primer complex Alternative cleavage could be induced.   B. 5 'nuclease activity of other DNAPs   Determine if other 5 'nucleases in other DNAPs are suitable for the present invention To do this, an array of enzymes (some of which have 5 'nuclease activity apparent in the literature) (Reported to be without). Cleave nucleic acids in a structure-specific manner Reports the performance of these other enzymes as being optimal for synthesis by their respective enzymes Were tested using the hairpin substrate shown in FIG. 7 under the conditions described.   DNAPEcl and DNAP Klenow were obtained from Promega Corporation. Pyrococca Pyrococcus furious ["Pfu", Bargseid et al., Strategies 4: 3 4 (1991)] was from Stratagene. Thermococcus litorari (Trm), Vent (exo-), Perler et al., Proc. Natl. Aca d. Sci. USA 89: 5577 (1992)] was from New England Biolabs. Was. Thermus flavus ["Tfl", Kaledin et al., Biokhimiya 4 6: 1576 (1981)] is from Epicentre Technologies and Thermus thermophilus ["Tth", Carballeira et al., Biotec hni-ques 9: 276 (1990); Myers et al., Biochem. 30: 7661 (1991)] is U.S. Bioc from h-emicals.   Buffer supplied by the manufacturer for primer-dependent reactions, or 10 mM Tris Cl, pH 8.5, 1.5 mM MgClTwo, And 0.5 units of it using 20 mM KCl Each DNA polymerase was assayed in a 20 μl reaction. Enzyme reaction mixture Was maintained at 72 ° C. before the addition of.   FIG. 12 is an autoradiogram recording the results of these tests. FIG. 1 shows the endonuclease reaction of DNAP of some thermophilic bacteria. Prime the reaction solution Incubate at 55 ° C for 10 minutes in the presence of a primer or 72 ° C for 30 minutes in the absence of primer. The product was resolved by denaturing polyacrylamide gel electrophoresis. Product Indicates the length (unit: number of nucleotides). FIG.12B shows DNAPEcl 5 ′ nuclease. 1 shows endonucleolytic cleavage. DNAPEcl reaction solution and The DNAP Klenow reaction was incubated at 37 ° C. for 5 minutes. DNAPEcl lane (it (In the presence and absence of primers, respectively) Note the optical bands of the cleavage products at 11 and 11 nucleotides. Also, FIG. The DNAPTaq reaction in the presence (+) or absence (-) of the immer is shown. These reactions Performed in 50 mM and 20 mM KCl, respectively, and incubated at 55 ° C. for 10 minutes.   Referring to FIG. 12A, the eubacteria Termus thermophilus and Termus fura DNAP from bush is in the same position as DNAPTaq in both the presence and absence of primer To cleave the substrate. In contrast, the archaebacteria Pyrococcus furiosus and Thermoco DNAP from C. litoralis cleaves substrates endonucleolytically Can not. From Pyrococcus frious and Thermococcus litoralis DNAP shares little sequence homology with eubacterial enzymes (Ito et al., Nucl. Acids Res. 19: 4045 (1991); Mathur et al., Nucl. Acids Res. 19: 6952 (1991); see also Perler et al. See). Referring to FIG.12B, DNAPEcl also cleaves the substrate, but the resulting cleavage The product is difficult to detect unless the 3 'endonuclease is suppressed. DNAPEcl and The amino acid sequences of the 5 'nuclease domains of DNAPTaq and DNAPTaq are approximately 38% homologous (Gelf and, supra).   The 5 'nuclease domain of DNAPTaq is the gene 6 of bacteriophage T7. Shares about 19% homology with the 5 'exonuclease encoded by [Dunn et al. J. Mol. Biol. 166: 477 (1983)]. This nucleus is not covalently linked to the DNAP polymerization domain Rease is a site cleaved by the above 5 ′ nuclease in the absence of an added primer DNA can be cleaved endonucleolytically at the same or the same site as You.   C. Trans cleavage   The ability of 5 'nucleases to be efficiently cleaved at specific sequences is described below. Demonstrated in experiments. Partially complementary oligonucleotides called "pilot oligonucleotides" The gonucleotide hybridized with the sequence at the desired position for cleavage. Pyro The non-complementary portion of the tri-oligonucleotide gives a structure similar to the 3 'arm of the template ( On the other hand, the 5 ′ region of the substrate strand became a 5 ′ arm (see FIG. 7). pie The lot folds itself to produce a short hairpin with a stabilized tetra-loop The primer was prepared by designing the 3 'region of the pilot ntao et al., Nucl.Acids Res. 19: 5901 (1991)]. Two types of pilot oligonucleotides The tide is shown in FIG. 13A. Oligonucleotides 19-12 (SEQ ID NO: 18) and 30-12 (sequence No. 19) is 31 or 42 nucleotides in length, respectively. However However, oligonucleotides 19-12 (SEQ ID NO: 18) and 34-19 (SEQ ID NO: 19) It has only 19 and 30 nucleotides, respectively, which are Complementary to different sequences in the land. About 50 ° C for pilot oligonucleotide (19-12) and calculated to melt their complement at about 75 ° C (30-12). Both The other pilots have 12 nucleotides at their 3 'end, and these Acts as a 3 'arm to attach the primer.   To demonstrate that cleavage can be induced by pilot oligonucleotides We have found that single-stranded standards in the presence of two potential pilot oligonucleotides Target DNA was incubated with DNAPTaq. Target and pilot nucleic acids The trans-cleavage reaction, which is not covalently bound, is 0.01 pmole in 20 μl of the same buffer. Single end labeled substrate DNA, 1 unit of DNAPTaq and 5 pmole of pilot Including lignonucleotides. Incubate these components for 1 minute at 95 ° C Denature the PCR-generated double-stranded substrate DNA to match the temperature of the reaction. Decreased to the final incubation temperature. Oligonucleotides 30-12 and 19- 12 is a group that is 85 nucleotides and 27 nucleotides from the 5 'end of the target strand Hybrids can form in regions of quality DNA.   FIG. 23 shows the complete 206-mer sequence (SEQ ID NO: 26). 206-mer was prepared by PCR . M13 / pUC from New England Biolabs (catalog numbers 1233 and 1224, respectively)  The 24-mer reverse sequence (-48) primer and M13 / pUC sequence (-47) primer were PGEM3z (f +) plasmid vector (Promega Corp.) as a template (10 ng) containing (50 pmole each). The PCR conditions were as follows. 100 μl 1X PCR buffer (20 mM Tris-Cl, pH 8.3, 1.5 mM MgClTwo, 0.05% Tween-20 and 0.05 % NP-40) and 50 μM of each dNTP in 50 mM KCl and 2.5 units of Taq DNA Polymerase. 35 cycles of reaction at 95 ° C for 45 seconds, 63 ° C for 45 seconds, then 72 ° C for 75 seconds did. After cycling, the reaction was terminated by incubation at 72 ° C for 5 minutes. Was. The resulting fragment was purified to 6% in 0.5X TBE (45 mM Tris-Borate, pH 8.3, 1.4 mM EDTA). Purified by electrophoresis on polyacrylamide gel (29: 1 cross-linking), ethidium bromide Visualized by chromium staining or autoradiography, excised from the gel, and passively Eluted by diffusion and concentrated by ethanol precipitation.   Cleavage of the substrate DNA occurs at 50 ° C in the presence of the pilot oligonucleotides 19-12. This (FIG. 13B, lanes 1 and 7) did not occur at 75 ° C. (lanes 4 and 7). And 10). In the presence of oligonucleotide 30-12, cleavage was observed at both temperatures . Even at 50 ° C, accidental structures in the substrate allow primer-independent cleavage in the absence of KCl Even when activated (FIG. 13B, lane 9), the cleavage was in the absence of added oligonucleotide. It did not occur below (lanes 3, 6 and 12) or at about 80 ° C. Complementary to substrate DNA sex Non-specific oligonucleotides with no 50 ° C in the absence or presence of 50 mM KCl Did not induce cleavage (lanes 13 and 14). Thus, the specificity of the cleavage reaction is It can be adjusted by the degree of complementarity to the substrate and the conditions of incubation.   D. Cleavage of RNA   The shortened RNA version of the sequence used in the trans cleavage It was tested for its ability to serve as a substrate in. RNA is Cleavage at expected position in reactions dependent on the presence of gonucleotides . [Α-32[P] RNA substrates produced by T7 RNA polymerase in the presence of UTP This corresponds to the truncated form of the DNA substrate used in FIG. 13B. The reaction conditions were the above DNA The conditions were the same as for the quality, 50 mM KCl was used. Incubation at 55 ° C For 40 minutes. The pilot oligonucleotide used was 30-0 (SEQ ID NO: 20). ) And shown in FIG. 14A.   FIG. 14B shows the results of the cleavage reaction. The reaction was performed with DNAPTaq or as shown in FIG. Performed in the presence or absence of the pilot oligonucleotide.   Strikingly, in the case of RNA cleavage, the 3 'arm is the pilot oligonucleotide. Not required for This cleavage occurs several times along a 30 base pair long RNA-DNA duplex. It is thought that RNaseH is expected to cleave RNA at certain positions. Absent. The 5 'nuclease of DNAPTaq is located at a single site near the 5' end of the heteroduplex region. It is a structure-specific RNaseH that cleaves RNA.   Surprisingly, oligonucleotides lacking the 3 'arm are effective It can act as a pilot in inducing cleavage. What would be this Such oligonucleotides use natural DNAPs to induce efficient cleavage of DNA targets Because they cannot do it. However, some 5'nuclei of the present invention (For example, clones E, F and G shown in FIG. 16) NA can be cleaved. In other words, the non-extended cleavage structure is a thermostable DNA Not required for specific cleavage by some 5 'nucleases of the invention derived from .   We have found that DNAPTaq in the presence of perfectly complementary primers Cleavage is an RNA template in reactions where DNAPTaq approximates the reverse transcriptase reaction Help explain that DNA oligonucleotides cannot be extended The test was performed to determine whether or not the damage was caused. Another thermophilic DNAP, DNAPTth is Mn++Only in the presence of Although RNA can be used as a template, we have Expected not to cleave the RNA in the presence of this cation. Therefore, the present inventors Is Mg++Or Mn++In the presence of DNAPTaq or DNAPTth in a buffer containing The RNA molecule was incubated with the lot oligonucleotide. Expected As you can see, both enzymes are Mg++Cleaved the RNA in the presence of However, DNAPTth Not DNAPTaq is Mn++RNA was degraded in the presence of We have found that many DNA When the 5 'nuclease activity of P can contribute to the inability to use RNA as a template Concluded.                                 Example 2            Generation of 5 'nuclease from stable DNA polymerase   Activity, an unwanted side reaction during DNA cleavage in the detection assays of the invention Thermostable nuclease activity while maintaining the thermostable nuclease activity. NA polymerase was generated. The result is a heat that cleaves nucleic acid DNA very specifically. It is a stable polymerase. DNA polymerase A from eubacteria of the genus Termus Type is a wide range of protein sequence identity (DNA analysis software from DNAStar, WI) Using the Lipman-Pearson method at 90% in the polymerization domain) It behaves similarly in both nuclease assays. Therefore, the present inventors Thermus Aquatics (DNAPTaq) and Therms Flabs (DN APTfl) DNA polymerase gene was used. Other eubacterial organisms, even if For example, Termus thermophilus, Termus sp. , Termotoga Maritima, Terumo Sypho Africanus and Bacillus stearothermophilus, a polymer from The lase gene is equally suitable. DNA polymerases from these thermophilic organisms Zes can survive and behave at elevated temperatures, thus increasing the temperature of nucleic acid strands. Can be used in reactions used as a selection tool for heterogeneous hybridization You. The restriction sites used for the following deletion mutagenesis were chosen for convenience. Similar facilities Are available in the Termus thermophilus gene and are Can be used to create structures similar to those of the other type A polymerase genes.   A. Generation of 5 'nuclease structure     1. Modified DNAPTaq gene   The first step is to perform Taq DNA polymerase on the plasmid under the control of an inducible promoter. Was to put the modified gene of ze. The modified Taq polymerase gene is Seared isolated. The Taq DNA polymerase gene was set forth in SEQ ID NOs: 13-14. Using Oligonucleotides as primers, Termus Aquatics, strains Polymerase chain reaction from genomic DNA from YT-l (Lawyer et al., Supra). Amplified. The resulting DNA fragment contains a restriction endonuclease at the 5 'end of the coding sequence. It has a recognition sequence for EcoRI and a BglII sequence at the 3 'end. Cleavage by BglII is B Retain 5 'overhangs or "sticky ends" compatible with ends created by amHI You. The PCR amplified DNA was digested with EcoRI and BamHI. Polymerase gene The 2512 bp fragment containing the coding region was gel purified, and then the Connected to Rasmid.   In one embodiment of the invention, the pT comprising the hybrid trp-lac (tac) promoter Using the TQ18 vector [M.J.R.Stark, Gene 5: 255 (1987)] and shown in FIG. tac The lomotor is under the control of the E. coli lac repressor. Inhibition is the desired growth of bacteria Allow the synthesis of the gene product to be suppressed, at which point Is a specific inducer, isopropyl-bD-thiogalactopyranoside (I PTG) is removed. Such systems slow or inhibit the growth of transformants. Allow expression of foreign proteins that can be stopped.   Bacterial promoters, such as tac, are present on many copy plasmids Sometimes it may not be properly suppressed. Highly toxic proteins such as When placed under the control of a promoter, small amounts of expression that escape control can be harmful to bacteria. possible. In another embodiment of the invention, the synthesis of the cloned gene product is suppressed. Used another alternative for. Bacteria found in the plasmid vector series pET-3 Mutant Taq cloned using a non-bacterial promoter from Teriophage T7 Expressed the remelase gene [Figure 15; Studier and Moffatt, J. Mol. Biol. 189:  113 (1986)]. This promoter initiates transcription by T7 RNA polymerase only. Start. In a suitable strain such as BL21 (DE3) pLYS, the gene for this RNA polymerase Is carried in the bacterial genome under the control of the lac operator. This arrangement is Expression of multiple copy genes (with respect to plasmid) expression of T7 RNA polymerase And has the advantage that this is easily suppressed. What would happen Because it exists in a single copy.   For binding to the pTTQ18 vector (Figure 15), the Taq polymerase PCR product DNA (mutTaq, clone 4B, SEQ ID NO: 21) digested with EcoRI and BglII This fragment was then used under normal “sticky end” conditions [Sambrook et al., Molecular Cloning, Co. ld Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, pp. 1.63-1.69 (1989) )] To the plasmid vector pTTQ18 at the EcoRI site and the BamHI site. this Expression of the construct is based on the first two residues (Met-Arg) of the native protein Resulting in a translation fusion product that is replaced by three residues (Met-Asn-Ser) The rest of the natural protein will not change. E.coli JM109 Transforms strains and does not allow the growth of bacteria expressing the native protein Placed under incomplete suppression conditions. These plating conditions are set during the amplification process. Including existing mutations such as those arising from the infidelity of Taq polymerase Enables isolation of genes.   Using this amplification / selection protocol, we used the mutated Taq Isolate a clone containing the Rase gene (mutTaq, clone 4B) (shown in Figure 16B) did. The mutant is first detected by its phenotype, in this case crude cell extraction Temperature stable 5 'nuclease activity in the product was normal, but polymerization activity was almost absent. (Less than about 1% of wild-type Taq polymerase activity).   DNA sequence analysis of the recombinant gene reveals that the It has been shown to have changes in the lase domain. From A at nucleotide position 1394 The change to G is at amino acid position 465 (natural nucleic acid sequence and amino acid sequence, SEQ ID NO: 1 and Glu to Gly changes (numbered according to and 4) and The change from A at position 2260 to G causes a change from Gln at position 754 to Arg. I will. The Gln to Gly mutation is in a non-conserved position, and also a Glu to Arg collision. Mutations alter amino acids conserved in virtually all known type A polymerases This latter mutation probably reduces the synthetic activity of this protein. Is a mutation that causes The nucleotide sequence of the clone 4B construct (FIG. This is shown in SEQ ID NO: 21. The corresponding encoded by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 21 The amino acid sequence is shown in SEQ ID NO: 72.   Next, derivatives of the DNAPTaq construct were made from the mutTaq gene, thus This, apart from those other changes, unless these particular regions are deleted Have all of these amino acid substitutions. These mutation sites are shown in FIG. These positions are indicated by black boxes. In FIG. 16, use the display "3'Exo" Of 3 'exonuclease activity associated with type A polymerase not present in NAPTaq Indicates the position. All constructs except the genes shown in FIGS. 16E, F and G were Made in a reactor.   The cloning vectors used for the genes in FIGS. From the pET-3 series. This vector series is downstream of the T7 promoter. Although it has only a BamHI site for cloning, the series has three leading Includes variants that allow cloning into any of the frames. The PCR product For roning, a variant designated pET-3c was used (FIG. 17). The vector Was digested with BamHI, dephosphorylated with calf intestinal phosphatase, and digested with DNAPEcl and dNTPs. Cohesive ends were filled in using Klenow fragment. Mutant Taq shown in FIG.16B The DNAP (mutTaq, clone 4B) gene was digested with EcoRI and SalI into pTTQ18 And filled in the "sticky ends" as done with the vector. That fragment Under standard blunt-end conditions (Sambrook et al., Molecular Cloning, supra). And transforming the construct into the BL21 (DE3) pLYS strain of E. coli, Screen isolates and ligate genes in proper orientation to promoter The isolated isolate was identified. This construct produces another translation fusion product, in which case The first two amino acids (Met-Arg) of DNAPTaq are 13 from the vector + PCR primer (Met-Ala-Ser-Met-Thr-Gly-Gly-Gln-Gln-Met-Gly-Arg -Ile-Asn-Ser) (SEQ ID NO: 23).   Our goal is to lack the ability to synthesize DNA but have a 5 'nuclease activity. It was to create an enzyme that possesses the ability to retain the ability to cleave nucleic acids. DNA The effect of template synthesis using primers is actually a series of regulated phenomena. In this way, disturb one phenomenon without affecting other phenomena to disable DNA synthesis Can be These steps include primer recognition and binding, dNTPs Catalysis of phosphodiester bonds between bonds and nucleotides, It is not limited to these. Some of the amino acids in the polymerization domain of DNAPEcI But the exact mechanism has not yet been fully elucidated. No.   One way to disrupt the polymerization ability of DNA polymerases is with their proteins Deleting all or part of the gene segment encoding the domain, Or otherwise, the gene will not be able to create a fully polymerized domain It is to do. Each mutant enzyme is stable and extracellular and extracellular. And solubility may differ from each other. For example, the 5 'nuclease of DNAPEcI Main (which is released in an active form from the polymerization domain by mild proteolysis [Setlow and Kornberg, J. Biol. Chem. 247: 232 (1972)]). Thermus nuclease domain, when treated similarly, has reduced solubility. , Its cleavage activity is often lost.   Using the mutant gene shown in FIG. 16B as starting material, several deletion constructs I made things. All cloning techniques are standard (Sambrook et al., Supra). The following is a brief summary.   Figure 16C: The mutTaq construct was digested with PstI and the polymerase coding region as indicated. Cut once in the region and at the multiple cloning site of the vector just downstream of the gene. Disconnect. After release of the fragment between these two sites, the vector was religated and , Causes an 894-nucleotide deletion and a 40 stop codon downstream of the linkage in frame Leotide was added. The nucleotide sequence of this 5 'nuclease (clone 4C) is Shown in column number 9. The corresponding DNA encoded by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 9 The amino acid sequence is shown in SEQ ID NO: 73.   Figure 16D: Digestion of the mutTaq construct with NheI, which cuts once at position 2047 in the gene I do. Fill in the resulting 4 nucleotide 5 ′ overhang end as described above, The blunt ends were ligated again. The resulting 4-nucleotide insertion is the reading frame To terminate translation 10 amino acids downstream of the mutation. This 5 'nucleus SEQ ID NO: 10 shows the nucleotide sequence of Ze (clone 4D). SEQ ID NO: 10 The corresponding amino acid sequence encoded by the otide sequence is shown in SEQ ID NO: 74.   Figure 16E: Cleavage of the complete mutTaq gene from pTTQ18 using EcoRI and SalI And cloned into pET-3c as described above. This clone is shown in FIG. Digested with BstXI and XcmI at unique sites located as shown. DNAP Treated with Klenow fragment of Ec1 and dNTP, trimmed 3 'overhangs of both sites and flattened The ends were smooth. These blunt ends were ligated together and an 1540 nucleotide out- This resulted in an out-of-frame deletion. In-frame stop codon Occurs after 18 triplets of the binding site. This 5 'nuclease (clone 4E) The nucleotide sequence is shown in SEQ ID NO: 11. The corresponding amino acid sequence is shown in SEQ ID NO: 75]. Arrange an appropriate leader sequence. Shown in SEQ ID NO: 24 [corresponding DNA encoded by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 24 The amino acid sequence is shown in SEQ ID NO: 76]. It is also CleavaseTMCalled BX enzyme.   Figure 16F: Cleavage of the complete mutTaq gene from pTTQ18 using EcoRI and SalI And cloned into pET-3c as described above. Copy this clone as shown Digested with BstXI and BamHI at a unique site located at The DNA is transferred to DNAPEc1 And Klenow fragment of dNTP, trimmed 3 'overhangs at both sites and blunt-ended On the other hand, the 5 'overhang of the BamHI site was filled in to obtain blunt ends. these The ends were ligated together resulting in an in-frame deletion of 903 nucleotides. This SEQ ID NO: 12 shows the nucleotide sequence of 5 'nuclease (clone 4F). It Also CleavaseTMCalled BB enzyme. The nucleotide sequence of SEQ ID NO: 12 The corresponding amino acid sequence is shown in SEQ ID NO: 77.   FIG. 16G: This polymerase is a variant of the polymerase shown in FIG. 16E. It was cloned into the plasmid vector pET-21 (Novagen). In this vector Non-bacterial promoter derived from bacteriophage T7 is T7 RNA polymerase Transcription will not start unless it depends. Studier and Moffatt, see above. . In a suitable strain such as (DES) pLYS, the gene for this RNA polymerase is lac-operated. Carried by the bacterial genome under the control of This arrangement is a multiple copy gene Expression (on the plasmid) is completely dependent on T7 RNA polymerase expression, This has the advantage that this is easily suppressed. Because it exists in a single copy Because there is. The expression of these mutant genes is The toxicity of the expressed protein to the host cell as it occurs under the The potential problem is not of concern.   Also, the pET-21 vector is added to the carboxy terminus of the expressed protein. It is characterized by a "His-tag", which is a stretch of six consecutive histidine residues. Then obtained Protein is immobilized on Ni++Uses commercial (Novagen) column resin containing ions And purified in a single step by metal chelation chromatography. 2.5ml mosquito The rum is reusable, natural conditions or denatured (guanidine-HCl or urea) Under conditions, up to 20 mg of the target protein can be bound.   Transform E. coli (DES) pLYS cells with the above constructs using standard transformation techniques. And used to inoculate a normal growth medium (eg, Luria-Bertani broth). You. Induction of T7 RNA polymerase production during log phase growth by addition of IPTG, Incubate for 12-17 hours. Remove aliquots of the culture before and after induction, The protein is tested by SDS-PAGE. Foreign protein is about 3 of cellular proteins If they occupy ~ 5% and do not co-migrate with any of the major host protein bands, Coomassie blue staining allows visualization of foreign proteins. Main host Proteins that co-migrate with the protein must be fully loaded to be seen at this stage of the analysis. It must be expressed as 10% or more of the protein.   Some mutant proteins are taken up by the cells into inclusion bodies. These are fine Formed in the cytoplasm when bacteria were created to express high levels of foreign proteins Granules which are purified from the crude lysate and analyzed by SDS-PAGE. Their protein content can be measured. Cloned protein is present in inclusion bodies Must be released to assess cleavage and polymerase activity. It is necessary. Different solubilization methods are suitable for different proteins, and different methods are known. Have been. See, e.g., Builder & Ogez, U.S. Patent No. 4,511,502 (1985); U.S. Patent No. 4,518,526 (1985); Olson & Pai U.S. Patent No. 4,511,503 (1985); Jon See US Patent No. 4,512,922 (1985) to es et al. All of these are for reference Included herein.   The solubilized protein is then processed as described above according to the manufacturer's instructions (Novagen). Ni++Purify on column. Washed protein with imidazole competitor (1M) Elute from the column with a combination of salts (0.5M NaCl), dialyze and change the buffer. Regenerate denatured protein. A typical harvest is about 20 μg / ml starting culture Of the specific protein. DNAP mutant was converted to CleavaseTMBN) Yeast And the sequence is shown in SEQ ID NO: 25. By the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 25 The encoded corresponding amino acid sequence is shown in SEQ ID NO: 78.   2. Modified DNAPTfl gene   The T. flava DNA polymerase gene obtained from the ATCC Strain AT-62 (ATCC 33923). This strain was isolated from Akhmetzjanov and Vakhitov. Differs from the T. flavus used to generate the sequences published by Have a restriction map. The published sequence is shown in SEQ ID NO: 2. T. Flavus AT-62 Sequence data for the DNA polymerase gene from the strain were not published .   Used to amplify the T. aquatic DNA polymerase gene (SEQ ID NOs: 13-14) Genomic DNA from T. flavus was amplified using the same primers. About 2 The 500 base pair PCR fragment was digested with EcoRI and BamHI. DNAPEc1 Klenow with protruding end Fragments and blunted with dNTPs. About 1800 bases obtained, including the N-terminal coding region The pair fragment was ligated to pET-3c as described above. This construct, clone 5B, is Shown in The wild-type T. flavus DNA polymerase gene is shown in FIG. 18A. Fig. 18 Medium, using the label “3'Exo” to associate with type A polymerase not present in DNAPTfl 3 indicates the position of the 3 ′ exonuclease activity. 5B clone cloned into pET-3c DNAPTaq clones 4E and F have the same leader amino acids. Translation stopped It is not known exactly where it occurs, but the vector is It has a strong transcription termination signal immediately downstream of the position.   B. Propagation and induction of transformed cells   Bacterial cells are transformed with the above constructs using conventional transformation techniques and It was used to inoculate 2 ml of growth medium (eg Luria-Bertani broth). Get Cultures are incubated as appropriate for the particular strain used, and Induced if needed. For all of the constructs shown in FIGS. 16 and 18, For this, the culture was grown to an optical density of 0.5 OD (wavelength 600 nm).   Cultures were brought to a final concentration of 0.4 mM IPTG to induce expression of the cloned gene. The incubation was continued for 12-17 hours. 50 μl aliquots of each culture The salt was removed before and after induction and sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel was added. 20 μl of normal gel loading buffer for gel electrophoresis (SDS-PAGE) . Foreign proteins make up about 3-5% of cellular proteins and are the major E. coli proteins If not co-migrated with any of the bands, subsequent staining with Coomassie blue (S ambrook et al., supra) allow visualization of foreign proteins. Major host tampa Proteins that co-migrate with the protein must have total protein to be seen at this stage of the analysis. Must be expressed as at least 10% of the quality.   C. Thermolysis and fractionation   Heat the crude bacterial cell extract to denature less stable E. coli proteins. And by precipitation, the expressed thermostable protein, i.e., the 5 ' The ase was isolated. Next, precipitate the precipitated E. coli protein together with other cell debris. And removed by centrifugation. 1.7 ml of culture solution at 12,000-14,000 rpm for 30-60 seconds Pelletized by centrifugation. After removing the supernatant, the cells were washed with buffer A (50 mM Tris- HCl, pH 7.9, 50 mM dextrose, 1 mM EDTA). Centrifuge and then resuspend in 80 μl buffer A with 4 mg / ml lysozyme I let it. The cells are incubated at room temperature for 15 minutes, then buffer B (10 mM Tris-HCl PH 7.9, 50 mM KCl, 1 mM EDTA, 1 mM PMSF, 0.5% Tween-20, 0.5% Nonidet-P40 ) 80 μl.   This mixture was incubated at 75 ° C for 1 hour to denature the host protein and precipitate. I let it. The cell extract was centrifuged at 14,000 rpm for 15 minutes at 4 ° C. Transferred to tube. Aliquots of 0.5-1 μl of this supernatant were used for each test reaction. Use directly and extract 7 μl by electrophoretic analysis as described above. The protein content of the product was measured. Original recombinant Taq DNA polymerase [Englke, A nal. Biochem 191: 396 (1990)], and the two-point mutant protein shown in FIG. Both are soluble and active at this point.   The foreign protein is subjected to heat treatment for the uptake of the foreign protein by the cells into the inclusion bodies. It may not be detected after processing. These allow bacteria to produce high levels of foreign proteins. Granules that form in the cytoplasm when created to express The lysates can be purified and analyzed by SDS PAGE to determine their protein content. Many methods are described in the literature, one approach is described below.   D. Isolation and solubilization of inclusion bodies   Small cultures were grown and induced as described above. 1.7 ml aliquots in a short time Pellet by centrifugation of bacterial cells in lysis buffer (50 mM Tris-HCl, pH 8.0 , 0.1 mM EDTA, 100 mM NaCl). 20 μM PMSF 2.5 μl 0 Lysozyme was added to a final concentration of 0.5 mM and lysozyme was added to a concentration of 1.0 mg / ml. Chamber cells Incubate for 20 minutes at room temperature and add 1 mg / ml of deoxycholic acid (1 μl of 100 mg / ml solution). ) And incubate the mixture at 37 ° C for about 15 minutes or until viscous. I did it. DNAse I is added to 10 μg / ml and the mixture is allowed to stand at room temperature for about 30 minutes or Incubate until it is no longer viscous.   From this mixture, inclusion bodies were recovered by centrifugation at 14,000 rpm for 15 minutes at 4 ° C. The supernatant was discarded. The pellet was dissolved in 10 mM EDTA (pH 8.0) and 0.5% Triton X-100. Resuspended in 100 μl of digestion buffer. After 5 minutes at room temperature, remove the inclusion bodies as described above. Pelleted and saved the supernatant for subsequent analysis. Fill the inclusion body with 50 μl of distilled water And re-suspend in 5 μl of SDS gel loading buffer (which dissolves inclusion bodies). And an aliquot of the supernatant was analyzed by electrophoresis.   If the cloned protein is present in inclusion bodies, cleavage activity and polymer Release it to evaluate the activity of the enzyme. Solubilization method is compatible with specific activity Need to be gender. Different solubilization methods are suitable for different proteins, Is described in Molecular Cloning (Sambrook et al., Supra). Less than Is an improved method that we have used in some of our isolates.   20 μl of the inclusion body-water suspension was centrifuged at 14,000 rpm for 4 minutes at room temperature. And pelleted the supernatant. Pellet 2M urine to further clean the inclusions Resuspended in 20 μl of lysis buffer containing phosphoric acid and incubated for 1 hour at room temperature . The washed inclusion bodies were then resuspended in 2 μl of lysis buffer containing 8M urea. Seal As the deposit dissolved, the solution became visually clear. Undissolved crushed material at room temperature By centrifugation at 14,000 rpm for 4 minutes at room temperature. Moved to a tube.   To reduce urea concentration, extractTwoPOFourIn water. 180 μl of 50 mM K HTwoPOFour(pH 9.5) A new tube containing 1 mM EDTA and 50 mM NaCl was prepared. Lottery A 2 μl aliquot of the output was added and vortexed quickly to mix. Of the extract This process was repeated until all had been added in a total of 10 additions. That blend The mixture is left at room temperature for 15 minutes, during which time some precipitation often occurs. Precipitate at room temperature Remove by centrifugation at 14,000 rpm for 15 minutes in a Moved to KHTwoPOFour200 μl of protein in solution is saturated (NHFour)TwoSOFourAdd 140-200μl And the resulting mixture is about 41% -50% saturated (NHFour)TwoSOFourMet. That The mixture was cooled on ice for 30 minutes to precipitate the protein, and then the protein was allowed to stand at room temperature for 4 hours. Collected by centrifugation at 14,000 rpm for minutes. Discard supernatant and pellet Buffer C (20 mM HEPES (pH 7.9), 1 mM EDTA, 0.5% PMSF, 25 mM KCl and each Was dissolved in 20 μl of 0.5% Tween-20 and Nonidet P40). Again with the protein solution Pellet the insoluble material by centrifugation for 4 minutes and remove the supernatant to a fresh tube. Separated. This method is prepared by analyzing 1-4 μl by SDS-PAGE. The protein content of the prepared extract was visualized. 0.5 to 1 μl of extract Tested in cleavage and polymerization assays as described.   E. FIG. Protein analysis for nuclease presence and synthetic activity   The 5 ′ nuclease described above and shown in FIGS. 16 and 18 was analyzed by the following method. Was.   1. Structure-specific nuclease assay   Testing candidate modified polymerases for their ability to catalyze structure-specific cleavage And tested for 5 'nuclease activity. As used herein The term “cleavage structure” refers to a group for cleavage of DNAP by 5 ′ nuclease activity. Quality nucleic acid construct.   The polymerase is exposed to a test complex having the structure shown in FIG. 5 'Nuclear Testing for zease activity involves three reactions. 1) Perform primer-specific cleavage (Figure 19B) U. What makes it relatively insensitive to changes in salt concentration in the reaction Therefore, it can be performed under any solute conditions required for the activity of the modifying enzyme. This is generally the same as the conditions suitable for an unmodified polymerase. 2) Similar ply A buffer that allows primer-independent cleavage of the mer-specific cleavage, i.e., the enzyme Performed in low salt buffer to demonstrate that 3) Perform primer-independent cleavage (FIG. 19A) in the same low salt buffer.   A branched duplex is formed between the substrate strand and the template strand shown in FIG. Used herein The term “substrate strand” refers to the cleavage at which cleavage mediated by 5 ′ nuclease activity occurs. Nucleic acid chain. Substrate chain can be used as a substrate for 5 'nuclease cleavage Always shown as the upper strand in the complex (Figure 19). As used herein, "template strand" The term "is at least partially complementary to the substrate strand and anneals to the substrate strand. Means the strand of the nucleic acid that forms the cleavage structure. The template strand is the lower strand of the branch cleavage structure. (Figure 19). As when primer-dependent cleavage is tested, Add primer (short oligonucleotide 19-30 nucleotides in length) to complex If so, it is designed to anneal to the 3 'arm of the template strand (Figure 19B). To the reaction If the polymerase used has synthetic activity, such primers It should extend along the chain.   Cleavage structures may be made as single-stranded hairpin molecules, which target the 3 'end and And the pilot 5 'end joined as a loop as shown in FIG. 19E. Ma In addition, these tests require primer oligonucleotides complementary to the 3 'arm. As a result, one can test the sensitivity of the enzyme to the presence of the primer.   The nucleic acids used to form the test cleavage structure can be chemically synthesized or It can be made by conventional recombinant DNA techniques. By the latter method, the hairpin of the molecule Portions clonally duplicate double copies of short DNA segments adjacent to each other but in the opposite direction. Can be made by inserting the vector into a vector. Next, this reverse Short (about 20 nucleotides) unpaired 5 'and 3' arms, including peat Double-stranded fragment containing sufficient flanking sequences to obtain Enzymes lacking 5 'exonuclease (eg, AmpItaqTMDNA polymerase Stoffel fragment, VentTMReleased from vector by PCR performed with DNA polymerase) I can do it.   Test DNA may be labeled with a radioisotope or non-isotopic tag at either end, Can label the interior. Hairpin DNA is synthetic single-stranded or cloned double-stranded Regardless, the DNA is heated before use to melt all duplexes. Cool on ice When formed, the structure shown in FIG. 19E is formed, Stable for a time sufficient to perform.   To test for primer-specific cleavage (reaction 1), Test molecules (typically 1-100 fmole32P-labeled hairpin molecule) and 10 to 100-fold molar Place excess primer in a buffer known to be compatible with the test enzyme. You. For reaction 2, primer-specific cleavage allows primer-independent cleavage When performed under similar conditions, the same amount of molecule is combined with pH, enzyme stabilizers (eg, bovine blood). Qing aluminin, nonionic surfactant, gelatin) and reducing agent (for example, dithio Buffer used in reaction 1 for threitol, 2-mercaptoethanol) As above, but in a solution in which the monovalent cation salt is replaced by 20 mM KCl. 20mM KCl Has been demonstrated to be optimal for primer-independent cleavage. Works normally in the absence of salt Buffers for enzymes such as DNAPEc1 are not added to achieve this concentration. No. To test for primer-independent cleavage (reaction 3), But not the same amount of test molecule under the same buffer conditions used for reaction 2. Hang on.   All three reactions were then performed with enough enzyme to test complex molar ratio of about 1: 1. Expose to enzymes. Below the temperature allowed by enzyme stability or complex stability Temperature, which is below 80 ° C for enzymes from thermophilic bacteria, allows cleavage Incubate the reaction for a sufficient time (10-60 minutes). Reactions 1, 2 and And 3 products were separated by denaturing polyacrylamide gel electrophoresis. Visualize by ography or an equivalent method appropriate to the labeling system used. another Labeling systems include chemiluminescence detection, silver or other stains, And probing. The presence of the cleavage product indicates that the uncleaved test structure Indicated by the presence of molecules that migrate at lower molecular weights. These cleavage products are 4 shows that the polymerase has structure-specific 5 'nuclease activity.   Modified DNA polymerase substantially matches the 5 'nuclease activity of native DNA polymerase To determine whether they have the same 5 'nuclease activity, Naturally, the results obtained from these tests performed with DNA polymerase are compared. "Substantially the same 5 'nuclease activity" refers to modified polymerases and native polymer Both are the sameStyleMeans to cleave the test molecule. Modified polymerer Is the same as natural DNA polymerasespeedIt is not necessary to cleave at   Some enzymes or enzyme preparations are functional under the above cleavage conditions and are 5 ' Activities of other related activities or contaminants that may interfere with nuclease detection (con taminating activity). Reaction conditions include substrate degradation or 5'nuclease To avoid cleavage of the enzyme and other masking of its products, these other It can be improved in consideration of the activity. For example, E. coli DNA polymerase I (Pol I) In addition to the polymerase and 5 'nuclease activities of DNA, the DNA is separated in the 3' to 5 'direction. It has a recognizable 3 'exonuclease activity. Therefore, the molecule in FIG. 3 'exonuclease activity forms a pair when exposed to this polymerase The 3 'arm, which has not been removed, is promptly removed and required as a substrate for 5' exonuclease cleavage. The resulting branched structure is destroyed and no cleavage is detected. PolI that cleaves its structure The true ability is that 3 'exonucleases can change conditions (eg, pH), Phenomena, or when inhibited by the addition of a competitor for its activity. Can be. For the cleavage reaction by Pol I, 500 pmole Addition of a single-stranded competitor oligonucleotide results in the release of 5 'exonuclease on the 5' arm. Without interfering with separation, digestion of the 3 'arm of the FIG. 19E construct is effectively suppressed. Competitor concentration Degree is not critical, but occupies 3 'exonuclease over the duration of the reaction Should be high enough to   Similar degradation of the test molecule is caused by contaminants in the candidate polymerase preparation. May be rubbed. A structure-specific nuclease reaction is performed for candidate nucleases. The purity is determined and overexposure and overexposure of the test substance to the polymerase preparation to be studied are performed. Can be run in several sets to find windows during low exposure You.   The above modified polymerase was tested for 5 'nuclease activity as follows. Tested. Reaction 1 was performed at 10 mM Tris-HCl (pH 8.5), 20 ° C, 1.5 mM MgClTwoAnd 50 mM KCl In reaction 2, the KCl concentration was reduced to 20 mM. Reactions 1 and 2 Then, 10 fmole of the test substrate molecule shown in FIG. And an extract containing the modified polymerase (prepared as described above) Combined with l. This mixture was then incubated at 55 ° C. for 10 minutes. Tested For all of the mutant polymerases, these conditions are sufficient to obtain complete cleavage. Met. When the molecule shown in FIG. The isolated 5 'fragment was purified with 20% polyacrylamide gel containing 7M urea in 0.5X TBE buffer. (19: 1 cross-linking). Clones 4C-F and 5B contain unmodified DNA polymerase It showed a structure-specific cleavage comparable to that of lyse. In addition, clones 4E, 4F and 4G Has the added ability to cleave DNA in the absence of a 3 'arm as described above. A representative cleavage reaction is shown in FIG.   For the reaction shown in FIG. 20, mutant polymerase clone 4E (Taq mutant) and And 5B (Tfl mutants) have their ability to cleave the hairpin substrate molecule shown in FIG. Tested for force. Substrate molecule at 5 'end32P-labeled. 10fmole heat denatured, End-labeled substrate DNA and 0.5 units of DNAPTaq (lane 1) or 0.5 μl of 4e Or 5b extract (FIG. 20, lanes 2-7, extract prepared as above) Was added to 10 mM Tris-HCl (pH 8.5), 50 mM KCl and 1.5 mM MgClTwoIn a buffer containing And mixed together. The final reaction volume was 10 μl. Shown in lanes 4 and 7 The reaction also contains 50 μM of each dNTP. Lanes 3, 4, 6, and 7 The reaction mixture shown in (1) was prepared using 0.2 μM of the primer oligonucleotide (with the 3 ′ arm of the substrate). (Complementary and shown in FIG. 19E). The reaction was incubated at 55 ° C for 4 minutes . The reaction was stopped by the addition of 8 μl stop solution per 10 μl reaction volume. Next, The samples were applied to a 12% denaturing acrylamide gel. After electrophoresis, run the gel Autoradiography. FIG. 20 shows that clones 4E and 5B It shows that it shows cleavage activity similar to the activity. Certain cleavages occur in the absence of primer Note that this occurs during these reactions. Structure used here (Figure 19E) Long hairpin structures, such as those used for cleavage reactions performed in a buffer containing 50 mM KCl. When used, low levels of primer-independent cleavage are seen. Higher concentration of KCl Inhibits, but does not eliminate, this primer-independent cleavage under these conditions.   2. Assay for synthetic activity   Modification enzyme or proteolysis can be achieved by adding the modification enzyme to the assay system. Evaluate the performance of the fragments. In this assay system, the primer anneals to the template, DNA synthesis is catalyzed by the added enzyme. Many standard laboratory techniques use such techniques. Essays are used. For example, nick translation and enzyme sequencing Involves extension of the primer along the DNA template by the polymerase molecule.   A preferred assay for measuring the synthetic activity of the modifying enzyme is an oligonucleotide. Primer to a single-stranded DNA template (eg, bacteriophage M13 DNA). To remove the primer / template duplex from the modified polymerase, deoxynucleotide. Suitable for sidotriphosphate (dNTP) and unmodified or natural enzymes Incubate in the presence of known buffers and salts. Primer extension (By denaturing gel electrophoresis) or dNTP incorporation (acid precipitation or chromatography) Is an indicator of active polymerase. Isotopically labeled or non-isotopic Isotopic labels are included as primers or dNTPs to facilitate detection of polymerization products Is preferred. Synthetic activity depends on free nucleotides incorporated into growing DNA strands. Quantified as an amount and taken up per unit time under specific reaction conditions Is represented by   Representative results of the assay for synthetic activity are shown in FIG. Mutant DNAPTaq black The synthetic activity of the protein 4B-F was tested as follows. Master mixing of the following buffers I made things. 12X PCR buffer, 50 μM each of dGTP, dATP and dTTP, 5 μM dCTP and 0.125 μM 600 Ci / mmol α-32P-dCTP. This mixture to its final volume Before adjustment, it was divided into two equal aliquots. One side of this aliquot Was added to 50 μl of water to reach the above concentration. On the other hand, single-stranded M13mp18 DNA (About 2.5 pmole or 0.05 μM final concentration) and 250 pmole of M13 sequencing primer ( (5 μM final concentration) and distilled water to a final volume of 50 μl. Each mosquito The kutelle was warmed to 75 ° C. for 5 minutes and then cooled to room temperature. As a result, a mixture containing DNA In the mix, the primers were annealed to the DNA.   For each assay, add 4 μl of the cocktail containing DNA as described 1 μl of the mutant polymerase prepared as above or 1 unit of DNAPTaq (Perki dH including n Elmer)TwoO1 μl. “No DNA” control in the presence of DNAPTaq (Fig. 21, lane 1) and a pair of "no enzyme" using water instead of enzyme. Illumination (lane 2). Mix each reaction, then add 5 minutes at room temperature (about 22 ° C). Incubate at 55 ° C for 2 minutes, then at 72 ° C for 2 minutes. Was. Perform this stage incubation to ensure that all that may have an optimal temperature Polymerization in the mutant of was detected. After the final incubation, Was quickly centrifuged to collect the condensate and placed on ice. 1 μl of each reaction solution Polyethyleneimine (PEI) cellulose thin layer chromatography The sample was spotted as an origin at a position 1.5 cm away from the plate and dried. Buffer front Chromatography plate is 0.75M NaH until approximately 9cm above originTwoPOFour( pH 3.5). Dry the plate, wrap it in plastic wrap, Marked with g and exposed to X-ray film. Stay at the first spot Detected incorporation as a count, while unincorporated nucleotides Was transferred from the origin by this salt solution.   Comparison of the location of the counts in the two control lanes indicates the polymerization activity in the mutant preparation. The lack of gender was confirmed. Of the modified DNAPTaq clones, only clone 4B is shown in FIG. To retain the remaining synthetic activity.                                 Example 3          5 'nuclease derived from thermostable DNA polymerase          Can specifically cleave short hairpin structures   Cleavage of the hairpin structure, resulting in a cleaved hairpin structure suitable as a detection molecule The ability of the 5 'nuclease to make bodies was tested. Hairpin test molecule structure and The sequence is shown in FIG. 22A (SEQ ID NO: 15). On the 3 'arm of the hairpin test molecule, its complementary arrangement The oligonucleotides annealed to the column (primer in FIG. 22A, SEQ ID NO: 22) Show. The hairpin test molecule is a labeled T7 promoter in the polymerase chain reaction. Using primers,32Single end labeled with P. Label is 5 for hairpin test molecule 'Residing on the arm, represented by an asterisk in FIG. 22A.   10 fmole of the heat-denatured end-labeled hairpin test molecule was added to 0.2 μM primer Oligonucleotide (complementary to the 3 'arm of the hairpin), 50 μM of each dNTP and 0.5 unit Extract containing DNAPTaq (Perkin Elmer) or 5 'nuclease (as described above) 0.5 μl of 10 mM Tris-HCl (pH 8.5), 50 mM KCl and 1.5 mM MgClTwo Was added to a total volume of 10 μl of a buffer solution containing the to perform a cleavage reaction. Lane 3 The reactions shown in 5, 5 and 7 were performed in the absence of dNTP.   