JPH11313685A - 標的核酸の検出における標識プライマー - Google Patents
標的核酸の検出における標識プライマーInfo
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- JPH11313685A JPH11313685A JP10355733A JP35573398A JPH11313685A JP H11313685 A JPH11313685 A JP H11313685A JP 10355733 A JP10355733 A JP 10355733A JP 35573398 A JP35573398 A JP 35573398A JP H11313685 A JPH11313685 A JP H11313685A
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Abstract
たは測定方法の単純化。 【解決手段】 標識プライマー(たとえばポリメラーゼ
連鎖反応用)において、プライマーのオリゴヌクレオチ
ド鎖の2末端がレポーター染料分子およびクエンチャー
分子で標識され、標識プライマーの3′末端の少なくと
も最終塩基が増幅すべきDNA配列と相補性ではないプ
ライマーが用いられる。この標識プライマーを使用する
DNA配列の検出方法(ポリメラーゼ連鎖反応による)
において、増幅に1種または2種以上の熱安定性DNA
ポリメラーゼを用い、その一方はまた校正読み取り活性
を有し、標識プライマーの非対合塩基をそれに結合した
クエンチャー分子とともに放出させてレポーター染料の
波長の蛍光を増大を生じ、それによりこの蛍光染料で標
識されたDNA配列の形成を指示する方法も記載されて
いる。
Description
とえばポリメラーゼ連鎖反応)のための標識プライマ
ー、および標識プラーマーを使用する核酸増幅過程によ
りDNA配列を検出する方法に関する。
CR)はサンプル中の少量の既知の核酸配列を検出する
のにきわめて効果的な方法である[Erlich, H.A., Gelf
and,D., Sninsky, J.J.(1991), Science, 252:1643-1
651(この報告の記載は引用により本明細書に導入す
る); PCR Products. Current metods and applications
(1993), B.A.White編, Humana Press, Totowa, New Jer
sey, IBBN 0-89603-244-2(この記載は引用により本明
細書に導入される)]、たとえばウイルスDNAの配列
が既知であれば、相対する一本鎖上の領域に相補性であ
り、求めるDNA配列に隣接する1対のプライマーを合
成することが可能である。ついでそれ自体周知のPCR
条件下に、通常は30回以上の反応サイクルを連続的に
用い、特異的DNAを大量にインビトロで増幅させるこ
とができる。PCRサイクルは、求めるたとえばウイル
スDNAがサンプル中に存在すると、特定のサイズを有
し2つのプライマーとそれらの間のたとえばウイルスD
NAの長さからなるDNAフラグメントを増幅させる。
PCR法はきわめて高感度であり、したがって、きわめ
て少量のDNAを高い信頼度をもって検出するために使
用することができる。
本明細書に導入される)には、検出すべきDNA(一本
鎖として)、すなわち標的DNAを含有するまたはその
含有が疑われるサンプルを、2つの異なるプライマーす
なわち、増幅すべきDNA鎖すなわち標的DNAに隣接
する順行プライマーおよび逆行プライマーとハイブリダ
イズさせるDNA配列の検出方法が開示されている。WO
92/02638 の好ましい実施態様において提供される標
識オリゴヌクレオチドプローブは、その5′末端および
その3′末端の両者における標識としての蛍光染料シス
テムとともに、さらに反応に使用される。この標識プロ
ーブは、増幅すべきDNAセグメント内すなわち標的D
NA内の2つのプライマーの間にハイブリダイズするよ
うに選択される。好ましい標識としてプローブに結合さ
れる2種の蛍光染料は一方の染料すなわちレポーター染
料の蛍光が第二の分子すなわちクエンチャーの接近によ
って、蛍光共鳴エネルギー転移(Stryer,L. 1978;Flu
orescence energy transferas a spectroscopic ruler.