The reaction was incubated at 55 ° C. for 4 minutes. 8 μl reaction per 10 μl reaction volume Stopped at 55 ° C. by adding stop solution. Do not heat the sample; Liacrylamide gel (10% polyacrylamide, 19: 1 cross-linking, and 7M urea IX TBE [89 mM Tris-borate (pH 8.3), 2.8 mM EDTA]). Sump A single-stranded hairpin molecule and a re-doubled uncleaved hairpin without heating The molecules were separated.   FIG. 22B shows the oligonucleotide being annealed to the single-stranded 3 ′ arm of the hairpin and cleaving An altered polymer that lacks detectable synthetic activity when yielding a single species of product It shows that the enzyme cleaves the hairpin structure (FIG. 22B, lanes 3 and 4). The 5 'nuclease, such as clone 4D, shown in lanes 3 and 4, was in the presence of dNTPs. Even produce a single cleavage product. Residual synthetic activity (less than 1% of wild-type activity) The 5 'nuclease that retains a variety of cleavage products. What is the polymer Lase extends the oligonucleotide annealed to the 3 'arm of the hairpin, which Can move the cleavage site (clone 4B, lane 5 And 6). Natural DNA Taq is more efficient than a mutant polymerase that retains residual synthetic activity. High levels in native polymerase in the presence of dNTPs The hairpin structure is further converted to the double-stranded form by the synthetic activity of.                                 Example 4                           Cleavage of linear nucleic acid substrates   Thus, natural (ie, “wild-type”) thermostable DNA polymerases are Hairpin structures can be cleaved in a fashion, and this finding is a success in detection assays. It should be clear that it can be applied to In this example, the mutant DNAP of the present invention Are tested against three different cleavage structures shown in FIG. 24A. Structure in FIG.24A 1 is a simple single-stranded 206-mer (the preparation and sequence information of which is described above) ). Structures 2 and 3 are double-stranded. Structure 2 is shown in FIG. 13A (bottom). Structure 3 is the same hairpin structure, while structure 3 has the hairpin portion of structure 2 removed. Have been.   The cleavage reaction was performed in a total volume of 10 μl of 10 mM Tris-HCl, pH 8.3, 100 mM KCl and 1 mM.  MgClTwo0.01 pmole of the obtained substrate DNA and 1 pmole of the pilot oligonucleotide It contained leotide. Incubate the reaction at 55 ° C for 30 minutes and stop Stopped by addition of l. Heat the sample at 75 ° C for 2 minutes, immediately followed by 7M urea Electrophoresis on a 10% polyacrylamide gel (19: 1 cross-link) in 0.5X TBE buffer containing I took it.   The results were visualized by autoradiography, and together with the enzymes shown below, FIG. Shown in B. I is native Taq DNAP, II is native Tfl DNAP and III is shown in FIG. 16E. CleavedaseTMBX enzyme, IV is the cleavedase shown in FIG.TMB B is the enzyme, V is the mutant shown in FIG. 18B, and VI is the mutant shown in FIG. 16G. CleaveaseTMBN enzyme. "Standardize" the comparison using structure 2 You. For example, to produce the same amount of cleavage in structure 2 in 30 minutes, 50 ng of Taq DNAP And 300ng of CleavaseTMIt turned out that BN enzyme was required. These conditions Below, native Taq DNAP is unable to cleave structure 3 to a significant degree. Heaven Tfl DNAP, of course, cleaves Structure 3 in such a way as to give rise to a variety of products.   In contrast, all of the mutants tested cleave the linear duplex of structure 3. This finding indicates that this feature of mutant DNA polymerases is It shows that it matches the qualitative polymerase.                                 Example 5                          By thermostable DNAP     Five' Exonuclease hydrolytic cleavage ("Nibbling")   Thermostable DNAP (including those of the present invention) is the 5 'end of a linear double stranded nucleic acid construct. True 5 'exonuclease capable of nibbling the edges Was found to have. In this example, a 206 base pair DNA double-stranded substrate (described above) Use again). In this case, the substrate is 1 in the polymerase chain reaction. Pieces32Generated using a P-labeled primer and one unlabeled primer. Open The cleavage reaction was performed in a total volume of 10 μl of 10 mM Tris-Cl, pH 8.5, 50 mM KCl, 1.5 mM MgClTwoIn, 0.01 pmol heat-denatured, end-labeled substrate DNA (with unlabeled strand), 5 pm ol pilot oligonucleotide (see pilot oligo in FIG. 13A) and 0.5 μl of the clumps in 0.5 units of DNAP Taq or E. coli extract (see above) BoaseTMIt consisted of the BB enzyme.   The reaction is started at 65 ° C with the addition of the pre-warmed enzyme and then for 30 minutes. Changed to final incubation temperature. The results are shown in FIG. 25A. Sun of lanes 1-4 Pull is the result in the presence of native Taq DNAP, lanes 5-8 are clean BouaseTMThe results in the presence of BB are shown. Reactions in lanes 1, 2, 5, and 6 Was performed at 65 ° C., and the reactions in lanes 3, 4, 7, and 8 were performed at 50 ° C. And All reactions were 8 μl of 95% formaldehyde containing 20 mM EDTA and 0.05% marker dye. Stopped by addition of amide solution. 10 containing 7M urea dissolved in 0.5X TBE buffer Immediately prior to electrophoresis running on a% acrylamide gel (19: 1 cross-linking), Heated to 75 ° C. for 2 minutes. The expected products in reactions 1, 2, 5 and 6 are long Is 85 nucleotides. The products expected in reactions 3 and 7 are of length 27 nucleotides. Reactions 4 and 8 were performed without the addition of pilot and The length of the product should stay at 206 nucleotides. Found at 24 nucleotides The faint band is the PCR-derived residual end-labeled primer.   Cleavase under these conditionsTMIn species with very little BB enzyme, The emergence of all is a surprising result, as this enzyme completely hydrolyzes the substrate Suggests the possibility. Lanes 5-8 (antibodies performed using deletion mutants) A) To confirm the component of the fastest migrating band seen in Samples of duplex versus T7 gene 6 exonuclease (USB) or calf intestinal Treat with Lucari phosphatase (Promega) according to manufacturer's instructions, Intelligible mononucleotide (lane a in FIG. 25B) or free32P-labeled inorganic phosphate ( Each of the lanes b) of FIG. 25B was generated. Lanes of these products and panel A 7 was dissolved in 0.5X TBE buffer, 20% acrylamide containing 7M urea. Fractionation was performed by short-time electrophoresis in Dogel (19: 1 cross-linking). Thus, Cleavure -SeTMThe BB enzyme can convert a substrate to a mononucleotide.                                 Example 6                     Nibbling is duplex dependent   Enzyme CleavaseTMNibbling with BB is duplex dependent. This implementation In the example, all four unlabeled dNTPs were combined using the unlabeled 206 bp fragment as a template. Α-3215 cycles of primer extension incorporating P-labeled dCTP resulted in 20 A 6-mer internally labeled single strand was generated. Unmodified in 0.5X TBE buffer Single-stranded and double-stranded by electrophoresis in hydrophobic 6% polyacrylamide gel (29: 1 cross-linking) Chain products are fractionated, visualized by autoradiography, and excised from the gel , Eluted by passive diffusion and concentrated by ethanol precipitation.   The cleavage reaction was performed in a total volume of 40 μl of 10 Tris-Cl, pH 8.5, 50 mM KCl, 1.5 mM MgClTwoIn, 0.04 pmol substrate DNA and 0.2 μl enzyme cleaveaseTMBB (E. coli described above) Extract). Start reaction by adding pre-warmed enzyme I let it. Take aliquots of 10 μl after 5, 10, 20 and 30 minutes, 30 mM EDTA and 0 Prepared tubes containing 8 μl of 95% formamide solution containing .05% marker dye Moved to 10% acrylamide containing 7M urea dissolved in 0.5X TBE buffer Heat the sample to 75 ° C for 2 minutes just before electrophoresis running in a gel (19: 1 cross-link). Was. As shown in FIG. 26, the results were visualized by autoradiography. joy Crab, CleavaseTMCleavage by the BB enzyme depends on the duplex structure. 206-mer Cleavage of the duplex is complete, whereas cleavage of the single-stranded structure is not detected.                                 Example 7                         Purification of Cleve-ase TM enzyme   As described above, the expressed thermostable protein (ie, 5 'nuclease) Was isolated by a crude extract of bacterial cells. Next, the precipitated E. coli Was removed by centrifugation together with the cell lysate. In this embodiment, the cleavingTMBN Cells expressing the clone were cultured and harvested (500 g). E. coli 1g each (wet weight ), 3 ml of lysis buffer (50 mM Tris-HCl, pH 8.0, 1 mM EDTA, 100 μM NaCl) Was added. Cells were lysed with 200 μg / ml lysozyme for 20 minutes at room temperature. Next, deoxycholic acid was added to a final concentration of 0.2% and the mixture was allowed to stand at room temperature. Incubated for 15 minutes.   Lysates were sonicated for about 6-8 minutes at 0 ° C. Centrifuge the precipitate (39,000g for 20 minutes) ). Add polyethyleneimine to the supernatant (0.5%) and mix the mixture on ice for 1 Incubated for 5 minutes.   The mixture was centrifuged (5,000 g for 15 minutes) and the supernatant was collected. 30 minutes at 60 ℃ And centrifuged again (5,000 g for 15 minutes) and the supernatant was collected again.   The supernatant was precipitated for 15 minutes at 4 ° C. using 35% ammonium sulfate. Next The mixture was centrifuged (5,000 g for 15 minutes) and the supernatant was removed. Next, the precipitate was washed with 0.25M KCl , 20 mM Tris, pH 7.6, 0.2% Tween and 0.1 EDTA. Combination buffer consists of 40 mM imidazole, 4 M NaCl, 160 mM Tris-HCl, pH 7.9) It was dialyzed as an external solution.   Next, Ni++The solubilized protein was purified using a column (Novagen). Loose coupling Pour the impinging liquid up to the top of the column bed and allow it to drain well. Loaded in the system. A flow rate of approximately 10 column volumes per hour is optimal for efficient purification. You. If the flow rate is too high, impurities contaminating the eluted fraction will increase.   Wash the column with 25 ml (10 volumes) 1X binding buffer, then 15 ml (6 volumes) 1X wash Purification buffer (8X wash buffer is 480mM imidazole, 4M NaCl, 160mM Tris-HCl, p H7.9). 15 ml (6 volumes) of 1X elution buffer (4X elution buffer 4mM imidazole, 2M NaCl, 80mM Tris-HCl, pH7.9) To elute the bound proteins. Next, using 35% ammonium sulfate, Reprecipitate the protein as described above. Next, dissolve the precipitate and add 20 mM Tris, 100 mM KC Dialysis was performed using 1,1 mM EDTA as an external solution. 0.1% each of Tween 20 and NP-40 And stored at 4 ° C.                                 Example 8     Five' Nucleases cleave nucleic acid substrates at regions of naturally occurring secondary structure   In Example 1C (FIG. 13, lane 9), the pilot oligonucleotide 5'-nucleic acids that recognize and cleave nucleic acid substrates in the region of the naturally occurring secondary structure in the absence The ability of rease was demonstrated (ie, primer-independent cleavage). 10mM Tris-HC l, pH 8.5 and 1.5 mM MgClTwoA 206 bp DNA substrate (single powder) in a buffer containing DNAP Taq was incubated at 50 ° C. in the presence of an end-labeled, double-stranded template). The associated (ie, naturally occurring) structure in the DNA substrate is It was cleaved by nuclease activity. This cleavage results in three prominent fragments (FIG. 13, Lane 9) was generated. This cleavage pattern is the “fingerprint” of the DNA template. "I will provide a.   The ability of 5 'nucleases to cleave naturally occurring structures in nucleic acid templates (structure Specific cleavage) is an internalization of a nucleic acid without prior knowledge of the specific sequence of the nucleic acid. It is useful for detecting differences in local sequences. Mutation of nucleic acid using 5 'nuclease Scan for differences [eg single base changes (point mutations), small insertions or deletions, etc.] The following series of experiments were performed to develop a general method. A. MgCl in the cleavage reaction productTwoMnClTwoSubstitution enhances the cleavage pattern I let you.   Cleavage pattern created by 5 'nuclease activity on double-stranded DNA substrates Effect on Mg2+Mn2+The effect of the substitution was investigated. Wild type (SEQ ID NO: 27) or Is derived from exon 4 of mutant G419R (SEQ ID NO: 28) tyrosinase gene Was prepared by PCR as follows.   A pair of primers, 5 'biotin-CACCGTCCTCTTCAAGAAG3 (SEQ ID NO: 29) and 5 'fluorescein-CTGAATCTTGTAGATAGCTA3' (SEQ ID NO: 30) PCR was started. Synthetic primers were obtained from Promega. Primer Was labeled at the 5 'end with biotin or fluorescein during synthesis.   Mutant G419R (King R.A. et al., (1991) Mol. Biol. Med. 8:19; The target DNA for the production of the 157 bp fragment of 339 bp PCR product generated using homozygous genomic DNA (SEQ ID NO: 3) 1). Genomic DNA is standardized from peripheral blood leukocytes isolated from patients. Was isolated using. This 339 bp PCR product was prepared as follows.   A symmetric PCR reaction was performed using 10 ng of genomic D from the 419 mutant in 1X PCR buffer. NA, 100 pmol of primer 5 'biotin-GCCTTATTTTACTTTAAAAAT-3' (SEQ ID NO: 32), 100 pmol of primer 5 'fluorescein-TAAAGTTTTGTG TTATCTCA-3' ( SEQ ID NO: 33) and 50 μM each of dNTPs. SEQ ID NOs: 32 and 33 Primers were obtained from Integrated DNA Technologies, Coralville, IA. Four A test tube containing 5 μl of the above mixture was overlaid with 2 drops of light mineral oil and tested. The tube was heated to 95 ° C. for 1 minute. Next, 1.25 units in 5 μl of 1 × PCR buffer Taq polymerase was added as an enzyme. Heat the test tube to 94 ° C for 40 seconds and 50 seconds While cooling to 55 ° C. and heating to 72 ° C. for 70 seconds, this was repeated 29 times. And the last After the repetition, the mixture was incubated at 72 ° C for 5 minutes.   The PCR product was gel purified as follows. Dissolve in buffer containing 0.5X TBE The product was fractionated by electrophoresis in a purified 6% polyacrylamide gel (29: 1 cross-linking). Was. Visualize the DNA by ethidium bromide staining and cut the 339 bp fragment from the gel. Started. 0.5M NH from the gel sections by overnight passive diffusionFourOAc, 0.1% SDS And eluted in a solution containing 0.1 M EDTA. Next, 4 μg of glycogen The DNA was precipitated with ethanol in the presence of carrier. This DNA is And resuspended in 40 μl of TE (10 mM Tris-HCl, pH 8.0, 0.1 mM EDTA).   Targeting in asymmetric PCR to generate a 157 bp fragment from the 419 mutant The purified 339 bp 419 PCR fragment was used. Asymmetric PCR reactions are supported by 1X PCR 100 pmol of the biotinylated primer of SEQ ID NO: 32 in the solution, 1 pmol of SEQ ID NO: 33 Fluoresceinized primers and 50 μM of each dNTP. Above 45μl The test tube containing the above mixture is overlaid with 2 drops of light mineral oil, and the test tube is kept for 5 seconds. During which time it was cooled to 70 ° C. Next, 1.25 U in 5 μl of 1X PCR buffer Taq polymerase was added as a knit enzyme. Heat the test tube to 95 ° C for 45 seconds. , Cooled to 50 ° C for 45 seconds, heated to 72 ° C for 1 minute and 15 seconds, and this was repeated 30 times. Soshi And incubated at 72 ° C. for 5 minutes after the last repetition.   The asymmetric PCR product was gel purified as follows. Buffer containing 0.5X TBE The product was analyzed by electrophoresis in a 6% polyacrylamide gel (29: 1 cross-linking) dissolved in Fractionated. DNA was visualized by ethidium bromide staining. Double-stranded DNA is The difference in mobility commonly found in single-stranded DNA generated by asymmetric PCR Better than single-stranded DNA (single-stranded and double-stranded in asymmetric PCR). Both main chain products are produced: typically single chain products are slower in the gel It has a moving velocity and appears closer to the origin than the double-stranded product). 419 mutant The corresponding double-stranded 157 bp substrate (SEQ ID NO: 28) was excised from the gel.   Above except that the target DNA was 10 ng supercoiled pcTYR-N1Tyr plasmid DNA A 157 bp wild-type fragment of the 419 mutant was generated by asymmetric PCR in the same manner as . This pcTYR-N1Tyr plasmid contains the complete wild-type tyrosinase cDNA [ Geibel, L.B., et al., (1991) Genomics 9: 435].   Following asymmetric PCR, the reaction products are separated on an acrylamide gel as described above. , Double-stranded fragments of interest were excised, eluted, and precipitated. Settling The 157 bp wild type (SEQ ID NO: 27) and 419 mutant (SEQ ID NO: 28) fragments were Resuspended in 40 μl TE.   The cleavage reaction solution was a 10 mM MOPS, pH 8.2, 1 mM divalent cation (MgClTwoMa Or MnClTwo) And 100 fmol of the resulting double-stranded substrate in 1 unit of DNAP Taq DNA (the substrate contains a biotin moiety at the 5 'end of the sense strand). Anti The reaction solution was overlaid with one drop of light mineral oil. Heat the reaction solution to 95 ° C for 5 seconds to Denatured and then rapidly cooled the tubes to 65 ° C. (this step involves the complementary base By allowing the formation of inter-chain hydrogen bonds between them, DNA has a unique secondary structure It is possible to have). The above reaction is heated to 95 ° C for 5 seconds, then the temperature is increased rapidly. Thermocycler programmed to lower to 65 ° C (MJ Research, Waterow) n, MA). Alternatively, heat the test tube to 95 ° C. You can also put it in the block by hand and then transfer it to a second heat block set at 65 ° C. Wear.   The reaction was incubated at 65 ° C. for 10 minutes, and the reaction was stopped by adding 8 μl of stop buffer. Response was stopped. The sample was heated to 72 ° C. for 2 minutes. 5 μl of each reaction solution was added to 0.5X 10% polyacrylamide gel containing 7M urea dissolved in a buffer containing TBE (19 : 1 cross-linking).   After electrophoresis, remove the gel plate and leave the gel flat on one plate I did it. Pre-moistened with 0.5X TBE, with 0.2μm pores A charged nylon film (Schleicher and Schuell, Keene, NH) is exposed Placed on top of luamide gel. Remove all air bubbles trapped between the gel and the membrane Removed. Next, place 2 pieces of 3MM filter paper (Whatman) on the membrane and place it on another glass plate. , And sandwich the sandwich with binder clips. Migration (tiger Was allowed to proceed overnight. After transfer, carefully remove the membrane from the gel and air dry. Let dry. After drying completely, 1.2X Sequenase Images blocking buffer (Un The membrane was washed for 30 minutes in ited States Biochemical). Membrane cmTwoPer buffer 3 / 10 ml was used. Streptavidin-alkaline phosphatase conjugate (SAAP, Unite d States Biochemical) in the blocking solution above until a dilution of 1: 4000. Were added immediately and stirred for 15 minutes. Rinse the membrane briefly with water, then 0.1% sodium dodecyl sulfate In 1X SAAP buffer (100mM Tris-HCl, pH10; 50mM NaCl) containing lium (SDS) Washed 3 times (5 min / 1 wash). 0.5ml buffer / cmTwoBuffer between each wash. Rinse with water. Similarly, for fluorescein-labeled DNA, anti-fluorescein 1: 20,000 in fragments (Boehringer Mannheim Biochemicals, Indianapolis, IN) Add at final dilution, then 1X SAAP buffer containing 0.1% SDS and 0.025% Tween20 Can be washed three times in the buffer (5 minutes / wash). Next, the membrane was made 1X S without SDS. Wash once in AAP buffer, completely drain and heat seal plastic I put it in a bag. Using a sterile pipette tip, 0.05 ml / cmTwoCDP-StarTM(Tropi x, Bedford, MA) was added to the bag and allowed to spread over the membrane for 5 minutes. film From which all excess liquid and air bubbles were removed. Next, use X-ray film (Kodax XRP) For the first 30 minutes. Adjust exposure time if needed for fractionation and clarity did. The results are shown in FIG.   In FIG. 27, the lane marked “M” contains the molecular weight marker . The marker fragment was digested with pUC19 using HaeIII, followed by terminal transfer. A biotinylated dideoxynucleotide (Boehri nger Mannheim Biochemicals, Indianapolis, Ind.). lane 1, 3 and 5 show MgCl in the absence of DNAP Taq enzyme (lane 1).TwoAnd yeast In the presence of nitrogen (lane 3) or MnClTwoAnd in the presence of enzyme (lane 5) Contains reaction products from incubation of wild-type 157 nucleotide substrates You. Lanes 2, 4 and 6 show MgCl 2 in the absence of enzyme (lane 2).TwoAnd enzymes (Lane 4) or MnClTwoAnd 4 in the presence of enzyme (lane 6) Reaction generation by incubation of 157 nucleotide substrates from 19 mutants Material.   FIG. 27 shows MgCl in the cleavage reaction.TwoRather than MnClTwoCleavage with increased use of This indicates that a pattern is generated. All of the cleavage products are at one end of the gel It is desirable that the cleavage products be of different sizes so that they do not clump. Cleavage The ability to disperse the product over the entire length of the gel depends on the wild-type and mutant substrates. It is more likely that changes in the cleavage products between will be identified. FIG. Mg as divalent cation2+If used, most of the cleavage products will be at the top of the gel. It shows that they flock. In contrast, Mn as a divalent cation2+Where was used In some cases, the substrate also has a structure that, when cleaved, results in a product with significantly different mobility. One. These results indicate that Mn2+Is a preferred divalent cation Are shown. B. 5 'nuclease cleavage of different DNAs of similar size creates unique cleavage fragments Generate.   4 cleaved DNA substrates of similar sizeTMA with BN enzyme By incubating, a specific DNA fragment has a unique cleavage pattern or The ability of the 5 'nuclease to generate a "fingerprint" was demonstrated. used The four DNA substrates are the sense (or exon 4) of the wild-type tyrosinase gene. Code) chain-derived 157 nucleotide fragment (SEQ ID NO: 34); wild-type tyrosinase 157 nucleotides from the antisense (or non-coding) strand of exon 4 of the gene Fragment (SEQ ID NO: 35); a 165 nucleotide DNA fragment derived from pGEM3Zf (+) (sequence No. 36); and a 206 nucleotide DNA fragment derived from pGEM3Zf (+) (SEQ ID NO: 3) 7). These DNA substrates have biotin or fluorescein at the 5 'or 3' end. It contained a CEJN label. These substrates were made as follows.   Sense and antisense corresponding to exon 4 of wild-type tyrosinase gene Double-stranded 157 nucleotides in length using symmetric PCR to generate single-stranded substrates A DNA fragment (SEQ ID NO: 27) was generated. Target of symmetric PCR is wild-type tyrosin It was a genomic DNA containing the ze gene. The symmetric PCR reaction is 50 μl of 1X PCR buffer. 50-100 ng of wild-type genomic DNA, 25 pmol of each primer (SEQ ID NO: 42 and 43), from 50 μM each of dNTPs and 1.25 units of Taq polymerase Had become. The reaction mixture is overlaid with 2 drops of light mineral oil and the test tube is kept for 30 seconds. Heat to 94 ° C, cool to 50 ° C for 1 minute, heat to 72 ° C for 2 minutes, repeat this 30 times Was. The double-stranded PCR product is gel purified and precipitated as described in a) above, Resuspended in 40 μl TE buffer.   Using the above 157 bp wild type DNA fragment (SEQ ID NO: 27), two asymmetric PCs The single-stranded sense and antisense 157 nucleotide DNA fragments were Generated. The sense strand fragment targets 5 μl of the purified 157 bp fragment (SEQ ID NO: 27) And generated by asymmetric PCR. The reaction mixture for asymmetric PCR is 100 pmol of biotin-labeled sense primer to initiate reaction (SEQ ID NO: 29) And 1 pmol of fluorescein-labeled antisense primer (SEQ ID NO: 30) Except where used, it was the same as described for asymmetric PCR. Antisen Using the 5 μl of the above purified 157 bp fragment as a target by asymmetric PCR. Generated. The reaction conditions for asymmetric PCR were such that 1 pmol of sense probe was required to initiate the reaction. Primer (SEQ ID NO: 29) and 100 pmol of antisense primer (SEQ ID NO: 30) Same as described above for symmetric PCR except that 30) was used Met.   The reaction conditions for asymmetric PCR are 95 ° C for 45 seconds, 50 ° C for 45 seconds, 72 ° C for 1 minute and 15 seconds 30 times. Repeat and incubate at 72 ° C for 5 minutes after the last repeat. Was. The reaction products were visualized, extracted and collected as described above. Single-stranded DNA , As compared to the control double-stranded DNA.   The single-stranded 165 nucleotide fragment (SEQ ID NO: 36) derived from pGEM3Zf (+) was Generated by R. The PCR reaction was performed with 50 pmol of 5 'biotin in 1X PCR buffer. -AGCGGATAACAATTTCACACAGGA-3 ′ (SEQ ID NO: 38: Promega) and 1 pmol CACGG ATCCTAATACGACTCACTATAGGG-3 '(SEQ ID NO: 39: Integrated DNA Technologies, C oralville, IA) and 50 μM each of dNTPs. 45 μl of the above reaction mixture Overlay 2 drops of light mineral oil, heat test tube to 95 ° C for 5 seconds, cool to 70 ° C did. Next, Taq polyether was used as 1.25 units of enzyme in 5 μl of 1X PCR buffer. Merase was added. Heat test tube to 95 ° C for 45 seconds, cool to 50 ° C for 45 seconds, 1 minute Heated to 72 ° C. for 15 seconds, this was repeated 30 times. And after the last iteration, 72 Incubated at 5 ° C for 5 minutes. Visualize and extract the reaction products as described above, Collected. The 164 nucleotide DNA fragment has a higher mobility than the control double-stranded DNA. Identified by the difference between   A 206 nucleotide DNA fragment (SEQ ID NO: 37) was converted to 1 pmol of a double-stranded 206 bp PC R product (produced as described in Example 1C) and 50 pmol of primer Using 5'-CGCCAGGGTTTTCCCAGTCACGAC-3 (SEQ ID NO: 40), the procedure was performed as described above. Prepared by asymmetric PCR. Heat the test tube to 95 ° C for 45 seconds and cool to 63 ° C for 45 seconds And heated to 72 ° C. for 1 minute and 15 seconds, and this was repeated 15 times. After the last iteration, 7 Incubated at 2 ° C for 5 minutes. Visualize and extract the reaction products as described above, Collected. The 206 nucleotide DNA fragment has a higher mobility than the control double-stranded DNA. Identified by the difference between The precipitated DNA was resuspended in 70 μl of TE buffer.   10-20 units of terminal deoxynucleotidyl tra in 50 μl reaction Using the transferase (TdT) (Promega), 25 μl of the 3 ′ end of the above product was vialized. Otinized. The reaction solution was 0.5 mmol of biotin-16-ddUTP (Boehringer Mannhei m) and 1X TdT buffer (500 mM cacodylate buffer, pH 6.8, 5 mM CoClTwo, 0.5mM D TT and 500 μg / ml BSA). Incubate tubes at 37 ° C for 15 minutes Then, ethanol precipitation was performed in the presence of 4 μg of glycogen. DNA Ethanol precipitated again and then resuspended in 25 μl TE.   The cleavage reaction was performed with approximately 100 fmol of substrate DNA and 250 ng of enzyme cleavase.TMBN Using 1 mM MnClTwoIn a final volume of 10 μl of 10 mM MOPS, pH 8.2. Was. Enzyme CleavaseTMParallel reactions lacking BN (no control enzyme) 1/3 DNA template (about 33 fmol Except that the respective molds were used.   Each substrate DNA was prepared using 2 mM MnClTwoMixed with 5 μl of 10 mM MOPS, pH 8.2 containing Placed in 00 μl thin-walled microcentrifuge tubes (BioRad, Hercules, CA). 2 drops in this solution Of light mineral oil. Heat the tube to 95 ° C for 5 seconds to denature the substrate. The tube was then rapidly cooled to 65 ° C.   5 μl of MnClTwo1 μl of enzyme cleavease in 10 mM MOPS, pH 8.2TM BN [1X dilution buffer (0.5% NP40, 0.5% Tween 20, 20 mM Tris-HCl, pH 8.0, 50 mM KC 1, 10 mg / ml BSA) 250 ng / μl] The cleavage reaction was immediately started. Allow the enzyme solution to come to room temperature before adding to the cleavage reaction. I left it. After 5 minutes at 65 ° C., the reaction was stopped by adding 8 μl of stop buffer. . The sample was heated to 72 ° C for 2 minutes and 5 μl of each reaction was added to a buffer containing 0.5X TBE. Electrophoresis in 10% polyacrylamide gel containing 7M urea (19: 1 cross-link) dissolved in buffer By fractionation.   After electrophoresis, the gel plate was removed and positively charged with 0.45 μm pores A nylon membrane (United States Biochemical) was applied. DNA as described above And dry the membrane and wash in 1.2X Sequenase Images blocking buffer. It was cleaned and treated with SAAP buffer. CDP-StarTMInstead of Lumiphos-530 (United Stat es Biochemical) or Quantum Yield Chemiluminescent Substrate (Promega) Generated. The film was then exposed to an X-ray film as described above. Auto obtained The radiograph is shown in FIG.   Fig. 28 shows the CleavaseTMIn the presence or absence of the BN enzyme, the above four Shows the results of incubation of the substrates. Four sets of reactions are shown. Set Toe 1 is CleaveaseTMTyrosiners in the absence or presence of BN enzyme Incubation of a 157 nucleotide sense strand fragment of the ze gene (SEQ ID NO: 34) It contains the reaction product of the origin. Set 2 is CleaveaseTMAbsence of BN enzyme 157 nucleotide antisense strand of tyrosinase gene under or in the presence Contains the reaction product from incubation of the fragment (SEQ ID NO: 35). Set To 3 is CleaveaseTMPlasmid in absence or presence of BN enzyme Incubation of 165 base bottom chain fragment (SEQ ID NO: 36) of pGEM3Zf (+) It contains the reaction product derived from the solution. Set 4 is CleaveaseTMNon-BN enzyme 206 base top strand fragment of plasmid pGEM3Zf (+) in the presence or absence Contains the reaction product from the incubation of (SEQ ID NO: 37). "M" Marked lanes contain biotin-labeled molecular weight markers prepared as described above. I do. CleaveaseTMNo substrate cleavage is seen in the absence of the BN enzyme . CleaveaseTMIn the presence of the BN enzyme, each substrate is cleaved and a set of unique Yields a cleavage product. Fractionation of these cleavage products on polyacrylamide gels You will see a unique pattern or fingerprint for each substrate DNA. It is. Thus, while the four substrates are similar in size (157-206 bases) , CleavaseTMBN enzyme yields a unique set of cleavage products from each substrate You. These unique cleavage patterns indicate the characteristic conformation of each substrate DNA. Originated from   The present invention creates unique cleavage patterns for two or more DNA substrates of the same size. Are considered as part of the method of detecting gene mutations. this The method uses a normal (or wild-type or non-mutated) substrate It is compared with a substrate from a patient suspected of having a mutation in quality. This place If so, the two substrates will be the same length. And found in the wild-type control substrate Scrutinize patient DNA substrates for conformational changes compared to patterns To do so, a cleavage reaction will be used.                                 Example 9           The cleavage elicited by the Cleavase BN enzyme is               Detects single base changes in DNA substrates.   DNAs of multiple DNA substrates of the same size, but with a single base change between them Cleavase that cleaves substratesTMThe ability of the BN enzyme is shown here. As a model system The human tyrosinase gene was selected. Because the exon 4 of this gene Many point mutations have been identified [Spritz, R.A. (1994) Human Mol ecular Genetics 3: 1469]. Mutations in the tyrosinase gene are Causes albinism of the skin.   Three single-stranded substrate DNAs were prepared. These substrates have a biotin label at the 5 'end. contains. The wild-type substrate is 157 nucleotides derived from the sense strand of the human tyrosinase gene. Contains an otide fragment [(SEQ ID NO: 34); Geibel, L.B. et al., (1991) Genomics 9: 435]. I do. Two substrates with mutations were used. The 419 substrate (SEQ ID NO: 41) is Tyrosinase projections having glycine (GGA) to arginine (AGA) substitutions Derived from mutant G418R. This mutant is at nucleotide 2675 It differs from the wild type exon 4 fragment by one base change [King, RA et al., (19) 91) Mol. Biol. Med. 8:19]. The 422 substrate (SEQ ID NO: 42) is arginine (CGG) Tyrosinase mutant R422 having a substitution of glutamine (CAG) for Derived from Q. This mutant has a single base change at nucleotide 2685. Are more distinct from the wild-type exon 4 fragment [Geibel, L.B. et al., (1991) J. Am. Clin.Inv est. 87: 1119].   A single-stranded DNA having a biotin label at the 5 'end for each substrate is described in Example 8a. Was generated using asymmetric PCR. However, not a double-stranded product, but a single-stranded PC The R product was recovered from the gel.   Each DNA was amplified using the following primer pairs (419 and 422 mutants Are located inside the exon 4 fragment amplified by this primer pair. did Thus, identical primer pairs to amplify the wild-type and two mutant templates Can be used). The primer set forth in SEQ ID NO: 29 (sense primer ) Contains a biotin label at the 5 ′ end and is used as an antisense primer of SEQ ID NO: 30. It was used in a 100-fold excess.   The following template was used to generate a single-stranded substrate. 10 ng supercoiled plasmid DNA was converted to wild type (plasmid pcTYR-N1Tyr) or 422 mutant (plasmid p cTYR-A422) was used as a target to generate a 157 nucleotide fragment. 419 suddenly 5 μl of genome derived from genomic DNA homologous to the mutant (described in Example 8a) Of the purified 339 bp PCR fragment (SEQ ID NO: 31) Piece (SEQ ID NO: 41) was used as a target to generate.   For each of the target DNAs, the asymmetric PCR reaction was performed at 100p in 1X PCR buffer. consisting of 1 mol of SEQ ID NO: 29 and 1 pmol of SEQ ID NO: 30, and 50 μM of each dNTP Was. The reaction mixture (45 μl) was overlaid with 2 drops of light mineral oil and the test tube was Heat to 5 ° C and cool to 70 ° C. Next, 1.25 units in 5 μl of 1X PCR buffer Taq polymerase was added as a kit enzyme. Heat the test tube to 95 ° C for 45 seconds, It was cooled to 50 ° C. for 5 seconds and heated to 72 ° C. for 1 minute and 15 seconds, and this was repeated 30 times. And After the last repeat, incubated at 72 ° C. for 5 minutes. Single-stranded PCR product Was gel purified as above, precipitated and resuspended in 40 μl of TE buffer.   The cleavage reaction was performed as described in Example 8b. Allow sample to 72 ° C for 2 minutes Heat and add 7 μl of each reaction to 10% 7M urea in buffer containing 0.5X TBE Fractionation was performed by electrophoresis in polyacrylamide gel (19: 1 cross-linking). After electrophoresis, The DNA was transferred to a nylon membrane and subjected to SAAP and CDPStar as described in Example 8a. Processed. FIG. 29 shows the obtained autoradiograph.   In FIG. 29, lanes marked “M” were prepared as described in Example 8. Containing a molecular weight marker. Lanes 1-3 are wild type (SEQ ID NO: 34), 41 9 mutants (SEQ ID NO: 41) and 422 mutants (SEQ ID NO: 42), respectively No control enzyme. Lane 4 contains cleavage product from wild-type template I do. Lane 5 contains cleavage products from the 419 mutant. Lane 6 has 422 bumps It contains cleavage products from the mutant.   Figure 29 shows CleavaseTMBy digestion of the three template DNAs with the BN enzyme , Indicating that a similar but distinctly different pattern of cleavage products is produced I have. Several new bands of 53 nucleotides were found in the digest of mutant 422. It appears in the vicinity, but when compared with the wild type in the digest of mutant 419 about Note that there is no band below 40 nucleotides.   The three template DNAs differ only in one of the 157 nucleotides. However, a unique cleavage fragment pattern was generated for each. Therefore, 15 One base change in the 7 nucleotide fragment is cleavedTMApproved by enzymes This leads to different secondary structures that are perceived.                                 Example 10                     By the enzyme Cleavase BN             One base change detected in large DNA fragment   The previous example shows thatTMUsing the 5 'nuclease activity of the BN enzyme, The ability to detect one point mutation in a nucleotide DNA fragment showed that. In this example, one point mutation is detected in a larger DNA fragment. CleaveaseTM2 shows the ability of the BN enzyme.   Fragments from the 422 tyrosinase mutant, which were gradually increased in size, were And compared to fragments of the same size from the type tyrosinase gene. 4 sets of single-chain groups Quality was used. That is, 1) wild type (SEQ ID NO: 34) and 422 mutant ( 157 nucleotide template from the sense strand of exon 4 of SEQ ID NO: 42); Exons from the native (SEQ ID NO: 43) and 422 mutant (SEQ ID NO: 44) 378 nucleotide fragment containing 4 and 5; 3) wild type (SEQ ID NO: 45) and 1.059k containing exons 1-4 from the 422 mutant (SEQ ID NO: 46) b fragment; and 4) wild-type (SEQ ID NO: 47) and 422 mutant (SEQ ID NO: 48) This is a 1.587 kb fragment containing exons 1 to 5 derived from. Wild-type template and 42 The only difference between the two mutant templates is that exon, regardless of template length used 4 from G to A. The point mutation from G to A is 157 bases, 378 From the labeled ends of the base, 1.059 kb and 1.6 kb substrate DNA, 27, 27, respectively Located at 929 and 1237 nucleotides. A) Preparation of substrate DNA   In the PCR for generating the above substrate DNA, wild-type [pcTYR-N1Tyr, B ouchard, B. et al. Exp. Med. 169: 2029] or 422 mutant [pcTY R-A422, Giebel, L.b. et al., (1991) 87: 1119] A CD containing the tyrosinase gene. The NA clone was used as the target DNA. A primer consisting of SEQ ID NOs: 42 and 43 157 bp Dp from mutant or wild-type cDNA clones An NA fragment was generated. Using a primer pair consisting of SEQ ID NOs: 29 and 49, Generated double-stranded 378 bp DNA fragment from mutant or wild-type cDNA clone . Mutant or wild-type using a primer pair consisting of SEQ ID NOs: 50 and 30 A double-stranded 1.059 kbp DNA fragment derived from the cDNA clone was generated. SEQ ID NO: 51 and Mutant or wild-type cDNA clones using a primer pair consisting of A double-stranded 1.587 kbp DNA fragment of origin was generated. In each case, the sense strand The immer contained a biotin label at the 5 'end.   The PCR reaction was performed as follows. 50 mM of each dNTP and 1 in 1X PCR buffer In a 100 μl reaction containing μM of each primer of the specific primer pair, 1 ~ 2ng of wild type or 422 mutant derived plasmid DNA as target DNA Using. A test tube containing the above mixture was overlaid with 3 drops of light mineral oil, Heated to 94 ° C for a minute and then cooled to 70 ° C. Next, 2.5 uL in 5 μl of 1X PCR buffer Taq polymerase was added as a knit enzyme. Heat the test tube to 93 ° C for 45 seconds. Cooled to 52 ° C. for 2 minutes, heated to 72 ° C. for 1 minute and 45 seconds, and repeated 35 times. Soshi And incubated at 72 ° C. for 5 minutes after the last repetition.   After the PCR reaction, a QIA Quick-Spin PCR purification kit (Qiagen, Inc. Chatsworth, C A) was used according to the manufacturer's instructions to remove excess primer. DNA Eluted in 50 μl of TE. Of each double-stranded fragment from the wild-type and 422 mutant genes The sense strand was isolated as follows. Streptavidin-coated paramagnetic beads (Dynal  M280 beads) [0.5 mg in 50 μl; 2X binding and washing (B & W) buffer (2 M NaCl, 10 mM Tr is-HCl, pH 7.5, 1 mM EDTA, 0.1% Tween 20). Added to each of the CR products. Occasionally shake the sample at room temperature. Incubated for 15 minutes. Remove the supernatant from the supernatant by exposing the test tube to a magnetic plate The beads were removed. The bead-DNA complex was washed twice in 2X B & W buffer. 100 Add μl 0.1 M NaOH to the beads and incubate the sample at room temperature for 15 minutes. Cubbed (for 157 and 378 bp DNA). For DNA fragments larger than 1kb The beads were then incubated at 47 ° C. for 30 minutes. Finally, beads-ssDN The A-complex was resuspended in 50 μl of 2 × B & W buffer and stored at 4 ° C. B) Conditions for the cleavage reaction   The cleavage reaction was performed directly on the single-stranded DNA-bead complex. 5-10 μl of DN The A-bead complex (about 100 fmol DNA) was placed in a 200 μl microcentrifuge tube and 10 μl Washed once with sterile water. Next, 1.3 mM MnClTwo(To a final concentration of 1 mM) 7.5 μl of 10 mM MOPS, pH 8.2 was added to each test tube. Reaction test tubes must be 2 Warmed to 65 ° C for minutes. And 2.5 μl of enzyme CleavaseTMBN (1X dilution) Cleavage was initiated by the addition of 10-50 ng) in buffer. Run the reaction at 65 ° C for 5 minutes Was.   Immediately after this 5 minute incubation, the beads were allowed to settle to the bottom of the tube and The Qing was removed and discarded. Next, 10-40 μl of stop solution was added to the beads and the sample was Incubated at 90 ° C. for 10 minutes. Fluamide / EDTA solution from beads Release the activated DNA. The beads were allowed to settle to the bottom of the test tube. Cleavage products The supernatant containing was recovered. Dissolve 2-8 μl of the supernatant solution in 0.5X TBE containing buffer 6% polyacrylamide gel containing 7M urea (19: 1 cross-linking).   After electrophoresis, the DNA was transferred to a nylon membrane and treated as described in Example 8a. Processing was performed using AP and CDPStar. FIG. 30 shows the obtained autoradiograph.   In FIG. 30, lanes marked “M” were prepared as described in Example 8. Containing a molecular weight marker. Lanes 1, 3, 5, and 7 are wild-type tyrosine. 157, 378, 1056 or 1587 nucleotide sense strand fragments from Each contains a cleavage product. Lanes 2, 4, 6, and 8 show 422 mutant 157, 378, 1056 or 1587 nucleotide sense strand fragment from tyrosinase gene Respectively.   As shown in FIG. 30, the clear cleavage seen between the wild type and the 422 mutant Pattern is unclear even when there is one base change in longer DNA fragment Did not become. Therefore, the cleavage reaction of the present invention scans large fragments of DNA. And can be used to detect mutations. Fragments longer than about 500 bp Existing methods, such as SSCP, DGGE analysis, cannot scan.                                 Example 11       Cleve ase TM reaction is insensitive to large changes in the reaction conditions   The above result isTMBN enzyme is structure-specific but sequence dependent It has been shown that DNA templates can be used to probe DNA templates in a manner that does not. this The results show a conformational change in the nucleic acid caused by the sequence mutation. Cleavease is an efficient way to identifyTMThat BN enzyme can be used Indicated. This scans the nucleic acid template for sequence changes compared to the wild-type template Cleavase to develop the wayTMUses 5 'nuclease activity of BN enzyme Suggested that you can. The following example has shown that this is correct. In addition, the book The method of the invention is relatively insensitive to large changes in conditions, so this method is The following shows that it is suitable for actual battles in Bo.   First, MnClTwoThe effect of the change in concentration on the cleavage reaction was confirmed. Second, different The effect of different amounts of salt (KCl) on the cleavage pattern was investigated. Third, when complete cleavage In order to investigate whether or not the was obtained, a change with time was examined. Fourth, the change in temperature is a Temperature titration was performed to confirm the effect on the temperature. Next, in the enzyme concentration The enzyme was titrated to see the effect of the 50-fold change on the cleavage reaction. these The result of the experiment was CleavaseTMThe reaction is extremely resistant to large changes in conditions It was shown. A) MnClTwoTitration   MnClTwoTo check the sensitivity of the cleavage reaction to changes in concentration, BouaseTMIn the presence of BN enzyme (250 ng), 10 mM MOPS, pH 8.2 and various amounts of MnC lTwoOne template was incubated in a buffer containing The cleavage reaction is as follows It was carried out as follows. 157 nucleotide sense strand fragment of tyrosinase gene (SEQ ID NO: 42; prepared by asymmetric PCR as described in Example 9) (Final concentration 0.1, 0.4, 6.8 or 10 mM MnClTwo0.2, 4.8, 12 or Is 20mM MnClTwoMix with 5 μl of 10 mM MOPS, pH 8.2 containing 200 μl of wall thinner Into a microcentrifuge tube (BioRad). 10MnClTwoTo 10 mM MOPS, pH 8.2 (5 μl) Prepare a test tube containing 100 fmol of the mixed template DNA, and prepare enzyme-free (or uncut) No) used as control. Each reaction mixture was overlaid with one drop of light mineral oil. The test tube was heated to 95 ° C for 5 seconds and then cooled to 65 ° C.   The cleavage reaction was started and stopped as described in Example 8b. Add stop solution Thereafter, the samples were heated to 72 ° C. for 2 minutes and 8 μl of each reaction contained 0.5 × TBE Electrophoresis in 10% polyacrylamide gel containing 7M urea (19: 1 cross-link) dissolved in buffer Fractionation was performed by motion. After electrophoresis, the DNA was transferred to a nylon membrane and described in Example 8a. Treated with SAAP and CDPStar as described. Figure of the obtained autoradiograph 31.   In FIG. 31, the lane marked "M" contains the molecular weight marker. Les Lane 1 contains the no enzyme control and indicates the migration of uncleaved template DNA. Lanes 2-8 are cleavedTMIn the presence of the BN enzyme, 10, 8, 6, 4, 2, 1 or 0 mM MnClTwoReaction products incubated in a buffer containing Contains a product.   FIG. 31 shows that no cleavage occurs in the absence of divalent cations. (Lane 8, 0 mM MnClTwo). MnClTwoInclusion facilitates efficient generation of cleavage fragments Was done. The clearest cleavage pattern is 1 mM MnClTwo(Lane 7) , Mn2-Even when the concentration changed from 1 to 4 mM, little change was observed in the pattern. MnClTwoHigher concentrations tend to inhibit the cleavage reaction (concentrations above 6 mM). these The result is that while the cleavage reaction requires a divalent cation, the amount of divalent cation present The change has little effect on the cleavage pattern. B) Effect of salt concentration on cleavage reaction   To confirm the effect of salt concentration on the cleavage reaction, a fixed amount ofTMB 10 mM MOPS, pH 8.2, 1 mM MnCl in the presence of N enzyme (250 ng)TwoAnd various amounts of KCl One template was incubated in a buffer containing Tyrosinase inheritance 157 base fragment (SEQ ID NO: 34; described in Example 8a) 100 fmol) in 10 mM MOPS, pH 8.2 and 1 mM MnClTwoContaining mild The suspension was mixed and placed in a 200 μl thin-walled microcentrifuge tube (BioRad). KCl to final concentration Was 0, 10, 20, 30, 40 or 50 mM. Final reaction volume is 10 μl there were.   10 mM MOPS, pH 8.2, 1 mM MnClTwoContains 33 fmol template DNA and 50 mM KCl Test tubes were prepared and used as no enzyme (or uncleaved) controls. 1 for each reaction mixture Drops of light mineral oil were overlaid. Heat the test tube to 95 ° C for 5 seconds, then to 65 ° C Cool.   The cleavage reaction was started and stopped as described in Example 8b. Add stop solution Thereafter, the samples were heated to 72 ° C. for 2 minutes and 8 μl of each reaction contained 0.5 × TBE Electrophoresis in 10% polyacrylamide gel containing 7M urea (19: 1 cross-link) dissolved in buffer Fractionation was performed by motion. After electrophoresis, the DNA was transferred to a nylon membrane and described in Example 8b. SAAP and Lumiphos-530 (United States Biochemical) or Quant as described um Yield Chemiluminescent Substrate (Promega Corp., Madison WI) Exposure. FIG. 32 shows the obtained autoradiograph.   In FIG. 32, the lane marked “M” contains the molecular weight marker. Les Lane 1 contains the no enzyme control and indicates the migration of uncleaved template DNA. Lanes 2-7 are cleavedTM50, 40, 30, 20, 10 or more in the presence of BN enzyme Or the reaction products incubated in buffers containing 0 mM KCl, respectively. contains.   The results shown in FIG.TMThe reaction is relatively insensitive to changes in salt concentration It indicates that it is sensitive. CleaveaseTM157 nuclei using BN enzyme When the otide tyrosinase DNA template (SEQ ID NO: 34) was incubated, KC The same cleavage pattern was obtained irrespective of the change in l concentration from 0 to 50 mM. C) Temporal change of cleavage reaction   To check how quickly the cleavage reaction is completed, a single template is LeaveaseTMIncubation was performed for various lengths of time in the presence of the BN enzyme. 10m M MOPS, pH8.2, 2mM MnClTwoAnd 440 fmol of tyrosinase gene exon 4 157 base fragment from the sense strand (SEQ ID NO: 34; prepared as described in Example 8b) ) Was prepared consisting of a 20 μl solution containing Each time to measure Aliquots of 5 μl were placed into 200 μl thin-walled microcentrifuge tubes (BioRad) for use. Unfermented A control tube was prepared. This reaction solution was 1 mM MnClTwoContaining 10 mM MOPS, pH 8.2 ( The final reaction volume (10 μl) contained 33 fmol of template DNA. One drop of light for each reaction Mineral oil was overlaid. Heat the test tube to 95 ° C for 5 seconds to denature the mold, Then cooled to 65 ° C.   The cleavage reaction was initiated by the addition of the diluted enzyme mixture as described in Example 8b. Was. The reaction was stopped immediately at the indicated times by the addition of 8 μl of stop solution. Nothing Enzyme controls were incubated at 65 ° C for 10 minutes and 8 μl in the same manner as the other reactions. Was added to stop the reaction. Heat the sample to 72 ° C for 2 minutes and allow each reaction 5 μl of the solution was dissolved in a buffer containing 0.5 × TBE and 10% polyacrylic acid containing 7M urea. Fractionation was performed by electrophoresis in an amide gel (19: 1 crosslinking). After electrophoresis, remove DNA Lumiphos-530 (U) after transfer to membrane and treatment with SAAP as described in Example 8b. nited States Biochemical) or Quantum Yield chemiluminescent substrate (Promega Corp., (Madison WI) and exposed to X-ray film. The obtained autoradiograph FIG.   In FIG. 33, lanes marked “M” were prepared as described in Example 8. Containing a molecular weight marker. Lane 1 shows the enzyme-free pair incubated for 10 minutes. Contains light. Lanes 2-5 are incubated at 65 ° C for 0.1, 1, 5 or 10 minutes. It contains cleavage products from the reaction mixture. Figure 36 shows CleavaseTMBN yeast The cleavage reaction mediated by nitrogen has been shown to be very rapid. Less than 6 seconds ( Cleavage is already seen at <0.1 min) and is complete within 1 min. These results also It shows that the same cleavage pattern is generated when the reaction is performed for 1 minute or 10 minutes. doing. D) Temperature titration of Cleavase reaction   To confirm the effect of temperature change on the cleavage pattern, the tyrosinase gene A 157-base fragment (SEQ ID NO: 34) derived from the sense strand of exon 4 AaseTMIncubated for 5 minutes at various temperatures in the presence of BN enzyme. 100fmo of substrate DNA (prepared as described in Example 8b) was added to 2 mM MnClTwoContains Mix with 5 μl of 10 mM MOPS, pH 8.2 and add 200 μl of thin-walled microcentrifuge tube (BioRad) Put in. Two "no enzyme" test control tubes were prepared as described above. However, These reactions were 1 mM MnClTwo33 fmol of substrate DNA in 10 μl of the above buffer containing Was included. One drop of light mineral oil was overlaid on each reaction solution. Test tube for 5 seconds The mold was denatured by heating to 95 ° C in a tube and then cooled to the desired temperature.   Cleavage reaction started immediately by addition of diluted enzyme mixture as described in Example 8b I let it. The tubes were brought to 55, 60, 65, 70, 75 or 80 ° C. After 5 minutes at the specified temperature The reaction was stopped by the addition of 8 μl of stop buffer.   The sample was heated to 72 ° C for 2 minutes and 5 μl of each reaction was added to a buffer containing 0.5X TBE. Electrophoresis in 10% polyacrylamide gel containing 7M urea (19: 1 cross-link) dissolved in buffer By fractionation. After electrophoresis, the DNA was transferred to a nylon membrane and described in Example 8b. Lumiphos-530 (United States Biochemical) or Q uantum Yield chemiluminescent substrate (Promega Corp., Madison WI) Lum was exposed. FIG. 34 shows the obtained autoradiograph.   In FIG. 34, lanes marked “M” were prepared as described in Example 8. Containing a molecular weight marker. Lanes 1 and 2 are at 55 ° C and 80 ° C, respectively. Contains the incubated no-enzyme control. Lanes 3-8 are 55, 60, 65, 70 Cleavase, incubated at 75 or 80 ° C, respectivelyTMContains BN enzyme Contains cleavage products from the reaction solution.   Fig. 34 shows the CleavaseTMThe reaction can be performed over a wide temperature range Is shown. In response to incubation temperatures ranging from 55 to 75 ° C, the cleavage pattern The tone gradually changed. Some bands are more sensitive to incubation at higher temperatures. Only revealed when. Probably some involved in cleavage at intermediate temperatures Would not have been advantageous at lower temperatures. As expected At the upper end of the temperature range tested, the structure was melted, and the cleavage was gradually reduced. It was becoming. At 80 ° C, cleavage is completely suppressed, presumably due to complete denaturation of the template. Re Was.   These results indicate that the cleavage reaction can be performed over a wide temperature range. ing. The ability to carry out the cleavage reaction at elevated temperatures is important. Strong mold ( In other words, if it has a (stable) secondary structure, one nucleotide change Or it is unlikely to significantly alter the cleavage pattern it produces. In an array Maximize the effect of small changes, which manifest as changes in the cleavage pattern within the target template As described above, it is possible to bring the structure to the brink of instability using high temperatures. As a result, a cleavage reaction can occur at that point. E) CleaveaseTMTitration of BN enzyme   Cleavase at various concentrations in the cleavage reactionTMThe effect of the BN enzyme was examined. H 157 base fragment from the sense strand of exon 4 of rosinase gene (SEQ ID NO: 34) 1 00fmol to 2mM MnClTwoMixed with 5 μl of 10 mM MOPS, pH 8.2 containing Placed in a centrifuge tube. An enzyme-free control tube was prepared. The reaction solution was 1 mM MnClTwoContains It contained 33 fmol of substrate DNA in 10 μl of 10 mM MOPS, pH 8.2. Each reaction solution Was overlaid with one drop of light mineral oil. Heat the test tube to 95 ° C for 5 seconds to mold Denatured and then cooled to 65 ° C.   10, 50, 100 or 250 ng of enzyme is MnClTwoIn 5 μl of 10 mM MOPS, pH 8.2 1 μl of Cleavase in 1 × dilution buffer so that it is in the test tubeT M The cleavage reaction is immediately opened by adding a dilute enzyme mixture consisting of BN enzyme. Started. After 5 minutes of reaction at 65 ° C., the reaction was stopped by adding 8 μl of stop buffer. I let you. The sample was heated to 72 ° C. for 2 minutes and 7 μl of each reaction contained 0.5 × TBE In a 10% polyacrylamide gel containing 7M urea (19: 1 cross-linking) dissolved in buffer Fractionated by electrophoresis.   After electrophoresis, the DNA was transferred to a nylon membrane and subjected to SAAP as described in Example 8b. Lumiphos-530 (United States Biochemical) or Quantum Yield Reacted with chemiluminescent substrate (Promega Corp., Madison WI) and exposed to X-ray film . The obtained autoradiograph is shown in FIG.   In FIG. 35, the lane marked "M" contains the molecular weight marker. Les Lane 1 contains the no enzyme control and shows the transfer of uncleaved substrate. Lanes 2-5 The CleaveaseTMReactions containing 10, 50, 100 or 250 ng of BN enzyme respectively Contains reaction products from the liquid.   These results indicate that even if the amount of enzyme used in the reaction Regardless, the same cleavage pattern was obtained using a 157 nucleotide tyrosinase DNA substrate. Is obtained. Therefore, this method is mostly used in research laboratories. Ideally suited for clinical labs with uncontrolled reaction conditions . F) Consistent cleavage patterns are obtained with different DNA preparations   To demonstrate that the same cleavage pattern is consistently obtained from a particular substrate, Of a 157 base fragment (SEQ ID NO: 34) derived from the sense strand of exon 4 of the synase gene Several different preparations were made. The substrate was prepared as described in Example 8b. So Three separate PCR reactions were performed on different days. One of these PCR samples One was split into two, one aliquot was gel purified on the day it was generated, and the other aliquot was The plate was stored at 4 ° C. overnight and gel purified the next day.   The cleavage reaction was performed as described in Example 8b. Acrylamide sample And run as described in Example 8b. The obtained autoradiograph FIG.   In FIG. 36, the lane marked “M” contains a biotinylated molecular weight marker. Have. Set 1 contains preparation no. 1 in the absence (-) or presence of the enzyme Contains the product from the cleavage reaction performed in (+). Set 2 contains formulation no. 2 From the cleavage reaction carried out in the absence (-) or presence (+) of the enzyme using Contains a product. Set 3 contains formulation no. 3 in the absence of the enzyme (-) Contains the product from the cleavage reaction performed in the presence (+). Preparation no. 3 is key Product no. 2 from Preparation no. 3 is the preparation no. Gel purification after 1 day Other than that, it is the same. Set 4 contains formulation no. 4 in the absence of enzyme Contains products from cleavage reactions performed in (-) or in the presence (+). these The same pattern of cleavage products was generated from separately prepared substrate samples I have.   These results indicate that separately prepared preparations of the 157 nucleotide DNA fragment were identical. This indicates that a single cleavage pattern was obtained. Therefore, CleavaseTM The reaction is not affected by small differences that exist between the substrate preparations.                                 Example 12         Using the sense or antisense strand of the tyrosinase gene                           Point mutation detected   Using the sense (coding) or antisense (non-coding) strand of the gene fragment Cleavage to create a unique pattern (ie, fingerprint) of cleavage products BoaseTMThe ability of the enzyme was examined.   Sense nucleotide of 157 nucleotide fragment derived from wild-type tyrosinase gene (SEQ ID NO: No. 34) or the single-stranded DNA substrate corresponding to the antisense strand (SEQ ID NO: 35). , Prepared using non-control PCR as described in Example 8a. Sense strand wild type The substrate contains a biotin label at the 5 'end. The antisense strand has a fluorescein Contains an in-label.   Senses a 157 nucleotide fragment from the 419 mutant tyrosinase gene The corresponding single-stranded DNA substrate (SEQ ID NO: 41) was prepared in Example 9 using non-control PCR. Prepared as described. Sense mutant 419 mutant substrate is biotin labeled at the 5 'end It contains.   Antisense of a 157-nucleotide fragment from the 419 mutant tyrosinase gene. A single-stranded DNA substrate corresponding to the strand (SEQ ID NO: 52) was run using uncontrolled PCR Prepared as described in Example 9. However, 100 pmol of fluorescein-labeled anti Sense primer (SEQ ID NO: 30) and 1 pmol of biotin-labeled sense primer -(SEQ ID NO: 29) was used. The resulting antisense strand 419 mutant substrate is 5 ' Contains a fluorescein label at the end.   Senses a 157 nucleotide fragment from the 422 mutant tyrosinase gene The corresponding single-stranded DNA substrate (SEQ ID NO: 42) was prepared in Example 9 using non-control PCR. Prepared as described. Sense mutant 422 mutant substrate is biotin labeled at the 5 'end It contains.   Antisense of a 157 nucleotide fragment from the 422 mutant tyrosinase gene A single-stranded DNA substrate corresponding to the strand (SEQ ID NO: 53) was run using uncontrolled PCR Prepared as described in Example 9. However, 100 pmol of fluorescein-labeled anti Sense primer (SEQ ID NO: 30) and 1 pmol of biotin-labeled sense primer -(SEQ ID NO: 29) was used. The resulting antisense strand 422 mutant substrate is 5 ' Contains a fluorescein label at the end.   After asymmetric PCR, the single-stranded PCR product was gel purified as described in Example 8. Prepared, precipitated and resuspended in 40 μl of TE buffer.   Perform the cleavage reaction as described in Example 9 and generate the product as described in Example 8a. The product was fractionated by electrophoresis. After electrophoresis, transfer the DNA to a nylon membrane, Conjugate and anti-fluorescein antibody (Fab) -alkaline phosphatase conjugate And visualized using CDPStar as described in Example 8a. Obtained Oh The radiograph is shown in FIG.   In FIG. 37, the lanes marked “M” are as described in Example 8. Contains prepared biotinylated molecular weight markers. Lanes 1-6 are wild type 419 And 422 mutants contain biotinylated sense strand substrates from 157 nucleotide fragments I do. Lanes 1-3 show enzyme-free pairs for wild-type, 419 and 422 mutant fragments. Respectively. Lanes 4-6 show wild type, 419 and 422 mutant fragments Cleaving the sense strandTMReaction product obtained by incubation with BN enzyme Stuffs. Lanes 7-12 show wild type, 419 and 422 mutant 15 Contains a fluoresceinated antisense strand substrate from a 7 nucleotide fragment. Les 1 to 3 are "enzyme-free" for wild-type, 419 and 422 mutant fragments, respectively. "Contains control. Lanes 4-6 show the results for wild type, 419 and 422 mutant fragments. Cleaving the antisense strandTMReaction products obtained by incubation with BN enzyme Each composition is contained.   As expected, when using sense or antisense fragments, wild-type, 41 Separate but unique patterns of cleavage products for the 9 and 422 mutant fragments Generated. Uses either the sense or antisense strand of the gene as substrate The ability to do is advantageous. Because, under certain reaction conditions, two One of the strands produces a more desirable band pattern (ie, the cleavage product Do not collect at one end of the gel, but spread over the entire length of the gel). This is because that. Alternatively, one strand is more convenient to create significant structural changes. This is because they may have well-located mutations. This means that More important in the analysis of long DNA substrates with mutations near their ends. Could be. In addition, detection using both strands can serve as confirmation of sequence changes. One.                                 Example 13Detection of mutations in the human β- globin gene using enzymatic cleaving ase TM   The results shown in Examples 8 to 12 areTM157 nucleotides using the reaction For a single base change in the tyrosinase gene fragment ranging from Indicates that it can be issued. CleaveaseTMReaction is mutation detection The second model system was examined to show that it can be widely applied to.   The human β-globin gene has a number of differences, including sickle cell anemia and β-thalassemia. It is known that mutations occur in hemoglobinopathies. these Diseases generally have a small number (1-4) in the DNA sequence of the wild-type β-globin gene. With nucleotide changes [Orkin, S.H. and Kazazian, H.H., Jr. (1984) Annu . Rev. Genet. 18: 131 and Collins, F.S. and Weissman, S.M. (1984) Prog. Nucleic Acid Res. Mol. Biol. 31: 315]. , Less in the β-globin gene And 47 different mutations have been identified which cause β-thalassemia You.   CleaveaseTMReactions were used to convert the three β-globin mutants to wild-type β-g Robin gene [Lawn, R.M. et al., (1980) Cell 21: 647]. Mutant 1 Contains a nonsense mutation at codon 39. The wild type sequence at codon 39 is CAG It is. The sequence of mutant 1 at this codon is TAG [Orkin, S.H. And Goff, S.C. (1981) J.A. Biol. Chem. 256: 9782]. Mutant 2 is the primary transcript Has a T to A substitution at codon 24 resulting in improper splicing of [Gol dsmith, M.E. et al. (1983) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 80: 2318]. Mutant 3 Introduces a deletion of two A residues that results in a reading frame mobility difference at codon 8 To have. Mutant 3 also has a silent C to T substitution at codon 9. [Orkin, S.H. and Goff, S.C. (1981) J.A. Biol. Chem. 256: 9782]. A) Preparation of wild-type and mutant globin gene substrates   From the wild-type and mutant β-globin genes described above, a single-stranded substrate DNA was prepared. It was prepared as follows. Place bacteria with the appropriate plasmid on the antibiotic plate. Treaked and grown overnight at 37 ° C. (Wild type plasmid and mutant 3 Bacteria with the containing plasmid were grown on tetracycline plates. Bacteria harboring plasmids containing mutant 1 and mutant 2 sequences Grow on picillin plates. Next, colonies from these plates were And the Wizard Minipreps DNA Purification System (Promega Corp., Ma. dison, WI). Colonies derived from the above kit In 200 μl of “cell resuspension buffer”. According to the manufacturer's protocol To extract DNA. A final yield of approximately 2.5 μg was obtained for each plasmid.   In 50 μl of 1 × PCR buffer, 5 ng of plasmid DNA, 25 pmol each of 5 ′ end bio KM29 primer (SEQ ID NO: 54) and 5'-terminal fluorescein-labeled RS42 Immer (SEQ ID NO: 55), 50 μM of each dNTP and 1.25 units of Taq DNA polymer The polymerase chain reaction containing the 536 (wild type, mutant 1 and 2) or 534 (mutant 3) nuclei, respectively The reotide fragment was amplified. The reaction solution is overlaid with two drops of light mineral oil, Heat at 95 ° C for 30 seconds using a cycler (MJ Research, Watertown, MA) and 30 seconds Cooled to 55 ° C and heated to 72 ° C for 60 seconds, this was repeated 35 times. Wizard PCR Clean Using the up kit (Promega Corp., Madison, WI), remove the products of these reactions into residual dNTPs. And purified from the primers, and the double-stranded DNA was dissolved in 50 μl of TE.   To make a single-stranded copy of these DNAs, 1 μl of double-stranded PCR DNA Was used as a template and the above PCR was repeated, omitting the RS42 primer. this The products of the asymmetric PCR are combined with the first P to identify the location of the double stranded DNA product. 6% polyacrylamide gel in 0.5X TBE buffer (29: 1 cross-linked) with CR DNA ) Directly loaded. After electrophoretic separation, stain with ethidium bromide. DNA was visualized by color. And the changed transfer as compared to the double-stranded DNA. The single-stranded DNA identified by the mobility was cut out and gel-slurried by passive diffusion overnight. 0.5M NH from chairFourIt eluted in a solution containing OAc, 0.1% SDS and 0.2 mM EDTA. Eta The product was recovered by knol precipitation and dissolved in 40 μl of TE.   SEQ ID NO: 56 shows the sequence of a 536 nucleotide fragment derived from wild-type β-globin gene. You. The sequence of the 534 nucleotide fragment from mutant 3 is shown in SEQ ID NO: 57. suddenly SEQ ID NO: 58 shows the sequence of the 536 nucleotide fragment derived from Mutant 1. Mutant 2 The sequence of the derived 536 nucleotide fragment is shown in SEQ ID NO: 59. B) Optimization of cleavage reaction using wild-type β-globin substrate     An array of cleavage products with very different mobilities from β-globin substrates The optimal conditions (salt concentration, temperature) for formation were confirmed. The most uniform strength between bands Conditions that create the most widely dispersed array of cleavage patterns The formation of such a band is due to the difference between the wild-type and mutant substrates. Help detection). This experiment was performed in the absence of KCl or in the presence of 50 mM KCl. The cleavage reaction was performed at different temperatures using a wild-type β-globin substrate (SEQ ID NO: 56). Applying.   For each KCl concentration to be tested, DNA, CFLPTM3 containing buffer and salts 0 μl of the master mixture was prepared. For a “0 mM KCl” reaction, the mixture is 1 .7mM (1mM in final reaction) MnClTwoAbout 50 fm in 30 μl of 10 mM MOPS, pH 8.2 containing ol containing the single-stranded 5 'biotinylated 536mer PCR DNA from plasmid pHBG1 . The “50 mM KCl” mixture contained 83.3 mM KCl in addition to the above components. these Dispense 6 μl of the mixture into labeled reaction tubes and keep on ice until use. Existed. Enzyme dilution cocktail is MnClTwo450 ng of 10 mM MOPS, pH 8.2 LeaveaseTMBN.   Cleavage reactions were performed at 60, 65, 70 and 75 ° C. For each temperature to be tested, KC The pair of tubes, with and without l, are heated to 95 ° C for 5 seconds and then selected. Cooled to the specified temperature. The reaction was then immediately started by adding 4 μl of enzyme cocktail. Started. An additional pair of tubes is used for the 75 ° C test, and these tubes are Is MnCl instead of adding enzymeTwo4 μl of 10 mM MOPS, pH 8.2 containing no. Oh No ill overlay was used. All reactions were allowed to proceed for 5 minutes, then 8 μl of stop buffer Stopped by addition of liquid. Completed and starting reactions , Stored on ice until all reactions were performed. Heat the sample to 72 ° C for 2 minutes, 5 μl of the reaction solution was dissolved in a buffer containing 0.5X TBE and 6% polyacrylic acid containing 7M urea. Fractionation was performed by electrophoresis in a luamide gel (19: 1 cross-linking).   After electrophoresis, remove the gel plate and leave the gel flat on one plate I did it. Positively charged with 0.2 mm pores pre-wetted with water Of exposed gel exposed nylon film (NYTRAN, Schleicher and Schuell, Keene, NH) I put it on the top. All air bubbles were removed. Next, apply 2 pieces of 3MM filter paper (Whatman) Replace the other glass plate, and place the sandwich It is sandwiched between inder clips. The migration proceeded overnight. Carefully remove the membrane after transfer. And air dried. After completely drying, 1.2X Sequenase Images 1 cm membrane in blocking buffer (United States Biochemical)TwoPer buffer above The solution was washed with 0.3 ml. Washing was performed for 30 minutes. Streptavidin-Alka Rephosphatase conjugate (SAAP, United States Biochemical) diluted 1: 4000 The solution was directly added to the above-mentioned blocking solution until the mixture became, and stirred for 15 minutes. Short time membrane with water Rinse, then 1 cm membraneTwo1X containing 0.5 ml of 0.1% sodium dodecyl sulfate (SDS) Using SAAP buffer (100 mM Tris-HCl, pH10; 50 mM NaCl) for 3 times per 5 minutes Washed twice. The membrane was briefly rinsed with water between each wash. Next, 1X SA without SDS AP / l mM MgClTwoWash the membrane once with In a bag that can be Using a sterile pipette, for alkaline phosphatase CSPDTMOr CDP-StarTM(Tropix, Bedford, MA) Add 5 ml of chemiluminescent substrate to this bag. And allowed to spread over the entire membrane for 2-3 minutes. CSPDTMMembrane treated with XRP X-ray film Incubated for 30 minutes at 37 ° C. prior to the first exposure to (Kodak) (60 minutes). CDP-StarTMDoes not require pre-incubation and the first exposure is 10 minutes. Adjusted exposure time as needed for resolution and clarity . The results are shown in FIG.   In FIG. 38, the lane marked “M” contains the molecular weight marker . Lanes 1-5 contain reaction products from reactions performed in the absence of KCl. . Lane 1 contains the reaction product of a reaction performed at 75 ° C. without enzyme. Lane 2 ~ 5 contain the reaction products of the reactions performed at 60, 65, 70 and 75 ° C respectively. Lanes 6-10 contain the reaction products of the reaction performed in the presence of 50 mM KCl. Les Lane 6 contains the reaction product of the reaction performed at 75 ° C. without the enzyme. Lanes 7-10 are It contains the reaction products of the reactions performed at 60, 65, 70 and 75 ° C. respectively.   In general, the preferred pattern of cleavage products is when the reaction contains 50 mM KCl. Was generated if At any of the temperatures tested, as seen in lanes 7-10, K Compared to the reaction performed in the absence of Cl (lanes 2-5: more cleavage products Swarming on top of the gel near the unbroken substrate), reaction formation The material was more widely dispersed in reactions containing 50 mM KCl. Lane 7 in FIG. As can be seen in Figure 5, the cleavage reaction performed at 65 ° C with 50 mM KCl Compared with the pattern in the cleavage product, where the product is Produced a pattern.   The results obtained in this experiment indicate that 536 nucleotides from the wild-type β-globin gene Optimal cleavage conditions for the dosense strand fragment (SEQ ID NO: 56) are 1 mM MnCl at 60 ° C.TwoAnd 50 It was confirmed to be 10 mM MOPS, pH 8.2, containing mM KCl. C) Optimization of the cleavage reaction using two mutant β-globin substrates   From the results obtained in a) and b) above, the openness when β-globin substrate is used 60 ° C was selected as the optimal temperature for the cleavage reaction. When using a wild-type substrate, 50 mM KCl Performing the cleavage reaction in the presence produces an optimal pattern of cleavage products. Wild type Patterns generated when using both mutated and mutant β-globin substrates The effect of KCl on the effect of KCl on the wild-type and mutant β-globin substrates was then examined. The optimal salt concentration that allowed the comparison of was determined.   Mutant 1 (SEQ ID NO: 58) and mutant having a length of 536 nucleotides The single-stranded substrate corresponding to the 2 (SEQ ID NO: 59) mutation is as described in a) above. Prepared. These two mutants have the wild-type sequence and one nucleotide each. Only different. These two differ from each other by two nucleotides.   For each substrate tested, DNA, CFLPTMBuffer and MnClTwo39 μl containing A master mixture was prepared. These mixtures contain approximately 500 fmol of single-stranded 5 'biotin. 536 nucleotide substrate DNA, 1.54 mM MnClTwo(Final concentration 1mM MnClTwoGive) It contained 39 μl of 10 mM MOPS, pH 8.2. Label these mixtures 6.5 μl aliquots were dispensed into the reaction tubes. Next, add 10 mM each to each aliquot. 0.5 μl of 200 mM KCl was added for a final KCl concentration (eg, 40 2.0 μl was added to the mM reaction tube). And dHTwo9 μl all volumes using O I made it. No oil overlay was used. Heat the reaction to 95 ° C for 5 seconds, then 65 ° C And cooled. 1 μl of dilution buffer (20 mM Tris-HCl, pH 8.0, 50 mM KCl, 0.5% NP40 , 0.5% Tween 20, 10 mg / μl BSA)TMAdd BN This immediately started the cleavage reaction. After all reactions have proceeded for 5 minutes Stopped by adding 8 μl of stop buffer. Heat the sample to 72 ° C for 2 minutes Then, 5 μl of each reaction solution was dissolved in a buffer containing 0.5 × TBE, and 6% Fractionation was performed by electrophoresis in a acrylamide gel (19: 1 cross-linking).   After electrophoresis, remove the gel plate and place one gel on the gel as described above. Lon film was overlaid. The DNA is transferred to a membrane and the membrane is treated as described in a) above. And exposed to X-ray film. FIG. 39 shows the obtained autoradiograph. .   In FIG. 39, the lane marked “M” contains the molecular weight marker . Lanes 1, 3, 5, 7, 9 and 11 are 0, 10, 20, 30, 40 or 50 m respectively Contains reaction products from cleavage reaction using mutant 1 substrate in the presence of M KCl You. Lanes 2, 4, 6, 8, 10 and 12 are 0, 10, 20, 30, 40 or 5 respectively Contains reaction products from cleavage reaction using mutant 2 substrate in the presence of 0 mM KCl I do.   FIG. 39 shows the cleavage products generated from each mutant as KCl concentration increased. Pattern varies, but a distinct pattern is generated from each mutant and tested. At any KCl concentration, the difference in band pattern between the two mutants Indicates that it can be seen. In the intermediate salt concentration range (10-20 mM KCl), large cleavage The band disappears and a small molecular weight band appears (lanes 3-6). High salt concentration Comminant loss of small molecular weight bands (30-50 mM KCl) A large molecular weight cleavage band reappears with (lanes 7-12). Shown in Figure 39 From the results, reaction conditions including the use of 50 mM KCl were selected as optimal reaction conditions. about In the intensity of the band appearing at the position of 200 nucleotides (see the arrow in FIG. 39) A clear difference can be seen between the two mutant substrates under these reaction conditions. It is. D) Cleavase enzymeTMIs unique from wild-type and mutant β-globin substrates Generates cleavage products.   From the experiments performed above, it was found that wild-type or mutant β-globin substrates In this case, it was confirmed that the optimal reaction conditions were using 50 mM KCl and a temperature of 60 ° C. Therefore, the wild-type substrate (SEQ ID NO: 56) was changed to mutant 1 (SEQ ID NO: 58) For comparison with the variant 2 (SEQ ID NO: 59) and mutant 3 (SEQ ID NO: 57) substrates These conditions are used to allow comparison of the cleavage patterns generated Was done.   Wild type, mutant 1, mutant 2 and mutant 3β-globin genes For 534 or 536 nucleotides of single-stranded substrate DNA as described in a) above. Was prepared. The cleavage reaction was performed as follows. 1.1mM MnClTwo(Final density 9 μl of 1.10 mM MOPS, pH 8.2 containing 5 mM mM KCl (final concentration 50 mM). Reaction tubes containing about 10 fmol of each DNA substrate in (final concentration 1X) were prepared. . A "no enzyme" or uncleaved control was made for each substrate DNA. The uncut control is In order to balance the signal seen on the autoradiograph, It contained 1/3 of the DNA (about 33 fmol) of the reaction solution.   The tube is heated to 95 ° C. for 5 seconds, cooled to 65 ° C., and 1 μl of CleavaseTM The addition of BN enzyme (50 ng / μl in 1 × dilution buffer) directly cleaves the cleavage reaction. Started immediately. Uncut controls received 1 μl of 1 × dilution buffer.   The reaction was allowed to proceed for 5 minutes and then stopped by the addition of 8 μl of stop buffer. Sun Heat the pull to 72 ° C for 2 minutes and dissolve 5 μl of each reaction in buffer containing 0.5X TBE. Fractionated by electrophoresis in disassembled 6% polyacrylamide gel containing 7M urea (19: 1 cross-linking) did.   After electrophoresis, the gel plate was removed and one gel was added to the gel as described above. Lon film was overlaid. Transfer the DNA to a membrane and treat the membrane as described in b) above. And exposed to X-ray film. FIG. 40 shows the obtained autoradiograph. .   FIG. 40 shows two panels. The first panel is from the above cleavage reaction Shows the reaction product of Uncleaved controls are shown in lanes 1-4, cleavage products in lanes 5-6. The second panel is seen between the substrate DNA at the top of the gel Lanes 5-6 are enlarged to better show different band patterns.   In FIG. 40, the lanes marked “M” are as described in Example 8. Contains prepared biotinylated molecular weight markers. Lanes 1 to 4 are wild type, Uncleaved mutant 1, mutant 2 and mutant 3 β-globin substrate Each contains a control. Lanes 5-8 are wild type, mutant 1, mutant 2 and mutant 3β-globin substrates, respectively, containing cleavage products.   From the results shown in FIG.TMBN enzyme was tested for each β-globin Generates a unique cleavage product pattern from the substrate. Wild type difference in band pattern And found between each mutant. Different band patterns for each mutant And not only the discrimination between wild-type and mutant, but also It is also possible to distinguish them from mutants.   The results shown here for the β-globin gene and for the tyrosinase gene The results shown above are for the detection of mutated genes in the CleavaseTM reaction. It offers a powerful new tool.                                 Example 14             RNA substrate processing generates unique cleavage patterns   The present invention provides a method for generating a unique band pattern characteristic of a particular substrate. It is intended for 5 'nuclease cleavage of single-stranded or double-stranded DNA substrates. Cleavure -SeTMAbility of 5 'nuclease activity of BN enzyme to utilize RNA as substrate nucleic acid Is shown below. This experiment was performed using appropriate conditions (dropping the pH from 8.2 to 6.5, Reduces the degradation of RNA substrates mediated by cancer), generates cleavage patterns Has shown that RNA can be used as a substrate for Perform the experiment as follows did.   RNA transcripts internally labeled with biotin were made and used as substrates. Step Rasmid pGEM3Zf (Promega) was digested with EcoRI. EcoRI cuts the plasmid and Generate a linear template. Riboprobe Gemini System kit from Promega Corp. Using SP6 transcription of the linearized template described above, RNA of 64 nucleotides in length A transcript (SEQ ID NO: 60) was made. Followed the manufacturer's instructions but in the reaction Internally labeled by replacing 25% of UTP with biotin-UTP (Boehringer Mannheim) The resulting transcript was produced. After the transcription reaction (1 hour, 35 ° C), RQ1 RNase-free DNA DNA template by treatment with se (from Riboprobe kit, used according to manufacturer's instructions) Was removed. Then, the RNA is recovered and 2M NHFourIn the presence of OAc and ethanol The sample was purified by precipitation twice. 70% of the obtained RNA pellet Rinse with ethanol, air dry, 40 μl of 10 mM Tris-HCl, pH 8.0 and 1 mM E Resuspended in DTA.   Cleavage reaction solution is 10 μl of 1X RNA-CFLPTMBuffer (10 mM MOPS, pH 6.3) and 1 mM M gClTwoOr MnClTwo1 μl of the above RNA substrate and 50 ng of the enzyme cleavaseTM BN. Put all components except the enzyme in the reaction solution, and 45 ° C for 30 seconds Heated. 1 μl of dilution buffer (20 mM Tris-HCl, pH 8.0, 50 mM KCl, 0.5% NP40, 50 ng of enzyme cleavease in 0.5% Tween 20, 10 μg / ml BSA)TMAdd BN To start the reaction. After allowing the reaction to proceed for 10 minutes, 8 μl of stop buffer Stopped by addition of liquid. Heat the sample to 72 ° C for 2 minutes and transfer 5 μl of each reaction. A 10% polyacrylamide gel containing 7M urea dissolved in a buffer containing 0.5X TBE ( 19: 1 cross-linking).   After electrophoresis, the gel plate was removed and the gel was applied to the gel as described in Example 8b. Nylon membranes were overlaid. Transferring the DNA to a membrane as described in Example 8b, Dry the membrane, wash with 1.2X Sequenase Images blocking buffer and 1X SAAP buffer Treated with Lumiphos-530 (United States Biochemical) or Quantum Y Reaction with an ield chemiluminescent substrate (Promega) and exposure to X-ray film. Obtained Oh The radiograph is shown in FIG.   In FIG. 41, the lane marked "M" contains the molecular weight marker. Les Lane 1 contains the no enzyme control and shows the transfer of uncleaved substrate. Lane 2 and And 3 are CleavaseTMMgCl in the presence or absence of BN enzymeTwoContains Generation from RNA substrate incubations performed in different buffers Material. Lanes 4 and 5 are CleavaseTMIn the presence of BN enzyme or In the absence of MnClTwoRNA substrate inks each performed in a buffer containing It contains the reaction product from the incubation. MnClTwoWith RNA substrate in the presence of When the enzyme was incubated (lane 5), a pattern of cleavage products was seen. You.   These results indicate that for sequence changes (eg, point mutations, deletions, substitutions) Cleavase to probe NA substratesTMBN enzyme can be used It is shown that. This ability is very large (eg, 10 Allows testing of genes with introns (greater than kb). Spliced RNA transcripts represent a simpler target for mutation scanning. Further, R The structural (ie, folding) information obtained by the cleavage of NA is Hybridization to unstructured regions or ribozyme probing May also be useful in targeting targets. Furthermore, the cleavage reaction happens very quickly So, CleaveaseTMVarious types of RNA folding using the BN enzyme, and It is possible to study the kinetics at which folding occurs.                                 Example 15         In both of Cleve-ase TM BN enzyme and Taq polymerase Five' Nuclease activity also generates unique cleavage patterns using double-stranded DNA substrates   Cleavase generating cleavage pattern using single-stranded DNA templateTMBN enzyme And the ability of both Taq polymerase were examined. The substrates used in this experiment are Wild type (SEQ ID NO: 43) or 422 mutant (SEQ ID NO: 44) tyrosinase It was a 378 nucleotide fragment derived from the gene. These single-stranded substrates are described in Example 10a. Generated as described.   The cleavage reaction was performed as described in Example 10b. However, note half of the reaction solution. Cleavease as statedTMReactions cut with BN enzyme and set in parallel The solution was cleaved with Taq polymerase. Taq polymerase reaction is 10 mM MOPS, pH8.2 Consisted of 1.25 units of Taq polymerase. As described in Example 10b, The reaction products were separated by electrophoresis, and an autoradiograph was prepared. This auto The radiograph is shown in FIG.   In FIG. 42, the lane marked “M” contains a biotinylated molecular weight marker. Have. Lanes 1 and 2 are cleavedTMFields cleaved by BN enzyme Contains the native or 422 mutant substrate, respectively. Lanes 3 and 4 are Taq ports Contains wild-type or 422 mutant substrates, respectively, cleaved by limerase I do.   Fig. 42 shows the cleavingTMBoth BN enzyme and Taq polymerase Generates a characteristic set of cleavage bands for quality, wild type and 422 mutant This indicates that the substrate can be distinguished. These two enzymes are associated with each template. To produce a similar but different array of bands.   These results areTM5 for both BN enzyme and Taq polymerase '' Shows that nucleases are useful for performing the cleavage reaction of the present invention. You. Cleavage by Taq polymerase means that the substrate is generated by PCR and Any intervening refinement other than removal of excess nucleotides using rukariphosphatase If no manufacturing process is employed, one will find use.                                   Example 16                                 Multiple cleavage reactions   The examples described so far use single-stranded DNA and RNA substrates using a cleavage reaction. Shows that a distinctive set of cleavage products can be produced from C. The ability of the cleavage reaction to use a double-stranded DNA template was examined. For many applications, two Performing the cleavage reaction directly with the strand PCR product requires a single-stranded No need to isolate quality and would be ideal. In addition, many reaction tubes It would be advantageous to be able to analyze the substrate ("multiplex" reactions).   5 'biotin label on sense strand and fluorescein label on antisense strand The cleavage reaction was performed using the supported double-stranded template. Prior to cleavage, double-stranded substrate Was denatured. The double-stranded substrate was cleaved using Taq polymerase. T for this experiment aq polymerase was used. Because this is CleaveaseTMThan the BN enzyme It has a weak duplex-dependent 5 '→ 3' exonuclease activity, and Rase is CleavaseTMFrom DNA double strand regenerated as efficiently as BN enzyme This is because the 5 'end label is not removed. Therefore, the signal lost in the reaction Less is.   The substrate used was the wild-type tyrosinase gene (SEQ ID NO: 34), a 419 mutant ( It was a 157 bp fragment from the SEQ ID NO: 41) or 422 mutant (SEQ ID NO: 42). wild The type fragment is as described in Example 8a and the 419 mutant fragment is as described in Example 8a. And the 422 mutant fragment was generated using PCR as described in Example 9. Was done. The sense strand primer (SEQ ID NO: 29) contains a 5 'biotin label, The chisense primer (SEQ ID NO: 30) contains a 5 'fluorescein label and each strand has This results in the production of a double-stranded PCR product that is labeled with a different label. PCR generation The material was gel purified as described in Example 8a.   The cleavage reaction was performed as follows. In a reaction tube, 5 μl of 10 mM MOPS, pH 8.2 , 1mM MnClTwoAbout 100 fmol of the double-stranded DNA substrate in was loaded. Add one drop of this solution Layered with mineral oil. Heat the test tube to 95 ° C for 30 seconds and add 1 unit of Taq Polymerase (Promega) was added. The uncleaved control was 5 μl of 10 mM MOPS, pH 8.2, 1 mM MnClTwoIt contained 33 fmol of double-stranded DNA substrate. Cool the reaction to 65 ° C And incubated at this temperature for 15 minutes. Reaction by adding 8 μl of stop buffer Was stopped. Heat the sample to 72 ° C for 2 minutes, add 5 μl of each reaction and 0.5X TBE In 10% polyacrylamide gel containing 7M urea dissolved in buffer containing (19: 1 cross-linking) Was fractionated by electrophoresis. You can have two nylon membranes with the whole set of reactions Thus, the entire set of reactions was loaded onto the gel using two sets of samples. Nylon After transfer to the membrane (performed as described in Example 8a), the membrane was cut in half. one of One half was probed with a streptavidin-alkaline phosphatase conjugate. The biotinylated sense strand product was visualized (as described in Example 8a). Film residue Half of the protein using anti-fluorescein antibody-alkaline phosphatase conjugate To visualize the fluorescein-labeled antisense strand product (described in Example 5). As described). For biotin-labeled and fluorescein-labeled DNA, Blots were visualized using the chemiluminescent procedure described in Examples 8a and 5, respectively. So 43 are shown side by side in FIG.   In FIG. 43, the lanes marked “M” are as described in Example 8. Contains prepared biotinylated molecular weight markers. Lane marked "M2" Digests pUC19 with MspI followed by Klenow treatment for blunt end Contains a molecular weight marker produced by Next, the terminal transferer Fluoresceinated dideoxynucleotides (Bo ehringer Mannheim). Lanes M-1 and 1-6 contain biotinylated DNA. Developed using the protocol described above. Lanes 7-12 and M2 are fluorescein standards Developed using protocol for DNA recognition. All lanes have both substrates Note that there are chains. In certain development protocols, only one strand is Be visualized.   In FIG. 43, lanes 1-3 and 7-9 are wild type, 419 or 422 abruptly altered. Contains "no enzyme" or uncleaved controls, each with a heterologous substrate. Lane 4 ~ 6 and 10-12 are open-ended from wild-type, 419 or 422 mutant substrates, respectively. Contains crack products. Cleavage products for each strand of each of the three substrates tested A unique pattern can be seen. Thus, one reaction is equivalent to the three tyros tested. Unique fingers from each sense or antisense strand of the synase fragment -It made it possible to generate prints.   The results shown in FIG. 43 were obtained by denaturing the DNA fragment before performing the cleavage reaction. This indicates that a cleavage pattern can be generated from a double-stranded DNA fragment. FIG. In 3, the cleavage pattern is one round of heating for denaturation and cooling for cleavage. Note that most of the substrate remains in uncleaved form. I want to be. This reaction involves multiple cycles of denaturation and cleavage using a thermocycler. Would be acceptable. Such repetitive conditions are known to Will increase the signal intensity seen for the object. Standard PCR buffer (50m M KCl, 10 mM Tris-HCl, pH 8.3, 1.5 mM MgClTwo, 0.01% gelatin) The substrate generated by PCR is treated to remove residual dNTPs (eg, alkaline Addition of phosphatase) and Mn2+Can be supplied. Under these conditions The cleavage reaction is performed using both strands of one or more products generated in the PCR. Can be implemented. Such a protocol reduces sample preparation to a minimum. , Resulting in both time and cost savings.   The above example also demonstrates that two different substrates can be analyzed in one reaction. It shows that this allows "multiplexing" of the cleavage reaction.                                 Example 17         Optimization of manganese ion concentration for cleavage of double-stranded DNA substrates   As described above, restriction fragments or segments generated by equilibrium or symmetric PCR It may be desirable to carry out the cleavage reaction using double-stranded DNA substrates such as Not. Mn in cleavage reaction using double-stranded DNA substrate2-The effect of changing the concentration of Examined. The results shown below show that when a double-stranded DNA substrate is used for the cleavage reaction, Mn compared to single-stranded DNA substrate2+Shows that the optimum concentration becomes lower.   From tyrosinase mutants 419 (SEQ ID NO: 27) and 422 (SEQ ID NO: 71) Two 157 bp long double-stranded (ds) DNA substrates were used to excise the human tyrosinase gene. Prepared as described in Example 16 by PCR amplification of the Son 4 region. 419 and 4 The sense strand of the 22 tyrosinase mutant substrate has a biotin label at the 5 'end after PCR. I knew. The PCR product was gel purified as described in Example 8a.   The cleavage reaction was performed as follows. About 40 fmoles of dsDNA groups in 10 μl of water The quality was placed in a reaction tube. PTC-100TMProgrammable Thermal Controller (MJ Rese arch, Inc.) to denature the DNA by placing the test tube at 95 ° C. for 10 seconds. 1 μl LeaveaseTMBN enzyme (25 ng in 1 × dilution buffer) and reaction mixture (final volume 20 μl) MnCl in l)TwoFinal concentration of 0.5mM, 0.25mM, 0.15mM, 0.1mM, 0.05Mm or 0m Different concentrations of MnCl to be MTwo10 μl of 2X CFLP containingTMBuffer (pH 8.2) The reaction was started by the addition. After mixing, cool the sample immediately to 65 ° C. And incubated at this temperature for 5 minutes. Place sample on ice and 10 μl The reaction was stopped by adding a stop buffer. Keep sample at 85 ° C for 30 seconds Heat and add 10 μl of each reaction to a buffer containing 0.5 M TBE containing 7 M urea. Fractionation was performed by electrophoresis in a 0% polyacrylamide gel (19: 1 cross-linking).   After electrophoresis, remove the gel plate as described in Example 8a, and remove the nylon membrane. Covered. The DNA was transferred to a membrane as described in Example 8a, the membrane was dried and 1X Seq Wash with uenase Images blocking buffer (USB), treat with 1X SAAP buffer, and CDP-StarTM(Tropix) and exposed to X-ray film. Auto obtained The radiograph is shown in FIG.   In FIG. 44, the lane labeled "M" was prepared as described in Example 8. Including molecular weight markers. Lanes 1-6 show the products resulting from cleavage of the 419 mutant. And lanes 7-12 contain the product resulting from cleavage of the 422 mutant. 0. 5 mM (lanes 1, 7): 0.25 mM (lanes 2, 8): 0.15 mM (lanes 3, 9): 0.1 mM (lanes 4, 10) : 0.05 mM (lanes 5, 11) and 0 mM MnClTwo(Lanes 6, 12) in 10 mM MOPS, pH 8.2 In the following, a reaction product generated by cleavage of a dsDNA substrate is shown.   The results shown in FIG. 44 are similar to those for cleavage of the ssDNA substrate (Example 11 (a ) And FIG. 31), indicating that no cleavage was observed without the divalent cation. . Optimal cleavage of the dsDNA substrate (ie, the most pronounced cleavage fragment pattern) Is 0.25mM MnClTwoWas seen in the presence of This optimal concentration is Much lower than the optimal concentration obtained with Example 11 and FIG. The cleavage of the A substrate is 1 mM MnClTwoIndicates that it is optimal). FIG. 44 shows a dsDNA group. Quality cleavage efficiency is MnClTwoThis effect decreases with decreasing concentration, and this effect isTwo This may be because the efficiency of the enzyme decreases as the concentration decreases.   FIG. 44 shows a high concentration of MnClTwoUsing (0.5 mM, lanes 1 and 7) for the cleavage reaction, It shows that the cleavage pattern of the dsDNA substrate clearly disappears. The result is a cleavage In contrast to the results obtained when the reaction was performed on single-stranded DNA (ssDNA) substrates is there. Example 11 (a) shows that efficient cleavage of the ssDNA substrate is 1 mM MnClTwoGet in And Mn2+Almost no change in cleavage pattern is observed between 1 and 4 mM Indicates that   High concentration of MnClTwoSignal when cleaving a dsDNA substrate in a buffer containing The disappearance can be explained as follows. The presence of a high concentration of divalent ions causes the cleavage reaction Promotes recombination of the DNA strand of the ds substrate during the course of the reaction. Enzyme Cleavase (Clea vase)TMBN can cleave a dsDNA substrate from the 5 'end (ie, This enzyme removes short exonuclease DNA fragments from the 5 'end. : See Example 5). As a result of this cleavage, the label is apparently removed from the substrate DNA (Since the DNA contains a 5 'end label). Very short D with 5 'end label NA fragments can run out of the gel or are not efficiently transferred to the membrane. Cannot be visualized.                                 Example 18                   Automated cleavage pattern detection is possible   Using a fluorescently labeled substrate in combination with a fully automated DNA sequencer Detects characteristic genetic fingerprints of nucleic acid substrates obtained by cleavage reactions CFLP in both clinical and research applicationsTMThe law can be used Become. In this example, differently labeled isolates (two different dyes) were combined into one It shows that it can be cleaved in the tubing and analyzed using a fully automatic DNA sequencer.   An N-hydroxyl is added to the sense strand using PCR and primers labeled with a fluorescent dye. Sisuccinimidyl ester JOE-NHS (JOE) or FAM-NHS (F AM) was prepared. Bios on antisense strand Included tin label. The substrate used in this experiment was the exon of the tyrosinase gene. 15 from 4 wild-type (SEQ ID NO: 27) and 422 mutants (SEQ ID NO: 71) It was a 7 bp fragment.   The wild-type and 422 mutant tyrosinase gene substrates are Wild type (pcTYR-N1Try: Bouchard, B., et al., J. Exp. Med. 169: 2029, 1989). 422) (pcTYR-A422: Giebel, L.B., et al., 87: 1119, 1991). ) Was amplified from a cDNA plasmid clone containing any of the above. The following primers Each double-stranded substrate is amplified by PCR using a pair of Labeled with either dye or fluorescent dye. SEQ ID NO: 30 containing the 5 'biotin molecule Antisense primers are available from Integrated DNA Technologies, Inc. (IDT, Coralvil le, IA). Wild-type and biotinylated antisense primers The synthesis of both 422 mutant substrates was started. SEQ ID NO: 29 labeled with JOE Was used to initiate the synthesis of the wild-type tyrosinase gene. FA M using the sense primer of SEQ ID NO: 29 The synthesis of the enzyme gene was started. JOE and FAM labeled primers were Genset (Par is, France).   