Ann.Rev.Biochem. 47: 819-845;引用により本明細
書に導入される)として知られる過程により低下(「ク
エンチング」)するという特徴的な性質を有する。上述
の配列によって特徴づけられる2種のプライマーの間の
DNAに結合するこの標識プローブは、たとえば以下の
配列を有する。 5′FAM-TGG TGG TCT GGG ATG AAG GTA TTA TT-TAMRA
3′
て入手することが可能であり、5′−ヌクレアーゼアッ
セイ、すなわち TaqMan(登録商標)アッセイにおける
使用が意図される。上述の方法は Livak K. J., Flood
S. J. A., Marmaro J., Giusti W., Deetz K. Oligonuc
leotides with fluorescent dyes at opposite endspro
videsystem useful for detecting PCR product and nu
cleic acid hybridization. PCR Metod and Appl. 199
5; 4: 357-362(引用により本明細書に導入される)に
詳細に記載されている。
AM)すなわちプローブの5′末端に結合するレポータ
ー染料の蛍光が、第二の蛍光染料(TAMRA)すなわ
ちプローブの3′末端に配置されるクエンチャー染料の
接近によって低下することである(上記参照)。
ましくは熱安定性DNAポリメラーゼたとえばTaqDN
Aポリメラーゼの影響下に形成されたとすると、それは
一本鎖からの標識プローブを置換するのみでなく、その
5′→3′ヌクレアーゼ活性によってプローブを分解
し、それにより2種の蛍光染料が放出される。これによ
りレポーター染料の蛍光は最早、クエンチャー染料によ
って抑制されず増大する。この場合、蛍光分光光度計を
使用してレポーター染料の波長で蛍光を測定すれば新た
に形成されたDNAの量に相当する蛍光の増大を観察す
ることができる。
メントの増幅の観察または測定を可能にするためには、
順行プライマーおよび逆行プライマーに加えて標識プロ
ーブが要求されるという事実はこの方法の欠点として考
えざるを得ない。したがって、この既知の方法の単純化
という目的が生じた。
とえば本発明の好ましい実施態様におけるレポーター分
子およびクエンチャー分子(一般的な用語では相互作用
性の標識系)で標識し、同時に、標識されたプライマー
は増幅すべきDNA鎖と完全にはハイブリダイズしない
ことが保証されるように注意を払えば、ポリメラーゼ連
鎖反応に付加的な標識プローブを使用する必要はないこ
とが見出された。
核酸増幅反応(たとえば、ポリメラーゼ連鎖反応)のた
めの標識プライマーに関し、このプライマーは、好まし
い実施態様においてはそのプライマーの3′末端または
その近傍で標識系により、好ましい実施態様においてで
レポーター染料分子およびクエンチャー分子により標識
され、この方法で標識されるプライマーの3′末端の少
なくとも1個好ましくは少なくとも2〜5個またはそれ
以上の塩基(すなわち3′末端の故意にミスマッチさせ
た部分)は増幅すべきDNA配列と相補性ではない。標
識または標識系部分は、3′末端ミスマッチ部分好まし
くは3′末端ヌクレオチドに結合させる。非対合領域の
長さは、使用される特定の標識および特定のポリメラー
ゼに応じて、本技術分野の熟練者には周知のように選択
および/または至適化される。このような標識プライマ
ーはその3′末端において増幅すべきDNA配列と完全
な塩基対を形成することはできない。増幅に用いられ、
校正読み取り活性(proof-reading properties)を有し
ていなければならないポリメラーゼの影響下に、標識プ
ライマーの非対合塩基は、実際の伸長反応が起こる前に
ポリメラーゼの3′→5′核酸分解活性により、使用さ
れた標識たとえばレポーター染料分子またはクエンチャ
ー分子に応じてそれとともに放出される。これはしかし
ながら、クエンチャーがレポーター染料に対し空間的に
近位にはも早存在せず、したがってレポーター染料の蛍
光が増大する例示のような場合を生じて、標的核酸の存
在および/または標的核酸の増幅を指示することにな
る。
てDNA標的核酸を検出する方法において、プライマー
の1種が上述の特徴を有する方法に関する。1種または
2種以上の熱安定性DNAポリメラーゼを使用すること
が可能であり、その少なくとも1種は校正活性をもって
いなければならない増幅において、標識プライマーの非
対合塩基はついで、標識または標識系部分たとえばそれ
に結合したレポーター染料とともに放出され、シグナル
の増大たとえばレポーター染料の波長における蛍光の増
大を生じる。
プライマーもしくは逆行プライマーまたはその両者をレ
ポーターおよびクエンチャー分子によってそれぞれ上述
のように標識することができる。クエンチャー染料は反
応溶液中に放出されるが、新たに形成されたDNAセグ
メントもプライマーの残部に加えて蛍光レポーター染料
をもっている。これは定量的適用に好ましい操作であ
る。しかしながら、クエンチャーおよびレポーター染料
による標識化は、逆の様式でも、すなわちレポーター染
料が溶液中に放出され、新たに形成されたDNAセグメ
ントがクエンチャーをもつように行うことも同様に可能
である。数種のパラメーターを同時に平行して検出(多
重検出)する場合は、平行して検出可能なレポーター染
料の選択が好都合であり、本発明は多重検出にきわめて
適していることを以下に開示する。
または化学的方法によって検出できる残基を導入するこ
とにより、以下に記載するように、プライマーの3′末
端を標識するかまたは標識系部分に結合させる。標識を
プライマーに連結または接合させる方法はもちろん、使
用する標識の種類およびプライマー上の標識の位置に依
存する。
らびにそれらをプライマー中に包含させる方法は本技術
分野において周知であり、それらに限定されるものでは
ないが、酵素(たとえば、アルカリホスファターゼおよ
び西洋ワサビペルオキシダーゼ)と酵素基質、放射性原
子、蛍光染料、発色原、化学ルミネッセンス標識、電子
化学ルミネッセンス標識、たとえば Origen(登録商
標,Igen)、特異的結合パートナーを有するリガンドま
たは互いに相互作用してシグナルを増強、変化もしくは
減弱できる任意の他の標識が包含される。もちろん、増
幅がPCRを介して行われ、温度サイクル装置を用いて
実施されなければならない場合は、標識はこの自動化過
程に要求される温度サイクルに安定でなれればならな
い。
に32Pを導入する方法は本技術分野において周知であ
り、たとえば、キナーゼによる5′標識またはニックト
ランスレーションによるランダム挿入が包含される。酵
素は通常それらの活性によって検出される。「特異的結
合パートナー」とはそれに特異的なリガンドモノクロー
ナル抗体を結合できるタンパク質を意味する。他の特異
的結合パートナーには、ビオチンとアビジンまたはスト
レプトアビジン、IgGとプロテインA、および本技術
分野において周知の多数の受容体−リガンドカップルが
包含される。
が可能であるように、以上の記述は各種標識の異なるク
ラスへの類別を意味するものではない。たとえば、125
Iは放射性標識としてもまた電子稠密試薬としても作用
できる。HRPは酵素としてもまたモノクローナル抗体
に対する抗原としても働くことができる。さらに所望の
効果を得るために、様々な標識を組み合わせることもで
きる。たとえば、プライマーをビオチンで標識し、その
プライマーの存在は125I標識アビジンまたはHRP標
識抗−ビオチンモノクローナル抗体で検出される。本技
術分野の熟練者には他の交換および可能性は自明の通り
であり、それらは本発明の範囲内において均等物とみな
されるものである。
識として使用するための蛍光原にはローダミンおよび誘
導体、たとえばテキサスレッド、フルオレセインおよび
誘導体、たとえば5−ブロモメチルフルオレセイン、ル
シフェルイエロー、IAEDANS、7−Me2N−ク