The PCR reaction was performed as follows. Each dNTP in 1X PCR buffer In a 100 μL reaction containing 50 μM and 1 μM of each primer of a defined primer pair With 1-2 ng of plasmid DNA from the wild type or 422 mutant Used as NA. Add Chill Out 14 to the reaction tube containing the above mixture.TMLiquid wax (MJ (Research, Watertown, MA). Heat the reaction tube to 95 ° C for 1 minute, Next, it was cooled to 70 ° C. Next, Taq DNA polymerase (Perkin-Elmer) Added as 2.5 units of enzyme in 5 μL of 1 × PCR buffer. Tube at 95 ° C Heat for 45 seconds, cool at 50 ° C for 45 seconds, heat at 72 ° C for 1 minute and 15 seconds, repeat 35 cycles I returned. After the last cycle, the tubes were incubated at 72 ° C. for 5 minutes.   The PCR product was purified as follows. In buffer containing 0.5X TBE Were separated by electrophoresis on a 6% polyacrylamide gel (29: 1 cross-linking). D NA was visualized by ethidium bromide staining, and a 157 bp fragment was cut out from the gel. . 0.5M NH from DNA from gel sliceFourIn a solution containing OAc, 0.1% SDS and 0.1M EDTA Eluted overnight by passive diffusion. Next, 4 µg of glycogen carrier was added to the DNA. Precipitated with ethanol in the presence of. Pellet the DNA and add HTwoO30μL Resuspended.   The cleavage reaction was performed as follows. HTwoO Each double-stranded DNA in a total volume of 6 μL About 100 fmol of the substrate (1 to 3 μL of each gel-purified DNA) was added to 500 μL of thin-walled Into a centrifuge tube (Perkin-Elmer). Heat the tube to 95 ° C for 10 seconds to denature the substrate The tube was then quenched to 50 ° C. (this step allows intrastrand hydrogen between complementary bases). The bond is formed and takes on a unique secondary structure). 50mM MOPS (pH 7.2) 2μ L, 1mM MnClTwo 1 μL and CleavaseTMAdd 1 μL of BN (50 ng / μL) The cleavage reaction was started. Heat at 95 ° C for 10 seconds, and cool to 50 ° C Gram thermocycler (Perkin-Elmer DNA Thermal Cycler 480, Norwa lk, CT). The reaction was then incubated at 50 ° C. for 5 minutes, The reaction was stopped by adding 1 μL of 10 mM EDTA.   After the cleavage reaction, use the ABI 373A DNA Sequencer (Foster City, CA) for the sample. Gel electrophoresis. Prior to loading, 95% formamide and 10 mM EDTA The sample was denatured by adding 5 μL of a solution containing, and heated to 90 ° C. for 2 minutes. 1X T 6% polyacrylamide in BE buffer (89 mM Tris-borate, pH 8.3, 2 mM EDTA) 5 μL of the sample was separated by electrophoresis with Dogel (19: 1 cross-linking) and 6 M urea. . The gel was run at 30 watts for 14 hours. Sig obtained from four wavelength channels Na File from the Applied Biosystem Data Collection program on a Macintosh computer. Was collected using a system. The raw data is stored in the BaseFinder program (Giddings, M. et al ., Nucl. Acids Res. 21: 4530, 1993). Migration caused by the use of overlapping dyes and different dye labels. Was corrected.   The results are shown in FIG. FIG. 45 shows 2 corresponding to wild-type and mutant samples. Two lines representing one channel signal are shown. Wild-type sa labeled with JOE dye The sample is indicated by a thin line. Mutant sample labeled with FAM dye (R422Q ) Is indicated by a thick line. For comparison, a high-resolution polyacrylic acid containing separated cleavage products A photograph of a luamide gel (10% gel with a 19: 1 degree of crosslinking) is shown above the line ( The upper lane contains the cleavage fragment generated by cleavage of the wild-type substrate, the lower lane (Including cleavage fragments generated by cleavage of the R422Q mutant substrate). Sense strand The cleavage product shown in the gel containing a biotin label at the 5 'end of And visualized as described in Example 8a. Arrow 422 suddenly Selective bands seen on cleavage of mutant substrates from fully automated DNA sequencer Point to the corresponding peak of the prepared line (the arrows are 1 to 7 starting from the left side of FIG. 45). Is written).   Comparison of the two lines indicates cleavage of the wild-type and 422 mutant substrates in the same reaction. Differences in the cleavage pattern caused by this were detected by a fully automatic DNA sequencer. And For example, cleavage of the 422 substrate results in a cleavage product of about 56 nucleotides. However, this is not seen when the wild-type substrate is cleaved. Generating this 56 nucleotides The object is seen as the peak indicated by arrow 6 in FIG. FIG. 45 shows the mutant substrate Not only does cleavage yield new cleavage products, but wild-type Shows enhanced cleavage of certain structures compared to substrate (mutant compared to wild type) Compare the intensities of the peaks corresponding to arrows 2-5 in the variant line). further Certain cleavage products are commonly found on the two substrates, which are referred to as reference markers. (See arrows 1 and 7).   The above results demonstrate the characteristic genetic fingerprint of the nucleic acid substrate generated by the cleavage reaction. 2 shows that lint can be detected using a fully automatic DNA sequencer. This result It also shows that the cleavage reaction can be performed as multiple reactions. In this experiment , Both wild-type and mutant dsDNA substrates react in the same reaction (ie, multiple reactions). ) And then separated by the same electrophoresis using a fully automatic DNA sequencer.                                 Example 19         CleavaseTMIdentification of virus strains using reactions   In the above embodiment, CleavaseTMUsing human β-globin and To detect single base changes in fragments of various sizes derived from the tyrosinase gene. And These examples are useful for detecting and characterizing mutations in human populations. CleavaseTMIt showed that the reaction could be used. Various virus strains Cleavase to detect sequence diversity characteristic ofTMReaction used Here's what you can do:   Simian immunodeficiency virus (SIV) infection in monkeys is a cause of human immunodeficiency in humans. It is commonly used as an animal model for the transmission of ills type 1 (HIV). SIV organisms The biological isolate includes multiple virus strains. Infect monkeys with biological isolates of SIV This gives a unique subset of virus stock from infected animals (specific strains). Can also infect tissue culture cells). Varies from infected animal by route of infection Virus genotype is isolated (Trivedi, P. et al., Journal of Virology 68 : 7649, 1994). SIV's Long Terminal Repeat (LTR) is a different virus Contains different sequences among different strains and is used as a marker to identify viral genotypes. Can be   Develop rapid methods to identify virus strains in samples (eg, clinical isolates) In vitro cloning using an uncloned biological SIV stock ro after infection of cultured cells or by intravenous or intrarectal inoculation. Cleavage against a characterized SIV genotype isolated after infecting CleavaseTMThe reaction was used. In vitro feeling of CEMx174 cell line After staining (L. CEM / 251/12 clone), after intravenous inoculation of monkeys (L100. 8-1 clone), after low-dose inoculation of monkeys (L46.16-10 and L4 6.16-12 clones) and after high dose rectal inoculation of monkeys (L19.16-3). And L36.8-3 clone). The loan is C. David Pauza (Wisconsin Primate Research Center, Madison, WI) Obtained from. These clones are described in the literature (Trivedi, P. et al., Journal of Vir. ology 68: 7649, 1994). These plasmid clones Double-stranded DNA (dsDNA) containing the viral LTR sequence for the cleavage reaction ) Used for fabrication. A) Preparation of substrate DNA   Six SIV plasmids to create dsDNA substrates for the cleavage reaction Was used as a template for PCR. The primer pair used was U3-R of SIV LTR. It spans the border and amplifies a fragment of about 350 bp. In this part of the SIV LTR Is for transcription factor recognition sequences (including Sp1 and NF-KB) and for transcription initiation TATA box is contained and is polymorphic in various virus strains (Trivedi, P. et al., supra).   To amplify the SIV LTR clone by PCR, Different primer pairs were used. SEQ ID NO: 61 directs synthesis of the (+) chain of the SIV LTR Starting with 5'-GGCTGACAAGAAGGAAACTC-3 '. Arrangement Column no. 62 initiates the synthesis of the (-) chain of the SIV LTR, 5'-CCAGGGCG GCGGCTAGGAGAGATGGG-3 '. Opening of (+) chain of LTR In order to visualize the cleavage pattern generated by the cleavage, a biotin label was added to the 5 'end. A primer comprising SEQ ID NO: 61 and an unlabeled primer comprising SEQ ID NO: 62 PCR was performed using Caused by cleavage of the (-) chain of the viral LTR SEQ ID NO: 62 with a biotin label at the 5 'end to visualize the cleavage pattern And PCR using a pair of a primer consisting of Carried out.   The PCR reaction was performed as follows. Each dNTP is 60 μM, specified 0.2 μM of each primer of the primer pair, 10 mM Tris-Cl, pH 9.0 (25 ° C.), 2 mM MgClTwo, 50 mM KCl, 0.1% Triton X-100 in 100 μL of the reaction solution 10 to 20 ng of plasmid DNA from each of the SIV LTR clones was Used as NA. Add 2 drops of light mineral oil to the reaction tube containing the above mixture And heat the tube at 96 ° C. for 3 minutes, then use Taq DNA polymerase (Perkin-Elm). er) with 20 mM Tris-HCl, pH 8.0, 0.5 μL, 100 mM KCl, 0.1 mM EDTA, 1 mM DTT, 50% 2.5 units of enzyme in glycerol and 0.5% Tween 20 and 0.5% Nonidet P-40 Added as. Heat tube at 96 ° C for 45 seconds, cool at 60 ° C for 45 seconds, add at 72 ° C for 1 minute The heat was repeated for 35 cycles. After PCR, the reaction mixture is separated from the mineral oil. Release and add 5 μL of 5 M NaCl, 4 μL of 10 mg / ml glycogen and 10 μL 250 μL of 0% ethanol was added. After incubating at -20 ° C for 1 hour, DN Centrifuge A at maximum speed for 5 minutes in a Marathon Micro A centrifuge (Fisher Scientific). And pellet in 40 mM 10 mM Tris-HCl, pH 8.0, 0.1 mM EDTA TE. Resuspended.   The PCR product was gel purified as follows. Fill DNA with buffer (95% Lumamide, 5mM EDTA, 0.02% bromophenol blue, 0.02% xylene cyano G) mixed with 0.5 volume and heated at 75 ° C. for 2 minutes. The product is 7M urea, 0.5X TBE Using 6% polyacrylamide denatured gel (19: 1 cross-link) in buffer containing Separated by electrophoresis. Visualize the DNA with ethidium bromide staining and identify product bands. Cut out from the le. 0.5M NH from DNA from gel sliceFourOAc, 0.1% SDS and 0.1M It was eluted overnight in the solution containing EDTA by the dynamic diffusion method. Next, convert the DNA to tRNA Ethanol was precipitated in the presence of 4 μg of the carrier. Pellet DNA, 0.2M N The cells were resuspended in 50 μL of aCl, 10 mM Tris-HCl, pH 8.0, 0.1 mM EDTA. Etano with DNA And resuspended in 50 μL of TE. The final DNA concentration was determined for each double-stranded SIV   It was estimated to be 40 fmol / μL in the LTR PCR product. B) DNA sequence analysis of SIV LTR PCR product   The DNA sequences of the six PCR fragments prepared in A) above were converted according to the manufacturer's instructions. fmolTMIt was determined using the DNA Sequencing System (Promega). For each sequencing reaction 0.2 pmol of PCR product and two 5'-biotinylated PCR primers One of SEQ ID NOs: 74 and 75 was used at 2 pmol (ie, the PCR fragment Were sequenced). After the sequencing reaction, the reaction determination product is electrophoresed. separated. After electrophoresis, a DNA buffer was prepared by the method described in Example 17 with the following modifications. Were transferred to a nylon membrane and visualized. TBS buffer (100 mM Tris-HCl, pH 7.4, 68 mM NaCl) 0.2% blocking reagent (Boehringe-Manheim) and Replace the solution containing 0.2% SDS with 1X Sequence Images Blocking Buffer (USB). I used it.   The sequence of a 351 bp fragment derived from the L100.8-1 LTR clone was sequenced. Reference numeral 63 indicates. 340 bp from the L46.16-10 LTR clone The sequence of the fragment is shown in SEQ ID NO: 64. L46.16-12 derived from LTR clone The sequence of the 340 bp fragment is shown in SEQ ID NO: 65. L19.16-3 LTR The sequence of the 351 bp fragment derived from the clone is shown in SEQ ID NO: 66. LCEM / The sequence of a 351 bp fragment derived from the 251/12 LTR clone is shown in SEQ ID NO: 6. FIG. L36.8-3 Sequence of a 351 bp fragment derived from LTR clone Is shown in SEQ ID NO: 68.   Analysis of the sequenced LTR fragment revealed the L100.8-1 LTR sequence (SEQ ID NO: 63) shows that they have multiple substitutions and deletions compared to 63). 6 LTRs The L100.8-1 LTR sequence was selected as a control for comparison between loans. I chose. For ease of discussion, the L100.8-1 LTR sequence (SEQ ID NO: 6) The nucleotide at the beginning or 5 'end of the (+) strand of 3) is defined as No. 1, The later or 3 'terminal nucleotide is defined as number 351.   FIG. 46 shows the nucleotide sequences of the six LTR clones. In the control clone A certain L100.8-1 (SEQ ID NO: 63) is shown in the upper row again. Sequences shown in bold are black Change in sequence when compared to the sequence of SEQ ID NO: L100.8-1 (SEQ ID NO: 63). You. The sequence shown in brackets in FIG. 46 is a very stable hair with a 14 base pair stem. The pin structure (12/14 bases in the stem are complementary) and control clone L100 . 8-1 (SEQ ID NO: 63) palindro capable of forming a 7 nucleotide loop This represents the sequence of the game. This hairpin structure is present in all six LTR clones, , Stem sequences and loop structures vary between clones.   The L46.16-10 sequence compared to the L100.8-1 sequence (SEQ ID NO: 63) (SEQ ID NO: 64) has seven substitutions and nucleotides 65-75 of SEQ ID NO: 63. It has one deletion consisting of the corresponding 11 nucleotides. The substitutions are as follows : C substituted by T at position 28 (C28T), C57T, G90A, C97T, G2 38A, G242A and G313A. L46.16-12 sequence (SEQ ID NO: 6) 5) is 7 substitutions and 11 nucleotides corresponding to nucleotides 65-75 of SEQ ID NO: 63. It has one deletion consisting of a nucleotide. The substitutions are as follows: C28T, C57T, G90A, C97T, A103G, G242A and G313A. L1 The 9.16-3 sequence (SEQ ID NO: 66) has two substitutions: A94C and A317T You. The LCEM / 251/12 sequence (SEQ ID NO: 67) has seven substitutions: G26A, G Has 72A, C97T, G258A, A281C, G313A and C316T You. The L36.8-3 sequence (SEQ ID NO: 68) has six substitutions: G60A, G172A. , G207A, G221A, T256C and C316T. C) Cleavage reaction conditions and CFLP of (−) chain of SIV LTRTManalysis   A double-stranded substrate corresponding to the SIV LTR sequence shown in SEQ ID NOs: Labeling on the (-) strand using R and a primer pair corresponding to SEQ ID NOs: 61 and 62 Was. The primer of SEQ ID NO: 62 ((-) strand primer) has a biotin label at the 5 'end. It included intellect. Perform PCR and isolate reaction products as described in section A) did.   The cleavage reaction was performed as follows. About 60 fds of dsDNA substrate in 6 μL of water The reaction tube was made up of The following reagents were added to the DNA: 5X CFLP with 150 mM KClTM 2 μL of buffer (pH 7.2) (giving a final concentration of 30 mM KCl) and Cleavase (Cleavase) ase)TMBN enzyme (25 ng in 1X dilution buffer). CleavaseTMInstead of BN enzyme And HTwoExcept for using 1 μL of O, the reaction tube containing all the above components was uncut or An enzyme-free control was performed. PTC-100 reaction tubeTMProgrammable Thermal Contro The DNA was denatured by heating in an ller (MJ Research. Inc.) at 95 for 10 seconds. Modification Next, the tube was quenched to 40 ° C. 2mM MnClTwo1 μL (to give a final concentration of 0.2 mM) In addition, the cleavage reaction started immediately. The tubes were incubated at 40 ° C. for 5 minutes. Stop The reaction was stopped by adding 6 μL of buffer. Heat the sample at 85 ° C for 30 seconds. 5 μL of the reaction was applied to a 12% polyacrylamide gel (19: 1 cross-link) and 0.5X Separation was achieved by electrophoresis using 7M urea in buffer containing TBE.   After electrophoresis, the gel plate was separated and treated with nylon as described in Example 8a. I put the membrane. The DNA was transferred to a membrane, the membrane was dried, and 0.2% blocking reagent (Boeh ringer Manheim): Wash in 0.2% SDS in 100 mM Tris-HCl, pH 7.4, 68 mM NaCl , Treated with 1X SAAP buffer, CDP-StarTMExample 8a by reacting with (Tropix) Exposure to X-ray film as described under. Figure 4 shows the resulting autoradiograph. FIG.   FIG. 47 shows the cleavage pattern corresponding to cleavage of the (−) strand of the double-stranded LTR substrate. . In FIG. 47, the lane indicated by “M” is a molecular weight marker (as described in Example 8). Prepared). Lanes 1-6 are L100.8-1, L46.16-10, L 46.16-12, L19.16-3, LCEM / 251/12 and L36.8. -3 shows cleavage products generated by cleavage of the LTR PCR fragment. Les Regions 7-12 are those of the six LTR substrates in the same order as described in Lanes 1-6. Includes each uncut control.   The results shown in FIG. 47 show the cleavage or CFLP corresponding to each LTR substrate.TMThe pattern is Size from about 350 nucleotides (uncleaved substrate) to less than 24 nucleotides Indicates that a plurality of bands are included. A bar located less than about 100 nucleotides in length Are different among the six clones, indicating that the different SIV LTR isolates Means a nucleotide change characteristic of CFLPTMTo consider patterns Thus, five unique cleavage patterns in six SIV LTR isolates It became clear that it was detected. From the DNA sequence data, six LTR clones Everything turned out to be unique. However, CFLPTMThe pattern is The clones shown in Regions 2 and 3 appeared to be the same.   CFLP generated by cleavage of the (-) chain of all six substratesTMThe pattern is about length Includes a strong band corresponding to a 100 nucleotide fragment. This band is the (-) chain 6 in the long palindromic sequence located 97 nucleotides from the 5 'end of Corresponds to cleavage of all three LTR substrates (see region in brackets in FIG. 46) . This palindromic sequence forms a very stable hairpin structure in single-stranded DNA And CleavaseTMProvides optimal substrates for BN enzymes. this Cleavage of the hairpin structure is expected to produce a fragment of about 100 nucleotides.   L46.16-10 which is the LTR substrate shown in lanes 2 and 3 (SEQ ID NO: 64) And L46.16-12 (SEQ ID NO: 65) were produced from the same animal using the same route of infection. (Trivedi, P. et al., Supra). These substrates are detectable Region other than a single base in the region corresponding to the cleavage site (ie, 100 nucleotides or less) With the same sequence: L46.16-10 clone (SEQ ID NO: 64) has SEQ ID NO: 63 G is changed to A at position 239 as compared to the control sequence shown in (G239A). By examining the DNA sequences of these two clones, this substitution was It is evident that it is located in the loop region of the pinned structure (in parentheses in FIG. 46). See palindrome region enclosed). A single base between these two sequences Is located in the loop region of the hairpin structure. Then different CFLPTMDNA secondary of two substrates enough to generate a pattern The structure may not have changed. Reactions that destabilize strong hairpin structures Detect single base differences between these two clones by changing conditions Will be able to do that.   The result shown in FIG.TMSix SIV L used in the study using the reaction Most (5/6 or 83%) of sequence diversity present in TR clones can be detected Indicates that Further, FIG.TMReaction seeks secondary structure of single-stranded nucleic acid It is a sensitive means for D) SIV LTR (+) chain cleavage reaction conditions and CFLPTManalysis   A double-stranded substrate corresponding to the SIV LTR sequence shown in SEQ ID NOs: 76-81 was synthesized using PC R and the primer pair corresponding to SEQ ID NOs: 74 and 75 on the (+) strand Labeled. The primer of SEQ ID NO: 61 ((+) strand primer) has a bio Included tin label. Perform PCR as described in section A) and generate the reaction. Was isolated. Cleavage reaction, electrophoresis and DNA visualization as described in section C) Was performed. The resulting autoradiograph is shown in FIG.   FIG. 48 shows the results corresponding to the cleavage products of the (+) strand of the six SIV LTR fragments. The following shows the pattern. Lanes indicated by "M" are molecular weight markers (described in Example 8). Prepared as described above). Lanes 1-6 are L100.8-1, L46.16- 10, L46.16-12, L19.16-3, LCEM / 251/12 and L 36.8-3 The cleavage products generated by cleavage of the LTR PCR fragment Show. Lanes 7-12 show six LTR groups in the same order as described in lanes 1-6. Includes each uncut control of quality.   As indicated by cleavage of the (-) chain of the LTR clone, the SIV LTR substrate CFLP corresponding to each (+) chainTMPatterns make most of a particular nucleotide substitution Includes unique properties that characterize it. For example, L46.16-10 (SEQ ID NO: 64) L46.16-12 (SEQ ID NO: 65) (lanes 2 and 3 in FIG. 48) has 11 nucleotides. Otide deletions can be easily detected. This deletion is one of the three Sp1 binding sites. Animals that have been removed and infected by low-dose rectal inoculation of the virus stock And characteristic changes in the predominant SIV genotype (Trivedi, P. et al., Supra). . (+) Of substrate from clones L46.16-10 and L46.16-12 CFLP generated by chain cleavageTMThe pattern is the same under these reaction conditions. Was.   The above results indicate that CFLPTMThe different strains (ie genotype) of the virus quickly It can be used as an effective means of identification. Virus or other The ability to rapidly identify specific strains of pathogenic organisms is clinically important. The above results Is CFLPTMTo provide a method for rapidly identifying strains or species using reactions. Is shown.                                 Example 20         Effect of changing salt concentration on cleavage reaction using single-stranded DNA substrate   In Example 11, when single-stranded DNA was used as a substrate, cleavedase ( Cleavase)TMShows that the reaction is not sensitive to large changes in reaction conditions Was done. In Example 11, the cleavage reaction was performed over a wide range of salt concentrations (0-50 mM KCl) and single-stranded It has been shown that this can be performed by using in combination with a substrate. In this embodiment Shows the effect of using other salts instead of KCl on cleavage using single-stranded DNA substrate. The reaction was examined. A) Effect of using NaCl instead of KCl in a cleavage reaction using a single-stranded template   The use of NaCl instead of KCl allows 5'nuclei on single-stranded DNA substrates. To examine the effect on the cleavage pattern created by creatase activity, The following experiment was performed. 1mM MOPS, pH8.2, 1mM MnClTwoAnd various amounts of NaCl A fixed amount of Cleavase in the impulseTMOne casting in the presence of BN enzyme (50ng) The mold was incubated.   157 nucleotide fragment from sense strand of exon 4 of tyrosinase gene (SEQ ID NO: 47: Prepared by the method of Example 8b) Approximately 100 fmoles were In a wall microcentrifuge tube (Perkin-Elmer, Norwalk, CT), 1X CFLPTMBuffer, pH 8.2 And 1.33 mM MnClTwo(Final concentration 1mM MnClTwoIn a volume of 15 μL. Last NaCl was added to a concentration of 0, 10, 20, 30, 40, 50, 75 or 100 mM. Final The reaction volume was 20 μL.   10mM MOPS, pH8.2, 1mM MnClTwoAnd tubes containing 100 fmoles of substrate DNA salt-free, Used as a control without enzyme (Cleavase)TMSterilized steam instead of BN Using distilled water, all reaction components were added before denaturation at 95 ° C).   The tube was heated at 95 ° C for 20 seconds and then quenched to 65 ° C. MnClTwo10mM MO not including PS, Cleavase in pH 8.2TMDilute enzyme mixture containing 1 μL of BN [1 X dilution buffer (0.5% NP40, 0.5% Tween 20, 20 mM Tris-HCl, pH 8.0, 50 mM KCl, 10 50 ng / μL in μg / ml BSA). Started.   After 5 minutes at 65 ° C., stop buffer (95% formamide, 10 mM EDTA, 0.05% bromide) (Phenol blue, 0.05% xylene cyanol) was added to stop the reaction. . The sample was heated at 72 ° C. for 2 minutes and each reactant was treated as described in Example 8a. 7 μL was applied to 10% polyacrylamide gel (19: 1 cross-linking) and 0.5 × TBE Were separated by electrophoresis using 7M urea in a buffer containing   After electrophoresis, the gel plate was separated and treated with nylon as described in Example 8a. I put the membrane. Transfer the DNA to the membrane, dry the membrane, and use streptavidin-alkaline 1X I-Block (Tropi) conjugated with phosphatase (United States Biochemical) x, Bedford, MA), washed, and CDP- as described in Example 8a. Reaction with StarTM (Tropix, Bedford, MA). However, membrane 1cmTwo0.01ml CD per P-StarTM was added. The membrane was exposed to X-ray film as described in Example 8a. FIG. 49 shows the obtained result.   In FIG. 49, the lane indicated by “M” is a molecular weight marker (as described in Example 8a). Prepared in this manner). Lane 1 contains a salt-free, enzyme-free control and was cleaved The figure shows the mobility of the template DNA not present. Lanes 2 to 9 are 0, 10, 20, 30 respectively Cleavase in a buffer containing 50, 40, 50, 75 or 100 mM NaClT M Includes reaction products incubated in the presence of BN enzyme.   The results shown in FIG. 49 indicate that the use of NaCl instead of KCl Cleavage pattern generated using tyrosinase DNA substrate of leotide (SEQ ID NO: 34) Has little or no effect on the application. KCl (Example) 13b, see FIG. 32) or NaCl (FIG. 49). With the NA substrate, the cleavage pattern depends essentially on the salt concentration Was observed. B) (NH) instead of KCl in the cleavage reaction using a single-stranded templateFour)TwoSOFourFor Effect   In a similar manner as described in section A) above, (NH) may be substituted for KCl.Four)TwoSOFourTo Using 5 'nuclease activity on a single-stranded DNA substrate The effect on the cleavage pattern was examined. The cleavage reaction is exactly as described in section A). Same but with different amounts of (NHFour)TwoSOFourWas used.   A 157 nucleotide fragment from the sense strand of exon 4 of the tyrosinase gene ( SEQ ID NO: 47: Prepared as in Example 8a) Approximately 100 fmoles in 500 μL of thin wall 1X CFLP in a microcentrifuge tube (Perkin-Elmer, Norwalk, CT)TMBuffer solution, pH 8.2 1.33mM MnClTwo(Final concentration 1mM MnClTwoIn a volume of 15 μL. Final darkness So that the degree is 0, 10, 20, 30, 40, 50, 75 or 100 mM (NHFour)TwoSOFourAdd Was. The final reaction volume was 20 μL.   10mM MOPS, pH8.2, 1mM MnClTwoAnd tubes containing 100 fmoles of substrate DNA salt-free, Used as a control without enzyme (Cleavase)TMSterilized steam instead of BN Using distilled water, all reaction components were added before denaturation at 95 ° C).   The tube was heated at 95 ° C for 20 seconds and then quenched to 65 ° C. MnClTwo10mM MO not including PS, Cleavase in pH 8.2TMDilute enzyme mixture containing 1 μL of BN [1 X dilution buffer (0.5% NP40, 0.5% Tween 20, 20 mM Tris-HCl, pH 8.0, 50 mM KCl, 10 The cleavage reaction is started by the immediate addition of 5 μL of 50 ng / ml in 50 mg / ml BSA). Was.   After 5 minutes at 65 ° C., the reaction was stopped by adding 16 μL of stop buffer. 72 samples Heat at 2 ° C. for 2 minutes and add 7 μL of each reaction to 10% as described in Example 8a. Polyacrylamide gel (19: 1 cross-linking) and 0.5X TBE in buffer Separated by electrophoresis using 7M urea.   After electrophoresis, the DNA was transferred to a membrane and detected as described above in section A). Profit The obtained autoradiograph is shown in FIG.   In FIG. 50, the lane indicated by “M” indicates the molecular weight marker described in Example 10a. Including. Lane 1 contains the enzyme-free control and shows the mobility of the uncleaved template DNA. Is shown. Lanes 2 to 9 show 0, 10, 20, 30, 40, 50, 75 or 100 mM, respectively ( NHFour)TwoSOFourIn a buffer containing CleavaseTMPresence of BN enzyme Includes reaction products incubated below.   The result shown in FIG.Four)TwoSOFourCleavage pattern is severe due to the presence of Indicates that it was inhibited. The reaction was performed at 20 mM (NHFour)TwoSOFourEven a small amount is perfect 10 mM (NHFour)TwoSOFourThe extent of the cleavage reaction in 50 mM K Cl or NaCl, comparable to that obtained with 0 mM (NHFour)TwoSOFourso It was significantly lower than that obtained. However, 10 mM (NHFour )TwoSOFourThe cleavage pattern obtained in (1) is a 157 nucleotide template (SEQ ID NO: 34). ) To (NHFour)TwoSOFourOr when incubated in the absence of KCl or NaCl This is the same as the cleavage pattern obtained in this case. This is because the choice of salts involved in the cleavage reaction is , CleavaseTMOf the site as a substrate recognized by the BN enzyme Indicates no effect on the properties (ie, the observed inhibitory effect is (NHFour)TwoSOFourEffect on the enzymatic activity and on the cleavage structure Absent). C) Effect of increasing KCl concentration on cleavage of single-stranded substrate   The effect of increasing the KCl concentration in the cleavage reaction using the single-stranded DNA The test was performed by performing a cleavage reaction at a KCl concentration in the range of 00 mM. Anti-cleavage The reaction was carried out as described in section A), but with 0, 25, 50, 75 or KCl was added to give a final concentration of 100 mM and 200 fmol of substrate was used. The substrate DNA was denatured by incubating at 95 ° C for 5 seconds.   After the cleavage reaction, the sample is subjected to electrophoresis as described above in section A), Transferred and detected. The resulting autoradiograph is shown in FIG.   In FIG. 51, the lane indicated by “M” contains the molecular weight marker described in Example 8a. No. Lane 1 is an enzyme-free control, and lanes 2-7 are 0, 25, and 50, respectively. , 75, 100 or 100 mM KCl (100 mM sample is repeated twice) ) In the presence of   The results shown in FIG. 51 show that the degree of cleavage of the cleavage reaction was low as a function of increasing KCl concentration. (Although detectable cleavage remained even at 100 mM KCl) ). In addition, the single-stranded substrate is converted to Cleavase.TMCleavage with BN enzyme The fragment pattern generated by the reaction is affected by the KCl concentration present during the reaction. I can't. D) Effect of high concentration KCl on cleavage reaction using single-stranded substrate   Cleavase with relatively high concentration of KClTMThe ability of the reaction is 1 By performing the cleavage reaction in the presence of various concentrations of KCl above 00 mM Tested. C) Derived from exon 4 of the tyrosinase gene as described above in section The reaction was performed using 157 nucleotides (SEQ ID NO: 34), KCl was added to give a final concentration of 50, 200, 250 or 300 mM .   After the cleavage reaction, the sample is subjected to electrophoresis as described above in section A), Transferred and detected. The results (data not shown) show that at KCl concentrations above 100 mM It shows that the cleavage reaction is severely inhibited. However, up to 300 mM KCl Even with increasing salt concentration, some cleavage remained. E) Effect of KCl on stability of cleavage pattern at long incubation times Effect of concentration   The above results are for CleavaseTMThe reaction is highly concentrated (ie, 50 m M or more) is inhibited by KCl or NaCl. This inhibition responds Does this effectively affect the stability of the cleavage pattern after extended time (ie, (For inhibition of enzyme activity) at 0 and 50 mM KCl The reaction was tested for an extended time.   A 157 nucleotide fragment from the sense strand of exon 4 of the tyrosinase gene ( SEQ ID NO: 47: Prepared by the method of Example 10a) Approximately 100 fmoles In a wall microcentrifuge tube (BioRad, Richmond, CA), 1X CFLPTMBuffer solution, pH 8.2, 1 .33mM MnClTwo(Final concentration 1mM MnClTwoAnd KCl to give a final concentration of 0 or 50 mM Was put. Final reaction volume was 20 μL.   For each time point tested, a control reaction without enzyme was prepared in parallel. this These enzyme-free controls were prepared as described above. However, Cleavase (Cleava se)TMUse sterile distilled water instead of BN and add all reaction components prior to denaturation at 95 ° C. I got it.   The tube was heated at 95 ° C for 20 seconds and then quenched to 65 ° C. MnClTwo10mM MO not including PS, Cleavase in pH 8.2TMDilute enzyme mixture containing 1 μL of BN [1 X dilution buffer (0.5% NP40, 0.5% Tween 20, 20 mM Tris-HCl, pH 8.0, 50 mM KCl, 10 cleavage reaction by immediately adding 5 μL of 50 ng / ml in 50 μg / ml BSA) did. After enzyme addition, add Chill Out 14 to each tube.TM(MJ Research, Watertown, MA) 20μ L was added. The reaction was carried out at 65 ° C. for 5 minutes, 30 minutes, 1 hour, 2 hours, 4 hours and 17 hours. Time went.   At the desired time, the reaction was stopped by adding 16 μL of stop buffer. Sample at 72 ° C And 7 μL of each reaction as described in Example 8a. Liacrylamide gel (19: 1 cross-linking) and 7 in a buffer containing 0.5X TBE Separated by electrophoresis using M urea.   After electrophoresis, the DNA was transferred to a membrane and detected as described above in section A). Profit The obtained autoradiograph is shown in FIG.   In FIG. 52, the lane indicated by “M” indicates the molecular weight marker described in Example 10a. Including. Lanes 1-10 contain the reaction products performed in the absence of KCl and 1-20 contain the reaction products performed in the presence of 50 mM KCl. Lane 1, 3, 5, 7 and 9 are 5 minutes, 30 minutes, 1 hour, 2 hours, 4 hours and 17:00 Includes enzyme-free control incubated for 10 min. Lanes 2, 4, 6, 8, and 10 Incubate at 65 ° C for 5 minutes, 30 minutes, 1 hour, 2 hours, 4 hours and 17 hours, respectively. Includes baked reaction products. Lanes 11, 13, 15, 17, and 19 5 minutes, 30 minutes, 1 hour, 2 hours, 4 hours and 17 hours, respectively, in 50 mM KCl Includes enzyme-free control incubated with. Lanes 12, 14, 16, 18 and 20, 5 minutes, 30 minutes, 1 hour, 2 hours, 4 hours, and 17 hours at 65 ° C. , CFLP incubated in 50 mM KClTMContains the reaction products of the reaction.   The results indicate that cleavage is delayed in the presence of 50 mM KCl, Significant stabilization of the cleavage pattern was obtained (i.e., the rate of cleavage was dramatically reduced). And the large cleaved fragment was not cleaved into smaller fragments, Over time, the cleavage pattern remained the same). Incubation time Longer, reactions performed in the absence of KCl were significantly overdigested and at 65 ° C. After time, virtually no large fragments remain and considerable accumulation of small cleavage products I do. In contrast, reactions performed at 50 mM KCl for 30 minutes to 4 hours Is substantially stable between the two, and overdigestion is observed only at the longest time points, to the extent Not as much as observed in the absence of KCl.                                 Example 21     Comparison of cleavage patterns generated by cleavage of single-stranded and double-stranded DNA substrates   CleavaseTMBN-mediated double-stranded DNA substrate In immersion-independent cleavage, DNA double strands are separated during the denaturation step before the addition of the enzyme. Separated. Therefore, the pattern generated by cleavage of the double-stranded template is It should be the same as the pattern caused by the crack. This estimation is based on the following experiment. I confirmed.   A 157 nucleotide fragment derived from the sense strand of exon 4 of the tyrosinase gene The single-stranded substrate (SEQ ID NO: 34) was prepared by the method described in Example 10b with the following modifications: Prepared. After gel purification and precipitation in the presence of a glycogen carrier, the PCR product is Resuspend in TE (10 mM Tris-HCl, pH 8.0, 1 mM EDTA) and add 2M NHFourOAc and Reprecipitated with 2.5 volumes of ethanol. Next, resuspend the DNA in 400 μL of TE did.   About 50 or 100 fmol of a single-stranded 157 nucleotide fragment (SEQ ID NO: 47) 1X CFLP in a 200 μL centrifuge tube (BioRad, Richmond, CA).TMBuffer, pH 8.2 , And 1.33 mM MnClTwo(Final concentration 1mM MnClTwoIn a volume of 15 μL. Final reaction volume was 20 μL. 20 μL of salt-free, enzyme-free control in parallel Prepared. These control reactions were CleavaseTMInstead of BN enzyme And sterile distilled water, and all reaction components were added prior to denaturation at 95 ° C.   The reaction tube was heated at 95 ° C. for 5 seconds and then quenched to 65 ° C. MnClTwo10mM not including Cleavase in MOPS, pH 8.2TMDilute enzyme mixture containing 1 μL of BN [ 1X dilution buffer (0.5% NP40, 0.5% Tween 20, 20 mM Tris-HCl, pH 8.0, 50 mM KCl, 1 50 ng / μL in 0 μg / ml BSA) by immediately adding 5 μL. Started. After 5 minutes at 65 ° C., the reaction was stopped by adding 16 μL of stop buffer.   In the same experiment, a double-stranded form of a 157-nucleotide substrate was cleaved from Cleavase. )TMCleavage with BN. This double-stranded substrate (SEQ ID NO: 27) was implemented with the following modifications: Prepared as described in Example 8b. Gel purification and precipitation in the presence of glycogen carrier Thereafter, the PCR product was resuspended in TE (10 mM ris-HCl, pH 8.0, 1 mM EDTA) and M NHFourReprecipitated with OAc and 2.5 volumes of ethanol. Next, the DNA is TE Resuspended in 400 μL.   About 33 or 66 fmol of the double-stranded 157 bp fragment (SEQ ID NO: 27) was L in a thin-walled microcentrifuge tube (BioRad, Richmond, CA). 15 sterile distilled water μL was added.   The reaction tube was heated at 95 ° C. for 5 seconds and then quenched to 65 ° C. 10mM MOPS, pH 8.2, 0. 8mM MnClTwo(Final concentration 10 mM MOPS, pH 8.2 and 0.2 mM MnClTwoDiluent yeast containing 5 μL of elemental mixture and CleavaseTMBN [1X dilution buffer (0.5% NP40 , 0.5% Tween 20, 20 mM Tris-HCl, pH 8.0, 50 mM KCl, 10 μg / ml BSA) [μL] The cleavage reaction was started immediately by adding 0.5 μL. Salt free, enzyme 20 μL of a double-stranded substrate control without any was prepared in parallel. Cleavage to this reaction Ze (Cleavase)TMContains sterile distilled water instead of BN enzyme.   After 5 minutes at 65 ° C., the reaction was stopped by adding 16 μL of stop buffer. The sample was then heated at 72 ° C. for 2 minutes and the reaction product was prepared as described in Example 8a. Contains 10% polyacrylamide gel (19: 1 cross-linking) and 0.5X TBE Separation was achieved by electrophoresis using 7M urea in buffer.   After electrophoresis, the gel plate was separated and analyzed on a Nylon gel as described in Example 10a. The film was put on. Transfer the DNA to the membrane, dry the membrane, and use streptavidin-alkaline 1-X I-Block (Tro) conjugated with a reactive phosphatase (United States Biochemical) pix, Bedford, MA), washed, and as described in Example 20a. CDP-StarTM(Tropix, Bedford, MA) and exposed the film to X-ray film . FIG. 53 shows the obtained result.   In FIG. 53, lanes 1-3 contain reaction products from reactions involving single-stranded substrates. , Lanes 4-7 contain the reaction products from the reaction involving the double-stranded substrate. Lane 1 and And 3 are reactions from cleavage reactions containing 50 or 100 fmol of single-stranded substrate, respectively. Contains 7.0 μL of product. Lane 2 shows 7.0 μL of uncleaved single-stranded substrate control reaction. including. Lanes 4 and 6 show 33 and 66 fmoles of uncleaved double-stranded substrate, respectively. Contains 7.0 μL of the control reaction. Lanes 5 and 7 show 33 or 66 fmoles, respectively. Contains 7.0 μL of reaction product from a cleavage reaction involving a double-stranded substrate. Uncut double strand Note that the control is shown as a double line below the main band containing the 157 bp substrate. I want to be reminded. This doublet has different mobilities rather than degradation products It is believed to represent another structure that moves. This doublet was purified from denaturing gel It does not appear in experiments using double-stranded DNA (see Example 22).   Comparison of the cleavage patterns generated by cleavage of single-stranded or double-stranded substrates indicates that It was shown that the same pattern occurred.                                 Example 22       Cleavase using double-stranded DNA templateTMThe reaction is                   Sensitive to large changes in reaction conditions   The results shown in Example 11 indicate that CleavaseTMReaction is MnClTwoPassing And KCl concentration, temperature, incubation time, vase)TMFor significant changes in many reaction conditions, including the amount of BN enzyme and the DNA preparation, And was relatively insensitive. The results shown in Example 11 show that the single-stranded substrate Using CleavaseTMWhen performing the reaction, This shows that the reaction is extremely stable. In the experiments described below, double-stranded substrate This indicates that the cleavage is limited to a rather narrow range of reaction conditions. A) Preparation of a double-stranded 157 bp fragment of exon 4 of the tyrosinase gene   In the following experiments, the double-stranded DNA template was converted to Cleavase.TMFor reaction Test the effect of changing reaction conditions when The double-stranded substrate used is wild 157 bp fragment of the tyrosinase gene (SEQ ID NO: 27). This 157 The bp fragment was generated using the symmetric PCR described in Example 8b. Briefly state And about 75 fmoles of double-stranded substrate DNA were combined with primer 5 'in 1X PCR buffer. Biotin-GCCTTATTTTACTTTAAAAAT-3 '(SEQ ID NO: 32 ) 50 pmol, primer 5 'fluorescein-TAAAGTTTTGTGTT 50 pmol of ATCTCA-3 '(SEQ ID NO: 33), and 50 mM of each dNTP. Incubated together. A tube containing 95 μL of the above mixture was heated at 95 ° C. for 5 seconds. , Cooled to 70 ° C. Taq DNA polymerase in IX PCR buffer 5 μL of the enzyme mixture containing 25 units was added. Chill Out 14 for each tubeTM(MJ Res earch, Watertown, MA) was added.   The tube was heated at 95 ° C for 45 seconds, cooled at 50 ° C for 45 seconds, and heated at 72 ° C for 75 seconds. Was repeated for 30 cycles and incubated at 72 ° C. for 5 minutes after the last cycle. Was. The reaction was then ethanol precipitated to reduce the volume of gel purification. NaC 1 to a final concentration of 400 mM and glycogen (in distilled water) to a final concentration of 20 mM. Added to 0 μg / ml. Add 2.5 volumes of 100% ethanol to each tube. Cooled at -70 ° C for 2.5 hours. Pellet DNA and sterilize 1/5 volume of original Resuspended in distilled water.   The PCR product was gel purified as follows. Add an equal volume of stop buffer to each tube In addition, the tube was heated at 72 ° C. for 2 minutes. The product was subjected to a 6% denaturing polyacrylamide gel ( 19: 1 cross-linking) and 7 mM in a buffer containing 45 mM Tris-boric acid, pH 8.3 and 1.4 mM EDTA. Separation was performed by electrophoresis using M urea. Visualize the DNA with ethidium bromide staining, A 157 bp fragment was excised from the gel. Gels as described in Example 8a DNA was eluted from the rice by passive diffusion. However, diffusion takes place at room temperature for 2 days I let you. The DNA was then added in the presence of 200 mM NaCl without adding carrier molecules. Settled. The DNA was pelleted and resuspended in 150 μL TE. B) Effect of KCl concentration on double-strand cleavage reaction   To examine the effect of salt concentration on the cleavage reaction when using double-stranded substrates, 10mM MOPS, pH7.5, 0.2mM MnClTwoAnd various buffers containing 0-100 mM KCl Medium fixed amount of CleavaseTMOne substrate in the presence of BN enzyme (25ng) Incubated.   A 157 bp fragment from exon 4 of the tyrosinase gene (SEQ ID NO: 27: A) Approximately 100 fmol was prepared in a 200 μL thin-walled microcentrifuge tube (BioR). ad, Richmond, CA) in 6.25 μL of sterile distilled water (final reaction volume 10 μL) I put it in. The tube was heated at 95 ° C for 15 seconds and quenched to 45 ° C. 2.7X CFLPTMBuffer Solution, pH 7.5 (to give a final concentration of 1X), 0.53 mM MnClTwo(Giving a final concentration of 0.2 mM), CleavaseTMBN [1X dilution buffer (0.5% NP40, 0.5% Tween20, 20 mM 50 ng / μL in Tris-HCl, pH 8.0, 50 mM KCl, 10 μg / ml BSA) 5 μL and final concentration Enzyme mixture 3 containing KCl giving 0, 2.5, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 50 or 100 mM The cleavage reaction was started by adding .75 μL. Final reaction volume is 10 μL there were. The enzyme solution was at room temperature before adding to the cleavage reaction. Contains no enzymes An uncut) control was prepared in parallel with 0 or 100 mM KCl, which was cleaved Cleavase)TMThe difference was that sterile distilled water was used instead of BN.   After 5 minutes at 45 ° C., the reaction was stopped by adding 8 μL of stop buffer. 72 samples 2 minutes at 4 ° C. and 4 μL of each reaction was loaded on a 10% polyacrylamide gel (19: 1 crosslink) and 7M urea in buffer containing 0.5X TBE. And separated.   After electrophoresis, the gel plate was separated and treated with nylon as described in Example 8a. I put the membrane. Transfer the DNA to the membrane, dry the membrane and add 1X I-Block blocking buffer. Wash, wash and expose membrane to X-ray film as described in Example 20a. Although light was emitted, washing with distilled water was omitted. FIG. 54 shows the obtained autoradiograph. Shown in   In FIG. 54, the lane indicated by "M" contains a molecular weight marker. Lane 1 is 0 mM KC 1 shows the mobility of uncleaved template DNA, including the uncleaved control in l. Lane 2-1 1 is a buffer containing 0, 2.5, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 50 or 100 mM KCl, respectively. Inside, CleavaseTMIncubate the substrate in the presence of the BN enzyme And the reaction products generated by the reaction. Lane 12 shows the ink in a buffer containing 100 mM KCl. Includes an uncut control that has been developed.   The results shown in FIG. 54 show the results of Cleavase performed on the double-stranded DNA template. )TMThe reaction was shown to be sensitive to changes in salt concentration. Containing more than 30 mM KCl Upon reaction, substantially no cleavage was detected. 157 bp tyrosinase DNA substrate (SEQ ID NO: 27) was replaced with Cleavase.TMIncubate with BN enzyme In some cases, the same cleavage pattern was obtained even when the KCl concentration was varied from 0 to 30 mM. C) Effect of NaCl concentration on double-strand cleavage reaction   The use of NaCl instead of KCl for the 5'nucleic acid on double-stranded DNA substrates The effect on the cleavage pattern created by creatase activity was tested. Firshi 157 bp fragment from exon 4 of the enzyme gene (SEQ ID NO: 40: Example 22a Approximately 100 fmol was prepared in a 200 μL thin-wall microcentrifuge tube (BioRad , Richmond, CA) in 6.25 μL of sterile distilled water (final reaction volume 10 μL). And heated at 95 ° C. for 15 seconds. The tube was quenched to 45 ° C. 2.7X CFLPTMBuffer, p H7.5 (giving a final concentration of 1X), 0.53 mM MnClTwo(Giving a final concentration of 0.2 mM), cleave Alease (Cleavase)TMBN [1X dilution buffer (0.5% NP40, 0.5% Tween20, 20 mM Tris -HCl, pH8.0, 50 mM KCl, 50 ng / μL in 10 μg / ml BSA)] 0.5 μL and final concentration 0 Enzyme mixture with NaCl to give 2.5, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 50 or 100 mM 3.7 The cleavage reaction was started by adding 5 μL. Final reaction volume is 10 μL. Was. An enzyme-free (ie, uncleaved) control was prepared in parallel with 0 or 100 mM NaCl. , This is CleavaseTMThe difference is that sterile distilled water is used instead of BN. I was   After incubating the reaction at 45 ° C. for 5 minutes, 8 μL of stop buffer was added to stop the reaction. Stopped. The sample was heated at 72 ° C. for 2 minutes and 4 μL of each reaction was added to 10% 7M urine in a buffer containing acrylamide gel (19: 1 cross-linking) and 0.5X TBE Separation was carried out by electrophoresis using element.   After electrophoresis, the gel plate was separated and treated with nylon as described in Example 8b. I put the membrane. Transfer the DNA to the membrane, dry the membrane and add 1X I-Block blocking buffer. Wash, wash and expose membrane to X-ray film as described in Example 20a. Although light was emitted, washing with distilled water was omitted. FIG. 55 shows the obtained autoradiograph. Shown in   In FIG. 55, the lane indicated by "M" contains a molecular weight marker. Lane 1 contains 0 mM Na An uncleaved template DN containing an enzyme-free control incubated in a buffer containing Cl A shows the mobility of A. Lanes 2-11 are 0, 2.5, 5, 10, 15, 20, 25, 3 respectively. Cleavase in a buffer containing 0, 50 or 100 mM NaClTMBN enzyme Reaction product resulting from cleavage of a 157 bp substrate (SEQ ID NO: 27) in the presence of No. Lane 12 shows enzyme-free pairs incubated in a buffer containing 100 mM NaCl. Including light.   The results shown in FIG. 55 show the results for Cleavase performed on the double-stranded DNA template. )TMThe reaction was shown to be sensitive to changes in NaCl concentration. Actual above 20 mM NaCl No cleavage was qualitatively detected. 157 bp tyrosinase DNA template (SEQ ID NO: No. 27) CleavaseTMWhen incubating with BN enzyme, The same cleavage pattern was obtained even when the concentration of NaCl varied from 0 to 20 mM. D) (NH) instead of KCl in the cleavage of the double-stranded templateFour)TwoSOFourThe effect of using   In a similar manner as described in Example 20b, the cleavage reaction when using a double-stranded substrate In response to (NH) instead of KClFour)TwoSOFourTested that can be used . The cleavage reaction was exactly the same as described in Examples 22b and c, but with KCl or Various amounts of (NHFour)TwoSOFourWas used.   A 157 bp fragment from exon 4 of the tyrosinase gene (SEQ ID NO: 40: A) Approximately 100 fmol) were prepared in a 200 μL thin-walled microcentrifuge tube (prepared as described in 6.25 μL of sterile distilled water (final reaction volume 10 μL) in BioRad, Richmond, CA ) And heated at 95 ° C. for 15 seconds. The tube was quenched to 45 ° C.   2.7X CFLPTMBuffer, pH 7.5 (to give a final concentration of 1X), 0.53 mM MnClTwo(Final concentration 0.2 mM), CleavaseTMBN [1X dilution buffer (0.5% NP40, 0.5% % Tween 20, 50 mM Tris-HCl, pH 8.0, 50 mM KCl, 50 μg / ml in 10 μg / ml BSA] Give 0.5 μL and final concentration 0, 2.5, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 50 or 100 mM (NHFour )TwoSOFourThe cleavage reaction was started by adding 3.75 μL of an enzyme mixture containing Most The final reaction volume was 10 μL. 0 or 100 controls without enzyme (ie, uncleaved) mM (NHFour)TwoSOFourPrepare in parallel with this, this is CleavaseTMInstead of BN Using sterile distilled water.   After incubating the reaction at 45 ° C. for 5 minutes, 8 μL of stop buffer was added to stop the reaction. Stopped. The sample was heated at 72 ° C. for 2 minutes and 4 μL of each reaction was added to 10% 7M urine in a buffer containing acrylamide gel (19: 1 cross-linking) and 0.5X TBE Separation was carried out by electrophoresis using element.   After electrophoresis, the gel plate was separated and treated with nylon as described in Example 8b. I put the membrane. Transfer the DNA to the membrane, dry the membrane and add 1X I-Block blocking buffer. Wash, wash and expose membrane to X-ray film as described in Example 20a. Although light was emitted, washing with distilled water was omitted. FIG. 56 shows the obtained autoradiograph. Shown in   In FIG. 56, the lane indicated by "M" contains a molecular weight marker. Lane 1 shows 0 mM (NHFour )TwoSOFourUncleaved substrate, including no enzyme control, incubated in buffer containing Shows the mobility of DNA. Lanes 2-11 are 0, 2.5, 5, 10, 15, 20, 2 respectively. 5, 30, 50 or 100 mM (NHFour)TwoSOFourIn a buffer containing CleavaseT M Includes reaction products that result from incubating the substrate in the presence of the BN enzyme. lane 12 is 100 mM (NHFour)TwoSOFourIncludes no enzyme control incubated in buffer containing No.   The results shown in FIG. 56 are for Cleavase.TMThe reaction is (NHFour)TwoSOFourThe presence of Is severely inhibited by 15 mM (NHFour)TwoSOFourThe reaction is complete even with a small amount Totally inhibited, 5 mM (NHFour)TwoSOFourOf the cleavage reaction at 20 mM KCl Degree is almost the same as 0 mM (NHFour)TwoSOFourConsiderably lower than the degree of cleavage obtained in Was. However, 5 mM (NHFour)TwoSOFourThe cleavage pattern obtained usingFour)TwoSOFourof Incubation of 157 bp substrate in the absence or in KCl or NaCl Is the same as the cleavage pattern observed in CleavaseTM The choice of salt involved in the reaction does not affect the nature of the site recognized by the enzyme. Suggest that E) Temporal change of double-strand cleavage reaction   To determine how fast the double-strand cleavage reaction is completed, a single substrate A fixed amount of CleavaseTMInks at various times in the presence of BN enzyme Was added. A 157 bp fragment of exon 4 of the tyrosinase gene (SEQ ID NO: 4) 0: Prepared by the method of Example 22a) Approximately 100 fmoles were Place in a heart tube (BioRad, Richmond, CA) in a volume of 6.25 μL in sterile distilled water. Was. The tube was heated at 95 ° C for 15 seconds and quenched to 45 ° C as described in section B).   2.7X CFLPTMBuffer, pH 7.5 (to give a final concentration of 1X), 0.53 mM MnClTwo(Final concentration 0 .2mM), CleavaseTMBN [1X dilution buffer (0.5% NP40,0 50 ng / μL in 0.5% Tween 20, 20 mM Tris-HCl, pH 8.0, 50 mM KCl, 10 μg / ml BSA) The cleavage reaction was initiated by adding 3.75 μL of the enzyme mixture containing 0.5 μL. . Final reaction volume was 10 μL. Parallel with no enzyme (ie, uncleaved) control And stopped at 5 or 120 minutes, this was Cleavase )TMThe difference was that sterile distilled water was used instead of BN.   The cleavage reaction was stopped by adding 8 μL of stop buffer at the following times: : 5 seconds, 1, 2, 5, 10, 15, 20, 30, 60 or 120 minutes. The sample Heat at 72 ° C. for 2 minutes and apply 4 μL of each reaction to a 10% polyacrylamide gel (1 9: 1 cross-linking) and 7X urea in buffer containing 0.5X TBE Therefore, they were separated.   After electrophoresis, the gel plate was separated and treated with nylon as described in Example 8b. I put the membrane. Transfer the DNA to the membrane, dry the membrane and add 1X I-Block blocking buffer. Wash, wash and expose membrane to X-ray film as described in Example 20a. Although light was emitted, washing with distilled water was omitted. FIG. 57 shows the obtained autoradiograph. Shown in   In FIG. 57, lane 1 contains an enzyme-free control incubated at 45 ° C. for 5 minutes. Shows the mobility of uncleaved template DNA. Lanes 2-10 are 5 seconds, 1, 2, 5, 10, 15, 20, 30, 60 (1 hour) or 120 minutes (2 hours) CleavaseTMProduced by incubating substrate in the presence of BN enzyme Includes cleavage fragments. Lane 11 shows the enzyme after incubation at 45 ° C. for 120 minutes. Includes no control.   The results shown in FIG. 57 are for Cleavase.TMMediated by the BN enzyme This indicates that cleavage of the double-stranded DNA template is rapid. Completely cleaved within one minute And is substantially complete. Example of cleavage of single-stranded DNA template (Example 1 Unlike 1c), a very slight cleavage is detected after 5 seconds. This reaction does not It contained 1/10 of the enzyme used in the reaction described in Example 11c. further, Incubation of single-strand cleavage reaction for a long time increases the number of short-cleaved fragments. (Example 20e), however, the sig- Null disappeared completely (FIG. 57, lane 10). The result is probably that the reassociated chains May be due to enzymatic cleavage of a 5 'biotin molecule from E. coli. This result is Regardless of whether the reaction is carried out for 1 minute or 30 minutes, the cleavage of double-stranded DNA It is therefore important to show that the same cleavage pattern occurs. Ie Even if the incubation time is 30 times, the complete cleavage product (ie C), and therefore a double-stranded CFLPTMIncubation in reaction You don't need to control the exact time.   The results shown in FIG. 58 include the time course of cleavage reactions performed at various enzyme concentrations. H A double-stranded 157 bp fragment of exon 4 of the rosinase gene (SEQ ID NO: 27) 0 fmol was lysed in a 200 μL thin-walled microcentrifuge tube (BioRad, Richmond, CA). Bacteria were placed in a volume of 6.25 μL in distilled water. Tubes were placed in 9 as described in Example 22b. Heated at 5 ° C for 15 seconds and quenched to 45 ° C. 2.7X CFLPTMBuffer, pH 7.5 (final concentration 1 X), 0.53 mM MnClTwo(To give a final concentration of 0.2 mM), Cleavase )TMBN [1X dilution buffer (0.5% NP40, 0.5% Tween 20, 20 mM Tris-HCl, pH 8.0, 50m 50, 100, 200 or 500 ng / μL in M KCl, 10 μg / ml BSA) Give 25, 50, 100 or 250 ng elementary] 3.75 μL of enzyme mixture containing 0.5 μL To initiate the cleavage reaction. Final reaction volume was 10 μL. Enzyme-free A control was prepared in parallel, which was Cleavase.TMSterilization instead of BN The difference was that distilled water was used and stopped after 1 minute at 45 ° C.   After 5 seconds or 1 minute, the cleavage reaction was stopped by adding 8 μL of stop buffer. The sample was heated at 72 ° C. for 2 minutes and 4 μL of each reaction was added to 10% polyacrylamide. Use 7M urea in buffer containing Dogel (19: 1 cross-linking) and 0.5X TBE Separated by electrophoresis.   After electrophoresis, the gel plate was separated and treated with nylon as described in Example 8b. I put the membrane. Transfer the DNA to the membrane, dry the membrane and add 1X I-Block blocking buffer. Wash, wash and expose membrane to X-ray film as described in Example 20a. Although light was emitted, washing with distilled water was omitted. FIG. 58 shows the obtained autoradiograph. Shown in   In FIG. 58, the lane indicated by "M" contains the molecular weight marker described in Example 8a. . Lane 1 contains the no enzyme control. Lanes 2 and 3 each have 25 ng of CleavaseTMReaction products generated by cleavage of substrate in the presence of BN enzyme. Contained product, reaction in lane 2 stopped after 5 seconds and in lane 3 after 1 minute . Lanes 4 and 5 are 50 ng each of Cleavase.TMBN enzyme The reaction in lane 4 for 5 seconds, including the reaction product resulting from cleavage of the substrate in the presence of Later, in lane 5, it stopped after 1 minute. Lanes 6 and 7 are 10 0 ng of CleavaseTMProduced by cleavage of substrate in the presence of BN enzyme The reaction in lane 6 stopped after 5 seconds and in lane 7 after 1 minute Stopped. Lanes 8 and 9 each contain 250 ng of Cleavase (Cleava se)TMLane 8 contains the reaction products generated by cleavage of the substrate in the presence of the BN enzyme. Was stopped after 5 seconds, and in Lane 9 after 1 minute.   The results shown in FIG. 58 show that the double-stranded DNA cleavage rate increased with increasing enzyme concentration. To do so. As the enzyme concentration increased, the amount of uncleaved DNA remaining after one minute Note that it decreases accordingly. As shown below, in FIG. The enzyme concentration involved has no effect on the resulting cleavage pattern. 250 ng Reaction (FIG. 58, lanes 8 and 9) and the short digestion described in Example 11c. When compared, the amount of enzyme is very small, rather than the nature of the substrate, whether it is double-stranded or single-stranded. It suggests controlling the degree of initial cleavage. F) Temperature titration of double-strand cleavage reaction   To determine the effect of temperature changes on cleavage patterns, the tyrosinase gene 157 bp fragment of exon 4 of SEQ ID NO: 27 (SEQ ID NO: 27) Cleavase)TMIncubated for 5 minutes at various temperatures in the presence of BN enzyme. Substrate DN A About 100 fmol (prepared as described in Example 22a) was added to 200 μL of a thin-walled micro Place in a centrifuge tube (BioRad, Richmond, CA) in a volume of 6.25 μL in sterile distilled water. Was. The tube was heated at 95 ° C. for 15 seconds and 37, 40, 45, 50, 55, 60, 65, Cooled to either 70, 75 or 80 ° C. 2.7X CFLPTMBuffer solution, pH 7.5 (final Concentration 1X), 0.53mM MnClTwo(Final concentration 0.2mM MnClTwo), Cree CleavaseTMBN [1X dilution buffer (0.5% NP40, 0.5% Tween20, 20 mM Tr 50 ng / μL in is-HCl, pH 8.0, 50 mM KCl, 10 μg / ml BSA) The cleavage reaction was started by adding 3.75 μL of the mixture. Enzyme mixture While keeping a small amount of the individual enzyme mixture at room temperature before adding it to the reaction. I got it. At the end of the experiment, a second reaction was performed at 37 ° C, which may have occurred during the experiment. No loss of enzyme activity was controlled. An enzyme-free control was prepared in parallel, CleavaseTM37 ° C or 80 ° C using sterile distilled water instead of BN They differed in that they were incubated at different times. Add 8 μL of stop buffer To stop the reaction.   The sample was heated at 72 ° C. for 2 minutes and 5 μL of each reaction was added to 10% polyacrylic acid. Using midgel (19: 1 cross-linking) and 7M urea in buffer containing 0.5X TBE Separation by electrophoresis.   After electrophoresis, the gel plate was separated and treated with nylon as described in Example 8b. I put the membrane. Transfer the DNA to the membrane, dry the membrane and add 1X I-Block blocking buffer. Wash, wash and expose membrane to X-ray film as described in Example 20a. Although light was emitted, washing with distilled water was omitted. FIG. 59 shows the obtained autoradiograph. Shown in   In FIG. 59, the lane indicated by "M" contains the molecular weight marker described in Example 8a. . Lane 1 contains the enzyme-free control after 5 minutes incubation at 37 ° C. Leh Incubations 2 and 3 were incubated at 37 ° C., performed at the beginning and end of the experiment, respectively. Including reactions. Lanes 4-13 are 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, Includes reactions incubated at 75 or 80 ° C [2 samples at 80 ° C RU: Chill Out 14TM(MJ Research, Watertown, MA) not covered Second, after adding the enzyme mixture, Chill Out 14TM20 μL]. Lane 14 Contains an enzyme-free control incubated at 80 ° C. for 5 minutes.   FIG. 59 shows that double-stranded DNA substrate cleavage proceeds most efficiently at low temperatures. . In the range of 37 ° C to 60 ° C, the cleavage signal responds to the incubation temperature. And the pattern distribution changed smoothly. Some cleavage products can be used to Others were much more pronounced at low temperatures, while others appeared only at a low temperature. Many Minutes, Cleavase at one end of the temperature rangeTMA substrate for the BN enzyme Some structures may not be suitable at the other end. Cleavage structure, as expected Due to the melting of the structure, the generation of cleavage fragments gradually decreased in the hottest region. 7 Above 0 ° C., cleavage products are limited to small fragments, which may be due to large denaturation of the substrate To do that. When using long DNA (350-1000 nucleotides) Was found to produce a useful cleavage pattern up to 75 ° C.   These results indicate that cleavage reactions can be performed over a fairly wide range of temperatures using double-stranded DNA substrates. Can be implemented. As in the case of the single-strand cleavage reaction, two It is important that the chains can be cleaved. Single strong secondary structure governs cleavage pattern Changes in bases do not result in instability and thus hinder the detection of mutations. Therefore The use of high temperatures can cause these rigid structures to be on the verge of instability, and The effect of various changes can be maximized to reveal differences in cleavage patterns. Ma This result can lead to block drift and other equipment parts heating in useful temperature ranges. Changes in the reaction temperature do not result in a large change in the cleavage pattern. It also shows that G) Cleavase in double-strand cleavage reactionTMTitration of BN enzyme   Cleavase in double-strand cleavage reactionTMEffect of concentration change of BN enzyme The fruit was tested. A 157 bp fragment of exon 4 of the tyrosinase gene (SEQ ID NO: 2) 7: Prepared as described in Example 22a) Approximately 100 fmol was added to 200 μL 2. Place in a centrifuge tube (BioRad, Richmond, CA) at a volume of 6.25 μL in sterile distilled water. Was. The tube was heated at 95 ° C for 15 seconds and quenched to 45 ° C.   2.7X CFLPTMBuffer, pH 7.5 (to give a final concentration of 1X), 0.53 mM MnClTwo(Final concentration 0.2 mM MnClTwo), CleavaseTMBN [1X dilution buffer (0.5% NP4 2,10% in 0, 0.5% Tween 20, 20 mM Tris-HCl, pH 8.0, 50 mM KCl, 10 μg / ml BSA) , 50, 100, 200 or 500 ng / μL, which means that the amount of enzyme added to the reaction is 1, 5, 10, Give 25, 50, 100 or 250 ng] 3.75 μl of enzyme mixture containing 0.5 μl Initiated the cleavage reaction. An enzyme-free control was prepared in parallel, CleavaseTMThe difference is that a IX dilution buffer is used instead of BN. After 5 minutes at 45 ° C., the cleavage reaction was initiated by adding 8 μL of stop buffer. Stopped. The sample was heated at 72 ° C. for 2 minutes and 4 μL of each reaction was added to 10% 7M urine in a buffer containing acrylamide gel (19: 1 cross-linking) and 0.5X TBE Separation was carried out by electrophoresis using element.   After electrophoresis, the gel plate was separated and treated with nylon as described in Example 8b. I put the membrane. Transfer the DNA to the membrane, dry the membrane and add 1X I-Block blocking buffer. Wash, wash and expose membrane to X-ray film as described in Example 20a. Although light was emitted, washing with distilled water was omitted. FIG. 60 shows the obtained autoradiograph. Shown in   In FIG. 60, the lane indicated by "M" contains a molecular weight marker. Lane 1 shows no enzyme Includes controls and shows the mobility of uncleaved substrate. Lanes 2-8 are 1, 5, 10 , 25, 50, 100 or 250 ng of CleavaseTMDue to reactions involving BN enzyme With the cleavage product coming.   These results show that even if the amount of enzyme used in the reaction differs by 50 times or more, 157 bp The same cleavage pattern can be obtained using tyrosinase DNA substrate (SEQ ID NO: 27) Indicates that Therefore, double-strand cleavage requires the control of reaction conditions in a laboratory. Not ideal to do in a clinical laboratory. However, observed with single-stranded substrates In contrast to (Example 11e), the double-stranded template was run at moderate enzyme concentrations. Note that the cleavage is optimal at this time. In double-stranded reactions, Ze (Cleavase)TMThe gradual disappearance of the signal with increasing BN concentration is due to recombination This may be because the 5 'biotin label is cleaved from the end of the resulting double-stranded template.                                 Example 23             Determination of optimal pH for single- and double-strand cleavage reactions   Two types of primer-independent cleavage reactions (ie, single-stranded and double-stranded cleavage reactions) Cleavase at various pH ranges to determine the optimal pH conditions for (Cleavase)TMA reaction buffer was prepared. A) Determination of optimal pH for single-strand cleavage reaction   Cleavase used to cleave single-stranded substratesTMThe reaction (ie, C FLPTM) The effect of changing the pH of the buffer was tested. 6M N in 1M MOPS solution, pH 6.3 By titration with aOH, the pH of 6.3, 7.2, 7.5, 7.8, 8.0 and 8.2 was 0.5M M Several 10X buffer solutions were prepared using OPS. Next, a 0.5M solution will be prepared for each pH The volume was adjusted as follows.   A single-stranded substrate prepared from the sense strand of exon 4 of the tyrosinase gene (SEQ ID NO: No. 34: Prepared as described in Example 8a) Approximately 100 fmol was 1X CFLP of various pH in microcentrifuge tubes (BioRad, Richmond, CA).TMBuffer 15 μL, and 1.33 mM MnClTwo(Giving a final concentration of 1 mM). Final reaction volume Was 20 μL. The reaction mixture was heated at 95 ° C for 5 seconds and quenched to 65 ° C. Again And 1X CFLP with appropriate pHTMBuffer solution (MnClTwo(Not including) Cleavase ase) TMBN [1X dilution buffer (0.5% NP40, 0.5% Tween 20, 20 mM Tris-HCl, pH 8.0, 50 ng / μL in 50 mM KCl, 10 μg / ml BSA)]. The reaction was started by the addition. Run 20 μL of salt-free, enzyme-free control in parallel And incubated at 65 ° C. at each indicated pH. This reaction is cleaved CleavaseTMContains sterile distilled water instead of BN enzyme, all reaction components before denaturation Was different. After 5 minutes, add 16 μL of stop buffer To stop the reaction.   The sample was then heated at 72 ° C. for 2 minutes and 7 μL of each reaction product was described in Example 8a. 10% polyacrylamide gel (19: 1 cross-linking) and 0.5 × T Separation was achieved by electrophoresis using 7M urea in buffer containing BE.   After electrophoresis, the gel plate was separated and treated with nylon as described in Example 8a. I put the membrane. Transfer the DNA to the membrane, dry the membrane, and use streptavidin-alkaline 1X I-Block (Tropi) conjugated with phosphatase (United States Biochemical) x, Bedford, MA), washed and CD as described in Example 20a. P-StarTM(Tropix, Bedford, MA) and exposed the film to X-ray film. Washing with distilled water was omitted. FIG. 61 shows the obtained result.   In FIG. 61, panels A and B include reactions using single-stranded DNA substrates. Panel A Shows five pairs of reactions. In each case, the first lane of the pair was an enzyme-free control. Yes, the second lane is a single-strand cleavage reaction. Lanes 1 and 2 are at pH 6.3; Lanes 3 and 4 have a pH of 7.2; lanes 5 and 6 have a pH of 7.8; 8.0; Lanes 9 and 10 show the reaction products obtained using the reaction buffer at pH 8.2. Indicates an object. Panel B shows pH 7.5 (lanes 1 and 2 show uncut and cut, respectively). And pH 7.8 (lanes 3 and 4 show uncleaved and cleaved, respectively) 3 includes the results of another experiment comparing cleavage reactions performed with the reaction buffers of FIG.   The results shown in FIG. 61, panels A and B, show that cleavage of the single-stranded DNA template was relatively small. Suggests that it is sensitive to pH changes. Optimal reaction from pH 7.5 to 8.0 There was a pH. MOPS pKaIs 7.2, so this value to support cleavage The closest pH, pH 7.5, was determined to be optimal for single-strand cleavage reactions. B) Determination of optimum pH for double-strand cleavage reaction   Cleavase used for cleavage of double-stranded substratesTMThe reaction (ie, C FLPTM) The effect of changing the pH of the buffer was tested. As described in section A) Several 10X buffer solutions using 0.5M MOPS with pH 7.2, 7.5, 7.8 and 8.0 Was prepared. A double-stranded 157 bp fragment of exon 4 of the tyrosinase gene (sequence No. 27: Prepared as described in Example 8) Approximately 100 fmol was Tubes (BioRad, Richmond, CA) in a total volume of 6.25 μL. 9 tubes Heated at 5 ° C for 15 seconds and cooled to 45 ° C. 2.7X CFLPTMBuffer, pH 7.5 (final concentration 1 X), 0.53 mM MnClTwo(Final concentration 0.2mM MnClTwo), Cleavase (Cle avase)TMBN [1X dilution buffer (0.5% NP40, 0.5% Tween 20, 20 mM Tris-HCl, pH 8.0 , 50 mM KCl, 50 μg / ml in 10 μg / ml BSA). To initiate the cleavage reaction.   Incubate the cleavage reaction for 5 minutes and reverse by adding 8 μL of stop buffer. Stopped responding.   The sample was then heated at 72 ° C. for 2 minutes and 4 μL of each reaction product was added to 10% polyacrylic acid. Luamide gel (19: 1 cross-linking) and 7M urea in buffer containing 0.5X TBE Separated by electrophoresis used.   After electrophoresis, the gel plate was separated and treated with nylon as described in Example 8b. I put the membrane. Transfer the DNA to the membrane, dry the membrane and add 1X I-Block blocking buffer. Wash, wash and expose membrane to X-ray film as described in Example 20a. Although light was emitted, washing with distilled water was omitted. FIG. 62 shows the obtained autoradiograph. , Panels A and B.   In flannel A of FIG. 62, lanes 1 and 2 show the reactions performed in a buffer at pH 8.2. Contains cleavage products (lane 1 contains cleavage reaction, lane 2 is uncleaved control) . Lanes 3 and 4 contain the cleavage products of the reaction performed in pH 7.2 buffer. ー Lane 3 contains a cleavage reaction, lane 4 is the uncleaved control). In panel B, the lane 1 and 2 contain the cleavage products of the reaction performed in pH 7.5 buffer (lane 1 Uncut control, lane 2 contains cleavage reaction). Lanes 3 and 4 have a pH of 7.8. Containing the cleavage products of the reaction performed in the same buffer (lane 3 is the uncleaved control; Is the cleavage reaction).   The results shown in FIG. 62, panels A and B show that the cleavage of double-stranded DNA This suggests that it was not sensitive to changes in the pH range of the conditions. However, one Since strand DNA cleavage was sensitive to pH change, it was determined to be optimal for single-strand cleavage. The buffer conditions used were used in the following double-strand cleavage experiments.                                 Example 24               The presence of competing DNA does not alter the cleavage pattern   Effect of the presence of competitor (ie, unlabeled substrate) DNA on the cleavage reaction Was tested. 157 nucleotide fragment derived from the sense strand of human tyrosinase gene A cleavage reaction was performed using (SEQ ID NO: 34) and human genomic DNA. It is shown below The results show that the presence of non-substrate DNA indicates that CFLPTMAnything in the pattern Indicates no effect. A) Preparation of substrate DNA and cleavage reaction   157 nucleotide single-stranded wild-type tyrosiner containing a biotin label at the 5 'end Ze substrate (SEQ ID NO: 34) was prepared as described in Example 9. Tris-HCl, pH 8.0; human genomic DNA (Promega) present at 235 μg / ml in 1 mM EDTA And resuspended in Tris-HCl, pH 8.0; 1 mM EDTA at a final concentration of 400 μg / ml. This DNA is converted to standard CFLPTMAs a competitor in the single-stranded reaction (described in Example 9) Used. Tyrosinase DNA substrate (SEQ ID NO: 34) and human genomic DNATwo Mix in O in a final volume of 6 μL. Heat the sample at 95 ° C for 10 seconds to DNA Is denatured, cooled to a target temperature of 65 ° C., and 5X CFLPTMBuffer solution, pH 7.5, 2 μL, 10 mM MnClTwo1 μL and enzyme Cleavase in dilution bufferTM1μ of BN L (25 ng) was added. After 5 minutes at 65 ° C., add 6 μL of stop buffer to The reaction was stopped and 5 μL of each sample was separated on a 10% denaturing polyacrylamide gel. Was. Transferred to membrane and DNA visualized as described in Example 19. B) The presence of genomic DNA is CFLPTMDo not change the pattern   FIG. 63 shows 0 μg / ml (lane 2), 20 μg / ml (lane 3), 40 μg / ml (lane 4), 80 μg / ml (lane 5), 120 μg / ml (lane 6) and 200 μg / ml (lane 7) ) In the presence of unlabeled human genomic DNA, the sense strand of the wild-type tyrosinase substrate ( 34 shows the pattern obtained corresponding to the cleavage product of SEQ ID NO: 34). Lane 1 is yeast CleavaseTMUncut control in the absence of BN, indicated by "M" The lane contains the molecular weight markers prepared as described in Example 8.   FIG. 63 shows that the presence of genomic DNA during the cleavage reaction results in the location of product bands or Indicates that none of the relative intensities was changed. However, during the reaction, As the amount of foreign DNA increases, the efficiency of the cleavage reaction decreases and the overall pattern Strength decreased. These results are based on CleavaseTMBN enzyme is not special Binds to foreign DNA, which has the effect of reducing the effective enzyme concentration during the reaction Can be explained. This effect was observed when the genomic DNA concentration in the reaction was 120 μg / ml or less. It became remarkable when it turned up [FIG. 63, 120 μg / ml (lane 6) and 200 μg / ml (Lane 7)]. Under these conditions, genomic DNA is compared to specific substrate DNA In excess of 20000-fold, but under these conditions CFLPTMPa The turn was still recognizable. CFLP in the presence of genomic DNATMThe pattern is stable What has been observed is that non-specific DNA can significantly alter the structure of substrate DNA Or substrate and CleavaseTMChange interaction with BN enzyme It excludes the possibility of doing so.                                 Example 25               CFLPTMReaction can be performed using various enzymes   In the above examples, 5 'nuclease derived from Taq DNA polymerase was used. CleavaseTMSet of cleavage fragments characteristic of BN enzymes from nucleic acid substrates The ability to produce In the following experiments, we used a number of other enzymes Figure 4 shows that a set of cleavage products characteristic of a particular nucleic acid can be generated. A) Cleavage fragments generated by other DNA polymerases from the genus Thermus turn   5 'Nucleic acid associated with DNAP other than Taq DNA polymerase (DNAP) Determining whether the enzyme activity can generate a unique cleavage pattern from a nucleic acid substrate To this end, DNAPs from two species of the genus Thermus were tested. Thermath Flavas (Thermus flavus) ["Tfl", Kaledin et al. Biokhimiya 46: 1576, 1981:  Obtained from Promega Corp., Madison, WI]. Ruth (Thermus thermophilus) ["Tth", Carballeira et al., Biotechniq ues 9: 276, 1990: Myers et al., Biochem. 30: 7661, 1991: U.S. Biochemical From Cleaveland, OH] using the appropriate cleavage pattern (i.e., The ability to generate a pattern that can be used to characterize a particular nucleic acid substrate The force was tested.   The ability of these other enzymes to cleave nucleic acids in a structure-specific manner is determined by the D Under conditions reported to be optimal for NA synthesis, the exogene of the tyrosinase gene Using a single-stranded 157 nucleotide fragment (SEQ ID NO: 34) derived from the sense strand of Tested.   A 157 nucleotide fragment from the sense strand of exon 4 of the tyrosinase gene ( SEQ ID NO: 47: Prepared as described in Example 10a) 1X CFLP in a thin-walled microcentrifuge tube (BioRad, Richmond, CA)TMBuffer, pH 8.2 and 1.33 mM MnClTwo(Giving a final concentration of 1 mM) and giving a final concentration of 0 or 50 mM KCl was added. Final reaction volume was 20 μL. Apply sample at 95 ° C for 5 seconds Heated and cooled to 65 ° C. Prepare 20 μL of salt-free, enzyme-free control in parallel, This is CleavaseTMContains sterile distilled water instead of BN enzyme, all The reaction components differed in that they were added before denaturation at 95 ° C.   1X CFLPTMThe indicated enzyme mixture in buffer, pH 8.2 (see below) The reaction is opened by adding 5 μL of the diluted enzyme mixture containing 25 or 5 units. Started. After 5 minutes, the reaction was stopped by adding 16 μL of stop buffer.   Heat the sample at 72 ° C. for 2 minutes and 7 μL (for a sample digested with Tfl) Alternatively, 5 μL (for a sample digested with Tth) was applied as described in Example 8a. Contains 10% polyacrylamide gel (19: 1 cross-linking) and 0.5X TBE Separation was achieved by electrophoresis using 7M urea in buffer.   After electrophoresis, the gel plate was separated and treated with nylon as described in Example 8a. I put the membrane. Transfer the DNA to the membrane, dry the membrane, and use streptavidin-alkaline 1 conjugated with phosphatase (United States Biochemical, Cleaveland, OH) Blocked in XI-Block (Tropix, Bedford, MA), washed and described in Example 20a. CDP-Star as shownTM(Tropix, Bedford, MA) The film was exposed to light, but washing with distilled water was omitted. The obtained results are shown in FIGS. It is shown in FIG.   In FIG. 64, lane 1 contains an enzyme-free control and shows the mobility of uncleaved DNA. Les 2-5 show the cleavage products from the reaction incubated with Tfl DNAP. Including. The reactions shown in lanes 2 and 3 each contained a Tfl DNAP5 unit. , The sample in lane 2 was incubated in a reaction buffer containing 0 mM KCl, The sample in lane 3 was incubated in a reaction buffer containing 50 mM KCl. Leh The reactions shown in steps 4 and 5 each contain 1.25 units of Tfl DNAP, Sample was incubated in reaction buffer containing 0 mM KCl. The 5 sample was incubated in a reaction buffer containing 50 mM KCl.   In FIG. 65, lanes 1 and 2 are incubated with 1.25 units of Tth DNAP. Includes cleavage products from the reaction. The sample in lane 1 contains 0 mM KCl. The sample in lane 2 was incubated in 50 mM KCl Incubated in buffer. Lanes 3 and 4 are Tth DNAP5 units Includes cleavage products from reactions incubated with. Lane 3 sample is 0 mM Incubation in a reaction buffer containing KCl, the sample in lane 4 was 50 mM KC Incubated in reaction buffer containing l.   64 and 65 show that both Tth DNAP and Tfl DNAP are clear. CleavaseTMStructure-specific endos with properties similar to those seen with the BN enzyme It has nuclease activity. Comparing the results shown in FIGS. 64 and 65, Tth DNAP produces a more efficient cleavage pattern under the reaction conditions tested Indicates that Cleavase (Cleavase) was used to determine the cleavage pattern generated by Tth DNAP. se)TMCompared to the cleavage pattern generated by the BN enzyme, these two enzymes are substantially This suggests that it recognizes the same structure [Figure 66, lane 2 (cleavease (Cl eavase)TMCompare BN with Figure 65 (Tth DNAP)]. B) Enzymes characterized as 3 'nucleases produce unique cleavage patterns Can be used for   Enzymes with 3 'nuclease activity can also generate unique cleavage patterns To determine whether or not DNAP (with 5 'nuclease) The cleavage reaction was tested with the enzyme. Exonuclea from Escherichia coli Escherichia coli III (E. coli Exo III) is ligated with the sense chain of exon 4 of the tyrosinase gene. The 157 nucleotide fragment (SEQ ID NO: 34) was tested in a cleavage reaction. ratio As a comparison, this substrate (SEQ ID NO: 34) and CleavaseTMBN enzyme Reactions were also prepared.   A 157 nucleotide fragment from the sense strand of exon 4 of the tyrosinase gene ( SEQ ID NO: 34: prepared as described in Example 8a) 1X CFLP in thin-walled microcentrifuge tubes (BioRad, Richmond, CA)TMBuffer solution, pH 8.2 and 1.33 mM MnClTwo(Giving a final concentration of 1 mM) and K giving a final concentration of 0 or 50 mM Cl was added in a volume of 15 μL. Final reaction volume was 20 μL.   The sample was heated at 95 ° C for 5 seconds and quenched to 37 ° C. Salt-free, enzyme-free control Prepare 20 μL in parallel, which contains CleavaseTMBN enzyme Instead, it contains sterile distilled water, with the difference that all reaction components are added before denaturation at 95 ° C. Had become.   100 f in a buffer containing 0 mM KCl (SEQ ID NO: 34) Mole and CleavaseTMPrepare a reaction tube containing 50 ng of BN enzyme, and No. 21 (ie, incubation at 95 ° C. for 5 seconds to change And then cooled to 65 ° C, added enzyme and incubated at 65 ° C for 5 minutes).   1X CFLPTMBuffer, pH 8.2 (MnClTwoExo III (United States)  Biochemical, Cleveland, OH) Dilute enzyme mix containing 1.25 or 200 units The reaction is started by adding 5 μL of the mixture to 15 μL of the reaction, and the reaction is allowed to flow for 5 minutes. Incubated. After 5 minutes at 37 ° C., add 16 μL of stop buffer. To stop the reaction.   The sample was heated at 72 ° C. for 2 minutes and 5 μL was added to 1 μl as described in Example 8a. Buffer containing 0% polyacrylamide gel (19: 1 cross-linking) and 0.5X TBE Separated by electrophoresis using 7M urea in.   After electrophoresis, the gel plate was separated and analyzed on a Nylon gel as described in Example 10a. The film was put on. Transfer the DNA to the membrane, dry the membrane, and use streptavidin-alkaline Phosphatase (United States Biochemical, Cleaveland, OH) Blocked in 1X I-Block (Tropix, Bedford, Mass.), Washed, Example 20a CDP-Star as described inTM(Tropix, Bedford, MA) The film was exposed, but the washing with distilled water was omitted. FIG. 66 shows the obtained result. Show.   Lane 1 of FIG. 66 contains an enzyme-free control and shows the mobility of uncleaved DNA. Leh 2 is CleavaseTMIncubating the substrate with the BN enzyme Comparison of patterns generated by two different enzymes, including cleavage fragments generated by provide. Lanes 3-6 are produced by incubating the substrate with Exo III. Including cleaved fragments. Lanes 3 and 4 each contain 200 Exo III units. The reaction in lane 3 contains the reaction product resulting from the The reaction in Lane 4 was performed in a buffer containing 50 mM KCl. Leh 5 and 6 are the reaction products generated in the reaction containing 1.25 units of Exo III, respectively. The reaction in lane 5 was performed in a buffer containing 0 mM KCl, The reaction was performed in a buffer containing 50 mM KCl.   The results shown in FIG. 66 indicate that Exo III was isolated when incubated with single-stranded DNA substrate. It shows that it produces a special cleavage pattern. Exo III pattern is cleaved CleavaseTMIt was completely different from the pattern produced by the BN enzyme. As shown in FIG. The results show that significant differences in the cleavage pattern that occur with Exo III are included in the reaction. It is also shown that it is observed depending on both the enzyme and KCl concentration. C) Ability of alternative enzymes to identify single base changes   In sections A) and B) above, CleavaseTMEnzymes other than BN enzyme Can produce unique patterns when incubated in the presence of nucleic acid substrates. Showed that you can. Tth DNAP and E. coli. coli Exo III is single-stranded D Exists in DNA substrates of the same size as it produces a unique cleavage pattern at NA The ability of these enzymes to detect single base changes was tested. Same as Example 9 Similarly, in exon 4 of the human tyrosinase gene, multiple single point mutations (point Mutation) has been identified, so select this gene as a model system did.   Three single-stranded substrate DNAs were prepared: all three of these substrates were bi-terminal at the 5 'end. It contained an otine label. Wild-type substrate is derived from the sense strand of the human tyrosinase gene 157 nucleotides (SEQ ID NO: 34). Using two mutation-containing substrates Was. Both the 419 substrate (SEQ ID NO: 41) and the 422 substrate (SEQ ID NO: 42) This is described in Example 9. Single-stranded DNA having a biotin label at the 5 'end is Each substrate was prepared using the asymmetric PCR described in Example 8a, except that two Single stranded PCR product, but not strand product, was recovered from the gel.   The cleavage reaction was performed as follows. Each substrate DNA (about 100 fmol) In a 00 μL thin-walled microcentrifuge tube (BioRad, Richmond, CA), 10 mM MOPS, pH 8.2. And 1.33 mM MnClTwoPlaced at 5 μL (giving a final concentration of 1 mM). Enzyme-free controls Prepare in parallel with the wild-type DNA fragment and incubate at 65 ° C for the indicated times. And this includes CleavaseTMSterile distilled water instead of BN enzyme And all reaction components differed in that they were added before denaturation at 95 ° C. reaction The tube was heated at 95 ° C. for 5 seconds to denature the substrate, and then for reactions containing Tth DNAP The reaction was rapidly cooled to 65 ° C. and 37 ° C. for the reaction containing Exo III.   5 μL of MnClTwoTth DNAP or Exo in 10 mM MOPS, pH 8.2 By adding a diluted enzyme mixture containing 1.25 units of any of the enzymes of III. To initiate the cleavage reaction. Allow the enzyme solution to come to room temperature before adding to the cleavage reaction . After 5 minutes at 65 ° C., the reaction was stopped by adding 8 μL of stop buffer. The sample was heated at 72 ° C. for 2 minutes and 7 μL of each reaction was added to 10% polyacrylamide gel. Using 7 M urea in buffer containing 0.5X TBE (19: 1 cross-link) and 0.5X TBE Separated by electrophoresis.   After electrophoresis, the gel plate was separated and analyzed on a Nylon gel as described in Example 10a. The film was put on. Transfer the DNA to the membrane, dry the membrane, and use streptavidin-alkaline 1-X I-Block (Tro) conjugated with a reactive phosphatase (United States Biochemical) pix, Bedford, MA), washed, and as described in Example 20a. CDP-StarTM(Tropix, Bedford, MA) and exposed the film to X-ray film However, washing with distilled water was omitted. FIG. 67 shows the obtained result.   In FIG. 67, lanes 1-3 are wild-type and mutant mutants of the tyrosinase gene, respectively. 419 and the mutant 422 allele are inked with Tth DNAP. Includes cleaved fragments generated by hybridization. Lanes 4-6 are wild type and mutant, respectively. 419 and mutant 422 substrate were supplemented with Exo III and 0 mM KCl. Cleaved fragments generated by incubation in a buffer solution containing Lanes 7-9 are Any of the wild-type, mutant 419 and mutant 422 substrates were   Cleavage fragments generated by incubation in a buffer containing III and 50 mM KCl including. Lane 10 shows that wild-type DNA substrate was cleaved from Cleavase.TMBN enzyme And a cleavage fragment produced by incubation in a buffer containing 0 mM KCl. This reaction involves three different enzymes (ie, Cleavase).TMBN enzyme , Tth DNAP and Exo III). You. Lane 11 is the incubation with wild-type DNA substrate in the presence of 50 mM KCl. Includes control without enzyme.   The results in FIG. 67 indicate that both Tth DNAP and Exo III showed single-stranded D Shows that single base changes can be detected for wild-type DNA substrates in NA substrates . The pattern generated by Tth DNAP shows cleavedase for all three substrates. (Cleavase)TMIt was comparable to the pattern produced by the BN enzyme (cleave CleavaseTMSee FIG. 29 for a comparison with the patterns possible with the BN enzyme. When).   The pattern generated by Exo III is an enzyme derived from the genus Thermus (ie, Cleave Alease (Cleavase)TMWhat is the pattern generated by BN enzyme and Tth DNAP) Was different. Furthermore, the pattern generated by cleavage of the DNA substrate by Exo III Was clearly different depending on the KCl concentration used in the reaction (see FIG. 67). Izu At these KCl concentrations, a unique pattern change was apparent for the 419 mutant. there were. As shown in FIG. 67, 40 mM in the 419 mutant at 0 mM KCl. A band appeared within the nucleotide region (lane 5); 419 at 50 mM KCl. The mutant contains an additional band within the 70 nucleotide region (lane 8). 42 2 In the mutant, no pattern change was recognized by Exo III digestion (compared to wild type). ); The difference in the ability of the E. coli Exo III enzyme to detect this single base change Relative position of the change with respect to the secondary structure, which acts as a substrate for the specific cleavage reaction, And the position of the label (5 'or 3') compared to the preferred cleavage site (5 'or 3') is connected with. FIG. D) Use of Drosophila RrpI enzyme to generate cleavage patterns it can   Another member of the Exo III family of DNA repair endonucleases An RrpI (N) from Drosophila melanogaster ugent, M .; Huang, S.-M. and Sander, M.S. Biochemistry 1993: 32, pp. 11445-114 52) was tested for its ability to generate a unique cleavage pattern on a single-stranded DNA template. The nature of this enzyme in the cleavage assay is not yet known, so various buffers Tested under conditions. Various amounts of enzyme (1 ng or 30 ng) were added to the tyrosinase gene About 100 fmol of the 157 nucleotide fragment of the sense strand of Song 4 (SEQ ID NO: 47) , 1mM MnClTwoOr 5mM MgClTwoIn and 1X CFLPTM buffer, pH 8.2 or 1X CFLPTM Incubate in buffer, pH 7.8 and 10 mM NaCl. Heat the sample to 95 ° C , 1X CFLPTAdding a diluted enzyme mixture containing 1 or 30 ng of RrpI in M buffer To start the reaction. The reaction was carried out at 30 ° C. for 5 or 30 minutes. The obtained knot The results (data not shown) indicate that this enzyme has a weak but unique cleavage pattern on the single-stranded DNA template. In the process. E) Rad1 / Rad10 complex can be used to generate cleavage patterns   S. Rad1-Rad10 endonuclease from cerevisiae (Rad1 / 10) is a specific 3 'peptide involved in nucleotide excision repair in yeast. This is a nuclease. This enzyme has two proteins, Rad1 and Rad 10 heterodimer. Rad1 and Rad10 alone are enzymes It has no sex. Rad1 / 10 recognized a structure containing a bifurcated DNA duplex. And cleaves the single-stranded 3 'arm at the end of the double strand (Bardwell, A.J. et. al., Science 265: 2082, 1994). In this sense, Rad1 / 10 is cleaved CleavaseTMShares the same substrate specificity that BM enzymes do. However Rad1 / 10 cleaves the 3 'single-stranded arm in the double strand, whereas CleavaseTMSince the BM enzyme cleaves the 5 'single-stranded arm, Rad 1/10 and CleavaseTMDifferent cleavage products from BN enzyme You.   FIG. 68 shows a bifurcated DNA duplex (formed from the hairpin structure shown in the figure). FIG. 2 is a schematic diagram showing cleavage sites by these two enzymes. Fig. 68 The hairpin structure shown above has a 5 'nuclease (e.g., Cleavase (Cleaase) vase)TMBN enzyme). The hairpin structure shown at the bottom of FIG. Indicates the site of cleavage by an enzyme (eg, Rad1 / 10) that cleaves at the single-stranded arm . Enzyme that cleaves at the 5 'single-stranded arm is cleavedTMWith the 5 'enzyme The enzyme that cleaves at the 3 'single-stranded arm is called Cleavase.TM3 'yeast Call it elementary.   Whether Rad1 / 10 protein can detect single base changes in DNA substrates Rad1 / 10 and Cleavase to determineTMBN yeast The cleavage patterns resulting from cleavage of the DNA substrate by the element were compared. In this comparison Used the following substrates. Including a biotin label at the 5 'end as described in Example 9. A wild-type (SEQ ID NO: 3) derived from the sense strand of exon 4 of the human tyrosinase gene. 4) 419 mutant (SEQ ID NO: 41) and 422 mutant (SEQ ID NO: 42) ) A 157 nucleotide fragment obtained from the allele was generated.   Rad1 and Rad10 proteins are available from Errol C.I. Dr. Friedberg (The Univesit y of Texas Southwestern Medical Center, Dallas). Rad1 The / 10 complex contains Rad1 and Rad10 proteins in 1 × dilution buffer (0.5% N P40, 0.5% Tween 20, 20 mM Tris-HCl, pH 8.0, 50 mM KCl, 10 μg / ml BSA) Each protein was prepared by mixing so that the final concentration was 0.1 mM.   The cleavage reaction using Rad1 / 10 endonuclease was performed as follows. did. 15 ng of substrate DNA and Rad1 / 10 complex in 1 μl of 1 × dilution buffer (0.1 pmol) on ice with 10 μL of 10 mM MOPS, pH 7.8, 1 mM MnClTwoAnd mixed. The reaction was then incubated at 37 ° C. for 5 minutes. Add 6 μL of stop buffer to prevent cleavage. Stopped responding.   CleavaseTMCleavage reaction using BN enzyme is Rad1 / 10 cleavage Performed exactly as described above, but with CleavaseTMBN enzyme is 1 0 ng was added, and incubation at 37 ° C. was performed for 3 minutes. For each substrate DNA Uncut or enzyme-free controls were performed and prepared as described for reactions containing enzymes. However, sterile distilled water was added in place of the enzyme (data not shown).   Cleavage products (3 μL each) of 10% modified polyacrylic as described in Example 19 Separated by amide gel electrophoresis, transferred to a membrane, and visualized. Autoradius obtained The ograph is shown in FIG.   FIG. 69 shows wild-type tyrosinase substrate (SEQ ID NO: 34) (lanes 1 and 4), 4 19 mutant (SEQ ID NO: 41) (lanes 2 and 5) and 422 mutant (SEQ ID NO: 42) A production pattern corresponding to the cleavage product of the sense strand of (lanes 3 and 6). Indicates a turn. Lanes 1-3 show that three substrate DNAs were cleaved with Cleavase.TM The cleavage pattern resulting from incubation with the BN enzyme and lanes 4-6 are 3 Pattern generated by incubating two substrate DNAs with Rad1 / 10 enzyme Is shown. The lane marked "M" is the molecular weight map prepared as described in Example 8. Including the   The results shown in FIG. 69 indicate that Rad1 / 10 enzyme was converted from substrate DNA (lanes 4-6). Shows that a unique cleavage pattern can be generated, and that cleavage of the substrate The average length of the resulting product is CleavaseTMRaw by BN enzyme Indicates that it is longer than the first one. Importantly, the results shown in FIG. A single base substitution found in the body tyrosinase substrate results in otherwise similar cleavage. Demonstrates specific changes in tyrosinase substrates with cleavage patterns (Compare lanes 5 and 6 with lane 4). Rad 1/10 Digestion of the mutant 419 substrate by about 40 nucleotides or less compared to the wild type. The lower band is weaker and there is no band. On the other hand, mutant 4 Upon digestion of the 22 substrate, several new bands in the region of 42-80 nucleotides Has appeared. Since both enzymes used the same reaction conditions, these results indicate that R ad1 / 10 is CleavaseTMDN recognized by BN enzyme A shows that the same differences in the secondary structure can be detected. Rad1 / 10 is chestnut CleavaseTMA putter different from the cleavage pattern produced by the BN enzyme Which is cleaved at the 3 'end of the DNA hairpin, leaving the substrate at the 5' end. This is because a longer fragment is generated when an end marker is included.                                   Example 26                       Double-stranded DNA substrate was used               Detection of mutations in the human β-globin gene   The results shown in Example 13 wereTMFor cleavage of single-stranded DNA substrate by BN enzyme Indicates that a single base change in a fragment of the β-globin gene can be detected. You. In this example, the mutation in the β-globin gene wasTMB It shows that detection is possible by cleavage of the double-stranded DNA substrate using the N enzyme.   Using PCR, wild-type β-globin gene (SEQ ID NO: 56), mutant 1 (SEQ ID NO: 56) 58) and the 536 bp fragment obtained from mutant 2 (SEQ ID NO: 59), A double-stranded substrate DNA containing a radiolabel was generated. PCR amplification of these substrates is described in Example 13a. Were performed as described in Gel purification and isolation of the double-stranded fragment is described in Example 19a. Performed as described.   The cleavage reaction was performed as described in Example 19c. Briefly, 2 μl in TE Of stock DNA (80 ng) in 3 μl of HTwoO and denatured at 95 ° C for 20 seconds. Modified D Cool NA to 70 ° C. and add 2 μl 5X CFLPTMBuffer pH 7.5, 2 μl of 2 mM MnClTwoAnd 1 Enzyme Cleavase in μl (25ng) dilution bufferTMAdd BN and start the cleavage reaction Was. After 1 minute, the cleavage reaction was stopped by adding 6 μl of stop buffer. 1 μl of Cle avaseTM1 μl H instead of BN enzymeTwoUncut control as above except for using O A cleavage reaction was performed. The cleavage products (5 μl each) were run on a 6% denaturing polyacrylamide gel. Separated by electrophoresis, transferred to a membrane and visualized as described in Example 19. Profit The resulting autoradiograph is shown in FIG.   