マリン−4−アセテート、7−OH−4−CH3−クマ
リン−3−アセテート、7−NH2−4−CH3−クマリ
ン−3−アセテート(AMCA)、モノブロモビメイ
ン、ピレントリスルホネート、たとえばカスケードブル
ーならびにモノブロモトリメチルアンモニオビメインが
包含される。一般的に、広いストークス・シフトを有す
る蛍光原が好ましく、モノクロモメーターよりもフィル
ター付きの蛍光光度計の使用を可能にし、検出効率を増
大させる。しかしながら、選択される特定の標識(単数
または複数)は均一アッセイ系での検出を可能にする特
性(たとえばレポーター/クエンチャー関係)を有する
ことが好ましい。
確認は様々な方法で達成され、使用される標識(単数ま
たは複数)の起源に依存する。本発明の好ましい実施態
様においては、蛍光の増大が適当な蛍光光度計で測定さ
れる。
一のプライマー上に2種の相互作用する標識がレポータ
ー/クエンチャー標識システムとして使用される(上記
記載および実施例参照)。
フルオレセイン(FAM)、テトラクロロ−6−カルボ
キシ−フルオレセイン(TET)、6−カルボキシ−X
−カルボキシ−テトラメチルローダミン(ROX)であ
る。クエンチャー分子の例は、6−カルボキシ−テトラ
メチルローダミン(TAMRA)または4−(4′−ジ
メチルアミノ−フェニルアゾ)安息香酸(DABCY
L)である。TAMRAは蛍光染料であるが、DABC
YLは蛍光染料ではない。
ーゼを使用できる。使用するDNAポリメラーゼが校正
読み取り活性を有する場合には、1種の単一のポリメラ
ーゼ[たとえば ULTma(登録商標)DNAポリメラ
ーゼ、Perkin Elmer 用 RocheMolecular Systems, Bran
chburg, New Jersey, USA 製]を用いて反応を実施する
ことができる。そうでなければ、数種のポリメラーゼの
混合物を使用する必要があり、たとえば、Taq DNA
ポリメラーゼに加えて3′→5′ヌクレアーゼ活性を有
する他のポリメラーゼも使用される。Tli DNAポリ
メラーゼ(Promega Corporation,Madison, WI, USA)、
またはVent DNAポリメラーゼ(New England Biolab
s, Beverly, MA, USA)は、3′→5′ヌクレアーゼ活
性を有する適当な熱安定性ポリメラーゼである。本発明
には、Sigma Corp. によって販売されている AccuTaq
(登録商標)LA DNAポリメラーゼミックス(添付
資料1)がきわめて適している。このようなミックスお
よび関連酵素組成物は米国特許第5,436,149号の実施例
6に記載されている。この特許の開示はその全体が引用
により本明細書に導入される。
正読み取り機能を有するポリメラーゼの攻撃点であると
いう事実の認識に基づくものである。使用する熱安定性
DNAポリメラーゼは、非ハイブリダイズ塩基を場合に
応じてクエンチャーまたはレポーター分子とともに放出
させる3′→5′ヌクレアーゼ活性、好ましくは3′→
5′エキソヌクレアーゼ活性を有する。
は、平均的G/CおよびA/T比について標的核酸に関
連する対合またはマッチ領域の18〜25塩基のオリゴ
ヌクレオチドから構成されることが好ましいが、A/T
塩基対合が多い場合には、多少長くて、PCRについて
上に開示された一般的方法に一致することが好ましい。
CRの実行に2種のオリゴヌクレオチド(プライマー)
しか要求しないので、たとえば WO 92/02638 に比べ単
純化されている点でとくに価値がある。これはウイルス
の配列または数種のウイルスパラメーターを同時に検出
する場合のように、様々な標的配列の検出のためたとえ
ば保存的核酸セグメントを増幅しなければならない場合
に有利である。
蛍光の増大は増幅されたDNAの量に正比例するので、
定量的な増幅にきわめて適している。
酸の増幅法としてPCRを使用し、3′ミスマッチプラ
イマーを消光可能な蛍光染料分子によって標識し、上記
分子の少なくとも1種が上記プライマーのミスマッチ
3′末端にまたはその範囲内に存在する方法である。R
NA標的を検出する場合には、PCRによる増幅に先立
って標的RNAのDNAへの逆転写を行う。標的核酸が
豊富である場合は、標識プライマーを使用する以外は、
本技術分野の熟練者に周知のプロトコールに従う単一正
常PCRとすることが好ましい(実施例2)。高感度の
標的検出が所望の場合には、非標識の完全にマッチした
プライマーを使用して標的を増幅する第一の増幅を、本
発明の標識プライマーを用いる入れ子PCR(nested P
CR)による標的核酸の第二の増幅に先行して実施する。
特に第二の増幅(入れ子PCR)では、3′ミスマッチ
部分またはテイルを有するまたは有しない非標識プライ
マーの添加はそれが増幅をさらに効率的にし、標識プラ
イマーの減量を可能にする点で有利となることが見出さ
れた。
トにパッケージすることができる。診断用キットは別個
の容器中に標識プライマーを包含する。プライマー(単
数または複数)が標識されていない場合には、特異的な
標識試薬をキット中に包含させることができる。キット
にはまたサンプルの調製および増幅に必要な他の適当な
パッケージ試薬および材料、たとえば標的核酸の抽出溶
液、緩衝液、dNTPおよび/または重合手段、検出分
析のためのたとえば酵素および固相抽出剤、ならびにア
ッセイの実施の指示書を含有させることができる。本発
明の他の目的は開示された方法に有用なサンプル中の標
的核酸の検出用の様々な反応混合物である。サンプルは
ヒトまたは動物起源の体液、または関心のある生体成分
の抽出液である。好ましいサンプルは血液、血漿または
それらから得られる任意の生成物である。
が、これらは本発明を限定するものではない。
る。この場合は増幅の第一ラウンドを標識プライマーか
ら構成される入れ子PCRの前に実施する。C型肝炎ウ
イルスRNAの検出には、それをまず最初に標準方法を
用いて抽出し(たとえば、Ishizawa M., Kobayashi Y.,
Miyamura T., Matsuma S: Simpleprocedure of DNA is
olation from human serum. Nucl. Acids Res. 1991; 1
9:5792 参照。この記載は引用により本明細書に導入さ
れる)、単離されたRNAをついで逆転写し、標準方法
(RT−PCR)を用いて増幅する。入れ子増幅および
検出反応は以下のようにセットアップする。
s-HCl,pH 8.8,100mM KCl,0.02%Tween 20,Perkin-E
lmerより)、7μlの25mM MgCl2、8μlのプライマ
ー1(配列表の配列番号:1参照;10pmpl/μl)、4
μlのプライマー2(配列表の配列番号:2参照;10pmp
l/μl)、0.25μlのプライマー3(配列表の配列番
号:3参照;10pmpl/μl)、2μlのdNTP(10mM)
および校正機能を有するULTma DNAポリメラーゼ
(Perkin-Elmer,6単位/μl)0.5μlを5μlのRT
−PCR反応液に加え、ついで全体を18.25μlの水
と混合して以下の温度サイクルに付す。 1.初期変性、90℃において1分間、 2.各場合、56℃において28秒間の変性ならびに5
6℃において1分間のアニーリングおよび伸長を35サ
イクル、 3.評価まで4℃に冷却。
ためには、蛍光をレポーターの波長(FAMについては518
nm)で測定する。標的核酸を含まない陰性対照の蛍光に
基づく閾値を計算し、未知の値を評価するために使用す
る。
ある。この場合、単一の増幅反応は標識プライマーを含
有する。B型肝炎ウイルスRNAの増幅にはそれをまず
最初に標準方法を用いて抽出した(たとえば、Ishizawa
M., Kobayashi Y., Miyamura T., Matsuma S: Simplep
rocedure of DNA isolation from human serum. Nucl.