FIG. 70 shows wild-type β-globin 536 bp fragment (lane 4), mutant 1 fragment (lane 5) and The cleavage pattern corresponding to cleavage of the sense strand of the mutant 2 fragment (lane 6) is shown. Leh Nos. 1 to 3 show uncleaved controls of the wild type, mutant 1 and mutant 2 substrates, respectively. Lanes marked with “M” are biotinylated components produced as described in Example 8. Includes child mass markers.   As shown in FIG. 70, when compared to the wild-type cleavage pattern, Base substitution reduces the intensity of the band migrating near the uncleaved DNA (lane 5) I do. When compared to the wild-type cleavage pattern, the base substitutions present in mutant 2 Band in the region immediately above the major product band (approximately 174 nucleotides) disappears I do.   Regarding the above double-strand cleavage reaction, the single-chain β-globin DNA described in Example 13 Reaction conditions different from those used for cleavage of the substrate were used. For cleavage of double-stranded substrates The conditions used were lower MnCl compared to the conditions used in Example 13.TwoDark Degrees were used, no KCl was added, higher temperatures and shorter reaction times were used. two Cleavage patterns generated by cleavage of single-stranded and single-chain β-globin DNA differ slightly. However, the position of the pattern change for mutants 1 and 2 was shown in Example 13. The base substitution was detected in the case of both double strands. these Results show that DNA doubles caused by a single base substitution in a larger DNA substrate Subtle changes in secondary structure were made using both single-stranded and double-stranded forms of the DNA substrate. CleavaseTMThis shows that it can be detected by the BN enzyme.                                   Example 27         Unknown by comparison with the library where the pattern exists       Identification of mutations in the human β-globin gene CFLP pattern   The results shown in Example 13 wereTMThe β-globin substrate tested by the BN enzyme This shows that each produces a unique pattern of cleavage products. Van Differences in wild-type pattern were seen between wild-type and each mutant, and different bands Mutation pattern is observed for each mutant, allowing the mutant to be distinguished from wild type As well as distinguish each variant from the others. Identification and Cleavase for classificationTMCompare the products of the reaction with the previously characterized variants To characterize the second set of β-globin variants, CFLP by comparison with the set analyzed in Example 13.TMNumber using pattern If the variants in the second set are the same as in any of the first set, or Judged whether the set was unique. These isolates All have been described previously (these isolates are described in this example). (Specifically stated at the end.) Experiments.   A first set of five β-globin variants, the wild-type β-globin gene (SEQ ID NO: No. 56), or Mutant 1 (SEQ ID NO: 58), Mutant 2 (SEQ ID NO: 59) or Mutant 3 (SEQ ID NO: 59) CFLP from column number 57)TMCompared with the pattern. Including these five new isolates The resulting plasmid was propagated and purified and the five β- Single-stranded substrate DNA 534 and 536 nucleotides long for each of the globin genes Was prepared. Perform a cleavage reaction and separate the reaction products as described in Example 13. did. The obtained autoradiograph is shown in FIG.   FIG. 71 shows two panels. Panel A is described in Example 13 (and 41 shows the reaction products from the β-globin isolate (shown in FIG. 40). Panel B is number 4, The reaction products of five additional isolates, labeled 5, 6, 7 and 8 are shown. Add "M" The marked lane is a biotinylated molecular weight marker produced as described in Example 8. including.   CFLP shown in Panel ATMThe isolates shown in Panel B by comparison with the pattern Can be transformed. The banding pattern of isolate 4 (panel B, lane 1) is shown in panel A Same as that seen for the wild-type β-globin substrate shown in (lane 1). In contrast, isolate 8 (panel B, lane 5) shows the previously characterized variant 3 (panel A, lane 5). Lane 4) is equivalent and isolate 6 (panel B, lane 3) shows two of the patterns Regions 2 and 3 (panel A, lane 3) and 3 (panel A, lane 4) appears to have the characteristics of both isolates 5 and 7 (which Panel B, lanes 2 and 4), respectively, seem identical and are seen in panel A. It turns out that it shows no pattern.   Then, to confirm the relationship between the different isolates, the PCR primer [5'-bioti KM29 primer (SEQ ID NO: 54) and 5′-biotinylated RS42 primer (SEQ ID NO: 54) 55)] using fmoleTMDNA Sequencing System (Promega Corp., Madison, W The identity of the mutation in I) by primer extension sequencing according to the manufacturer's method Was identified. The sequencing reaction was performed using the β-globin CFLP described in Example 13b.TMUsed for reaction Visualization was performed by the same procedure as used.   CFLPTMTwo isolates that matched members of the original set by pattern analysis Also matched in the sequence. Isolate 4 has the same wild-type sequence (SEQ ID NO: 56). Isolate 8 is a duplicate of mutant 3 (SEQ ID NO: 57).   CFLPTMAccording to the pattern, isolate 6 shows both variants 2 and 3 of the original set. It seems to have a similar change to the one. The sequence of mutant 6 (SEQ ID NO: 69) Mutant 3 refers to a single base change, silent C to T substitution at codon 3. It shows that it has. Variant 6 was found in Variant 2 (SEQ ID NO: 59) It also has a G to A substitution at codon 26, only four bases downstream. This mutation Is a secretory site that produces a fraction of mRNA encoding non-functional proteins. It has been shown to promote the price site [Orkin. S.H. et al. (1982) Nature, 300: 768]. Both mutant 6 and mutant 2 show a band migrating to about 200 nucleotides. (Eg, in mutant 2 the band disappears or becomes weaker , Mutant 6 separates into three weak bands), but these changes are identical. It is worth noting that it has no appearance. Suddenly four nucleotides away These CFLPs caused by mutationsTMChanges can be distinguished from each other.   The last two isolates 5 and 7 have the same sequence (SEQ ID NO: 70) and A single base change within the first intron at position 110 was revealed. This bump Mutations result in abnormal splices that result in premature termination of translation of the β-globin protein. [R.A. Spritz et al. (1981) Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 78 : 2455]. CFLP for these variantsTMBand that disappears at Variant 1 (about 400 nucleotides) and And variant 2 (about 200 nucleotides) CFLPTMBetween the indicating bands in the pattern, The actual mutations (nucleotide 334 from the 5 'end of the label) are nucleotides 380 and 380, respectively. It is worth noting that between the variants 1 and 2 at 207 and 207. like this , CFLPTMThe analysis not only indicates the presence of a change, but also provides location information.   From the results shown in FIG. 71, the first four (wild-type and three mutant) β -Cleavase from each of the globin substratesTMOf the cleavage products produced by the BN enzyme Another β-globin isolate was characterized using the unique pattern as a reference . Banding patterns show overall "tribal" similarity, with each specific mutation There are slight differences related to species (eg band disappearance or migration). Band formation Turn differences are seen between wild-type and each mutant, and different banding patterns N Is found in each variant, which not only allows the variant to be distinguished from the wild type, It also allows each variant to be distinguished from each other.                                   Example 28           Influence of order of addition of reactants on double-strand cleavage pattern   The cleavage reaction using a double-stranded DNA substrate is considered a two-step process. The first stage is Denaturation of the DNA substrate, the second step is the initiation of the cleavage reaction at the target temperature. Get The cleavage pattern that results is determined by the conditions during denaturation (eg, when DNA is denatured in water). Or denaturation in a buffer, etc.) and the conditions for initiating the reaction (eg, cleavage The reaction is initiated by the addition of the enzyme or MnClTwoIs started by the addition of The following experiment was performed because there is a possibility that it may change.   To investigate the effect of the addition of reactants on the resulting cleavage pattern, The reaction components (ie, DNA, CFLPTMBuffer, MnClTwoAnd CleavaseTMBN Enzyme) All combinations of mixing were varied. 536 bp fragment from wild-type β-globin gene A single DNA substrate containing a strip (SEQ ID NO: 56) was used. The substrate DNA is Manufactured as described in Example 26, containing a biotin label at the 5 'end.   8 different combinations used in the denaturation and start-up stages for the addition of reaction components The substrate was cleaved by different cleavage reactions. These reactions are described below.   FIG. 72 shows the cleavage of the sense strand of the wild-type β-globin 536-bp substrate (SEQ ID NO: 56). The resulting pattern generated is shown. In lane 1, substrate DNA (5 μl HTwoDenature 40 fmole of DNA in 1 μl of TE mixed with O) at 95 ° C for 10 seconds and cool to 55 ° C. 2 μl 5X CFLP containing 150 mM KClTMBuffer, 1 μl 2 mM MnClTwoAnd 1 μl ( 50ng) CleavaseTMThe reaction was started by adding the BN enzyme. In lane 2 The DNA with 2 μl of 5X CFLPTMDenature in the presence of buffer, 1 μl MnClTwoas well as 1 μl (50 ng) CleavaseTMThe reaction was started at 55 ° C. by adding the BN enzyme. Les In case 3, MnClTwoDenature the DNA in the presence of The reaction was started by the addition of nitrogen. In lane 4, the denaturing mixture was Quality DNA and enzymes, the reaction is performed with buffer and MnClTwoAdding To start the reaction. In Lane 5, CFLPTMBag Fur and MnClTwoWas denatured in the presence of, and the enzyme was added at 55 ° C. Leh In step 6, CFLPTMDenature substrate DNA in the presence of buffer and enzyme, and After MnClTwoWas added at 55 ° C. Lane 7 shows the uncleaved control. In lane 8 Is the enzyme and MnClTwoDenature the DNA in the presence of Was. In lane 9, the enzyme, MnClTwoAnd CFLPTMSubstrate D in the presence of buffer The NA was denatured and the mixture was incubated at 55 ° C. for 5 minutes. With an "M" The lane containing the biotinylated molecular weight marker produced as described in Example 8. No.   In all cases the reaction was stopped by adding 6 μl of stop buffer . Reaction products (5 μl each) are separated by electrophoresis on a 10% denaturing polyacrylamide gel. The DNA was transferred to a membrane and visualized as described in Example 19. Obtained Oh The radiograph is shown in FIG.   The results shown in FIG. 72 are based on the denaturation initiation protocol used except for the reaction shown in lane 3. This indicates that most of the cols produced the same cleavage pattern. Shown in lane 3 In the reaction, MnClTwoIn the presence of CFLPTMDenatures DNA in the absence of buffer did. Enzyme and MnClTwoWas added before the denaturation step (lanes 8, 9), No substance was detected. In these cases, the label is a double-stranded DNA template. The result of nibbling (i.e., terminal nucleotide deletion) of the label from the 5 'end of the plate It was released in the form of short DNA fragments produced as a product.   The results shown in FIG. 72 indicate that the order of addition of the reaction components is 1) MnClTwoIn the presence of DNA should not be denatured in the absence of fur solution, and 2) CleavaseTMBN Enzyme and MnClTwoShould not be added simultaneously to the DNA before the denaturation step , Has little effect on the cleavage pattern. These two exceptional articles In some cases, the 5 'label is removed from the 5' end of the substrate by the enzyme, resulting in a loss of signal .                                   Example 29                   CleavaseTMFragment length polymorphism (CFLPTM)             Of mutations in the human p53 gene by analysis   The results shown in the previous example show that CFLPTMReaction of human β-globin and tyrosina Single base changes in fragments of various sizes from theTM It shows that the reaction can be used to identify different strains of the virus. next , Cleavase detects single base change in human tumor suppressor gene p53T M The ability of the reaction was examined. Mutations in the human p53 gene are the most common tumor-associated residues Gene mutation, with mutations in the p53 gene in about half of all cases of human cancer. Can be seen.   CleavaseTMThe ability of the BN enzyme to cleave DNA fragments obtained from the human p53 gene, and And the ability to detect single base changes in fragments of the same size. Wild type Or a plasmid containing a cDNA clone containing any of the mutant p53 sequences. Use CFLPTMA template was prepared for analysis in the reaction. p53 gene Larger, spanning 20,000 base pairs, divided into 11 exons. obtained from cDNA By using a template, it is possible to examine DNA fragments of a given size. The amount of protein coding sequence that can be maximized can be maximized.   SEQ ID NO: 79 shows the nucleotide sequence of the coding region of the wild-type human p53 cDNA gene. Shown in The nucleotide sequence of the coding region of the mutant 143 human p53 cDNA gene This is shown as SEQ ID NO: 80. Mutant 249 (silent) human p53 cDNA gene copy The nucleotide sequence of the nucleotide region is shown as SEQ ID NO: 81. These as follows Generated a 601 nucleotide fragment spanning exons 5-8 from the three p53 cDNAs Was. A) Preparation of substrate DNA   CFLP is used for 6 types of double-stranded substrate DNATMPrepared for analysis in the reaction. these The substrate used had a biotin label at the 5 ′ or 3 ′ end. Wild-type substrate A 601 nucleotide fragment spanning exons 5 to 8 of the cDNA sequence of the p53 gene (sequence No. 79) [Baker, S.J. et al., Science (1990) 249: 912]. Two mutations Substrates containing were used. Mutant 143 substrate (SEQ ID NO: 93) was converted from valine (GTG) to From the p53 mutant V143A, which contains a substitution for a single nucleotide (GCG). Leotide changes differ from the wild-type p53 exon 5-8 fragment [Baker, S.J. et al. Science (1990) 249: 912]. Variant 249 (silent) substrate at amino acid 249 Obtained from a p53 mutant containing a single base change from AGG to AGA (SEQ ID NO: 81) . This single base change does not result in a corresponding amino acid change, thus Called silent mutation.   The 601 bp double-stranded PCR fragment was generated as follows. Primer pair 5'-TCTGGGCTTCTTGCATTCTG (SEQ ID NO: 82) and 5'-GTTGGGCAGTGCTCGCTTAG (SEQ ID NO: 8 PCR was started using 3). Synthetic primers are available from Integrated DNA Technologies (C oralville, IA). These primers are available from USB-Amersham (Clevelan d, OH) using the Oligonucleotide Biotinylation Kit purchased from the manufacturer. It was biotinylated at its 5 'end according to the protocol. CFLP sense strandTMreaction In the case of the analysis in step 5, the 5 ′ end of the primer listed as SEQ ID NO: 82 is Labeled. CFLPTMWhen analyzing the antisense strand in the reaction, use SEQ ID NO: 83. 5 of the primers listed'The ends were labeled with biotin.   The tags used in the PCR for the generation of the 601 bp fragment obtained from the wild-type p53 cDNA The target DNA was plasmid CMV-p53-SN3 [Baker, S.J. Et al.], This The plasmid contains the coding region set forth in SEQ ID NO: 79. From mutant 143 The target for the generation of the obtained 601 bp fragment was plasmid CMV-p53-SCX3 [Bake r, S.J. This plasmid contains the coding region set forth in SEQ ID NO: 80, REF. It is a thing. Target for the generation of a 601 bp fragment from mutant 249 (silent) The kit is plasmid LTR 273His [Chen. P.-L. et al., Science (1990) 250: 1576]. This plasmid contains the coding region set forth in SEQ ID NO: 81. DNA is Manufactured from each plasmid carried by the bacteria (plasmid DNA was prepared using standard methods) Isolated). The 601 bp PCR product was produced as follows.   The symmetric PCR reaction was 50 ng of plasmid DNA, 50 pmol of primer 5'-TCTGGGCTTC TTGCATTCTG (SEQ ID NO: 95), 50 pmol of primer 5'-GTTGGGCAGTGCTCGCTTAG (SEQ ID NO: No. 96) and 95 μl of 1 × PCR buffer each containing 50 μM dNTP. reaction Mix 50 μl of ChillOutTM(MJ Research, Watertown, MA) and tube Was heated to 95 ° C. for 2.5 minutes. Then Taq DNA polymerase (Promega Corp., Mad ison, WI) was added as 1.25 units of enzyme in 5 μl of 1 × PCR buffer. Then heat the tube to 95 ° C for 45 seconds, cool to 55 ° C for 45 seconds, and heat to 72 ° C for 75 seconds 34 cycles and incubate at 72 ° C for 5 minutes after the last cycle did.   The PCR product was gel purified as follows. Final concentration 0.4M NaCl, 20μg glyco The product was precipitated by the addition of a gen carrier and 500 μl of ethanol. Centrifugation Pellet the DNA by separation and equilibrate equal volumes of 95% formamide, 20 mM EDTA and Add solutions containing 0.05% each of lenocyanol and bromophenol blue. The PCR product was resuspended in 25 or 50 μl sterile distilled water. Then heat the tube at 85 ° C Heat for 2 minutes and 6% polyacrylamide with 7M urea in buffer containing 0.5X TBE The reaction products were separated by electrophoresis on a gel (19: 1 cross-link). DNA Visualized by mubromide staining, 0.5M NHFourSolution containing OAc, 0.1% SDS and 0.1% EDTA Gel-slice the 601 bp fragment by overnight passive diffusion. Cut out from DNA was added to ethanol in the presence of 4 μg of glycogen carrier. By precipitation. Pellet DNA, resuspend in sterile distilled water, Reprecipitation was performed by adding 0.2 M final concentration of NaCl and 80% ethanol. Twice After eye precipitation, pellet the DNA and resuspend in 30 μl sterile distilled water or TE. I let you.   The nucleotide sequences of these 601 bp templates are listed in SEQ ID NOs: 84-89. 6 The sense strand of the 01 nucleotide wild type fragment is listed in SEQ ID NO: 84. 601 nucleotides The antisense strand of the wild-type fragment is set forth in SEQ ID NO: 85. 601 nucleotide variant 143 The sense strand of the fragment is set forth in SEQ ID NO: 86. 601 nucleotide variant 143 fragment anti The sense strand is listed in SEQ ID NO: 87. 601 nucleotide variants of the 249 (silent) fragment The sense strand is listed in SEQ ID NO: 88. 601 nucleotide variants of the 249 (silent) fragment The antisense strand is listed in SEQ ID NO: 89. B) Cleavage reaction conditions   The cleavage reaction is approximately 100 fmole of the resulting duplex in a total volume of 5 μl of sterile distilled water. Substrate DNA (This substrate has a biotin moiety at the 5 'end of the sense or antisense strand. Including). Heat the reaction to 95 ° C for 15 seconds to denature the substrate, then Cooled quickly to 50 ° C (this step reduces the formation of intrachain hydrogen bonds between complementary bases). DNA has a unique secondary structure).   Heated to 95 ° C for 15 seconds, then immediately cooled to 50 ° C Reactions were performed in a mocycler (MJ Research, Watertown, MA).   After cooling the tube to a reaction temperature of 50 ° C, the following components, 0.2 μl of CleavaseTMBN 5 μl of the diluted enzyme mixture containing [50 g / μl 1X CleavaseTMBN dilution buffer (0.5% NP 40, 0.5% Tween 20, 20 mM Tris-Cl, pH 8.0, 50 mM KCl, 10 μg / ml BSA]: 1 μl of 1 0X CFLPTMReaction buffer (100 mM MOPS, pH 7.5, 0.5% NP40, 0.5% Tween20) and 1 μl of 2 mM MnClTwoWas added.   A control without enzyme (10 μl) was provided in parallel for each tested PCR fragment. Was. This control is called CleavaseTMOnly by replacing BN enzyme with sterilized distilled water It was different from the above reaction mixture. After 3 minutes add 8 μl of stop buffer To stop the reaction.   The samples were then heated to 85 ° C for 2 minutes and 4 μl of each reaction mixture was added to 0.5X On a 6% polyacrylamide gel (19: 1 cross-linking) containing 7M urea in a buffer containing TBE Was separated by electrophoresis.   After electrophoresis, the gel plate is separated and the gel remains flat on one plate It was made to become. Positively charged nails with a pore size of 0.2 μm pre-wetted with 0.5X TBE Acrylamide gel with exposed Ron film (Schleicher and Schuell, Keene, NH) Layered. Any bubbles remaining between the gel and the membrane were removed. After that, two 3MM filter papers (Wh atman) on the membrane, replace the other glass plate, and remove the sandwich Clipped with clips. The transfer was overnight. After transfer, carefully remove the membrane from the gel. 1X Sequencase Images Blocking Buffer (United States Biochemical) Washing was performed twice with gentle stirring at 5 minute intervals. Cm of membraneTwo3 / 10ml buffs per Used. Streptavidin-alkaline phosphatase conjugate (SAAP, U nited States Biochemical, Clearland, OH) at 1: 3000 dilution Added directly to the solution and stirred for 15 minutes. Membrane is washed with 1X SAAP buffer containing 0.1% SDS (100 mM Tris-HCl, pH10: 50 mM NaCl)Two3 times using 0.5ml per 5 minutes (5 minutes / wash It was washed. The membrane was then washed with 1 mM MgCl without SDS.Two1X SAAP buffer containing Was washed twice, drained sufficiently, and placed in a heat-sealable bag. Sterilized pipette Using tip, 0.05ml / cmTwoCDP-StarTM(Tropix, Bedford, MA) For 5 minutes. All excess liquid and air bubbles were removed from the bag. Then membrane Exposed to X-ray film (Kodak XRP) for the first 30 minutes. Exposure was performed. Exposure time was adjusted as needed to obtain resolution and lightness. Get The resulting autoradiograph is shown in FIG.   In FIG. 73, the lane labeled M contains a biotinylated molecular weight marker. Ma Maker fragments were purchased from Amersham (Arlington Heights, IL). Lanes 1-4 , CleavaseTMIncubation of the double-stranded DNA substrate in the absence of the BN enzyme (ie, non- Cleaved control). Lane 1 is the sense of the 601 bp PCR fragment Contains the wild-type fragment labeled on the strand. Lane 2 was labeled with the sense strand of the 601 bp PCR fragment. Mutant 143 fragment. Lane 3 shows wild-type labeled on the antisense strand of the PCR product. Includes type fragments. Lane 4 corresponds to amino acid 249 labeled on the antisense strand of the PCR product. Includes fragments encoding silent mutations in Lanes 5-8 have two 601 bp Clear substrateTMIncludes reaction products obtained by incubation with BN enzyme. Les Lane 5 contains the product generated using the wild-type fragment labeled on the sense strand, Step 6 contains the product generated using mutant 143 labeled on the sense strand. lane 7 and 8 are wild-type and mutant 249 (silent) substrates labeled on the antisense strand , Respectively.   The results shown in FIG.TMWild-type and mutant-containing balances with BN enzyme A similar but distinctly different pattern of cleavage products is obtained by It indicates that it was done. By comparing lanes 5 and 6, a range of 100 nucleotides was obtained. The differences in the surrounding band patterns are apparent. Specifically, it exists in the wild type Strong band (around 100 nucleotides) is lost in the V143A mutant, The two bands immediately below the band are prominent in the mutant and clear in the wild type. Absent. In the 200 nucleotide range, the distinctive dub found in wild-type The lett is missing in the mutant and instead is slightly less than the wild-type doublet It contained a strong single band that moved fast. Similarly, comparing lanes 7 and 8 From the antisense strand cleavage of the wild-type and mutant 249 (silent) fragments. The differences between the generated patterns are apparent. In the range of 100 nucleotides Shows that the wild type fragment showed a strong doublet, but the upper band of this doublet It was not found in the mutant 249 (silent) fragment. In addition, 150-180 bp Two dominant bands present in the wild-type pattern in the range are mutant 249 (sa (Irrent) Nothing was found in the cleavage product.   Each mutant fragment analyzed in FIG. 73 contains only one of the 601 nucleotides. Although different from the native form, a unique pattern of cleavage fragments was generated for each. Sa Furthermore, each change in the immediate vicinity of the DNA sequence change (i.e., in the range of 10-20 nucleotides). At least one pattern change has occurred in the variant. In this experiment, CFLPTMBut p53 remains Can distinguish the presence of a single base change in a PCR fragment containing the exons 5-8 of the gene Which indicates that.                                   Example 30                       In the PCR fragment of the human p53 gene                  Detection of genetically engineered mutations   Genetically engineered into a PCR fragment containing exons 5-8 of the human p53 gene Cleavase that detects single base changesTMThe ability of BN enzyme was analyzed. Single introduced The base change is 1) a change at amino acid 249 from arginine (AGG) to serine (AGT) ( R249S mutation) and 2) histidine from arginine (CGT) at amino acid 273. Gin (CAT) (referred to as R273H mutation). These mutations They are also found in human tumors and have been identified as mutation hotspots [H ollstein et al., Science 253: 49 (1991)]. The R249S mutation is exposed to aflatoxin B And / or has a strong correlation with hepatitis B virus infection [Ca ron de Fromental and Soussi, Genes, Chromosomes and Cancer (1992) pp. 1-15 ]. The R273H mutation occurs as a result of a change in the CpG dinucleotide. So Such changes amount to about one-third of known p53 mutations and are characteristic of various tumor types. [Caron de Fromental and Soussi, supra: Hollstein et al., Supra].   Plasmids containing the R249S and R273H mutations were Higuchi [PCR Technology: Pri nciple and Applications for DNA Amplificarion, H.A. Ehrlich, Ed. (1989) St ockton Press. NY. pp. 61-70] Manufactured. By this method, the DNA sequence corresponding to the known p53 mutation is included A collection of plasmids can be produced. This collection is available By that, CleavaseTMCFLP generated by cleavage of p53 mutants using enzymesT A p53 "barcode" library containing the M pattern is generated. A) Construction of a 601 bp PCR fragment containing the R249S mutation   A two-stage recombinant PCR was performed to generate a 601 bp fragment containing the R249S mutation. (See FIG. 6 for an overview of this two-step recombinant PCR.) First, or "on In the `` flow '' PCR, the oligonucleotide 5'-TCTGGGCTTCTTGCATTCTG (SEQ ID NO: 82) And use the 5'-GAGGATGGGACTCCGGTTCATG (SEQ ID NO: 90) to generate the R249S mutation A 427 bp fragment containing a base change from G to T was amplified. The sequence of this 427 bp fragment is No. 98. The second, or "downstream" PCR is oligonucleotide 5'-CATGAACC Using GGAGTCCCATCCTCAC (SEQ ID NO: 91) and 5'-GTTGGGCAGTGCTCGCTTAG (SEQ ID NO: 83) A 196 bp fragment containing the same base change in the complementary strand was used for amplification. Sequence of this 196 bp fragment Is listed in SEQ ID NO: 99.   For each PCR, a cDNA clone encoding the wild-type p53 gene (SEQ ID NO: 79) 10 ng of the coding region (see above) as a template in a 50 μl PCR reaction. Was. For upstream fragments, 5 pmole of oligonucleotide in 45 μl 1X PCR buffer Tide 5'-TCTGGGCTTCTTGCATT CTG (SEQ ID NO: 82), 5pmole of oligonucleotide 5 ' -10 g in a tube containing GAGGATGGGACTCC GGTTCATG (SEQ ID NO: 90) and 50 μM of each dNTP g template was added. For downstream fragments, 5 pmole in 1X PCR buffer Oligonucleotides 5'-CATGAACCGGAGTCCCATCCTCAC (SEQ ID NO: 91) and 5pmole of Oligonucleotide 5'-GTTGGGCAGTGCTCGCTTAG (SEQ ID NO: 83) and 50 μM of each dNTP , 10 ng of wild-type template, plasmid CMV-p53-SN3 (Example 29).   50 μl in a tube containing 45 μl of the above mixture for each template to be amplified ChillOutTM(MJ Research, Watertown, MA) and place the tube at 95 ° C for 2.5 minutes. And then cooled to 70 ° C. 1X PCR with Taq DNA polymerase (Promega) Added as 1.25 units of enzyme in 5 μl of buffer. Then for 24 cycles Heat the tube to 95 ° C for 45 seconds, cool to 55 ° C for 45 seconds, and heat to 72 ° C for 75 seconds And incubated at 72 ° C. for 5 minutes after the last cycle.   The PCR product was gel purified as follows. Add 10 μl of each PCR product to 10 μl Mix with stop buffer. Then heat the tube at 85 ° C for 2 minutes, containing 0.5X TBE Electrophoresis on 6% polyacrylamide gel (7: 1 cross-link) containing 7M urea in buffer (The used polyacrylamide gel solution was newly prepared.) Made). DNA was visualized by ethidium bromide staining and 0.5M NHFourOAc, 0.1 Passive diffusion at 37 ° C into a solution containing% SDS and 0.1% EDTA The fragments were cut out of the gel slice by running overnight.   A second round of 10 μl of each eluted PCR product was used as recombinant template and used as a recombinant template. PCR was started. This template was added to 10 pmole of 5'-vial in 1X PCR buffer. Otin exon 8 primer (SEQ ID NO: 83), 10 pmole of 5'-exon 5 primer -(SEQ ID NO: 82) and 50 μM of each dNTP were added. For each template to be amplified 50 μl ChillOut into a tube containing 90 μl of the above mixtureTM(MJ Research, Wate rtown, MA) and heated the tube to 95 ° C for 2.5 minutes, then cooled to 70 ° C . 2.5 units of Taq DNA polymerase (Promega) in 5 μl of 1X PCR buffer Was added as an enzyme. Then heat the tube to 95 ° C for 45 seconds, cool to 47 ° C Anneal the two template molecules, then heat to 72 ° C to The primer was extended by merase. The beginning of this denaturation, annealing and extension After one cycle, the reaction was heated to 95 ° C. for 45 seconds, cooled to 55 ° C. for 45 seconds, and cooled to 72 ° C. for 1 second. The heating cycle for 25 minutes was performed 25 times, and then extended at 72 ° C. for 5 minutes. afterwards Fragments were ethanol precipitated and gel purified as described in Example 29. B) Construction of a 601 bp PCR fragment containing the R273H mutation   Use the procedure described in a) to generate a 601 bp fragment containing the R273H mutation. A two-stage recombinant PCR was performed using amino acid 273 to convert arginine (CGT) to amino acid 273. A PCR fragment encoding a single base change to stidine (CAT) was co-amplified. the first Alternatively, in "upstream" PCR, the oligonucleotide 5'-TCTGGGCTTCTTGCATTC Using TG-3 ′ (SEQ ID NO: 82) and 5′-GCACAAACATGCACCTCAAAGCT-3 ′ (SEQ ID NO: 92) The 498 bp fragment listed in SEQ ID NO: 100 was generated. In a second or “downstream” PCR And the oligonucleotide 5'-CAGCTTTGAGGTGCATGTTTGT-3 '(SEQ ID NO: 93) Paired with nucleotide 5'-GTTGGGCAGTGCTCGCTTAG-3 '(SEQ ID NO: 83) To generate the 127 nucleotide fragment listed in SEQ ID NO: 101. These DNA fragments Electrophorese, elute and combine for a second PCR as described in a). Starting off, a 601 bp PCR product containing the R273H mutation was generated. C) Sequence analysis of 601 nucleotide PCR fragment   The recombinant 601 bp PCR product generated from this two-step PCR procedure is described in Example 29. Used with the oligonucleotide 5'-biotin-GTTGGGCAGTGCTCGCTTAG (SEQ ID NO: 83). PCR products were sequenced and formed according to standard protocols by the manufacturer. The presence of the mutation was confirmed.   The nucleotide sequence corresponding to the sense strand of the 601 nucleotide R249S mutant fragment is Column number 94 lists. The antisense strand of the 601 nucleotide R249S mutant fragment is SEQ ID NO: No. 95. The sense strand of the 601 nucleotide R273H variant fragment is set forth in SEQ ID NO: 96. You. The antisense strand of the 601 nucleotide R273H variant fragment is set forth in SEQ ID NO: 97. D) Cleavage reaction   Subsequent CFLPTMAdditional PCR rounds to generate large amounts of DNA for analysis Return the 601 bp fragment containing either the R249S or R273H mutation as the template. Used. Approximately 2 fmole of each 601 bp fragment was replaced with SEQ ID NO: 82 and 83 (SEQ ID NO: No. 83 contains biotin at the 5 'end) and 20 pmole of the primer corresponding to dNTP. 50 μM, 20 mM Tris-HCl, pH 8.3, 1.5 mM MgCl, respectivelyTwo, 50 mM KCl, 0.05% Tween20 and And 0.05% NP40. Tubes containing 90 μl of the above mixture were added to each amplification. Prepare the template to be prepared and add 50 μl of ChillOut to each tube.TM(MJ Research , Watertown, MA), and heat the tube to 95 ° C for 2.5 minutes, then cool to 70 ° C. Rejected. Then add Taq DNA polymerase (Promega) in 5 μl of 1X PCR buffer. 2.5 units of enzyme. Then heat the tube to 95 ° C for 45 seconds, Cool to 2 ° C. to anneal the two template molecules, then heat to 72 ° C. The primer was extended by aq DNA polymerase. This denaturation, annealing And after the first cycle of extension, heat the reaction to 95 ° C for 45 seconds and cool to 55 ° C for 45 seconds. 25 cycles of heating to 72 ° C for 1 minute, followed by 72 Extended for 5 minutes at ° C. The fragments were then ethanol precipitated as described in Example 29. And gel purified. Thereafter, the gel-purified fragment was subjected to CFLP as follows.TMUsed for reaction Used.   Cleavage reaction was a total volume of 5 μl (sterilized distilled water was used to bring the volume to 5 μl) About 100 fmoles of the resulting double-stranded substrate DNA (this substrate is (Including a biotin moiety at the 5 'end of the sense strand). Bring reaction to 95 ° C for 15 seconds Heat to denature the substrate and then quickly cool to 50 ° C (this step allows complementary The formation of intrachain hydrogen bonds between the target bases allows the DNA to adopt a unique secondary structure). The reaction is programmed to heat to 95 ° C for 15 seconds and then immediately cool to 50 ° C. In a thermocycler (MJ Research, Watertown, MA) or make a tube manually On a heat block set at 95 ° C, and then heat block set at 50 ° C. Moved on the lock and went.   After cooling the tube to a reaction temperature of 50 ° C, 0.2 μl of CleavaseTM5 including BN enzyme μl of diluted enzyme mixture [50 ng / μl 1X CleavaseTMDilution buffer (0.5% NP40, 0.5%  Tween 20, 20 mM Tris-Cl, pH 8.0, 50 mM KCl, 10 μg / ml BSA)], 1 μl of 10X CFLPTM Reaction buffer (100 mM MOPS, pH 7.5, 0.5% NP40, 0.5% Tween20) and 1 μl of 2m M MnClTwoWas added. 10 enzyme-free in parallel for each tested PCR fragment μl of control was provided. This control is called CleavaseTMBN enzyme replaced with sterile distilled water Was something. After 2 minutes at 50 ° C, add 8 μl of stop buffer to Stopped responding.   Heat the sample to 85 ° C for 2 minutes and dispense 7 μl of each reaction into a bag containing 0.5X TBE. Electrophoresis on 10% polyacrylamide gel (7: 1 cross-link) containing 7M urea in buffer Separated.   After electrophoresis, the gel plate is separated and the gel remains flat on one plate It was made to become. Positively charged nails with a pore size of 0.2 μm pre-wetted with 0.5X TBE Acrylamide gel with exposed Ron film (Schleicher and Schuell, Keene, NH) Layered. Any bubbles remaining between the gel and the membrane were removed. After that, two 3MM filter papers (Wh atman) on the membrane, replace the other glass plate, and remove the sandwich Clipped with clips. The transfer was overnight. After transfer, carefully remove the membrane from the gel. To 1X Sequencase Images Blocking Buffer (United States Biochemical) Washing was performed twice with gentle stirring at intervals of 15 minutes. Cm of membraneTwo3 / 10ml per Buffer was used. Streptavidin-alkaline phosphatase conjugate (S AAP, United States Biochemical, Cleaveland, OH) at 1: 3000 dilution. Added directly to the King solution and stirred for 15 minutes. 1X SAAP buffer with 0.1% SDS for membrane (100 mM Tris-HCl, pH 10: 50 mM NaCl)Two3 times using 0.5ml per 5 times (5 Min / wash). The membrane was then washed without SDS but with 1 mM MgClTwo1X SAAP buffer including Washed twice with water, dried sufficiently, and placed in a heat sealable bag. Sterilization Using a pet tip, 0.05ml / cmTwoCDP-StarTM(Tropix, Bedford, MA) And allowed to spread over the membrane for 5 minutes. All excess liquid and air bubbles were removed from the bag. That The posterior membrane was exposed to X-ray film (Kodak XRP) for the first 30 minutes of exposure. Exposure Time was adjusted as needed to obtain resolution and lightness. The results are shown in FIG.   In FIG. 74, the lane labeled M contains a biotinylated molecular weight marker. Ma Marker fragments were purchased from Amersham (Arlington Heights, IL), Contains bands corresponding to 00, 200, 300, 400, 500, 700 and 1000 nucleotides in length Things. Lanes 1-4 are CleavaseTMAntisense strand in the absence of BN enzyme Includes reaction products obtained from incubation of double-stranded DNA substrate labeled . Lane 1 contains the reaction product from the wild-type fragment (SEQ ID NO: 85). Lane 2 is shaped Includes the reaction product from the resulting R249S mutation (SEQ ID NO: 95). Lane 3 is 249 ( (Silent) mutation (SEQ ID NO: 89). Lane 4 is formed Reaction product from the modified R273H mutation (SEQ ID NO: 97).   Lanes 5 to 8 are CleavaseTMThis when incubated in the presence of the BN enzyme And the cleavage products generated from the respective sense strands of these templates. Leh Step 5 contains the cleavage product from the wild-type fragment (SEQ ID NO: 84). Lane 6 is R249S cut Fragment (SEQ ID NO: 94). Lane 7 is 249 (silent) mutant Includes the cleavage product from the fragment (SEQ ID NO: 88). Lane 8 shows the R273S fragment (SEQ ID NO: 9). 6).   The results shown in Figure 74 show that each of these templates containing a single base change Indicates that a similar but distinctly different pattern of cleavage was generated. ing. Lane 6 shows 15% when compared to the wild type pattern shown in Lane 5. Bands in the range 0-180 nucleotides are weakened and bands in the 100 nucleotide range It shows that it disappears. In addition, lane 6 contains a new bus in the 140 nucleotide range. And increased intensity of the upper band of the doublet, about 120 nucleotides. doing. A different nucleotide from the wild type at the same nucleotide position as R249S (lane 6). Examination of the Irent 249 mutant (lane 7) revealed that the wild type (lane 5) as well as R249S (lane 6). ) Pattern differences for both mutations were revealed. Specifically, When compared to Lane 5, as seen in Lane 6, the range of 150-180 nucleotides Band is weakened, indicating that bands in the 100 nucleotide range disappear. . However, the sample in lane 7 did not show another band in the 140 nucleotide range, Of the upper band of the doublet in the range of 120 nucleotides seen in region 6 Also not shown. This result isTMIf different salts at the same nucleotide position It indicates that the group changes can be distinguished.   When the reaction product in lane 8 was examined, it was compared with the wild type pattern shown in lane 5. As a result, it was determined that the band in the 100 nucleotide range in the R273S fragment had disappeared. You. But this CFLPTMPattern weakened band in the range of 150-180 nucleotides Is different from that of lanes 6 and 7 in that no In the region, this pattern is virtually indistinguishable from that produced from wild-type fragments. Absent.   The above results indicate that CFL was used to detect clinically significant mutations in human p53. PTMIndicates that can be used. Furthermore, these results indicate that CFLPTMLaw is the same Sufficient to distinguish different base changes in the position from each other and from the wild type. It shows that it has sensitivity. These results also indicate that the known p53 mutation Shows that the 2-PCR method can be used to produce a collection of PCR fragments containing I have. With such a collection, CFLs generated by different p53 mutations PTMA p53 barcode library containing patterns can be generated.                                   Example 31              Detection of the presence of wild-type and mutant sequences in mixed samples   Different alleles of the same size PCR fragment in a mixed sample, e.g., heterologous Detect presence of conjugates or heterogeneous tissue, such as can be found in samples CFLP to doTMThe ability of the reaction was examined.   For wild-type p53 (SEQ ID NO: 84) and mutant 143 (SEQ ID NO: 86) 601-bp fragments, A PCR product containing a biotin label on the sense strand was prepared as described in Example 29. And purified. Aliquots of these samples were made to a final concentration of about 12.5 fmole / μl And mix at different ratios to give a ratio of wild-type to mutant DNA. Got a toll. A total of about 50 fmole of D in each sample mixed in various combinations For NA, place 4 μl of diluted DNA sample into microfuge tube , Heated at 95 ° C. for 15 seconds. The tube was rapidly cooled to 50 ° C and 0.2 μl of CleavaseTMBN Dilute enzyme mixture containing enzyme [50 ng / μl 1X CleavaseTMDilution buffer (0.5% NP40 , 0.5% Tween 20, 20 mM Tris-Cl, pH 8.0, 50 mM KCl, 10 μg / ml BSA)] μl 10X CFLPTMReaction buffer (100 mM MOPS, pH 7.5, 0.5% NP40, 0.5% Tween20) And 1 μl of 2 mM MnClTwoWas added. CleavaseTMUse sterile distilled water instead of BN enzyme Were used in parallel for each PCR fragment tested, with 10 μl of enzyme-free control I thought. After 1.5 minutes at 50 ° C., the reaction was stopped by adding 8 μl of stop buffer. Sa Furthermore, for comparison with the mixed sample, only 4 μl of wild type and only 4 μl of V143A Was analyzed in a similar manner.   The sample was heated at 85 ° C for 2 minutes, containing 7M urea in buffer containing 0.5X TBE. 7 μl of the reaction was separated by electrophoresis on a 10% polyacrylimide gel (19: 1 cross-linking). Released.   After electrophoresis, release the gel plate and leave the gel flat on one plate. It was to so. A positively charged nylon membrane with a pore diameter of 0.2 μm (S chleicher and Schuell, Keene NH) were overlaid on the exposed acrylamide gel. All air bubbles between the gel and the membrane were removed. Place two 3MM filter papers (Whatman) on the membrane Then, the other glass plate was placed again, and the sandwich was clipped. Transfer Movement was performed overnight. After transfer, carefully remove the membrane from the gel and gently agitate. 15 minutes in 1X Sequencase Inages Blocking Buffer (United States Biochmical) Washed twice at intervals. 1cm membraneTwoUsed a 3/10 ml buffer. Strike Leptoavidin-alkaline phosphatase conjugate (SAAP, United States Bioch) emical, Cleaveland, OH) was added directly to the blocking solution to a dilution of 1: 3000 and 15 Stirred for minutes. The membrane was washed with 1X SAAP buffer (100 mM Tris-HCl, pH 1cm membrane in 10,50mM NaCl)TwoWashes three times (5 minutes / wash) using 0.5 ml per wash. Next The membrane does not contain SDS but 1mM MgClTwoWash twice with 1X SAAP buffer containing Drained in minutes and placed in heat sealable bags. Use a sterile pipette tip And 0.05ml / cmTwoCDP-StarTM(Tropix, Bedford, MA) and add to bag for 5 minutes Let it go. All excess liquid and air bubbles were removed from the bag. After that, the film was converted to X-ray film (K (odak XRP) for the first 30 minutes. Exposure time depends on resolution and brightness Adjusted as needed to get. The obtained autoradiogram is shown in FIG.   In FIG. 75, the lane labeled M contains a biotinylated molecular weight marker. Ma Makers were obtained from Amersham (Arlington Heights, IL), 50, 100, Containing bands corresponding to 200, 300, 400, 500, 700 and 1000 nucleotides in length It is. Lanes 1 and 2 show the enzymes for wild-type and V143A mutant fragments, respectively. It contains the reaction products from the control without the element. Lane 3 is wild type fragment only Contains cleavage products from samples containing Lane 4 is mixed at a 1: 1 ratio It contains cleavage products from isolated wild-type and mutant fragments. Lane 5 is wild type And cleavage products from reactions containing the mutant fragments in a ratio of 1: 2. lane 6 contains the reaction product in which the wild type and mutant fragments are present in a ratio of 1: 9. Les Region 7 contains cleavage products from a sample containing only V143A mutant DNA . Lane 8 contains cleavage products of wild type and mutant mixed at a ratio of 2: 1. I have. Lane 9 contains cleavage products of wild type and mutant mixed at a ratio of 4: 1. In. Lane 10 contains the cleavage product of the wild type and the mutant mixed at a ratio of 9: 1. It is.   The results shown in Figure 75 demonstrate that the presence of different alleles can be detected in mixed samples. Are shown. Compare lanes 4-6 and lanes 8-10 with lane 3 or lane 7. By comparison, the lane containing the mixed reactants has a discernible difference from either sample alone. It turns out that it shows a difference. Especially in the 100 nucleotide region, the mutant shifts The doublet is in the wild type sample (see discussion of FIG. 74 in Example 29). Lane 3 and And 7 could detect only one or the other pair, whereas the mixed sample All three of these bands are present in lanes (lanes 4-6 and lanes 8-10).                                   Example 32                     CleavaseTMBy fragment length polymorphism analysis                   Detection and identification of hepatitis C virus genotype   Hepatitis C virus (HCV) infection is the leading type of post-transfusion non-A non-B (NANB) hepatitis worldwide. Cause. In addition, HCV is a major global source of hepatocellular carcinoma (HCC) and chronic liver disease. It is an important pathogen. For molecular biological analysis of small (9.4kb) RNA genome Some regions of the genome are more likely to mutate more rapidly than others, It has been shown to be very highly conserved between isolates. In this analysis, Viruses were divided into six basic genotype groups and further subdivided into several subtypes. [Altamirano et al. Infect. Dis. 171: 1034 (1995)]. These viruses Groups are associated with different geographical areas, and in disease surveillance, It is important to accurately identify the substance. In the United States, genotype 1 HCV , But multiple HCV genotypes have been found in both Europe and Japan. I have. HCV genotype is also associated with differences in the efficacy of treatment with interferon. Individuals infected with group 1 show little response. To infected individuals If an existing HCV genotype can be identified, infection from different types of HCV Clinical outcomes from infection with multiple types of HCV in a single individual Comparison becomes possible. By pre-screening infected individuals for virus types, Clinicians can make more accurate diagnoses, and are more costly and ineffective Treatment can be avoided.   To develop a quick and accurate method for typing HCV present in infected individuals To, CleavaseTMThe reaction identifies and detects major HCV genotypes and subtypes. I checked whether it could be done. Conserved 5 'of six different HCV RNA isolates Using a plasmid containing DNA obtained from the untranslated region, CFLPTMFor analysis in reactions Generated template. The HCV sequences contained in these six plasmids are: Genotype 1 (4 subtypes represented by 1a, 1b, 1c and Δ1), 2 and 3 It is something to represent. The HCV genotype nomenclature used was that of Simmonds et al. (Described in Altamirano et al., Supra). A) Generation of plasmid containing HCV sequence   Using RNA extracted from blood donor serum samples, RT-PCR Six types of DNA fragments obtained from HCV were generated. These PCR fragments were Dr. Altamirano (University of British Columbia, Vancouver). This These PCR fragments contained HCV sequences obtained from HCV genotypes 1a, 1b, 1c, Δ1c, 2c, and 3a. To represent.   RNA extraction, reverse transcription and PCR are performed using standard techniques [Altamirano et al. Infect. Dis . 171: 1034 (1995)]. Briefly, guanidine isothio Using cyanate, sodium lauryl sarcosinate and phenol chloroform RNA was extracted from 100 μl of serum [Inchauspe et al., Hepatology 14: 595 (1991). )]. Reverse transcription was performed using GeneAmprTh reverse in the presence of the external antisense primer HCV342. Performed using transcriptase RNA PCR kit (Perkin-Elmer) according to manufacturer's instructions . The sequence of the HCV342 primer is 5'-GGTTTTTCTTTGAGGTTTAG-3 '(SEQ ID NO: 102). You. After completion of the RT reaction, the sense primer HCV7 [5'-GCGACACTCCACCATAGAT-3 '(sequence No. 103)] and magnesium, and the first PCR was performed. First PCR product Recoat the primers HCV46 [5'-CTGTCTTCACGCAGAAAGC-3 ') (SEQ ID NO: 104) and In the presence of HCV308 [5'-GCACGGTCTACGAGACCTC-3 ') (SEQ ID NO: 105), a second ( ) Was used for PCR. These PCRs allow the region of HCV to be located between positions 284 and 4 of the HCV genome. A 281 bp product corresponding to the conserved 5 'non-coding region (NCR) was generated [Altam irano et al. Infect. Dis. 171: 1034 (1995)].   Six 281 bp PCR fragments can be used directly for cloning or used for additional amplification steps I took it. At this stage, 10 mM Tris-HCl, pH 8.3, 50 mM KCl, 1.5 mM MgClTwoAnd 0. In a buffer containing 1% Tween20, about 10 fmoles of DNA, each 0.1 μM HCV46 And HCV308 primers, 100 μM all four dNTPs and 2.5 units of Taq polymer 50 μl of PCR containing the enzyme was used. PCR was performed at 96 ° C for 45 seconds, 55 The cycle was 45 times at 45 ° C. and 1 minute at 72 ° C. 25 times. Original DNA sample or Was performed using 2 μl of the reamplified PCR product according to the manufacturer's protocol according to the manufacturer's protocol. Cloned into lue T-vector (Novagen, Madison, WI). PCR products to pT7 After ligation to the Blue T-vector, the ligation mixture is used to competent JM109 cells. Vesicles (Promega) were transformed. Clos containing pT7Blue T-vector with insert LB containing 40 μg / ml X-Gal, 40 μg / ml IPTG and 50 μg / ml ampicillin Selection was made on the plate by the presence of white colonies. About each PCR sample Four colonies were picked and overnight in 2 ml of LB medium containing 50 μg / ml carbenicillin Propagated. Plasmid DNA using the alkaline miniprep protocol described below Was isolated. Cells from 1.5 ml of overnight culture were removed in a microcentrifuge (14K rpm) for 2 minutes The supernatant was discarded and the cell pellet was washed with 10 μg / ml RNase A (Phar macia) in 50 μl of TE buffer. Solution containing 0.2N NaOH, 1% SDS 100 μl of the solution was added and the cells were lysed for 2 minutes. Lysate 100 μl of 1.32 M potassium acetate Gently mix with pH 4.8 and centrifuge the mixture in a microcentrifuge (14K rpm) for 4 minutes Separated and discarded pellet containing cell debris. 200 μl of plasmid DNA Precipitate the supernatant with ethanol and pellet by microcentrifugation (14K rpm) did. The DNA pellet was air dried for 15 minutes and then redissolved in 50 μl of TE.   30 cycles of amplification were used to analyze the cloned HCV insert Except for the above, using the primers HVCV46 and HCV308, Mid DNA (about 10 to 100 ng) was reamplified in 50 μl of PCR. 0.5X TBE buffer PCR products by electrophoresis on a 6% non-denaturing acrylamide gel (29: 1 cross-linking) Clones that were separated and yielded a 281 bp PCR product were selected for further analysis.   For sequencing, plasmid DNA from selected clones was Was purified by PEG. 50 μl of plasmid DNA (about 10-100 ng / μl) in TE buffer , 25 μl 5 M NaCl and 10 μl 20% PEG (M.W. 8,000: Fisher) and mix well The mixture was incubated on ice for 1 hour. The mixture is then placed on a tabletop microcentrifuge. Centrifuge by centrifugation (14K rpm) for 5 minutes, remove the pellet, and add another 20% 15 μl of PEG was added. After incubating on ice for 1 hour, centrifuge the second pellet Collect by separation, discard supernatant and pellet 20 μl HTwoRedissolved in O. PEG purification 2 μl of plasmid DNA (about 100 ng) was used for HCV46 or HCV308 primer. Used for cycle sequencing reactions according to the manufacturer's protocol. HCV46 or HCV30 8 Primers should be used before Oligonucleotide Biotin Labeling The 5 'end was biotinylated using a kit (Amersham, Arlington Heights, IL) . Sequencing reactions were separated on a 10% denaturing acrylamide gel and transferred to a nylon membrane. And visualized as described in Example 19.   Alternatively, the 5 'end is tetrachlorofluorescein (TET) dye (Integrated  DNA Technologies) -labeled Blue-T1 [5'-GATCTACTAGTCATATGGAT-3 ') (SEQ ID NO: 106)] and Blue-T2 [5'-TCGGTACCCGGGGATCCGAT-3 ') (SEQ ID NO: 107)] And DNA sequencing was performed. In this case, the sequencing reaction was 10% denatured acrylic Separated on an amide gel and the product was analyzed using an FMBIO-100 Image Analyzer (Hitachi). Visualized. The six HCV clones are HCV1.1, HCH2.1, HCV3.1, HCV4.2, HCV6.1 And HCV 7.1, and the double-stranded DNA sequences of these clones are represented by SEQ ID NO: 108-113. The sequence of the sense strand of each of the six HCV clones is SEQ ID NO: 1. Shown in the top row of 08-113. HCV clone, HCV1.1, HCH2.1, HCV3.1, HCV4.2, HCV6 The sequences of the antisense strand of .1 and HCV7.1 are listed in SEQ ID NOS: 114-118, respectively.   The DNA sequences of each of the six HCV clones are listed in FIG. In FIG. 76, Nucleotides representing changes between the six HCV clones are in bold and underlined. Show. Dash to indicate gaps introduced to maximize alignment between sequences (Required for insertion found in clone HCV4.2). This alignment is Show that these six HCV clones represent six different genotypes. H CV1.1 represents genotype 1c HCV, HCV2.1 represents genotype 1a HCV, HCV3.1 represents genetic HCV4.2 represents genotype 1c HCV, HCV6.1 represents genotype 2c HCV, HCV 7.1 represents genotype 3a HCV. One sample, HCV4.2 , An insertion of the “G” nucleotide is found at position 146 (for proprietary HCV T: Altamirano et al., Supra), that insertions and deletions have been reported in the HCV NCR. No second independent clone obtained from the PCR product corresponding to HCV4 was sequenced. Was decided. This second HCV4 clone has the same arrangement as shown in FIG. 76 for HCV4.2. Was found to have columns. B) Preparation of HCV substrate   CFLPTMSix double-stranded substrate DNAs were prepared for analysis in the reaction. This substrate The use of labeled primers during PCR allows sense and antisense The 5 'end of either strand is labeled, and each strand of the HCV DNA substrate isTMAnalyze Can be otide Phosphate Labeling Kit (Molecular Probes. Inc., Eugene. OR) Follow the manufacturer's protocol with the TMR dye at the 5 'end of the HCV46 and HCV308 primers. Labeled. All six HCV 281 bp NCR sequences were a) using 10 ng of template PCR amplification was performed with 30 cycles of amplification, as described in.   For sense strand analysis, TMR labeled HCV46 primer (SEQ ID NO: 104) PCR was performed using the unlabeled HCV308 primer (SEQ ID NO: 105). A For analysis of the antisense strand, the unlabeled HCV46 primer (SEQ ID NO: 10 PCR was performed using 4) and the HCV308 primer (SEQ ID NO: 105) labeled with TMR. PCR The product was electrophoresed on a 6% denaturing acrylamide gel as described in Example 19. Purified by kinetics and eluted overnight. Gel purified DNA substrate was mixed with 20 μl of HTwoConcentration about 10 in O Redissolved in 0 fmole / μl. C) Cleavage reaction conditions   Cleavage reactions were 0.5% Tween 20 and NP-40TMR and 10 ng Cleavase, respectively.TMBN yeast 1 μl of TMR-labeled PCR product (about 100 fm) in a total of 10 μl of 10 nM MOPS, pH 7.5, ole double-stranded substrate). MnClTwoAll components except for 8 μl volume I combined. Heat the reaction to 95 ° C for 15 seconds to denature the substrate, then quickly cool to 55 ° C Rejected. The reaction was heated to 95 ° C for 15 seconds and then immediately cooled to 55 ° C. In a simulated thermocycler (MJ Research, Watertown, MA) or The heat block manually set on a heat block set to 95 ° C and then to 55 ° C. And moved on the second heat block set in the above.   After cooling the tube to the reaction temperature of 55 ° C, 2 μl of 1 mM MnClTwoAdding Initiates the cleavage reaction. After 2 minutes at 55 ° C, 95% formamide, 10 mM EDTA and Stop the reaction by adding 5 μl of a solution containing 0.02% methyl violet did.   Heat 5 μl of each reaction mixture at 85 ° C. for 2 minutes, and add 7M urine in 0.5 × TBE buffer. Electrophoresis on a 12% denaturing polyacrylamide gel containing separated. The gel was run at 33 watts for 1.5 hours. FMBIO labeled reaction products Visualization was performed using a -100 Image Analyzer (Hitachi). Obtained fluoro image The flash scan is shown in FIG.   In FIG. 77, production by cleavage of six HCV samples labeled on the sense strand CFLP generatedTMThe patterns are shown in lanes 1-6. Labeled on antisense strand CFLP generated by cleavage of six HCV samplesTMThe pattern is from lanes 7 to 12 Shown in The position of the molecular weight marker is large on the left side of the fluoroimager scan. Indicated by a simple arrow. Marker sizes are indicated in nucleotides.   The experiment shown in Figure 77 shows that CFLP distinguishes six distinct hepatitis C viruses.TM The ability is shown. The six samples on the left side of the panel (lanes 1-6) are The 5 ′ end of the antisense strand is labeled, and the right six (lanes 7-12) are labeled The ends were labeled. Are the first four samples in each set all HCV type 1? Including amplified samples. Subtypes a, b and c are of type 1c (i.e., Δ1c) As a single base deletion. From the analysis of each chain, many classes between subtypes Similarities and some distinct differences are noted. Most similarity in the sense strand Also prominent are the dominant bands shown as A, B and C. In particular, Bands B and C are evident in patterns generated from both subtypes 1a and 1b. While (and in fact are more dominant in subtype 1a than subtype 1a) ), It can hardly be seen in subtype 1c. Band A uses these samples Are present in all four, but in patterns generated from subtypes 1c and 1a More dominant. Difference between subtypes 2c and 3a and all of the subtype 1 samples The difference is in the region between 50 nt and 100 nt of the sense strand (compare bands D and E). And the region between 80 nt and 150 nt of the antisense strand (compare bands FJ) Is clear. Virus type 3 looks similar to type 1, but type 2 is the most Significantly changed CFLPTMIndicates a pattern. This relationship is a consequence of sequence differences between different isolates. Seems to be consistent with the relative number of differences.   From the results shown in FIG. 77, CFLPTMSimpler and faster method to determine genotype of HCV strain It has been shown to provide a law. This method facilitates the diagnosis of HCV infection and And help monitor the development of HCV.                                   Example 33                   Mycobacterium tuberculosis               Of mutations associated with antibiotic resistance in rice   The last decade has seen a tremendous resurgence of tuberculosis in its home country and around the world. Global scale Thus, the number of new cases reported per year increased from 7.5 million in 1990 to 102 in 2000. It is expected to increase to 100,000. One feature that warns of the resurgence of TB is one or more. M. tuberculosis strains resistant to the above anti-tuberculosis drugs [ie, multiple drug resistant tuberculosis (MDR-TB)] It is an increase in the number of patients.   Antibiotic rifampin (rif) and / or isoniazid (inh) Resistance to is a standard to determine whether a Mycobacterium tuberculosis strain is multi-drug resistant. It is rare to obtain their strong bactericidal action and primary resistance to these drugs. (The spontaneous mutation rate of rifampin resistance is about 10-8, Isoniazid resistant Then 10-8From 10-9), Until recently, these two antibiotics have developed and spread It was the most powerful frontline drug used to eradicate the nucleus. But tuberculosis in the United States In a patient survey, as many as one-third were infected with one or more anti-TB drugs More than 25% of M. tuberculosis cultures isolated are isoniazid resistant and 9% were found to be resistant to both isoniazid and rifampin [Frieden et al. , New Eng. J. Med., 328: 521 (1993)].   As explained above (Description of the invention), rifampin resistance is the rpoB gene of M. tuberculosis. Is associated with a mutation. The exact mechanism of isoniazid resistance is not clear, inhrMost mutations (up to 80%) occur in the katG and inhA genes of M. tuberculosis. CFLPTMCan be used to detect mutations in genes involved in MDR-TB? DNA fragment was amplified from the rpoB and katG genes of M. tuberculosis . Wild-type (i.e., antibiotic-sensitive) or mutant (i.e., antibiotic-resistant) strain of M. tuberculosis DNA fragment obtained fromTManalyzed. A) CFLP of a mutation in the rpoB gene of Mycobacterium tuberculosisTManalysis i) Generation of plasmid containing rpoB gene sequence   Contains mutations in the rpoB gene associated with wild-type M. tuberculosis or rifampin resistance Genomic DNA isolated from M. tuberculosis strains is Dr. Schinnick (Centers for Dis ease Control and Prevention, Atlanta, GA). Rifampin resistant Strain # 13 (91-3083) contains the histidine found in the wild-type strain at codon 451 of the rpoB gene. It contains a tyrosine residue instead of a residue (ie H451Y). This mutation Present in 28% of ampin-resistant TB isolates. The H451Y mutation is referred to below as Mutant 1. You. Rifampin-resistant strain # 56 (91-2763) has a wild-type strain at codon 456 of the rpoB gene. Contains a leucine residue in place of the serine residue found in (S456L). this The mutation is present in 52% of rifampin-resistant TB isolates. The S456L mutation is It is referred to as mutant 2.   From DNA obtained from wild-type, mutant 1 and mutant 2 strains, TB rpoB The 620 bp region of the gene was amplified. The ply used to amplify the rpoB gene sequence The mers are PolB-5A [5'-ATCAACATCCGGCCGGTGGT-3 '(SEQ ID NO: 120)] and PolB-5B [5'-G GGGCCTCGCTACGGACCAG-3 ′ (SEQ ID NO: 121)], and these PCR primers are H451Y Amplify a 620 bp region of the rpoB gene spanning both the S456L and S456L mutations [Miller et al., A ntimicrob, Agents Chemother., 38: 805 (1994)]. PCR was performed using PolB-5A and PolB-5B Final primers containing 1 μM of primer, 1 × PCR buffer and 60 μM of all four dNTPs Performed in a reaction volume of 50 μl. The reaction mixture was heated at 95 C for 3 minutes. 2.5 units of Ta q Add polymerase to start amplification, 1 minute at 95 ° C, 1 minute at 60 ° C and 2 minutes at 72 ° C. The 35 minute cycle lasted 35 cycles.   To clone the PCR-amplified fragment, use linear primers with 1 μl of each PCR product. Ligation was performed on T7Blue T-vector (Novagen, Madison, WI). Using the binding product Transform competent JM109 cells and add 40 μg / ml X-Gal, 40 μg / ml IPTG and On an LB plate containing 50 μg / ml ampicillin and white A clone containing the 7Blue T-vector was selected. Each PCR sample (i.e., wild-type, For the variants 1 and 2), 5 independent colonies were picked and 50 μg / ml The cells were grown overnight in 2 ml of LB medium containing nicillin. The alkaline lye described in Example 32 Plasmid DNA was isolated using the Niprep protocol.   PolB-5A and PolB-5B primers were used to analyze the cloned fragment. μM, 1X PCR buffer, all 4 dNTPs at 60 μM and 2.5 units of Taq polymerizer Using 50 μl of the reaction containing the enzyme, 1 μl of plasmid DNA from each clone was Amplified by PCR. PCR cycle at 95 ° C for 1 minute, 60 ° C for 1 minute and 72 ° C for 2 minutes For 35 cycles. PCR products were purified with 6% native acrylic acid in 0.5X TBE buffer. The clones that were separated by electrophoresis on a midgel and generated a 620 bp fragment were further separated. Selected for analysis.   To perform sequencing, plasmid DNA from selected clones was PEG purification was performed as described in 32. 2 μl (about 100 ng) of PEG purified plasmid DNA Used for cycle sequencing reactions using a kit (Promega, Madison, WI). Plastic For biotinylation of the immer, use the Oligo Nucleotide Biotin Labeling Kit (Amersham) It was performed using. The sequencing reaction was performed with 8% denatured acrylic as described in Example 19. Separated on amide gel, transferred to nylon membrane and visualized. Wild type, mutant 1 and The DNA sequences of the 620 bp rpoB gene fragment obtained from the two mutant strains are listed in SEQ ID NOs: 122 to 124. I can. The sequence of the sense strand of each of the three TB strains is shown in the top row of SEQ ID NOS: 122 to 124. Show. The sequence of the antisense strand for wild-type, mutant 1 and mutant 2 strains These are listed in SEQ ID NOs: 125 to 127, respectively. ii) Preparation of Mycobacterium tuberculosis rpoB gene substrate   CFLPTMTo generate substrates for use in the reaction, wild-type, mutant 1 and mutant 2rp A 620 bp cloned fragment obtained from the oB gene was amplified using PCR. PCR is used to The PCR product generated by the PCR process is responsible for the sense and antisense strands of the rpoB gene fragment. One primer of the primer pair labeled at the 5 'end to allow for analysis of any Performed using a limer. To generate a labeled substrate on the antisense strand Next, 10 ng of plasmid DNA from the cloned sequence was transferred to 1 μM PolB-5A Primer (unlabeled) and Oligo Nucleotide Biotin Labeling Kit (Amersham) PolB-5B primer biotinylated at the 5 'end using IX PCR buffer -50 μl reaction containing 60 μM of all four dNTPs and 2.5 units of Taq polymerase Used as template in material. The reaction is performed at 95 ° C for 1 minute, at 60 ° C for 1 minute and at 72 ° C. The 2-minute cycle was repeated 35 times. Obtained biotin-labeled antisense strand The 620 bp PCR product containing was purified as described in Example 19. Purified fragments 20 μl of HTwoDissolved in O.   In the sense strand of the 620 bp fragment of the rpoB gene fragment (wild type, mutant 1 and mutant 2) 5 'with TMR dye using ate Labeling Kit (Molecular Probes, Inc., Eugene.OR) PolB-5A primer with a labeled end and PolB-5B primer with no label PCR was performed using 1 μM each. The PCR reaction was performed in a 1X PCR buffer in a final volume of 100 μl. Buffer, 60 μM of all four dNTPs and 5 units of Taq polymerase and sequencing 10ng of plasmid DNA from defined clones as template It was taken. The reaction was cycled through 95 ° C for 1 minute, 60 ° C for 1 minute and 72 ° C for 2 minutes. The part was repeated 35 cycles.   In addition to the above PCR conditions, perform a PCR reaction using dUTP instead of dTTP, and A contained PCR fragment was generated. Uridine-containing PCR fragments were analyzed in clinical laboratories It is a standard type of fragment. Changes due to a single base pair change within a 620 bp fragment CFLP from substrateTMUridine-containing PCR fragments to generate patterns A 5 'TMR label on the sense strand and a thymidine Instead, an rpoB gene fragment containing uridine was generated as follows. 1.5mM Mg ClTwo2.5mM MgCl instead ofTwoUsing four dNTPs (ie, dATP, dCTP, dGTP and dTTP). TP) 100 μM dATP, 100 μM dCTP, 1 Except for using 00 μM dGTP and 200 μM dUTP, the 5 ′ end of the sense strand was labeled with TMR. According to the PCR protocol described above for the generation of a fragment, the uridine-containing 620 bp fragment (Wild type, mutants 1 and 2) were amplified.   620 bp P including sense strand (containing uridine or thymidine) labeled with TMR The CR product was purified on a 6% denaturing gel as described above and as described in Example 19. Elute overnight, precipitate with ethanol, and add 20 μl to a concentration of approximately 15 fmoles / μl. HTwoDissolved in O. iii) Cleavage reaction conditions   Open for analysis of 620 bp rpoB fragment containing biotin-labeled antisense strand The cleavage reaction conditions are as follows. 6 μl of biotin-labeled PCR product is added to 1 μl of 10 X CFLPTMBuffer (100 mM MOPS, pH 7.5, 0.5% Tween 20 and NP-40, respectively) and 25ng CleavaseTMCombined with BN enzyme. Prior to the initiation of the cleavage reaction, the DNA mixture Was denatured by incubating at 95 ° C. for 10 seconds. The reaction is then added to 60 ℃, 2mM MnClTwoThe reaction was started by adding 1 μl. The cleavage reaction is Performed at 60 ° C. for 2 minutes. The cleavage reaction is performed by adding 5 μl of stop buffer. Stopped two minutes later. Run 6 μl of each sample on a 6% denaturing polyacrylamide gel. Separated by electrophoresis and labeled fragments as described in Example 19. Visualized. The obtained autoradiogram is shown in FIG.   In FIG. 78, lanes marked with M are input from Amersham (Arlington Heights IL). Contains biotinylated molecular weight markers, 200, 300, 400, and 500 nucleotides in length Includes bands corresponding to the Marker and uncleaved rpoB substrate (620 The size in parentheses is indicated on the left side of the autoradiograph using large arrows. Lane 1 ~ 3 are for cleavage of antisense labeled mutant 1, wild type and mutant 2 substrates Respectively containing the reaction products generated from the reaction. Point mutation from 5 'end label ( Distance (relative to wild-type sequence) is 511 nucleotides per variant 1 substrate, There were 499 nucleotides for two substrates.   From the results shown in FIG. 78, from each of the rpoB substrates labeled on the antisense strand, A similar but clearly different cleavage pattern was shown to be generated. field Compared to the cleavage pattern generated by the native substrate, the cleavage of mutant 1 substrate Band A has disappeared in the generated pattern. Opening of wild type and mutant 2 substrates Comparing the patterns generated by the cleavage, the intensity of band B was found to be higher in the mutant 2 substrate. Significantly decreased. Thus, the two mutants are distinguished from each other from the wild type. Can be   Cleavage reaction conditions for analysis of the 620 bp rpoB fragment containing the TMR-labeled sense strand It is as follows. 4 μl of the TMR-labeled PCR product was cleaved as described above. Open The cleavage reaction was performed using 5 μl of 95% formamide, 10 mM EDTA and 0.02% methyl violet (S igma) was stopped.   The reaction was heated to 85 ° C for 2 minutes and 5 μl of each reaction mixture was added to a buffer containing 0.5X TBE. Electrophoresis on 12% denaturing polyacrylamide gel (7: 1 cross-link) containing 7M urea in fur To separate. The gel was run at 33 watts for 1.5 hours. Labeled anti The reaction products were visualized using an FMBIO-100 Image Analyzer (Hitachi). Got The fluoroimager scan is shown in FIG. Run gel for another hour After electrophoresis, the second scan is shown in panel B.   FIG. 79 shows two panels A and B. Panel B is as shown in Panel A 2 shows a scan of the same gel as shown in Panel A after a longer time electrophoresis. doing. Therefore, panel B has a band pattern seen in the upper part of panel A. (The line connecting panels A and B indicates the area of expansion.) There). In panels A and B of FIG. 79, lanes 1-4 are mutant 1, wild type, On the sense strand, obtained from the mixture of mutant 2 and wild-type and mutant 2 substrates, respectively. Includes reaction products generated by cleavage of thymidine-containing substrates with TMR-labels It is. Lanes 5 of Panels A and B are labeled with TET as a marker. It contains a 157 bp fragment obtained from exon 4 of the rosinase gene (SEQ ID NO: 27). Panels A and B, lanes 6-9 are mutant 1, wild type, mutant 2 and wild type. Uridines with TMR-label on the sense strand, each obtained from a mixture with the variant 2 substrate Contains the reaction products generated by cleaving the containing substrate. Wild type and mutation The mixture with body 2 substrate (lanes 4 and 9) is mixed with 5 μl of each substrate after the cleavage reaction. And then 6 μl of the mixture was added to the gel. From 5 'end label The distance of the point mutation (relative to the wild type sequence) is 100 nucleotides per mutant 1 substrate It was 116 nucleotides for the tide, mutant 2 substrate.   The results shown in FIG. 79 show similar results for each of the rpoB substrates labeled on the sense strand. And clearly different cleavage patterns are produced. Each panel The left set of files shows CFLP generated from PCR products containing dNTPs.TMIncluding patterns , The set on the right shows CFLP generated from PCR products in which dUTP was replaced by dTTP.TMPatter Including CFLP generated from mutant 1 and wild-type dNTP-containing ampliconTMPa When the turns are compared, the sequence changes around this mutant (100 bp from the labeled 5 'end) ), The intensity of the band (band A) of about 80 nt from the labeled 5 ′ end is significantly reduced. It turns out that it is less. In addition, vans that migrate about 200 to 250 nt from the labeled 5 'end (Band B) disappears in mutant 1. On the other hand, from wild type and mutant 2 Comparing the generated patterns, the disappearance of the band (Band C) of about 120 nt from the 5 'end Became clear. Further examination of the gel region corresponding to 120 nt revealed that panel B Shows that in mutant 2, band D is shifted downward with respect to the wild type. Was done. In panel B, another band migrating just above band D (labeled band D) Seems to shift downward with respect to the wild type in mutant 2. Review each panel Lane 4 mixed aliquots from wild-type and mutant CFLP reactions before electrophoresis However, this shift in mutant 2 (in band D) is actually present Is not due to electrophoresis artifacts .   CFLP generated from dUTP-containing ampliconTMAfter examining the patterns, The ability to distinguish mutants from each other, as well as from wild-type, was achieved by replacing dUTP with dTTP It was shown that it was not adversely affected and could actually be enhanced. In this embodiment, the pattern When mutants were generated from amplicons containing dUTP but not dTTP, And both are more easily distinguished from the wild type. In the right part of panel A Comparing the lanes containing mutant 1 and wild type, a clear distinction between the two amplicons Some differences are evident, others are new and anticipated. I can not do such a thing. Specifically, band A is the same as in the left part of this panel. Thus, the intensity in the mutant was reduced compared to the wild type. A buffer that migrates at about 110 nt Band (band E) was found to be missing from the mutant, as did the band at about 250 nt. (Compare band B on the left side of the gel). Stronger labeled bands F indicates that there is no significant difference between the three samples containing dTTP, but the dUTP-containing amplifier Much stronger in wild-type patterns generated from recon than in mutants No. Comparison of the patterns generated from wild-type and mutant 2 shows that in some cases The differences were also revealed. The most notable are the two that move to about 150nt Like the new band complex (band H), the band that moves about 60 nt is the mutant 2 (Band G). Interestingly, that of these patterns Some of the factors that make each distinguishable from the others are dTT in PCR amplification. Most of the cleaved fragments are identical in the two experiments, except that P is replaced by dUTP. This result may be due to the change in secondary structure stability or the modification of dUTP by substitution of dUTP. Cleavase for secondary structures containing nucleotidesTMThe result of a change in the affinity of the enzyme This suggests that only minor changes occur in the resulting single-stranded DNA substrate. dUTP included Cleavase for secondary structure of DNA fragmentTMThese differences when recognized by Provides unexpected benefits of using such nucleotide substitutions Things. B) CFLP of a mutation in the KatG gene of M. tuberculosisTManalysis i) Preparation of plasmid containing KatG gene sequence   KatG inheritance associated with M. tuberculosis or isoniazid resistance Genomic DNA isolated from M. tuberculosis strains containing mutations in offspring J. Obtained from Dr. Uhl (Mayo Clinic, Rochester, MN). These four strains Are referred to as wild-type, S315T, R463L and S315T; R463L [Cockerill, III et al. In fect. Dis. 171: 240 (1995)]. Strain S315T contains a G at codon 315 of the wild-type KatG gene. → Includes C mutation. Strain R463L has a G → T spike at codon 463 of the wild-type gene. The strain S315T; R463L contains a G → C mutation at codon 315 and codon 4 Includes both 63 G → T mutations.   The 620 bp region of the Mycobacterium tuberculosis KatG gene was subjected to PCR from DNAs derived from the above four strains. Amplified using Primers used to amplify the KatG gene sequence KatG904 [5'-AGCTCGTATGGCACCGGAAC-3 '(SEQ ID NO: 128)] and KatG1523 [5 '-TTGACCTCCCACCCGACTTG-3' (SEQ ID NO: 129)]. These primers Amplifies the 620 bp region of the KatG gene spanning both the S315T and R463L mutations I do. PCR was performed with 0.5 μM KatG904 and KatG1523 primers, 1 × PCR buffer And a final reaction volume of 100 μl containing 60 μM of all four dNTPs. Reaction mixing Heat the product at 95 ° C for 3 minutes, then amplify by adding 5 units of Taq polymerase And continue 35 cycles of 95 ° C for 1 minute, 60 ° C for 1 minute and 72 ° C for 2 minutes. Was.   To clone the PCR amplified KatG fragment, 1 μl of each PCR product was Used for ligation to pT7 blue T-vector (Novagen, Madison, WI) did. Transforming competent JM109 cells using the ligation product, A clone containing the pT7 blue T-vector with the insert was cloned into 40 μg / ml X-Gal, 40 White on LB plate containing μg / ml IPTG and 50 μg / ml ampicillin Selected by. For each of the four PCR samples, four colonies were They were picked and grown overnight in 2 ml LB medium containing 50 μg / ml carbenicillin. Plasmid DNA was prepared using the alkaline miniprep protocol described in Example 32. Isolated using a col.   To analyze the cloned KatG fragments, 1 μl of plasmid from each clone was used. DNA with 0.5 μM KatG 904 and KatG 1523 primers, 1 × PCR buffer, 100 μl containing 60 μM of all four dNTPs and 5 units of Taq polymerase Was amplified by PCR using the above reaction solution. PCR was performed at 95 ° C for 1 minute and at 60 ° C 35 cycles of 1 minute and 2 minutes at 72 ° C. Reduce PCR product by 0.5X TBE Separated by electrophoresis on a 6% natural polyacrylamide gel in the buffer, 620 bp Clones producing fragments were selected for further analysis.   For sequencing purposes, plasmid DNA from selected clones was PEG purification was performed according to the protocol described in Example 32. 2 μl of plasmid DN A (about 100 ng) using KatG 904 and KatG15 containing a biotin moiety at the 5 'end. Fmol with 23 primersRCycle using kits (Promega, Madison, WI) Sequencing was performed. Biotinylation of primers is performed using oligonucleotide This was performed using an otin labeling kit (Amersham). The sequencing reaction is Separated on an 8% denaturing polyacrylamide gel, transferred to a nylon membrane, and Visualization was as described in Example 19. Wild-type and mutant strains S315T, R46 3L and S315T; the DNA sequence of the 620 bp katG gene fragment from R463L, The numbers 130 to 133 are shown. The sense strand for each of the four katG gene fragments The sequences are shown as the top row of SEQ ID NOs: 130-133, respectively. Wild type and protruding Of the 620 bp katG gene fragment from the mutant strains S315T, R463L and S315T; R463L. The sequences of the chisense strand are shown in SEQ ID NOs: 134 to 137, respectively. ii) Preparation of M. tuberculosis katG gene substrate   CFLPTMWild-type as well as S315 to make substrates for use in the reaction Cloning of T, R463L and S315T; R463L from M. tuberculosis strain 62 The 0 bp fragment was amplified using PCR. PCR was performed with 0.5 μM each of KatG 904 and K atG 1523 primer, 1X PCR buffer, 60 mM, all 4 dNTPs, 5 units Plus Taq polymerase as a template from sequenced clones Performed in a final reaction volume of 100 μl containing 10 ng of mid DNA. Anti The reaction was performed at 95 ° C for 1 minute, 60 ° C for 1 minute and 72 ° C for 2 minutes for 35 cycles.   To obtain a 620 bp PCR fragment of the KatG gene with a biotin label on the sense strand In addition, an unlabeled KatG 1523 primer (SEQ ID NO: 129) and a 5'-biotinylated Kat G904 primer (SEQ ID NO: 128) was used in the PCR. Biotinylation This was performed using a gonucleotide biotin labeling kit (Amersham). Antisen For the production of a similar fragment having a TMR label on its strand, an unlabeled KatG 904 (SEQ ID NO: 128) and TMR-labeled KatG 1523 (SEQ ID NO: 129) primer Used in. The amplified PCR product was purified on a 6% denaturing gel, eluted overnight, Precipitate with ethanol and add 50 μl H as described in Example 19.TwoRedissolved in O. iii) Cleavage reaction conditions   The cleavage reaction conditions for analyzing the KatG substrate labeled on the sense strand are as follows. It was. 5 μl of the biotin-labeled PCR product was added to 1 μl of 10 × CFLPTMBuffer (100 mM MOPS, pH 7.5, 0.5% each of Tween 20 and NP-40) and 25 ng CleavaseTMCombined with BN enzyme. Before starting the cleavage reaction, mix the DNA The mixture was denatured by incubating at 95 ° C for 10 seconds. Then the reaction The mass was cooled to 50 ° C. and 1 μl of 2 mM MnClTwoThe reaction was started by adding . The cleavage reaction is incubated at 50 ° C for 2 minutes and 5 μl of stop buffer is added. And stopped by. Transfer 4.5 μl of each sample to 10% denaturing polyacrylamide gel. After transfer to a nylon membrane as described in Example 19, the labeled fragments were visualized. . The obtained autoradiogram is shown in FIG.   In FIG. 80, the lane marked "M" is Amersham (Arlington Heights, IL) 50, 100, 200, 300, 400, 500, including biotinylated molecular weight markers obtained from , 700 and 1000 nucleotides in length. Marker size This is indicated using a large arrowhead. Lanes 1-4 are CleavaseTM In the presence of BN enzyme, R463L, R463L, respectively, S315T, S315T and wild-type KatG substrate Includes reaction products obtained by incubation. 5 'end of mutation Distance from the sense is the R463L mutation if the label is on the sense strand. Is 485 nucleotides for the S315T mutation and 41 nucleotides for the S315T mutation. is there.   The results shown in FIG. 80 show that the wild-type and S315L mutant (S 315T and S315T; found on both R463L substrates) But a distinctly different cleavage pattern was generated. Wild-type fragment (lane CFLP for 4)TMCompared to the pattern, the S315T mutation (R463L; S315T and And S315T mutants (found in lanes 2 and 3)) Band B located about 40 nucleotides from the end label of the raw substrate disappears You can see that The disappearance of band B was determined by the distance of the S315T mutation from the 5 'end (the (41 nucleotides from the 5 'end label on the sense strand). Subsequent experiments Causes the R463L mutant to move about 500 nt from the 5 'end label on the sense strand. (A downward band shift in the R463L mutant) Indicates that it can be distinguished from wild type, but it is difficult to develop with many gel systems. You.   The cleavage reaction conditions for analyzing the KatG substrate labeled on the antisense strand As described for the strand. 4.5 μl of each sample is 10% denatured polyacrylic acid. The gel was run on a ruamide gel and the labeled fragment was analyzed for H 2 as described in Example 33 (a) (iii). Visualization was performed using an itachi FMBIO-100 fluorescence image analyzer. Fig. 81 shows the obtained scan. Show.   In FIG. 81, the lane marked with “M” was digested with MspI and described in Example 8. The 3 'end using terminal deoxynucleotidyl transferase as described above. Contains plasmid pUC19 DNA labeled with fluorescein ddUTP. This marker The bars correspond to lengths of 110/111, 147, 190, 242, 331, 404, 489 and 501 bp. Incl. Additional 26, 34, and 67 bp marker bands are apparent in this figure. Or not. Marker size is indicated using a large arrowhead. Lanes 1-4 are CleavaseTMIn the presence of the BN enzyme, R463L, S315T, respectively; R463L, S315 Includes reaction products obtained by incubating T and wild-type KatG substrates. No. The position of the single base mutation from the 5 'end label is labeled on the antisense strand. If present, 136 nucleotides for R463L mutation And 580 nucleotides for the S315T mutation.   The results shown in FIG. 81 indicate that the wild type mutant has an R463L substitution on the antisense strand. It can be distinguished from S315T; R463L double mutant or R463L mutant When compared to the lane containing alone, the R463L mutation shows a strong band migrating at about 130 nt. It can be seen that this is related to the existence of (band A). This result is combined with the result shown in FIG. Taken together, all three of these mutants are CFLPTMAnalysis distinguishes each other It can be seen that it can be distinguished from the wild type as well.   CFLPTMTechnology reduces gel electrophoresis processing time from 12-18 hours to 5-10 minutes This is advantageous in terms of cost. Readout compatible with multi-lane fluorescence image detector Allows simultaneous processing of up to 48 reactions, thereby increasing the processing volume It is. As a result, the time required to perform the analysis is reduced, making it necessary to report results to patients. Time is reduced from days to hours, or for MDR-TB patients, Reduced from weeks to hours. Early detection of MDR-TB has been Reduced costs of long stays in isolated wards while investigating the efficacy of treatment Can save thousands of dollars per person.                                 Example 34                  Rapid identification of bacterial strains by CFLP analysis   The results shown above indicate that CFLPTMAnalysis can be used to determine the genetics associated with drug resistance By examining some of the offspring (eg, rpoB and katG), M. tuberculo sis) wild type and the presence of drug-resistant mutations Was. CFLPTMWhether the assay can be used as a detection and identification method for various microorganisms CFLP to find outTMAnalysis derived from bacterial 16S rRNA gene Performed using the substrate.   The bacterial 16S rRNA gene varies throughout the phylogenetic tree. These genes Contains segments that are conserved at the species, genus or kingdom level. These features Using the signature, a primer containing a consensus sequence flanking the variable region was created . These primers are used to augment a segment of the bacterial 16S rRNA gene. Width. The segment was then used for Southern blot hybridization [G reisen et al. Clin. Microbiol. 32: 335 (1994)] or SSCP analysis [Widjojoa tmondjo et al. Clin. Microbiol. 32: 3002 (1994)]. Analysis of these types is faster than traditional culture methods, but at most, specific genera and higher It only distinguishes species within a bacterial taxon. However, often different fungi of the same species It is desirable to distinguish between strains. For example, if a given species is a harmless organism and disease May contain subspecies, including protozoa. Possible to distinguish between species and / or subspecies CFLP to develop technologyTMAnalysis of bacterial 16S rRNA gene Applied to derived segments. A) Bacterial strain   Table 3 below lists the bacterial strains used in this study. These strains are Deutsc he data derived from a deposit obtained from Sammlung von Mikroorganismen (DSM). Desulfurococcus amylolyticus strain Z-53 With the exception of 3, they were derived from the ATCC strains listed below.   The strains listed in Table 3 include E. coli strains B and K-12 and desulfur Except for Coccus amylolyticus (Desulfurococcus amylolyticus), Represents a microorganism. Desulfurococcus amylo lyticus) uses common primers based on rRNA gene sequences whose design is known. Using rRNA fragments from archaeal species whose rRNA gene sequence has not been reported. The gene fragment sequence was included in this study to see if it could be amplified. table The strains listed in No. 3 can be from several different genera (eg, Escherichia). , Shigella, Salmonella and Campylobacter bacter)) to provide representative examples, as well as different species (and Was selected to provide some representative examples of subspecies). For example, three types of large Enterobacteriaceae (E. coli) strains contain CFLP produced by cleavage of rRNA gene substrates.TMBa Pattern matching (or lack thereof) can be examined between species within a given genus. I chose. In addition, E. coli serotype O157: H7 indicates that this strain is hemorrhagic. The relationship was deep in the development of colitis and was examined. E. coli strain B and CFLP observed by cleavage of rRNA gene substrate derived from K12 and K-12TMPattern is Produced by cleavage of rRNA gene substrate from E. coli serotype O157: H7 It was interesting to find out if it was different.   Table 4 below shows the phylogenetic relationships between the strains used in this example. B) Microbial growth   To minimize the treatment of pathogenic strains, the growth of microorganisms should be The culture was performed by surface culture or plate culture. i) Escherichia, Shigella, Salmonella And Staphylococcus spp.   All strains were obtained from the ATCC strains listed in Table 3 above as follows. Trip Ticase soy broth and 15% glycerol (Remel Corp., Lenexa, KS. Log the culture of one platinum loop, previously frozen in Log 06-5024), onto trypticase soy agar. It was subcultured on a slope (Remel. Catalog 06-4860). Incubate culture at 37 ° C overnight Was added. ii) Propagation of Campylobacter species   Trypticase soy broth and 15% glycerol (Remel Corp., Lenexa, KS. One loop of the culture previously frozen in catalog 06-5024) was used for 10% sheep blood, Hotelricin B, cephalotin, trimethoprim, vancomycin and polymiki Subculture on Campylobacter agar supplemented with Syn-B (BBL, catalog 21727) Was. Place the inoculated plate in a Campy microaerobic pouch (BBL, catalog 4360656) Closed and incubated at 42 ° C for 3 days. C) Extraction of genomic DNA from microorganism   For each bacterial sample, 300 μl TE buffer and 300 μl phenol: Loroform: Isoamyl alcohol (25: 24: 1) in a 1.5 ml microcentrifuge tube I put it. This mixture is called the extraction buffer. 1 loop (about 0.1 ml) of the desired bacterial strain Remove from slant culture or plate culture and extract in 1.5 ml microcentrifuge tube Combine with buffer and vortex the contents for 2 minutes. DN extracted in aqueous phase A was processed for further purification as described below.   E. coli and C. Ethanol precipitate the sample of the jejuni strain and dissolved in 1 TE buffer. The sample was then incubated at 37 ° C. for 30 minutes with 0.5 μg RN Treated with A. The DNA was ethanol precipitated, collected by centrifugation, and It was dissolved in 0 μl of 10 mM Tris-HCl (pH 8.0, 25 ° C.).   Shigella, Salmonella and Staphylococcus (Staph ylococcus)TM50 μl using 30 filters (Amicon) Concentrate to MicrospinTMUsing an S-200HR gel filtration column (Pharmacia Biotech) Transferred to TE buffer. The sample was then incubated at 37 ° C. for 80 minutes with 0.5 μg of RNase A. Processed. The DNA was ethanol precipitated, collected by centrifugation, and 200 μl It was dissolved in 10 mM Tris-HCl (pH 8.0, 25 ° C.).   The genomic DNA of E. coli strain B (ATCC 11303) was ligated to Pharmacia Biotech (Pi scataway, NJ; catalog 27-4566-01, lot 411456601). DNA Was dissolved in 10 mM Tris-HCl (pH 8.0, 25 ° C.).   Desulfurococcus amylolyticus strain Isolate genomic DNA from Z-533 (DSM3822) and use standard techniques for cesium chloride centrifugation. Purified using techniques [Bonch-Osmolovskaya et al., Microbiology (Engl. Transl. O. f Mikrobiologiya) 57:78 (1988)].   The concentration of the genomic DNA preparation is determined by the OD of the preparation.260Determined by measuring . D) Design of primers for amplification of 16s rRNA gene of bacterial species   Primes that allow amplification or detection of 16S rRNA sequences from various bacterial strains Markers and probes have been reported. These oligonucleotide primers Alternatively, probes may be obtained by comparing 16s rRNA gene sequences from different eubacteria species. Represents the consensus sequence obtained. For example, PCR amplification of bacterial rRNA gene sequences or Is an oligonucleotide primer suitable for dot blot hybridization [Eg, PCT Publication No. 90/15157; Widjojoatmodjo et al., J. . Clin. Microbiol. 32: 3002 (1994)]. Typically, the conserved sequence of the primer is Design the non-conserved region of the 16s rRNA gene having a species-specific sequence to be adjacent You.   A number of previously published common primers obtained from the 16S rRNA gene sequence , CFLPTMThe substrate production ability for use in the reaction was examined. Primer 1638 , 1659 and 1743 are described in PCT Publication No. 90/15157. Primer ER10 is described in Widjojoatmodjo et al. (Supra). Primer SB-1, SB-3 And SB-4 represent new primers (ie, not previously published). The primers used in this example are listed in Table 5 below.   Oligonucleotide primers were purchased from Integrated DNA Technologies, Inc. From obtained. Oligonucleotides were added to 10 mM Tris-HCl (pH 8, 25 ° C.) at 20 μM. Dissolved in concentration. Two sets of primers were synthesized. One set has an OH group at the 5 'end (Ie, unlabeled primer), the other set has a fluorescent dye TET at the 5 'end. (A tetrachlorinated analog of 6-carboxyfluorescein, Applied Biosystems) (Ie, TET-labeled primers). TET-labeled primers Indicated by using "TET" as a subscript in the name of the immer (for example, TET- 1638 indicates a 1638 primer having a 5 'TET label. ).   The positions of each of the primers listed in Table 5 are shown in FIG. 82 in the E. coli rrsE gene. The sequence is shown along with the offspring (encoding 16S rRNA). In FIG. 82, the primer The columns are shown in bold and underlined are the primer sequence and the E. coli rrsE gene sequence. Used to indicate a perfect match between The sequence of the E. coli rrsE gene is , SEQ ID NO: 145. As shown in FIG. 82, the 1638, ER10, SB-1, SB-3, and SB-4 Primers correspond to sequences present on the sense strand of the 16S rRNA gene. 1659 , 1743 primer is used for the sequence present on the antisense strand of the 16S rRNA gene. Corresponding.   Figure 83 shows the E. coli rrsE gene (SEQ ID NO: 145), Cam. jejun5 remains Gene (rRNA gene from C. jejuni) (SEQ ID NO: 146) and Stp. aureus Provides alignment of the gene (rRNA gene from S. aureus) (SEQ ID NO: 147) You. 1638, ER10, 1659 (shown as the complement of 1659), SB-1, SB-3, SB-4 and 17 The position of the 43 (shown as the complement of 1743) primer is shown in bold. rRNA gene A gap (dash) is introduced to maximize alignment between.   In prokaryotes, 2-10 copies of the ribosomal RNA gene are present, and Escherichia ( Escherichia) averages 7 copies. By PCR amplification, these genes Are produced, essentially "multiplex" PCR from that strain. C FLP is a complex pattern of rRNA genes slightly altered in the microorganism. , No specific rRNA is directly involved in the entire “barcode”. How many In these cases, these small changes (between rRNA genes, for example, Enterobacteriaceae (see small changes between E. coli rRNA genes)TMpattern Causes a small (small signal) band shift at, very closely related To enable the distinction between isolated organisms. Most or all copies of these genes Larger changes in the sequence can be seen when comparing less related organisms. (Eg, E. coli, C. jejuni and S. aureus in FIG. 83). (See widespread changes between rRNA genes), these large differences are In the turn, it is shown as a larger pattern change. Variability of these genes Nevertheless, amplification by PCR must be performed between conserved regions of the rRNA gene. All rRNA sequence collections for any microorganism of interest. You do not need to know in advance.   Using three primers (TET-1638, TET-ER10 and TET-SB-4), 16S A fragment was prepared in which the 5 'end of the sense strand of the rRNA gene was fluorescently labeled. The other two Two primers (TET-1659 and TET-1743) were used to create a labeled fragment of the antisense strand. It was used for production.   Using the indicated primer pairs, the 16S rRNA gene sequences from various bacterial The expected sizes of the PCR products produced by the amplification are shown in Table 6. Table 6 Thus, the expected size of the PCR product depends on the known distribution of the 16S rRNA gene of the indicated species. Based on column. In Table 6, the following abbreviations are used: That is, Dco (Desulfurococcu s), E.C. co (E. coli), Cam (Campylobacter) and Stp (Staphylococus). You. Position of the PCR product relative to the sequence of the E. coli rrsE gene (see FIG. 82) Locations are shown in the last column. E) PCR amplification of 16S rRNA gene sequence   For each primer pair listed in Table 6, 16S r from each bacterial strain listed in Table 3 The ability to amplify RNA gene sequences was examined. Commercialization of recombinant Taq DNA polymerase Preparations containing various amounts of the E. coli 16S rRNA gene sequence. Is knowledge. During amplification of a bacterial DNA sample, contaminating E. coli 16S To minimize rRNA sequence amplification, use AmpliTaq DNA polymerase, LD (low DNA) (Perkin Elmer) was used for PCR. This Taq DNA polymerase The product is tested by the manufacturer and placed in a standard 2.5 unit enzyme aliquot. Confirmed that less than 10 copies of bacterial 16S ribosomal RNA gene sequence were present Have been.   Each primer pair (Table 6) was tested in a PCR. PCR reaction solution is 10 mM Tris-HCl (pH 8.3, 25 ° C.), 50 mM KCl, 1.5 mM MgClTwo, 0.001 % w / v gelatin, 60 μM each of dGTP, dATP, dTTP and dCTP, 1 each μM of one 5′-TET-labeled primer and one unlabeled primer, 2.5 units Knit AmpliTaq DNA polymerase, LD included. Reaction was performed by AmpliTaq D NA polymerase, LD. In a final volume of 50 μl using lot E0332 or Ampl iTaq DNA polymerase, LD. Run in a final volume of 100 μl using lot D0008 Was. The amount of genomic DNA added was 6-900 ng for each PCR. Bacteria Control reactions without the addition of nome DNA were also performed to generate AmpliTaq DNA polymerase. And the amount of 16S rRNA product produced by contaminants in the LD preparation.   PCR reaction is PTC-100TMWith a programmed heat controller (MJ Research, Inc.) went. Two sets of cycle conditions were used. The first set of conditions is 95 ° C for 30 seconds, 60 ° C 30 cycles of 1 minute at 72 ° C. and 30 seconds at 72 ° C. Cooled to 4 ° C. The second set of conditions consisted of 95 ° C for 30 seconds, 60 ° C for 1 minute and 72 ° C for 90 minutes. The seconds were 30 cycles and after the last cycle, the tubes were cooled to 4 ° C. Sand The difference between the two cycle conditions is the time during which the reaction solution is held at the elongation temperature (72 ° C). You. These two extension times were tested for the expected size of the 16S rRNA target. However, depending on the primer pair used for amplification, 208-1388 bp Because it changes within the range.   