Acids Res. 1991; 19:5792参照)。増幅は以下のように
セットアップする。
s-HCl,pH 8.8,100mM KCl,0.02%Tween 20,Perkin-E
lmerより)、7μlの25mM MgCl2、8μlのプライマ
ー4(配列表の配列番号:4参照;10pmpl/μl)、4
μlのプライマー5(配列表の配列番号:5参照;10pmp
l/μl)、0.25μlのプライマー6(配列表の配列番
号:6参照;10pmpl/μl)、2μlのdNTP(10mM)
および校正機能を有するULTma DNAポリメラーゼ
(Perkin-Elmer,6単位/μl)0.5μlを5μlの抽出
されたDNA(すなわち標的核酸)に加え、ついで全体
を18.25μlの水と混合して以下の温度サイクルに付
す。 1.初期変性、90℃において1分間、 2.各場合、94℃において28秒間の変性ならびに5
8℃において1分間のアニーリングおよび伸長を35サ
イクル、 3.評価まで4℃に冷却。
する。実施例1および2のいずれにおいても、レポータ
ーはFAMとし、クエンチャーはTAMRAとした。
ルを示す図である。Aは非対合3′末端を有する順行プ
ライマー、Bは逆行プライマー、Rはレポーター分子、
そしてQはクエンチャー分子を示す。いわゆるアニーリ
ングは1で行われ、その3′末端は相補性ではないので
非対合のままである。いわゆる校正読み取りは2におい
て、校正読み取り活性を有する酵素によって行われ、非
対合3′末端が矯正すなわち除去される。いわゆる鎖伸
長(伸長相)は3で行われ、ついでこの相は4で完了す
る。
Claims (12)
- 【請求項1】 一本鎖DNAから成るサンプル中の標的
核酸の検出方法において、 (a) 上記サンプルを順行および/または逆行プライマ
ーと接触させ、この場合、少なくとも1種のプライマー
は標的核酸に関して上記プライマーの3′末端の故意に
ミスマッチさせた部分に標識または標識系部分を有し、
上記ミスマッチ部分は少なくとも1個のヌクレオチド、
好ましくは2〜5個またはそれ以上のヌクレオチドから
なり、上記標的核酸が存在する場合に、そのそれぞれの
相補性DNA配列に上記順行および/または逆行プライ
マーがアニーリングされるハイブリダイゼーション条件
時に二重鎖混合物が創成され、 (b) 工程(a)の混合物を、3′→5′校正読み取り活
性を有する鋳型依存性核酸ポリメラーゼまたはこのよう
な校正読み取り活性を有する酵素の混合物と、上記ポリ
メラーゼまたは酵素混合物の3′→5′ヌクレアーゼ活
性がアニーリングしたプライマーをその3′ミスマッチ
部分において切断して標識または標識系部分を放出させ
るのに適当な条件下に維持し、 (c) 標識または標識系部分の放出を検出および/また
は測定する方法。 - 【請求項2】 標的核酸を増幅させてさらに多量の標識
または標識系部分を放出させる請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 増幅はPCRで、また標的核酸がRNA
の場合には所望によりRT−PCRで実施する請求項1
または2のいずれかに記載の方法。 - 【請求項4】 標識は順行および/または逆行プライマ
ーの3′および5′末端領域に連結されたレポーター/
クエンチャー分子対である請求項1〜3のいずれかに記
載の方法。 - 【請求項5】 レポーター分子は、プライマーのミスマ
ッチ3′部分に存在し、クエンチャー分子は、上記プラ
イマーのマッチ部分にレポーター分子から適当な距離を
おいて存在する請求項1〜4のいずれかに記載の方法。 - 【請求項6】 クエンチャー分子はプライマーのミスマ
ッチ3′部分に存在し、レポーター分子は上記プライマ
ーのマッチ部分にレポーター分子から適当な距離をおい
て、好ましくは5′末端に存在する請求項4記載の方
法。 - 【請求項7】 上記核酸ポリメラーゼまたは上記酵素混
合物は熱安定性である請求項1〜6のいずれかに記載の
方法。 - 【請求項8】 プライマーおよび標識または標識系を適
当に選択することにより多重標的を同時に検出する請求
項1〜7のいずれかに記載の方法。 - 【請求項9】 サンプルは動物またはヒト体液、好まし
くは血漿である請求項1〜8のいずれかに記載の方法。 - 【請求項10】 請求項1〜8のいずれかに記載の方法
に使用される標識プライマーおよび適当な核酸ポリメラ
ーゼまたは酵素混合物からなるサンプル中の標的核酸を
検出するためのキット。 - 【請求項11】 プライマーは標的ウイルス核酸を検出
する請求項10記載のキット。 - 【請求項12】 標的核酸を検出するための反応混合物
であって請求項1〜8のいずれかに記載の方法に使用さ
れる増幅前標識プライマーおよび適当な核酸ポリメラー
ゼまたは酵素混合物からなる反応混合物。
Applications Claiming Priority (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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