As a rule of thumb, if the length of the target to be amplified is less than 500 bp, If using an extension step and the target length is 500-1000 bp, an extension step of 30-60 seconds If the target length is greater than 1 kb, extend approximately 1 minute per 1 kb length. Do. The first set of PCR conditions (30 second extension step) was performed with longer amplicons (amps). licons), but the yield was determined using a second set of PCR conditions (90 second extension). It was lower than when used.   After thermal cycling, 400 μl of formamide containing 1 mM EDTA was added to each sample. Added and the sample was concentrated on a Microcon 30 to a volume of 40 μl. Sample (40 μl) denaturing 6% polyacrylamide gel (7M urea, 0.5X TBE running buffer) The sample was loaded after pre-warming to 50-55 ° C. . Samples can be run at 20 W for 20 minutes (200-350 bp fragment) or 40 minutes (cut longer than 1 kb). Piece) electrophoresed. Gels were prepared using Fluorescent Me using 585 or 505 nm filters. Scan using thod Bio Image Analyzer Model 100 (FMBIO-100, Hitachi) Was.   From the results of these PCRs, each primer pair tested (Table 6) showed the expected large It was found that the size fragment was successfully amplified. That is, the primers shown in Table 6 Pairs include archaea, gram-positive and gram-negative bacteria, different species of the same genus and the same End-labeling D using genomic DNA from various prokaryotes such as different strains Suitable for NA fragment amplification. These PCRs are also based on the genomic DNA present in the PCR. Although the amount of NA varies from strain to strain, the yield of amplification product is always In AmpliTaq DNA polymerase, LD found in the reaction solution without the addition of Multiple times higher than trace amounts of product from E. coli genomic DNA did. F) Preparation of 16S rRNA gene substrate   CFLPTMLabeled PCR corresponding to bacterial 16S rRNA sequence for use in reactions The following primer pairs were used in the PCR to generate the product. 1. Using the SB-1 / TET-1743 pair, Desulfurococcus amylolyticus (Desu lfurococcus amylolyticus) (DSM 3822), E. coli strain K-12 (ATCC 14 948); aureus subsp. aureus (ATCC 33591) and S. aureus. aureus subsp. aureus ( An approximately 297 bp fragment was amplified from genomic DNA derived from ATCC 33592). The resulting PCR The product contains a 5 'TET-label on the antisense strand. 2. Using the TET-SB-4 / 1743 pair, E. coli strain B (ATCC 11303), colon E. coli strain K-12 (ATCC 14948), E. coli serotype O157: H7 (ATCC 4389) 5), Shigella dysenteriae serotype 2 (ATCC 29027) and Salmonella (Sa lmonella) choleraesuis subsp. choleraesuis serotype typhi (ATCC 6539) An approximately 208 bp fragment was amplified from the nome DNA. The obtained PCR product is placed on the sense strand. Includes 5 'TET-label. 3. Using the 1638 / TET-1659 pair, E. coli strain B (ATCC 11303), colon E. coli strain K-12 (ATCC 14948), E. coli serotype O157: H7 (ATCC 4389) 5), Shigella dysenteriae serotype 2 (ATCC 29027) and Salmonella (Sa lmonella) choleraesuis subsp. choleraesuis serotype typhi (ATCC 6539) An approximately 350 bp fragment was amplified from the nome DNA. The resulting PCR product is antisense Include a 5 'TET-label on the strand. 4. Using the TET-ER10 / 1743 pair, E. coli strain K-12 (ATCC 14948) and Campylobacter jejuni subsp. jejuni (ATCC 33291) An approximately 1292 bp fragment was amplified from genomic DNA. The resulting PCR product is on the sense strand Contains a 5 'TET-label. 5. Using the 1638 / TET-1659 pair, E. coli serotype O157: H7 (ATCC 43895). ), Salmonella choleraesuis subsp. choleraesuis serotype typhi (AT CC 6539); Shigella dysenteriae serotype 2 (ATCC 29027); aureus subsp. aureus (ATCC 33591), S.A. aureus subsp. aureus (ATCC 33592), S.A. aureu s subsp. aureus (ATCC 13565), S.A. hominis (ATCC 29885) and S.P. warneri (AT An approximately 350 bp fragment was amplified from genomic DNA derived from CC 17917).   PCR was performed as described in E) above. Two separate PCR reactions are performed Campylobacter jejuni subsp. jejuni (ATCC 33291) Performed using 0.2 μg of nome DNA and the TET-ER10 / 1743 primer pair. One Reactions are performed in a final volume of 50 μl and are extended at 72 ° C for 30 seconds during thermal cycling. Used. The second reaction was performed in a final volume of 100 μl and extended at 72 ° C. for 90 seconds. It was used. The yield of the PCR product produced in the second reaction was 76% (the first reaction Higher than that). After the amplification reaction, as described in E) above, The pull was processed and electrophoresed on a denaturing polyacrylamide gel. Electrophoresis After, the desired band is excised from the gel and the gel section is excised with 0.5 M ammonium acetate, Elute by placing in 0.4 ml of a solution containing 0.1 mM EDTA and 0.1% SDS Was. The mixture was then incubated at 55 ° C for 2 hours and then at 37 ° C for 12 hours. The sample is concentrated to 25 μl using a Microcon 30 (Amicon) and Transferred into water using a pin column (Pharmacia). G) Cleavage reaction conditions   The cleavage reaction is performed with about 0.2-1 pmol of 5 'TET-labeled DNA group (as shown below). Quality, 10ng CleavaseTMBN enzyme (Third Wave Technologies), 1X CFLP buffer and 0.2 mM MnClTwoPerformed in a final volume of 10 μl containing reaction The liquid is initially MnClTwoWas prepared as a 9 μl mixture containing no. This mixture Heat to 95 ° C for 10 seconds, then the desired incubation temperature (45 ° C, 50 ° C or 65 ° C). The optimal reaction temperature for each substrate is determined by the Based on the presence of some undigested substances to display molecules in a wide range up to Selected. The optimal temperature selected for each substrate is described in the discussion of FIGS. 84-87 below. Shown.   The cleavage reaction was performed with 1 μl of 2 mM MnClTwoWas started by adding. Desired temperature After 2 minutes incubation at 95 ° C, 95% formamide, 5 mM EDTA, 5% By the addition of 10 μl of a solution containing lyserol and 0.02% methyl violet The reaction was stopped. Uncleaved, or “no enzyme” controls are CleavaseTMH instead of BN enzymeTwoSame as above except that O was used In the same manner for each substrate. Transfer the sample (approximately 4-8 μl) to 45 mM Tris 6 to 1 with 7 M urea in buffer containing borate, pH 8.3, 1.4 mM EDTA Swim on 2% denaturing polyacrylamide gel (19: 1 cross-linking) at 15-20W for 9 minutes (Specific gel percentages are shown in the description of FIGS. 84-87 below). Then The gel was run on a FMB10-100 filter using a 585 nm filter. (Hitachi).   The resulting fluorescence image scans are shown in FIGS. Figure 84 shows the SB-1 / TET-1743 pair Desulfurococcus amylolyticus (DSM  3822), E. coli strain K-12 (ATCC 14948), S. aureus subsp. aureus (ATC C 33591) and S.I. aureus subsp. Genome DN derived from aureus (ATCC 33592) A cleavage product generated by cleavage of an approximately 297 bp 16S rRNA substrate generated using A Is shown. Lanes 1 to 4 are Cleavase, respectively.TMIn the absence of BN enzyme Desulfurococcus amylolyticus (D SM 3822), E. coli strain K-12 (ATCC 14948), S. aureus subsp. aureus (A TCC 33591) and S.I. aureus subsp. aureus (ATCC 33592) Includes products generated by cuvating. Lanes 5-8 are cleaved, respectively. AleaseTMDesulfurococcus amylolyticus in the presence of BN enzyme (Desulfurococcus amylolyticus) (DSM 3822), E. coli strain K-12 (ATCC 1 4948); aureus subsp. aureus (ATCC 33591) and S. aureus. aureus subsp. aureus (ATCC 33592) by incubating the substrate Including. CFLPTMThe reaction was performed using about 1 pmol of each PCR product, and the cleavage reaction Was incubated at 50 ° C. for 2 minutes. The cleavage product is, as described above, 8% It was developed by electrophoresis on a acrylamide gel.   The results shown in FIG. 84 indicate that Desulfurococcus amiloriticus (Desulfurococcus  amylolyticus) (DSM 3822), E. coli strains K-12 (ATCC 14948) and S. au reus subsp. Clear CFLP with the use of aureus substrateTMThe pattern can be obtained And Two types of S. aureus subsp. Cleavage of aureus substrate (lanes 7 and 8) By the same CFLPTMA pattern occurred. These two types of S. aureus subsp. aur eus strains (ATCC 33591 and 33592) contain the antibiotics methicillin and gentamicin. Are considered to be different subspecies based on differences in their susceptibility to infection. this Resistance or susceptibility to these antibiotics indicates that mutations in the 16S rRNA gene Not relevant. Thus, the use of certain 16S rRNA substrates may result in different CFLPTMPa The turn was not expected to be confirmed.   The results shown in FIG. 84 indicate that Desulfurococcus a Desulfurococcus amylolyticus (DSM 3822), Escherichia coli (E. coli) Strain K-12 (ATCC 14948) and S. aureus subsp. Aureus identification and differentiation possible CFLPTMIt shows that a substrate for analysis can be generated.   In FIG. 85, panel A shows the TET-SB-4 / 1743 pair and E. coli strain B (ATCC 11303), E. coli strain K-12 (ATCC 14948), E. coli blood Clear type O157: H7 (ATCC 43895), Shigella dysenteriae serotype 2 (ATCC 2 9027) and Salmonella choleraesuis subsp. choleraesuis serotype Approximately 208 bp 16SrRN generated using genomic DNA from typhi (ATCC 6539) A shows the reaction product generated by cleavage of the A substrate. TET-SB-4 / 1743 pair Amplify a part of the 16S rRNA gene located in the 3 'region (see Fig. 82).   85, CFLP shown in Panel ATMThe reaction uses about 0.7 pmol of each PCR product. The cleavage reaction was incubated at 50 ° C. for 2 minutes. The cleavage products are shown in FIG. By electrophoresis on an 8% denaturing polyacrylamide gel as described above. Expanded.   In FIG. 85, panel B shows the 1638 / TET-1659 pair and E. coli strain B (ATCC 11303), E. coli strain K-12 (ATCC 14948), E. coli serum Type O157: H7 (ATCC 43895), Shigella dysenteriae serotype 2 (ATCC 290 27) and Salmonella choleraesuis subsp. choleraesuis serotype ty Approximately 350 bp 16S rRNA group prepared using genomic DNA derived from phi (ATCC 6539) 2 shows the reaction products generated by cleavage of the quality. The 1638 / TET-1659 pair is 5 'of the gene Amplify a part of the 16S rRNA gene located in the region (see FIG. 82).   85, CFLP shown in Panel BTMThe reaction is performed using approximately 1 pmol of each PCR product. The cleavage reaction was incubated at 45 ° C. The cleavage product is 8% polyacrylic acid. It was developed by electrophoresis on a luamide gel.   The lanes marked “M” in panels A and B of FIG. 85 are the plasmids digested with MspI. PUC19 DNA and terminal deoxynucleotides as described in Example 8. 3 'labeled with fluorescein ddUTP using thiotransferase Including the end. The markers are 26, 34, 67, 110/111, 147, 190, 242 and 331b Includes bands corresponding to length p. Another marker band at 404, 489 and 501 bp is It is not clear in this figure. In panel A, lanes 1-5 are cut off Lanes 6-10 each contain no (i.e., no enzyme) controls, E. coli strain B (ATCC 11303), E. coli strain K-12 (ATCC 14948), Enterobacteriaceae (E. coli) serotype O157: H7 (ATCC 43895), Shigella dysenteriae Serotype 2 (ATCC 29027) and Salmonella choleraesuis subsp. ch By incubating the substrate from oleraesuis serotype typhi (ATCC 6539) Includes the resulting cleavage products. In panel B, lanes 1-5 are not cut Lanes 6-10 each contain a control (i.e., no enzyme) and each of E. coli (E. . coli K. (ATCC 14948), E. coli strain B (ATCC 11303), E. coli (E. coli) serotype O157: H7 (ATCC 43895), Shigella dysenteriae serum Type 2 (ATCC 29027) and Salmonella choleraesuis subsp. choler Produced by incubating substrate from aesuis serotype typhi (ATCC 6539) Cleaved cleavage products.   The lower molecular weight material found in the "uncleaved" lane is dHTwoIn O After storage for several days. This decomposition EDTA is not present in the storage solution (i.e., trace amounts of required metal ions are present) May be due to surrounding nucleases that are active in such cases. This Degradation is effectively suppressed by including tRNA in the storage solution (Example 19). Seen in these uncut controls (panel B, lanes 1-5). Decomposition is CFLPTMHas no effect on the result.   The results shown in Figure 85 show that some regions of the 16S rRNA gene are more variable than others. Analysis of these areas will compare very closely related organisms It is particularly useful in some cases. For example, 1638 / TET-1659 pair (gene Amplifies a portion of the 16S rRNA gene located in the 5 'region) Using quality, Escherichia, Shigella and Salmo Distinguish between DNAs from the genus Salmonella (panel B, lanes 6-10) In addition, the three E. coli strains tested (ie, strain B, K-12 And 0157: H7) (panel B, lanes 6-8) also clearly different from DNA CFLP resulting in cleavage patternTMPatterns can be generated.   In contrast, an approximately 208 bp fragment located near the 3 'end of the 16S rRNA gene In the case of a DNA fragment produced by using the resulting TET-SB-4 / 1743 pair, CFLP between strains of the Escherichia-Salmonella groupTMputter No substantial difference was observed (Panel A, lanes 6-10). 16S rR This contrast in the degree of variability between the 5 'and 3' regions of the NA gene Comparison between strains of the Lysia (Escherichia) -Salmonella group Consistent with results reported by Widjojoatmondjo et al. (Supra) doing.   Each organism has multiple copies of the 16S rRNA gene, which are Because of the co-amplification, different amplification products from the same organism can produce the same cleavage pattern. It was important to show. In FIG. 86, Campylobacter butter (Campylobacter) jej uni subsp. jejuni (ATCC 33291) from two separate PCR reactions, TET-E By cleavage of the approximately 1292 bp 16S rRNA substrate created by using the R10 / 1743 pair The cleavage products generated are shown in lanes 2 and 3. For comparison, E. coli The same region amplified from strain K-12 (ATCC 14948) is shown in lane 1. CFLPTMreaction Was performed using about 60 fmoles of each PCR product, and the cleavage reaction solution was incubated at 50 ° C. for 2 minutes. Incubated. The reaction was stopped with 95% formamide, 5 mM EDTA, 5% Performed by the addition of lyserol and 0.02% methyl violet. Cleavage products Developed by electrophoresis on a 6% denaturing polyacrylamide gel as described above did.   The results shown in FIG. 86 show very different CFLPTMThe pattern is purple bacteria (Purplebac teria) (Escherichia, lane 1) and ε (campylobacter (Campylobacter), lanes 2 and 3) produced using substrates from the subphylum But the same CFLP between the products of individual PCR reactions on the same genomic DNATMPatter In this case (lanes 2 and 3).   In FIG. 87, the 1638 / TET-1659 pair and E. coli serotype O157: H7 (ATCC 43895); choleraesuis subsp. choleraesuis serotype typhi (ATCC 6539), Shige Shigella dysenteriae serotype 2 (ATCC 29027); aureus subsp. aureus (ATCC 33591), S.M. aureus subsp. aureus (ATCC 33592), S. aureus subsp. aureu s (ATCC 13565), S.P. hominis (ATCC 29885) and S.P. from warneri (ATCC 17917) Generated by cleavage of an approximately 350 bp 16S rRNA substrate made using genomic DNA The resulting cleavage products are shown in lanes 1-8, respectively. CFLPTMReaction is about 200 fmol Of each PCR product as described above, and the cleavage reaction was incubated at 65 ° C for 2 minutes. Incubated. The cleavage product is 10% denatured polyacrylamide as described above. It was developed by electrophoresis on Dogel.   The results shown in FIG. 87 show very different CFLPTMThe pattern is red bacteria (lane 1) -3) and DNA derived from a strain representative of the Gram-positive phylum (lanes 4-8) Indicates that it was generated using. CFLPTMThe real difference between the patterns is , Escherichia (lane 1), Salmonella (lane 2) ) And Shigella (lane 3).   In addition, CFLPTMThe substantial difference between the patterns is that Staphylococcus aus Reus (Staphylococcus aureus) (lanes 4-6), hominis (lane 7) and warneri (lane 8) was detected among the species. Staphylococcus aureus ( Staphylococcus aureus) subsp. aureus ATCC 33591 (lane 4), ATCC 33592 (lane 4) Between the three strains, lane 5) and ATCC 13565 (lane 6), CFLPTMPa No substantial differences were found in the turns. These S. aureus isolates reported RRNA genetics differ but are closely related to Child is CFLPTMThe analysis does not show any divergence yet.   The above result isTMUsing the assay, (16SrRN used as substrate) Distinguish between bacterial genera and different species and subspecies (depending on the region of the A gene) be able to. Same or similar genera (eg, Salmonella, Shigella) (Shigella) and CFLP produced in E. coli)TMCompare patterns Then the band patterns are generally similar and the difference is a small subset It can be seen that it is shown as a change in band. Different genera (eg, E. coli (E . coli) and S. coli. aureus), the barcode pattern A more pronounced change is evident in CFLPTMUsing pattern Not only can we detect differences between organisms, but also It is possible to evaluate the degree of branching in evolution between organisms.   CFLPTMSubstrates for analysis can be used for PCR amplification using various primer sets Produced. Some primer pairs are used for all prokaryotes Reported as universal, other primer pairs were It has been found to be specific (see PCT Publication No. 90/15157). ply The DNA sequence of the rRNA gene from a particular organism, excluding the Knowledge of bacterial 16S rRNA gene amplification and CFLPTMNot required for analysis.   Typical archaea and eubacteria, different phyla of eubacteria, different phyla within eubacteria , Different subphylums of the same phyla, different genera of the same group, different species of the same genus and different species of the same species Different CFLP among different strainsTMA pattern was observed. CFLPTMPa Distinct features in the turn are related to food poisoning, the harm of normal flora Allowed to distinguish pathogenic isolates such as those from non-members Was done.   Using the same primer set and genomic DNA from various organisms PCR products were transferred during gel electrophoresis (polyacrylamide gel without gradient). Cleavase, which can not be distinguished by mobilityTMBN enzyme Cleaves these PCR products into shorter fragments, thereby producing a characteristic cleavage product Object (ie clear CFLPTMCharacteristic). Cleavage products generated Patterns are reproducible and use given primer pairs in independent PCR DNA substrates made from the same organism will give the same pattern of cleavage products.   CFLPTMThe pattern is for large DNA fragments (eg, at least about 1.6 kb). And thus cover the entire length of the bacterial 16S rRNA gene. -Can be. Also, CFLPTMIs the entire 16S rRNA gene Can be used with shorter DNA fragments (about 200 bp) at different positions You.                                 Example 35                CFLP analysis of substrates containing nucleotide analogs   CFLP by using various nucleotide analogsTMReaction substrate production The effect was investigated. As discussed below, nucleotide analogs can be used for several reasons. More used in PCR. Therefore, CFLPTMModification of PCR by analysis That is, the analytical ability of the nucleotide analog-containing PCR product) was examined. 7-Deazap Phosphorus analogs (7-deaza-dATP and 7-deaza-dGTP) have multiple adjacent Destabilizes regions of secondary structure by weakening purine intrachain stacking Act like so. This effect allows the use of natural dNTPs for strong secondary structure Allows amplification of nucleic acids that are resistant to amplification [McConlogue et al., Nucleic  Acids Res., 16:20 (1988)].   Similarly, the analog dUTP is often used instead of dTTP, For another reason. dUTP-containing DNA (this nomenclature is derived from using dUTP). Shorthand name for the resulting PCR product. Actual PCR product contains dUMP . ) Can be destroyed by the enzymatic activity of uracil DNA glycosylase (UDG). However, the dTTP-containing DNA remains intact. PCR products are used in place of dTMP In addition, if UDG is used to produce dUMP, the use of UDG will And does not interfere with amplification from normal DNA False positive results due to passing can be eliminated. This method is useful for performing PCR. Widely used in clinical laboratories, thus this method is useful for CFL classification of pathogens. PTMWill be used in most clinical laboratories that use PCR with. Sand Chi, CFLPTMAppropriately cleave the dUTP-containing DNA fragment of the reaction (ie, , Producing a reproducible band pattern).   For these comparisons, the wild-type and R422Q mutations of the human tyrosinase gene Substrates corresponding to the 157 bp fragment derived from the exon of the variant were prepared using 1) dNTP (ie, A standard mixture of dATP, dCTP, dGTP and dTTP); 2) dT DUTP for TP; 3) 7-deaza-dGTP for dGTP (d7 GTP); and 4) 7-deaza-dATP (d instead of dATP)7ATP) Were made by PCR amplification using either These substrates are then CleavaseTMIncubate with BN enzyme and The effect of the presence of the nucleotide analog on the cleavage pattern was investigated. B) Preparation of substrates containing nucleotide analogues   The 157 bp fragment (exon 4) of the human tyrosinase gene was replaced with 5'CACCGTCCTCTTCAAGA AG3 '(SEQ ID NO: 29) and 5' biotin-CTGAATCTTGTAGATAGCTA3 '(SEQ ID NO: Amplified by PCR using a pair of 30). Wild type of tyrosinase gene or A plasmid containing cDNA from the R422Q mutant was used as a template ( See Example 8 for a description of these plasmids). Double-stranded PCR obtained The product contains a 5 'biotin label on the antisense strand, so CFLPTMDetect by reaction The sequence issued is SEQ ID NO: 35 (wild-type antisense strand) or SEQ ID NO: 53 ( R422Q mutant antisense strand). All PCRs are in a final volume of 100 μl went. dATP, dCTP, dGTP, dTTP and dUTP are available from Perkin E Obtained from lmer. d7ATP and d7GTP was obtained from Pharmacia. Taq  DNA polymerase was obtained from Promega. The PCR mixture is shown in Table 7 below. It was prepared as follows.   The wild-type and mutant R422Q substrates are replaced with the native and substituted nucleosides listed above. Amplification was performed using a tide analog. Natural dNTP, d7ATP and d7GTP In the case of the containing reaction solution, all the reaction components were added together. The reaction solution containing dUTP is First prepared without polymerase (see below).   The prepared reaction solution was used in a thermal cycler (MJ Research, Watertown, M.P.) preheated to 95 ° C. A). The tubes were incubated at 95 ° C. for 1 minute before amplification. The program was then cycled at 94 ° C for 30 minutes, 50 ° C for 1 minute and 72 ° C for 2 minutes for 34 cycles. Finally, the 72 ° C. incubation was set for 5 minutes.   Reactions containing dUTP were performed by "hot start". Polymerase All but the components were mixed, heated to 95 ° C for 1 minute, and then cooled to 72 ° C. Then, Taq Add polymerase (2.5 units) to 10 μl IX PCR buffer and add final volume To 100 μl.   At the end of the amplification, the PCR product, excluding the reaction solution containing dUTP, was OFourAc solution and dUTP-containing reaction solution was 2M NHFourAn OAc solution was used. Then All were precipitated by the addition of 2.5 volumes (total aqueous volume) of absolute ethanol. D The NA pellet was collected by centrifugation and dried under reduced pressure. 10 μl of pellet TE and 10 μl STOP buffer (20 μl T10E for dUTP containing reaction) 0.1 and 16 μl STOP). Then heat the test tube to 85 ° C for 2 minutes The mixture was then diluted to 10% using 7M urea in 0.5X TBE buffer (for dUTP). Is 6%) denaturing acrylamide gel (19: 1 cross-linking) Developed by electrophoresis.   PCR products corresponding to the 157 bp substrate from wild-type and R422Q mutants were Gel purification was performed as described in Example 19. The gel-purified DNA was Resuspended in 0E0.1 buffer. That is, 40 μl for a fragment containing only dNTPs; d740 μl for fragments containing ATP; d725 μl for fragments containing GTP; and And 25 μl for the fragment containing dUTP. B) Cleavage reaction conditions   Gel purified, containing natural deoxynucleotides and nucleotide analogs The 157 bp tyrosinase substrate was analyzed in a cleavage reaction as follows. Final reaction mix The material contained 1 μl of resuspended gel-purified DNA in a 20 μl volume (see section (a) above), 0.1 μl. 2 mM MnClTwo25 ng of Cleavase (Clearase) in 10 mM MOPS, pH 7.5 containing vase)TMContains BN, and 0.05% each of Tween 20 and NP-40. Enzyme-free pair Teru is CleavaseTMIt was prepared by replacing the BN enzyme with distilled water. Substrate Distribute the DNA into reaction tubes and add HTwoThe volume was adjusted to 15 μl with O. The rest of the reaction The components were mixed to a volume of 5 μl (ie, a 4 × concentration). DNA at 95 ° C for 15 seconds Heating denatured the DNA. The cleavage reaction was performed with 5 μl of the enzyme / buffer mixture (the 4 × Concentration). Incubate the cleavage reaction at 45 ° C for 3 minutes. The reaction was stopped by the addition of 16 μl of STOP solution (described in section (a)). 7 μl of each sample After heating the sample to 85 ° C. for 2 minutes, 45 mM trisborate, pH 8.3, 1.4 mM E 10% denaturing acrylamide gel using 7M urea in DTA buffer (19: 1 Bridge). For the gel, bromophenol blue transfers the length of the gel. Run at a constant 800V until run.   After electrophoresis, the biotinylated fragment was replaced with 4 μl of SAAP conjugate in 100 μl. Described in Example 8 except that it was added to USB shielding buffer (1: 25,000 dilution). Detected as listed. After washing, 5 μl of CDP-StarTMAs a chemiluminescent substrate Used. FIG. 88 shows the obtained autoradiogram.   In FIG. 88, the lane marked "M" is Amersham (Arlington Heights, IL) 50, 100 and 200 nucleosides, including biotinylated molecular weight markers obtained from Includes bands corresponding to the length of the tide (size uses numbers and large arrowheads) Shown. ). Lanes 1-8 are CleavaseTMIn the absence of BN enzyme Includes reaction products obtained by incubating the substrate with No or uncut control). Lanes 9-16 are cleaved (Cleavase)TMReaction products obtained by incubating substrates in the presence of the BN enzyme Including things. Lanes 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13 and 15 show wild-type substrate. Including. Lanes 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 and 16 have R422Q mutations Including body substrate. The products shown in lanes 1, 2, 9, and 10 were obtained by PCR with dNTPs. Produced from a substrate made using. Products shown in lanes 3, 4, 11, and 12 Was generated from a substrate made using dUTP instead of dTTP in PCR . The products shown in lanes 5, 6, 13 and 14 were replaced by dGTP instead of dGTP by PCR.7 It was generated from a substrate made using GTP. Lanes 7, 8, 15, and 16 The product shown in (d) was replaced by dATP in PCR.7Substrate prepared using ATP Generated from. As is clear from this example, the modified DNA fragment was subjected to CFLP reaction. Suitable for cleavage at The band pattern varies considerably with these substitutions, Wild-type and R422Q mutant DNA are easily distinguishable in all cases. Can be   The present invention is not limited to a particular theory, but uses nucleotide analogs. Changes in the band pattern observed when Can be In all cases, especially with reference to 7-deazapurine, nucleotide analogs The use of will substantially alter the nature and stability of the intrachain fold generated during the cleavage reaction. It is thought to change to. As a result, the position of the cleavage site naturally shifts. Sa In addition, replacement with modified nucleotides is required for the folded enzyme Change the affinity of the protein, enhancing or weakening cleavage at specific sites.   Found between wild-type and R422Q mutants when using various analogs Examination of the changes shows that the use of these substitutions can enhance the differences between the deformations. You. For example, two substrate DNAs (dUTP) in the region just above the 50 bp marker Or produced using dTTP) between wild type and mutant One significant band that decreases in intensity between, is more in the dU-containing sample. It greatly decreases.   The results shown in FIG. 88 show that CFLP was performed using nucleotide analogs.TMMake the substrate Show that you can do it. Wildness of the tyrosinase gene containing nucleotide analogues Substrates derived from type- or R422Q mutants are mutant and wild-type alleles Generates distinct cleavage patterns that allow for gene differentiation and identification.   In this example, the exact site of cleavage is determined by the dNTP-containing substrate and 7-deaza-dN Depending on the TP containing substrate, dGTP may be 7-deaza-GTP or dATP. Clear CFLP pattern after replacing TP with 100% of 7-deaza-ATP Is generated. The above results also show that DNA fragments containing nucleotide analogs The single base change present in the nucleoside has a significant effect on the folded structure. DNA fragments containing no analogTMWhen analyzed using the assay It shows that it causes a change in cleavage pattern similar to that seen.   As is apparent from the above, the present invention provides a rapid screening of nucleic acid sequences for mutations. Reagents and methods that allow for These methods are virus and Mutations that enable the identification of bacterial and bacterial pathogens and that are related to gene sequences (eg, For example, mutations or mutations associated with multidrug resistance in M. tuberculosis Mutations associated with the disease of These methods can help identify pathogens. Provide improved means for measurement and analysis.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 08/484,956 (32)優先日 1995年6月7日 (33)優先権主張国 米国(US) (31)優先権主張番号 08/520,946 (32)優先日 1995年8月30日 (33)優先権主張国 米国(US) (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M C,NL,PT,SE),AU,CA,JP,US (72)発明者 リャミチェフ,ヴィクター アイ. アメリカ合衆国 53713 ウィスコンシン 州,マディソン,ポスト ロード #5 2221 (72)発明者 ブロー,メアリー アン ディー. アメリカ合衆国 53711 ウィスコンシン 州,マディソン,ハマースリー ロード 5905 (72)発明者 オールデンバーグ,メアリー シー. アメリカ合衆国 53704 ウィスコンシン 州,マディソン,ノース サード ストリ ート 30 (72)発明者 ハイスラー,ローラ エム. アメリカ合衆国 53703 ウィスコンシン 州,マディソン,サウス インガーソール ストリート 610 (72)発明者 フォーズ,ランス アメリカ合衆国 91016 カリフォルニア 州,モンロヴィア,クロバーリーフ ドラ イブ 1250 (72)発明者 オリーヴ,デイヴィッド マイケル アメリカ合衆国 53719 ウィスコンシン 州,マディソン,カントリー グローヴ ドライブ 3404────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (31) Priority claim number 08 / 484,956 (32) Priority date June 7, 1995 (33) Priority country United States (US) (31) Priority claim number 08 / 520,946 (32) Priority date August 30, 1995 (33) Priority country United States (US) (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, DE, DK, ES, FR, GB, GR, IE, IT, LU, M C, NL, PT, SE), AU, CA, JP, US (72) Liamichev, Victor Eye.             United States 53713 Wisconsin             State, Madison, Post Road # 5             2221 (72) Inventor Blow, Mary Andy.             United States 53711 Wisconsin             Hammersley Road, Madison, Oregon             5905 (72) Inventor Oldenburg, Mary C.             United States 53704 Wisconsin             State of Madison, North Third Street             Port 30 (72) Inventor Heisler, Laura M.             United States 53703 Wisconsin             , Madison, South Ingersoll               Street 610 (72) Inventor Fours, Lance             United States 91016 California             Cloverleaf Dora, Monrovia Province             Eve 1250 (72) Inventors Olive and David Michael             United States 53719 Wisconsin             State, Madison, Country Grove             Drive 3404

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1.核酸を処理する方法であって、 a)i)開裂手段、および ii)核酸基質 を用意し、 b)該核酸基質が1以上の開裂構造体を生成するような条件下で該基質を処 理し、そして c)該開裂手段を該開裂構造体と反応させて1以上の開裂生成物を得る、 ことを含んでなる方法。 2.前記の開裂手段が酵素である、請求項1に記載の方法。 3.前記の酵素がヌクレアーゼである、請求項2に記載の方法。 4.前記のヌクレアーゼがクリーブアーゼ(Cleavase)TMBN 酵素、テルムス・ア クアチクス(Thermus aquaticus)DNA ポリメラーゼ、テルムス・サーモフィルス( Thermus thermophilus)DNA ポリメラーゼ、大腸菌(Escherichia coli)Exo III、 およびサッカロミセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)Rad1/Rad10 複 合体よりなる群から選ばれる、請求項3に記載の方法。 5.前記の核酸基質がヌクレオチド類似体を含む、請求項1に記載の方法。 6.前記のヌクレオチド類似体が7−デアザ−dATP、7−デアザ−dGTP およびdUTPよりなる群から選ばれる、請求項5に記載の方法。 7.工程(a)の前記核酸が本質的に一本鎖である、請求項1に記載の方法。 8.前記の核酸がRNAである、請求項1に記載の方法。 9.前記の核酸がDNAである、請求項1に記載の方法。 10.工程(a)の前記核酸が二本鎖である、請求項1に記載の方法。 11.工程(b)の前記処理が、 i)該二本鎖核酸を本質的に一本鎖となし、そして ii)該一本鎖核酸が二次構造をもつような条件に該一本鎖核酸をさらす、 ことを含んでなる、請求項10に記載の方法。 12.温度を上昇させることにより前記の二本鎖核酸を本質的に一本鎖とする、請 求項11に記載の方法。 13.前記の1以上の開裂生成物を検出する工程をさらに含む、請求項1に記載の 方法。 14.前記の核酸基質がヒトp53遺伝子配列を含むオリゴヌクレオチドを含有す る、請求項1に記載の方法。 15.核酸を処理する方法であって、 a)i)マンガンを含む溶液中の開裂手段、および ii)核酸基質 を用意し、 b)該核酸基質を上昇温度で処理し、 c)該基質が1以上の開裂構造体を生成するような条件下で該温度を低下さ せ、 d)該開裂手段を該開裂構造体と反応させて1以上の開裂生成物を得、そし て e)1以上の該開裂生成物を検出する、 ことを含んでなる方法。 16.前記の開裂手段が酵素である、請求項15に記載の方法。 17.前記の酵素がヌクレアーゼである、請求項16に記載の方法。 18.前記のヌクレアーゼがクリーブアーゼ(Cleavase)TMBN 酵素、テルムス・ア クアチクス(Thermus aquaticus)DNA ポリメラーゼ、テルムス・サーモフィルス( Thermus thermophilus)DNAポリメラーゼ、大腸菌(Escherichia coli)Exo III、 およびサッカロミセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)Rad1/Rad10 複 合体よりなる群から選ばれる、請求項17に記載の方法。 19.前記の核酸基質がヌクレオチド類似体を含む、請求項15に記載の方法。 20.前記のヌクレオチド類似体が7−デアザ−dATP、7−デアザ−dGTP およびdUTPよりなる群から選ばれる、請求項19に記載の方法。 21.前記の核酸がRNAである、請求項15に記載の方法。 22.前記の核酸がDNAである、請求項15に記載の方法。 23.工程(a)の前記核酸が二本鎖である、請求項15に記載の方法。 24.工程(a)の前記核酸が一本鎖である、請求項15に記載の方法。 25.前記の核酸基質がヒトp53遺伝子配列を含むオリゴヌクレオチドを含有す る、請求項15に記載の方法。 26.前記の核酸基質が微生物の遺伝子配列を含むオリゴヌクレオチドを含有する 、請求項15に記載の方法。 27.ヒトp53遺伝子中の突然変異を検出する方法であって、 a)i)開裂手段、および ii)ヒトp53遺伝子配列を含む核酸基質 を用意し、 b)該核酸基質が1以上の開裂構造体を生成するような条件下で該基質を処 理し、 c)該開裂手段を該開裂構造体と反応させて1以上の開裂生成物を得、そし て d)該開裂生成物と基準p53遺伝子配列の開裂により得られる開裂生成物 とを比較する、 ことを含んでなる方法。 28.基準p53遺伝子配列の開裂により得られる開裂生成物が、配列番号79〜 81、84〜89および94〜97よりなる群から選ばれるヒトp53遺伝子配 列を含む核酸基質の開裂により生成される、請求項27に記載の方法。 29.微生物の菌株を同定する方法であって、 a)i)開裂手段、および ii)1以上の微生物に由来する配列を含む核酸基質 を用意し、 b)該核酸基質が1以上の開裂構造体を生成するような条件下で該基質を処 理し、そして c)該開裂手段を該開裂構造体と反応させて1以上の開裂生成物を得る、 ことを含んでなる方法。 30.前記の開裂手段が酵素である、請求項29に記載の方法。 31.前記の酵素がヌクレアーゼである、請求項30に記載の方法。 32.前記のヌクレアーゼがクリーブアーゼ(Cleavase)TMBN 酵素、テルムス・ア クアチクス(Thermus aquaticus)DNA ポリメラーゼ、テルムス・サーモフィルス( Thermus thermophilus)DNAポリメラーゼ、大腸菌(Escherichia coli)Exo III、 およびサッカロミセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)Rad1/Rad10 複 合体よりなる群から選ばれる、請求項31に記載の方法。 33.前記の核酸基質がヌクレオチド類似体を含む、請求項29に記載の方法。 34.前記のヌクレオチド類似体が7−デアザ−dATP、7−デアザ−dGTP およびdUTPよりなる群から選ばれる、請求項33に記載の方法。 35.工程(a)の前記核酸が本質的に一本鎖である、請求項29に記載の方法。 36.前記の核酸がRNAである、請求項29に記載の方法。 37.前記の核酸がDNAである、請求項29に記載の方法。 38.工程(a)の前記核酸が二本鎖である、請求項29に記載の方法。 39.工程(b)の前記処理が、 i)該二本鎖核酸を本質的に一本鎖となし、そして ii)該一本鎖核酸が二次構造をもつような条件に該一本鎖核酸をさらす、 ことを含んでなる、請求項38に記載の方法。 40.温度を上昇させることにより前記の二本鎖核酸を本質的に一本鎖とする、請 求項39に記載の方法。 41.前記の1以上の開裂生成物を検出する工程をさらに含む、請求項29に記載の 方法。 42.前記の微生物が細菌を含む、請求項29に記載の方法。 43.前記の細菌がカンピロバクター(Campylobacter)属、エシェリキア(Escheric hia)属、マイコバクテリウム(Mycobacterium)属、サルモネラ(Salmonella)属、 シゲラ(Shigella)属およびスタフィロコッカス(Staphylococcus)属のメンバーよ りなる群から選ばれる、請求項42に記載の方法。 44.マイコバクテリウム(Mycobacterium)属のメンバーが多剤耐性のヒト結核菌( Mycobacterium tuberculosis)の菌株を含む、請求項43に記載の方法。 45.前記の微生物がウイルスを含む、請求項29に記載の方法。 46.前記のウイルスが肝炎C型ウイルスおよびサル免疫不全ウイルスよりなる群 から選ばれる、請求項45に記載の方法。 47.微生物の菌株を検出して同定する方法であって、 a)1以上の微生物を含む疑いのあるサンプルから核酸を抽出し、そして b)抽出した核酸と開裂手段とを、該抽出核酸が1以上の二次構造体を形成 しかつ該開裂手段が該二次構造体を開裂して1以上の開裂生成物を生じるような 条件下で接触させる、 ことを含んでなる方法。 48.前記の開裂生成物を分離する工程をさらに含む、請求項47に記載の方法。 49.前記の開裂生成物を検出する工程をさらに含む、請求項47に記載の方法。 50.前記のサンプルから単離した前記抽出核酸の開裂より得られ検出された開裂 生成物を、1以上の基準微生物に由来する核酸の開裂より得られ分離された開裂 生成物と比較することをさらに含む、請求項49に記載の方法。 51.工程a)の抽出後、前記抽出核酸から多形性遺伝子座を単離して、該多形性 遺伝子座由来の配列を含む核酸基質を得、該基質を工程b)の開裂手段と接触さ せる、請求項47に記載の方法。 52.前記の多形性遺伝子座を核酸の増幅により単離する、請求項51に記載の方法 。 53.前記の増幅をヌクレオチド類似体の存在下で行う、請求項52に記載の方法。 54.前記のヌクレオチド類似体が7−デアザ−dATP、7−デアザ−dGTP およびdUTPよりなる群から選ばれる、請求項53に記載の方法。 55.前記の増幅が該多形性遺伝子座由来の共通遺伝子配列に合致するオリゴヌク レオチドプライマーを用いる、請求項52に記載の方法。 56.前記の増幅が該多形性遺伝子座由来の共通遺伝子配列に相補的なオリゴヌク レオチドプライマーを用いる、請求項52に記載の方法。 57.前記の多形性遺伝子座がリボソームRNA遺伝子を含む、請求項51に記載の 方法。 58.前記のリボソームRNA遺伝子が16SリボソームRNA遺伝子である、請 求項57に記載の方法。 59.前記の開裂手段が酵素である、請求項47に記載の方法。 60.前記の酵素がヌクレアーゼである、請求項59に記載の方法。 61.前記のヌクレアーゼがクリーブアーゼ(Cleavase)TMBN 酵素、テルムス・ア クアチクス(Thermus aquaticus)DNA ポリメラーゼ、テルムス・サーモフィルス( Thermus thermophilus)DNAポリメラーゼ、大腸菌(Escherichia coli)Exo III、 およびサッカロミセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)Rad1/Rad10 複 合体よりなる群から選ばれる、請求項60に記載の方法。 62.工程(a)の前記核酸が本質的に一本鎖である、請求項47に記載の方法。 63.前記の核酸がRNAである、請求項47に記載の方法。 64.前記の核酸がDNAである、請求項47に記載の方法。 65.工程(a)の前記核酸が二本鎖である、請求項47に記載の方法。 66.工程(b)の前記処理が、 i)該二本鎖核酸を本質的に一本鎖となし、そして ii)該一本鎖核酸が二次構造をもつような条件に該一本鎖核酸をさらす、 ことを含んでなる、請求項65に記載の方法。 67.温度を上昇させることにより前記の二本鎖核酸を本質的に一本鎖とする、請 求項66に記載の方法。 68.前記の微生物が細菌を含む、請求項47に記載の方法。 69.前記の細菌がカンピロバクター(Campylobacter)属、エシェリキア(Escheric hia)属、マイコバクテリウム(Mycobacterium)属、サルモネラ(Salmonella)属、 シゲラ(Shigella)属およびスタフィロコッカス(Staphylococcus)属のメンバーよ りなる群から選ばれる、請求項68に記載の方法。 70.マイコバクテリウム(Mycobacterium)属のメンバーが多剤耐性のヒト結核菌( Mycobacterium tuberculosis)の菌株を含む、請求項69に記載の方法。 71.前記の微生物がウイルスを含む、請求項47に記載の方法。 72.前記のウイルスが肝炎C型ウイルスおよびサル免疫不全ウイルスよりなる群 から選ばれる、請求項71に記載の方法。 73.核酸処理キットであって、 a)開裂構造体と反応して開裂生成物を生じる酵素、および b)マンガンを含有する溶液 を含んでなるキット。 74.前記の開裂生成物を検出するための試薬をさらに含む、請求項73に記載のキ ット。 75.前記の酵素がヌクレアーゼである、請求項74に記載のキット。 76.前記のヌクレアーゼがクリーブアーゼ(Cleavase)TMBN 酵素、テルムス・ア クアチクス(Thermus aquaticus)DNA ポリメラーゼ、テルムス・サーモフィルス( Thermus thermophilus)DNAポリメラーゼ、大腸菌(Escherichia coli)Exo III、 およびサッカロミセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)Rad1/Rad10 複 合体よりなる群から選ばれる、請求項75に記載のキット。[Claims] 1. A method for treating a nucleic acid, comprising: a) providing i) a cleavage means, and ii) a nucleic acid substrate; b) treating the substrate under conditions such that the nucleic acid substrate produces one or more cleavage structures. And c) reacting the cleavage means with the cleavage structure to obtain one or more cleavage products. 2. 2. The method according to claim 1, wherein said cleavage means is an enzyme. 3. 3. The method according to claim 2, wherein said enzyme is a nuclease. 4. Wherein nucleases cleave DNase (Cleavase) TM BN enzyme, Thermus aquaticus (Thermus aquaticus) DNA polymerase, Thermus thermophilus (Thermus thermophilus) DNA polymerase, E. coli (Escherichia coli) Exo III, and Saccharomyces cerevisiae (Saccharomyces cerevisiae) 4. The method of claim 3, wherein the method is selected from the group consisting of a Rad1 / Rad10 complex. 5. 2. The method of claim 1, wherein said nucleic acid substrate comprises a nucleotide analog. 6. 6. The method of claim 5, wherein said nucleotide analog is selected from the group consisting of 7-deaza-dATP, 7-deaza-dGTP and dUTP. 7. 2. The method of claim 1, wherein the nucleic acid of step (a) is essentially single-stranded. 8. 2. The method of claim 1, wherein said nucleic acid is RNA. 9. 2. The method according to claim 1, wherein said nucleic acid is DNA. Ten. The method according to claim 1, wherein the nucleic acid in step (a) is double-stranded. 11. The treatment of step (b) comprises: i) making the double-stranded nucleic acid essentially single-stranded, and ii) transforming the single-stranded nucleic acid under conditions such that the single-stranded nucleic acid has a secondary structure. 11. The method of claim 10, comprising exposing. 12. 12. The method of claim 11, wherein said double-stranded nucleic acid is made essentially single-stranded by increasing the temperature. 13. The method of claim 1, further comprising detecting the one or more cleavage products. 14. 2. The method of claim 1, wherein said nucleic acid substrate comprises an oligonucleotide comprising a human p53 gene sequence. 15. A method for treating nucleic acid, comprising: a) i) cleavage means in a solution containing manganese, and ii) providing a nucleic acid substrate; b) treating the nucleic acid substrate at an elevated temperature; Lowering the temperature under conditions such that a cleavage structure is formed, d) reacting the cleavage means with the cleavage structure to obtain one or more cleavage products, and e) one or more cleavage products. Detecting an object. 16. 16. The method according to claim 15, wherein said cleavage means is an enzyme. 17. 17. The method of claim 16, wherein said enzyme is a nuclease. 18. Wherein nucleases cleave DNase (Cleavase) TM BN enzyme, Thermus aquaticus (Thermus aquaticus) DNA polymerase, Thermus thermophilus (Thermus thermophilus) DNA polymerase, E. coli (Escherichia coli) Exo III, and Saccharomyces cerevisiae (Saccharomyces cerevisiae) 18. The method according to claim 17, wherein the method is selected from the group consisting of a Rad1 / Rad10 complex. 19. 16. The method of claim 15, wherein said nucleic acid substrate comprises a nucleotide analog. 20. 20. The method of claim 19, wherein said nucleotide analog is selected from the group consisting of 7-deaza-dATP, 7-deaza-dGTP and dUTP. twenty one. 16. The method according to claim 15, wherein said nucleic acid is RNA. twenty two. 16. The method according to claim 15, wherein said nucleic acid is DNA. twenty three. 16. The method of claim 15, wherein said nucleic acid of step (a) is double-stranded. twenty four. 16. The method according to claim 15, wherein said nucleic acid of step (a) is single-stranded. twenty five. 16. The method of claim 15, wherein said nucleic acid substrate comprises an oligonucleotide comprising a human p53 gene sequence. 26. 16. The method of claim 15, wherein said nucleic acid substrate comprises an oligonucleotide comprising a microbial gene sequence. 27. A method for detecting a mutation in the human p53 gene, comprising: a) i) a cleavage means, and ii) a nucleic acid substrate containing a human p53 gene sequence, and b) a nucleic acid substrate comprising one or more cleavage structures. Treating said substrate under conditions such as to produce c) reacting said cleavage means with said cleavage structure to obtain one or more cleavage products, and d) cleaving said cleavage products with a reference p53 gene sequence Comparing with the cleavage product obtained by the method. 28. The cleavage product obtained by cleavage of the reference p53 gene sequence is generated by cleavage of a nucleic acid substrate containing a human p53 gene sequence selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 79-81, 84-89 and 94-97. The method according to 27. 29. A method for identifying a strain of a microorganism, comprising the steps of: a) providing i) cleavage means, and ii) a nucleic acid substrate containing a sequence derived from one or more microorganisms; Treating the substrate under conditions that produce it, and c) reacting the cleavage means with the cleavage structure to obtain one or more cleavage products. 30. 30. The method of claim 29, wherein said cleavage means is an enzyme. 31. 31. The method of claim 30, wherein said enzyme is a nuclease. 32. Wherein nucleases cleave DNase (Cleavase) TM BN enzyme, Thermus aquaticus (Thermus aquaticus) DNA polymerase, Thermus thermophilus (Thermus thermophilus) DNA polymerase, E. coli (Escherichia coli) Exo III, and Saccharomyces cerevisiae (Saccharomyces cerevisiae) 32. The method according to claim 31, wherein the method is selected from the group consisting of a Rad1 / Rad10 complex. 33. 30. The method of claim 29, wherein said nucleic acid substrate comprises a nucleotide analog. 34. 34. The method of claim 33, wherein said nucleotide analog is selected from the group consisting of 7-deaza-dATP, 7-deaza-dGTP and dUTP. 35. 30. The method of claim 29, wherein said nucleic acid of step (a) is essentially single-stranded. 36. 30. The method of claim 29, wherein said nucleic acid is RNA. 37. 30. The method according to claim 29, wherein said nucleic acid is DNA. 38. 30. The method of claim 29, wherein said nucleic acid of step (a) is double-stranded. 39. The treatment of step (b) comprises: i) making the double-stranded nucleic acid essentially single-stranded, and ii) transforming the single-stranded nucleic acid under conditions such that the single-stranded nucleic acid has a secondary structure. 39. The method of claim 38, comprising: exposing. 40. 40. The method of claim 39, wherein increasing the temperature renders the double-stranded nucleic acid essentially single-stranded. 41. 30. The method of claim 29, further comprising detecting the one or more cleavage products. 42. 30. The method of claim 29, wherein said microorganism comprises a bacterium. 43. The bacterium is a member of the genus Campylobacter (Campylobacter), Eschericia (Escheric hia), Mycobacterium (Mycobacterium), Salmonella (Salmonella), Shigella (Shigella) and Staphylococcus (Staphylococcus). 43. The method of claim 42, which is selected. 44. 44. The method of claim 43, wherein the member of the genus Mycobacterium comprises a strain of multidrug-resistant Mycobacterium tuberculosis. 45. 30. The method of claim 29, wherein said microorganism comprises a virus. 46. 46. The method of claim 45, wherein said virus is selected from the group consisting of hepatitis C virus and simian immunodeficiency virus. 47. A method for detecting and identifying a strain of a microorganism, comprising: a) extracting nucleic acid from a sample suspected of containing one or more microorganisms; and b) combining the extracted nucleic acid and cleavage means with one or more of the extracted nucleic acids. And contacting under conditions such that the cleavage means cleaves the secondary structure to yield one or more cleavage products. 48. 48. The method of claim 47, further comprising separating the cleavage product. 49. 50. The method of claim 47, further comprising detecting the cleavage product. 50. Further comprising comparing a detected cleavage product obtained from cleavage of the extracted nucleic acid isolated from the sample with a cleavage product isolated from cleavage of nucleic acid derived from one or more reference microorganisms. 50. The method of claim 49. 51. After the extraction in step a), isolating the polymorphic locus from the extracted nucleic acid to obtain a nucleic acid substrate comprising a sequence derived from the polymorphic locus, and contacting the substrate with the cleavage means in step b); 50. The method of claim 47. 52. 52. The method of claim 51, wherein said polymorphic locus is isolated by nucleic acid amplification. 53. 53. The method of claim 52, wherein said amplification is performed in the presence of a nucleotide analog. 54. 54. The method of claim 53, wherein said nucleotide analog is selected from the group consisting of 7-deaza-dATP, 7-deaza-dGTP, and dUTP. 55. 53. The method of claim 52, wherein said amplification uses oligonucleotide primers that match a consensus gene sequence from said polymorphic locus. 56. 53. The method of claim 52, wherein said amplification uses oligonucleotide primers complementary to a consensus gene sequence from said polymorphic locus. 57. 52. The method of claim 51, wherein said polymorphic locus comprises a ribosomal RNA gene. 58. 58. The method of claim 57, wherein said ribosomal RNA gene is a 16S ribosomal RNA gene. 59. 48. The method of claim 47, wherein said cleavage means is an enzyme. 60. 60. The method of claim 59, wherein said enzyme is a nuclease. 61. Wherein nucleases cleave DNase (Cleavase) TM BN enzyme, Thermus aquaticus (Thermus aquaticus) DNA polymerase, Thermus thermophilus (Thermus thermophilus) DNA polymerase, E. coli (Escherichia coli) Exo III, and Saccharomyces cerevisiae (Saccharomyces cerevisiae) 61. The method of claim 60, wherein the method is selected from the group consisting of a Rad1 / Rad10 complex. 62. 50. The method of claim 47, wherein said nucleic acid of step (a) is essentially single-stranded. 63. 48. The method of claim 47, wherein said nucleic acid is RNA. 64. 48. The method of claim 47, wherein said nucleic acid is DNA. 65. 48. The method of claim 47, wherein said nucleic acid of step (a) is double-stranded. 66. The treatment of step (b) comprises: i) making the double-stranded nucleic acid essentially single-stranded, and ii) transforming the single-stranded nucleic acid under conditions such that the single-stranded nucleic acid has a secondary structure. 66. The method of claim 65, comprising exposing. 67. 67. The method of claim 66, wherein increasing the temperature renders the double-stranded nucleic acid essentially single-stranded. 68. 50. The method of claim 47, wherein said microorganism comprises a bacterium. 69. The bacterium is a member of the genus Campylobacter (Campylobacter), Eschericia (Escheric hia), Mycobacterium (Mycobacterium), Salmonella (Salmonella), Shigella (Shigella) and Staphylococcus (Staphylococcus). 69. The method of claim 68, which is selected. 70. 70. The method of claim 69, wherein the member of the genus Mycobacterium comprises a multidrug-resistant strain of Mycobacterium tuberculosis. 71. 50. The method of claim 47, wherein said microorganism comprises a virus. 72. 72. The method of claim 71, wherein said virus is selected from the group consisting of hepatitis C virus and simian immunodeficiency virus. 73. A nucleic acid processing kit, comprising: a) an enzyme that reacts with a cleavage structure to generate a cleavage product; and b) a solution containing manganese. 74. 74. The kit of claim 73, further comprising a reagent for detecting said cleavage product. 75. 75. The kit of claim 74, wherein said enzyme is a nuclease. 76. Wherein nucleases cleave DNase (Cleavase) TM BN enzyme, Thermus aquaticus (Thermus aquaticus) DNA polymerase, Thermus thermophilus (Thermus thermophilus) DNA polymerase, E. coli (Escherichia coli) Exo III, and Saccharomyces cerevisiae (Saccharomyces cerevisiae) 76. The kit of claim 75, wherein the kit is selected from the group consisting of a Rad1 / Rad10 complex.
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